KR100688837B1 - 결정질 실리콘 증착을 위한 화학기상증착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결정질 실리콘을 별도의 후속 열처리없이 형성가능하도록 하는 화학기상증착장치에 관한 것으로, 기판에 박막을 형성하기 위한 챔버; 상기 챔버의 상부에 구비되어 기판 상에 반응가스를 분사하여 주는 샤워 헤드; 상기 반응가스를 균일하게 분산하기 위한 분산공이 형성된 분산기; 상기 분산기의 분산공을 통해 주입된 반응가스를 가열하여 분해하는 고온 발생의 촉매 열선부; 기판이 장착되는 척; 상기 반응가스를 배출하기 위한 배출구; 및 상기 챔버의 내부에 측벽을 이루며 파티클의 발생을 억제하도록 고온의 가열부를 구비한 이중벽을 포함하여 구성되며, 상기 촉매 열선부는 퍼지가스가 유입가능한 유로가 구비되고, 상기 챔버 내벽과 상기 이중벽 사이에는 퍼지가스를 공급하기 위한 유통로가 형성되는 구성을 갖는다.
이와 같은 본 발명에 의하면 파티클의 발생을 최소화하여 수율이 향상되며, 결정성이 우수한 박막을 형성할 수 있고 박막 내의 수소함량이 작은 고품질의 실리콘 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.
결정질, 실리콘, 화학기상증착장치, CVD, 촉매제

Description

결정질 실리콘 증착을 위한 화학기상증착장치{CVD Apparatus for Depositing Poly Silicon}
도 1a는 결정질 실리콘, 도 1b는 비정질 실리콘의 구조를 나타낸 도면,
도 2a 내지 도 2b는 TFT 내 실리콘 특성에 따른 소자 구조를 나타낸 도면,
도 3은 결정질 실리콘을 사용한 디스플레이 소자의 구동용 TFT 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 종래의 촉매제를 사용하는 화학기상증착장치의 일예를 도시한 구성 단면도,
도 5는 종래의 촉매제를 사용하는 화학기상증착장치의 다른 예를 도시한 구성 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 도시한 구성 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 화학기상증착장치에서 가스의 흐름을 나타내는 구성 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
30 : 챔버 32 : 샤워 헤드
34 : 분산기 34a : 분산공
36 : 촉매 열선부 36b : 유로
38 : 기판 39 : 척
42 : 이중벽 42a : 열선
44 : 유통로
본 발명은 결정질 실리콘 증착을 위한 화학기상증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 결정질 실리콘을 별도의 후속 열처리없이 형성가능하도록 하는 화학기상증착장치에 관한 것이다.
일반적으로, 실리콘(Slilicon, Si, 규소)을 유리기판에 증착할 경우 결정성에 따라 결정질(Poly, P-Si)과 비정질(Amorphous, A-Si)의 두 가지의 형태로 형성된다.
첨부한 도 1a와 도 1b는 결정질 실리콘과 비정질 실리콘의 구조를 나타낸 것으로, 도 1a가 결정질 실리콘을 나타내며, 도 1b가 비정질 실리콘을 나타낸다. 일반적으로 실리콘은 기판온도 600℃ 이상에서는 결정질, 600℃ 이하에서는 비정질 구조를 나타내는 것으로 알려져 있다.
결정질 실리콘의 경우가 구조적 안정성이 뛰어나 전기적·화학적 그리고 기계적 특성이 더 좋다.
또한, 도 2a 내지 도 2b는 TFT 내 실리콘 특성에 따른 소자 구조를 나타낸 도면으로, 비정질 실리콘을 사용할 경우 도 2b에서 보는 바와 같이, PCB나 IC를 별 로로 부착하여야 하나, 결정질 실리콘을 사용할 경우에는 도 2a에서처럼 TFT 구동부를 집적화 할 수 있어 소자를 더 작게 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 3은 결정질 실리콘을 사용한 display 소자의 구동용 TFT 구조이다. 점선으로 표시한 내부 영역이 결정질 Si영역이다. 결정질 실리콘 영역은 TFT의 on/off 동작을 결정하는(전자 및 정공이 이동하는) 영역으로써 TFT특성에 가장 중요한 layer이다. 결정질 실리콘의 경우 비정질 실리콘에 비해 구조적으로 안정하여 전계효과이동도(cm/V·s)가 커서 소자의 동작이 빠르고 적은 전압으로 TFT를 구동할 수 있는 장점이 있다. 또한, 결정질의 구조적 안정성 확보로 TFT 제작시 균일한 전기적 특성을 얻을 수 있어 추가적인 보상회로가 필요하지 않게 된다.
