KR100372753B1 - 다결정 규소 박막의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다결정 규소 박막의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 유리 또는 석영 기판 위에서 비정질 규소 박막을 형성한 후 히터에 의해 기판과 규소 박막을 가열한 상태에서 마이크로파를 가하여 열처리함으로써 비정질 규소 박막을 결정화시키는 다결정 규소 박막을 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 유리 또는 석영 기판에 증착된 비정질 규소 박막을 히터로 먼저 가열한 후 마이크로파를 가함으로써 히터 및 마이크로파에 의한 가열을 병행하여 열처리함으로써 유리 또는 석영 기판에 증착된 비정질 규소박막을 제조하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 다결정 규소 박막의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 유리 또는 석영 기판 위에서 비정질 규소 박막을 형성한 후 히터에 의해 기판과 규소 박막을 가열한 상태에서 마이크로파를 가하여 열처리함으로써 비정질 규소 박막을 결정화시키는 다결정 규소 박막을 제조방법에 관한 것이다.
대면적이 요구되는 TFT-LCD 또는 태양전지(Solar cell)를 경제적으로 제조하기 위해서는 유리를 기판으로 사용하는 것이 필수적이다. 마이크로파 가열에 의해서 비정질 규소 박막의 결정화 온도를 낮출 수 있으나 유리 기판에 형성된 비정질 규소 박막의 경우 기판으로의 열손실로 인하여 마이크로파만으로는 결정화를 시킬 수 없다.
이정노 등은 산화막이 피복된 규소웨이퍼 위에 입혀진 비정질 규소 박막을 마이크로파를 이용하여 열처리하면 비정질 규소 박막의 결정화 온도 및 시간을 550℃, 3시간 이내로 감소시킬 수 있다고 보고하였다(J. N. Lee et. al., "Microwave Induced Low-Temperature Crystallization of Amorphous Silicon Thin Films", Journal of Applied Physics, vol. 82, p2913 (1997)). 이 경우 규소웨이퍼가 마이크로파를 쉽게 흡수하여 가열되며 비정질 박막은 기판으로부터의 열에 의해 가열된 상태에서 마이크로파에 의한 영향을 받아 결정화가 촉진된다. 그러나 유리 또는 석영은 마이크로파를 거의 흡수하지 못하여 마이크로파에 의한 가열효과가 미미하며 비정질 규소 박막은 유리 기판과 비교할 수 없을 정도로 얇으므로 비정질 규소 막의 선택적 가열이 일어나더라도 유리 기판에 의한 열 손실로 인하여 마이크로파에 의해 결정화가 일어날 정도로 가열되지 못한다. 이렇게 규소 박막이 가열되지 않은 상태에서는 마이크로파를 가해도 결정화가 일어나지 않는다.
한편 유리 기판 위에 산화지르코늄 등과 같이 마이크로파를 흡수하여 가열되는 버퍼(buffer)층을 형성한 후 그 위에 비정질 규소 박막을 증착하고 마이크로파를 가하여 이 때 버퍼층에서 발생한 열로 비정질 규소 박막을 결정화시키는 방법이 제시되기도 하였다(대한민국 특허등록 제 175411호). 그러나 이 방법 역시 실제로 유리 기판으로의 열 손실을 극복하고 비정질 규소 박막을 결정화할 수 있는지는 밝히지 않고 있다.
본 발명은 유리 또는 석영 기판에 증착된 비정질 규소 박막을 히터로 먼저가열한 후 마이크로파를 가함으로써 히터 및 마이크로파에 의한 가열을 병행하여 열처리함으로써 유리 또는 석영 기판에 증착된 비정질 규소박막을 제조하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 유리 또는 석영기판이 히터에 의해 가열된 상태에서 마이크로파를 가하므로 기판으로의 열 손실을 줄일 수 있어 규소 박막을 마이크로파에 의해 결정화되기에 충분한 200∼500℃의 온도로 가열할 수 있게 하여 규소 박막의 결정화를 촉진시켜 종래 500℃ 보다 낮은 온도에서 비정질 규소 박막의 결정화가 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 다결정 규소박막 제조 공정의 흐름도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 공정에서 규소 박막과 유리 기판의 온도 변화를 나타낸 개략도 이다.
