m× D ö n Ú/ù m Ç× D ö n Ú/ ˜ m× D ö n Ú  Œ º U c lT c l8 ý ° ‚ Ç% iP „ ÇÊ Ý; c  \ ¥ C-V — ¤V R Ë; c å ¾ ˔ X ¢ Ž ì ŏ Œ



˜

m× D ö n Ú/ù m Ç× D ö n Ú/ ˜ m× D ö n Ú  Œ º U c lT c l8 ý ° ‚ Ç% iP  „ ÇÊ Ý; c    \ ¥ C-V — ¤V R Ë; c å ¾ ˔ X ¢ Ž ì ŏ Œ



™

»† : ;* å  ^∗

1 l

x² D G @ /† < Ɠ § ì ø ͕ ¸^ ‰õ † < Æõ , " fÖ  ¦ 100-715

­

£ ÷ 7 B† : ;

Ä

º$ 3 @ /† < Ɠ § ì ø ͕ ¸^ ‰õ † < Æõ , „  · ¡ ¤ 565-701 (2004¸   8 Z 4 31{ 9  ~ à Î6 £ §)

Û

¼( '  Z O Ü ¼– Ð SiO

²

/Si

3

N

4

/SiO

2

~ à Ì} Œ •`  ¦ Si l ó ø Í 0 A\  $ “ : r \ " f ƒ  5 Å q $ í  © œ “ ¦, $ í  © œ ) a ~ à Ì} Œ •_  : £ ¤

$ í

`  ¦ ƒ  ½ ¨ % i  . $ í  © œ ) a ~ à Ì} Œ •_  é ß –€  `  ¦ transmission electron microscopy – Ð S X ‰ “  ô  Ç   õ  \ P % ƒo  Ê ê

˜

Ð   8 > €   ½ ¨› ¸ " î S X ‰ô  Ç SiO

2

/Si

3

N

4

/SiO

2

½ ¨› ¸ s À Ò# Q& ’ 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  . y Œ • 8 £ xZ >  › ¸$ í `  ¦ Auger electron spectroscopy – Ð ì  r$ 3 ô  Ç   õ  \ P % ƒo  Ê ê\   H Si(N) $ í ì  r s   © œ8 £ x x 9  8 £ x í ß – o} Œ •Ü ¼– Ð

´

ú §s  S X ‰í ß –÷ &# Q e ”   H  כ Ü ¼– Ð S X ‰ “   ÷ &% 3  . \ P % ƒo  “ : r • ¸    o\    É r capacitance-voltage 8 £ ¤& ñ `  ¦ : Ÿ x K 

\ P

% ƒo  “ : r • ¸ 800

^◦

C { 9  M : Ì º§  ô  Ç hysteresis : £ ¤$ í õ  † < Êa   H e  ¦Ï ? @ ½ ™× ¼ „  · ú š`  ¦ ° ú “ ¦ e ” % 3 t ë ß – \ P % ƒ o

 “ : r • ¸ 1000

^◦

C { 9  M :\   H hysteresis : £ ¤$ í s    t “ ¦ Ä »„   © œÃ º x 9  Ä »´ ò„    x 9 • ¸ y Œ ™™ è % i  .

s

 כ “ É r \ P % ƒo  “ : r • ¸7 £ x \     ] X ƒ  } Œ •? /_  à Ôê Á œ0 l x • ¸_  y Œ ™™ èü <  8Ô  ¦ # Q > €  ï  r0 A\  y Œ ™™ è\  _ ô  Ç % ò

†

¾ Ós  “ ¦ ] jî ß –ô  Ç .

PACS numbers: 77.55.+f

Keywords: Oxide/Nitride/Oxide, Capacitance - voltage characteristics, Annealing effect

I. " e  ] Ø

ì ø

͕ ¸^ ‰ / B N& ñ l Õ ü t_  µ 1 ϲ ú ˜\     ™ è _  | 9 & h • ¸ Z  }   t

€  " f œ í“ ¦| 9 & h  metal oxide semiconductor field effect (MOSFET) B j— ¸o  ™ è _  > s à Ô ] X ƒ  } Œ •s 
 q 6 fµ 1 Ï

$ í

B j— ¸o  ™ è _  ' V ,  ] X ƒ  } Œ •Ü ¼– Ð Ä ºÃ ºô  Ç „  l & h  : £ ¤$ í

`

 ¦ t   H œ í~ à Ì} Œ • ] X ƒ  } Œ •_  € 9 כ ¹$ í s  ± ú ˜– Ð & t “ ¦ e ”   [1–5]. : £ ¤ y , dynamic random access memory (DRAM)

™

è  ì  r  \ " f  H “ ¦| 9 & h `  ¦ 0 Aô  Ç ” ¸§ 4 s   Òé ß –y  „  > h÷ &

“

¦ e ” Ü ¼ 9 ™ è _  “ ¦| 9 & h  oü < s \    É r ‚  ; Ÿ ¤_  y Œ ™™ è  H Ä

»„  : £ ¤$ í `  ¦ $  r v   H כ ¹“  s  H † d \     ™ è _  š ¸1 l x



Œ

•`  ¦ } Œ •l  0 Aô  Ç þ j™ èô  Ç_  & ñ „  6   x| ¾ Ó_  S X ‰ ˜ Ðü < “ ¦| 9 & h ™ è



