KR100509964B1 - 이온도핑장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온을 발생시켜 일 방향으로 가속하는 이온발생소스를 포함하는 이온도핑장치로서, 상기 이온발생소스는, 기체를 플라즈마 상태로 여기하는 적어도 하나 이상의 필라멘트와; 상기 일 방향에 수직하게 자계를 형성하여, 상기 플라즈마 중 선택된 이온의 균일성을 향상시키는 다수의 전자석과; 상기 다수의 전자석에 전원을 공급하는 전원공급장치와; 상기 이온이 통과하도록 다수의 관통홀이 구비되고, 일 방향으로 가속시키는 적어도 하나 이상의 전극을 포함하는 이온도핑장치를 제공한다.

Description

이온도핑장치{ion doping apparatus}

본 발명은 이온도핑장치(ion doping apparatus)에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT) 등의 반도체 소자에 포함되는 이온도핑층(ion doping layer)의 제조를 위한 이온도핑장치에 관한 것이다.

현재 우리 산업 전반적인 분야에 걸쳐 널리 사용되고 있는 박막트랜지스터 등의 반도체 소자는 이온도핑층을 포함한다.

이 이온도핑층은 금속과 실리콘(Si) 등의 반도체 물질간의 접촉에 있어서 선형적인 전압-전류 특성이 나타나도록 오믹(ohimic) 접합하는 부분이다.

일례로 도 1은 능동행렬 평판표시장치(active matrix type plat panel display device)의 화소(pixel) 구동을 위한 박막트랜지스터(T)에 대한 단면도로서, 게이트전극(2)과, 드레인전극(4)과, 소스전극(6)과, 반도체층(8)을 포함한다.

이때 반도체층(8)은 비정질실리콘(amorphous silicon : a-Si)일 수 있고, 특히 전하(electron) 또는 정공(hole)의 이동통로인 순수반도체의 채널영역(8a)과, 붕소(B) 또는 인(P) 등의 불순물 이온이 도핑됨으로서 소스 및 드레인전극(4, 6)과 오믹 접합되는 소스 및 드레인영역(8b, 8c)으로 구분될 수 있다. 이 박막트랜지스터(T)는 게이트전극(2)으로 입력되는 신호전압에 따라 선택적으로 드레인전극(4)과 소스전극(6)을 통전시키는 스위칭 소자를 이룬다.

상기 박막트랜지스터(T)의 제조공정을 간단히 설명하면, 먼저 투명절연기판(1) 전면으로 불순물의 침투를 방지하는 완충막(10)을 증착한다.

이어 완충막(10) 상부로 섬(island) 모양의 반도체층(8)을 형성하고, 이온을 도핑하여 소스 및 드레인전극이 각각 접촉될 부분으로 드레인 및 소스영역(8b, 8c)을 형성함으로서 그 사이의 채널영역(8a)을 정의한다.

다음으로 채널영역(8a)에 대응되도록 게이트절연막(12), 그리고 그 상부의 게이트전극(2)을 형성한다. 이후 소스 및 드레인영역(8b, 8c)을 각각 드러내는 층간절연막(14)이 기판 전면에 형성되고, 그 상부로 소스영역(8b)에 접촉되는 소스전극(4)과, 드레인영역(8c)에 접촉되는 드레인전극(6)을 각각 형성하게 된다.

이때 반도체층(8)에 이온을 도핑하여 각각 소스 및 드레인영역(8b, 8c)을 형성하는 장치가 이온도핑장치로서, 도 2는 일반적인 이온도핑장치(20)의 단면을 도시하고 있다.

일반적인 이온도핑장치(20)는 챔버형(chamber type) 장치로서, 내부로는 이온발생소스(30)가 구비되고, 이온 도핑의 대상물이 존재되는 밀폐된 도핑영역(L)을 정의하고 있다.

이때 통상 이온발생소스(30)는 상단에 배치되고, 그 하단으로는 도핑영역(L)이 정의되는데, 일례로 대상물이 유리등의 절연기판(1)이라 하면, 그 표면에는 순수반도체층(미도시)이 형성되어 있는 상태이다.

그리고 이온발생소스(30)는 원하는 도펀트(dopant) 성분을 플라즈마(plasma) 상태로 이온화시킨 후 도핑영역(L)으로 가속시켜 이온빔(ion beam)을 형성하는 부분으로서, 붕소 또는 인 등의 기체를 여기시켜 플라즈마를 발생시키는 적어도 하나 이상의 필라멘트(32)와, 이 플라즈마의 이온들의 나선형 경로를 변경시킴과 동시에, 수소(H) 등의 특정 극성 이온을 제거함으로서 균일성을 개선하는 다수의 자성체(34)와, 이러한 이온들을 도핑영역(L)으로 가속하는 다수의 전극(38a, 38b, 38c, 38d)을 포함한다.

