Abstract
本研究主要探討中子束在半導體元件的應用， 內容主要分為三大部份。首先是矽晶中子轉化植磷 (Neutron Transmutation Doping ，NTD)技術應用在矽元件研究：NTD 技術是一種藉著熱中子照射以及隨之而來的輻射衰變過程， 將樣品中之原子轉化成不具輻射之穩定同位素之程序。使用中子轉化植磷(NTD)技術於矽晶植磷，其有摻雜濃度均勻之優點，可製作特性很好的功率元件或閘流體。在此係探討 NTD 技術在矽元件上的應用，並製作pn接面二極體，研究其在元件理想因數(ideality factor)、漏電流 (leakage current) 及崩潰電壓 (breakdown voltage) 等特性上的影響。而從實驗結果得知經 NTD 照射後的 4 吋晶片在經適當的退火處理後，其電阻係數的變化約在 5% 。另外在退火條件的選擇亦有詳細的探討。另外對功率元件或閘流體較重要的崩潰電壓，由實驗中亦可證明 NTD晶片的確較傳統植磷晶片有較佳的崩潰電壓特性。接著是中子照射後矽晶之退火條件研究：此實驗是選取三組NTD晶片分別施予700℃/200mins，700℃/300mins，700℃/400mins作為NTD晶片的退火條件，來探討經由這些不同退火條件下所製作之 pn 接面理想因數、漏電流，崩潰特性等，並從其中選取最佳的退火時間，當做NTD晶片的退火條件。另外對高功率元件最重要的崩潰電壓特性亦有探討。由實驗結果發現以700℃/200mins做為中子照射後的退火條件是最理想的。最後是以中子活化分析(NAA)分析矽半導體材料與元件之元素含量：利用中子活化分析法(NAA)，測量矽半導體元件內之雜質含量。由於元件內不純物(contamination)或摻雜(doping) 含量的多寡對其電特性有直接的影響，故分析雜質濃度對提昇積體電路技術有重要意義。除了 NAA 法，也利用感應耦合電漿╱原子放射光譜 (ICP/AES) 法分析，可兼取兩者優點及做結果之比對。不純物濃度之分析，主要對象為矽晶圓及元件製程中成長之薄膜(如 SiO2，多晶矽等)。摻雜濃度之分析，主要為矽金氧半(MOS)之元件中多晶矽閘電極及閘極氧化層內硼(B)或磷(P)或砷(As)之濃度。不純物之分析不易由目前設備條件達成； 摻雜As使用NAA法測量，摻雜B及P之分析使用ICP/AES 法。最後，也使用二次離子質譜儀(SIMS) 分析，以驗證結果，並作出不同方法測量所得數據之對應圖。