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本文利用低阻值銅/鈦化鎢雙層金屬閘極製妨晶矽薄膜電晶體閘極製 作非晶矽薄膜電晶體,並以電漿輔助化學氣相沈積法研製氧化矽介電層非 晶矽薄膜體,以試圖改進薄膜電晶體的電可靠性. 以低阻值/鈦化鎢雙 層金屬閘極製作之非晶矽薄膜電晶體薄膜電晶體,可以有效降低閘極線路 中的訊號延遲問題,並避免掉鋁閘極製程中丘狀突起和鬚狀物的產生.在銅 閘極的製作,我們以濕式化學蝕刻的方法,採用不同的蝕刻液選擇性的蝕刻 銅和鈦化鎢.銅的蝕刻液是以大量醋酸稀釋鋁蝕刻液,藉由調變不同醋酸和 鋁蝕刻液配比蝕刻銅膜,發現醋酸含量在70-80%之蝕刻液,有較佳的蝕刻均 勻性和低的側向蝕刻.並且得到形狀極佳的閘極橫截面,可確保製程的可靠 度.以此銅閘極所製作之薄膜電晶體,具有高載子移動率(0.8cm2/V.s),低 次臨界漂移(0.24V/dec.)和1.2V的低啟動電壓. 另外,本文亦製作矽烷 和TEOS為氣體 源的氧化矽介電層薄膜電晶體,討論氧化矽介電層對於非晶 矽薄膜電晶體特性之關係.發現具較少量氫相關鍵結和電漿相關缺陷的氧 化層有較佳的電性和可靠度.氧化矽薄膜電晶體的不穩定因素,主要來自於 氧化矽中的缺陷和介面區域的位階增量.元件在電場的作用下,促使氧化矽 中的弱鍵斷裂成為一懸鍵與一氫鍵而形成一缺陷陷阱,抓取電子成為固定 電荷,致使啟動電壓的漂移.此一反應機制與氫原子的移動有關,氫含量較 少的氧化矽薄膜有較緊密的結構和良好的穩定性,以其製做之薄膜電晶體 具較佳的電可靠度.另一方面,氧含量高的氧化矽膜和非晶矽薄膜介面卻因 氧原子具高電負度使介面矽鍵強度變弱,增加介面產生位階增量的機率. 最後,我們以化學退火的方法嘗試製作具化學退火非晶矽半導體層之薄膜 電晶體,希望可以得到較佳之可靠度.實驗發現經化學退火後之試片其載子 移動率明顯降低,而在電應力偏壓量測,當閘極偏壓超過20V時,其次臨界漂 移停止上升,而載子移動率明顯提升.可能是由於化學退火後之非晶矽中隱 藏的大量應變弱鍵遭激發載子打斷,進而釋放非晶矽中之應力,減少尾態能 帶寬度,導致載子移動率的提升.
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