반도체 수송 파라미터 추출: Split C-V 방법

문서 내 토픽

1. Split C-V 방법의 원리

Split C-V 방법은 게이트와 소스-드레인 사이, 게이트와 기판 사이의 커패시턴스를 측정하여 모바일 채널 전하 밀도를 추출하는 기술입니다. 시간 변화하는 게이트 전압에 의해 발생하는 전류 I1과 I2를 측정하고, 이를 통해 유효 이동도를 계산합니다. 원래는 계면 포획 전하 밀도와 기판 도핑 밀도 측정을 위해 Koomen에 의해 제안되었으나, 나중에 이동도 측정으로 확장되었습니다.
2. 유효 이동도(Effective Mobility) 추출

유효 이동도는 격자 산란, 이온화된 불순물 산란, 표면 산란에 의존합니다. Split C-V 방법을 통해 I-V 및 C-V 측정 후 특정 방정식을 사용하여 유효 이동도를 계산합니다. 이동도는 기판 도핑 밀도와 게이트 전압에 따라 달라지며, CGC 곡선으로부터 추출됩니다.
3. 반전 전하(Qinv)와 유효 길이(Leff) 추출

Split C-V 방법에서 유효 이동도 추출 시 반전 전하 Qinv와 유효 길이 Leff는 필수 파라미터입니다. Qinv는 특정 방정식으로 직접 계산되며, Leff는 게이트 길이에 대해 최대 CGC를 외삽하여 ∆ 값을 일관되게 추출한 후 계산됩니다.
4. Split C-V와 Y-function 방법의 비교

Split C-V 방법은 Y-function 방법 대비 두 가지 장점이 있습니다. 첫째, 유효 이동도 계산 방정식이 더 간단합니다. Y-function 방법은 μ0, θ1, θ2 파라미터를 사용하여 많은 방정식이 필요합니다. 둘째, Split C-V는 약한 반전 영역에서 더 정확하며, Y-function은 저전계로 외삽되어 약한 반전 영역에서 부정확합니다.

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1. Split C-V 방법의 원리

Split C-V 방법은 MOS 소자의 특성을 분석하는 중요한 기술로, 게이트 용량을 측정 주파수에 따라 분리하여 분석합니다. 이 방법의 핵심은 축적 영역과 반전 영역의 용량 특성을 구분하는 것으로, 저주파와 고주파 C-V 곡선의 차이를 이용합니다. 저주파에서는 계면 트랩이 응답할 수 있어 용량이 증가하고, 고주파에서는 계면 트랩이 응답하지 못해 용량이 감소합니다. 이러한 원리를 통해 계면 트랩 밀도, 고정 산화막 전하, 그리고 이동도 같은 중요한 소자 파라미터를 추출할 수 있습니다. Split C-V 방법은 반도체 공정 개발 및 품질 관리에서 필수적인 진단 도구로 활용되고 있습니다.
2. 유효 이동도(Effective Mobility) 추출

유효 이동도는 MOS 소자의 성능을 평가하는 핵심 파라미터로, 채널에서 전하 캐리어의 이동 능력을 나타냅니다. Split C-V 방법을 통해 추출된 용량 정보와 I-V 특성을 결합하여 계산됩니다. 유효 이동도는 게이트 전압에 따라 변하는데, 이는 산화막 계면의 거칠기, 계면 트랩, 그리고 쿨롱 산란 등 다양한 산란 메커니즘의 영향을 받습니다. 정확한 유효 이동도 추출은 소자의 전기적 성능 예측과 공정 최적화에 매우 중요하며, 미세 공정 기술 발전에 따라 이동도 저하 현상을 이해하고 개선하는 데 필수적입니다.
3. 반전 전하(Qinv)와 유효 길이(Leff) 추출

반전 전하(Qinv)는 채널에 축적된 반전층 전하의 양을 나타내며, Split C-V 방법에서 용량 적분을 통해 추출됩니다. 이는 소자의 전류 구동 능력과 직접적인 관련이 있어 트랜지스터 성능 평가에 중요합니다. 유효 길이(Leff)는 실제 채널 길이로, 공정 편차와 단채널 효과로 인해 설계 길이와 다릅니다. Split C-V 방법을 통해 Qinv와 Leff를 정확히 추출하면 소자의 실제 특성을 파악할 수 있습니다. 특히 미세 공정에서 채널 길이 단축에 따른 성능 변화를 분석하는 데 필수적이며, 이 두 파라미터의 정확한 추출은 신뢰성 있는 소자 모델링과 공정 제어에 기여합니다.
4. Split C-V와 Y-function 방법의 비교

Split C-V와 Y-function 방법은 모두 MOS 소자의 파라미터 추출에 사용되는 기술이지만 접근 방식이 다릅니다. Split C-V는 저주파와 고주파 용량 차이를 직접 이용하여 계면 트랩과 이동도를 분석하는 반면, Y-function 방법은 I-V 특성을 수학적으로 변환하여 선형 관계를 도출합니다. Y-function 방법은 계산이 간단하고 계면 트랩의 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있으나, 특정 조건에서만 적용 가능합니다. Split C-V는 더 직관적이고 다양한 정보를 제공하지만 측정 장비와 분석이 복잡합니다. 실제 공정 관리에서는 두 방법을 상호 보완적으로 사용하여 신뢰성 높은 파라미터 추출을 달성하는 것이 효과적입니다.