Opracowanie fotoelektrycznej metody LPT pomiaru napięcia wyprostowanych pasm U FB w przewodniku

• Autorzy: Piskorski K. , Przewłocki H. M.

Warianty tytułu

EN

A photoelectric method to determine of the flat-band voltage in MOS structures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań nad opracowaniem fotoelektrycznej metody określania wartości napięcia wyprostowanych pasm U FB w półprzewodniku, zwanej metodą LPT (Light Pulse Technique). Kontynuacja prac nad rozwojem jej podyktowana była bardzo obiecującymi wynikami uzyskanymi w pierwszym etapie badań, gdy otrzymano lepszą dokładność i powtarzalność metody LPT w porównaniu z metodami elektrycznymi (z charakterystyk C = f(U G)). Omówiono wyniki pomiarów napięcia U FB w funkcji współczynnika R, tj. stosunku obwodu do powierzchni bramki struktury MOS. Zależność ta jest malejąca, tzn. U FB maleje wraz ze wzrostem R. Wynik ten wskazuje, że lokalne wartości U FB w pobliżu krawędzi struktury są mniejsze od wartości mierzonych w środkowej części bramki. Opisano także inny wariant metody LPT umożliwiający weryfikację mierzonego napięcia U FB. Zagadnienie określania napięcia U FB opisano także pod kątem różnej mocy światła użytego do pomiarów. Celem było obliczenie współczynnika efektywnego poziomu generacji świetlnej na podstawie wyników pomiarów charakterystyk C = f(U G) oraz sygnałów u = f(U G). Rezultaty obliczeń porównano z wynikami otrzymanymi z opracowanego modelu analitycznego.

EN

Recently, we have developed a photoelectric measurement method LPT {Light Pulse Technique) which allows to measure very accurately the flat-band voltage V FB in MOS structure. Making comparison between V FB values obtained by different methods - electric (where V FB value is calculated from C = f(V G) characteristics) and photoelectric it is clearly seen that the electric method is more inaccurate than photoelectric method LPT. We have shown, that in AI-SiO2-Si structures the φ MS(x,y) distribution over the gate area is highly non uniform and has a dome-like shape. This characteristic shape of distribution is related to stress existed in di­electric under the metal gate of MOS structure. It is easy to prove, that if the V FB values has characteristic shape of distribution, the dependence of V fB on parameter R (ratio of the area to perimeter of the gate) should be decreasing. Such measurements were done and indicate that V FB values decrease with increasing ratio R. In the next phase of this research the V FB (x,y) distributions will be determined by the SLPT method (Scanned Light Pulse Technique), in which the gate area is scanned with a pulsed UV light beam of small diameter. The new version of the LPT method have been proposed. The results obtained by this kind of photoelectric method are in good agreement with classic LPT method. Due to leakage currents, electrical loss and higher series resistance in the high-k stacks, the typical C-V measurements based on a model of equivalent circuit of a MOS capacitor, containing resistance and capacitance in parallel, may be not accurate enough. The admittance spectroscopy technique was used in this study to enable the analysis of the properties of hafnium silica (interleaved atomie layers of HfO2 and SiO2) deposited on chemical SiO2 on silicon. Equivalent circuit models of those MOS structures appropriate for different bias regimes were developed. The dependence of the equivalent circuit elements' values on the composition of the hafnium silica was demonstrated.

Słowa kluczowe

PL

napięcie wyprostowanych pasm w półprzewodniku; struktura MOS

EN

flat-band voltage; MOS structure

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 49, nr 1
• Strony: 59--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.,tab., wykr.

Twórcy

autor

Piskorski K.

autor

Przewłocki H. M.

• Instytut Technologii Elektronowej, Warszawa

Bibliografia

• [1] Yun B. H.: Direct measurement of flat-band voltage in MOS by infrared excitation. Appl. Phys. Lett. 21, no. 5, pp. 194-195, 1972.
• [2] Jakubowski A., Krawczyk S.: Electrical properties ofthe MIS capacitor under illumination. Electron Technology 11,1/2, pp. 3-22, 1978.
• [3] Jakubowski A., Krawczyk S.: Photoelectric method of the MIS flat-band voltage determination. Electron Technology 11,1/2, pp. 23-35, 1978.
• [4] Engstrom O., Carlsson A.: Scanned light pulse technique for the investigation of insulator-semiconductor interfaces. J. Appl. Phys. 54 (9), pp. 5245-5251, 1983.
• [5] Przewłocki H. M., Kudła A., Brzezińska D., Massoud Z.: „Distri-bution of the contact-potential difference local values over the gate area of MOS structures", Microelectron. Eng., vol. 72, p. 165, 2004.
• [6] Kudła A., Przewłocki H. M., Borowicz L, Brzezińska D., Rzodkiewicz W.: Photoelectric measurements ofthe local value ofthe contact-potential difference in metal-insulator-semiconductor (MIS) structures. Thin Solid Films, vol. 450, p. 203, 2004.
• [7] Przewłocki H. M., Kudła A., Brzezińska D., Massoud H. Z.: Variability of the local φMS values over the gate area of MOS devices. Telecommunications Inform. Technol. 1, pp. 34-39, 2005.
• [8] Piskorski K., Przewłocki H. M.: Distribution of potential barrier height local values at AI-SiO2 ans Si-SiO2 interfaces ofthe metal-oxide-semiconductor structures. Bulletin of the Polish Academy of Sciences, vol. 54, no. 4, p. 461, 2006.
• [9] Hu S. M.: Stress Related Problems in Silicon Technology. J. Appl. Phys., vol. 70, pp. 53-80, 1991.
• [10] De Wolf I., Maes H. E., Jones S. K.: Stress Measurements in Silicon Devices through Raman Spectroscopy: Bridgging the Gap between Theory and Experiment. J. Appl. Phys., vol. 79, pp. 7148-7156, 1996.
• [11] Dombrowski K. F., De Wolf I., Dietrich B.: Strees Measurements Using Ultrafiolet Micro-Raman Spectroscopy. Appl. Phys. Lett., vol. 75, pp. 2450-2451, 1999.
• [12] Nicollian E. C, Brews J. R.: MOS (Metal Oxide Semiconductor) Physics and Technology. John Wiley, New York, 1982.