\  @ /ô  Ç & ñ „  6   x| ¾ Ó_   Œ •“ É r €  & h \ _  | 9 & h s  ˜ Ð  ×  æ כ ¹

>  ÷ &% 3  . s \  ¦ 0 AK " f  H & ñ „  6   x| ¾ Ó`  ¦ † ¾ Ó © œr ~  ´ € 9 כ ¹

 e ” Ü ¼ 9 Ä »„  ^ ‰_  Ä »´ ò€  & h `  ¦ V , y  
, Ä »„   © œÃ º ° ú כ s

  H Ä »„  Ó ü t| 9 `  ¦ s 6   x   H ~ ½ ÓZ O s   6   x ÷ &# Q4 R  ô  Ç .

Ä

»„  ^ ‰_  Ä »´ ò€  & h `  ¦ V , y l  0 Aô  Ç ~ ½ ÓZ O \   H & J r ' _ 

½

¨› ¸\  ¦ 3 " é ¶ ½ ¨› ¸“   stack ½ ¨› ¸
 trench ½ ¨› ¸– Ð | 9 & h 

  H ~ ½ ÓZ O s  9 ‰ & ³F  “ ¦| 9 & h  ™ è \ " f s  Qô  Ç ~ ½ ÓZ O s  G 

∗

E-mail: [email protected]

× þ

˜÷ &“ ¦ e ”   [6–8]. Õ ª Q
, s  Qô  Ç ~ ½ ÓZ O `  ¦  6   x½ + É  â Ä º



8¹ ¡ ¤ Z  }“ É r | 9 & h `  ¦ 0 AK   8 4 Ÿ ¤¸ ú šô  Ç ½ ¨› ¸ü <  8 ´ ú §“ É r õ & ñ _

 / B N& ñ s  € 9 כ ¹ >  ÷ &“ ¦ s \    É r ’  ø @$ í ë  H ] j• ¸ Ò q t U

 ´ à º e ” Ü ¼Ù ¼– Ð, Ï ã ÎF G& h Ü ¼– Ѝ  H Ä »„   © œÃ º ß ¼“ ¦ z  ´o – B H

\

 î ß –& ñ & h “     ½ + Ë`  ¦ ½ + É Ã º e ”   H ] X ƒ   Ó ü t| 9 s  ƒ  ½ ¨÷ &# Q  ô 

Ç .



| à Ðf ” ô  Ç ] X ƒ  ^ ‰_  % i ½ + ɖ Ѝ  H $  © œ ) a & ñ ˜ Ð_  t 5 Å q`  ¦ 0 A ô 

Ç ± ú “ É r ¾ º[ O „  À Ó\  ¦ Ä »t K    9, K ”   „  · ú š\  | v 9  Ã

º e ”   H Ø  æì  r y   H  õ „   © œõ  ™ è  ] j Œ • / B N& ñ ×  æ \ P & h ,



o† < Æ& h “   î ß –& ñ $ í _  Ä »t  1 p x`  ¦ [ þ t à º e ”  . ‰ & ³F  V , o 



6   x ÷ &“ ¦ e ”   H í ß – o} Œ •“ É r ¿ ºa  / å L5 Å q y  · û ª  ÷ &€  " f † ½ Ó 4

Ÿ

¤„  · ú šs  ± ú  t “ ¦   † < Êx 9 • ¸ Z  }  " f ’  ø @$ í s  b  # Qt 

“

¦ Ô  ¦í  HÓ ü t_  S X ‰í ß –, „  F G Ó ü t| 9 õ _  ì ø Í6 £ x, ¾ º[ O „  À Ó_  7 £ x

 1 p x Ü ¼– Ð “   # Œ DRAM 1 p x_  l % 3 ™ è \ " f ´ ú §“ É r ë  H ] j

  l ÷ &“ ¦ e ”  .   " f s  Qô  Ç ô  Ç> [ þ t`  ¦ F G4 Ÿ ¤ “ ¦ ¿ º a

 B Ä º · û ªÜ ¼€  " f• ¸ ½ ¨1 l x$ í õ  ’  ø @$ í s  Ä ºÃ ºô  Ç > s  à

Ô ] X ƒ  } Œ •`  ¦ ½ ¨‰ & ³  9  H ´ ú §“ É r ” ¸§ 4 [ þ t s  r • ¸÷ &“ ¦ e ”   [9–12].

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H Si õ _  î ß –& ñ & h “     ½ + Ëõ    † < Êx 9 • ¸ 



© œ & h “ É r  © œ& h `  ¦ t “ ¦ e ”   H SiO

2

í ß – o} Œ •õ  s \  q K  Z

 }“ É r Ä »„    © œÃ º ° ú כ`  ¦ t  9 \ P & h  î ß –& ñ $ í s  y © œô  Ç : £ ¤$ í `  ¦

-350-

°

ú “ ¦ e ”   H Si

3

N

4

| 9  o} Œ •Ü ¼– Ð s À Ò# Q”   SiO

₂

/Si

3

N

4

/SiO

2

(O/N/O) ½ ¨› ¸_  ~ à Ì} Œ •`  ¦ Si l ó ø Í 0 A\  RF Û ¼( '  Z O Ü ¼

–

Ð ƒ  5 Å q $ í  © œ % i “ ¦, $ í  © œ ) a ] X ƒ   ~ à Ì} Œ •\  @ /ô  Ç \ P % ƒo  „   Ê

ê_  › ¸$ í ì  r Ÿ í_     o x 9  „  l & h  : £ ¤$ í `  ¦ ì  r$ 3  % i  .

