超大型積體電路上鈷矽化合物閘極之介電層的研究

Abstract

因應未來超大型積體電路上閘極介電層所需求的高可靠度，本實驗採用三種可能的閘 極結構，即 鈷矽化物╱氧化層╱矽基，複晶上之鈷矽化物╱複晶矽╱氧化層╱矽基 ，複晶矽╱氧化層 ╱矽基，以及三種不同的氧化層厚度１００埃、３００埃、５４ ０埃來研究氧化層介電薄膜的可靠度，而且大部份只針對薄氧化層（１００埃）的研 究。 實驗中複晶矽是以低壓化學氣目沉積技術成長，而鈷矽化物則是使用雙電子槍蒸鍍系 統將鈷和矽兩種元素同時蒸鍍在已生長氧化層的矽晶片上，其化學計量比為Co╱Si= １╱２．２鈷矽化物以剝去法製作作閘極結構，而複晶矽則以乾性電漿蝕刻製作。對 於 鈷矽化物╱氧化層╱矽基 閘極結構，鈷元素擴散、應力誘導介電層缺陷和電洞 陷阱的產生是影響零時介電崩潰的主要因素，尤其當在退火溫度高於９００ 時影響 甚鉅。因較厚的氧化層對於鈷元素擴敵和應力導介電層缺陷有較高的容忍度，所以這 兩個因素對愈厚的氧化層影響愈小。從零時介電崩潰和時間依賴性介電崩潰的結果發 現，在１０００ 退火時應力誘導介電層缺陷和電洞陷阱的產生兩因素仍然影響 複 晶上之鈷矽化物╱複晶矽╱氧化層╱矽基 閘極結構的電性，但是鈷元素擴散效應已 不再被發現。另影響 複晶矽╱氧化層．矽基 閘極結構電性的主因素為電洞陷阱的 產生。除此之外，應力測試也定性地證明會影響介電性的可靠性，而且此效應會隨氧 化層厚度的增加而減小。 為了更一步了解閘極結構的電性，我們也測量各種閘極結構的片狀阻值、能障高度和 平帶電位。