Wet oxidation 이 10nm 두께이하의 silicon nitride film 의 전기적 특성에 미치는 영향

Abstract

-IV-1-3. 요약- $SiH_4$gas로 LPCVD 방법으로 $625\,^\circ\!C$와 $560\,^\circ\!C$에서 silicon을 증착시킨 시편에 As implantation 농도를 $2.5\times10^{13}\sim1\times10^{16}/cm^2$로 변화시킨 시편의 미세구조와 전기적 특성을 측정한 결과를 다음과 같이 요약할 수 있겠다. 열처리 전.후의 polysilicon surface morphology는 deposition 온도에 의하여 결정되며 $560\,^\circ\!C$에서 증착한 silicon은 $625\,^\circ\!C$에서 증착한 silicon에 비해 표면상태가 매우 smooth 하였으며 As을 $2\times10^{20}/cm^3$로 doping한 시편의 sheet resistance 값은 130$\Omega/\Box$ 정도로 thin film capacitor의 substrate로 사용하기에 적합하였다. 또한 $560\,^\circ\!C$에서 증착한 silicon은 amorphous 상태이며 $625\,^\circ\!C$에서 증착한 silicon은 (220) texture를 갖는 polycrystalline 상태였다. 이러한 시편에 As를 implantation한 후 $900\,^\circ\!C$ 30분간 $N_2$ 분위기에서 열처리하면 각각 \{111\} 및 \{111\}, \{220\} texture를 갖는 polysilicon으로 되었다. $900\,^\circ\!C$ 열처리후 grain size는 $625\,^\circ\!C$에서 증착한 시편은 $200\sim300\mbox{\AA}$ 정도였으며 $560\,^\circ\!C$에서 증착한 시편은 $1000\sim1500\mbox{\AA}$ 정도로 큰 grain과 수백 $\mbox{\AA}$ 정도의 작은 grain이 함께 관찰되었다. $625\,^\circ\!C$에서 증착한 시편은 $560\,^\circ\!C$에서 증착한 시편에 비해 심한 columnar 구조를 하고 있었다. 또한 As doping 농도가 증가함에 따라 열처리 후의 grain size는 증가하였다. 같은 doping 농도의 경우 $560\,^\circ\!C$에서 증착한 시편이 $625\,^\circ\!C$에서 증착한 시편에 비해 grain size가 커서 비저항 값은 낮았으며 carrier concentration 및 Hall mobility 값은 크게 나타났다. 또한 grain boundary의 potential barrier height ($E_b$)는 doping 농도가 $5\times10^{18}/cm^3$에서 $2.5\times10^{20}/cm^3$로 증가함에따라 0.063eV에서 0.001eV로 감소 하였으며 같은 doping 농도에서는 polysilicon deposition 온도에는 큰 차이가 없었다. -IV-2-6. 요약- Nitride film을 wet oxidation 한 후의 성분 분석 결과와 oxide/nitride composite film과 oxide를 etch 한 후 제작한 nitride film만의 capacitor의 전기적 특성을 측정한 결과로 부터 다음과 같이 요약하였다. Nitride film을 $900\,^\circ\!C$에서 7.5$\sim$150분간 wet oxidation하면 nitride film 위에 성장하는 oxide의 growth rate는 diffusion controlled mechanism이 지배적이었으며 Auger 성분분석 결과 wet oxidation 시간이 진행됨에 따라 nitride film의 표면층으로 부터 nitride 조성이 산소가 많이 함유된 $SiO_xN_y$로 변하였고 nitride 위에 oxide 두께가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. Oxide/nitride composite film의 capacitance 값과 dielectric constant 값은 oxidation 시간이 증가함에 따라 oxide 두께가 증가하여 감소하였으나 breakdown field 값은 증가하