CN102639765A

CN102639765A - 多晶硅形成装置及其方法

Info

Publication number: CN102639765A
Application number: CN2010800514306A
Authority: CN
Inventors: 李炳一; 朴暻完; 许官善; 康浩荣; 宋钟镐
Original assignee: Terra Semiconductor Inc
Current assignee: Tera Semicon Corp; Terra Semiconductor Inc
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2010-11-09
Publication date: 2012-08-15
Also published as: KR101167998B1; KR20110059126A; WO2011065688A2; WO2011065688A3; TW201126033A; JP2013512561A

Abstract

本发明公开一种多晶硅形成装置。本发明涉及的装置，对基板上形成的非晶硅进行热处理而形成多晶硅，其特征在于，包括：预热部（200），用于预热非晶硅；以及热处理部（300），对在预热部（200）预热的非晶硅进行结晶化热处理。

Description

多晶硅形成装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种多晶硅形成装置。更具体地涉及一种通过缩短对基板上形成的非晶硅进行热处理的工序的时间而可提高生产效率的多晶硅形成装置。

背景技术

薄膜晶体管（TFT：Thin Film Transistor）分为非晶硅TFT和多晶硅TFT两大类。TFT的特性由电子迁移率值来评价，由于非晶硅TFT的电子迁移率约为1c m²/Vs，多晶硅TFT的电子迁移率约为100cm²/V_s左右，所以为了制造高性能的平板显示器，优选采用多晶硅TFT。多晶硅TFT以如下方法构成，在玻璃或石英等透明基板上沉积非晶硅进行多晶化之后，形成栅氧化膜及栅电极，并向源极及漏极注入掺杂剂之后形成绝缘层。

制造多晶硅TFT时关键在于非晶硅薄膜的多晶化工序。特别是，需要降低结晶温度，如果结晶温度过高，则制造TFT时无法使用熔点低的玻璃基板，从而存在TFT制造成本过分上涨的问题。考虑到使用这种玻璃基板的可能性，最近提出了各种在低温下短时间内形成多晶硅薄膜的工序。

其中，金属诱导结晶（MIC：Metal Induced Crystallization）法或金属诱导侧向结晶（MILC：Metal Induced Lateral Crystallization）法是利用Ni、Cu、Al等金属催化剂来诱导非晶硅结晶的方法，由于能够在低温下结晶，所以广泛使用于LCD等中。

发明内容

技术问题

金属诱导结晶法或金属诱导侧向结晶法分为涂覆金属催化剂的工序和对涂覆有金属催化剂的非晶硅进行结晶化热处理的工序。两种工序在工序时间上存在差异，一般热处理工序的所需时间更长。特别是，金属诱导结晶法或金属诱导侧向结晶法基本都存在金属污染引起的漏电流问题，所以需要尽量减少金属催化剂的涂覆量，因此进一步增加了结晶化热处理的时间。这样的两个工序的工序时间的差异，生产效率观点来看带来不良结果。即，由于结晶化热处理工序的工序时间相对长，所以制造LCD所需的总时间增加，从而存在生产量（throughput）下降的问题。

另外，涂覆金属催化剂，主要利用溅射法或PECVD法，在常温至200℃的温度范围内进行。之后，非晶硅的结晶化热处理，主要利用热处理炉（furnace），在600℃至800℃的温度范围内进行。这样，两个工序的工序温差较大，存在随着温度的急剧变化，LCD用玻璃基板受热冲击（thermal shock）而损伤或变形的问题。特别是，为了减少金属催化剂引起的漏电流量而涂覆少量的金属催化剂时，需要加热至相对高的温度，因此两个工序的工序温差更大，从而玻璃基板的损伤或变形更严重。

