吸除工艺

五十年代,硅单晶以不出现孪晶及小角晶界作为晶体缺陷的合格标准,当时曾认为若能消除位错,那么就在根本上满足了器件制造的需要.六十年代,Dash拉晶工艺在生产中推广,使无位错硅单晶较普遍地用于器件制造,此时发现原先的想法过于简单[1].除了器件制造工艺过程中宏观应力引入的缺陷──滑移位错会影响器件制造外[2],无位错单晶中缺乏点缺陷的湮没机构及杂质聚集机构──位错,也会引起晶体生长及器件工艺过程中出现过饱和点缺陷及工艺沾污,从而使带入的重金属杂质原子聚集,形成了线度为微米、亚微米级的各种微缺陷(如表1所示),给器件制造带来…     

微波低噪声晶体管电磁脉冲敏感端对研究

 在研究电磁脉冲对微电子器件作用效应的过程中，针对三种不同型号的微波低噪声硅半导体器件进行了电磁脉冲（静电放电和方波电磁脉冲）直接注入的试验，结果发现该类器件对电磁脉冲最敏感的端对并不是EB结（发射极-基极），而是CB结（集电极-基极）。通过对器件结构与放电过程的分析，分别得出了CB结、EB结的损伤机理：随放电电压的增大，热载流子撞击界面，使流经界面处的少数载流子复合速度增加，少数载流子在界面处及界面附近被复合，从而降低了器件的电流放大系数。而无论从哪个结注入，器件完全失效均是由热二次击穿造成。从而更进一步地证明了CB结比EB结更敏感。     

单轴应变Si NMOSFET热载流子栅电流模型

热载流子效应产生的栅电流是影响器件功耗及可靠性的重要因素之一,本文基于热载流子形成的物理过程,建立了单轴应变硅NMOSFET热载流子栅电流模型,并对热载流子栅电流与应力强度、沟道掺杂浓度、栅源电压、漏源电压等的关系,以及TDDB(经时击穿)寿命与栅源电压的关系进行了分析研究.结果表明,与体硅器件相比,单轴应变硅MOS器件不仅具有较小的热载流子栅电流,而且可靠性也获得提高.同时模型仿真结果与单轴应变硅NMOSFET的实验结果符合较好,验证了该模型的可行性.     

直拉硅单晶中的氧沉淀

目前世界上硅单晶材料中,90%是用直拉(CZ)方法生长的.在这种方法中,固相的石英坩埚与熔融的硅经历下列反应: Si+SiO2→2SiO(I)虽然在一般晶体生长温度(～1420℃)下,SiO是挥发的,但是仍然会有相当多的氧保留在熔硅里,并通过固液界面进入晶体.通常的CZ硅中含有～1018/cm3的氧(较FZ硅高1-2数量级).作为硅中的杂质,如果说碳的作用是在晶体生长阶段有助于微缺陷的形成,那么氧的行为更多地表现在晶体生长以后的热处理中.氧在集成电路的制造工艺的热循环中,会因过饱和而发生沉淀.由于氧沉淀和由它引起的其它缺陷,对器件产生很大影响(有利的和…     

集成电路中的物理问题讲座 第一讲 硅中微缺陷及其形成过程

随着半导体硅器件技术的不断进步,对晶体材料的完整性的要求越来越高.五十年代末观察到位错会引起p-n结的软击穿,因此发展了无位错硅单晶的生长技术.所谓宏观无位错晶体,通常是指用择尤化学腐蚀看不到位错蚀坑,或在X射线形貌照片上看不到位错衬度,并不是指没有缺陷的完美晶体.正如Sirtl所说,从半导体级硅技术开始发展时起,晶体缺陷问题就是有关专家的永久伴侣.当晶体中无位错时,由于很难消除晶体生长时产生的点缺陷(自填隙原子和空位),因此在晶体冷却下来后,这些点缺陷会因过饱和而凝聚,形成尺度较宏观位错小得多的缺陷(一般在微米或亚微米…     

使用定向偏角籽晶拉制无位错[111]硅单晶

半导体材料是制造半导体器件的基础,材料的质量直接影响器件的质量和可靠性.器件工艺要求提供超纯无缺陷的晶体.硅单晶中常见的并对器件性能影响较大的缺陷就是位错.因而硅单晶的拉制中很根本的一条,就是要求无位错. 拉制无位错或低位错[111]硅单晶,现时普遍采用达什(W.C.Dash)早年阐明的正[111]晶向籽晶缩颈技术[1]. 我们研究和应用了向特定方向偏离一定角度的[111]定向偏角籽晶,配合适宜的温场和拉晶参数,在国产TDK-36AZ单晶炉上稳定地拉制出无位错[111]硅单晶,并已确定了工艺,投人了批量生产.投料800克,无位错单晶成品率一股在 65—7…     

