a-Silicon剩余厚度和TFT特性的关系研究

摘要：以Cl2+ SF6为刻蚀气体用RIE刻蚀机在200mtorr压力下刻蚀Channel部a-silicon。通过调整刻蚀时间,研究a-Silicon剩余厚度对tft特性的影响，并通过在线电学特性测试设备EPM对TFT器件电学特性进行测量和评估。在这里说明测试用的Glass，Channel部的a-Silicon是由三层物质L：a-Silicon、H：a-Silicon、和n+ a-Silicon按照21.74%、56.52%、21.74%的比例沉积而成。其中n+ a-Silicon是Channel部必须去除的部分，其余两部分才是影响TFT特性的因素，而TFT Channel的真正形成也是在L：a-Silicon层。所以整个实验过程中需要考虑一点是H：a-Silicon在全部a-Silicon（包含L：a-Silicon、H：a-Silicon、和n+ a-Silicon）中的比例，即所谓的H：a-Silicon% 。因为既要保证下面的L：a-Silicon层不受影响，同时还要保证上面的n+ a-Silicon曾被完全去除，所以实验中的时间选定必须从某个定点开始。实验结果说明当H：a-Silicon的剩余厚度为10.8%时TFT特性明显变差，那么可以保守的得出：在其它条件不变的情况下，H：a-Silicon的剩余厚度在a-Silicon总厚度的25%~45%范围之内时TFT器件的电学特性受到的影响很小；而H：a-Silicon剩余厚度少于a-Silicon总厚度的25%时TFT器件的电学特性变差，即工作电流变小、开启电压变大、漏电流和迁移率没有明显差异。

关键词:非晶硅；薄膜晶体管特性；工作电流；漏电流；开启电压；迁移率

中图分类号：TN32 文献标识码：A

Relationship of a-Silicon Remained Thickness and TFT Characteristic

ZHENG Zai-run,CUI Jie,DONG Yi-ping,LI Wei,LI Zheng-qin,LI Dou-xi

（Beijing BOE Optoelectronics Technology Co., Ltd. Beijing 100176, China ）

Abstract: Relationship of a-Silicon and TFT characteristic has been studied in SF6-Cl2 plasma at 200mtorr, the remained thickness of channel a-Silicon has been measured at different etch time, and the TFT characteristic have been measured by EPM System. Point out here, the a -Silicon of channel department from three layers of material L: a-Silicon, H: a-Silicon, and the n+ a-Silicon according to 21.74%, 56.52%,21.74% comparison deposition. but among them, the n+ a-Silicon is the part that the channel department has to clean, rest two part is the factor which influences TFT characteristic. So need to consider the case in the whole experiment process: the percent of H: a-Silicon in all the a-Silicon, namely so-called H: a-Silicon%. Because it is not only promising the n+ a-Silicon have to be all cleaned, but also prevent the L: a-Silicon below from attacking, so time in experiment's selection has to start from a certain fixed-point. Testing the result elucidation that remained thickness of H: a-Silicon is 10.8% while the TFT characteristic becomes to differ obviously. So draw a conclusion that the TFT characteristic hardly has relationship with remained thickness of H: a-Silicon whose in the range of 25%~45% of a-Silicon, and has been greatly affected while remained thickness of H: a-Silicon lower than 25% of a-Silicon.

Keywords：a-Silicon；TFT characteristic；on current；off current；threshold voltage；mobility

引言

随着信息社会的到来，信息显示技术及其相关产业迅速发展，面临着更多的机遇和挑战。液晶显示器(LCD)因具有轻巧便携、低功耗和易集成等特点而得到广泛应用。信息量的迅速增加，以及信息的产生和摄取方式的日益多样化对显示技术也不断提出更高的要求。适应这种要求，非晶硅薄膜晶体管液晶显示器(a-Silicon TFT LCD) 以其大容量、高清晰度和高品质全彩显示成为目前平板显示技术的主导和研究开发热点。而a-Silicon TFT作为阵列的开关元件，其良好的性能对LCD的显示质量是至关重要的。H：a-Silicon TFT在TFT LCD中充当像素开关器件，导电沟道在H：a-SiNx /H：a-Silicon界面形成。场效应迁移率和开启电压都与H：a-Silicon材料的局域态密度和厚度有直接关系。因此我们提出通过研究Channel部H：a-Silicon剩余厚度和TFT特性的关系来改善LCD的性能。本文中将介绍通过在线使用的电学特性测试设备对基板不同位置TFT器件电学性能的测试，可获得阈值电压、电流开关比以及性能均匀性等信息，这样可为工艺条件的改进提供依据。

1实验原理

电学特性测试设备是TFT-LCD前工序完成后的抽样检测设备,通过对有代表性的TFT器件电学参数的测量对array工艺生成的TFT阵列的电学特性进行整体评估。 它是巨大的万用表系统，可以测量电压、电流、电容、电阻等多个项目。做法是把Data Head 联接到Gate Pad上，，Pixel Head 联接到像素中间的ITO上 ，这样就可以测量出像素区域和面板周边TEG区域的I-V曲线。