解决问题的方法

本发明目的在于提供一种多晶硅形成装置，通过缩短非晶硅结晶化热处理的工序时间，可提高结晶工序的生产率。

另外，本发明目的在于提供一种多晶硅形成装置，通过预热形成有非晶硅的基板，可以使温度急剧变化引起的玻璃基板的损伤或变形最小化。

另外，本发明的目的在于提供一种多晶硅形成装置，仅在必须要使用基板支架的热处理工序中使用基板支架，从而可提高工序效率。

发明效果

根据本发明，可提高非晶硅结晶而形成多晶硅的工序生产率。

另外，根据本发明，通过预热形成有非晶硅的基板，可以使温度急剧变化引起的玻璃基板的损伤或变形最小化。

另外，根据本发明，通过仅在必须要使用基板支架的热处理工序中使用基板支架，从而可提高工序效率。

附图说明

图1是示出本发明的一实施例涉及的多晶硅形成装置的结构图。

图2是示出本发明的一实施例涉及的预热部的结构图。

图3是示出本发明的一实施例涉及的热处理部的结构图。

图4是示出本发明的一实施例涉及的预热及热处理过程的示意图。

图5是示出本发明的一实施例涉及的由多个单位热处理部构成的热处理部的结构图。

图6是示出本发明的一实施例涉及的由多个单位热处理部构成的热处理部进行的热处理过程的示意图。

图7是示出本发明的一实施例涉及的包括多个沉积工序部的多晶硅形成装置的结构图。

附图标记

10：基板

100：多晶硅形成装置

110：基板装载部

120：第二移送部

130：沉积工序部

200：预热部

210：预热腔室

220：预热加热器

230：预热气体供给部

240：预热基板装载部

250：预热基板卸载部

260：基板支承销

270：基板支架支承销

300：第一移送部

400、600：热处理部

410、610：热处理腔室

420、620：热处理加热器

430、630：热处理气体供给部

440、640：热处理基板装载部

450、650：热处理基板卸载部

500：基板支架

660：单位热处理部

具体实施方式

为了实现所述目的，本发明涉及的多晶硅形成装置，对基板上形成的非晶硅进行热处理而形成多晶硅，其特征在于，包括：预热部，预热（pre-heating）所述非晶硅；以及热处理部，对在所述预热部预热的所述非晶硅进行结晶化热处理。

另外，为了实现所述目的，本发明涉及的多晶硅形成方法，对基板上形成的非晶硅进行热处理而形成多晶硅，可以包括如下步骤：预热（pre-heating）所述非晶硅的步骤；以及对所述经预热的所述非晶硅进行结晶化热处理的步骤。

下面，参照例示出本发明能够实施的具体实施例的附图详细说明本发明。本领域的技术人员能够充分实施本发明的详细说明这些实施例。应理解为，本发明的各种实施例虽然各不同但彼此并不排斥。例如，在此记载的一实施例的具体形状、结构及特征，在不超出本发明的思想及范围内，可以由其它实施例实现。另外，应理解为，公开的各实施例中的个别构成要素的位置或布置，在不超出本发明的思想及范围内，可进行变更。

因此，下面的详细说明并不意在限定本发明的保护范围，确切地说，本发明的保护范围应以权项所主张的内容和与其同等的所有范围以及权利要求书的记载为准。

下面，为了使本领域的普通技术人员容易实施本发明，参照附图详细说明本发明的优选实施例。

首先，本发明涉及经热处理非晶硅而多晶硅形成装置及其方法，在通过金属诱导结晶法、金属诱导侧向结晶法、固相反应法等制备多晶硅时均可适用。但是，下面举例说明金属诱导结晶法或金属诱导侧向结晶法。

另外，本发明涉及经热处理非晶硅而多晶硅形成装置及其方法，热处理对象应该是在基板上形成的非晶硅，但是为了便于说明技术，下面对基板上形成的非晶硅进行预热或热处理的情况表述为对基板进行预热或热处理。因此，在下面的说明中，对基板进行预热或热处理的说明，根据情况也可以解释为对基板上形成的非晶硅进行预热或热处理。