전술한 바와 같이 결정질 실리콘을 이용한 소자에는 많은 장점이 있다. 그러나 결정질 실리콘형성을 위해서는 600℃ 이상의 온도가 필요하고, 이 온도는 유리기판이 일정한 형태를 유지할 수 없는 온도이다. 따라서 유리를 기판으로 사용하는 디스플레이 소자에 결정질 실리콘을 사용하기 위해서는 새로운 방법이 필요하다.
현재 낮은 온도에서 결정질 실리콘을 형성하는 방법은 낮은 온도(~450℃)에서 비정질 실리콘을 증착한 후 레이저 및 열을 이용한 어닐링(annealing) 공정을 통해 결정질 실리콘으로 변환시키는 LTPS(Low Temperature Poly Silicon) 방법이 가장 많이 사용하고 있다. 이 방법은 비정질을 형성한 후 탈수소화 그리고 laser(열) anneal을 행하는 공정을 포함하고 있다.
그러나 이와 같은 종래의 LTPS 방법은 공정이 복잡하고, 많은 공정 시간이 요구될 뿐만 아니라 레이저가 포함된 고가의 장비가 필요하다는 단점을 가지고 있 다. 이는 소자의 제작 비용을 증대시켜 경쟁력 확보가 어렵다. 하지만 대부분의 display 회사는 이와 같은 방법을 사용하여 시제품을 생산하고 있어, 이를 사용하지 않고 결정질 실리콘을 형성하는 새로운 제작 기술은 기술 경쟁력 확보에 아주 중요한 것이다.
레이저를 사용하지 않는 방법으로는 SLS (Sequential Lateral Solidification), MIC(Metal Induced Crystallization) 그리고 SGS(Super Grain Silicon)방법 등이 알려져 있으며 일부 연구에서 우수한 결과를 얻었다. 그러나, 이러한 방법 또한 증착 공정외에 다른 공정이 추가되어 대량생산을 위한 응용에는 아직 많은 문제점을 안고 있다.
상기와 같이 지금까지의 결정질 실리콘 형성방법은 증착 공정외에 또다른 후속공정이 추가되어야 한다.
따라서, 후속 공정이 없는 기술을 적용할 경우 경제적 효율성을 획기적으로 증대시킬 수 있다. 또한, 독창적인 소자 제작 기술 선점을 통한 소자 경쟁력 우위 확보할 수 있는 것이다.
한편, 실리콘을 증착하는 방법은 PVD(Physical Vapor Deposition)와 CVD(Chemical Vapor Deposition)방법이 있다. 이중 CVD방법은 박막형성시 우수한 층덮힘(step coverage)특성을 가지고 있어 널리 이용되고 있다. CVD방법은 가스상태의 원료를 분해 후 반응하여 증착하는 방법이다. CVD에 사용되는 실리콘의 원료가스는 SiH4, Si2H6, SiH2Cl2등이 있으며, 대부분 H2와 N2 gas등을 추가하여 사용하는 것이 일반적이다.
실리콘 형성을 위한 CVD방법 중 일반적인 것은 PECVD(Plasma Enhanced CVD)와 Thermal CVD이다. PECVD의 경우 플라즈마(plasma), thermal CVD의 경우 온도(열)을 이용하여 원료가스를 분해하여 기판에 박막을 형성한다.
PECVD의 경우 플라즈마라는 보조 수단을 사용하므로 유리기판과 같은 낮은 온도에서 사용해야 하는 디스플레이, 태양전지 그리고 센서 등에 응용된다. 반면 Thermal CVD의 경우는 공정 온도가 높기 때문에 Si 및 금속기판을 사용하는 분야에서 많이 사용된다.
