對(duì)多晶硅納米薄膜電學(xué)修正特性的研究論文

1、 . PAGE50 / NUMPAGES59碩士學(xué)位論文（工程碩士）對(duì)多晶硅納米薄膜電學(xué)修正特性的研究Research on electricaltrimming characteristics PROPERTIES OF Polysilicon NanofilmS吳璇2010年6月國(guó)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：TN432 學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：621.3.049.774 密級(jí)：公開(kāi)碩士學(xué)位論文(工程碩士)對(duì)多晶硅納米薄膜電學(xué)修正特性的研究碩士研究生：吳璇導(dǎo)師：曉為 教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工程碩士學(xué)科、專(zhuān)業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)所在單位：微電子科學(xué)與技術(shù)系答辯日期：2010年6月授予學(xué)位單位：工業(yè)大

2、學(xué)Classified Index: TN432U.D.C.: 621.3.049.774A Dissertation for the Masters Degree of EngineeringResearch on electricaltrimming characteristics PROPERTIES OF Polysilicon NanofilmSCandidate：Wu xuanSupervisor：Prof.liu xiaoweiAcademic Degree Applied for：Master of EngineeringSpeciality：Microelectronics

3、and Solid-StateElectronicsAffiliation：Department of microelectronicScience and technologyDate of Defence：June, 2010Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology摘 要多晶硅納米膜憑借其優(yōu)良的壓阻特性與溫度穩(wěn)定性可廣泛應(yīng)用于壓阻式傳感器。為了提高封裝之后電阻的匹配性，必須對(duì)電阻進(jìn)行修正。而電學(xué)修正是一種有效的電阻修正方式。因此本課題主要研究多晶硅納米薄膜的電學(xué)修正特性。樣品的制備，利用LPCVD的方法在表面有

4、熱二氧化硅的襯底上淀積不同膜厚，不同摻雜濃度和不同淀積溫度的多晶硅納米薄膜。用掃描電鏡，X 射線(xiàn)衍射儀和透射電子顯微鏡對(duì)多晶硅納米薄膜進(jìn)行表征，分析晶粒的微觀結(jié)構(gòu)。然后通過(guò)施加高于閾值電流密度的直流電對(duì)不同淀積溫度，不同膜厚以與不同摻雜濃度對(duì)多晶硅納米薄膜電學(xué)修正特性進(jìn)行測(cè)試并分析電學(xué)修正對(duì)壓阻特性以與溫度特性的影響。本文建立填隙原子空位（IV）對(duì)模型，這種模型認(rèn)為電學(xué)修正現(xiàn)象是在大電流激勵(lì)下，產(chǎn)生焦耳熱使晶界處IV對(duì)發(fā)生重結(jié)晶。基于IV對(duì)模型本文還建立了填隙原子空位對(duì)模型，它可以很好的解釋電學(xué)修正現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著摻雜濃度的提高，電學(xué)修正的精度不斷提高而修正速率卻有所減??；直接淀積的PS

5、NFs比重結(jié)晶的PSNFs修正精度和穩(wěn)定性好，因此通過(guò)優(yōu)化淀積溫度可以減少晶粒間界的無(wú)定形態(tài)，從而改善PSNFs的電學(xué)特性。因此研究電學(xué)修正技術(shù)對(duì)于封裝后的調(diào)阻有十分重要的意義。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論的分析，找到應(yīng)用于壓阻式壓力傳感器的最合適的工藝參數(shù)，即多晶硅納米薄膜的膜厚為90nm，摻雜濃度3.01020cm-3，淀積溫度為620。關(guān)鍵詞：多晶硅納米薄膜；電學(xué)修正；填隙原子模型；淀積溫度；摻雜濃度AbstractDue to their favorable piezoresistive properties and good temperature stability, polysilicon

6、 nanofilms have been applied in piezoresistive sensing devices.In order to improve the resistance matching of sensors afterfabrication, it is necessary to perform resistor trimming. The electrical trimming is an effective method of correcting resistanceerror and mismatch. Therefore, in this paper, w

7、e study the electricaltrimming characteristics of polysilicon nanofilm(PSNF) resistors.For thesample preparation, PSNF were deposited on thermally oxidized Sisubstrates by Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD). PSNFs were doped heavily at differentdoses by boron ion-implantation and deposit

8、ed at different temperature and deposited at different thicknesses. The microstructure of PSNF was characterized byscanning electron microscope(SEM), X-ray diffraction(XRD) andtransmission electronmicroscope(TEM).Then theresistance changes of trimmed resistors were measured after aseries of incremen

9、tal DC current higher than the thresholdcurrent density is applied. Use this method test the PSNFs with different doping concentrations, different thicknesses and different deposition temperature. Then we will analyzethe influence of electrical trimming characteristics to piezoresistive characterist

10、icsas well astemperaturecharacteristics.In this paper ,we establishinterstitial-vacancy (IV) model, it is considered that thephenomenon of electrical trimming is due to the recombination ofIV pairs at grain boundaries under the energy excitation of Jouleheat generated by high current conduction. Bas

11、ed on the model, the phenomenon of electrical trimming will be explained electricity The experimental results indicate that elevatingdoping concentration can improve the trimming accuracy anddecrease the trimming rate; the trimming accuracy and stability of directly deposited PSNFs are superior to t

12、herecrystallized ones.So, it is gained that reducing amorphous phases at grain boundaries by optimizingdeposition temperature can improve ET characteristics of PSNFs. Therefore, it is important to studyelectricaltrimmingafter device packaging.Through the experiment and the theory analysis,we can fou

13、nd the most appropriate parameterapplies inpiezoresistive sensing devices. These parameter is that: the thickness of PSNFs is 90nm, the doping density is 3.01020cm-3 and the deposition temperature is620.Keywords: polysilicon nanofilm, electrical trimming,interstitial-vacancy model, deposition temper

14、ature, doping concentrations目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc123858800摘要 PAGEREF _Toc123858800 h IHYPERLINK l _Toc123858801Abstract PAGEREF _Toc123858801 h IIHYPERLINK l _Toc123858802第1章緒論 PAGEREF _Toc123858802 h 1HYPERLINK l _Toc1238588031.1 課題來(lái)源與研究意義 PAGEREF _Toc123858803 h 1HYPERLINK l _Toc1238

