Mos Tranzistorlarda Kanal Katkılama Yönteminin Oksit Ve Arayüzey Tuzakları Üzerine Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, tümdevre MOS tranzistorların üretim süreçlerinde kullanılan iki farklı kanal katkılama yönteminin, tranzistorların güvenilirliği ve ömrü konusunda önemli rol oynayan oksit ve arayüzey tuzakları üzerine etkisi incelenmiştir. İncelenen iki farklı yöntemden birincisinde tranzistorların kanal bölgesi, bir ön oksit üzerinden Bor iyonu implantasyonu ile katkılanmış sonra geçit oksidi büyütülmüştür, diğer yöntemde ise kanal katkılaması doğrudan geçit oksidi üzerinden Bor iyonu implantasyonu ile yapılmıştır. Bu iki yöntemden hangisinde, yapıdaki tuzaklama mekanizmaları nedeniyle bozulmanın daha az olduğunun ve bu sayede hangi yöntemin daha güvenilir ve daha uzun faydalı ömre sahip tranzistorlar üretilmesini sağladığının bulunması amaçlanmıştır. Tuzak yoğunluklarının ve tuzak yakalama kesitlerinin ölçülmesinde, yük pompası akımı tekniği kullanılmıştır. Bu yöntem, küçük boyutlu tranzistorlarda yüksek duyarlılıkla istenen büyüklükleri ölçmeye imkan vermektedir. Sonuç olarak, geçit oksit üzerinden kanal katkılaması yapılan tranzistorlarda arayüzey tuzaklarının; ön oksit üzerinden kanal katkılaması yapılan tranzistorlarda oksit tuzaklarının daha etkin olduğu bulunmuştur. MOS tranzistorlarda oksit ve arayüzey tuzakları nedeniyle bozulmaya bağlı güvenilirlik ve faydalı ömür açısından iki farklı kanal katkılama yönteminden biri diğerine göre üstün değildir.

In this study, it is aimed to investigate the effect of channel doping methods on oxide and interface traps in order to choose a more reliable method in CMOS fabrication. Two types of threshold adjust implantation, which are used frequently in standard CMOS processes, have been considered. Firstly, channel implantation, using boron, has been performed directly through gate oxide. Secondly, implantation again with boron, has been done through a sacrificial oxide and then this oxide was stripped before gate oxide growth. In order to measure the interface trap density and capture cross section of the trap, charge pumping technique has been used. Different voltage stresses have been applied to the transistors for various durations in order to investigate hot-carrier behavior of the transistors. As a conclusion, interface trapping was measured larger in the first method where channel implantation was performed directly through the gate oxide. On the other hand, oxide trapping was found more effective in the second method where channel implantation was performed through the sacrificial oxide. Therefore, from the reliability and useful lifetime point of view which depend on degradation due to oxide and interface trapping mechanism, none of the above mentioned channel doping methods has a superiority over the other.