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문제 정의
- 본 연구는 전히트랩형 비휘발성 기억소자의 개발을 위하여 적층 0N0 유전막을 대치할 수 있는 세로운 재산화실회산회-박(reoxidized nitrided oxide, abbr. RONO)에대하여 분석 고찰한 것이다. 기존의 질화산화막은 산화막의 신뢰성 향상에 제한적으로 응용되고 있으나 이와 관련된 물성적인 연구는 매우 미흡하며 특히 제산화 공정에 대한 평가노 이루어지지 못하고 있다.
제안 방법
- 본 분석음 위하여 각각 순수한 SiO2, SiOgN).#, Si의 기준시료에서 표준 스펙프럼을 얻었으며 이를 이용하여 본 재산화 질화산화막에서 얻은 스펙트럼과 최직일치 (best fitting)를 수행하였다. Fig.
- p형 실리콘 반도체이더-. 게이트 유전 막은 초기 산화막을 800℃에서 8~9분 동안 습식산화법으로 제작하고 NO 또는 N20 열처리 공정을 진행하여 실리콘기판과 산화막 사이에 질소층이 존재하는 질화산화막을 형성시켰다. 재산화 질화산화막은 추가적인 재산화공정에 의하여 실리콘 기판과 질화산화막의 질소층 사이에 새롭게 산화막을 성장시켜서 0N0 박막을 제작하였다.
- 영향을 출 것으로 예상된다. 따라서 NO 열처리 직후와 건식 및 습식산화법을 이용히여 재산호}를 수행한 디음질소의 분포를 D-SIMS 분석으로 비교하였으며 그 결과는 Fig. 1과 같다.
- 반도체 소자의 스케일다.운 및 저전압화에 따른 초박막게이트 유전막과 비휘발성 반도체 기억소지의 전하트랩형 유전막으로 연구중인 질회산화막 및 재산화 질화산화막의 특성에 관하여 D-SIMS, ToF-SIMS, AES를 이용하여 조사하였다. NO 열처리 직후 질소는 Si-SiO, 계면 근처에 존재하며 제산화 공정에 의히여 질소층은 산화막내에 매몰된다, 이때 제산화 방법에 띠리서 질소의 분포는 변화하게 되며 건식산화에 비히여 습식산화시 유입된 수소에 의한 영향으로 질소의 방출이 촉진되어 질소의 감소가 더욱 두드러지게 나타났다.
- 이를 실험적으로 규명히기는 매우 어려우며 본 연구를 위히쎠 초기신화막 계면 근처에서 AES 분석을 수행히였다. SiEW 정보는 결합에 관련된 정보를 제공할 뿐만 아니라 닞은 운동에너지에 따른 정보 검출 깊이도 대략 10 A 정도로 알려져 있어 초박막에서의 결힙정보를 얻는데 매우 유용하다.
- 이는 재산회믹, 의 성징기구가 산화법에 따라 차이가 나타남을 의미하며 질소의 거동도 이에 영향을 받는다. 재산화 성장기구를 규명히기 위하여 장시간 새산화를 실시하여 질소의 거동을 조사하였다. 질화산화막니 축적된 질소는 재산화가 진행됨에 띠리- 점진적으로 감소히며 외부로의 방츨과 기판으로외 확산이 농시에 나타난다.
- 게이트 유전 막은 초기 산화막을 800℃에서 8~9분 동안 습식산화법으로 제작하고 NO 또는 N20 열처리 공정을 진행하여 실리콘기판과 산화막 사이에 질소층이 존재하는 질화산화막을 형성시켰다. 재산화 질화산화막은 추가적인 재산화공정에 의하여 실리콘 기판과 질화산화막의 질소층 사이에 새롭게 산화막을 성장시켜서 0N0 박막을 제작하였다. 제작공정 조건에 따른 질소외 함량 및 분포를 조사하기 위해서 D-SIMS (IMS-6F), IbF-SIMSCIbF-SlMS IV), AES(PHI 4300) 분석을 수행하였으며, 이때 D-SIMS의 경우 질소의 분포는 Cs 이온과 결합된 CsN+ 형태의 이차이온으로 결정하였고 TbF-SIMS는 검출감도가 우수하고 질량긴섭이 적은 음이온을 택히서 조사하였다.
- 재산화 질화산화막은 추가적인 재산화공정에 의하여 실리콘 기판과 질화산화막의 질소층 사이에 새롭게 산화막을 성장시켜서 0N0 박막을 제작하였다. 제작공정 조건에 따른 질소외 함량 및 분포를 조사하기 위해서 D-SIMS (IMS-6F), IbF-SIMSCIbF-SlMS IV), AES(PHI 4300) 분석을 수행하였으며, 이때 D-SIMS의 경우 질소의 분포는 Cs 이온과 결합된 CsN+ 형태의 이차이온으로 결정하였고 TbF-SIMS는 검출감도가 우수하고 질량긴섭이 적은 음이온을 택히서 조사하였다. 다양한 공정으로 제작한 소지를 나타내면 Table 1과 같다.
대상 데이터
- SiEW 정보는 결합에 관련된 정보를 제공할 뿐만 아니라 닞은 운동에너지에 따른 정보 검출 깊이도 대략 10 A 정도로 알려져 있어 초박막에서의 결힙정보를 얻는데 매우 유용하다. 본 분석음 위하여 각각 순수한 SiO2, SiOgN).#, Si의 기준시료에서 표준 스펙프럼을 얻었으며 이를 이용하여 본 재산화 질화산화막에서 얻은 스펙트럼과 최직일치 (best fitting)를 수행하였다.
