KR20100042150A - Low temperature polysilicon deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 저온 다결정실리콘 증착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 공정시간을 단축하면서도 균일하고 재현성 있게 저온 다결정실리콘을 증착하도록 한 저온 다결정실리콘 증착장치에 관한 것이다.The present invention relates to a low temperature polysilicon deposition apparatus, and more particularly, to a low temperature polysilicon deposition apparatus for depositing low temperature polysilicon uniformly and reproducibly while shortening the process time.
평판 디스플레이(Flat Panel Display FPD) 시장에서 티에프티 엘시디(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display: TFT-LCD)의 비중이 급격히 성장하고 있다. 하지만 엘시디(LCD) 기술이, 자체 발광이 불가능한 원천적인 한계가 있기 때문에 최근에는 오엘이디(OLED: Organic Light Emitting Diode) 디스플레이의 연구가 활발히 진행되고 있다. In the flat panel display (FPD) market, the share of thin film transistor liquid crystal display (TFT-LCD) is rapidly growing. However, since LCD technology has a limitation inherent in self-luminous, research on OLED (Organic Light Emitting Diode) displays has been actively conducted in recent years.
오엘이디(OLED) 디스플레이는, 수동형 매트릭스형 오엘이디(passive matrix type OLED)와 능동형 매트릭스형 오엘이디(active matrix type OLED: AMOLED)로 구분될 수 있다. 능동형 매트릭스형 오엘이디(AMOLED)는, 저전압구동에 따른 소비전력 감소와, 안정성 향상, 및 대면적화 측면에서 수동형 매트릭스형 오엘이디보다 훨씬 유리하다. 이러한 능동형 매트릭스형 오엘이디(AMOLED)를 제조하기 위해서는, 반도체소자의 제조, 티에프티(TFT) 및 어레이(array)의 제조가 필수적인데, 그 재료로서는 다결정 실리콘, 특히, 전류공급능력 및 안정성 측면에서 유리한 저온 다결정실리콘(low temperature polysilicon)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.An OLED display may be classified into a passive matrix type OLED and an active matrix type OLED (AMOLED). The active matrix type AMEL is much more advantageous than the passive matrix type LED in terms of power consumption reduction, stability improvement, and large area due to low voltage driving. In order to manufacture such an active matrix type AMOLED, it is necessary to manufacture semiconductor devices, TFTs and arrays, which are polycrystalline silicon, particularly in terms of current supply capability and stability. Advantageous research on low temperature polysilicon is being actively conducted.
또한 태양광발전기술에서도 저온 다결정실리콘 막의 중요성이 점차 커지고 있다. 이는, 태양광발전기술이 무공해, 무한정 특성을 가진 가장 유망한 대체에너지기술의 하나이면서, 결정질 실리콘(c-Si)의 우수한 특성과 비정질 실리콘의 대량생산공정의 장점을 다결정실리콘 태양전지에서 결합할 수 있기 때문이다.In addition, the importance of low temperature polysilicon film is increasing in the photovoltaic technology. This is one of the most promising alternative energy technologies with no pollution and no limit in solar power technology, and it can combine the excellent properties of crystalline silicon (c-Si) and the advantages of mass production process of amorphous silicon in polycrystalline silicon solar cells. Because there is.
이러한 저온 다결정실리콘을 형성하는 방법으로는, 유리기판 위에 비정질 실리콘 막을 성장시킨 후, 레이저를 이용하여 비정질 실리콘 막을 결정화시키는 레이저(laser) 기법이 있다. 레이저(laser) 기법은, 가스 레이저로서 엑시머 레이저를 사용하는 엑시머 레이저 어닐링법(Excimer Laser Anneal: ELA)과, 수평방향의 결정 성장을 유도하는 순차적 측면 고상화법(Sequential Lateral Solidification: SLS )로 구분할 수가 있다.As a method of forming such low-temperature polycrystalline silicon, there is a laser technique in which an amorphous silicon film is grown on a glass substrate, and then the amorphous silicon film is crystallized using a laser. Laser techniques can be divided into Excimer Laser Anneal (ELA), which uses an excimer laser as a gas laser, and Sequential Lateral Solidification (SLS), which induces horizontal crystal growth. have.
