In order to reduce the Schottky barrier height (SBH) in metal-semiconductor junction, sulfur (S) seg-regation technique that is advanced technique of dopant-segregation has been researched. However, there is no clear mechanism of the S segregation effects even though several theories have been proposed during the past 10 years. In this paper, arsenic (As) and S co-implanted dopant-segregated Schottky barrier (DSSB) de-vices were fabricated to verify the S effects experimentally. And the low-frequency (LF) noise analysis as well as the I-V characterization was employed. As a result, the doping effect and the S segregation effect were superposed in I-V characteristics, whereas the trapping effect by deep states, rather than doping effect, was verified as the mechanism of S effect by using LF noise analysis.
S를 dopant-segregation 기술을 적용하여 금속과 반도체 접합 표면에 주입했을 때 Schottky barrier height (SBH)가 감소한다는 연구 결과가 보고되면서, 이에 대한 많은 연구가 진행되었다. 그러나 이러한 효과는 기존의 도핑 효과와 같은 경향성을 보이기 때문에, 기존의 연구에서는 명확한 메커니즘 검증은 이루어지지 않은 실정이며, 실제 소자 적용 시의 성능 향상에만 초점이 맞춰졌다. 따라서 본 연구에서는 Dopant-segregated Schottky barrier (DSSB) 접합에서 S가 도핑 효과와는 무관하게 추가적인 소자 특성의 향상 효과를 낼 수 있는지를 확인하기 위해, 이론적인 해석만 이루어졌던 기존 연구들과는 달리 실험적인 해석을 시도하였다.
본 연구에 앞서, 정확한 실험을 위해 실험 조건에 굉장히 민감하다고 알려진 실리사이드 공정의 최적화를 진행하였다. Dopant-segregation 기술 적용 시에는 implant damage에 의한 누설 전류가 발생할 수 있었고, 이를 해결하기 위한 공정 최적화를 수행하였으며, 기존 이론과 같은 경향성을 가지는 As 또는 S가 implant 된DSSB 다이오드를 제작하였다. 추가적으로 최적화된 실리사이드 공정을 바탕으로 DSSB MOSFET 역시 제작하였다.
I-V 특성 분석 결과, As과 S를 동시에 implant하더라도 As과 S 각각의 효과는 구분되지 않은 채, 두 효과가 중첩되어 도핑 효과처럼 해석될 수 있었다.
S의 주입 효과 메커니즘 분석을 위해 새로운 분석 방법인 저주파 (LF) 노이즈 분석 방법을 수행하였다. 우선 Schottky 다이오드에서 carrier transport 메커니즘에 따른 LF 노이즈 특성의 차이를 규명하였다. 이를 토대로 doping 농도의 증가에 따라 field emission (FE) 전류가 thermionic emission (TE) 전류보다 우세하게 되어, LF 노이즈는 shot 노이즈를 보임을 확인했다. S가 도펀트 (As)와 달리 deep trap을 형성한다는 사실에 착안, trapping noise 메커니즘에 의해 As과는 다르게 FE 영역에서도 flicker 노이즈를 발생시킬 수 있다는 가설을 세웠다. S를 주입한 소자에 As 도핑을 통해 FE이 나타나는 도핑 농도로 증가시켰을 때 여전히 flicker 노이즈가 나타남을 확인하였고, 따라서 S가 도핑 효과와는 다른 deep trap을 통한 trapping 효과 (추가적인 band bending 및 multi-step tunneling)를 야기한다는 사실을 검증하였다.
