金屬誘發 / 金屬誘發側向結晶(MIC / MILC, Metal Induced /

矽結晶可以被少量的特定金屬誘發結晶成長是在 1963 年被 Wagner 和 Ellis (leading edge)處會先形成結晶（c-Si）核，接著為了降低 Ni 在 NiSi²/c-Si 介 面處的化學位（Chemical Potential），而 Ni 原子會往 NiSi²/a-Si 之介面處擴 散，造成 NiSi²的移動，同時形成新的 NiSi²/c-Si 介面處，如圖 1.6(b)所示，

一直重複此過程，而得到針狀或柱狀的誘發結晶，如圖 1.6(c)所示。

Laser gas F

ArF KrCl KrF XeCl XeF

λ(nm) 157 193 222 248 308 351

圖 1- 5、Ni-Si 反應自由能圖[12]

圖 1- 6、c-Si 在 NiSi²/a-Si 介面形成的結晶成長機制[3]



晶格常數為 5.406Å；而 Si 為鑽石(Diamond)結構材料、晶格常數為 5.430Å，當 兩種不同的晶格常數所產生的晶格不匹配(Lattice Mismatch)只有 0.44％。以 目前的金屬矽化物中 NiSi²和矽材料是最雷同的結構及最相近的晶格常數，所以

在 Ni-Si 複合材料的反應中，主要的驅動方式是藉由 Ni 原子的擴散。在飽 合矽成分相中，約 200℃的時侯會開始產生 δ-Ni²Si 成分。再將退火溫度提高，

約在 350℃時，Ni²Si 會逐漸被 NiSi 成分相所取而代之。約在 750℃左右才會慢 慢形成 NiSi²成分。形成 NiSi²的驅動方式是要在高溫下，由成核機制所控制形 成的。而退火的過程中，Ni 原子會先反應形成 NiSi 的介穩定相結構[11][13]，

再由 NiSi 與 Si 反應形成 NiSi²。在 Si 與 NiSi 的反應機制中的 a-Si 與 NiSi 反 應機制所形成 NiSi²是屬於擴散控制，實驗資料顯示約在 350℃左右就可以形成 NiSi²；而在高溫下的 NiSi 與 c-Si 反應機制所形成 NiSi²則是屬於成核控制。以 金屬誘發研究成長機制來觀察，Ni 來當誘發結晶，可以低溫來形成 NiSi²。圖 1-8(a)(b)資料所示在非晶矽與複晶矽中所對應不同溫度下和鎳金屬薄膜材料，

形成的矽化物相[14]。

圖 1- 8、鎳金屬薄膜對應不同溫度下之矽化物相[14]

如圖 1-9 MILC 的成長機制所示，簡單分為四步驟，第一步驟會利用黃光微 影技術在非晶矽材料上面定義開口區再鍍上一層鎳金屬;

第二步驟使用適當溫度退火約 350℃～550℃之間而形成一層 NiSi²。第三步驟利 用熱力學上的驅動力使 NiSi²會向下移動，形成金屬誘發結晶（MIC），第四步驟 NiSi²會移動形成至非晶矽底部直到基板的底部阻擋後，接著 NiSi²則會向兩側的 非晶矽材料移動，形成金屬誘發側向結晶（MILC） 。

圖 1- 9、MILC 成長機制[5]

從 MILC 成長方向之選擇性來探討，平面的 NiSi²（111）和 Si（111）之晶 格常數有 0.44﹪的不匹配;所以形成磊晶時的 c-Si 在 NiSi²{111}平面上，不會 出現介面差排。在 MILC 形成的過程中，c-Si 的選擇方向為{111}[15]。圖 1-10 中所示，從平行薄膜的上下表面來看，將會平行於<110>軸向的 c-Si 八面體結構 之四個{111}方向。，而從為<100>或<111>的軸向來看，{111}方向不會平行薄膜 表面。故 c-Si 的成長機制會被薄膜表面上下所限制成長。當要使 c-Si 的成長有 特定方向，要以優選軸向為<110>和優選成長方向為<111>。上述 MILC 的優選性 使複晶矽有特定方向成長為 MILC 主要特色之一。

圖 1- 10、MILC 的優選成長方向[15]