이러한 기술을 구현하기 위하여, 미국특허 제5869803호, 미국특허 제7011709호, 미국특허 제5840118호, 미국특허 제6635554호 등에서 레이저장비 관련 기술이 개시되어 있다. 대부분 레이저장비 관련 기술은, 레이저빔(laser beam)과 실리콘(si) 간의 폭발적인 순간반응에 의한 근원적인 문제를 해결하기 위한 것이 다. 그러나 이러한 기술들은 가스레이저 방법, 특히 엑시머 레이저 어닐링(ELA)의 펄스간 안정도가 낮은 문제점을 갖고 있기 때문에, 이러한 문제점을 해소하기 위하여, 고체레이저를 사용하는 디피에스에스(Diode Pumped Solid State: DPSS) 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. In order to implement such a technique, a laser apparatus related technology is disclosed in US Pat. No. 5879803, US Pat. No. 7071709, US Pat. 5840118, US Pat. No. 6535554, and the like. Most of the laser equipment related technology is to solve the root problem caused by the explosive instant reaction between the laser beam and the silicon (si). However, since these techniques have a problem of low inter-pulse stability of the gas laser method, particularly excimer laser annealing (ELA), to solve this problem, the Diode Pumped Solid State (DPSS) technology using a solid laser. Research is ongoing.
한편, 레이저기법의 레이저빔과 실리콘 간의 폭발적인 순간반응에 의한 문제점을 해결하기 위하여, 고상 결정화법, 금속 유도 결정화법, 금속 유도 측면 결정화법 등을 이용한 논레이저(non-laser) 기법이 있다. 고상 결정화법은, 유리기판 상의 비정질 실리콘을 열처리하여 결정화하는 기술로서, 유리기판의 가열에 의한 열 충격과, 유리기판 상의 급격한 온도구배로 인한 유리기판의 변형을 초래할 수가 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 비정질 실리콘 상에 니켈(Ni), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd) 등의 다양한 금속 촉매를 도포함으로써 저온에서 결정화를 유도하는 금속 유도 결정화(MIC) 방법이 제안되었다.On the other hand, in order to solve the problems caused by the explosive instant reaction between the laser beam and silicon of the laser technique, there is a non-laser technique using a solid phase crystallization method, metal induced crystallization method, metal induced side crystallization method. The solid phase crystallization method is a technique of crystallizing by heat treatment of amorphous silicon on a glass substrate, which may cause deformation of the glass substrate due to heat shock and rapid temperature gradient on the glass substrate. In order to solve this problem, metal induced crystallization (MIC) method that induces crystallization at low temperature by applying various metal catalysts such as nickel (Ni), copper (Cu), aluminum (Al), palladium (Pd) on amorphous silicon This has been proposed.
그러나 금속 유도 결정화(MIC) 방법은, 티에프티(TFT)의 활성 영역에 상당한 양의 금속이 확산되기 때문에 금속오염에 의한 누설전류의 증가를 나타낼 수가 있다. 이러한 금속오염에 의한 누설전류의 증가를, 소스 영역과 드레인 영역에 금속을 증착한 다음 이를 시드(seed)로 삼아서 금속을 게이트 영역을 향해 측면 성장시키는 금속 유도 측면 결정화(MILC) 방법에 의해 억제할 수 있다. 그러나 소스 영역과 드레인 영역에서 각각 성장해가는 금속이, 게이트 영역의 중간 하부에서 서로 만남으로써 금속오염을 발생케 하므로 누설전류 증가의 요인이 여전히 존재한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 덮개층을 이용한 금속 유도 결정화법(MICC)이 제안되어 있다. However, the metal induced crystallization (MIC) method may exhibit an increase in leakage current due to metal contamination because a substantial amount of metal diffuses into the active region of the TFT. This increase in leakage current due to metal contamination can be suppressed by a metal induced side crystallization (MILC) method in which metal is deposited in the source and drain regions and then seeded to grow the metal toward the gate region. Can be. However, there is still a factor of increasing leakage current since metals growing in the source region and the drain region, respectively, cause metal contamination by encountering each other in the middle of the gate region. In order to solve this problem, a metal induction crystallization method (MICC) using a cover layer has been proposed.
이러한 논레이저 기술들을 실현하기 위하여, 미국특허 제6653212호, 미국특허 제S6187616호, 미국특허 제5173121호, 미국특허 제6747254호 등에서 논레이저장비 관련 기술이 제시되어 있다.In order to realize these non-laser technologies, non-laser equipment related technologies are proposed in US Pat. No. 6,632,212, US Pat. No. 6,616, US Pat.
상기한 모든 저온 다결정실리콘 증착 방법은, 먼저 기판 상에 비정질 실리콘을 증착하고, 그 다음에 이를 다결정실리콘으로 변환하는 방법이다. 이러한 방법은, 두 단계의 공정을 거쳐야 하므로 상기한 기술적인 제한요소들 외에도 상대적으로 비용이 많이 소요되는 고비용 방법이다. 따라서 가장 효율적인 방법은, 1번의 공정으로 기판 상에 다결정 실리콘을 증착하는 직접증착방식이다.All of the above described low temperature polysilicon deposition methods are methods of first depositing amorphous silicon on a substrate and then converting it to polycrystalline silicon. This method is a relatively expensive and expensive method in addition to the above technical limitations because it has to go through a two-step process. Therefore, the most efficient method is the direct deposition method of depositing polycrystalline silicon on a substrate in one process.
