KR20050097579A - Method of phase transition of amorphous material - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비정질물질의 상변화방법에 관한 것으로서, 절연기판 상에 비정질물질을 증착하는 단계와, 상기 비정질물질 상에 산화질화막을 이용한 덮개층을 형성하는 단계와, 상기 덮개층 상에 금속을 증착하는 단계와, 상기 비정질물질을 상변화하는 단계를 포함하는 비정질물질의 상변화방법을 제공한다.The present invention relates to a phase change method of an amorphous material, comprising depositing an amorphous material on an insulating substrate, forming a cover layer using an oxynitride film on the amorphous material, and depositing a metal on the cover layer. It provides a phase change method of the amorphous material comprising the step of, and the phase change of the amorphous material.
본 발명에 의하면 비정질물질과 금속 사이에 덮개층을 개재하여 금속을 확산시키는 방식을 취함으로서 종래 금속이 비정질물질과 직접 접촉하는 문제에 의해 발생 가능한 금속오염문제를 현저히 감소시킬 수 있게 해준다.According to the present invention, the metal is diffused through the cover layer between the amorphous material and the metal, thereby significantly reducing the metal contamination problem caused by the problem of the direct contact between the conventional metal and the amorphous material.
Description
본 발명은 비정질 물질의 상변화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속이 비정질 물질과 직접 접촉되지 않고도 균일한 박막을 구현할 수 있는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of phase change of an amorphous material, and more particularly, to a method capable of realizing a uniform thin film without directly contacting a metal with an amorphous material.
박막트랜지스터(thin film transistor 또는 TFT)는 다결정실리콘 박막을 활성층으로 사용하는 스위칭소자로서 일반적으로 능동행렬 액정디스플레이(active matrix liquid crystal display)의 능동소자와 전기발광소자의 스위칭 소자 및 주변회로에 사용된다.A thin film transistor (TFT) is a switching device that uses a polysilicon thin film as an active layer, and is generally used in active devices of active matrix liquid crystal displays, switching devices of electroluminescent devices, and peripheral circuits. .
이러한 박막트랜지스터는 통상 직접 증착, 고온 열처리 또는 레이저열처리방법을 이용하여 제작하게 되는데, 이 중에서 레이저열처리방법은 전자의 두 가지에 비해 400℃ 이하의 저온에서도 결정화(또는 상변화, 이하에서는 상변화로 칭한다)가 가능하고 높은 전계효과 이동도(field effect mobility)를 구현할 수 있는 장점을 가져 선호되고 있으나, 상변화가 불균일하고 고가의 장비와 낮은 생산성으로 인하여 대면적의 기판 위에 다결정실리콘을 제작하는 경우에 적합하지 않은 문제점도 가지고 있다.Such thin film transistors are usually manufactured by direct deposition, high temperature heat treatment, or laser heat treatment. Among them, the laser heat treatment method is crystallized (or phase change, or below, phase change below) at a low temperature of 400 ° C or lower than the former two. It is possible to have high field effect mobility, but it is preferred to manufacture polycrystalline silicon on a large-area substrate due to uneven phase change, expensive equipment, and low productivity. There is also a problem that is not suitable for.
비정질물질 특히 비정질실리콘을 결정화시키는 다른 방법으로는, 저가의 장비를 사용하여 균일하게 상변화된 결정질을 얻을 수 있는 고상결정화(solid phase crystallization)방법이 있는데, 이 방법은 높은 결정화온도 뿐 아니라 결정화에 장시간이 필요하여 생산성이 낮다는 점과 유리기판을 사용할 수 없다는 점 등의 문제점을 가지고 있다.Another method of crystallizing amorphous materials, in particular amorphous silicon, is the solid phase crystallization method, which allows the use of low-cost equipment to obtain uniformly phase-changed crystals. This necessitates problems such as low productivity and the inability to use glass substrates.
한편, 금속을 이용하여 비정질 실리콘을 상변화시키는 방법은 고상결정화방법에 비하여 보다 낮은 온도에서 빠른 시간 내에 상변화가 가능하다는 장점이 있어 많이 연구되어 왔는데 금속유도결정화방법(metal induced crystallization)이 그 중 하나이다.On the other hand, the method of changing the phase of amorphous silicon using a metal has been studied a lot of advantages that can be changed in a short time at a lower temperature than the solid phase crystallization method, metal induced crystallization (metal induced crystallization) One.
금속유도결정화방법은 비정질실리콘 박막 위에 특정한 종류의 금속을 한 부분이상 직접 접촉시키고 접촉된 부분으로부터 측면 상변화 시키거나 또는 비정질실리콘 박막 내에 금속을 도핑해서 주입된 금속으로부터 비정질 실리콘을 상변화시키는 기술이다.Metal-induced crystallization is a technique of phase-changeing amorphous silicon from an implanted metal by directly contacting at least one portion of a specific kind of metal on the amorphous silicon thin film and lateral phase change from the contacted portion, or by doping the metal into the amorphous silicon thin film. .
그러나 이러한 종래 방식의 금속유도결정화 방법을 이용하여 비정질 실리콘을 상변화시키는 경우에는, 비정질실리콘과 금속이 직접 접촉하는 영역에서 금속오염으로 인하여 소자특성이 저하되어 오염부분을 따로 제거하는 공정이 추가되는 등 생산성이 현저히 저하된다.However, in the case of changing the phase of amorphous silicon by using the conventional method of metal induction crystallization, device characteristics are degraded due to metal contamination in the region where amorphous silicon and metal are in direct contact, thereby adding a process of removing contaminated parts separately. Etc., productivity falls remarkably.
또한, 박막트랜지스터에서 소스와 드레인 영역에 패터닝하여 박막을 구현하거나 또는 소스, 드레인 한쪽 부분에 패터닝하고 박막을 구현하는 경우에는 비정질실리콘이 완전하게 상변화되지 못하여, 비정질 부분과 결정화부분이 함께 존재하게 되는 문제점도 있었다.In addition, when the thin film transistor is patterned on the source and drain regions to form a thin film, or when the thin film transistor is patterned on one side of the source and drain regions, the amorphous silicon may not be completely phase-changed so that the amorphous portion and the crystallized portion may exist together. There was also a problem.
즉, 종래 비정질실리콘의 금속유도결정화방법을 사용하면 결정화 온도를 낮출 수 있는 장점이 있는 반면에 상변화된 박막 내에 침투하는 금속오염으로 인하여 박막 본래의 특성이 저하되는 문제점을 가지므로 이에 대한 개선책이 다양하게 제안되고 있는 실정이다.That is, the conventional method of inducing crystallization of amorphous silicon has the advantage of lowering the crystallization temperature, while the inherent characteristics of the thin film are degraded due to metal contamination penetrating into the phase-changed thin film. It is being proposed to do.
따라서 종래 방식의 금속유도결정화 방법을 이용하고자 한다면, 금속으로부터 박막의 오염을 최소화하기 위해 사용되는 금속의 양을 줄이는 것이 가장 중요한 문제로 대두되는 데, 이를 위해 이온주입기를 통해서 금속의 이온농도를 1012 내지 1014cm-2로 증착해서 고온처리, 급속열처리 또는 레이저 조사하는 방법과, 종래 금속유도결정화방식에 있어서 점성이 있는 유기박막과 액상의 금속을 혼합하여 스핀코팅(spin coating)방법으로 박막을 증착한 다음 열처리 공정을 수행하여 비정질실리콘을 상변화시키는 방법이 제안되었다.Therefore, if the conventional metal induction crystallization method is to be used, reducing the amount of metal used to minimize the contamination of the thin film from the metal is the most important problem, the ion concentration of the metal through the ion implanter for this purpose 10 High temperature treatment, rapid thermal treatment or laser irradiation by deposition at 12 to 10 14 cm -2 , and thin film by spin coating method by mixing viscous organic thin film and liquid metal in the conventional metal induction crystallization method A method of phase-changing amorphous silicon by depositing and then performing a heat treatment process has been proposed.
그러나 현재까지 제안된 방법에 의하는 경우에도 사용되는 금속에 의한 박막의 오염을 크게 개선시킬 수 없으며, 그레인 크기의 대형화 및 균일도면에서 여전히 문제점을 안고 있는 것이 작금의 현실이다.However, even in the case of the proposed method up to now, the contamination of the thin film by the metal used cannot be greatly improved, and the present reality is still problematic in terms of the size and uniformity of grain size.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 금속을 비정질 물질과 직접 접촉시키지 않고 상변화가 가능하여 박막의 금속오염 문제를 현저히 개선시킬 수 있는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to overcome the above problems, and an object of the present invention is to provide a method capable of significantly improving the metal contamination problem of a thin film by allowing phase change without directly contacting a metal with an amorphous material.
