KR20060081296A - 실리콘 필름의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
양질의 실리콘 필름의 제조방법에 관해 개시된다. 본 발명에 따른 실리콘 필름의 제조방법은, 절연성 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 위에 금속, 화합물 및 산화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 버퍼층을 형성하는 단계, 상기 버퍼층을 가열하여 결정화시키는 단계 및 상기 버퍼층 위에 에피텍셜 성장에 의해 실리콘 필름을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 필름의 제조방법을 보여주는 공정흐름도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10:절연성 기판 12, 12a:버퍼층
14:Si 필름 20:가열부
본 발명은 실리콘 필름의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열에 약한 기판 상에 우수한 결정성과 균일성 및 높은 캐리어 이동도를 가지는 실리콘 필름을 형성할 수 있는 실리콘 필름의 제조방법에 관한 것이다.
다결정 실리콘(poly crystalline Si, poly-Si)은 비정질 실리콘(amorphous Si, a-Si)에 비해 높은 이동도(mobility)를 가지기 때문에 평판 디스플레이 소자 뿐 아니라 태양전지 등 다양한 전자 소자 등에 응용된다. 이러한 다결정 실리콘은 단결정 실리콘에 비해서는 역시 이동도 및 균질성 등이 좋지 못하다.
단결정 실리콘은 특히 시스템이 디스플레이 패널 자체에 형성되는 SOP(system on panel) 구조에 매우 유용하다. 단결정 실리콘의 이동도는 300cm2/Vs 이상이다. 이러한 고이동도의 단결정 실리콘으로 부터 디스플레이 소자등의 사용되는 양질의 스위칭 소자를 얻을 수 있다.
종래 다결정 실리콘 필름을 얻기 위하여, 기판 위에 비정질 실리콘 필름(amorphous Si film)을 먼저 형성하고, 상기 비정질 실리콘 필름을 엑시머 레이저 또는 CW 레이저로 어닐링하는 방법이 이용되었다. 상기 엑시머 레이저 또는 CW 레이저 등을 이용하여 비정질 실리콘 필름의 한정된 영역을 순간 용융시킨 다음 응고시켜서 다결정 실리콘 필름이 얻어질 수 있다. 그러나, 이와 같은 종래의 실리콘 필름의 형성방법에 의하면, 고가(high cost)의 레이저 장치가 이용되어야 하기 때문에, 실리콘 필름의 제조단가가 크다. 또한, 종래의 제조방법에서는 한 번에 대면적의 비정질 실리콘 필름을 열처리할 수가 없었기 때문에, 대면적의 다결정 실리콘 필름을 얻을 수 없었다. 또한, 어닐링에 의해 결정화되는 결정립은 가로×세로, 20㎛×3㎛ 정도의 작은 크기로 제한되어, 종래 제조방법에 의해 얻어진 다결정 실리콘 필름은 그레인 바운더리 등과 같은 결함을 다수 포함하였다. 이러한 그레인 바운더리(grain boundary) 등의 결함으로 인하여 상기 다결정 실리콘 필름에서 균일한 결정성을 얻기가 곤란하였으며, 캐리어 이동도가 낮았다. 따라서, 우수한 결정성과 균일성 및 높은 캐리어 이동도를 가지는 실리콘 필름을 형성할 수 있는 실리콘 필름의 제조방법의 개발이 요구되었다.
본 발명의 목적은 열에 약한 기판 상에 우수한 결정성과 균일성 및 높은 캐리어 이동도를 가지는 실리콘 필름을 형성할 수 있는 실리콘 필름의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 실리콘 필름의 제조방법은,
절연성 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 위에 금속, 화합물 및 산화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 버퍼층을 형성하는 단계;
상기 버퍼층을 가열하여 결정화시키는 단계; 및
상기 버퍼층 위에 에피텍셜 성장에 의해 실리콘 필름을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 절연성 기판은 유리 기판 및 플라스틱 기판 중에서 선택된다. 또한, 상기 금속, 화합물 및 산화물은 각각 실리콘의 용융점 보다 낮은 용융점을 가지는 물질 중에서 선택된다.
상기 버퍼층을 가열하여 결정화시키는 단계;에서,
상기 버퍼층을 국부적으로 가열하는 띠 형태의 가열부로 상기 버퍼층을 가열하되, 상기 버퍼층의 전면에 대해 상기 가열부를 상대적으로 이동시켜 상기 버퍼층 전체를 가열한다. 여기에서, 상기 가열부는 라인히터, 수은램프히터, 제논램프히터 및 레이저장치로 이루어지는 그룹에서 선택된다.
