雙層複晶矽間以SiO ╱Si N ╱SiO 為介電質之研究

Abstract

複晶氧化層已在許多元件上應用，如：EPROM,EEPROM及類比電容等。當複晶氧化層做 得更薄時，它會遭受pinhole 密度增加以及對移動離子阻擋能力的減退等缺點。而且 ，由於底層複晶矽之凹凸不平，晶界處之突降以及底層氧化層的氧化速率隨著複晶矽 晶界方向而變，所以在雙層複晶矽間成長的介電質會有更差的崩潰電場。為了解決以 上問題，就有人提出ON及ONO 等複層介電質。因為ONO 複層介電質可降低pinhole 密 度，其中之氮化層可做為移動離子阻擋物，所以此ONO 複層介電質值得深入研究。 在本篇論文中，我們主要在研究雙層複晶矽間 200到 480埃厚度 ONO的電特性及可靠 性。使用乾氧法成長底層二氧化矽，LPCVD 法沉積氧化層，溼氧法成長頂層二氧化矽 。利用緩慢上升電壓應力，電流對電壓的量測，來討論介電層的主要傳輸機構。並分 別使用定電流應力及定電壓應力來研究介電層之陷阱效應。 傳統上，對於 ONO的最佳化是採用零時間電介質崩潰(TZDB)的數據，而本文則另採用 電介質依時崩潰(TDDB)的數據。結果發現，減少底層二氧化矽的厚度最能增加崩潰電 場，但若以十年百分之五十失效為參考值，則厚的底層二氧化矽較佳。所以，底層二 氧化矽品質提升及厚度控制是降低 ONO厚度的最重要關鍵。從電介質依時崩潰的數據 亦可得知 ONO的缺陷分布與複晶矽氧化層有很大的不同。最後，使用低溫成長非晶矽 再加上快速高溫退火取代傳統 625℃成長複晶矽，可大幅提高崩潰電場 2.8Mv╱cm