15、588041.2 國(guó)外的研究狀況 PAGEREF _Toc123858804 h 2HYPERLINK l _Toc1238588051.2.1 國(guó)外研究狀況 PAGEREF _Toc123858805 h 2HYPERLINK l _Toc1238588061.2.2 國(guó)研究狀況 PAGEREF _Toc123858806 h 7HYPERLINK l _Toc1238588071.3本課題主要研究的容 PAGEREF _Toc123858807 h 8HYPERLINK l _Toc123858808第2章多晶硅納米薄膜的制備工藝 PAGEREF _Toc123858808 h 9HYPE

16、RLINK l _Toc1238588092.1 薄膜制備工藝的發(fā)展與比較 PAGEREF _Toc123858809 h 9HYPERLINK l _Toc1238588102.1.1 淀積工藝 PAGEREF _Toc123858810 h 9HYPERLINK l _Toc1238588112.1.2 退火工藝 PAGEREF _Toc123858811 h 12HYPERLINK l _Toc1238588122.1.3 摻雜工藝 PAGEREF _Toc123858812 h 12HYPERLINK l _Toc1238588132.2多晶硅納米薄膜的制備工藝 PAGEREF _To

17、c123858813 h 13HYPERLINK l _Toc1238588142.2.1不同厚度的多晶硅納米薄膜的制備 PAGEREF _Toc123858814 h 13HYPERLINK l _Toc1238588152.2.2 不同摻雜濃度的多晶硅納米薄膜的制備 PAGEREF _Toc123858815 h 14HYPERLINK l _Toc1238588162.2.3 不同淀積溫度下多晶硅納米薄膜的制備 PAGEREF _Toc123858816 h 14HYPERLINK l _Toc1238588172.3版圖的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc123858817 h 15HYP

18、ERLINK l _Toc1238588182.4 薄膜電阻的制備工藝流程 PAGEREF _Toc123858818 h 17HYPERLINK l _Toc1238588192.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc123858819 h 19HYPERLINK l _Toc123858820第3章多晶硅納米薄膜微觀結(jié)構(gòu)的表征與測(cè)試方法的研究 PAGEREF _Toc123858820 h 20HYPERLINK l _Toc1238588213.1 多晶硅納米薄膜的微觀表征 PAGEREF _Toc123858821 h 20HYPERLINK l _Toc1238588223.1.1

19、不同厚度多晶硅納米薄膜的微觀表征 PAGEREF _Toc123858822 h 20HYPERLINK l _Toc1238588233.1.2 不同摻雜濃度多晶硅納米薄膜的微觀表征 PAGEREF _Toc123858823 h 22HYPERLINK l _Toc1238588243.1.3 不同淀積溫度多晶硅納米薄膜的微觀表征 PAGEREF _Toc123858824 h 23HYPERLINK l _Toc1238588253.2 多晶硅納米薄的測(cè)試方法 PAGEREF _Toc123858825 h 25HYPERLINK l _Toc1238588263.2.1 多晶硅納米薄膜

20、電學(xué)修正的測(cè)試方法 PAGEREF _Toc123858826 h 25HYPERLINK l _Toc1238588273.2.2 溫度特性的測(cè)試方法 PAGEREF _Toc123858827 h 25HYPERLINK l _Toc1238588283.2.3 壓阻特性的測(cè)試方法 PAGEREF _Toc123858828 h 25HYPERLINK l _Toc1238588293.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc123858829 h 27HYPERLINK l _Toc123858830第4章多晶硅納米薄膜電學(xué)修正特性的測(cè)試結(jié)果與理論分析 PAGEREF _Toc123858

21、830 h 28HYPERLINK l _Toc1238588314.1 填隙原子空位對(duì)模型的建立 PAGEREF _Toc123858831 h 28HYPERLINK l _Toc1238588324.1.1 現(xiàn)有的多晶硅電學(xué)修正的理論模型 PAGEREF _Toc123858832 h 28HYPERLINK l _Toc1238588334.1.2 填隙原子空位對(duì)模型的建立 PAGEREF _Toc123858833 h 30HYPERLINK l _Toc1238588344.2 測(cè)試結(jié)果與理論分析 PAGEREF _Toc123858834 h 32HYPERLINK l _Toc

22、1238588354.2.1 膜厚對(duì)多晶硅薄膜電阻的電學(xué)修正特性的影響 PAGEREF _Toc123858835 h 32HYPERLINK l _Toc1238588364.2.2摻雜濃度對(duì)多晶硅薄膜電阻的電學(xué)修正特性的影響 PAGEREF _Toc123858836 h 34HYPERLINK l _Toc1238588374.2.3淀積溫度對(duì)多晶硅薄膜電阻的電學(xué)修正特性的影響 PAGEREF _Toc123858837 h 36HYPERLINK l _Toc1238588384.2.4 電學(xué)修正對(duì)壓阻特性以與溫度特性的影響 PAGEREF _Toc123858838 h 38HYPE

23、RLINK l _Toc1238588394.3本章小結(jié) PAGEREF _Toc123858839 h 41HYPERLINK l _Toc123858840結(jié)論 PAGEREF _Toc123858840 h 42HYPERLINK l _Toc123858841參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc123858841 h 43HYPERLINK l _Toc123858842工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 PAGEREF _Toc123858842 h 47HYPERLINK l _Toc123858843工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū) PAGEREF _Toc123858843 h 47H

24、YPERLINK l _Toc123858844致 PAGEREF _Toc123858844 h 48第1章 緒論1.1 課題來(lái)源與研究意義本課題源自國(guó)家自然科學(xué)基金資助的項(xiàng)目“多晶硅納米薄膜壓力傳感器”研究的一個(gè)部分。自從1954年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)之后，就引起了很多關(guān)于壓阻特性和壓阻器件的研究，隨之產(chǎn)生了利用壓阻效應(yīng)研制的半導(dǎo)體器件，而壓阻式壓力傳感器就是其典型的代表之一。這類(lèi)傳感器具有頻率響應(yīng)高，適于動(dòng)態(tài)測(cè)量；體積小，適于微型化；精度高；靈敏高，比金屬應(yīng)變計(jì)高出很多倍，無(wú)活動(dòng)部件，可靠性高，能工作于振動(dòng)、沖擊、腐蝕、強(qiáng)干擾等惡劣環(huán)境中等優(yōu)點(diǎn)。因此，近年來(lái)壓阻式壓力傳感器的

