Abstract
摘要本研究主要探討中子束在矽半導體元件方面的應用，內容主要分成三 部份。第一部份以快中子束照射矽晶片並施以不同之退火條件後，製作金 氧半電容及P-N接面二極體，研究其電特性之改善。利用中子束照射CZ-Si 晶片並用之於今氧半電容以及P-N接面二極體的製作，並且量測元件特性 ，研究不同的照射劑量的快中子束，照射矽晶片施以不同的退火條件後， 對後續所製作的元件有何影響。在實驗中發現，照射快中子束40小時並 以1100度退火4-6小時的矽晶片，所製作的金氧半電容具較佳的元件特性 。P-N接面二極體應用方面，研究經快中子照射的矽晶片，所製作的P-N接 面二極體，在理想因數(Ideality Factor)，漏電流(leakage current)及 反向崩潰電壓(Reverse Breakdown Voltage)上有何改進。第二部份嘗試 以N2O對閘極氧化層進行氮化(Nitridation)，以減少SiO2/Si界面的應力( Stress)進而加強SiO2/Si界面的強度。由實驗結果顯示經過快中子照射並 退火處理後的矽晶片，在長閘極氧化層時施以N2O進行氮化(Nitridation) ，確實能有效的降低電流Stress與Radiation所造成的△Ditm與△Vfb，進 而提升元件抗熱電子與抗輻射的特性。第三部份以中子活化分析(NAA)法 ，分析金氧半元件中砷的含量，並探討砷離子佈植劑量以及趨入條件對金 氧半電容特性的影響。本章的研究內容，是對金氧半電容的多晶矽閘極， 以離子佈植不同劑量的砷進行摻雜，之後再分別給予不同的趨入溫度和時 間，使多晶矽閘極和閘極氧化層內，有不同的砷含量，將一部份經由不同 趨入條件的試樣，做出面積大小不同的電容，並量測SiO2之Qot及界面陷 阱密度(Ditm)，平帶電壓(Vfb)，閘極漏電流以及累增崩潰電荷(Qbd)，用 以了解元件的可靠度(Reliability)如何。在元件的特性分析部份發現， 以中電流（80 kev）高劑量(1x1016/cm2)砷離子佈植後，若配合950℃10 分鐘的趨入(Drive-In)，應可獲得較低的多晶矽閘極片電阻值，並且元件 有較高的Qbd值，以及較小的漏電流，應該是較適當的趨入條件。綜合砷 含量以及電特性分析比較發現，元件電特性較差者，都是氧化層中砷含量 較高者，這是因為砷再氧化層中會造成若干的捕捉陷阱(Trap State)的關 係。最後利用NAA分析法與SIMS分析法，量測多晶矽閘極以及閘極氧化層 中，伸的濃度，並做出不同方法測量所得數據之對應圖，並相互驗證結果 。