Ανάπτυξη τεχνολογίας κατασκευής τρανζίστορς λεπτών υμενίων βελτιστοποιημένων ως προς τη δομή των υμενίων πυριτίου που προκύπτει από την κρυσταλλοποίηση

Abstract

Low temperature polycrystalline silicon thin film transistors (LTPS TFTs) are essential for large area electronics and high performance flat panel displays. In recent years, LTPS TFT performance has substantially increased due to important breakthroughs in the field of polycrystalline silicon crystallization and also due to the optimization of the process steps that differ from those of typical MOSFETs, mainly because of the requirement for low temperature procedures. The object of the present dissertation was the electrical characterization of polycrystalline Silicon thin film transistors, crystallized with different variations of the advanced technique SLS ELA, and the determination of process technological parameters that affect the device performance, in order to further optimize the production of such high performance transistors. We began studying the effect of the TFT active region film microstructure, relating the film characteristics themselves with the electrical performance of the TFTs. Then, we examined the relationship between critical process steps-namely gate dielectric deposition, doping and activation and the channel dimensions to be selected-and TFT electrical characteristics. We also studied the role of the topology (top gate, bottom gate, double gate) on TFT performance. Finally, we tried to modify the typical TFT fabrication procedure, studying the use of alternative gate dielectrics. Concluding, through this work we extracted new characterization methodologies and new relationships between electrical and technological characteristics of high performance LTPS TFTs, while at the same time suggesting specific optimization points for all of the critical steps in the fabrication procedure. Therefore, this dissertation is a useful tool-guide for an optimized fabrication procedure of high performance LTPS TFTs.

Τα τρανζίστορ λεπτού υμενίου πολυκρυσταλλικού πυριτίου χαμηλής θερμοκρασίας (LTPS TFT) είναι απαραίτητα για εφαρμογές ηλεκτρονικών μεγάλης επιφανείας και επίπεδων οθονών υψηλών επιδόσεων. Τα τελευταία χρόνια, οι επιδόσεις των LTPS TFT έχουν βελτιωθεί θεαματικά εξαιτίας των σπουδαίων επιτευγμάτων στον τομέα της κρυσταλλοποίησης του πολυκρυσταλλικού πυριτίου αλλά και στα υπόλοιπα κατασκευαστικά βήματα. Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν ο χαρακτηρισμός τρανζίστορ λεπτών υμενίων πολυκρυσταλλικού πυριτίου, κρυσταλλοποιημένων με διάφορες παραλλαγές της προηγμένης τεχνικής SLS ELA, και ο μετέπειτα εντοπισμός των τεχνολογικών παραμέτρων κατά την κατασκευαστική διαδικασία που επηρεάζει τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των τρανζίστορ, ώστε να μας επιτραπεί η βελτιστοποιημένη κατασκευή τέτοιων διατάξεων υψηλών επιδόσεων. Αρχικά μελετήσαμε την επίδραση της μικροδομής του υμενίου της ενεργού περιοχής της διάταξης, συνδέοντας τα χαρακτηριστικά του ίδιου του υμενίου με τις ηλεκτρικές επιδόσεις των τρανζίστορ. Στη συνέχεια εξετάσαμε την επίδραση κρίσιμων κατασκευαστικών βημάτων για τα LTPS TFT στα ηλεκτρικά τους χαρακτηριστικά, όπως η εναπόθεση του διηλεκτρικού πύλης, η νόθευση και ενεργοποίηση και η επιλογή κατάλληλων γεωμετρικών διαστάσεων για κανάλι. Μελετήσαμε, επίσης, το ρόλο που παίζει η επιλογή της τοπολογίας (επάνω πύλη, κάτω πύλη, διπλή πύλη) στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των TFT. Τέλος, έγιναν προσπάθειες εισαγωγής τροποποιήσεων στη μέχρι τώρα τυπική διαδικασία κατασκευής τους, μελετώντας τη χρήση εναλλακτικών διηλεκτρικών οξειδίων πύλης. Μέσα από αυτή τη διατριβή, λοιπόν, εξάγαμε νέες μεθοδολογίες χαρακτηρισμού και σύνδεσης των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών με τα τεχνολογικά, συγκεκριμένα για LTPS TFT υψηλών επιδόσεων, ενώ προτείναμε συγκεκριμένα σημεία βελτιστοποίησης όλων των κρίσιμων σημείων της κατασκευαστικής διαδικασίας. Συνεπώς, αυτή η εργασία είναι ένα χρήσιμο εργαλείο-οδηγός βελτιστοποιημένης κατασκευής για τη δημιουργία LTPS TFT υψηλών επιδόσεων._____________________