MOS Capacitor(커패시터)의 제작 방법과 특성와 C-V등을 측정 - MOS Capacitor의 제작 방법과 특성을 알아본다, C-V 등을 측정하여 원리를 이해한다.

목차

1. 실험 목적

2. 관련 지식

4.실험결과

♣ 고 찰

3. 실험 방법

본문내용

의해 연결된다.
산화막의 절연성으로 인해 금속배선이 실리콘과 닿는 것을 막아준다. 산화막이 이
러한 기능을 하는 지역을 Field 산화막이라고 한다.
단락은 산화막이 너무 얇거나 금속 배선의 전압이 웨이퍼 표면에 전하를 유기시키
면 일어나다. 그러한 구조가 산화막을 유전체로 쓰는 캐패시터가 된다. MOS 트랜지
스터에서는 소스와 드레인 영역을 연결하는 채널을 형성하는 전하를 유기시키기 위
해 의도적으로 게이트영역에 충분히 얇은 산화막을 기른다. 이러한 산화막을 게이트
산화막(Gate Oxide)라고 한다.
2) Oxidation theory.
실리콘은 공기와 약품 등의 산소와 접촉하면 쉽게 산화된다. 이 천연 산화막은
50-100Å 정도 성장한다. 그런데, MOS 구조에서 쓰이는 산화막의 두께는 MOS 게이
트의 1000Å에서 MOS Field 산화막인 1500Å까지이다.
적당한 시간에 이러한 두께를 얻으려면 900℃에서 1200℃ 정도의 산화온도가 필요
하다. 온도는 적당한 시간에 공정할 만큼 높아야 하며 결정 결함을 주지 않을 만큼
낮아야 한다. 상한선인 1200℃ 는 최대값인데, 이 이상의 온도에서는 웨이퍼가 뒤틀
리고 수정용기가 휘게된다. 열 산화의 화학식은 다음과 같다.
Si + O2 = SiO2 ( 가열온도 900-1200℃)
실리콘이 산소에 노출되면 산화실리콘이 형성되는데, 이 공식이 성장 메카니즘을 나
타내는 것은 아니다. 산화 실리콘 성장의 메카니즘을 이해하려면 산소 노출 직후의
실리콘 웨이퍼를 고려해야 한다.
실리콘과 산소는 새로 형성된 산화막에 의해 분리된다. 산화막이 더 자라려면 실리
콘이 산소로 가던지 그 반대가 일어나야 한다. 실제로 산소가 산화막을 뚫고 실리콘
으로 확산되어 들어간다. 산화막이 두꺼워짐에 따라 산소가 산화막을 지나는데 시간
이 걸리고 산화율이 낮아진다. 따라서 산화실리콘의 성장률은 선형이 아니고 포물선
형태를 이룬다.
산화시간이 증가함에 따라 산화막의 성장률은 감소하고 성장률은 온도에 따라 증가
한다. 산화곡선을 보면 1200℃에서 7000Å의 산화막을 얻으려면 10시간이라는 과다
한 시간이 걸린다. 900-1200℃의 온도에서 실리콘이 수증기에 접하면 물분자가 수소
(H)와 수산이온(OH-)로 나뉘어진다. OH-이온이 산소보다 분자수가 적기 때문에 훨
씬 빨리 산화실리콘을 확산해서 짧은 시간에 산화막이 성장한다.
Si + H2O → SiO2 + 2H2
3. Thermal Evaporator
1) 냉각수를 흘린다.
2) Main Power S/W on 한다 (진공을 뽑기 위해)
3) Rotary Pump S/W on 한다. (저진공을 뽑기 위해 사용, 고진공에 연결한다.)
4) Diffusion Pump를 on 한다.
5) Foreline Valve를 open 시킨다(30분~1시간 oil boiling)
6) Leak S/W on, 챔버를 open 시킨다.
7) 텅스텐 와이어를 설치한 후 알루미늄 소스를 와이어에 걸어두고 기판 홀더에 샘플을 놓는다.
8) 셔터를 닫고 챔버를 닫는다.
9) 리크 스위치를 끈다.
10) Foreline Valve를 닫는다.
11) Roughing Valve를 연다.
12) TC 게이지를 켠다. 10m Torr까지 뽑는다.(저진공이 얼마나 뽑혔는가를 확인)
13) Roughing Valve를 닫는다.
이 과정까지가 저진공 과정이고 다음부터 고진공 과정이다.
14) Foreline Valve를 연다.
15) Main Valve를 연다.
16) TC 게이지를 끈다.
17) penning 게이지를 켠다 (10-6)까지 약 한시간에서 한시간 30분)
18) AC Power supply #2를 켠다.
Remote control dial을 조정하여 Al 소스를 녹인다.
19) #2 AC Power supply off, Penning 게이지 off, 약 10분 정도 기다린다.
20) Main Valve close 한다.
21) 리크 스위치를 열어준다.
22) 챔버를 열고 샘플을 꺼낸다.
23) View-port를 scale 제거제로 닦고 아세톤으로 세척한다.
24) 챔버를 닫고 리크 스위치를 끈다.
25) Foreline 밸브를 닫는다.
26) Roughing 밸브를 연다.
26) TC 게이지를 켠다. (10m Torr까지 기다린 후 끈다.)
27) Roughing 밸브를 닫는다.
28) Fore line valve를 연다.
29) Diffusion Pump를 끈다.( 30분 정도를 기다린다.)
-- Diffusion 펌프가 완전히 식었을 때.
30) Foreline valve를 닫는다.
31) 로타리 펌프를 끈다.
32) Main Power를 끈다.
33) 냉각수를 잠근다.
--- 실험을 계속하려면 26번에서 12번으로 되돌아간다.
이 과정이 다 종료되면 mask를 꺼내서 wafer를 가지고 c-V 특성 곡선을 관찰한다.
4C-V 측정
1.샘플을 측정대에 고정시키고 probe로 게이트를 샘플에 접촉시킨다
2.BLP Folder (ENTER)
3.BASIC.EXE 실행 (ENTER)
4.F5(LOAD)을 실행 LOAD"PNCV"(ENTER)
5.F3(RUN)을 실행 INPUT FILE NAME? FILE name .dat (ENTER)
6.측정하고 싶은 값을 넣는다
-STOP FREG,(KHZ):? EX)1000 (ENTER)
-START BIAS(V):? EX)-9 (ENTER)
-STOP BIAS(V):? EX)6 (ENTER)
-STEP BIAS(V):? EX)0.5 (ENTER)
CAPACITANCE Min(pF): ? Ex) 0 (ENTER)
CAPACITANCE Max(Pf): ? Ex) 150 (ENTER)
7.측정이 끝나면 STOP[(ENTER)
8.QUIT
양쪽 단자에 Al 전극을 입힌 wafer를 지지대에 올려놓고 접촉시킬 바늘을 도트 중앙에 잘 맞춘다. 프로그램을 실행시킨 뒤 C-V 특성곡선과 관찰한다.
원하는 모양의 그래프를 얻었으면 그 데이터들은 각각 저장시킨다.
도트 면적을 현미경으로 관찰한 후 여러번 측정하여 각각 기록해 놓는다.
이것으로 실험 과정을 종료한다.

키워드

MOS Capacitor,   C-V측정,   MOS Capacitor 제작특성,   커패시터,   산화 실리콘,   4C-V 측정