Laserkristallisation von Silicium

Abstract

Die vorliegende Arbeit untersucht die Mechanismen der Laserkristallisation von 50-300 nm dicken Siliciumschichten auf Glas als eine der Basistechnologien zur Herstellung von Aktiv-Matrix-Displays. Zunächst werden die physikalischen Grundlagen der Laserkristallisation sowie die unterschiedlichen Kristallisationsverfahren erläutert. Numerische Simulationen der zeitlichen und räumlichen Temperaturverteilung während des Prozesses dienen dazu, die Einflüsse verschiedener Parameter auf die Kornstruktur und somit auf die elektrischen Eigenschaften von Dünnschichttransistoren zu verstehen. Die durchgeführten Experimente verwenden das Verfahren des sequentiellen lateralen Wachstums, bei dem ein gepulster Laser die Körner einer polykristallinen Siliciumschicht schrittweise lateral verlängert. Mit diesem Prozeß lassen sich defektfreie Körner mit Langen von über 100 µm und Breiten von bis zu 3.5 µm herstellen. Der erstmals verwendete Festkörperlaser zeichnet sich durch seine hohe Repetitionsrate von bis zu 100 kHz aus und ermöglicht dadurch einen sehr schnellen Kristallisationsprozeß.

The present contribution investigates the laser crystallization of thin silicon films deposited on glass substrates which is one of the key technologies for the production of active matrix displays. First of all, the basics of laser crystallization as well as the different crystallization processes are described . Numerical simulations of temporal and spatial temperature distributions during these processes serve to understand the influence of different parameters on the grain structure. The latter in turn elucidates the electrical properties of thin ?lm transistors. In the experiments, the sequential lateral solidification process elongates the grains of the polycrystalline silicon films with each subsequent pulse of the laser. This process facilitates the fabrication of defect free grains with a length exceeding 100 µm and a width of up to 3.5 µm. The homogeneity of the grain structure is extremely important for the application of the crystalline films in large area displays. One of the remarkable features of the used solid state laser system is its very high repetition rate of up to 100 kHz. This allows a very fast crystallization process.