[논문]다결정 박막 트랜지스터 적용을 위한 SiNx 박막 연구

김도영; 김치형; 고재경; 이준신

doi:10.4313/jkem.2003.16.12s.1175

[국내논문] 다결정 박막 트랜지스터 적용을 위한 SiNx 박막 연구
A Study on the Silicon Nitride for the poly-Si Thin film Transistor 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.16 no.12 suppl., 2003년, pp.1175 - 1180

김도영 (성균관대학교 정보통신공학부) , 김치형 (성균관대학교 정보통신공학부) , 고재경 (성균관대학교 정보통신공학부) , 이준신 (성균관대학교 정보통신공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Transformer Coupled Plasma Chemical Vapor Deposited (TCP-CVD) silicon nitride (SiNx) is widely used as a gate dielectric material for thin film transistors (TFT). This paper reports the SiNx films, grown by TCP-CVD at the low temperature (30$0^{\circ}C$). Experimental investigations were carried out for the optimization o(SiNx film as a function of $N_2$/SiH$_4$ flow ratio varying ,3 to 50 keeping rf power of 200 W, This paper presents the dielectric studies of SiNx gate in terms of deposition rate, hydrogen content, etch rate and leakage current density characteristics lot the thin film transistor applications. And also, this work investigated means to decrease the leakage current of SiNx film by employing $N_2$ plasma treatment. The insulator layers were prepared by two step process; the $N_2$ plasma treatment and then PECVD SiNx deposition with SiH$_4$, $N_2$gases.

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문제 정의

본 연구에서는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 적용하기 위해 우수한 절연특성을 갖는 SiNx 박막을 연구하였다. 본 연구에서는 Nz와 SiH₄의 가스비를 조절하여 최적의 SiNx의 절연층 성장조건을 통하여 박막을 성장시켰으며, Si 계면과 SiNx 간의 플라즈마 처리로 계면의 상태를 향상시킬 수 있는 N₂ plasma 처리의 효과에 대하여 연구하였다.
본 연구에서는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 적용하기 위해 우수한 절연특성을 갖는 SiNx 박막을 연구하였다. 본 연구에서는 Nz와 SiH₄의 가스비를 조절하여 최적의 SiNx의 절연층 성장조건을 통하여 박막을 성장시켰으며, Si 계면과 SiNx 간의 플라즈마 처리로 계면의 상태를 향상시킬 수 있는 N₂ plasma 처리의 효과에 대하여 연구하였다.

제안 방법

I water)에서 각각 10 min간 초음파 세척을 한 후 N₂ 가스로 건조하였다. SiNx 박막을 성장하기 전실리콘 기판의 상부의 자연 산화막을 제거하기 위해 시료를 BHF(buffered HF)에 담가 자연 산화막을 저)거 하였다. SiNx 박막 증착시 Nz/SiHi의 가스비율을 3~50으로 가변 하면서 증착하였다.
56MHz의 rf power 전력과 기판온도는 각각 200 W와 300 ℃로 고정하였다. 가스비율 가변에 따른 SiNx 박막내의 Si-N, Si-H결합을 정성, 정량적으로 평가하기 위해 Fourier Transformation Infrared spectroscopy(FTTR)를 통해 분석하였으며, 박막의 두께와 굴절률을 측정을 위하여 고정 파장(632.8nm) ellipsometer를 이용하여 측정하였다. 식각속도를 평가하기 위해 시료를 10:1 (H₂O:HF)의 희석된 HF에서 식각시간을 측정하여 구하였다.
8nm) ellipsometer를 이용하여 측정하였다. 식각속도를 평가하기 위해 시료를 10:1 (H₂O:HF)의 희석된 HF에서 식각시간을 측정하여 구하였다. 누설전류와 유전율을 측정하기 위해 제작된 MIS 구조를 제작하였다.
식각속도를 평가하기 위해 시료를 10:1 (H₂O:HF)의 희석된 HF에서 식각시간을 측정하여 구하였다. 누설전류와 유전율을 측정하기 위해 제작된 MIS 구조를 제작하였다. 플라즈마 처리의 유무에 따른 계면특성을 비교하기 위하여 SiNx 박막을 성장하기 전에 N₂ 플라즈마 처리를 하였다.
플라즈마 처리의 유무에 따른 계면특성을 비교하기 위하여 SiNx 박막을 성장하기 전에 N₂ 플라즈마 처리를 하였다. 표면의 polishing 되지 않은 후면에 열 기상증착법을 이용하여 후면에 1500 A 두께의 A1박막을 증착하였고, 옴성 접 합을 위해 급속열처리법(RTA)으로 550 ℃로 15분간 열처리를 하였다. 상부 전극은 dot형의 전극이 SiNx를 성장시킨 후 하부전극과 동일한 방법으로 성장되었다.
전기적 측정을 위하여 Keithley 617 multimeter와 Fluke 5100B voltage source를 사용하여 누설전류를 구하였고, 1MHz의 Boonton 7200 C-V meter와 Fluke 5100B voltage source를 이용한 C-V측정을 통하여 유전상수를 결정하였다.
박막 SiNx 성장전 N₂ 플라즈마를 이용한 표면처리에 따른 영향성을 규명하기 위해 SiNx 박막을증착하기 전에 N₂ 플라즈마를 이용하여 표면처리후 기판온도 300 ℃ 에서 Nz/SiHt의 가스비율을 3에서 50까지 가변하면서 시료를 제작하였다. 그림 6은 N₂ 플라즈마 표면처리 유무에 따른 굴절률과성장속도의 비교 곡선을 보여주고 있다.

