離子佈植對鎳合金矽化物之影響

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王秋眉(Chiou-mei Wang) 查詢紙本館藏

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材料科學與工程研究所

論文名稱

離子佈植對鎳合金矽化物之影響
(Effects of Ion Implantation on Nickel Alloy Silicides)

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摘要(中)

此論文研究主題主要是針對離子佈植對於鎳合金矽化物之影響，其中，因也許多文獻提到含鉑的鎳合金矽化物形成於矽基板上可以改善熱穩定性的特點，因此，在本研究當中的兩個子題皆以此為對照組。在第一個子題，首先先針對含鈦的鎳合金矽化物形成於預離子佈植之矽基板(PAI-Si)上之生成反應進行研究。從實驗中，發現含鈦的鎳合金矽化物形成於矽基板上，因為鈦猶如一中間層，會使鎳不容易擴散，而提早二矽化鎳(NiSi2)的生成，且退火溫度越高，根據熱力學定理，則二矽化鎳會變為一平整面，藉此改善其電性。此外，含鈦的鎳合金矽化物形成於預離子佈植之矽基板上，可發現經由低溫退火後也會有二矽化鎳相，其原因為預離子佈植之基板，表面會變為非晶質，而降低二矽化鎳成核所需的能量，另一方面，非晶質的矽也會讓鎳的擴散變快，因此，具有低電阻的矽化鎳(NiSi)生成，但再經由更高溫的退火，金屬鎳反應完之後，則二矽化鎳又開始生成，但因其非晶質矽與結晶矽之介面含有離子佈植的氙，而影響二矽化鎳的成長，因此其介面較為不平整，因此使用添加鈦的鎳合金在預離子佈植的矽基板上形成鎳合金矽化物，不僅使低電阻的矽化鎳的製程溫度變大，也可以進一步改善蕭基能障高度。
在第二個子題部分，在鎳-鐿矽化物形成於矽基板之探討的部分。從結果得知，利用鐿的添加，不僅可以生成含有低功函數的鎳-鐿矽化物，也進一步改善因為在鉑-矽系統中，NiSi薄膜經由高溫退火之後會變為島嶼狀的熱穩定性之缺點，而提升元件的可靠性。另一方面，利用碳的離子佈植製程，而在矽化過程中，因為碳不溶於矽化物，而在矽化物與矽基板之間的累積，以改善薄膜的熱穩定性，因此若能善加利用含鐿的鎳矽化物及碳離子佈植兩者所擁有的優點，定能有效改善矽化物在元件中的可靠度。

摘要(英)

The　research　topics　that　effect　of　ion　implantation　on　nickel　alloy　silicide.　Reportedly,　the　thermal　stability　of　Ni　silicides　was　improved　by　the　introduction　of　Pt　atom.　For　comparison,　the Ni-Pt /Si　samples　were　also　prepared　at　the　same　conditions.　Frist,　one　of　this　study　investigates　the formation　of　Ni-Ti　silicide　on　preamorphization　implanted　Si ( PAI-Si).　The　system　of Ni-Ti　silicide　formed　on　the　Si　substrate,　the　NiSi2　was　the　only　silicide　phase.　This　study　proposes　a　mechanism　that　Ti-just　interface,　effectively　hindering　the　Ni　atom　diffuse　into　Si　substrate.　Furthermore,　according　to　the　theorems　of　thermodynamics,　a　flat　(100)　interface　was　formed　at　high　temperature.　In　addition,　the　Ni-Ti　silicide　formed　on　PAI-Si　substrate,　the　NiSi2　was　formed　at　low　temperature.　The　NiSi2　phase　formed　completely　through　the　amorphous　silicon　and　stopped　at　the　crystalline　substrate.　It　did　not　penetrate　further　due　to　the　absence　of　a　driving　force,　which,　in　the　case　of　reaction　with　amorphous　silicon,　is　provided　by　an　excess　free.　However,　the　rough　interfaces　of　amorphous　silicon　and　crystalline　silicon　with　ion　implantation　of　Xe,　which　will　affect　the　growth　of　nickel　disilicide.　For　the　Ni-Ti　silicide　formed　on　PAI-Si　substrate,　not　only　larger　the　low-resistance　nickel　silicide　process　temperature　but　also　improving　the　Schottky　barrier　height.
On　the　other　hand,　the　formation　of　Ni-Yb　alloy　silicides　on　Si　substrate　has　been　systematically　investigated　in　this　study.　The　presence　of　Yb　atoms　can　form　with　a　low　work　function　of　Ni-Yb　silicides　and　suppress　the　agglomeration　of　silicide　films　at　high　temperature.　In　addition,　the　process　of　carbon　ion　implantation　in　the　Ni-Yb　alloy　films,　the　carbon　is　not　soluble　in　the　silicide.　It　is　likely　that　carbon　segregates　to　the　silicide/　Si　interfaces　to　improve　the　thermal　stability　of　the　film.　If　we　can　combine　the　process　of　Ni-Yb　alloy　silicides　and　carbon　ion　implantation　we　will　be　able　to　effectively　improve　the　silicide　in　the　component　reliability.

關鍵字(中)

★ 離子佈植
★ 鈦
★ 鐿
★ 鎳合金矽化物

關鍵字(英)

★ Ion implantation
★ Titanium
★ Ytterbium
★ Ni-alloy silicide

論文目次

Abstrate I
摘要 III
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章　緒論 1
1.1簡介 1
1.2自我校準矽化製程 2
1.3金屬矽化物之性質 4
1.3.1鈦矽化物(Titanium　Silicide) 8
1.3.2　鈷矽化物(Cobalt　Silicide) 9
1.3.3　鎳矽化物(Nickel　Silicide) 10
1.4　合金元素對鎳矽化物之影響 13
1.5　離子佈植對矽化物之影響 15
1.5.1預離子佈植(Pre-implant)的基板 15
1.5.2　離子佈植穿過金屬層(Implant　through　metal，ITM) 18
參考文獻 20
第二章　分析方法簡介 25
2.1四點探針量測分析儀 25
2.2　X光繞射儀 26
2.3穿透式電子顯微鏡 27
2.4拉曼光譜 28
2.4　X光電子能譜儀 31
第三章　鎳鈦矽化物形成於預離子佈植矽(100)基板矽化之探討 32
3.1　研究動機 32
3.2　試片準備 34
3.3　結果與討論 35
3.4結論 46
參考文獻 50
第四章　碳離子佈植的鎳鐿矽化物形成於矽(100)基板之探討 53
4.1　研究動機 53
4.2　試片準備 55
4.3　結果與討論 56
4.4結論 64
參考文獻 65
第五章　結論 68
5.1鎳鈦矽化物形成於預離子佈植矽(100)基板之探討 68
5.2碳離子佈植的鎳鐿矽化物形成於矽(100)基板之探討 68

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指導教授

李勝偉(Sheng-wei Lee)

審核日期

2011-7-26

推文