低温光致发光研究硅单晶中杂质和缺陷

用低温光致发光技术,研究了硅单晶中浅能级杂质和热处理引进的缺陷,得到各种浓度掺棚和掺磷的硅的光致发光光渚,并作出了相应的定量分析.实验中已探测到的硼的浓度低达5×10~(11)cm~(-3).观察了光致发光强度与激发光强度的关系,还用光致发光技术分析了450℃附近热处理引进的热施主的行为.结果表明,低温光致发光可以作为测量高纯半导体单晶硅中微量杂质硼和磷的含量及分析热处理硅单晶中的缺陷的有效手段.     

直拉硅单晶的机械强度:锗和氮共掺杂的效应

作为集成电路(ICs)的基础材料,直拉硅(CZ-Si)单晶的机械强度不仅是硅片加工和ICs制造过程中工艺参数设定的重要考虑因素,而且在很大程度上决定了ICs芯片在测试和封装过程中出现的失效情况.目前,ICs的器件特征尺寸仍在继续减小,由此带来的器件集成规模的增长会导致硅衬底中应力水平的提高,从而使位错更易产生.因此,改善直拉硅片的机械强度对于提高ICs的制造成品率具有重要意义.本文提出在直拉硅单晶中同时掺入锗和氮两种杂质来改善硅片机械强度的思路.基于此,对比研究了普通的、单一掺锗的、单一掺氮的、锗和氮共掺的直拉硅单晶的室温硬度及其在600—1200℃时的位错滑移行为.研究结果表明:1)单一的锗掺杂或氮掺杂以及锗和氮两种杂质的共掺几乎都不影响直拉硅单晶的室温硬度,意味着上述掺杂没有改变室温下的位错滑移行为. 2)氮掺杂能显著抑制位错在600—1000℃的滑移,但对位错在1100℃及以上温度的滑移几乎没有抑制效应;锗掺杂几乎不能抑制位错在600—900℃的滑移,但对位错在1000℃及以上温度的滑移具有显著的抑制效应. 3)锗和氮两种杂质的共掺对位错在600—1200℃的滑移均有显著的抑制效应,表明氮掺杂和锗掺杂的互补优势得到了很好的结合.分析认为,在600—1000℃的温度范围内,氮掺杂导致在位错核心处形成与氮-氧复合体相关的钉扎中心,从而抑制位错的滑移;在1000℃及以上温度,锗掺杂导致在位错前沿附近形成锗-氧复合体,从而阻碍位错的滑移.总之,本文的研究表明在直拉硅单晶中同时掺入锗和氮两种杂质可以进一步地增强硅片在ICs制造工艺温度下的机械强度.     

异质栅全耗尽应变硅金属氧化物半导体模型化研究

为了进一步提高小尺寸金属氧化物半导体(MOSFET)的性能,在应变硅器件的基础上, 提出了一种新型的异质栅MOSFET器件结构.通过求解二维Poisson方程,结合应变硅技术的物理原理,建立了表面势、表面电场以及阈值电压的物理模型,研究了栅金属长度、功函数以及双轴应变对其的影响. 通过仿真软件ISE TCAD进行模拟仿真,模型计算与数值模拟的结果基本符合. 研究表明：与传统器件相比,本文提出的异质栅应变硅新器件结构的载流子输运效率进一步提高, 可以很好地抑制小尺寸器件的短沟道效应、漏极感应势垒降低效应和热载流子效应, 使器件性能得到了很大的提升. 关键词： 应变硅 异质栅 阈值电压 解析模型     

低温下低掺杂硅P—N结正向伏安特性的异常现象

实验观察到低温下低掺杂硅 P-N 结的异常现象.在14—25K 的温区里,出现正向伏安特性曲线交叉、击穿电压峰以及当正向注入电流恒定时正向电压随温度变化特性呈现非单调性.对异常现象作了讨论,提出低温下“热”载流子的存在引起杂质碰撞电离可能是产生这些现象的原因.     

