CN106373908B - 多晶硅沉积方法及用于其的沉积装置 - Google Patents

多晶硅沉积方法及用于其的沉积装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包括去氢处理工艺的多晶硅沉积方法及用于该多晶硅沉积方法的沉积装置。

Description

多晶硅沉积方法及用于其的沉积装置
技术领域
本发明涉及包括去氢处理工艺的多晶硅沉积方法及用于该多晶硅沉积方法的沉积装置。
背景技术
为了利用多晶硅薄膜形成用于薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)的有源层(active layer)，通常采用利用等离子增强化学气相沉积法(plasma enhancedchemical vapor deposition，PECVD)或低压化学气相沉积法(low pressure chemicalvapor deposition，LPCVD)，在绝缘基材上沉积本征非晶硅(intrinsic amorphoussilicon)后，再对其进行晶化的方法。
晶化方法中通常使用如下方法：通过瞬间照射作为高功率脉冲激光的准分子激光而进行加热，从而对非晶硅进行晶化的准分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)法；在反应炉内利用加热法对非晶硅进行晶化的固相晶化(solid phasecrystallization，SPC)法；使用完全熔融带(range)的能量的连续横向固化(sequentiallateral solidification，SLS)法；在非晶硅膜上选择性地沉积金属后，施加电场，从而以金属作为晶种(seed)诱导晶化的发生的金属诱导晶化(metal induced crystallization，MIC)法；或作为上述MIC法的应用技术，在沟道上不沉积金属，而是形成栅电极后，通过在自对准结构中的源极和漏极上沉积较薄的金属，诱发金属诱导晶化，从而诱导朝沟道方向的横向晶化的金属诱导横向晶化(metal induced lateral crystallization，MILC)法等。
其中，所述ELA法为了熔融约300μm至约800μm的厚度的硅膜，以脉冲形式使短波长(λ＝0.3μm)的强能量透过，因此具有能够实现快速晶化，并且由于优异的结晶度而提高元件的电子迁移率，从而使元件具有优异的工作特性的优点，因此被广泛利用。
但是上述ELA法具有几个重大的缺点。例如，具有激光束本身的照射量不均匀的激光系统方面的问题、用于获得粗晶粒(coarse grain)的激光能量密度的工艺区域极其受限的激光工艺方面的问题以及留下大面积激光冲击(shot)痕迹的问题。
上述问题引起构成多晶硅TFT有源层的多晶硅薄膜晶粒大小的不均匀。此外，伴随从液相到固相的相变生成的多晶硅会伴随体积膨胀，因此从生成晶粒间界的位置开始向表面的方向发生严重的突出(protrusion)现象。这种现象对后续的栅极绝缘层工艺也会产生影响，即多晶硅/栅极绝缘层界面的不均匀的平坦度导致击穿电压(breakdown voltage)减少，并对元件的热载流子应力(hot carrier stress)等可靠性产生严重的影响。
与此相关地，韩国专利公开第2005-0064567号中公开了通过对非晶硅层照射激光而使非晶硅层晶化或激活成多晶硅层的方法及利用该方法的多晶硅薄膜晶体管制造方法。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于，提供包括去氢处理工艺的多晶硅沉积方法及用于该多晶硅沉积方法的沉积装置。
但是，本发明所要解决的技术问题不限于以上提及的技术问题，通过以下记载本领域技术人员能够明确理解没有提及的其他技术问题。
技术方案
根据本发明的一方面，提供一种多晶硅沉积装置，该装置包括：装载基材的基材装载部；与所述基材装载部结合并用于交替移动所述基材的基材输送部；及模组，该模组包括：在所述基材上沉积非晶硅的等离子部、除去所述非晶硅内的氢的去氢处理部和对沉积的所述非晶硅进行激光退火的激光部。
根据本发明的第二方面，提供一种多晶硅沉积方法，其利用根据本发明第一方面的多晶硅沉积装置，在基材上沉积非晶硅，利用卤素灯或等离子除去所述非晶硅内的氢的第一步骤；通过对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第二步骤；及在形成的所述多晶硅上沉积非晶硅并去除氢后，对所述非晶硅进行激光退火，从而形成多晶硅的第三步骤，其中，重复执行所述第一步骤至第三步骤一次以上，所述非晶硅沉积、去氢和所述激光退火分别由独立的模块执行。
有益效果
