For high-performance TFT (Thin film transistor), poly-crystalline semiconductor thin film with low resistivity and high hall carrier mobility is necessary. But, conventional SPC (Solid phase crystallization) process has disadvantages in fabrication such as long annealing time in high temperature or using very expensive Excimer laser. On the contrary, MIC (Metal-induced crystallization) process enables semiconductor thin film crystallization at lower temperature in short annealing time. But, it has been known that the poly-crystalline semiconductor thin film fabricated by MIC methods, has low hall mobility due to the residual metals after crystallization process. In this study, Ni metal was shallow implanted using PIII&D (Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition) technique instead of depositing Ni layer to reduce the Ni contamination after annealing. In addition, the effect of external magnetic field during annealing was studied to enhance the amorphous silicon thin film crystallization process. Various thin film analytical techniques such as XRD (X-Ray Diffraction), Raman spectroscopy, and XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), Hall mobility measurement system were used to investigate the structure and composition of silicon thin film samples.
Due to the heat confinement in the shallow region of the target for a short time scale, pulsed laser annealing has received increasing interest for the fabrication of poly-Si thin film transistors(TFTs) on glass as a low cost substrate in the flat panel displays. The formation and growth mechanisms of poly silicon(poly-Si) grains in thin films are investigated using an excimer laser crystallization system. To understand the crystallization mechanism, the grain formations are observed by FESEM analysis. The optical reflectance and transmittance during the crystallization process are measured using HeNe laser optics. A two-step ELC(Excimer Laser Crystallization) process is applied to enhance the grain formation uniformity.
Klene, Brian;Knowles, David S.;Bowen, M. Shane;Turk, Brandon A.
한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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한국정보디스플레이학회 2006년도 6th International Meeting on Information Display
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pp.323-327
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2006
We present the most recent experimental results on Thin-beam Directional X'tallization (TDX), a rapid excimer-laser-based crystallization method for creating extremely high-quality large-grained polycrystalline silicon films on glass substrates. We will present experimental data obtained with our prototype Gen 2 tool, and discuss the ability to produce different types of poly-Si material.
본 연구에서는 비정질 실리콘의 알루미늄 유도 결정화(AIC)가 시도되었다. 결정질 실리콘의 좀 더 큰 입자를 얻기 위해, 선택적인 핵생성(Selective nucleation) 시도는 비정질 실리콘 밑의 실리카($SiO_2$) 층의 습식 파우더 분사 처리와 함께 진행됐다. 또한 니켈 층은 실리콘 원자가 알루미늄 층으로 이동하는 것을 방지하기 위한 확산 방지막(Diffusion barrier)으로 선택되었다. $520^{\circ}C$에서 열처리를 한 후에 XRD 분석을 통해 Si(111) 방향으로 결정화된 결정질 실리콘을 확인했고 니켈은 실리콘과 알루미늄 사이의 확산 방지막으로 매우 효과적인 재료라는 것을 입증하였다. 이 연구는 고성능의 태양전지에 적용하는 결정질 실리콘 막의 좀 더 큰 입자를 얻기 위한 방법 중의 하나라고 기대된다.
The development of fabrication processes of polycrystalline-silicon-thin-film transistors (poly-Si TFTs) at low temperatures is reviewed. Rapid crystallization through laser-induced melt-regrowth has an advantage of formation of crystalline silicon films at a low thermal budget. Solid phase crystallization techniques have also been improved for low temperature processing. Passivation of $SiO_2$/Si interface and grain boundaries is important to achieve high carrier transport properties. Oxygen plasma and $H_2O$ vapor heat treatments are proposed for effective reduction of the density of defect states. TFTs with high performance is reported.
대면적 비정질 실리콘 박막의 결정화는 평판 디스플레이 생산에 있어서 핵심 요소로 꼽힌다. 현재 다양한 결정화 기술들이 연구 되고 있으며 그 중 최근에 소개된 줄 가열 유도 결정화는 수십 마이크로초의 짧은 공정 시간, 대면적 결정화 그리고 국부적인 가열로 기판의 열변형 억제 등의 잇점으로 인해 AMOLED 제작에 있어서 기대되는 기술이다. 본 연구에서는 JIC 공정 중 상변화과정에서의 온도를 이론적으로 해석하고 이를 실험과 비교하였다. 이를 통하여 결정화 메커니즘을 결정하는 임계온도를 in-situ 실험과 수치해석을 통해 밝혀내었다.
Due to the heat confinement in the shallow region of the target for a short time scale, pulsed laser annealing has received an increasing interest for the fabrication of poly-Si thin film transistors(TFTs) on glass as a low cost substrate in the flat panel displays. The formation and growth mechanisms of poly silicon(poly-Si) grains in thin films are investigated using an excimer laser crystallization system. To understand the crystallization mechanism, the grain formations are observed by FESEM photography. The optical reflectance and transmittance during the crystallization process are measured using HeNe laser optics. A two-step ELC(Excimer Laser Crystallization) process is applied to enhance the grain formation uniformity.
The crystallization temperature of an amorphous silicon (a-Si) can be lowered down to 400.deg. C by a new method : Double-metal induced lateral crystallization (DMILC). The a-Si film was laterally crystallized from Ni and Pd deposited area, and its lateral crystallization rate reaches up to 0.2.mu.m/hour at that temperature and depends on the overlap length of Ni and Pd films; the shorter the overlap length, the faster the rate. Poly-Silicon thin film transistors (poly-Si TFT's) fabricated by DMILC at 400.deg. C show a field effect mobility of 38.5cm$^{3}$/Vs, a minimum leakage current of 1pA/.mu.m, and a slope of 1.4V/dec. The overlap length does not affect the characteristics of the poly-Si TFT's, but determines the lateral crystallization rate.
Effects of $O_2$ flow during deposition on Si crystallization at low substrate temperature were studied. Silicon thin films were prepared on $SiO_2$ substrates in a low-pressure chemical vapor deposition chamber using a mixture of $SiH_4$ and $H_2$. In some cases $O_2$ was intentionally introduced during deposition. Growth of poly silicon was observed at the substrate temperature as low as $480^{\circ}C$ when $O_2$ was flowed during deposition implying that crystallization of Si was enhanced by $O_2$ flow. On the other hand, $O_2$ flow did not show any significant effects at higher substrate temperature, where deposition rate is relatively fast. Enhancement mechanism of Si crystallization by $O_2$ flow was suggested from these results.
TFT-LCD requires to use poly silicon for High resolution and High integration. Thin film make of Poly silicon on the excimer laser-induced crystallization of PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)-grown amorphous silicon. In the thin film hydrogen affects to a device performance from bad elements like eruption, void and etc. So dehydrogenation prior to laser exposure was necessary. In this study, use RTP(Rapid Thermal Process) at various temperature from $670^{\circ}C$ to $750^{\circ}C$ and fabricate poly-silicon. it propose optimized RTP window to compare grain size to use poly silicon's SEM pictures and crystallization to analyze Raman curved lines.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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