第三章 利用非晶矽薄膜經由接觸窗捉聚之薄膜電晶體元件的漏電流與可
3.1.3 金屬誘發複晶矽捉聚方法
對於鎳金屬誘發結晶複晶矽的捉聚方法，本實驗是透過汲極與源極接觸窗以非晶矽 薄膜進行捉聚，其優點為移除捉聚層時不會損害主動層，以及只需利用活化時的退火步 驟來進行捉聚不需要額外的退火步驟，如圖 3-1 所示。
圖 3-1 利用非晶矽薄膜經由接觸窗捉聚流程圖
3.2 研究動機
一般在捉聚的過程中，皆需要在將主動層上方的捉聚基板或是捉聚層移除，而在移 除的過程中主動層會因為蝕刻溶液的過蝕刻而受到損害。因此透過汲極與源極接觸窗以 非晶矽薄膜進行捉聚，來改善上述缺點；另外，其製程步驟亦不複雜，只需利用活化時 的退火步驟來進行捉聚，不需要額外的退火步驟。本研究希望藉由漏電流及可靠度的分 析，來探討此捉聚效果對薄膜電晶體的影響。
3.3 研究方法
3.3.1 薄膜電晶體製作
以 NILC Poly-Si 與 SD GETR Poly-Si 兩組複晶矽試片製作薄膜電晶體，來比較其元 件的特性差異，製作流程如下，圖 3-2 為薄膜電晶體製作流程圖:
1. 首先(100)的四吋矽晶圓上利用濕式氧化成長 5000Å 的 SiO2層。
2. 成長完氧化層之後，利用低壓化學沉積系統(LPVCD），成長 1000 Å 的非晶矽。
3. 鍍上鎳金屬墊並在 540℃下加溫 18hrs，以形成 NILC poly 薄膜。
4. 利用黃光微影系統定義出主動層。
5. 使用 Poly-RIE 蝕刻出主動層。
6. RCA Clean。
7. 利用 PECVD 沉積一層厚度為 1000Å 的 SiH4/N2O oxide 作為 gate oxide。
8. 利用 LPCVD 沉積一層厚度為 2000Å 的 Poly-Si 膜作為 gate。
9. 利用黃光微影系統定義出 gate。
10. 利用 Poly-RIE 將 Poly-gate 定義出來。
11. 利用 BOE 將 gate oxide 蝕刻出來。
12. 離子佈植: PH3 能量: 35kev ; 濃度: 5×1015 ions/cm2。 13. 利用 PECVD 沉積 passivation oxide 4000Å。
14. 利用黃光微影系統定義出接觸窗(contact hole)。
15. SD GETR TFT 試片:利用 LPVCD 成長 1000 Å 的非晶矽，並在 600℃進行 12 小時的 退火(活化與捉聚)。利用 Poly-RIE 將上層的非晶矽薄膜移除。
16. NILC TFT 試片:在 600℃進行 12 小時的退火(活化)。
17. 利用 thermal coater 蒸鍍厚度為 5000Å 的 Al 電極。
18. 利用黃光微影系統定義出 source、 drain 及 gate 的接觸電極。
19. 利用 Al 的蝕刻液進行 source、 drain 及 gate 的 Al 電極蝕刻。
20. Al sintering : 400℃，30min。
21. NH3 plasma 鈍化處理 30 分鐘。
圖 3-2 SD GETR TFT 製作流程圖
3.3.2 電性量測
以 NILC Poly-Si 與 GETR Poly-Si 兩組複晶矽試片製作薄膜電晶體，用電性分析的 方法，來比較其薄膜電晶體的特性，量測步驟如下:
1. 首先，在兩組試片上做基礎的電性分析，量測的項目有汲極電流對閘極電壓曲線 (Id-Vg curve) 及汲極電流對汲極電壓曲線(Id-Vd curve)，以確認元件特性的差異及
N
+N
+Gettering layer (α-Si)
N
+N
+Gettering layer (α-Si)
N
+N
+優劣。Id-Vg curve 的量測環境溫度為 25℃、50℃、75℃、100℃，量測範圍為 Vd 從 0.1V 到 5.1V、Vg 從-10V 到 30V、Vs 則為 0V，並在量測過程中，觀測 Id、Ig、
Is 的結果。Id-Vd curve 的量測環境溫度只在常溫 25℃下，量測範圍 Vg 及 Vs 均為 0V、Vd 從 0V 到 50V，在量測過程中，觀測 Id、Ig、Is 的結果。
2. 在施加偏壓及溫度效應的不穩定性(Bias temperature instabilty)檢測方面，量 測環境溫度在 100℃下，先選定合適的施加電壓來加速其反應，施加電壓為 Vg 為 70V、Vd 及 Vs 均為 0V，並對元件加壓長達 1000 秒的時間，在加壓其間，同時觀 測 Id-Vg curve 來檢視元件的劣化效應。
3. 在熱載子效應(Hot carriers effect)檢測方面，量測環境溫度在常溫 25℃下，先選定合 適的施加電壓來加速熱載子效應，施加電壓為 Vd 為 30V、Vg 為 15V、Vs 為 0V，
並對元件加壓長達 1000 秒的時間，在加壓其間，同時觀測 Id-Vg curve 來檢視元件 的劣化效應。
3.4 結果與討論
3.4.1 捉聚步驟對於鎳含量之影響
圖 3-3 為上層捉聚層的 OM 觀察。圖 3-3(a)為捉聚前，圖 3-3(b)為經過 550℃6 小時 捉聚後。在圖 3-3(b)深色區域為非晶矽而接觸窗周圍淺色部份為 NILC 的複晶矽區域。
我們可由圖 3-4 的 SEM 觀察看出上層捉聚層在經過 550℃ 6 小時的退火之後，確實產生 了 NILC 的針狀結晶。這針狀 NILC 結晶的生成是由於底下主動層中所殘留的鎳透過接 觸窗而擴散至上層的非晶矽捉聚層，而使得非晶矽與鎳反應生成 NILC 的結晶。
圖 3-3 上層捉聚層的 OM 觀察 (a)為捉聚前 (b)為經過 550℃6 小時捉聚後