본 발명의 다른 목적은 금속을 미량 사용하더라도 균일한 그레인 크기를 가지는 박막을 구현할 수 있도록 하고, 금속 에칭 공정이 필요 없어 생산성을 제고할 수 있도록 하는데 있다. Another object of the present invention is to realize a thin film having a uniform grain size even when a small amount of metal is used, and to improve productivity without the need for a metal etching process.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 절연 기판 상에 비정질 물질을 증착하는 단계와; 상기 비정질 물질 상에 실리콘산화질화막을 포함하는 덮개층을 형성하는 단계와; 상기 덮개층 상에 금속박막을 증착하는 단계와; 상기 비정질물질을 상변화시키는 단계를 포함하는 비정질물질의 상변화 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of depositing an amorphous material on an insulating substrate to achieve the above object; Forming a cover layer including a silicon oxynitride layer on the amorphous material; Depositing a metal thin film on the cover layer; It provides a phase change method of an amorphous material comprising the step of changing the amorphous material.
상기 비정질물질을 증착하는 단계 이전에 절연기판 상에 완충층을 증착하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include depositing a buffer layer on an insulating substrate before depositing the amorphous material.
또한 본 발명은, 절연 기판 상에 금속박막을 증착하는 단계와; 상기 금속박막의 상부에 완충층을 증착하는 단계와; 상기 완충층 상부에 비정질 물질을 증착하는 단계와; 상기 비정질 물질 상에 실리콘산화질화막을 포함하는 덮개층을 형성하는 단계와; 상기 비정질물질을 상변화시키는 단계를 포함하는 비정질물질의 상변화 방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of depositing a metal thin film on an insulating substrate; Depositing a buffer layer on the metal thin film; Depositing an amorphous material over the buffer layer; Forming a cover layer including a silicon oxynitride layer on the amorphous material; It provides a phase change method of an amorphous material comprising the step of changing the amorphous material.
상기 절연 기판은 유연성을 가진 금속기판 상에 절연막이 형성된 것을 포함하는 것이 바람직하다.The insulating substrate preferably includes an insulating film formed on a flexible metal substrate.
상기 절연막은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화질화막, 실리케이트막, 유기막 중 하나 이상의 박막이 적층되어 형성되는 것이 바람직하다.The insulating film is preferably formed by stacking one or more thin films of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a silicate film, and an organic film.
상기 완충층은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화질화막, 실리케이트막, 유기막 중 하나 이상의 박막이 적층되어 형성되는 것이 바람직하다.The buffer layer is preferably formed by stacking one or more thin films of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a silicate film, and an organic film.
상기 덮개층은 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리케이트막 또는 유기막 중 하나 이상의 박막과 실리콘산화질화막이 다중으로 적층되는 것이 바람직하다.The cover layer may be formed by stacking multiple layers of at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicate film, or an organic film and a silicon oxynitride film.
상기 덮개층은 화학기상증착법, 열분해를 이용한 증착법, 프린터 또는 스핀코팅 중 어느 하나의 방법을 통해 형성되는 것이 바람직하다.The cover layer is preferably formed through any one of chemical vapor deposition, deposition using pyrolysis, printer or spin coating.
상기 산화질화막은 사일렌(SiH4)과, 암모니아 또는 질소 중 선택되는 어느 하나와, 산화질소(N2O) 또는 산소 중 선택되는 어느 하나를 이용하여 화학기상증착방법으로 증착하거나, 산화질화막을 타켓으로 이용하는 스퍼터링법에 의하여 증착하는 것이 바람직하다.The oxynitride film is deposited by chemical vapor deposition using any one selected from xylene (SiH 4 ), ammonia or nitrogen, and any one selected from nitrogen oxide (N 2 O) or oxygen, or an oxynitride film is deposited. It is preferable to deposit by the sputtering method used as a target.
상기 덮개층은 0.1nm 이상 1000nm 이내의 두께로 증착되는 것이 바람직하다.The cover layer is preferably deposited to a thickness of less than 0.1nm 1000nm.
상기 금속은 니켈(Ni), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 철(Fe), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 비소(As) 또는 안티몬(Sb) 이거나 상기 원소를 하나 이상 포함하는 합금인 것이 바람직하다.The metal is nickel (Ni), cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (Pt), iron (Fe), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), indium (In), tin ( Sn), arsenic (As) or antimony (Sb) or an alloy containing at least one of the above elements is preferable.
또한 본 발명은, 절연 기판 상에 비정질 물질을 증착하는 단계와; 상기 비정질 물질 상에 실리콘산화막, 실리콘질화막, 유기막 중 하나 이상의 막이 적층된 덮개층을 형성하는 단계와; 상기 덮개층 상에 금속박막을 증착하는 단계와; 상기 비정질물질을 상변화시키는 단계를 포함하는 비정질물질의 상변화 방법에 있어서, 상기 금속은 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 철(Fe), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 비소(As) 또는 안티몬(Sb) 이거나 상기 원소를 하나 이상 포함하는 합금인 비정질물질의 상변화방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: depositing an amorphous material on an insulating substrate; Forming a cover layer on which at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and an organic film is stacked on the amorphous material; Depositing a metal thin film on the cover layer; In the phase change method of the amorphous material comprising the phase change of the amorphous material, the metal is cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (Pt), iron (Fe), copper (Cu), silver ( A method of phase change of an amorphous material, which is Ag, gold (Au), indium (In), tin (Sn), arsenic (As), or antimony (Sb) or an alloy containing one or more of the above elements, is provided.
상기 비정질물질을 증착하는 단계 이전에 절연기판 상에 실리콘산화막, 실리콘질화막, 유기막 중 하나 이상의 막이 적층된 완충층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include forming a buffer layer on which at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and an organic film is stacked on the insulating substrate before depositing the amorphous material.
또한 본 발명은, 절연 기판 상에 금속박막을 증착하는 단계와; 상기 금속박막의 상부에 실리콘산화막, 실리콘질화막, 유기막 중 하나 이상의 막이 적층된 완충층을 형성하는 단계와; 상기 완충층 상부에 비정질 물질을 증착하는 단계와; 상기 비정질 물질 상에 실리콘산화막, 실리콘질화막, 유기막 중 하나 이상의 막이 적층된 덮개층을 형성하는 단계와; 상기 비정질물질을 상변화시키는 단계를 포함하는 비정질물질의 상변화 방법에 있어서, 상기 금속은 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 철(Fe), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 비소(As) 또는 안티몬(Sb) 이거나 상기 원소를 하나 이상 포함하는 합금인 비정질물질의 상변화방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of depositing a metal thin film on an insulating substrate; Forming a buffer layer in which at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and an organic film is stacked on the metal thin film; Depositing an amorphous material over the buffer layer; Forming a cover layer on which at least one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and an organic film is stacked on the amorphous material; In the phase change method of the amorphous material comprising the phase change of the amorphous material, the metal is cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (Pt), iron (Fe), copper (Cu), silver ( A method of phase change of an amorphous material, which is Ag, gold (Au), indium (In), tin (Sn), arsenic (As), or antimony (Sb) or an alloy containing one or more of the above elements, is provided.
상기 절연 기판은 유연성을 가진 금속기판 상에 절연막이 형성된 것을 포함하는 것이 바람직하다.The insulating substrate preferably includes an insulating film formed on a flexible metal substrate.
상기 금속박막은 0.001nm 이상 1000nm 이하의 두께로 증착되는 것이 바람직하다.The metal thin film is preferably deposited to a thickness of 0.001nm or more and 1000nm or less.
상기 금속박막을 증착하는 단계는, 덮개층 위에 0.2nm 내지 1000 nm 두께의 금속박막을 형성하는 단계와; 0.2nm 미만의 두께로 에칭하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The depositing of the metal thin film may include forming a metal thin film having a thickness of 0.2 nm to 1000 nm on the cover layer; It is preferred to include etching to a thickness of less than 0.2 nm.
상기 완충층과 비정질 물질의 경계면, 비정질 물질과 덮개층의 경계면, 또는 덮개층과 금속의 경계면의 결합특성을 향상하기 위해 상기 완충층, 비정질 물질 또는 덮개층에 대해 사전 처리를 하는 것이 바람직하다.It is preferable to pretreat the buffer layer, the amorphous material or the cover layer in order to improve the coupling property of the interface between the buffer layer and the amorphous material, the interface between the amorphous material and the cover layer, or the interface between the cover layer and the metal.
상기 사전 처리는, 불산(HF)이 함유된 용액처리방법, 플라즈마를 이용하는 화학기상증착법(PECVD), 이온을 이용한 표면처리방법, 오존처리방법, 계면활성제, 산용액, 염기, 염 또는 알카리 용액을 이용한 화학적 처리방법 중 선택되는 어느 하나의 방법을 이용하는 것이 바람직하다.The pretreatment includes a solution treatment method containing hydrofluoric acid (HF), a chemical vapor deposition method using plasma (PECVD), a surface treatment method using ions, an ozone treatment method, a surfactant, an acid solution, a base, a salt or an alkaline solution. It is preferable to use any one method selected from among the chemical treatment methods used.
상기 비정질 물질을 증착하는 단계는 스퍼터링법, 화학기상 증착법, 열분해법 중 어느 하나의 방법으로 형성된 증착막을 2 이상 적층하여 형성하는 것이 바람직하다.The depositing of the amorphous material may be performed by stacking two or more deposition films formed by any one of sputtering, chemical vapor deposition, and thermal decomposition.
