SiO2/4H-SiC MOS 구조의 특성 평가에 관한 연구 = A Study for the Characterization of SiO2/4H-SiC MOS Structures

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The existence of mobile ions in SiO$_2$ layers of MOS structures is
one of the important sources of electrical instabilities in MOS
devices. The characteristics of charged mobile ions in SiO$_2$
layers of 4H-SiC MOS structures were investigated by using
capacitance-voltage (C-V) and thermally stimulated current (TSC)
measurements. The samples used had Pt/SiO$_2$/4H-SiC MOS capacitors.
Thermal oxidation was used to grow oxide layers on the Si-faces of
single-crystalline 4H-SiC homoepitaxial layers grown by using
thermal chemical vapor deposition. The thickness of the oxide layers
for the gate oxide was about 500 {\AA}, the surface roughnesses of
the oxide layers were 5 $\sim$ 8 {\AA}, and the relative dielectric
constants of the oxide layers were 3.7 to 4.6 $\varepsilon_o$. The
effects of chlorine in the thermally grown oxide layers were
investigated using TCE. The values of QTSC \& QCV in the case of a
dry+TCE oxidation were about 5.0 $\times$ 10$^{11}$ e/cm$^2$ and 3.8
$\times$ 10$^{11}$ e/cm$^2$, respectively. The breakdown fields of
gate oxides, as obtained from current-voltage (I-V) characteristics,
were above 10$^7$ V/cm at room temperature. The behavior of the
mobile ions in the SiO$_2$ layers of SiC-MOS capacitors were found
to be similar to that of the mobileions in the SiO$_2$ layers of
Si-MOS capacitors.

국문 초록 (Abstract)

MOS 구조의 소자에서 산화막 내의 이동성 이온의 존재는 소자의 전기적
불안전성의 중요한 요인의 하나이다. 본 연구에서는 Thermal CVD 장치를
사용하여 고품위의 n-type 4H-SiC 동종박막을 성장시킨 후, 열산화막
증착장치를 사용하여 약 500 {\AA} 정도의 게이트 산화막을 증착하고
이의 특성을 분석하였다. 산화막의 표면거칠기는 5 $\sim$ 8
{\AA}정도이었고, SiO$_2$/SiC의 선명한 계면을 확인하였다. 4H-SiC MOS
capacitor를 제작하고 C-V, TSC 및 I-V 특성을 측정하여 열산화막의
유전율, 이동성 산화막전하 밀도 및 절연파괴전계를 구하였다.
Pt/SiO$_2$/4H-SiC (0001) 구조에서 chlorine source를 첨가한 경우에
이동성 산화막전하 밀도가 최대 1/10 이상 감소하는 결과를
나타내었는데, 이러한 결과는 열산화시에 형성되는 이동성 이온에 대하여
chlorine source가 게더링 역할을 해주는 효과가 있음을 의미한다. TCE를
첨가한 건식 산화의 경우에 Q$_{cv}$는 약 3.8 $\times$ 1011
e/cm$^2$이고 Q$_{TSC}$는 5.0 $\times$ 1011 e/cm$^2$이었다. 산화막의
상대 유전상수는 3.7 $\sim$ 4.6의 값으로 분포되어 전반적으로 양호한
산화막이 형성되었음을 확인하였다. 건식 산화한 4H-SiC MOS
capacitor에서의 상온(300 K) 절연파괴전압은 80 V 이상이었고, 이로부터
산화막의 절연파괴전계는 10$^7$ V/cm 이상임을 확인하였다. Negative
바이어스에 대한 내압은 -80 V 이상이었고 누설전류 밀도는 수 ㎁
정도이었다.

참고문헌 (Reference)

1 K. A. Jackson, "Handbook of semiconductorTechnology" Wiley 2 : 431-, 2000