불순물이 금속유도측면결정화의 속도에 미치는 영향에 관한 연구

Abstract

저온폴리실리콘(low temperature poly-Si : LTPS) 박막트랜지스터(thin film transistor : TFT)는 active matrix liquid crystal display(AMLCD)와 active matrix organic light emitting diode(AMOLED)등에 유용하게 쓰인다. LTPS TFT를 제작하는 방법에는 여러가지가 있으며, 그 중 금속유도측면결화 (metal induced lateral crystallization : MILC)법이 다른 방법들에 비해 많은 장점들을 가지고 있어 그 동안 많은 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 주로 intrinsic Si 의 MILC growth mechanism에 대하여 연구되어 왔으며. 그 결과 dopant 가 MILC rate 에 미치는 영향에 대해서는 계속 논쟁 중에 있다. 본 연구에서는 doping, 실리콘 박막의 quality, 열처리시의 분위기 등이 MILC rate에 미치는 영향에 대해 연구하였다. Phosphorus를 doping 한 경우에는 실리콘 박막의 종류에 상관없이MILC rate이 현저히 감소하였고, 플라즈마 향상 화학기상증착 실리콘 (plasma enhanced chemical vapor deposition silicon : PECVD Si)에 boron 을 doping 하였을 경우에는 MILC rate이 증가하였으며, 저압 화학기상증착 실리콘(low pressure chemical vapor deposition silicon : LPCVD Si)에 boron을 doping하였을 경우에는 Ni의 도움 없이도 500℃ 정도의 열처리에 의해 비정질 실리콘(amorphous silicon : a-Si)의 결정화가 일어났다. 그 외의 조건에서 결정화가 빨리 일어나는 순서는 다음과 같다. (괄호 안은 550℃ 에서 2시간동안 열처리 하였을 때 MILC 현상에 의해 결정화된 길이이다.) PECVD boron doped Si in vacuum (58 um), PECVD boron doped Si in H2(31um), LPCVD intrinsic Si in vacuum (29 um), LPCVD intrinsic Si in H2 (19 um), PECVD intrinsic Si in vacuum (11um), PECVD intrinsic Si in H2 (8um). PECVD phosphorus doped Si in H2 (6um), PECVD phosphorus doped Si in vacuum (5um), LPCVD phosphorus doped Si in H2 (4um), LPCVD phosphorus doped Si in vacuum(2um). 그리고 vacuum 에서 열처리 시 PECVD intrinsic Si 의 경우 Ni 이 증착 된 아래 영역에만 boron을 doping 하였을 때 PECVD intrinsic Si 보다 MILC rate이 절반가량 감소하였으며, phosphorus 를 doping 하였을 때 에는 MILC rate의 차이가 거의 없었다. 이러한 현상들을 설명하기 위해 적합한 모델을 제시하였다.

In this Study, we examined the effects of dopants, the quality of the silicon thin film, and annealing conditions on the metal-induced lateral crystallization (MILC) phenomenon. When amorphous silicon (a-Si) was doped with phosphorus, MILC barely occurred. Low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) boron-doped Si crystallized without nickel at 500°C. Under other conditions, MILC lengths were as follows (lengths in parentheses are the MILC length after annealing at 550°C for 2 hours): plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) boron-doped Si in a vacuum (58 μm), PECVD boron-doped Si in H2 (31 μm), LPCVD intrinsic Si in a vacuum (29 μm), LPCVD intrinsic Si in H2 (19 μm), PECVD intrinsic Si in a vacuum (11 μm), PECVD intrinsic Si in H2 (8 μm), and when PECVD intrinsic Si was doped with boron only under the Ni-deposited area, the MILC rate decreased to about half of that of PECVD intrinsic Si. However, when PECVD intrinsic Si was doped with phosphorus only under the Ni-deposited area, the MILC rate was almost the same as that of PECVD intrinsic Si. To explain these phenomena, we suggest an appropriate model.