Material and Electrical Characteristics of Oxynitride Gate Dielectrics prepared in $N_2$O ambient by Rapid Thermal Process

RTP로 $N_2$O 분위기에서 제조한 Oxynitride Gate 절연체의 물질적 전기적 특성

Ultrathin(8nm) oxynitride (SiOxNy) film have been formed on Si(100) by rapid thermal processing(RTP) in $O_2$and $N_2$O as reactants. Compared with conventional furnace $O_2$ oxide, the oxynitride dielectrics shows better characteristics of I-V and TDDB, and less flat-band voltage shift. The oxynitride has a behavior of Fowler-Nordheim tunneling in the region of V 〉${\varphi}_0$ simialr to pure Si$O_2$oxide. The relative dielectric constant of oxynitride is higher than that of conventional pure oxide. Excellent diffusion harrier property to dopant(B$F_2$) is also observed. Nitrogen depth profiles by SIMS, AES, and XPS show nitrogen pile - up at Si$O_2$/Si interface, which can explain the improved properties of oxynitride dielectrics.

Si(100) 웨이퍼를 사용하여 RTP 장비에서 $O_2$와 $N_2$O 분위기에서 8nm의 oxynitride를 제조 하였다. 기존의 로(furnace) 열산화막과 비교해서 oxynitride는 I-V, TDDB 특성이 우수하였고, flat-band voltage shift도 적었으며 $BF_2이온$ 주입에 의한 붕소 투과 억제 특성도 우수하다. 유전상수는 oxynitride가 열산화막에 비해서 크다. Oxynitride는 순수한 Si$O_2$유사하게 V 〉${\varphi}_0$ 구간에서 Fowler-Nordheim 터널링 특성을 나타낸다. SIMS, AES, 그리고 XPS 분석 결과 질소 pile-up이 Si$O_2$/Si 계면에서 나타나고, 이것은 oxynitride 산화막 특성 향상과 깊은 관련이 있다.