LPCVD TEOS 厚度的機(jī)械應(yīng)力對閃存循環(huán)性能的影響

　　摘要：本文研究了閃存循環(huán)(耐久性)與LPCVD(低壓化學(xué)氣相沉積)制程應(yīng)變的相關(guān)性。所沉積的充當(dāng)S/D植入物犧牲氧化層的12.5nm SCTEOS在后面的工序中會被去除。然而有趣的是，通過應(yīng)力記憶技術(shù)(SMT)，我們發(fā)現(xiàn)對通道產(chǎn)生的應(yīng)力會影響閃存循環(huán)(耐久性)性能
      【關(guān)鍵詞：耐久性/循環(huán)、LPCVD TEOS、應(yīng)力】

　　引言

　　2008年2月，有報道稱，嵌入式閃存UCP遇到擦除原始比特失敗率(RR)高于CLT(置信度檢測)S5循環(huán)中10ppm的限值(查閱表1獲取CLT限值)問題。這會造成晶圓報廢，也不利于平穩(wěn)提升產(chǎn)量。為了探尋問題的根本原因、以及有助于獲取更多裕度的最佳工藝條件，相關(guān)人員開展了許多研究和評估。循環(huán)原始比特失敗率的另一種響應(yīng)是Vt(閾值電壓)漂移(Vt EOL - Vt BOL)，我們發(fā)現(xiàn)RR(對數(shù))和Vt之間存在密切的關(guān)系——如圖1所示。

　　本文研究了LPCVD TEOS薄膜應(yīng)力對閃存循環(huán)的影響，目的是以較少的Vt漂移獲得更多循環(huán)制程裕度。SiN(HTN)薄膜引起的機(jī)械應(yīng)力會影響閃存循環(huán)性能是眾所周知的事實，這個現(xiàn)象已經(jīng)得到了廣泛的研究。但針對LPCVD TEOS薄膜應(yīng)力的研究幾乎沒有。因此，本文將借助實驗結(jié)果進(jìn)一步探討LPCVD薄膜的影響。

　　三個DOE批次的LPCVD TEOS薄膜厚度清楚地表明，循環(huán)Vt漂移與TEOS薄膜厚度之間有密切的聯(lián)系。我們發(fā)現(xiàn)循環(huán)Vt漂移與LPCVD TEOS薄膜厚度之間的關(guān)系與薄膜的機(jī)械應(yīng)力有關(guān)。這一點可以用制程應(yīng)變也就是所謂的應(yīng)力記憶技術(shù)(SMT)解釋。退火時應(yīng)力會從TEOS薄膜轉(zhuǎn)移到通道上[1]。因為與基片表面平行的壓縮應(yīng)力，存儲單元中的編程/擦除(P/E)循環(huán)會產(chǎn)生更多界面陷阱，從而導(dǎo)致Vt漂移增大。而將LPCVD TEOS薄膜厚度從12.5nm降至11.5nm，可以獲得額外的約20mV Vt漂移的循環(huán)制程裕度。

　　實驗方法

　　為了研究不同LPCVD TEOS薄膜厚度對Vt漂移性能的影響，我們根據(jù)表1中所示的目標(biāo)厚度要求相應(yīng)地調(diào)整工藝沉積時間，以在DOE晶圓上沉積不同厚度的TEOS薄膜。通過利用E+H MX204-8-37非接觸式晶圓測量儀，獲取DOE晶圓上晶圓基片厚度、TEOS制程之前的晶圓彎曲度(前彎曲度)、以及TEOS制程之后的晶圓彎曲度(后彎曲度)測量數(shù)據(jù)。然后利用該信息計算沉積不同厚度的TEOS薄膜層對DOE晶圓造成的應(yīng)力。

　　結(jié)果和討論

　　圖2表明，LPCVD TEOS薄膜厚度與Vt漂移之間具有關(guān)聯(lián)性——假設(shè)A區(qū)的數(shù)據(jù)點可能受到其他制程的影響。接下來，開展LPCVD TEOS薄膜厚度實驗驗證數(shù)據(jù)。來自3個DOE批次的實驗結(jié)果表明，LPCVD TEOS薄膜厚度與Vt漂移之間存在關(guān)聯(lián)：TEOS薄膜厚度越小，Vt漂移越小。對每個DOE批次展開進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，如圖3b所示， Vt漂移對薄膜厚度的敏感度因批次而異，它證實了之前作出的Vt漂移可能受到除LPCVD TEOS薄膜厚度之外的其他制程影響這一假設(shè)。然而，3個DOE批次的實驗數(shù)據(jù)在LPCVD TEOS厚度對Vt漂移有影響這一點上是一致的。

　　發(fā)現(xiàn)LPCVD TEOS厚度與閃存循環(huán)之間的關(guān)聯(lián)性是非常有益的，因為這個被沉積的只是充當(dāng)S/D植入物犧牲氧化層的12.5nm TEOS薄膜將從存儲單元上去除。因為SiN(HTN)薄膜應(yīng)力對閃存循環(huán)(耐久性)的影響已非常明了，我們就對不同厚度的LPCVD薄膜應(yīng)力展開評估以便加強(qiáng)了解。如圖4所示，LPCVD TEOS薄膜厚度越小，拉伸應(yīng)力越大，從而使得Vt漂移變小。Vt漂移與LPCVD TEOS薄膜厚度之間存在這種關(guān)系是因為，在LPCVD TEOS薄膜沉積時，它會引起制程應(yīng)力，也就是所謂的應(yīng)力記憶技術(shù)(SMT)——圖5。拉伸應(yīng)力越大，產(chǎn)生的界面陷阱越少，循環(huán)Vt漂移也越小。該論點得到參考文獻(xiàn)[2]的進(jìn)一步證實，它利用電荷泵(CP)法發(fā)現(xiàn)，因為與基片表面平行的壓縮應(yīng)力，存儲單元中的編程/擦除(P/E)循環(huán)會產(chǎn)生更多界面陷阱(請參見圖6)。而壓縮薄膜上Tox/Si基片之間俘獲的界面越多，Vt漂移就越大。