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$N_2O$ 분위기에서 열산화법으로 성장시킨 $SiO_2$초박막의 전기적 특성
Electrical Characterization of Ultrathin $SiO_2$ Films Grown by Thermal Oxidation in $N_2O$ Ambient

강석봉    (한국전자통신 연구소 화합물 반도체 연구단   ); 김선우    (서울대학교 무기재료공학과   ); 변정수    (금성일렉스트론 중앙연구소 제 8연구실   ); 김형준    (서울대학교 무기재료공학과  );
  • 초록

    $SiO_{2}$ 초박막(ultrathin film)의 두께 조절 용이성, 두께 균일성, 공정 재현성 및 전기적 특성을 향상시키기 위해 실리콘을 $N_{2}O$ 분위기에서 열산화시켰다. $N_2O$ 분위기에서 박막 성장시 산화와 동시에 질화가 이루어지기 때문에 전기적 특성의 향상을 가져올 수 있었다. 질화 현상에 의해 형성된 Si-N결합 형성은 습식 식각율과 ESCA분석으로 확인할 수 있었다. $N_2O$ 분위기에서 성장된 $SiO_{2}$ 박막은 Fowler-Nordheim(FN)전도 기구를 보여주었으며, 절열파괴 특성과 누설 전류특성 및 산화막의 신뢰성은 건식 산화막에 비해서 우수하였다. 또한 계면 포획밀도는 건식 산화막에 비해 감소하였고, 전하를 주입했을 때 생성되는 계면 준위의 양 또는 크게 감소하였다. 산화막 내부에서의 전하 포획의 양도 감소하였고, 전하를 주입하였을 때 생성되는 전하 포획의 양도 감소하였다. 이와 같은 전기적인 특성의 향상은 산화막 내부에서 약하게 결합하고 있는 Si-O 결합들이 Si-N결합으로의 치환과 스트레스 이완에 의하여 감소하였기 때문이다.


    The ultrathin oxide films less than 100 $\AA$ were grown by thermal oxidation in $N_2O$ ambient to improve the controllability of thickness, thickness uniformity, process reproducibility and their electrical properties. Oxidation rate was reduced significantly at very thin region due to the formation of oxynitride layer in $N_2O$ ambient and moreover nitridation of the oxide layer was simultaneously accompanied during growth. The nitrogen incorporation in the grown oxide layer was characterized with the wet chemical etch-rate and ESCA analysis of the grown oxide layer. All the oxides thin films grown in $N_2O$ , pure and dilute $O_2$ ambients show Fowler-Nordheim electrical conduction. The electrical characteristics of thin oxide films grown in $N_2O$ such as leakage current, electrical breakdown, interface trap density generation due to the injected electron and reliability were better than those in pure or dilute ambient. These improved properties can be explained by the fact that the weak Si-0 bond is reduced by stress relaxation during oxidation and replacement by strong Si-N bond, and thus the trap sites are reduced.


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 저자의 다른 논문

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    1. 1994 "GaAs/AlGaAs HEMT소자의 제작 및 특성" 電子工學會論文誌. Jounnal of the Korea institute of telematics and electronics. A. A a31 (9): 114~120    
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