【正文】 S）從測量的壽命分布圖可以看出，1樣品的壽命分布從21微秒到74微秒，其中地壽命區(qū)域偏多，鈍化效果一般。從圖中可以看出，除了單晶硅襯底產(chǎn)生的(400)衍射峰外，所制備的多晶硅納米薄膜還具有(220)、(311)、(200)等特征衍射峰。從圖中可以看出，晶粒大小在40nm左右，大小一致，分布均勻。通過第二章表層鈍化的原理和測試方法的分析我們知道，對于薄膜材料的表層鈍化的薄膜材料的選擇采用了幾種材料單獨(dú)或混合制作出了多晶硅納米薄膜鈍化層，本章將對表層鈍化的樣品進(jìn)行表征并對鈍化效果進(jìn)行測量和比較。鈍化效果不好的器件壽命降低，穩(wěn)定性差，效率低下，這必然影響多晶硅器件的使用。下烘干一個(gè)小時(shí)5保存待測量 　本章小結(jié)介紹了多晶硅納米薄膜表層鈍化所使用的多晶硅原片（PI）的制作步驟和制作工藝的具體參數(shù)，以及以多晶硅原片為基底制作各種不同材料鈍化層的工藝步驟和具體參數(shù)。其清洗順序?yàn)椋?1)先將硅片用甲苯超聲震蕩清洗10分鐘，取出(2)再將硅片放入丙酮中超聲震蕩清洗8分鐘，取出(3再將硅片放入無水乙醇中超聲清洗8分鐘，取出(4)用超純水反復(fù)清洗10遍以上，以去除剩余的無水乙醇(5)將清洗完的硅片放入烘干箱中110度烘干30分鐘，取出保存2 PI+ SiO2混合配比分別稱取二氧化硅粉末100,200,300,400,500mg，放入到40ml聚酰亞胺中，用球磨機(jī)混合均勻，放置1小時(shí)，以清除氣泡。11保存氧化腐蝕退火(N2)離子注入LPCVD SiO2LPCVD多晶硅去除SiO2保存淀積疏松的Si3N4實(shí)物圖 多晶硅加聚酰亞胺PS+PI1硅片的清洗 必須保證襯底基片清洗干凈，否則就會(huì)給沉積膜造成各種缺陷，造成沉積的薄膜厚度不均。得到厚度淀積Si3N4厚度100nm的多晶硅樣品。5離子注入6退火在氮?dú)獗Ｗo(hù)下800℃下退火10分鐘。11保存氧化腐蝕退火(N2)離子注入LPCVD SiO2LPCVD多晶硅去除SiO2保存淀積致密的Si3N4實(shí)物圖 SiO2Si3N4雙重介質(zhì)膜的制備（PS+了LPCVD SiO2+PECVD疏松的Si3N4）1硅片的清洗 必須保證襯底基片清洗干凈，否則就會(huì)給沉積膜造成各種缺陷，造成沉積的薄膜厚度不均。得到厚度淀積Si3N4厚度100nm的多晶硅樣品。5離子注入6退火在氮?dú)獗Ｗo(hù)下800℃下退火10分鐘。11保存工藝流程圖如下：氧化腐蝕退火(N2)離子注入PECVD SiO2LPCVD多晶硅去除SiO2保存淀積致密的Si3N4制得為SiO2和Si3N4雙層介質(zhì)薄膜鈍化層的多晶硅薄膜樣品實(shí)物圖 SiO2Si3N4雙重介質(zhì)膜的制備（PS+了LPCVD SiO2+PECVD 富硅的Si3N4）1硅片的清洗 必須保證襯底基片清洗干凈，否則就會(huì)給沉積膜造成各種缺陷，造成沉積的薄膜厚度不均。得到厚度淀積Si3N4厚度100nm的多晶硅樣品。5離子注入6退火在氮?dú)獗Ｗo(hù)下800℃下退火10分鐘。其清洗順序?yàn)椋?1)先將硅片用甲苯超聲震蕩清洗10分鐘，取出(2)再將硅片放入丙酮中超聲震蕩清洗8分鐘，取出(3再將硅片放入污水乙醇中超聲清洗8分鐘，取出(4)用超純水反復(fù)清洗10遍以上，以去除剩余的無水乙醇(5)將清洗完的硅片放入烘干箱中110度烘干30分鐘，取出保存2氧化3LPCVD淀積多晶硅4PECVD淀積SiO2工藝參數(shù)如下：反應(yīng)氣體SiH4，流量27sccm；N2O，流量12sccm；Ar，流量53sccm，PECVD裝置功率250W，襯底溫度300℃，反應(yīng)室壓強(qiáng)3Pa。6退火在氮?dú)獗Ｗo(hù)下800℃下退火10分鐘。得到厚度淀積Si3N4厚度100nm的多晶硅樣品。其清洗順序?yàn)椋?1)先將硅片用甲苯超聲震蕩清洗10分鐘，取出(2)再將硅片放入丙酮中超聲震蕩清洗8分鐘，取出(3再將硅片放入無水乙醇中超聲清洗8分鐘，取出(4)用超純水反復(fù)清洗10遍以上，以去除剩余的無水乙醇(5)將清洗完的硅片放入烘干箱中110度烘干30分鐘，取出保存2裝片3通氨氣通氮?dú)馐昼娮笥?