Nitrogen 0%
Nitrogen 10%
Nitrogen 20%
Nitrogen 30%
Nitrogen 40%
Nitrogen 50%
Nitrogen 60%
圖3-16 不同氮氣比例，氮化矽薄膜的漏電流密度特性 3-1-2.4 電容特性
在MIS 的結構下，我們量測不同氮化矽薄膜當絕緣層，所得 到的電壓-電容特性。從圖 3-17 我們看出通入氮氣之後，使得我 們的電容特性的平帶電壓(VF)向正偏壓移動，且電容特性的反轉 區域的斜率更為陡峭，代表其接面有得到相當的改善；而氮氣 10%~50%的平帶電壓與斜率卻沒太大的改變，表示其薄膜內所儲 存的電荷量相當，而60%又再往負偏壓移動。
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10
Nitrogen 0%
Nitrogen 10%
Nitrogen 20%
Nitrogen 30%
Nitrogen 40%
Nitrogen 50%
Nitrogen 60%
圖 3-17 不同氮氣比例，氮化矽薄膜的電容特性
而在磁滯電壓(hysteresis)的寬度，通入適當的氮氣後，磁滯電壓 有所下降，但幅度不大；氮氣60%所表現得到最佳的磁滯電壓 1.95V，
表示其中氧化層陷阱電荷(Oxide trapped charge)較少，在其絕緣層內 的缺陷較低。
Hyst eresi s v o lt a g e ( V )
Nitrogen percentage (%)
2.10 1.96 2.00
2.16 2.44 2.59
圖 3-18 不同氮氣比例，氮化矽薄膜的磁滯電壓 3-1-2.5 討論
從綜合實驗結果看來，在氮氣50%的狀況之下，其漏電情況最良 好，最適合當作絕緣材料。但其折射率與氮氣40%的狀況差不多，推 測可能與堆疊速度有關係，在氮氣50%的狀況下，堆疊速度比氮氣 40%更慢，也許是造成結構更為緻密，使得其電性更好。而在表面也 是最為平整。
但在電容特性方面，可以看出雖然其平帶電壓較未通入氮氣時 好，但仍然相當大，這樣在做成TFT 元件時，將需要更高的切入 電壓，會浪費過多的能量。其氮化矽電容器儲存過多的正電荷，可能 的原因為之前所提到的MIS 電容結構內接面的缺陷或膜層內的缺陷 所造成。
為了解決過大的平帶電壓，因此我們做了以下的試驗。
3-1-2.5a 絕緣層厚度的影響
同樣的條件下，不同的絕緣層厚度，觀察其電性的變化。從圖 3-19，我們可以看出絕緣層較厚的狀況下，其漏電流特性較佳，但並 不差很多。而在電容特性方面圖 3-20，其平帶電壓明顯往正偏壓移 動，表示其中在電容器內的缺陷明顯降低；大約降低了10V。
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 10-10
10-9 10-8
Leakage current density
(A/cm 2
)Electrical field (MV/cm)
SiNx thickness - 150nm SiNx thickness - 120nm SiNx thickness - 100nm
圖3-19 不同的絕緣層厚度的漏電流特性
SiNx thickness - 150nm SiNx thickness - 120nm SiNx thickness - 100nm
VFB
圖 3-20 不同的絕緣層厚度的電容特性 3-1-2.5b 基板表面影響
由於我們在高的功率上成長，所以我們推測矽基板的表面，也許
在濺鍍過程中造成了傷害；於是，我們將針對接面陷阱電荷 (interface trapper charge)做以下的實驗。
在相同的條件下，我們在成長氮化矽前不做氰氟酸蝕刻，留下一 負氧化層(negative oxide)，其厚度一般約為 20Å ~50Å。從圖 3-21，
我們可以看出有留下負氧化層，所得到的漏電流略為降低。而在 電容特性方面圖3-22，可以明顯看出來其平帶電壓明顯得到改 善，大約移動了10V，且磁滯現象也獲得改善。推測是矽晶片表 面的介面陷阱電荷(Interface trapped charge)變少，使得平帶電壓向 正偏壓移動
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
10-9 10-8
Leakage current density
(A/cm 2
)Electrical field (MV/cm)
Si surface etching Si surface non-etching
圖3-21 矽晶片表面是否經過氰氟酸蝕刻的漏電流特性
-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 0.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
C/ C
OXVoltage (V)
Si surface etching Si surface non-etching
VFB
圖3-22 矽晶片表面是否經過氰氟酸蝕刻的電容特性
於是我們的假設是成立的，在濺鍍過程中，高功率成長情況下，
會將可能會將基板表面打壞。於是我們再將試驗，用低功率成長一層 緩衝層後，再成長高功率主要的絕緣層。從圖3-23，我們可以看出雙 絕緣層的漏電流特性較單層的差一些；但在電容特性方面圖 3-24，我 們可以看出其平帶電壓更往正偏壓移動，且在磁滯電壓從 1.25V 下降 至1.17V。
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 10-10
10-9 10-8
Leakage current density
(A/cm 2
)Electrical field (MV/cm)
Single layer Double layer
圖3-23 單絕緣層與雙絕緣層的漏電流特性
Single layer Double layer
圖3-24 單絕緣層與雙絕緣層的電容特性
另外，我們試驗不同的氮氣比例，在雙絕緣層下電性的變化；從 圖3-25 中，我們可以看出在漏電流特性方面，氮氣比例提高，其電
流特無太大改變；在電容特性方面，在圖3-26，氮氣比例提高，其平