KR100413497B1 - 니켈 정량 분석 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식각액을 사용하여 증착된 니켈을 분리하여 ED-XRF 분석으로 원자 평면 밀도와 두께를 측정하는 니켈 정량 분석 방법에 관한 것으로, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판에 절연막과 비정질 실리콘을 형성하는 단계와, 상기 비정질 실리콘 상에 니켈을 증착하는 단계와, 상기 니켈을 식각액으로 식각하는 단계와, 상기 식각된 시료를 AP1 필름에 떨어뜨리고 건조시키는 단계와, 상기 건조된 시료를 ED-XRF로 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고 또한, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판에 AP1 필름을 설치하는 단계와, 상기 AP1 필름에 니켈을 증착하는 단계와, 상기 니켈을 ED-XRF 분석하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 정량 분석 방법이다.

Description

니켈 정량 분석 방법{Quantitative Evaluation Of Ni Concentration}

본 발명은 니켈 정량 분석 방법에 관한 것으로, FEMIC(Field Enhanced Metal Induced Crystallization) 방법을 이용하여 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 형성할 때 필요한 니켈의 양을 알아내기 위한 니켈 정량 분석 방법에 관한 것이다.

액정표시소자는 저전압 구동, 저소비 전력, 풀 칼라 구현, 경박 단소 등의 특징으로 인해 시계, 계산기, PC용 모니터, 노트북 등에서 TV, 항공용 모니터, 개인 휴대 단말기, 휴대 전화 등으로 그 용도가 다양해지고 있다.

그리고, 액정표시소자는 고해상도로 바뀌어가고 있고, 그러한 고해상도는 이동도가 커야 가능하므로 비정질 실리콘을 결정화하여 다결정 실리콘을 만들어 대응하고 있다. 다결정 실리콘 액정표시소자는 기판위에 구동 회로를 직접 만들어 구동 IC 비용도 줄일 수 있고 실장도 간단해지고 더욱 저소비전력을 나타낸다.

이러한 다결정 실리콘 형성은 고상 결정화(Solid Phase Crystallization, SPC) 방법으로 비정질 실리콘을 진공하에서 600℃ 이상, 20시간 이상 반응시키는 것을 사용하여 왔으나 고온이고 장시간이라 다른 방법을 채택하고 있다.

이 다른 방법은 금속을 미량 사용하여 결정화하는 방법이므로 사용되는 금속의 두께를 알 필요가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 니켈 정량 분석 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 의한 니켈 정량 분석 방법 도면이다.

우선, 니켈이 박막 증착되어 있으면 정량 분석은 두께를 측정하는 것이 보다 효과적이다.

도 1과 같이, 엘립소미터(ellipsometer)를 사용하여 표면의 물성과 얇은 막의 두께를 알수 있다. 먼저, 시료(101)에 광원(102)에서 편광 프리즘(103)을 통해 알고 있는 방향의 편광을 비스듬히 반사시키면 반사광은 타원 편광된다. 이 타원 편광은 입사각, 입사광의 편광 방향, 상기 시료(101) 표면의 반사 성질에 의해 달라진다. 그런 다음 상기 반사된 타원 편광을 쿼터-웨이브 컴펜세이터(104)와 광검출기(106)로 측정한다. 도면 부호 106은 광검출기이다.

여기서, 박막의 두께가 달라지면 상기 반사된 타원 편광의 성질이 달라지므로, 상기 반사된 타원 편광으로 두께를 측정한다. 상기 엘립소미터는 지로(zero) 두께에서 수천 Å까지 측정 가능하다.

이러한 엘립소미터를 가지고 비정질 실리콘에 스퍼터링 방법으로 증착된 니켈의 두께를 측정한다.

상기와 같은 니켈 정량 분석(두께 측정) 방법은 다음과 같은 문제점들이 있다.

첫째, 시료에 입사되는 편광을 이용하여 박막의 두께를 측정하므로 두께 측정 방법이 복잡하다.

둘째, 시료에 입사되는 편광을 이용하여 박막의 두께를 측정하므로 분석 비용이 많이 증가된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 비정질 실리콘에 증착한 니켈을 식각액으로 녹여 ED-XRF로 분석하고, 또는 AP1필름에 니켈을 증착하여 ED-XRF로 분석하여 FEMIC에 필요한 니켈의 두께(양)를 알아내는 니켈 정량 분석 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 니켈 정량 분석 방법 도면.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 1실시예에 의한 니켈 정량 분석 공정도.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 제 2실시예에 의한 니켈 정량 분석 공정도.

