超大型積體電路閘極介電層之研究

Abstract

氮化氧層之再氧化製程已被成功地使用到改進閘極介電層之破壞電荷。除此，氮化和 再氧化狀態之電性和破壞機構也在本文中加以探討。高溫８００℃之熱氮化造成平帶 電位之負向遷移，這是由於氮相關之雜質滲入二氧化矽層，這些滲入雜質減緩了氧化 矽－矽基座間之應力並在這介面形成正電荷之缺陷，結果造成平帶電位之遷移。況且 ，這些雜質因與二氧化矽形成SiNxOy相而降低介面介電層之能隙，結果亦降低了介面 介電層與矽基座間之障礙高度。此外，氮化處理也將形成氫相關之雜質而造成大量之 電子陷阱並且在加電流應力時壓抑電子陷阱之產生和增強電洞陷阱之形成。 不同氮化條件之再氧化製程也包括了不同的再氧化溫度和再氧化時間之狀況。再氧化 將排除在氮化介電薄膜的氮原子，在再氧化之初期，由於SiNxOy和矽基座間的熱脹係 數之大差異而造成熱應力以致形成平帶電位之負向遷移，隨後在再氧化時，部份之殘 留雜質之退火消除而造成平帶電位之轉折，最後，因再氧化會造成介電氧化層再成長 而促使SiNxOy轉換成較接近純氧化矽態，因而擴張了能隙造成在介電層和矽基座間之 障礙高度增加。更進一步的，一個適當的再氧化製程將減少在氮化層內之電子陷阱至 一適當量，這將可大大的改善氮化氧層之破壞電荷。 ８００℃氮化隨後之８００℃濕性再氧化及低溫再氧化製程也被加以解說，亦展示不 錯的電性可靠度。此說明再氧化製程在未來超大型積體電路介電氧化層之應用上，是 一很有前途之技術。