25、研究備受人們關(guān)注1。而壓阻式壓力傳感器中十分重要的部分就是橋臂電阻，其電阻變化量為千分之幾，即只有幾歐姆，因此電阻的精度會(huì)直接影響壓阻式壓力傳感器的性能，穩(wěn)定性以與可靠性，所以提高電阻精度可以很大程度的提升壓阻式壓力傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)。本課題是用多晶硅納米薄膜作為惠更斯電橋的橋臂電阻，用電學(xué)修正的方法來(lái)提高電阻的精度，以此來(lái)提高傳感器的可靠性和穩(wěn)定性。多晶硅納米薄膜屬于納米材料的疇。納米材料具有許多獨(dú)特、優(yōu)異的光學(xué)，磁學(xué)，熱學(xué)以與力學(xué)方面的性能2。而納米技術(shù)是當(dāng)今科技發(fā)展中最活躍的領(lǐng)域之一，包括納米物理學(xué)、納米材料學(xué)、納米測(cè)量學(xué)、納米加工學(xué)等。這些學(xué)科的發(fā)展將使許多領(lǐng)域產(chǎn)生突破性的進(jìn)展。對(duì)于

26、多晶硅薄膜材料特性的研究可以追溯到二十世紀(jì)五十年代3，而對(duì)多晶硅納米薄膜材料的研究卻很少，工業(yè)大學(xué)MEMS中心對(duì)重?fù)诫s的多晶硅納米膜進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)重?fù)诫s的多晶硅納米薄膜有良好的壓阻特性（應(yīng)變系數(shù)30）和優(yōu)越的溫度穩(wěn)定性，這使得多晶硅納米薄膜成為一種極具前景的壓阻材料4-6，因此多晶硅納米薄膜在壓阻式壓力傳感器方面的應(yīng)用也有巨大的前景。對(duì)于惠更斯電橋結(jié)構(gòu)的壓阻式傳感器，橋臂電阻的匹配性直接影響傳感器的性能與成品率，因此為了提高傳感器的性能，就要盡量使電阻值達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但是由工藝誤差的存在，電阻通常偏離設(shè)計(jì)值。而電阻的偏離通常是由于在生產(chǎn)過(guò)程中電阻的傾斜，邊界效應(yīng)和局部變化而引起的，從而導(dǎo)致了

27、薄膜厚度的起伏，摻雜濃度的改變和幾何精確度的改變等。為了使器件的性能更加優(yōu)越，因此需要在后期應(yīng)用調(diào)阻技術(shù)對(duì)電阻進(jìn)行修正。而本課題所要研究的就是通過(guò)電學(xué)修正特性來(lái)調(diào)整電阻，這對(duì)提高壓阻式壓力傳感器的精度以與可靠性有著深遠(yuǎn)的意義和巨大的應(yīng)用價(jià)值。1.2 國(guó)外的研究狀況1.2.1國(guó)外研究狀況近年來(lái)國(guó)際上對(duì)于多晶硅的研究主要集中在薄膜的制備工藝上，而研究的目的是提高多晶硅薄膜的壓阻系數(shù)以與降低其溫度系數(shù)。而關(guān)于對(duì)多晶硅調(diào)阻的研究并不是很多。但是在制備電阻的過(guò)程中，特別是制備薄膜電阻，會(huì)產(chǎn)生較大的偏差，這會(huì)嚴(yán)重影響電阻的精度，使電阻阻值偏離設(shè)計(jì)的要求，從而直接影響壓力傳感器的精度。因此要想提高傳感器的精

28、度就必須使電阻值符合設(shè)計(jì)要求。所以研究調(diào)阻的方法是十分有必要的。目前對(duì)電阻進(jìn)行修正的方法主要有三種：即用齊納二極管的擊穿的方式對(duì)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，用激光進(jìn)行調(diào)阻和用電學(xué)修正的特性來(lái)調(diào)整電阻。這三種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，但總的來(lái)說(shuō)，激光調(diào)阻和齊納二極管擊穿的方式進(jìn)行調(diào)阻是常規(guī)的調(diào)阻方式，但存在不足，而用電學(xué)修正的方式可以克服常規(guī)調(diào)阻方式的不足。1.2.1.1 用齊納二極管的擊穿來(lái)調(diào)節(jié)電阻：用齊納二級(jí)管擊穿的方式是一種間接的調(diào)阻方式，它是通過(guò)在傳導(dǎo)路徑中加大的電流，使齊納二極管選擇性的短路，來(lái)改變電壓，從而改變電阻7。其基本電路如圖1-1所示。齊納二極管的Z0到Zn是不導(dǎo)通的。通過(guò)選擇性的對(duì)Z0到Zn短路

29、來(lái)改變補(bǔ)償電壓（VOS），從而可以改變RR/RL的比值，改變電阻。圖1-1 通過(guò)選擇性的短路齊納二極管來(lái)調(diào)整偏壓用齊納擊穿的方法，雖然可以對(duì)電路的電阻進(jìn)行定量的修正，但修正電路占據(jù)了很大的面積，引起成本的增加和電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜。這樣會(huì)阻止產(chǎn)品大規(guī)模的生產(chǎn)和成本的降低。因此在調(diào)阻過(guò)程中這種方法用的很少。1.2.1.2 用激光的方法對(duì)電阻進(jìn)行修正目前激光調(diào)阻是較常用的調(diào)阻方式8。激光可聚焦成很小的光斑，具有高精度、高效率、能量集中和無(wú)污染的特點(diǎn)，故加工時(shí)對(duì)鄰近的元件熱影響極小，易于用計(jì)算機(jī)控制，可以滿(mǎn)足快速微調(diào)電阻使之達(dá)到精確的預(yù)定值的目的。因此這種方法被廣泛使用。其基本原理如圖1-2所示，是將激光

30、器發(fā)出的脈沖激光束聚焦成很小的光點(diǎn)，達(dá)到適當(dāng)?shù)哪芰棵芏龋瑢?duì)薄膜電阻的導(dǎo)電體進(jìn)行切割，使之膜層熔融、蒸發(fā)，以改變薄膜電阻導(dǎo)體的有效導(dǎo)電面積或有效導(dǎo)電長(zhǎng)度，達(dá)到調(diào)整薄膜電阻單元阻值的目的，這是由蒸發(fā)和熔體移動(dòng)共同作用的結(jié)果，即在光通量密度大的區(qū)域，薄膜汽化和蒸汽壓力使熔體表面變形并流出作用區(qū)；在光通量密度小的區(qū)域，表面力起作用，使熔體產(chǎn)生移動(dòng)。加工時(shí)將激光束聚焦在電阻薄膜上，將物質(zhì)汽化。微調(diào)時(shí)首先對(duì)電阻進(jìn)行測(cè)量，將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的修調(diào)方法指令光束定位器，使激光按一定路徑切割電阻，直至阻值達(dá)到設(shè)定值為止9。圖1-2 激光調(diào)阻的工作原理在生產(chǎn)制造混合集成電路中，廣泛的應(yīng)用激光修

