KR100758921B1 - 기판상에 적어도 부분적인 결정성 실리콘 층을 증착하는 방법 및 장치 - Google Patents

기판상에 적어도 부분적인 결정성 실리콘 층을 증착하는 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100758921B1
KR100758921B1 KR1020037013272A KR20037013272A KR100758921B1 KR 100758921 B1 KR100758921 B1 KR 100758921B1 KR 1020037013272 A KR1020037013272 A KR 1020037013272A KR 20037013272 A KR20037013272 A KR 20037013272A KR 100758921 B1 KR100758921 B1 KR 100758921B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fluid
substrate
plasma
plasma chamber
chamber
Prior art date
Application number
KR1020037013272A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20030092060A (ko
Inventor
에드워드알로이스게라르드 하머스
아르노헨드리쿠스마리에 스메트스
마우리티우스코넬리우스마리아 반데산덴
다니엘코넬리스 스크람
Original Assignee
테크니쉐 유니버시테이트 아인트호벤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 테크니쉐 유니버시테이트 아인트호벤 filed Critical 테크니쉐 유니버시테이트 아인트호벤
Publication of KR20030092060A publication Critical patent/KR20030092060A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100758921B1 publication Critical patent/KR100758921B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32357—Generation remote from the workpiece, e.g. down-stream
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/24—Deposition of silicon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/513—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

적어도 부분적으로 결정성인 실리콘 층을 증착하는 방법 및 장치에서 플라즈마가 발생되고 기판(24)이 플라즈마 영향 하에서 실리콘 함유 소스 유체에 노출되어 실리콘이 증착된다. 소스 유체가 공급되는 지점(12)와 기판(24) 사이에 압력 강하가 적용된다. 소스 유체에 추가적으로 비-결정성 실리콘 원자를 에칭할 수 있는 보조 유체가 주입된다. 기판(24)은 소스 유체와 보조 유체에 노출 된다.

