低能量氬離子佈植造成的矽晶表面損傷與氫原子鈍化損傷的研究

Abstract

由於在超大型積體電路的製程中，愈來愈多的離子輔助製程（ionassisted processed ）被使用，在這些製程中無法避免離子衝擊矽晶片表面，因此而造成的表面損傷乃成 為益形重要的問題。本論文的目的就在研究離子衝擊造成的矽晶表面損傷，和用氫鈍 化與熱退火的舴法，方嘗試對損傷伯有效的修復。 我們使用２０∼２５keV 能量，１０□□∼１０□□ｃｍ□□劑量的氬離子佈植，對 矽晶表面造成損傷；然後用陽極氧化╱侵蝕的方法，一點點的剝離矽晶表面，以研究 損傷從表面向深處的分佈，我們作了許多電流一電壓、電容一電壓的測量，另使用了 深能階暫態分析儀（DLTS）、穿透式電子顥微鏡（TEM ）、電子繞射儀（THEED ）、 Ｘ射線光電子分析儀（XPS ），對矽晶片的表面損傷作了許多分析。我們發現損傷後 的矽晶片，表面有一層很薄的氧化物，然後是嚴重損傷、甚至形成一層非晶形矽，底 下是較輕微的損傷和許多的深能階（deep levels） ，我們提出了一個模型，以解釋 這些損傷對元件電特性的影響，我們也估計了這些損傷的分布深度。 我們作了一些熱退火的實驗，發現損傷要在１０００℃以上的溫度，才有可能完全恢 復，我們也作了一些氫鈍化損傷的研究，發現在氫離子佈植的基板溫度對氫鈍〔化作 用是個重要因素。基板溫度必須在２００℃以上，氫鈍化作用才會有效，我們的實驗 觀察到了一些氫鈍化作用的結果，包括表面損傷和深能階（Deep levels） 都能被氫 鈍化。 我們的研究，對矽晶表面損傷和隨後的氫鈍化作用，提供了一個較深入的瞭解；並由 我們提出的模型，使得對損傷如何影響元件電特性，得到一個更深入的解析；我們相 信這將有助於積體電路製程中損傷問題的解決。