论文部分内容阅读
自从1947年半导体晶体管发明以来,半导体集成电路产业发展迅猛,氢化非晶硅薄膜晶体管(a-Si:H TFT)形成了我们现在主流的Si-TFT技术。A-Si薄膜可以采用等离子增强气象沉淀(PECVD)在350℃左右的低温进行生长,其工艺技术成熟,成品率高,生产成本低,均匀性较高,非常适合大面积生产。但是a-Si:H TFT器件性能还存在着诸多的不足,其中最主要的是场效应迁移率的不足,目前量产化的a-Si:H TFT场效应迁移率约为0.3cm2/V.s。本文详细研究了a-Si:H TFT的工作原理和各层薄膜的生长机理,在大规模工业化生产的条件下,利用直流磁控溅射生长了a-Si:H TFT的源漏电极以及栅极的金属膜,利用PECVD生长了栅极绝缘层(G-SiNx),有源层(a-Si),欧姆接触层(N+a-Si)。在4次光刻制备完成a-Si:H TFT器件后,通过手动探针装置的三电极法测绘出不同设计参数制备出的器件转移特性曲线并计算其场效应迁移率。利用原子力显微镜测量了G-SiNx层在不同速率生长条件下的表面粗糙度,并使用扫描电子显微镜观测了a-Si:H TFT的截面。我们单独研究了G-SiNx层,高速非晶硅层(AH),低速非晶硅层(AL),N+a-Si层和N+层对迁移率的影响。之后利用多因素实验,组合不同因素制备样品,并测量统计出了每个因素对迁移率的影响力度。我们发现G-SiNx层和N十层的厚度以及分层条件是影响a-Si:H TFT场效应迁移率的主要因素。为了进一步提高氢化非晶硅薄膜晶体管的场效应电子迁移率,我们在批量生产条件下对欧姆接触层和栅极绝缘层进行多层制备,并研究了这两个工艺参数对a-Si:H TFT场效应电子迁移率的影响。研究表明随着对N+层分层数的增加,以及低速生长的栅极绝缘层(GL层)和高速生长的栅极绝缘层(GH层)厚度比值的提高,a-Si:H TFT的场效应迁移率得到提升。当N+层分层数达到3层,GL层和GH层厚度比值为4：11时,器件的场效应电子迁移率达到0.66cm2/V.s,比传统工艺提高了约一倍,显著改善了a-Si:H TFT的电学特性,并在量产线上得到了验证。