KR100738659B1 - 니켈 할로겐 화합물 분위기를 이용한 다결정 규소박막의제조방법 - Google Patents
니켈 할로겐 화합물 분위기를 이용한 다결정 규소박막의제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 다결정 규소박막의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정질 규소박막을 니켈 할로겐 화합물의 분위기에서 열처리함으로써 금속 오염을 최소화하면서 저온에서 경제적으로 다결정 규소박막을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다결정 규소박막의 제조방법은 종래 다결정 규소박막의 제조에 있어서, 기판 상의 비정질 규소박막 위에 산화막을 형성하는 단계, 산화막이 형성된 비정질 규소박막을 니켈 화합물 분위기에서 열처리하여 다결정 규소박막을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명에 의해 제조된 다결정 규소박막은 저온에서 결정화가 가능할 뿐 아니라, 결정입자가 크고 균일하다.
본 발명은 비정질 실리콘 표면에 산화막을 성장시켜 니켈 금속과 규소박막의 직접적인 접촉을 피하게 하고 또한 산화막 위에 니켈 금속을 증착 시키는 것 보다는 니켈 할로겐 화합물을 증착시켜 규소박막에 오염되는 니켈의 농도를 낮출 수 있다.
Description
도 1은 본 발명에 의해 제조된 다결정 규소 박막 내의 실리콘 결정입자를 보여주는 광학 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조된 규소박막의 결정화 정도를 보여주는 X-선 회절 그래프이다.
도 3(a)(b)는 본 발명에 의해 다결정 규소박막 제조시 산화막 유무에 따른 다결정 규소 박막 내의 실리콘 결정 입자를 보여주는 주사 전자 현미경 사진이다.
본 발명은 다결정 규소박막의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정질 규소박막을 니켈 할로겐 화합물의 분위기에서 열처리함으로써 금속 오염을 최소화하면서 저온에서 경제적으로 다결정 규소박막을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
최근 OLED용 TFT, SRAM용 TFT, EEPROM용 TFT, 태양전지, 이미지센서(image sensor)등과 같은 전자소자의 제작을 위해 다결정 규소박막의 제조 기술이 중요해짐에 따라 경제적으로 다결정 규소박막을 제조하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다.
경제적으로 다결정 규소박막을 제조하기 위해서는 비정질 규소 박막을 열처리하여 다결정 규소 박막으로 만드는 열처리 공정에서 열처리 온도를 낮추고 열처리 시간을 단축시켜야 한다. 그리고 소자 제작을 위하여 제조된 다결정 규소 박막의 표면이 평탄해야 하며, 결정립의 크기가 모두 비슷하여야 대면적에서 많은 소자를 제조할 경우 소자 특성의 균일성을 유지할 수 있다.
비정질 규소박막은 금속 성분과 접촉하였을 때, 다결정 규소박막으로 고상 결정화되는 온도가 낮아지게 된다. 이를 위해 Cu, Au, Ag, Ni, Pd, Al 등의 금속을 비정질 규소박막에 직접 박막으로 증착한 후 열처리하거나 또는 상기의 금속이나 금속 화합물이 산에 용해된 금속용액을 규소박막에 스핀 코팅한 후 열처리하여 결정화 온도를 감소시키는 방법들이 연구되어 왔다.
위의 금속 중에서 니켈금속을 이용한 결정화가 사장 많이 수행되고 있는데 주로 니켈금속을 박막 형태로 비정질 규소박막 전면에 증착하여 열처리하는 방법을 사용한다. 그러나 이 경우 규소박막과 접촉한 금속량이 매우 많아, 결정화된 다결정 규소 박막 내에 상당량의 금속이 잔류하게 된다. 다결정 규소박막 내에 잔류한 금속은 추후 소자 제작시 전기적 결함으로 작용하여 소자 특성을 저하시키게 된 다(T. H. Ihn, T. K. Kim, B. I. Lee, S. K. Joo, Microelectronics Reliability, 39, 53, (1999)). 즉, 니켈 금속을 이용한 비정질 규소박막의 결정화는 규소박막에서의 다결정 성장 후 니켈이 많이 포함되어 있어 추후 제조되는 TFT 소자의 누설 전류가 높아 실제 소자 적용이 어려운 문제가 있다. 또한 대면적 디스플레이에 이 방법을 이용할 경우 니켈 금속의 도포를 위해 스퍼터(sputter)와 같은 고가의 장비가 필요하다.
