Abstract
本研究的內容為採用兩階段快速氮化處理，探討溫度與時間對氧化層中氮原子分佈曲線與MOS元件電特性的影響；以及不同閘電極配合單一階段、二階段氮化對MOS元件電特性、抗硼穿透特性的影響，期望提昇元件電特性並降低製程上的熱預算。茲詳述如下： 第一章 首先對IC業界所需氧化層的特性及其對未來ULSI製程的耐久性(Duration) 、可靠度(Reliability)說明含氮超薄氧化層的重要性。並探討氧化層經快速熱處理後,氮原子如何在界面處堆積並且氮原子在Si/SiO2界面如何改善MOS元件特性之物理機制。最後說明多/非晶矽閘電極層體積收縮效應改善元件特性的機制。 第二章 內文主題在於MOS元件製程上使用單一、兩階段快速氮化的步驟配合不同閘電極，對於相同初始氧化層的效應。MOS元件首先經由高溫爐管以乾氧(Dry Oxide)方式成長相同材質的初始氧化層，再利用快速熱處理系統進行氮化。第一階段氮化選取固定時間、溫度(900℃╱15秒)，第二階段氮化採用不同的溫度，之後堆疊多/非晶矽閘電極層，探討氮原子在氧化層中的分佈情況及不同閘電極在電性上的影響。電性分析以測量MOS元件的崩潰電荷(Qbd)值及熱電子(Hot Electron)及經過Co-60照射後所產生的中間能隙陷阱密度變化(Midgap Interface Trap Density，△Ditm)與平帶電壓變化量(Flat-Band Voltage Shift，△Vfb)討論元件氧化層的抵抗能力。材料分析以FTIR與SIMS兩種儀器來觀察氧化層中所受的應力及各元素在氧化層中的縱深分佈情形，並討論不同閘電極對氧化層可能造成的影響之機制。 第三章 討論Poly-Si元件及α-Si元件閘電極對於抗硼穿透特性的影響，以及單一階段氮化和二階段氮化在硼穿透方面的改善。實驗以α-Si薄膜取代傳統的Poly-Si，可以有效阻止硼離子和氟離子擴散到氧化層和矽基底，進而使元件的可靠度提昇。同時結合不同的閘電極層與配合不同程度的二階段氮化，選取適當的組合條件以增加硼穿透抗性為本章所探討的主題。 第四章 對本論文的研究結果作一綜合性的說明，並且提出其他針對含氮氧化層值得研究的方向。