KR20110011003A - Hot-wire chemical vapor deposition apparatus including electrical field controlling apparatus and method of fabricating thin film using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A hotwire chemical vapor deposition device and a thin film manufacturing method thereof are provided to improve the uniformity of a thin film by controlling electric field which is generated from the hotwire during a thin film deposition process. CONSTITUTION: A substrate is installed inside a chamber(110). A first bias voltage apply part(114) applies a first bias voltage to the substrate. A gas supply part supplies reaction gas to the chamber. A hotwire(130) emits heat which dissociates the reaction gas and is arranged within the chamber. A voltage apply part applies a second bias voltage to the hotwire. A control part controls a voltage which is supplied from the first bias voltage apply part and the second bias voltage apply part.

Description

전계제어장치를 구비한 열선 화학기상 증착장치 및 그를 이용한 박막 제조방법{Hot-wire chemical vapor deposition apparatus including electrical field controlling apparatus and method of fabricating thin film using the same} Hot-wire chemical vapor deposition apparatus including electrical field controlling apparatus and method of fabricating thin film using the same}

열선 화학기상 증착장치에서 기판 주위의 전계를 일정하게 제어하는 장치와, 상기 장치를 이용하여 열선 화학기상 증착장치에서 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다. An apparatus for constantly controlling an electric field around a substrate in a hot ray chemical vapor deposition apparatus, and a method for manufacturing a thin film in a hot ray chemical vapor deposition apparatus using the apparatus.

실리콘 박막은 다양한 소자에 응용이 가능하며, 소자의 생산 단가를 낮추기 위해 특성 개선 및 생산성 향상 연구가 다양하게 진행되고 있다. 다결정 박막 실리콘은 결정화법 또는 직접 성장법으로 제조할 수 있다. 결정화법은 a-Si을 기판 위에 형성한 후, ELA (Eximer laser annealing) 또는 RTA (rapid thermal annealing)으로 a-Si을 poly-Si으로 변화시키는 방법이다. 그러나 ELA는 제조비용이 높으며, RTA는 유리기판 등이 휘어지는 문제가 발생하게 된다. The silicon thin film can be applied to various devices, and various researches for improving characteristics and improving productivity have been conducted to lower the production cost of the devices. Polycrystalline thin film silicon can be produced by crystallization or direct growth. Crystallization is a method in which a-Si is formed on a substrate and then a-Si is converted to poly-Si by ELA (Eximer laser annealing) or RTA (rapid thermal annealing). However, ELA has a high manufacturing cost, and RTA has a problem that a glass substrate is bent.

직접 성장법은 thermal CVD, hot-wire CVD (HW-CVD), very high frequency CVD (VHF-CVD)등의 방법으로 poly-Si을 기판 위에 바로 성장시키는 법이다. 그러나, thermal CVD는 고품질 결정을 얻기 위하여는 고온이 요구되어 유리기판을 사용 하기가 어려우며, HW-CVD나 VHF-CVD는 박막의 균일도가 낮아 대면적의 박막 제조가 어렵다. Direct growth is a method of growing poly-Si directly on a substrate by thermal CVD, hot-wire CVD (HW-CVD), or very high frequency CVD (VHF-CVD). However, thermal CVD requires high temperature in order to obtain high quality crystals, making it difficult to use glass substrates. HW-CVD or VHF-CVD is difficult to manufacture large-area thin films due to low uniformity of thin films.

본 발명의 실시예는 열선 화학기상 증착장치(hot-wire chemical vapor deposition: HWCVD)에서 박막 증착시 열선(hot-wire)으로부터 발생되는 전계를 조절하여 박막의 균일도를 향상시키며, 박막의 성장속도를 증가시키는 열선 화학기상 증착장치를 제공한다. An embodiment of the present invention is to improve the uniformity of the thin film by adjusting the electric field generated from the hot-wire (hot-wire) during the thin film deposition in hot-wire chemical vapor deposition (HWCVD), and to increase the growth rate of the thin film It provides a heat ray chemical vapor deposition apparatus to increase.

본 발명의 다른 실시예는 상기 전계제어장치를 구비한 열선 화학기상 증착장치를 이용하여 박막을 제조하는 방법을 제공한다. Another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a thin film using a hot-ray chemical vapor deposition apparatus having the electric field control device.

