薄氮化氧化膜之熱載子感應的可靠性及在次微米MOS/VLSI應用之最佳製程條件的研究

Abstract

因應未來超大型積體電路金氧半結構中絕緣層所需之高可靠度，本文廣泛地針對氧化 膜在高溫下氨氣氮化氧化膜加了研究，藉此提高絕緣層之可靠性，進而取代傳統的純 熱氧化膜。 在本實驗中，我們利用70埃250 埃的熱氧化膜，在高溫900 ℃至1150℃之下。以高純 度氨床分別氮化半小時或三小時，以研製氮化氧化膜。氮化氧化膜元件的跨導衰退、 工作壽命和臨界電壓的漂移等可靠度特性均利用定電流強灌於絕緣層之老化試驗中分 別測量電容元件介面陷阱密度的增加，電荷致使的崩潰，帶平電壓的漂移，定電流下 絕緣層電壓的漂移等予以量化。經分析氮化氧化層一件耐老化的特性，我們整理出與 製程條件如原熱氧化層厚度、氮化溫度、及氮化時間等的趨勢，得到最佳製程條件， 並提出理論上可以的解釋。 由實驗結果顯示，在900 ℃低溫下氮化所得之氮化氧化膜元件具有顯著的特性改良， 且不論在改善介面陷阱密度的增加或工作壽命的延長上，皆比原來純熱氧化膜具有更 傑出的特性表現，同時經由適當氮化時間的控制，亦可兼顧平帶電壓的漂移和介面陷 阱密度等二者的改善。