一種TFT製程工藝的電學性能測試方法與流程
2023-10-20 02:58:42 1
本發明涉及顯示技術領域，特別是指一種TFT製程工藝的電學性能測試方法。
背景技術：
目前，薄膜電晶體器件(TFT器件)是液晶顯示器中的一個關鍵組成部件，用來主動控制每一個顯示像素，多個TFT組成的陣列系統就構成了一個TFT液晶玻璃。TFT器件是一個三端器件，其在LCD中充當開關的作用，利用施加於柵極的電壓來控制源極、漏極之間的電流，從而達到開啟或關閉顯示像素的作用。
隨著器件小型化的發展，器件溝道越來越短，其工藝難度也隨之增加，在柵極部分存在柵源重疊區域和柵漏重疊區域，因此衡量TFT器件的溝道特性也越來越困難。現有技術主要利用掃描電子顯微鏡和透射電鏡等來獲得器件溝道處的影響，但這難以定量的來分析TFT器件溝道處的工藝水平及製程損失對器件的影響，進而無法對製程工藝提出管控與改進。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提出一種TFT製程工藝的電學性能測試方法，通過得到TFT器件溝道不均勻損傷及缺陷的定量分析，從而解決無法對TFT器件製程工藝提出管控與改進的問題。
基於上述目的本發明提供的一種TFT製程工藝的電學性能測試方法，包括：
將TFT器件的第一極接地；
使TFT器件工作於線性區，對所述TFT器件的控制極施加第一電壓，測量所述TFT器件的第二極的第一電容值；對所述控制極施加第二電壓，測量所述第二極的第二電容值，所述第一電容值與所述第二電容值的差作為線性區電容變化值；
對所述第二極施加飽和電壓，使TFT器件工作於飽和區，對所述控制極施加所述第一電壓，測量所述第二極的第三電容值，對所述控制極施加所述第二電壓，測量所述第二級的第四電容值，所述第三電容值和所述第四電容值的差值作為飽和區電容變化值；
改變所述飽和電壓的大小，測量相應的飽和區電容變化值；
記錄每組飽和區電容變化值與線性區電容變化值的比值，建立所述比值與對應的所述飽和電壓的函數關係，獲得與斜率拐點對應的所述比值；
根據斜率拐點對應的所述比值，求得所述第二極與所述控制極重疊區域的損傷比重。
在本發明的一些實施例中，所述控制極為柵極；
所述第一極為源極，所述第二極為漏極；或所述第一極為漏極，所述第二極為源極。
在本發明的一些實施例中，包括：
將斜率拐點對應的所述比值與1的差值作為所述第二極與所述控制極重疊區域的損傷比重。
在本發明的一些實施例中，所述斜率拐點等於預設的斜率閾值。
在本發明的一些實施例中，在所述TFT器件工作於飽和區時，還包括：
在所述飽和區內選取所述第二極上等於或大於預設飽和電壓閾值的每組飽和電壓間隔大於所述第二極上小於預設飽和電壓閾值的每組飽和電壓間隔。
在本發明的一些實施例中，還包括：
所述的預設飽和電壓閾值小於所述斜率拐點對應的飽和電壓。
在本發明的一些實施例中，包括：
所述TFT器件工作於線性區時所述控制極施加的第一電壓持續時間與所述TFT器件工作於飽和區時所述控制極施加的第一電壓持續時間相同；
所述TFT器件工作於線性區時所述控制極施加的第二電壓持續時間與所述TFT器件工作於飽和區時所述控制極施加的第二電壓持續時間相同。
在本發明的一些實施例中，包括：
將所述飽和電壓作為坐標軸的橫坐標，所述比值作為坐標軸的縱坐標，建立所述比值與對應的所述飽和電壓的函數關係。
在本發明的一些實施例中，包括：
對所述第二極施加線性電壓，使TFT器件工作於線性區。
在本發明的一些實施例中，將TFT器件的第一極接地之前，還包括：
將TFT器件放置於探針臺上，接入半導體參數儀。
