低溫製作複晶矽薄膜電晶體活化技術之研究

Investigation of Dopant-Activation Scheme for Low-Temperature-Processed Poly-Silicon Thin-Film-Transistor

張家榮(Chia-Jung Chang)

國立虎尾科技大學/電機資訊學院/光電與材料科技研究所/碩士(2005年)

摘要

低溫複晶矽薄膜電晶體 (LTPS TFTs) 在許多方面上的應用是非常引
人注目的，例如記憶體、主動式液晶顯示器和數位相機等，原因是因為低
溫複晶矽薄膜電晶體具有很高的電子移動率 (field effect mobility)，且高於
非晶矽薄膜電晶體 100 倍以上。
在本實驗裡，吾人使用固相結晶法 (SPC) 和準分子雷射結晶法 (ELA)
的通道結晶方式與爐管活化 (FA) 和雷射活化 (LA) 的源/汲 (S/D) 極區
活化處理來製作四種不同的 N 通道低溫複晶矽薄膜電晶體元件，其最高製
程溫度不超過 600℃。首先吾人討論元件的串聯電阻對於元件電性的影響，
發現在 ELA/FA 的元件可獲得最好的電性特性，因為使用 ELA 方式可製作
低通道電阻 (Rch) 的複晶矽薄膜，而在接觸電阻 (Rsd)方面，雖然使用 LA
方式可以降低 S/D 的接觸電阻（Rsd），但它會造成額外的捕捉缺陷 (extra
trap-stste) 在 S/D 跟通道之間的介面，而使漏電流增加並使降低元件的其他
電性特性；使用 FA 方式則不會有額外的捕捉缺陷產生。在尺寸效應的探
討，由於 LA 會造成額外的捕捉缺陷，所以吾人發現在大通道長度 (Length)
跟小通道寬度 (Width)時， ELA/LA 元件特性會優於 ELA/FA 元件，因為此
時 ELA/LA 具有最少的額外捕捉缺陷。當進一步的加大雷射能量，因為
ELA/LA 元件會產生更多的額外捕捉缺陷，造成在任何尺寸時，其 ELA/FA
元件特性皆優於 ELA/LA 元件特性。
經過本實驗後，吾人可以知道 ELA/FA 方式可以製作一良好特性的元
件。當元件尺寸縮短後，LA 所產生的額外捕捉缺陷會對元件特性具有極大
的影響力，如漏電流上升、ON 電流下降和電子移動率下降。

並列摘要

Low-temperature poly-silicon thin film transistors (LTPS TFTs) is attractive for many
applications such as memory, active matrix liquid crystal displays (AMLCDs) and digital
cameras, because the electron mobility of LTPS TFTs is about l00 times than that of the
amorphous silicon (a-Si) TFTs.
We will fabricate four different LTPS TFTs, used the excimer laser annealing (ELA) and
solid phase crystallization (SPC) crystallized methods, and furnace activation (FA) and laser
activation (LA) methods. First, we discuss the device series resistance, we can see that the
best behavior in the EMA/FA TFTs. We Know the ELA and LA method can reduce channel
resistance (Rch) and contact resistance (Rsd). But the method has the extra interface trap state
density by LA method in the S/D, and they will induce larger leakage current and decreases
device characteristics. But FA method is not above phenomenon. In the dimension effect, the
extra interface trap state will be created by LA method, so for larger channel length and
smaller channel width in the ELA/LA TFTs get better electrical characteristics than ELA/FA
TFTs. When increasing larger laser energy density, this create more extra trap density in the
ELA/LA TFTs. Hence, the device has best behaviors at various channel dimensions in the
ELA/FA TFTs.
In this experiment, we know the ELA and FA methods can fabricate the best performance
devices. After device dimension scale down, the extra interface trap state density and channel
trap state density play an important role for device characteristics, such as increasing leakage
current, decreasing on current and decreasing mobility.

參考文獻

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