KR100569881B1 - Method for Transfer of High-Quality Thin Silicon Film Using Epitaxial Silicide Layer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리사이드 에피택시층을 이용한 고품위 실리콘 박막의 전이방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 실리콘 기판 위에 실리사이트 에피택시층을 이용하여 고품위 실리콘 박막을 형성하여 성장시킨 후 실리콘 기판과 다른 이종기판에 고품위 실리콘 박막을 전이하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transition method of a high quality silicon thin film using a silicide epitaxy layer, and more particularly, to form a high quality silicon thin film using a silicite epitaxy layer on a silicon substrate and to grow it. The present invention relates to a method for transferring a silicon thin film.
본 발명의 실리사이드 에피택시층을 이용한 실리콘 박막의 전이방법은The transition method of the silicon thin film using the silicide epitaxy layer of the present invention
(1)실리콘 기판 위에 실리사이드 에피택시층을 형성하는 단계와, (1) forming a silicide epitaxy layer on a silicon substrate,
(2)실리사이드 에피택시층 위에 고품위 실리콘 박막을 형성하는 단계와, (2) forming a high quality silicon thin film on the silicide epitaxy layer,
(3)실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판으로부터 고품위 실리콘 박막을 분리하고 분리된 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시키거나, 또는 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시킨 후 실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판으로부터 이종기판에 접합된 고품위 실리콘 박막을 분리하는 단계를 포함한다.(3) Selectively removing the silicide epitaxy layer to separate the high quality silicon thin film from the silicon substrate and bonding the separated high quality silicon thin film to the heterogeneous substrate, or after bonding the high quality silicon thin film to the heterogeneous substrate, Selectively removing the high quality silicon thin film bonded to the heterogeneous substrate from the silicon substrate.
Description
도 1은 실리사이드 에피택시층을 이용한 실리콘 박막 전이방법의 일예를 나타낸 공정도이다.1 is a process chart showing an example of a silicon thin film transition method using a silicide epitaxy layer.
도 2는 단결정 실리콘 기판 위에 형성된 코발트 다이실리사이드 에피택시층과 이 에피택시층 위에 형성된 비정질 실리콘을 결정화한 뒤 측정한 X-선 회절 패턴을 나타낸 그래프이다.FIG. 2 is a graph showing an X-ray diffraction pattern measured after crystallizing a cobalt dissilicide epitaxy layer formed on a single crystal silicon substrate and amorphous silicon formed on the epitaxy layer.
도 3은 다결정 실리콘/코발트 다이실리사이드 에피택시층/단결정 실리콘 기판(Poly-Si/Epi-CoSi2/Si substrate) 구조를 형성한 후 HF 용액으로 코발트 다이실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거한 다음 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.FIG. 3 illustrates the formation of a polycrystalline silicon / cobalt dissilicide epitaxy layer / polycrystalline silicon substrate (Poly-Si / Epi-CoSi 2 / Si substrate) structure, followed by selective removal of the cobalt dissilicide epitaxy layer with HF solution followed by scanning electrons. It is a photograph observed with a microscope (SEM).
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1 : 단결정 실리콘 기판1: single crystal silicon substrate
2 : 실리사이드 에피택시층2: silicide epitaxy layer
3 : 고품위 실리콘 박막 3: high quality silicon thin film
4 : 이종기판4: Different board
본 발명은 실리사이드 에피택시층을 이용한 고품위 실리콘 박막의 전이방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 실리콘 기판 위에 실리사이트 에피택시층을 이용하여 고품위 실리콘 박막을 형성하여 성장시킨 후 실리콘 기판과 다른 이종기판에 고품위 실리콘 박막을 전이하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transition method of a high quality silicon thin film using a silicide epitaxy layer, and more particularly, to form a high quality silicon thin film using a silicite epitaxy layer on a silicon substrate and to grow it. The present invention relates to a method for transferring a silicon thin film.
본 발명의 실리사이드 에피택시층을 이용한 고품위 실리콘 박막의 전이방법은The transition method of a high quality silicon thin film using the silicide epitaxy layer of the present invention
(1)실리콘 기판 위에 실리사이드 에피택시층을 형성하는 단계와, (1) forming a silicide epitaxy layer on a silicon substrate,
(2)실리사이드 에피택시층 위에 고품위 실리콘 박막을 형성하는 단계와, (2) forming a high quality silicon thin film on the silicide epitaxy layer,
(3)실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판으로부터 고품위 실리콘 박막을 분리하고 분리된 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시키거나, 또는 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시킨 후 실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판으로부터 이종기판에 접합된 고품위 실리콘 박막을 분리하는 단계를 포함하는 실리사이드 에피택시층을 이용한 고품위 실리콘 박막의 전이방법에 관한 것이다.(3) Selectively removing the silicide epitaxy layer to separate the high quality silicon thin film from the silicon substrate and bonding the separated high quality silicon thin film to the heterogeneous substrate, or after bonding the high quality silicon thin film to the heterogeneous substrate, The present invention relates to a method for transferring a high quality silicon thin film using a silicide epitaxy layer comprising selectively removing a high quality silicon thin film bonded to a heterogeneous substrate from a silicon substrate.
최근 차세대 플렉시블 디스플레이(Flexible Display)에 적용 가능한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 등에 대한 관심이 증가하면서 실리콘 박막 전이 기술이 주목받고 있다. Recently, as the interest in polycrystalline silicon thin film transistors, which can be applied to the next-generation flexible display, has increased, attention has been paid to silicon thin film transition technology.