31、正技術(shù)對(duì)厚膜導(dǎo)體（金屬電阻）進(jìn)行調(diào)阻。對(duì)于在AlN上的金屬薄膜電阻，可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)頻率，激光強(qiáng)度以與照射時(shí)間來(lái)進(jìn)行修正。其電阻值可以控制在目標(biāo)電阻的0.3%，被修正的金屬電阻的改變值少于5.5%10。2002年激光修正技術(shù)可以完全與傳統(tǒng)的COMS技術(shù)相兼容，這使得激光調(diào)阻技術(shù)可以在微電子模擬電路與混合電路中得到應(yīng)用。激光修正技術(shù)使通過(guò)激光束來(lái)融化一個(gè)硅的區(qū)域，在兩個(gè)相鄰的P-N結(jié)型二極管之間形成電子連接，從而制作一個(gè)電阻器件。這些電阻在一個(gè)自動(dòng)化的系統(tǒng)中制作時(shí)間少于1秒，電阻的圍可以從100歐到1兆歐，精度可達(dá)0.005%，并且這些電阻的溫度系數(shù)可以接近零11。2007年提出了一種新的

32、分析方法，用這種方法可以得到薄膜電阻激光修正的模型。這種模型是基于電阻修正后相應(yīng)分布區(qū)域的映射以與相應(yīng)的復(fù)雜函數(shù)建立的。用這種模型可以得到很好的修正結(jié)果并且使用方便 12。激光修正的精度通常與激光刻蝕的路徑有關(guān)，而通常的路徑有I，L，U，Z型等。2008年，提出了一種新的任意的刻蝕路徑（而不是常規(guī)L形的修正），應(yīng)用于嵌入式電阻，這種方法可以得到更高的精度嵌入式電阻13。同年，激光修正技術(shù)應(yīng)用于高精度DAC已被證實(shí)14。激光微調(diào)精度高，芯片面積小，相對(duì)生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高（每小時(shí)可達(dá)十幾萬(wàn)片），不需要增加生產(chǎn)步驟就能與實(shí)際的COMS加工相結(jié)合15。但是，由于局部加熱產(chǎn)生了應(yīng)力，導(dǎo)致了被修正電阻

33、的不穩(wěn)，很難達(dá)到小尺寸的單片集成電路高精度的要求。而且設(shè)備昂貴，對(duì)于過(guò)度修正不能恢復(fù)。因此激光調(diào)阻也存在著一定的局限性。1.2.1.3 電學(xué)修正用電學(xué)修正特性來(lái)調(diào)節(jié)電阻可以克服上述的不足。它不需要昂貴的設(shè)備，只需要電流源就可以完成。多晶硅電阻不需要做成很大的尺寸就能得到很高的精度。而且在集成電路中重?fù)诫s的多晶硅是常用的材料，因此用這種方法不需要改變現(xiàn)有的制造工藝16。電學(xué)修正的方法可以在封裝之后完成，這樣可以避免由于封裝而引起電阻的改變，使電阻值與設(shè)計(jì)要求更加匹配。1979年Amerniya等人開(kāi)始研究重?fù)诫s多晶硅的電學(xué)的電學(xué)修正的條件和特性。他們發(fā)現(xiàn)多晶硅電阻有一種重要的電學(xué)修正特性：當(dāng)電流

34、密度高于閾值時(shí)，其電阻減小。而當(dāng)電流減小到閾值之下時(shí)，電阻就不再減小，而且這種電阻的減小是穩(wěn)定的。用這種現(xiàn)象作為電學(xué)修正技術(shù)的基礎(chǔ)。重?fù)诫s的多晶硅電阻可以通過(guò)電學(xué)修正特性來(lái)改變電阻，但必須滿(mǎn)足下面兩個(gè)條件：(1)摻雜的濃度高于閾值，大約11020cm-3；(2)電流密度高于閾值，大約為1106A/cm2。其基本特性如圖1-3所示。但他們并沒(méi)有完全說(shuō)明其產(chǎn)生的機(jī)理17。幾年后Amemiya等人根據(jù)上述試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步研究，建立了在重?fù)诫s多晶硅電阻中電流誘導(dǎo)電阻減小的基本機(jī)理的模型，但沒(méi)能完全解釋電學(xué)修正現(xiàn)象18。圖1-3 修正電流與電阻的關(guān)系在此期間還應(yīng)用了多晶硅的這種性質(zhì)成功的制造出單片

35、14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。但其電阻的穩(wěn)定性并不是很好。1984年，多晶硅的這種性質(zhì)已經(jīng)在高精度的電阻修正技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。修正后電阻的穩(wěn)定性問(wèn)題也得到了解決。K. Kato等人發(fā)明了一種簡(jiǎn)單的技術(shù)叫ETR（excess trimmingandrestoration)可以使電阻達(dá)到更高的穩(wěn)定性。用這種方法可以使電阻在100時(shí)使用100年，穩(wěn)定性達(dá)到0.01%。但由于制造工藝的限制，還沒(méi)有達(dá)到這種穩(wěn)定性。當(dāng)電阻長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)時(shí)，用重?fù)诫s的方法對(duì)多晶硅電阻進(jìn)行修正，電阻值會(huì)產(chǎn)生輕微的改變。而要得到高精度的電阻就要充分的抑制這種改變。電阻的恢復(fù)是由于在多晶硅層雜質(zhì)的熱擴(kuò)散引起的。因?yàn)殡s質(zhì)擴(kuò)散遵循擴(kuò)散定律，

36、電阻以一定的形式出現(xiàn)恢復(fù)。電阻恢復(fù)的形式為R/R=At（A，為常數(shù)，t為修正時(shí)間）。由于的值小于1，那么在恢復(fù)的過(guò)程中，恢復(fù)的速率快速減小。這種特性在ETR技術(shù)中被應(yīng)用，這樣可以很大程度的改變修正電阻的穩(wěn)定性。在ETR技術(shù)中，修正過(guò)程包括兩步：第一步讓電阻過(guò)度修正，然后再恢復(fù)到要求的電阻值，其原理如圖1-4所示；第二步，加上用稍低于前面步驟使用的反饋電流。過(guò)度修正的數(shù)值越大，修正電阻的穩(wěn)定性越好。通過(guò)這種方法可以很好的提高電阻的穩(wěn)定性17。八十年代末，基于在晶粒邊界物理和結(jié)構(gòu)的改變又提出了一種電阻減小的模型。在晶粒邊界處結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致在修正時(shí)產(chǎn)生大量的熱，晶粒間形成更多緊密區(qū)域。這是由于分