Description

기판상에 적어도 부분적인 결정성 실리콘 층을 증착하는 방법 및 장치{PROCESS AND DEVICE FOR THE DEPOSITION OF AN AT LEAST PARTIALLY CRYSTALLINE SILICIUM LAYER ON A SUBSTRATE}
본 발명은 플라즈마를 사용하여 기판상에 적어도 부분적인 결정성 실리콘 층을 증착하는 방법에 관계하며 플라즈마가 발생되고 기판이 실리콘 함유 유체에 노출되어 실리콘을 증착한다. 본 발명은 또한 기판상에 적어도 부분적인 결정성 실리콘 층을 증착하는 장치에 관계하며, 이 장치는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버, 통행 구멍을 통해 플라즈마 챔버와 소통하며 기판 홀더가 설비된 반응 챔버, 유체 공급 수단을 포함한다.
이러한 방법 및 장치는 현대 반도체 산업 및 태양전지 산업에서 주로 박막 태양전지 및 박막 트랜지스터(TFT) 및 다이오드 제조에 응용되며, 액정 셀 및 고체-상태 소자를 기초로 하는 영상 재현 시스템을 구동하는데 적용된다. 이들 반도체 소자는 일반적으로 얇은 실리콘 층에 형성되며 실리콘 층 자체는 하부 기판에 배치된다. 대체 에너지원으로 태양전지에 대한 수요가 가까운 미래에 증가할 것이라는 기대와 영상 재현 시스템에 대한 폭발적인 수요 증가에 비추어서 서두에 언급되며 경제적인 방식으로 고-품질 실리콘 층을 형성할 수 있는 공정이 매우 중요하 다.
하부 기판에 실리콘 층을 형성하는 다양한 공정이 공지된다. 이들 공정은 한편으론 증착 기술인데 실리콘 층이 실리콘 함유 유체의 화학적 증기로부터 증착될 수 있다. 이러한 공정은 CVD(화학적 증착)이라 칭하며 고주파 플라즈마나 고온 와이어(보통 텅스텐으로 된)가 공정을 보조하는데 사용됨을 나타내기 위해 RF 플라즈마 증진 또는 고온 와이어가 추가된다. 증착된 층의 형상은 비정질에서 미소결정성 및 다결정성 까지 다양하다. 추가로 시드 층이 가령 레이저 기술을 사용하여 먼저 형성된 이후에 실리콘 층이 에피택셜 성장하는 에피택셜 성장 기술이 있다.
그러나 이들 공지 기술의 단점은 에피택셜 성장의 경우 초당 나노미터의 수 십분의 일 정도의 느린 성장 속도, 고-품질 결정성 실리콘 층을 수득하기 위해 기판이 노출되어야 하는 고온 문제가 있다. 그러므로 이들 공정은 대규모로 산업에 적용하는데 적합하지 않으며 기판의 내열성 측면에서 요구 조건이 까다롭다. 이러한 이유로 이들 공지 방법은 태양전지 분야에서 최신 개발에 동참하지 못하며 이들은 적은 내열성을 갖는 플라스틱 포일상에 대체로 1㎛ 두께의 실리콘 층에 적용된다. 게다가 비교적 비싼 유체가 사용되는 기존 기술의 효율은 비교적 낮다.
비교적 저온에서도 공지 기술로 달성되었던 성장 속도보다 높은 속도로 고-품질 결정성 실리콘 층이 형성될 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 방법은 기판이 비-결정성 결합의 실리콘 원자를 에칭할 수 있는 보조 유체에 노출되며, 기판으로의 두 유체의 경로에 압력 강하가 적용됨을 특징으로 한다. 본 발명의 장치는 보조 유체를 공급 유체와 함께 기판에 안내하는 보조 유체 공급 수단이 플라즈마 챔버에 제공되며 적어도 공정 동안 플라즈마 챔버와 기판 홀더 간에 압력 강하를 적용하기 위해 펌프 수단이 제공됨을 특징으로 한다. 본 발명에서 유체를 기판에 노출시킨다는 것은 플라즈마에 의해 유체로부터 형성된 반응 성분에 노출시킴을 의미한다.