，以清除管?nèi)或管壁上殘留的空氣與水氣。6退火在氮?dú)鈿饬鞯谋Ｗo(hù)下，恒溫800℃，退火10分鐘。得到厚度淀積SiO2厚度100nm的多晶硅樣品。其清洗順序?yàn)椋?1)先將硅片用甲苯超聲震蕩清洗10分鐘，取出(2)再將硅片放入丙酮中超聲震蕩清洗8分鐘，取出(3再將硅片放入無水乙醇中超聲清洗8分鐘，取出(4)用超純水反復(fù)清洗10遍以上，以去除剩余的無水乙醇(5)將清洗完的硅片放入烘干箱中110度烘干30分鐘，取出保存2裝片 將清洗好的硅片放入PECVD裝置中3通氨氣通氮?dú)馐昼娮笥?，以清除管?nèi)或管壁上殘留的空氣與水氣。工藝步驟如下：(1)0液，2液，10：1HF溶液清洗40S，；(2)0液，2液，10：1HF溶液清洗10S；(3)淀積：110，LPCVD多晶硅，； 11，LPCVD多晶硅，；(4)淀積SiO2層，；(5)離子注入，110，B注入46； 11，B注入80；(6)二次注入，55；(7)0液，2液，10：1HF溶液清洗10S；(8)退火，溫度1050，通氮?dú)?，時(shí)間30分鐘。第3章 多晶硅納米薄膜表層鈍化樣品的制作及表征基于前兩章關(guān)于多晶硅納米表層鈍化的研究現(xiàn)狀和基本理論的分析，對表層鈍化有了深刻的理解，本章主要對多晶硅納米膜表層鈍化樣品的設(shè)計(jì)、制備工藝和制備過程進(jìn)行介紹。 　本章小結(jié)本章將從表層鈍化的各種材料質(zhì)入手，介紹氮化硅，聚酰亞胺的性質(zhì)和特點(diǎn)，對薄膜的鈍化工藝進(jìn)行對比，包括濺射法、常壓化學(xué)氣相沉積法（APCVD）、低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD），并介紹了多晶硅薄膜的測試方法。在樣品厚度一定的情況下，如果表面復(fù)合速率很大，則在測試高體壽命樣品時(shí)，測試壽命值與體壽命值就會(huì)偏差很大；而對于低體壽命的樣品，不會(huì)使少子壽命降低很多。其過程如圖6所示激勵(lì)(產(chǎn)生多子)載流子的重新分布載流子擴(kuò)散到表面體復(fù)合表面復(fù)合熱平衡圖6測試中體復(fù)合和表面復(fù)合過程而整個(gè)復(fù)合過程中的測量壽命可以用以下等式描述： ， 式(12)其中：為樣品的測試壽命；為載流子從樣品體內(nèi)擴(kuò)散到表面所需時(shí)間，它是由硅片的厚度和載流子的擴(kuò)散系數(shù)所決定的；為由于樣品表面復(fù)合產(chǎn)生的表面壽命，由硅片表面的復(fù)合速率和硅片的厚度決定的；為體復(fù)合壽命，它是描述材料質(zhì)量的重要特征；為樣品厚度；分別為電子和空穴的擴(kuò)散系數(shù)；為表面復(fù)合速度。自由載流子在光激發(fā)的過程中立即產(chǎn)生并被均勻地再分布，在這一過程中有兩個(gè)過程同時(shí)發(fā)生并最后達(dá)到熱平衡狀態(tài)。由于電子和空穴的復(fù)合作用，光激發(fā)后它們的濃度和樣品的電導(dǎo)率會(huì)衰減。其中光激發(fā)的過程如圖4所示。 微波光電導(dǎo)衰減儀微波光電導(dǎo)衰減儀()的特點(diǎn)是：1)無接觸、無損傷、快速測試；2)能夠測試較低壽命；3)能夠測試低電阻率的樣品(最低可以測的樣品)；4)既可以測試硅錠、硅棒，也可以測試硅片，電池；5)樣品沒有經(jīng)過鈍化處理就可以直接測試；6)既可以測試P型材料，也可以測試N型材料；7)對測試樣品的厚度沒有嚴(yán)格的要求；8)該方法是最受市場接受的少子壽命測試方法。對樣品的測試過程是：X射線發(fā)射管產(chǎn)生的X射線照射到測試樣品上產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，X射線光子接收器接收衍射的X射線光子，測量電路分析處理這些信號后給出精確的衍射線位置、強(qiáng)度和線形等衍射信息，然后由打印設(shè)備輸出這些作為XRD測試的原始數(shù)據(jù)。