저전압, 고집적, 고신뢰성의 전하트랩형 NVSM 실현을 위한 게이트 유전막으로 주목받고 있는 초박막 재산화 질화산화막을 다양한 공정 조건으로 제작하였고 공정조건에 따른 막의 분석과 비휘발성 기억소자의 특성을 조사하였다. 산화막내 질화층을 매몰시킨 NO/N2O 재산화 질화산화막은 이미 사용하고 있는 적층 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 박막에 비해서 일괄(in-situ) 공정이 가능하며 우수한 품질이 요구되는 터널 산화막을 자연산화막에 대한 간섭없이 성장시킬 수 있다는 장점을 가진다. 재산화 질화산화막의 공정순서는 산화막을 초기에 성장시킨 후 NO나 N2O로 질화하기 위하여 열처리하고, 다시 재산화공정을 통하여 실리콘 표면에 산화막을 형성토록 한다. 재산화 질화산화막을 전하트랩형 기억소자의 게이트 유전막으로 적용하는 경우 가장 중요한 공정변수는 산화막내 매몰되는 질소의 농도와 공간적인 분포이며 축적된 질소가 기억트랩으로서의 역할을 하기 때문에 이에 관한 물성적인 연구가 매우 중요하다. 공정에 따른 막의 질소분포와 결합상태를 조사하고 기억트랩의 기원 및 특성을 관련짓기 위하여 D-SIMS(Dynamic Secondary Ion Mass Spectro- metry), ToF-SIMS(...
저전압, 고집적, 고신뢰성의 전하트랩형 NVSM 실현을 위한 게이트 유전막으로 주목받고 있는 초박막 재산화 질화산화막을 다양한 공정 조건으로 제작하였고 공정조건에 따른 막의 분석과 비휘발성 기억소자의 특성을 조사하였다. 산화막내 질화층을 매몰시킨 NO/N2O 재산화 질화산화막은 이미 사용하고 있는 적층 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 박막에 비해서 일괄(in-situ) 공정이 가능하며 우수한 품질이 요구되는 터널 산화막을 자연산화막에 대한 간섭없이 성장시킬 수 있다는 장점을 가진다. 재산화 질화산화막의 공정순서는 산화막을 초기에 성장시킨 후 NO나 N2O로 질화하기 위하여 열처리하고, 다시 재산화공정을 통하여 실리콘 표면에 산화막을 형성토록 한다. 재산화 질화산화막을 전하트랩형 기억소자의 게이트 유전막으로 적용하는 경우 가장 중요한 공정변수는 산화막내 매몰되는 질소의 농도와 공간적인 분포이며 축적된 질소가 기억트랩으로서의 역할을 하기 때문에 이에 관한 물성적인 연구가 매우 중요하다. 공정에 따른 막의 질소분포와 결합상태를 조사하고 기억트랩의 기원 및 특성을 관련짓기 위하여 D-SIMS(Dynamic Secondary Ion Mass Spectro- metry), ToF-SIMS(Time-of-FlightSecondary Ion Mass Spectrometry), XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), AES(Auger Electron Spectro- scopy) 분석을 수행하였으며, 초박막의 두께와 트랜지스터형 기억소자의 단면구조는 TEM(Transmission Electron Microscope)을 이용하여 분석하였다. 재산화 질화산화막내 축적된 질소는 초기산화막과 재산화막 계면에 분포하며 열처리 공정에서 NO에 비해서 N2O의 경우 질소의 분포는 넓게 나타났다. 축적되는 질소의 농도는 질화 열처리 온도에는 비례하나 공정시간에서는 포화하는 경향을 나타내었다. 초기산화막 두께가 증가하면 확산하여 축적되는 질소의 양은 감소하는 것으로 조사되었으며, 축적되는 질소의 양이 증가함에 따라 터널 산화막 형성에 필요한 재산화시간이 지수함수적으로 증가하였다. 재산화 공정에 의하여 질소는 재분포하는데 이때 습식산화의 경우 축적된 질소의 감소가 크게 나타나며 건식산화에서는 터널 산화막내로 확산하는 경향을 나타내었다. 축적된 질소의 결합상태를 분석한 결과, 초기산화막 계면근처 산화막내 매몰되어 존재하는 질소는 SiON 결합이며 터널 산화막으로 확산하여 Si-SiO2 계면근처에 존재하는 질소는 Si2NO 결합을 이루는 것으로 조사되었다. 재산화 질화산화막내 존재하는 질소는 SiON 및 Si2NO 결합을 가지지만 기억특성을 주도하는 결합상태는 질소의 미결합손에 의한 SiON 결합인 것으로 예상된다. Si2NO는 터널 산화막내로 확산된 질소에 기인한 것이며 실리콘의 미결합손을 갖게 된다. 따라서 SiON을 초기산화막 즉 블로킹산화막과 터널 산화막 계면에 분포토록 하고 Si-SiO2 계면근처에 불안정하게 존재하는 Si2NO는 질화 열처리시 축적되는 질소의 양을 조정하거나 재산화시 제거하는 방법이 효과적이다. 재산화 질화산화막을 게이트 유전막으로 적용한 트랜지스터형 NVSM을 0.35㎛ 설계규칙으로 제작하여 기억특성을 조사하였다. n-채널 소자로 제작한 경우 최대 기억창은 2.5V이었으며 p-채널 소자의 경우 1.9V로 조사되었다. 제작된 소자의 동작특성을 확인한 결과 10V, 100msec에서 기억이 가능하며 -12V, 100msec에서 소거되는 특징을 가진다. 기억유지특성의 경우 n-채널 소자에서 약 3년정도인 반면 p-채널 소자의 경우는 10년 이상의 기억 유지가 가능한 것으로 확인되었다. 재산화 질화산화막을 전하트랩형 게이트 유전막에 적용하여 비휘발성 기억소자의 특성을 처음으로 확인하였으며 기억트랩의 기원에 관한 최초의 물성적인 연구결과는 향후 기억특성 개선에 매우 중요한 자료로 활용될 것으로 사료된다.