차세대 플렉시블 디스플레이를 실현시키기 위해서는 얇고 유연하면서도 고기능성을 가지는 플라스틱(Plastic) 기판이 사용되어야 한다. 하지만 이러한 플라스틱 기판은 200℃ 이하의 낮은 유리전이온도를 가지고 있기 때문에 기판 위에 직접 단결정 실리콘 박막 또는 다결정 실리콘 박막을 성장시키기 곤란하여 이를 이용한 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)나 박막형 태양전지(Thin Film Solar Cell) 등의 전자소자의 응용에 매우 어려운 문제가 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 실리콘 기판 위에서 결정질의 실리콘 박막을 제조하여 소자를 만든 후에 이를 다른 기판으로 옮기는 전이기술이 필요하다.To realize the next generation of flexible displays, thin, flexible, and highly functional plastic substrates must be used. However, since the plastic substrate has a low glass transition temperature of 200 ° C. or lower, it is difficult to grow a single crystal thin film or a polycrystalline silicon thin film directly on the substrate. Thus, a thin film transistor or a thin film solar cell using the same is difficult. There is a very difficult problem in the application of electronic devices such as). Therefore, in order to solve this problem, there is a need for a transition technology that manufactures a crystalline silicon thin film on a silicon substrate, and then moves it to another substrate.
단결정 실리콘 전이기술은 기존의 고집적 기술의 한계 극복과 박막형 단결정 실리콘 태양전지 등에 응용하기 위해 이미 10여년 전부터 미국, 일본, 유럽에서 연구, 개발되어 왔다. 기존의 단결정 실리콘 기판 제조 기술은 잉곳(ingot) 성장 및 웨이퍼링(wafering) 등으로 인해 높은 제조비용이 들지만, 전이기술을 이용하면 낮은 제조비용으로 임의의 두께 조절이 가능한 실리콘 기판 재료를 대량으로 생산할 수 있는 장점이 있다.Single crystal silicon transition technology has been researched and developed in the United States, Japan, and Europe for more than 10 years to overcome the limitations of existing high integration technologies and to apply to thin film type single crystal silicon solar cells. Existing single crystal silicon substrate manufacturing technology has high manufacturing cost due to ingot growth and wafering, but using transition technology, it is possible to produce a large amount of silicon substrate material that can be arbitrarily controlled at low manufacturing cost. There are advantages to it.
이에 대한 대표적인 예로써, 1994년 캐논(Canon)사의 요네하라(Yonehara) 등이 개발한 에피택셜층 전이(Epitaxial Layer Transfer, ELTRAN) 방법을 들 수 있다. 이 방법은 단결정 실리콘 기판을 양극 식각(Anodic Etching)을 통하여 다공성의 실리콘(Porous Silicon)으로 형성하는 단계, 이 다공성 실리콘 위에 1000℃ 근 처의 온도에서 실리콘 에피택시(Epitaxy)층을 형성시킨 뒤 다른 기판에 부착시키는 단계, 마지막으로 단결정 실리콘 기판 및 다공성 부분을 연마와 식각으로 제거하여 실리콘 에피택시층을 다른 기판으로 전이시키는 단계를 포함한다. 그러나 이 방법의 경우 고온공정에 의한 열적 불안정성과 결함이 발생하는 문제가 있다.An example of this is the epitaxial layer transfer (ELTRAN) method developed by Canon Co., Ltd.'s Yonehara in 1994. In this method, a single crystal silicon substrate is formed of porous silicon through anode etching, and a silicon epitaxy layer is formed on the porous silicon at a temperature near 1000 ° C. Attaching to the substrate, and finally polishing and etching the single crystal silicon substrate and the porous portion to transfer the silicon epitaxy layer to another substrate. However, this method has a problem of thermal instability and defects caused by the high temperature process.
이 외에도 다양한 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 전이기술이 있으나 거의 대부분의 기술이 절연막 또는 다공성 실리콘 층을 분리층으로 이용한 기술이며, 전자 소자 제작에 응용할 수 있는 전이기술에 대한 국내 기술은 매우 부족한 실정이다.In addition to this, there are various single crystal silicon or polycrystalline silicon transition technologies, but almost all of the technologies use an insulating film or a porous silicon layer as a separation layer, and the domestic technology for the transition technology applicable to the manufacture of electronic devices is very insufficient.
한편 본 발명과 관련된 선행기술로 한국특허공개번호 특2001-0025933호(재료막 형성방법)에 다양한 기판위에서 다결정 박막 또는 비정질 박막의 재료막을 형성하여 다른 기판으로 옮기는 방법을 나타내고 있다. 이 방법은 기판과 재료막을 분리하기 위한 분리층으로 산화막이나 질화막이 제안되고 있다. 산화막이나 질화막은 고온 공정에서 안정한 장점이 있으나, 기판으로 사용하는 실리콘과의 격자상수 불일치가 매우 크기 때문에 이러한 산화막이나 질화막 위에서 고품위의 유사 단결정 박막 또는 다결정 실리콘 박막을 형성하기 어려운 문제가 있다.Meanwhile, as a prior art related to the present invention, Korean Patent Publication No. 2001-0025933 (Material Film Forming Method) shows a method of forming a polycrystalline thin film or an amorphous thin film on various substrates and transferring them to another substrate. In this method, an oxide film or a nitride film has been proposed as a separation layer for separating the substrate and the material film. Although oxide films and nitride films have a stable advantage in high temperature processes, there is a problem that it is difficult to form high quality pseudo single crystal thin films or polycrystalline silicon thin films on such oxide films or nitride films because of the large lattice constant mismatch with silicon used as a substrate.
