Yield Management 2006年11月号

2006年11月号

Yield Management

オゾン洗浄でトンネル酸化膜が向上

Laura Peters

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　フラッシュメモリーデバイスにおける酸化前ウェット洗浄の効果は重要である。フラッシュメモリーはロジックゲートのように急速に微細化しないものの、低いリーク電流性能が求められ、通常はロジックデバイスより高電圧で動作するからである。最近行われたベンチマークでは、非接触型と従来の電気的テスト方法を用いて、酸化膜質に関する洗浄前特性の効果が調べられた。米Semitool社と米MVC社の研究者が異なるプロセス装置で3つの洗浄プロセスを比較したところ、オゾンベースの洗浄では界面トラップ密度が低く酸化抵抗が大きい酸化膜が生成され、界面リークが低いことが示された。この研究では、Semitool社のRaiderシステム、ベンダーA社のバッチ式洗浄装置、ベンダーB社のスプレー式プロセス装置という3つの洗浄装置を使って200mmウェーハで行われた。洗浄プロセスは各装置が製造に使用しているものと同じものを用いた。Semitool社の装置ではHydrOzone、FluorOzoneプロセスと共に希釈HF(20：1)処理が行われた。ベンダーA社の装置には従来のRCAプロセス(SPM、100：1 HF、SC-1)と1：2：20 NH₄OH/H₂O₂/H₂OのSC-1が用いられ、ベンダーB社の装置ではSPM、500：1 HF、SC-1、SC-2、そして1：1：20 NH₄OH/H₂O₂/H₂OのSC-1と1：1：20 HCl/H₂O₂/H₂OのSC-2が使用された。



	図　オゾン洗浄の平均絶縁破壊電圧は19.4Vで、ベンダーA社装置による洗浄では18.2 V、ベンダーB社装置による洗浄では17.7V (出典：米Semitool社)

　洗浄前のスプリット評価後、研究者はパーティクル(›0.06μm)と酸化膜厚の測定を行った。界面電荷密度(Dit)、全酸化膜電荷、酸化抵抗は米KLA-Tencor社のQuantox装置を使って測定された。さらに、電気的テストのキャパシタ(200×450μm)を提供するため、一部のウェーハにはパターンを転写し、ドープポリシリコンゲートを形成した。そしてAgilent 4155アナライザを使ってハードの絶縁破壊特性を測定した(図)。各洗浄前グループから3枚のウェーハが測定されたのだが、これはウェーハ1枚あたり5つの部分、1部分あたり6つのキャパシタを含み、1スプリットグループあたり90回の絶縁破壊測定を行った。
　オゾンベースプロセスのウェーハは、より従来的なRCA洗浄方法を用いたものと比べ、パーティクル数は少なく、酸化膜は若干厚く(～2Å )なった。また、デバイスジオメトリの縮小に伴って酸化膜が薄膜化するほど、より高濃度のプロセスを使用した場合の影響がより一層明らかになった。活性酸化膜の品質は酸化前洗浄により大きな影響を受ける可能性がある。微細化によって、Siと酸化膜の界面はデバイス構造の大きな部分を占め、界面の特質は洗浄前プロセスによって大きく左右される。

表1　非接触型電気データまとめ

ツール

D_it×E10
［#/(eV-cm²］

全電荷
E10(#/cm²)

酸化抵抗
(Ω-cm)

Semitool

81.1

70.7

1.4E+17

ベンダーB社

88.7

79.5

3.9E+16

ベンダーA社

92.3

81.9

3.5E+16

表2　H₂表面安定化処理後の非接触型電気データまとめ

ツール

D_it×E10
［#/(eV-cm²］

全電荷
E10(#/cm²)

酸化抵抗
(Ω-cm)

Semitool

5.32

67.2

7E+17

ベンダーB社

9.27

67.8

3E+17

　オゾンベースのプロセスでは界面トラップ密度が低く、酸化抵抗が大きい酸化膜が生成される結果となった(表1、表2)。このデータより界面の質は向上したと推測される。平均絶縁破壊レベルが高いのは、(界面電荷密度と酸化抵抗によって示されているように)パーティクルの減少、終端した酸化膜界面の向上、あるいはその2つの組み合わせ、のどれかによって、酸化膜欠陥が減少したことが原因かもしれない。
　フラッシュメモリーデバイスには高い動作電圧(～20V)での許容値が要求されるので、データ保持のためには、高い絶縁破壊特性が保証され、低いリーク率が必要である。パーティクルレベルと界面電界密度が低くて、抵抗が大きい(酸化膜リークが少ない)という特徴は、酸化膜質を向上させ、この重要なアプリケーションに対する信頼性を高めるのに貢献する。