KR100413473B1 - Crystallization method for amorphous silicon using hydrogen plasma and electric field - Google Patents

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KR100413473B1 KR10-1999-0038222A KR19990038222A KR100413473B1 KR 100413473 B1 KR100413473 B1 KR 100413473B1 KR 19990038222 A KR19990038222 A KR 19990038222A KR 100413473 B1 KR100413473 B1 KR 100413473B1
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Abstract

저온 다결정 실리콘은 형성온도가 낮아 제조단가가 낮고, 대면적화가 가능하다. 본 발명은 수소 플라즈마를 사용하여 니켈 등의 아주 얇은 전이금속층을 비정질 실리콘 박막 위에 형성시킨 후, 전계를 인가한 상태에서 열처리하여 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 결정화시키는 방법에 관한 것으로, 상기 방법으로 제작된 다결정 실리콘 박막은 박막트랜지스터와 태양전지, 이미지 센서 등의 실리콘 반도체 소자 제작에 사용될 수 있다.Low-temperature polycrystalline silicon has a low forming temperature, low manufacturing cost, and large area. The present invention relates to a method of crystallizing amorphous silicon into polycrystalline silicon by forming a very thin transition metal layer such as nickel on an amorphous silicon thin film using hydrogen plasma, and then performing heat treatment with an electric field applied thereto. The polycrystalline silicon thin film may be used to fabricate silicon semiconductor devices such as thin film transistors, solar cells, and image sensors.

Description

수소 플라즈마와 전계를 이용한 비정질막의 결정화 방법{Crystallization method for amorphous silicon using hydrogen plasma and electric field}Crystallization method of amorphous film using hydrogen plasma and electric field {Crystallization method for amorphous silicon using hydrogen plasma and electric field}

본 발명은 수소 플라즈마와 전기장을 이용하여 비정질막을 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)으로 결정화시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 수소 플라즈마와 전기장을 이용하여 비정질 실리콘 막의 결정화를 가속시키고, 결정화 온도를 낮추는 데에 있다. 또한 플라즈마의 밀도 및 노출시간, 노훌 시 기판온도 등을 조절하여 제작된 다결정질 실리콘 박막 표면과 내부에 존재하는 금속양을 최소화시키는데 있다.The present invention relates to a method of crystallizing an amorphous film into polycrystalline silicon using hydrogen plasma and an electric field. An object of the present invention is to accelerate the crystallization of an amorphous silicon film by using a hydrogen plasma and an electric field, and to lower the crystallization temperature. In addition, it is to minimize the amount of metal present in and on the surface of the polycrystalline silicon thin film fabricated by controlling the density, exposure time of the plasma, and substrate temperature during the nozzle.

저온 다결정 실리콘은 형성온도가 낮아 제조단가가 낮고, 대면적화가 가능하며, 성능 면에서 고온 다결정 실리콘과 대등하다. 이러한 저온의 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로는 고상결정화(solid phase crystallization ; SPC), 레이저 결정화(laser crystallization) 등이 있다. 레이저를 이용한 결정화 방법은 400℃ 이하의 저온결정화가 가능하고 [Hiroyaki Kuriyama, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 31, 4550 (1992)] 우수한 특성을 갖는 장점이 있으나, 결정화가 불균일하게 일어나고 고가의 장비와 낮은 생산성으로 인하여 대면적의 기판 위에 다결정 실리콘을 제작하는 경우에 어려움이 있다. 또한 고상결정화 방법은 저가의 장비를 사용하여 결정질 실리콘을 얻을 수 있으나, 결정화온도가 높고 결정화 시간이 길기 때문에 유리기판을 사용할 수 없다는 단점을 가지고 있다.Low temperature polycrystalline silicon has a low forming temperature, low manufacturing cost, large area, and comparable with high temperature polycrystalline silicon in terms of performance. Such low temperature polycrystalline silicon may be formed by solid phase crystallization (SPC), laser crystallization, or the like. The crystallization method using a laser is capable of low temperature crystallization of 400 ° C. or lower, and is described in Hiiroyaki Kuriyama, et al. J. Appl. Phys. 31, 4550 (1992)] has the advantages of excellent properties, but it is difficult to produce polycrystalline silicon on a large-area substrate due to uneven crystallization and expensive equipment and low productivity. In addition, the solid phase crystallization method can obtain crystalline silicon using low-cost equipment, but has a disadvantage that the glass substrate can not be used because the crystallization temperature is high and the crystallization time is long.

