텅스텐 할로겐 램프를 사용하는 ZMR공정의 매개변수 최적화에 관한 연구

A Study on Optimization of Process Parameters in Zone Melting Recrystallization Using Tungsten Halogen Lamp

ZMR공정에서 발생하기 쉬운 폴리실리콘의 엉김현상(agglomeration), 슬림, 그리고 실리콘기판이 국부적으로 녹는 현상 등을 방지하기 위한 방법과 재결정화된 박막의 질을 향상시키기 위하여 폴리실리콘과 보호 산화막(capping oxide)두계를 변화시킨 실험 결과를 서술한다. 폴리실리콘의 엉김현상은 폴리실리콘과 보호 산화막 그리고 폴리실리콘과 매몰 산화막(buried oxide)의 계면에서의 wetting각과 관계되는데, 엉김현상을 방지하기 위해서는 암모니아 가스 분위기에서 $1100^{\circ}$C, 3시간 동안 열처리하여 폴리실리콘과 보호 산화막 그리고 폴리실리콘과 매몰 산화막의 계면에 질소를 주입시키면 된다. 실리콘 기판의 뒷면이 국부적으로 녹아 SOI구조가 파괴되는 현상과 슬립은 실리콘 기판의 뒷면을 모래타격(sandblast)하여 약 $20{\mu}m$의 거칠기를 가지도록 했을때 방지할 수 있었다. 재결정화된 폴리실리콘의 두께가 두꺼워짐에 따라 재결정화된 박막에서 subboundary의 간격은 넓어지고, 재결정화된 실리콘 두께의 균일성은 보호 산화막이 두꺼울수록 향상된다. 폴리실리콘의 두께를 $1{\mu}m$로 하였을때 subboundary의 간격은 약 $70-120{\mu}m$정도였고 폴리실리콘의 두께가 $1{\mu}m$이고 보호산화막의 두께가 $2.5{\mu}m$일때, 재결정화 후 실리콘의 두게 균일도는 약 ${\pm}200{\AA}$정도였다.

Some solutions to several major problems in ZMR such as agglomeration of polysilicon, slips and local substrate melting are described. Experiments are performed with varying polysilicon thickness and capping oxide thickness. The aggmeration can be eliminated when nitrogen is introduced at the capping oxide layer-to-polysilicon interface and polysilicon-to-buried oxide layer interface by annealing the SOI samples at $1100^{\circ}$ in $NH_3$ ambient for three hours. The slips and local substrate melting are removed when the back surface of silicon substrate is sandblasted to produce the back surface roughness of about $20{\mu}m$. The subboundary spacing increases with increasing polysilicon thickness and the uniformity of recrystallized SOI film thickness improves with increasing capping oxide thickness, improving the quality of recrystallized SOI film. When the polysilicon thickness is about $1.0{\mu}m$ and the capping oxide thickness is $2.5{\mu}m$, the thickness variation of the recrystallized SOI film is about ${\pm}200{\AA}$ and the subboundary spacing is about $70-120{\mu}m$.