磷擴散和矽化鉬複晶矽化對閘極氧化層介電特性之影響

Abstract

因應未來超大型積體電路上閘極介電層所需求之高可靠度，本實驗採用二種可能閘極 結構，即複晶矽╱氧化層╱矽基和鉬矽化物╱複晶矽╱氧化層╱矽基，以及三種不同 的氧化層厚度分別為100 埃, 200 埃, 300 埃來研究氧化層介電薄膜的可靠度。 在複晶矽╱氧化層╱矽基之閘極結構中，以化學氣相沈積技術長成一層2500埃的複晶 矽薄膜, 使用POCl 擴散方法, 以不同擴散的時間10分鐘, 20分鐘, 40分鐘和不同擴 散溫度800℃,900℃,1000℃來探討磷雜質擴散入複晶矽層和氧化層中, 對介電層崩潰 的強度影響。 在鉬矽化物╱複晶矽╱氧化層╱矽基閘極結構中首先選擇一最佳條件的複晶矽閘極結 構（擴散溫度為900 ℃, 擴散時為20分鐘）作為此部份之複晶矽層，以雙電子槍鍍上 不同厚度（1000埃, 2000埃, 4000埃）的鉬矽混合物, 混合比例為1:2.4 。在氮氣中 經由不同溫度800 ℃、900℃ 、1000℃, 時間為30分鐘退火後, 觀察鉬矽化物在複晶 矽上的剝落情形, 以及對其下介電層崩潰強度的影響。 在複晶矽╱氧化層╱矽基閘極結構中，當雜質擴散時間越長，溫度越高，由於磷雜質 擴散入氧化層量越多，所以對崩潰強度的影響就越大。在鉬矽化物╱複晶矽╱氧化層 ╱矽基閘極結構中，鉬矽化物愈厚，剝落情形愈嚴重，而退火溫度愈高，應力誘導缺 陷及電洞陷阱影響介電層崩潰強度也就愈大。