以掃描電容顯微鏡研究Si1-XGeX(X≦0.05)中之鍺原子對硼原子活化之影響

Influence of Germanium on Boron Activation in Si1-XGeX(X≦0.05) Using Scanning Capacitance Microscopy

劉仲文(Chung-Wen Liu)

指導教授 ： 梁正宏

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2009年)

摘要

隨著半導體元件製程技術的不斷進步，對於半導體元件尺寸都已要求至奈米等級，而超淺接面的製作則是一項必要製程。除此之外，為了更進一步地提升元件的效能，許多新的元件材料也已正在開發中，矽鍺元件擁有異質接面結構，且隨鍺含量的增加可造成能帶間隙降低，進而提高傳導載子在基材中的遷移速率（mobility），因此矽鍺材料成為熱門的元件材料候選人之一。為了能更加瞭解摻雜元素於矽鍺材料內的特性與Ge對摻雜元素的影響，本論文乃利用BF2＋分子式低能量離子佈植於Si1-XGeX（X≦0.05）上製作P＋-N超淺接面，再經由不同的熱退火處理製程使摻雜元素活化，另外再於矽基材中製作一組相同佈植與退火條件的超淺接面為對照組，並配合SRIM電腦程式模擬、原子力顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、掃描電容顯微鏡、二次離子質譜儀、穿透式電子顯微鏡以及X光繞射儀XRD等分析工具，藉以瞭解當基材內鍺含量增加時，摻雜元素的活化特性與自由載子縱深分佈的變化情形。
本論文研究係採用Si1-XGeX（X＝0、0.01、0.03和0.05），在離子佈植方面則使用20 keV、5×1014 cm-2的BF2＋分子離子佈植，退火方式採取兩階段方式退火處理，其第一階段為900℃ spike annealing和第二階段為500℃爐管退火六小時。發現兩者經過SA熱退火處理後，硼離子在鍺含量較高的基材內其活化程度較高，顯示鍺原子確有助於摻雜元素的活化。再經過第二階段低溫熱退火後，缺陷數量大幅下降且晶格修復更為完全，同時仍然有進一步的活化現象。而且最後，對於Si0.95Ge0.05基材下不同線寬，在相同BF2＋佈植和退火條件下，實驗證實隨著線寬開口越大，其活化現象越好，晶格也有明顯的修復作用。綜合以上結果，其實活化現象產生的基本原因都是來自於為了讓晶格更加穩定且讓材料自由能下降所導致的。

關鍵字

掃描電容顯微鏡 ； 矽鍺 ； 硼原子活化

參考文獻

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