본 발명의 일 실시예에 따른 전계제어장치를 구비한 열선 화학기상 증착장치는 내부에 기판이 장착되는 챔버;Hot-wire chemical vapor deposition apparatus having an electric field control device according to an embodiment of the present invention comprises a chamber in which a substrate is mounted;

상기 기판에 제1바이어스 전압을 인가하는 제1바이어스 전압 인가부;A first bias voltage applying unit configured to apply a first bias voltage to the substrate;

상기 챔버에 반응개스를 공급하는 가스공급부;A gas supply unit supplying a reaction gas to the chamber;

상기 챔버내에 배치되며 상기 반응가스를 해리를 시키거나 또는 보다 원활하게 하기 위해 열을 방출하는 열선; 및 A heating wire disposed in the chamber and dissipating heat to dissociate or to smooth the reaction gas; And

상기 열선에 제2바이어스 전압을 인가하는 제2바이어스 전압 인가부;를 구비한다.And a second bias voltage applying unit configured to apply a second bias voltage to the hot wire.

일 실시예에 따른 열선 화학기상 증착장치는 상기 제1바이어스 전압 인가부 및 상기 제2바이어스 전압 인가부로부터 공급되는 전압을 제어하는 제어부;를 더 구비하며, The hot wire chemical vapor deposition apparatus according to an embodiment further includes a control unit for controlling the voltage supplied from the first bias voltage applying unit and the second bias voltage applying unit;

상기 제어부는 상기 제1 바이어스 전압 및 제2 바이어스 전압에 서로 다른 부호를 가진 전압을 공급하도록 상기 상기 제1바이어스 전압 인가부 및 상기 제2바이어스 전압 인가부를 제어한다. The controller controls the first bias voltage applying unit and the second bias voltage applying unit to supply voltages having different signs to the first bias voltage and the second bias voltage.

상기 제1 바이어스 전압 및 제2 바이어스 전압에는 각각 교류전압이 인가될 수 있다. AC voltages may be applied to the first bias voltage and the second bias voltage, respectively.

다른 실시예에 따르면, 상기 열선은 복수의 열선을 구비하며, 상기 복수의 열선은 서로 나란하게 배치되며, 상기 제어부는 인접한 열선이 서로 다른 방향으로 전류가 흐르게 제어한다. According to another embodiment, the heating wire includes a plurality of heating wires, and the plurality of heating wires are arranged in parallel with each other, and the controller controls the current to flow in adjacent directions to the adjacent heating wires.

제1 바이어스 전압 및 제2 바이어스 전압에는 각각 크기가 다른 양전압과 음전압이 교번적으로 될 수 있다. The positive and negative voltages having different magnitudes may be alternated to the first bias voltage and the second bias voltage, respectively.

본 발명의 다른 실시예에 따른 열선 화학기상 증착장치를 이용한 박막제조방법은: 챔버에 기판을 로딩하는 제1 단계;According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film using a thermal ray chemical vapor deposition apparatus comprising: a first step of loading a substrate into a chamber;

열선의 온도를 유입되는 반응가스의 해리 온도로 높이는 제2 단계; A second step of raising the temperature of the hot wire to the dissociation temperature of the introduced reaction gas;

상기 챔버에 실리콘 형성용 반응가스를 공급하는 제3 단계; 및Supplying a reaction gas for forming silicon into the chamber; And

상기 기판에 제1바이어스 전압을 공급하고, 상기 열선에 제2바이어스 전압을 공급하는 제4 단계;를 포함한다. And supplying a first bias voltage to the substrate and supplying a second bias voltage to the heating wire.

