[发明专利]绝缘体上应变硅异质结的无损检测方法

说明书

技术领域

本发明属于一种绝缘体上应变硅异质结的分析方法，尤其是Si/SiGe/Si-SOI异质结的无损检测方法。

背景技术

应变硅能够提高电子和空穴的迁移率，有希望成为高性能金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFETs)的n型和p型沟道材料。以绝缘体上弛豫的SiGe外延层作为衬底，能够获得使电子和空穴迁移率得到提高的应变硅沟道n型和p型MOSFETs。此项技术整合了绝缘体上硅(Silicon-On-Insulator，SOI)和SiGe技术的优点。SiGe外延层的应变弛豫过程通常是通过在SiGe外延层和其衬底之间的界面上引入失配位错(Misfit Dislocation)来实现的。失配位错的总长度决定SiGe外延层的应变弛豫度，失配位错的两端以穿透位错(ThreadingDislocation)的形式终止在SiGe外延层的表面。这些穿透位错可能穿透后续生长的外延层，进入器件功能区，降低载流子迁移率、增大漏电流以及造成场效应管阈值电压的变化。

将表面平滑且应变弛豫的Si_1-xGe_x合金层作为“虚衬底”，在其上可以获得载流子迁移率增加的应变Si层，符合上述条件的Si_1-xGe_x“虚衬底”既可以在Si衬底上得到，也可以在SOI上得到。为了在SOI上获得弛豫SiGe层已经发展了如下制备技术：晶片键合(Wafer Bonding)，智能剥离(Smart Cut)，氧离子注入隔离(Separation by Implantation of Oxygen)，对SOI上低Ge含量Si_1-xGe_x层进行氧化，以及在SOI上沉积Si_1-xGe_x层后进行退火(Post-DepositionAnnealing of Si_1-xGe_x Films Deposited on SOI)。可以看到，上述工艺过程普遍采用了高温退火。对于SOI，高温退火可使其绝缘层呈现粘滞性，从而保证失配应变从Si_1-xGe_x合金层向SOI顶层Si传递，实现Si_1-xGe_x合金层低位错密度下的应变弛豫。然而，高温退火容易导致位错生成和其它相关的退化现象，诸如Ge偏析、表面粗糙化等，所以降低退火温度对于高质量SiGe层的获得是有益的。Huang等采用BSG(Boron-Silicate-Glass)作为衬底绝缘层得到了高质量应变弛豫SiGe层并降低了退火温度。

针对于半导体外延层中位错的分析方法主要有：光学显微镜法、透射电子显微术、原子力显微镜法、拉曼光谱法以及同步辐射形貌术等。光学显微镜法要对样品进行表面腐蚀，然后进行光学成像，可以得到样品表面穿透位错的分布信息；透射电子显微术需要先将被分析的样品制备成薄膜样品，然后在透射电子显微镜中进行观察。采用光学显微镜分析法和透射电子显微术对样品的分析是破坏性的。在制备用于透射电子显微镜分析的样品时，极易人为引入缺陷，而且由于所观察的样品很薄，位错在观察过程中很可能移出试样表面，导致观察结果不能反映缺陷在样品中的真实情况。原子力显微镜和拉曼光谱均为无损检测技术，然而，一般只能得到样品表面或表层的结构信息，无法确定位错的空间分布情况。同步辐射双晶形貌术作为一种高空间分辨率的无损检测技术，可以同时获得外延层和衬底中缺陷的空间分布信息，但是，目前采用同步辐射双晶形貌术未能获得绝缘体上应变硅异质结外延层和衬底中缺陷的空间分布信息，这是因为对于在SOI上采用不同方法所获得的应变硅异质结，通过对称衍射获得的双晶摇摆曲线中多个Si层衍射峰出现合并，使得对Si层衍射峰与各Si层的对应关系无法判断，因此，需要采用一种方法对Si层衍射峰与各Si层的对应关系加以区别后，再以同步辐射双晶形貌术来分析应变Si层及其它Si层结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘体上应变硅异质结的无损检测方法，通过本发明提供的方法步骤，可以从同步辐射双晶形貌术，确定绝缘体上应变硅异质结各衍射结构与衍射峰的对应关系，同时获得包括应变硅层在内的各衍射结构的同步辐射双晶形貌像。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

1、根据所要检测的应变硅异质结的晶体学结构特征，按X射线双晶对称衍射几何进行实验布置；

2、利用同步辐射单色光对样品进行对称衍射获得双晶摇摆曲线，得到应变硅异质结的衍射峰；