硅基半導體中SiO-,2--Si界面行為的正電子湮沒譜研究.pdf

1、在當今的微電子工業(yè)中，二氧化硅由于其有著良好的可制造性、極好熱穩(wěn)定性、抗?jié)裥远蔀榫w管中的柵極電介質和電容電介質的首選材料．隨著電子器件的微型化，二氧化硅層越來越薄，二氧化硅層將存在較多的缺陷，通過電介質的漏電現(xiàn)象逐漸增加．要提高器件的穩(wěn)定性，必須減少二氧化硅層中的缺陷，提高二氧化硅層的質量．目前，對硅基半導體中SiO<,2>/Si的結構、形成、缺陷等基本問題仍然很不了解．我們采用一種新的分析硅基半導體中缺陷的技術——正電子湮沒譜(P

2、AS)技術來研究SiO<,2>/Si界面行為． 本文的主要研究內容如下： 1．用雙探頭符合多普勒展寬技術測量了熱氧化法生長的四種不同厚度 SiO<,2>膜的SiO<,2>-Si樣品及SiO<,2>晶體的商譜．實驗結果表明：硅基上氧 化膜越厚，氧含量越高，其商譜的氧信號峰越高：硅基上氧化膜越薄，缺陷就越多． 2．用單能慢正電子技術測量四種不同厚度SiO<,2>膜的SiO<,2>-Si樣品和SiO<,2>晶體的正

3、電子湮沒輻射Doppler展寬譜，作出了S參數(shù)和W參數(shù)與正電子注入能量和注入深度的關系曲線，從而研究SiO<,2>-Si界面結構和缺陷．SiO<,2>-Si體系可以看成由表面層，SiO<,2>層，SiO<,2>-Si界面層，以及半無限大的Si基體這幾部分組成．SiO<,2>-Si樣品的近表面層(其厚度 約為1.5nm)和SiO<,2>晶體近表面層的結構幾乎相同，具有比較完整晶 體結構的薄SiO<,2>層，表面存在一些缺陷．SiO<,

4、2>和Si基體之間存在過渡區(qū)SiO<,x>(0＜x<2)．界面過渡區(qū)中存在很多空位型缺陷，可能是Si的懸掛鍵和氧的缺位造成的．而且氧化膜越薄，界面缺陷就越多。 3．用單能慢正電子束技術測量了單晶Si，SiO<,2>晶體，C(石墨)及單晶Cu的Doppler展寬譜，研究了正電子的表面湮沒特性．結果表明： (1)由于表面缺陷的存在，SiO<,2>晶體、石墨晶體、Cu單晶的S參數(shù)隨著正電子的注入能量的增加而降低，W參數(shù)隨著

5、正電子注入能量的增加而增加．當正電子的能量較低時，正電子主要與樣品表面附近的電子湮沒．表面缺陷的存在，導致S參數(shù)較大，W參數(shù)較?。S著正電子的注入能量的增加，正電子注入到晶體內部更深的位置，晶體內部的缺陷密度減少，S參數(shù)下降，W參數(shù)增加。 (2)SiO<,2>晶體中由于O原子的存在，使得SiO<,2>晶體的W參數(shù)比Si高，SiO<,2>晶體的S參數(shù)比Si低。 (3)與SiO<,2>晶體、石墨晶體、Cu單晶的情況相反：單晶