본 발명의 실시예에 따른 전계제어장치를 구비한 열선 화학기상 증착장치는 기판 상에 전계를 조절하여 기판 상에 균일한 박막을 제조할 수 있게 하며, 또한, 기판 및 열선에 각각 바이어스 전압인가로 박막 증착속도를 제어를 할 수 있게 하고, 또한 박막의 결정 크기를 제어할 수 있게 한다. Hot-wire chemical vapor deposition apparatus having an electric field control device according to an embodiment of the present invention is able to produce a uniform thin film on the substrate by adjusting the electric field on the substrate, and by applying a bias voltage to the substrate and the hot wire, respectively The film deposition rate can be controlled and the crystal size of the film can be controlled.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전계제어장치를 구비한 열선 화학기상 증착장치 및 그를 이용한 박막 제조방법를 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a hot-wire chemical vapor deposition apparatus having a field control device according to an embodiment of the present invention and a thin film manufacturing method using the same.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계제어장치를 구비한 열선 화학기상 증착장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing a hot-ray chemical vapor deposition apparatus having an electric field control device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 열선 화학기상 증착 장치(100)는 기판(S)이 장입되는 챔버(110), 기판(S)을 홀딩하는 기판홀더(112), 챔버(110) 내에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급장치(120), 챔버(110) 내로 유입되는 반응가스를 해리시켜 하전된 나노입자를 형성하는 열선(hot-wire)(130)을 구비한다. Referring to FIG. 1, a thermal ray chemical vapor deposition apparatus 100 may supply a reaction gas into a chamber 110 in which a substrate S is loaded, a substrate holder 112 holding a substrate S, and a chamber 110. The reaction gas supply device 120 and a hot-wire 130 dissociating the reaction gas flowing into the chamber 110 to form charged nanoparticles.

열선(130)의 양단에는 각각 전극패드(132)가 연결된다. 전극패드(132)에는 전압원(134)으로부터 소정의 전압이 인가되며, 이에 따라 열선(130)으로부터 열이 방출된다. Electrode pads 132 are connected to both ends of the heating wire 130, respectively. A predetermined voltage is applied to the electrode pad 132 from the voltage source 134, and thus heat is emitted from the heating wire 130.

기판홀더(112)는 도전체로 형성되며, 기판홀더(112)에는 제1바이어스 전압을 인가하는 제1바이어스 전압 인가부(114)가 연결되어 있다. 제1바이어스 전압에 의해, 기판(S) 상에는 특정 극성의 하전된 입자가 용이하게 증착된다. The substrate holder 112 is formed of a conductor, and a first bias voltage applying unit 114 for applying a first bias voltage is connected to the substrate holder 112. By the first bias voltage, charged particles of a specific polarity are easily deposited on the substrate S.

열선(130)에는 제2바이어스 전압을 인가하기 위한 제2 바이어스 전압 인가부(136)가 연결되어 있다.The second bias voltage applying unit 136 for applying the second bias voltage is connected to the hot wire 130.

챔버(110)는 진공배기계(V)와 연통되며, 도시되지는 않았지만, 기판(S)을 장입/반출할 수 있도록 하는 기판 출입구를 포함할 수 있다.The chamber 110 is in communication with the vacuum exhaust machine (V), and although not shown, may include a substrate entrance for loading and unloading the substrate (S).

반응가스 공급장치(120)는 챔버(110)에 반응가스를 공급한다. 반응가스 공급 장치(120)는 샤워헤드(122)를 포함한다. 반응가스는 인입구(124)를 통해서 챔버(110)로 공급된다. The reaction gas supply device 120 supplies the reaction gas to the chamber 110. The reaction gas supply device 120 includes a shower head 122. The reaction gas is supplied to the chamber 110 through the inlet 124.

열선(130)은 샤워 헤드(122)와 기판(S) 사이에 배치된다. 열선(130)은 텅스텐(W)과 같은 금속을 포함할 수 있다. 열선(130)은 전류가 인가될 경우 전기저항에 의해 열을 발생시킨다. 열선(130)에서 발생되는 열은 샤워헤드(122)로부터 공급되는 반응가스를 화학적으로 해리시킨다. 열선(130)은 반응가스 내의 구성원소간 결합을 해리시킬 수 있을 정도로 충분한 열을 발생시키도록 조절될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 반응가스가 기판(S) 상에 실질적으로 형성되는 박막의 원소를 포함하는 경우, 열선(130)은 반응가스를 해리시켜 하전된 나노 입자를 형성할 수 있다. 열선(130)에 의해서 만들어진 하전된 나노입자를 조절하기 위해서 열선(130)에 제2바이어스전압을 인가한다.The hot wire 130 is disposed between the shower head 122 and the substrate (S). The hot wire 130 may include a metal such as tungsten (W). The heating wire 130 generates heat by electric resistance when a current is applied. The heat generated from the hot wire 130 chemically dissociates the reaction gas supplied from the shower head 122. The hot wire 130 may be adjusted to generate enough heat to dissociate the bonds between the elements in the reaction gas. According to an embodiment, when the reaction gas includes elements of a thin film substantially formed on the substrate S, the heating wire 130 may dissociate the reaction gas to form charged nanoparticles. A second bias voltage is applied to the heating wire 130 to control the charged nanoparticles made by the heating wire 130.