PECVD를 이용한 실리콘 증착의 경우 원료가스는 [반응식1]과 같이 SiHn의 형태로 기판에 도달하여 박막이 형성된다.
SiH4 + H2 → SiHn+ + H2↑
상기 SiHn 형태로 기판에 증착된 실리콘 원자는 이웃한 또 다른 실리콘 원자와 결합하여 결정질 실리콘이 되는 것을 방해한다. 따라서, 이러한 방법을 사용한 박막은 결정성이 좋지 않을 뿐만 아니라 박막 내에 수소함량을 증대시킨다. 박막 내의 Si-H 결합은 외부에너지에 의해 쉽게 끊어져 소자의 신뢰성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 이는 OLED, FED 및 태양전지와 같은 물질의 광학특성을 이용하는 소자의 경우에는 특히 많은 문제를 야기한다.
기판 상에 박막을 형성하는 또다른 방법으로 촉매를 사용하여 증착될 반응가 스를 분해하는 캐털리틱(Catalytic) CVD 장치가 있다.
첨부한 도 4와 도 5는 종래의 촉매제를 사용하는 캐털리틱 화학기상증착장치를 도시한 구성 단면도로서, 현재의 촉매제를 사용한 CVD를 대표하는 그림이다.
도 4에 도시된 CVD장치는, 챔버(10)의 상부에 구비되어 기판(18) 상에 반응가스를 분사하여 주는 샤워 헤드(12)와, 상기 반응가스를 균일하게 분산하기 위한 분산기(14)와, 주입된 반응가스를 가열하여 분해하는 고온 발생의 촉매 열선부(16)와, 기판(18)이 장착되는 척(19)과, 상기 반응가스를 배출하기 위한 배출구(11)를 구비하여 구성된다.
상기 분산기(14)는 다수의 분산공(14a)이 일정한 간격으로 배열된 평판으로, 상기 샤워 헤드(12) 내로 주입된 반응가스가 상기의 분산공(14a)을 통과하면서 분산밀도가 균일한 상태로 분사된다.
또한, 상기 촉매 열선부(16)는 전력에 의해 고온으로 가열되는 열선(16a)이 조립된 것으로, 상기 열선(16a)으로는 일반적으로 텅스턴 재질이 사용되며, 도 4에서는 상기 촉매 열선부(16)가 챔버(10) 내부에 장착되어 있다.
이와 같은 종래의 캐털리틱 화학기상증착장치는 반응가스가 상기 샤워 헤드(12)에서 상기 분산기(14)의 분산공(14a)을 통해 챔버(10) 내로 유입되면 기판(18) 상에 분산밀도가 균일한 상태로 분사된다.
상기 분산기(14)를 통과한 반응가스는 고온을 발생시키는 촉매 열선부(16)를 통과하면서 열선(16a)에 의해 이온 또는 라디칼의 상태로 분해된다.
상기 촉매 열선부(16)를 통과한 반응가스는 이온 또는 라디칼 상태로 완전 분해된 상태이며, 분해된 이온 또는 라디칼은 기판 상에서 화학적, 물리적 반응을 일으켜 기판 상에 증착이 이루어진다.
한편, 첨부한 도 5는 촉매 열선부와 샤워 헤드를 일체형으로 제작한 화학기상증착장치로서, 챔버(20)의 상부에 구비되어 기판(28) 상에 반응가스를 분사하여 주는 샤워 헤드(22)와, 상기 반응가스를 균일하게 분산하기 위한 분산기(24)와, 주입된 반응가스를 가열하여 분해하는 고온 발생의 촉매 열선부(26)와, 기판(28)이 장착되는 척(29)과, 상기 반응가스를 배출하기 위한 배출구(21)를 구비하여 구성된다.
여기서, 상기 촉매 열선부(26)는 샤워 헤드(22)에 설치되되, 상기 촉매 열선부(26)의 열선(26a)은 상기 분산기(24)의 분산공(24a) 하부에 놓이도록 설치된다.
이와 같은 구성을 갖는 종래의 다른 예도, 상기 분산기(24)를 통과한 반응가스가 고온을 발생시키는 촉매 열선부(26)를 통과하면서 이온 또는 라디칼 상태로 완전 분해되며, 분해된 이온 또는 라디칼은 기판(28) 상에서 화학적, 물리적 반응을 일으켜 기판 상에 증착이 이루어진다.
