一種新的抗氧自行對準鈦矽矽化技術與熱成長鈦矽化物/N(P)矽蕭基能障接觸之特性分析

Abstract

在本篇論文中，我們對於熱反應前後之鈦矽化合物（矽鈦原子比例由０變化至２）對 N 型與P 型矽蕭基接觸二極體之製造技術，界面分析與傳輸理論作了廣泛的研究並且 提出了新的技術與理論模式。此外，我們也經由實驗證了這個理論模式具備了相當普 遍的適用性。 在本論文的第一部份，我們提出了一個利用超薄非晶矽覆蓋於鈦膜上的保護方法，可 以在一般未經改造的氮氣反應爐中達致合乎超大可積體電路技術要求的自行對準鈦金 屬矽化程序。經由各種不同的薄膜分析技術，如掃描式電子顯微鏡，穿透式電子顯微 鏡，奧格電子能譜，X 射線繞射，及精微表面高度起伏偵測等方法，我們在與其他不 同的鈦矽矽化技術結果比較後證明了使用非晶形矽╱鈦作矽化技術在自行對準矽化程 序上顯示了十分優良的環境免疫性與程序可控制性。 接著技術部份後面，我們致力於研究鈦矽化物╱矽蕭基接觸之特性。由於傳統的傳輸 理論無法對實驗觀測的現象提出滿意的解釋，所以，我們首先對於過去發展的蕭基二 極體理論與實驗結果進行比較，並對各種不同的金屬╱矽蕭基二極體進行電流－電壓 特性與電容－電壓－頻率特性進行測量與分析。根據已發表的與自己實驗結果，我們 發現蕭基二極體的順向電流－電壓特性與其不理想的電容－電壓特性具有高度的相關 性。根據這些實驗觀察，我們對傳統的界面層理論作了修正。我們在原有理論中，加 入了非熱平衡狀態下界面狀態填補函數之考慮。在界面狀態是由局部的載子陷阱所達 成的假設下，我們引用了一個考慮金屬電子與界面狀態交互作用下，修正的蕭克來， 李德與霍爾模式來描述界面狀態之填補函數。根據我們的理論運算，過去所量度到電 流－電壓與電容－電壓不理想的特性，都可以得到相當一致的解釋。根據理論模式， 我們發明了一套直接由電流－電壓特性來測蕭基界面狀態密度分佈特性的方法。與過 去所發表的電容測量方法比較，這種方法更為簡單且不失其準確性。此外，測量得到 的介面狀態分佈情形，我們亦可用同樣的理論得到相當理想的解釋。 在第四章，我們用發展出的理論模式對各種類不的金屬－矽蕭基接觸二極體以電流－ 電壓方法及由電容－電壓方法測量界面狀態分佈並進行比較，證實我們所提出理論之 正確性。在第五章，我們將所發展出的理論模式，對熱處理後╱鈦矽蕭基二極體特性 之變化加以研究分析並確定了界面參數隨燒結溫度變化的情形。根據我們所知，這是 首度將金屬╱半導體界面狀態與界面層物理參數如蕭基能障高度，界面層電容，界面 狀庇少數載子對多數載子捕捉速率比值等變化與界面組成之變化相關性予以連結，經 由這些物理參數的測定，對於在實際積體電路程序發展中，如何取捨與改良金屬矽化 物╱矽接觸之形成技術具有非常重要的價值。