博碩士論文 87321031 詳細資訊




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姓名 石東益(Dong-Yi Che)  查詢紙本館藏   畢業系所 化學工程與材料工程學系
論文名稱 矽鍺半導體材料與鈷矽鍺化合物間相平衡與擴散之探討
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摘要(中) 本論文第一部份以實驗測定矽鍺鈷系統在700oC與950℃之三元平衡相圖。此部份的研究中,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700oC與950℃矽鍺鈷三元相圖。實驗中發現到矽鍺相在合金製造過程中有嚴重的偏析現象,以致於矽鍺相很難達成組成均勻。此一相圖與SiGe半導體相關之部份簡述如下:在700℃下,CoSi2與Si1-xGex相平衡之x值為0.78,在950℃下,CoSi2與Si1-xGex相平衡之x值為0.65。此外,於700℃與950℃也決定出固溶液Co(Si1-yGey)的穩定組成範圍為0≦y≦0.71。藉由本論文所決定之相圖可完整地解釋文獻中Co/Si1-xGex界面反應時所發生的現象。除此之外,我們也利用感應偶合電漿來測定矽鍺中Co之溶解量。
此外本論文亦測定Co-CoSi-CoGe三角形區域之相圖,在加上Si-Ge-CoSi-CoGe梯形區域之相圖,可完整地建立950℃矽鍺鈷三元平衡相圖。論文中並以本實驗所決定出的相圖與文獻做比對,討論其中的差異。
本研究之第二部份是對矽鍺鈷三元系內之擴散行為作一初步探討。本論文決定出CoSi2/Ge與CoSi/Ge 在950℃下的擴散路徑,所得的結果為950℃下CoSi2與Si1-xGex相平衡之x值為0.65。此結果於相圖所得的結果相同。此外,本論文亦做了以下之交互擴散實驗 : (1)700℃下Co/Ge之交互擴散。(2)700℃下Co/Si之交互擴散。(3)750℃下Co/CoGe之交互擴散。(4)750℃下Co/CoGe2之交互擴散。(5)900℃下Si/CoGe之交互擴散。
關鍵字(中) ★ 鈷矽鍺擴散
★ 鈷矽鍺相平衡
★ 鈷矽鍺半導體
關鍵字(英) ★ Co-Si-Ge phase diagram
★ Co-Si-Ge semiconductor
★ Co-Si-Ge diffusion
論文目次 圖1-1:An IBM NPN Bipolar Transister4
圖1-2:Al-Si 二元相圖10
圖1-3:鋁穿突(Al-Spike)現象示意圖10
圖1-4:自動對準金屬矽化技術(SALICIDE)之製程及複晶金屬矽化物
(POLYCIDE)製程13
圖2-1:Ge-Si二元平衡相圖17
圖2-2:Co-Si二元平衡相圖19
圖2-3:Hansen所測定之Co-Ge二元平衡相圖21
圖2-4:Ishida等人所測定之Co-Ge二元平衡相22
圖2-5:Wald等人所測定之Co-Si-Ge三元平衡相圖24
圖2-6:Co(Si1-yGey)中y值與晶格常數之關係圖24
圖2-7:Kavish等人所測定之Co-Si-Ge三元平衡相圖25
圖2-8:黃成吉所測定之Co-Si-Ge三元平衡相圖27
圖2-9:Co/Si二元系統固態反應之演繹圖30
圖2-10:Co/Ge二元系統固態反應之演繹圖30
圖2-11:Co/Si1-xGex三元系統固態反應之演繹圖31
圖2-12:物質從高化學未能往低化學位能擴散曲線33
圖2-13:(2-3)式到(2-5)式的濃度C與擴散距離X間的關係35
圖2-14:原子擴散機制圖38
圖2-15:Matano界面之位置39
圖2-16:假想之擴散數據曲線40