기판 상에 다결정실리콘을 직접 증착하는 방식으로는 주로 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 방법을 사용하는데, 피이시브이디(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD), 에이치더블유시브이디(Hot Wire Chemical Vapor Deposition: HWCVD), 마이크로웨이브시브이디(Micro-Wave Chemical Vapor Deposition: MWCVD) 등의 방법도 연구되고 있다.As a method of directly depositing polysilicon on a substrate, Chemical Vapor Deposition (CVD) is used.Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) and HOT Wire Chemical Vapor Deposition: HWCVD), Micro-Wave Chemical Vapor Deposition (MWCVD), etc. are also being studied.
화학기상증착(CVD) 방법에서, 원료가스로서 주로 실렌(SiH4)과 수소(H2)가 사용된다. 이들을 각각의 에너지원에 의해 H, Si, SiH 등과 같은 수소 라디칼(hydrogen radicals)로 분해함으로써 그 일부는 기판에 실리콘(Si)을 형성하고, 나머지는 2차 혹은 그 이상의 수소 라디칼을 형성하는 방법에 의해 실리콘(Si)을 형성하는데 기여한다. 이때, 실렌(SiH4)과 수소(H2) 가스의 수소 혼합비(또는 실 렌(SiH4)의 농도)를 조절하여 비정질 실리콘에서 다결정실리콘으로의 상전이를 가능하게 함으로써 저온 다결정실리콘을 형성할 수가 있다. 이는, 수소원자가 에천트(etchant)의 역할을 하여 증착표면에서 증착과 에칭 사이의 화학평형(Chemical equilibrium) 상태를 형성함으로써 안정된 실리콘 구조를 형성시킨다는'에칭 모델(etching model)'로써 설명 가능하다. In the chemical vapor deposition (CVD) method, silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) are mainly used as source gases. By decomposing these into hydrogen radicals such as H, Si, SiH, etc. by their respective energy sources, some of them form silicon (Si) on the substrate, and others form secondary or more hydrogen radicals. Thereby forming silicon (Si). At this time, by adjusting the hydrogen mixing ratio (or concentration of silane (SiH 4 )) of the silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) gas to enable the phase transition from amorphous silicon to polysilicon, low-temperature polycrystalline silicon can be formed. have. This can be described as an 'etching model' in which hydrogen atoms act as etchant to form a stable silicon structure by forming a chemical equilibrium state between deposition and etching at the deposition surface.
저온 다결정실리콘을, 능동형 매트릭스형 오엘이디(AMOLED), 태양전지(Photo-voltaic: PV) 등의 산업화에 적용하기 위해서는, 증착율이 높아야 하고, 특히, 태양전지의 실용화에 적용하기 위해서는 100 nm/min의 증착율을 확보하여야 한다. 상기한 화학기상증착(CVD) 방법에서, 실렌(SiH4)의 농도가 증가할수록 저온 다결정실리콘의 증착율이 증가하지만, 증착된 다결정실리콘의 결정성이 낮아져서 비정질 실리콘으로의 상변이가 발생한다. 이는, 상기'에칭 모델'로써 설명 가능한데, 실렌(SiH4)의 유량을 증가시키면 증착속도가 증가하지만 결정화 속도에 비하여 퇴적속도가 빠르므로 증착막의 결정화가 충분히 이루어지지 못하기 때문이다.In order to apply low-temperature polycrystalline silicon to the industrialization of active matrix type OLED (AMOLED), solar cell (Photo-voltaic (PV)), etc., the deposition rate must be high. The deposition rate of should be secured. In the above-described chemical vapor deposition (CVD) method, as the concentration of silane (SiH 4 ) increases, the deposition rate of low-temperature polycrystalline silicon increases, but the crystallinity of the deposited polycrystalline silicon is lowered, resulting in phase transition to amorphous silicon. This can be explained by the 'etching model', because increasing the flow rate of the silane (SiH 4 ) increases the deposition rate but the deposition rate is faster than the crystallization rate, and thus the deposition film is not sufficiently crystallized.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는, 실렌(SiH4)의 온도를 높이거나 실렌(SiH4)의 절대유량을 감소시킴으로써 실렌(SiH4)의 동일한 농도에서 향상된 결정특성을 나타내게 할 수가 있다. 이를 위하여, 기존의 직접증착방식인 플라즈마 시브이디(Plasma CVD)에서는 기판 온도를 상승하거나 전력을 증가시켜야 하고, 에이치더블유시브이디(HWCVD)에서는 열선의 온도를 상승시켜야 하는 문제점이 있다.In order to solve this problem, the xylene is possible to exhibit an improved determination of properties on the same level of absolute by reducing the flow rate of xylene (SiH 4) of (SiH 4) to increase or xylene (SiH 4) the temperature of the. To this end, in the conventional direct deposition method of plasma CVD (Plasma CVD) has to increase the substrate temperature or increase the power, in HWCVD (HWCVD) there is a problem to increase the temperature of the hot wire.