그러나, 이와 같은 종래의 촉매제를 사용하는 캐털리틱 화학기상증착장치는 공정진행에 따라 발생하는 촉매제와 반응가스 반응에 의한 촉매제 열화, 파티클(particle) 및 공정 변수가 제한된다는 세 가지 문제점이 있다.
첫번째 문제인 촉매제의 열화 현상은 다음과 같이 일어난다고 알려져 있다.
촉매제 즉, 상기 촉매 열선부의 온도가 상승할 경우 절곡되는 부분 및 전원 인가 부분 등의 국부적으로 온도가 낮은 영역이 생기고, 이러한 상태에서 공정이 진행될 경우 이 영역에서 촉매제가 공정가스와 반응하여 텅스텐 실리사이드(Tungsten Silicide, WSi2)가 생성된다. 이렇게 형성된 WSi2는 텅스텐과의 전기적 특성이 상이(相異)하여 촉매제 온도 상승시 국부 발열을 야기한다. 또한 텅스텐보다는 단단한 성질을 가지고 있어 외부 충격에 의해 쉽게 끊어지는 원인이 된다. 이는 시스템의 신뢰성에 심각한 문제를 야기한다.
두번째 문제인 파티클 발생은 다음과 같은 원인으로 발생된다.
분해된 원료가스(SiH4)는 기판 뿐만 아니라 챔버의 모든 면에 증착된다. 이때 챔버의 벽과 증착되는 실리콘 박막 밀착력이 좋지 못할 경우 공정이 진행됨에 따라 파티클 형태로 변하여 공정에 영향을 미치게 된다. 이는 공정가스에 포함되어 있는 H2 가스와의 반응에 의해 발생하는 것이다. 이를 방지하기 위한 밀착력 개선이 필요하며, 한가지 방법으로 챔버의 벽을 100℃ 이상, 바람직하게는 300℃ 이상으로 가열하여 주어야 하는 것이 좋은 것으로 알려져 있다. 하지만 상기와 같은 종래 기술의 경우 챔버의 벽은 외부와 접촉하고 있어 높은 온도로 가열할 수 없다.
세번째 문제인 공정 변수가 제한되는 문제는 다음과 같다.
촉매제를 이용한 기상 증착 방법의 경우 촉매제의 재질 및 구성방법 등이 핵심요소이다. 샤워 헤드와 촉매제의 거리에 따라 박막의 균일도 및 특성을 변화시킬 수 있을 것이다. 그러나 상기와 같은 종래 기술의 경우 샤워 헤드와 촉매제의 거리를 조절할 수 없다. 이는 특성 개선 효과를 제한하게 된다.
특히, 도 5의 경우는 촉매제인 열선부를 샤워 헤드와 일체형으로 구성함으로 써, 샤워 헤드 상부에 촉매제에 전원을 인가하기 위한 제어부품을 형성하여야 한다. 이러한 구성은 샤워 헤드의 구조가 복잡하여 제작이 어렵다.
또한, 촉매제의 배열을 변경하기 위해서는 샤워 헤드를 변경해야 하는 단점이 있다. 이런 특성 개선의 한계는 대면적에서 특성이 우수하고 두께 균일도가 우수한 박막을 필요로 하는 디스플레이 응용에는 적용을 제한받게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 유리기판을 사용하면서도 열처리와 같은 후속 공정 없이 결정질 실리콘을 형성할 수 있는 화학기상증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 공정 중에 촉매제가 열화되는 것을 방지하고, 파티클의 발생을 최소화하며, 공정 변수의 제한을 받지않는 화학기상증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 결정성이 우수한 박막을 형성할 수 있고 박막 내의 수소함량이 작은 고품질의 실리콘 박막을 형성할 수 있는 화학기상증착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 기판에 박막을 형성하기 위한 챔버, 상기 챔버의 상부에 구비되어 기판 상에 반응가스를 분사하여 주는 샤워 헤드, 상기 반응가스를 균일하게 분산하기 위한 분산공이 형성된 분산기, 상기 분산기의 분산공을 통해 주입된 반응가스를 가열하여 이온 또 는 라디칼 상태로 분해하는 촉매 열선부, 기판이 장착되는 척, 상기 반응가스를 배출하기 위한 배출구 및 상기 챔버의 내부에 측벽을 이루며 파티클의 발생을 억제하도록 고온의 가열부를 구비한 이중벽을 포함하여 구성된다.