본 발명은 상기에서 언급한 종래 기술에 대한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명은 실리콘 기판 위에 실리사이드 에피택시층(Epitaxial Silicide Layer)을 형성하고, 이 실리사이드 에피택시층 위에 고품위 실리콘 박막을 형성한 다음, 실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판으로부터 고품위 실리콘 박막을 분리하고 분리된 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시키거나, 또는 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시킨 후 실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는 실리사이드 에피택시층을 이용한 실리콘 박막의 전이방법의 제공을 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present invention is to form a silicide epitaxy layer (Sipitaxial Silicide Layer) on the silicon substrate, a high-quality silicon thin film formed on the silicide epitaxy layer Next, the silicide epitaxy layer is selectively removed to separate the high quality silicon thin film from the silicon substrate, and the separated high quality silicon thin film is bonded to the heterogeneous substrate, or the high quality silicon thin film is bonded to the heterogeneous substrate, and then the silicide epitaxy layer is selectively selected. An object of the present invention is to provide a method for transferring a silicon thin film using a silicide epitaxy layer including the step of removing the same.
상기에서 언급한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실리사이드 에피택시층을 이용한 고품위 실리콘 박막의 전이방법은The transition method of a high quality silicon thin film using the silicide epitaxy layer of the present invention for achieving the above-mentioned object is
(1)실리콘 기판 위에 실리사이드 에피택시층을 형성하는 단계와, (1) forming a silicide epitaxy layer on a silicon substrate,
(2)실리사이드 에피택시층 위에 고품위 실리콘 박막을 형성하는 단계와, (2) forming a high quality silicon thin film on the silicide epitaxy layer,
(3)실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판으로부터 고품위 실리콘 박막을 분리하고 분리된 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시키거나, 또는 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시킨 후 실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판으로부터 이종기판에 접합된 고품위 실리콘 박막을 분리하는 단계를 포함한다.(3) Selectively removing the silicide epitaxy layer to separate the high quality silicon thin film from the silicon substrate and bonding the separated high quality silicon thin film to the heterogeneous substrate, or after bonding the high quality silicon thin film to the heterogeneous substrate, Selectively removing the high quality silicon thin film bonded to the heterogeneous substrate from the silicon substrate.
상기 (1)단계에서 실리콘 기판은 단결정 실리콘 기판을 사용할 수 있다.In the step (1), the silicon substrate may be a single crystal silicon substrate.
상기 (1)단계에서 실리콘 기판 위에 형성된 실리사이드는 금속과 실리콘과의 화합물로써 실리콘 기판과 같은 격자구조를 가져 격자상수가 실리콘 기판과 유사하 고, 실리콘 기판에 대해 에피택시층을 형성할 수 있으며, 후속 공정인 실리콘 박막 증착에 유용한 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 이러한 실리사이드의 일예로서 에피택셜 실리사이드(Epitaxial Silicde) 물질로 CoSi2 또는 NiSi2를 사용할 수 있다. 이들 CoSi2 또는 NiSi2는 실리콘과 같은 격자구조를 가지면서 격자상수가 각각 0.537nm, 0.542nm로 실리콘의 격자상수(0.543nm)와 불일치가 매우 작기 때문에, 기판 실리콘에 대하여 에피택시층으로 성장이 가능하다.In the step (1), the silicide formed on the silicon substrate has a lattice structure such as a silicon substrate as a compound of metal and silicon, the lattice constant is similar to that of the silicon substrate, and may form an epitaxy layer on the silicon substrate. Anything that is useful for the subsequent process, silicon thin film deposition, can be used. As an example of such silicide, CoSi 2 or NiSi 2 may be used as an epitaxial silicide material. These CoSi 2 or NiSi 2 have a lattice structure like silicon and the lattice constants are 0.537 nm and 0.542 nm, respectively, so that the inconsistency with the lattice constant (0.543 nm) of silicon is very small. It is possible.
상기 (1)단계에서 실리사이드 에피택시층의 형성은 종래 실리콘 기판에 실리사이드 에피택시층을 형성하는 방법이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 어느 특정한 공정에 제한되지 않는다. Formation of the silicide epitaxy layer in the step (1) can be used as long as it is a method of forming a silicide epitaxy layer on a conventional silicon substrate, it is not limited to any particular process.
에피택셜 실리사이드(Epitaxial Silicde) 물질로 CoSi2 또는 NiSi2를 사용할 수 있는데 실리콘 기판에 다음과 같은 방법으로 실리사이드 에피택시층을 형성할 수 있다.CoSi 2 or NiSi 2 may be used as an epitaxial silicide material. A silicide epitaxy layer may be formed on a silicon substrate by the following method.
