超薄氮化矽閘極介電層之可靠度研究

Abstract

在元件尺寸快速微縮的需求之下，為了獲得更佳的元件效能，必須使用超薄閘極介電層。而傳統的二氧化矽閘極介電層在厚度小於2奈米時，將會發生相當嚴重的漏電流問題。氮化矽被認為是在目前的科技之下最佳的解決方案。在本論文中，我們針對超薄氮化矽閘極介電層的可靠度問題進行研究。在負電壓不穩定性(NBTI)和熱電子入射(HCI)的實驗當中，我們對元件生命週期和閘極介電層的構造、氮含量等參數之間的關係作一系列的分析。而我們發現在閘極介電層加入氮原子，將對元件可靠度產生相當大的影響。此外我們使用了電荷幫浦(charge pumping)的方法來分析臨界電壓飄移和界面缺陷(interface-states)的關係。我們發現基板熱電子入射將可以提高界面缺陷修補的速率。但這個方法對於臨界電壓回復(recovery)並沒有太大的幫助。因為這個方法無法改變電荷從其他缺陷(slow states, oxide traps)釋放的速度。