CN105223420B - 用于测量接触电阻的tft及接触电阻的测量方法 - Google Patents

用于测量接触电阻的tft及接触电阻的测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于测量接触电阻的TFT及接触电阻的测量方法，该TFT包括有源层、栅极和栅极绝缘层，有源层上设有沟道和至少三个掺杂区，两个掺杂区之间通过沟道连接，在测量接触电阻时，以其中两个掺杂区作为测试点进行测量；栅极与沟道对应设置；栅极绝缘层用于隔离有源层和栅极。本发明均一性好，制程、成膜质量以及界面性质最大程度的相似，提高了测量准确性，同时节省了分布区域，提高了试验区域的利用率。

Description

用于测量接触电阻的TFT及接触电阻的测量方法
技术领域
本发明涉及TFT技术领域，特别是涉及一种用于测量接触电阻的TFT及接触电阻的测量方法。
背景技术
Thin-Film-Transistor(TFT)器件是目前半导体行业最广泛的应用，在显示、传感器以及芯片等行业有大量的应用。对于场效应电晶体的研究主要包括稳定性以及功能性。
TFT是一个三极管，包括栅极(Gate)、源极(Source)以及漏极(Drain)，当栅极电压超过起始电压(Vth)时，有源层在栅极电压作用下发生载流子聚集以及能带弯曲，形成导电沟道，这时如果在源漏极之间施加一个不为零的电压，则导电沟道中的载流子就能在该电压的作用下产生定向移动，从而形成电流，这就是TFT器件作为驱动的基本原理。
根据物理公式：I＝U/R，当电压一定时，电阻越大，电流越小。在TFT的研究中，如何在较低的Vds下获得较大的电流的导通电流一直是最核心的问题，这就要求尽量的降低源、漏极之间的电阻。由于一般的源、漏极采用金属制作，而半导体材料一般为非金属材料，故在源、漏极与半导体的界面处会有接触电阻的存在，这是由于制程方面对界面的处理以及金属半导体材料的功函数的差异，因此，沟道电阻跟接触电阻的机制是不同的，在研究中，常常要把两种电阻分开来进行研究。但是，一个TFT器件制作完成后就成为一体的，根据I-V曲线总是得到接触电阻和沟道电阻的总和：
RTotal＝RC+RL，RL＝kL(k为常数)Rtotal＝Rc+kL＝Vds/Ids
其中，RC为接触电阻，RL为沟道电阻，L为TFT中沟道的长度。采用上述公式所述的模型，只要量测不同L的器件，最后做RTotal-L图形，该直线在纵轴的截距即为所求的RC(如图1所示)，这种方法称为TLM(The Transmission Line Modeling Method)方法。
现有技术中，采用TLM法获取接触电阻时，需要制作多个不同L的TFT器件(如图2所示)，因此，TFT器件制作的均一性会对最终结果产生影响；TFT的分布区域比较大，因而占用的实验区域较大，实验区域利用率较低；多个TFT器件的制作会涉及到界面状态以及工艺制程的重复性的影响。
发明内容
本发明提供一种用于测量接触电阻的TFT及接触电阻的测量方法，能够解决现有技术存在使用多个器件进行测量导致的均一性差而使测量结果不准确的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于测量接触电阻的TFT，该TFT包括有源层、栅极和栅极绝缘层。所述有源层上设有沟道和至少三个掺杂区，两个所述掺杂区之间通过沟道连接，在测量接触电阻时，以其中两个所述掺杂区作为测试点进行测量。栅极与所述沟道对应设置。栅极绝缘层用于隔离所述有源层和所述栅极。
其中，所述掺杂区为所述TFT的电极，两个所述电极之间的距离为沟道长度。
其中，其中两个所述掺杂区位于所述有源层的两端。
其中，所述有源层上设有四个掺杂区。
其中，每两个相邻的所述掺杂区之间的沟道长度均相异。
其中，所述有源层由有机半导体材料制成，所述掺杂区为N型掺杂区或者P型掺杂区。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种接触电阻的测量方法，该测量方法包括以下步骤：被测量的TFT的有源层上设有沟道和至少三个掺杂区，两个所述掺杂区之间通过沟道连接，以其中两个所述掺杂区作为测试点进行测量，以获取该两个测试点之间的总电阻。在被测量的所述TFT上，更换测试点以改变沟道长度，测量并获取更换后的两个测试点之间的总电阻，其中，所述沟道长度为两个所述掺杂区之间的距离。根据至少两次的测量数据做出沟道长度与所述总电阻的关系图，并根据所述关系图获得接触电阻。