图1是示出本发明的一实施例涉及的多晶硅形成装置100的结构图。

如图1所示，本发明的一实施例涉及的多晶硅形成装置100可以包括预热部200、第一移送部300、热处理部400。

本发明特征在于，在对基板10进行热处理之前，对基板10进行预热（pre-heating）至规定温度。这是为了缩短基板10的热处理时间，提高结晶工序的生产率，防止温度急剧变化引起的基板10变形。为此，本发明的一实施例涉及的多晶硅形成装置100可以包括将基板10预热至规定温度的预热部200。此时，优选预热温度约为350℃至500℃，预热时间约为1分钟至1小时。

图2是示出本发明的一实施例涉及的预热部200的结构图。

如图2所示，本发明的一实施例涉及的预热部200可以包括预热腔室210、预热加热器220、预热气体供给部230、预热基板装载部240、预热基板卸载部250、基板支承销260以及基板支架支承销270。

首先，本发明的一实施例涉及的预热腔室210，在工序进行期间内部空间实质性密闭，从而提供可用于预热基板10的空间。这样的预热腔室210能够保持最佳工序条件，可制作成矩形或圆形。预热腔室210的材料并不特别限定，可以使用石英玻璃或一般的SUS等。

其次，本发明的一实施例涉及的预热加热器220可以设在预热腔室210的内部或外部，以执行在规定温度、优选350℃至500℃的温度下预热基板10的功能。这种预热加热器220的类型并不特别限定，只要能够预热基板10的（例如，电热丝材料为钨的卤素灯或通常的铬铝钴耐热钢（kanthal）加热器）均可作为本发明的预热加热器200使用。

其次，本发明的一实施例涉及的预热气体供给部230可供给预热工序所需的气体。这些气体可以是诸如Ar、Ne、He、N₂的惰性气体。另外，预热部200也可以通过单独的气体排气部（未图示）保持预热工序的真空气氛。

其次，本发明的一实施例涉及的预热基板装载部240可以作为基板10的装载通道。这些基板10的装载可以通过后述的第一移送部300执行。另外，优选预热基板装载部240具有与后述的预热基板卸载部250相对称的结构。

其次，本发明的一实施例涉及的预热基板卸载部250可以作为预热基板10的卸载通道。此时，如下所述，基板10以被安放在基板支架500上的状态下可通过第一移送部300卸载。

其次，本发明的一实施例涉及的基板支承销260设在预热腔室210的内部，可用于支承基板10。为了更加稳定地支承基板10，优选设置四个以上的支承销260，但并不限定于此。

其次，本发明的一实施例涉及的基板支架支承销270设在预热腔室210的内部，可用于支承基板支架500。为了更加稳定地支承基板支架500，与基板支承销260类似地，优选设置四个以上的基板支架支承销270，但并不限定于此。

另外，优选基板支承销260及基板支架支承销270被设置成，不妨碍后述的第一移送部300及第二移送部130移动。例如，为了使第一移送部300及第二移送部130能够在基板支承销260之间顺利移动，基板支承销260可以设置成支承基板10的边缘部分。

另外，在基板支架500上可以形成有供基板支承销260贯穿的贯穿孔（未图示），该贯穿孔的数量与基板支承销260的数量相同。此时，优选基板支架500的面积大于作为热处理对象的基板10的面积，这样能够更加容易地将基板10安放在基板支架500上。

另外，虽然图2的预热部200是每次处理一个基板10的单处理式，但并不限定于此，也可以构成为同时处理多个基板10的批处理式。

另外，优选基板10是玻璃及石英等的透明基板10，但并不限定于此。例如，用于半导体元件制造工序中时，基板10可以是如硅晶片等的半导体晶片。

本发明的一实施例涉及的第一移送部300可以将在预热部200预热的基板10移送到热处理部400。此时，第一移送部300包括可以向上下及左右方向移动的机器臂，从而能够顺利执行移送动作。为此，第一移送部300可以采用公知的基板移送机器臂的构成原理。

