退火对Ar＋激光再结晶多晶硅／－氧.PDF

维普资讯 第 10卷 第 3期 半 导 体 学 报 ． 10 No．， 1989年 3 月 CHINESE JOURNAL OF s Mar．． 1989 退火对 Ar+激光再结晶多晶硅 ／-氧 化硅界面性质的影响 陈 坚 黄信凡 鲍希茂 (南京大学物理系) 19B7年 10月 4日收到 本 文对c ^一激 光再结晶 SOl结构材料进 行了氢等离子体遢火和 CW COt激光退火． 结果表明，两种退火方法都可以明显地降{氐背界面的界面态陷阱密赛．氧等离子体处理对晶粒 阃界引人的界面态遇火效果更显著，而 00一激光辐照对应力}f人的界面态退火作用更明显． 主甚词：薄膜 ，激光加工，半导体一绝缘体界面 ，界面态，晶粒问界，再结晶 ，氢钝化 一 、 引 言 在 SOl结构中，再结晶薄膜 与绝缘衬麻之间存在一个界面 (简称背界面)，在 电学上 主要用界面态陷阱密度 Ⅳ“和固定电荷密鏖 Nf表征 ． 它直接 影 响 SOl器件 的性 能 ．因此对 SOl材料界面性质的研究有着深刻的物理含义和实用价值． 二、实 验 方 法 SOl结构翎备： 用电阻率为 10-~D ·cm的P型(100硅单晶抛光片做基底． 采用 二氯乙烯氧化法热生长一层二氧化硅作为绝缘衬底，厚度为 1600A． 再用低压化学汽相 淀积法淀积一层约 3000五 的多晶硅薄膜 ，接着用能量为 60k ，剂量为 1X10~cma的硼 离子注入多晶硅层 ，最后在多晶硅层上采用干氧氧化法热生长一层约 850五 的二氧化硅 层． · 激光再结晶：上述样品用连续氩离子激光扫描，使多晶硅膜再结晶 ，扫描速度选为 4、5cm／,，束斑直径为 70m，步进20 D，衬底温度为)oo-4oooc，激光辐照功率选择在 功率窗 口范围内 ． 将 Ar 激光辐照过的样品制成三种类型的倒 MOS 电容 ： (a)来加任何退火处 理 ；(b)经过氢等离子体退火处理；(c)经过连续二氧化碳激光退 火处理．采用高频和 准静态 c— 特性 测量 SOl结构的背界面陷阱态密度 N 和固定电荷密度 Nf． 维普资讯 半 导 体 学 报 三、结 果 和 讨 论 1．Ar+激光再结晶 S0l结构背界面性质 图 1给 出CWAr 再结晶多晶硅平均晶粒尺寸和 SOI结构背界面的界面态陷阱密度 M 随激光功率的变化曲线 ．当激光功率从 5．4W 增至 6．0W 时 ，结晶过程 由固相结晶转 变为液相结晶，液相结晶又从纵向外延生长转为横向外延生长．随着生长机制的变化 ，再 结晶多晶硅平均 晶粒尺寸也迅速变化，从数千埃增至 11．2*／m，相应地界面态密度 Ⅳ』从 l_8×10cm eV 降低到 8．0×1Om‘ eV-．‘显然随着激光功率增加 ，晶粒增大 ，单位面 手．毫 口D】越郜精恒酶 积的晶粒间界减少 ，从而晶粒间界对界面态密度 Ⅳ 的贡献被削弱，Nn值不断下降．在 图I 再结晶 sol结构背界面的陷阱杰密度和多晶硅平均晶粒尺寸随 Ar 激光功率的变化 O 未退火样品， 口 氢退火样品 A，·3如w，；m 和 500W]．~m CW co，擞光遇火样品 激光功率大于 5．7w 时，Ⅳ 值的变化趋于平缓．一方面晶粒间界的影响继续减小，另一 方面这时激光功率接近功率窗 口上限，辐照时熔区穿透整个多晶硅层迭到绝缘衬