其衍射服從Bragg定律，它給出了入射射線的波長(通常)，衍射角和晶面間距之間的關(guān)系為： (式11)式中，n為整數(shù)，稱為衍射級數(shù)。 X射線衍射儀當(dāng)存在一定位相關(guān)系的兩個(gè)或兩個(gè)以上電磁波疊加時(shí)，將發(fā)生衍射現(xiàn)象。掃描電子顯微鏡有很多優(yōu)點(diǎn)：第一， 焦深大，它對觀察凹凸不平的試樣形貌最有效，得到的圖像富有立體感；第二， 成像的放大范圍廣、分辨率較高，介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間；第三， 對試樣的電子損傷小，污染小，對觀察高分子試樣有利；第四， 可調(diào)節(jié)，可以用電學(xué)方法來調(diào)節(jié)亮度和襯度；第五， 得到的信息多，可以再微小區(qū)域上做成分分析和晶體結(jié)構(gòu)分析。掃描電子顯微鏡是常用的材料表面測試儀器，其放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍。由此可見，采用MILC技術(shù)可使多晶硅薄膜的壓阻特性得到很大提高，應(yīng)變系數(shù)可達(dá)到60[27]。但是，MIC技術(shù)的缺點(diǎn)是薄膜易受金屬元素污染，對此可采用金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶（MILC）技術(shù)加以克服。近年來，金屬誘導(dǎo)晶化（MIC）技術(shù)在世界范圍內(nèi)受到了普遍關(guān)注。FA 和RTA方法對退火溫度要求較高，一般在900℃以上。常用的退火方法有高溫退火法（FA）、激光退火法（LA）和快速熱退火法（RTA）等。晶體形態(tài)物質(zhì)具有比無定形物質(zhì)更小的體積，因此材料的收縮效應(yīng)使薄膜殘余的壓應(yīng)力向張應(yīng)力轉(zhuǎn)變。研究表明，在高溫?zé)嵬嘶鸸に囍写龠M(jìn)多晶硅薄膜中的晶粒由柱狀結(jié)構(gòu)向等軸結(jié)構(gòu)演化可以降低殘余應(yīng)力[23]。這一問題一部分是由于襯底和薄膜材料間的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的失陪，一部分是由于淀積或熱退火過程中摻雜對晶粒生長的影響[22]。此外，由間接PECVD生成的氮化硅薄膜表面鈍化質(zhì)量非常穩(wěn)定，是一種極有前途的沉積氮化硅薄膜的方法。由于這種方法產(chǎn)生的等離子體密度高，所以沉積的速率也往往比直接PECVD要大。圖1 直接PECVD法生長設(shè)備而在間接PECVD設(shè)備中，只有NH3被交變電場所激勵(lì)，而且樣品遠(yuǎn)離等離子體。在直接PECVD設(shè)備中，SiH4和NH3同時(shí)被交變電場所激勵(lì)而產(chǎn)生等離子體，樣品直接置于等離子體當(dāng)中，為了防止等離子體對樣品表面轟擊而造成的表面損傷，電場頻率必須高于4MHz，這樣，離子的加速時(shí)間很短，不能吸收過多的能量來轟擊表面。根據(jù)等離子體的激發(fā)方式，用于生長氮化硅薄膜的PECVD設(shè)備一般分為兩種類型:直接(direct)PECVD設(shè)備和間接(remote)PECVD設(shè)備[45]。此外，PECVD同濺射法一樣，可以通過改變沉積參數(shù)的方法制備不同應(yīng)力狀態(tài)的薄膜以滿足不同的需要。所以從宏觀上看來，其電子能量足以使分子鍵斷裂，并導(dǎo)致具有化學(xué)活性的物質(zhì)(活化分子、原子、離子、原子團(tuán)等)產(chǎn)生，使本來需要在高溫下才能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)處于等離子體場中時(shí)，由于反應(yīng)氣體的電激活作用而大大降低了反應(yīng)溫度，從而在較低的溫度下甚至在常溫下就能在基片上形成固態(tài)薄膜。