氟化緩衝層應用於接觸孔蝕刻停止層局部形變矽金氧半場效電晶體鈍化層之特性與研究

Abstract

隨著互補式金氧半場效電晶體元件尺寸的微縮，卻遭遇到微影製程發展的瓶頸導致微縮的困難，故近年來發展出了形變矽技術以增進驅動電流。但形變矽技術也遭遇到了熱載子效應(HCI)以及閘極漏電流上升的問題。 在193奈米濕浸式微影技術發展出來後，元件尺寸得以繼續微縮，但卻又發現極薄的二氧化矽介電質層將遭遇漏電流過大的物理限制，導致元件可靠度上的問題。近年來使用高介電質材料取代傳統以二氧化矽當介電質層已廣泛地被研究。相較於二氧化矽，由於在相同的等效厚度之下高介電質物質有較厚的實際厚度，因此可以抵擋因量子的穿遂效應而導致的大量漏電。然而以高介電質材料當閘極介電質層會衍生出其它問題。例如:相對於二氧化矽操作在相同電壓下，高介電質材料有較高的界面狀態產生及較多的電荷捕捉，這對於元件操作時臨限電壓的漂移有嚴重的影響。 本文探討局部形變矽技術應用於二氧化鉿堆疊式閘極金氧半場效電晶體之效能，並提出與現有製程具高度相容性的四氟化碳電漿處理技術，利用此一技術形成氟化矽玻璃(FSG)作為n型金氧半場效電晶體的第一層鈍化層，並於之後鍍上氮化矽為第二層鈍化層以達成局部形變矽，在最後sintering修補金屬介面斷鍵過程中，加熱使氟原子有效擴散至高介電閘極本體和介面通道處，實驗結果顯示加入FSG後氟原子能修補介面中的缺陷，使驅動電流獲得改善，並且降低次臨界擺幅和閘極漏電流。 此外也分析可靠度劣化程度，在固定電壓應力(CVS)和熱載子應力(HCS)可靠度特性上皆有改善的效果，實驗結果顯示在應力破壞下，FSG樣本均有較小的臨界電壓偏移，表示有較少的本體電子捕捉與界面狀態密度改變，這些元件電性獲得改善及具有高可靠性的呈現，原因是來自於氟原子擴散入高介電閘極主體以及閘極層與通道界面間，不僅可減少界面狀態的懸空鍵結和界面狀態陷阱產生，並進一步有效減少高介電閘極主體電荷捕捉情形。