We present a novel process for the ultra low temperature (<150$^{\circ}C$) polycrystalline silicon (ULTPS) TFT for the flexible display applications on the plastic substrate. The sequential lateral solidification (SLS) was used for the crystallization of the amorphous silicon film deposited by rf magnetron sputtering, resulting in high mobility polycrystalline silicon (poly-Si) film. The gate dielectric was composed of thin $SiO_2$ formed by plasma oxidation and $Al_2O_3$ deposited by plasma enhanced atomic layer deposition. The breakdown field of gate dielectric on poly-Si film showed above 6.3 MV/cm. Laser activation reduced the source/drain resistance below 200 ${\Omega}$/ㅁ for n layer and 400 ${\Omega}$/ㅁ for p layer. The fabricated ULTPS TFT shows excellent performance with mobilities of 114 $cm^2$/Vs (nMOS) and 42 $cm^2$/Vs (pMOS), on/off current ratios of 4.20${\times}10^6$ (nMOS) and 5.7${\times}10^5$ (PMOS).
The YMnO$_3$ thin films were prepared on platinized-silicon substrates by chemical solution deposition and annealed at 750 to 85$0^{\circ}C$ for 1 h under various oxygen pressures, from 2 mTorr to 760 Torr. Effects of annealing oxygen pressures on the crystallization behavior and electrical properties of YMnO$_3$ thin films were investigated. Crystallinity and c-axis preferred orientation of YMnO$_3$ thin film were improved by decreasing the oxygen pressure but were deteriorated at extremely low oxygen pressure, 2 mTorr. Leakage current density of the YMn03 thin film decreased as the oxygen pressure decreased. The film annealed at 80$0^{\circ}C$ under 2 Torr, which had the best crystallinity and the highest c-axis preferred orientation. showed the best-developed ferroelectric C-V hysteresis.
Recently, Silicon Germanium (SiGe) alloys have been received considerable attention for their great potentials in advanced electronic and optoelectronic devices. Especially, microcrystalline SiGe is a good channel material for thin film transistor due to its advantages such as narrow and variable band gap and process compatibility with Si based integrated circuits. In this work, microcrystalline silicon-germanium films (${\mu}c$-SiGe) were deposited by DC/RF magnetron co-sputtering method using Si and Ge target on Corning glass substrates. The film composition was controlled by changing DC and RF powers applied to each target. The substrate temperatures were changed from $100^{\circ}C$ to $450^{\circ}C$. The microstructure of the thin films was analyzed by x-ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy. The analysis results showed that the crystallinity of the films enhances with increasing Ge mole fraction. Also, crystallization temperature was reduced to $300^{\circ}C$ with $H_2$ dilution. Hall measurements indicated that the electrical properties were improved by Ge alloying.
Electrical properties of multi-channel metal-induced unilaterally precrystallized polycrystalline silicon thin-film transistor (MIUP poly-Si TFT) devices and circuits were investigated. Although their structure was integrated into small area, reducing annealing process time for fuller crystallization than that of conventional crystal filtered MIUP poly-Si TFTs, the multi-channel MIUP poly-Si TFTs showed the effect of crystal filtering. The multi-channel MIUP poly-Si TFTs showed a higher carrier mobility of more than 1.5 times that of the conventional MIUP poly-Si TFTs. Moreover, PMOS inverters consisting of the multi-channel MIUP poly-Si TFTs showed high dynamic performance compared with inverters consisting of the conventional MIUP poly-Si TFTs.
현재 a-Si TFT는 평판 디스플레이 소자로서 주로 사용되고 있으나 점차 고속응답속도 특성, 고화질이 요구됨에 따라 높은 전계효과 이동도를 가진 poly-Si TFT로 대체하기 위한 연구가 진행되고 있으며 특히 poly-Si TFT를 상용 유리 기판에 적용하기 위해 비정질 실리콘의 저온 결정화에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 본 연구에서는 극박막의 Ni을 선택적으로 증착하여 전계 유도방향성 결정화 (Field Aided Lateral Crystallization : FALC) 공정을 이용하여 결정화를 진행하였으며 전계를 인가하지 않은 경우와 전계를 인가한 경우, 전계 세기에 따른 결정화에 대하여 비교하였다.