본 발명에 따라 적용된 압력 강하는 두 유체를 기판에 흐르게 하여 공지 공정보다 현저히 높은 플럭스에 기판이 노출된다. 따라서 성장 속도가 더욱 빠르다. 보조 유체 덕택에 결정격자에 결합되지 않은 증착된 실리콘 원자가 에칭 제거되어서 최종 층은 사실상 결정성이다. 본 발명은 결정격자의 실리콘 원자가 비-결합된 비정질 실리콘 원자보다 유리한 에너지 상태에 있으므로 적합한 보조 유체를 써서 후자만 선택적으로 제거될 수 있다. 이렇게 제거된 실리콘 원자는 다시 한번 결정격자에 포함되는데 적어도 부분적으로 이용 가능하므로 최종 효율이 증대된다. 이러한 조합된 증착 및 선택적인 엣칭으로 인해 비교적 낮은 기판 온도에서도 고-품질 미소 결정성 실리콘 층이 증착될 수 있다. 이것은 미소결정이 10-100nm 크기로 존재하는 물질에 관계한다. 이들 미소결정은 비정질 매트릭스에 에워싸인다. 따라서 이 물질은 단결정성 및 비정질 실리콘의 여러 성질을 조합한다. 존재하는 결정 구조 때문에 전기 전도성은 비정질 실리콘보다 매우 양호한데, 이것은 형성될 반도체 소자의 전기적 특성에 중요하다. 다른 한편으론 물질이 제조되는 온도가 단결정성 물질 제조에 필요한 실리콘 융점보다 매우 낮다. 따라서 본 발명은 플라스틱과 같이 고온을 견디지 못한 기판에 증착시키는데 사용될 수도 있다.
본 발명의 공정은 보조 유체가 수소, 염소 및 불소를 함유한 화합물에서 선택되는 특징을 갖는다. 플라즈마에서 수소, 염소 및 불소는 결정격자에 결합되지 않은 실리콘 원자를 선택적으로 제거할 수 있다. 또 다른 측면에서 수소 가스가 보조유체로 적용된다. 수소 가스는 불소 및 불소 이외의 가스보다 덜 공격적이어서 공정이 수행되는 반응기의 금속 부분을 손상시키지 않으므로 추천된다.
또 다른 측면에서 실란(SiH4), 디실란(Si2H6), 4불화실리콘(SiF4 )에서 선택된 화합물이 소스 유체로 적용된다. 이들 실리콘 함유 화합물은 특히 플라즈마에 의해 활성화된 상태에서 매우 양호한 실리콘 원자 소스이다.
또 다른 측면에서 사실상 불활성인 캐리어 유체가 분사되어 기판에 안내된다. 두 반응 유체가 비말 동반되는 불활성 캐리어 유체의 주입으로 큰 플럭스가 생성될 수 있다. 따라서 이들 반응물은 반응기의 부품과 반응할 기회가 더 적으므로 오염정도가 덜하다. 또 다른 측면에서 캐리어 유체는 0족 기체, 특히 아르곤이다. 오염을 최소로 제한하기 위해서 이러한 0족 기체를 분사하여 반응이 연속으로 새로워진다.
많은 경우에 증착된 실리콘 층은 특이한 반도체 또는 광학적 성질을 갖게 된다. 또 다른 측면에서 주기율표 III족 및 V족 원소, 특히 붕소, 인, 비소 또는 안티몬을 함유한 도핑 유체가 주입된다. 이들 원소는 형성된 실리콘 층의 도체(반도체) 성질을 변화시킬 수 있으므로 내부 전기장을 생성하는데 사용될 수 있다. 이것은 증착된 실리콘 층이나 이로부터 태양전지나 기타 반도체 소자를 제조하는데 중요하다. 특히 태양전지 제조 측면에서 탄소를 함유한 도핑 유체가 주입된다. 이것은 탄소가 최종 실리콘 층에서 광 흡수 증가를 가져와서 태양전지 효율을 증대시키기 때문이다.
또 다른 측면에서 캐리어 유체와 보조 유체가 둘 다 플라즈마 챔버에 주입되고 소스 유체는 기판으로의 캐리어 유체와 보조 유체의 경로에 공급된다. 이후 공격적이고 반응성이 높은 소스 유체가 이 경로에서 혼합되므로 플라즈마 챔버에 악영향을 줄 기회가 사실상 없다.
또 다른 측면에서 보조 유체는 소스 유체와 거의 동일한 양으로 공급된다. 거의 동일한 양의 보조 유체 및 소스 유체는 약 500℃의 기판 온도에서 필요한 형상(morphology)의 반도체 물질을 수득하는데 충분하다. 그러나 또 다른 측면에서 보조 유체는 소스 유체보다 많은 양으로 공급된다. 보조 유체를 소스 유체의 10-1000배, 특히 20-100배의 양으로 공급함으로써 훨씬 고-품질의 결정 구조가 수득되며 기판 온도를 250℃ 정도로 유지할 수 있다. 따라서 다양한 기판에 공정이 적용될 수 있다.
또 다른 측면에서 기판이 반응 챔버에 수용되고 플라즈마 챔버에서 플라즈마 아크가 발생되고 플라즈마 챔버보다 낮은 압력이 반응챔버에서 생성되고 통행 구멍을 통해 플라즈마 챔버와 반응 챔버가 소통한다. 이러한 배치는 유럽특허출원 297.637에 발표된다. 따라서 초당 수 나노미터 정도의 성장속도로 양호한 품질의 실리콘 층을 형성할 수 있다.
또 다른 측면에서 적어도 보조 유체가 플라즈마 챔버에 주입되고 소스 유체는 반응챔버에 있는 통행 구멍으로 공급된다. 소스 유체를 통행 구멍으로 주입함으로써 균질적인 혼합물이 수득되므로 고 투여량 및 결과의 높은 성장 속도가 획득될 수 있다.
