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適用於 More-than-Moore 世代之薄膜電晶體技術研究

為了解決arai半罩的問題，作者黃宇安 這樣論述：

本論文中，我們成功開發一適用於多晶矽平台之T型閘製程技術。此技術利用二氟化硼離子佈植，將n型多晶矽非晶化並解除其中之載子活化，形成硼摻雜/n型多晶矽之堆疊結構。由於氯電漿對不同摻雜型態之多晶矽有不同蝕刻率，我們設計一電漿蝕刻之步驟，先將堆疊結構垂直蝕刻後，在原位暴露於純氯電漿中，使氯電漿對下層n型多晶矽側壁型選擇性側向蝕刻，並保留上層硼摻雜矽，形成一次微影線寬之T型結構。我們使用此技術研製具備T型閘結構之多晶矽薄膜電晶體。該電晶體具備次微影閘極線寬，也就是閘極線寬的尺寸(L)比微影技術的解析極限小。利用T型閘翼展對物理氣相沈積時沈積粒子的遮蔽效應，在鎳原子沈積並退火後，於閘/源/汲極形成一自

我對準之鎳化矽區域，降低源汲極串聯電阻。由掃描式電子顯微鏡影像，我們亦確認後續之保護層沈積時， T型閘翼展因沈積於其中之沉積物重量會產生彎曲並形成一封閉的空氣邊襯，有助於降低寄生電容。翼展的鎳化矽區域亦提供額外的訊號導通面積，降低閘極傳導時的傳輸電阻。上述特色皆有助於提昇元件之射頻特性。所開發並改良的T型閘薄膜電晶體改良若干過往製程的問題，其對降低源汲極串聯電阻與提昇轉導之效能於直流電性量測中得到驗證。例如: 在L=125奈米時，源汲極串聯電阻與改良前比較，由67 k-m降為14 k-m，轉導(VD=2 V)由46 S/m增加為199 S/m。我們亦觀察到在源汲極離子佈植時，佈

植之離子能穿越T型閘翼展，於下方形成淺摻雜之源汲極延伸，藉此降低電場、抑制載子透過場發射或熱場發射穿越通道晶界缺陷的漏電流。我們利用網路分析儀量測電晶體之S參數並萃取元件的截止頻率與最大震盪頻率。對最小L達125奈米之元件，截止頻率可高達42.2 GHz，最大震盪頻率亦可達27.5 GHz。於小訊號參數之萃取中，我們發現此極高的截止頻率不僅來自於次微影閘極線寬造成的高轉導，並可歸功於空氣邊襯造成的寄生電容下降。T型閘翼展幫助降低閘極電阻之特性亦從萃取之小訊號參數中獲得驗證。依據T型閘佈植通過翼展的特性，我們研製兩種不同的源汲極摻雜條件之薄膜電晶體並進行探討。我們發現利用一低能量、高劑量與高能量

、低劑量的兩步驟佈植，可避免於一步高劑量、高能量的佈植與後續低溫退火時，不足的載子活化。於S參數的量測中，我們亦驗證了兩步驟佈植有助於提昇截止頻率。最後，我們在過渡金屬氧化物半導體平台，改良了過往的薄膜輪廓工法，在作為下閘極與下閘極氧化層矽晶圓和二氧化矽上形成，由雙層光阻構成之懸浮橋遮罩，並於後續的沈積步驟中接連形成下凹的銦鉫鋅氧化物通道與源汲極鋁電極。以掀離技術移除光阻後，可形成上閘極氧化層和上閘金屬電極，並搭配下閘極構成一雙閘極薄膜電晶體。共雙閘極薄膜電晶體有助於提昇元件的開啟電流，而其中一閘作為輔助閘時，可有效調變閾值電壓和次臨界擺幅，提供不同型態的操作方式。我們認為本論文中所探討的薄膜

電晶體技術，能應用於低溫單石三維異質整合，有助於More-than-Moore技術之發展。