鈷鈦矽三元平衡相圖及其擴散反應之研究

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周志誠(Zhe-Chen Yu) 查詢紙本館藏

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機械工程學系

論文名稱

鈷鈦矽三元平衡相圖及其擴散反應之研究

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摘要(中)

本論文重新以實驗測定鈷鈦矽三元系統在950oC之三元平衡相圖，同時對鈷鈦矽之擴散與反應行為做探討。
在鈷鈦矽三元相圖的研究中，本論文利用粉末X光繞射(XRD)、電子微探儀(EPMA)及金相觀察等分析方法來測定950oC鈷鈦矽三元相圖。實驗結果確認了文獻中有疑問的相Co2Si13Ti5事實上為Co10Si63Ti27。此外，對於文獻之相圖亦做了多處的修正。
在固態擴散反應部份，利用EPMA line-scan進行反應後濃度分布之分析。以鈷箔(100 mm)、鈦箔(25 mm)及矽單晶進行Co/Ti/Si三元系統之擴散反應，將樣品置於真空(<10-5 torr)中進行800oC下12~120小時，以及900oC下60和120小時之熱處理。分析結果，兩種溫度的擴散反應層都相當的複雜，800oC最後的擴散結果會在Si表面生成Co7Si64Ti29；900oC最後的擴散結果會在Si表面生成CoSi2。此外，亦將樣品置於Ar氣氛下進行800oC、10小時之熱處理，得到的擴散層反應情況與真空中反應的結果類似。為了進一步探討Ti在薄膜反應中扮演的角色，我們以濺鍍的方法在Si單晶上鍍上鈦的厚膜(5 mm)，接著再與Co箔(100 mm)進行Co/Ti/Si三元系統之擴散反應，將樣品置於真空中進行800及900oC下20~60小時之熱處理。分析結果，兩種溫度的擴散反應層多數僅得到TiSi2，僅少數部份有Co/Ti/Si三元的擴散反應。最後，以CoTi合金和Si單晶進行CoTi/Si三元系統之擴散反應。將樣品封於真空(5 mtorr)石英管中，進行900oC下60和120小時以及950oC下300和500小時之熱處理。分析結果，950oC的擴散反應層會得到CoSi2。
最後，將擴散反應之結果與Co-Ti-Si三元相圖做對照，並由此歸納出Co/Ti/Si三元系統之擴散路徑。

關鍵字(中)

★ 鈷鈦矽三元相圖

關鍵字(英)

論文目次

摘要I
目錄II
圖目錄V
表目錄XII
第一章緒論
1.1 研究背景 1
1.1.1半導體之發展1
1.1.2 金屬矽化物之應用(SALICIDE 製程)3
1.2 研究動機6
第二章文獻回顧與研究目標
2.1 二元平衡相圖7
2.1.1 Co-Si二元平衡相圖7
2.1.2 Co-Ti二元平衡相圖9
2.1.3 Ti-Si二元平衡相圖10
2.2 Co-Ti-Si三元平衡相圖12
2.3 固態反應14
2.3.1 Co/Si二元系統14
2.3.2 Ti/Si二元系統15
2.3.3 Co/Ti二元系統15
2.3.4 Co/Ti/Si三元系統16
2.4 擴散反應20
2.4.1 原子擴散機制20
2.4.2 交互擴散反應22
2.4.3 Kirkendall效應23
2.5 濺鍍原理24
2.6 研究目標27
第三章實驗方法及步驟
3.1 鈷鈦矽三元平衡相圖之研究28
3.1.1 合金製作28
3.1.2 合金熱處理29
3.1.3 試片切割、鑲埋與拋光29
3.1.4 金相觀察30
3.1.5 XRD分析30
3.1.6 EPMA相組成分析32
3.2 固態擴散反應之研究33
3.2.1 Co箔/Ti箔/Si單晶之擴散實驗33
3.2.2 CoTi合金/Si單晶之擴散實驗36
3.2.3 Co箔/Ti厚膜/Si單晶之擴散實驗38
第四章 Si-CoSi-TiSi三角形區域相平衡之研究
4.1 前言40
4.2 分析結果41
4.3 討論64
4.3.1 合金18~25之分析結果64
4.3.2 Si-CoSi-TiSi三角形區域相圖之總結71
第五章 Ti-Co-CoSi-TiSi梯形區域相平衡之研究
5.1 前言73
5.2 分析結果74
5.3 討論133
5.4 Ti-Co-CoSi-TiSi梯形區域相圖之總結135
第六章固態擴散反應之研究
6.1前言137
6.2 Co/Ti之擴散反應137
6.2.1 分析結果138
6.2.2 討論141
6.3 Co箔/Ti箔/Si單晶之擴散反應142
6.3.1 分析結果142
6.3.2 討論175
6.4 Co箔/Ti厚膜/Si單晶之擴散反應177
6.4.1 分析結果177
6.4.2 討論184
6.5 Ar環境下之擴散反應184
6.5.1 分析結果184
6.5.2 討論185
6.6 CoTi合金/Si單晶之擴散反應188
6.6.1 分析結果188
6.6.2 討論190
第七章總結
7.1鈷鈦矽三元平衡相圖192
7.2固態擴散反應195
參考文獻197

參考文獻

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指導教授

李勝隆(Sheng-long Lee)

審核日期

2000-7-4

推文