傳統結構與垂直結構之薄膜電晶體元件特性比較

利用現有的光罩來進行不同結構之電性和複晶矽探討，以及在傳統和垂直多 通 道 薄 膜 電 晶 體 的 電 性 表 現 上 ， 接 下 來 簡 單 的 說 明 傳 統 結 構 (Self-aligned Silicidation, SALICIDE)和垂直多通道薄膜電晶體的基本組成，結構上的差異，比 較傳統薄膜電晶體(TFT)之基本組成有一個閘極(Gate)、一個源極 (Source)、一 個汲極(Drain)及一個通道(channel)，而垂直雙通道薄膜電晶體結構之基本組成 有 一 個 閘 極 (Gate) 、 一 個 源 極 (Source) 和 一 個 汲 極 (Drain) 及 兩 個 通 道 (channel)，其通道是垂直於源極和汲極(如圖 3-5 所示)，而通道材料是再利用 金屬誘發 / 金屬誘發側向結晶(MIC / MILC, Metal Induced / Metal Induced Lateral Crystallization )、固相結晶法(SPC, Solid Phase Crystallization ) 兩種方式來成長及來做元件電性的比較。從實驗室研究論文得知[43]，傳統薄膜 電晶體(TFT)Id-Vg cure 的資料(如圖 3-6 所示)

圖 3- 5、垂直雙通道薄膜電晶體和傳統薄膜電晶體示意圖

圖 3- 6、傳統薄膜電晶體(TFT)Id-Vg cure [43]

Type Vertical TFT (Bottom gate)

Tradition TFT (Top gate)

Vd=0.1V SPC MILC SPC MILC

Mobility (cm²/Vs) 52.1 73.62 5.5 31.8

Subthreshold Solp (V/dec) 0.57 0.36 2.34 2.74

ON/Off ratio(X10^-6) 5.5 2.1 0.21 0.94

表 3- 2、傳統結構[43]與垂直結構薄膜電晶體元件電性之比較表

以垂直雙通道薄膜電晶體結構和傳統薄膜電晶體(Self-aligned Silicidation, SALICIDE)結構來作比較，本實驗成功的改善元件的電性，以傳統和垂直多通道 薄膜電晶體的電性表現上，垂直多通道薄膜電晶體的特性比傳統電晶體的特性較 佳，以 SPC 製造的垂直多通道 TFT 元件的載子移動率(Mobility)大約是傳統 TFT 的 10 倍，在 MILC 大約是 2 倍以上，在開關電流比(on/off Ratio)的比較上，MILC 開關電流比提高約 2.5 倍，SPC 開關電流比提高約２０倍左右(如表 3-2 所示)，

也明顯的改善使元件特性，符合實驗當初所預測的結果。。

3.4. 結論

利用現有的光罩來製作垂直雙通道薄膜電晶體結構和傳統薄膜電晶體(TFT) (Self-aligned Silicidation, SALICIDE)結構之比較和複晶矽探討；如 SPC、

MILC 複晶矽的成長機制、結構和製成的垂直多通道薄膜電晶體的特性。

本實驗成功的製作垂直雙通道薄膜電晶體，而其中薄膜電晶體的特色有 2 種，(1)減少一道定義 Ni 金屬的光罩，實驗的方式是直接用鍍上 Ni 金屬再利用 F 離子用碰撞的方式將 Ni 金屬植入;(2)藉由氟離子(F)植入增加 passivation 修 補懸浮鍵(Dangling bond)，使氟與矽原子形成鍵結來降低捕陷密度，並且提升 元 件 開 關 能 力 Switching ratio (Ion/Ioff) 、 較 小 的 起 始 電 壓 (threshold voltage)、增加電流驅動力(Ion)、移動率(Mobility)和次臨界(Subthreshold slope)等等。

再以垂直雙通道薄膜電晶體結構和傳統薄膜電晶體(自動對準金屬矽化物 技術)結構來作比較，本實驗成功的改善元件的電性，以傳統和垂直多通道薄膜 電晶體的電性表現上，垂直多通道薄膜電晶體的特性比傳統電晶體的特性較佳，

以 SPC 製造的電晶體元件的載子移動率(Mobility)大約是傳統 10 倍，在 MILC 大約是 2 倍以上，在開關電流比(on/off Ratio)的比較上，MILC 開關電流比提 高約 2.5 倍，SPC 開關電流比提高約２０倍左右，也明顯的改善使元件特性，符 合實驗當初所預測的結果。