본 발명은 비정질 규소박막으로부터 다결정 규소박막의 제조시 니켈 금속을 규소박막에 증착하는 대신에 니켈 할로겐 화합물 분위기에서 비정질 규소박막을 열처리함으로써 니켈 금속 박막을 증착하여 열처리하는 방법이나 니켈 금속 용액을 이용하는 방법이 지니는 금속 오염 등의 상기 문제점을 극복할 수 있는 다결정 규소 박막의 제조방법 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 니켈 할로겐 화합물 분위기의 저온에서 화학적 산화막이 형성된 비정질 규소박막을 열처리하여 결정화함으로써 경제적으로 효율적인 다결정 규소박막을 제조할 수 있는 방법과 이러한 방법에 의해 얻을 수 있는 다결정 규소박막의 제공할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다결정 규소박막의 제조방법은 종래 다결정 규소박막의 제조에 있어서, 기판 상의 비정질 규소박막 위에 산화막을 형성하는 단계, 상기 비정질 규소박막을 니켈 화합물 분위기에서 열처리하여 다결정 규소박막을 얻는 단계를 포함한다.
상기에서 기판 상의 비정질 규소박막의 형성은 종래 기판 위에 규소 박막을 형성할 수 있는 방법이라면 어느 특정한 공정에 제한됨이 없이 실시할 수 있다. 본 발명에서 기판 위에 비정질 규소박막을 형성할 수 있는 방법의 일예로서 화학기상증착법(CVD), 스퍼터링법(Sputtering) 또는 진공증발법(Evaporation) 중에서 선택된 어느 하나의 공정을 사용할 수 있다.
상기에서 비정질 규소박막이 형성된 기판은 유리판, 석영판, 전기가 통하지 않는 비정질 산화막이 피복된 유리판, 전기가 통하지 않는 비정질 산화막이 피복된 석영판 또는 규소 웨이퍼를 사용할 수 있다. 이때 기판 위에 형성되는 비정질 규소박막 두께는 수십 Å에서 수 ㎛가 적당하다.
상기에서 기판 상의 비정질 규소박막 표면에 산화막 층을 형성시킨다. 이때 비정질 규소박막 표면에 산화막의 형성은 여러 가지 방법으로 형성 및 성장이 가능하다. 일예로서 끓는 H2SO4:H2O2 용액(중량비 1:9∼9:1)에 비정질 규소 박막이 형성된 기판을 침지하여 끓임으로 생성되는 화학적 산화막을 이용할 수 있다. 이외에도 수백℃ 정도의 공기나 산소 분위기에서 열산화에 의해 생성되는 열산화막(thermal oxide), 플라즈마 산소 분위기에서 성장되는 플라즈마 산화막(plsama oxide), 화학기상증착법에 의해 증착되는 산화막(CVD oxide), 원자층 증착법으로 성장시킨 산화막(ALD oxide) 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용할 수 있다.
상기에서 기판 상의 비정질 규소박막 표면에 산화막 층은 두께가 5∼50nm가 되도록 형성할 수 있다.
본 발명에서 비정질 규소박막의 열처리는 니켈 할로겐 화합물 분위기에서 400℃∼600℃의 온도로 실시할 수 있다. 이때 상기의 열처리는 발열체에 의한 가열방식 또는 전자기파에 의한 가열방식에 의해 실시할 수 있다. 비정질 규소 박막의 열처리 온도가 400℃ 미만이면 다결정 규소박막의 형성되는 시간이 오래 걸리는 문제가 있고, 600℃ 초과하면 열처리 온도 상승에 따른 다결정 규소박막 형성에 대한 뚜렷한 효과의 상승이 없다. 따라서 본 발명에서 비정질 규소 박막의 열처리 온도는 400℃∼600℃에서 실시하는 것이 좋다.