本发明的一实施例涉及的热处理部400可以对在通过第一移送部300移送的基板10上形成的非晶硅进行结晶化热处理。此时，优选热处理温度为550℃至800℃，以便顺利形成多晶硅。另外，优选热处理时间约为5分钟至10小时。

图3是示出本发明的一实施例涉及的热处理部400的结构图。

如图3所示，本发明的一实施例涉及的热处理部400可以包括热处理腔室410、热处理加热器420、热处理气体供给部430、热处理基板装载部440及热处理基板卸载部450。此时，除了热处理在更高的温度下进行之外，具有与预热部200对应的构成要素相同的功能、形状、结构、特性，故省略详细说明。

另外，虽然图3的热处理部400是每次处理一个基板10的单处理式，但并不限定于此，也可以构成为同时处理多个基板10的批处理式。

根据本发明的一实施例，经预热的基板10被移送到热处理部400时，热处理部400可以被预先加热到与预热部200的预热温度相同的温度。例如，基板10在预热部200被预热至450℃的温度时，基板10通过第一移送部300移动到热处理部400之前，热处理部400被预先加热到450℃。这是为了防止基板10在热处理部400因温度急剧变化而损坏或变形。为此，热处理结束的基板10可以冷却至预热温度（例如450℃）而卸载。这样卸载的基板10可以放置在大气中冷却至常温，或通过单独的基板冷却系统（未图示）冷却至常温。

另外，根据本发明的一实施例，基板10可以安放在基板支架500上进行热处理。这是为了防止基板10在热处理过程中可能发生的变形等。基板支架500的材料可以由石英构成，从而能够在持续的热处理过程中也不发生变形。

换言之，在本发明中，在预热部200，基板10以与基板支架500分开的状态下被预热，而在热处理部400，经预热的基板10以安放在基板支架500上的状态下进行热处理。由于如预热工序或可在预热工序之前执行的沉积工序（例如，等离子化学气相沉积工序）这样的低温工序中不使用基板支架500，而仅在必须要使用基板支架500的热处理工序中使用基板支架500，从而能够提高工序效率。

图4是示出本发明的一实施例涉及的预热及热处理过程的概略图。

首先，虽然在图4中未示出，在后述的沉积工序部130中执行对未被基板支架500支承的基板10上沉积某种物质（例如镍）的工序。

之后，参照图4的（a），完成沉积工序后的基板10被装载到预热部200，并被基板支承销260支承。此时，基板支架500处于被基板支架支承销270支承的状态，在基板支架500上形成有可供支承销260贯穿的贯穿孔。之后，当在预热部200中的基板10预热结束时，第一移送部300从基板支架500的下侧抬起基板支架500至高于基板支承销260的高度，由此基板支架500及基板10被安放在第一移送部300上。

之后，如图4的（b）所示，基板支架500及基板10通过第一移送部300从预热部200卸载。

之后，如图4的（c）所示，卸载的基板10以安放在基板支架500上的状态下由第一移送部300装载到热处理部400，并以安放在基板支架500上的状态进行热处理。

图5是示出本发明的一实施例涉及的由多个单位热处理部660构成的热处理部600的结构图。

参照图5，本发明的一实施例涉及的热处理部600可以由多个单位热处理部660构成。在图5中示出了单位热处理部660的数量为四个，但并不限定于此，考虑提高生产率，可超过四个而进行各种变更。

本发明的一实施例涉及的多个单位热处理部660可分别收容各不同的基板10进行热处理工序。这样的各单位热处理部660可以包括热处理腔室610、热处理加热器620、热处理气体供给部630、热处理基板装载部640及热处理基板卸载部650。

本发明的一实施例涉及的热处理腔室610、热处理加热器620、热处理气体供给部630、热处理基板装载部640及热处理基板卸载部650的性能、形状、结构等与图3的热处理部400的内容基本相同，故省略重复说明。

本发明的一实施例涉及的热处理加热器620可以设在热处理腔室610的内部或外部，对基板10进行结晶化热处理。如图5所示，优选热处理加热器620配置在基板10的上下侧，以便顺利对基板10进行热处理。此时，优选各热处理加热器620的每个单位热处理部660独立动作，以便对装载到每个单位热处理部660的基板10独立进行热处理。