저전압, 고집적, 고신뢰성의 전하트랩형 NVSM 실현을 위한 게이트 유전막으로 주목받고 있는 초박막 재산화 질화산화막을 다양한 공정 조건으로 제작하였고 공정조건에 따른 막의 분석과 비휘발성 기억소자의 특성을 조사하였다. 산화막내 질화층을 매몰시킨 NO/N2O 재산화 질화산화막은 이미 사용하고 있는 적층 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 박막에 비해서 일괄(in-situ) 공정이 가능하며 우수한 품질이 요구되는 터널 산화막을 자연산화막에 대한 간섭없이 성장시킬 수 있다는 장점을 가진다. 재산화 질화산화막의 공정순서는 산화막을 초기에 성장시킨 후 NO나 N2O로 질화하기 위하여 열처리하고, 다시 재산화공정을 통하여 실리콘 표면에 산화막을 형성토록 한다. 재산화 질화산화막을 전하트랩형 기억소자의 게이트 유전막으로 적용하는 경우 가장 중요한 공정변수는 산화막내 매몰되는 질소의 농도와 공간적인 분포이며 축적된 질소가 기억트랩으로서의 역할을 하기 때문에 이에 관한 물성적인 연구가 매우 중요하다. 공정에 따른 막의 질소분포와 결합상태를 조사하고 기억트랩의 기원 및 특성을 관련짓기 위하여 D-SIMS(Dynamic Secondary Ion Mass Spectro- metry), ToF-SIMS(Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry), XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), AES(Auger Electron Spectro- scopy) 분석을 수행하였으며, 초박막의 두께와 트랜지스터형 기억소자의 단면구조는 TEM(Transmission Electron Microscope)을 이용하여 분석하였다. 재산화 질화산화막내 축적된 질소는 초기산화막과 재산화막 계면에 분포하며 열처리 공정에서 NO에 비해서 N2O의 경우 질소의 분포는 넓게 나타났다. 축적되는 질소의 농도는 질화 열처리 온도에는 비례하나 공정시간에서는 포화하는 경향을 나타내었다. 초기산화막 두께가 증가하면 확산하여 축적되는 질소의 양은 감소하는 것으로 조사되었으며, 축적되는 질소의 양이 증가함에 따라 터널 산화막 형성에 필요한 재산화시간이 지수함수적으로 증가하였다. 재산화 공정에 의하여 질소는 재분포하는데 이때 습식산화의 경우 축적된 질소의 감소가 크게 나타나며 건식산화에서는 터널 산화막내로 확산하는 경향을 나타내었다. 축적된 질소의 결합상태를 분석한 결과, 초기산화막 계면근처 산화막내 매몰되어 존재하는 질소는 SiON 결합이며 터널 산화막으로 확산하여 Si-SiO2 계면근처에 존재하는 질소는 Si2NO 결합을 이루는 것으로 조사되었다. 재산화 질화산화막내 존재하는 질소는 SiON 및 Si2NO 결합을 가지지만 기억특성을 주도하는 결합상태는 질소의 미결합손에 의한 SiON 결합인 것으로 예상된다. Si2NO는 터널 산화막내로 확산된 질소에 기인한 것이며 실리콘의 미결합손을 갖게 된다. 따라서 SiON을 초기산화막 즉 블로킹산화막과 터널 산화막 계면에 분포토록 하고 Si-SiO2 계면근처에 불안정하게 존재하는 Si2NO는 질화 열처리시 축적되는 질소의 양을 조정하거나 재산화시 제거하는 방법이 효과적이다. 재산화 질화산화막을 게이트 유전막으로 적용한 트랜지스터형 NVSM을 0.35㎛ 설계규칙으로 제작하여 기억특성을 조사하였다. n-채널 소자로 제작한 경우 최대 기억창은 2.5V이었으며 p-채널 소자의 경우 1.9V로 조사되었다. 제작된 소자의 동작특성을 확인한 결과 10V, 100msec에서 기억이 가능하며 -12V, 100msec에서 소거되는 특징을 가진다. 기억유지특성의 경우 n-채널 소자에서 약 3년정도인 반면 p-채널 소자의 경우는 10년 이상의 기억 유지가 가능한 것으로 확인되었다. 재산화 질화산화막을 전하트랩형 게이트 유전막에 적용하여 비휘발성 기억소자의 특성을 처음으로 확인하였으며 기억트랩의 기원에 관한 최초의 물성적인 연구결과는 향후 기억특성 개선에 매우 중요한 자료로 활용될 것으로 사료된다.
To realize low voltage, high density, high reliability charge trap type NVSM, we fabricated ultra thin reoxidized nitrided oxides that are spotlighted, and analyzed the films and investigated the characteristics as nonvolatile memory device. The NO/N2O reoxidized nitrided oxides that involve the nit...
To realize low voltage, high density, high reliability charge trap type NVSM, we fabricated ultra thin reoxidized nitrided oxides that are spotlighted, and analyzed the films and investigated the characteristics as nonvolatile memory device. The NO/N2O reoxidized nitrided oxides that involve the nitride layer in oxide film have an advantage of in-situ process compared with the stack Oxide-Nitride-Oxide(ONO) thin film and we can grow high quality tunnel oxide without the effect of native oxide. In the reoxidized nitrided oxide fabrication, we grew initial oxide layer followed by NO/N2O anneal, and made the oxide layer on the surface of silicon through reoxidation. In the case of application of reoxidized nitrided oxide to gate dielectric of charge trap type memory, the most important variables are the nitrogen concentration and