從上面所述可以看出，本發明提供的一種TFT製程工藝的電學性能測試方法，可以使TFT器件工作於線性區，獲得第二級線性區電容變化值；可以使TFT器件工作於飽和區，獲得多組第二級飽和區電容變化值；通過建立每組飽和區電容變化值與線性區電容變化值的比值和對應的飽和電壓的函數關係，獲得與斜率拐點對應的比值，進而求得第二極與控制極重疊區域的損傷比重。可以看出，本發明提出了可以衡量液晶顯示驅動器件TFT製程工藝的電學性能測試方法，得到器件溝道不均勻損傷及缺陷的定量分析，進而管控及改善TFT器件的工藝製程。
附圖說明
圖1為本發明一種實施例中TFT製程工藝的電學性能測試方法的流程示意圖；
圖2為本發明實施例中薄膜電晶體TFT器件的結構示意圖；
圖3為本發明實施例中薄膜電晶體TFT器件溝道處產生夾斷點的結構示意圖；
圖4為本發明實施例中薄膜電晶體TFT器件溝道處夾斷點移動的結構示意圖；
圖5為本發明一種可參考實施例中每組飽和區電容變化值和線性區電容變化值的比值與對應飽和電壓的函數關係示意圖；
圖6為本發明另一種實施例中TFT製程工藝的電學性能測試方法的流程示意圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
需要說明的是，本發明實施例中所有使用「第一」和「第二」的表述均是為了區分兩個相同名稱非相同的實體或者非相同的參量，可見「第一」「第二」僅為了表述的方便，不應理解為對本發明實施例的限定，後續實施例對此不再一一說明。
參閱圖1所示，為本發明一種實施例中TFT製程工藝的電學性能測試方法的流程示意圖，其中所述的TFT製程工藝的電學性能測試方法包括：
步驟101，將TFT器件的第一極接地。
在一個可參考的實施例中，控制極為柵極。如果第一極為源極，那麼第二極為漏極。如果第一極為漏極，那麼第二極為源級。也就是說，如果需要測試的是漏極與柵極重疊區域的損傷，則將第一極設置為源級，第二極設置為漏極。如果需要測試的是源極與柵極重疊區域的損傷，則將第一極設置為漏極，第二極設置為源級。從而，本發明該可參考實施例中所述的TFT製程工藝的電學性能測試方法可以分別應用於對源極或漏極與與柵極重疊區域的損傷定量分析。
另外，在進行TFT製程工藝的電學性能測試時，可以將TFT器件放置於探針臺上，接入半導體參數儀，然後再將TFT器件的第一極接地。可以看出，在本發明所述的TFT製程工藝的電學性能測試方法是利用半導體參數儀以及探針臺進行測試，所述的半導體參數儀以及探針臺相較於現有技術中對TFT器件溝道損傷缺陷進行定性測試採用的掃描電鏡以及透射電鏡來說，測試成本大幅度降低。而且，本發明相較於現有技術是對TFT器件溝道損傷缺陷進行了更進一步地測試，即現有技術只是定性分析，而本發明不僅能夠定性分析還可以進一步地定量分析。
步驟102，使TFT器件工作於線性區。
作為實施例，可以在TFT器件的第二極施加線性電壓，使TFT器件工作於線性區。其中，所述的線性電壓是指能夠使所述TFT器件工作於線性區而在第二極施加的電壓。
在本發明中所述的各種TFT製程工藝的電學性能測試方法的實施例都是基於TFT器件(如圖2所示)的電學特性，對於TFT器件輸出特性曲線可以分為線性區與飽和區，即TFT器件兩種工作狀態——線性區和飽和區。當第二極電壓較小而控制極電壓較大時，器件溝道類似於一個簡單電阻，反映在輸出特性曲線上就是線性區，TFT器件工作於線性區。當第二極電壓增大到一定程度後，溝道消失，出現夾斷點(如圖3所示)，在夾斷髮生後繼續增大第二極電壓，夾斷區擴展使得有效溝道長度變短(如圖4所示)，第二極增加的電壓幾乎全部落在夾斷區上，所以第二極電流變化不大，器件進入飽和區，TFT器件工作於飽和區。可以看出，TFT器件的有效溝道區域會隨著夾斷區的增加而變短，因此有效溝道區包含的溝道損傷及缺陷也會隨著夾斷區的增加而減少，這將反映到TFT器件的電學特性上。
步驟103，對所述TFT器件的控制極施加第一電壓，測量所述TFT器件的第二極的第一電容值；對所述控制極施加第二電壓，測量所述第二極的第二電容值，所述第一電容值與所述第二電容值的差作為線性區電容變化值。
