Abstract
隨著VLSI技術的演進,P型通道電晶體已逐漸由埋藏式通道(buried channel)轉變成表面式通道(surface channel)結構,相對於製程上的改變 則是以P型複晶矽閘極(P-type Polysilicon Gate)來取代 N型複晶矽閘 極(N-type Polysilicon Gate). 這是因為當元件尺寸縮小時,埋藏式通道 元件有嚴重的短通道效應(short channel effect).由於P型複晶矽閘極的 製程中,需要以硼或二氟化硼(BF2)作為閘極離子佈植的材料, 而硼對氧化 層穿透效應卻使得元件的臨界電壓漂移 (threshold voltage shift),造 成元件操作的不穩定.在本文中是藉由共植入(co-implant)的方式,將五價 元素(砷與銻)植入P型複晶矽閘極來防止硼穿透效應.在電性分析方面,從 高頻電容電壓(HFCV)特性曲線上發現在不同的回火(anneal)條件下,五價 元素對於硼穿透效應的抑制作用是隨著參雜濃度的增加而有明顯的增加. 雖然閘極的電阻隨著五價元素的共植入而增大,但是從靜態電容電壓( QSCV)特性曲線上並未發現明顯的複晶矽空乏現象.在樣本的化學性質與物 理性質分析結果中,顯示了五價元素與硼原子或氟原子的鍵結確實存在. 從傅式轉換紅外線光譜(FTIR)與X-光光電子能譜(XPS)的分析結果中發現 在複晶矽中硼原子會與砷原子發生鍵結反應.而銻原子也會與氟原子產生 鍵結反應.雖然從實驗的結果中顯示了五價元素氮,磷,砷,銻 的植入對於 硼穿透效應都具有抑制作用,但是氮,磷,砷,銻對於硼的穿透效應的抑制作 用的物理機制不盡相同. 從本論文的研究中,發現可能是由於離子佈植後 的回火過程,對複晶矽薄膜的再結晶作用使得大部份的五價元素氮,磷,砷, 銻因分隔作用進入晶粒界面,一方面藉由填補晶粒界面的缺陷,阻塞了硼的 擴散路徑,使得硼原子無法在晶粒界面中快速擴散,另一方面是由於五價元 素在晶粒界面中與硼,氟原子的鍵結反應,牽制了硼,氟原子的擴散,直接或 間接地減低了硼原子的穿透效應.其中,氮,砷是藉由與硼原子直接鍵結反 應降低了硼原子的擴散速率,而銻則是藉由與氟鍵結形成化合物五氟化銻, 藉此將氟牽制在複晶矽薄膜中,減低了氟對硼穿透效應的增強作用.