3-1 前言
在此章節中，我們將以ISE-TCAD(Integrated System Engineering) 此套軟體來進行Bottom結構與Top結構的元件製程與元件設計，並討 論調變元件結構參數對元件電性的影響，以及與傳統的各種薄膜電晶 體結構做電性的比較，討論出RSD真正降電場的主要原因。
3-2 Bottom結構與傳統薄膜電晶體之RSD探討
圖3.1傳統薄膜電晶體(a)與為Bottom (b)的結構比較，我們可以明 顯看出兩種結構的唯一不同的是Bottom結構的汲源極增厚，此目的是 要比較汲源極增厚，是否就可以有效降低電場。我們以同樣的偏壓 (Vgs=5V, Vds=10V)，離子佈植能量35KeV，來模擬兩種結構電性，從 圖3.2橫向電場模擬數據以及表3.1橫向電場大小比較可以看出，
Bottom對齊結構並沒有明顯的降電場。所以我們得到第一個結果是汲 源極增厚，並不能有效降低電場。
圖 3.1 傳統薄膜電晶體(a)與 Bottom (b)的結構示意圖
0.0E+00
Lateral Electric Field(V/cm)
conventional
Bottom
圖3.2 Conventional 與 Bottom 橫向電場模擬數據
Conventional Bottom
橫向電場(V/cm) 4.3E+05 4.2E+05
與傳統電場比較 -2.3%
表3.1Conventional 與 Bottom 橫向電場大小
3-2.1 接面深度探討
明顯變化，所以橫向電場並沒有明顯下降，所以我們推出
x j
是閘極下Channel/Drain離子高濃度範圍接面深度。
圖3.3 Bottom(a)與 Bottom extend (b)接面深度示意圖
0.0E+00 1.0E+05 2.0E+05 3.0E+05 4.0E+05 5.0E+05
11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 12
Horzontal Distance(um)
Lateral Electric Field(V/cm)
conventional Bottom Bottom extend
圖 3.4 Conventional、Bottom 與 Bottom extend 橫向電場模擬數據
Conventional Bottom Bottom extend
橫向電場(V/cm) 4.3E+05 4.2E+05 4.4E+05
與傳統電場比較 -2.3% +2.3%
表 3.2 Conventional、Bottom 與 Bottom extend 橫向電場大小
(a) (b)
(c)
圖 3.5 Conventional (a)、Bottom (b)、Bottom extend (c)離子佈植
能量 35KeV 的濃度分佈
3-2.2 改變離子佈植能量
從3-2.1小節我們可以知道，
x j
是閘極下Channel/Drain離子高濃 度範圍接面深度。所以我們改變離子佈植能量，使濃度分佈改變，改 變了閘極下離子高濃度範圍。我們以同樣的偏壓(Vgs=5V, Vds=10V)，離子佈植能量改變為85KeV。圖3.6 Bottom與圖3.7Bottom extend離子 濃度分布圖，明顯看出離子佈植85KeV比35KeV有增加濃度分佈範 圍，我們從公式推出Bottom extend的電場將會有明顯的下降，從圖3.8 橫向電場模擬數據以及表3.3橫向電場大小比較，我們可以發現 Bottom extend有很大幅度的降場下降，可以判斷出，閘極下離子高濃 度範圍接面深度是造成RSD橫向電場下降的主因。
(a) (b)
圖3.6 Bottom 不同離子佈植能量(a)35KeV(b)85KeV 濃度分佈
(a) (b)
圖3.7 Bottom extend 不同離子佈植能量(a)35KeV(b)85KeV 濃度分佈
0.0E+00
Lat eral El ect ric Fi eld(V/c m )
conventional Bottom 85KeV Bottom extend 85KeV
圖3.8 Conventional、Bottom、Bottom extend 橫向電場模擬數據 Conventional Bottom 85KeV Bottom extend
85KeV
橫向電場(V/cm) 4.3E+05 4.0E+05 3.5E+05
與傳統電場比較 -7% -23%
表3.3 Conventional、Bottom、Bottom extend 橫向電場大小
3-2.3 Bottom往源極增加寬度比較
圖3.9定義X=0μm為Bottom結構，我們往源極增加寬度X=0.5μm，
1μm，10μm，10μm為包含整個通道為3000 Å，比較電場變化，可從 圖3.10最大電場曲線圖，可以發現最大電場為Bottom結構，因此我們 可以得知Bottom extend結構，不管往源極增加寬度為多少，並不會影 響橫向電場。
圖 3.9 定義 X=0μm 為 Bottom 結構，改變 X=0.5、1、10μm
3.2E+05 3.4E+05 3.6E+05 3.8E+05 4.0E+05 4.2E+05 4.4E+05
0 0.5 1 10
Horzontal Distance,X(μm)
L at er al Ma x im u m E le ctr ic F ie ld (V /cm )
最大電場
圖3.10 最大電場曲線圖
3-3 Top結構與薄膜電晶體之RSD探討
圖3.11我們可以比較傳統薄膜電晶體與Top結構的不同，很明顯 的看出Top結構是往上沉積汲源極增厚，此目的是要比較汲源極增 厚 ， 是 否 就 可 以 有 效 降 低 電 場 。 我 們 以 同 樣 的 偏 壓(Vgs=5V, Vds=10V)，離子佈植能量35KeV，來模擬兩種結構電性，從圖3.12橫 向電場模擬數據以及表3.4橫向電場大小比較可以看出，橫向電場有 明顯的下降，但我們從3-2節可以知道，Channel/Drain接面深度是可以 有效降低電場，但Top結構Channel/Drain接面深度與傳統的接面深度 是一樣的，從公式來說是不會有電場的下降。所以我們重新討論Top 結構，有可能降電場的效應，從圖3.13可以發現有兩種因素，造成電 場下降的原因，第一種原因是邊緣增厚Oxide造成所謂的FID結構，會 有Sub-Gate造成靠近Channel/Drain接面產生輕參雜現象，造成垂直電 場下降。第二種原因是離子佈植35KeV會使得高濃度範圍位於表面，
所以靠近Channel/Drain接面濃度會明顯下降，因此濃度減少造成電場 下降，我們會再下一小節，繼續探討原因。
圖3.11 Conventional (a)與 Top (b)示意圖
0.0E+00 1.0E+05 2.0E+05 3.0E+05 4.0E+05 5.0E+05
11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 12
Horzontal Distance(um)
Lateral Electric Field(V/cm)
conventional Top
圖3.12 Conventional、Top 橫向電場模擬數據
Conventional Top
橫向電場(V/cm) 4.3E+05 2.9E+05
與傳統電場比較 -32.5%
表3.4 Conventional、Top 橫向電場大小
圖3.13 邊緣增厚 Oxide 與離子佈植濃度示意圖
3-3.1單純增厚邊緣Oxide結構
圖3.14可以看出Top結構與單純增厚邊緣Oxide結構，在於單純增
厚邊緣Oxide結構沒有增厚汲源極，此目的是要知道單純增厚邊緣
Lateral Electric Field(V/cm)
conventional Top
邊緣增厚Oxide
圖3.15 Conventional、Top、增厚邊緣 Oxide 橫向電場模擬數據
Conventional Top 增厚邊緣Oxide
橫向電場(V/cm) 4.3E+05 2.9E+05 4.1E+05
與傳統電場比較 -32% -5%
表 3.5 Conventional、Top、增厚邊緣 Oxide 橫向電場大小
3-3.2 改變離子佈植能量
我們知道離子佈植能量，能量越高，高濃度範圍越深。我們為了 要判斷 Top 結構降電場的主因，是否跟濃度分佈有關，所以我們改變 離子佈植能量，讓高濃度範圍更接近 Channel/Drain 接面，判斷電場 大小，查出降電場的主因。圖 3.16 可以看出離子佈植能量 35KeV 與 離子佈植能量 85KeV 的濃度分佈，發現離子佈植能量 85KeV 更接近 Channel/Drain 接面，再從圖 3.17 橫向電場模擬數據以及表 3.6 橫向電 場大小比較。發現離子佈植能量85KeV 比離子佈植能量 35KeV 有更 大的電場，推出離子佈植能量是造成 Top 結構電場變化的主因。圖 3.18 比較 Top 能量 35KeV、Top 能量 85KeV 以及單純增厚邊緣 Oxide 的電場圖，發現單純增厚邊緣Oxide 有較高的電場，所以離子佈植能 量是改變電場的主要關鍵。
(a) (b)
圖3.16 Top 結構不同離子佈植能量(a)35KeV 與(b)85KeV 濃度分佈
0.0E+00 1.0E+05 2.0E+05 3.0E+05 4.0E+05 5.0E+05
11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 12
Horzontal Distance(um)
Lateral Electric Field(V/cm)
conventional Top35KeV Top85KeV
圖3.17 Conventional、Top35KeV、Top85KeV 橫向電場模擬數據
Conventional Top35KeV Top85KeV
橫向電場(V/cm) 4.3E+05 2.9E+05 3.72E+05
與傳統電場比較 -32% -13.5%
表 3.6 Conventional、Top35KeV、Top85KeV 橫向電場大小
圖3.18 Top 能量 35KeV(a)、Top 能量 85KeV(b)以及單純增厚邊緣 Oxide(c)的電場圖