可以看出，所述步驟103是通過對處於線性區工作狀態的TFT器件控制極施加第一電壓和第二電壓，獲得線性區第二極的電容變化值。
步驟104，對所述第二極施加飽和電壓，使TFT器件工作於飽和區。
作為實施例，可以在TFT器件的第二極施加飽和電壓，使TFT器件工作於飽和區。其中，所述的飽和電壓是指能夠使所述TFT器件工作於飽和區而在第二極施加的電壓。
步驟105，對所述控制極施加所述第一電壓，測量所述第二極的第三電容值，對所述控制極施加所述第二電壓，測量所述第二級的第四電容值，所述第三電容值和所述第四電容值的差值作為飽和區電容變化值。
可以看出，所述步驟105是通過對處於飽和區工作狀態的TFT器件控制極施加第一電壓和第二電壓，獲得飽和區第二極的電容變化值。在一個可選地實施例中，所述TFT器件工作於飽和線性區時所述控制極施加的第一電壓持續時間與所述TFT器件工作於線性區時所述控制極施加的第一電壓持續時間相同。而所述TFT器件工作於飽和區時所述控制極施加的第二電壓持續時間與所述TFT器件工作於線性區時所述控制極施加的第二電壓持續時間相同。從而，實現了獲得的飽和區電容變化值與線性區電容變化值兩者更具有可比性，也可以提高最後獲得的第二極與控制極重疊區域的損傷比重更精確。
步驟106，改變所述飽和電壓的大小，測量相應的飽和區電容變化值。
在步驟106中，通過改變施加在第二極上的飽和電壓大小，測量出多組飽和區電容變化值。也就是說，可以選取多組施加在第二極上的飽和電壓，測量相對應地飽和區電容變化值。在一個可選地實施例中，在飽和區內選取所述第二極上等於或大於預設飽和電壓閾值的每組飽和電壓間隔大於所述第二極上小於預設飽和電壓閾值的每組飽和電壓間隔。即在選取的多組施加在第二極上的飽和電壓時，稀疏選取在等於或大於預設飽和電壓閾值的每組飽和電壓，密集選取在小於預設飽和電壓閾值的每組飽和電壓。採用這種選擇方式，可以使得最後獲得的第二極與控制極重疊區域的損傷比重更精確，定量分析更準確。
步驟107，記錄每組飽和區電容變化值與線性區電容變化值的比值，建立所述比值與對應的所述飽和電壓的函數關係。
可以看出，步驟107首先將第二極上的電容變化值進行歸一化處理，即每組飽和區電容變化值與線性區電容變化值的比值，然後再建立所述比值與對應的所述飽和電壓的函數關係。在建立該函數關係時，可以將所述飽和電壓作為坐標軸的橫坐標，所述比值作為坐標軸的縱坐標。從而，可以得到所述比值與對應的所述飽和電壓形成的一個測試曲線。
步驟108，獲得與斜率拐點對應的所述比值，求得所述第二極與所述控制極重疊區域的損傷比重。
作為實施例，在所述比值與對應的所述飽和電壓的函數關係中可以找到一斜率拐點，即在所述比值與對應的所述飽和電壓形成的測試曲線上找到一斜率拐點。其中，可以通過選取等於預設斜率閾值的斜率作為所述拐點。而該斜率閾值可以根據實際測試需要進行設定。
在一個可選的實施例中，根據斜率拐點對應的所述比值求得所述第二極與所述控制極重疊區域的損傷比重過程中，可以採用將斜率拐點對應的所述比值與1的差值作為所述第二極與所述控制極重疊區域的損傷比重。因為，在TFT製程工藝的電學性能測試過程中，測試曲線上大於斜率拐點對應的飽和電壓的斜率都小於預設的斜率閾值，呈現為低斜率，工藝對重疊區域處造成的溝道陷阱和缺陷較少。而測試曲線上小於斜率拐點對應的飽和電壓的斜率都大於預設的斜率閾值，呈現為高斜率，該高斜率部分說明工藝對重疊區域處造成的溝道陷阱和缺陷較多。
如圖5所示，在坐標系中，橫坐標為飽和電壓vd，單位為V。橫坐標為飽和區電容變化值△C與線性區電容變化值△C0的比值，單位為百分比。可以看出，在測試曲線上存在一斜率拐點，大於所述斜率拐點對應的飽和電壓的測試曲線部分為低斜率部分，小於所述斜率拐點對應的飽和電壓的測試曲線部分為高斜率部分。