실리콘 기판에 CoSi2 에피택시 성장기술로는 1)분자선 에피택시 방법(Molecular Beam Epitaxy, MBE), 이온주입(Implantation)법, 반응성 증착 에피택시 방법(Reactive Deposition Epitaxy, RDE), 2)스퍼터링(Sputterng)법, 진공증발(Evaporation)법 등의 물리기상증착법(Physical Vapor Deposition), 3)금속-유기 화학기상증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD)을 사용할 수 있다. 상기 2)의 물리기상증착법(PVD)을 이용시 실리콘 기판과 코발트 박막 사이에 티타늄(Titanium) 등의 금속 물질을 중간층으로 사용하거나, 또는 코발트-금속 합 금을 이용할 수 있다. 또한 2)물리기상증착법 및 3)금속-유기 화학기상증착법을 사용하는 경우 단순히 박막을 증착한 상태이므로 열처리를 하여 실리콘 기판 위에 CoSi2 에피택시층을 성장시킬 수 있다. 이때 열처리는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 적의 선택하여 사용할 수 있으므로 이에 대한 자세산 내용은 생략하기로 한다.CoSi 2 epitaxy growth techniques on silicon substrates include: 1) Molecular Beam Epitaxy (MBE), Implantation, Reactive Deposition Epitaxy (RDE), 2) Sputterng Physical Vapor Deposition such as), vacuum evaporation, and 3) Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD). When using the physical vapor deposition method (PVD) of 2), a metal material such as titanium (Titanium) may be used as an intermediate layer between the silicon substrate and the cobalt thin film, or cobalt-metal alloy may be used. In addition, when 2) physical vapor deposition and 3) metal-organic chemical vapor deposition are used, a thin film is simply deposited, and thus, a CoSi 2 epitaxy layer can be grown on a silicon substrate by heat treatment. At this time, since the heat treatment can be used by any person having ordinary knowledge in the art, the detailed description thereof will be omitted.
실리콘 기판에 NiSi2 에피택시 성장기술로는 니켈-지르코늄(Ni-Zr) 합금 박막 을 이용하여 상기에서 언급한 CoSi2 에피택시 성장기술과 동일한 방법을 통하여 실리콘 기판 위에 NiSi2 에피택시층을 성장시킬 수 있다. As a NiSi 2 epitaxy growth technique on a silicon substrate, a NiSi 2 epitaxy layer is grown on a silicon substrate using the same method as the above-described CoSi 2 epitaxy growth technique using a nickel-zirconium (Ni-Zr) alloy thin film. Can be.
상기 (2)단계는 실리콘 기판 위에 형성된 실리사이드 에피택시층 위에 고품위 실리콘 박막을 증착하여 형성 및 성장시키는 단계를 나타낸다. 이러한 고품위 실리콘 박막은 상기 (1)단계에서 형성된 실리사이드 에피택시층을 씨앗층으로 하여 그 위에 성장시킬 수 있다.Step (2) represents a step of forming and growing a high quality silicon thin film on the silicide epitaxy layer formed on the silicon substrate. Such a high quality silicon thin film may be grown on the silicide epitaxy layer formed in step (1) as a seed layer.
상기 (2)공정의 실리콘 기판의 결정과 유사한 유사 단결정 또는 큰 결정립의 다결정 실리콘 박막과 같은 고품위 실리콘 박막의 증착 및 성장방법은 물리기상증착법(PVD)과 화학기상증착법(CVD)을 이용한 여러 가지 방법이 있으며 어느 특정한 방법에 제한되지 않는다. The deposition and growth of high quality silicon thin films such as polycrystalline silicon thin films of pseudo single crystal or large grains similar to those of the silicon substrate of step (2) are various methods using physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD). There is and is not limited to any particular method.
물리기상증착법(PVD)을 이용한 고품위 실리콘 박막은 스퍼터링법(Sputtering), 진공증발법(Evaporation), 분자선법(MBE) 등을 이용하여 형성할 수 있다. 또한 500℃ 이상의 고온 보다 바람직하게는 600~800℃의 온도와 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne) 등의 비활성 기체 분위기 조건에서 플라즈마 방전을 일으켜 실리콘 박막을 형성할 수 있다.The high quality silicon thin film using physical vapor deposition (PVD) can be formed using sputtering, vacuum evaporation, molecular beam method, or the like. In addition, the silicon thin film may be formed by causing plasma discharge at a temperature of 500 ° C. or higher, preferably 600 ° C. to 800 ° C., and inert gas atmosphere conditions such as argon (Ar), helium (He), and neon (Ne).
화학기상증착법(CVD)을 이용한 고품위 실리콘 박막은 저압 화학기상증착법(Low-Pressure CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착법(Plasma-Enhanced CVD) 등의 방법을 이용하여 실리콘 박막의 성장이 가능하다. 이 경우 SiI4, SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, SiH4 등의 소스 가스와 NH3, H2, Cl2, HCl 등의 반응성 기체를 사용하여 기상에서 바로 실리콘 박막을 형성하는 기상 에피택시법(Vapor Phase Epitaxy)이 있다. 또한 비정질 실리콘 박막을 증착한 후 재결정화 시키는 고상 결정화법(Solid Phase Crystallization) 또는 고상 에피택시법(Solid Phase Epitaxy)을 이용하여 고품위 유사 단결정 실리콘 박막을 성장시킬 수 있다. 재결정화 방법에는 일반적으로 널리 알려진 고온에서의 열처리에 의한 방법, 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization)방법, 엑시머 레이저 어닐링 방법(Eximer Laser Annealing), PRTA(Pulsed Rapod Thermal Annealing), CGS(Continuos Grain Silicon) 등의 저온에서 비정질 실리콘 박막을 재결정화 시키는 다양한 방법들을 이용할 수 있다. 또한 용융 상태의 실리콘에 기판을 접촉시켜 결정을 성장시키는 액상 에피택시법(Liquid Phase Epitaxy)도 고품위 실리콘 박막의 증착 및 성장법으로 사용할 수 있다.The high quality silicon thin film using chemical vapor deposition (CVD) may be grown using a low pressure chemical vapor deposition (Low-Pressure CVD) or plasma-enhanced CVD (Plasma-Enhanced CVD) method. In this case SiI 4 , SiCl 4 , SiHCl 3 , SiH 2 Cl 2 , Source gas such as SiH 4 and NH 3 , There is a Vapor Phase Epitaxy in which a silicon thin film is formed directly in the gas phase using a reactive gas such as H 2 , Cl 2 , or HCl. In addition, high quality pseudo single crystal silicon thin films may be grown by using solid phase crystallization or solid phase epitaxy in which an amorphous silicon thin film is deposited and then recrystallized. Recrystallization methods are generally known by heat treatment at high temperature, metal induced crystallization method, excimer laser annealing method, pulsed rapod thermal annealing (PRTA), continos grain silicon (cgs) Various methods of recrystallizing the amorphous silicon thin film at low temperature, such as can be used. Liquid phase epitaxy, in which crystals are grown by contacting a substrate with molten silicon, may also be used as a deposition and growth method for high quality silicon thin films.
