KR20000040729A - 실리콘 박막을 결정화하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속유도결정화에 의하여 실리콘 박막을 결정화하는 방법에 관한 것으로, 기판 상에 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 을 결정화하는 단계를 포함하는 실리콘 박막을 결정화하는 방법으로, 상기 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 을 실리콘결정화촉매물질-실리콘 혼합타겟을 사용하여 스퍼터링에 의하여 상기 기판 상에 형성하며, 극미량의 금속물질을 사용하여 다결정 실리콘 박막을 형성했기 때문에, 다결정 실리콘 박막에 대한 금속물질의 오염을 최소한으로 줄일 수 있고, 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층인 하나의 층만을 사용하여 MIC에 의하여 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있기 때문에 종래 기술에 비하여 공정 단순화에 있어서 잇점이 있다.
Description
본 발명은 실리콘 박막을 결정화하는 방법에 관한 것으로 특히, 금속유도결정화(Metal Induced Crystallization ; MIC)에 의하여 실리콘 박막을 결정화하여 다결정 실리콘 박막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
다결정질 실리콘 박막트랜지스터(polycrystalline silicon thin film transistor ; poly-Si TFT)는 비정질 실리콘 박막트랜지스터 (amorphous silicon thin film transistor ; a-Si TFT)에 비해 전계효과 이동도가 크고, 빛 조사에 대한 안정성이 우수하다. 따라서, poly-Si TFT는 능동행렬 액정표지장치(active matrix liquid crystal display : AMLCD)의 구동소자 및 주변회로의 기본소자로 응용된다.
다결정질 실리콘을 제작하는 방법은 여러 가지가 보고되어 있는데, 그 방법을 크게 두 가지로 구분하면, 다결정 실리콘을 직접 증착하는 방법과 비정질 실리콘을 증착한 후, 결정화하는 단계를 거쳐서 다결정질 실리콘을 만드는 방법이다.
다결정 실리콘을 직접 증착하는 방법에는 열화학기상 증착법(chemical vapor deposition : CVD), Photo CVD, HR(hydrogen radical) CVD, ECR(electron cyclotron resonance) CVD, PE(plasma enhanced) CVD, LP(low pressure) CVD 등의 방법들이 있다.
비정질 실리콘을 증착하여 결정화하는 방법에는 고상결정화 (solid phase crystallization : SPC)법과 액상결정화 (liquid phase crystallization : LPC)법또는, 엑시머 레이저 (excimer laser) 등의 펄스 레이저 (pulse laser)에 의한 결정화법등이 있다.
최근에는 대면적의 박막트랜지스터-액정표시장치(TFT-LCD) 제작에 다결정 실리콘을 사용하기 위하여 결정화 온도를 낮추기 위한 많은 연구가 진행되고 있는데, 그 중 하나가 금속유도결정화(metal induced crystallization : MIC) 방법이다.
이 방법에 의하면, 특정한 종류의 금속을 비정질 실리콘과 접촉시키면 비정질 실리콘의 결정화 온도를 500℃ 이하로 낮출 수 있다. 이러한 MIC 효과는 많은 금속 원자들에서 나타나는 것으로 알려져 있다.
MIC는 금속의 종류에 따라 결정화를 일으키는 원인이 다르다. 즉, Si에 접하는 금속의 종류에 따라 결정화 현상이 달라질 수 있다.
Al, Au, Ag 등의 금속은 Si와의 경계면에서 Si의 확산에 의해서 지배된다. 금속과 Si의 경계면에서 Si의 확산에 의한 준안정상태의 실리사이드상을 형성하는데, 이 실리사이드는 결정화 에너지를 낮추는 역할을 하게 되어, 실리콘의 결정화를 촉진한다.
이에 반하여 Ni, Ti 등의 금속은 어닐링에 의한 금속의 확산이 지배적이다. 즉, 금속과 Si 경계면에서 Si층 방향으로의 금속 확산에 의하여 실리사이드상을 형성하고, 이러한 실리사이드가 결정화를 촉진하여 결정화 온도를 낮춘다. Ni에 의한 금속 유도 결정화는 Ni 실리사이드의 마지막 상인 NiSi2가 결정화핵으로 작용하여 결정화를 촉진한다.
도 1a부터 도 1b는 종래 기술에 의한 실리콘 박막을 결정화하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 절연기판(100) 상에 실리콘 산화막으로 완충막(10)을 형성한 후, 완충막(10) 상에 결정화될 비정질 실리콘 박막(11)을 증착하고 나서, 결정화 촉매층으로 작용하는 금속박막, 예를 들어, Ni 박막(13)을 형성한다.
