Thin Film Transistors Materials and Processes

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 List of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 CHAPTER 4 a-Si:H TFT Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 YueKuo 1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 2. Basic Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 3. Simplified Structures and Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 4. Unique Structures and Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 5. Redundant Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 6. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 List of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 CHAPTER 5 Deposition of Intrinsic and Doped Semiconductor Thin Films for a-Si:H TFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 YueKuo 1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 2. Semiconductor Layer Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 3. Doped Amorphous and Microcrystalline Silicon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 4. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 List of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 CHAPTER 6 Deposition of Dielectric Thin Films for a-Si:H TFT . . . . . . . 241 YueKuo 1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 2. Selection of Dielectric Materials and Deposition Methods . . . . . . . 242 3. PECVD SiNx Dielectric Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 4. Yield Issues Related to Dielectrics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 5. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 List of Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 CHAPTER 7 Plasma Etching in a-Si:H TFT Array Fabrication . . . . . . . . 273 YueKuo 1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 2. Topics in Plama Etching of a-Si:H TFTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 Table of Contents Vll 3. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 CHAPTER 8 Metallization in a-Si:H TFT Array Fabrication . . . . . . . . . . . . . 313 Ken-ichi Onisawa, Shinji Takayama, Yuzo Shigesato, Takuya Takahashi 1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 313 2. Basic Understanding of Conductor Lines in TFT LCDs •. . . . •. . . . 314 3. Conductor Requirements for a-Si:H TFTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 4. Conducting Materials for TFT Array . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 5. Key Issues in Conducting Materials for Advanced TFT Array Fabrication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 6. Conductor Deposition for TFT Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 7. Wet Etching of Conductors for a-Si:H TFT Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . 347 8. Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 Introduction.- 1. Brief History of Thin Film Transistors.- 2. a-Si:H TFT LCDs.- 3. Unique a-Si:H TFT Issues.- 4. Chapter Flow in the Book.- References.- 2 a-Si:H TFT Thin Film and Substrate Materials.- 1. Introduction.- 2. Semiconductors.- 3. Dielectrics.- 4. Substrates.- 5. Characterization Techniques.- 6. Summary.- References.- List of Symbols.- 3 Device Physics, Compact Modeling, and Circuit Applications of a-Si:H TFTs.- 1. Introduction.- 2. Density of States and Electronic Transport.- 3. Device Physics and Compact Modeling.- 4. Threshold Voltage Metastibility.- 5. Parameter Extraction.- 6. Circuit Applications.- 7. Summary.- References.- List of Symbols.- 4 a-Si:H TFT Structures.- 1. Introduction.- 2. Basic Structures.- 3. Simplified Structures and Processes.- 4. Unique Structures and Processes.- 5. Redundant Structures.- 6. Summary.- References.- List of Symbols.- 5 Deposition of Intrinsic and Doped Semiconductor Thin Films for a-Si:H TFT.- 1. Introduction.- 2. Semiconductor Layer Deposition.- 3. Doped Amorphous and Microcrystalline Silicon.- 4. Summary.- References.- List of Symbols.- 6 Deposition of Dielectric Thin Films for a-Si:H TFT.- 1. Introduction.- 2. Selection of Dielectric Materials and Deposition Methods.- 3. PECVD SiNx Dielectric Layer.- 4. Yield Issues Related to Dielectrics.- 5. Summary.- References.- List of Symbols.- 7 Plasma Etching in a-Si:H TFT Array Fabrication.- 1. Introduction.- 2. Topics in Plama Etching of a-Si:H TFTs.