根据本发明一实施方式，提供包括去氢处理工艺的多晶硅沉积方法及沉积装置。根据本发明一实施方式的多晶硅沉积方法，利用反复执行通过对厚度薄的非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的步骤的多步骤工艺，因此能够利用所述激光的能量密度较低的低价激光。
相比以往的对非晶硅进行一次激光退火而形成多晶硅的全激光扫描方法，多晶硅变形率能够达到约95％以上(非晶硅约50nm基准)，从而提供更高的变形率。
此外，根据本发明一实施方式的多晶硅沉积方法，利用卤素灯和等离子瞬间去除非晶硅内的氢，从而容易形成多晶硅。
与此同时，根据本发明一实施方式的多晶硅沉积方法，能够在一个腔室内同时使用用于非晶硅的沉积、非晶硅内的氢的去除和通过激光退火形成多晶硅的工艺中所需的激光，从而能够缩短时间并加速产业化。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的多晶硅沉积装置的简略示意图。
图2A和图2B是根据本发明一实施方式的多晶硅沉积装置的五个模块和七个模块的简略示意图。
附图标记说明
10：基材 100：基材装载部
200：基材加热部 300：缓冲层
400：硅沉积部 410：非晶硅
420：多晶硅 500、510、520、530：激光部
600、610、620：等离子部 700、710、720：去氢处理部
具体实施方式
下面参照随附的附图详细说明本发明实施例，以便本领域技术人员能够容易实施本发明。但是本发明能够以各种不同形态实施，不限于在此说明的实施例。另外，附图中为了明确说明本发明，而省略了与说明无关的部分，在整个说明书中类似的部分使用了类似的附图标记。
在本发明说明书全文中，记载某一部分与其他部分“连接”时，不仅包括“直接连接”的情况，还包括之间隔着其他元件“电连接”的情况。
在本发明说明书全文中，记载某一部件位于其他部件“之上”时，不仅包括该部件与其他部件相接的情况，还包括两部件之间存在其他部件的情况。
在本发明说明书全文中，记载某一部分“包括”某一构件时，只要没有特别相反的记载，均表示还可以包括其它构件而不是排除其它构件。在本发明说明书全文中所使用的表示程度的“约”、“实质上”等用语用于，在给出所提及的含义中固有的制造和物质允许误差时，指其数值或接近该数值，并用于防止不道德的侵害者对为了帮助理解本发明而提及准确或绝对数值的公开内容的不当利用。在本发明说明书全文中使用的用于“～(的)步骤”或“～之步骤”不表示“用于～的步骤”。
在本发明说明书全文中，马库什形式的表达中包含的用语“它们的组合(多个组合)”，表示选自由马库什形式的表达中记载的构件构成的组中的一种以上的混合或组合，其表示包括选自由上述构件构成的组中的一种以上。
在本发明说明书全文中，“A和/或B”的记载表示“A或B，或A和B”。
下面，参照随附的附图详细说明本发明的实施方式和实施例。但是这些实施方式和实施例可以不限于附图。
根据本发明的一方面，提供一种多晶硅沉积装置，该装置包括：装载基材的基材装载部；与所述基材装载部结合并用于交替移动所述基材的基材输送部；及模组，该模组包括：在所述基材上沉积非晶硅的等离子部、除去所述非晶硅内的氢的去氢处理部和对沉积的所述非晶硅进行激光退火的激光部。
与此相关地，图1中示出了根据本发明一实施方式的多晶硅沉积装置的简略示意图。
根据本发明一实施方式，如图1所示，所述多晶硅沉积装置包括：基材10、基材装载部100、缓冲层300、硅沉积部400、激光部500、等离子部600和去氢处理部700。
首先，在所述基材装载部100上装载基材10。所述基材10为通常用作半导体元件的基材，例如可以包括选自塑料、石英、玻璃、硅、聚合物和它们的组合构成的组中的一种，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述基材10上方有包括非晶硅410和多晶硅420的硅沉积部400，所述硅沉积部400的上方设置有包括等离子部600、去氢处理部700和激光部500的模组。可通过所述模组的所述等离子部600，在所述硅沉积部400上沉积非晶硅410，可通过所述去氢处理部700去除所述非晶硅410内的氢，可通过所述激光部500形成多晶硅420。
根据本发明一实施方式，所述基材上可以进一步包括缓冲层300，但不限于此。所述缓冲层300可以位于所述硅沉积部400的下端，优选以约300nm的厚度形成，但不限于此。所述缓冲层300可以是为了在所述激光退火过程中减少从所述硅沉积部400传递到所述基材10的热而形成，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述缓冲层300可以包括选自由氧化硅(siliconoxide)、氮化物(nitride)和它们的组合构成的组中的一种，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述激光部500可以照射选自由准分子激光(excimerlaser)、UV(紫外)激光、二极管抽运固体激光(diode-pumped solid-state laser)及它们的组合构成的组中的激光，但不限于此。
