實驗的樣品是在交通大學奈米中心(NFC)及國家奈米元件實驗室(NDL) 所完成的,而Ge 離子佈植則是由漢民科技股份有限公司所提供,製程條件 詳細說明如下:
(Ⅰ)GIAS(圖 2-1)
1. 將 B 摻雜,阻值為 15~25 Ω-cm 的(100)方向矽晶片用氫氟酸浸泡一 下,目的在於去除表面的原生氧化層。
2. 使用金屬物理氣相沉積系統(PVD)沉積 25nm 的 Ni。
3. 放至集結式電漿輔助化學氣相沉積系統(PECVD)做 300℃ 1 個小時
的第一步退火,形成Ni2Si,並用硫酸去除未反應之 Ni。
4. 利用金屬快速退火爐做第二步退火,條件為 600℃30 秒,目的在於 把已反應的Ni2Si 轉成 NiSi 的晶相。
5. 送至漢民做能量為 40KeV 劑量為 5×1015cm-2或 1×1016cm-2的 Ge 離 子佈植。
6. 利用金屬快速退火爐在氮氣中做 500℃~850℃的退火,退火時間為 10 秒、30 秒、60 秒。
(Ⅱ)GIBS(圖 2-2) 1. 將 B 摻雜,阻值為 15~25 Ω-cm 的(100)方向矽晶片經過 RCA 清洗
步驟清洗後,利用乾式氧化(Dry oxide)爐管成長 20nm 的二氧化矽,
作為 Ge 離子植入的犧牲氧化層。
2. 送至漢民植入能量為 20KeV(I)/50KeV(Ⅱ),劑量 5×1015cm-2或 1×1016cm-2的Ge 離子佈植
3. 先用氫氟酸浸泡以去除犧牲氧化層,再用金屬物理氣相沉積系統 (PVD)沉積 25nm 的 Ni
4. 放至集結式電漿輔助化學氣相沉積系統(PECVD)做 300 1℃ 個小時 的第一步退火,形成 Ni2Si,隨即用硫酸去除未反應之 Ni
5. 利用金屬快速退火爐在氮氣中做 500℃~850℃的退火,退火時間為 10 秒、30 秒、60 秒。
(Ⅲ)未圖案化之 P+N 接面(圖 2-3)
1. 將 P 摻雜,阻值為 2~4Ω-cm 的(100)方向矽晶片經過 RCA 清洗步驟 清洗後,送至漢民作能量 30KeV 劑量 1×1016cm-2的Ge 離子佈植,
接著送至NDL 做能量 20KeV/30KeV 劑量 5×1015cm-2的BF2+離子佈 植。
2. 經過 SC2 及 SPM 清洗後,做 1050℃瞬間回火(spike annealing ),升
溫速度為 190℃/秒,目的在於活化前一個步驟植入的 B。
3. 先用氫氟酸浸泡去除原生氧化層,再用金屬物理氣相沉積系統(PVD) 沉積 25nm 的 Ni
4. 放至集結式電漿輔助化學氣相沉積系統(PECVD)做 300 1℃ 個小時 的第一步退火,形成 Ni2Si,隨即用硫酸去除未反應之 Ni
5. 利用金屬快速退火爐做 500℃~850℃的退火 (Ⅳ)未圖案化 N+P 接面(圖 2-4)
N+P 接面的製作大致流程和 P+N 接面相同,僅是一開始的晶圓換成 P 型矽晶圓(B 摻雜,阻值 15~25Ω-cm)而佈植的離子為 As+ (能量:20KeV 或 35KeV 劑量:5×1015cm-2)
(Ⅴ)圖案化之 P+N 接面(圖 2-5-a 圖 2-5-b)
圖案化的部份,這次實驗是使用 LOCOS 作為製程區域隔絕,供 P+N 接面,及N+P 接面使用,圖 2-5-a 為 LOCOS 的製作流程圖,而接著圖 2-5-b 則是P+N 接面的製作流程圖,詳細說明如下:
1. P 摻雜,阻值為 2~4Ω-cm 的(100)方向矽晶片經過 RCA 清洗步驟清 洗後連續沉積SiO2(35nm)/Si3N4(150nm)薄膜。
2. 利用黃光製程定義出製程區域,接著用乾蝕刻去除 SiO2/Si3N4薄膜,
然後去除光阻。
3. 經過 RTA 清洗後,送至濕式氧化爐管(wet oxide )成長 550nm 的 SiO2 作為製程區域的隔絕。
4. 先泡 HF 去除 Si3N4 表面的氧化物,再以熱磷酸去除正面及背面的 Si3N4。
5. 經果 STD 清洗後,再送至乾式氧化爐管(dry oxide )成長 30nm 的 SiO2,這個步驟是要去除 LOCOS 制程中的白帶效應(white ribbon effect)。
6. 去除 SiO2,製程區域定義完成。
<以上為 LOCOS 製程定義製程區域>
7. 送至漢民作能量 30KeV 劑量 1×1016cm-2的 Ge 離子佈植,接著送至 NDL 做能量 20KeV/30KeV 劑量 5×1015cm-2的 BF2+離子佈植。
8. 經過 SC2 及 SPM 清洗後,做 1050℃瞬間回火(spike annealing ),升 溫速度為190℃/秒,目的在於活化前一個步驟植入的 B。
9. 先用氫氟酸浸泡去除原生氧化層,再用金屬物理氣相沉積系統(PVD) 沉積25nm 的 Ni。
10. 放至集結式電漿輔助化學氣相沉積系統(PECVD)做 300 1℃ 個小時 的第一步退火,形成Ni2Si,隨即用硫酸去除未反應之 Ni。
11. 利用金屬快速退火爐做 500℃~850℃的退火形成 NiSi。
12. 用棉花棒沾取 HF 將晶背的原生氧化層去除,接著用熱阻絲蒸鍍系 統(Thermal Coater)鍍上 500nm 的鋁,P+N 接面製作完成。
(Ⅵ)圖案化之 N+P 接面(圖 2-6)
N+P 接面的製作大致和 P+N 接面相同,僅是一開始的晶圓換成 P 型矽 晶圓(B 摻雜,阻值 15~25Ω-cm)然後經過 LOCOS 製程形成絕緣層(似圖 2-5-a),而後佈植的離子換成 As+ (能量:20KeV 或 35KeV 劑量:5×1015cm-2)