N-channel inversion mode polysilicon MOSFET's have been designed and fabricated in small grain polycrystalline silicon on oxidized silicon substrate. Polycrystalline silicon films have been deposited by LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) method. The electrical properties and performance characteristics of the polysilicon MOSFET's have been measured and discussed. The application of the polysilicon MOSFET's as the switching transistor for a 3-Dimensional dRAM(dynamic Random Access Memory) cell is examined. The 3-Dimensional dRAM cell has been constructed with a switching transistor fabricated in a small grain polysilicon layer formed on top of the capacitor area. The dRAM cell operations have been examined with sensing circuits which have also been fabricated in a small grain polycrystalline silicon.
기억소자의 면적을 줄이기 위한 연구가 그동안 많이 수행되었으나 최근에는 3차원 구조를 갖는 휘발성 기억소자에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연구되고 있는 3차원 구조를 갖는 휘발성 기억소자의 구조는 스위칭 트랜지스터로는 단일 결정 실리콘에 만들거나 재결정화한 다결정 실리콘에 만들고 데이타 저장용 capacitor로는 trench를 이용하고 있다.
본 논문에서는 데이타 저장용 축전기와 스위칭 트랜지스터가 적층된 구조를 갖는 기초적인 3차원 휘발성 기억소자 구조를 제안하고 제작하였다. 스위칭 트랜지스터는 다결정 실리콘에 제작하였으며 데이타 저장용 capacitor는 oxide capacitor를 사용하였다. 다결정 실리콘 MOSFET의 특성을 측정하였고 휘발성 기억소자의 동작은 함께 제작된 감지회로로 측정하였다. 측정된 다결정 실리콘 MOSFET의 특성은, 누설전류는 약 $5\times10^{-12}$/단위 채널 폭($um^2$), ON/OFF 전류 비는 약 3-4 orders, subthreshold 기울기는 약 1300-1500 mV/decade, $V_{th}$는 약 7 V, effective movility는 약 8 ㎠/V.s 이다. 제작된 휘발성 기억소자의 동작은 clock 주파수 15KHz까지 측정되었으나 그 이상의 주파수 범위에서는 스위칭 트랜지스터의 current drive capability가 작아서 감지된 출력파형은 좋지 않았다. 일반적으로 다결정 실리콘에 제작된 MOSFET의 특성은 grain 경계면의 결함과 oxide와 다결정 실리콘 경계면에 interface state가 많기 때문에 단일결정 실리콘에 제작된 MOSFET보다 나쁘다.
앞으로 다결정 실리콘에 제작한 MOSFET의 특성을 개선하기 위하여 hydrogen passivation, 다결정 실리콘의 재결정화 등이 사용된다면 좋은 특성을 갖는 휘발성 기억소자가 만들어 지리라 생각된다.