낮은 온도에서 비정질 실리콘을 결정화시키는 다른 방법으로는 금속유도 결정화법이 있다[M. S. Haque, et al., J. Appl. Phys. 79, 7529(1996)]. 금속유도 결정화 방법은 특정한 종류의 금속을 비정질 실리콘에 접촉하게 하여 비정질 실리콘의 결정화 온도를 낮추는 방법이다. 니켈에 의한 금속유도 결정화는 니켈 실리사이드의 마지막 상인 NiSi2가 결정화 핵[C. Hayzelden, et al., J. Appl. Phys. 73, 8279 (1993)]으로 작용하여 결정화를 촉진한다. 실제로 NiSi2는 실리콘과 같은 구조를 갖으며, 격자상수는 5.406Å으로 실리콘의 5.430Å과 매우 비슷하여, 비정질 실리콘의 결정화 핵으로 작용하여 <111> 방향으로 결정화를 촉진한다[C. Hayzelden, et, al, Appl. Phys. Lett. 60, 225 (1992)]. 비정질 실리콘의 결정화는 금속에 의해 촉진된다. 이러한 금속유도 결정화 방법은 금속이 포함된 비정질 실리콘 박막에 전기장을 인가할 경우 기존의 금속유도 결정화 방법에서 요구되는 어닐링 시간이 극적으로 짧아지고, 어닐링 온도도 대폭 낮아진다[Jin Jang, et al., Nature, Vol. 395, pp. 481-483 (1998)]. 일반적으로 금속유도 결정화 방법은 금속의 양에 영향을 받는데, 금속의 양이 증가함에 따라 결정화 온도도 낮아지는 경향이 있다.Another method of crystallizing amorphous silicon at low temperatures is metal induced crystallization [MS Haque, et al., J. Appl. Phys. 79, 7529 (1996). Metal-induced crystallization is a method of bringing a specific type of metal into contact with amorphous silicon to lower the crystallization temperature of amorphous silicon. Metal-induced crystallization by nickel is the final phase of nickel silicide NiSi 2 is the crystallization nucleus [C. Hayzelden, et al., J. Appl. Phys. 73, 8279 (1993)] to promote crystallization. In fact, NiSi 2 has a silicon-like structure and the lattice constant of 5.406 Å is very similar to that of 5.430 실리콘 of silicon, which acts as a crystallization nucleus of amorphous silicon and promotes crystallization in the <111> direction [C. Hayzelden, et, al, Appl. Phys. Lett. 60, 225 (1992). Crystallization of amorphous silicon is promoted by the metal. In the metal-induced crystallization method, when an electric field is applied to an amorphous silicon thin film containing a metal, the annealing time required by the conventional metal-induced crystallization method is dramatically shortened, and the annealing temperature is significantly lowered. [Jin Jang, et al., Nature , Vol. 395, pp. 481-483 (1998). In general, the metal-induced crystallization method is affected by the amount of metal, and the crystallization temperature tends to decrease as the amount of metal increases.

최근 들어 금속을 사용하지 않고 비정질 실리콘 박막에 수소(H2) 플라즈마 처리를 하여 일반적인 고상결정화에 의한 방법보다 짧은 시간에 다결정 실리콘 박막으로 결정화하였다는 보고도 있다.[K. Pangal, et al., J. Appl. Phys. 85, 1900(1999)].Recently, hydrogen (H 2 ) plasma treatment of an amorphous silicon thin film without using a metal has been reported to crystallize into a polycrystalline silicon thin film in a shorter time than a conventional solid phase crystallization method. Pangal, et al., J. Appl. Phys. 85, 1900 (1999).

