실리콘 박막의 기판 전도성과 바이어스 인가에 따른 미세조직의 변화 및 효과

Abstract

실리콘은 현대의 반도체 산업을 이루는 근간으로서 대단히 중요한 산업적 가치를 지니고 있으며, 실리콘 박막은 PV (Photovoltaic) 시장과 박막 트랜지스터 (Thin film transistor)등 여러 분야에 접목하여, 어플리케이션 개발에 있어 많은 연구가 진행이 되고 있다. 실리콘 반도체는 우수한 전기적 성질과 광학적 성질을 바탕으로 현재 고도화로 발전되어있으며, 물성의 향상을 위해 나노 입자(Nanoparticle) 사이즈에서 관찰한 증착 거동의 이해가 필수적인 요소이다. 특히, 유리기판 위에 실리콘을 증착하는 경우에는, Amorphous incubation layer 와 같은 실리콘 박막의 성능을 저해하는 문제점이 꾸준히 제기 되어 왔기 때문에, 이를 해결하기 위해 현재 산업계에서는 Excimer laser annealing 이나 Metal induced crystallization 공정을 별도로 채용하여 유리 위에 증착된 비정질 실리콘을 결정질 실리콘으로 결정화시켜 성능을 향상시키고 있다. 그러나 이 경우에는 독립된 공정을 따로 거치기 때문에 시간적, 공간적, 금전적 비용에 따른 손실을 유발하기 때문에, 이 문제를 해결할 수 있다면 그에 따른 여러 비용의 절감을 통해 경제적인 이익을 가져다 줄 것으로 예상이 된다. 이에 본 연구에서는 플라즈마를 이용한 화학 기상 증착법(Plasma enhanced chemical vapor deposition)을 통해 플라즈마 내부에서 끊임없이 전자와 충돌하며 에너지를 교환하는 하전된 나노입자(Charged nanoparticles)의 유무를 TEM (Transmission electron microscopy) Grid를 통해 실제 나노입자를 Grid에 포집하여 확인한 뒤, 이러한 사실을 기반으로 하전된 나노입자의 성질을 이용하여 각각 몰리브덴(Molybdenum)기판과 글라스(SiO2) 기판위에 300℃의 저온에서 다결정 실리콘을 증착하였다. 나노입자가 하전이 되어있다는 성질로 인해, 기판에 바이어스(Substrate bias voltage)를 인가하여 전도성이 다른 기판 별로 다결정 실리콘 박막이 증착되는 거동을 AFM(Atomic Force Microscopy)을 이용한 박막 Roughness 분석과 Raman spectroscopy, X-ray diffraction의 분석을 선행한 뒤, 폴리실리콘 박막 내부의 미세구조 변화를 TEM의 암시야상 기법(Dark field image)을 통해 관찰하였다.