Study of the New Structure of Inter-Poly Dielectric Film of Flash EEPROM

Flash EEPROM의 Inter-Poly Dielectric 막의 새로운 구조에 관한 연구

When the conventional IPD (inter-poly-dielctrics) layer with ONO(oxide-nitride-oxide) structure was used in the Flash EEPROM cell, its data retention characteristics were significanfly degraded because the top oxide of the ONO layer was etched off due to the cleaning process used in the gate oxidation process for the peripheral MOSFETs. When the IPD layer with the ONON(oxide-nitride-oxide-nitride) was used there, however, its data retention characteristics were much improved because the top nitride of the ONON layer protected the top oxide from being etched in the cleaning process. For the modelling of the data retention characteristics of the Flash EEPROM cell with the ONON IPD layer, the decrease of the threshold voltage cue to the charge loss during the bake was here given by the empirical relation ${\Delta}V_t\; = \;{\beta}t^me^{-ea/kT}$ and the values of the ${\beta}$=184.7, m=0.224, Ea=0.31 eV were obtained with the experimental measurements. The activation energy of 0.31eV implies that the decrease of the threshold voltage by the back was dur to the movement of the trapped electrons inside the inter-oxide nitride layer. On the other hand, the results of the computer simulation using the model were found to be well consistent with the results of the electrical measurements when the thermal budget of the bake was not high. However, the latter was larger then the former in the case of the high thermal budger, This seems to be due to the leakage current generated by the extraction of the electrons with the bake which were injected into the inter-oxide niride later and were trapped there during the programming, and played the role to prevent the leakage current. To prevent the generation of the leakage current, it is required that the inter-oxide nitride layer and the top oxide layer be made as thin and as thick as possible, respectively.

Flash EEPROM 셀에서 기존의 ONO 구조의 IPD를 사용하면 peripheral MOSFET의 게이트 산화막을 성장할 때에 사용되는 세정 공정을 인하여 ONO 막의 상층 산화막이 식각되어 전하 보존 특성이 크게 열화되었으나 IPD 공정에 ONON 막을 사용하면 그 세정 공정시에 상층 질화막이 상층 산호막이 식각되는 것을 방지시켜 줌으로 전하보존 특성이 크게 개선되었다. ONON IPD 막을 갖고 있는 Flash EEPROM 셀의 전화 보존 특성의 모델링을 위하여 여기서는 굽는(bake) 동안의 전하 손실로 인한 문턱전압 감소의 실험식으로 ${\Delta}V_t\; = \;{\beta}t^me^{-ea/kT}$을 사용하였으며, 측정 결과 ${\beta}$=184.7, m=0.224, Ea=0.31 eV의 값을 얻었다. 이러한 0.31 eV의 활성화 에너지 값은 굽기로 인한 문턱전압의 감소가 층간 질화막 내에서의 트립된 전자들의 이동에 의한 것임을 암시하고 있다. 한편, 그 모델을 사용한 전사 모사의 결과는 굽기의 thermal budget이 낮은 경우에 실험치와 잘 일치하였으나, 반면에 높은 경우에는 측정치가 전사 모사의 결과보다 훨씬 더 크게 나타났다. 이는 thermal budge가 높은 경우에는 프로그램시에 층간 질화막 내에 트립되어 누설전류의 흐름을 차단해 주었던 전자들이 빠져나감으로 인하여 터널링에 의한 누설전류가 발생하였기 때문으로 보여졌다. 이러한 누설전류의 발생을 차단하기 위해서는 ONON 막 중에서 층간 질화막의 두께는 가능한 얇게 하고 상층 산화막의 두께는 가능한 두껍게 하는 것이 요구된다.