X光掠角小角度散射法研究退火時間對離子束合成鉬矽化物顆粒大小與表面電阻的影響

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研究生：	邱垂章 Chui-Zhang Qiu
論文名稱：	X光掠角小角度散射法研究退火時間對離子束合成鉬矽化物顆粒大小與表面電阻的影響 Grazing Incidence Small-Angle X-ray Scattering Study the Particle Size and Resistance of Mo Ion Implantation on Si(100) Wafer After Annealing
指導教授：	李志浩 Chih-Hao Lee
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 工程與系統科學系 Department of Engineering and System Science
論文出版年：	2002
畢業學年度：	90
語文別：	中文
論文頁數：	69
中文關鍵詞：	掠角小角度散射，二矽化鉬，顆粒大小，離子佈植
外文關鍵詞：	GISAXS, molybdenum di-silicide, particle size, ion implantation
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利用X光掠角小角度散射法，觀察鉬離子佈植在Si(100)晶圓，經過800 □C不同時間的退火，所形成的鉬矽化物顆粒大小成長情形，以及表面電阻的變化。在退火初期，由於晶體缺陷的減少，表面電阻有下降的趨勢；經過一段退火時間，則因為MoSi2晶粒的成長，使得晶粒間的距離變大，表面電阻因而上升。
MoSi2晶粒的成長和退火時間呈線性關係，由於Mo為難熔金屬(refractory metal)，其活化能>2.5 eV，較一般近貴重金屬(near noble metal, 活化能1.5 eV)高，晶體的成長速度主要受到介面間的反應所控制。

Grazing incidence small angle X-ray scattering (GISAXS) and X-ray diffraction technique were used to probe the particle size and distribution of MoSi2 in a Mo ion implanted Si(100) wafer under 800 ºC after different annealing time. The sheet resistance of the sample decreases at beginning of annealing due to the recovery of defects and then increases due to the growth of larger and separated particles. The particle size of MoSi2 grows linearly proportional to the annealing time is due to interfacial reaction controlled growth kinetics.