본 발명은 유리 또는 석영기판에 비정질 규소 박막을 증착하는 단계와, 히터와 같은 발열체를 이용하여 유리 또는 석영기판에 비정질 규소 박막을 가열하는 단계와, 상기 발열체에 의한 가열과 병행하여 마이크로파를 가하여 유리 또는 석영기판에 비정질 규소 박막을 열처리하여 비정질 규소 박막을 결정화한 다결정 규소박막의 제조방법으로 도 1은 이러한 본 발명의 공정도를 나타낸 것이다. 이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
[제 1공정] 유리 또는 석영기판에 비정질 규소박막을 증착하는 단계
기판에 화학기상증착법(CVD), 스퍼터링법(Sputtering) 또는 증착법(Evapora tion) 등의 통상적인 박막 형성 방법에 의하여 비정질 규소 박막을 형성한다. 박막 형성 방법시 필요한 조건은 종래에 널리 사용되어 오던 방법으로 사용하기에 그 자세한 조건은 생략하기로 한다.
기판으로는 유리, 석영 또는 필요에 따라서 기판으로부터 규소 박막 내로의 불순물 침투를 막기 위한 두께 2nm∼1㎛의 산화규소 또는 질화규소 막이 피복된 유리를 사용한다.
[제 2공정] 발열체에 의한 유리 또는 석영기판의 비정질 규소 박막 가열 단계
기판에 증착된 비정질 규소 박막을 열처리 장치에 장입하고 규소박막의 산화를 막기 위해 질소(N2), 아르곤(Ar)과 같은 불활성 가스 분위기를 만든 후 히터를 이용하여 200℃∼500℃의 온도로 승온시킨다. 상기에서 히터는 전기 저항에 의한 발열체 등을 이용하여 기판과 박막을 가열할 수 있는 장치를 통칭하는 것이다.
[제 3공정] 발열체에 의한 가열 및 마이크로파에 의한 열처리 단계
상기 제 2공정의 승온된 상태를 계속하여 유지하면서 마이크로파로 400℃에서 600℃의 온도에서 1시간에서 100시간 동안 기판위의 비정질 규소 박막을 열처리하여 마이크로파의 전자기장 영향으로 비정질 규소 박막의 결정화를 촉진시킨다. 상기에서 마이크로파의 주파수는 0.9∼3GHz의 주파수를 사용할 수 있으나 보다 좋게는 미국 연방통신위원회(Federal Communications Commission, FCC)에 의해 산업적 용도로 할당된 주파수 915MHz 또는 2.45GHz의 마이크로파를 사용하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 비정질 다결정 규소 박막을 제조하는 공정 중의 규소 박막 및 유리 기판의 온도 변화 양상을 측정하여 그 결과이다.
이러한 방법을 통하여 유리, 석영 같은 마이크로파에 의해 용이하게 가열되지 않는 기판 위에 증착된 비정질 규소 박막을 이용하여서도 마이크로파 가열에 의해 낮은 온도에서 빠른 시간 내에 다결정 박막을 제조할 수가 있다. 그리고 마이크로파에 의해 규소 박막이 어느 정도 선택적으로 가열이 되어 기판보다 온도가 높게 되므로 기판은 결정화가 일어나는 온도보다 낮은 온도로 유지할 수 있어 기판의 열적 부담을 더욱 감소시킬 수 있다. 또한 버퍼층이 필요가 없어 경제적일 뿐만 아니라 기판의 광투과도가 좋아야 하는 LCD에의 적용에 더욱 부합된다고 할 수 있다.
Claims (4)
- 다결정 규소박막의 제조방법에 있어서,유리, 석영, 2nm∼1㎛ 두께의 산화규소 또는 질화규소가 피막된 유리에서 선택된 1종의 기판에 비정질 규소박막을 증착하는 단계와,발열체를 이용하여 기판의 비정질 규소박막을 질소 또는 아르곤 가스분위기에서 200℃∼500℃의 온도로 승온시키는 단계와,상기 발열체에 의한 가열과 병행하여 0.9∼3GHz 주파수를 가지는 마이크로파를 400℃∼600℃의 온도로 1 내지 100시간 동안 비정질 규소박막을 열처리하여 결정화하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 다결정 규소박막의 제조방법
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