보조 유체와 캐리어 유체가 둘 다 동일한 플라즈마 챔버에 주입되고 이후 기판에 전달될 수 있다. 그러나 또 다른 측면에서 반응 챔버는 추가 통행 구멍을 통해 추가 플라즈마 챔버와 소통되고 적어도 보조유체가 제1 플라즈마 챔버에 주입되고 상이한 조성의 하나 이상의 유체가 추가 플라즈마 챔버에 주입된다. 따라서 상이한 유체의 다양한 혼합물이 분리된 플라즈마 챔버에 공급되어 공정을 최적화 한다. 캐리어 유체가 주입되는 플라즈마 챔버의 플라즈마 상태가 이와 같이 최적화되어 소스 유체를 해리하고 형성된 층에 보조 유체의 선택적 에칭 작용을 목적으로 제1 플라즈마 챔버가 완전 독립적으로 최적으로 조절될 수 있다. 후자 플라즈마 챔버는 기판으로부터 더 멀거나 가까운 거리에 배치되어 보조 유체가 기판에 도달하기 전에 보조 유체의 기상 반응의 빈도를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 또 다른 측면에서 보조 유체 공급 수단이 제공된 제1 플라즈마 챔버가 추가 플라즈마 챔버보다 기판에 더 가까이 배치된다. 의도하지 않은 횡 확산의 결과로서 원자 보조 유체, 특히 수소의 손실이 제한될 수 있다.
압력 강하가 예외적으로 방향성인 공정을 가져오지만 또 다른 측면에서 바이어스 전압이 기판과 플라즈마 사이에 적용되어 전하를 띤 입자의 방향성을 더욱 증진시킬 수 있다. 그 결과의 더 큰 반응 입자 플럭스는 형성된 층에 더 치밀한 구조 를 가져오는데, 일부 경우에 바람직한 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시장치의 단면도이다.
도2는 본 발명의 제2 실시장치의 단면도이다.
*부호설명*
10,30...플라즈마 챔버 11...제1 입구
12...제2 입구 13...제3 입구
15...전극 17...플라즈마 아크
18,38...통행 구멍 19...벽
20...반응 챔버
22...기판 홀더 23...연결 부품
24...기판 25...링 구조
도1은 본 발명의 공정이 수행되는 플라즈마 반응기를 보여준다. 반응기는 각각 구리와 스테인레스강으로 제조된 플라즈마 챔버(10)와 반응 챔버(20)를 포함한다. 플라즈마 챔버(10)에 중심에 구멍(16)이 제공된 일련의 전극(15)이 위치한다. 제1 입구(11)로부터 아르곤이나 다른 0족 기체와 같은 적합한 캐리어 유체가 25.5.10-3몰/s의 일정한 가스 유속으로 구멍을 통해 안내된다. 가스를 통해 40-50암페어의 전류가 흘러서 플라즈마가 생성된다. 전극(15)위로 200볼트 정도의 다소 안정적인 전위차가 있게 된다. 이 목적으로 전극(15)이 가능한 플라즈마 흐름을 안정시키기 위해 저항 브리지(도시안된)에 연결된다. 플라즈마는 반응 챔버(20) 방향으로 흘러서 통행 구멍(18)을 통해 들어온다. 많은 가스 흐름과 주입된 가스가 플라즈마에서 도달되는 고온으로 인하여 발생된 플라즈마는 플라즈마 챔버를 떠날 때 고 방향성이 된다.
플라즈마 챔버(10)로의 캐리어 유체의 주입 때문에 작동 동안 반응 챔버(20)에 비해 과도한 압력이 되며 이러한 과도한 압력은 적당한 펌프 연결부를 통해 연속으로 해소된다. 플라즈마 챔버(10)에서 발생된 플라즈마(17)는 플라즈마 챔버(10)와 반응 챔버(20) 간의 벽(19)에 있는 통행 구멍(18)을 통해 반응 챔버(20)로 인출되어 팽창한다. 반응 챔버에는 연결 부품(23)을 통해 반응 챔버의 벽에 연결되며 접지되는 기판 홀더(22)가 위치한다. 기판 홀더(22) 상에 기판(24)이 배치되어 유입된 플라즈마 아크(17)에 노출된다.
반응 챔버(20)에서 통행 구멍(18) 바로 뒤의 제2 입구(12)를 통해 실리콘 함유 소스 유체가 공급된다. 이 목적으로 실란이 선택되지만 소스 유체로 디실란 및 4불화실리콘으로도 양호한 결과가 달성된다. 소스 유체는 1.10-5몰/s의 양으로 주입된다. 반응 챔버에 소스 유체의 균일한 분포를 위해 소스 유체는 링 구조(25)를 통해 주입된다. 링 구조(25)는 통행 구멍(18) 주위에 연장되고 규칙적인 간격으로 출구가 제공된 관형 몸체를 포함한다. 따라서 반응 챔버로의 소스 유체의 균일 유입이 보장되므로 효과적인 방식으로 플라즈마(17)와 접촉하게 된다. 플라즈마에서 실란은 실리콘 함유 라디칼과 수소 원자로 해리된다. 기판(24) 근처에 있으면 실리콘이 증착하여 기판상에 필요한 실리콘 층을 형성한다.