根据本发明一实施方式，由所述激光部照射的激光可以包括低密度的低价激光，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述去氢处理部700可以在沉积所述非晶硅410后，在形成所述多晶硅420前，以低于所述激光部500的激光温度的温度，瞬间去除所述非晶硅410内的氢，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述去氢处理部可以利用卤素灯或等离子去除氢，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述等离子可以包括选自由Ar(氩)、H(氢)和它们的组合构成的组中的一种，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述卤素灯或所述等离子可以在约1000℃的温度范围内实施，但不限于此。例如，所述卤素灯或等离子可以在约1000℃以下、约900℃以下、约800℃以下、约700℃以下、约600℃以下、约500℃以下、约400℃以下、约300℃以下、约200℃以下或约100℃以下的温度范围内实施，但不限于此。
根据本发明一实施方式，可以通过反复执行以下过程而形成多层多晶硅420：通过所述模组的等离子部610和等离子部620，在所述基材10上沉积非晶硅410，通过去氢处理部700去除所沉积的非晶硅410内的氢，接着通过所述激光部500，对去氢处理的非晶硅照射激光，从而形成多晶硅420。
根据本发明一实施方式，可以通过交替移动所述基材或所述模组而形成多晶硅，但不限于此。例如，当通过移动所述基材而形成多晶硅时，可以进一步包括与所述基材装载部100的下端结合并用于移动基材10的基材输送部，其中，通过所述基材输送部，所述基材10的移动方向可以是沿着线性或非线性路径而交替移动，但不限于此。例如，当通过移动所述模组而形成多晶硅时，可以在所述基材10上移动所述模组的同时，通过所述等离子部600沉积非晶硅，通过所述去氢处理部700去除所述非晶硅内的氢，通过所述激光部500形成所述多晶硅，其中，所述模组的移动方向可以是沿着线性或非线性路径交替移动，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述模组包括一个以上所述等离子部、一个以上所述去氢处理部和一个以上所述激光部，且可以对称地形成，但不限于此。例如，当所述模组为五个模块时，如图2A所示，可按等离子部610、去氢处理部710、激光部500、去氢处理部720、等离子部620的顺序对称地形成所述模组。例如，当所述模组为七个模块时，如图2B所述，可按激光部510、等离子部610、去氢处理部710、激光部520、去氢处理部720、等离子部620、激光部530的顺序对称地形成所述模组。通过对称地形成所述模组的所述等离子部、所述去氢处理部和所述激光部，可以与所述模组的移动方向无关地，反复执行通过所述等离子部的非晶硅的沉积和通过所述激光部的多晶硅的形成。
根据本发明一实施方式，所述模组可以是包括一个以上的所述等离子部、一个以上的所述去氢处理部和一个以上的所述激光部等三个以上的模块，但不限于此。例如，所述模组可以包括三个模块、四个模块、五个模块、六个模块或七个模块，但不限于此。
根据本发明一实施方式，可以进一步包括设置于所述基材输送部的下端并用于加热所述基材的基材加热部，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述基材加热部可以在约400℃以下温度范围内加热所述基材，但不限于此。例如，可以在约400℃以下、约300℃以下、约200℃以下或100℃以下温度进行加热，但不限于此。
根据本发明的第二方面，提供一种多晶硅沉积方法，其利用根据本发明第一方面的多晶硅沉积装置，该方法包括：在基材上沉积非晶硅，利用卤素灯或等离子对所述非晶硅进行去氢的第一步骤；通过对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第二步骤；及在所形成的多晶硅上沉积非晶硅并去除氢后，通过对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第三步骤，其中，重复执行所述第一步骤至第三步骤1次以上，所述非晶硅沉积、去氢和所述激光退火分别由独立的模块执行。
