金屬氧化物半導體場效電晶體之製作 Fabrication and characterization of Schottky MOSFETs

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1 金屬氧化物半導體場效電晶體之製作 Fabrication and characterization of Schottky MOSFETs
Two mask process

2 MOSFET N-channel MOSFET, nMOSFET, nFET

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4 本實驗所做之元件 利用Schottky barrier阻擋body to drain漏電 pFET nFET

5 MOS: Gate Voltage Eq.

6 Strong Inversion The electron concentration at the surface equals the hole concentration in the bulk Si.

7

8 Subthreshold (VG<VT)

9 Short Channel Effects (SCE)
The gate control is degraded by the penetration of drain electric field in short-channel devices.

10 Short Channel Effects (SCE)
The barrier is lowered in short-channel devices.

11 Short Channel Effects (SCE)
VT of short channel devices is lower than that of long channel devices.  VT roll-off

12 Drain-Induced Barrier Lowering (DIBL)
The barrier is lowered by the applied high drain voltage.  VT ↓

13 Drain-Induced Barrier Lowering (DIBL)

14 Gate-Induced Drain Leakage (GIDL)
Off-state (VG<0 for nFET) Band-to-band tunneling

15 Inversion Layer Thickness
Capacitance equivalent thickness (CET) Equivalent oxide thickness (EOT)

16 The goal of this class is to make a Schottky MOSFETs
Gate Source Drain Gate Si SiO2 Metal Source Drain Cross section Top view

17 1. 清洗樣品 methanol acetone BHF 1. 將 sample 放入裝有丙酮的燒杯裡，使用超音波震洗機 震洗 3 min。
3. 使用 DI water (去離子水) , 沖洗 sample 1min。 4. 使用 BHF 蝕刻 native oxide 5. 使用 氮氣槍 仔細吹乾 sample 表面。

18 2.成長氧化層 星期一班 四片 SiO2 PECVD+900oC FGA anneal 1min  兩片ntype兩片type 星期二班 四片 SiO2乾氧0.5h

19 光阻

20 2. 定義S/D圖形 目的： 利用曝光顯影的技術，將需要鍍S/D金屬的區域定義出來。 1. 塗佈光阻
1. 塗佈光阻 (A) 將 sample 放置於 塗佈機上， 旋轉測試 1000 轉 10 sec，4000 轉 40 sec。 (B) 測試完畢後，sample 滴滿光阻，啟動。 (C) 拿取 sample。 2. 曝前烘烤 (軟烤) 放加熱板(hot plate)上95oC，2 min。 3. 曝光 (A) 放置光罩 (鍍金屬的面朝sample) (B) 放置 sample ， 曝光 18 sec。 4. 烘烤+曝光 (正光阻轉換成負光阻) 將 sample放加熱板(hot plate)上115oC，2min。 曝光 50 sec 5. 顯影 將 sample 置入顯影液，顯影 30 sec，過DI 15sec。 6. 硬烤 放加熱板(hot plate)上 115oC， 3.5 min。 7.吃oxide 2

21 3.鍍S/D金屬 鍍金屬，參考實驗二 2. Lift-off：將光阻及光阻上之金屬去除，留下S/D金屬。
(A) 將sample 放入裝有丙酮的燒杯裡，使用超音波震洗機 震洗 1 min。 (B) 使用甲醇洗去sample的丙酮 ,將樣品放入裝有甲醇的燒杯裡， 超音波震洗機 震洗 1 min。 (C) 使用 DI water (去氧離子水)，沖洗 sample 1min。 (D) 使用 氮氣槍 仔細吹乾 sample 表面的水。 3-1

22 4. 沉積閘極氧化層 5. 定義閘極圖形 6. 鍍閘極金屬 7. Lift-off 8. 蝕刻S/D上之SiO2 9. 鍍背電極
使用PECVD(80 or 130nm)沉積SiO2當閘極氧化層 5. 定義閘極圖形 目的： 利用曝光顯影的技術 ， 將需要鍍閘極金屬的區域定義出來。 參考步驟二、定義S/D圖形 6. 鍍閘極金屬 參考步驟三、鍍S/D金屬 N type鍍Pt， p type鍍Al or Ni 7. Lift-off 8. 蝕刻S/D上之SiO2 利用RIE或BHF蝕刻SiO2 9. 鍍背電極 5 7 8 RIE：先以氧氣離子清潔腔體，然後以25 sccm，50W CHF3離子束蝕刻5分鐘，壓力控制在1.3Pa。

23 數據處理 1. Id-Vg & Id-Vd 2. Vt、on/off、SS、DIBL 3. What is GIDL
(Gate Induced Drain Leakage)

24 結報問題 (4/29,30) How does a Schottky MOSFET work?
How to achieve 1-mask process? Please draw the process flow. Compare and discuss the pros and cons of 1-mask process and 2- mask process of MOSFETs. What are the advantages of FinFETs as compared to planar MOSFETs?

25 結報問題 (5/6) Loop up for the MSDS information of photoresist (AZ5214E) and developer (300 MIF). Please explain the difference between positive photoresist and negative photoresist. What are the purposes of soft bake and hard bake? Please look up for the evolution of lithography technology.