도 4는 본 발명에 의한 TOF-SIMS 분석 공정도.

도 5a는 본 발명의 니켈 식각액의 ED-XRF 결과 그래프.

도 5b는 본 발명의 니켈 식각액을 여러번 추출한 ED-XRF 결과 그래프.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 1실시예에 의한 니켈 정량 분석 데이타.

도 7은 본 발명의 제 2실시예에 의한 니켈 정량 분석 데이터.

도 8a는 본 발명의 니켈 정량 분석 비교 데이터.

도 8b는 본 발명의 니켈 정량 분석 비교 그래프.

도 9a와 도 9b는 본 발명의 비정질 실리콘 결정화 공정도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

200 : 기판 201 : 절연막

202 : 비정질 실리콘(반도체층)

203 : 니켈층 204 : 포토레지스터

205 : 식각액 206, 209, 210 : 시료

207 : AP1 필름 208 : AP1 필름 시료 서포트

210 : 폴리 실리콘

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 니켈 정량 분석 방법은, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판에 절연막과 비정질 실리콘을 형성하는 단계와, 상기 비정질 실리콘 상에 니켈을 증착하는 단계와, 상기 니켈을 식각액으로 식각하는 단계와, 상기 식각된 시료를 AP1 필름에 떨어뜨리고 건조시키는 단계와, 상기 건조된 시료를 ED-XRF로 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고 또한, 기판을 준비하는 단계와, 상기 기판에 AP1 필름을 설치하는 단계와, 상기 AP1 필름에 니켈을 증착하는 단계와, 상기 니켈을 ED-XRF 분석하는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 니켈 정량 분석 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 만드는 방법은, 비정질 실리콘에 금속을 스퍼터링 방법으로 증착하고 결정화시키면 500~600℃에서 10시간이면 형성되는 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization, MIC) 방법이 있고, 이것에 전기장을 걸어주어 550℃ 이하에서 30분이면 다결정화가 가능한 전기장 인가 금속 유도 결정화(Field Enhanced Metal Induced Crystallization, FEMIC) 방법이 있다.

그리고, FEMIC 방법에서 사용되는 금속으로 대표적인 것이 니켈(Ni)이고 이 니켈의 양을 1Å이하의 극미량을 사용하게 된다. 또한, FEMIC에서는 채널층과 소오스/드레인 전극에 동시에 니켈의 양을 1Å이하로 증착하며 전기장을 걸어 결정화를 이루므로 니켈이 얼마나 증착되어 있는 가를 알 필요가 있다.

또한, FEMIC 공정후 Laser(Eximer Laser)를 조사하면 니켈의 그레인 경계 특성이 좋아져 이동도가 단일 결정 실리콘 정도가 되는 CGS(Continuous Grain Silicon) 기술이 있고 이 CGS는 채널부분에 SiO2를 마스킹 레이어로 사용하여 채널 부분에는 미량의 니켈이 존재하고 소오스/드레인 전극에는 수십 Å 이상의 니켈을 증착하여 결정화를 실시하게 된다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 1실시예에 의한 니켈 정량 분석 공정도이다.

도 2a와 같이, 350mm×300mm 크기의 기판(200)위에 절연막(SiO2, 201)을 형성한 후, 비정질 실리콘(a-Si:H, 반도체층, 202)을 형성하고, 그 위에 스퍼터링 방법으로 니켈층(203)을 증착한다.

도 2b와 같이, 상기 니켈층(203)위에 포토레지스터 어플리케이터에 포토레지스터(204)를 묻혀 이중 원의 모양으로 도포한다. 그리고, 약 110℃의 핫 플레이트 위에 기판(도면에 표시하지 않음)을 올려놓고 상기 포토레지스터(204)를굽는다(bake).

도 2c와 같이, 상기 니켈층(203)위의 상기 포토레지스터(204) 도포 부분 가장자리에 식각액(205)을 4~5방울 떨어뜨린다. 그리고, 원 내부 전체에 상기 식각액(205)이 퍼지게 한다. 상기 식각액(205)은 여러 실험의 결과 5% HF: 6% H2O2 혼합물을 사용한다.