증착된 실리콘 층에서 결정성 구조를 증가시키기 위해 본 발명에 따르면 보조 유체가 제3구멍(13)을 통해 반응기에 주입된다. 보조 유체는 이미 플라즈마 챔버(10)에 도입되어 아르곤/수소 플라즈마 혼합물을 생성하는 수소 가스를 포함한다. 1.10-3몰/s의 수소가 적용된다. 에칭 선구물질로 독립적으로 작용하기 위해 과잉 수소가 사용된다. 형성된 수소 원자는 결정격자에 결합되지 않은 증착 실리콘이 선택적으로 에칭 제거되어 다시 증착에 이용될 수 있게 한다. 본 발명의 공정으로 주입된 소스 유체의 50% 이상의 효율이 달성되는데, 이것은 2개의 실리콘 원자 중에서 1개 이상이 증착된 층에 놓임을 의미한다.
단결정 구조를 갖는 실리콘 층이 기판(24)에 점차 증착된다. X-선 회절 측정은 형성된 층이 비정질 매트릭스를 통해 상호 연결된 10-100nm 크기의 실리콘 미소결정을 포함함을 보여준다. 큰 플라즈마 플럭스로 인하여 초당 3nm 이상의 성장 속도가 달성되는데, 1㎛ 두께의 실리콘 층의 경우 총 증착 시간은 6분 미만이다. 기판 온도는 200-500℃ 이상으로 상승하지 않으며 적합한 조건 하에서 300℃ 미만으로 유지될 수 있다. 이러한 온도는 에피택셜 성장 기술에서 필요한 온도보다 매우 낮으므로 박막 태양전지에 적용되는 내열성이 크지 않음 플라스틱 포일에 증착시키는데 본 발명의 공정을 적용할 수 있게 한다.
본 발명을 실시하는 또 다른 장치가 도2에 도시되는데 이 경우 장치는 한편으론 플라즈마를 발생하며 다른 한편으론 실리콘 층을 최종 증착시키는 분리된 챔버를 포함한다. 이 경우 플라즈마 챔버는 이중 형태를 가진다. 그러므로 장치는 보조 유체와 조합으로 아르곤이나 기타 적절한 캐리어 유체로 주 플라즈마를 형성하는 플라즈마 챔버(10)에 추가적으로 수소나 불소와 같은 보조 유체의 플라즈마가 발생되는 별도의 플라즈마 챔버(30)를 포함한다. 두 플라즈마 챔버(10,30)에 관련 가스 입구(11,13)가 제공되며 필요한 플라즈마를 생성하는 일련의 전극(15)을 포함한다. 분리된 플라즈마 챔버가 사용되므로 각 플라즈마에 대한 최적의 조건 하에서 작동될 수 있다. 플라즈마 챔버의 전극은 공정의 안정성을 향상시키기 위해 각 플라즈마 흐름에 맞는 자체 저항 브리지에 각각 연결된다.
두 가지 플라즈마가 별도의 통행 구멍(18,38)을 통해 반응 챔버(20)에 들어온다. 실리콘 함유 소스 유체는 제1 플라즈마 챔버(10)와 반응 챔버(20) 간의 통행 구멍(18) 주위의 제3 입구(12)를 통해 플라즈마에 공급되고, 이 플라즈마는 통행 구멍(18)을 통해 반응 챔버(20)로 흐른다. 실리콘 함유 라디칼이 형성되어 기판에 원자 형태로 최종 증착된다. 보조 유체로부터 공급되고 제2 플라즈마 챔버(30)로부터 흐르는 플라즈마는 기판에 직접 공급되어 의도하는 에칭 선구물질을 제공함으로써 결정성 증착을 증대시킨다.
반응 챔버에는 한편으론 실리콘 라디칼 농후 플라즈마와 다른 한편으론 에칭 선구물질에 동시에 노출되는 기판(24)을 갖는 기판 홀더(22)가 위치한다. 4불화실리콘이 실리콘 함유 유체로 적용되고 다른 매개변수는 이전 실시의 경우와 동일하다. 이 경우에도 500℃ 훨씬 아래에 유지된 기판 온도에서 3nm/s 이상의 증착 속도로 미소결정성 실리콘 층이 증착된다. 여기서도 소스 유체의 50% 이상의 효율이 달성된다.
본 발명은 고 증착 속도 및 고 효율로 인해 산업적 규모로 적용하기에 적합한 결정성 실리콘 층 제조공정을 제공하는데, 비교적 낮은 기판 온도로 인해 플라스틱이나 내열성이 적은 기타 물질로된 기판에 적용될 수 있다.
기판 홀더를 통해 기판과 플라즈마 사이에 적합한 바이어스 전압이 적용되어 플라즈마로부터 기판으로 이온을 더욱 잡아당긴다. 이것은 이온 에너지를 증대시켜 수득된 구조의 밀도를 증가시킨다.