37、散中心的減小，懸掛鍵的減少，鍵角的舒松而引起的。在修正過(guò)程中，由于分散中心比有固定周期的晶粒碰撞更加頻繁，因此最高的溫度出現(xiàn)在晶粒邊界上。一旦到達(dá)了足夠的焦耳熱，在晶粒與晶粒的連接點(diǎn)將迅速融化。在凝固的過(guò)程中，晶粒作為再結(jié)晶過(guò)程的核，引起了固定的結(jié)構(gòu)延伸，使其到達(dá)分散的晶粒邊界區(qū)域。擴(kuò)散層變薄導(dǎo)致電阻大幅度的減小，而且不能恢復(fù)。在晶粒界面相似的改進(jìn)已經(jīng)通過(guò)激光再結(jié)晶的方式在多晶硅薄膜得到證實(shí)了19。圖1-4 過(guò)度修正和恢復(fù)過(guò)程的原理圖九十年代初，J.A. Babcock等人在前人的研究基礎(chǔ)之上，發(fā)現(xiàn)了電阻修正的可逆性。他們發(fā)現(xiàn)用電學(xué)修正的方法來(lái)調(diào)節(jié)電阻是有周期性的，可以重復(fù)性的減小和恢復(fù)，這種

38、特性對(duì)于制造高精密的電阻是有幫助的。隨著脈沖修正電流的增加，電阻的減小，多晶硅電阻的溫度系數(shù)出現(xiàn)周期性變化，如圖1-5所示20。圖1-5 多晶硅電阻修正與恢復(fù)周期隨后，K. Lahir等人用高電流脈沖來(lái)研究離子束濺射的多晶硅的電學(xué)修正特性。研究表明在小密度電流脈沖條件下，電阻寬度一樣時(shí)，長(zhǎng)的電阻比短的電阻修正的效果更好。在電流脈沖較大時(shí)，電阻修正率增加，但是修正量減少了。這種技術(shù)對(duì)修正單片多晶硅是有效的，而且沒(méi)有任何的局部損傷21，1995年，提出一種新的控制電阻減小和恢復(fù)的模型。他認(rèn)為在不同的晶粒取向之間晶界作為負(fù)載缺陷的過(guò)渡區(qū)。在加入修正電流脈沖時(shí)，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致多晶硅薄膜晶界不可逆的重建

39、。摻雜劑的液相分離比可逆電阻的電阻改變小。電阻的恢復(fù)是由于在擴(kuò)散過(guò)程中晶粒重新分布，導(dǎo)致在晶界散射中心的增加22。1996年，k. HYPERLINK :/apps.isiknowledge /DaisyOneClickSearch.do?product=WOS&search_mode=DaisyOneClickSearch&db_id=&SID=1BakI1MfoI7LFEGMIbN&name=Kato%20K&ut=A1996VF45000007&pos=1 kato等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了由于電學(xué)修正而引起的重?fù)诫s多晶硅電阻的溫度系數(shù)的改變與融化-分離模型相一致23。2000年，電學(xué)修正的方法

40、在多晶硅/鍺化硅上的到應(yīng)用24。2007年電學(xué)修正特性應(yīng)用于頻率微調(diào)，這種方法與機(jī)械微調(diào)共同使用，使頻率的精度到達(dá)2.6ppm.25近年來(lái)電學(xué)修正技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域更加廣泛。其中最典型就是在封裝后用電學(xué)修正技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)石英諧振腔的諧振頻率26。通過(guò)上述的發(fā)展?fàn)顩r可以看出，國(guó)外對(duì)多晶硅的電學(xué)修正現(xiàn)象已經(jīng)有了一定的研究。我們要在他們的研究基礎(chǔ)上，借鑒他們研究的方法和手段，對(duì)多晶硅電學(xué)修正的性質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步研究，特別是不同膜厚，不同摻雜濃度，不同淀積溫度對(duì)電學(xué)修正特性的影響以與電學(xué)修正對(duì)壓阻特性與溫度特性的影響，找到合適的工藝參數(shù)，用來(lái)提高電阻的精度，從而提高傳感器的性能。1.2.2 國(guó)研究狀況國(guó)對(duì)調(diào)阻技術(shù)

41、的研究并不是很多，目前對(duì)激光調(diào)阻有一定的研究，而對(duì)電學(xué)修正的研究卻很少。激光調(diào)阻（又叫激光微調(diào)）是利用激光可聚焦成很小的光斑，能量集中，有選擇地氣化部分材料來(lái)制造微電元件的一種方法，目前制造電阻、電容的方法往往達(dá)不到所要求的誤差圍。用激光對(duì)電阻、電容進(jìn)行精密微調(diào)、加工時(shí)對(duì)鄰近的元件熱影響極小，不產(chǎn)生污染，易于計(jì)算機(jī)控制，具有速度快、效率高、可連續(xù)監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。此外還有精度高、線(xiàn)性好和阻值不隨時(shí)間變化的優(yōu)點(diǎn)。按照電阻的調(diào)整方式可分為無(wú)源調(diào)阻(passive trimming)和有源調(diào)阻(active trimming)，亦稱(chēng)功能調(diào)阻(function trimming) 。無(wú)源調(diào)阻是直接調(diào)整電阻的

42、數(shù)值，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，即在基板與其他分立元件如無(wú)源片式元件和IC組件組裝之前，將混合電路基板上的每個(gè)電阻調(diào)整到設(shè)計(jì)值；而有源調(diào)阻則是指在電路全部組裝完后，根據(jù)調(diào)整電路輸出參數(shù)調(diào)整電阻，只需對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵的電阻進(jìn)行微調(diào)27。激光在電阻膜上的掃描路徑稱(chēng)為調(diào)阻圖形，激光調(diào)阻精度與調(diào)阻圖形有關(guān)。由于受激光束控制難易的影響，調(diào)阻圖形為直線(xiàn)或直線(xiàn)的組合。綜合精度、速度穩(wěn)定性因素與激光束控制難易程度，一般采用 L型調(diào)阻圖形。垂直于電流方向的橫向切割對(duì)阻值影響較大，稱(chēng)為粗調(diào)；平行于電流方向的縱向切割對(duì)阻值影響較小，稱(chēng)為精調(diào)。合理確定粗、精調(diào)可提高調(diào)阻精度與穩(wěn)定性28。目前國(guó)激光微調(diào)技術(shù)廣泛應(yīng)用于厚、薄膜元件和電路