상기 비정질 물질을 열분해법으로 증착하는 경우, 비정질 물질의 결정화 단계 이후에, 선택적 에칭공정을 통해 절연기판의 배면에 증착된 비정질 물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the case of depositing the amorphous material by pyrolysis, it is preferable to further include removing the amorphous material deposited on the back surface of the insulating substrate through a selective etching process after the crystallization of the amorphous material.
상기 비정질 물질의 상변화 단계는 복사열, 가시광 영역 또는 자외선 영역의 에너지원을 이용하여 400도 내지 1400도의 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.The phase change step of the amorphous material is preferably performed in a temperature range of 400 degrees to 1400 degrees using an energy source of radiant heat, visible light or ultraviolet light.
상기 비정질 물질의 상변화는 금속박막으로부터 확산된 금속에 의해 생성된 핵을 중심으로 측방으로 그레인이 성장함으로써 이루어지는 것이 바람직하다.The phase change of the amorphous material is preferably achieved by growing grains laterally around the nucleus generated by the metal diffused from the metal thin film.
상기 비정질 물질의 상변화 단계 이후에는 상기 상변화된 물질을 재 상변화하는 단계를 더 포함하며, 상기 재 상변화 단계는 복사열, 가시광 영역 또는 자외선 영역의 에너지원을 이용하여 400도 내지 1400도의 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.After the phase change step of the amorphous material further comprises the step of re-changing the phase-changed material, the phase change step is a temperature range of 400 degrees to 1400 degrees using an energy source in the radiant heat, visible or ultraviolet region It is preferred to be made from.
상기 재 상변화 단계는 덮개층을 제거한 후에 이루어지거나, 새로운 덮개층을 한 층 이상 적층한 후에 이루어지는 것이 바람직하다.The phase change step may be performed after removing the cover layer, or after laminating at least one new cover layer.
상기 상변화 또는 재 상변화를 위해 복사열을 이용하는 방법은, 온도를 상승시키는 단계와; 상변화가 이루어지는 온도를 유지하는 단계와; 온도를 하강시키는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.The method of using radiant heat for the phase change or re-phase change comprises the steps of raising the temperature; Maintaining a temperature at which a phase change occurs; It is preferable that the step is made to lower the temperature.
상기 온도를 상승시키는 단계는 사전 열처리 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The step of raising the temperature preferably includes a pre-heat treatment step.
상기 상변화된 물질 내에서, 금속의 면 밀도는 1011 ∼1015 원자/㎠ 인 것이 바람직하다.In the phase change material, the surface density of the metal is preferably 10 11 to 10 15 atoms / cm 2.
상기 상변화된 실리콘 박막의 결정구조는 원 또는 디스크 형상을 가지며, 크기가 3∼200㎛인 그레인으로 이루어지는 것이 바람직하다.The crystal structure of the phase-change silicon thin film preferably has a circular or disc shape and is made of grain having a size of 3 to 200 μm.
상기 상변화된 실리콘 박막의 결정구조는 각 그레인의 결정방향이 동일한 것이 바람직하다.The crystal structure of the phase change silicon thin film is preferably the same crystal direction of each grain.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 살펴보기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment according to the present invention.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 공정순서대로 도시한 공정순서도로서, 먼저 절연기판(100), 완충층(200), 비정질물질(300), 덮개층(400), 금속(500)을 순차적으로 증착한다.(도 1a)1A to 1D are process flow charts illustrating preferred embodiments of the present invention in the order of process. First, an insulating substrate 100, a buffer layer 200, an amorphous material 300, a cover layer 400, and a metal 500 are described. Are deposited sequentially. (FIG. 1A)
상기 절연기판(100)은 특별하게 한정되는 것은 아니지만 비정질물질의 상변화를 위해 가해지는 온도와 박막 균일도를 감안하여 유리, 석영, 산화막이 덮여진 단결정 웨이퍼 중의 하나를 사용하는 것이 바람직하며, 유연성을 갖는 금속기판에 절연막을 형성한 것을 이용할 수도 있다.Although the insulating substrate 100 is not particularly limited, it is preferable to use one of a single crystal wafer covered with glass, quartz, and an oxide film in consideration of temperature and thin film uniformity applied for phase change of an amorphous material. An insulating film formed on a metal substrate may be used.
완충층(200)은 공정에서 필수적인 요소가 아니어서 생략할 수도 있다.The buffer layer 200 is not essential in the process and may be omitted.
덮개층(400)은 금속을 비정질 물질층으로 균일하게 확산시키고 불필요한 금속오염으로부터 박막을 보호하는 역할을 한다.The cover layer 400 serves to uniformly diffuse the metal into the amorphous material layer and protect the thin film from unnecessary metal contamination.
상기 완충층(200), 덮개층(400) 및 금속기판상의 절연막은 모두, 실리콘산화막, 실리콘질화막, 실리콘산화질화막, 실리케이트(silicate)막, 유기막 등을 이용할 수 있는데, 단일막으로 형성할 수도 있고, 동종 또는 이종의 막을 2이상 적층하여 다중막으로 형성할 수도 있다,The insulating layer on the buffer layer 200, the cover layer 400, and the metal substrate may be formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a silicate film, an organic film, or the like. Alternatively, two or more films of the same kind or different types may be stacked to form a multilayer film.
실리콘질화막은 일반적으로 사일렌(SiH4), 암모니아 및 질소 가스를 이용하여 화학기상증착방법에 의해 형성하거나, 질화막 타겟을 이용하여 스퍼터링법으로 형성한다.The silicon nitride film is generally formed by chemical vapor deposition using xylene (SiH 4 ), ammonia and nitrogen gas, or by sputtering using a nitride film target.
질화막이 덮개층으로 이용되는 경우에는 두께가 350 nm에서도 금속을 확산시킬 수 있으나, 내열성이 약해서 600도 이상의 열처리 혹은 레이저조사를 하게 되면 덮개층이 깨지는 경우가 종종 발생한다.When the nitride film is used as the cover layer, the metal can be diffused even at a thickness of 350 nm. However, since the heat resistance is weak, the cover layer is often broken when heat treatment or laser irradiation is performed at 600 degrees or more.
실리콘산화막은 일반적으로 고온에서 산소를 불어넣어 형성하거나, 사일렌(SiH4)과 산소의 가스를 이용하여 화학기상증착 방법에 의해 형성하거나, 또는 산화막 타겟을 이용해서 스퍼터링 방법으로 형성한다. 덮개층으로 이용하는 경우 10nm 이상의 두께에서는 금속이 확산되기 힘들기 때문에, 수nm의 두께로 형성시켜야하는 한계가 있다.The silicon oxide film is generally formed by blowing oxygen at a high temperature, by a chemical vapor deposition method using a gas of xylene (SiH 4 ) and oxygen, or by a sputtering method using an oxide film target. When used as a cover layer, since the metal is difficult to diffuse at a thickness of 10 nm or more, there is a limit to be formed to a thickness of several nm.
실리콘산화질화막은 사일렌(SiH4)과, 질소 공급원인 암모니아 또는 질소와, 그리고 산소공급원인 산화 질소 또는 산소의 가스를 이용해서 화학기상증착방법으로 형성한다. 또는 산화질화막의 타겟을 이용한 스퍼터링의 방법도 가능하다.The silicon oxynitride film is formed by chemical vapor deposition using a gas of xylene (SiH 4 ), ammonia or nitrogen as a nitrogen source, and nitrogen oxide or oxygen as an oxygen source. Or the sputtering method using the target of an oxynitride film is also possible.
산화질화막을 덮개층 등에 사용하게 되면, 질화막과 마찬가지로 350 nm의 두께에서도 금속을 확산시킬 수 있으면서도, 고온에서 박막이 깨어지는 질화막의 문제점을 해결할 수 있는 장점이 있다. 이는 일반적인 질화막내에 산소의 결합에 의해서 박막이 강해지기 때문인데, 이에 따라 600도 이상의 열처리 또는 레이저 조사시에도 덮개층이 깨지는 현상을 막을 수 있다.When the oxynitride film is used for the cover layer or the like, the metal can be diffused even at a thickness of 350 nm like the nitride film, and there is an advantage that the problem of the nitride film in which the thin film is broken at a high temperature can be solved. This is because the thin film is strengthened by the bonding of oxygen in the general nitride film, thereby preventing the cover layer from being broken even during heat treatment or laser irradiation of 600 degrees or more.
이와 같은 덮개층(400)은 650℃ 이하의 온도에서 0.1 내지 1000nm 범위 내의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 증착방법으로는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)법에 의하는 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니어서 일반적인 화학기상증착법이나, 열분해를 이용한 증착법, 프린터 또는 스핀코팅법 등에 의해 증착할 수도 있다. The cover layer 400 is preferably formed to a thickness within the range of 0.1 to 1000nm at a temperature of 650 ℃ or less, the deposition method is most preferably by the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method, but is not limited thereto. It may be deposited by a general chemical vapor deposition method, a deposition method using pyrolysis, a printer or a spin coating method.
