Pulsed Excimer Laser Crystallization and Doping for the Fabrication of Poly-Si and -SiGe TFTs

Fogarassy, É.; Elliq, M.; Prevot, B.; Repplinger, F.; Slaoui, A.; Stuck, R.; Unamuno, S. de; Mathé, E.L.; Pattyn, Hugo

doi:10.1007/978-94-015-8104-2_25

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“…[3] L'optimisation du procédé nécessite, cependant, une meilleure connaissance de la cinétique de la fusion du silicium amorphe (Si -a) et de sa recristallisation rapide induite par une impulsion laser "nanoseconde", que l'on est capable de simuler en résolvant l'équation de la chaleur [4].…”

Section: Laboratoire Phase-cnrs Bp 20 67037 Strasbourg Cedex Franceunclassified

Simulation thermique de la fusion et de la recristallisation par lasers à excimères du silicium amorphe pour les applications transistors en couches minces

Unamuno

Fogarassy

1997

Ann. Phys. Fr.

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Résumé: L'optimisation des technologies de fabrication de transistors en couches minces au silicium polycristallin par recuit laser à excimères, suppose une bonne connaissance des cinétiques de fusion et solidification rapides que l'on peut simuler grâce au développement d'un modèle thermique, basé sur la résolution de l'équation de la chaleur. Les simulations présentées ici sont réalisées pour différents lasers dans le domaine de la nanoseconde sur des couches de silicium amorphe déposées sur verre avec une couche tampon de SiÛ2- L'optimisation du procédé nécessite, cependant, une meilleure connaissance de la cinétique de la fusion du silicium amorphe (Si -a) et de sa recristallisation rapide induite par une impulsion laser "nanoseconde", que l'on est capable de simuler en résolvant l'équation de la chaleur [4].Nous nous sommes particulièrement intéressés à la distribution spatiale et temporelle de la température dans des multicouches Si -a/5iO2(300 nm)/verre, en fonction des conditions d'irradiation (fluence et forme temporelle de l'impulsion laser), d'une part avec un laser ArF à impulsion "courte" de 20 ns (EMG-201 MSC de LAMBDA PHYSIK) d'autre part avec un laser XeCl à impulsion "longue" de 150ns (VEL de la SOPRA).La Figure 1 permet d'évaluer le seuil et la profondeur de fusion dans Si -a en fonction de l'épaisseur du film amorphe et de la densité d'énergie pour les deux sources d'excimères considérées. On a ainsi la possibilité d'optimiser le traitement laser qui consiste à fondre la totalité de la couche de silicium tout en limitant les effets thermiques susceptibles de dégrader l'oxyde sous-jacent.La durée de l'impulsion laser joue un rôle important sur la dynamique de fusion-solidification comme le montrent les simulations de la Figure 2. On observe, en particulier avec le laser VEL une diminution d'un facteur deux de la vitesse de recristallisation de la zone fondue ce qui peut avoir des conséquences favorables sur la morphologie et la taille des cristallites de Si formées et donc sur la mobilité des porteurs dans la couche active du TFT.On aboutit à une evolution comparable (réduction de la vitesse de solidification) en réalisant le recuit laser sur un échantillon chauffé (400 C) comme le montrent les simulations de la Figure 3.Enfin la forme temporelle (montée lente ou rapide) de l'impulsion laser peut jouer un rôle sur la profondeur fondue mais n'a pas d'influence significative sur la vitesse de recristallisation (Figure 4).Article published by EDP Sciences and available at http://www.annphys.org or http://dx

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Section: Laboratoire Phase-cnrs Bp 20 67037 Strasbourg Cedex Franceunclassified

Simulation thermique de la fusion et de la recristallisation par lasers à excimères du silicium amorphe pour les applications transistors en couches minces

Unamuno

Fogarassy

1997

Ann. Phys. Fr.

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1 Hz / 15 Joules‐excimer‐laser development for flat panel display applications

Prat

Stehle

Zahorski

1999

Symp Digest of Tech Papers

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On the way toward the cost reduction of TFT‐LCD's manufacturing, Low Temperature Poly‐Silicon appears as one of the most promising technology. In the present paper, a new approach for laser annealing of amorphous silicon for AMLCD application is introduced. As a laser source, SOPRA developed a XeCl laser λ: 308 nm able to deliver up to 15 Joules per pulse onto the panel to be treated, at a repetition rate of 1 Hz. Moreover the long pulse duration of 200 ns is known to lead to a low cooling rate of the melted silicon, which promotes the growth of big grains and then improve the performances of the TFT's.

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Pulsed Excimer Laser Crystallization and Doping for the Fabrication of Poly-Si and -SiGe TFTs

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Simulation thermique de la fusion et de la recristallisation par lasers à excimères du silicium amorphe pour les applications transistors en couches minces

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1 Hz / 15 Joules‐excimer‐laser development for flat panel display applications

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