II. U c lT c l8 ý < gX c l õ m Í — ¤V R Ë Ä Z ØV Ä

O/N/O ~ à Ì} Œ •_  7 £ x‚ à Ì`  ¦ 0 AK   6   x ) a l ó ø ͓ É r q $ † ½ Ós  5 ∼ 15 Ω·cm“   p-type Si (100) J ?s ( \  ¦  6   x % i  . Si J ?s (  ³ ð€  \  ì  r   s “ : r <  ʓ É r " é ¶    © œI – Ð ” > r F    H Ä » l

Ó ü t s 
 Á ºl Ó ü t + þ AI _  ³ ð€   Ô  ¦í  HÓ ü t`  ¦ ] j  l  0 A # Œ piranha [ j' ‘  õ & ñ `  ¦  • 2 ; Ê ê ~ à Ì} Œ •`  ¦ 7 £ x‚ Ã Ì % i  . s X O 

>

 ï  r q   ) a l ó ø Í 0 A\  O/N/O ~ à Ì} Œ •_  ] j Œ •“ É r RF Û ¼( '  a AZ O \  _ K  s À Ò# Q& ’  . €  $  l ó ø Í ³ ð€   0 A\  tunneling í

ß – o} Œ •, ×  æç ß –8 £ x | 9  o} Œ • Õ ªo “ ¦  © œ8 £ x í ß – o} Œ • í  H Ü ¼– Ð ƒ  5 Å q 7

£

x‚ Ã Ì % i  . €  $  tunneling í ß – o} Œ • 8 £ x`  ¦ 200 W_  RF power \ " f Ar : O

2

Û ¼_  q Ö  ¦`  ¦ 85 : 15 – Ð # Œ 7 £ x‚ à Ì

% i “ ¦ s # Q" f | 9  o} Œ •_  7 £ x‚ à ̓ É r RF power\  ¦ 120 W – Ð

“ ¦ Ar : N

2

80 : 20_  q Ö  ¦ – Ð Å Ò{ 9  # Œ à º' Ÿ  % i  . Õ ª



6 £ §  r  í ß – o} Œ •`  ¦ · ú ¡õ  1 l x{ 9 ô  Ç › ¸| \ " f $ í  © œ % i  .

~ Ã

Ì} Œ • $ í  © œ ×  æ_  l ó ø Í_  “ : r • ¸  H 300

^◦

C_  Z  } t  · ú §“ É r “ : r

•

¸– Ð # Œ “ ¦“ : r Ü ¼– Ð í ß – o} Œ •`  ¦ 7 £ x‚ à ÌÙ þ ¡`  ¦  â Ä º_  ë  H ] j& h 

“

  Ô  ¦í  HÓ ü t_  S X ‰í ß – x 9  \ P í ß – o} Œ •_  + þ A$ í `  ¦ þ j™ è o “ ¦ 

% i  . y Œ • 8 £ x_  ¿ ºa   H 7 £ x‚ à Ìr ç ß –`  ¦ ] j# Q # Œ › ¸] X ½ + É Ã º e ”

% 3  . l ó ø Í_  “ : r • ¸\  ¦ 300

^◦

C – Ð “ ¦& ñ % i `  ¦ M : í ß – o} Œ • x 9

 | 9  o} Œ •_  $ í  © œÒ  ¦“ É r y Œ •y Œ • 28 nm/hr x 9  70 nm/hr s % 3 



.

s

X O >  38 £ x ½ ¨› ¸_  O/N/O ~ à Ì} Œ •`  ¦ ] j Œ •ô  Ç Ê ê \ P % ƒo 

´

òõ \  ¦ ˜ Ðl  0 AK  700

^◦

C ∼ 1000

^◦

C  t  | 9 ™ è ì  r0 Al \ 

"

f ½ + ɖ Ð
 p Ï þ ›á Ô\  ¦ s 6   x # Œ 100 œ í 1 l xî ß – z  ´' Ÿ  % i  . „   l

& h  : £ ¤$ í 8 £ ¤& ñ `  ¦ 0 Aô  Ç „  F G“ É r Al`  ¦ ”  / B N 7 £ x‚ à ÌZ O `  ¦ s 6   x

# Œ 7 £ x‚ Ã Ì % i  . „  F G`  ¦ 7 £ x‚ Ã Ì ô  Ç Ê ê\   H  r  400

^◦

C \ 

"

f 30 œ í 1 l xî ß – | 9 ™ è ì  r0 Al \ " f \ P % ƒo  # Œ „  F G8 £ x s   Ö ¸

$ í

 o÷ &• ¸2 Ÿ ¤ % i  .