spatial distribution in oxide, and the incorporated nitrogen plays a role as the memory trap. So the research on the physical characteristics about those is very important. According to the processes, to investigate the nitrogen distributions and bonding state, and to make relations between the origin of memory trap and characteristics we performed analyses like Dynamic Secondary Ion Mass Spectrometry(D-SIMS), Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry(ToF-SIMS), X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS), and Auger Electron Spectroscopy(AES). Besides, Transmission Electron Microscope(TEM) was performed to determine thickness of the ultra thin dielectric film and to observe the cross sectional structure of transistor type memory device. The centroid of nitrogen distribution is the interface between initial oxide and reoxide film. In the N2O annealing the nitrogen distribution is more broad than NO. The concentration of incorporated nitrogen is proportional to the nitridation anneal temperatures but tends to saturate to the time. It was investigated that the amount of diffused and incorporated nitrogen decreased as initial oxide layer thickness increases, and the reoxidation time, necessary to form the tunnel oxide, increased exponentially. Nitrogen was redistributed through reoxidation, in the case of wet oxidation, nitrogen largely decreased, and tends to be diffused to the inside of tunnel oxide in dry oxidation. In the analyses of incorporated nitrogen, it has SiON bonding states in the near interface of initial oxide and Si2NO bonding states in the near Si-SiO2 interface. Nitrogen in the reoxidized nitrided oxide has SiON and Si2NO bonding state but we expect that the bonding state that leading the memory characteristics is SiON caused by dangling bond of nitrogen. Si2NO is the result of nitrogen in tunnel oxide that has silicon dangling bond. So, it is effective that make the SiON distributed in the interface between blocking oxide and tunnel oxide, and adjust or remove the unstable Si2NO in near Si-SiO2 interface in the step of nitridation annealing and reoxidation process. We fabricated transistor type NVSMs with reoxidized nitrided oxides as a gate dielectric using 0.35㎛ design rule and investigated memory characteristics. The maximum memory windows were 2.5V and 1.9V in the case of n-channel and p-channel devices, respectively. It could be programmed at 10V, 100㎳ and erased at -12V, 100㎳. In the retention, about 3 years and over 10 years retention were possible in n-channel and p-channel devices respectively. We applied reoxidized nitrided oxide to charge trap type gate dielectric and verified nonvolatile memory device characteristics for the first time, and the first results of research on the physical characteristics about the origin of memory trap would used as very important data to improve memory characteristics.
