Journal of the Korean Vacuum Society (한국진공학회지)

The Korean Vacuum Society (한국진공학회)
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Degradation of electrical characteristics in Bio-FET devices by O2 plasma surface treatment and improving by heat treatment

O2 플라즈마 표면처리에 의한 Bio-FET 소자의 특성 열화 및 후속 열처리에 의한 특성 개선

  • Oh, Se-Man (Dept. of Electronic materials engineering. Kwangwoon Univ.) ;
  • Jung, Myung-Ho (Dept. of Electronic materials engineering. Kwangwoon Univ.) ;
  • Cho, Won-Ju (Dept. of Electronic materials engineering. Kwangwoon Univ.)
  • 오세만 (광운대학교 전자재료공학과) ;
  • 정명호 (광운대학교 전자재료공학과) ;
  • 조원주 (광운대학교 전자재료공학과)
  • Published : 2008.05.30
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Abstract

The effects of surface treatment by $O_2$ plasma on the Bio-FETs were investigated by using the pseudo-MOSFETs on the SOI substrates. After a surface treatment by $O_2$ plasma with different RF powers, the current-voltage and field effect mobility of pseudo-MOSFETs were measured by applying back gate bias. The subthreshold characteristics of pseudo-MOSFETs were significantly degraded with increase of RF power. Additionally, a forming gas anneal process in 2 % diluted $H_2/N_2$ ambient was developed to recover the plasma process induced surface damages. A considerable improvement of the subthreshold characteristics was achieved by the forming gas anneal. Therefore, it is concluded that the pseudo-MOSFETs are a powerful tool for monitoring the surface treatment of Bio-FETs and the forming gas anneal process is effective for improving the electrical characteristics of Bio-FETs.

$O_2$ 플라즈마를 이용한 표면처리 공정이 Bio-FET (biologically sensitive field-effect transistor)에 미치는 영향을 조사하기 위하여, SOI (Silicon-on-Insulator) wafer와 sSOI (strained- Si-on-Insulator) wafer를 이용하여 pseudo-MOSFET을 제작하고 $O_2$ 플라즈마를 이용하여 표면처리를 진행하였다. 제작된 시료들은 back gated metal contact junction 방식으로 측정되었다. $I_D-V_G$ 특성과 field effect mobility 특성의 관찰을 통하여 $O_2$ 플라즈마 표면처리에 따른 각 시료들의 전기적 특성 변화에 대하여 관찰하였다. 그리고 $O_2$ 플라즈마 표면처리 과정에서 플라즈마에 의한 손상을 받은 시료들은 2% 수소희석가스 ($H_2/N_2$)를 이용한 후속 열처리 공정을 진행한 후 전기적 특성이 향상되는 것을 관찰할 수 있었다. 이는 수소희석가스를 이용한 후속 열처리 공정을 통하여 산화막과 Si 사이의 계면 준위와 산화막 내부의 전하 포획 준위를 감소시켰기 때문이다.

Keywords

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