在輝光放電所形成的等離子體場當(dāng)中，由于電子和離子的質(zhì)量相差懸殊，兩者通過碰撞交換能量的過程比較緩慢，所以在等離子體內(nèi)部沒有統(tǒng)一的溫度，就只有所謂的電子氣溫度和離子溫度。這些就決定了LPCVD仍然不能用于多層布線間絕緣膜的沉積，也不能用于非耐熱性基片上薄膜的沉積[42]。基底材料與膜層材料之間在高溫下也會(huì)相互擴(kuò)散，在界面上形成某些脆相性，從而削弱兩者之間的結(jié)合力。低壓化學(xué)氣相淀積（LPCVD）設(shè)備示意圖然而，LPCVD也有不足之處，其中最為突出的一點(diǎn)就是它的沉積溫度一般要高于1000K，仍然屬于高溫沉積工藝。LPCVD克服了APCVD沉積速率小、膜層污染嚴(yán)重等缺點(diǎn)，因而所制備氮化硅薄膜的均勻性好，缺陷少，質(zhì)量高。同時(shí)，低壓下氣體分子在輸運(yùn)過程中碰撞的幾率小，即在空間生成污染物的可能性小，這就從污染源上減小了薄膜受污染的可能性。APCVD氮化硅膜的不足之處在于沉積速率低，薄膜污染嚴(yán)重，究其原因在于反應(yīng)室中高的壓強(qiáng)降低了分子的擴(kuò)散速率和排出污染物的能力?，F(xiàn)已逐漸被后來的低壓化學(xué)氣相沉積和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積所取代[42]。常壓下分子的擴(kuò)散速率小，不能及時(shí)排出副產(chǎn)物，這既限制了沉積速率，又加大了膜層污染的可能性，導(dǎo)致薄膜的質(zhì)量下降。由于這種沉積是在常壓下進(jìn)行的，且僅僅依靠熱量來激活反應(yīng)氣體實(shí)現(xiàn)薄膜的沉積，所以與其它CVD相比，其設(shè)備非常簡單，操作方便，是早期制備氮化硅薄膜的主要方法。近些年來，隨著射頻濺射和磁控濺射等技術(shù)的發(fā)展，在實(shí)現(xiàn)快速濺射沉積和降低基板溫度方面已取得了很大的進(jìn)展[41]。并且，濺射鍍膜法氮化硅薄膜的應(yīng)力狀態(tài)與沉積參數(shù)密切相關(guān)，隨著薄膜成分的改變，其值可以在張應(yīng)力和壓應(yīng)力之間變化，這樣就可以通過改變沉積參數(shù)的方式，制備不同應(yīng)力狀態(tài)的氮化硅薄膜以滿足不同器件的要求[40]。在濺射鍍膜時(shí)，由于放電電流和靶電流可以分別控制，所以，濺射時(shí)膜厚的可控性和多次濺射時(shí)膜厚的再現(xiàn)性好，能有效地沉積預(yù)定厚度的薄膜。經(jīng)過80多年的發(fā)展，濺射鍍膜法已被廣泛地應(yīng)用于各種薄膜的制備當(dāng)中，它不僅是硅基半導(dǎo)體技術(shù)中沉積金屬薄膜的主要形式，而且也是沉積氮化硅、二氧化硅、三氧化鋁等介質(zhì)薄膜的常用方法。 薄膜鈍化工藝 濺射法濺射這一物理現(xiàn)象早在1852年就已被Grove所發(fā)現(xiàn)，即指荷能粒子轟擊固體表面，使固體原子(或其分子)從其表面射出的現(xiàn)象。例如，在血液相容性試驗(yàn)中為非溶血性。（11）PI無毒，可用來制造餐具和醫(yī)用器具，并經(jīng)得起數(shù)千次消毒。（9）PI為自熄性聚合物，發(fā)煙率低。cm。（7）PI摩擦性能優(yōu)良，在干摩擦下與金屬對摩時(shí)，可以向?qū)δγ孓D(zhuǎn)移，起自潤滑作用，并且靜摩擦系數(shù)與動(dòng)摩擦系數(shù)很接近，防止爬行的能力好。（5）PI抗蠕變能力強(qiáng)，在較高溫度下，它的蠕變速度甚至比鋁還小。作為工程塑料，彈性模量通常為3～4GPa，纖維可達(dá)到200GPa，據(jù)理論計(jì)算，由均苯二酐和對苯二胺合成的纖維可達(dá)500GPa，僅次于碳纖維。（2）PI可耐極低溫，如在269℃的液態(tài)氦中仍不會(huì)脆裂。由于聚酰亞胺分子中具有十分穩(wěn)定的芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)單元，使它具有其它高聚物無法比擬的優(yōu)異性能[39]。聚酰亞胺(PI)或其預(yù)聚體聚酰胺酸(PA)