Study of the Hole Trapping in the Gate Oxide due to the Metal Antenna Effect

Metal Antenna 효과로 인한 게이트 산화막에서 정공 포획에 관한 연구

Recently, the gate oxide damage induced by the plasma processes has been one of the most significant reliability issues as the gate oxide thickness falls below 10 nm. The plasma-induced damage was studied with the metal antenna test structures. In addition to the electron trapping, the hole trapping in a 10 nm thick gate oxide due to the plasma-induced charging was observed in the NMOS's with a metal antenna. The hole trapping caused the transconductance (gm) to be reduced like the case of the electron trapping, but to the extent much less than the electron trapping. It would be because the electrical stress that the plasma-induced charging forced to the gate oxide for the devices with the hole trapping was much smaller than for those with the electron trapping. This hypothesis was strongly supported by the measured characteristics of the Fowler-Nordheim current in the gate oxide.

최근, 플라즈마 공정에 의해 발생하는 게이트 산화막의 손상은 게이트 산화막의 두께가 10nm이하로 감소함에 따라서 가정 중요한 신뢰성 문제들 중의 하나가 되고 있다. 플라즈마로 인한 손상은 metal 안테나 테스트 구조들을 가지고 연구되었다. Metal 안테나를 가지고 있는 NMOS에서 플라즈마로 인한 전하 축적으로 말미암아 10nm의 게이트 산화막에 전자 포획뿐만 아니라 정공 포획이 발생하는 것이 관측되었다. 정공포획은 전자 포획의 경우와 유사하게 transconductance(gm)의 감소를 일으키기는 하지만, 그 정도가 훨씬 적었다. 이는 플라즈마로 인한 축적이 정공 포획이 발생한 소자의 게이트 산화막에 가한 전기적 stress 가 전자 포획이 발생한 소자의 경우보다 훨씬 적었기 때문일 것이다. 이 이론은 산화막에서의 Fowler-Nordheim 전류 특성을 측정한 결과들에 의해 입증되었다.