상기에서 니켈 할로겐 화합물은 니켈 클로라이드(NiCl2), 요오드화 니켈(NiI2), 니켈 브로마이드(NiBr2), 니켈 플루오라이드(NiF2) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 일예로 2가지 종류의 니켈 할로겐 화합물을 사용하는 경우 이들은 1:9∼9:1의 비로 혼합된 니켈 할로겐 화합물을 사용할 수 있다.
상기에서 니켈 할로겐 화합물의 공급은 열처리 중에 기상으로 비정질 규소박막의 산화막에 공급하여 증착하거나 또는 저온의 비정질 규소박막의 열처리 이전에 산화막이 성장된 규소박막에 기상으로 공급하여 증착할 수 있다.
상기의 니켈 할로겐 화합물에 의해 비정질 규소 박막의 열처리는 1회에 한하여 실시할 수 있다. 또한 비정질 규소박막의 핵생성을 유도하기 위해 400∼600℃의 온도에서 0.1∼5시간 동안 실시하는 1차 열처리 단계와, 상기 1차 열처리 후 입자성장을 촉진하기 위하여 불활성 분위기 또는 진공분위기에서 400∼600℃의 온도로 0.1∼10시간 동안 2차 열처리를 실시하는 다단계 열처리를 실시하여 비정질 규소박막을 결정화 할 수 있다.
상기에서 불활성 분위기에서의 열처리는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 중에서 선택된 어느 하나 이상의 비활성 기체(inert gas) 존재 하에서 실시할 수 있다.
한편 본 발명은 상기에서 언급한 방법에 의해 얻을 수 있는 다결정 규소박막을 포함한다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 좀 더 구체적으로 설명하고자 한다. 실시예는 본 발명의 공정 및 효과를 구체적으로 예시하여 이해를 돕기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
<실시예>
열산화법으로 산화규소가 형성된 규소 웨이퍼를 기판으로 사용하여 기판온도 550℃에서 SiH4 가스를 흘려주면서 LPCVD법으로 1000Å 두께의 비정질 규소박막을 증착하였다.
비정질 규소박막이 증착된 기판을 끓는 H2SO4:H2O2가 1:1 중량비로 혼합된 산용액에 침지시켜 비정질 규소박막 표면에 화학적 산화막이 40nm 두께가 되도록 형성하였다.
그리고 NiCl2 분말을 가열하여 증발시켜 비정질 규소박막에 기상으로 공급하여 니켈 할로겐 화합물 분위기에서 시편을 480℃의 온도로 10시간 동안 열처리하였다.
도 1은 실시예의 방법에 의해 제조된 다결정 규소박막 내의 실리콘 결정입자를 보여주는 광학 현미경 사진이다. 박막 내 결정립 크기는 대략 15㎛ 정도이며 결정립 크기가 매우 균일함을 알 수 있다.
도 2는 실시예의 방법에 의해 제조된 다결정 규소 박막의 X-선 회절을 이용하여 분석한 결과이다. 본 발명의 방법으로 480℃에서 10시간 열처리에 의해 (111), (220), (311) 피크가 뚜렷하게 관찰되어 다결정 규소 박막이 형성되었음을 관찰할 수 있다.
