砷化鎵上矽離子佈植及退火之研究

Abstract

在有關砷化鎵電子元件應用上如金屬半導體接觸場效電晶體，離子佈植技術是為形 成導電層之常用方法。由於帶能量離子進入基板後會經過一連串碰撞，產生許多缺 陷與晶格雜亂，再者，大部分植入離子並不在取代位置上，因此後續退火成為不可 或缺的製程。 本研究中，矽離子植入於室溫下進行，之後部分試片利用磊晶鍍膜鍍上一層氮化矽 薄膜，比較其與未覆蓋保護層於高溫退火過程中抑制表面分解之特性。退火過程則 分別採用傳統高溫爐退火或快速退火。 比較拉曼光譜與面電阻測量結果，對於快速退火過程，達到最佳修復晶格的適當溫 度低於得到最佳活化率的適當退火溫度顯示使矽離子佔據住鎵離子位置所需的活化 能高於修復大部分晶格缺陷之活化能，快速退火製程可以在比爐管退火更低的溫度 下以極短的時間修復較多部分的缺陷。對於覆蓋氮化矽薄膜之快速退火過程在介面 所產生的熱應力則在高劑量離子佈植情況下較為明顯。 從移動率參數及載子濃度縱深分佈之結果分析，在爐管退火製程中溫度800 度達到 最高活化率，溫度繼續昇高則活化率下降移動率卻繼續昇高顯示於高溫的情況下會 發生以下反應：ＳｉGa＋ＶAs ----＞ＳｉAs＋ＶGa ，即矽離子原來在鎵的晶格位 置中於反應發生後置換至砷的晶格位置，由Ｎ形態的捐贈者變成接受者，同時砷的 空缺位變換成鎵的空缺位，因此在退火過程中活化率會明顯下降然而若間隙缺陷持 續填入晶格位置則因為缺陷減少移動率仍會繼續上昇。對於爐管退火製程覆蓋氮化 矽薄膜之試片移動率及活化率均明顯上昇。