Ni 박막(13)은 통상의 금속물질 증착기술인 스퍼터링에 의하여 완충막(10) 상에 Ni을 얇게 증착하여 형성한다.
도 1b를 참조하면, 비정질 실리콘 박막(11)의 결정화를 위하여 상기 결과의 기판에 열처리작업을 진행한다.
열처리 결과, Si층 방향으로의 Ni 확산에 의하여 실리사이드상이 형성된다. 그리고, 이 실리사이드가 실리콘 박막의 결정화를 촉진하여 결정화 온도를 낮춘 상태에서 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘 박막(19)으로 결정화한다.
그러나 상기와 같은 종래 기술에서는 결정화 촉매로 작용하는 Ni 박막을 소정의 두께로 형성하고 실리콘 결정화를 진행한다. 따라서, 결정화된 실리콘 박막에는 Ni량이 박막 두께량만큼 다량 존재하게 된다. 이와 같이 다량의 Ni로 오염된 다결정 실리콘 박막로 제작된 TFT는 소자특성이 불량하여 소자로 적용하기에는 문제가 있는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 실리콘 박막을 결정화하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 금속 유도 결정화에 의하여 비정질 실리콘 박막을 결정화하되, 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층을 형성하여 이 실리콘층을 다결정 실리콘으로 결정화하는 실리콘 박막의 결정화 방법을 제공하는데 있다.
이를 위한 본 발명은 기판 상에 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 을 결정화하는 단계를 포함하는 실리콘 박막을 결정화하는 방법이다.
이 때, 상기 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 을 실리콘결정화촉매물질-실리콘 혼합타겟을 사용하여 스퍼터링에 의하여 상기 기판 상에 형성할 수 있다.
도 1A부터 도 1B는 종래 기술에 의한 실리콘 박막의 결정화를 설명하기 위한 도면
도 2A부터 도 2B는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 실리콘 박막의 결정화를 설명하기 위한 도면
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실리콘 박막의 결정화를 설명하기 위한 도면
이하, 하기 실시예와 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 2a부터 도 2b는 본 발명의 제 1 실시예에 의하여 실리콘 박막을 결정화하는 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 기판(200) 상에 완충막(20)을 형성하고, 완충막(20) 상에 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 (21)을 적정 두께로 형성한다.
완충막(20)은 실리콘 박막을 결정화하는 과정에서 기판(200)의 이물질이 실리콘 박막에 침투하여 실리콘 박막을 손상시키는 것을 방지하기 위하여 형성한다.
실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 (21)은 종래의 기술 개념에서 각각 분리된 비정질 실리콘 박막과 실리콘 결정화 촉매층을 본 발명에서는 하나의 층으로하여 형성한 것이다.
실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 (21)은 실리콘 결정화 촉매물질이 적절한 비율로 함유되어 있는 실리콘 타겟(이하, 금속-실리콘 혼합타겟(composite target)이라 함)을 스퍼터링(sputtering)하여 형성할 수 있다.
혼합타겟을 스퍼터링하여 증착된 박막은 소정의 물질이 소정의 비율을 가지도록 하는 소정의 층을 형성할 수 있다. 이는 혼합타겟 제작시, 구성물질의 구성비율을 조절하는 것이 가능하기 때문이다.
실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 (21)은 Ni,Cu, Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Zn, Au, Ag 등과 같이 실리콘 결정화를 유도하는 금속물질인 실리콘 결정화 촉매물질이 극미량인 1000ppm이하의 비율을 차지하는 금속-실리콘 혼합타겟을 스퍼터링하여 형성할 수 있다. 이 때, Ni이 극미량인 1000ppm이하의 비율을 차지하는 Ni-Si 혼합타겟을 스퍼터링할 경우에는 1000ppm 이하의 Ni이 전체에 균일하게 분포되어 있는 Ni을 함유한 Si 박막을 형성할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 상기 결과의 기판에 열처리를 진행하거나, 열처리와 전압인가를 동시에 진행하는 방법 등에 의하여 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 (21)을 결정화하여 다결정 실리콘 박막(29)을 형성한다.
