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SOI关键参数的光学表征技术——理论研究及工程实用化

作　者: 李林
导　师: 俞跃辉
学　校: 中国科学院上海冶金研究所
专　业: 材料物理与化学
关键词: 绝缘体上硅 红外反射技术 注氧隔离SOI 智能剥离SOI
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要


绝缘衬底上的硅（Silicon-On-Insulator，简称SOI）在近年以来受到了人们的广泛关注。在未来，基于SOI的器件所具有的优异性能，它不但将会广泛应用于如笔记本电脑、移动电话等便携式系统；而且将在石油、化工、汽车等领域大放异彩。更进一步，SOI还有望向光电集成电路，纳米尺度的快速闪存器件，乃至单电子晶体管等等一系列面向未来的半导体技术发展，具有极其光明的应用前景。SOI材料的研制，也是中国科学院“知识创新”的重要课题。 在本文中，利用SIMOX技术成功地制造了SOI材料，使用卢瑟福背散射（RBS/C）、透射电子显微镜（XTEM）和高分辨率电子显微镜（HRTEM）分析了样品的各层薄膜厚度、晶体结构的完整性以及薄膜的完整性和界面处的情况。在分析以上实验结果的基础上建立了一系列物理模型，发展了红外反射光谱（IR）来测量SOI材料的关键参数——顶层硅和氧化理层的光学厚度及均匀性，并针对各种误差的来源，进行了进一步的讨论和有效的修正，得到可信的结果。并利用俄歇电子能谱（AES）分析样品中硅和氧在样品中不同深度处的化学状态；以及在深度方向上，各元素在不同深度的变化情况。其结论很好地验证了红外反射光谱（IR）的模拟结果。 基于对以上物理模型的研究，结合现阶段使用计算机测量的广泛性，利用动态数据交换（Dynamic Data Exchange）把数据和其他处理分析的工具结合起来，可以很容易地使数据得以共享；充分利用数值求解的自适应方法，结合物理模型，计算数学对样品模型做了大量优化，很好地做到了逐步逼近、而又保证快速收敛，从而对数理方程进行了不重不漏的分析，很好地达到了数值计算的目的；利用作图分析方法，可以简便直观地得到分析结果，SOI材料的有关参数一目了然，达到了预期的结果；基于软件工程的要求，本程序编码是模块化的，易于维护，可以很容易地进行进一步的改进，对于多种情况都可以分析；具有很强的健壮性，其中的实时记录模块能对数据处理过程中的一系列中间数据进行快速保存，防止意外停电等事故，并能为其它运算提供辅助作用，而容错处理模块能对输入输出的数据进行一系列校验，防止误操作等偶发性错误，这在工程生产上有重要意义。 在以上工作中，作者建立了一套软件，用以分析SOI材料关键参数：表层硅和氧化埋层的厚度和均匀性。不但能迅速得到正确的结果，处理速度快、可靠性高，而且还易于使用，健壮性强，可维护性好。该套软件基于图形的用户界面， 摘 要亲和力强，易于使用，达到了分析501材料生产实用化的要求，并成功地应用于中国科学院“知识创新工程” 501材料实际生产的样品表征测量流程中。通过对SOl材料的生产工艺进行分析，提出了一系列可靠的反馈意见。 实践证明，该项工作能快速准确地得到501材料的关键性物理参数：表层硅和氧化埋层的厚度和均匀性，能实用于SOI材料生产工程的分析表征，具有相当的工程实用意义。 本文还对硅中注氢后退火所形成的微结构进行了一系列分析，在分析了I化S几，扩展电阻探针uRP）以及显微照片等实验结果的基础上，建立了对应的物理模型，并应用红外反射光谱UR）来测量分析纳米空洞的分布，在利用原于力显微镜（A17M）等手段加以检验的前提下，作了进一步的讨论和有效的修正。这对于用枷l广CUt工艺生产SOI材料具有很重要的意义。

全文目录


中文摘要  2-4
英文摘要  4-8
目 录  8-10
第一章 文献综述  10-23
  1．1 SOI——新兴的半导体材料  10-11
  1．2 SOI与体硅的比较  11-14
  1．3 SOI器件的优点  14-15
  1．4 SOI在各个领域的应用  15-16
  1．5 SOI材料的各种制备方法比较  16-20
  1．6 SOI材料的各种表征方法比较  20-23
第二章 多层薄膜的光学模型  23-29
  2．1 两相界面的光学性质  23-24
  2．2 单层薄膜的光学性质  24-26
  2．3 多层薄膜的光学性质  26-27
  2．4 有效介质近似理论  27-29
第三章 SOI的实验结果  29-38
  3．1 表层硅层的单晶性  29-31
  3．2 氧化埋层的特性  31-35
  3．3 SOI的界面结构  35-38
第四章 SOI的光学表征  38-44
  4．1 光学测量表征  38-39
  4．2 基本光学模型  39
  4．3 顶层硅色散的校正  39-41
  4．4 二氧化硅色散校正  41-42
  4．5 氧化埋层有效介质校正  42-44
第五章 SOI关键参数的在线表征  44-59
  5．1 计算程序的设计  44-47
  5．2 SOI材料双面反射光的分析  47-49
  5．3 测量环境引起误差的分析  49-51
  5．4 对红外反射光谱的进一步分析  51-53
  5．5 红外反射光谱的灵敏度  53-55
  5．6 程序的直观图形界面  55-59
第六章 在Smart-Cut上的应用  59-66
  6．1 Smart-Cut的相关实验  59-61
  6．2 Smart-Cut的光学模型  61-64
  6．3 光学模型的实验验证  64-66
总结  66-68
参考文献  68-72
发表文章目录  72-74
致谢  74-76
个人简历  76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 材料
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