이때 다수의 자성체(34)는 이온의 이동방향과 실질적으로 수직하게 가로지르는 자계(B)를 형성하는데, 이를 위해 다수의 영구자석을 이온발생소스(30), 특히 필라멘트(32)와 전극(36) 사이를 따라 둘러 배열하게 된다. 그리고 다수의 전극(38a, 38b, 38c, 38d)은 각각 이온이 통과할 수 있도록 다수의 상하 관통홀(H)을 구비하고 있다.

이에 최초 필라멘트(32)에 의해 발생되어 다수의 자성체(34) 통해 균일도가 제어된 후, 다수의 전극(38a, 38b, 38c, 38d)을 통해 도핑영역(L)으로 가속화된 이온은 투명절연기판(1)의 순수반도체층 표면으로 매립된다.

한편 미설명 부호 40은, 도핑영역(L)에서 투명절연기판(1)을 지지하는 척(chuck) 등의 지지부재를 표시하고 있다.

이때 이온빔의 균일성을 목적하는 바에 따라 조절하기 위해서는 통상 다수의 자성체(34)의 세기 및 수를 조절하게 되는데, 이는 대상물의 상태나 목적에 따라 변동되어야 하므로 번거로운 문제점이 발생한다.

즉, 이들 자성체(34)의 수와 세기를 조절하기 위해서는 이온도핑장치(20)를 분해, 재조립하여야 하는 불편함이 있고, 이는 결국 작업수율을 크게 저하시킴은 물론, 시간과 인력을 낭비하는 단점을 나타낸다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 목적에 따른 이온빔의 균일성 조절을 용이하게 할 수 있는 이온도핑장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명은, 이온을 발생시켜 일 방향으로 가속하는 이온발생소스를 포함하는 이온도핑장치로서, 상기 이온발생소스는, 기체를 플라즈마 상태로 여기하는 적어도 하나 이상의 필라멘트와; 상기 일 방향에 수직하게 자계를 형성하여, 상기 플라즈마 중 선택된 이온의 균일성을 향상시키는 다수의 전자석과; 상기 다수의 전자석에 전원을 공급하는 전원공급장치와; 상기 이온이 통과하도록 다수의 관통홀이 구비되고, 일 방향으로 가속시키는 적어도 하나 이상의 전극을 포함하는 이온도핑장치를 제공한다.

이때 상기 이온발생소스는 상단에 위치되어 하방으로 상기 이온을 가속화하고, 상기 이온발생소스 하단에는 상기 이온이 도핑될 대상물이 존재되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 대상물은, 상면에 순수반도체층이 형성된 평판표시장치용 투명절연기판인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 다수의 전자석으로 공급되는 전원을 조절하여, 상기 다수의 전자석에 의해 생성되는 자계의 세기를 각각 조절하는 제어부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 다수의 전자석은, 상기 필라멘트와 상기 전극 사이에서 동일높이를 가지도록, 상기 이온의 이동방향에 수직하게 둘러 배열되는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 기체는 붕소(B) 또는 인(P) 중 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 바, 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 올바른 실시예를 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 이온도핑장치(120)의 일례를 도시한 것으로, 이온을 발생시켜 일 방향으로 가속하는 이온발생소스(130)를 포함하는 챔버형 장치일 수 있다.

이때 바람직하게는 상기 이온발생소스(130)는 이온발생장치(120) 상부에 위치되어 이온을 발생시켜 하방으로 가속하고, 이 이온발생소스(130) 하단에는 이온 도핑될 대상물이 존재하는 밀폐된 도핑영역(L)이 정의될 수 있다. 물론 상기 이온발생소스(130)와 도핑영역(L)은 그 위치가 평행하게 구성될 수도 있는 바 이는 응용과 필요에 따라 다양하게 구성할 수 있을 것이다.

그리고 대상물은 일례로 평판표시장치용 투명절연기판(1) 일 수 있고, 이의 상면에는 순수반도체층(미도시)이 기(旣) 증착된 상태이다. 또한 도핑영역(L) 내에는 투명절연기판(1)을 지지하는 척 등의 테이블(140)이 설치되는 것이 바람직하다.

이중 이온발생소스(130)는 상단에 구비되어 붕소 또는 인 등의 기체물질을 플라즈마로 여기하는 적어도 하나 이상의 필라멘트(132)와, 이 필라멘트(132)가 발생시킨 플라즈마 중, 수소 등의 선택된 이온에 대한 균일성을 향상시키는 다수의 자성체(134)와, 이와 같이 균일성이 향상된 이온을 도핑영역(L)으로 가속화하는 다수의 전극(138a, 138b, 138c, 138d)을 포함한다.

