使用再結晶低壓化學氣相沉積非晶矽膜的Ｐ通道底閘薄膜電晶體之製造和特性

Abstract

為配合三度空間積體電路的來臨，我們研製了雙層複晶矽結構並以底層為閘極的P 通 道薄膜電晶體，此技術的建立將是未來發展高密度、高速度及低消耗功率之堆疊式互 補金氧半型靜態隨機存取記憶體的關鍵。為了從根本上改善元件特性，除了使用氯化 氧磷擴散和磷離子植入複晶矽作為底層閘極，也採用磷離子植入的非晶矽為閘極，以 進一步降低第一層復晶矽膜表面的粗糙度，並得到平坦的閘氧化層表面，這對第二層 復晶矽膜的晶粒成長有正面的作用。根據元件汲極電流活化能的分析結果證實，採用 非晶矽閘的薄膜電晶體，其通道中的晶界和有效陷阱能態密度已經明顯地減少許多， 因而使元件特性大幅改善。另外，對第二層複晶矽膜性質的改善，除了使用低溫回火 技術使非晶矽完全結晶，同時也採用熱氧化及氫化的技術。從熱氧化的研究中發現， 元件在經過濕氧處理後要比乾氧處理能有效地降低陷阱能態密度，並提升元件特性； 而且在同樣的氧化條件下，對較薄的膜作處理，效果會比較好。最後我們還探討了元 件在25℃到150℃ 溫度範圍內動作的情形，結果發現減少陷阱能態密度，將可降低元 件諸電性對溫度的敏感度，提高元件的穩定性。