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표제지

초록

목차

제1장 서론 12

제2장 이론적 배경 14

2-1. 고상결정화(Solid Phase Crystallization, SPC) 14

2-2. 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization : MIC) 18

2-1-1. 금속 실리사이드의 특성(Characteristics metal silicide) 22

2-3. NiSi₂ silicide의 생성 24

2-4. NiSi2 silicide의 성장 25

2-5. Ni-MIC 기구 26

2-6. Ni의 증착 31

제3장 실험방법 36

3.1. 시편제작 36

3-2. 증착방법 37

3-3. 노 열처리 (Furnace Annealing) 37

3-4. 결정화된 poly-Si 박막의 분석 방법 37

3-4-1. UV spectrometer를 이용한 투과도 분석 37

3-4-2. RAMAN Spectroscopy 분석 37

3-4-3. Normalski 광학 현미경 분석 38

3-4-4/3-4-5. TEM (Transmission Electron Microscopy) 분석 38

3-4-5/3-4-6. XRD (X-ray diffration) 분석 39

3-4-6/3-4-7. EBSD (Electron back-scattered diffraction) 분석 39

제4장 실험결과 및 고찰 41

4-1. Ni 증착 조건에 따른 결정화 거동 41

4-1-1. Normalski 광학현미경을 통한 분석 41

4-1-2. XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) 43

4-1-3. Raman spectroscopy 분석을 통한 결정성 45

4-1-4. TEM (Transmission Electron Microscopy) 47

4-2. 열처리 조건에따른 결정화 거동 49

4-2-1. 열처리 온도에 따른 U.V 투과도 변화 49

4-2-2/4-2-1. Normalski 광학현미경을 통한 분석 53

4-2-3/4-2-1. XRD를 이용한 결정화 방향성의 변화 분석 57

4-2-4/4-2-2. EBSD를 이용한 결정화 방향성의 변화 66

제5장 결론 71

REFERENCES 74

ABSTRACT 77

감사의 글 79

표목차

Table 1. Crystallization temperature of a-Si with metal kinds. 21

Table 2. Compared of refractory metal and near noble metal 22

Table 3. Crystal structure, lattice mismatch, resistance and band gap energy of metal silicides. 24

Table 4. Ni의 증착법 및 장, 단점. 31

Table 5. Poly-Si를 형성하기 위해 필요한 Ni 증착 조건과 해결 방안 32

그림목차

Fig. 1. 비정질 실리콘의 결정화 과정 (A) 결정화 전의 비정질 실리콘의 단면 (B)buffer layer와 비정질 실리콘의 계면에서 핵 성장 (C) 완전 결정화 17

Fig. 2. Ni silicides의 형성 온도와 종류. 28

Fig. 3. NiSi₂ 이동에 의한 비정질 실리콘의 결정화. 29

Fig. 4. NiSi₂ 이동에 의한 비정질 실리콘의 결정화. 29

Fig. 5. NiSi₂이 형성된 a-Si and c-Si계면에서의 니켈과 실리콘의 Molar free energy 30

Fig. 6. Ni 증착 장비의 개념도 33

Fig. 7. Ni vapor의 균일 분사를 위한 nozzle의 구조 34

Fig. 8. Ni source의 온도에 따른 증기압 및 Ni source의 구조 35

Fig. 9. ultraviolet transmittance 장비의 구조 40

Fig. 10. 기판의 온도 및 line injector의 scan 속도에 따른 Ni silicide의 형성 분포 (a) 기판 온도 : 100℃(53.303㎛), (b) 기판 온도 : 150℃(26.891㎛), (c) 기판 온도 : 200℃(16.807㎛), (d) scan 속도 : 5mm/s(10.924㎛), (e) scan 속도 : 10mm/s (19.328㎛), (f) scan 속도 : 20mm/s(40.336㎛) 42

Fig. 11. MIC 전, 후의 표면 XPS 분석 결과 44

Fig. 12. Ni 농도에 따른 결정성 변화(결정화 온도 600℃) (a) 1회 scan (crystalline 45%, defect 40.7%, amorphous 14.3%) (b) 2회 scan (crystalline 55%, defect 30.3%, amorphous 14.0%) (c) 3회 scan (crystalline 59.2%, defect 28.4%, amorphous 12.3%) (d) 4회 scan (crystalline 72.8%, defect 18.5%, amorphous 8.7%) 46

Fig. 13. 결정화 온도 및 Ni 농도에 따른 미세 구조 변화 (a) Ni 증착 온도 : 100℃, 열처리 온도 650℃ (b) Ni 증착 온도 : 150℃, 열처리 온도 650℃ (c) Ni 증착 온도 : 200℃, 열처리 온도 650℃ (d) Ni 증착 온도 : 100℃, 열처리 온도 750℃ (e) Ni 증착 온도 : 150℃, 열처리 온도 750℃ (f) Ni 증착 온도 : 200℃, 열처리 온도 750℃ 48

Fig. 14. 열처리 온도에 따른 Tramittance 와 UV slope value 변화 51

Fig. 15. Ni 첨가에 의한 MIC 활성화 에너지 52

Fig. 16. 575℃ 열처리시 Ni silicide 형성 거동 (a) 2시간 (b) 8시간, (c) 9시간 54

Fig. 17. 열처리 온도에 따른 Ni silicide 형성 거동 (a) 600℃, (b) 625℃, (c) 650℃ ,(d) 675℃,(e) 700℃,(f) 725℃, 열처리 55

