超低溫鍺化硼分子離子佈植技術應用於製作淺接面半導體元件之特性研究

Characterization of application low-temperature BGe ion implantation technique in fabrication shallow-semiconductor devices

吳巧慧

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(2006年)

摘要

本論文以 77 keV 鍺化硼分子離子佈植於 n 型的 ＜100＞ 矽晶圓，佈植時晶圓的溫度分別控制在液態氮（liquid nitrogen）溫度（77 K）與室溫之下（即除了射束加熱之外，並加諸無其他熱源或冷卻方法）。佈植時試片傾斜 7° 或 35° ，離子通量為 1013、5×1013、1014、2×1014、5×1014、1015、以及 2×1015 cm-2，後續退火時所使用的退火方法為單一階段退火（包括：爐管退火與快速熱退火），以及兩階段退火（先爐管退火後，再進行快速熱退火）。並且使用四點探針電阻分析儀、二次離子質譜儀、拉曼光譜儀、以及穿透式電子顯微鏡等技術，分析不同佈植條件與退火參數對於所形成的半導體淺接面的特性與電性的影響。研究的結果顯示：低溫離子佈植後試片的輻射損傷程度較為嚴重，射程較淺，且溝道效應較小。經單一階段 550℃ 1 小時爐管退火後的低溫佈植試片的晶格修復情形較好，且電性活化程度較高。經單一階段 1050℃、25 秒快速熱退火的低溫佈植試片的缺陷密度較少，片電阻值較低，並且暫態增強擴散效應較小。至於兩階段退火方法，因其能在第一階段爐管退火時大量修復晶格，並在第二階段快速熱退火時大量活化摻雜原子，致使其表面片電阻值大幅度的較低。由於低溫佈植試片在第一階段 550℃ 爐管退火中的殘餘缺陷較少，因此第二階段快速熱退火所造成的暫態增強擴散不大。基本上，經550℃ 爐管退火之後的硼原子縱深分佈幾乎呈現沒有呈現明顯的擴散現象，但為了加強修復射程尾端的殘餘缺陷，並降低表面片電阻值，研究結果發現，以先進行 550℃、3 小時的爐管退火，再搭配以 1050℃、25 秒的快速熱退火的兩階段退火為最佳的退火方法。

關鍵字

離子佈植 ； 低溫離子佈植 ； 液態氮 ； 鍺化硼 ； 拉曼光譜 ； 暫態增強擴散

參考文獻

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