圖2-17:典型的感應耦合電漿結構42
圖2-18:感應偶合電漿原子發射光譜儀組件構造43
圖2-19:將樣品射入-電漿源之典型霧化器44
圖3-1:CoSi2、CoSi薄片於Ge碎塊中之放置圖57
圖3-2:不銹鋼夾具之裝置圖60
圖3-3:真空爐內固態反應之裝置圖60
圖3-4:固態反應中擴散溫度對時間作圖61
圖3-5:ICP實驗中消化過程之流程圖65
圖4-1:測試合金Y1到Y14在相圖中的位置67
圖4-2:測試合金Y2之XRD小角度分析68
圖4-3:測試合金Y1至Y8之XRD圖譜69
圖4-4:測試合金Y9至Y14之XRD圖譜70
圖4-5:測試合金Y2、Y5、Y10及Y12之金相照片73
圖4-6:方程式(4.1)示意圖75
圖4-7:以英文字母A到H作為Si-Ge-CoGe-CoSi梯形相圖中各平衡區域之標
示76
圖4-8:A區合金在相圖中的位置77
圖4-9:合金AH2之光學顯微鏡觀察結果79
圖4-10:A區合金之XRD圖譜80
圖4-11:A區合金在相圖中的位置及分析結果81
圖4-12:B區合金在相圖中的位置82
圖4-13(a):合金B6之光學顯微鏡觀察結果85
圖4-13(b):合金BH3之光學顯微鏡觀察結果85
圖4-14:700℃B區合金之XRD圖譜87
圖4-15:950℃B區合金之XRD圖譜87
圖4-16:B區合金在相圖中的位置及分析結果89
圖4-17:C區合金在相圖中的位置90
圖4-18:合金C1之光學顯微鏡觀察結果92
圖4-19:合金CH3於熱處理前後之形態93
圖4-20:Co-Ge二元相圖的演繹圖94
圖4-21:C區合金之XRD圖譜96
圖4-22(a):以EPMA所決定出700℃之tie-lines走向98
圖4-22(b):以XRD所決定出700℃之tie-lines走向98
圖4-23(a):以EPMA所決定出950℃之tie-lines走向99
圖4-23(b):以XRD所決定出700℃之tie-lines走向99
圖4-24:D區合金在相圖中的位置100
圖4-25:合金D1之光學顯微鏡觀察結果102
圖4-26:D區合金之XRD圖譜104
圖4-27:D區合金在相圖中的位置及分析結果105
圖4-28:E區合金在相圖中的位置106
圖4-29:合金E1之光學顯微鏡觀察結果108
圖4-30:E區合金之XRD圖譜109
圖4-31:E區合金在相圖中的位置及分析結果110
圖4-32:F區合金在相圖中的位置111
圖4-33:合金F1之掃描式電子顯微鏡二次電子(SEI)圖像113
圖4-34:F區合金之XRD圖譜114
圖4-35:F區合金在相圖中的位置及分析結果115
圖4-36:G區合金在相圖中的位置116
圖4-37:合金G1之光學顯微鏡觀察結果117
圖4-38:G區合金之XRD圖譜118
圖4-39:G區合金在相圖中的位置及分析結果119
圖4-31:I區合金在相圖中的位置86
圖4-32:合金I1之光學顯微鏡觀察結果87
圖4-33:I區合金之XRD圖譜88
圖4-34(a):本論文所測定之Si-Ge-CoGe-CoSi梯形相圖91
圖4-34(b):Wald等人所測定之Co-Si-Ge三元平衡相圖91
圖4-34(c):Kavish等人所測定之Co-Si-Ge三元平衡相圖91
圖4-35(a):合金H1a之光學顯微鏡觀察結果94
圖4-35(b):合金H2a之光學顯微鏡觀察結果94
圖4-36:合金H1a之XRD圖譜95
圖4-37:合金H2a之XRD圖譜96
圖4-38:Co5Ge7之DTA升溫曲線圖97
圖4-39:DTA分析結果決定出Co5Ge7附近之相變化示意圖97
圖4-40:以本論文所測定之相圖來解釋Co薄膜與Si1-xGex合金之高溫固態