한편 고품위 실리콘 박막 증착 후 후속 열처리를 실시하여 고품위 실리콘 박 막 내의 결함 감소, 불순물 감소, 결정성 향상, 결정립의 조대화 등과 같은 박막의 특성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, after the deposition of high-quality silicon thin film may be subjected to a subsequent heat treatment to improve the characteristics of the thin film, such as defect reduction, impurity reduction, improved crystallinity, grain coarsening in the high-quality silicon thin film.
상기 (3)단계는 하기의 두 가지 방법으로 실시할 수 있다.Step (3) may be performed by the following two methods.
첫째, 상기 (2)단계 후 실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판으로부터 고품위 실리콘 박막을 분리하고 분리된 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시키는 공정을 실시할 수 있다. First, after the step (2), the silicide epitaxy layer may be selectively removed to separate the high quality silicon thin film from the silicon substrate, and the separated high quality silicon thin film may be bonded to the heterogeneous substrate.
둘째, 상기 (2)단계 후 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시킨 후 실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거하여 실리콘 기판으로부터 이종기판에 접합된 고품위 실리콘 박막을 분리하는 공정을 실시할 수 있다. Second, after the step (2), the high-quality silicon thin film may be bonded to the heterogeneous substrate, and then the silicide epitaxy layer may be selectively removed to separate the high-quality silicon thin film bonded to the heterogeneous substrate from the silicon substrate.
상기의 2개의 공정 모두 실리사이드 에피택시층만 선택적으로 식각하여 실리콘 기판으로부터 실리사이드 에티택시층을 제거함으로써 고품위 실리콘 박막을 실리콘 기판과 분리하는 공정을 포함한다. Both of the above processes include separating the high quality silicon thin film from the silicon substrate by selectively etching only the silicide epitaxy layer to remove the silicide epitaxy layer from the silicon substrate.
상기 (3)단계에서 실리사이드 에피택시층은 플루오르화 수소산(Hydrofluoric acid)을 근간으로 하는 용액(HF-based Solution)으로 화학적 식각을 실시할 수 있다. 이때 플루오르화 수소산의 수소이온농도(pH)를 조절하기 위하여 산성 용액 및/또는 염기성 용액을 첨가하거나 용액의 온도를 조절하여 식각을 조절 할 수도 있다. In step (3), the silicide epitaxy layer may be chemically etched with a solution based on hydrofluoric acid (HF-based solution). At this time, in order to adjust the hydrogen ion concentration (pH) of the hydrofluoric acid, the etching may be controlled by adding an acidic solution and / or a basic solution or by adjusting the temperature of the solution.
상기에서 산성 용액 및/또는 염기성 용액은 플루오르화 수소산의 pH를 조절하기 위해 첨가할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 산성 용액 및/또는 염기성 용액의 일예로서 H2SO4, HCl, NH4F, NH 4OH 등을 사용할 수 있다. The acidic solution and / or basic solution may be used as long as it can be added to adjust the pH of hydrofluoric acid. In the present invention, as an example of such an acidic solution and / or basic solution, H 2 SO 4 , HCl, NH 4 F, NH 4 OH and the like can be used.
상기에서 플루오르화 수소산을 이용하여 실리콘 기판 위에 형성된 실리사이드 에피택시층을 선택적으로 식각할 때 플루오르화 수소산의 pH는 5 이하 보다 바람직하게는 1∼2로 유지하는 것이 실리사이드 식각에 바람직하다.When the silicide epitaxy layer formed on the silicon substrate is selectively etched using hydrofluoric acid as described above, the pH of the hydrofluoric acid is more preferably 5 or less, and preferably 1 to 2 is preferable for silicide etching.
상기 (3)단계에서 실리사이드는 플루오르화 수소산을 이용한 선택적 식각 이외에도 기존의 반도체 공정에서 이용되는 플라즈마 식각방법(CF4/O2, NF3 , SF6/Cl2, CF4/Cl2 등)을 이용하여 실리사이드를 선택적으로 식각하여 제거할 수 있다. In the step (3), the silicide is a plasma etching method (CF 4 / O 2 , NF 3 , SF 6 / Cl 2 , CF 4 / Cl 2, etc.) used in a conventional semiconductor process, in addition to the selective etching using hydrofluoric acid. Silicide may be selectively etched to remove it.