상기 촉매 열선부는 퍼지가스가 유입가능한 유로가 구비되어 반응가스와 퍼지가스를 각각 분리하여 챔버 내부로 주입할 수 있게 되며, 이 경우 상기 유로는 상기 촉매 열선부의 열선 결합부위에 퍼지가스를 공급하도록 측방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 챔버 내벽과 상기 이중벽 사이에 퍼지가스를 공급하기 위한 유통로가 형성되며, 상기 유통로는 상기 샤워 헤드에 수직으로 형성되어 퍼지가스가 상기 유통로를 통해 상부에서 챔버 내벽을 타고 흐르며 상기 배출구를 통해 배출될 수 있도록 한다.
상기 가열부는 상기 이중벽 내부에 열선이 삽입되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 퍼지가스는 H2, Ar, N2, He 중 어느 하나의 가스를 선택적으로 사용할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 기판에 박막을 형성하기 위한 챔버, 상기 챔버의 상부에 구비되어 기판 상에 반응가스를 분사하여 주는 샤워 헤드, 상기 반응가스를 균일하게 분산하기 위한 분산공이 형성된 분산기, 상기 분산기의 분산공을 통해 주입된 반응가스를 가열하여 이 온 또는 라디칼 상태로 분해하는 촉매 열선부, 기판이 장착되는 척, 상기 반응가스를 배출하기 위한 배출구 및 반응가스와 퍼지가스를 각각 분리하여 챔버 내부로 주입하도록 상기 촉매 열선부에 구비되는 퍼지가스가 유입가능한 유로를 포함하여 구성된다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
첨부한 도 6은 본 발명에 따른 화학기상증착장치를 도시한 구성 단면도로서, 본 발명에 따른 화학기상증착장치는 기판(38)에 박막을 형성하기 위한 챔버(30)와, 상기 챔버(30)의 상부에 구비되어 기판(38) 상에 반응가스를 분사하여 주는 샤워 헤드(32)와, 상기 반응가스를 균일하게 분산하기 위한 분산공(34a)이 형성된 분산기(34)와, 상기 분산기(34)의 분산공(34a)을 통해 주입된 반응가스를 가열하여 이온 또는 라디칼 상태로 분해하는 촉매 열선부(36)와, 기판(38)이 장착되는 척(39)과, 상기 반응가스를 배출하기 위한 배출구(31)를 구비하는 것으로, 이와 같은 구성은 종래의 기술과 동일하다.
여기서, 본 발명의 화학기상증착장치는 상기 챔버(30)의 내부에 측벽을 이루며 파티클의 발생을 억제하도록 하는 이중벽(42)이 더 설치되는 구성을 갖는다.
상기 이중벽(42)은 챔버(30) 내벽에 실리콘 박막이 증착되어 파티클이 발생하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 파티클의 발생을 방지하기 위해서 상기 이중벽 (42)은 100℃ 이상, 바람직하게는 300℃ 이상의 온도로 가열하여 주어야 한다.
따라서, 본 발명의 상기 이중벽(42)은 고온의 가열부가 구비되는 구성을 갖는데, 본 발명에서는 상기 가열부의 일실시예로서, 상기 이중벽(42) 내부에 고온의 열선(42a)을 삽입하였다.
이와 같은 열선(42a)은 전원이 인가되어 가열되는 것으로, 본 발명은 상기 열선(42a)으로 인해 상기 이중벽(42)의 온도를 100℃~400℃까지 상승시킬 수 있게 되어 공정 중 파티클 발생을 최소화할 수 있다.