To realize low voltage, high density, high reliability charge trap type NVSM, we fabricated ultra thin reoxidized nitrided oxides that are spotlighted, and analyzed the films and investigated the characteristics as nonvolatile memory device. The NO/N2O reoxidized nitrided oxides that involve the nitride layer in oxide film have an advantage of in-situ process compared with the stack Oxide-Nitride-Oxide(ONO) thin film and we can grow high quality tunnel oxide without the effect of native oxide. In the reoxidized nitrided oxide fabrication, we grew initial oxide layer followed by NO/N2O anneal, and made the oxide layer on the surface of silicon through reoxidation. In the case of application of reoxidized nitrided oxide to gate dielectric of charge trap type memory, the most important variables are the nitrogen concentration and spatial distribution in oxide, and the incorporated nitrogen plays a role as the memory trap. So the research on the physical characteristics about those is very important. According to the processes, to investigate the nitrogen distributions and bonding state, and to make relations between the origin of memory trap and characteristics we performed analyses like Dynamic Secondary Ion Mass Spectrometry(D-SIMS), Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry(ToF-SIMS), X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS), and Auger Electron Spectroscopy(AES). Besides, Transmission Electron Microscope(TEM) was performed to determine thickness of the ultra thin dielectric film and to observe the cross sectional structure of transistor type memory device. The centroid of nitrogen distribution is the interface between initial oxide and reoxide film. In the N2O annealing the nitrogen distribution is more broad than NO. The concentration of incorporated nitrogen is proportional to the nitridation anneal temperatures but tends to saturate to the time. It was investigated that the amount of diffused and incorporated nitrogen decreased as initial oxide layer thickness increases, and the reoxidation time, necessary to form the tunnel oxide, increased exponentially. Nitrogen was redistributed through reoxidation, in the case of wet oxidation, nitrogen largely decreased, and tends to be diffused to the inside of tunnel oxide in dry oxidation. In the analyses of incorporated nitrogen, it has SiON bonding states in the near interface of initial oxide and Si2NO bonding states in the near Si-SiO2 interface. Nitrogen in the reoxidized nitrided oxide has SiON and Si2NO bonding state but we expect that the bonding state that leading the memory characteristics is SiON caused by dangling bond of nitrogen. Si2NO is the result of nitrogen in tunnel oxide that has silicon dangling bond. So, it is effective that make the SiON distributed in the interface between blocking oxide and tunnel oxide, and adjust or remove the unstable Si2NO in near Si-SiO2 interface in the step of nitridation annealing and reoxidation process. We fabricated transistor type NVSMs with reoxidized nitrided oxides as a gate dielectric using 0.35㎛ design rule and investigated memory characteristics. The maximum memory windows were 2.5V and 1.9V in the case of n-channel and p-channel devices, respectively. It could be programmed at 10V, 100㎳ and erased at -12V, 100㎳. In the retention, about 3 years and over 10 years retention were possible in n-channel and p-channel devices respectively. We applied reoxidized nitrided oxide to charge trap type gate dielectric and verified nonvolatile memory device characteristics for the first time, and the first results of research on the physical characteristics about the origin of memory trap would used as very important data to improve memory characteristics.
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