目錄
目錄……………………………………………………………………….I

圖目錄…………………………………………………………………..IX

表目錄……………………………………………………………….…VII

第一章  簡介………………………………………………………….1

1.1掠角小角度散射……………………………………………2

1.2 離子束合成鉬矽化物……………………………………...5

第二章 理論與文獻回顧…………………………………………..7

2.1 X光小角度散射原理……………………………………….7

  2.2 鉬矽化物的生成………………………………………….13

    2.2.1 金屬矽化物的性質及應用…………………….13

2.2.2 二矽化鉬的結構與性質………………………14

2.2.3 離子束合成法生成鉬矽化物………………….16

2.3 小角度散射於非單一粒徑之修正……………………….18

2.4 掠角小角度散射及其理論……………………………….21

2.5 X光反射率理論…………………………………………...23

第三章  實驗方法………………………………………………….27

  3.1 試片的製備……………………………………………….27

3.1.1 離子佈植………………………………………..27

3.1.2 X光螢光分析…………………………………..28

3.1.3 熱退火…………………………………………..30

3.2 量測分析…………………………………………………..33

3.2.1 表面電阻量測…………………………………..33

3.2.2 X光反射率量測………………………………..34

3.2.3 X光掠角小角度散射…………………………35

3.2.4 X光粉末繞射…………………………………..36

第四章 結果與討論………………………………………………...38

4.1 表面電阻率的量測結果與討論…………………………38

4.2 X光反射率量測的結果與討論………………………...…42

4.3 X光粉末繞射量測的結果與討論………………………...43

4.4 掠角小角度散射量測的結果與討論…………………….45

4.4.1 數據處理………………………………….47

4.4.2 數據的擬合…………………………………….50

4.4.2.1 高斯粒徑分佈函數…………………50

4.4.2.2 未加分析晶體數據之擬合…………51

4.4.2.3 加裝分析晶體數據之擬合……….54

4.5 結果討論………………………………………………….63

第五章 結論與建議……………………………………………...…66

Reference………………………………………………………….…..67

圖目錄

圖1-1. 小角度散射之穿透式幾何圖形………………………………3

圖1-2. 掠角小角度散射的反射式幾何圖形……………………………3

圖2-1. Mo-Si的二元平衡相圖…………………………………………15

圖3-1. 離子佈植後在整片的試片上取七個位址作X光螢光分析…29

圖3-2. 離子佈植後，各個位址上鉬離子的螢光分析圖譜…………29

圖3-3. 離子佈植後，各個位址的鉬離子螢光分析強度(鉬離子含量)..30

圖3-4. 退火過程示意圖。圖中的黑點為試片送入高溫爐的時間及溫

       度，平原部分代表正在退火。虛線則是退火30分鐘之試片

       …………………………………………………………………32

圖4-1. 表面電阻率隨退火時間變化的情形…………………………39

圖 4-2. 經過氫氟酸清洗後，表面電阻率隨退火時間變化的情形…..40

圖4-3. 晶粒大小隨退火時間增加而變大，晶粒間的距離變化示意

        圖……………………………………………………………..41

圖4-4. 退火15分鐘之反射率曲線及程式模擬曲線…………………42

圖4-5. 不同退火時間之粉末繞射圖譜……………………………….43

圖4-6. 在SRRC第一次嘗試使用之分析晶體，其直射光的強度分

 佈情形…………………………………………………………………46

圖4-7. 使用分析晶體前、後，直射光的強度分佈情形………………47

圖4-8. 不同退火時間試片的掠角小角度散射圖譜，由上至下分別為

 退火60、40、30、15、10、0分鐘以及Si(100)晶片……………………48

圖4-9. 不同退火時間試片之散射強度扣除Si(100)晶片散射強度後，

       所得到的散射圖譜……………………………………………49

圖4-10. 體積分率□對散射曲線的影響……………………………….50

圖4-11. 粒徑分佈函數為一高斯函數，擬合退火60分鐘試片的散射

        曲線(SRRC第二次實驗數據，加分析晶體)………………...51

圖4-12. (a)粒徑分佈函數以多個高斯函數加權，擬合退火60分鐘試

      片之散射強度曲線。(b)組合的粒徑分佈函數。(未加分析晶

       體)……………………………………………………………...52

圖4-13. 小晶粒含量對粉末繞射峰形影響的示意圖。小顆粒含量多，

 會使得繞射峰底部變寬，如圖箭頭指處………………………….….53

圖4-14. (a)粒徑分佈函數以多個高斯函數加權擬合退火60分鐘試片

       之散射強度曲線，(b)結構因子，以及(c)粒徑分佈…………...55

圖4-15. (a)粒徑分佈函數以多個高斯函數加權擬合退火40分鐘試

       片之散射強度曲線，(b)結構因子，以及(c)粒徑分佈………...56

圖4-16. (a)粒徑分佈函數以多個高斯函數加權擬合退火30分鐘試片

       之散射強度曲線，(b)結構因子，以及(c)粒徑分佈…………...57

圖4-17. (a)粒徑分佈函數以多個高斯函數加權擬合退火15分鐘試片

       之散射強度曲線，(b)結構因子，以及(c)粒徑分佈…………...58

圖4-18. (a)粒徑分佈函數以多個高斯函數加權擬合退火10分鐘試片

       之散射強度曲線，(b)結構因子，以及(c)粒徑分佈…………...59

圖4-19. (a)粒徑分佈函數以多個高斯函數加權擬合未退火試片之散

       射強度曲線，(b)結構因子，以及(c)粒徑分佈………………...60

圖4-20. 散射峰Qm之比較……………………………………………..64

圖4-21. 顆粒大小與退火時間呈一線性關係………………………...65

表目錄

表2-1. 常見的金屬矽化物性質………………………………………13

表4-1. 表面電阻率與退火時間之關係……………………………….39

表4-2. 施瑞爾關係式計算二矽化鉬晶粒大小與退火時間的關係…44

表4-3. 多個高斯函數加權組合而成之粒徑分佈函數，擬合不同退火

       時間試片散射曲線的結果……………………………………61

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