즉, 분해된 원료가스(SiH4)가 증착될 때 상기 챔버(30)의 내측으로 상기 이중벽(42)이 설치되어 있으므로 상기 원료가스는 이중벽(42)의 내측면에 증착되게 되는데, 이 경우 상기 이중벽(42)은 상기 열선(42a)으로 인해 400℃까지 가열된 상태이므로 상기 이중벽(42)과 증착되는 실리콘 박막의 밀착력이 좋아 공정진행 중 박막이 파티클 형태로 변하는 것을 방지할 수 있게 되어 파티클의 발생을 최소화할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 상기 촉매 열선부(36)는 퍼지가스가 유입가능한 유로(36b)가 형성되는 구조를 갖는다.
상기 유로(36b)는 상기 촉매 열선부(36)의 열선(36a) 결합부위(도 6에서 'A')에 퍼지가스를 공급하도록 촉매 열선부(36)에 측방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 퍼지가스로는 H2, Ar, N2, He 등이 적용가능하며, 본 발명에서는 상기 퍼지가스의 일예로서 H2를 적용하였으나 이에 한정하지 않으며, 다른 가스를 퍼지가스로 사용해도 됨은 물론이다.
이와 같은 본 발명은 상기 분산공(34a)을 통해 반응가스를 주입하고 상기 유로(36b)를 통해 퍼지가스를 주입함으로써, 도 7에서 보는 바와 같이, 반응가스와 퍼지가스를 각각 분리하여 독립적으로 챔버(30) 내부로 주입하는 구성을 갖는다.
이러한 구조는 반응가스와 퍼지가스가 희석되어 공정에 영향을 주는 것을 방지하기 위한 것이며, 또한 상기 촉매 열선부(36)가 위치한 영역에 퍼지(purge) 가스를 측면을 통해 챔버(30) 내로 주입함으로써, 촉매 열선부(36)의 온도가 낮은 부분, 예를 들어 상기 촉매 열선부(36)의 열선(36a) 결합부위(도 6에서 'A')에서 공정가스가 반응하여 촉매제가 열화되는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 상기 챔버(30) 내벽과 상기 이중벽(42) 사이에는 퍼지가스를 공급하기 위한 유통로(44)가 형성된다.
상기 유통로(44)는 상기 샤워 헤드(32)에 수직으로 형성되어 상기 유통로(44)를 통해 주입되는 퍼지가스가 상부에서 상기 챔버(30) 내벽을 타고 흐르다가 상기 배출구(31)를 통해 배출될 수 있도록 한다. 따라서, 상기 분산기(34)에도 상기 유통로(44)가 연통되게 형성되며, 도면에서는 도시하지 않았지만 상기 유통로(44)를 통해 주입되는 퍼지가스가 촉매 열선부(36)를 통과하여 챔버(30) 내벽을 타고 흐를 수 있는 구조를 갖도록 함은 당연하다.
이와 같이 상기 유통로(44)에서 주입되는 퍼지가스가 챔버(30) 내벽을 타고 흐르면 가열되지 않은 상기 챔버(30) 벽면에 박막이 증착되는 것을 방지하여 파티클의 발생을 원천적으로 제거할 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 화학기상증착장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
반응가스가 상기 샤워 헤드(32)에서 상기 분산기(34)의 분산공(34a)을 통해 챔버(30) 내로 유입된다.
상기 분산기(34)를 통과한 반응가스는 고온을 발생시키는 촉매 열선부(36)를 통과하면서 열선(36a)에 의해 이온 또는 라디칼의 상태로 분해된다.
상기 촉매 열선부(36)를 통과한 반응가스는 이온 또는 라디칼 상태로 완전 분해된 상태이며, 분해된 이온 또는 라디칼은 기판 상에서 화학적, 물리적 반응을 일으켜 기판 상에 증착이 이루어진다.
여기서, 본 발명의 화학기상증착장치는 상기 챔버(30)의 내측에 설치된 상기 이중벽(42)을 일정한 온도로 제어함으로써, 공정가스(SiH4)에 의해 증착되는 실리콘 박막의 밀착력을 개선할 수 있는 구조이다. 밀착력의 개선은 이중벽(42)에 증착되는 박막이 공정 중 반응 및 에칭 효과에 의한 파티클 발생을 억제하는 역할을 수행한다. 보통 400℃ 이하의 온도로 제어된다.
이러한 구조는 외부와의 접촉하는 챔버(30) 벽의 온도를 400℃ 근처로 상승시킬 수 없는 단점을 보완할 수 있다.