금속유도 결정화는 저온 결정화라는 장점에도 불구하고, 결정화를 위해서는 500℃ 이상에서 20시간 이상의 열처리 시간이 필요하다. 이를 양산에 적용하기에는 여전히 결정화온도가 높고, 20시간 이상 장시간의 열처리가 요구된다. 또한, 결정화에 사용된 금속이 결정화된 실리콘 박막내에 남아 있게 되어 금속에 의한 오염으로 실리콘 박막 본래의 특성이 변화한다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 현재 사용되고 있는 반도체 소자에 응용하기 위해서는 금속유도 결정화된 실리콘 박막의 표면 근처에 잔류하는 금속의 양을 최소화시키고 결정화에 필요한 시간을 단축시키는 것이 매우 중요하다. 또한, 대면적 공정에 있어서 저가의 유리기판을 사용하기 위해서는 결정화 온도는 유리기판의 변형온도 보다 낮아질수록 좋다.Despite the advantage of low temperature crystallization, metal-induced crystallization requires heat treatment time of 20 hours or more at 500 ° C or higher. In order to apply this to mass production, the crystallization temperature is still high and a long heat treatment of 20 hours or more is required. In addition, the metal used for crystallization remains in the crystallized silicon thin film, which has the disadvantage of changing the original characteristics of the silicon thin film due to contamination by the metal. Therefore, it is very important to minimize the amount of metal remaining near the surface of the metal-induced crystallized silicon thin film and to shorten the time required for crystallization in order to be applied to the semiconductor device currently used. In addition, in order to use a low cost glass substrate in a large area process, the crystallization temperature is lower than the deformation temperature of the glass substrate.

도 1 은 고정식 금속전극(12)을 이용 수소 플라즈마(11) 처리중인, 절연막(10) 위에 형성된 비정질 실리콘 박막(3).FIG. 1 shows an amorphous silicon thin film 3 formed on an insulating film 10 during hydrogen plasma 11 processing using a stationary metal electrode 12.

도 2 는 수소 플라즈마 인가시 사용되는 여러 가지 모양의 고정식 금속 전극(12).2 shows a fixed metal electrode 12 of various shapes used in hydrogen plasma application.

도 3 은 이동식 금속전극(12)을 이용 수소 플라즈마(11) 처리중인, 절연막(10) 위에 형성된 비정질 실리콘 박막(3).FIG. 3 shows an amorphous silicon thin film 3 formed on an insulating film 10 during a hydrogen plasma 11 treatment using a movable metal electrode 12.

도 4 는 절연막(10) 위에 형성된, 전이금속층(2)이 도포된 비정질 실리콘 박막(3)의 양단에 전계를 걸어주어 결정화시키는 방법4 is a method of crystallizing by applying an electric field to both ends of an amorphous silicon thin film 3 coated with a transition metal layer 2 formed on an insulating film 10.

도 5 는 본 발명의 실시 예에 의해 절연막(10) 위에 제작된 다결정 실리콘 박막(6).5 is a polycrystalline silicon thin film 6 fabricated on an insulating film 10 according to an embodiment of the present invention.

도 6 은 본 발명의 실시 예에 의해 절연막(10) 위에 제작된 다결정 실리콘 박막(6)의 라만 스펙트럼.6 is a Raman spectrum of a polycrystalline silicon thin film 6 fabricated on an insulating film 10 by an embodiment of the present invention.

도 7 은 본 발명의 실시 예에 의해 절연막(10) 위에 제작된 다결정 실리콘 박막(6)의 전기전도도 특성7 is an electrical conductivity characteristic of a polycrystalline silicon thin film 6 fabricated on an insulating film 10 according to an embodiment of the present invention.

도 8 은 본 발명의 실시 예에 의해 절연막(10) 위에 제작된 다결정 실리콘박막(6)의 투과전자현미경(transmission electron microscopy) 사진FIG. 8 is a transmission electron microscopy photograph of a polycrystalline silicon thin film 6 fabricated on an insulating film 10 according to an embodiment of the present invention.