결정화과정에서, 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 (21)의 실리콘 결정화 촉매물질은 주변의 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성한다. 이 실리리사이드는 실리콘 결정화의 촉매로 작용하게 되고, 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 (21)은 전체에 걸쳐 균일한 실리콘 결정화를 진행한다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 실리콘 결정화 과정에서는 극미량의 금속물질을 사용하여 다결정 실리콘 박막을 형성했기 때문에, 다결정 실리콘 박막에 대한 금속물질의 오염을 최소한으로 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 제 1 실시예에서는 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 인 하나의 층만을 사용하여 MIC에 의하여 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있기 때문에 종래 기술에 비하여 공정 단순화에 있어서 잇점이 있다.
도 3a부터 도 3b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실리콘 박막을 결정화하는 공정을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 제 1 실시예에 비교하여 비정질 실리콘 박막 상에 결정화 유도층인 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층을 한 층 더 형성하는 것이 다르다. 편의상, 본 발명의 제 1 실시예와 동일 구성요소에는 동일부호를 사용하였다.
도 3a를 참조하면, 기판(200) 상에 완충막(20)을 형성한 후, 완충막(20) 상에 결정화가 진행될 비정질 실리콘 박막(22)을 형성한다. 이어서, 비정질 실리콘 박막(22) 상에 실리콘 결정화 유도층인 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘 박막 (23)을 형성한다.
실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘 박막 (23)은 본 발명의 제 1 실시예에서의 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 (21)의 형성방법과 동일하다.
도 3b를 참조하면, 상기 결과의 기판에 열처리를 진행하거나, 열처리와 전압인가를 동시에 진행하는 방법 등에 의하여 비정질 실리콘 박막(22)과 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘 박막 (23)이 결정화되어 다결정 실리콘 박막(29)이 형성된다.
이 때, 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘 박막 (23)에서 결정화가 진행되어 제 1 다결정 실리콘 박막(29-1)이 형성되고, 제 1 다결정 실리콘 박막(29-1)이 그 하단의 비정질 실리콘 박막(22)의 결정화를 유도하여 제 2 다결정 실리콘 박막(29-2)을 형성된다. 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실리콘 결정화 과정에서는 본 발명의 제 1 실시예에 서술한 바와 같이, 극미량의 금속물질을 사용하여 다결정 실리콘 박막을 형성했기 때문에, 다결정 실리콘 박막에 대한 금속물질의 오염을 최소한으로 줄일 수 있다.
본 발명은 실리콘 결정화 과정에서는 극미량의 금속물질을 사용하여 다결정 실리콘 박막을 형성했기 때문에, 다결정 실리콘 박막에 대한 금속물질의 오염을 최소한으로 줄일 수 있다. 또한, 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층인 하나의 층만을 사용하여 MIC에 의하여 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있기 때문에 종래 기술에 비하여 공정 단순화에 있어서 잇점이 있다.
Claims (7)
- 기판 상에 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 을 형성하는 단계와,상기 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 을 결정화하는 단계를 포함하는 실리콘 박막을 결정화하는 방법.
- 청구항 1에 있어서,상기 기판과 상기 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 사이에 비정질 실리콘 박막을 형성하는 단계와,상기 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 과 상기 비정질 실리콘 박막을 함께 결정화하는 단계를 더 포함하는 실리콘 박막을 결정화하는 방법.
- 청구항 1 또는, 청구항 2에 있어서,상기 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층 을 실리콘결정화촉매물질-실리콘 혼합타겟을 사용하여 스퍼터링에 의하여 상기 기판 상에 형성하는 실리콘 박막을 결정화하는 방법.
- 청구항 3에 있어서,상기 실리콘결정화촉매물질-실리콘 혼합타겟에는 실리콘결정화촉매물질이 실리콘에 대하여 1000ppm이하의 비율을 가지는 실리콘 박막을 결정화하는 방법.
- 청구항 3에 있어서,상기 실리콘결정화촉매물질은 Cu, Ni, Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Zn, Au, Ag 등과 같이 실리콘 결정화를 유도하는 금속물질인 실리콘 박막을 결정화하는 방법.
- 청구항 1 또는, 청구항 2에 있어서,상기 실리콘 결정화 촉매물질을 함유한 실리콘층은 Ni을 함유한 Si층인 실리콘 박막을 결정화하는 방법.
- 청구항 1 또는, 청구항 2에 있어서,상기 결정화는 기판에 열처리를 진행하거나, 열처리와 전압인가를 동시에 진행하는 방법을 통하여 이루어지는 실리콘 박막을 결정화하는 방법.
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