Claims (21)

  1. 플라즈마가 적어도 하나의 플라즈마 챔버 내에서 발생하며, 반응 챔버 내에서 기판이 실리콘 증착용 실리콘 함유 소스유체에 노출되는, 플라즈마를 사용하여 기판에 적어도 부분적으로 결정성인 실리콘층을 증착하는 방법에 있어서,
    반응 챔버 내에서 기판이 실리콘 증착용 실리콘 함유 소스유체에 노출됨과 동시에 비-결정성 결합의 실리콘 원자를 선택적으로 에칭할 수 있는 보조 유체에 노출되고, 기판으로의 두 유체 경로에 압력 강하가 적용됨을 특징으로 하는 증착 방법
  2. 제1항에 있어서, 보조 유체가 수소, 염소 및 불소 함유 화합물에서 선택됨을 특징으로 하는 방법
  3. 제2항에 있어서, 수소가 보조 유체로 적용됨을 특징으로 하는 방법
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실란, 디실란 및 4불화실리콘에서 선택된 화합물이 소스 유체로 적용됨을 특징으로 하는 방법
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판이 주기율표 III족 및 V족 원소, 특히 붕소, 인, 비소 또는 안티몬을 함유한 도핑 유체에 더욱 노출됨을 특징으로 하는 방법
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판이 탄소 함유 도핑 유체에 더욱 노출됨을 특징으로 하는 방법
  7. 제1항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판이 또한 불활성 캐리어 유체에 노출됨을 특징으로 하는 방법
  8. 제7항에 있어서, 0족 가스에서 캐리어 유체가 선택됨을 특징으로 하는 방법
  9. 제8항에 있어서, 아르곤이 캐리어 유체로 적용됨을 특징으로 하는 방법
  10. 제7항에 있어서, 캐리어 유체와 보조 유체가 적어도 하나의 플라즈마 챔버에 둘 다 주입되고 기판으로의 캐리어 유체와 보조 유체의 경로에 소스 유체가 공급됨을 특징으로 하는 방법
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 소스 유체와 동일한 양으로 보조 유체가 적용됨을 특징으로 하는 방법
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 소스 유체의 10-1000배의 양으로 보조 유체가 적용됨을 특징으로 하는 방법
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 반응 챔버에 기판이 수용되고 플라즈마 챔버에서 플라즈마 아크가 발생되며 플라즈마 챔버보다 낮은 압력이 반응 챔버에서 생성되고 통행 구멍을 통해 플라즈마 챔버와 반응 챔버가 서로 소통함을 특징으로 하는 방법
  14. 제13항에 있어서, 적어도 보조 유체가 플라즈마 챔버에 주입되고 소스 유체는 반응 챔버에 있는 통행 구멍 주위에 공급됨을 특징으로 하는 방법
  15. 제13항에 있어서, 반응 챔버는 추가 통행 구멍을 통해 추가 플라즈마 아크가 발생되는 추가 플라즈마 챔버와 소통하게 배치되고 적어도 보조 유체가 플라즈마 챔버에 주입되고 상이한 조성의 하나 이상의 유체가 추가 플라즈마 챔버에 주입됨을 특징으로 하는 방법
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기판과 플라즈마 사이에 바이어스 전압이 적용됨을 특징으로 하는 방법
  17. 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 챔버, 통행 구멍을 통해 플라즈마 챔버와 소통하며 기판 홀더를 갖춘 반응 챔버, 소스 유체 공급 수단을 포함하는 기판상에 적어도 부분적으로 결정성인 실리콘 층을 증착하는 장치에 있어서, 플라즈마 챔버에 보조 유체 공급 수단이 제공되며 장치가 작동하는 동안 플라즈마 챔버와 기판 홀더 간에 압력 강하를 적용하기 위해 펌프 수단이 제공됨을 특징으로 증착 장치
  18. 제17항에 있어서, 소스 유체 공급 수단이 통행 구멍 후방으로부터 반응 챔버로 진출하며 보조 유체가 통행 구멍 전방에서 플라즈마 챔버에 흘러나옴을 특징으로 하는 장치
  19. 제17항 또는 18항에 있어서, 반응 챔버가 추가 통행 구멍을 통해 추가 플라즈마 챔버와 소통하고 추가 플라즈마 챔버에 추가 유체나 유체 혼합물을 공급하는 수단이 제공됨을 특징으로 하는 장치
  20. 제19항에 있어서, 보조 유체 공급 수단이 제공된 제1 플라즈마 챔버가 추가 플라즈마 챔버보다 기판에 더 가까이 배치됨을 특징으로 하는 장치
  21. 제17항 또는 제18항에 있어서, 장치가 작동하는 동안 플라즈마 챔버와 기판 홀더 사이에 전위차가 적용됨을 특징으로 하는 장치
KR1020037013272A 2001-04-16 2002-04-12 기판상에 적어도 부분적인 결정성 실리콘 층을 증착하는 방법 및 장치 KR100758921B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1017849A NL1017849C2 (nl) 2001-04-16 2001-04-16 Werkwijze en inrichting voor het deponeren van een althans ten dele kristallijne siliciumlaag op een substraat.
NL1017849 2001-04-16
PCT/NL2002/000244 WO2002083979A2 (en) 2001-04-16 2002-04-12 Process and device for the deposition of an at least partially crystalline silicium layer on a substrate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030092060A KR20030092060A (ko) 2003-12-03
KR100758921B1 true KR100758921B1 (ko) 2007-09-14