도 9 는 본 발명의 실시 예에 의한 다결정 실리콘 박막을 이용해 제작한 박막트랜지스터의 전이(transfer) 특성9 is a transfer characteristic of a thin film transistor fabricated using a polycrystalline silicon thin film according to an embodiment of the present invention

도 10 은 본 발명의 실시 예에 의한 다결정 실리콘 박막을 이용해 제작한 박막트랜지스터의 전이(transfer) 특성과 전계효과 이동도10 is a view illustrating transfer characteristics and field effect mobility of a thin film transistor fabricated using a polycrystalline silicon thin film according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

1 : 절연기판 2 : 전이금속층1: Insulation substrate 2: Transition metal layer

3 : 비정질 실리콘 4 : 전극3: amorphous silicon 4: electrode

5 : 전원 6 : 다결정 실리콘5: power source 6: polycrystalline silicon

7 : 바늘 모양의 결정립 10 : 절연막 (실리콘 산화막)7: needle-shaped grain 10: insulating film (silicon oxide film)

11 : 플라즈마 노출 12 : 플라즈마 형성 전극(금속봉/판)11: plasma exposure 12: plasma forming electrode (metal rod / plate)

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다결정 실리콘의 특징은 수소(H2) 플라즈마와 전기장을 이용하여 저온에서 짧은 시간 내에 비정질막을 결정화하는데 있다.A feature of the polycrystalline silicon according to the present invention for achieving the above object is to crystallize the amorphous film in a short time at low temperature using a hydrogen (H 2 ) plasma and an electric field.

유리등의 절연기판(1) 위에 비정질 실리콘 박막을 증착하고, 상기 반도체 층위에 수소(H2)가스를 사용하여 RF 또는 DC 플라즈마를 노출시킨 후, 전기장을 가해주면서 열처리하여 비정질 실리콘 박막을 결정화한다. 이 때, RF 또는 DC 플라즈마의 세기, 노출시간, 반응로 내부의 압력등을 조절하여 박막내의 금속량을 조절하게 된다. 결정화 속도를 증가시키기 위하여 DC 또는 AC 전압을 플라즈마 노출상태에서 가하거나, 플라즈마 노출이 종료된 후에 비정질 실리콘의 양단에 가해준다. 플라즈마에 의해 특정 금속만이 비정질 실리콘 층위에 도포하기 위하여, 반응로 내부에 금속봉 또는 금속판을 통해 플라즈마를 생성시킨다. 이 때 사용되는 금속물질로는 Au, Ag, Al, Sb, In 등의 귀금속과 Ni, Mo, Pd, Ti, Cu, Fe, Cr 등의 실리사이드를 형성하는 전이금속을 사용한다.After depositing an amorphous silicon thin film on an insulating substrate 1 such as glass, exposing RF or DC plasma using hydrogen (H 2 ) gas on the semiconductor layer, the amorphous silicon thin film is crystallized by heat treatment while applying an electric field. . At this time, the amount of metal in the thin film is controlled by adjusting the intensity of RF or DC plasma, exposure time, pressure inside the reactor. In order to increase the crystallization rate, DC or AC voltage is applied in the plasma exposure state, or both ends of the amorphous silicon after the plasma exposure is completed. In order to apply only a specific metal on the amorphous silicon layer by the plasma, a plasma is generated through a metal rod or a metal plate inside the reactor. In this case, as the metal material used, a noble metal such as Au, Ag, Al, Sb, In, and a transition metal forming silicide such as Ni, Mo, Pd, Ti, Cu, Fe, Cr, or the like are used.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 의해서 결정화되기 전 비정질 실리콘(3)에 수소 플라즈마(11) 처리를 하는 것을 나타낸다. 절연막(10) 위에 비정질 실리콘 박막이 형성되어 있고 상기의 비정질 실리콘(3) 위에 고정된 금속전극(12)으로부터 유도된 수소 플라즈마(11) 처리에 의해 얇은 전이금속층(2)이 형성되고 있다.FIG. 1 shows that hydrogen plasma 11 is treated on amorphous silicon 3 before it is crystallized by an embodiment of the present invention. An amorphous silicon thin film is formed on the insulating film 10, and a thin transition metal layer 2 is formed by the hydrogen plasma 11 treatment induced from the metal electrode 12 fixed on the amorphous silicon 3.