도 2d와 같이, 상기 식각액(205)은 상기 비정질 실리콘(도면에 표시하지 않음)층 위에 있는 자연적으로 형성된 산화물(SiO2)을 녹이면서 상기 니켈(203)도 함께 녹인다. 그러면서, 상기 식각액(205), 상기 녹은 산화물과 상기 니켈을 포함한 시료(206)가 큰 방울 형태로 중앙으로 모인다.

도 2e와 같이, 모아진 시료(206)를 마이크로 피펫으로 포집하여 AP1 필름 서포터(208) 상의 AP1 필름(207) 위에 떨어뜨린다. 그런 다음, 약 35~50℃ 핫 플레이트 위에서 건조시킨다. 상기 시료(206)의 모든 산성분이 드라이(dry)되면 니켈은 상기 AP1 필름(207) 중앙에 2mm 크기의 잔여물로 남는다.

이때, 본 발명의 상기 시료(206)은 피펫으로 모두 포집되고, 상기 AP1 필름(207) 상의 처리된 면의 중앙에 상기 니켈이 남아 있다.

이와 같이 제작된 니켈 시료를 ED-XRF를 이용하여 분석한다.

상기 ED-XRF로 분석하면 정성적인 니켈 피크(pick)와 ㎍/㎠의 평면 밀도인 정량 데이터가 얻어진다. 이 피크로 니켈이 순수하게 얻어짐을 확인하고, 평면 밀도를 원자 단위로 바꾸어주면 atoms/㎠의 단위의 원자 평면 밀도가 얻어지고 이 데이터를 부피 밀도로 나누면 증착 두께가 얻어진다.

그리고, 상기 AP1 필름의 사용은 적은 양을 ED-XRF 분석시 백그라운드 피크가 나오지 않는 소재이므로 사용하였다. 플라스틱 필름의 일종으로 적은 양을 분석할 때 유용한 재료이다.

상기 ED-XRF 분석의 기기 오차는 2% 이하이고 방법 오차는 6% 이하이다.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 제 2실시예에 의한 니켈 정량 분석 공정도이다.

도 3a와 같이, 350mm×300mm 크기의 기판상에 상기 AP1 필름(207)을 부착하고 상기 니켈(203)을 스퍼터링 방법으로 증착한다.

도 3b와 같이, 증착된 니켈(203)을 몇 지점 선택하여 ED-XRF로 분석한다. 분석 방법은 상기 도 2e 설명과 동일하다.

도 4는 본 발명에 의한 TOF-SIMS 분석 공정도이다.

도 4와 같이, 350mm×300mm 크기의 기판상에 니켈(203)을 스퍼터링 방법으로 증착하고 중앙의 시료(210)를 선택하여 TOF-SIMS(Time OF Flight-Secondary Ion Mass Spectroscopy, 비행시간법 이차이온 질량 분석기) 방법으로 분석한다. 이 TOF-SIMS 방법은 표면을 깨뜨릴 때 나오는 이차이온을 추출 렌즈를 통해 질량 분석기를 통과시켜 시료 표면에 어떤 성분이 있는 가를 알아내는 장비로 유기물(고뷴자 포함)등의 분자를 통째로 분석 가능하고 질량 분석이 용이하고 비교적 저렴하고 검출 능력이 우수한 장비이다.

이 방법은 상기 2a ~ 2e, 상기 3a ~3b 방법을 크로스 체크하기 위해 한 지점에서 측정한다.

도 5a는 본 발명의 니켈 식각액의 ED-XRF 결과 그래프이고, 도 5b는 본 발명의 니켈 식각액을 여러번 추출한 ED-XRF 결과 그래프이다.

도 5a와 같이, 본 발명의 상기 식각액은 기판 성분이나 실리콘을 식각하지 않는다. 그리고 중앙에 니켈을 알려주는 뚜렷한 피크가 있다. 상기 니켈의 추출 효율은 약 95% 정도이다.

도 5b는, 상기 식각액이 효율적인가를 알려주는 그래프로 첫 번째와 두 번째는 상기 식각액으로 식각한 후 ED-XRF 측정하고, 세 번째와 네 번째는 질산: 탈이온수: 20% 불산으로 식각한 후 ED-XRF를 측정한 그래프이다. 상기 그래프에서 보는 바와 같이, 첫 번째 추출에서 니켈이 거의 다 추출되는 결과를 나타내므로 1회 추출로 니켈의 정량 분석이 가능하다. 그리고, 도 2e의 설명에서처럼 상기 니켈의 두께와 평면 밀도를 얻을 수 있다. 첫 번째 추출에서 니켈의 두께는 약 1.338Å이다. 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 1실시예에 의한 니켈 정량 분석 데이터이다.

