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목차

I. MOS Capacitor 동작 원리
– Gate Material
– Metal Gate Material 고려사항 및 선택
– Oxide Material
– Oxide Thickness/Charge/Traps
– Subthreshold Swing (SS)
– Semiconductor material
– Semiconductor material 선택
– Si Doping Concentration 선택
– Body Effect(NMOSFET 기준)
– MOS Capacitor 동작 원리(NMOS)
– Flat Band
– Accumulation (Strong/Weak)
– Depletion
– Threshold
– Inversion (Strong/Weak)

II. High-k 물질 도입에 대한 배경
– Moore의 법칙과 Device Scaling Down
– High-k material 선택 및 조건
– Reasonable K value
– Thermodynamic stability
– Kinetic Stability
– Band Offset
– Interface Quality
– Defects
– Oxide 물질과 Si substrate 접합 interface의 quality와 Interfacial Layer(IL)의 필요성
– Scattering에 의한 Carrier Mobility Degradation
– Remote Coulomb Scattering (RCS)
– Remote Phonon Scattering (RPS)
– Remote Surface Roughness Scattering (RSRS)
– HKMG Fabrication Process Method
– Gate-First Integration Scheme
– Gate-Last Integration SchemeIII. High-k 물질을 포함한 MOS Capacitor 설계 과정
– 서론
– Body Substrate Doping Concentration 선택
– Oxide material 선택
– 설계된 MOS (TiN/HfO2/SiO2/p-Si) Capacitor에 대한 기본적인 분석
– Flat Band에서 Electric Field 동향
– Gate Voltage가 10V일 때 potential profile
– Voltage Bias Variation에 따른 Band Bending(-2V/ VFB/ VT/+2V)
– Temperature Variation
– Temperature와 Voltage sweep 동시 비교 on C-V Graph
– Temperature와 Voltage sweep 동시 비교 on Tunneling distance of HfO2
– Frequency 및 Voltage ramping rate에 따른 C-V 변화 분석
– Oxide Trap Model

IV. 설계한 MOS Capacitor와 동일한 EOT를 갖는 SiO2로만 구현된 MOS Capacitor 동작 특성 비교/논의
– C-V Graph, Energy Band, Potential, Electric Field, Charge Density 비교
– Tunneling Distance 비교
– Oxide Trap이 추가되었을 경우의 Tunneling Distance
– Total 설계 결론

V. 기타 추가사항 해석
– Scaling Down에 따른 Short Channel Effect(SCE)
– Surface Scattering
– Velocity Saturation
– VT Roll Off와 Drain Induced Barrier Lowering (DIBL)
– Punch Through
– Hot Carrier Injection (HCI) (Based on Luck Electron Model)
– Gate Induced Drain Leakage (GIDL)
– Random Dopant Fluctuation (RDF)
– Body Thickness
– Silicon-On-Insulator (SOI)
– PD-SOI
– FD-SOI
– Self-Heating Effect (SHE)
– SS를 낮추는 solution
– Negative Capacitance FET (NCFET)
– Impact Ionization FET(I-MOS)
– Tunneling FET(TFET)
– MOSFET관련 지식을 기술한 이유
– Mobility를 높이는 solution
– Strained Si
– Oxide Capping Layer

VI. 참고문헌

본문내용

I. MOS Capacitor 동작 원리
MOS Capacitor의 동작원리 이해에 앞서 MOS Capacitor 설계 시 사용할 material 선택을 위해 MOS 구조에서 Metal, Oxide, Semiconductor에 대한 지식 및 특성에 대하여 기술하겠습니다.

i) Gate Material
MOS구조의 Gate material로 처음에는 conductivity가 좋은 metal계열의 material이 채택되었으며, 대표적으로 Aluminum(Al)이 사용되었습니다. 하지만 Al의 경우 660°C 로 낮은 용융점을 가집니다.

< 중 략 >

이번 High-k material을 사용한 설계 과정에서는 TiN/HfO2/SiO2/p-type Si을 사용하여 설계하였습니다. 이 과정에서 body substrate의 doping concentration에 대한 선택 배경 및 근거, High-k oxide material과 interface property를 고려한 IL material과 High-k material 선택 배경 및 근거, 설계한 MOS Capacitor에 대한 기본적인 분석(Electric Field, Temperature/Voltage variation on C-V Graph, Tunneling distance)에 대해서 분석하였습니다. 또한, Oxide Trap Model을 적용시켜 trap된 oxide charge의 polarity 및 위치에 따라 VT와 VFB가 어떻게 변화하는지 그 동향을 살펴보았습니다. 더 나아가, 설계한 MOS Capacitor와 동일 EOT를 갖으면서 oxide material이 SiO2로만 이루어진 경우와의 tunneling distance, C-V Graph, Energy band diagram, potential, electric field, charge density를 비교하였습니다.

출처 : 해피캠퍼스