따라서 본 발명의 목적은, 증착속도를 향상시키면서도 향상된 결정특성을 얻도록 한 저온 다결정실리콘 증착장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a low-temperature polycrystalline silicon deposition apparatus that obtains improved crystal characteristics while improving the deposition rate.
본 발명의 다른 목적은, 공정시간을 단축하면서도 향상된 결정특성을 얻도록 한 저온 다결정실리콘 증착장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a low-temperature polysilicon deposition apparatus that achieves improved crystal characteristics while shortening processing time.
본 발명의 다른 목적은, 제조비용을 낮추도록 한 저온 다결정실리콘 증착장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a low-temperature polysilicon deposition apparatus to lower the manufacturing cost.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 저온 다결정실리콘 증착 장치는, 화학기상증착공정의 반응 공간을 확보하기 위한 챔버를 가진 챔버부; 상기 챔버에, 저온 다결정실리콘을 증착하기 위한 원료가스와 보조가스를 시분할하여 주입하는 가스공급부; 상기 챔버 내에 설치되어, 기판을 지지하기 위한 기판치구와, 상기 기판을 상기 저온 다결정실리콘을 증착하기 위한 온도로 가열하는 히터부를 갖는 기판부; 상기 주입된 원료가스를 플라즈마화하여 상기 저온 다결정실리콘을 증착하도록 상기 기판치구에 직접 바이어스를 인가하는 에너지공급부; 및 상기 챔버에 연통되어, 상기 챔버를 배기하는 배기부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Low temperature polysilicon deposition apparatus according to the present invention for achieving the above object, the chamber portion having a chamber for securing the reaction space of the chemical vapor deposition process; A gas supply unit for time-dividing and injecting a source gas and an auxiliary gas for depositing low-temperature polycrystalline silicon into the chamber; A substrate portion provided in the chamber and having a substrate fixture for supporting a substrate, and a heater portion for heating the substrate to a temperature for depositing the low temperature polycrystalline silicon; An energy supply unit configured to directly apply a bias to the substrate fixture to convert the injected source gas into a plasma to deposit the low temperature polycrystalline silicon; And it is in communication with the chamber, characterized in that it comprises an exhaust for exhausting the chamber.
바람직하게는, 상기 바이어스를 안정적으로 상기 기판치구에 인가하기 위하여, 상기 기판치구와 상기 히터부를 절연하는 절연부재가 상기 기판치구와 상기 히 터부 사이에 설치될 수 있다.Preferably, in order to stably apply the bias to the substrate jig, an insulating member insulating the substrate jig and the heater may be provided between the substrate jig and the heater.
바람직하게는, 상기 챔버 내에서 발생하는 플라즈마에 의한 손상으로부터 상기 히터부를 보호하기 위한 보호부재가 상기 히터부의 측면부에 설치될 수 있다.Preferably, a protective member for protecting the heater unit from damage caused by plasma generated in the chamber may be provided on the side portion of the heater unit.
바람직하게는, 상기 히터부로서, 열선식 히터부와 램프식 히터부 중 어느 하나를 사용하는 것이 가능하다.Preferably, as the heater unit, it is possible to use any one of a hot wire heater unit and a lamp heater unit.
바람직하게는, 상기 원료가스로서, 실렌(SiH4)과 수소(H2) 뿐만 아니라, 수소 플라즈마에 의해 실리콘 원자를 포함하는 수소 라디칼(hydrogen radicals) 형태로 분해 혹은 전리 가능한 가스를 사용할 수 있다.Preferably, as the source gas, not only silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) but also a gas capable of being decomposed or ionized in the form of hydrogen radicals containing silicon atoms by hydrogen plasma may be used.
바람직하게는, 상기 가스공급부의 원료가스 및 보조가스를 시분할하여 상기 챔버의 가스유입구와 배기구로 공급하는 것이 가능하다.Preferably, the source gas and the auxiliary gas of the gas supply unit may be time-divided and supplied to the gas inlet and the exhaust port of the chamber.