상기 (3)단계에서 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시 이종기판은 실리콘 기판과 달리 녹는점이나 열화되는 온도가 낮거나 또는 고온에 취약한 특성을 가져 고온공정이 어려운 기판을 사용할 수 있다. 이러한 이종기판의 일예로서 본 발명에서는 유리기판, 플라스틱기판을 사용할 수 있다. 한편, 이종기판은 고온공정이 취약한 유리기판, 플라스틱기판 이외에도 고온공정에 적합한 기판인 알루미나기판, 세라믹기판에도 적용할 수 있다.When the high-quality silicon thin film is bonded to the dissimilar substrate in the step (3), unlike the silicon substrate, the dissimilar substrate may use a substrate having a low melting point, a deteriorated temperature, or a property that is vulnerable to high temperature, thus making it difficult to process high temperature. As one example of such a dissimilar substrate, a glass substrate and a plastic substrate may be used in the present invention. The heterogeneous substrate may be applied to alumina substrates and ceramic substrates, which are substrates suitable for high temperature processes, in addition to glass substrates and plastic substrates having high temperature processes.
상기 (3)단계에서 고품위 실리콘 박막을 이종기판에의 접합은 종래 실리콘 박막과 기판을 접합하는 방법이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서 이러한 고품위 실리콘 박막을 이종기판에의 접합방법의 일예로서 실리콘 박막과 이종 기판을 직접 접촉하고 150∼200℃의 온도와 비활성 기체 분위기 또는 수소 분위기에서 실리콘 박막과 이종기판이 균일하게 접합되도록 가열하는 직접접착법을 사 용할 수 있다. In the step (3), the bonding of the high-quality silicon thin film to the heterogeneous substrate may be used as long as the conventional silicon thin film is bonded to the substrate. As an example of the method of bonding the high quality silicon thin film to the heterogeneous substrate in the present invention, the silicon thin film and the heterogeneous substrate may be uniformly contacted at a temperature of 150 to 200 ° C. and an inert gas atmosphere or a hydrogen atmosphere. Direct bonding method of heating can be used.
본 발명에서 고품위 실리콘 박막을 이종기판에의 접합방법의 일예로서 실리콘 박막과 이종기판 사이의 접착 물질로서 팔라듐(Pd), 인듐(In), 구리(Cu), 금(Au), 납(Pb) 등 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속, n-Pd , Au-Si 등 중에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물, 폴리이미드(polyimide), Su-8, 에이제트 포토레지스트(AZ photoresist), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 에폭시(epoxy) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 고분자를 이용하여 실리콘 박막과 이종기판을 접합하는 방법을 사용할 수 있다. Palladium (Pd), indium (In), copper (Cu), gold (Au), lead (Pb) as an adhesive material between the silicon thin film and the hetero substrate as an example of the bonding method of the high-quality silicon thin film to the heterogeneous substrate in the present invention Any one or more metals selected from among others, n-Pd, Au-Si, etc., any one or more selected from among compounds, polyimide, Su-8, AZ photoresist, polymethylmethacrylate, It is possible to use a method of bonding a silicon thin film and a dissimilar substrate using at least one polymer selected from PMMA) and epoxy.
본 발명에서 고품위 실리콘 박막을 이종기판에의 접합방법의 일예로서 양극 산화 처리에 의한 접합법(Anodic Bonding)등의 방법 중에서 선택된 어느 하나의 방법을 이용하여 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 접합시킬 수 있다. In the present invention, the high quality silicon thin film may be bonded to the heterogeneous substrate by using any one method selected from a method such as anodizing by anodizing as an example of the method of bonding the high quality silicon thin film to the heterogeneous substrate.
이하 본 발명의 일예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1의 도 1a 내지 도 1d는 실리콘 기판 위에 형성된 실리사이드 에피택시층 위에 고품위 실리콘 박막을 형성하고, 실리사이드 에피택시층을 선택적으로 제거함으로써 실리콘 박막을 이종기판으로 전이하는 방법을 나타낸 공정개략도이다.1A to 1D of FIG. 1 are process schematic diagrams showing a method of transferring a silicon thin film to a heterogeneous substrate by forming a high quality silicon thin film on a silicide epitaxy layer formed on a silicon substrate and selectively removing the silicide epitaxy layer.