6 £ §_  Fig. 1“ É r ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f ] j Œ • ) a O/N/O ½ ¨› ¸\ 

@

/ô  Ç \ P % ƒo  „  Ê ê_  é ß –€  `  ¦ È Òõ „   ‰ & ³p  â (TEM)Ü ¼– Ð

› '

a¹ 1 Ïô  Ç  ”  s  .

s

 TEM  ”  \ " f ˜ Ðs   H  ü < ° ú  s  l ó ø Íõ  í ß – o} Œ • Õ ª o

“ ¦ í ß – o} Œ •õ  | 9  o} Œ •ç ß –_  > €  s  " î S X ‰ y  ½ ¨ì  r ÷ &“ ¦ e ”  6

£

§`  ¦ S X ‰ “   ½ + É Ã º e ” % 3  . TEMÜ ¼– Ð S X ‰ “   ) a é ß –€   ½ ¨› ¸  H

\ P

% ƒo  „  õ  Ê ê_     o  _  \ O % 3 Ü ¼
, \ P % ƒo  Ê ê\   H Fig. 1(b) \ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  y Œ • 8 £ x_  > €  \   ™ è Ï ã J/ B G s

 { 9 # Q
 e ” 6 £ §`  ¦ ^  ¦ à º e ”  . s   H \ P % ƒo  õ & ñ \ " f_ 

\ P

& h  Ø  æ  Ü ¼– Ð ó ø Íé ß – ) a  .

Fig. 1. Cross sectional TEM images of the O/N/O struc- ture on Si substrate (a) as-deposited and (b) after ther- mal annealing(1000

^◦

C/100 sec).

y

Œ

• 8 £ x_  › ¸$ í ì  r Ÿ í\  ¦ · ú ˜ ˜ Ðl  0 A # Œ ] j Œ • ) a O/N/O

½

¨› ¸_  U  ·s \    É r Auger „    ì  rF  g Û ¼& 7 ˜à Ô! 3 `  ¦ › ¸  

#

Œ Fig. 2\ 
 ? /% 3  . s M : ‘ : r ì  r$ 3 \ " f  H y Œ • ½ ¨› ¸_ 



o† < Æ& h    ½ + Ë\  -t _  s \  ¦ “ ¦ 9 # Œ Si(O) x 9  Si(N)

Fig. 2. Auger electron spectra of O/N/O structure on

Si substrate. (a) as-deposited and (b) after thermal an-

nealing(1000

^◦

C/100 sec).

Fig. 3. The capacitance - voltage characteristics of O/N/O with annealing temperatures.

 

½ + Ë Õ ªo “ ¦ Si, O x 9  N $ í ì  r`  ¦ y Œ •y Œ • ì  r o  # Œ ì  r$ 3  % i 



.

s

 Figure \ " f ˜ Ѝ  H  ü < ° ú  s  \ P % ƒo  „  \   H Si(N)

$ í

ì  r s   © œÂ Ò í ß – o} Œ •8 £ x õ  Â Ò tunneling í ß – o} Œ • 8 £ x \ " f



 H ì  r Ÿ í÷ &# Q e ” t  · ú §  \ P % ƒo  Ê ê\   H s  $ í ì  r s   © œÂ Ò í

ß – o} Œ •“ É r Ó ü t : r Â Ò í ß – o} Œ •õ  l ó ø Íç ß –_  > €    t  U  ·¸ n q s

 ì  r Ÿ í÷ &# Q e ” 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . s   H  © œ _  í ß – o} Œ •-| 9 



o} Œ • > €  \ " f_  q & ñ  © œ& h “   Si-O   ½ + Ëõ  Si-O(strained Si-O bond) 1 p x s  ´ ú §s  ” > r F  # Œ s  Qô  Ç   † < Ê M :ë  H \  > 

€ 

\  | 9 ™ è " é ¶   ´ ú §s  Á ú ¢s “ ¦,  © œ8 £ x í ß – o} Œ • > €  \ " f  H

| 9

™ è" é ¶  _  / B N/ å L s  > 5 Å q ÷ &l  M :ë  H \  | 9 ™ è " é ¶   ´ ú §s 

”

> r F ô  Ç   H ˜ Г ¦ü <• ¸ { 9 u   ) a   [1,8,11].  Ö  ¦  Q N $ í ì  r

“ É

r \ P % ƒo  „  Ê ê ½ ¨ì  r \ O s   © œÂ Ò í ß – o} Œ • ³ ð€  Ü ¼– РÒ'   Â

Ò í ß – o} Œ •õ  l ó ø Íõ _  > €  \  s Ø Ôl  t  Ä ºr î ß – + þ A I

– Ð ì  r Ÿ í÷ &# Q e ” 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . s   H | 9  o} Œ •Ü ¼– РÒ'  _

  © œ  í ß – o} Œ •Ü ¼– Ð_  N_  S X ‰í ß – x 9  $ í  © œ ×  æ ì  r0 Al  Û ¼

–

Ð  6   xô  Ç N % ò † ¾ ÓÜ ¼– Ð ó ø Íé ß – ) a  .  8¹ ¡ ¤ s  l ó ø Íõ  Â Ò í ß –



o} Œ • > €  \  Si(N) x 9  N $ í ì  r s  » ¡ ¤& h ÷ &# Q e ”   H X <, s   H SiN8 £ x ¢ ¸  H \ P % ƒo r _  ì  r0 Al  Û ¼“   Ns  8 £ x í ß – o} Œ • Ü