其中，以其中两个所述掺杂区作为测试点进行测量，以获取该两个测试点之间的总电阻，的步骤中，测量的是该两个测试点之间的电压值和电流值，通过公式：Rtotal＝Vds/Ids获取所述总电阻，其中，Rtotal为总电阻，Vds为所述两个测试点之间的电压值，Ids为该两个测试点之间的电流值。
其中，在所述被测量的TFT上，更换测试点以改变沟道长度，测量并获取更换后的两个测试点之间的总电阻的步骤中，更换测试点为更换其中一个测试点，或者同时更换两个测试点。
其中，根据至少两次的测量数据做出沟道长度与所述总电阻的关系图，并根据所述关系图获得接触电阻的步骤中，根据公式：Rtotal＝RC+RL和RL＝kL做出所述沟道长度与所述总电阻的关系图，其中，RC为接触电阻，RL为沟道电阻，k为常数，L为沟道长度。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过在TFT的有源层上设至少三个掺杂区，测量接触电阻时，选择其中两个掺杂区作为测试点形成测试点组来进行测试，再通过选择不同的测试点组来改变沟道的长度，从而可以测得不同的沟道的长度下的多组总电阻值，从而实现了在一个TFT器件上获取多组测量数据，而无需制作多个TFT器件，本发明在一个TFT可以最大限度地将不同沟道长度的器件整合在同一位置，均一性好，使其制程、成膜质量以及界面性质最大程度的相似，提高了测量准确性，同时节省了分布区域，提高了试验区域的利用率。
附图说明
图1是接触电阻和沟道电阻的总和与沟道长度的关系图；
图2是现有技术测量接触电阻所需的TFT器件的结构示意图；
图3是本发明一种用于测量接触电阻的TFT实施例的俯视结构示意图；
图4是本发明一种用于测量接触电阻的TFT实施例的截面的层状结构示意图；
图5是本发明接触电阻的测量方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
请参阅图3和图4，图3是本发明一种用于测量接触电阻的TFT实施例的俯视结构示意图；图4是本发明一种用于测量接触电阻的TFT实施例的截面的层状结构示意图。
本发明提供了一种用于测量接触电阻的TFT，该TFT包括有源层、栅极300和栅极绝缘层500。
其中，有源层上设有沟道100和至少三个掺杂区200，两个掺杂区200之间通过沟道100连接，在测量接触电阻时，以其中两个掺杂区200作为测试点进行测量。
栅极300与沟道100对应设置。
栅极绝缘层500用于隔离有源层和栅极300。
在测量接触电阻的时候，选择其中两个测试点作为一个测试点组来进行测量以获取该两个测试点之间的总电阻，再更换测试点以改变两个测试点之间的沟道的长度来进行测量，从而可以获得不同沟道的长度下的总电阻值。通过获取至少两个沟道的长度的总电阻值，即可做出如图1所示的直线，从而可以根据图中直线与纵轴的交点得出接触电阻的值。当然，测量的测试点组越多，获得的数据越多，最终所得出的接触电阻的值就越精确。
区别于现有技术，本发明通过在TFT的有源层上设至少三个掺杂区，测量接触电阻时，选择其中两个掺杂区作为测试点形成测试点组来进行测试，再通过选择不同的测试点组来改变沟道的长度，从而可以测得不同的沟道的长度下的多组总电阻值，从而实现了在一个TFT器件上获取多组测量数据，而无需制作多个TFT器件，本发明在一个TFT可以最大限度地将不同沟道长度的器件整合在同一位置，均一性好，使其制程、成膜质量以及界面性质最大程度的相似，提高了测量准确性，同时节省了分布区域，提高了试验区域的利用率。
请继续参阅图1和图4，本实施例的TFT包括衬底400、栅极300、栅极绝缘层500以及有源层。
其中，衬底400可以是玻璃基板，该玻璃基板具有好的热稳定性，从而能在多次高温工艺之后保持性质稳定。由于TFT制造工艺中用到的化学药品很多，因而，该玻璃基板需具有很好的化学耐药性。该玻璃基板还需要具有足够的机械强度，还需要有很好的精密机械加工特性以及要有优良的电学绝缘特性。
栅极300设在缓冲层之上，栅极300与沟道100对应设置，栅极300通常采用铝以及铝合金等材料形成。
栅极绝缘层500覆盖在栅极300之上，栅极绝缘层500可以为一层，该层栅极绝缘层500可以是SiO，SiN或AlO，厚度在175-300nm左右。在其它实施例中，栅极绝缘层500还可以设为两层，第一层是SiO2膜，为了提高膜的质量，在SiO2膜上增加了第二层SiNx。
有源层包括沟道100和掺杂区200，其中，沟道100由有机半导体材料形成在栅极绝缘层500之上，再通过离子注入法，在沟道100上形成掺杂区200，掺杂区200为该TFT的电极，即源极或者漏极，两个电极之间的距离为沟道长度，掺杂区200可以是N型掺杂区或者P型掺杂区。
