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本文章提出了一種新的半導(dǎo)體超鹵素深度分析方法，在通過(guò)臭氧氧化去除一些硅原子層，然后用氫氟酸蝕刻氧化物后，重復(fù)測(cè)量，然后確定了成分和表面電位的深度分布，因此這種分析技術(shù)提供了優(yōu)于0.5納米的深度分辨率，通過(guò)顯示經(jīng)反應(yīng)離子蝕刻處理的p-Si（100）樣品的成分譜結(jié)果，以及被1keVAr+轟擊的n-Si（100）樣品的表面電位譜數(shù)據(jù)，證明了該技術(shù)的適用性。
我們提出了一種新的硅切片方法，可以用來(lái)測(cè)量硅納米地下區(qū)域的組成、結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能，該方法使用紫外(UV)臭氧氧化結(jié)合氫氟(HF)酸蝕刻，在每一步去除0.5nm的硅層，通過(guò)在每個(gè)去除步驟中插入RBS和XPS，得到深度分析，給出了該技術(shù)應(yīng)用的兩個(gè)例子，一個(gè)應(yīng)用于反應(yīng)離子蝕刻(RIE)后的p型Si（100）表面，另一個(gè)應(yīng)用于1keVAr+離子轟擊后的n-Si（100）表面。?
氧化物厚度，SiO-Si界面突然的3HF蝕刻對(duì)去除氧化物有效，但對(duì)硅無(wú)效，紫外線照射不會(huì)在材料中引入任何結(jié)構(gòu)缺陷，可以在不影響原始結(jié)構(gòu)的情況下測(cè)量這些尺度內(nèi)的結(jié)構(gòu)性能。這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在高頻去除氧化層后，半導(dǎo)體表面被氫終止，氫抑制了在隨后的空氣暴露中的進(jìn)一步氧化，雖然使用高頻去除氧化層可能會(huì)引入氫相關(guān)缺陷，但這種缺陷預(yù)計(jì)不會(huì)改變近表面損傷結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈兛梢栽谥械葴囟认峦嘶?/span>，事實(shí)上，高頻鈍化已經(jīng)證明了在n-和p-Si上的平坦帶表面的產(chǎn)生。
紫外臭氧氧化的處理方法如下：將通過(guò)去離子水浴的純氧氣體引入不銹鋼反應(yīng)室，在臭氧氧化前，用氧氣凈化室內(nèi)5min，采用功率為75W的低壓紫外燈啟動(dòng)臭氧氧化，每個(gè)氧化步驟持續(xù)20min，氧壓為1atm，根據(jù)Si2p譜中氧化物、IIsi的光電子強(qiáng)度計(jì)算了氧化物tsii的厚度。
該光譜是在表面科學(xué)儀器SSX-100光譜儀上收集的，其x射線光斑大小為600pm，通過(guò)能量為50eV，假設(shè)硅和二氧化硅中的si2p光電子的IMFP均為2.5nm，相當(dāng)于平均硅蝕刻深度為0.3=l=O。1納米在深度剖面過(guò)程中，氧化層用5%HF溶液蝕刻I60s，然后用去離子水沖洗1min。為了校準(zhǔn)蝕刻深度，我們將輪廓分析技術(shù)應(yīng)用于通過(guò)分子束外延生長(zhǎng)的Si/Ge/Si超晶格。通過(guò)良好校準(zhǔn)后的生長(zhǎng)參數(shù)確定，硅帽和鍺標(biāo)記層的厚度分別為4和0.5nm。為了確定每個(gè)氧化/蝕刻循環(huán)中硅的消耗量，我們?cè)谖g刻前用XPS測(cè)量了SiO(和GeO)的數(shù)量，并將其轉(zhuǎn)化為氧化物的等效厚度。結(jié)果匯總?cè)鐖D所示2。
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圖2
為了證明所提出的技術(shù)的適用性，我們展示了之前暴露于CFd/02等離子體的p型Si（100）樣品近表面殘余損傷的分析結(jié)果。我們的XPS測(cè)量表明，紫外線輻射生長(zhǎng)的氧化膜的厚度與未損傷的相同，每次蝕刻循環(huán)后用XPS測(cè)量表面電位也可以提供關(guān)于硅表面納米區(qū)域的電特性的進(jìn)一步信息。
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圖4
在本研究中，我們?cè)谑覝叵掠?/span>1kev和6/cm2轟炸n-Si[（電子）=1x10‘6/cm3]，然后通過(guò)一系列的氧化/蝕刻循環(huán)，對(duì)轟擊樣品進(jìn)行XPS表面電位測(cè)量，在這些測(cè)量中，參考價(jià)帶最大值的硅樣品的表面費(fèi)米能級(jí)位置等于樣品的Si2p3,2結(jié)合能減去98.7eV，當(dāng)表面費(fèi)米能級(jí)處于價(jià)帶最大值時(shí)硅的~結(jié)合能。結(jié)果匯總?cè)鐖D所示4，這表明在去除前2.5nm后，表面費(fèi)米能級(jí)恢復(fù)到體值。對(duì)該納米表面電位分析的研究當(dāng)然需要澄清其適用性，我們相信其結(jié)果如圖所示4展示了一種表征超鹵素連接的新方法。
綜上所述，我們開(kāi)發(fā)了一種氧化/蝕刻技術(shù)，通過(guò)與RBS和XPS等方法的表面分析相結(jié)合，可以得到硅中雜質(zhì)的深度分布和表面電學(xué)性質(zhì)，其深度分辨率優(yōu)于0.5nm。