¼– Ð S X ‰í ß – # Œ [ þ t # Q > €  \  ” > r F    H q & ñ  © œ& h “   Si-O

 

½ + Ë 1 p x_    † < Êõ    ½ + Ë # Œ SiOxNy\  ¦ + þ A$ í ô  Ç  כ Ü ¼– Ð Ò q t y

Œ

• ) a   [12,13]. Sakaki 1 p x“ É r SiN/SiO

2

> €  \ " f 1 p x  í ß –



o} Œ •_  ¿ ºa \  ¦  Œ ™d ”   9 + þ A$ í ÷ &  H SiON 8 £ x“ É r z  ´] j p+ þ A l

ó ø Í\ " f_  boron Ô  ¦í  HÓ ü t s  ] X ƒ  } Œ •Ü ¼– Ð S X ‰í ß –÷ &  H ‰ & ³ © œ

`

 ¦ % 3 ] j½ + É Ã º e ”  “ ¦ ˜ Г ¦ô  Ç   e ”   [14]. ¢ ¸ô  Ç Kim 1 p x

“

É r Si l ó ø Í 0 A\  ] j Œ •÷ &  H O/N/O B j— ¸o  ™ è \ " f B j— ¸ o

 1 l x Œ •`  ¦ { 9 Ü ¼v   H à Ôê Á œ“ É r SiN ~ à Ì} Œ •õ  > €  \  ” > r F  



 H  כ Ü ¼– Ð Æ Ò8 £ ¤ % i Ü ¼ 9, s  à Ôê Á œ_  : £ ¤$ í õ  0 Au  B j— ¸ o

 : £ ¤$ í \  ×  æ כ ¹ô  Ç % i ½ + É`  ¦ ô  Ç “ ¦ ˜ Г ¦ ô  Ç  e ”   [15].

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f ] j Œ • ) a O/N/O/ ] X ƒ   ~ à Ì} Œ •_  & ñ „  6   x| ¾ Ó :

£

¤$ í `  ¦ · ú ˜ ˜ Ðl  0 A # Œ C-V › ' a > \  ¦ : Ÿ x K  ì  r$ 3 ô  Ç   õ 

\

 ¦ Fig. 3 \ 
 ? /% 3  .

Fig. 4. Variation of dielectric constant of O/N/O struc- ture with annealing temperature.

Fig. 3 \ " f ˜ Ð1 p w s  \ P % ƒo  “ : r • ¸ 800

^◦

C“    â Ä º

\

  H C-V/ B G‚  \ " f_  hysteresis : £ ¤$ í s  Ì º§  > 
 

 9 s M :_  e  ¦Ï ? @ ½ ™× ¼ „  · ú š(V

_{F B}

) s  5 Vs “ ¦ Õ ª s 1 l x

|

¾ Ó(∆V

F B

)  H 2.5 V – Ð > í ß –÷ &% 3  . s ü < ° ú  s  C-V / B G‚  



© œ\  hysteresis : £ ¤$ í s  ˜ Ðs   H s Ä »  H Si-SiO

2

> €  õ  | 9 



o} Œ • x 9  Õ ª > €   ? / Ò\  + þ A$ í ÷ &# Q e ”   H   † < Ê\  _ ô  Ç à Ôê Á œ s

 ” > r F  “ ¦ e ” 6 £ §`  ¦ _ p   9, s  à Ôê Á œs  \ P % ƒo \  _ K 

 Ö

¸$ í  o ÷ &# Q C-V : £ ¤$ í \  l # Œô  Ç  כ Ü ¼– Ð ó ø Íé ß – ) a   [15–

17]. Õ ª Q
 \ P % ƒo  “ : r • ¸ 900

^◦

C“    â Ä º\   H hysteresis :

£

¤$ í s  ‰ & ³  y  ×  ¦ # Q[ þ t 9 e  ¦Ï ? @ ½ ™× ¼ „  · ú š• ¸ ×  ¦ # Q[ þ t% 3 6 £ §`  ¦

·

ú ˜ à º e ”  .  8¹ ¡ ¤ s  1000

^◦

C – Ð \ P % ƒo \  ¦ ô  Ç  â Ä º\   H hys- teresis : £ ¤$ í s    t  9 s M :_  e  ¦Ï ? @ ½ ™× ¼ „  · ú š“ É r €  • 2 V

&

ñ • ¸– Ð y Œ ™™ è % i 6 £ §`  ¦ · ú ˜ à º e ”  . ¢ ¸ô  Ç \ P % ƒo  “ : r • ¸

1000

^◦

C \ " f  H & ñ „  6   x| ¾ Ós   ™ è 7 £ x ÷ &% 3   H X <, s   H \ P 

%

ƒo \    É r à Ôê Á œ x 9 • ¸_  y Œ ™™ è\  _ ô  Ç  כ Ü ¼– Ð ó ø Íé ß – ) a   [10, 18]. ô  Ǽ #  \ P % ƒo  “ : r • ¸\    É r O/N/O ~ à Ì} Œ • ½ ¨› ¸\ 

@

/ # Œ „  À Ó-„  · ú š : £ ¤$ í `  ¦ ¶ ú ˜( R‘ : r   õ  ] X ƒ   õ  „  · ú š“ É r

\ P

% ƒo  “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê\     7 £ x † < Ê`  ¦ S X ‰ “   ½ + É Ã º e ” % 3 



 [19].

