The Evaluation for Reliability Characteristics of MOS Devices with Different Gate Materials by Plasma Etching Process

게이트 물질을 달리한 MOS소자의 플라즈마 피해에 대한 신뢰도 특성 분석

It is observed that the initial properties and degradation characteristics on plasma of n/p-MOSFET with polycide and poly-Si as different gate materials under F-N stress and hot electron stress are affected by metal AR(Antenna Ratio) during plasma process. Compared to that of MOS devices with poly-Si gate material, reliability properties on plasma of MOS devices with polycide gate material are improved. This can be explained by that fluorine of tungsten polycide process diffuses through poly-Si into gate oxide and results in additional oxide thickness. The fact that MOS devices with polycide gate material can reduce damages of plasma process shows possibility that polycide gate material can be used as gate material for next generation MOS devices.

본 논문에서는 다양한 안테나 면적을 가지는 다결정실리콘(poly-Si) 및 폴리사이드(polycide) 게이트 물질을 게이트로 갖는 커패시터 및 n/p-MOS 트랜지스터를 사용하여 AAR(Antenna Area Ratio)의 크기에 따른 플라즈마 피해를 측정 및 분석하였다. 플라즈마 공정에 대한 신뢰도 특성을 조사하기 위해, MOS 소자의 게이트 물질을 달리하여 플라즈마 공정에 대한 초기 특성 및 F-N 스트레스와 hot carrier 스트레스 인가시의 n/p-MOSFET의 열화 특성을 측정한 결과 금속 AR에 의하여 플라즈마 공정의 영향을 받는 것으로 관찰되었다. 폴리사이드 게이트 구조가 다결정실리콘 게이트 구조보다 AAR에 따른 정전류 스트레스 인가시의 TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)및 게이트 전압의 변화 등과 같은 신뢰성 특성에서 상당히 개선됨을 알 수 있었다. 이는 텅스텐 폴리사이드 형성 공정 중에 불소가 게이트 산화막에 함유되었기 때문인 것으로 설명할 수 있으며, 게이트 물질로 폴리사이드를 사용한 소자에서 플라즈마 영향을 줄일 수 있다는 사실이 차세대 MOS 소자의 게이트 박막으로 폴리사이드 게이트 박막을 활용할 수 있는 가능성을 확인하였다.