隨著智能手機(jī)和平板電腦的普及，人們要求平板顯示器具有更高的清晰度、更高的顯示頻率和更低的功耗。以銦鎵氮氧(IGZO)為代表的使用氧化物半導(dǎo)體的薄膜晶體管具有比常規(guī)使用的非晶硅更高的遷移率，使得更高的清晰度成為可能。此外，IGZO的平板顯示器生產(chǎn)線(xiàn)也允許使用非晶硅生產(chǎn)線(xiàn)，幾乎沒(méi)有改變。因此，越來(lái)越多的緊湊型面板使用氧化物半導(dǎo)體。他們對(duì)用于大型電視機(jī)的這種面板的需求預(yù)計(jì)在未來(lái)也會(huì)增加。

本文介紹了用μ-PCD方法對(duì)氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的遷移率和Vth漂移的評(píng)價(jià)結(jié)果。

氧化物半導(dǎo)體薄膜評(píng)價(jià)系統(tǒng)概述：

圖1顯示了所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)的一個(gè)例子。該系統(tǒng)的深度為5880毫米，寬度為2860毫米，高度為2550毫米。目前的系列涵蓋了從研發(fā)應(yīng)用(襯底尺寸：200×200mm)到G8.5襯底尺寸的范圍。

圖1 氧化物半導(dǎo)體薄膜評(píng)價(jià)體系

隨著基底尺寸的增大，如果使用傳統(tǒng)的系統(tǒng)，測(cè)量時(shí)間就會(huì)增加。因此，G5.5或更大尺寸的系統(tǒng)使用了涉及兩個(gè)測(cè)量頭的雙頭方法。圖2顯示了一個(gè)傳統(tǒng)的單頭和新設(shè)計(jì)的雙頭的配置。在每個(gè)配置中，舞臺(tái)沿x軸方向移動(dòng)，而頭是/頭沿Y軸方向移動(dòng)。雙頭結(jié)構(gòu)將y軸方向上的移動(dòng)量減少一半，縮短了G8.5基板的測(cè)量時(shí)間，從大約40分鐘縮短到20分鐘或更少。

圖2 傳統(tǒng)單頭和新雙頭的配置

μ-PCD測(cè)量原理：

當(dāng)用超過(guò)能帶隙的激光能量照射氧化物半導(dǎo)體薄膜時(shí)，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)并產(chǎn)生過(guò)量載流子。這些多余的載流子通過(guò)復(fù)合被湮滅，湮滅它們所需要的時(shí)間(壽命)取決于樣品的物理性質(zhì)。激光照射產(chǎn)生的過(guò)量載流子增加了樣品的電導(dǎo)率，改變了微波反射率，μ-PCD是一種根據(jù)微波反射率的時(shí)間變化來(lái)測(cè)量壽命的方法。

當(dāng)評(píng)估硅塊和晶片時(shí)，可以獲得足夠強(qiáng)的信號(hào)。然而，對(duì)于薄膜來(lái)說(shuō)，信號(hào)很弱。因此，氧化物半導(dǎo)體薄膜評(píng)估系統(tǒng)的微波檢測(cè)單元采用差分μ-PCD方法。這使得信噪比比傳統(tǒng)檢測(cè)方法高500倍。

圖3描述了使用微分μ-PCD方法的檢測(cè)單元的測(cè)量原理。振蕩的微波被分成一個(gè)信號(hào)波導(dǎo)和參考波導(dǎo)。信號(hào)波導(dǎo)下樣品區(qū)的載流子被激光激發(fā)。然后，檢測(cè)單元測(cè)量由過(guò)量載流子引起的反射率變化。來(lái)自信號(hào)波導(dǎo)的信號(hào)(圖中的“A”)除了包含由過(guò)量載流子引起的反射率變化的信號(hào)之外，還包含噪聲成分。另一方面，來(lái)自參考波導(dǎo)的信號(hào)(圖中的“B”)僅由噪聲分量組成。計(jì)算這兩個(gè)信號(hào)之間的差值(圖中的“A - B”)以消除噪聲分量，這使得能夠以高靈敏度檢測(cè)信號(hào)。

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圖3 氧化物半導(dǎo)體評(píng)價(jià)系統(tǒng)差分μ-PCD原理（A：信號(hào)+噪聲波，B：噪聲波）

利用μ-PCD評(píng)價(jià)氧化物半導(dǎo)體薄膜的方法：

圖4說(shuō)明了一個(gè)氧化物半導(dǎo)體的微波反射率的衰減曲線(xiàn)。在半導(dǎo)體薄膜中，衰減并不符合一個(gè)簡(jiǎn)單的指數(shù)行為。相反，一個(gè)逐漸的衰減發(fā)生在一半。換句話(huà)說(shuō)，衰減由兩個(gè)分量組成：即快速衰減分量和帶尾帶的慢衰減分量。

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圖4 氧化物半導(dǎo)體的微波反射率的衰減曲線(xiàn)

然而，快速衰減的壽命非常短，就像LTPS的情況，使得直接觀察變得困難。當(dāng)泵浦激光器的脈沖寬度相對(duì)于壽命足夠時(shí)，峰值與壽命成正比。因此，為了評(píng)價(jià)遷移率，本系統(tǒng)不是使用快速衰減的壽命值，而是使用峰值，這是可以很容易和準(zhǔn)確的測(cè)量。

映射測(cè)量的有效性：

隨著襯底尺寸的增加，在大規(guī)模生產(chǎn)線(xiàn)中遇到的問(wèn)題之一是整個(gè)襯底的薄膜質(zhì)量變化。測(cè)繪測(cè)量是有效的，因?yàn)閙ura可以很容易地在整個(gè)襯底上進(jìn)行評(píng)估。在圖5中，玻璃襯底被放置在目標(biāo)材料的正上方。薄膜沉積后，在整個(gè)襯底中測(cè)量峰值。這里，使用了兩種類(lèi)型的靶材料來(lái)確認(rèn)差異：即分割靶和無(wú)接縫的非分割靶。

圖5 目標(biāo)和玻璃基板的布置

結(jié)果

本文介紹了南通華林科納半導(dǎo)體的一種評(píng)價(jià)氧化物半導(dǎo)體薄膜的技術(shù)，并描述了作圖的有效性。本系統(tǒng)的使用使得能夠在制造薄膜晶體管之前評(píng)估氧化物半導(dǎo)體薄膜的遷移率和Vth偏移。此外，該系統(tǒng)允許以非接觸、非破壞性的方式進(jìn)行測(cè)繪測(cè)量，允許評(píng)估每個(gè)襯底內(nèi)的膜質(zhì)量的mura。該系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)可用于優(yōu)化制造氧化物半導(dǎo)體薄膜晶體管的工藝條件和提高大規(guī)模生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)量。未來(lái)的計(jì)劃包括獲得峰值和τ2的測(cè)繪測(cè)量結(jié)果，以及從在各種條件下沉積的薄膜獲得與薄膜晶體管特性的相關(guān)數(shù)據(jù):例如，薄膜沉積期間的氧濃度和退火溫度。

最后將努力為現(xiàn)有系統(tǒng)開(kāi)發(fā)這些技術(shù)，從而為平板顯示器市場(chǎng)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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