AC 스트레스로 인한 SiON pMOSFET의 문턱 전압 열화 분석:OFF 상태 열화가 후속 ON 상태 열화에 미치는 영향 = Analysis of SiON pMOSFET Threshold Voltage Degradation under AC Stress: Influence of OFF-State Degradation on Subsequent ON-State Degradation

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 SiON pMOSFET의 AC 스트레스에 의한 열화 메커니즘 분석을 제시한다. 이를 위해 AC 스트레스를 구성하는 OFF 상태, ON 상태, transition 구간의 3가지 hot carrier injection 스트레스에 의한 열화를 각각 확인하였다. 그리고 효율적인 열화 예측 모델을 위해 OFF 상태와 ON 상태 스트레스의 상호작용에 의한 열화 메커니즘 분석을 진행하였다. 이전 단계로 OFF 상태 스트레스(pre-OFF 상태)가 인가되어 발생하는 열화를 분석하기 위해 문턱전압(Vth) 열화 프로파일을 추출하였으며, pre-OFF 상태 이후 후속으로 진행되는 ON 상태(post-ON 상태)에 미치는 영향을 확인하기 위해 마찬가지로 Vth 열화 프로파일을 추출하고 분석하였다. 그 결과, pre-OFF 단계에서 스트레스에 의해 산화물층에 축적된 음전하는 post-ON 단계에서 게이트 산화막 전계의 크기를 증가시켜 post-ON 단계의 열화를 가속화시킴을 알 수 있었다. 또한, 이러한 현상은 pre-OFF 상태에서 더 많은 음전하가 축적되는 드레인 근처에서 더욱 집중되어 나타났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper analyzes the threshold-voltage (Vth) degradation mechanism of SiON pMOSFETs under AC stress. The degradation induced by the OFF-state, ON-state, and transition-region (3-HCI) stresses constituting an AC pulse was characterized separately. To develop a compact degradation-prediction model, the interaction between the OFF-state and ON-state stresses was analyzed. For this purpose, the Vth degradation profile generated in the preceding stage (pre-OFF state) was extracted, and its influence on the subsequent stage (post-ON state) was examined by extracting the Vth profile after sequential stress. As a result, the negative charge accumulated during the pre-OFF state increases the gate-oxide field (Eox) in the subsequent post-ON state, thereby accelerating the post-ON degradation. This acceleration becomes more pronounced near the drain edge, where more negative charge is accumulated during the pre-OFF state.