Abstract
摘要 本論文主要研究內容可分為兩大部分：分別是電漿光阻灰化對次微米電晶體的充電效應及電漿製程之光子退火效應驗證。 在電漿光阻灰化之充電效應研究方面，首先利用氧化層厚度為22A，通道長度為0.8μm，金屬層天線面積比為10K的電晶體作為標準結構，接著在金屬天線連接不同極性的保護二極體，企圖釐清電漿光阻灰化製程中，晶圓上各位置的充電情形，結果實驗證明，位於晶圓中心將會有嚴重的充電傷害，且極可能是以一個充電極性為負的狀態存在，而位於晶圓兩旁則沒有這種現象。這也告訴我們，電漿光阻灰化製程的穩定性及均勻性仍顯不足，在元件微縮的趨勢下，很可能因充電傷害而使氧化層品質退化，因此，此製程仍有很大的改良空間！ 同時，我們將閘極氧化層厚度由22A增加為44A及56A，發現在電漿光阻灰化製程時，氧化層厚度為44A的電晶體所帶來的資訊與氧化層厚度22A的電晶體很吻合，兩者都是位於晶圓中心且不具保護二極體的元件都受到很嚴重的充電傷害！但晶圓兩旁則無此現象。然而，對於氧化層厚度為56A的電晶體研究中，卻發現無論是在晶圓上的哪一位置，都找不到元件遭受充電傷害的證據，因此，我們推論在電漿光阻灰化製程中，氧化層厚度厚者反而比薄者對充電傷害有抵抗能力！ 而在電漿製程之光子退火效應驗證中，首先利用多餘暴露製程時間作為實驗變因，比較同一種閘極結構的元件，是否因為多餘暴露製程的時間增加而使得氧化層特性獲得改善，企圖以此證明光子退火效應的存在。結果發現，同一種閘極結構的情形下，進行多餘暴露製程時間越久的元件，不論是在崩潰電場(EBD)、SILC、轉導(Gm)、臨限電壓(VT)或是汲極電流(ID)都反應出氧化層的特性獲得更多的改善。因為在元件進行完電漿蝕刻製程後進入多餘暴露製程，時間越長越有機會在電漿中獲得高能光子照射，這些高能光子的能量可以讓矽基底的電子獲得足夠的能量越過能障到達氧化層中以中和hole trap，或者是電子釋放能量後，使得局部區域溫度升高，而產生退火的效應，達到降低潛藏性傷害的效果以提升氧化層品質。 而在變化氧化層暴露邊緣這方面，並沒有找到直接的證據說明氧化層暴露邊緣越長能帶來越多的氧化層品質提升，可想而知的，其實在電漿如此複雜的還境下，或許在多餘暴露製程之前的電漿蝕刻過程中，氧化層暴露邊緣較長的元件就已經遭受到較多的電漿充電傷害，而模糊掉光子退火效應的效果。但在可靠度的分析當中，我們發現三種不同閘極結構的MOSFET元件氧化層特性相差不大。也就是說閘極邊長最長的元件，理論上是會遭受到最多電漿充電傷害，氧化層可靠度測試結果應該不如其他兩種元件，但結果卻是差不多。因此，我們推論光子退火效應仍有發揮作用，修補了部份電漿充電對氧化層的傷害，使得不同閘極結構的MOSFET元件在可靠度分析中表現相近。