闪存器件中预氧化湿法清洗的作用很重要,因为虽然它们并不像逻辑栅的尺寸那样快速地缩小,但是他们比逻辑栅需要更低的泄漏性能,通常在更高的电压下工作。最近的基础研究采用了非接触和传统电性测试探究了预清洗特性对氧化层质量的影响。在Semitool 公司和 MVC公司工程师的努力下,在不同的工艺设备上的三种清洗工艺的比较研究表明基于臭氧的清洗产生具有较低的界面陷阱密度和较高的氧化层电阻率,显示出较低的泄漏界面。加工200mm晶圆采用的三种湿法清洗设备是:Semitool的 Raider系统、Vendor A的批处理清洗设备和Vendor B的喷雾工艺设备。工程师们在三个设备上选择在生产时所用的相同的清洗用得化学试剂。Semitool的设备采用了稀释的HF (20:1)、氢化臭氧和氟臭氧的混合试剂。Vendor A设备采用了传统的RCA试剂(SPM, 100:1 HF, SC-1),SC-1为1:2:20 的NH4OH/H2O2/H2O。Vendor B系统采用了SPM试剂, 500:1 HF,SC-1 和SC-2,SC-1为1:1:20 的NH4OH/H2O2/H2O,SC-2 为1:1:
20 的HCl/H2O2/H2O。
预清洗分离后,工程师们测量了微粒数(>0.06mm)和氧化层的厚度。采用KLA-Tencor的Quantox设备测量界面电荷密度(Dit),全部氧化层的电荷和氧化层电阻率。一些晶圆进进行进一步加工,制造出形成图案的、掺杂的多晶硅栅以提供电性测试电容(200×450mm)。然后用Agilent 4155分析仪测量硬击穿特性(见图)。每个预清洗组测量三个晶圆,每个晶圆覆盖五个点,每个点有六个电容,每个分离组可测得90个击穿电压。

基于臭氧工艺的晶圆比采用更传统的RCA清洗化学试剂加工显示出更低的微粒数和稍厚的氧化层(~2 )。工程师们发现当氧化层的厚度随着器件尺寸的减少而减少时,采用更高浓度的试剂效果就更明显。活性氧化层的质量明显受预氧化清洗的影响。随着等比缩小,硅和氧化层间的界面在器件结构中占有更大的百分比,因此界面性能就更多地受预清洗工艺的影响。
结果显示(表1和表2)基于臭氧的工艺使氧化层具有更低的界面陷阱密度和更高的氧化层电阻率。从数据中可推论出界面质量更好了。氧化层缺陷的减少会得到更高的击穿电压平均值,或者是由于微粒的减少,氧化层界面较好的终止(就像界面电荷密度和氧化层电阻率显示的),或者二者兼而有之。
因为闪存需要高工作电压(~20 V)下的容差,所以为保存信息,需保证高击穿特性,并需要低泄漏值。微粒值较低、界面电荷密度较低且电阻率较高(较低的氧化层泄漏)的特性在这个重要应用中造就了更好的氧化质量和可靠性。