Family

ID=19773241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020037013272A KR100758921B1 (ko) 2001-04-16 2002-04-12 기판상에 적어도 부분적인 결정성 실리콘 층을 증착하는 방법 및 장치

Country Status (17)

Country Link
US (1) US7160809B2 (ko)
EP (1) EP1381710B1 (ko)
KR (1) KR100758921B1 (ko)
CN (1) CN1279211C (ko)
AT (1) ATE420221T1 (ko)
AU (1) AU2002253725B2 (ko)
BR (1) BR0208601A (ko)
CA (1) CA2442575C (ko)
CY (1) CY1108949T1 (ko)
DE (1) DE60230732D1 (ko)
ES (1) ES2321165T3 (ko)
MX (1) MXPA03008426A (ko)
NL (1) NL1017849C2 (ko)
PT (1) PT1381710E (ko)
RU (1) RU2258764C1 (ko)
WO (1) WO2002083979A2 (ko)
ZA (1) ZA200307301B (ko)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7821637B1 (en) 2007-02-22 2010-10-26 J.A. Woollam Co., Inc. System for controlling intensity of a beam of electromagnetic radiation and method for investigating materials with low specular reflectance and/or are depolarizing
CN102047066B (zh) * 2008-04-14 2013-01-16 赫姆洛克半导体公司 用于沉积材料的制造设备和其中使用的电极
EP2141259B1 (en) * 2008-07-04 2018-10-31 ABB Schweiz AG Deposition method for passivation of silicon wafers
US7927984B2 (en) * 2008-11-05 2011-04-19 Hemlock Semiconductor Corporation Silicon production with a fluidized bed reactor utilizing tetrachlorosilane to reduce wall deposition
US20120213929A1 (en) * 2011-02-18 2012-08-23 Tokyo Electron Limited Method of operating filament assisted chemical vapor deposition system
US10011920B2 (en) 2011-02-23 2018-07-03 International Business Machines Corporation Low-temperature selective epitaxial growth of silicon for device integration
EP2694700B1 (en) 2011-04-07 2016-11-16 Picosun Oy Atomic layer deposition with plasma source
JP6110106B2 (ja) * 2012-11-13 2017-04-05 Ｊｓｗアフティ株式会社 薄膜形成装置
WO2014080067A1 (en) 2012-11-23 2014-05-30 Picosun Oy Substrate loading in an ald reactor
RU2650381C1 (ru) * 2016-12-12 2018-04-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского" Способ формирования тонких пленок аморфного кремния
RU2733941C2 (ru) * 2019-04-01 2020-10-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) Способ изготовления полупроводниковой структуры

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000074932A1 (en) 1999-06-03 2000-12-14 The Penn State Research Foundation Deposited thin film void-column network materials