其次，本发明的一实施例涉及的多个热处理气体供给部630可分别对多个热处理腔室610供给进行热处理工序所需的气体。此时，优选各热处理气体供给部630的每个单位热处理部660独立动作，以便对装载到每个单位热处理部660的基板10独立进行热处理。

图6是示出本发明的一实施例涉及的由多个单位热处理部660构成的热处理部600的热处理过程的示意图。

首先，参照图6的（a），在预热部200经预热的第一基板10a以安放在第一基板支架500a上的状态下由第一移送部300装载到第一热处理腔室610a，并通过第一热处理加热器620a进行热处理。之后，参照图6的（b），在预热部200预热的第二基板10b以安放在第二基板支架500b上的状态下由第一移送部300装载到第二热处理腔室610b，并通过第二热处理加热器620b进行热处理。之后，在各单位热处理部660反复上述过程，由此基板10隔着规定时间依次独立地装载到各热处理腔室610，并独立地进行热处理。

在整个热处理工序中，对经预热的基板10进行热处理的时间有可能比预热基板10的时间更长。这样的时间差导致生产率下降，这是由于对一个基板10的热处理工序结束之前需要中断预热工序。但是，本实施例涉及的热处理部600由能够独立对多个基板10进行热处理的多个单位热处理部660构成，所以不发生如上所述的中断预热工序的情况，从而能够进一步提高生产率。

图7是示出本发明的一实施例涉及的包括多个沉积工序部130的多晶硅形成装置100的结构图。

参照图7，本发明的一实施例涉及的多晶硅形成装置100可以包括基板装载部110、第二移送部120、多个沉积工序部130、预热部200、第一移送部300及热处理部600。

本发明的一实施例涉及的预热部200、第一移送部300及热处理部600的功能、形状、结构等与上述说明的实施例的内容基本相同，故省略重复说明。

首先，本发明的一实施例涉及的基板装载部110可以作为未形成沉积物的待加工的基板的装载入口。在基板装载部110装载的基板10可通过后述的第二移送部120移送到各沉积工序部130。

其次，本发明的一实施例涉及的第二移送部120可位于与多个沉积工序部130及预热部200邻接的场所（例如，如图7所示，位于布置成六边形的多个沉积工序部130的中间），并将基板10移送到多个沉积工序部130或预热部200。为此，第二移送部120可包括能够向上下及左右方向移动的机器臂。

其次，本发明的一实施例涉及的多个沉积工序部130各自可执行在基板10上沉积任何物质的功能。在此，所述任何物质可以包括金属、绝缘体等，当本发明的一实施例涉及的多晶硅形成装置100通过金属诱导结晶法形成多晶硅时，所述任何物质可以是金属，优选为镍（Ni）。沉积工序部130可以是热沉积部、电子束沉积部、溅射部、等离子化学气相沉积部、低压化学气相沉积部、单位原子层沉积部中的任一个。另外，如图7所示，优选多个沉积工序部130布置成能够在其中央配置第二移送部120的形状。

下面，参照图7说明本发明的一实施例涉及的包括多个沉积工序部130的多晶硅形成装置100的动作过程。

首先，待加工的玻璃基板10装载到基板装载部110后，第二移送部120将被装载的基板10装载到第一沉积工序部B。当在第一沉积工序部B，在基板10上沉积非晶硅的工序结束后，第二移送部120卸载基板10并装载到第二沉积工序部C。当被装载到第二沉积工序部C的基板10上沉积镍的工序结束后，第二移送部120卸载基板10并装载到预热部200。这样装载的基板10在预热部200被预热，之后，通过第一移送部300被移送到热处理部600的单位热处理部660。