바람직하게는, 상기 보조가스로서는 수소와 수소 라디칼의 해리(dissociation)를 증가시키는 아르곤(Ar) 가스를 사용하는 것이 가능하다.Preferably, as the auxiliary gas, it is possible to use argon (Ar) gas which increases dissociation of hydrogen and hydrogen radicals.
본 발명에 의하면, 진공 챔버 내에서 기판에 바이어스를 인가하여 시분할 가스 공급 장치를 통해 인가된 원료가스를 분해 또는 전리시킴으로써 그 수소 라디칼을 기판으로 끌어당겨 기판 상에 저온 다결정실리콘을 증착할 수 있으므로 저비용으로 균일하고 재현성 있게 증착할 수 있다.According to the present invention, a bias is applied to a substrate in a vacuum chamber to decompose or ionize an applied source gas through a time-division gas supply device, thereby attracting hydrogen radicals to the substrate and depositing low-temperature polycrystalline silicon on the substrate. Can be deposited uniformly and reproducibly.
이하, 본 발명에 의한 저온 다결정실리콘 증착장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a low temperature polysilicon deposition apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은, 본 발명에 의한 저온 다결정실리콘 증착장치의 개략 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 저온 다결정실리콘 증착장치(100)는, 기판 바이어스 타입의 저온 다결정실리콘 증착장치로서, 챔버부(10), 가스공급부(20), 기판부(30), 에너지공급부(40) 및 배기부(50)를 포함하여 구성된다. 1 is a schematic configuration diagram of a low-temperature polycrystalline silicon vapor deposition apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 1, the low temperature
여기서, 챔버부(10)는, 피이시브이디(PECVD) 등과 같은 화학기상증착방법에 의해 코팅 물질을 코팅하기 위하여, 고진공의 내부 반응공간을 확보하는 챔버(11)를 가진다. 챔버(11)의 외측에는, 챔버(11)의 내부 압력을 측정하기 위한 압력게이지(13)가 일반적으로 설치된다. 챔버(11) 내의 반응 압력은, 저온 다결정실리콘 증착에 적절한 반응 압력, 예를 들어 10-4Torr ~ 10-1 Torr가 바람직하다.Here, the
가스공급부(20)는, 저온 다결정실리콘 증착을 위한 원료가스와 보조가스를 공급하기 위한 부분으로서, 제1,2,3 가스유량제어장치(21a, 21b,21c), 제1,2,3 원 가스밸브(23a,23b,23c), 제1,2,3 메인가스밸브(25a,25b,25c), 제1,2,3바이패스가스밸브(27a,27b,27c), 및 가스유입구(29)를 포함하여 구성된다. 제1,2,3가스유량제어장치(21a, 21b,21c)는 각각의 가스공급관을 통하여 공급되는 원료가스와 보조가스의 유량을 제어한다.The
제1,2,3가스밸브(23a,23b,23c)의 각각은, 제1,2,3가스유량제어장치(21a, 21b,21c) 전단의 가스공급관에 설치되어, 가스공급관을 개폐함으로써 가스공급관을 통하여 제1,2,3가스유량제어장치(21a, 21b,21c) 측으로 원료가스와 보조가스를 흘러가게 하거나 흘러가지 못하게 한다.Each of the first, second, and
제1,2,3메인가스밸브(25a,25b,25c)의 각각은, 제1,2,3가스유량제어장치(21a, 21b,21c) 후단의 메인가스공급관(P1)에 설치되어, 메인가스공급관(P1)을 개폐함으로써 메인가스공급관(P1)을 통하여 가스유입구(29) 측으로 원료가스와 보조가스를 공급하거나 공급하지 못하게 한다.Each of the first, second and third
제1,2,3바이패스가스밸브(27a,27b,27c)의 각각은, 제1,2,3가스유량제어장치(21a, 21b,21c) 후단의 바이패스가스공급관(P2)에 설치되어, 바이패스가스공급관(P2)을 개폐함으로써 바이패스가스공급관(P2)을 통하여 챔버(11)의 가스배기구(A) 측으로 원료가스와 보조가스를 흘러가게 하거나 흘러가지 못하게 한다.Each of the first, second and third
한편, 화학기상증착방법에 의해 저온 다결정실리콘을 증착하기 위하여, 원료 가스, 예를 들어 실렌(SiH4), 수소(H2)를 주로 사용하고, 보조가스, 예를 들어 수소와 수소 라디칼(hydrogen radical)의 해리(dissociation)를 증가시키는 효과가 있는 아르곤(Ar) 가스를 사용한다.On the other hand, in order to deposit low-temperature polycrystalline silicon by a chemical vapor deposition method, a source gas, for example, silane (SiH 4 ), hydrogen (H 2 ) is mainly used, and auxiliary gas, for example, hydrogen and hydrogen radicals (hydrogen) Argon (Ar) gas is used to increase the dissociation of radicals.