도 6a는, 도 2a 내지 도 2e의 공정을 거쳐 ED-XRF 분석을 하여 얻어진 평면 밀도 데이터로 상기 니켈 스퍼터링 조건이 100W 파워와 사용한 He 기체의 양이 350sccm인 경우이다. 대략 3.4~4.13×10¹³atoms/㎠의 원자 평면 밀도가 얻어진다.

도 6b는 도 6a와 같은 방법으로, 상기 스퍼터링 조건이 다를 뿐이다. 150W를 사용하고 사용한 He 기체의 양은 같다. 대략 9.16~10.89×10¹³atoms/㎠의 원자 평면 밀도가 얻어진다.

도 6c는 도 6a, 도 6b와 같은 방법이고, 스퍼터링시 250W를 사용하고, 사용한 He 기체의 양은 같다. 대략 1.76~2.20×10¹⁴atoms/㎠의 원자 평면 밀도가 얻어진다.

즉, 스퍼터링시 강한 전력을 사용하면 증착되는 니켈의 두께가 두꺼워지므로 본 발명에 의한 결과 상기 니켈의 원자 평면 밀도가 증가하는 것이다.

도 7은 본 발명의 제 2실시예에 의한 니켈 정량 분석 데이터이다.

도 7은 도 3a 내지 도 3b의 공정을 거쳐 ED-XRF 분석을 하여 얻어진 평면 밀도 데이터로 상기 니켈 스퍼터링 조건이 250W 파워와 사용한 He 기체의 양이 350sccm인 경우이다. 대략 2.30~2.70×10¹⁴atoms/㎠의 원자 평면 밀도가 얻어진다. 도 6c의 결과와 비교해 보면 도 7의 상기 니켈의 원자 평면 밀도가 큼을 알 수 있다. 그러나, 도 7은 실제의 니켈 증착 경우가 아니므로 도 6c를 뒷받침해주는 데이터로서의 의미가 있다. 즉, 도 7은 상기 AP1 필름상에 상기 니켈을 증착하므로 도 6c의 실제의 니켈 증착보다 많은 양의 원자 평면 밀도가 얻어져야 하고 그러한 결과가 얻어졌으므로 도 6c의 결과가 옳은 것이다.

도 8a는 본 발명의 니켈 정량 분석 비교 데이터이고, 도 8b는 본 발명의 니켈 정량 분석 비교 그래프이다.

도 8a는, ED-XRF의 분석 결과와 TOF-SIMS 분석 결과를 비교한 것으로, TOF-SIMS 결과와 ED-XRF 결과 모두 스퍼터링시 사용된 전력량이 증가하면 니켈의 원자 평면 밀도가 증가되는 결과를 얻었다. 그리고, 두 방법을 비교해보면 본 발명의 식각액을 사용한 니켈 정량 분석 방법이 좋은 결과를 나타낸다는 것을 알 수있다.

도 8b는 도 8a를 나타낸 도면으로 AP1 필름에 니켈을 증착한 것보다 비정질 실리콘에 니켈을 증착한 것이 더욱 정확한 결과를 나타냄을 알 수 있다.

도 9a와 도 9b는 본 발명의 비정질 실리콘 결정화 공정도이다.

도 9a와 같이, 기판(200)에 절연막(201, SiO₂)을 증착한 후 비정질 실리콘(202)을 증착한다. 상기 비정질 실리콘(202)을 증착한 후 상기 비정질 실리콘(202)면에 니켈층(203)을 스퍼터링 방법으로 형성한다. 여기서, 상기 절연막(201)은 상기 기판(200)의 불순물 이온이 상기 비정질 실리콘(202)에 침투하지 않도록 차단하는 역할을 한다.

도 9b는 도 9a와 같이 형성한 후 500~600℃에서 4시간 가량 가열하거나 전기장을 걸어 주어 200~500℃에서 1시간 가열하면 상기 비정질 실리콘(202)이 폴리 실리콘(210)으로 형성되는 도면이다. 상기 폴리 실리콘(210)은 상기 니켈층(203)이 있을 때 결정화가 잘 이루어지고 결정화 온도가 낮아진다. 여기에 전기장을 가해주면 더욱 결정화 온도를 낮출 수 있다. 상기 니켈층(203)을 이용하여 결정화하는 방법을 금속 유도 결정화 방법( Metal Induced Crystallization, MIC)이라 하고, 전기장을 가해 결정화를 더욱 유리하게 이끄는 방법을 전기장 인가 금속 유도 결정화 방법(Field Enhanced Metal Induced Crystallization, FEMIC)이라 한다.

