矽基板上成長氧氮氧薄膜之介電可靠性分析及傳輸機構

Abstract

本文研究等效厚度90埃到200 埃間之氧氮氧多層介電質薄膜的可靠性。使用緩慢增加 的電壓應力方法，測量零時介電質崩潰，並氧氮氧薄膜和傳統的熱二氧化矽薄膜，發 現：在高電場時，氧氮氧薄膜之漏電電流較小，且介電質崩潰電場亦較大。使用固定 電壓應力的時間依賴介電質崩潰方法，導出電場加速效應是10130+001（MV-cm），溫 度活化能是0.17電子伏特；另外，利用緩慢上昇電壓應力電流–電壓方法，得到由基 板注入時的活化能是0.16電子伏特，由閘極注入時是0.19電子伏特。 根據時間依賴介電質崩潰方法所量得的數據，建議缺陷可能並非地勻分佈在整個氧氮 氧的電容，而是聚集在氧氮氧電容的邊緣。利用固定電流應力所得的陷阱效應指出， 由基板注入時的電洞陷阱效應，此種現象同時可由緩慢上昇電壓應力的電流––電壓 關係及平滑帶電壓漂移量所測得的加以肯定。 此外，使用電荷分離的量測方法，發現電子及電洞對氧薄膜的電流都很重要。在攝氏 23度到220 度的範圍，基極注入及閘極注入的漏電電流都隨著溫度的昇高而增加。 在閘極注入時的重要物理參數，例如動態介電質常數及陷阱中心的屏障高度，都予以 求出。最後，氧氮氧薄膜基極注入及閘極注入的電流傳輸機構加以理論的分析，由此 可以解釋緩慢上昇電壓應力之電流─電壓關係及固定電流壓力對電壓時間關係之特性 ，此外，對氧氮氧及熱二氧化矽薄膜的電子通量的特別現象均加以討論。