半導体表面近傍に偏析した分子状不純物の紫外線レーザラマン分光法による高感度分析

使用紫外激光拉曼光谱对半导体表面附近偏析的分子杂质进行高灵敏度分析

基本信息

批准号：
09875011
负责人：
宮崎誠一
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

厚さ100nm以内のシリコン表面層の高感度分析技術の開発を目的として、短波長レザー光を励起光源として用いたラマン散乱分光システムを構築し、その分析能力を実験的に評価した。モノシラン(SiH_4)のグロー放電分解により、堆積温度250℃で、Cr蒸着Si基板上に水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)薄膜を1〜5nm堆積した。He-Cdレーザ光(波長325nm或いは442nm)励起により、直角散乱及び垂直散乱配置の光学系で、ラマン散乱スペクトルを測定した。その結果、膜厚1nmでは、SiH_x(x=2,3)結合のロッキングモードによるラマン散乱信号(中心波数〜640cm^<-1>)が支配的であり、膜厚2nmになると、480cm^<-1>付近にa-Siネットワークに特徴的なブロードなTOフォノンモードが観測される。これは、a-Si:H膜堆積表面には高次結合水素が支配的に存在し、膜厚2nm以上で、a-Siネットワークの形成が進行する事を示している。この結果は、赤外全反射吸収分光による表面結合水素のその場分析結果とよく一致する。更に、膜厚が増加すると、結合水素のロッキングモードによるラマン散乱信号では、SiH結合の信号(630cm^<-1>)が支配的になると共に、a-Siネットワーク形成の進展を反映して、a-SiネットワークTOモードに加えて、TA(150cm^<-1>),LA(320cm^<-1>)およびLO(400cm^<-1>)の信号が顕著に観測される。本システムを用いることにより、極めて浅い表面層を高感度分析できることが確認された。ただし、波長325nm励起では、442nm励起の場合に比べ、励起強度が、約30%に低下することに加えて、検出器の感度が半減するために、SN比は約一桁低下することが明らかになった。この他、厚さ10nmのSiO_2膜を通して、エネルギー10keVのAs^+イオンを5×10^<15>ions/cm^2注入したSi基板を本ラマン散乱分光システムにより分析した結果、厚さ約20nmのイオン注入層が非晶質化されていることを非破壊で確認できた。さらに、850℃6分間の熱処理により、非晶質化イオン注入層がほぼ完全に結晶化することも非破壊分析できた。

为了开发厚度小于100 nm的硅表面层的高灵敏度分析技术，我们构建了以短波长激光作为激发光源的拉曼散射光谱系统，并通过实验评估了其分析能力。在250℃的沉积温度下，通过甲硅烷（SiH_4）的辉光放电分解，在Cr沉积的Si衬底上沉积了1-5 nm厚的氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜。使用具有正交散射和垂直散射配置的光学系统，通过 He-Cd 激光（波长 325 nm 或 442 nm）激发来测量拉曼散射光谱。结果，当薄膜厚度为1 nm时，由于SiH_x（x=2,3）键的摇摆模式而产生的拉曼散射信号（中心波数~640 cm^<-1>）占主导地位，而当薄膜厚度为2 nm，拉曼散射信号在480 cm^<在-1附近观察到a-Si网络的宽TO声子模式特征>。这表明，在沉积的a-Si:H膜的表面上，高阶键合氢占主导地位，并且当膜厚度为2nm以上时，a-Si网络的形成得以进展。该结果与红外全反射吸收光谱对表面结合氢的原位分析非常吻合。此外，随着膜厚度的增加，由于键合氢的摇摆模式，SiH键信号(630cm^-1>)在拉曼散射信号中占据主导地位，反映了a-Si网络形成的进展。 a-Si网络TO模式，TA(150cm^<-1>)、LA(320cm^<-1>)和LO(400cm^<-1>)信号明显观察到。经证实，通过使用该系统，可以高灵敏度地分析极浅的表面层。然而，在325 nm波长激发下，与442 nm激发相比，激发强度降低了约30%，检测器的灵敏度减半，因此很明显，S/N比降低了约一个数量级它变成了。另外，使用该拉曼散射光谱对Si基板进行了分析，其中，通过10nm厚的SiO_2膜注入了5×10^<15>ions/cm^2的能量为10keV的As^+离子。系统，发现厚度约为20nm，非破坏性地证实了离子注入层是非晶态的。此外，非破坏性分析表明，通过在850℃下热处理6分钟，非晶离子注入层几乎完全结晶。