한편, 덮개층(400)의 상부에 증착되는 금속(500)은 비정질 물질의 결정화 매개물 또는 유도물질로 작용하는데, 0.001nm 이상 1000nm이하의 두께로 증착되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the metal 500 deposited on the cover layer 400 serves as a crystallization medium or an inducer of an amorphous material. The metal 500 is preferably deposited to a thickness of 0.001 nm or more and 1000 nm or less.
증착방법으로는, 이온주입기를 이용하는 방법, PECVD법, 스퍼터(sputter)법, 새도우 마스크를 이용하는 방법 등을 이용하거나, 산 용액에 용해된 액상의 금속을 이용하는 코팅법, 유기막과 액상의 금속을 혼합한 스핀코팅법, 금속을 함유하는 기체상태의 가스를 이용하는 방법 중에서 선택되는 어느 하나를 이용할 수 있으며, 특별히 이에 한정되는 것이 아니므로, 다른 방법에 의하여 증착할 수도 있다.As a deposition method, a method using an ion implanter, a PECVD method, a sputtering method, a method using a shadow mask, or the like, a coating method using a liquid metal dissolved in an acid solution, an organic film and a liquid metal Any one selected from a mixed spin coating method and a method using a gaseous gas containing a metal may be used, and the present invention is not particularly limited thereto, and may be deposited by another method.
또한, 덮개층의 상부에 증착되는 금속(500)은 면 밀도가 1012 내지 1018 cm-2범위 내의 박막으로 증착되는 것이 바람직하며, 니켈(Ni), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 철(Fe), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 비소(As), 안티몬(Sb) 등의 단원소 금속을 이용하거나, 상기 각 원소를 하나 이상 포함하는 합금을 이용하여 증착할 수도 있다.In addition, the metal 500 deposited on the top of the cover layer is preferably deposited as a thin film within a surface density of 10 12 to 10 18 cm -2 , nickel (Ni), cobalt (Co), palladium (Pd), Monometals such as platinum (Pt), iron (Fe), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), indium (In), tin (Sn), arsenic (As), and antimony (Sb) Alternatively, the deposition may be performed using an alloy containing one or more of the above elements.
그리고 상기 금속을 0.2nm이하의 균일한 박막으로 증착하는 것이 용이하지 않으므로, 먼저 0.2nm이상 1000nm이하의 범위에서 임의의 두께로 증착한 후 별도 에칭공정을 통해 0.2nm이하의 원하는 두께로 에칭하는 방법을 이용할 수도 있다.And since it is not easy to deposit the metal into a uniform thin film of 0.2 nm or less, first, a thickness of 0.2 nm or more and 1000 nm or less is deposited to a desired thickness, and then etching to a desired thickness of 0.2 nm or less through a separate etching process. Can also be used.
이와 같이 비정질물질(300), 덮개층(400), 금속(500)이 순차적으로 증착된 후에는, 상기 비정질물질(300)의 상변화 단계를 거치게 되는데, 비정질물질(300)의 상변화는 외부에서 열에너지를 가하여 금속을 비정질 물질 내부로 확산시키고, 상기 확산된 금속을 매개로 하여 비정질 물질 내부에 그레인을 성장시키는 방식으로 이루어진다.As described above, after the amorphous material 300, the cover layer 400, and the metal 500 are sequentially deposited, the phase change of the amorphous material 300 is performed, and the phase change of the amorphous material 300 is external. In this case, the metal is diffused into the amorphous material by applying thermal energy, and grains are grown in the amorphous material through the diffused metal.
이때 사용되는 열에너지원은 특별히 제한되는 것은 아니나, 복사열, 가시광, 자외선, 레이저 등을 이용하는 것이 바람직하다.The heat energy source used at this time is not particularly limited, but it is preferable to use radiant heat, visible light, ultraviolet rays, lasers, and the like.
또한, 비정질물질(300)의 상변화는 전기장, 자기장, 또는 전자기장이 인가된 상태에서 이루어질 수도 있다.In addition, the phase change of the amorphous material 300 may be made in a state where an electric field, a magnetic field, or an electromagnetic field is applied.
열에너지 인가방식으로는 열처리, 급속열처리, 레이저 또는 자외선 조사 등의 방법이 많이 이용되며, 상기 열처리방법으로는 할로겐램프, 자외선램프, 퍼니스(furnace) 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As a method of applying heat energy, a method such as heat treatment, rapid heat treatment, laser or ultraviolet irradiation is widely used, and the heat treatment method may be a halogen lamp, an ultraviolet lamp, a furnace, etc., but is not limited thereto.
열처리방법을 선택하는 경우에는 400 내지 1400℃의 온도범위에서 상변화를 시키는 것이 바람직하며, 상기 온도범위 내에서 급속 열처리하거나 또는 장시간 열처리하는 방법 중에서 어느 하나를 사용하거나 또는 양자를 모두 사용하는 것도 가능하다.When the heat treatment method is selected, it is preferable to change the phase in a temperature range of 400 to 1400 ° C., and either one of the methods of rapid heat treatment or long time heat treatment within the temperature range may be used, or both may be used. Do.
상기 급속 열처리방법은 바람직하게는 500 내지 900℃ 온도범위 내에서 수십 초의 시간 내에서 수 회이상 열처리하는 방법이고, 상기 장기간 열처리방법은 400 내지 500℃ 온도범위 내에서 1시간 이상 열처리하는 방법인데, 이러한 온도범위가 절대적인 것은 아니어서 필요에 따라 이와 다른 온도범위에서 급속 열처리나 장기 열처리를 수행할 수도 있다. The rapid heat treatment method is preferably a method of heat treatment several times or more within a time of several tens of seconds within the temperature range of 500 to 900 ℃, the long-term heat treatment method is a method of heat treatment for more than 1 hour in the 400 to 500 ℃ temperature range, such a Since the temperature range is not absolute, rapid or long-term heat treatment may be performed at other temperature ranges as necessary.
상기와 같이 비정질물질(300)을 상변화 시키게 되면 금속(500)이 덮개층(400) 내부로 확산되어 상기 비정질물질(300) 내부에 침전을 형성하게 되는데, 비정질 실리콘의 경우에는 금속 다이실리사이드 핵(MSi2, 침전)이 형성된다. 형성된 핵을 중심으로 측면 방향으로 그레인이 성장하게 되고 인접하는 그레인(320) 사이에서 그레인 경계(340)가 만들어진다(도 1b).When the amorphous material 300 is phase-changed as described above, the metal 500 diffuses into the cover layer 400 to form a precipitate in the amorphous material 300. In the case of amorphous silicon, the metal dissilicide nucleus is formed. (MSi 2 , precipitation) is formed. Grain grows laterally around the formed nucleus and a grain boundary 340 is created between adjacent grains 320 (FIG. 1B).
그레인(320)들이 인접 그레인과 접할 때까지 계속 성장하여 더이상 성장할 수 없을 때가 되면, 비정질물질의 상변화가 완성된다,(도 1c).When the grains 320 continue to grow until they are in contact with adjacent grains and are no longer able to grow, the phase change of the amorphous material is completed (FIG. 1C).
비정질물질이 완전하게 상변화 된 다음에, 상기 금속(500)과 덮개층(400)을 에칭작업에 의해 제거하면 본 발명에 따라 다결정의 박막을 얻을 수 있게 된다.(도 1d)After the amorphous material is completely phase-changed, the metal 500 and the cover layer 400 are removed by etching to obtain a polycrystalline thin film according to the present invention (FIG. 1D).
한편 비정질물질(300)은 일반적으로 비정질 실리콘이 많이 사용되나, 이에 한정되지는 않고 그 밖의 물질에도 본 발명의 실시예가 적용될 수 있다. On the other hand, the amorphous material 300 is generally used a lot of amorphous silicon, but is not limited to this embodiment may be applied to other materials of the present invention.
일반적으로 비정질 실리콘 박막은 화학기상 증착법, 스퍼터링법, 열분해법 등을 이용하여 형성하게 되는데, 열분해를 이용하여 증착하는 경우 대부분 유리 기판을 세워서 증착하기 때문에, 기판의 배면에도 비정질 실리콘막이 증착되는 문제가 있다. In general, amorphous silicon thin films are formed by chemical vapor deposition, sputtering, or pyrolysis. In the case of deposition using pyrolysis, most of the glass substrates are erected and deposited, so that an amorphous silicon film is deposited on the back of the substrate. have.
따라서 열분해법을 이용하는 경우에는 배면의 비정질 실리콘막을 선택적으로 에칭하는 추가 공정이 필요한데, 종래와 같이 덮개층이 없는 경우에는 에칭공정으로 인해 소자로 사용되는 표면의 오염이나 손상이 불가피하므로, 이를 방지하기 위한 공정이 추가적으로 선행되어야 하는 문제가 있다.Therefore, in the case of using the pyrolysis method, an additional step of selectively etching the back side of the amorphous silicon film is required. If there is no cover layer as in the prior art, contamination or damage of the surface used as an element is inevitable due to the etching process, thereby preventing this. There is a problem that the process for further preceded.
