新型TFT器件的模拟研究—Halo LDD多晶硅TFT的性质研究

摘要

随着近年来多晶硅薄膜晶体管(P-SiTFT)技术的不断发展，其应用越来越广泛，并逐渐被视为传统非晶硅薄膜晶体管(a-SiTFT)的理想替代品。相对于a-SiTFT，P-SiTFT有其明显的优势，如高迁移率、高速、高集成化，p型和n型导电模式，自对准结构以及耗电省、分辨率高等，在应用于显示领域时能提供更亮、更精细的画面。为提高P-SiTFT的性能，研究者提出了很多不同的器件结构，如Offset结构、源漏轻掺杂(LDD)结构、P-N-P型栅结构、双有源层结构、双栅结构、超薄有源层结构等。通过对这些结构的研究，TFT的某些性能可得到优化，影响其行为的一些不利因素可以被抑制，推动了TFT应用范围的扩展。 P-SiTFT的制造工艺和较为成熟的MOSFET制造工艺有很多不同。本文针对这些差别，介绍了P-SiTFT制备过程中的一些关键工艺步骤；并结合工作实际，利用半导体研究、制造企业常用的光发射显微镜(EMMI,Emission Microscopy)、扫描电子显微镜(SEM，ScanningElectronMicroscopy)和反应离子刻蚀(RIE，ReactiveIonEtch)等实验手段，对容易导致器件电学性能失效的栅氧层进行了可靠性和失效分析。 同其它半导体器件一样，P-SiTFT器件尺寸的不断缩小也将带来一些负面效应，如漏致势垒降低(DIBL)效应、热载流子效应(HCE)、漏极附近载流子碰撞电离等。这些现象在沟道长度接近2μm时已相当明显。本工作提出了P-SiTFT的一种新结构-HaloLDD结构，有效抑制了P-SiTFT的一些短沟道效应。论文首先研究了HaloLDDP-SiTFT的电学模型；在此基础上，利用工艺模拟软件Tsuprem4和器件模拟软件Medici，对新型HaloLDDP-SiTFT的阈值电压、I-V特性等电学性质进行了研究，并将其和常规结构的P-SiTFT，LDDP-SiTFT和HaloP-SiTFT的性质做了系统对比。比较结果表明HaloLDDP-SiTFT在抑制阈值电压下降及漂移，降低泄漏电流，抗热载流子效应等方面具有明显的优势。随后分析了HaloLDD结构的工艺条件，如LDD结构的注入剂量、长度，Halo结构的注入能量、注入角度、注入剂量等参数与阈值电压、阈值电压漂移、开态电流、关态电流、开关比等电学性能的关系，为优化器件参数提供了直接的依据。最后，简单介绍了P-SiTFT在液晶显示领域的应用和前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2 TFT的发展历史和研究现状

1.3TFT的工作原理和器件结构

1.3.1TFT的工作原理

1.3.2 P-Si TFT的常见结构

1.3.3 P-Si TFT的优势及新结构的提出

1.4本文的主要研究内容及其意义

第二章P-Si TFT的关键制造工艺

2.1多晶硅薄膜的制备技术

2.1.1直接淀积多品硅

2.1.2再结晶形成多晶硅

2.1.3下一代多晶硅制备技术

2.2栅绝缘层的形成

2.2.1栅氧化层的特性

2.2.2栅氧化层的制备技术

2.2.2栅氧化层的可靠性与失效分析实验

2.3掺杂与激活

2.4 Halo LDD P-Si TFT的工艺流程

2.5小结

第三章Halo LDD P-Si TFT阈值电压的研究

3.1 P-Si TFT的表面势模型

3.1.1短沟效应对P-Si TFT阈值电压的影响

3.1.2表面势模型

3.2 TFT阈值电压的求解

3.3 Halo LDD结构对阈值电压下降及漂移的抑制作用

3.3.1器件结构与陷阱模型

3.3.2Halo LDD结构对阈值电压的影响

3.3Halo结构的工艺参数对阈值电压的影响

3.4小结

第四章Halo LDD P-Si TFTI-V特性的研究

4.1 P-Si薄膜的晶界模型

4.1.2多晶硅薄膜的结构特点

4.1.2晶界模型对多晶硅电学参数的影响

4.2 Halo LDD P-Si TFT的漏电流模型

4.3 Halo LDD结构P-Si TFT I-V特性的模拟分析

4.3.1Halo LDD结构对泄漏电流的抑制作用

4.3.2Halo LDD结构对kink效应的抑制作用

4.4Halo LDD结构工艺参数对器件I-V特性的影响

4.4.1 LDD结构参数对器件I-V特性的影响

4.4.2Halo结构工艺参数对I-V特性的影响

4.5小结

第五章Halo LDD P-Si TFT在液晶显示中的应用

5.1引言

5.2TFT LCD结构和工作原理

5.3像素单元等效电路

5.3.1选通状态

5.3.2截止状态

5.4 TFTLCD技术的新进展

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期问发表的论文