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Study of Oxide Trap in MOSFETs via Random Telegraph Noise in Gate Leakage Current : 게이트 누설 전류 RTN을 이용한 MOSFET내 산화막 트랩의 연구

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Authors
조흥재
Advisor
신형철
Major
전기·컴퓨터공학부
Issue Date
2012-02
Publisher
서울대학교 대학원
Abstract
As device continues to scale down to sub-100nm, it can get a chance to contain just one or two oxide traps in the gate oxide and the traps can lead to a random telegraph noise (RTN) which becomes important in determining MOSFET performance. The RTN can be observed in several currents such as drain current (Id), gate leakage current (Ig), gate induced drain leakage current (GIDL), and gate edge direct tunneling (EDT) current. Especially, the Id RTN has been widely studied to characterize the oxide trap properties. However, the Id RTN can only analyze oxide traps within the effective channel length and be measured in inversion mode. On the other hand, the Ig RTN has been drawing attention because gate leakage current is transported through the gate oxide within the whole gate area and is more sensitive to the oxide traps than drain current at MOSFET having ultra thin gate oxide or high-k gate dielectric. The Ig RTN can be also measured in accumulation mode as well as inversion mode. However, the Ig RTN has not been systematically studied yet.
In this Ph. Ds thesis, slow oxide traps in thin gate oxide or high-k dielectric were systematically characterized by using Ig RTN. From the theory that the occupancy of the oxide trap follows the grand partition function and the experimental data, we defined the time constants in Ig RTN and derived the equations of the trap locations in accumulation mode as well as inversion mode. In addition, the behavior of oxide traps in the gate edge region has been deeply analyzed.
현대 CMOS 기술이 발전하여 소자의 크기가 100nm이하로 작아짐 따라, 소자의 게이트 산화막내에는 산화막 트랩이 하나 또는 두개만이 포함될 수 있게 되었다. 이런 산화막 트랩은 전류를 변동시키는RTN을 발생시켜 소자의 전기적 특성에 큰 영향을 주고 있다. 이 RTN은 드레인 전류, 게이트 누설 전류, 게이트 유도 드레인 누설 전류, 등에서 관찰되고 있다. 특히, 드레인 전류에서의 RTN은 산화막 트랩의 물성을 연구하기 위하여 많은 연구가 진행되어 왔다. 하지만, 드레인 전류에서 관찰되는 RTN은 effective channel length내에 존재하는 트랩들만 분석이 가능하며, 단지 inversion영역에서만 측정 가능하다는 단점이 있게 있다. 반면, 게이트 누설 전류에서 관찰되는 RTN은 effective channel length내 뿐만 아니라 게이트 전면적내에 있는 산화막 트랩들에 의해 영향을 받기 때문에 관심을 끌고 있다. 또한 게이트 누설 전류에서 관찰되는 RTN은 inversion영역뿐 아니라 accumulation 영역에서도 측정 가능하다는 장점이 있다. 하지만, 이런 게이트 누설 전류 RTN은 산화막 트랩을 분석하는데 있어서 체계적인 연구가 아직 진행되지 않은 실정이다.
본 논문에서는 게이트 누설 전류 RTN을 통하여 게이트 산화막 또는 high-k dielectric내의 산화막 트랩에 대한 체계적인 연구를 진행하였다. 트랩내 전자의 점유 확률이 grand partition fuction을 따른다는 이론과 실험적인 데이터를 기반으로 하여, 게이트 누설 전류 RTN의 time constants를 정의 하였으며, inversion영역뿐 아니라 accumulation 영역내 산화막 트랩의 정보를 추출할 수 있는 식들을 유도하고 산화막 트랩의 거동에 대해 연구를 진행 하였다. 또한, effective channel length 영역뿐 아니라, gate edge overlap영역내의 산화막 트랩에 대한 연구도 진행 하였다.
Language
eng
URI
https://hdl.handle.net/10371/156623

http://dcollection.snu.ac.kr:80/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000000363
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College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Electrical and Computer Engineering (전기·정보공학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._전기·정보공학부)
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