도 1a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(1) 위에 실리사이드 에피택시층(2)을 형성시킨다. 이때 실리사이드 에피택시층은 상기의 (1)단계 설명에 제시된 다양한 실리사이드 에피택시 성장법을 이용하여 형성시킬 수 있다.As shown in FIG. 1A, a
도 1b에 도시한 바와 같이, 단결정 실리콘 기판(1) 위에 형성된 실리사이드 에피택시층(2) 위에 고품위 실리콘 박막(3)을 성장시킨다. 이때 실리사이드 에피택시층은 고품위 실리콘 박막(3) 성장을 위한 씨앗층의 역할을 하며, 상기 (2)단계 설명에 제시된 다양한 증착 및 성장법으로 형성시킬 수 있다. As shown in FIG. 1B, a high quality silicon
도 1c에 나타난 바와 같이, 고품위 실리콘 박막(3)을 이종기판(4)과 접착시킨다. 접착 방법은 상기 (3)단계 설명에 제시된 다양한 방법중에서 어느 하나를 선택하여 고품위 실리콘 박막(3)을 이종기판(4)에 접합시킬 수 있다.As shown in FIG. 1C, the high-quality silicon
도 1d에 도시된 바와 같이, 실리사이드 에피택시층(2)은 선택적 식각을 통하여 제거됨으로써, 이종기판(4)에 접합된 고품위 실리콘 박막(3)을 실리콘 기판(1)으로부터 분리할 수 있다. 실리사이드의 선택적 식각 방법은 상기 (3)단계 설명에 제시된 다양한 방법을 이용할 수 있다. 이와 같이 단결정 실리콘 기판(1)으로부터 실리사이드 에피택시층(2)이 제거되어 단결정 실리콘 기판(1)으로부터 분리된 고품위 실리콘 박막(3)은 이후 다양한 소자에 응용이 가능하다. 또한 실리사이드 에피택시층의 선택적 식각에 의해 실리사이드가 제거된 실리콘 기판(1)은 재활용이 가능하여 다시 도 1a 내지 도 1d의 공정에 의해 고품위 실리콘 박막을 이종기판으로 전이하는 방법에 이용할 수 있다.As shown in FIG. 1D, the
이하 본 발명의 내용을 실시예 및 시험예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되지 않는다는 것은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in detail through examples and test examples. However, these are intended to explain the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예> <Example>
하기 (1) 내지 (4)의 단계에 의해 고품위 실리콘 박막을 이종기판에 전이하였다.The high quality silicon thin film was transferred to the hetero substrate by the following steps (1) to (4).
(1)(100)방위의 단결정 실리콘 기판 위에 Co(C5H5)(CO)2 소스를 이용하여 금속-유기 화학기상증착법(MOCVD)으로 코발트-카본 합금층을 증착하고, 650℃에서 20분 동안 인시튜(In-situ) 열처리를 통하여 400Å 두께의 코발트 다이실리사이드(CoSi2) 에피택시층을 형성하였다.(1) A cobalt-carbon alloy layer is deposited by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) using a Co (C 5 H 5 ) (CO) 2 source on a single-crystal silicon substrate in a (100) orientation, and at 20 ° C. at 650 ° C. A cobalt disilicide (CoSi 2 ) epitaxy layer having a thickness of 400 μs was formed through an in-situ heat treatment for minutes.
(2)코발트 다이실리사이드 에피택시층 위에 플라즈마 화학기상증착법(Plasma-Enhanced CVD, PECVD)을 이용하여 200℃에서 1000Å 두께의 다결정 실리콘 박막의 고품위 실리콘 박막을 증착하였다.(2) A high quality silicon thin film of 1000 Å thick polycrystalline silicon thin film was deposited at 200 ° C. on a cobalt disilicide epitaxy layer using plasma chemical vapor deposition (Plasma-Enhanced CVD, PECVD).
(3)그런 다음 650℃에서 48시간 동안 노(Furnace) 열처리를 통하여 코발트 다이실리사이드 에피택시층 위에 형성된 비정질 실리콘 박막을 결정화시켜 다결정 실리콘 박막/코발트 다이실리사이드 에피택시층/단결정 실리콘 기판(Poly-Si/Epi-CoSi2/Si substrate)을 얻었다.(3) Then, the amorphous silicon thin film formed on the cobalt disilicide epitaxy layer was crystallized by furnace heat treatment at 650 ° C. for 48 hours to form a polycrystalline silicon thin film / cobalt disulfide epitaxy layer / monocrystalline silicon substrate (Poly-Si). / Epi-CoSi 2 / Si substrate).
(4)상기 (3)단계에서 얻은 다결정 실리콘 박막/CoSi2 에피택시층/단결정 실리콘 기판 구조에서 다결정 실리콘 박막을 고분자 접착제인 에폭시(epoxy)를 이용하여 이종기판인 플라스틱에 균일하게 접합하였다. 그런 다음 단결정 실리콘 기판 위에 형성되어 있는 CoSi2 에피택시층은 pH가 1.5 이하로 조절된 2% 플루오르화 수소산(Hydrofluoric acid, HF) 용액으로 선택적 식각을 실시하여 단결정 실리콘 기판과 고품위 실리콘 박막이 결합된 플라스틱 기판을 분리하였다.(4) In the polycrystalline silicon thin film / CoSi2 epitaxy layer / single crystal silicon substrate structure obtained in step (3), the polycrystalline silicon thin film was uniformly bonded to the plastic, which is a dissimilar substrate, using an epoxy adhesive. Then, the CoSi2 epitaxy layer formed on the single crystal silicon substrate is selectively etched with a 2% hydrofluoric acid (HF) solution whose pH is adjusted to 1.5 or less, thereby combining the single crystal silicon substrate and the high quality silicon thin film. The substrate was separated.
<시험예 1><Test Example 1>
상기 실시예 1의 다결정 실리콘 박막을 플라스틱 기판으로 전이하는 방법에 있어서, 단결정 실리콘 기판 위에 형성된 코발트 다이실리사이드 에피택시층과 다결정 실리콘 박막의 X-선 회절 패턴을 측정하고 그 결과를 도 2에 나타내었다.In the method of transferring the polycrystalline silicon thin film of Example 1 to a plastic substrate, the X-ray diffraction pattern of the cobalt disilicide epitaxy layer and the polycrystalline silicon thin film formed on the single crystal silicon substrate were measured and the results are shown in FIG. 2. .