SEOK, Ki Hwan;Kim, Hyung Yoon;Park, Jae Hyo;Lee, Sol Kyu;Lee, Yong Hee;Joo, Seung Ki
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제16권2호
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pp.166-171
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2016
Nickel silicide is main issue in Polycrystalline silicon Thin Film Transistor (TFT) which is made by Metal Induced Lateral Crystallization (MILC) method. This Nickel silicide acts as a defect center, and this defect is one of the biggest reason of the high leakage current. In this research, we fabricated polycrystalline TFTs with novel method called Edge Cut (EC). With this new fabrication method, we assumed that nickel silicide at the edge of the channel region is reduced. Electrical properties are measured and trap state density also calculated using Levinson & Proano method.
Low temperature activation of dopants which were doped using ion mass doping system in amorphous silicon(a-Si) thin films was investigated. With a 20.angs.-thick Ni film on top of the a-Si thin film, the activation temperature of dopants lowered to 500.deg. C. When the doping was performaed after the deposition of Ni thin film on the a-Si thin films (post-doping), the activation time was shorter than that of dopants mass, the activation time of the dopants doped by pre-doping method increased. It turned NiSi2 formation, while the decrease of activation time was mainly due to the enhancement of the NiSi2 formation by mixing of Ni and a-Si at the interface of Ni and a -Si thin during the ion doping process.
The formation of high-quality polycrystalline silicon (poly-Si) on relatively low cost substrate has been an important issue in the development of thin film solar cells. Poly-Si seed layers were fabricated by an inverse aluminum-induced crystallization (I-AIC) process and the properties of the resulting layer were characterized. The I-AIC process has an advantage of being able to continue the epitaxial growth without an Al layer removing process. An amorphous Si precursor layer was deposited on Corning glass substrates by RF magnetron sputtering system with Ar plasma. Then, Al thin film was deposited by thermal evaporation. An $SiO_2$ diffusion barrier layer was formed between Si and Al layers to control the surface orientation of seed layer. The crystallinity of the poly-Si seed layer was analyzed by Raman spectroscopy and x-ray diffraction (XRD). The grain size and orientation of the poly-Si seed layer were determined by electron back scattering diffraction (EBSD) method. The prepared poly-Si seed layer showed high volume fraction of crystalline Si and <100> orientation. The diffusion barrier layer and processing temperature significantly affected the grain size and orientation of the poly Si seed layer. The shorter oxidation time and lower processing temperature led to a better orientation of the poly-Si seed layer. This study presents the formation mechanism of a poly seed layer by inverse aluminum-induced crystallization.
High quality polycrystalline silicon is very critical part of the high quality thin film transistor(TFT) for display devices. Metal induced lateral crystallization(MILC) is one of the most successful technologies to crystallize the amorphous silicon at low temperature(below $550^{\circ}C$) and uses conventional and large glass substrate. In this study, we observed that the MILC behavior changed with abrupt variation of the amorphous silicon active pattern width. We explained these phenomena with the novel MILC mechanism model. The 10 nm thick Ni layers were deposited on the glass substrate having various amorphous silicon patterns. Then, we annealed the sample at $550^{\circ}C$ with rapid thermal annealing(RTA) apparatus and measured the crystallized length by optical microscope. When MILC progress from narrow-width-area(the width was $w_2$) to wide-width-area(the width was $w_1$), the MILC rate decreased dramatically and was not changed for several hours(incubation time). Also the incubation time increased as the ratio, $w_1/w_2$, get larger. We can explain these phenomena with the tensile stress that was caused by volume shrinkage due to the phase transformation from amorphous silicon to crystalline silicon.
The effect of the crystallization and activated annealing of Si films using an excimer laser and the new CW blue laser are described and compared with furnace annealing for application in advanced TFTs and for future applications. Pulsed excimer laser annealing (ELA) is currently being used extensively as a low-temperature poly-silicon (LTPS) process on glass substrates as its efficiency is high in the ultra-violet (UV) region for thin Si films with thickness of 40-60 nm. ELA enables extremely low resistivity relating to high crystallinity for both the n- and p-type Si films. On the other hand, CW blue laser diode annealing (BLDA) enables the smooth Si surface to have arbitral crystal grains from micro-grains to an anisotropic huge grain structure only by controlling its power density. Both annealing techniques are expected to be applied in the future advanced TFT systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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