• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.117-118
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• 2008

High-pressure deuterium annealing process is proposed and investigated for enhanced electrical and reliability properties of 512Mb DDR2 DRAM without increase in process complexity. High pressure deuterium annealing (HPDA) introduced during post metal anneal (PMA) improves not only DRAM performance but also reliability characteristics of MOSFET. Compared with a control sample annealed in a conventional forming gas, additional annealing in a high pressure deuterium ambient at $400^{\circ}C$ for 30 min decreased G1DL current and junction leakage. The improvements can be explained by deuterium incorporation at $SiO_2$/Si substrate interface near isolation trench edge.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제21권8호
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• pp.687-694
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• 2008

This paper is focused on the improvement of MOS device reliability related to deuterium process. The injection of deuterium into the gate oxide film was achieved through two kind of method, high-pressure annealing and low-energy implantation at the back-end of line, for the purpose of the passivation of dangling bonds at $SiO_2/Si$ interface. Experimental results are presented for the degradation of 3-nm-thick gate oxide ($SiO_2$) under both negative-bias temperature instability (NBTI) and hot-carrier injection (HCI) stresses using P and NMOSFETs. Annealing process was rather difficult to control the concentration of deuterium. Because when the concentration of deuterium is redundant in gate oxide excess traps are generated and degrades the performance, we found annealing process did not show the improved characteristics in device reliability, compared to conventional process. However, deuterium ion implantation at the back-end process was effective method for the fabrication of the deuterated gate oxide. Device parameter variations under the electrical stresses depend on the deuterium concentration and are improved by low-energy deuterium implantation, compared to conventional process. Our result suggests the novel method to incorporate deuterium in the MOS structure for the reliability.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제45권7호
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• pp.23-31
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• 2008

중수소 처리된 3 nm 두께의 게이트 산화막을 갖는 MOSFET를 제조하여 정전압 스트레스 동안의 게이트 산화막의 열화를 조사하였다. 중수소 처리는 열처리와 이온 주입법을 사용하여 각각 이루어졌다. 열처리 공정을 통해서는 게이트 산화막내 중수소의 농도를 조절하기가 힘들었다. 게이트 산화막내에 존재하는 과잉 중수소 결합은 열화를 가속시키기 때문에, 열처리 공정을 행한 소자에서 신뢰성이 표준공정에 의한 소자에 비해 저하되고 있음을 확인하였다. 그러나 중수소 이온 주입 방법을 통해서는 소자의 신뢰성이 개선됨을 확인하였다. 스트레스에 의한 게이트 누설 전류 변화 및 구동 특성 변화는 게이트 산화막내의 중수소 농도와 관련이 있으며, 이러한 특성은 적절한 공정 조건을 갖는 이온 주입법을 통해 개선할 수 있었다. 특히, 큰 스트레스 전압의 PMOSFET에서 중수소의 효과가 뚜렷하게 나타났으며, 이는 "hot" 정공과 중수소의 반응과 관련이 있는 것으로 판단된다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제24권8호
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• pp.609-615
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• 2011

This paper is studied for the improvement of the characteristics of gate oxide with 3-nm-thick gate oxide by deuterium ion implantation methode. Deuterium ions were implanted to account for the topography of the overlaying layers and placing the D peak at the top of gate oxide. A short anneal at forming gas to nitrogen was performed to remove the damage of D-implantation. We simulated the deuterium ion implantation to find the optimum condition by SRIM (stopping and range of ions in matter) tool. We got the optimum condition by the results of simulation. We compare the electrical characteristics of the optimum condition with others terms. We also analyzed the electrical characteristics to change the annealing conditions after deuterium ion implantation. The results of the analysis, the breakdown time of the gate oxide was prolonged in the optimum condition. And a variety of annealing, we realized the dielectric property that annealing is good at longer time. However, the high temperature is bad because of thermal stress.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권2호
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• pp.148-153
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• 2024

As complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) is scaled down to achieve higher chip density, thin-film layers have been deposited iteratively. The poor film uniformity resulting from deposition or chemical mechanical planarization (CMP) significantly affects chip yield. Therefore, the development of novel fabrication processes to enhance film uniformity is required. In this context, high-pressure deuterium annealing (HPDA) is proposed to reduce the surface roughness resulting from the CMP. The HPDA is carried out in a diluted deuterium atmosphere to achieve cost-effectiveness while maintaining high pressure. To confirm the effectiveness of HPDA, time-of-flight secondary-ion mass spectrometry (ToF-SIMS) and atomic force microscopy (AFM) are employed. It is confirmed that the absorbed deuterium gas facilitates the diffusion of silicon atoms, thereby reducing surface roughness.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제35권3호
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• pp.264-268
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• 2022