도 2의 X선 회절 패턴에서 나타난 바와 같이 (100)방위의 단결정 실리콘 기판과 동일한 방위를 가지는 코발트 다이실리사이드(CoSi2)(200) 회절 피크가 관찰되어 코발트 실리사이드(CoSi2) 에피택시층이 단결정 실리콘 기판 위에 형성되었음을 알 수 있었다. As shown in the X-ray diffraction pattern of FIG. 2, a cobalt disilicide (CoSi 2 ) 200 diffraction peak having the same orientation as the single crystal silicon substrate in the (100) orientation was observed so that the cobalt silicide (CoSi 2 ) epitaxy layer was a single crystal. It can be seen that it was formed on the silicon substrate.
또한 실리콘 (111), (220), (311) 피크로부터, 결정화를 통하여 다결정 실리콘 박막이 코발트 실리사이드 에피택시층 위에 형성되었음을 알 수 있었다. From the silicon (111), (220), and (311) peaks, it was found that the polycrystalline silicon thin film was formed on the cobalt silicide epitaxy layer through crystallization.
<시험예 2><Test Example 2>
상기 실시예 1의 다결정 실리콘 박막을 플라스틱 기판으로 전이하는 방법에 있어서, 다결정 실리콘 박막 형성 후 다결정 실리콘/코발트 다이실리사이드 에피택시층/단결정 실리콘 기판 중에 HF 용액으로 코발트 다이실리사이드(CoSi2) 에피택시층만을 선택적으로 제거한 다음 주사전자현미경(SEM)으로 사진을 찍고 이를 도 3에 나타내었다(도 3에서 플라스틱 기판은 도시 생략).In the method of transferring the polycrystalline silicon thin film of Example 1 to a plastic substrate, after forming the polycrystalline silicon thin film, only the cobalt dissilicide (CoSi 2 ) epitaxy layer with HF solution in the polycrystalline silicon / cobalt dissilicide epitaxy layer / monocrystalline silicon substrate Was selectively removed and photographed with a scanning electron microscope (SEM), which is shown in FIG. 3 (the plastic substrate is not shown in FIG. 3).
도 3은 주사전자현미경 사진으로부터 분리층의 역할을 하는 실리사이드 에피택시층의 선택적 제거를 통하여 다결정 실리콘 박막이 실리콘 기판과는 다른 이종기판으로의 전이 가능성을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명은 200℃ 이하의 낮은 유리전이온도를 가지고 있는 기판 위로 유사 단결정 실리콘 박막 또는 다결정 실리콘 박막을 전이하는 방법을 제공하며, 이를 이용하여 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)나 박막형 태양전지(Thin Film Solar Cell) 등의 전자소자의 응용에 널리 응용할 수 있다.3 shows the possibility of transition of the polycrystalline silicon thin film to a heterogeneous substrate different from the silicon substrate through selective removal of the silicide epitaxy layer serving as a separation layer from the scanning electron micrograph. Accordingly, the present invention provides a method of transferring a pseudo single crystal silicon film or a polycrystalline silicon film onto a substrate having a low glass transition temperature of 200 ° C. or lower, and using the thin film transistor or thin film solar cell. It can be widely applied to the application of electronic devices such as Solar Cell).
본 발명의 실리사이드 에피택시층을 이용한 고품위 실리콘 박막의 전이방법은 다음과 같은 이점이 있다.The transition method of a high quality silicon thin film using the silicide epitaxy layer of the present invention has the following advantages.
첫째, 실리사이드 에피택시층은 고품위 실리콘 박막 성장을 위한 씨앗층의 역할을 한다. 즉 실리사이드 에피택시층은 실리콘 기판과 격자상수 불일치가 매우 작을 뿐만 아니라 고온에서의 열안정성을 지니고 있으므로, 그 위에 유사 단결정 또는 다결정 실리콘 박막의 성장에 큰 공정 윈도우를 제공하는 이점을 지닌다.First, the silicide epitaxy layer serves as a seed layer for the growth of high quality silicon thin film. That is, since the silicide epitaxy layer has a very small lattice constant mismatch with the silicon substrate and thermal stability at high temperature, the silicide epitaxy layer has an advantage of providing a large process window on the growth of a pseudo single crystal or polycrystalline silicon thin film thereon.
둘째, 실리사이드 에피택시층은 선택적인 식각이 가능하며, 막 특성이 균일하여 층 전체에서의 일정한 식각 속도를 얻을 수 있는 이점이 있다.Secondly, the silicide epitaxy layer may be selectively etched, and the film characteristics may be uniform to obtain a constant etching rate in the entire layer.
셋째, 실리사이드 에피택시층이 제거됨으로써 분리된 실리콘 기판은 다시 재활용되어 동일한 전이 공정의 반복 수행이 가능한 이점을 지닌다. Third, the silicon substrate separated by the removal of the silicide epitaxy layer is recycled again, and thus the same transition process may be repeatedly performed.
넷째, 이처럼 단순한 단위 공정을 활용하여 고품위의 실리콘 박막을 형성 및 전이함으로써, 다양한 소자 제작에 사용되는 실리콘 기판 재료를 낮은 제조비용으로 임의의 두께로 조절하여 대량으로 생산할 수 있는 장점을 지닌다.Fourth, by forming and transferring a high-quality silicon thin film using such a simple unit process, the silicon substrate material used for manufacturing a variety of devices has the advantage that can be produced in large quantities by adjusting to a certain thickness at a low manufacturing cost.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.
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