TEM`  ¦ s 6   x # Œ 8 £ ¤& ñ ô  Ç ] X ƒ  } Œ •_  ¿ ºa – РÒ'  Ä »´ ò

¿

ºa \  ¦ > í ß – “ ¦ s \  ¦ s 6   x €    6 £ § d ” Ü ¼– РÒ'  „  ^ ‰ O/N/O ½ ¨› ¸_  Ä »´ ò Ä »„  Ö  ¦`  ¦ ½ ¨½ + É Ã º e ”  .



_{ef f}

= ε

_ox

ε

_N

(t

_ox

+ t

_N

) ε

ox

t

N

+ ε

N

t

ox

s

 d ” \ " f ε

ox

  H í ß – o} Œ •_  Ä »„  Ö  ¦(3.9 ε

o

) s “ ¦ 

N

  H | 9 



o} Œ •_  Ä »„  Ö  ¦(7.5 ε

o

) s  9, t

^ox

x 9  t

N

  H y Œ •y Œ •  © œ  í ß –



o} Œ •_  „  ^ ‰ ¿ ºa  x 9  | 9  o} Œ •_  ¿ ºa s  .

Fig. 4  H ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f ] j Œ • ) a ¿ ºa  30 nm_  O/N/O

½

¨› ¸\  @ /ô  Ç \ P % ƒo  “ : r • ¸    o\    É r Ä »´ ò Ä »„  Ö  ¦_    



o\  ¦ > í ß – # Œ
  · p   õ s  .

Fig. 5. Effective charge density of O/N/O dielectric thin films as a function of annealing temperatures.

s

 Figure\ " f ˜ Ѐ   \ P % ƒo  t  · ú §“ É r  â Ä º ˜ Ð  \ P % ƒ o

\  ¦ † < ÊÜ ¼– Ð+ ‹ œ íl \   H “ : r • ¸ 7 £ x † < Ê\     Ä »´ ò Ä »

„ 

Ö  ¦ ° ú כs  p €  •ô  Ç € ª œs t ë ß – 7 £ x    1000

^◦

C \ " f  H



r  y Œ ™™ è÷ &  H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ðs “ ¦ e ”  . s ü < ° ú  s  “ : r • ¸ 7 £ x

† < Ê\  Ä »„  Ö  ¦ s     o÷ &  H " é ¶ “  “ É r œ íl  \ P % ƒo  “ : r • ¸

7

£

x ½ + É M :\   H \ P % ƒo \    É r Ä »´ ò ¿ ºa  x 9  & ñ „  6   x| ¾ Ó ° ú כ

\

" f_     o p €  •   “ : r • ¸ 1000

^◦

C\  ¦  Å # Q" f€  

"

f · ú ¡\ " f ƒ  / å L % i 1 p w s  & ñ „  6   x| ¾ Ó ° ú כs   ™ è 7 £ x ô  Ç  כ s

 Å Òכ ¹ô  Ç " é ¶ “  “    כ Ü ¼– Ð ì  r$ 3  ) a   [13].



8 £ x > €   ½ ¨› ¸\  ¦ ° ú “ ¦ e ”   H ] X ƒ  } Œ •\  ” > r F    H „    [

þ

t“ É r 7 á x À ӕ ¸ ´ ú §“ ¦ " f– Ð ½ ¨Z >  l  # Q§ >  . s  Qô  Ç „    [

þ

t“ É r ™ è _  ë  H) 3  „  · ú šõ  „   _  s 1 l x • ¸ 1 p x ™ è _  î ß –& ñ

$ í

\   H % ò † ¾ Ó`  ¦ p • 2 ; . s  ×  æ > €   Ÿ í S \ ‰„   ü < ° ú  “ É r  â Ä

º > €    © œI   H > s à Ô „  · ú š x 9  8 £ ¤& ñ Å Ò à º\    y Œ ™ >  ì ø

Í6 £ x # Œ & J r ‡  Û ¼\  l # Œ   H ì ø ̀     É r 7 á x À Ó_  „  

[ þ t“ É r 8 £ ¤& ñ Å Ò à º\    y Œ ™ô  Ç ì ø Í6 £ x`  ¦ t  · ú §l  M :ë  H \ 

“

¦Å Ò à º C-V 8 £ ¤& ñ Ü ¼– РÒ'  8 ú x „   | ¾ Ó`  ¦ ½ ¨½ + É Ã º e ”  .

7

£ ¤, C-V / B G‚  Ü ¼– РÒ'  8 £ ¤& ñ  ) a V

_{F B}

° ú כ`  ¦ · ú ˜€   Ä »´ ò„    x 9

• ¸ Q

^{ef f}

  H  6 £ § › ' a > d ” Ü ¼– РÒ'  > í ß – | ¨ c à º e ”  .

Q

ef f

q = ( −V

F B

+ Φ

M S

) K

ON O

ε

O

T

ON O

q s

 d ” \ " f q  H „   | ¾ Ós “ ¦ Φ

^{M S}

  H Al > s à Ô F K5 Å q õ  ] X 

ƒ 

} Œ •ç ß –_   © œ# 4 (0.9 V)s  9, K

^{ON O}

x 9  T

ON O

  H y Œ •y Œ • Fig.

