引言

近十年來(lái)，濕化學(xué)法制備超薄二氧化硅/硅和超薄二氧化硅/硅結(jié)構(gòu)的技術(shù)和研究取得了迅速發(fā)展。這種結(jié)構(gòu)最重要是與大尺寸硅晶片上氧化物層的均勻生長(zhǎng)有關(guān)。

在硝酸溶液中濕法制備的氧化物(通常標(biāo)記為氫氧化鈉)的性質(zhì)在于通過(guò)傅里葉變換紅外光譜測(cè)定的高氧化物密度，因此，產(chǎn)生了制備具有優(yōu)異絕緣性能的超薄氧化物層的可能性。

實(shí)驗(yàn)

我們使用了電阻率為10厘米的適度n型和p型硅(100)晶片。

所有硅襯底的表面在氧化之前都用標(biāo)準(zhǔn)的RCA工藝清洗(即。浸泡在NH4OH+H2O2水溶液和然后用5wt %蝕刻氫氟酸。近十年來(lái)，濕化學(xué)法制備超薄二氧化硅結(jié)構(gòu)的技術(shù)和研究得到了迅速發(fā)展。這種結(jié)構(gòu)最重要的優(yōu)點(diǎn)之一與大尺寸硅晶片上氧化物層的均勻生長(zhǎng)有關(guān)。當(dāng)然，氧化層和氧化物/硅界面的質(zhì)量也非常好。在硝酸溶液中濕法制備的氧化物(通常標(biāo)記為氫氧化鈉)的非常有趣的性質(zhì)在于通過(guò)傅里葉變換紅外光譜測(cè)定的高氧化物密度，因此，產(chǎn)生了制備具有優(yōu)異絕緣性能的超薄氧化物層的可能性。

討論

3.1。采用后氧化退火和HCN處理的與NAOS相關(guān)的金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性

第一組制備好的樣品在N2氣氛中于700℃退火20分鐘。它們被標(biāo)記為氧化后退火后的樣品。第二組制備好的樣品在室溫下在0.1M水溶液中處理

3.2。氧化后退火樣品和金屬化后退火樣品(PMA)

通過(guò)原子發(fā)射光譜法獲得的穿過(guò)極薄的氫氧化鈉氧化層的氧、碳和硅原子的深度分布圖。

漏電流的減小，界面態(tài)密度的降低，懸空鍵結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，以及SiOx沉淀的形成。

在PMA之后，我們觀察到激活能為0.05–0.2eV的連續(xù)缺陷態(tài)譜。在圖1所示的情況下。10A，是0.14eV。結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定后，可能形成二氧化硅沉淀。我們認(rèn)為它們是深陷阱，活化能為0.26電子伏——見(jiàn)圖。10B 。

這種類型的陷阱已經(jīng)在POA樣品中發(fā)現(xiàn)——見(jiàn)表3，因此我們假設(shè)PMA結(jié)構(gòu)的界面性質(zhì)沒(méi)有發(fā)生質(zhì)的變化。當(dāng)然，PMA結(jié)構(gòu)的電學(xué)性質(zhì)，如漏電流和界面態(tài)密度，都得到了改善。

3.3。6K下的光致發(fā)光測(cè)量

硅晶片的機(jī)械和化學(xué)預(yù)處理的使用方式可以影響觀察到的光致發(fā)光振幅的值(而不是能量尺度上的最大值位置)以及界面缺陷狀態(tài)密度，因此在本實(shí)驗(yàn)中使用的所有硅晶片組上進(jìn)行相同的標(biāo)準(zhǔn)RCA程序。

我們認(rèn)為，多孔硅內(nèi)部的原子無(wú)序程度會(huì)影響室溫下記錄的主要光致發(fā)光光譜。這種光譜在能量尺度上的位置與本文中給出的光譜有很大的不同，它們來(lái)自樣品中與硅晶體相關(guān)的部分，在6K溫度下測(cè)量。

結(jié)論

我們研究了在硝酸溶液中濕法化學(xué)氧化制備的結(jié)構(gòu)中光學(xué)、結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)。光譜橢偏法表明，形成的超薄氧化層的復(fù)折射率實(shí)部比二氧化硅的復(fù)折射率大。

原子力顯微鏡測(cè)量證實(shí)，與參考清潔表面相比，覆蓋有超薄氧化物的樣品的表面粗糙度僅略有變化。相應(yīng)的值相差0.07納米。

在POA后極薄的NAOS氧化物/Si界面上，形成了更多類型的離散深陷阱。幾乎所有的深陷阱都與界面區(qū)域中更多類型的硅懸空鍵的形成有關(guān)。應(yīng)力還會(huì)引起硅帶隙中陷阱的能量位置的變化。因此，我們不能排除它在這種情況下的作用。在極薄的氧化物/硅結(jié)構(gòu)上應(yīng)用HCN水溶液后，觀察到了相當(dāng)強(qiáng)的鈍化效應(yīng)，這是由CN基團(tuán)飽和硅懸掛鍵和將界面缺陷態(tài)密度降低大約一個(gè)數(shù)量級(jí)引起的。此外，鈍化過(guò)程可能導(dǎo)致形成新的深界面陷阱，盡管它們的密度很低。另一方面，我們不得不承認(rèn)，我們可以觀察到相同類型的深陷阱(如鈍化過(guò)程之前)，其活化能因應(yīng)力變化而改變。此時(shí)此刻，我們無(wú)法區(qū)分哪種效應(yīng)占主導(dǎo)地位。在兩種類型的硅襯底的中間間隙水平上觀察到最強(qiáng)烈的鈍化過(guò)程。如果使用p型硅襯底，記錄在NAOS/Si樣品上的深陷阱譜更簡(jiǎn)單。

審核編輯：湯梓紅