초록 ▼

연구목표
본 연구는 금속-산화막-반도체(MOS) 소자에 초박막 게이트 산화막의 적용에 따른 실리콘과 산화막간 계면에서의 전하 움직임, 전하교환 메커니즘 및 계면준위밀도 등 포괄적인 계면특성 및 신뢰성을 정확히 평가하기 위한 방법을 연구하여 실제 소자분석에 적용하는 것을 목표로 한다.
연구내용
초박막 게이트 산화막을 가지는 MOS 소자의 특성분석시 발생하는 누설전류 문제를 해결하기 위한 새로운 측정방식을 개발하였다. 이를 위한 방법으로써, MOS 소자에 빛 조사를 통해 실리콘 기판 내에 다량의 소수 캐리어를 생성시킴으

연구목표
본 연구는 금속-산화막-반도체(MOS) 소자에 초박막 게이트 산화막의 적용에 따른 실리콘과 산화막간 계면에서의 전하 움직임, 전하교환 메커니즘 및 계면준위밀도 등 포괄적인 계면특성 및 신뢰성을 정확히 평가하기 위한 방법을 연구하여 실제 소자분석에 적용하는 것을 목표로 한다.
연구내용
초박막 게이트 산화막을 가지는 MOS 소자의 특성분석시 발생하는 누설전류 문제를 해결하기 위한 새로운 측정방식을 개발하였다. 이를 위한 방법으로써, MOS 소자에 빛 조사를 통해 실리콘 기판 내에 다량의 소수 캐리어를 생성시킴으로써 100 kHz 정도의 빠른 주파수를 갖는 ac 게이트 바이어스 하에서도 소수 캐리어가 누설전류 성분 대비 충분히 빠른 응답특성을 갖도록 만드는 분석기술을 개발 한다. 이 방식은 초박막 게이트 산화막을 통해 발생되는 누설전류 및 변위전류와 상관없이 계면트랩을 실리콘 금지대역에서 에너지 함수로써 조사할 수 있게 만든다.
연구성과
금속-산화막-반도체(MOS) 소자의 Si-$SiO_2$ 계면에 존재하는 계면트랩 밀도($D_{it}$)를 계산할 수 있는 새로운 모델을 제안하였다. 새로운 모델은 고주파 정전용량-전압 (HF C-V) 측정 및 실리콘 반도체의 금지대역 함수로써 $D_{it}$ 스펙트럼을 구하기 위해서 본 과제에서 개발된 수정된 빛 조사 HF C-V(corrected photo HF C-V) 측정방식을 이용한다. 빛 조사에 따라서 야기된 표면전위 변동 값은 빛을 조사한 경우와 조사하지 않고 측정된 전류-전압(I-V) 결과를 이용하여 계산하였다. 본 연구를 통해 제안된 측정방식으로 얻어진 결과들은 HF C-V 및 quasi-static (QS) C-V 방식을 이용해서 계산된 $D_{it}$ 스펙트럼 결과와 실리콘 금지대역 전 영역에서 일치하였다. 따라서 본 과제수행을 통해 새롭게 개발된 측정기술 및 모델은 초박막 게이트 산화막에 의해 야기되는 누설전류 때문에 전통적인 QS C-V 방식을 적용할 수 없는 MOS 소자에서 $D_{it}$ 스펙트럼 분포를 결정하는데 유용하게 적용될 수 있다.

Abstract ▼

Purpose of Research
In this work, we intend to develop a new method to characterize the Si-$SiO_2$ interface which has been known to greatly affect the reliability of gate oxide. Based on this technique, we expect to clarify the charge transport characteristics at the Si-$SiO_2$

Purpose of Research
In this work, we intend to develop a new method to characterize the Si-$SiO_2$ interface which has been known to greatly affect the reliability of gate oxide. Based on this technique, we expect to clarify the charge transport characteristics at the Si-$SiO_2$ interface, the charge transfer mechanisms, and the density of interface traps ($D_{it}$).
Contents of Research
A new measurement technique has developed to overcome the problems associated with the leakage current in the MOS devices. This new technique utilizes a light source to form inversion layer in the Si substrate, so that the minority carriers can follow ac gate bias with 100 kHz frequency. The proposed measurement technique is independent of the displacement current, as well as the leakage current caused by direct tunneling through thin gate oxide. Therefore this technique can be applied to characterize the density of interface traps as a function of Si forbidden energy gap.
Effectiveness of Research
A new model is proposed for obtaining the density of interface traps ($D_{it}$) located at the Si-$SiO_2$ interface in Metal-Oxide-Semiconductor (MOS) Devices. The new model utilizes both the high frequency capacitance-voltage (HF C-V) measurement and the corrected photo HF C-V method suggested in this work for calculating the $D_{it}$ spectrum as a function of Si forbidden energy band gap. The degree of distortion of the surface band bending caused by photonic illumination was obtained from the current-voltage (I-V) data measured with and without photonic illumination. Results exhibit the identical distribution of $D_{it}$ within the semiconductor band gap, consistent with the one obtained by the conventional quasi-static C-V method. The newly proposed technique can be useful for the determination of $D_{it}$ distribution in MOS devices for which the conventional quasi-static C-V technique could not be applied due to the leakage current.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문 ...3
• 1. 국문요약문 ...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ...4
• 1. 국문요약문 ...4
• 2. 영문요약문 ...5
• Ⅲ. 연구내용 ...6
• 1. 서론 ...6
• 1.1 연구배경 ...6
• 1.2 연구목적 ...6
• 1.3 연구방법 및 전략 ...6
• 2. 실험 ...7
• 2.1 MOS 캐패시터 제작 ...7
• 2.2 전기적 특성분석 ...7
• 3. 결과 및 고찰 ...8
• 3.1 빛 조사 측정방식에 의한 계면트랩 분석 ...8
• 3.2 초박막 게이트 산화막 분석을 위한 빛 조사 측정방식 ...14
• 4. 결론 ...18
• 5. 인용문헌 ...20