LPCVD TEOS 厚度的機械應力對閃存循環(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)制程應變的相關(guān)性。所沉積的充當S/D植入物犧牲氧化層的12.5nm SCTEOS在后面的工序中會(huì )被去除。然而有趣的是，通過(guò)應力記憶技術(shù)(SMT)，我們發(fā)現對通道產(chǎn)生的應力會(huì )影響閃存循環(huán)(耐久性)性能
      【關(guān)鍵詞：耐久性/循環(huán)、LPCVD TEOS、應力】

　　引言

　　2008年2月，有報道稱(chēng)，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(wèn)題。這會(huì )造成晶圓報廢，也不利于平穩提升產(chǎn)量。為了探尋問(wèn)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(kāi)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是Vt(閾值電壓)漂移(Vt EOL - Vt BOL)，我們發(fā)現RR(對數)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)薄膜引起的機械應力會(huì )影響閃存循環(huán)性能是眾所周知的事實(shí)，這個(gè)現象已經(jīng)得到了廣泛的研究。但針對LPCVD TEOS薄膜應力的研究幾乎沒(méi)有。因此，本文將借助實(shí)驗結果進(jìn)一步探討LPCVD薄膜的影響。

　　三個(gè)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)現循環(huán)Vt漂移與LPCVD TEOS薄膜厚度之間的關(guān)系與薄膜的機械應力有關(guān)。這一點(diǎn)可以用制程應變也就是所謂的應力記憶技術(shù)(SMT)解釋。退火時(shí)應力會(huì )從TEOS薄膜轉移到通道上[1]。因為與基片表面平行的壓縮應力，存儲單元中的編程/擦除(P/E)循環(huán)會(huì )產(chǎn)生更多界面陷阱，從而導致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(shí)驗方法

　　為了研究不同LPCVD TEOS薄膜厚度對Vt漂移性能的影響，我們根據表1中所示的目標厚度要求相應地調整工藝沉積時(shí)間，以在DOE晶圓上沉積不同厚度的TEOS薄膜。通過(guò)利用E+H MX204-8-37非接觸式晶圓測量?jì)x，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)測量數據。然后利用該信息計算沉積不同厚度的TEOS薄膜層對DOE晶圓造成的應力。

　　結果和討論

　　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A區的數據點(diǎn)可能受到其他制程的影響。接下來(lái)，開(kāi)展LPCVD TEOS薄膜厚度實(shí)驗驗證數據。來(lái)自3個(gè)DOE批次的實(shí)驗結果表明，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(gè)DOE批次展開(kāi)進(jìn)一步研究發(fā)現，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(shí)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。然而，3個(gè)DOE批次的實(shí)驗數據在LPCVD TEOS厚度對Vt漂移有影響這一點(diǎn)上是一致的。

　　發(fā)現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(gè)被沉積的只是充當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薄膜應力展開(kāi)評估以便加強了解。如圖4所示，LPCVD TEOS薄膜厚度越小，拉伸應力越大，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(shí)，它會(huì )引起制程應力，也就是所謂的應力記憶技術(shù)(SMT)——圖5。拉伸應力越大，產(chǎn)生的界面陷阱越少，循環(huán)Vt漂移也越小。該論點(diǎn)得到參考文獻[2]的進(jìn)一步證實(shí)，它利用電荷泵(CP)法發(fā)現，因為與基片表面平行的壓縮應力，存儲單元中的編程/擦除(P/E)循環(huán)會(huì )產(chǎn)生更多界面陷阱(請參見(jiàn)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。