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以綠光奈秒雷射結晶製備具晶界控制之低溫多晶矽薄膜電晶體之研究

為了解決GLC200 保養的問題，作者陳彥儒 這樣論述：

在元件微縮的趨勢下，面臨到的是連接延遲(Interconnect Delay)和能量耗損(Power Consumption)的現象越來越嚴重，然而應用三維積體電路(Three-Dimensional Integrated Circuits, 3-D ICs)能有效減緩這個問題。在製造三維積體電路的方法中，積層型(Monolithic Stacking)具有優秀的曝光對準度和容易導通(Via)製程，因此有著較高的潛力實現高性能三維積體電路，其中又以低溫多晶矽薄膜電晶體(LTPS TFTs)具備應用於積層型技術的潛力。綠光雷射結晶(GLC)在製備低溫多晶矽薄膜電晶體的技術中受到廣泛關注，這是因

其具有製程時間短而簡易的方式製備高品質多晶矽薄膜的優勢，卻因矽薄膜在各處的晶粒大小不一致，且晶界(Grain Boundary, GB)隨機分佈於通道區域內，導致較低的電子遷移率(Electron Mobility)及元件間的均勻性(Uniformity)。因此，在本篇論文中我們將利用凹陷形通道結構(Recessed Channel Structure, RCS)之矽薄膜，在綠光雷射結晶過程中進行一維晶界位置控制之橫向晶粒成長，藉此製作高性能與高均勻性n型通道矽薄膜電晶體之元件。本篇論文先探討不同凹陷通道寬度以及雷射功率對凹陷通道結構之矽薄膜在進行雷射退火結晶時的影響，並在適當條件下能使垂直晶

界(Perpendicular GB)在凹陷區中央處形成，卻也發現垂直晶界在雷射沿著平行晶圓平邊方向掃(Parallel to Wafer Flat Edge)時，會有不同程度的偏移，這是因為綠光雷射光源能量為高斯分佈，在短軸僅40微米的寬度下有著陡峭的熱梯度條件，與凹陷通道結構本身有的水平溫度梯度加之下的偏移結果；然而，將雷射方向改成沿著垂直平邊掃(Perpendicular to Wafer Flat Edge)時，雖避免了主晶界偏移之情形，卻也發現長軸能量也為高斯分佈的綠光雷射光源，會產生薄膜能量照射不均之情形，部分凹陷通道內所接受到的能量不足而產生小晶粒區域。綜合以上研究所得，本篇論文

採用凹陷區域寬度為1.5微米之結構與雷射功率6.5瓦的條件，並採用沿著平行掃的雷射方向來製備n型通道矽薄膜電晶體，在分別對元件通道位置採用三種偏移量(0μm, 0.2μm, 0.4μm)，探討垂直主晶界對元件的裂化影響。結果顯示，能完全避開主晶界的偏移量0.4μm之元件，其平均電子遷移率(Electron Mobility, μ)可達328.29 cm2 V-1 s-1，且在重要電性參數中，包括亞閾值擺幅(Subthreshold Swing, S.S.)以及閾值電壓(Threshold Voltage, Vth)皆有著極低的標準差(Standard Deviation, SD)，意味著元件間

的彼此差異性降低，相較於沒有做任何結構的傳統平面綠光雷射結晶矽薄膜電晶體之元件表現，有著大幅度的均勻性提升與電性表現提升。綜合以上所述，採用凹陷型通道結構之矽薄膜電晶體搭配綠光雷射結晶技術，在適當的寬度以及能量條件下，可製備電性均勻度表現更集中以及高電子遷移率之n型通道矽薄膜電晶體，有利於3-D ICs上的整合應用等相關領域，其具備極大的發展潛力。