低溫複晶矽薄膜電晶體之負偏壓溫度不穩定研究

Abstract

在本論文中，首先，我們提出負偏壓溫度不穩定對於低溫複晶矽薄膜電晶體的可靠度有不可忽視的影響，並且證明在負偏壓溫度不穩定的情況下，低溫負晶矽薄膜電晶體的裂化跟捕陷能階(trap state)的增加有關。實驗結果顯示，臨界電壓(threshold voltage)的增加跟晶粒邊界捕陷能階(grain boundary trap state)的增加有密切的關係，這兩者隨著時間的變化量有相似的次方律(power law)，此外也都與閘極電壓、溫度呈指數關係。負偏壓溫度不穩定同時也會降低驅動電流、載子遷移率和次臨界擺幅(subthreshold swing)。 接著，我們討論複晶矽薄膜電晶體在負偏壓溫度不穩定的情況下，離子傷害(plasma damage)對其可靠度的影響，實驗結果顯示較大的天線面積會造成較嚴重的傷害。在負偏壓溫度不穩定的量測下，離子傷害會降低元件的驅動電流、載子遷移率和次臨界擺幅。 最後，我們探討有關複晶矽薄膜電晶體在負偏壓溫度不穩定和熱載子注入(hot carrier injection)兩種不同情況下的可靠度，在小的汲極電壓下，元件的裂化主要由負偏壓溫度不穩定所控制，當汲極電壓增加，元件的裂化會變成熱載子注入的所導致，然而溫度上升也會使元件有較嚴重的裂化，最後我們分別探討負偏壓溫度不穩定以及熱載子注入的模型，而此模型也和實驗結果相吻合。