微波退火條件下Ni(Si,Ge)薄膜的表征分析與微波退火的理論研究.pdf

1、微波退火作為一種可以降低熱預(yù)算的新興的退火方式，近年來受到了越來越多的關(guān)注，在雜質(zhì)激活、非晶硅結(jié)晶以及硅化物形成等方面都有廣泛的研究，并獲得了許多有意義的成果。比如在較低的溫度下實現(xiàn)雜質(zhì)激活，而雜質(zhì)的擴(kuò)散較RTP卻有明顯下降，在較低的溫度下實現(xiàn)非晶硅的結(jié)晶和低電阻率硅化物的形成等。雖然對微波退火應(yīng)用的研究仍然在不斷深入，但是對微波退火理論的研究卻相對滯后。本文意在以一定的實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究微波退火的加熱機(jī)制并分析其能夠降低熱預(yù)算的原因

2、。實驗材料選擇Ni/epi-Si0.81Ge0.19，這主要是因為該材料系統(tǒng)在RTP情況下的反應(yīng)特性和熱力學(xué)特性均己得到了較好的表征。具體的研究方式和分析過程如下:
　　先將樣品分別進(jìn)行MWA和RTP退火，且保證兩種退火方式的溫度曲線基本一致，以充分反映兩種退火方式的異同。實驗結(jié)果顯示，MWA退火可已在相比于-RTP較低的溫度下生成低電阻率的NiSi1-xGex，而且同樣可以在較低的溫度下使NiSi1-xGex結(jié)塊，使單晶Si0.

3、81Ge0,19中的應(yīng)力得到一定程度的釋放并產(chǎn)生大量缺陷。這充分說明了MWA退火在我們的樣品條件下已經(jīng)降低了為達(dá)到實驗?zāi)康乃毜脽犷A(yù)算，同時由于低電阻硅化物的形成和結(jié)塊以及應(yīng)力的釋放和缺陷的產(chǎn)生都是熱的作用，該現(xiàn)象也說明了MWA和RTP退火在退火機(jī)制的細(xì)節(jié)上必然存在不同。
　　隨后分析了微波退火的加熱機(jī)制，重點討論電導(dǎo)和介質(zhì)兩種損耗，首先分析電導(dǎo)損耗。
　　在分析電導(dǎo)損耗時，不考慮物體被加熱后的熱輻射和熱對流以及相鄰薄膜間的

4、熱傳導(dǎo)，而只考慮物體由于吸收微波而產(chǎn)生的溫度上升的速度。首先計算了在微波垂直入射情況下，單層良導(dǎo)體薄膜在微波場中的功率吸收公式和加熱速度公式。將公式應(yīng)用我們的樣品，發(fā)現(xiàn)在對將樣品中Ni和Si單獨加熱的情況下，Ni層的溫度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于襯底Si的結(jié)論，這在一定程度上已經(jīng)能夠解釋我們實驗中的現(xiàn)象了。然后為了嚴(yán)謹(jǐn)起見，推導(dǎo)了雙層相鄰良導(dǎo)體薄膜在微波場中分別的功率吸收公式和加熱速度公式，發(fā)現(xiàn)在同時加熱的情況下，如果不考慮熱輻射和二者之間的熱傳導(dǎo)，N

5、i層的溫度依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于襯底硅。雖然實際情況下的熱傳導(dǎo)和熱輻射以及熱對流將使二者之間的溫差減小，我們?nèi)匀幌嘈旁跍夭畋粺醾鲗?dǎo)和熱輻射消耗的同時，高溫Ni層的溫度依然會作用于材料界面并使目標(biāo)反應(yīng)得以實現(xiàn)，從而在襯底溫度較低的情況下實現(xiàn)了目標(biāo)反應(yīng)，降低了材料整體的熱預(yù)算。由于RTP也是靠輻射電磁波加熱，將推導(dǎo)的公式用于RTP，發(fā)現(xiàn)其對Ni層和Si襯底的加熱效果的區(qū)別遠(yuǎn)小于MWA，因此認(rèn)為MWA和RTP在電導(dǎo)損耗上的差別是導(dǎo)致它們之間退火差別的主