- 3. Summary.- References.- 8 Metallization in a-Si:H TFT Array Fabrication.- 1. Introduction.- 2. Basic Understanding of Conductor Lines in TFT LCDs.- 3. Conductor Requirements for a-Si:H TFTs.- 4. Conducting Materials for TFT Array.- 5. Key Issues in Conducting Materials for Advanced TFT Array Fabrication.- 6. Conductor Deposition for TFT Arrays.- 7. Wet Etching of Conductors for a-Si:H TFT Arrays.- 8. Summary.- References.- List of Symbols.- 9 Catalytic Chemical Vapor Deposition of a-Si:H TFT.- 1. Introduction: Cat-CVD vs. PECVD.- 2. History of Cat-CVD.- 3. Fundamentals of Cat-CVD Technology.- 4. Performance of Cat-CVD a-Si:H TFT.- 5. Summary.- References.- List of Symbols.- 10 a-Si:H TFT-Based Active Matrix Flat-Panel Imagers for Medical X-ray Applications.- 1. Introduction and Background.- 2. Basic Design and Operation of AMFPIs.- 3. Detailed Functioning and Properties of AMFPIs.- 4. Summary and Outlook.- References.- List of Symbols.- 11 Non-LCD Applications of a-Si:H TFTs.- 1. Introduction.- 2. Medical Imagers.- 3. Flat Panel Displays.- 4. Contact Imagers, Scanners, and Printers.- 5. Photo-Transistors.- 6. Chemical Sensors.- 7. Circuits on Various Substrates.- 8. Summary.- References.- 1 Introduction.- 1. The Increase in Poly-Si TFT Activities.- 2. Scientific and Technology Issues on Poly-Si TFTs.- 3. Chapter Flow in the Book.- 2 Poly-Si Thin Film and Substrate Materials.- 1. Introduction.- 2. Poly-Si Basic Material Properties for TFT Applications.- 3. Dielectric Material Properties for Poly-Si TFT Applications.- 4. Substrates.- 5. Summary.- References.- List of Symbols.- 3 Physics and Modeling of Poly-, Micro-, and Nano-Si TFTs.- 1. Introduction.- 2. Physics of Poly-Si TFTs.- 3. Poly-Si TFT Device Models.- 4. Micro- and Nano-Crystalline Silicon TFTs.- 5. Circuit Simulation Examples.- 6. Summary.- References.- List of Symbols.- 4 Poly-Si TFT Structures.- 1. Introduction.- 2. Basic TFT Structures.- 3. Drain Engineering.- 4. Novel TFT Structures.- 5. Summary.- References.- List of Symbols.- 5 Poly-Si TFTs by Laser Crystallization Methods.- 1. Introduction.- 2. History.- 3. Pulsed Laser Heating and Rapid Crystallization.- 4. Structural and Electrical Properties.- 5. Poly-Si TFT Fabrication and its Characteristics.- 6. Large Crystalline Grain.- 7. CW Laser Crystallization.- 8. Summary.- References.- List of Symbols.- 6 Poly-Si TFTs by Non-Laser Crystallization Methods.- 1. Introduction.- 2. Solid Phase Crystallization (SPC) by Thermal Methods.- 3. Metal Induced Crystallization of a-Si.- 4. Non-Metal Induced Crystallization.- 5. Summary.- References.- List of Symbols.- 7 Poly-Si TFTs by Direct Deposition Methods.- 1. Introduction.- 2. Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Poly-Si.- 3. Sputtering.- 4. Low Pressure Chemical Vapor Deposition.- 5. Summary.- References.- List of Symbols.- 8 Doping Techniques for Poly-Si TFTs.- 1. Introduction.- 2. Impact of Doping Techniques.- 3. Doping Methods.- 4. Activation of Dopant Methods.- 5. Summary.- References.- List of Symbols.- 9 Gate Insulators for Poly-Si TFTs.- 1. Introduction.- 2. Required Features for Low Temperature Gate Insulators.- 3. Oxide Formation.- 4. Electrical Properties.- 5. Summary.- References.- List of Symbols.- 10 Process Integration Issues for Poly-Si TFT Fabrication.- 1. Introduction.- 2. Key Process Integration Issues.- 3. Poly-Si TFT Performances.- 4. Summary.- References.- List of Symbols.- 11 Poly-Si TFT Drivers.- 1. Introduction.- 2. Poly-Si TFT Device Characteristics for High Performance Display Drivers.- 3. Poly-Si TFT LCD Data Drivers.- 4. Low Power Consumption Driving Techniques and Circuit Design Using Poly-Si TFT.- 5. Fault-tolerant Poly-Si TFT Circuits.- 6. Poly-Si TFT for Organic EL Display: Pixel Design.- 7. Comparison of Poly-Si TFT Driver Circuits and a-Si:H TFT Driver Circuits.- 8. Summary.- References.- List of Symbols.- 12 Approaches to Poly-Si TFTs on Flexible Substrates.- 1. Introduction.- 2. Substrate Materials.- 3. Direct Fabrication on Flexible Substrates.- 4. Separation and Transfer Approaches.- 5. Reliability of Poly-Si TFTs on Flexible Substrates.- 6. Summary.- References.- List of Symbols.- 13 Poly-Si TFTs for non-LCD Applications.- 1. Introduction.- 2. Applications in VLSIC.- 3. Non-VLSIC Applications.- 4. Summary.- References.- List of Symbols.