• 마이크로전자및패키징학회지
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• 제15권4호
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• pp.25-29
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• 2008

Reliability and performance in metal gate/high-k device with multiple gate dielectrics were investigated. MOSFETs with a thin $HfSiO_x$ layer on a thermal Si02 dielectric as gate dielectrics exhibit excellent mobility and low interface trap density. However, the distribution of threshold voltages of $HfSiO_x/SiO_2$ stack devices were wider than those of $SiO_2$ and $HfSiO_x$ single layer devices due to the penetration of Hf and/or intermixing of $HfSiO_x$ with underlying $SiO_2$. The results of TZDB and SILC characteristics suggested that a certain portion of $HfSiO_x$ layer reacted with the underlying thick $SiO_2$ layer, which in turn affected the reliability characteristics.

• 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.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.996-1000
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• 2005

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-induced (HCI) stresses using P and NMOSFETS, The devices are annealed with hydrogen or deuterium gas at high-pressure $(1\~5\;atm.)$ to introduce higher concentration in the gate oxide. Both interface trap and oxide bulk trap are found to dominate the reliability of gate oxide during electrical stress. The degradation mechanism depends on the condition of electrical stress that could change the location of damage area in the gate oxide. It was found the trap generation in the gate oxide film is mainly related to the breakage of Si-H bonds in the interface or the bulk area. We suggest that deuterium bonds in $SiO_2$ film are effective in suppressing the generation of traps related to the energetic hot carriers.

• 대한전자공학회:학술대회논문집
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• 대한전자공학회 1998년도 추계종합학술대회 논문집
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• pp.549-552
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• 1998

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 process-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 gave rise to the decrease of the transconductance (gm) similarly to 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.

• 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.

• 전자공학회논문지D
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• 제36D권3호
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• pp.34-40
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• 1999

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.

• 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.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권8호
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• pp.31-40
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• 2009

본 논문은 SoC 전원 관리를 위한 고성능 DC-DC 부스트 변환기 설계에 관한 것이다. DC-DC 변환기에서 일반적으로 전하 축전용으로 사용되는 인덕터와 커패시터를 칩 안에 집적하기 위해 그 크기를 크게 감소시키고, 스위칭 주파수를 100MHz로 하였다. 고속 동작에서 전압 방식의 제어를 선택하여 신뢰성을 높였으며 적절한 주파수 보상으로 안정적인 동작 특성을 확보하였다. 설계한 DC-DC 변환기는 thick gate oxide 옵션이 포함된 0.18${\mu}m$ CMOS 표준 공정으로 제작하였다. 내부 필터 커패시터를 포함한 칩의 면적은 8.1$mm^2$ 이고, 제어기가 차지하는 면적은 1.15$mm^2$ 이다. 부하 전류 300mA 이상에 대하여 4V의 출력을 얻는 변환기의 최대 효율은 76% 이상, load regulation은 100mA의 변화에 대하여 0.012% (0.5mV) 의 특성을 갖는다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2005년도 하계학술대회 논문집 Vol.6
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• pp.29-30
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• 2005

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-induced(HCI) stresses using P and NMOSFETs that are annealed with hydrogen or deuterium gas at high-pressure (1~5 atm.). Statistical parameter variations depend on the stress conditions. We suggest that deuterium bonds in $SiO_2$ film is effective in suppressing the generation of traps related to the energetic hot electrons.

• 전자공학회논문지D
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• 제36D권10호
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• pp.17-22
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• 1999

이 논문에서는 플래시 EEPROM 셀에서의 데이터 보존 특성을 개선하기 위해서 IPD(inter-poly-dielectrics) 층을 사용하는 새로운 제안에 관한 연구 결과들을 논의하였다. 이 연구를 위하여 약 10nm 두께의 게이트 산호막을 갖으며 또한 ONO 또는 ONON IPD 층을 갖는 적층형-게이트 플래시 EEPROM 셀들을 제작하였다. 측정 결과를 보면 ONO IPD 층을 갖는 소자들은 데이터 보존 특성이 심각하게 열화 되었으며, 그 특성의 활성화 에너지도 0.78 eV로 플래시 EEPROM 셀을 위하여 요구되는 최소 값(1.0 eV)보다 상당히 낮았다. 이는 구동 소자용 트랜지스터(peripheral MOSFET) 소자들의 게이트 산호막을 형성하기 위한 건열산화 공정 바로 직전에 실시하는 세정 공정 동안 IPD 층의 상층 산화막의 일부 또는 전부가 식각되었기 때문인 것으로 믿어진다. 반면에, ONON IPD 층을 갖는 소자들의 데이터 보존 특성은 상단히 (약 50% 이상) 개선되었으며 활성화 에너지도 1.1 eV인 것으로 나타났다. 이는 IPD 층에서 상층 산화막위에 있는 질화막이 그 세정 공정 동안 산화막이 식각되는 것을 방지해 주기 때문임에 틀림없다.