High pressure deuterium (HPD) annealing is an advancing technology for the fabrication of modern semiconductor devices. In this work, gate-enclosed FETs are fabricated on a silicon substrate as test vehicles. After a cycle for the HPD annealing, the device parameters such as threshold voltage (V_TH), subthreshold swing (SS), on-state current (I_ON), off-state current (I_OFF), and gate leakage (I_G) were measured and compared depending on the HPD. The HPD annealing can passivate the dangling bonds at Si-SiO₂ interfaces as well as eliminate the bulk trap in SiO₂. It can be concluded that adding the HPD annealing as a fabrication process is very effective in improving device reliability, performance, and variability.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제37권1호
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• pp.43-47
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• 2024

The size of semiconductor devices has been scaled down to improve packing density and output performance. However, there is uncontrollable spreading of the dopants that comprise the well, punch-stop, and channel-stop when using high-temperature annealing processes, such as rapid thermal annealing (RTA). In this context, low-temperature deuterium annealing (LTDA) performed at a low temperature of 300℃ is proposed to reduce the thermal budget during CMOS fabrication. The LTDA effectively eliminates the interface trap in the gate dielectric layer, thereby improving the electrical characteristics of devices, such as threshold voltage (V_TH), subthreshold swing (SS), on-state current (I_ON), and off-state current (I_OFF). Moreover, the LTDA is perfectly compatible with CMOS processes.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제13권4호
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• pp.188-191
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• 2012

This paper introduces a new method regarding deuterium incorporation in the gate dielectric including deuterium implantation and post-annealing at the back-end-of-the process line. The control device and the deuterium furnace-annealed device were also prepared for comparison with the implanted device. It was observed that deuterium implantation at a light dose of $1{\times}10^{12}-1{\times}10^{14}/cm^2$ at 30 keV reduced hot-carrier injection (HCI) degradation and negative bias temperature instability (NBTI) within our device structure due to the reduction in oxide charge and interface trap. Deuterium implantation provides a possible solution to enhance the bulk and interface reliabilities of the gate oxide under the electrical stress.

• 전자공학회논문지
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• 제52권11호
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• pp.29-35
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• 2015

다결정 실리콘으로 구성된 금속-반도체-금속(MSM) 구조의 광검출기의 광 응답 특성을 개선시키기 위해 중수소를 사용한 후속 공정을 행하였다. 다결정 실리콘 내 중수소 결합 형성 방법에 따른 광검출기의 특성 변화를 전기적 측정을 통해 비교하였다. 광검출기는 Schottky 접합 특성을 갖기 위해 Al/Ti 전극 금속이 사용되었다. 본 연구에서는 광 흡수 영역인 다결정 실리콘 내에 중수소 결합을 형성시켜 다결정 실리콘 내에 존재하는 결함을 효과적으로 passivation하여 결함밀도를 감소시키고자 한다. 후속 중수소 공정으로는 열처리 확산 방법과 이온 주입 방법을 각각 사용하였다. 중수소 열처리 확산 방법을 통해서 중수소는 다결정 실리콘의 표면 근처에 대부분 존재하였다. 다결정 실리콘의 표면은 광 흡수가 일어나는 부분이므로 중수소의 결합을 통해 광 응답 특성이 개선됨을 확인하였다. 중수소 이온 주입 방법을 통해서는 중수소를 다결정 실리콘 내부로 쉽게 분포시킬 수 있지만 다결정 실리콘 표면 근처에 결함을 만들 수 있어 광 응답 특성을 저하시키는 원인이 되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제41권11호
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• pp.7-13
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• 2004

두께가 약 3 nm 인 게이트 산화막을 갖는 P 및 NMOSFET를 제조하여 높은 압력 (5 atm.)의 중수소 및 수소 분위기에서 후속 열처리를 각각 행하여 중수소 효과(동위원소 효과)를 관찰하였다. 소자에 대한 스트레스는 -2.5V ≤ V/sub g/ ≤-4.0V 범위에서 100℃의 온도를 유지하며 진행되었다. 낮은 스트레스 전압에서는 실리콘 계면에 존재하는 정공에 의하여 게이트 산화막의 열화가 진행되었다. 그러나 스트레스 전압을 증가시킴으로써 높은 에너지를 갖는 전자에 의한 계면 결함 생성이 열화의 직접적인 원인이 됨을 알 수 있었다. 본 실험조건에서는 실리콘 계면에서 phonon 산란이 많이 발생하여 impact ionization에 의한 "hot" 정공의 생성은 무시할 수 있었다. 중수소 열처리를 행함으로써 수소 열처리에 비해 소자의 파라미터 변화가 적었으며, 게이트 산화막의 누설전류도 억제됨이 확인되었다. 이러한 결과로부터 impact ionization이 발생되지 않을 정도의 낮은 스트레스 전압동안 발생하는 게이트 산화막내 결함 생성은 수소 결합과 직접적인 관계가 있음을 확인하였다.