실리콘 박막을 제조하는 경우, 반응가스는 SinH2n+2(여기서, n은 자연수)로 표시되는 실란계 화합물을 주체로 하는 가스를 포함할 수 있다. 예를 들면, 반응가스는 모노실란, 디실란, 트리실란, 테트라실란 등을 포함할 있다. 다른 실시예에 따르면, 반응가스는 SinH2n+2-mFm(여기서, n, m은 자연수로 m<2n+2이며, m은 0도 포함할 수 있다)으로 표시되는 불화실란, 예를 들어, SiH3F, SiH2F2, SiHF3, SiF4, Si2F6, Si2HF5, Si3F8; SinR2n+2-mHm으로 표시되는 유기실란, 예를 들어, Si(CH3)H3, Si(CH3)2H2, Si(CH3)3H 등 또는 이들의 화합물이나 혼합물을 포함할 수 있다. When producing a silicon thin film, the reaction gas may include a gas mainly composed of a silane-based compound represented by Si n H 2n + 2 (where n is a natural number). For example, the reaction gas may include monosilane, disilane, trisilane, tetrasilane, or the like. According to another embodiment, the reaction gas is fluorinated silane represented by Si n H 2n + 2-m F m (where n and m are natural numbers m <2n + 2 and m may also include 0), for example, SiH3F, SiH 2 F 2, SiHF 3, SiF 4, Si 2 F 6, Si 2 HF 5, Si 3 F 8; Organosilanes represented by Si n R 2n + 2-m H m , for example Si (CH 3 ) H 3 , Si (CH 3 ) 2 H 2 , Si (CH 3 ) 3 H, or the like, Mixtures may be included.

반응가스는 기체 상태 또는 액체 소스를 기화시킨 증기의 형태로 챔버(110) 내부로 제공될 수 있다. 반응가스가 액체소스를 기화시킨 증기의 형태로 제공되는 경우, 증기를 챔버(110) 내부로 운반하는 운반가스(carrier gas)가 부가적으로 사용될 수 있다. 운반가스의 예로는 수소, 질소, 헬륨, 아르곤 등 비반응성 가스가 사용될 수 있다. The reaction gas may be provided into the chamber 110 in a gaseous state or in the form of vaporized vaporized liquid source. When the reaction gas is provided in the form of vaporized vapor of the liquid source, a carrier gas that carries the vapor into the chamber 110 may additionally be used. Examples of the carrier gas may be a non-reactive gas such as hydrogen, nitrogen, helium, argon, or the like.

참조번호 d는 열선(130)과 기판(S) 사이의 이격 거리를 지칭한다. Reference number d refers to the separation distance between the hot wire 130 and the substrate (S).

도 2는 열선(130)의 양단에 18V 직류전압을 인가시, 열선(130)에 의한 전기장 분포를 보여주는 모식도이다. 도 2를 참조하면, 열선(130)에 전압을 인가함에 따라 열선(130) 주위로 전기장이 생성되는 것을 알 수 있다. 도 2에서 그레이 스케일과 화살표 길이는 전기장의 크기를 나타낸다. 도 2에서 왼쪽(인입부)으로부터 오른쪽(출구)으로 전류가 흐르며, 인입부의 전계가 출구의 전계 보다 훨씬 크다. 인입부에는 큰 포지티브 전계가 형성되어 음전하 입자를 끌어당기며, 양전하 입자를 배척한다. 이러한 전기장 분포는 열선의 위치 그리고 열선과의 거리에 따라 양전하 및 음전하의 분포를 달라지게 하여 열선 화학기상 증착장치에서의 대면적의 박막의 제조시 박막을 균일하게 형성하는 것을 어렵게 한다. 2 is a schematic diagram showing an electric field distribution by the heating wire 130 when an 18V DC voltage is applied to both ends of the heating wire 130. Referring to FIG. 2, it can be seen that an electric field is generated around the heating wire 130 as a voltage is applied to the heating wire 130. In FIG. 2, the gray scale and the arrow length indicate the magnitude of the electric field. In FIG. 2, current flows from the left side (inlet) to the right side (outlet), and the electric field of the inlet is much larger than the electric field of the outlet. A large positive electric field is formed at the inlet, attracting negatively charged particles, and rejecting positively charged particles. The electric field distribution causes the distribution of the positive and negative charges to vary according to the position of the hot wire and the distance to the hot wire, making it difficult to uniformly form the thin film in the manufacture of the large-area thin film in the hot wire chemical vapor deposition apparatus.

