高通量氫離子佈植於矽（100）以製作絕緣體上矽之特性研究

白晟毓(Sheng-Yu Bai)

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(2007年)

摘要

本研究的首要目標為釐清離子劈裂技術用於製作絕緣體上矽的作用機制。研究中使用微拉曼光譜儀與二次離子質譜儀來量測氫離子佈植於矽（100）基材後，試片內氫複合缺陷的型式以及氫、氧元素的縱深分佈等隨不同製程參數（包括氫離子佈植能量、氫離子佈植通量、爐管退火溫度、以及爐管退火時間）的變化情形。同時，並使用掃描式電子顯微鏡、原子力顯微鏡、光學顯微鏡來觀察這些氫複合缺陷經不同製程參數處理後所造成的表面發泡現象。另外，更經由標準製程製作出絕緣體上矽，並利用原子力顯微鏡、橫截面穿透式電子顯微鏡、以及二次離子質譜儀等來進行絕緣體上矽薄膜的表面粗糙度、離子劈裂層厚度、以及元素縱深分佈的量測分析。本研究的實驗參數為：氫離子佈植條件（40 keV、2×1016 cm-2，40 keV、5×1016 cm-2 ，以及 100 keV、5×1016 cm-2）與爐管退火條件（不同退火溫度：室溫、200、300、400、450、500、550、與600 oC，退火時間為 1 小時；以及，不同退火時間：0.25小時、0.5 小時、1小時、2小時、與3小時，退火溫度為 400 oC 或 500 oC）。研究結果顯示：當氫離子佈植通量大於臨界佈植通量時，才能產生表面發泡或使矽薄膜成功轉移。而不同的佈植能量會造成表面發泡有所差異，較高的佈植能量會使得發泡平均直徑較大，進而導致絕緣體上矽的表面粗糙度上升。另外，當進行爐管退火時，因為高溫區（T＞500oC）的發泡成長活化能較小，且發泡成長所需的特徵時間較短，因此，可達到快速離子劈裂的效果。而高低溫區的界線，則可藉由拉曼光譜中定義的 K 值來作判斷。最後，由矽薄膜層的厚度研究得知，在間隙原子濃度較高的區域，因氫原子會大量地受陷，較易導致矽薄膜轉移發生。

關鍵字

聰明劈裂技術 ； 離子佈植 ； 絕緣體上矽 ； 表面發泡 ； 破裂狀發泡 ； 輻射損傷 ； 複合缺陷 ； 受陷現象

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Smart cut ； Ion implantation ； Silicon on insulator ； Blister ； Craters ； Damage ； Defect complex ； Gettering

參考文獻

[1-1] M. Bruel, Nucl. Instr. and Meth. B, 108 (1996) 313.

[2-1] Jean-Pierre Colinge, Silicon On Insulator Technology:Material to VLSI (2004).

[2-2] The Path to Conception of The Junction Trasistor, IEEE Transations on Electron Devices, 23 (1976) 597.

[2-4] D.Kahng, ”A historical perspective on the development of MOS transistors and related devices”, IEEE Transations on electron Devices, 23 (1976) 655.

[2-6] 施敏, Semiconductor Devices Physics And Technology 2RD EDITION (2001).