反應行為 100
圖4-41:以Si犧牲層來成長穩定接觸材料的方法101
圖5-1:測試合金Y1到Y8在相圖中的位置103
圖5-2:測試合金Y7之光學顯微鏡觀察結果105
圖5-3:以英文字母K到U作為Co-CoSi-CoGe三角形相圖中
各平衡區域之標示107
圖5-4:K區合金在相圖中的位置及其tie-lines走向108
圖5-5(a):合金K1之光學顯微鏡觀察結果110
圖5-5(b):合金K2之光學顯微鏡觀察結果110
圖5-6:K區合金之XRD圖譜111
圖5-7:L區合金在相圖中的位置113
圖5-8:合金L2之掃描式電子顯微鏡二次電子(SEI)圖像114
圖5-9:合金L2之掃描式電子顯微鏡背反電子(BEI)圖像115
圖5-10:L區合金之XRD圖譜116
圖5-11:M區合金在相圖中的位置及其tie-lines走向118
圖5-12(a):合金M2之光學顯微鏡觀察結果120
圖5-12(b):合金M3之光學顯微鏡觀察結果120
圖5-13:M區合金之XRD圖譜121
圖5-14:N區合金在相圖中的位置123
圖5-15:合金N2之光學顯微鏡觀察結果124
圖5-16:N區合金之XRD圖譜125
圖5-17:O區合金在相圖中的位置127
圖5-18:合金O1之光學顯微鏡觀察結果128
圖5-19:O區合金之XRD圖譜129
圖5-20:P區合金在相圖中的位置131
圖5-21:合金P4之光學顯微鏡觀察結果133
圖5-22:合金P5之光學顯微鏡觀察結果134
圖5-23:合金P2之光學顯微鏡觀察結果135
圖5-24:P區合金之XRD圖譜136
圖5-25:Q區合金在相圖中的位置138
圖5-26:合金Q1之光學顯微鏡觀察結果139
圖5-27:Q區合金之XRD圖譜140
圖5-28:實驗所得、JCPDS以及模擬之XRD圖譜比對141
圖5-29:R區合金在相圖中的位置及其tie-lines走向143
圖5-30(a):合金R1之光學顯微鏡觀察結果145
圖5-30(b):合金R3之光學顯微鏡觀察結果145
圖5-31:S區合金在相圖中的位置147
圖5-32:合金S1之光學顯微鏡觀察結果148
圖5-33:T區合金在相圖中的位置150
圖5-34:合金T2之光學顯微鏡觀察結果151
圖5-35:U區合金在相圖中的位置153
圖5-36:合金U1之光學顯微鏡觀察結果154
圖5-37(a):本論文所測定之Co-CoSi-CoGe三角形相圖156
圖5-37(b):Wald等人所測定之Co-Si-Ge三元平衡相圖156
圖5-37(c):Kavish等人所測定之Co-Si-Ge三元平衡相圖156
圖6-1:Co-Ge擴散反應之光學顯微鏡觀察結果160
圖6-2:Co-Ge擴散反應EPMA Line-scan之分析結果161
圖6-3:Co-CoGe擴散反應之光學顯微鏡觀察結果164
圖6-4:Co-CoGe擴散反應EPMA Line-scan之分析結果165
圖7-1(a):本論文所測定之Co-Si-Ge三元相圖171
圖7-1(b):Wald等人所測定之Co-Si-Ge三元平衡相圖171
圖7-1(c):Kavish等人所測定之Co-Si-Ge三元平衡相圖171
圖7-2(a):本論文所測定之Co-Si-Ge三元相圖172
圖7-2(b):本論文所測定之Co-Si-Ge三元相圖及各兩相區
tie-lines之走向172
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指導教授 高振宏(C. Robert Kao) 審核日期 2000-7-5
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