그러나 본 발명의 실시예와 같이, 먼저 소자로 사용되는 면에 덮개층과 미량의 금속박막을 형성한 후, 복사열, 자외선 영역의 에너지원 또는 가시광 영역의 에너지를 이용하여 결정화를 하는 금속유도결정화 방법을 이용하게 되면, 상기 결정화 공정이후에도 상부는 덮개층이 보호하고 있기 때문에, 추가적인 보호공정 없이 배면의 비정질 실리콘막을 선택적 에칭공정을 통해 제거할 수 있는 장점이 있다,However, as in the embodiment of the present invention, the metal-induced crystallization method of first forming a cover layer and a small amount of metal thin film on the surface used as an element, and then crystallizing by using radiant heat, energy source in the ultraviolet region or energy in the visible region. When using, since the top layer is protected even after the crystallization process, there is an advantage that the amorphous silicon film on the back can be removed through the selective etching process without additional protection process,
결과적으로 비정질 실리콘을 화학적 또는 플라즈마를 이용하여 에칭한 후, 상부의 덮개층을 제거하고 소자를 제작할 수 있기 때문에 상변화된 다결정 실리콘 박막의 표면을 소자제작 전까지 깨끗하게 보호할 수 있다는 이점을 가진다. As a result, after etching the silicon using chemical or plasma, since the upper cover layer can be removed and the device can be manufactured, the surface of the phase-change polycrystalline silicon thin film can be protected before the device fabrication.
도 2는 본 발명의 다른 실시예로서 덮개층(400)을 두 부분으로 형성시켜 비정질물질을 상변화시키는 방법을 도시하고 있는데, 이 실시예에서의 각 덮개층(400)은 서로 다른 두께를 가지는 제1, 2부분으로 이루어져 있으면 족하며, 상기 제1 부분 또는 제2 부분은 각각 단일막 또는 이중막 중 어느 하나일 수 있다.FIG. 2 illustrates a method of changing the amorphous material by forming the cover layer 400 in two parts as another embodiment of the present invention. In this embodiment, each cover layer 400 has a different thickness. The first part and the second part may be sufficient, and the first part or the second part may be either a single layer or a double layer, respectively.
특히, 상기 실시예에서 제1 부분과 제2 부분의 하부막은 동일한 물질로 이루어지는 막으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 제2부분의 상부막이 하부막과 상이한 물질로 이루어지더라도 무방하다.In particular, in the above embodiment, the lower layer of the first portion and the second portion is preferably formed of a film made of the same material, and the upper layer of the second portion may be made of a different material from the lower layer.
한편, 상기 비정질물질의 상변화 단계 이전에는 200 내지 800℃ 온도 범위에서 사전열처리를 하는 것이 바람직한데, 사전열처리를 하게 되면 박막내의 탈수소화 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 금속(500)의 상부에 산화막이 형성되어 금속의 확산량을 줄일 수 있게 되므로, 그레인을 크게 형성할 수 있는 장점이 있다. 또한 사전열처리를 통해서 덮개층(400)을 통해 금속(500)이 확산되므로 비정질물질(300) 내부에 금속침전 또는 핵을 미리 형성하는 효과도 있다. 사전열처리는 상술한 열처리방법 중에서 어느 하나의 방법을 이에 의해 이루어질 수 있다.On the other hand, prior to the phase change step of the amorphous material it is preferable to pre-heat treatment at a temperature range of 200 to 800 ℃, if the pre-heat treatment can not only obtain the dehydrogenation effect in the thin film, the upper portion of the metal 500 Since the oxide film is formed to reduce the diffusion amount of the metal, there is an advantage that the grain can be large. In addition, since the metal 500 is diffused through the cover layer 400 through preheating, there is an effect of pre-forming a metal precipitate or a nucleus in the amorphous material 300. Pre-heat treatment may be achieved by any one of the above-described heat treatment method.
또한 비정질 물질의 상변화 단계 이후에는 상변화와 동일한 방법으로 상기 비정질 물질을 재 상변화시켜 비정질 물질을 더욱 완전하게 결정화할 수도 있다.In addition, after the phase change step of the amorphous material, the amorphous material may be re-changed in the same manner as the phase change to more completely crystallize the amorphous material.
재 상변화 단계는 상변화를 거친 후에도 결정화된 물질 내부에 남아 있는 구조적인 결함을 제거하기 위한 과정으로서, 이를 통해 비정질 물질의 결정화가 보다 완전해 지고, 전계효과 이동도가 향상되는 등의 효과가 있다. 재 상변화 단계도 상변화 단계와 마찬가지로 열에너지를 인가하는 방법을 이용하므로, 열처리, 급속열처리, 레이저조사, 자외선 또는 가시광 조사 등의 방법을 이용한다.The phase change phase is a process to remove structural defects remaining in the crystallized material even after the phase change, thereby making the crystallization of the amorphous material more complete and improving the field effect mobility. have. Since the phase change step uses a method of applying thermal energy similarly to the phase change step, a method such as heat treatment, rapid heat treatment, laser irradiation, ultraviolet ray, or visible light irradiation is used.
이상과 같은 과정을 거쳐 비정질물질의 상변화가 완성된 경우에, 결정화된 박막내의 결정구조가 원형 또는 디스크형의 그레인으로 이루어지는 것이 바람직하며, 각 그레인의 크기도 3내지 200μm 정도가 바람직하다. 그레인 크기는 후술하는 도 8에서 알 수 있는 바와 같이 금속(500)의 밀도에 의해 달라지므로, 금속의 밀도를 조절함으로써 원하는 크기의 그레인을 형성할 수 있게 된다.When the phase change of the amorphous material is completed through the above process, it is preferable that the crystal structure in the crystallized thin film is composed of circular or disc-shaped grains, and the size of each grain is also preferably about 3 to 200 μm. Since the grain size is changed by the density of the metal 500 as can be seen in FIG. 8 to be described later, it is possible to form grain of a desired size by adjusting the density of the metal.
이와 같이 그레인 크기를 조절하는 방법 중에, 비정질물질의 표면을 불산(HF) 등을 이용하여 처리하여 그레인의 크기를 작게 형성하는 방법이 있는데 이에 대해서는 후술한다.As such, there is a method of controlling the grain size to form a small grain size by treating the surface of the amorphous material with hydrofluoric acid (HF) or the like, which will be described later.
또한 상변화가 완성된 물질내에 포함되는 금속밀도가 과다해지면, 소자특성을 저하시키는 오염원으로 작용하므로, 결정화된 물질 내의 금속의 면 밀도를 1011 ∼1015 원자/㎠ 정도의 범위내로 제한하는 것이 바람직하다.In addition, when the metal density contained in the phase change material becomes excessive, it acts as a contaminant to reduce device characteristics. Therefore, limiting the plane density of the metal in the crystallized material within the range of about 10 11 to 10 15 atoms / cm 2. desirable.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예로 덮개층(400) 상에 금속(500)을 부분적으로 패터닝시켜 비정질물질을 상변화시키는 방법을 도시하고 있는데, 이 실시예에서 상기 금속(500)의 부분적 패턴닝은 사진식각, 포토레지스터, 새도우 마스크 중의 어느 하나를 이용하여 이루어질 수 있다.3 illustrates a method of phase change of an amorphous material by partially patterning a metal 500 on a cover layer 400 according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, a portion of the metal 500 is partially changed. Patterning may be performed using any one of photolithography, photoresist, and shadow mask.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 또 다른 실시예로 절연기판(100) 상에 금속(500), 완충층(200), 비정질물질(300)을 차례로 증착시킨 다음 상기 비정질물질(300)을 상변화시키는 단계를 보여주고 있는데, 이 실시예에서는 상기 다른 실시예들과 달리 금속(500)이 완충층(200)을 통해 상부로 확산되어 상기 완충층(200) 상에 증착된 비정질물질(300) 내에서 각 그레인(320)들이 그레인 경계(340) 쪽으로 성장되어 비정질물질이 다결정으로 변화되는 모습을 보여주고 있다.4A to 4C illustrate another embodiment of the present invention, in which a metal 500, a buffer layer 200, and an amorphous material 300 are sequentially deposited on an insulating substrate 100, and then the phase change of the amorphous material 300 is performed. In this embodiment, unlike the other embodiments, the metal 500 is diffused upward through the buffer layer 200, and each grain in the amorphous material 300 deposited on the buffer layer 200. The 320 are grown toward the grain boundary 340 to show that the amorphous material is changed to polycrystalline.
