湿法化学制备的超薄和极薄二氧化硅/硅膜的光学性能研究

KOBAYASHI H²，TAKAHASHI M²，IMAMURA K²，PINCIK E⁵

2. 科学与工业研究所,大阪大学和CREST,日本科学与技术组织5. 斯洛伐克科学院物理研究所

摘 要：二氧化硅薄膜至今依然属人们广泛研究的材料,这是因为当这种材料制备为高质量的超薄、极薄的氧化物时,可实际应用于不同方面,如超大规模集成电路（VLSI）的栅氧化层以及液晶显示屏（LCD）的生产。本文考察了厚度为3nm和5nm的极薄二氧化硅层的结构性质,这些薄层是通过适度掺杂n-型硅（100）晶片而形成。在形成氧化层之前用标准RCA方法清洁,并随后在氮气氛围中退火,部分样品在HCN溶液中钝化。本研究中用傅立叶变换红外光谱（FT-IR）技术获取了复合结构中不同类型的化学键信息。对SiO2钝化试样和非钝化试样中的Si-O-Si的不对称伸缩振动分别用纵光（LO）和横光（TO）模式进行了鉴别,发现TO模式位置（约1 107cm-1）和振幅与试样的厚度无关。另一方面,LO模式的位置从约1 230cm-1（厚度约为1.5nm）改变为1 244cm-1左右（厚度约为4.5nm）。根据红外光谱峰的偏移,认为超薄和极薄SiOx复合结构并不均匀。对红外光谱获得的结果进行了反褶积处理并获取相关信息。用次级离子质谱分析法（SIMS,Secondary Ion Mass Spectrometry）考察了试样的原子组成,发现NH键的数量也与技术条件相关。基于记录的试样X-反射率数据的理论处理结果,用原始方法确定了材料的结构性质、层密度、表面粗糙度以及相应界面,并将所得结果与原子力显微镜所获得的结果进行了对比和讨论。借助于深能阶瞬态光谱学中的电荷变形,证实HCN溶液对二氧化硅/硅界面密度的强钝化影响。钝化后,发现新形成的界面深处缺陷阱其密度可以忽略不计,这是因为其形成原因与钝化过程中在界面处引入的NH原子对存在相关。

关键词：二氧化硅/硅结构;湿法化学;TO模式;LO模式;