• 대한전기학회논문지:전기물성ㆍ응용부문C
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• 제53권4호
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• pp.208-212
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• 2004

In this paper, the characteristics of co-sputtered Ru-Zr metal alloy as gate electrode of MOS capacitors have been investigated. The atomic compositions of alloy were varied by using the combinations of relative sputtering power of Ru and .Zr. C-V and I-Vcharacteristics of MOS capacitors were measured to find the effective oxide thickness and work function. The alloy made of about 50% of Ru and 50% of Zr exhibited an adequate work function for nMOS. C-V and I-V measurements after 600 and $700^{\circ}C$ rapid thermal annealing were performed to prove the thermal and chemical stability of the Ru-Zr alloy film. Negligible changes in the accumulated capacitance and work function before and after annealing were observed. Sheet resistance of Ru-Zr alloy was lower than that of poly-silicon. It can be concluded that the Ru-Zr alloy can be a possible substitute for the poly-silicon used as a gate of nMOS.

• Journal of Electrical Engineering and information Science
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• 제3권2호
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• pp.261-266
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• 1998

This paper describes the fabrication and characterization of dual-polysilicon gated surface channel 0.1$\mu\textrm{m}$ CMOSFETs using BF2 and arsenic as channel dopants. We have used and LDD structure and 40${\AA}$ gate oxide as an insulator. To suppress short channel effects down to 0.1$\mu\textrm{m}$ channel length, shallow source/drain extensions implemented by low energy implantation and SSR(Super Steep Retrograde) channel structure were used. The threshold voltages of fabricated CMOSFETs are 0.6V. The maximum transconductance of nMOSFET is 315${\mu}$S/$\mu\textrm{m}$, and that of pMOSFET is 156 ${\mu}$S/$\mu\textrm{m}$. The drain saturation current of 418 ${\mu}$A/$\mu\textrm{m}$, 187${\mu}$A/$\mu\textrm{m}$ are obtained. Subthreshold swing is 85mV/dec and 88mV/dec, respectively. DIBL(Drain Induced Barrier Lowering) is below 100mV. In the device with 2000${\AA}$ thick gate polysilicon, depletion in polysilicon near the gate oxide results in an increase of equivalent gate oxide thickness and degradation of device characteristics. The gate delay time is measured to be 336psec at operation voltage of 2V.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 1999년도 추계학술대회 논문집
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• pp.37-40
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• 1999

For the first time, charge trapping nonvolatile semiconductor memories with the deoxidized oxynitride gate dielectric is proposed and demonstrated. Gate dielectric wit thickness of less than 1 nm have been grown by postnitridation of pregrown thermal silicon oxides in NO ambient and then reoxidation. The nitrogen distribution and chemical state due to NO anneal/reoxidation were investigated by M-SIMS, TOF-SIMS, AES depth profiles. When the NO anneal oxynitride film was reoxidized on the nitride film, the nitrogen at initial oxide interface not only moved toward initial oxide interface, but also diffused through the newly formed tunnel oxide by exchange for oxygen. The results of reoxidized oxynitride(ONO) film analysis exhibits that it is made up of SiO$_2$(blocking oxide)/N-rich SiON interface/Si-rich SiON(nitrogen diffused tunnel oxide)/Si substrate. In addition, the SiON and the S1$_2$NO Phase is distributed mainly near the tunnel oxide, and SiN phase is distributed mainly at tunnel oxide/Si substrate interface.

• 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.

• 대한전자공학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.1-6
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• 1983

MOS 트랜지스터의 채널이 짧아짐에 따라 threshold 전압과 punchthrough 전압이 감소하는 현상을 실리콘 게이트 NMOS 기술로 제작한 소자로써 실험적으로 관찰하였다. 또한 게이트 산화막의 두께를 50nm와 70nm로 감소시키고 보론(boron)을 임플랜트한 소자를 제작하여 게이트 산화막의 두께와 서브스트레이트의 불순물의 농도가 threshold 전압과 Punchthrough 전압의 감소에 미치는 영향을 측정하였다. 또 채널의 길이가 3㎛인 소자에 대하여 hot-electron의 방출을 플로우팅 게이트 패준 방법에 의하여 측정하였으며 그 결과 채널의 길이가 3㎛까지는 hot-electron의 방출은 문제가 되진 않음을 관찰하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.463-463
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• 2012

