실리콘 기판에 질소를 이온주입한 다음에 게이트 산화막을 2nm, 3nm, 4nm 두께로 성장시켰다. 질소이온주입 에너지는 25keV로 고정하였고 이온주입량은 5.0×10l3/cm2과1.0×1014/cm2으로 나누어서 진행하였다. 질소이온주입량과 산화막의 성장률은 밀접한 관계가 있으며 질소이온주입량이 많아지면 산화막의 성장시간이 늘어난다. 같은 두께를 기르는데 필요한 산화시간을 질소이온주입을 하지 않은 경우와 비교하면 질소이온 주입량이 5.0×1013/cm2 일 때는 약 20%, 1.0×1014/cm2일 때는 약 50% 정도 산화시간이 증가한다. 질소이온 주입량이 증가함에 따라 QBD값은 감소하는데 이의 개선을 위해 질소이온주입후에 N2분위기에서 850℃ 60분간 열처리를 한 다음 산화막을 성장시키면 QBD값이 증가하여 개선됨을 보인다. 이것은 질소이온주입으로 인한 손상이 게이트 산화막의 신뢰성에 나쁜 영향을 미치지만 이온주입직후에 적절한 열처리 공정을 거치면 이러한 손상으로 인한 영향을 없앨 수 있다는 것을 의미한다.
Ultra-thin gate oxide was grown on nitrogen implanted silicon substrates. For nitrogen implantation, the energy was fixed at 25keV, but the dose was split into 5.0$ imes$10$^{13}$ /c $m^{2}$ and 1.0$ imes$10$^{14}$ /c $m^{2}$. The grown gate oxide thickness were 2nm, 3nm and 4nm. The oxidation time to grow 3nm was increased by 20% and 50% for the implanted wafers of 5.0$ imes$10$^{13}$ /c $m^{2}$ and 1.0$ imes$10$^{14}$ /c $m^{2}$ doses, respectively, when it was compared with control wafers which were not implanted by nitrogen. The value of charge-to-breakdown ( $Q_{BD}$ ) is decreased with increasing nitrogen doses. If an annealing process( $N_{2}$, 85$0^{circ}C$, 60min.) is peformed after nitrogen implantation, $Q_{BD}$ is increased. It is indicated that nitrogen implantation damage affect gate oxide reliability and the damage can be removed by post-implantation annealing process.