Fig. 18. 열처리 온도에 따른 Ni silicide 형성 거동 (a) 650℃, 40분 열처리, (b) 750℃, 15분 열처리 조건 56

Fig. 19. 열처리 온도에 따른 X-ry Diffraction ((a)~(g)) 60

Fig. 20. 열처리 온도에 따른 (111), (220), (311) XRD peaks intensity 61

Fig. 21. 열처리 온도에 따른 X-ry Diffraction ((a)~(g)) 63

Fig. 22. 열처리 온도에 따른 (111), (220), (311) XRD peaks intensity 64

Fig. 23. 열처리 시간 차이에 의한 (111), (220), (311) XRD peaks intensity 65

Fig. 24/Fig. 25. Orientation mapping [(a)~(h)] 와 inverse pole figures[(a')~(h')] (a)(a') 575℃ 2시간, (b)(b') 575℃ 9시간, (c)(c') 600℃ 2시간, (d)(d') 60 0℃ 9시간, (e)(e') 625℃ 2시간, (f)(f') 650℃ 1시간, (g)(g') 675℃ 1시 간, (h)(h') 700℃ 1시간, 열처리 69

Fig. 25/Fig. 26.결정 방위에 대한 색 좌표 70

초록보기

최근 차세대 평판디스플레이(Flat Panel Display, FPD)로 각광을 받고 있는 OLED(Organic Light Emitting Diode)와 점점 고정세화되어 가는 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)에 응용하기 위해서 다결정 실리콘(poly-Si) 박막에 대한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다. a-Si TFT에 비해 저 소비전력과 고해상도를 자랑하는 poly-Si TFT는 poly-Si으로 TFT의 channel을 구성해야 하므로 유리 기판의 변형이 없는 저온(≤600℃)에서 a-Si 박막을 결정화 시키는 기술이 가장 중요한 공정이라 할 수 있다. 저온 poly-Si TFT를 위해 제시된 결정화 기술은 고상결정화(Solid Phase Crystallization, SPC), 엑사이머 레이저 결정화(Eximer Laser Crystallization, ELC), 금속유도결정화(Metal Induced Crystallization, MIC), 금속유도측면결정화(Metal Induced Lateral Crystallization, MILC), Silicon nitride cap을 이용한 금속유도결정화(Metal Induced Crystallization using a Cap layer, MICC)등의 방법이 있으며, 이러한 기술들은 각각의 단점을 보완하기 위하여 많은 연구가 진행 중이다. 산업현장에서는 결정화 기술 중 엑사이머 레이저(Eximer Laser)라는 기술로 a-Si 박막을 결정화하고 있다. 그러나 레이저 빔 자체의 조사량이 불균일하다는 레이저 시스템 상의 문제점과 조대한 결정립을 얻기 위한 레이저 에너지 밀도의 공정 영역이 극히 제한되어 있다는 레이저 공정상의 문제점, 그리고 대면적에 shot 자국이 남는다는 문제점을 가지고 있다. 최근에는 레이저를 사용하지 않고, 결정화 속도가 빠르며, 균일도가 뛰어난 고상결정화(solid phase crystallization, SPC)의 일종인 금속유도결정화(Metal Induced Crystallization, MIC) 기술이 새롭게 주목받고 있다. 그러나 MIC 기술은 금속촉매로 인한 channel 내 금속오염 문제와 금속촉매가 작용을 해도 완전 결정화가 되기까지 수 시간의 열처리 시간이 요구된다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 금속촉매결정화를 위한 Ni의 극미 제어를 위한 새로운 방법으로 Atmospheric Metal Doping (AMD)법을 이용하여 대기중에서 안정된 Ni vapor를 균일한 분사가 가능한 injection head를 통해 분사하는 방법으로, 극미량의 Ni을 비정질 Si의 표면에 균일하게 주입하였다. 본 연구에서는 AMD의 공정 변수에 따른 Ni의 양과 분포를 제어하는 방법에 대해 연구하였다. 또한 이렇게 a-Si 표면에 시간 별로 증착된 Ni을 관상로(Conventional Furnace)에 장입한 후 575℃, 600℃, 625℃, 650℃, 675℃, 700℃, 725℃, 에서 결정화하여 UV, RAMAN spectroscopy, Normalski 광학현미경, XRD, TEM, EBSD 을 통해 결정성 및 미세구조를 관찰하였다. 분석 결과, 결정화 온도가 575℃, 600℃, 625℃, 650℃ 로 높아질수록 형성된 NiSi2가 빠르게 이동하여 결정화를 촉진시켜 poly-Si의 비율을 높이고, a-Si의 비율을 감소시킨다. 안정된 Ni vapor를 분사하는 방법으로, 극미량의 Ni을 비정질 Si의 표면에 균일하게 주입시켜 비정질 실리콘 박막에 흡착시키는 방법은 금속오염을 최소화하고 결정성은 증가 시킬 수 있음을 시사한다. 니켈의 오염을 감소시킬 수 있고, MIC 와 함께 lateral한 grain 성장을 일어나게 하여 고품질의 poly-Si을 형성할 수 있는 것으로 확인되었다.

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