本实施例的掺杂区200有四个，该四个掺杂区间隔设置在沟道100上，其中的两个掺杂区200设在有源层的两端，其余两个掺杂区200设在有源层的中部。在本实施例中，每两个相邻的掺杂区200之间的沟道长度均相异。
值得一提的是，在其它实施例中，每两个相邻的掺杂区200之间的沟道长度可以均相等，也可以是至少有两个相邻的掺杂区200之间的沟道长度相异，只要能实现在选择不同的测试点组时能获得至少两种不同的沟道长度即可。
举例而言，本实施例的四个掺杂区200分别是掺杂区201、掺杂区202、掺杂区203和掺杂区204。该四个掺杂区200间隔设置在沟道100上，其中，掺杂区201和掺杂区204分别设在有源层的两端，掺杂区202和掺杂区203设在有源层的中部，其中，掺杂区201和掺杂区202之间的沟道长度为沟道101的长度，掺杂区202和掺杂区203之间的沟道长度为沟道102的长度，掺杂区203和掺杂区204之间的沟道长度为沟道103的长度，如图3所示，沟道101、沟道102和沟道103的长度分别为L1、L2和L3，并且，在本实施例中，L1≠L2≠L3。
本实施例在测量的时候，可以选择的测试点组有：
(1)掺杂区201与掺杂区202，沟道长度为L1。
(2)掺杂区201与掺杂区203，沟道长度为L1+L2。
(3)掺杂区201与掺杂区204，沟道长度为L1+L2+L3。
(4)掺杂区202与掺杂区203，沟道长度为L2。
(5)掺杂区202与掺杂区204，沟道长度为L2+L3。
(6)掺杂区203与掺杂区204，沟道长度为L3。
测量接触电阻的时候，通过测量上述测试点组之间至少两组测试点组的总电阻值，例如，测量上述六组的测试点组的总电阻值，可以精确地画出沟道长度与总电阻值之间的关系的直线，从而可以获得接触电阻。
本实施例中，一个TFT即可获得如图2所示的六个TFT的测试数据。
当然，测试点组越多，能获得的测量数据就越多，所作出的沟道长度与总电阻值之间的关系的直线就越精确。本发明的掺杂区200的个数为四个，或者更多。当为四个的时候，完全符合TLM法所要求的数据点数目，当掺杂区200的个数为五个的时候，可以获得多达10个测试点组。在实际制作中，可以根据不同的数据需要来定测试点的数目，即掺杂区200的个数，这样的器件的设计，可以最大限度地将不同沟道长度的器件整合在同一位置，使其制程、成膜质量以及界面性质最大程度的相似，以期得到最接近实际材料的性能。
值得一提的是，本实施例的TFT除了可以是上述方法的测量接触电阻的样品之外，还可以是其它方法测量接触电阻的样品，例如四探针法，从而可以通过不同的方法对试验结果进行确认，保证了数据的可信度。
本实施例的TFT为底栅极结构的TFT，栅极300设在沟道100的下方，值得一提的是，本发明还适用于顶栅极结构的TFT。
请参阅图5，图5是本发明接触电阻的测量方法实施例的流程示意图。
本发明提供的接触电阻的测量方法包括以下步骤：
S101，被测量的TFT的有源层上设有沟道和至少三个掺杂区，两个掺杂区之间通过沟道连接，以其中两个掺杂区作为测试点进行测量，以获取该两个测试点之间的总电阻。
具体而言，步骤S101中选择两个测试点之后进行测量的是该两个测试点之间的电压值和电流值，通过公式：Rtotal＝Vds/Ids获取总电阻，其中，Rtotal为总电阻，Vds为两个测试点之间的电压值，Ids为该两个测试点之间的电流值。
例如，请结合参阅图3，选择掺杂区201和掺杂区202作为测试点进行测量。此时，测量出的总电阻Rtotal1为接触电阻和沟道长度为L1时的沟道电阻之和。
S102，在被测量的TFT上，更换测试点以改变沟道长度，测量并获取更换后的两个测试点之间的总电阻，其中，沟道长度为两个掺杂区之间的距离。
步骤S102中，更换测试点为更换其中一个测试点或者同时更换两个测试点，只要能改变沟道长度即可。
例如，请结合参阅图3，选择掺杂区201和掺杂区203作为测试点进行测量。此时，测量出的总电阻Rtotal2为接触电阻和沟道长度为L1+L2时的沟道电阻之和。
值得一提的是，测试的数据越多，所得的测量结果就越精确。举例而言，本实施例可以再测量掺杂区201与掺杂区204之间的总电阻值，此时，测量出的总电阻Rtotal3为接触电阻和沟道长度为L1+L2+L3时的沟道电阻之和。
此外，还可以选择掺杂区202以及掺杂区203，和/或者掺杂区202以及掺杂区204，和/或掺杂区203以及掺杂区204，因此最多可以测出六组数据。
S103，根据至少两次的测量数据做出沟道长度与总电阻的关系图，并根据关系图获得接触电阻。
