绝缘体上的硅（SOI）技术以其独特的结构在低压。低功耗电路，高温、抗辐照器件以及集成光电子器件方面有着广泛的应用。主氧隔离（SIMOX）技术是制备SOI材料最成功的技术之一。过去SIMOX制备SOI材料通常是采用高剂量高能量的注入方法，然而高剂量的SIMOX材料顶层Si的线位错密度过高，影响了它的应用。另外，由于过长的注入时间也导致了，生产成本攀高。这是SOI材料在微电子工业上大规模商业化应用的一个致命缺点。随着SIMOX技术的发展，人们发展了低剂量注入(通常剂量小于1.0×10¹⁸ions／cm²)，近来它越来越引起人们的重视。低剂量SIMOX材料，其隐埋氧化物层（BOX）通常在50-200nm，具有技术上和经济上巨大的优势。与高剂量SIMOX相比，它能够提高产量50-300％。低剂量SIMOX还能够大幅度降低线位错密度、热导率，提高器件性能。为了保证SOI器件高性能和高可靠性，要求BOX层的质量很高，除了BOX层的上下界面平整、陡峭外，BOX层中的针孔密度和硅岛密度也要很低，因为针孔和硅岛都导致了BOX层的漏电增加，甚至影响BOX层的绝缘击穿特性。因此，BOX层的微结构的性质是低剂量SIMOX技术发展中很关心的问题之一。在过去几年中几种低剂量SIMOX技术得到了很大的发展。 本文中我们制备了一系列低剂量SIMOX 样品，注入能量和剂量分别在45-160keV和1.8-5.5×10¹⁷／cm²之间，然后都经过1310℃以上温度的退火，退火气氛是O₂和Ar。 制备的SOI材料经过剖面透射电镜（XTEM），二次离子质谱（SIMS），原子力显微镜（AFM），和椭偏光谱（SE）表征测试。结果表明制备的SIMOX材料其埋层结构完整、上下界面陡峭、厚度均匀性好。特别是在45 keV注入1.8×10¹⁷／cm²的低剂量SIMOX，其BOX层和SOI层只有40和70nm。 进一步的研究表明了能量和剂量存在一个优化的关系。在优化剂量窗口的同时，优化能量窗口，可以显著提高低剂量SIMOX材料的质量。在这个基础上，我们发现能量和剂量存在一系列匹配关系。而且注入能量越高，形成高质量SOI结构所需的剂量也越大。我们分析了能量剂量匹配关系的形成机理，发 目录.娜.，户.甲叫甲钾......现原注入样品的氧离子分布和能量损伤分布影响了原注入样品的微结构，而不同能量剂量产生的这个结构最终导致了在一定退火条件下样品的最终的501结构的不同。 为了提高埋层质量，我们研究了二次补充注入的缺陷引入工艺，通过一系列二次补充注入拓宽BOX层的实验，发现在高氧浓度退火条件下BOX层有明显增厚的迹象，一般增厚幅度在30%左右。为了验证第二次补充注入的作用，在lookev注入3.sxlo”/emZ剂量的sIMox样品中，将第二次注入（45kev注入2义10”/c mZ）深度设计在衬底中不同的深度上，结果发现在第二次注入的位置上形成了一层连续的很薄的BOX层。这说明了二次注入引入的缺陷和高浓度的氧气退火气氛导致了埋层的增厚。 讨论了退火在低剂量SIMOX圆片制备过程中的作用，我们发现在单注入样品中退火气氛中高的氧气浓度对于提高BOX层以及501层的质量有明显的作用。它可以氧化埋层中硅岛，降低埋层中pinhole密度，提高sIM0x质量。退火对于缺陷引入的埋层（DIBoX）的形成更是起着重要的作用。其中高浓度的氧气促使DIB0x形成连续的埋层向衬底表面移动。但同时过高的氧气浓度也造成埋层中留有大量多晶和线位错等缺陷。因此应当选择合适的氧浓度和退火时间以进一步提高材料的质量。 正电子测试是一种新的表征低剂量SIMOX材料质量的方法。它虽然不能对材料的缺陷进行直接的观察，但通过间接的分析可以获得一些有用的材料信息，研究发现单注入和多次注入后产生的氧缺陷具有不同的正电子湮没特性。在本研究中我们用慢速正电子湮没技术研究了多重注入的作用以及不同退火氧气浓度的影响。通过多普勒增宽正电子湮没测试，不同剂量和能量注入、退火后的样品其顶层Si中的氧相关缺陷有着不同的性质。正电子的S参数与能量关系图显示更高的氧浓度能促进510:层的形成，并使顶层Si范围增加。