도 5a 내지 5d는 본 발명의 또 다른 실시예로 절연기판(100) 상에 완충층(200), 비정질물질(300), 덮개층(400), 금속(500)을 각각 증착시킨 다음(도 5a) 상기 비정질물질(300)을 사전열처리단계(도 5b)와, 상기 열처리된 금속(500), 덮개층(400), 비정질물질(300)을 패턴닝하는 단계(도 5c)와, 상기 비정질물질(300)을 상변화시키고 상기 금속(500)과 덮개층(400)을 제거하는 단계(도 5d)를 포함하여 비정질물질을 상변화시키게 된다.5A to 5D illustrate a buffer layer 200, an amorphous material 300, a cover layer 400, and a metal 500, respectively, on an insulating substrate 100 according to another embodiment of the present invention (FIG. 5A). Pre-heating the amorphous material 300 (FIG. 5B), patterning the heat-treated metal 500, the cover layer 400, and the amorphous material 300 (FIG. 5C), and the amorphous material ( Phase change 300 and the phase change of the amorphous material, including the step of removing the metal 500 and the cover layer 400 (Fig. 5d).
도 6a 내지 6c는 본 발명의 또 다른 실시예로 도 5a 내지 5d에 개시된 실시예와 달리 증착된 금속층(500) 상에 덮개층(400')을 한번 더 증착시키는 단계를 포함하고 있어 덮개층이 상기 금속층(500)의 상, 하에 증착되는 구성을 이룬다(도 6a).6a to 6c is another embodiment of the present invention, unlike the embodiment disclosed in FIGS. 5a to 5d includes the step of depositing the cover layer 400 'on the deposited metal layer 500 once more, so that the cover layer is The metal layer 500 is formed on and under the structure (FIG. 6A).
증착이 완료되면 비정질물질을 상변화시키기 전에 비정질물질(300), 제1덮개층(400), 금속층(500), 제2덮개층(400')을 포토레지스터를 이용한 식각기술로 패턴닝하는 단계(도 6b)와, 상기 비정질물질(300)을 결정화하고 상기 제1덮개층(400), 금속(500)과 제2덮개층(400')을 제거하는 단계(도 6c)를 포함하여 비정질물질을 상변화시키게 된다.Patterning the amorphous material 300, the first cover layer 400, the metal layer 500, and the second cover layer 400 ′ by an etching technique using a photoresist before the phase change of the amorphous material. (B) (b) crystallizing the amorphous material 300 and removing the first cover layer 400, the metal 500 and the second cover layer 400 ′ (FIG. 6c). Phase change.
상기 도 1 내지 도 6에 개시된 본 발명의 다양한 실시예에서의 각 구성요소 및 상기 각 구성요소들의 증착방법, 그리고 비정질물질의 상변화방법은 도 1에서 상술한 대응되는 내용이 그대로 적용되며 여기에는 비정질물질을 다시 상변화시키는 것과 관련된 내용을 포함함은 물론이다.In the various embodiments of the present invention disclosed in FIGS. 1 to 6, each component, a deposition method of each of the components, and a phase change method of an amorphous material are applied to the corresponding contents described above with reference to FIG. 1. It is of course included to relate the phase change of amorphous material.
도 7 내지 도 9는 비정질물질로서 실리콘을 사용하여 본 발명에 의한 바람직한 실시예로 상변화된 다결정실리콘의 사진들을 보여주고 있다.7 to 9 show pictures of polycrystalline silicon phase-changed in a preferred embodiment according to the present invention using silicon as an amorphous material.
도 7a 또는 도 7b는 절연기판으로 유리를 사용하여 완충층 상에 비정질실리콘을 50nm, 덮개층으로 실리콘질화막을 150nm, 금속으로 니켈을 1013cm-2로 각각 증착시킨 다음 430℃에서 1시간동안 열처리하고 750℃에서 20초 간격으로 수회 열처리하여 상변화시킨 경우를 나타내고 있다.7A or 7B show that 50 nm of amorphous silicon is deposited on the buffer layer, 150 nm of silicon nitride is deposited on the buffer layer, and 10 13 cm -2 of nickel is deposited on the metal using glass as an insulating substrate, and then heat treated at 430 ° C. for 1 hour. It shows the case where the phase change by heat treatment several times at 20 seconds at 750 ℃.
도 7a는 750℃에서 20초간 5회, 도 7b는 20회 반복한 결과인데 그레인들이 측면으로 성장하고 있음을 알 수 있으며 반복 횟수가 높을수록 양질의 다결정이 얻어짐도 알 수 있다.Figure 7a is a result of repeating 5 times for 20 seconds at 750 ℃, Figure 7b 20 times, it can be seen that the grains are growing laterally, and the higher the number of repetitions it can be seen that a good quality of polycrystalline.
도 8a 내지 도 8c는 금속양에 따라 그레인 크기가 달라지는 것을 나타내고 있는데, 절연기판으로 유리를 사용하고 완충층으로 실리콘산화막을 100nm, 비정질실리콘을 50nm, 덮개층으로 실리콘질화막을 60nm, 금속으로 니켈을 각각 증착시키는데 상기 금속의 양을 달리하여 500??에서 5분간 사전 열처리를 하고 다시 750℃에서 20초간 20회 실시하여 상변화시킨 결과를 나타내고 있다.8A to 8C show that the grain size varies according to the amount of metal, using glass as an insulating substrate, silicon oxide film as 100 nm, buffer layer as 50 nm, silicon silicon film as 50 nm, cover layer 60 nm, and nickel as metal, respectively. In the deposition, the amount of the metal was changed to a pre-heat treatment at 500 ° C. for 5 minutes, followed by 20 times at 20 ° C. for 20 seconds to show phase change.
도 8a는 니켈을 5×1012cm-2, 도 8b는 니켈을 8×1012cm-2, 도 8c는 니켈을 1013cm-2로 한 경우인데 증착되는 금속의 양이 증가할수록 그레인의 크기가 감소되는 것을 확인할 수 있다.8A shows nickel 5 × 10 12 cm −2 , FIG. 8B shows nickel 8 × 10 12 cm −2 , and FIG. 8C shows nickel 10 13 cm −2 . As the amount of metal deposited increases, It can be seen that the size is reduced.
도 9a 또는 도 9b는 종래 기술(도 9a)과 본 발명(도 9b)에 의하여 금속 유도되어 상변화된 다결정실리콘 박막의 표면을 보여주고 있는데, 본 발명의 덮개층을 60nm 형성시켜 결정화된 다결정실리콘박막의 RMS(root mean square)거칠기 값은 0.92nm임에 비해 종래 기술에 의할 때는 1.33nm로 나타나므로, 본 발명에 따라 덮개층을 이용한 경우에 박막의 표면 거칠기가 우수하다는 것을 알 수 있다,Figure 9a or 9b shows the surface of the polysilicon thin film phase-induced by the metal induced by the prior art (Fig. 9a) and the present invention (Fig. 9b), the polycrystalline silicon thin film crystallized by forming a 60nm cover layer of the present invention The root mean square (RMS) roughness value of 0.92 nm is 1.33 nm compared to the conventional technique, and thus it can be seen that the surface roughness of the thin film is excellent when the cover layer is used according to the present invention.
도 10은 덮개층(400)으로 산화질화막을 이용하여 결정화한 다결정 실리콘의 전자현미경 사진이다.10 is an electron micrograph of polycrystalline silicon crystallized using an oxynitride film as the cover layer 400.
구체적인 과정을 살펴보면, 기판(100) 위에 산화막을 이용한 100 nm 의 완충층(200)과 50nm의 비정질 실리콘 박막(300)을 차례로 증착하고 클리닝 공정을 거친 후에, 덮개층(400)으로 실리콘산화질화막을 증착하였다.Looking at the specific process, after depositing the 100 nm buffer layer 200 and the 50 nm amorphous silicon thin film 300 using the oxide film on the substrate 100 in sequence and the cleaning process, the silicon oxynitride film is deposited on the cover layer 400 It was.
이때 실리콘산화질화막은 사일렌(SiH4) : 암모니아(NH3) : 산화질소(N2 O) = 1 : 64 : 40의 가스비 조건에서 라디오 진동수(RF power)는 0.5W/㎠, 증착압과 증착온도는 각각 1 Torr와 350도의 조건에서 증착하였다.At this time, the silicon oxynitride film is a radio frequency (RF power) of 0.5 W / ㎠, deposition pressure and a gas ratio of xylene (SiH 4 ): ammonia (NH 3 ): nitrogen oxide (N 2 O) = 1: 64: 40 The deposition temperature was deposited under the conditions of 1 Torr and 350 degrees, respectively.
산화질화막을 50nm 형성한 후, 니켈 금속(40)을 1014 atoms/㎠ 증착하여 적층구조를 형성하고, 퍼니스를 이용하여 이용하여 560도에서 30 시간 열처리 하였다. 도 10은 결정화 후 다결정실리콘의 그레인을 전자현미경 사진으로 나타낸 것인데, 평균 그레인 크기는 7㎛임을 알 수 있다.After forming 50 nm of an oxynitride film, 10 14 atoms / cm <2> of nickel metals were vapor-deposited, forming a laminated structure, and heat-processing at 560 degreeC for 30 hours using the furnace. Figure 10 shows the grains of polysilicon after crystallization by electron micrograph, it can be seen that the average grain size is 7㎛.
