The semiconductor process has continued to develop. According to Moore's law, the number of transistors per chip doubled every two years. Accordingly, Since the mid-1980s, the need for anisotropic etching process with a high aspect ratio has increased. Due to this need, a dry plasma etching method was introduced because anisotropic etching was possible. With the development of the plasma etching process, the line width was greatly reduced from 1 ㎛ to 200 ㎚. On the other hand, device degradation occurred due to plasma. We call this phenomenon as plasma induced damage (PID). Charges are accumulated between both ends of the gate oxide and generates a high potential. This is caused by non-uniformity plasma and structural difference. The large electric field causes FN-tunneling in the thin gate oxide film and consequently degrades the gate oxide. Many structural and process methods have been proposed to reduce plasma induced damage, but these effects could not be eliminated. In this study, we observed plasma degradation in nonvolatile memory of SONOS structure of silicon on insulator (SOI) FinFET. The degraded device is improved through electro-thermal annealing (ETA). Previous studies have focused on improving Hot Carrier injection (HCI) or P-E Cycle (Program-erase) degradation that can occur in device operation. However, this study is a method of improving device degradation that can occur in process. This study is expected to provide conditions for improving life time and characteristics.
반도체 공정은 소자의 직접도를 높이기 위해 발전해 왔으며 무어의 법칙을 따라 매년 2배 이상의 성장을 거듭해 왔다. 이에 따라 1980년대 중반 이후 회로 선폭은 1㎛ 이하로 줄어들게 되면서 높은 종횡비를 가지는 비 등방성 식각 공정의 필요성이 커지게 되었다. 이러한 필요성으로 기존의 등방성 식각 방식인 습식 에칭 기술이 아닌 플라즈마를 이용한 건식 플라즈마 에칭 방식이 발전하게 되었다. 플라즈마 공정 개발에 따라 선폭은 1㎛에서 200㎚까지 크게 줄어들게 되었다. 반면 플라즈마 공정상의 문제인 플라즈마에 따른 소자 열화 현상이 발생하게 되었다. 플라즈마에서 사용되는 이온들과 전자들이 플라즈마의 비균일성 및 구조적인 차이에 따라서 전하들이 쌓이게 되고 이것이 게이트 옥사이드 산화물에 열화를 주게 되면서 소자의 성능과 수명을 열화 시키게 되었다. 플라즈마 공정 열화를 줄이기 위해 많은 구조적, 공정적 방법이 제시되었지만 이러한 효과를 완전히 없앨 수 는 없었다. 본 연구에서는 3D 낸드 구조와 유사한 Silicon on insulator (SOI) FinFET의 SONOS 구조의 비휘발성 메모리에서의 플라즈마 열화 현상을 관찰하고 이를 전기적인 줄 열 발생을 통해 개선하는 연구를 진행하였다. 기존 연구들은 소자 동작상에서 발생할 수 있는 Hot carrier injection (HCI)나 P-E Cycle (Program -erase ) 열화를 개선 하는 것에 초점이 맞춰진 반면 본 연구는 공정 진행 상 발생 할 수 있는 소자의 열화를 개선 하는 방식이며 나아가 초기 상태 대비 개선된 수명과 특성 개선을 할 수 있는 조건을 제시할 수 있을 것으로 기대한다.
