저온 산화공정에 의해 낮은 D_it를 갖는 실리콘 산화막의 제조 = Preparation of the SiO₂ Films with Low-D_it by Low Temperature Oxidation Process

국문 초록 (Abstract)

ECR 산소플라즈마를 이용하여 저온 확산법에 의해 서로 다른 종류의 기판에 마이크로파 출력, 기판의 위치 등을 실험변수로 실리콘 산화막을 제조하고, 열처리 전 후 물리 화학적 특성을 분석하여 Si/O 의 조성비, 산화막 표면의 morphology와 전기적 특성과의 관계를 살펴보았다. 마이크로파 출력이 높은 영역에서, 산화속도는 증가하지만 식각으로 인하여 표면조도가 증가하였다. 따라서 막내에 결함이 증가하고 기판자체에 걸리는 DC bias의 증가로 기상에 존재하는 산소 양이온이 다량 함유되어 산화막의 질이 저하되었다. 기판의 종류에 따라 기상에 존재하는 산소 양이온의 함량은 Si(100) <Si(111) < poly Si 순서로 나타났다. 열처리함으로써 $Si/SiO_2$계면에 존재하는 결함들은 줄일 수 있으나, 고정전하와 계면포획전하 밀도는 열처리와 무관하고 단지 기상에 존재하는 반응성 산소이온의 양과 기판자체 DS bias에 의존하였다. 마이크로파 출력이 300, 400 W인 실험조건에서 표면조도가 낮고, 계면결함밀도가 ${\sim}9{\times}10^{10}cm^{-2}eV^{-1}$로 $Si/SiO_2$계면에서 결함이 적은 양질의 산화막이 얻어졌다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this work, the $SiO_2$ films on the silicon substrate with different orientations were first prepared by the low temperature process using the ECR plasma diffusion as a function of microwave power and oxidation time. Before and after thermal treatment, the surface morphology, Si/O ratio from physicochemical properties, and the electrical properties of the oxide films were also investigated. The oxidation rate increased with microwave power, while surface morphology showed the nonuniform due to etching. The film quality, therefore, was lowered with increasing the defect by etching and the content of positive oxide ions in the oxide films from bulk by higher self-DC bias. The content of positive oxide ions in the oxide films with different Si orientations showed Si(100) < Si(111) < poly Si. The defects in $Si/SiO_2$ interface of $SiO_2$ film could be decreased by annealing, while $Q_{it}$ and $Q_f$ were independent of thermal treatment and the dependent on concentration of reactive oxide ions and self-DC bias of substrate. At microwave power of 300, and 400 W, the high quality $SiO_2$ film that had lower surface roughness and defect in $Si/SiO_2$ interface was obtained. The value of interface trap density, then, was ${\sim}9{\times}10^{10}cm^{-2}eV^{-1}$.