대상 데이터

실험에 사용된 실리콘 기판(p-type, , 25.5-40 Q-cm)은 메탄올, 아세톤, 탈 이온수(D.I water)에서 각각 10 min간 초음파 세척을 한 후 N2 가스로 건조하였다.
본 연구에서는 SiNx 박막을 성장하는 장치로평 형 코일형의 transformer coupled plasma를 이용한 CVD를 이용하였다. 평형 코일로부터 샘플까지의 거리는 14 cm를 유지하였다.

성능/효과

9의 낮은 값을 요구한다[6]. 실험을 통해 얻어진 결과 중 굴절률 1.85~1.9에 가장 접근한 N₂/SiH₄ 가스비율은 10일 때 1.84의 굴절률을 나타낸다. 이러한 원인은 가스비율이 증가함에 따라 낮은 가스비율에서 보다 N₂가 플라즈마에 의하여 분해되는 양이 증가하여 작은 값의 굴절률을 갖는 nitrogen-rich한 박막이 형성되어진 것으로 사료된다.
일반적으로 박막 트랜지스터에 적용하기에 적합한 식각속도는 buffered HF에서 120 nm/min 로 보고되고 있다[8]. 본 연구에서는 굴절률이 1.74에서 110 nm/min의 근사한 값을 보였다. 굴절률이 증가함에 따라 식각속도가 급격히 감소하다가 굴절률 L84 이상이 되면서 식각속도가 일정해지는 경향을 보이고 있다.
8X1O-20 cm?를 이용하여 결합 비율을 알 수 있다[9]. N₂/SiH₄의 가스비율이 증가함에 따라 Si-H bond의 peak는 감소하고 N-H bond의 peak는 증가함을 알 수 있다. 이러한 결과는 N₂의 양이 증가함에 따라서 상대적인 N의 반응비율이 증가함에 따라서 박막 SiNx와 결합되는 H의 양이 감소함을 알 수 있으며 N-H bond의 빈도는 플라즈마에 의해서 분해되는 양이 일정함을 알 수 있다.
이처럼 300 ℃의 저온 공정에서도 N₂와 SiH4의 가스비율을 조절함으로서 우수한 절연특성을 갖는 절연막을 얻을 수 있었다. N₂ 플라즈마 표면 처리 시 박막의 표면에 플라즈마 식각 작용과 동시에 얇은 두께로 질화막이 형성됨을 볼 수 있었다. SiNx/Si 계면에 존재하는 불균형적인 전하와 양전하들이 N₂ 플라즈마 표면처리를 하였을 경우 음의 방향으로의 이동을 더욱 크게 하는 것으로 나타났다.
N₂ 플라즈마 표면 처리 시 박막의 표면에 플라즈마 식각 작용과 동시에 얇은 두께로 질화막이 형성됨을 볼 수 있었다. SiNx/Si 계면에 존재하는 불균형적인 전하와 양전하들이 N₂ 플라즈마 표면처리를 하였을 경우 음의 방향으로의 이동을 더욱 크게 하는 것으로 나타났다. 또한 이력특성의 감소됨을 알 수 있었다.
SiNx/Si 계면에 존재하는 불균형적인 전하와 양전하들이 N₂ 플라즈마 표면처리를 하였을 경우 음의 방향으로의 이동을 더욱 크게 하는 것으로 나타났다. 또한 이력특성의 감소됨을 알 수 있었다.

후속연구

다결정 실리콘 TFT의 경우 국내의 연구 개발은 이미 수년 전부터 착수하여 개발제품으로 T CNS용, 5" PDA/항공용으로 응용되고 있으며, 최근에는 2”급의 IMT-2000 형의 반사형 poly-Si TFT 제품이 발표되고 있다[3]. 향후 기술 발전의 진보가 이루어져 양질의 디스플레이 구동소자의 핵심인 다결정 실리콘 TFT를 제작할 수 있다면, 고정세화, 저소비 전력화, 고속 동작, 구동전류를 가지는 디스플레이소자를 제작할 수 있을 것이다.

참고문헌 (7)

Nakazawa, Kenji. Recrystallization of amorphous silicon films deposited by low-pressure chemical vapor deposition from Si2H6 gas. Journal of applied physics, vol.69, no.3, 1703-1706.

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Pecora, A., Schillizzi, M., Tallarida, G., Fortunato, G., Reita, C., Migliorato, P.. Off-current in polycrystalline silicon thin film transistors: An analysis of the thermally generated component. Solid-state electronics, vol.38, no.4, 845-850.

상세보기
Gleskova, H., Wagner, S., Gašparı́k, V., Kováč, P.. Low-temperature silicon nitride for thin-film electronics on polyimide foil substrates. Applied surface science, vol.175, 12-16.

상세보기
da Silva Zambom, Luı́s, Domingues Mansano, Ronaldo, Furlan, Rogério. Silicon nitride deposited by inductively coupled plasma using silane and nitrogen. Vacuum, vol.65, no.2, 213-220.

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Lee, Joong-Whan, Ryoo, Ryong, Jhon, Mu Shik, Cho, Kyoung-Ik. Bond density and physicochemical properties of a hydrogenated silicon nitride film. The Journal of physics and chemistry of solids, vol.56, no.2, 293-299.

상세보기
Lanford, W. A., Rand, M. J.. The hydrogen content of plasma-deposited silicon nitride. Journal of applied physics, vol.49, no.4, 2473-2477.

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Kuo, Yue. Plasma enhanced chemical vapor deposited silicon nitride as a gate dielectric film for amorphous silicon thin film transistors—a critical review. Vacuum, vol.51, no.4, 741-745.

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