具有半绝缘多晶硅完全三维超结横向功率器件

为了突破传统LDMOS (lateral double-diffused MOSFET)器件击穿电压与比导通电阻的硅极限的2.5 次方关系, 降低LDMOS器件的功率损耗, 提高功率集成电路的功率驱动能力, 提出了一种具有半绝缘多晶硅SIPOS (semi-insulating poly silicon)覆盖的完全3 D-RESURF (three-dimensional reduced surface field)新型Super Junction-LDMOS结构(SIPOS SJ-LDMOS). 这种结构利用SIPOS的电场调制作用使SJ-LDMOS的表面电场分布均匀, 将器件单位长度的耐压量提高到19.4 V/μupm; 覆盖于漂移区表面的SIPOS使SJ-LDMOS沿三维方向均受到电场调制, 实现了LDMOS的完全3 D-RESURF效应, 使更高浓度的漂移区完全耗尽而达到高的击穿电压; 当器件开态工作时, 覆盖于薄场氧化层表面的SIPOS的电场作用使SJ-LDMOS的漂移区表面形成多数载流子积累, 器件比导通电阻降低. 利用器件仿真软件ISE分析获得, 当SIPOS SJ-LDMOS的击穿电压为388 V时, 比导通电阻为20.87 mΩ·cm², 相同结构参数条件下, N-buffer SJ-LDMOS的击穿电压为287 V, 比导通电阻为31.14 mΩ·cm²; 一般SJ-LDMOS 的击穿电压仅为180 V, 比导通电阻为71.82 mΩ·cm².     

具有L型源极场板的双槽绝缘体上硅高压器件新结构

为了提高小尺寸绝缘体上硅(SOI)器件的击穿电压,同时降低器件比导通电阻,提出了一种具有L型源极场板的双槽SOI高压器件新结构.该结构具有如下特征:首先,采用了槽栅结构,使电流纵向传导面积加宽,降低了器件的比导通电阻;其次,在漂移区引入了Si O2槽型介质层,该介质层的高电场使器件的击穿电压显著提高;第三,在槽型介质层中引入了L型源极场板,该场板调制了漂移区电场,使优化漂移区掺杂浓度大幅增加,降低了器件的比导通电阻.二维数值仿真结果表明:与传统SOI结构相比,在相同器件尺寸时,新结构的击穿电压提高了151%,比导通电阻降低了20%;在相同击穿电压时,比导通电阻降低了80%.与相同器件尺寸的双槽SOI结构相比,新结构保持了双槽SOI结构的高击穿电压特性,同时,比导通电阻降低了26%.     

半导体中的深中心

一、杂质缺陷形成的深中心 半导体中含有外来杂质或本身的缺陷.所有半导体材料及器件都要求对杂质缺陷有良好的控制.晶体的各种化学杂质,晶体中的原子空仕,间隙原子,半导体化合物中组成元素之间的反位缺陷以及它们之间的简单复合体(双空位、杂质与空位的结合等)都使晶格的周期性受到破坏,在晶体中造成一个原子尺寸大小的缺陷,称为点缺陷.此外,晶体缺陷还包括位错、层错、晶粒间界和杂质沉淀物.本文仅限于介绍几点缺陷. 很多点缺陷是晶体中电子(空穴)的有效束缚中心,形成的电子局域态,其能量往往位于半导体禁带之中,并与能带边的距离较大.这…     

利用霍尔效应研究热退火对黑硅材料电学性质的影响

利用霍尔效应测量了不同温度热退火后的黑硅的霍尔系数、载流子浓度、载流子迁移率和电导率.随着热退火温度的升高,黑硅内载流子的浓度缓慢下降,载流子迁移率却同步增加,这说明黑硅内载流子散射的主要形式是电离杂质散射.     

高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究

高功率微波(HPM)通过使半导体器件特性退化和功能失效,从而干扰电子系统无法正常工作. 针对金属氧化物半导体(MOS)器件的HPM效应, 建立了高功率微波引起n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)特性退化的物理过程与模型. 器件仿真结果中nMOSFET的输出特性曲线显示栅极注入HPM引起器件特性退化,包括阈值电压正向漂移、 饱和电流减小、跨导减小等;结合物理模型分析可知, HPM引起的高频脉冲电压使器件进入深耗尽状态, 热载流子数目增多,热载流子效应导致器件特性退化. MOS器件的HPM注入实验结果显示,器件特性曲线、器件模型参数变化趋势与仿真结果一致, 验证了HPM引起nMOSFET特性退化的物理过程与模型.     