또한, 챔버(30) 청소시 이중벽(42) 온도를 제어함으로써 클리닝 효과를 극대 화 할 수 있다. 즉, 증착이 진행되는 동안은 상기 이중벽(42)의 온도를 높은 온도로 제어하여 파티클 발생을 억제하고, 클리닝 공정시에는 이중벽(42)의 온도를 낮게 제어할 수 있어 클리닝 효과를 극대화할 수 있다.
한편, 본 발명의 촉매제를 이용한 화학기상증착장치는 높은 온도로 가열된 촉매 열선부(36)와 공정가스가 충돌하여 [반응식 2]와 같이 완전히 분해된 Si가 기판에 도달하게 된다.
SiH4 + H2 → Si + H2↑
따라서, 이웃한 실리콘 원자와의 결합이 용이하여 결정성이 우수한 박막을 형성할 수 있고 박막 내의 수소함량이 작은 고품질의 실리콘 박막을 형성할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 촉매제를 이용한 화학기상증착장치와 종래의 LTPS(Low Temperature Poly Silicon) 방법의 공정 순서를 비교하면, 종래의 레이저를 이용하는 LTPS는 비정질을 형성한 후 탈수소화 등의 공정을 포함하고 있다.
이는 공정이 복잡할 뿐만 아니라 공정이 길어진다는 단점을 가지고 있다.
또한 레이저를 사용하는 고가의 장치가 필요하고, 증착 및 탈수소를 위한 CVD system을 고려하여야 한다. 이는 투자 및 유지 비용이 많이 소모되어 소자의 제작 비용이 증가하여 모바일과 대면적용 디스플레이 가격 경쟁력이 없다.
촉매제를 이용하는 본 발명의 경우는 도 6에 도시한 바와 같이, 증착장치만 을 이용하여 직접적으로 결정질 Si을 형성할 수 있어 시간과 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명은 400℃이하에서 공정 진행이 가능해 유리를 기판으로 사용한 경우에도 응용이 가능하다.
또한, 독자적인 소자 제작 기술을 기대할 수 있다. 이를 바탕으로 결정질 실리콘에 대한 기술적인 독립과 획기적인 공정 개선으로 소자 경쟁력을 확보할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
상기와 같은 본 발명에 의하면 유리기판을 사용하면서도 열처리와 같은 후속 공정 없이 결정질 실리콘을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 공정 중에 촉매제가 열화되는 것을 방지하고, 파티클의 발생을 최소화하여 수율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 결정성이 우수한 박막을 형성할 수 있고 박막 내의 수소함량이 작은 고품질의 실리콘 박막을 형성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 챔버의 PM(Preventive Maintenance) 주기를 증대시켜 생산력 증대에 기여할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판에 박막을 형성하기 위한 챔버;
    상기 챔버의 상부에 구비되어 기판 상에 반응가스를 분사하여 주는 샤워 헤드;
    상기 반응가스를 균일하게 분산하기 위한 분산공이 형성된 분산기;
    상기 분산기의 분산공을 통해 주입된 반응가스를 가열하여 분해하는 고온 발생의 촉매 열선부;
    기판이 장착되는 척;
    상기 반응가스를 배출하기 위한 배출구;
    상기 챔버의 내부에 측벽을 이루며 파티클의 발생을 억제하도록 고온의 가열부를 구비한 이중벽; 및
    상기 촉매 열선부의 열선 결합부위에 퍼지가스를 공급하도록 측방향으로 형성되는 유로가 구비되어, 반응가스와 퍼지가스를 각각 분리하여 챔버 내부로 주입하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내벽과 상기 이중벽 사이에 퍼지가스를 공급하기 위한 유통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유통로는 상기 샤워 헤드에 수직으로 형성되어 퍼지가스가 상기 유통로를 통해 상부에서 챔버 내벽을 타고 흐르며 상기 배출구를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는 상기 이중벽 내부에 열선이 삽입되는 구조로 됨을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 이중벽은 상기 가열부에 의해 100℃~400℃의 온도범위로 가열되는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지가스는 H2, Ar, N2, He 중 어느 하나의 가스를 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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