针对与本发明第一方面重复的部分省略了其详细说明，至于对本发明的第一方面说明的内容，即使在第二方面的说明中省略了相应说明，同样适用于第二方面。
根据本发明一实施方式的多晶硅沉积方法，由于利用反复执行通过对厚度较薄的非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的步骤的多步骤工艺，因此能够利用能量密度较低的低价激光，相比通过对非晶硅进行一次激光退火而形成多晶硅的以往的全激光扫描方法，多晶硅的变形率达到约95％以上(以约50nm厚的非晶硅为准)，从而提供更高的变形率。此外，根据本发明一实施方式的多晶硅沉积方法，由于利用卤素灯和等离子瞬间去除非晶硅内的氢，因此使得容易形成多晶硅。
根据本发明一实施方式，在所述多晶硅沉积方法中，可以反复执行以下步骤一次以上：在基材上沉积一层非晶硅并利用温度低于激光退火温度的卤素灯或等离子对所述非晶硅进行瞬间去氢的第一步骤；通过利用激光对去氢处理的所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第二步骤；及在通过所述第二步骤形成的多晶硅上沉积另一层非晶硅并去除氢后，通过激光退火形成多晶硅的第三步骤。根据本发明一实施方式，所述非晶硅沉积、去氢及所述激光退火可分别由独立的模块执行，并且可反复执行交替移动所述模组或所述基材的同时形成所述多晶硅的过程。
根据本发明一实施方式，所述多晶硅沉积方法能够在同一腔室中同时使用所述非晶硅的沉积、对所述非晶硅内的氢的去除和通过所述激光退火而形成多晶硅的工艺所需的激光，从而能够实现时间的缩短及工业化的加速。
根据本发明一实施方式，用于形成所述多晶硅的多晶硅沉积装置可以包括：装载基材的基材装载部；与所述基材装载部结合并用于交替移动所述基材的基材输送部；及模组，该模组包括：用于在所述基材上沉积非晶硅的等离子部、用于除去所述非晶硅内的氢的去氢处理部和用于对沉积的所述非晶硅进行激光退火的激光部，但不限于此。
根据本发明一实施方式，可以通过反复执行下列过程而形成多层多晶硅：通过所述模组的等离子部在所述基材上沉积非晶硅，通过去氢处理部去除所沉积的非晶硅内的氢，接着通过所述激光部对去氢处理后的所述非晶硅照射激光而形成多晶硅。
根据本发明一实施方式，可通过交替移动所述基材或所述模组而形成多晶硅，但不限于此。例如，当通过移动所述基材而形成多晶硅时，可以进一步包括与所述基材装载部的下端结合并用于移动基材的基材输送部，其中，通过所述基材输送部，所述基材的移动方向可以是沿着线性或非线性路径而交替移动，但不限于此。例如，当通过移动所述模组而形成多晶硅时，可以在所述基材上移动所述模组的同时，通过所述等离子部沉积非晶硅，通过所述去氢处理部去除所述非晶硅内的氢，通过所述激光部形成所述多晶硅，其中，所述模组的移动方向可以是沿着线性或非线性路径交替移动，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述模组包括一个以上所述等离子部、一个以上所述去氢处理部和一个以上所述激光部，且可以对称地形成，但不限于此。例如，当所述模组为五个模块时，如图2A所示，可按等离子部610、去氢处理部710、激光部500、去氢处理部720、等离子部620的顺序对称地形成所述模组。例如，当所述模组为七个模块时，如图2B所述，可按激光部510、等离子部610、去氢处理部710、激光部520、去氢处理部720、等离子部620、激光部530的顺序对称地形成所述模组。通过对称地形成所述模组的所述等离子部、所述去氢处理部和所述激光部，可以与所述模组的移动方向无关地，反复执行通过所述等离子部的非晶硅的沉积和通过所述激光部的多晶硅的形成。
根据本发明一实施方式，可以进一步包括设置于所述基材输送部下端并用于加热所述基材的基材加热部，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述基材加热部可以在约400℃以下温度范围内加热所述基材，但不限于此。例如，可以在约400℃以下、约300℃以下、约200℃以下或100℃以下温度进行加热，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述非晶硅的厚度为约1nm至约10nm，但不限于此。例如，所述非晶硅的厚度可以是约1nm至约10nm、约1nm至约8nm、约1nm至约6nm、约1nm至约4nm、约1nm至约2nm、约2nm至约10nm、约4nm至约10nm、约6nm至约10nm或约8nm至约10nm，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述非晶硅的整体厚度可以为约100nm以下，但不限于此。例如，所述非晶硅的整体厚度为约1nm至100nm，约1nm至约80nm，约1nm至约60nm，约1nm至约50nm，约1nm至约40nm，约1nm至约20nm，约20nm至约100nm，约40nm至约100nm，约50nm至约100nm，约60nm至约100nm或约80nm至约100nm，优选为约50nm，但不限于此。