도 2 는 본 발명의 실시 예에 의해서 사용되어질 고정식 금속전극(12)의 여러 형태중 기본적인 것을 나타내고 있다. (a)는 금속봉 또는 튜브를 사각형 모양으로 감아 위에서 본 모양이고, (b)는 금속봉을 평행하게 구부린 것이다. (c)는 봉이나 튜브타입 대신, 금속판 자체를 전극으로 쓴 것이다. 이러한 고정식 금속전극의 경우 반응로 내부에 설치하는 것만으로 별다른 공정 없이 플라즈마 발생원과 금속층 도포라는 소기의 목적을 달성할 수 있다.Figure 2 shows the basic of the various forms of the stationary metal electrode 12 to be used by the embodiment of the present invention. (a) is a shape of a metal rod or tube wound in a rectangular shape as seen from above, and (b) is a metal rod bent in parallel. (c) uses the metal plate itself as an electrode instead of the rod or tube type. In the case of the fixed metal electrode, it is possible to achieve a desired purpose of applying a plasma source and a metal layer without any other process by simply installing inside the reactor.

도 3 은 본 발명의 실시 예에 의해서 결정화되기 전 비정질 실리콘(3)에 수소 플라즈마(11) 처리를 하는 또 다른 방법을 나타낸다. 절연막(10)위에 비정질 실리콘 박막이 형성되어 있고 상기의 비정질 실리콘(3) 위에 금속전극(12)으로부터 유도된 수소 플라즈마(11) 처리에 의해 얇은 전이금속층(2)이 형성되고 있다. 금속전극을 기판의 한 쪽 끝에서부터 일정한 속도로 다른 쪽까지 주사(scanning)함으로써 박막 전체를 균일한 플라즈마에 노출시킬 수 있고, 동시에 균일한 금속층을 박막위로 도포할 수 있게 된다. 이 방법은 실제 공정에 있어서 대면적 기판을 결정화할 때 특히 용이할 것으로 생각된다.3 shows another method of treating hydrogen plasma 11 on amorphous silicon 3 before it is crystallized by an embodiment of the present invention. An amorphous silicon thin film is formed on the insulating film 10, and a thin transition metal layer 2 is formed on the amorphous silicon 3 by the hydrogen plasma 11 treatment induced from the metal electrode 12. By scanning a metal electrode from one end of the substrate to the other at a constant speed, the entire thin film can be exposed to a uniform plasma, and at the same time a uniform metal layer can be applied onto the thin film. This method is thought to be particularly easy when crystallizing a large area substrate in an actual process.

도 4 는 본 발명의 실시 예에 의해서 절연막(10) 위에 형성된 비정질 실리콘 박막(3)을 결정화시키는 실험장치를 나타낸다. 도 1에서 설명된 비정질 실리콘 박막 위의 양단에 전극(4)을 접촉시키고 이들 전극 사이에 전압을 인가한 상태에서 450℃ 정도로 온도를 급속히 올린 후에 내리는 급속 열처리 방법을 사용하거나 또는 서서히 온도를 450℃ 정도까지 올린 후에 온도를 내린다. 이 때, 박막에 인가되는 전기장의 세기는 통상적으로 2V/cm에서 350V/cm사이의 값을 갖는다.4 shows an experimental apparatus for crystallizing the amorphous silicon thin film 3 formed on the insulating film 10 according to the embodiment of the present invention. The electrode 4 is contacted at both ends of the amorphous silicon thin film described in FIG. 1 and a rapid heat treatment method of rapidly lowering the temperature after applying a voltage therebetween at about 450 ° C. or gradually lowers the temperature to 450 ° C. FIG. Raise the temperature and lower the temperature. At this time, the intensity of the electric field applied to the thin film typically has a value between 2 V / cm and 350 V / cm .

도 5 는 본 발명의 실시 예에 의해서 절연막(10) 위에 400℃에서 결정화된다결정 실리콘 박막(6)이다.5 is a crystalline silicon thin film 6 crystallized at 400 ° C. on an insulating film 10 according to an embodiment of the present invention.

