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研究生: 錢其琛
論文名稱: 氫分子離子佈植於不同晶向之鍺靶材內部所引起表面發泡與發泡破裂行為研究
Dependence of substrate orientation on blistering and exfoliation behaviors in ion-implanted hydrogen in germanium
指導教授: 梁正宏
口試委員: 趙得勝
巫勇賢
宋大崙
蔡銘進
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: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 82
中文關鍵詞: 離子佈植絕緣體上鍺智切法發泡破裂
外文關鍵詞: ion-implantation, GeOI, smart-cut, surface blistering
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  • 本論文研究旨在探討以氫分子離子佈植技術應用於 (100)、(111) 及 (110) 晶向之鍺晶圓中,以智切法生產絕緣層上鍺過程中所展現之材料特性。本論文研究主要分為兩部分,第一部分係針對完成氫分子離子佈植後 (100)、(111) 及 (110) 晶向之鍺試片在不同溫度及持溫時間下進行熱退火處理,並且以光學顯微鏡觀測三種晶向之鍺試片在不同加熱條件的退火過程中,所引起試片表面發泡破裂情形的變化與差異,之後撘配二次離子質譜儀、穿透式電子顯微鏡等特性分析儀器,進一步探討不同晶向之鍺試片內部由氫分子離子佈值所造成之缺陷結構的演化情形,並由各項儀器的分析結果,比較出對於 (100)、(111) 及 (110) 晶向之鍺試片以智切法生產絕緣層上鍺之最佳製程條件。而第二部份則利用上述結果,以智切法之標準製程進行絕緣層上鍺的製作,再利用光學顯微鏡、原子力顯微鏡以及穿透式電子顯微鏡觀測絕緣層上鍺材料之表面形貌與粗糙度以及轉移層厚度進行分析。研究結果顯示: 在鍺試片表面引發發泡以及發泡破裂現象所需之臨界溫度受到晶向的影響而呈現 鍺 (110) > 鍺 (111) > 鍺 (100) 之順序,同時不同晶向的鍺試片在發泡以及發泡破裂的數量與平均直徑上也會有明顯的差異;此外,表面之發泡與發泡破裂現象隨退火溫度升高皆須經歷成核與成長控制兩階段,因此引發表面發泡與發泡破裂現象所需之活化能隨溫度升高而存在一明顯的轉折點。各晶向之試片在相同的條件下進行氫分子離子佈植後,氫元素在試片內部之縱深分佈以及佈植缺陷的密度與深度皆會有所不同,而缺陷結構為決定退火過程中裂縫生長之關鍵因素,同時決定了智切法所轉移絕緣層上鍺之厚度及表面粗糙度。最後,本實驗以旋塗式玻璃提高佈植片與氧化片之接合強度以完成絕緣體上鍺材料的製作,並大幅提高了鍺薄膜層之轉移面積。在低溫退火時轉移之鍺薄膜層表面粗糙度較為平整,但內部之輻射損傷情形較嚴重;而高溫退火時轉移之鍺薄膜層表面則較為粗糙。


    摘要 i Abstract ii 致謝 iii 目錄 iv 表目錄 vi 圖目錄 vii 第一章 前言 1 第二章 文獻回顧 4 2.1 絕緣體上矽材料的發展歷史 4 2.2 絕緣體上矽材料製程之元件優勢 4 2.3 製作絕緣體上矽材料的各種製程技術 6 2.4 以絕緣體上鍺材料取代絕緣體上矽 8 2.5 智切法製作絕緣體上鍺之原理與機制 9 第三章 實驗原理與方法 16 3.1 SRIM電腦模擬計算程式 16 3.2 試片製備 16 3.3 熱退火處理 17 3.4 特性量測 17 3.4.1 動態光學顯微分析系統 18 3.4.2 二次離子質譜儀 18 3.4.3 穿透式電子顯微鏡 20 3.4.4 原子力顯微鏡 22 3.5 以智切法製作絕緣體上鍺 23 3.5.1 試片清洗 23 3.5.2 晶圓接合 23 3.5.3 退火處理 24 第四章 結果與討論 34 4.1 光學顯微分析 34 4.1.1 表面發泡與發泡破裂行為 34 4.1.2 退火溫度效應 36 4.1.3 退火時間效應 38 4.1.4 表面發泡與發泡破裂活化能 39 4.2 佈植元素之縱深分佈與缺陷量測 40 4.2.1 SRIM縱深分佈模擬 40 4.2.2 二次離子質譜儀分析 (SIMS) 41 4.2.3 穿透式電子顯微鏡 (XTEM) 42 4.3絕緣體上鍺試片製作 44 第五章 結論與未來建議 76 5.1 鍺晶向對於表面發泡及發泡破裂行為之影響 76 5.2 鍺晶向對於內部氫氣擴散與缺陷結構演變之影響 77 5.3 退火溫度於絕緣體上鍺材料之影響 77 5.4 未來建議 78 參考文獻 79

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