在此，当第二移送部120从第一沉积工序部B卸载基板10并移送到第二沉积工序部C时，另一玻璃基板10被装载到基板装载部110并装载到空置的第一沉积工序部B，之后以与上述同样的过程进行沉积及预热。这样经预热的基板10移送到除了对完成之前工序的基板10进行热处理的单位热处理部660之外的其它单位热处理部660进行热处理。即，可调节工序流程，以便在沉积工序部130、预热部200及单位热处理部660进行工序时，在所述构成要素中的任一构成要素中也不会发生工序被中断的情况，从而能够提高工序生产率。

另外，在上述实施例中以除了第一沉积工序部B及第二沉积工序部C之外其它沉积工序部130不进行沉积工序的情况进行了说明，但是在其它沉积工序部130也可以持续进行其它不同物质的沉积。

另外，本发明的一实施例涉及的多晶硅形成装置还可以包括脱氢处理部（未图示），以对在热处理部600经结晶化热处理的多晶硅进行脱氢处理。这种脱氢处理是为了提高多晶硅的总体特性的选择性工序，所述脱氢处理工序可以在600℃以下温度的惰性气氛或真空气氛下进行。本发明的脱氢处理部的基本结构与所述预热部200及热处理部600相同，故省略详细说明。

本发明如上所述的举例优选实施例进行了说明，但并不限定于所述实施例，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不超出本发明思想的范围内，可以进行多种变形和变更。这些变形例及变更例应属于本发明的权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种多晶硅形成装置，对基板上形成的非晶硅进行热处理而形成多晶硅，其特征在于，包括：

预热部，预热所述非晶硅；以及

热处理部，对在所述预热部预热的所述非晶硅进行结晶化热处理。

2.根据权利要求1所述的多晶硅形成装置，其特征在于，

所述预热部包括用于支承所述基板的基板支承销以及用于支承基板支架的基板支架支承销，在所述基板支架上形成有供所述基板支承销贯穿的贯穿孔。

3.根据权利要求1所述的多晶硅形成装置，其特征在于，

在所述预热部，所述基板以与基板支架分开的状态被预热。

4.根据权利要求1所述的多晶硅形成装置，其特征在于，

所述热处理部包括独立驱动的多个单位热处理部，在各个所述每个单位热处理部分别进行所述非晶硅的结晶化热处理。

5.根据权利要求4所述的多晶硅形成装置，其特征在于，

所述单位热处理部包括配置在所述基板的上侧及下侧的加热器。

6.根据权利要求1所述的多晶硅形成装置，其特征在于，

在所述热处理部，所述基板以安放在基板支架上的状态被进行热处理。

7.根据权利要求1所述的多晶硅形成装置，其特征在于，还包括：

第一移送部，其将所述基板以被安放在基板支架上的状态从所述预热部移送到所述热处理部。

8.根据权利要求1所述的多晶硅形成装置，其特征在于，还包括：

多个沉积工序部，其执行在所述基板上沉积金属的工序。

9.根据权利要求8所述的多晶硅形成装置，其特征在于，

所述沉积工序部是热沉积部、电子束沉积部、溅射部、等离子化学气相沉积部、低压化学气相沉积部、单位原子层沉积部中的任一个。

10.根据权利要求8所述的多晶硅形成装置，其特征在于，还包括：

第二移送部，其在所述多个沉积工序部之间移送所述基板，或者将所述基板从所述多个沉积工序部中的任一个沉积工序部移送到所述预热部。

11.根据权利要求1所述的多晶硅形成装置，其特征在于，还包括：

脱氢处理部，对在所述热处理部经结晶化热处理的多晶硅进行脱氢处理。

12.一种多晶硅形成方法，对基板上形成的非晶硅进行热处理而形成多晶硅，其包括如下步骤：

预热所述非晶硅的步骤；以及

对经预热的所述非晶硅进行结晶化热处理的步骤。

13.根据权利要求12所述的多晶硅形成方法，其特征在于，

在所述预热步骤中，所述基板以与基板支架分开的状态被预热，而在所述热处理步骤中，所述基板以安放在基板支架上的状态被进行结晶化热处理。