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2实验

实验采用的是RIE模式反应离子刻蚀机，玻璃是按照5 Mask工艺沉积各层结构，在a-Silicon 刻蚀时候改变刻蚀时间进行刻蚀。

试玻璃尺寸 ：1，100×1，300 mm (17inch 5 Mask)

玻璃 ID: Test 1: （刻蚀时间 43s）

Test 2: （刻蚀时间 53s）

Test 3: （刻蚀时间 63s）

Test 4: （刻蚀时间 73s）

测试设备：（1）a-Silicon厚度测量设备

（2）电学特性测量设备

3 结果与讨论

3.1测试结果

通过以上测试结果，利用电学特性测试设备测试刻蚀时间43s、53s、63s、73s的Glass TFT电学特性，得到以下数据，结果如表1和图1所示。

工作电流 ：TFT工作电流，选定为Vg=15V时的漏极电流。Pass条件：>1.2μA。如果工作电流过低，会导致充电时间过长、充电不完全、灰度级下降等。

漏电流 ：反向截止电流(漏电流)，选定为Vg=-8V时的漏极电流。Pass条件：

threshold voltage ：开启电压，漏极电流随Vg增加最快点的栅极电压。Pass条件：0

mobility ：迁移率，定义为载流子在单位电压条件下的迁移速率。Pass条件：>0.3cm2/V・s。迁移率直接影响TFT开关速度，TFT器件大小，开口率和显示分辨率。

从表1和图1可以看出：在a-Silicon刻蚀时间为43s、53s、63s时，TFT特性没有明显变化，而当在a-Silicon刻蚀时间为73s时， TFT特性发生明显的下降趋势：工作电流变小、开启电压变大、漏电流和迁移率没有明显差异。

3.2 测试结论

利用厚度测量设备测试得到H：a-Silicon在刻蚀结束后的剩余厚度，并根据沉积时候a-Silicon的总厚度得到H：a-Silicon所占的百分比。

在这里需要强调的是，TFT开关器件中，为了消除金属电极与非晶硅之间的肖特基势垒对电流的调制效应，需在二者之间淀积一层n+ a-Silicon过渡层而形成欧姆接触。Channel部的a-Silicon是由三层物质L：a-Silicon、H：a-Silicon、和n+ a-Silicon按照21.74%、56.52%、21.74%的比例沉积而成。其中n+ a-Silicon是Channel部必须去除的部分，其余两部分才是影响TFT特性的因素，所以整个实验过程中需要考虑一点是H：a-Silicon在全部a-Silicon（包含L：a-Silicon、H：a-Silicon、和n+ a-Silicon）中的比例，即所谓的H：a-Silicon% 。因为既要保证下面的L：a-Silicon层不受影响，同时还要保证上面的n+ a-Silicon曾被完全去除，所以实验中的时间选定必须从某个定点开始。对以上测试结果进行分析，得出TFT电学特性的变化结果，结果如表2和图2所示。

从表2和图2可以看出这样的结果，在其它条件不变的情况下，刻蚀时间为43s、53s、63s时TFT器件的电学特性比较稳定，变化很微小；而刻蚀时间为73s的时候TFT器件的电学特性比较明显变化，性能变差。再根据刻蚀速率折算出H：a-Silicon的比例，现在可以很保守的得到以下结论：H：a-Silicon的剩余厚度在25%~45%范围之内时TFT器件的电学特性受到的影响很小；而H：a-Silicon剩余厚度少于a-Silicon总厚度的25%时TFT器件的电学特性变差，即工作电流变小、开启电压变大、漏电流和迁移率没有明显差异。

4结论

（1）Channel部a-Silicon的剩余厚度和TFT的特性有着直接的很大的关系。

(2）H：a-Silicon的剩余厚度在一定范围内时（25%~45%），TTF特性较好，即工作电流较大，可以快速完全的充电，提高灰度级；漏电流较小，提高TFT的电压保持特性；开启电压较小，有利于控制信号快速有效的加载；迁移率较大，直接影响TFT的开关速度，TFT器件大小，开口率和显示分辨率。

(3）H：a-Silicon的剩余厚度超出一定范围时（＜25%），TTF特性变差，即工作电流变小，开启电压变大。

参考文献

[1]TFT-LCD Equipment Report, 2006 Display Search, NPD Group Company.

[2]S. Wolf, Silicon Processing for the VLSI Era.

[3]Plasma Etching of Refractory Metals (W, Mo, Ta) and Silicon in SF6 and SF6/O2 An Analysis of the Reaction Products.

[4]郭维廉.硅-二氧化硅界面物理[M].北京:国防工业出版社.1982.

[5]袁剑峰， 杨伯梁 ，朱永福等.高性能a-Si∶H TFT开关器件的研制[J].液晶与显示，1999，14（3）.省略；

李伟(1980-),男，辽宁人，本科，毕业于北京化工大学，现就职于北京京东方光电科技有限公司Array技术部，从事TFT-LCD Array Dry Etch技术工艺/硬件方面的研究工作，E-mail: webaim@boe.省略；

崔捷（1981-），男，山西人，本科，毕业于北京理工大学，现就职于北京京东方光电科技有限公司Array技术部，从事TFT-LCD Array Dry Etch技术工艺/硬件方面的研究工作，E-mail: cuijie196810719@126.省略。

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