薄栅氧化层经时击穿的实验分析及物理模型研究

通过衬底热载流子注入技术,对薄SiO₂层击穿特性进行了研究.与通常的F-N应力实验相比较,热载流子导致的薄栅氧化层击穿显示了不同的击穿特性.通过计算注入到氧化层中的电子能量和硅衬底的电场的关系表明,热电子注入和F-N隧穿的不同可以用氧化层中电子的平均能量来解释.热空穴注入的实验结果表明薄栅氧化层的击穿不仅由注入的空穴数量决定.提出了全新的热载流子增强的薄栅氧化层经时击穿模型 关键词： 薄栅氧化层 经时击穿 衬底热载流子 击穿电荷 模型     

阶梯氧化层新型折叠硅横向双扩散功率器件

为了设计功率集成电路所需的低功耗横向功率器件, 提出了一种具有阶梯氧化层折叠硅横向双扩散金属-氧化物-半导体(step oxide folding LDMOS, SOFLDMOS)新结构. 这种结构将阶梯氧化层覆盖在具有周期分布的折叠硅表面, 利用阶梯氧化层的电场调制效应, 通过在表面电场分布中引入新的电场峰而使表面电场分布均匀, 提高了器件的耐压范围, 解决了文献提出的折叠积累型横向双扩散金属-氧化物-半导体器件击穿电压受限的问题. 通过三维仿真软件ISE分析获得, SOFLDMOS 结构打破了硅的极限关系, 充分利用了电场调制效应、多数载流子积累和硅表面导电区倍增效应, 漏极饱和电流比一般LDMOS 提高3.4倍左右, 可以在62 V左右的反向击穿电压条件下, 获得0.74 mΩ·cm²超低的比导通电阻, 远低于传统LDMOS相同击穿电压下2.0 mΩ·cm²比导通电阻, 为实现低压功率集成电路对低功耗横向功率器件的要求提供了一种可选的方案.     

低温生长砷化镓的超快光抽运-太赫兹探测光谱

本文采用光抽运-太赫兹探测技术系统研究了低温生长砷化镓(LT-GaAs)中光生载流子的超快动力学过程.光激发LT-GaAs薄层电导率峰值随抽运光强增加而增加,最后达到饱和,其饱和功率为54μJ/cm~2.当载流子浓度增大时,电子间的库仑相互作用将部分屏蔽缺陷对电子的俘获概率,从而导致LT-GaAs的快速载流子俘获时间随抽运光强增加而变长.光激发薄层电导率的色散关系可以用Cole-Cole Drude模型很好地拟合,结果表明LT-GaAs内部载流子的散射时间随抽运光强增加和延迟时间(产生光和抽运光)变长而增加,主要来源于电子-电子散射以及电子-杂质缺陷散射共同贡献,其中电子-杂质缺陷散射的强度与光激发薄层载流子浓度密切相关,并可由散射时间分布函数α来描述.通过对光激发载流子动力学、光激发薄层电导率以及迁移率变化的研究,我们提出适当增加缺陷浓度,可以进一步降低载流子迁移率和寿命,为研制和设计优良的THz发射器提供了实验依据.     

有机固体中载流子陷阱的表征

有机固体包括有机分子晶体、非晶态有机固体、有机高聚物等.在有机固体中保持单个分子的特性,如吸收光谱;分子间的范德瓦耳斯相互作用能比较小,即使是单晶体,也容易产生结构欠序和杂质、晶界等缺陷.这些缺陷使电子价带与导带间的禁区中出现局域能级,导带的载流子(电子)或价带的载流子(空穴)会被局域于这些杂质或缺陷的附近,出现电荷存储现象,影响稳态和瞬态电导下的载流子输运,导致暗导的非欧姆性、载流子迁移率的下降、光导衰减时间大于光激发载流子的寿命等.多年来,这些一直被固体的电导和光导研究者所重视[1-6],并称这些局域能级为陷阱.…     

硅纳米线拉曼光谱的研究

声子限制效应会引起本征硅纳米线拉曼光谱红移及不对称宽化,但研究发现其并非引起硅纳米线拉曼光谱改变的主要因素。研究表明,由于在拉曼光谱测量中,通常使用的入射激光功率都在5 mW以上,激光加热会导致很高的局部温度,从而引起拉曼光谱大幅度红移并对称宽化,这是硅纳米线拉曼光谱红移的主要影响因素。另外,激光功率很高时,由激光激发的载流子会与声子发生Fano型干涉,从而使硅纳米线拉曼光谱发生Fano型红移和不对称宽化。除此之外,对小直径本征硅纳米线,声子限制效应导致波矢选择定弛则弛豫,使不在布里渊区中心的声子也可以参与拉曼散射,因而其拉曼光谱中除常见的几个拉曼峰外还会出现新拉曼峰。