실리콘 증착 모델 중 하나인'에칭 모델'에서, 수소 원자가 실리콘증착공정 중에 에천트(etchant) 역할을 함으로써 에너지적으로 불안정한 배열의 막을 제거하고, 가장 낮은 에너지의 배열의 막만이 에칭에서 견디어내어 비정질 상태의 배열의 막을 거의 제거함으로써 다결정실리콘을 증착할 수 있도록 하는데 중요한 역할을 담당하는 요소이다. 이를 위하여, 실제로, 저온 다결정실리콘의 증착 공정에 있어서 실렌(SiH4)과 수소(H2)의 혼합가스를 챔버에 주입하는 증착단계와, 실렌(SiH4) 가스를 제외하고 수소(H2) 가스만을 챔버에 주입하는 제거단계의 공정을 교번하여 수행한다.In one of the silicon deposition models, the 'etching model', hydrogen atoms act as an etchant during the silicon deposition process, eliminating an energy unstable array of films, and only the lowest energy array withstanding the etching in an amorphous state. It is an important factor in the deposition of polycrystalline silicon by almost removing the film of the array of. For this purpose, in fact, xylene (SiH 4) and hydrogen vapor deposition step and, xylene (SiH 4), except for the gas, and hydrogen (H 2) for injecting a gas mixture into the chamber of (H 2) in the deposition process of the low-temperature poly-Si Alternately, the processes of the removing step of injecting only gas into the chamber are alternately performed.
본 발명의 출원인이 2001년 12월 24일에 출원하였던 특허출원 제2001-89339호(특허번호: 10-419033호)(발명의 명칭: 고밀도 플라즈마에 의한 건식 식각 장치 및 방법)에 개시된 시분할 가스공급장치를, 본 발명의 다결정실리콘을 형성하기 위한 원료가스를 챔버에 주입하는 가스공급부(20)에 적용함으로써 실렌(SiH4) 가스를 유량 지연 없이 바로 챔버(11)에 공급하여 챔버(11) 내의 압력 변화 없이 증착 단계 및 에칭 단계를 반복할 수 있으므로 전체 공정 시간을 단축하는 것이 가능하다.Time division gas supply disclosed in Patent Application No. 2001-89339 (Patent No .: 10-419033) filed by the applicant of the present invention on December 24, 2001 (name of the invention: dry etching apparatus and method by high density plasma). By applying the apparatus to the
따라서 상이한 공정가스를 선택적으로 공급하기 위한 공급장치의 구성을 다르게 하여 하나 이상의 상이한 공정가스를 서로 혼합하지 않은 채 빠르게 반복적으로 플라즈마 반응기에 주입함으로써 다결정실리콘 증착막의 특성을 향상하기 위한 시분할 가스 공급시간을 단축하는 것을 특징으로 한다.Therefore, the time-division gas supply time for improving the characteristics of the polysilicon deposition film by improving the characteristics of the polycrystalline silicon deposition film by rapidly and repeatedly injecting into the plasma reactor without mixing one or more different process gases with different configuration of the supply device for supplying different process gases selectively It is characterized by shortening.
본 발명에 적용된'시분할 가스공급장치'의 동작원리를 도 2를 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.The operation principle of the 'time division gas supply device' applied to the present invention will be described in more detail with reference to FIG.