도 6 은 본 발명의 실시 예에 의해서 절연막(10) 위에 400℃에서 결정화된 다결정 실리콘 박막(6)의 라만 스펙트럼이다. 결정질에 의한 라만피크는 ∼ 520cm -1부근의 TO(transverse optical) 포논모드(phonon mode)에 의한 날카로운 피크와 ∼500cm -1부근의 미세 결정입자에 의한 넓은 피크가 나타나고 있다. 비정질 실리콘 상에 의하여 생기는 480cm -1피크가 없다는 사실은 시료 내에, 남아 있는 비정질 실리콘이 없이 100% 결정화가 이루어졌음을 나타낸다.6 is a Raman spectrum of a polycrystalline silicon thin film 6 crystallized at 400 ° C. on an insulating film 10 according to an embodiment of the present invention. Raman peaks may ~ appear a sharp peak and a broad peak due to the fine crystal grains in the vicinity of the ~500 cm -1 520 cm -1 due to the vicinity of the TO (optical transverse) phonon mode (phonon mode) according to the crystalline. The absence of the 480 cm −1 peak caused by the amorphous silicon phase indicates that 100% crystallization occurred in the sample without the remaining amorphous silicon.

도 7 은 본 발명의 실시 예에 의해서 절연막(10) 위에 400℃에서 결정화된 50 nm 두께의 다결정 실리콘 박막(6)의 전기적 특성을 나타낸다. (a)420℃, (b)380℃에서 결정화된 다결정 실리콘 박막의 전기전도도 활성화에너지는 각 각 0.44 eV, 0.55 eV 이고 호핑(hopping) 전도는 나타나고 있지 않으며, 활성화된 형태(activated form)를 나타낸다.FIG. 7 shows electrical characteristics of a 50 nm thick polycrystalline silicon thin film 6 crystallized at 400 ° C. on an insulating film 10 according to an embodiment of the present invention. The electrical conductivity activation energy of the polycrystalline silicon thin film crystallized at (a) 420 ° C. and (b) 380 ° C. is 0.44 eV and 0.55 eV, respectively, and no hopping conduction is shown. The activated form is activated. .

도 8 은 본 발명의 실시 예예 의해서 절연막(10) 위에 400℃에서 결정화된 다결정 실리콘 박막(6)의 투과 전자 현미경 (transmission electron microscopy)사진이다. 바늘모양으로 형성된 결정립(7)으로 박막이 구성되었음을 확인할 수 있고, 사진 영역의 전자회절무늬(SAD)로 비정질 실리콘 전체가 균일하게 결정화되었다는 것을 알 수 있다.FIG. 8 is a transmission electron microscopy photograph of the polycrystalline silicon thin film 6 crystallized at 400 ° C. on the insulating film 10 by an embodiment of the present invention. It can be seen that the thin film is composed of the crystal grains 7 formed in the shape of needles, and the entirety of the amorphous silicon is uniformly crystallized by the electron diffraction pattern (SAD) in the photo region.

도 9 는 본 발명의 실시 예에 의해서 절연막(10) 위에 400℃에서 결정화된 두께 500Å 다결정 실리콘 (6)으로 제작한 박막 트랜지스터의 전이특성을 나타낸다.FIG. 9 shows the transition characteristics of a thin film transistor fabricated from 500 Å polycrystalline silicon 6 having a thickness crystallized at 400 ° C. on an insulating film 10 according to an embodiment of the present invention.

도 10 은 본 발명의 실시 예에 의해서 절연막(10) 위에 400℃에서 결정화된 두께 500Å 다결정 실리콘 (6)으로 제작한 박막 트랜지스터의 전이특성으로 드레인 전압 0.1V에서 전계효과 이동도 102 cm2//Vs, 임계전압(Vth) -1.5V 의 특성을 나타내고 있다.Figure 10 is a second transition characteristic field effect mobility at a drain voltage of 0.1V produced in a thickness 500Å polycrystalline silicon (6) crystallized at 400 ℃ on the insulating film 10 by an embodiment of the present invention, thin-film transistor 102 cm / / The characteristics of Vs and threshold voltage (V th ) -1.5V are shown.

