Study of the Reliability Characteristics of the ONON(oxide-nitride-oxide-nitride) Inter-Poly Dielectrics in the Flash EEPROM cells

플래시 EEPROM 셀에서 ONON(oxide-nitride-oxide-nitride) Inter-Poly 유전체막의 신뢰성 연구

In this paper, the results of the studies about a new proposal where the ONON(oxide-nitride-oxide-nitride) layer instead of the conventional ONO(oxide-nitride-oxide) layer is used as the IPD(inter-poly-dielectrics) layer to improve the data retention problem in the Flash EEPROM cell, have been discussed. For these studies, the stacked-gate Flash EEPROM cell with an about 10nm thick gate oxide and on ONO or ONON IPD layer have been fabricated. The measurement results have shown that the data retention characteristics of the devices with the ONO IPD layer are significantly degraded with an activation energy of 0.78 eV. which is much lower than the minimum value (1.0 eV) required for the Flash EEPROM cell. This is believed to be due to the partial or whole etching of the top oxide of the IPD layer during the cleaning process performed just prior to the dry oxidation process to grow the gate oxide of the peripheral MOSFET devices. Whereas the data retention characteristics of the devices with the ONON IPD layer have been found to be much (more than 50%) improved with an activation energy of 1.10 eV. This must be because the thin nitride layer on the top oxide layer in the ONON IPD layer protected the top oxide layer from being etched during the cleaning process.

이 논문에서는 플래시 EEPROM 셀에서의 데이터 보존 특성을 개선하기 위해서 IPD(inter-poly-dielectrics) 층을 사용하는 새로운 제안에 관한 연구 결과들을 논의하였다. 이 연구를 위하여 약 10nm 두께의 게이트 산호막을 갖으며 또한 ONO 또는 ONON IPD 층을 갖는 적층형-게이트 플래시 EEPROM 셀들을 제작하였다. 측정 결과를 보면 ONO IPD 층을 갖는 소자들은 데이터 보존 특성이 심각하게 열화 되었으며, 그 특성의 활성화 에너지도 0.78 eV로 플래시 EEPROM 셀을 위하여 요구되는 최소 값(1.0 eV)보다 상당히 낮았다. 이는 구동 소자용 트랜지스터(peripheral MOSFET) 소자들의 게이트 산호막을 형성하기 위한 건열산화 공정 바로 직전에 실시하는 세정 공정 동안 IPD 층의 상층 산화막의 일부 또는 전부가 식각되었기 때문인 것으로 믿어진다. 반면에, ONON IPD 층을 갖는 소자들의 데이터 보존 특성은 상단히 (약 50% 이상) 개선되었으며 활성화 에너지도 1.1 eV인 것으로 나타났다. 이는 IPD 층에서 상층 산화막위에 있는 질화막이 그 세정 공정 동안 산화막이 식각되는 것을 방지해 주기 때문임에 틀림없다.