氮化氧化層閘極介電性質之研究

Abstract

本文對於氮化氧化層之電性及可靠性作有系統的研究，因為氮化氧化層當電流加壓時 可以阻止界面電荷的產生，對於離子和輻射有較強的抵抗力，且可防止雜質入侵。這 些特性使氮化氧化層對於如EEPROM，及對輻射有嚴格要求等特殊用途IC具有強大的吸 引力。 由前人的實驗顯示氮化會同時增加在氧化層內氮及氫的濃度。其中氮原子可取代界面 上之氧和矽間較弱的鍵，而形成氮和矽的鍵結在氧化層和矽之間的介面，此鍵結可減 低界面的應力而強化界面，使介電層在電流加壓下不易產生斷鍵，故減少接面缺陷的 產生。至於氫原子，不但會取代矽氧鍵行成正的固定電荷在氧化層中；亦可行成電子 捕捉中心；而適量的電子捕捉中心可以阻止當電流加壓時電子的再度入侵，故可避免 介電層中弱點被持續的撞擊，造成崩潰。 從以往的經驗中們可得知好的介電層需有完美的介面及恰好電荷捕捉量，前人多用常 壓氮化，往往使氫的含量太高形成太多的電子捉中心，而使介電層的性質變壞。但由 我們的實驗看出用極低壓力氮化可以使電子捕捉量緩慢卜升而達到適當量，且其中在 介面的氮含量又足以減低介面的應力，故可得到很好的介電層特性。 此外，我們作了多方面的電性量測來證明們所提出的理論，包括電流對電壓的測量， 介電層中的固定電荷量，介電層中電子捕捉中心大小及由電荷加壓前後之介穩態電容 對電壓的圖形變化可看出介電層之界面的特性。