- 소자의 제작을 위하여 사용한 웨이퍼는 비저항이 9- 12dcm(100>의 p형 실리콘 반도체이더-. 게이트 유전 막은 초기 산화막을 800℃에서 8~9분 동안 습식산화법으로 제작하고 NO 또는 N20 열처리 공정을 진행하여 실리콘기판과 산화막 사이에 질소층이 존재하는 질화산화막을 형성시켰다.
성능/효과
- 이를 습식산화범에 의히여 재산화했을 때 질소의 농도는 약 50 % 감소하였으며 피이크의 폭은 증가한 것으로 조사되었다. 건식산화를 실시한 결과 NO 열처리 후의 질소농도에 비히여 감소하기는 하였으나 습식산화대비 질소농도는 높게 나타남을 알 수 있다. 이때 건식산화는 산화막의 성장률이 낮기 때문에 공정온도를 습식산화에 비하여 높게 선정하여 공정시긴을 제한하였다.
- 또한 Si2NO 결힙종은 Si-SiO2 계면을 따라서 이동하며 막내에도 미량 나타난다. 따라서 질회산화막외 재산화에 의히셔 N2O 열처 리에 의히여 형성된 초기 계면에 축적된 질소의 거동이 확 인되었으며, 질소가 양적으로 감소하기는 하였으나 일정한 깊이에 존재하는 것을 알 수 있다
- 전식산회.법에 의하여 제작된 재산화 질화산화막에서 SiON 피이크는 NO 열치리 공정에 의히여 셍성되었던 산화막내 매몰된 계면에서부터 제산화에 의히여 새롭게 형성되는 Si- SiO2 계면근처끼지 분포히는 것으로 조사되었다. 반면 습식산화시 SiON 피이크는 주로 NO 열처리 직후의 계면 근처에 존재하며 제산회.
- 이때 건식산화는 산화막의 성장률이 낮기 때문에 공정온도를 습식산화에 비하여 높게 선정하여 공정시긴을 제한하였다. 습식 및 건식산회에 따른 재신화 질화산화믹내 질소의 거동을 분석한 결과 재산화막 두께는 등일히였으나 높은 공정온도를 적용한 건식산화범에 비히여 수소가 주입되는 습식 산화법이 질소의 방출을 촉진함에 따라 축적된 질소의 농도가 싱대적으로 적음을 알 수 있다. Fig.
- 계면 근처에 축적된다. 이를 습식산화범에 의히여 재산화했을 때 질소의 농도는 약 50 % 감소하였으며 피이크의 폭은 증가한 것으로 조사되었다. 건식산화를 실시한 결과 NO 열처리 후의 질소농도에 비히여 감소하기는 하였으나 습식산화대비 질소농도는 높게 나타남을 알 수 있다.
- 5는 N2O 열처리 후 재산화에 따른 질화신-화막내 축적된 질소의 깊이분포 변화를 D-SIMS로 조사한 결괴이다. 재산화 시간이 증가함에 따리- 유전막내 질소 피이크는 감소하였으며 피이크 폭은 증가하였다. 또한 2차 재산화에서 질소의 분포가 표면으로 이동하는 것이 관찰되었다.
- ToF-SIMS플 이용히는 경우 Si-SiO2 계면에서 SiN의 검츨감도가 산화막내와 비교하여 매우 높기 때문에 재산화 질화산화막내 질소의 잉저인 분포를 정획히 펀딘하기는 어려우나 질소의 분포가 초기산화막 계면에서 이통하지 않는다는 기존의 결과는 분석적으로 많은 모순를 포함함을 알 수있으며 보다 정확한 물성적 분식을 위해서는 더욱 진보된분석기술이 요구된다. 초기산히막과 재산화막의 두께를 유사하게 조절한 다음 TbF-SIMS를 이용하여 다양한 결합종에대한 분석을 실시한 결과 N2O 열처리 후 생성된 질회산화막 계면근처의 질소는 SiON의 결합종이 주도적으로 나타나며 재산화후 새롭게 헝싱된 Si-SiO2 계면근처에는 Si2NO 결합종이 주로 검출된다. 따라서 재산화 질호)산화막에서 TbF-SIMS로 검출되는 SiN 걸합종은 Si3N4 결합에 기인하지 않으며 이는 SON과 SizNO의 결합과 관련이 있는 것으로 에싱된다].
후속연구
- MONOS 메모리의 성장을 제한하는 요소로는 기억유지능력에 대한 신괴성가 기록/소기 반복에 띠른 물리직인 열화이다. 현재의 반도체 공정에 띠르먼 20 A~50 A 정도로 초박막 적층 0N0 (Oxide-Nitride-Oxide) 유전막을 제작하는 기술은 보편적으로 직용 가능하다고 알려져 있어 유전막 개발을 통한 소지의 신뢰성만 확보된다면 차세대 NVSM* 대표할 수 있을 것으로 예상된다. 반도체 기억소자를 위한 초박막 게이트 유전막 및 터널 산화막에 대한 연구는 스케일-다운의한계를 극복하고 스케일링에 따라 나타나는 신뢰싱의 문제를 보완하는 방향으로 이루어지고 있다.
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