另外，為了對步驟106中的飽和電壓閾值設置更為準確，可以在小於斜率拐點對應的飽和電壓中進行選取。
在本發明的另一個可參考的實施例中，參閱圖6所示，所述的TFT製程工藝的電學性能測試方法可以包括：
步驟201，將TFT器件放置於探針臺上，接入半導體參數儀，將TFT器件的第一極接地。
其中，控制極為柵極。並且，根據測試需要設置第一極為源極，第二極為漏極；或者設置第一極為漏極，第二極為源級。
步驟202，在TFT器件的第二極施加線性電壓，使TFT器件工作於線性區。
步驟203，對所述TFT器件的控制極施加第一電壓，測量所述TFT器件的第二極的第一電容值；對所述控制極施加第二電壓，測量所述第二極的第二電容值，所述第一電容值與所述第二電容值的差作為線性區電容變化值。
步驟204，對所述第二極施加飽和電壓，使TFT器件工作於飽和區。
步驟205，對所述控制極施加所述第一電壓，測量所述第二極的第三電容值，對所述控制極施加所述第二電壓，測量所述第二級的第四電容值，所述第三電容值和所述第四電容值的差值作為飽和區電容變化值。
其中，在飽和區內選取所述第二極上等於或大於預設飽和電壓閾值的每組飽和電壓間隔大於所述第二極上小於預設飽和電壓閾值的每組飽和電壓間隔。而飽和電壓閾值在小於斜率拐點對應的飽和電壓中進行選取。
步驟206，在飽和區內選取所述第二極上等於或大於預設飽和電壓閾值的每組飽和電壓間隔大於所述第二極上小於預設飽和電壓閾值的每組飽和電壓間隔，測量相應的飽和區電容變化值。
步驟207，記錄每組飽和區電容變化值與線性區電容變化值的比值。
步驟208，將所述比值對應的飽和電壓作為坐標軸的橫坐標，將所述比值作為坐標軸的縱坐標建立測試曲線。
步驟209，選取等於預設斜率閾值的斜率作為測試曲線上的斜率拐點，獲得所述斜率拐點對應的所述比值。
步驟210，將斜率拐點對應的所述比值與1的差值作為所述第二極與所述控制極重疊區域的損傷比重。
根據上面所述的實施例可以看出，本發明所述的TFT製程工藝的電學性能測試方法，創造性地可定量分析TFT器件的溝道特性及損傷分布；並且，在測試過程中巧妙地利用溝道夾斷點隨著第一級電壓的變化而變化的特點，僅通過監控第一級端電容或者第一級極電流隨柵極電壓的變化值，實現定量分析；與此同時，該測試方法無需使用價格昂貴的掃描電鏡及透射電鏡來對TFT器件溝道進行觀察分析，只利用半導體參數儀及探針臺並結合測試數據的歸一化處理；進而，本發明能夠在大幅降低成本的情況下，還能夠定量分析出TFT器件溝道在製造過程中引入的損傷和缺陷的分布情況；另外，本發明通過定性分析可以掌握缺陷對器件特性的影響，從而監控和改善製程工藝過程中存在的問題；最後，整個所述的TFT製程工藝的電學性能測試方法緊湊，易於實現、使用。
所屬領域的普通技術人員應當理解：以上任何實施例的討論僅為示例性的，並非旨在暗示本公開的範圍(包括權利要求)被限於這些例子；在本發明的思路下，以上實施例或者不同實施例中的技術特徵之間也可以進行組合，步驟可以以任意順序實現，並存在如上所述的本發明的不同方面的許多其它變化，為了簡明它們沒有在細節中提供。
在闡述了具體細節以描述本發明的示例性實施例的情況下，對本領域技術人員來說顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下或者這些具體細節有變化的情況下實施本發明。因此，這些描述應被認為是說明性的而不是限制性的。
儘管已經結合了本發明的具體實施例對本發明進行了描述，但是根據前面的描述，這些實施例的很多替換、修改和變型對本領域普通技術人員來說將是顯而易見的。因此，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何省略、修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。