HCN 용액 처리를 통한 MILC Poly-Si TFT의 off-state 특성 개선

Abstract

저온 결정화 실리콘 박막 트랜지스터(Low-temperature poly-silicon thin film transistor) 기술은 높은 해상도와 신뢰도를 요구하는 평판 디스플레이 소자에서 중요한 요소이다. 고품위의 poly-Si의 저온 결정화 실리콘 기술은 고해상도의 특수한 디스플레이 소자에 적용이 가능하며, 이러한 저온 결정화 공정을 위한 많은 선행기술들이 제안되고 연구되어 왔다. 이러한 여러 기술 중 현재 레이저를 이용한 결정화 방법이 상용화되어 있으나, 결정화 이후 표면이 거칠어지는 문제, 대면적의 기판 적용 시 고르지 못한 결정화도, 레이저 빔 길이의 한계로 인한 대면적 적용의 어려움 등이 문제로 대두되고 있다. 한편 laser를 이용하지 않는 non-laser 결정화 기술은 주로 금속 촉매를 이용한 비정질 실리콘의 열처리를 통해 저온결정화를 구현하는 방법으로, 대표적으로 Metal-Induced Crystallization(MIC), Metal-Induced Lateral Crystallization(MILC), Field-Aided Lateral Crystallization(FALC) 등이 이에 해당된다. 특히 대표적인 금속 촉매인 Ni을 이용한 저온 결정화 기술인 NILC의 경우 레이저 결정화 기술에서 극복하지 못한 대면적 기판에서 균일한 결정화도 확보 측면에서 유리한 면이 있으나, 결정화 공정이후 다결정 실리콘 내 금속 촉매 잔류로 인한 오프 상태의 누설전류 특성 악화와 문턱 전압(Vth)이 이동하는 문제점 등이 보고되고 있다. 저온 결정화 실리콘의 누설전류를 감소를 위한 연구로는 드레인 부근에 걸리는 전계의 세기를 줄여주기 위한 구조적 개선이 있으며, offset-gate, lightly-doped drain, field-induced drain와 같은 방법 등이 제안되었다. 그러나 위와 같은 누설전류의 개선 방안은 TFT 구조 자체나 소자 공정이 복잡해지는 문제점이 존재한다. 한편, 단결정 실리콘의 금속 오염을 효과적으로 제거 가능한 CN 계열의 화합물(Potassium Cyanide, Hydrogen Cyanide) 용액 처리에 대한 연구 결과가 Kobayashi 그룹에 의해 보고되었다. Kobayashi 그룹의 연구는 단결정 실리콘 웨이퍼 표면에 임의로 Cu 불순물을 흡착시켜 시안화(Cyanide) 용액 처리를 통해 단결정 실리콘 표면의 Cu 제거 효과를 확인하였으나, 본 연구에서는 Cyanide 용액 처리를 도입하여 MILC 박막 실리콘 표면 뿐 만 아니라 내부까지 확산되어 있는 Ni 촉매를 제거하고, 이를 바탕으로 TFT 소자에서 오프 상태의 누설전류 특성 개선에 중점을 두었다. 따라서 본 연구에서는 Ni-MILC의 근본적인 문제점인 Ni 촉매를 제거하기 위한 방법으로 HCN 처리를 도입하였으며 이때 poly-Si 박막 표면에 발생되는 손상을 완화시키기 위한 NAOS 공정을 도입하여 TFT 소자를 제작하여 전기적 특성 평가를 수행하였다.