이는 미량의 금속이 산화 질화막을 통해 비정질 실리콘 안으로 확산되어 NiSi2형태의 침전이 이루어져 핵을 형성하고 핵으로부터 결정이 측면 성장하여 디스크 형태의 그레인을 형성하는 것으로 해석한다. 이를 통해 산화질화막이 미량의 금속을 확산시킬 수 있는 덮개층(400)으로 사용할 수 있음을 알 수 있다.It is interpreted that trace metal diffuses through amorphous oxynitride into amorphous silicon to form a NiSi 2 form of precipitate, which forms a nucleus, and crystals grow laterally from the nucleus to form disc-shaped grains. Through this, it can be seen that the oxynitride film can be used as a cover layer 400 capable of diffusing a small amount of metal.
도 11a 및 도 11b는 전자 산란 회절(EBSD:electron back scattered diffraction)장치를 이용하여 종래의 금속매개 방법과 덮개층(400)을 이용한 금속유도 결정화 방법으로 각각 상변화된 박막들의 결정방향성과 그레인(320) 크기를 나타낸 것이다.11A and 11B illustrate grain orientations and grains 320 of phase-change thin films, respectively, by a metal-mediated method using a metal back scattered diffraction (EBSD) device and a metal-induced crystallization method using a cover layer 400. ) Shows the size.
덮개층(400)이 없는 금속매개 결정화의 경우 상변화후 결정립 구조는 바늘모양 구조(needle-like structure)를 갖는다. 도 11a는 2㎛ 이하의 결정립이 무질서한 형태로 형성되어 있는 것을 확인 할 수 있다. In the case of the metal-mediated crystallization without the cover layer 400, the grain structure after the phase change has a needle-like structure. 11A shows that the crystal grains of 2 μm or less are formed in an disordered form.
이에 반하여 덮개층(400)을 이용한 금속유도 결정화의 경우 상변화후 결정립의 구조가 원 모양 또는 디스크 형태의 그레인으로 형성된다. 이는 그레인이 핵을 중심으로 측면 방향으로 성장하기 때문인데, 도 11b에서는 평균 그레인 크기가 17㎛임을 알 수 있다. In contrast, in the case of metal-induced crystallization using the cover layer 400, the crystal grains are formed in a circular shape or a disc shape after phase change. This is because grain grows laterally around the nucleus. In FIG. 11B, the average grain size is 17 μm.
또한 전자산란 회절모양을 맵핑(mapping)해 보면 결정립의 방향성을 분석할 수 있는데, 도 11a와 도 11b의 결정방향을 보면 10㎛의 영역에서 덮개층이 없는 종래의 금속유도 결정화의 경우 무질서한 방향성을 갖는다. Also, by mapping the electron scattering diffraction pattern, the orientation of the crystal grains can be analyzed. In the crystal directions of FIGS. 11A and 11B, in the case of the conventional metal-induced crystallization without the cover layer in the region of 10 μm, the disordered orientation is obtained. Have
반면에 덮개층(400)을 이용한 금속매개 결정화 방법인 경우 그레인 크기가 17㎛이기 때문에 한 그레인내의 방향성이 동일한 것을 알 수 있다. 결과적으로 결정 구조에 있어서도 종래의 방법과 차이가 있음을 알 수 있다. On the other hand, in the case of the metal-mediated crystallization method using the cover layer 400, since the grain size is 17 μm, it can be seen that the orientation in one grain is the same. As a result, it can be seen that there is a difference in the crystal structure from the conventional method.
도 12는 덮개층을 증착하는 조건에 따른 금속이 비정질 실리콘(300) 영역으로 어떻게 확산되는지를 확인하기 위해서 [암모니아]/[사일렌]의 가스비를 달리해가면서 덮개층(400)을 형성하고, 650도에서 급속열처리를 통해 금속유도결정화를 실시하였다. FIG. 12 shows the cover layer 400 while varying the gas ratio of [ammonia] / [silylene] to determine how the metal diffuses into the amorphous silicon 300 region according to the condition of depositing the cover layer. Metal induced crystallization was carried out by rapid heat treatment at 650 degrees.
이때 결정화도를 확인하기 위해 자외선파장을 이용하여 확인하였다. 상변화후 결정화가 완성되면 일반적으로 파장 275nm 영역에서 반사도의 최고점(peak)이 나타나며, 이때 결정화 정도는 단결정 실리콘을 100%로 기준하여 상변화된 실리콘의 결정화도를 비교한다.At this time, it was confirmed by using the ultraviolet wavelength to check the crystallinity. When the crystallization is completed after the phase change, a peak of reflectivity generally appears in a wavelength of 275 nm, and the degree of crystallization is compared with the crystallinity of the phase-changed silicon based on 100% of the single crystal silicon.
도 12에서와 같이 비정질 실리콘위에 덮개층인 산화 질화막을 [암모니아]/[사일렌]의 비를 35, 64, 100으로 변화시켜가며 형성하였다. 이때 자외선을 이용하여 확인한 결정화도에 의하면 [암모니아]/[사일렌]의 비가 35인 경우에는 결정화가 전혀 되지 않은 것으로 나타나는데, 이는 비정질 실리콘과 비슷한 패턴으로 나타나는 것을 통해 확인 할 수 있다. As shown in FIG. 12, an oxynitride film, which is a cover layer, was formed on the amorphous silicon while varying the ratio of [ammonia] / [silene] to 35, 64, and 100. At this time, according to the degree of crystallization confirmed using ultraviolet rays, when the ratio of [ammonia] / [silylene] is 35, no crystallization appears at all, which can be confirmed through the appearance of a pattern similar to amorphous silicon.
이에 반해서 [암모니아]/[사일렌]의 비가 64 와 100 인 경우에는 결정화도가 단결정 실리콘과 거의 비슷하게 나타남을 알 수 있는데, 두 경우 모두 90% 이상의 결정화도를 나타낸다.On the other hand, when the ratio of [ammonia] / [sylene] is 64 and 100, it can be seen that the crystallinity is almost the same as that of single crystal silicon, and both cases show crystallinity of 90% or more.
도 13a 또는 도 13b는 덮개층(400)을 형성하기 전에 사전 처리로 비정질 실리콘 박막(300)위에 불산(HF)처리 유무에 따른 그레인 모양의 차이를 보여주는 광학현미경 사진이다. 13A or 13B are optical micrographs showing the difference in grain shape depending on the presence or absence of hydrofluoric acid (HF) treatment on the amorphous silicon thin film 300 as a pretreatment before forming the cover layer 400.
비정질 실리콘 박막의 표면처리에 따른 결정화의 의존성을 확인하기 위해서 100nm의 산화막이 증착된 유리 기판(100)위에 50nm의 비정질 실리콘 박막을 화학기상증착방법으로 형성한다. 도 13a는 비정질 실리콘의 표면에 대해 불산(1%) 처리를 20초 동안 한 후 덮개층인 산화질화막을 50nm 증착한 경우이고, 도 13b는 비정질 실리콘의 표면을 아세톤과 메탄올에 각 5min 씩 메가소닉을 이용하여 클리닝하고 순수 물로 씻어낸 뒤 덮개층인 산화 질화막을 50nm 씩 동일하게 형성한 것이다. In order to confirm the dependence of crystallization on the surface treatment of the amorphous silicon thin film, a 50 nm amorphous silicon thin film is formed on the glass substrate 100 on which the 100 nm oxide film is deposited by chemical vapor deposition. FIG. 13A illustrates a case in which a hydrofluoric acid (1%) treatment is performed on the surface of amorphous silicon for 20 seconds, followed by deposition of 50 nm of an oxynitride film as a cover layer. FIG. 13B illustrates the surface of amorphous silicon in acetone and methanol for 5 min each. After cleaning using a pure water and washed with oxidized nitride film as a cover layer is formed by 50nm each.
그리고 두 경우 모두 덮개층의 상부에 니켈 금속을 면밀도 7×1013 atoms/cm2 증착하고, 결정화를 위해서 할로겐 램프가 장착된 급속 열처리 장비를 이용해서 630도에서 열처리 하였다.In both cases, nickel metal was deposited on the top of the cover layer at a surface density of 7 × 10 13 atoms / cm 2 , and heat-treated at 630 degrees using a rapid heat treatment apparatus equipped with a halogen lamp for crystallization.
도 13a와 도 13b는 각각 덮개층을 에칭한 후 결정화된 실리콘을 확인한 광학현미경 사진인데, 평균 그레인크기가 각각 22 ㎛, 5 ㎛임을 알 수 있다. 결과적으로 비정질 실리콘 박막에 대한 표면처리를 통해 그레인의 크기가 4배 이상 작게 형성됨을 알 수 있다. 13A and 13B are optical micrographs confirming crystallized silicon after etching the cover layer, respectively, and it can be seen that the average grain sizes are 22 μm and 5 μm, respectively. As a result, it can be seen that the grain size is formed to be four times smaller through the surface treatment of the amorphous silicon thin film.