먼저, 제1단계에서는, 제1가스밸브(231a)가 개방되고, 제1메인가스밸브(251a)가 개방되고, 제1바이패스가스밸브(271a)가 폐쇄된 상태에서, 제1공정가스(Gas1)가 메인가스공급관(P11)을 통하여 챔버(11)에 주입되면, 제1공정가 스(Gas1)는 라디칼(radical), 이온(ion), 전자(electron) 등으로 해리되어 플라즈마를 형성하여 기판부(30) 상의 기판(미도시)과 반응한 후 챔버(11)의 가스배기구(A)를 거쳐 외부로 배기되고, 이와 동시에 제2가스밸브(231b)가 개방되고, 제2메인가스밸브(251b)가 폐쇄되고, 제2바이패스가스밸브(271b)가 개방된 상태에서, 제1공정가스(Gas1)가 메인가스공급관(P11)을 통하여 챔버(11)에 주입되는 동안, 제2공정가스(Gas2)는 배기펌프(미도시)에 의해, 챔버(11)에 주입되지 않은 채 바이패스가스공급관(P12)을 통하여 챔버(11)의 가스배기구(A)로 배기된다.First, in the first step, the first process gas (231a) is opened, the first
이어, 제2단계에서는, 제2가스밸브(231b)가 개방되고, 제2메인가스밸브(251b)가 개방되고, 제2바이패스가스밸브(271b)가 폐쇄된 상태에서, 제2공정가스(Gas2)가 메인가스공급관(P11)을 통하여 챔버(11)에 주입되면, 라디칼, 이온, 전자 등으로 해리되어 플라즈마를 형성하여 기판부(30) 상의 기판(미도시)과 반응한 후 챔버(11)의 가스배기구(A)를 거쳐 외부로 배기되고, 이와 동시에 제1가스밸브(231a)가 개방되고, 제1메인가스밸브(251a)가 폐쇄되고, 제1바이패스가스밸브(271a)가 개방된 상태에서, 제2공정가스(Gas2)가 메인가스공급관(P11)을 통하여 챔버(11)에 주입되는 동안, 제1공정가스(Gas1)는 배기펌프(미도시)에 의해, 챔버(11)에 주입되지 않은 채 바이패스가스공급관(P12)을 통하여 챔버(11)의 가스배기구(A)로 배기된다.Subsequently, in the second step, in the state where the
따라서 이러한 제1단계 및 제2단계의 공정단계를 순차적으로 반복함으로써 빠른 교번 가스공급이 가능한 것을 특징으로 하는 시분할 가스공급장치의 동작원리를 본 발명의 가스공급부(20)에 적용하여 공정시간을 단축할 수 있으므로 저비용으 로 저온 다결정실리콘을 증착할 수 있다.Therefore, by repeating the first and second process steps sequentially, the operation principle of the time-division gas supply device, characterized in that rapid alternating gas supply is possible, is applied to the
또한 기판부(30)는, 도 3의 확대도에서 더욱 명확하게 도시된 바와 같이, 기판치구(31), 전원공급선(33), 히터부(35), 절연부재(37), 및 보호부재(39)를 포함하여 구성된다.In addition, as shown in the enlarged view of FIG. 3, the
여기서, 기판치구(31)는, 저온 다결정실리콘을 증착하기 위한 기판(점선으로 도시)을 장착한다.Here, the
전원공급선(33)은, 기판에 안정적인 바이어스를 인가하기 위하여, 기판 자체에 전기적으로 연결되지 않고 기판치구(31) 자체에 전기적으로 연결됨으로써 전원부(40)의 바이어스를 기판치구(31)에 전달한다. 챔버(11)의 내부 상태가 진공상태이고, 챔버(11)의 외부상태가 대기압상태이기 때문에, 챔버(11) 내의 전원공급선(33)은, 챔버(11)의 벽체를 관통하여 설치된 커넥터, 예를 들어 피드 스루우(feed-through)(34)를 개재하여 챔버(11) 외부의 전원부(40)에 전기적으로 연결된다. 한편 편의상, 챔버(11)의 내부공간에서 전원공급선(33)이 노출된 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 챔버(11) 내의 플라즈마에 의한 손상을 방지하기 위하여, 예를 들어 히터부(35) 내에 적절히 설치되어야 함은 물론이다.The
히터부(35)는, 기판을 임의의 온도로 가열하기 위하여, 기판치구(31)에 열에너지를 공급하는 열선(35a)이 내부에 설치된 판체(35b)를 가지고 있고, 또한 열선(35a)의 열에너지를 일정하게 하기 위한 열전대(미도시)를 가진다. 물론, 도면에 도시된 열선식 히터부(35) 대신에, 할로겐램프 등의 광에너지를 이용한 램프식 히터부(미도시)도 가능하다.The
절연부재(37)는, 기판에 안정적인 바이어스를 인가하기 위하여, 기판치구(31)와 히터부(35) 사이에 설치된 부재로서, 기판치구(31)와 히터부(35)를 전기적으로 절연한다. 절연부재(37)로는 예를 들어 스페이서(spacer), 바람직하게는 세라믹 스페이서(ceramic spacer)가 사용될 수 있다.The insulating
보호부재(39)는, 히터부(35)의 측면부에 설치되어, 히터부(35)의 판체(35b)의 측면부 및 하면부를, 챔버(11) 내의 플라즈마에 의한 손상으로부터 보호한다.The
한편 수소 플라즈마 중에 인가되는 원료가스로서는, 실렌(SiH4)과 수소(H2) 뿐만 아니라, 플라즈마 중의 전자와 충돌함으로써 분해 또는 전리하여 이온과 더불어 실리콘(Si) 원자를 포함하는 Si, SiH, SiH2, SiH3 등과 같은 수소 라디칼(hydrogen radicals)을 생성하는 모든 가스를 사용할 수 있다. 본 발명은, 종래기술과 달리, 기판(미도시)에, 실렌(SiH4)과 수소(H2)를 분해 또는 여기하기 위한 에너지를 공급한다. 이때, 기판에 발생되는 직류 셀프바이어스(DC self-bias)에 의해, 상기 생성된 수소 라디칼들이 기판으로 끌려오게 되고 반대로 수소 이온들은 기판에서 멀어지게 된다. 기판 전원과 전극의 구조에 따라 직류 셀프바이어스를 적절히 조절함에 따라 수소 라디칼을 방향성 있게 가속하여 기판으로 끌어들일 수 있게 되고, 결과적으로 결정성의 향상이 가능해진다. 