43、的參數(shù)微調(diào)，包括電阻器、電容器和石英諧振腔等的參數(shù)調(diào)節(jié)，混合集成電路放大器、分壓器、穩(wěn)流器、數(shù)字模擬與模擬數(shù)字交換器、高頻振蕩器、運(yùn)算放大器和石英壓電設(shè)備等的功能調(diào)節(jié)，以與半導(dǎo)體集成電路的微調(diào)，它消除了影響多種集成電路精度的種種限制。由于激光光束能精確地定向、定位在最小尺寸區(qū)域，可以規(guī)定的形式與小的熱作用區(qū)，可對(duì)薄膜元件進(jìn)行精密單件微調(diào)。因加工中沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，可在大氣中加工，實(shí)現(xiàn)激光加工過(guò)程的自動(dòng)化，具有精度高、工藝簡(jiǎn)便和高效的特點(diǎn)29。但是用激光調(diào)阻的方法也存在一些不足，而其最大的缺點(diǎn)就是由于局部加熱而產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致調(diào)整后阻值不穩(wěn)定，所以在封裝中的熱處理可以改變修正的電阻值，從而降低了電阻的

44、精度。用電學(xué)修正特性來(lái)調(diào)整電阻可以有效的克服上述缺點(diǎn)，而且只需要對(duì)其施加電流就可以完成，因此成本很低，調(diào)整精度也很高。但國(guó)對(duì)電學(xué)修正特性的研究覺(jué)卻很少，近年來(lái)已經(jīng)對(duì)多晶硅納米薄膜的特性開(kāi)始研究，但主要研究的是多晶硅納米薄膜的溫度特性以與壓阻特性等30-32，對(duì)多晶硅納米薄膜電學(xué)修正特性對(duì)壓阻特性以與溫度特性影響的研究卻沒(méi)有。1.3 本課題主要研究的容本課題的主要任務(wù)是結(jié)合國(guó)外科學(xué)工作者對(duì)電學(xué)修正特性實(shí)驗(yàn)和理論的研究，進(jìn)一步對(duì)多晶硅納米薄膜電學(xué)修正特性進(jìn)行研究，測(cè)試并分析，不同膜厚，不同摻雜濃度，不同淀積溫度對(duì)多晶硅納米薄膜電學(xué)修正的影響，以與電學(xué)修正對(duì)壓阻特性以與溫度特性的影響，從而找出合適的

45、工藝參數(shù)，應(yīng)用于壓阻式壓力傳感器，對(duì)提高傳感器的精度和穩(wěn)定性有深遠(yuǎn)的意義。主要工作容可分為以下幾部分：(1) 學(xué)習(xí)和掌握電學(xué)修正特性和基本原理。(2) 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行分析整理。(3) 制備不同淀積溫度、不同膜厚、不同摻雜濃度的多晶硅納米薄膜電阻。(4) 測(cè)試并分析淀積溫度，膜厚以與摻雜濃度對(duì)電學(xué)修正特性的影響。(5) 測(cè)試并分析電學(xué)修正對(duì)壓阻特性以與溫度特性的影響。(6) 建立的理論模型，使測(cè)試結(jié)果與理論值相符，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行深入分析，找到應(yīng)用于壓阻式壓力傳感器的最合適的工藝參數(shù)。第2章 多晶硅納米薄膜的制備工藝薄膜的制備技術(shù)對(duì)于測(cè)試多晶硅納米薄膜的電學(xué)修正特性有著十分重要的用。薄膜的

46、制備方法直接影響著薄膜電阻的均勻性，純度，密度，結(jié)構(gòu)的完整性，臺(tái)階覆蓋率以與缺陷密度等。因此要選擇合適的制備方法，獲得質(zhì)量?jī)?yōu)良的多晶硅納米薄膜。本章主要介紹一些薄膜的制備方法，包括化學(xué)氣相淀積，退火，摻雜等，再通過(guò)分析比較找到適合的工藝流程，制作實(shí)驗(yàn)樣品。2.1 薄膜制備工藝的發(fā)展與比較2.1.1 淀積工藝到目前為止，制備多晶硅薄膜方法很多，通常分為物理氣相淀積與化學(xué)氣相淀積。物理氣相淀積包括真空蒸發(fā)鍍膜、濺射鍍膜、離子鍍膜三大類(lèi)。其他的淀積方式還包括：電化學(xué)淀積、化學(xué)氣相淀積、分子束外延等。但化學(xué)氣相淀積方法（Chemical Vapor Deposition，CVD）由于具有設(shè)備簡(jiǎn)單、生長(zhǎng)

47、過(guò)程參數(shù)易于控制、薄膜質(zhì)量?jī)?yōu)良、重復(fù)性好、便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用，尤其在集成電路制備薄膜時(shí)，成為一種重要的方法。一般來(lái)說(shuō)，化學(xué)氣相淀積可分為兩類(lèi)，一類(lèi)是分解反應(yīng)淀積，它通常利用加熱、等離子體、光輻照或其他能源使某些氣態(tài)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)化合物加熱分解，生成固態(tài)物質(zhì)并淀積到經(jīng)處理的固體襯底表面的一種方法；另一類(lèi)是化學(xué)反應(yīng)淀積，這種沉積方式是由兩種或兩種以上的氣體物質(zhì)在加熱的基體表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而沉積成固態(tài)膜層的方法。對(duì)于多晶硅，最常用的反應(yīng)是硅烷（SiH4）的熱分解或鹵硅烷的氫還原反應(yīng)。按照反應(yīng)室氣壓的不同、溫度的不同、能量供給方式的不同，CVD法可分為：常壓化學(xué)氣相淀積( HYPE

48、RLINK :/ t _blank AtmosphericPressureChemical Vapor Deposition，APCVD)、低壓化學(xué)氣相淀積 (low PressureChemical Vapor Deposition，LPCVD) 和等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD) 等。APCVD系統(tǒng)原理圖如圖2-1所示，其反應(yīng)溫度為600-1000。采用此法制備多晶硅薄膜時(shí)，硅片放置的數(shù)目受基座尺寸的限制；片間和片的均勻性受管氣流、硅片放置位置、基座溫度分布以與氣相中反應(yīng)劑的濃度變化的影響；由于反應(yīng)