이는 비정질 실리콘 박막 위에 불산 처리를 하는 경우, 표면에 있는 1nm 정도의 자연산화막(native oxide)를 제거하면서 표면에 결함이 생성되어 덮개층을 통해 확산된 금속이 이 결함에서 핵으로 생성되기 때문에 불산을 처리하지 않은 것과 차이가 나는 것으로 생각된다.This is because when hydrofluoric acid treatment is performed on an amorphous silicon thin film, defects are formed on the surface while removing about 1 nm of native oxide on the surface, so that the metal diffused through the cover layer is generated as a nucleus in the defect. It seems to be different from unprocessed.
이와 같은 표면처리는 비정질 실리콘의 표면에만 국한되는 것은 아니고, 적층되는 각 층간의 경계면의 접합특성을 향상시키기 위해서도 필요한데, 예를 들어, 완충층(200)과 비정질 물질(300)의 경계면이나 덮개층(400)과 금속(500)의 경계면에도 적용될 수 있다.Such surface treatment is not limited to only the surface of the amorphous silicon, but is also required to improve the bonding property of the interface between each layer to be stacked. For example, the interface or cover layer of the buffer layer 200 and the amorphous material 300 ( It may also be applied to the interface between the 400 and the metal 500.
표면처리 방법으로는 경계면의 하층막에 대해서, 상술한 불산(HF)을 이용하여 표면 처리하는 방법이외에도, 플라즈마를 이용한 화학기상증착법(PECVD), 이온을 이용한 표면처리방법, 오존을 이용하는 방법, 계면활성제를 이용하는 방법, 산용액을 이용하는 방법, 염기, 염 또는 알카리 용액을 이용하여 화학적으로 처리하는 방법 등이 있다.As the surface treatment method, in addition to the method of surface treatment using hydrofluoric acid (HF) for the underlying layer film at the interface, chemical vapor deposition (PECVD) using plasma, surface treatment method using ions, method using ozone, interface The method using an active agent, the method using an acid solution, the method of chemically processing using a base, a salt, or an alkali solution, etc. are mentioned.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 변경, 수정될 수 있으며, 이러한 변경이나 수정된 내용도 후술하는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.The present invention has been described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified. Such changes or modifications are also based on the technical spirit described in the claims of the present invention described below. As long as it belongs to the scope of the present invention will be natural.
본 발명에 의하면 비정질물질과 금속 사이에 덮개층을 개재하여 금속을 확산시키는 방식을 취함으로서 종래 금속과 비정질물질이 직접 접촉함으로써 발생하는 금속오염문제를 방지할 수 있게 된다.According to the present invention, the metal is diffused through the cover layer between the amorphous material and the metal, thereby preventing the metal contamination problem caused by the direct contact between the conventional metal and the amorphous material.
또한, 덮개층을 비정질물질 상에 형성시킴으로서 비정질물질 박막표면의 오염이나 산화를 방지할 수 있는 이점을 가진다.In addition, by forming the cover layer on the amorphous material has an advantage that can prevent the contamination or oxidation of the surface of the amorphous material thin film.
더욱이 본 발명에 의하면 덮개층으로 형성되는 질화막의 질소농도를 조절하여 비정질물질 박막 내에 형성되는 금속다이실리사이드 침전양의 제어가 가능하며, 금속의 밀도를 조절하거나 비정질물질에 대한 사전 표면처리를 통해 그레인의 크기를 제어할 수 있는 장점이 있다.Furthermore, according to the present invention, it is possible to control the amount of metal disilide precipitate formed in the amorphous material thin film by adjusting the nitrogen concentration of the nitride film formed as the cover layer, and by adjusting the density of the metal or pre-treatment on the amorphous material. There is an advantage to control the size of the.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 비정질 물질의 상변화 방법의 일실시예를 보여주는 단면도.1A to 1D are cross-sectional views showing one embodiment of a phase change method of an amorphous material according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 비정질 물질의 상변화 방법의 다른 실시예를 보여주는 단면도.2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the method of phase change of an amorphous material according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 비정질 물질의 상변화 방법의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the method of phase change of an amorphous material according to the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 비정질 물질의 상변화 방법의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도.4A to 4C are cross-sectional views showing yet another embodiment of the method of phase change of an amorphous material according to the present invention.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 비정질 물질의 상변화 방법의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도.5a to 5d are cross-sectional views showing yet another embodiment of the phase change method of the amorphous material according to the present invention.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 비정질 물질의 상변화 방법의 또 다른 실시예를 보여주는 단면도.6A to 6C are cross-sectional views showing yet another embodiment of the method of phase change of an amorphous material according to the present invention.
도 7a 또는 도 7b는 본 발명에 따른 비정질 물질의 상변화 방법으로 결정화된 다결정실리콘의 광학현미경사진.7A or 7B are optical micrographs of polysilicon crystallized by a phase change method of an amorphous material according to the present invention.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 비정질 물질의 상변화 방법에 있어서 금속양을 달리하여 결정화한 다결정실리콘의 광학현미경사진.8a to 8c are optical micrographs of polycrystalline silicon crystallized by varying the amount of metal in the phase change method of the amorphous material according to the present invention.
도 9a 또는 도 9b는 각각 종래 기술과 본 발명에 따라 결정화된 다결정실리콘 박막의 원자힘 현미경 표면사진.9A or 9B are atomic force microscope surface photographs of polycrystalline silicon films crystallized according to the prior art and the present invention, respectively.
도 10은 산화질화막을 덮개층으로 이용하여 상변화한 다결정실리콘의 전자현미경 사진10 is an electron micrograph of a polysilicon phase changed by using an oxynitride film as a cover layer
도 11a 또는 도 11b는 종래의 금속유도결정화 방법과 덮개층을 이용한 금속유도결정화 방법을 통해 각각 상변화된 다결정실리콘 박막을 전자 산란 회절(Electron back-scattered diffraction)장치를 이용해서 측정한 사진 11A or 11B are photographs obtained by using an electron back-scattered diffraction apparatus for a polysilicon thin film which has been phase-changed through a metal induction crystallization method using a conventional metal induction crystallization method and a cover layer, respectively.
도 12는 산화질화막을 덮개층으로 이용하는 상변화 방법에 있어서 덮개층 증착조건에 따른 결정화도의 차이를 보여주는 도면12 is a view showing the difference in crystallinity according to the deposition conditions of the cover layer in the phase change method using the oxynitride film as the cover layer
도 13a 또는 도 13b는 비정질 실리콘 박막 표면의 불산(HF) 처리 유무에 따른 그레인 크기의 차이를 나타내는 광학현미경 사진13a or 13b is an optical micrograph showing the difference in grain size with or without hydrofluoric acid (HF) treatment on the surface of the amorphous silicon thin film
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 절연기판 200 : 완충층100: insulating substrate 200: buffer layer
300 : 비정질 물질 320 : 그레인300: amorphous material 320: grain
340 : 그레인 경계 400 : 덮개층340: grain boundary 400: cover layer
500 : 금속500: metal
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100696200B1 (en) * | 2005-10-14 | 2007-03-20 | 한국전자통신연구원 | Active Drive Display and Manufacturing Method Thereof |
WO2008042396A1 (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-10 | Elemetric, Llc | Controlled phase transition of metals |
KR101117291B1 (en) * | 2011-01-05 | 2012-03-20 | 노코드 주식회사 | Manufacturing method for thin film of poly-crystalline silicon |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09232584A (en) * | 1996-02-28 | 1997-09-05 | Sharp Corp | Method of manufacturing semiconductor device |
KR19990026441A (en) * | 1997-09-24 | 1999-04-15 | 윤종용 | How to crystallize amorphous silicon with polysilicon |
KR20020090427A (en) * | 2001-05-25 | 2002-12-05 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | Process for crystallizing amorphous silicon and its application - fabricating method of thin film transistor and TFT-LCD |
KR20030060403A (en) * | 2002-01-09 | 2003-07-16 | 장 진 | crystallization method of amorphous silicon |
-
2004
- 2004-04-01 KR KR1020040022653A patent/KR20050097579A/en not_active Ceased
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09232584A (en) * | 1996-02-28 | 1997-09-05 | Sharp Corp | Method of manufacturing semiconductor device |
KR19990026441A (en) * | 1997-09-24 | 1999-04-15 | 윤종용 | How to crystallize amorphous silicon with polysilicon |
KR20020090427A (en) * | 2001-05-25 | 2002-12-05 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | Process for crystallizing amorphous silicon and its application - fabricating method of thin film transistor and TFT-LCD |
KR20030060403A (en) * | 2002-01-09 | 2003-07-16 | 장 진 | crystallization method of amorphous silicon |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100696200B1 (en) * | 2005-10-14 | 2007-03-20 | 한국전자통신연구원 | Active Drive Display and Manufacturing Method Thereof |
WO2008042396A1 (en) * | 2006-10-03 | 2008-04-10 | Elemetric, Llc | Controlled phase transition of metals |
KR101117291B1 (en) * | 2011-01-05 | 2012-03-20 | 노코드 주식회사 | Manufacturing method for thin film of poly-crystalline silicon |
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