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60257130A (ja) * 1984-06-01 1985-12-18 Res Dev Corp Of Japan ラジカルビ−ムを用いた薄膜形成方法
JPS60194065A (ja) * 1984-11-09 1985-10-02 Hitachi Ltd 分子線堆積方法
EP0241317B1 (en) * 1986-04-11 1993-03-10 Canon Kabushiki Kaisha Process for forming deposited film
NL8701530A (nl) * 1987-06-30 1989-01-16 Stichting Fund Ond Material Werkwijze voor het behandelen van oppervlakken van substraten met behulp van een plasma en reactor voor het uitvoeren van die werkwijze.
CN1052116C (zh) * 1994-06-15 2000-05-03 精工爱普生株式会社 薄膜半导体器件的制造方法
US6152071A (en) * 1996-12-11 2000-11-28 Canon Kabushiki Kaisha High-frequency introducing means, plasma treatment apparatus, and plasma treatment method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000074932A1 (en) 1999-06-03 2000-12-14 The Penn State Research Foundation Deposited thin film void-column network materials

Also Published As

Publication number Publication date
US20040097056A1 (en) 2004-05-20
AU2002253725B2 (en) 2006-10-05
RU2003133288A (ru) 2005-05-10
MXPA03008426A (es) 2004-11-12
KR20030092060A (ko) 2003-12-03
CY1108949T1 (el) 2014-07-02
EP1381710B1 (en) 2009-01-07
BR0208601A (pt) 2004-03-23
CN1503857A (zh) 2004-06-09
NL1017849C2 (nl) 2002-10-30
DE60230732D1 (de) 2009-02-26
WO2002083979A2 (en) 2002-10-24
ATE420221T1 (de) 2009-01-15
WO2002083979A3 (en) 2003-04-24
US7160809B2 (en) 2007-01-09
ZA200307301B (en) 2004-05-21
RU2258764C1 (ru) 2005-08-20
CA2442575C (en) 2011-07-19
PT1381710E (pt) 2009-04-15
CA2442575A1 (en) 2002-10-24
ES2321165T3 (es) 2009-06-03
EP1381710A2 (en) 2004-01-21
CN1279211C (zh) 2006-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11680314B2 (en) Films of desired composition and film properties
US20210320003A1 (en) Method of forming a nitrogen-containing carbon film and system for performing the method
CN112673123B (zh) 基于远程等离子体的硼氮化物、硼碳化物和硼碳氮化物膜的沉积
KR100758921B1 (ko) 기판상에 적어도 부분적인 결정성 실리콘 층을 증착하는 방법 및 장치
JP2016197719A (ja) ３ｄ ｎａｎｄメモリデバイスにおける垂直エッチング性能の改善のための、膜のプラズマ化学気相堆積
TW201631660A (zh) 氮化鈦移除
US20060240188A1 (en) Chemical vapor deposition apparatus
KR20030040061A (ko) 배리어 금속막 제조 장치, 배리어 금속막 제조 방법,금속막 제조 방법, 및 금속막 제조 장치
TW201729283A (zh) 氧化矽的自對準遮蔽
AU2002253725A1 (en) Process and device for the deposition of an at least partially crystalline silicium layer on a substrate
US20200190664A1 (en) Methods for depositing phosphorus-doped silicon nitride films
WO2019190751A1 (en) Remote capacitively coupled plasma deposition of amorphous silicon
RU2769751C1 (ru) Устройство для нанесения сверхтолстых слоев поликристаллического кремния
JPH04298023A (ja) 単結晶シリコン薄膜の製造方法
JPH11102871A (ja) 半導体単結晶薄膜の製造方法
KR20240008788A (ko) 실리콘 질화물을 선택적으로 증착하는 방법, 및 선택적으로 증착된 실리콘 질화물 층을 포함하는 구조체
CN117253774A (zh) 用于形成包含氧化硅的层的方法和系统
TW202419670A (zh) 選擇性沉積氮化矽之方法與包括經組態以執行此方法的控制器的系統及包括經選擇性沉積之氮化矽層的結構
CN117203739A (zh) 金属掺杂的硼膜
KR20000052005A (ko) 고밀도 플라즈마를 이용한 다결정 실리콘 및 도핑된 다결정 실리
JPH04298022A (ja) 単結晶シリコン薄膜の製造方法
KR20020055890A (ko) 반도체 소자의 선택적 에피택셜 성장법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20110908

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee