結果與討論

蝕 刻 出 垂 直 結 構 的 形 狀 是 實 驗 的 關 鍵 ， 若 不 是 垂 直 的 通 道 而 是 傾 斜 (taper)的形狀(如圖 2-2 所示)，在 P(磷)離子植入時，會降低通道的阻值，

使 TFT 元件直接是導通的狀態而沒有開關的功能，本實驗能成功的蝕刻出 垂直 Gate 的形狀，主要的實驗方法有 2 種，(1)調整蝕刻的速度和選擇比，

(2)增加硬遮蔽物(Hard mask)，結果如 2.3.1 章節和 2.3.2 章節所示。

圖 2- 2、兩層結構: 上層(光阻)和下層(Oxide)

2.3.1 調整蝕刻的速度和選擇比

利 用 六 氟 化硫 (SF6, sulfur(VI) fluoride) 和 溴 化 氫 氣 (HBr, Hydrogen Bromide)來調整蝕刻速度和選擇比，目的是要減少高寬比(Aspect Ration)、

負載效應(Micro loading effect)和電漿損傷(Plasma Damage)的產生，使 結構成為垂直的形狀，不用受到其它因素所影響。

經由實驗發現調整蝕刻的速度和選擇比而且用二次蝕刻，再搭配硬遮蔽 物(Hard mask)來降低重覆的電漿損傷(Plasma Damage)會比較容易製造出垂 直 結 構 ， 第 一 步 驟 首 先 加 速 蝕 刻 速 度 ， 增 加 六 氟 化 硫 (SF6, sulfur(VI) fluoride)的百分比，經由實驗結果得知約原本的百分之 60%是最佳的條件(如圖 2-3 所示)，目的是用來加速的蝕刻使結構變直，但電漿一直轟擊會重覆將會 造成表面的光阻損壞，再加上側壁(sidewall)因蝕刻氣體的反應，產生聚合物 (polymer)來保護側壁，這個時候蝕刻氣體會往斜邊方向蝕刻反應，產生傾斜 (taper)的形狀;第二步驟降低溴化氫氣(HBr, Hydrogen Bromide)的百分比，

經由實驗結果得知約原本的百分之 20%是最佳的條件(如 2-4 所示)，目的是用 來減少蝕 刻 選 擇 比 ，降低側壁(sidewall)的保護作用來避免結構造 成 傾 斜 (taper)的形狀。

圖 2- 3、第一步驟:調整六氟化硫(SF6, sulfur(VI) fluoride)的百分比來增 加蝕刻速度

圖 2- 4、第二步驟:調整溴化氫氣(HBr, Hydrogen Bromide)的百分比來減少蝕 刻選擇比

2.3.2 增加硬遮蔽物(Hard mask)

本實驗在基材(substrate)添加硬遮蔽物，主要目的就是要來改善深寬比 (Aspect ratio)、 減 少 微 負 載 效 應 (Micro loading effect) 和 電 漿 損 傷 (Plasma Damage)等等負作用影響，再搭配調整蝕刻的速度及選擇比，實驗 結果是可以降低電漿損傷(Plasma Damage)和改善深寬比成功的製造出垂直 結 構(如 圖 2-5和2-6所示 )， 添加Oxide和WSix硬遮 蔽物 (Hard mask)來 做 比 較，雖然WSix硬遮蔽物的效果佳，但WSix材料不好去除，最後選擇Oxide來 當Hard mask的實驗條件，主要原因是，Oxide材料可用一般的BOE溶液(Si/SiO2 選擇比要高)就可去除乾淨。

圖 2- 5、參層結構: 上層(光阻)、中層(Oxide)和下層(Gate)

圖 2- 6、參層結構: 上層(光阻)、中層(WSix)和下層(Gate) Zoon in Zoon in

2.3.3 金屬誘發結晶製作方式

製作流程是先沈積約 1000Å 的 a-Si 膜厚，再鍍上 Ni 層厚度約 50A，經由 F 離子植入方式將 Ni 原子植入 a-si 薄膜內; 將試片上殘餘未消耗的鎳用硫酸清洗 30 分鐘去除 Ni 層，經退火再進行鎳誘發結晶。

經由 F 離子植入方式(Dose:2E14 / Engery:35kev / Source:F19)經由碰撞 方式將 Ni 原子植入 a-si 薄膜內 ，再用二次離子質譜儀(SIMS)來量測複晶矽薄膜 內的鎳殘餘量。利用氟離子植入的主要原因是希望藉由氟與矽原子形成鍵結來降 低捕陷密度，增加鈍化效果來改善薄膜電晶體元件的特性。

使用分析機台為 TOF-SIMS(Time-of-Flight-SIMS)，主要是因為複晶矽中的 鎳濃度相當低，儀器的偵測極限(detection limit)需要在 ppm 以下量測。而ㄧ 般 AES 與 ESCA 的偵測極限約在 0.1~5%，無法偵測到精確的鎳含量。而在 SIMS 之偵測極限可在 ppm~ppb(10¹²~10¹⁶atoms/cm³)，所以在分析 MIC 或 MILC 時是使用 SIMS 來作為縱深分析儀器。(如圖 2-7 所示[40])，結果顯示 Ni 原子確實是可以 被植入到 FSG layer。

圖 2- 7、鎳在複晶矽薄膜中之 SIMS 縱深成份分析和電性量測[40]

再利用不同溫度來確認金屬誘發結晶的長度，實驗條件有兩組，第一組 用 F 離子植入鎳金屬再用硫酸清洗 30 分鐘去除試片上殘餘未消耗的鎳; 第二組 直接鍍鎳金屬再進行退火完成後，將試片上殘餘未消耗的鎳金屬用硫酸清洗 30 分鐘去除，完成再進行有金屬誘發結晶，實驗溫度有四組。分別有 510、540、

570 和 600℃在不同時間所誘發結晶的長度。(如圖 2-8 所示)，經由實驗得 知，所需的溫度和時間來得到誘發結晶的長度，最後選擇 540℃、12 小時 所得到約 40um 的結晶長度，而結晶的長短和移動率(Mobility)是正相關。

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圖 2- 8、溫度 510、540、570 和 600℃在不同時間所對應誘發結晶的長度

2.3.4 垂直結構之 SEM 觀察

最後將針對垂直結構之確認，藉由 SEM(scanning electron microscopy) 的 cross section 觀察可得知這次的實驗的結果是成功的。(如圖 2-9 所示)

圖 2- 9、Cross section of vertical channel