이때 다수의 자성체(134)는 필라멘트(132)와 다수의 전극(138a, 138b, 138c, 138d) 사이에서 동일높이를 차지하도록 둘러 배열됨으로서 이온의 이동방향과 수직하도록 자계(B)를 형성하는데, 특히 본 발명에 따른 이온발생장치(120)는 이들 다수의 자성체(134)가 모두 전자석인 것을 특징으로 한다.

따라서 이들 자성체(134)를 통해 특정 이온의 제거 및 이온 균일성을 향상시킬 수 있는 바, 이하 상기 자성체(134)를 전자석이라 지칭하며, 동일한 도면부호를 부여한다.

또한 다수의 전자석(134) 하단으로 위치되는 다수의 전극은 각각 상하 관통된 다수의 홀(H)이 구비되는 바, 이 홀(H)을 통해 이온은 도핑영역(L)으로 가속화 될 수 있다.

이때 특히 본 발명에 따른 이온발생장치(120)는 상기 다수의 전자석(134)으로 전원을 공급하는 전원공급장치(150)와, 특히 이들 다수의 전자석(134) 각각의 세기를 조절하는 제어부(152)를 포함하는 바, 상기 제어부(152)는 각각의 전자석(134)으로 인가되는 전력의 세기를 조절하여 해당 역할을 수행할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명에 따른 이온도핑장치(120)는 제어부(152)를 통해 각각의 전자석(134) 세기를 용이하게 조절 가능한 바, 이를 통해 목적하는 이온의 균일성을 제어할 수 있다.

참고로 도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 절단한 단면을 도시한 도면으로서, 도시한 바와 같이 다수의 전자석(134)이 둘러 배열됨으로서 이온의 이동방향과 실질적으로 수직한 자계를 형성함을 알 수 있다.

본 발명은 이온도핑장치에 있어서, 이온빔의 균일성을 제어하는 자성체로서 다수의 전자석을 사용하고, 이들 전자석 각각의 세기를 조절할 수 있는 제어부를 제공한다.

따라서 보다 용이하게 목적하는 이온의 균일성 및 선택된 이온의 제거가 가능한 잇점을 가진다. 이에 본 발명에 따른 이온도핑장치는 자계 조절을 위해 챔버를 분해하여야 하는 번거로움을 없앨 수 있고, 이를 통한 작업수율의 향상 및 시간과 인력의 낭비를 줄이는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 박막트랜지스터의 단면도

도 2는 일반적인 이온도핑장치의 단면도

도 3은 본 발명에 따른 이온도핑장치의 단면도

도 4는 도 3의 VI-VI 선을 따라 절단한 단면을 도시한 횡단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기판 120 : 이온도핑장치

132 : 필라멘트 134 : 전자석

136 : 전극 140 : 테이블

150 : 전원공급장치 152 : 제어부

L : 도핑영역

Claims (6)

1. 이온을 발생시켜 일 방향으로 가속하는 챔버형의 이온도핑장치로서,

   상기 챔버내 최상부에 구성되어 기체를 플라즈마 상태로 여기시키는 하나 이상의 필라멘트와, 상기 하나 이상의 필라멘트 하부에 구성되며 상기 일 방향에 수직하게 자계를 형성하여 상기 플라즈마 중 선택된 이온에 대한 균일성을 향상시키는 다수의 전자석과, 상기 다수의 전자석 하부에 구성되며 상기 이온이 통과하도록 다수의 관통홀이 형성되어 일 방향으로 가속시키는 하나 이상의 전극을 포함하는 이온발생소스와;

   상기 챔버 외부에 구성되며, 상기 다수의 전자석에 전력을 공급하는 전원공급장치와;

   상기 챔버 외부에 구성되며, 상기 다수의 전자석으로 공급되는 전력을 각각 조절하여 상기 다수의 전자석에 의해 생성되는 자계의 세기를 조절하는 제어부

   를 포함하는 이온도핑장치
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 이온발생소스는 챔버 상부에서 하부 방향으로 상기 이온을 가속화하고, 상기 챔버 최하단에는 상기 이온이 도핑될 대상물이 존재되는 이온도핑장치
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 대상물은, 상면에 순수반도체층이 형성된 평판표시장치용 투명절연기판인 이온도핑장치
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 다수의 전자석은,

   상기 필라멘트와 상기 전극 사이에서 동일높이를 가지도록, 상기 이온의 이동방향에 수직하게 둘러 배열되는 이온도핑장치
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 기체는 붕소(B) 또는 인(P) 중 선택된 하나를 포함하는 이온도핑장치