Abstract
本論文主要是研究含氮氧化層(Oxynitride)以及非晶矽閘電極層(Amorphous-Si Gate Electrode)對金氧半(MOS)元件抗性的影響，論文內容分為兩大部份。首先是利用快速熱處理(RTP)製作含氮氧化層以改善金氧半元件的抗性：由於含氮氧化層中位於SiO2/Si界面的氮原子能夠減少界面處的不穩定鍵結量並降低界面形變(Interfacial Strain)，因此在金氧半元件遭受到熱電子及輻射線時，可以有效抑制界面陷阱密度(Interface Trap Density, Dit)的增加。不過由於以爐管通N2O氣體成長之含氮氧化層(Furnace Oxyni-tride)中，氮原子濃度的縱深分佈(Profile)較為均勻，會使得氧化層中之氮原子(Bulk Nitrogen)對元件的不良影響較為明顯，造成元件的崩潰電荷值(Charge-to-Breakdown, QBD)較傳統的純氧氧化層(Pure Oxide)低。若以RTP系統通N2O氣體將純氧氧化層氮化的方式來製作含氮氧化層(RTP Oxynitride)，則可使氧化層中之氮原子較集中在SiO2/Si界面處，Bulk Nitrogen的不良效應因此減低。經由實驗證實，雖然RTP Oxynitride中氮原子的含量較Furnace Oxynitride低，但是其加強元件抗性的能力卻較佳，Furnace Oxynitride之QBD值較低的缺點也獲得改善。另外，利用非晶矽閘電極層在高溫下會有明顯的體積收縮效應的特性來減緩氧化層形變，也成功的改善了MOS元件的抗性。第二部份則是對影響金氧半元件熱電子抗性的因素進行分析：非晶矽閘電極層能夠改善MOS元件的崩潰特性，若是以含氮氧化層作為閘極氧化層，則改善的幅度會比純氧氧化層來的顯著。我們認為這是由於混入氧化層中的氮原子能夠使氧化層結構在非晶矽閘電極層遇熱收縮時比較容易被改變，因此氧化層的形變梯度可以有效的減緩，此時Bulk Nitrogen在氧化層中所造成的缺陷及陷阱擴散至SiO2/Si界面的機率降低，而讓位於界面處之氮原子提昇元件特性的能力更為明顯，因而造成較佳的元件特性改善程度。另外，經由實驗的結果發現，MOS元件抗熱電子的特性會明顯的受到氧化層厚度以及閘電極層面積影響。當閘極氧化層非常薄時(Tox<10nm)，由於電子在通過氧化層時所獲得的能量較少，因此降低了氧化層中弱鍵結被電子打斷的機率；然而，在薄氧化層的情況下，較少的缺陷陷阱數量即可造成氧化層絕緣性的喪失。因此，MOS元件的崩潰特性將取決於這兩項因素競爭的結果。在閘電極層面積效應部份，我們發現MOS元件的崩潰特性會隨面積的縮小而提昇。當閘電極層面積較大時，氧化層中的應力會隨之增加，同時存在於Poly-Si/SiO2、SiO2/Si界面以及氧化層中的缺陷及陷阱的數量也因較大的面積而增多，致使因氧化層中之弱鍵結被加速電子打斷所造成氧化層絕緣性喪失的機率提高；而閘電極面積較小時，氧化層中的應力會隨之降低且氧化層之缺陷陷阱量也會減少，氧化層絕緣性喪失的機率因此降低，而使元件的崩潰特性得以提昇。