도 3은 비정질 규소박막을 480℃ 니켈 할로겐 화합물 분위기에서 열처리함에 있어서 규소박막 위의 화학적 산화막의 유무에 따른 핵생성된 규소 결정입자의 모양을 보여주는 주사전자현미경 사진이다. 도 3(a)는 화학적 산화막이 형성된 비정질 규소박막을 480℃에서 1시간 니켈클로라이드를 공급해 준 후 소스 공급을 중단하고 추가로 5시간 열처리한 시편의 주사현미경사진이다. 산화막이 있는 경우에는 결정립이 구형으로 매우 치밀하게 성장함을 알 수 있다. 도 3(b)는 화학적 산화막이 형성되지 않은 비정질 규소박막을 480℃에서 1시간 니켈클로라이드를 공급해 준 후 소스 공급을 중단하고 추가로 5시간의 열처리한 시편의 주사 현미경 사진이다. 결정립의 경계가 모호하고 매우 느슨한 성장하고 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상기의 실시예의 결과로부터, 본 발명에 의해 제조된 다결정 규소박막은 저온에서 결정화가 가능할 뿐 아니라, 결정입자가 크고 균일하다.
본 발명은 비정질 실리콘 표면에 산화막을 성장시켜 니켈 금속과 규소박막의 직접적인 접촉을 피하게 하고 또한 산화막 위에 니켈 금속을 증착 시키는 것 보다는 니켈 할로겐 화합물을 증착시켜 규소박막에 오염되는 니켈의 농도를 낮출 수 있다.
Claims (8)
- 다결정 규소박막의 제조에 있어서,기판 상의 비정질 규소박막 위에 산화막을 형성하는 단계,산화막이 형성된 비정질 규소박막을 니켈 할로겐 화합물 분위기에서 열처리하여 다결정 규소박막을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 규소박막의 제조방법
- 제1항에 있어서, 비정질 규소 박막 위에 형성된 산화막은 산 용액에서 성장시킨 화학적 산화막(chemical oxide), 열산화로에서 성장시킨 열산화막(thermal oxide), 플라즈마 분위에서 성장시킨 플라즈마 산화막(plsama oxide), 화학증착법에 의한 CVD 산화막, 원자층 증착법으로 성장시킨 산화막(ALD oxide) 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 선택하여 기판 상의 비정질 규소박막 위에 산화막을 형성함을 특징으로 하는 다결정 규소박막의 제조방법.
- 제1항에서 산화막의 두께는 5∼50nm 임을 특징으로 하는 다결정 규소박막의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 니켈 할로겐 화합물은 NiCl2, NiI2, NiBr2, NiF2 중에서 선 택된 어느 하나 이상 임을 특징으로 하는 다결정 규소박막의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 니켈 할로겐 화합물은 화합물을 비정질 규소박막의 열처리 온도와 같은 온도로 공급해주거나 또는 비정질 규소박막의 열처리 이전에 별도로 비정질 규소박막 위에 증착시키는 것을 특징으로 하는 다결정규소박막의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 열처리는 400℃∼600℃의 온도에서 실시됨을 특징으로 하는 다결정규소박막의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 열처리는 발열체에 의한 가열방식 또는 전자기파에 의한 가열방식에 의해 열처리함을 특징으로 하는 다결정 규소박막의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 열처리는 비정질 규소박막의 핵생성을 유도하기 위해 400∼600℃의 온도에서 0.1∼5시간 동안 실시하는 1차 열처리 단계와, 1차 열처리 후 입자성장을 촉진하기 위하여 불활성 분위기 또는 진공분위기에서 400∼600℃의 온도에서 0.1∼10시간 동안 2차 열처리를 실시하는 다단계 열처리인 것을 특징으로 하는 다결정 규소박막의 제조방법.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR19990014131A (ko) * | 1997-07-24 | 1999-02-25 | 야마자키 순페이 | 반도체 장치 및 그 제조 방법 |
| KR20040057786A (ko) * | 2002-12-26 | 2004-07-02 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | 폴리실리콘 박막의 제조방법 |
| JP3540012B2 (ja) | 1994-06-07 | 2004-07-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置作製方法 |
-
2006
- 2006-04-11 KR KR1020060032918A patent/KR100738659B1/ko not_active IP Right Cessation
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