바람직하게, 상기 실리콘 필름은 CVD(chemical vapor deposition) 방법에 의 해 형성된다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실리콘 필름의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 필름의 제조방법을 보여주는 공정흐름도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 먼저 유리 기판 또는 플라스틱 기판 등과 같은 절연성 기판(10)을 준비한다. 그 다음에 상기 기판(10) 위에 금속, 화합물 및 산화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 버퍼층(12)을 형성한다. 이 때, 상기 금속, 화합물 및 산화물은 각각 실리콘의 용융점(예를 들어, 1410℃) 보다 낮은 용융점을 가지는 물질 중에서 선택되어야 한다. 상기 버퍼층(12)은 공지된 박막 증착 방법, 예를 들어 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 또는 스퍼터링(sputtering) 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼층(12)을 가열하여 결정화(crystallization)시킨다. 예를 들어, 상기 버퍼층(12)을 국부적으로 가열하는 띠 형태의 가열부(20)로 상기 버퍼층(12)을 가열한다. 상기 버퍼층(12)의 전면에 대해 상기 가열부(20)가 상대적으로 이동될 수 있으며, 상기 가열부(20)를 이동시켜 상기 버퍼층(12) 전체를 가열한다. 상기 가열부(20)는 라인히터, 수은램프히터, 제논램프히터 및 레이저 장치로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나이다. 특히, 상기 라인히터, 수은램프히터, 제논램프히터 등은 저가(low cost)의 장비이기 때문에, 실리콘 필름의 제조공정에 있어서 제조비용이 절감될 수 있다. 이와 같은 방법 에 의해 상기 버퍼층(12)을 가열하여, 상기 기판(10) 위에 결정화된 버퍼층(12a)을 얻을 수 있다.
마지막으로, 도 1e에 도시된 바와 같이, 결정화된 상기 버퍼층(12a) 위에 에피텍셜 성장에 의해 실리콘 필름(14)을 형성한다. 상기 실리콘 필름(14)은 공지된 박막증착 방법, 예를 들어 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법에 의해 형성될 수 있다. 상기 실리콘 필름(14)은 약 100 내지 200nm의 두께로 형성된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 플라스틱이나 유리와 같이 열에 취약한 기판 상에 양질의 실리콘 필름을 용이하게 얻을수 있다. 특히, 결정화된 버퍼층 위에 실리콘 필름이 결정성장법에 의해 형성되기 때문에, 단결정(single crystal) 실리콘 필름 또는 단결정 수준의 다결정 실리콘 필름(poly crystalline Si film)을 얻을 수 있다. 이와 같은 실리콘 필름은 양질로서 결정성과 균일성(uniformity)이 모두 우수하며, 높은 캐리어 이동도를 가진다. 또한, 본 발명에 따른 실리콘 필름의 제조방법에 의하면, 제조공정이 간단하며, 버퍼층의 결정화를 위해 저가(low cost)의 가열장치가 이용될 수 있어, 제조비용이 절감된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 플라스틱이나 유리와 같이 열에 취약한 기판 상에 양질의 실리콘 필름을 용이하게 얻을수 있다. 특히, 결정화된 버퍼층 위에 실리콘 필름이 결정성장법에 의해 형성되기 때문에, 단결정(single crystal) 실리콘 필름 또는 단결정 수준의 다결정(poly crystal) 실리콘 필름을 얻을 수 있다. 이와 같은 실리콘 필름은 양질로서 결정성과 균일성(uniformity)이 모두 우수하며, 높은 캐리어 이동도를 가진다.
또한, 본 발명에 따르면, 플라스틱이나 유리기판 상에 대면적의 실리콘 필름을 형성할 수 있으며, 이러한 실리콘 필름을 이용하여 SOG(system on glass)와 SOP(system on plastic)를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 실리콘 필름의 제조방법을 응용하면, 재현성이 뛰어나고 부품간 성능차가 적은 고성능의 TFT가 제조될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실리콘 필름의 제조방법에 의하면, 제조공정이 간단하며, 버퍼층의 결정화를 위해 저가의 가열장치가 이용될 수 있어, 제조비용이 절감되며, 종래 방법에 의한 경우보다 우수한 품질의 실리콘 결정박막을 얻을 수 있다.
이러한 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 몇몇의 모범적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었으나, 이러한 실시예들은 단지 넓은 발명을 예시하고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 구조와 배열에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이며, 이는 다양한 다른 수정이 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
Claims (6)
- 절연성 기판을 준비하는 단계;상기 기판 위에 금속, 화합물 및 산화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나의 물질로 버퍼층을 형성하는 단계;상기 버퍼층을 가열하여 결정화시키는 단계; 및상기 버퍼층 위에 에피텍셜 성장에 의해 실리콘 필름을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 필름의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 버퍼층을 가열하여 결정화시키는 단계;에서,상기 버퍼층을 국부적으로 가열하는 띠 형태의 가열부로 상기 버퍼층을 가열하되, 상기 버퍼층의 전면에 대해 상기 가열부를 상대적으로 이동시켜 상기 버퍼층 전체를 가열하는 것을 특징으로 하는 실리콘 필름의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 가열부는 라인히터, 수은램프히터, 제논램프히터 및 레이저장치로 이루어지는 그룹에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 필름의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속, 화합물 및 산화물은 각각 실리콘의 용융점 보다 낮은 용융점을 가지는 물질 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 필름의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 절연성 기판은 유리 기판 및 플라스틱 기판 중에서 선택되는 것을 특징 으로 하는 실리콘 필름의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 실리콘 필름은 CVD(chemical vapor deposition) 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 필름의 제조방법.
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