ITRS (international technology roadmap for semiconductors)에 따르면 MOS(metal-oxide-semiconductor)의 CD (critical dimension)가 45 nm node이하로 줄어들면서 poly-Si/$SiO_2$를 대체할 수 있는 poly-Si/metal gate/high-k dielectric이 대두된다고 보고하고 있다. 일반적으로 high-k dielectric를 식각시 anisotropic 한 식각 형상을 형성시키기 위해서 plasma를 이용한 RIE (reactive ion etching)를 사용하고 있지만 PIDs (plasma induced damages)의 하나인 PIED (plasma induced edge damage)의 발생이 문제가 되고 있다. PIED의 원인으로 plasma의 direct interaction을 발생시켜 gate oxide의 edge에 trap을 형성시키므로 그 결과 소자 특성 저하가 보고되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 이에 차세대 MOS의 high-k dielectric의 식각공정에 HDP (high density plasma)의 ICP (inductively coupled plasma) source를 이용한 원자층 식각 장비를 사용하여 PIED를 줄일 수 있는 새로운 식각 공정에 대한 연구를 하였다. One-monolayer 식각을 위한 1 cycle의 원자층 식각은 총 4 steps으로 구성 되어 있다. 첫 번째 step은 Langmuir isotherm에 의하여 표면에 highly reactant atoms이나 molecules을 chemically adsorption을 시킨다. 두 번째 step은 purge 시킨다. 세 번째 step은 ion source를 이용하여 발생시킨 Ar low energetic beam으로 표면에 chemically adsorbed compounds를 desorption 시킨다. 네 번째 step은 purge 시킨다. 결과적으로 self limited 한 식각이 이루어짐을 볼 수 있었다. 실제 공정을 MOS의 high-k dielectric에 적용시켜 metal gate/high-k dielectric CMOSFETs의 NCSU (North Carolina State University) CVC model로 구한 EOT (equivalent oxide thickness)는 변화가 없으면서 mos parameter인 Ion/Ioff ratio의 증가를 볼 수 있었다. 그 원인으로 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)로 gate oxide의 atomic percentage의 분석 결과 식각 중 발생하는 gate oxide의 edge에 trap의 감소로 기인함을 확인할 수 있었다.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제4권3호
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• pp.228-239
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• 2004

In this paper, an analytical model accounting for the quantum effects in MOSFETs has been developed to study the behaviour of $high-{\kappa}$ dielectrics and to calculate the threshold voltage of the device considering two dielectrics gate stack. The effect of variation in gate stack thickness and permittivity on surface potential, inversion layer charge density, threshold voltage, and $I_D-V_D$ characteristics have also been studied. This work aims at presenting a relation between the physical gate dielectric thickness, dielectric constant and substrate doping concentration to achieve targeted threshold voltage, together with minimizing the effect of gate tunneling current. The results so obtained are compared with the available simulated data and the other models available in the literature and show good agreement.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.1399-1404
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• 2015

본 연구에서는 비대칭 이중게이트 MOSFET의 채널길이와 채널두께의 비에 따른 드레인 유도 장벽 감소 현상의 변화에 대하여 분석하고자한다. 드레인 전압이 소스 측 전위장벽에 영향을 미칠 정도로 단채널을 갖는 MOSFET에서 발생하는 중요한 이차효과인 드레인 유도 장벽 감소는 문턱전압의 이동 등 트랜지스터 특성에 심각한 영향을 미친다. 드레인 유도 장벽 감소현상을 분석하기 위하여 포아송방정식으로부터 급수형태의 전위분포를 유도하였으며 차단전류가 10^-7 A/m일 경우 비대칭 이중게이트 MOSFET의 상단게이트 전압을 문턱전압으로 정의하였다. 비대칭 이중게이트 MOSFET는 단채널 효과를 감소시키면서 채널길이 및 채널두께를 초소형화할 수 있는 장점이 있으므로 본 연구에서는 채널길이와 두께 비에 따라 드레인 유도 장벽 감소를 관찰하였다. 결과적으로 드레인 유도 장벽 감소현상은 단채널에서 크게 나타났으며 하단게이트 전압, 상하단 게이트 산화막 두께 그리고 채널도핑 농도 등에 따라 큰 영향을 받고 있다는 것을 알 수 있었다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신학회 2014년도 춘계학술대회
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• pp.748-751
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• 2014

본 연구에서는 비대칭 이중게이트(double gate; DG) MOSFET의 채널 도핑농도 변화에 따른 문턱전압이동현상에 대하여 분석하였다. 비대칭 DGMOSFET는 일반적으로 저농도로 채널을 도핑하여 완전결핍상태로 동작하도록 제작한다. 불순물산란의 감소에 의한 고속동작이 가능하므로 고주파소자에 응용할 수 있다는 장점이 있다. 미세소자에서 필연적으로 발생하고 있는 단채널효과 중 문턱전압이동현상이 비대칭 DGMOSFET의 채널도핑농도의 변화에 따라 관찰하고자 한다. 문턱전압을 구하기 위하여 해석학적 전위분포를 포아송방정식으로부터 급수형태로 유도하였다. 채널길이와 두께, 산화막두께 및 도핑분포함수의 변화 등을 파라미터로 하여 도핑농도에 따라 문턱전압의 이동현상을 관찰하였다. 결과적으로 도핑농도가 증가하면 문턱전압이 증가하였으며 채널길이가 감소하면 문턱전압이 크게 감소하였다. 또한 채널두께와 하단게이트 전압이 감소하면 문턱전압이 크게 증가하는 것을 알 수 있었다. 마지막으로 산화막두께가 감소하면 문턱전압이 증가하는 것을 알 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제13권11호
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• pp.711-716
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• 2003

Gate length, height, and silicide thickness have all been shrinking linearly as device density has progressively increased over the years. We investigated the effect of the cobalt diffusion during the silicide formation process on the 60$\AA$-thick gate oxide lying underneath the Ti/Co and Co/Ti bilayers. We prepared four different cobalt silicides, which have similar sheet resistance, made from the film structure of Co/Ti(interlayer), and Ti(capping layer)/Co, and peformed the current-voltage, time-to-break down, and capacitance-voltage measurements. Our result revealed that the cobalt silicide process without the Ti capping layer allowed cobalt atoms to diffuse into the upper interface of gate oxides. We propose that 100$\AA$-thick titanium interlayer may lessen the diffusion of cobalt to gate oxides in 1500-$\AA$ height polysilicon gates.