具体而言，沟道长度与总电阻的关系图是根据以下公式做出：Rtotal＝RC+RL和RL＝kL，其中，RC为接触电阻，RL为沟道电阻，k为常数，L为沟道长度，由该公式可知，当L＝0时，RL＝0，此时Rtotal＝RC。
举例而言，沟道长度与总电阻的关系图中，以沟道长度作为横坐标，总电阻作为纵坐标。当选择了掺杂区201和掺杂区202作为一个测试点组时，Rtotal1的值由Rtotal＝Vds/Ids可得，从而可以在沟道长度与总电阻的关系图中描出一个点(L1，Rtotal1)。同理，当选择了掺杂区201和掺杂区203作为一个测试点组时，可以描出(L1+L2，Rtotal2)，该两点可以确定总电阻与沟道长度的关系的直线。该直线与纵坐标的交点(L0，Rtotal0)，即沟道长度L0＝0的时候的总电阻值，即接触电阻RC。
描出两个点即可确定总电阻与沟道长度的关系的直线，当然，描出的点数越多，所做出的直线就越精确。
例如，本实施例还可以描出(L1+L2+L3，Rtotal3)、(L2，Rtotal4)、(L2+L3，Rtotal5)和(L3，Rtotal6)等六个点，再根据该六个点绘出总电阻与沟道长度的关系的直线，该直线与纵轴的交点的值即接触电阻的值。
本发明可以在一个TFT器件上获取多组测量数据，而无需制作多个TFT器件，由于在一个TFT可以最大限度地将不同沟道长度的器件整合在同一位置，均一性好，使其制程、成膜质量以及界面性质最大程度的相似，所以能提高测量准确性。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于测量接触电阻的TFT，其特征在于，包括：
有源层，所述有源层上设有沟道和至少三个掺杂区，两个所述掺杂区之间通过沟道连接，在测量接触电阻时，以其中两个所述掺杂区作为测试点进行测量，所述掺杂区通过离子注入法在所述沟道上形成，所述掺杂区为所述TFT的电极，两个所述电极之间的距离为沟道长度，其中两个所述掺杂区位于所述有源层的两端，每两个相邻的所述掺杂区之间的沟道长度均相异，所述有源层由有机半导体材料制成，所述掺杂区为N型掺杂区或者P型掺杂区；
栅极，与所述沟道对应设置，形成所述栅极的材料为铝和铝合金中的至少一种；
栅极绝缘层，用于隔离所述有源层和所述栅极，所述栅极绝缘层包括SiO2膜以及形成在所述SiO2上的SiNx膜。
2.根据权利要求1所述的TFT，其特征在于，所述有源层上设有四个掺杂区。
3.一种TFT的接触电阻的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
被测量的TFT的有源层上设有沟道和至少三个掺杂区，两个所述掺杂区之间通过沟道连接，所述掺杂区通过离子注入法在所述沟道上形成，所述掺杂区为所述TFT的电极，两个所述电极之间的距离为沟道长度，其中两个所述掺杂区位于所述有源层的两端，每两个相邻的所述掺杂区之间的沟道长度均相异，所述有源层由有机半导体材料制成，所述掺杂区为N型掺杂区或者P型掺杂区，以其中两个所述掺杂区作为测试点进行测量，以获取该两个测试点之间的总电阻；
在被测量的所述TFT上，更换测试点以改变沟道长度，测量并获取更换后的两个测试点之间的总电阻，其中，所述沟道长度为两个所述掺杂区之间的距离；
根据至少两次的测量数据做出沟道长度与所述总电阻的关系图，并根据所述关系图获得接触电阻。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，以其中两个所述掺杂区作为测试点进行测量，以获取该两个测试点之间的总电阻，的步骤中，测量的是该两个测试点之间的电压值和电流值，通过公式：Rtotal＝Vds/Ids获取所述总电阻，其中，Rtotal为总电阻，Vds为所述两个测试点之间的电压值，Ids为该两个测试点之间的电流值。
5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在所述被测量的TFT上，更换测试点以改变沟道长度，测量并获取更换后的两个测试点之间的总电阻的步骤中，更换测试点为更换其中一个测试点，或者同时更换两个测试点。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，根据至少两次的测量数据做出沟道长度与所述总电阻的关系图，并根据所述关系图获得接触电阻的步骤中，根据公式：Rtotal＝RC+RL和RL＝kL做出所述沟道长度与所述总电阻的关系图，其中，RC为接触电阻，RL为沟道电阻，k为常数，L为沟道长度。
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