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研究生： 桑怡捷
Yi-Jie Sang
論文名稱： 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研究
Characterization and application of BGe molecular ion implantation in fabricating the shallow junction
指導教授： 梁正宏
Jenq-Horang Liang
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： 2004
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 78
中文關鍵詞： 分子離子佈植 、淺接面 、瞬間增強擴散效應 、鍺化硼
外文關鍵詞： molecular ion implantation, shallow junction, radiation enhanced diffusion, BGe
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    • 本論文研究係利用鍺化硼分子離子（BGe‾）佈植於 n 型的＜100＞矽晶圓，並經後續退火處理，以製作半導體元件的淺接面。所探討的離子佈植參數包括：佈植能量（20 與 77 keV）以及佈植劑量（5×1013、5×1014 與 1×1015 ions/cm2），而退火參數則包括：爐管退火與快速熱退火方式以及一階段與兩階段退火處理。本論文研究並分別使用四點探針電阻分析儀、二次離子質譜儀、溝道拉塞福背向散射儀以及穿透式電子顯微鏡等技術，分析不同佈植與退火參數對於所形成淺接面的物性與電性之影響。研究的結果顯示：低溫爐管退火除了可以有效地抑制輻射增強擴散效應之外，並可獲致較佳的晶格修復效果與較淺之接面深度；而快速熱退火除了可以提高硼原子的活化程度，但卻因輻射增強擴散效應使得接面深度變深，不利於淺接面之形成。故本論文研究在使用一階段的後續退火處理上，以 550℃、1 hr 的爐管退火為較佳的退火參數；而在兩階段的後續退火處理上，須進行 3 hr 以上的爐管退火時間，才能抑制之後因快速熱退火所帶來的擴散效應，以及進行 30 sec 的快速熱退火時間則來降低熱擴散以及輻射增強擴散兩種效應以及有效地活化摻雜原子，故以先進行 550℃、3 hr 的爐管退火，再搭配以 1050℃、30 sec 的快速熱退火為較佳的退火參數。

    摘要 致謝 圖目錄 ……………………………………………………………… Ⅲ 表目錄 ……………………………………………………………… Ⅸ 第一章 前言 ……………………………………………………… 1 第二章 文獻回顧 ………………………………………………… 3 第三章 實驗方法 ………………………………………………… 8 3.1 離子佈植 …………………………………………………… 8 3.1.1 陰極離子源 ……………………………………………… 9 3.1.2 陰極靶的製備 …………………………………………… 9 3.1.3 加速器本體 ……………………………………………… 10 3.1.4 真空系統 ………………………………………………… 10 3.1.5 射束分析 ………………………………………………… 10 3.2 電流轉移增益 ……………………………………………… 11 3.3 熱退火處理 ………………………………………………… 13 3.4 理論模擬 …………………………………………………… 13 3.5 特性量測分析 ……………………………………………… 14 3.5.1 四點探針電阻分析儀 …………………………………… 14 3.5.2 二次離子質譜儀 ………………………………………… 15 3.5.3 溝道拉塞福背向散射儀 ………………………………… 16 3.5.3.1 拉塞福背向散射分析技術 …………………………… 17 3.5.3.2 溝道效應分析技術 …………………………………… 20 3.5.3.3 溝道拉塞福背向散射儀實驗介紹 …………………… 21 3.5.4 穿透式電子顯微鏡 ……………………………………… 23 3.5.5 曲線擬合 ………………………………………………… 26 第四章 結果討論 ………………………………………………… 38 4.1 射束分析 …………………………………………………… 38 4.2 高能量鍺化硼分子佈植分析 ……………………………… 38 4.2.1 摻雜原子分佈的理論模擬 ……………………………… 38 4.2.2 低劑量鍺化硼分子佈植分析 …………………………… 39 4.2.3 高劑量鍺化硼分子佈植分析 …………………………… 41 4.3 低能量鍺化硼分子佈植分析 ……………………………… 43 4.3.1 摻雜原子分佈的理論模擬 ……………………………… 43 4.3.2 一階段爐管退火分析 …………………………………… 43 4.3.3 一階段快速熱退火分析 ………………………………… 46 4.3.4 兩階段退火分析 ………………………………………… 46 4.3.4.1 改變快速熱退火溫度 ………………………………… 47 4.3.4.2 改變爐管退火時間 …………………………………… 48 第五章 結論與建議 ……………………………………………… 71 參考資料 …………………………………………………………… 75

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