본 발명에 의하면 수소(H2) 플라즈마와 전기장을 이용하여, 결정화시간을 단축시키고, 낮은 온도에서 박막전체를 균일하게 결정화시킬 수 있다. 또한 다결정실리콘 표면 혹은 바닥에 존재하는 니켈량을 수소(H2) 플라즈마의 조건으로부터 조절할 수 있으며, 최소화시킬 수 있다. 따라서, 현재 사용되어 지고 있는 레이저 다결정 실리콘을 대신해서 박막트랜지스터 액정디스플레이(TFT-LCD), 태양전지에 필요한 다결정 실리콘으로 사용될 수 있고, 나아가서 저온에서 제작할 수 있다는 이점으로 인해 현재 사용되고 있는 고온 고상결정화에 의한 다결정 실리콘의 대체도 가능하다.According to the present invention, by using a hydrogen (H 2 ) plasma and an electric field, the crystallization time can be shortened and the entire thin film can be uniformly crystallized at a low temperature. In addition, the amount of nickel present on the surface or the bottom of the polysilicon can be controlled from the conditions of the hydrogen (H 2 ) plasma and can be minimized. Therefore, it can be used as a thin-film transistor liquid crystal display (TFT-LCD), polycrystalline silicon required for solar cells instead of the laser polycrystalline silicon currently used, and furthermore, it can be manufactured at low temperature. It is also possible to replace the polycrystalline silicon.

Claims (20)

기판 위에 비정질막을 형성하는 공정;Forming an amorphous film on the substrate; 수소플라즈마와 금속전극을 사용하여 상기 비정질막에 촉매금속을 도포하여 결정화핵을 형성하는 공정;Forming a crystallization nucleus by applying a catalytic metal to the amorphous film using hydrogen plasma and a metal electrode; 상기 비정질막에 전계를 인가하는 공정; 및Applying an electric field to the amorphous film; And 상기 비정질막에 열처리하는 공정을 포함하는 비정질막의 결정화방법.A method of crystallizing an amorphous membrane, comprising the step of heat-treating the amorphous membrane. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전계인가 공정이 완료된 후, 상기 열처리공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.And after the electric field application process is completed, the heat treatment process is performed. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전계인가 공정과 상기 열처리공정이 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.And the electric field application process and the heat treatment process are performed at the same time. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 촉매금속을 도포하여 결정화핵을 형성하는 공정은 상기 수소플라즈마를 상기 비정질막에 부분적으로 노출하여 수행하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.The method of forming a crystallization nucleus by applying a catalytic metal is carried out by partially exposing the hydrogen plasma to the amorphous film. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 촉매금속을 도포하여 결정화핵을 형성하는 공정은 상기 수소플라즈마를 상기 비정질막에 스캐닝하여 수행하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.The method of forming a crystallization nucleus by applying a catalyst metal is carried out by scanning the hydrogen plasma on the amorphous membrane, characterized in that the crystallization method of the amorphous membrane. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속전극으로는 봉, 튜브, 사각 또는 원형판의 구조의 금속을 이용하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.The metal electrode is crystallized in an amorphous film, characterized in that the metal of the structure of a rod, tube, square or circular plate. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 금속으로는 니켈을 이용하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.Nickel is used as the metal. A method for crystallizing an amorphous film. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전계는 직류전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.The electric field is a crystallization method of an amorphous film, characterized in that for applying a DC voltage. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수소플라즈마는 교류전압을 인가하여 형성하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.The hydrogen plasma is formed by applying an alternating voltage crystallization method of an amorphous film. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수소플라즈마는 직류전압을 인가하여 형성하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.The hydrogen plasma is formed by applying a DC voltage crystallization method of the amorphous film. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전계는 1 - 1,000 V/cm의 범위로 인가하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.The electric field is a crystallization method of an amorphous film, characterized in that applied in the range of 1-1,000 V / cm. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수소플라즈마를 0.1초 내지 1,000초간 노출하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.Crystallization method of the amorphous film, characterized in that for exposure to the hydrogen plasma for 0.1 second to 1,000 seconds. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수소플라즈마는 0.5mTorr 내지 100mTorr사이의 압력범위에서 형성하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.The hydrogen plasma crystallization method of the amorphous film, characterized in that formed in the pressure range of 0.5mTorr to 100mTorr. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비정질막으로는 비정질 실리콘을 사용하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.Amorphous silicon crystallization method, characterized in that the amorphous film is used as the amorphous film. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비정질막은 1,000Å 이하의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 비정질막의 결정화방법.The amorphous film is a crystallization method of the amorphous film, characterized in that formed to a thickness of less than 1,000Å. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열처리공정은 350 내지 500℃사이에서 수행하는 것을 특징으로 하는 결정화방법.The heat treatment process is characterized in that carried out between 350 to 500 ℃. 삭제delete
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