Abstract
微波電漿放電後氧化法為本研究小組所發展出的一種新的超薄氧化層成長方法，這種方法可以在低溫 ( 600℃ ) 的條件下成長出半導體元件中用來當作介電層的超薄氧化層。根據以前的研究結果顯示，利用這種方法，並且配合 N2O 電漿處理及攝氏 900 ℃ 的快速退火所成長出的超薄氧化層，其崩潰電場可以達到 12 MV/cm ，而其位於中間能隙之介面陷阱濃度可以降至 5×1010 cm-2eV-1。 從所成長出的超薄氧化層的良好特性，以及可在低溫下成長的製程優勢，可以看出，對於 0.1微米製程的元件而言，微波電漿放電後氧化法是一種相當具有潛力的技術。在這個基礎上，我們嘗試著將這個觀念應用到實際的生產線上。因此，我們建立了一套適合四吋晶片使用的新系統，並且利用所成長出的超薄氧化層製成電容， 藉由製成之電容的電流-電壓特性，以及電容-電壓特性， 進行超薄氧化層的電氣特性分析和可靠度分析，包括崩潰電場、崩潰電荷、氧化層電荷及介面陷阱濃度、氧化層電氣應力分析等。此外，輔以傅利葉轉換紅外線吸收光譜來分析由此法成長的超薄氧化層的結構。同時，亦針對在大面積成長時，所遭遇到的均勻性問題加以分析評估，並予以改善。根據所進行的研究顯示，配合適當的成長條件，利用微波電漿放電後氧化法，可以在大面積晶片上成長均勻的超薄氧化層。透過傅利葉轉換紅外線吸收光譜的分析，證明利用此法在 700 ℃ 的溫度下成長的超薄氧化層，其結構與一般由熱氧化法所成長出來的氧化層是一致的；同時，其結構不受成長時微波功率的影響。利用這一套微波電漿放電後氧化系統，在四吋晶片成長出的超薄氧化層，其等效氧化層電荷密度最佳值為 8.60×1010 cm-2，中間能隙之介面陷阱密度最佳值為 7.53×1010 cm-2eV-1，另外，在可靠度分析的部份，由零時崩潰（ TZDB ）和依時崩潰（ TDDB ）的分析得知，其崩潰電場最佳可達 9.5 MV/cm，加以 10μA/cm2 的FN穿隧電流所測得的崩潰電荷為 9.1 C/cm2，加以 8 MV/cm 的電場應力所測得至崩潰所需時間為2053秒。另外，對於以 10μA/cm2 的FN穿隧電流，注入固定電荷應力後，對超薄氧化層各項特性的影響，亦加以探討。最後，對超薄氧化層加以處理，以改善超薄氧化層的各項特性。