따라서 저온 다결정실리콘을 균일하고 재현성이 있게 증착할 수가 있다. On the other hand, as the source gas applied in the hydrogen plasma, Si, SiH, SiH containing not only silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) but also silicon (Si) atoms together with ions due to decomposition or ionization by collision with electrons in the plasma. Any gas generating hydrogen radicals such as 2 , SiH 3, etc. may be used. The present invention, unlike the prior art, supplies energy to decompose or excite silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) to a substrate (not shown). At this time, by the DC self-bias generated in the substrate, the generated hydrogen radicals are attracted to the substrate and conversely, the hydrogen ions are separated from the substrate. By appropriately adjusting the DC self-bias according to the structure of the substrate power supply and the electrode, hydrogen radicals can be directionally accelerated and attracted to the substrate, resulting in improved crystallinity. Therefore, low-temperature polycrystalline silicon can be deposited uniformly and reproducibly.
에너지공급부(40)는, 전원부(41)와 매칭부(42)를 포함하여 구성된다. 전원부(41)는, MF(~ kHz), VHF(60 MHz, 100 MHz), UHF(500 MHz), RF(13.56 MHz), 그리고 마이크로 파대의 주파수(2.54 GHz)를 사용하는 것이 가능하다. 매칭부(42)는, 기판의 로드 임피던스(load impedance)와 전원부(40)의 소스 임피던스(source impedance)를 매칭함으로써 전원부(40)에서 기판으로 최대의 전력을 인가한다. The
배기부(50)는, 진공펌프(51), 배기관(52), 배기밸브(53)등을 구비하며, 챔버(11)의 가스배기구(A)에 연통한다. 배기부(50)는, 진공펌프(51)에 의해 챔버(11) 내의 반응가스를 배기하고 아울러 챔버(11)의 반응 압력을 조절하기 위해 챔버(11)를 배기한다. 이때, 챔버(11)의 신속한 배기를 위하여 부스터 펌프(미도시) 등을 사용하는 것도 가능하다.The
따라서 이와 같은 구성을 가진 저온 다결정실리콘 증착장치는, 기판에 바이어스를 직접 인가하지 않고 기판치구에 바이어스를 인가하고, 아울러 시분할 가스공급장치를 이용하여 원료가스와 보조가스를 챔버에 공급함으로써 저온 다결정실리콘을 저비용으로 균일하고 재현성 있게 증착할 수가 있다.Therefore, the low temperature polysilicon deposition apparatus having such a configuration applies the bias to the substrate fixture without directly applying the bias to the substrate, and also supplies the raw material gas and the auxiliary gas to the chamber by using a time division gas supply device. Can be deposited uniformly and reproducibly at low cost.
도 1은, 본 발명에 의한 저온 다결정실리콘 증착장치의 개략 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a low-temperature polycrystalline silicon vapor deposition apparatus according to the present invention.
도 2는, 본 발명에 의한 저온 다결정실리콘 증착장치에 적용된 시분할 가스공급장치의 일 예를 나타내는 개략 구성도.2 is a schematic block diagram showing an example of a time division gas supply device applied to a low temperature polycrystalline silicon deposition device according to the present invention.
도 3은, 본 발명에 의한 저온 다결정실리콘 증착장치의 기판부를 나타낸 확대도이다.Fig. 3 is an enlarged view showing the substrate portion of the low temperature polysilicon deposition apparatus according to the present invention.
Claims (7)
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KR1020080101301A KR20100042150A (en) | 2008-10-15 | 2008-10-15 | Low temperature polysilicon deposition apparatus |
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KR1020080101301A KR20100042150A (en) | 2008-10-15 | 2008-10-15 | Low temperature polysilicon deposition apparatus |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110306151A (en) * | 2019-07-22 | 2019-10-08 | 上海妙壳新材料科技有限公司 | A kind of high-speed steel self-lubricating coat in use pre-processing device and its application method |
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2008
- 2008-10-15 KR KR1020080101301A patent/KR20100042150A/en not_active Application Discontinuation
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