4 \ " f > í ß – ) a O/N/O ~ à Ì} Œ •_  Ä »„   © œÃ º x 9  TEMÜ ¼– Ð 8 £ ¤

&

ñ  ) a O/N/O ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa s  .

Fig. 5  H O/N/O ~ à Ì} Œ •_  \ P % ƒo  “ : r • ¸   o\    É r C-V 8

£

¤& ñ Ü ¼– РÒ'  % 3 “ É r V

F B

\  ¦ s 6   x # Œ ½ ¨ô  Ç Ä »´ ò „   x 9 

•

¸\  ¦ „  ^ ‰ ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa Z > – Ð
  · p  כ s  .

s

 Figure \ 
 è ß –  ü < ° ú  s  ~ à Ì} Œ •_  ¿ ºa  · û ª`  ¦ à º 2

Ÿ

¤ Ä »´ ò„   x 9 • ¸ Z  } > 
 
“ ¦ e ”  . s   H ¿ ºa  · û ª

“ É

r  â Ä º > €  _  ½ ¨› ¸& h  î ß –& ñ $ í s  b  # Qt “ ¦ s \     à Ô ê

Á œ x 9 • ¸ 7 £ x  €  " f > €   „    x 9  “ ¦& ñ „   _  7 £ x \  _

ô  Ç ‰ & ³ © œÜ ¼– Ð ó ø Íé ß – ) a  . \ P % ƒo  “ : r • ¸_     o\    É r Ä »

´

ò„    x 9 • ¸_     o\  ¦ ¶ ú ˜( R˜ Ѐ   900

^◦

C  t   H Ä »´ ò„    x 9

• ¸ ° ú כs   H    o \ O Ü ¼
 1000

^◦

C – Ð \ P % ƒo \  ¦ ô  Ç  â Ä

º\   H „   x 9 • ¸  ™ è y Œ ™™ è÷ &“ ¦ e ” 6 £ §`  ¦ ^  ¦ à º e ”   H X <, s

 כ “ É r \ P % ƒo \    " f ~ à Ì} Œ •? /_  à Ôê Á œ_  y Œ ™™ èü <  8Ô  ¦

#

Q > €  ï  r0 A\  y Œ ™™ è\  _ ô  Ç % ò † ¾ Ós  “ ¦ ó ø Íé ß – ) a  .

III. + s Ç Â ] Ø

‘

: r ƒ  ½ ¨\ " f  H Si l ó ø Í 0 A\  ] X ƒ  ~ à Ì} Œ •Ü ¼– Ð+ ‹ SiO

2

/Si

3

N

4

/SiO

2

– Ð s À Ò# Q”   O/N/O ½ ¨› ¸\  ¦ $ “ : r

\

" f ƒ  5 Å q 7 £ x‚ Ã Ì # Œ “ ¦“ : r \ P % ƒo \  ¦ ô  Ç Ê ê Õ ª : £ ¤$ í `  ¦ ì  r

$

3  % i  . AES– Ð y Œ •y Œ •_  ~ à Ì} Œ •\ " f_  › ¸$ í ì  r Ÿ í\  ¦ ì  r$ 3  ô 

Ç   õ  \ P % ƒo  „  \   H Si(N) $ í ì  r s  | 9  o} Œ • 8 £ x ? /\  ² D G Â

Ò& h Ü ¼– Ð ì  r Ÿ í÷ &# Q e ” Ü ¼
 \ P % ƒo  Ê ê\   H  © œÂ Ò í ß – o} Œ • x 9

 Â Ò í ß – o} Œ •Ü ¼– Ð g Ë >È Ò S X ‰í ß –÷ &# Q Â Ò í ß – o} Œ •õ  l ó ø Í õ

_  > €  \ " f SiO

x

N

_y

8 £ x`  ¦ + þ A$ í   H  כ Ü ¼– Ð
 z Œ ¤ .

\ P

% ƒo  “ : r • ¸\    É r O/N/O ] X ƒ   ~ à Ì} Œ •_  : £ ¤$ í `  ¦ ì  r$ 3  ô 

Ç   õ  \ P % ƒo  “ : r • ¸ Z  }  | 9 à º2 Ÿ ¤ C-V : £ ¤$ í / B G‚  \ " f _

 e  ¦Ï ? @ ½ ™× ¼ „  · ú šs  y Œ ™™ è “ ¦ & ñ „  6   x| ¾ Ós   ™ è 7 £ x † < Ê

`

 ¦ · ú ˜ à º e ” % 3  . ô  Ǽ #  ‘ : r ƒ  ½ ¨\ " f ] j Œ • ) a O/N/O ½ ¨› ¸ _  Ä »„   © œÃ º  H \ P % ƒo  „  ˜ Ð   ™ è 7 £ x ô  Ç ° ú כ`  ¦ ˜ Ðs t  ë