49、原料的消耗，基座前后的淀積率會(huì)有差異；管壁上的雜質(zhì)顆粒還會(huì)落到硅片上，造成薄膜的污染和生長(zhǎng)缺陷。因此在LPCVD出現(xiàn)后，這種淀積方法逐步被取代。圖2-1 常壓化學(xué)氣相淀積（APCVD）設(shè)備示意圖LPCVD系統(tǒng)裝置圖如圖2-2所示。其反應(yīng)溫度約為550-800。由于襯底硅片采用豎直方式放置在石英架上，因此產(chǎn)量顯著增加，生長(zhǎng)的薄膜的均勻性與襯底表面溫度的均勻性直接相關(guān)。硅烷是LPCVD工藝中最常使用的反應(yīng)氣體，薄膜的淀積速率取決于反應(yīng)氣體壓強(qiáng)、氣流速率和淀積溫度。LPCVD反應(yīng)腔里的壓強(qiáng)通常在13.3-266Pa，此條件下，氣體傳輸速率較快，淀積速率主要取決于反應(yīng)速率，受氣體擴(kuò)散速率的影響不大。而

50、氣體反應(yīng)速率主要由溫度決定，淀積速率隨反應(yīng)溫度的升高而增加。而且，淀積溫度還決定著生長(zhǎng)薄膜的結(jié)構(gòu)，因此淀積溫度是LPCVD技術(shù)中最重要的工藝參數(shù)。淀積溫度低于585時(shí)，生長(zhǎng)的通常為非晶態(tài)膜；高于600時(shí)，生長(zhǎng)的為多晶態(tài)膜。所生成的晶粒大小隨淀積溫度的升高而增大，表面處的晶粒大小隨著膜厚的增加而線(xiàn)性地增大。該設(shè)備具有生長(zhǎng)薄膜質(zhì)量高、均勻性好（35%）、臺(tái)階覆蓋與一致性較好、針孔小、薄膜結(jié)構(gòu)完整性?xún)?yōu)良。反應(yīng)氣體利用率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。圖2-2 低壓化學(xué)氣相淀積（LPCVD）設(shè)備示意圖PECVD系統(tǒng)裝置圖如圖2-3所示。該裝置的外形與LPCVD類(lèi)似。在低壓條件（通常為2Torr）下，反應(yīng)室平行排列的

51、金屬板電極間的氣體在高頻電場(chǎng)的作用下，生成非平衡等離子體。等離子體中的電子被電場(chǎng)加速，與反應(yīng)分子發(fā)生碰撞，將其激活，使反應(yīng)氣體發(fā)生分解反應(yīng)。此法的反應(yīng)溫度一般為300-500，可見(jiàn)用這種方法可以顯著降低淀積時(shí)基體的溫度，并且淀積速度快，成膜質(zhì)量好、針孔少、不易龜裂。但其薄膜中氫的含量較高、晶態(tài)比（相對(duì)于LPCVD薄膜）較低、對(duì)后續(xù)的退火工藝要求較高，導(dǎo)致薄膜的壓阻特性不如LPCVD薄膜穩(wěn)定。因此，目前普遍采用LPCVD技術(shù)制作多晶硅壓阻薄膜，商用多晶硅壓阻式傳感器幾乎全部采用LPCVD的方法制造33。圖2-3 等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積（PECVD）設(shè)備示意圖目前，LPCVD技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，國(guó)

52、外的研究人員逐漸將研究熱點(diǎn)集中在磁控濺射技術(shù)和熱絲化學(xué)汽相淀積方法上。對(duì)于磁控濺射技術(shù)的研究，主要著重于通過(guò)調(diào)整工藝方法和控制工藝條件來(lái)提高磁控濺射多晶硅薄膜質(zhì)量。2000年，Joo等人用離子磁控濺射法，在低溫250和氬氫混合氣氛下淀積了多晶硅膜，膜厚為200nm，晶粒大小為5070nm34。近年來(lái)，國(guó)外又相繼報(bào)道了脈沖直流磁控濺射和反應(yīng)磁控濺射等技術(shù)35-38，都在不同程度上提高了多晶硅薄膜的質(zhì)量。但是，這些技術(shù)還需要進(jìn)一步完善，目前尚未在多晶硅壓阻式壓力傳感器的制作中得到實(shí)際應(yīng)用。而熱絲化學(xué)汽相淀積法是利用溫度高達(dá)2000的鎢絲使反應(yīng)氣體（如SiH4硅烷等）分解，生成的硅淀積在襯底上直接形

53、成多晶硅薄膜。其淀積速度較快，對(duì)襯底溫度要求不高，一般在175400。但是這種方法制備的薄膜均勻性較差，而且晶粒度較小，應(yīng)用受到很大限制。隨著近些年的深入研究，有望使該工藝的重復(fù)性和穩(wěn)定性達(dá)到要求39-42。不久的將來(lái)，HWCVD將是極具應(yīng)用前景的低溫淀積技術(shù)。2.1.2 退火工藝在多晶硅薄膜的制備工藝中，除了淀積技術(shù)的控制和改進(jìn)，另一個(gè)亟待解決的問(wèn)題是薄膜殘余應(yīng)力和應(yīng)力梯度對(duì)薄膜特性的影響。這一問(wèn)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(guò)程中摻雜對(duì)晶粒生長(zhǎng)的影響43。而這些都取決于薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。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

54、柱狀結(jié)構(gòu)向等軸結(jié)構(gòu)演化可以降低殘余應(yīng)力44。在退火過(guò)程中，晶粒之間無(wú)定形物質(zhì)將發(fā)生再結(jié)晶。晶體形態(tài)物質(zhì)具有比無(wú)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)力向應(yīng)力轉(zhuǎn)變。一般來(lái)說(shuō)，具有最小應(yīng)力梯度的微小應(yīng)力的薄膜更適于MEMS器件的應(yīng)用。常用的退火方法有高溫退火法、激光退火法和快速熱退火法等。雖然這些工藝技術(shù)較為成熟，但都存在局限性。高溫退火和快速熱退火對(duì)退火溫度要求較高，一般在900以上。激光退火技術(shù)是通過(guò)激光掃描完成薄膜退火，雖然可使襯底保持較低溫度，但會(huì)引入局部應(yīng)力，因此制作力學(xué)量傳感器一般不采用激光退火技術(shù)。近年來(lái)，金屬誘導(dǎo)晶化（metal induced crystalliz

