전계 유도 방향성 결정화 공정을 이용한 정렬 패턴 다결정 박막 트랜지스터의 결정화

Abstract

다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 트랜지스터에 비해 빠른 전계 효과 이동도를 가지고 있다. 그래서 능동 영역 액정 표시 소자의 스위칭 소자로 사용하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 더불어 능동 영역 유기 발광 다이오드의 안정한 전류 구동 소자에서 그 사용 가능성이 제기되고 있다. 정렬 패턴 poly-Si TFT를 저가로 제작하기 위해서는 낮은 온도에서 공정이 이루어지면서 a-Si을 균일하게 결정화 시켜야 하는 선결과제가 남아있다. a-Si의 결정화를 위해서 연구된 금속 촉매 결정화 방법은 레이저 공정보다 균일한 특성을 보여주었다. 하지만 금속 유도 측면 결정화 공정은 금속 불순물의 잔존으로 인한 높은 off-state leakage current와 낮은 결정화 속도가 문제였다. 더욱이 대면적에서 균일한 결정화를 하기에는 아직 미숙한 단계이다. 본 연구에서는, 예비 실험에서 전계 유도 방향성 결정화 (filed-aided lateral crystallization, FALC)공정으로 channel 길이를 다르게 한 정렬 패턴 poly-Si TFT를 제작하였다. W/L=10 ㎛/10 ㎛의 TFT는 field effect mobility가 120 ㎠/Vs 이고 V_(gs) -10 V에서 off-state current가 6.4X10^(-12) 인 전기적 특성을 보여주었다. 그래서 대면적 OLED에 적용 가능한 channel 비율 (W/L=20 ㎛/20 ㎛)을 선택하여 3-inch 크기의 glass에서 제작하였다. 트랜지스터의 source/drain에 Ni 촉매금속을 증착하였고 각 트랜지스터의 source/drain을 연결한 두 개의 공통 배선으로 각각의 TFT에 125 V/cm의 동일한 전계 인가와 동시에 550 ℃에서 열처리를 하였다. 결정화된 channel 지역의 grain은 전계의 영향으로 전계 방향과 평행한 침상 모양을 가지며 치밀하게 성장하였다. 또한 channel의 잔류 금속 불순물이 전계의 영향에 따라 최소화됨에 따라 off-state lekage current가 낮은 안정한 poly-Si TFT를 제작할 수 있다. 더욱이 동일한 전계의 영향을 받은 각각의 트랜지스터는 모두 결정화 속도의 증가를 보였고, 결정화 체적 분율도 평균 88 %를 보였으며, 3 % 의 편차를 갖는 균일함도 보였다. 이것은 FALC공정으로 3-inch에서 제작된 poly-Si TFT의 특성은 대면적에서도 사용 가능함을 보여주는 것이다.; Polycrystalline silicon thin film transistors (poly-Si TFTs) have been received a great deal of attention to use as switching devices in active matrix liquid crystal displays (AMLCDs) and, more recently, active matrix organic light emitting diode (AMOLED) because of its higher carrier mobility than amorphous silicon (a-Si). Such advantages enable us to fabricate superior flat panel display that has high resolution and high aperture ratio as a result of decreasing the size of pixel transistor and the width of metal line. The most important technical issues for high performance poly-Si TFT array are developing low temperature process and securing homogenous crystallization of amorphous silicon. Up to now, thermal processes for crystallization of a-Si show a better uniformity than laser assisted process. Among many thermal processes for fabrication of poly-Si, particular attention has been paid to metal-induced lateral crystallization (MILC) process, because it can lower the crystallization temperature below 550 oC. However, it shows drawbacks, such as low crystal growth rate and metal impurity incorporation in transistor channel region. In previous study, we proposed a modified technique named field aided lateral crystallization (FALC), where the electric field is applied during the crystallization heat treatment. Due to the influence of electric field, the crystallization rate accelerates considerably and the grains become larger. However, during the FALC process, the electric field strength in each pixel transistor between the electrodes varies with the location of the transistor in the panel, which results in non-uniformity in crystallization and, thus, the transistor characteristics. In the present study, therefore, using 3-inch glass, the electric field was applied directly to individual pixel transistor through common electrodes connected to source and drain, separately. We could observe the increase in crystallization rate in each transistor under the uniform electric field and no discernible difference in the crystallization volume fraction with the location of the channel region. It was suggested that the present method can be applied to the crystallization for a large-area flat panel display.