ß – \ P % ƒo  “ : r • ¸\  ¦ 1000

^◦

C – Ð ô  Ç  â Ä º\   H  r  y Œ ™™ è 



 H  ⠆ ¾ Ó`  ¦ ˜ Ð% i  .  Ö  ¦  Q Ä »´ ò„   x 9 • ¸\  ¦ \ P % ƒo  “ : r • ¸ _

 † < Êà º– Ð ì  r$ 3 ô  Ç   õ  œ íl \   H  H    o\  ¦ ˜ Ðs t  · ú §



 \ P % ƒo  “ : r • ¸\  ¦ 1000

^◦

C – Ð `  ¦ o €   à Ôê Á œ x 9 • ¸_  y Œ ™

™

è\  _  # Œ ¢ - aë ß –y  y Œ ™™ è % i  .   " f / å L5 Å q\ P % ƒo 

O/N/O ½ ¨› ¸\ " f ~ à Ì} Œ •? /_  à Ôê Á œ0 l x • ¸\  ¦ ] j# Q½ + É Ã º e ” 6 £ §

`

 ¦ ˜ Ð% i  .

Y c

p w Š à U Ø ”  ô

[1] V. A. Gritsenko, H. Wong, J. B. Xu, R. M. Kwok, Yu. N. Morokov and Y. N. Novikov, J. Appl. Phys.

86, 3234 (1999).

[2] C. L. Cha, E. F. Chor, H. Gong and L. Chan, J.

Mat. Sci. Lett. 19, 817 (2000).

[3] J. P. Xu, P. T. Lai and Y. C. Cheng, Appl. Phys. A 70, 101 (2000).

[4] X. W. Wang, Z. J. Luo and T. P. Ma, IEEE Trans.

Electron. Dev. 47, 458 (2000).

[5] Y. Tsividis Operation and Modeling of The MOS Transistor, 2nd ed. (McGRAW-Hill, 1999), Vol. 50.

[6] K. Eriguchi, Y. Harada and M. Niwa, IEDM. Tech.

Dig., 1331 (1999).

[7] N. Matsuo and A. Sasaki, IEEE Trans. Electron Dev. 42, 1340 (1995).

[8] M. Houssa, R. Degraeve, P. W. Mertens and M. M.

Heyns, J. Appl. Phys. 86, 6462 (1999).

[9] S. Santucci, L. Lozzi, M. Passacantando, A. R.

Phani, E. Palumbo, G. Bracchitta, R. De Tomma- sis, A. Torsi, R. Alfonsetti and G. Moccia, J. Non- Crystalline Solids 245, 224 (1999).

[10] J. Kolodzey, E. A. Chowdhury, T. N. Adam, G. Qui and I. Rau, IEEE Trans. Electron. Dev. 47, 121 (2000).

[11] G. Lucovsky, J. Vac. Sci. Tech. A 17, 1340 (1999).

[12] T. D. M. Salgado, C. Radtke, C. Krug, J. deAndrade and I. J. R. Baumvol, J. Electrochem. Soc. 146, 3788 (1999).

[13] I. J. R. Baumvol, Surface Science Report 36, 1 (1999).

[14] T. Sakaki, F. Ootsuda, H. Ozawa, T. Hoshi, M.

Tomigawa, M. Yasuhira and T. Arikado, Jpn. J.

Appl. Phys. 43, 1837 (2004).

[15] C. W. Kim, M. K. Kim and J. W. Lee, Physics and High Technology(in Korean) 13, 2 (2004).

[16] S. Santucci, R. Alfonsetti, A. D. Giacomo, P. Fio- rani, L. Lozzi, G. Moccia, L. Ottaviano, M. Pass- cantando and P. Picozzi, J. Non-Crystalline Solids 216, 156 (1997).

[17] J. Maserjian and N. Zamani, J. Appl. Phys. 53, 559 (1982).

[18] R. Kies, G. Ghibaudo, G. Pananakakis and G. Re- imbold, Solid State Electronics 41, 1041 (1997).

[19] D. Y. Kim et. al., to be submitted.

Annealing Effects on Capacitance-Voltage Characteristics of Oxide/Nitride/Oxide Thin Films

Deuk Young Kim

^∗

Department of Semiconductor Science, Dongguk University, Seoul 100-715

Yong Deuk Woo

Department of Semiconductor Science, Woosuk University, Chunbuk 565-701 (Received 31 August 2004)

We fabricated a dielectric film composed of SiO

2

/Si

3

N

4

/SiO

2

(ONO) on Si (100)at a low substrate temperature of 300

^◦

C by using a sequential radio-frequency reactive magnetron sputtering depo- sition method. The cross section of the O/N/O structure was investigated by using transmission electron microscopy and the compositional distribution in each layer was analyzed by using Auger electron spectroscopy. The electrical properties of the O/N/O structures were characterized by means of capacitance - voltage (C-V) measurements at a various annealing temperatures. We con- firmed a hysteretic behavior with a flat-band shift of 5 V in the C-V curve for the film annealed at 800

^◦

C. The dielectric constant and the effective charge density of the O/N/O structures deposited at low temperatures increased slightly with annealing temperature for temperatures up to 1000

^◦

C and then decreased a little for temperatures above 1000

^◦

C.

PACS numbers: 77.55.+f

Keywords: Oxide/Nitride/Oxide, Capacitance - voltage characteristics, Annealing effect

∗

E-mail: [email protected]