根据本发明一实施方式，去氢处理时利用的所述等离子可以包括选自由Ar、H和它们的组合构成的组中的一种，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述卤素灯或所述等离子可以在约1000℃以下的温度范围内实施，但不限于此。例如，所述卤素灯或所述等离子可以在约1000℃以下、约900℃以下、约800℃以下、约700℃以下、约600℃以下、约500℃以下、约400℃以下、约300℃以下、约200℃以下或约100℃以下的温度范围内实施，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述激光部可以照射选自由准分子激光(excimerlaser)、UV激光、二极管泵浦固体激光(diode-pumped solid-state laser)及它们的组合构成的组中的激光，但不限于此。
根据本发明一实施方式，所述多晶硅的厚度可以为约100nm以下，但不限于此。例如，所述多晶硅的整体厚度为约1nm至100nm，约1nm至约80nm，约1nm至约60nm，约1nm至约50nm，约1nm至约40nm，约1nm至约20nm，约20nm至约100nm，约40nm至约100nm，约50nm至约100nm，约60nm至约100nm或约80nm至约100nm，优选为约50nm，但不限于此。
前述的本发明的说明仅用于示例，本领域技术人员应当理解，在不变更本发明的技术构思和必要特征的情况下，可以容易改变为其他具体实施方式。因此应当理解为，以上记载的实施例在所有方面仅仅是示例性的，而不是限定性的。例如，以一体型说明的各构件可以分布实施，同样以分布式说明的构件也可以实施成结合状态。
本发明的范围应该由随附的权利要求书确定，而不是由上述详细说明确定，且应当解释为由权利要求书的含义、范围及其均等概念导出的所有的变更或变型的实施方式均应包含在本发明的范围。

Claims (12)

1.一种多晶硅沉积装置，包括：
基材装载部，其用于装载基材；
基材输送部，与所述基材装载部结合，并用于交替移动所述基材；及
模组，该模组包括：用于在所述基材上沉积非晶硅的等离子部、用于除去所述非晶硅内的氢的去氢处理部和用于对沉积的所述非晶硅进行激光退火的激光部，
其中，所述模组包括多个所述等离子部、多个所述去氢处理部及多个所述激光部，所述等离子部、所述去氢处理部及所述激光部分别对称地形成，以使得与所述模组的移动方向无关地、反复通过所述等离子部进行非晶硅的沉积和通过所述激光部进行多晶硅的形成。
2.根据权利要求1所述的多晶硅沉积装置，其中，通过所述基材或所述模组的交替移动而形成多晶硅。
3.根据权利要求1所述的多晶硅沉积装置，其中，所述去氢处理部利用卤素灯或等离子去除氢。
4.根据权利要求3所述的多晶硅沉积装置，其中，所述等离子包括选自由氩(Ar)、氢(H)和它们组合构成的组中的一种。
5.根据权利要求3所述的多晶硅沉积装置，其中，所述卤素灯或所述等离子在1000℃以下的温度范围内。
6.根据权利要求1所述的多晶硅沉积装置，其中，所述激光部照射选自由UV激光、二极管泵浦固体激光及它们的组合构成的组中的激光。
7.根据权利要求1所述的多晶硅沉积装置，其中，在所述基材上进一步包括缓冲层。
8.根据权利要求1所述的多晶硅沉积装置，其中，进一步包括基材加热部，所述基材加热部设置在所述基材输送部的下端，并用于加热所述基材。
9.根据权利要求8所述的多晶硅沉积装置，其中，所述基材加热部在400℃以下的温度范围内加热所述基材。
10.一种多晶硅沉积方法，其利用根据权利要求1所述的多晶硅沉积装置，所述多晶硅沉积方法包括：
在基材上沉积非晶硅，利用卤素灯或等离子除去所述非晶硅内的氢的第一步骤；
通过对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第二步骤；及
在形成的所述多晶硅上沉积非晶硅并去除氢后，通过对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第三步骤，
其中，重复执行所述第一步骤至第三步骤一次以上，所述非晶硅沉积、去氢和所述激光退火分别由独立的模块执行。
11.根据权利要求10所述的多晶硅沉积方法，其中，所述非晶硅的厚度为1nm至10nm。
12.根据权利要求10所述的多晶硅沉积方法，其中，所述激光是选自由UV激光、二极管泵浦固体激光及它们的组合构成的组中的激光。
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