상기와 같은 본 발명의 니켈 정량 측정 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 식각액을 사용하여 증착된 니켈을 식각하고 AP1 필름을 사용하여 ED-XRF로 분석하므로 분석 방법이 간단하다.

둘째, 식각액을 사용하여 증착된 니켈을 식각하고 AP1 필름을 사용하여 ED-XRF로 분석하므로 분석 비용이 저렴하다.

셋째, 식각액을 사용하여 증착된 니켈을 식각하고 AP1 필름을 사용하여 ED-XRF로 분석하므로 백그라운드 피크가 얻어지지 않아 분석이 명확하다.

넷째, 식각액을 사용하여 증착된 니켈을 식각하고 AP1 필름을 사용하여 ED-XRF로 분석하므로 분석 결과가 균일하다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (14)

1. 기판을 준비하는 단계와,

   상기 기판에 절연막과 비정질 실리콘을 형성하는 단계와,

   상기 비정질 실리콘 상에 니켈을 증착하는 단계와,

   상기 니켈을 식각액으로 식각하는 단계와,

   상기 식각된 시료를 AP1 필름에 떨어뜨리고 건조시키는 단계와,

   상기 건조된 시료를 ED-XRF로 분석하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 정량 분석 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 식각액은 불산과 과산화수소가 혼합되어 있음을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 정량 분석 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 AP1 필름상에 시료를 떨어뜨리고 핫 플레이트에서 건조시킴을 특징으로 하는 니켈 정량 분석 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 식각액으로 식각하기전에 포토레지스터로 원패턴을 만들어 원 가장자리에 상기 식각액을 퍼지게 하는 것을 특징으로 하는 니켈 정량 분석 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 니켈은 스퍼터링 방법으로 증착함을 특징으로 하는 니켈 정량 분석 방법.
6. 기판을 준비하는 단계와,

   상기 기판에 AP1 필름을 설치하는 단계와,

   상기 AP1 필름에 니켈을 증착하는 단계와,

   상기 니켈을 ED-XRF 분석하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈 정량 분석 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 니켈은 스퍼터링 방법으로 증착됨을 특징으로 하는 니켈 정량 분석 방법.
8. 분석용 기판상에 비정질 실리콘과 니켈을 증착하고, 상기 니켈을 식각액으로 식각하여 시료를 만들고, 상기 시료를 AP1 필름상에서 건조한 뒤 ED-XRF로 분석하는 니켈 정량 분석 단계와,

   상기 정량 분석의 결과에 따라 최적의 니켈 증착 조건을 찾는 단계와,

   상기 최적의 니켈 증착 조건을 적용하여 비정질 실리콘 상에 니켈을 증착하고, 결정화하는 단계를 포함하는 비정질실리콘 결정화 방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 식각액은 불산과 과산화수소가 혼합되어 있음을 더포함하는 것을 특징으로 하는 비정질실리콘 결정화 방법.
10. 제 8항에 있어서, 상기 AP1 필름상에 시료를 떨어뜨리고 핫 플레이트에서 건조시킴을 특징으로 하는 비정질실리콘 결정화 방법.
11. 제 8항에 있어서, 상기 식각액으로 식각하기전에 포토레지스터로 원패턴을 만들어 원 가장자리에 상기 식각액을 퍼지게 하는 것을 특징으로 하는 비정질실리콘 결정화 방법.
12. 제 8항에 있어서, 상기 니켈은 스퍼터링 방법으로 증착함을 특징으로 하는 비정질실리콘 결정화 방법.
13. 분석용 기판상에 AP1 필름을 설치하고, 상기 AP1 필름에 니켈을 증착하고, 상기 니켈을 ED-XRF로 분석하는 니켈 정량 분석 단계와,

    상기 정량 분석의 결과에 따라 최적의 니켈 증착 조건을 찾는 단계와,

    상기 최적의 니켈 증착 조건을 적용하여 비정질 실리콘 상에 니켈을 증착하고, 결정화하는 단계를 포함하는 비정질실리콘 결정화 방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 니켈은 스퍼터링 방법으로 증착됨을 특징으로 하는 비정질실리콘 결정화 방법.