55、ation，MIC）技術(shù)在世界圍受到了普遍關(guān)注。摻入非晶硅（a-Si）中的金屬元素，可減弱Si-Si鍵的強(qiáng)度或改變Si-Si鍵的結(jié)構(gòu)，使非晶硅的晶化溫度降低到500以下45, 46。但是，MIC技術(shù)的缺點(diǎn)是薄膜易受金屬元素污染，對(duì)此可采用金屬誘導(dǎo)橫向結(jié)晶（metal induced lateral crystallization，MILC）技術(shù)加以克服。在壓阻特性方面，Li等人將經(jīng)過(guò)MILC處理的PECVD多晶硅薄膜與LPCVD薄膜進(jìn)行了比較發(fā)現(xiàn)，MILC薄膜的壓阻靈敏度要高出LPCVD多晶硅薄膜的40%，同時(shí)溫度影響還小于LPCVD多晶硅薄膜的40%47。由此可見(jiàn)，采用MILC技術(shù)可使多晶硅

56、薄膜的壓阻特性得到很大提高，應(yīng)變系數(shù)可達(dá)到6048。2.1.3摻雜工藝多晶硅薄膜的摻雜工藝主要有：原位摻雜（in situ doping）、擴(kuò)散摻雜（diffusion doping）和離子注入摻雜（ion-implantation doping）。原位摻雜難以控制摻雜濃度、重復(fù)性差，在制作壓阻薄膜時(shí)應(yīng)盡量避免使用此工藝。而擴(kuò)散摻雜主要有替位式擴(kuò)散和間隙式擴(kuò)散兩種。雜質(zhì)通過(guò)替位式擴(kuò)散的擴(kuò)散速度慢、需要的擴(kuò)散溫度高，但是可精確控制p-n結(jié)的深度和摻雜濃度（需要控制溫度精確至1）；Si中硼、磷等雜質(zhì)的擴(kuò)散就屬于替位式擴(kuò)散。雜質(zhì)的間隙式擴(kuò)散的擴(kuò)散速度很快，擴(kuò)散溫度較低一些。他們的擴(kuò)散摻雜技術(shù)生產(chǎn)效率

57、高、成本低，但摻雜均勻性差，一般也不采用；只有在制作重?fù)诫s多晶硅壓阻薄膜時(shí)才采用。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/63017.htm t _blank 離子注入技術(shù)又是近30年來(lái)在國(guó)際上蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用的一種材料表面改性高新技術(shù)。離子注入的方法就是在真空中、低溫下，把雜質(zhì)離子加速，獲得很大動(dòng)能的雜質(zhì)離子即可以直接進(jìn)入半導(dǎo)體中；同時(shí)也會(huì)在半導(dǎo)體中產(chǎn)生一些晶格缺陷，因此在離子注入后需用低溫進(jìn)行退火或激光退火來(lái)消除這些缺陷。雖然離子注入技術(shù)成本高，而且還需要后續(xù)的退火工藝來(lái)激活雜質(zhì)，但可以精確控制雜質(zhì)的總劑量，深度分布與面的均勻，而且溫度低（可防止原來(lái)雜質(zhì)的再擴(kuò)散等）

58、，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)（以減小電容效應(yīng)），工藝重復(fù)性好。因此，商用傳感器大多采用離子注入技術(shù)來(lái)完成LPCVD多晶硅壓阻薄膜的制備。用PECVD的方法制成的多晶硅薄膜大多采用原位摻雜技術(shù)。用LPCVD 技術(shù)制作多晶硅壓阻薄膜時(shí)，為了同時(shí)保證薄膜結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分布的均勻一致，一般先淀積純凈的多晶硅薄膜之后再采用擴(kuò)散或離子注入技術(shù)進(jìn)行摻雜。2.2 多晶硅納米薄膜的制備工藝基于用LPCVD技術(shù)制備的薄膜具有生長(zhǎng)質(zhì)量高、均勻性好、臺(tái)階覆蓋與一致性較好、針孔小、薄膜結(jié)構(gòu)完整性?xún)?yōu)良，反應(yīng)氣體利用率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。我們采用LPCVD的方法來(lái)制備多晶硅納米薄膜。為了便于測(cè)試，首先要選擇適當(dāng)?shù)囊r底和絕緣層。對(duì)于襯底

59、材料來(lái)說(shuō)，單晶硅材料與多晶硅熱形變失配較小，且具有良好的彈性、可加工性，以與與集成電路工藝的兼容性?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，選用單晶硅片為襯底材料。而常用的絕緣層是氮化硅或二氧化硅，考慮到二氧化硅與襯底單晶硅機(jī)械性質(zhì)相似，與襯底的應(yīng)變一致性較好，而且工藝簡(jiǎn)單，故選取二氧化硅作為襯底和多晶硅納米薄膜間的絕緣層。實(shí)驗(yàn)中，二氧化硅層通過(guò)熱氧化的方法來(lái)生成，厚度為0.8-1m，以確保絕緣強(qiáng)度。熱氧化溫度為1100，工藝過(guò)程為干氧+氫氧合成+干氧49。2.2.1不同厚度的多晶硅納米薄膜的制備膜的厚度對(duì)多晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)有很大的影響，會(huì)導(dǎo)電學(xué)修正特性的不同。特別是對(duì)于多晶硅納米薄膜來(lái)說(shuō)，除了存在結(jié)構(gòu)的變化還有小尺寸效

60、應(yīng)的影響，所以隨著膜厚的不同，電學(xué)修正特性也會(huì)發(fā)生顯著的變化。但是目前對(duì)多晶硅電學(xué)修正特性的研究成果還很少。為此本文首先制備不同膜厚的多晶硅納米薄膜，用以研究膜厚對(duì)多晶硅納米薄膜電學(xué)修正特性的影響。在溫度為620的條件下，用LPCVD的方法淀積膜厚分別為40、90、123、150nm的多晶硅薄膜樣片，膜厚是用淀積時(shí)間來(lái)控制的，其工藝參數(shù)如表2-1所示，其中膜厚為40、90nm的多晶硅薄膜襯底為晶向，單面拋光的4英寸硅片，片厚為49010m，表面氧化層厚度為0.86m。膜厚為123、150nm的多晶硅薄膜襯底為晶向，單面拋光的4英寸硅片，片厚51010m，表面氧化層厚度1.0m。對(duì)樣片采用常規(guī)固