도 3은 도 1의 전압인가장치(100)에서 제2바이어스 전압을 -25 V 내지 25 V 인가시, 열선(130)의 인입부와 출구부에서의 전류를 측정한 결과의 그래프이다. 실험에서는 열선(130)으로 4회 나선으로 감긴 토륨이 도핑된 텅스텐 와이어(4 helically-wounded thorium-doped tungsten wire)를 사용하였으며, 그 길이는 13cm, 직경은 0.5 mm 이다. 열선(130)은 DC 전원에 의해 18 V 전압이 공급되어 2000 ℃로 유지되게 가열되었다. 30% SiH4-70% H2 개스가 50 standard cubic centimeter per minute (sccm) 유속으로 챔버(110)로 공급되었다. 작동 압력과 시초 압력은 각각 66.7 Pa, 9.3x10-4 Pa 였다. 챔버(110) 내 전류를 측정하기 위해서, 열선(130)의 전류흐름방향에서의 인입부 및 출구부에 각각 3cm x 3cm 사각 철 플레이트를 열선(130)으로부터 기판(S) 방향으로 4.5 cm 아래 배치하였다. 챔버(110)는 20 cm 직경 x 15.5 cm 높이의 실린더 형상이다. Si 박막이 Si (001) 웨이퍼 상에 증착되었다. FIG. 3 is a graph illustrating a result of measuring currents at the inlet and outlet of the heating wire 130 when the second bias voltage is applied at −25 V to 25 V in the voltage applying device 100 of FIG. 1. In the experiment, 4 helically-wounded thorium-doped tungsten wires wound by four spirals of the heating wire 130 were used, and the length thereof was 13 cm and the diameter was 0.5 mm. The heating wire 130 was heated to be maintained at 2000 ° C. with a 18 V voltage supplied by a DC power supply. 30% SiH 4 -70% H 2 gas was supplied to the chamber 110 at a flow rate of 50 standard cubic centimeter per minute (sccm). The working and initial pressures were 66.7 Pa and 9.3x10 -4 Pa, respectively. In order to measure the current in the chamber 110, a 3 cm x 3 cm square iron plate is placed 4.5 cm below the heating wire 130 in the direction of the substrate S, respectively, in the inlet and outlet portions of the heating wire 130 in the current flow direction. It was. The chamber 110 is cylindrical in shape 20 cm in diameter by 15.5 cm in height. Si thin films were deposited on Si (001) wafers.

도 3을 참조하면, 제2 바이어스 전압에 관계없이 인입부(input) 아래에서 측정한 전류값이 출구부(output) 아래에서 측정한 전류값 보다 상대적으로 포지티브 값을 가진다. 따라서, 인입부에서는 음전하 입자를 끌어당기며, 양전하 입자를 배척한다. Referring to FIG. 3, the current value measured under the input has a positive value relatively to the current value measured under the output regardless of the second bias voltage. Therefore, the inlet attracts negatively charged particles and rejects positively charged particles.

따라서, 기판에 균질한 다결정 박막을 형성하기 위해서는 열선으로부터 기판 상으로 균일한 전기장을 형성하는 것이 중요하다. Therefore, in order to form a homogeneous polycrystalline thin film on the substrate, it is important to form a uniform electric field from the hot wire onto the substrate.

도 4는 일 실시예에 따른 열선의 배치를 보여주는 평면도이다. 도 4를 참조하면 기판(도 1의 S)으로부터 이격된 복수의 열선(231-235)은 서로 평행하게 배치된다. 제1열선(231), 제3열선(233) 및 제5열선(235)은 제1 전압원(240)에 각각 양단이 연결되어서 제1전압이 공급되며, 제2열선(232) 및 제4열선(234)은 각각 제2 전압원(250)에 양단이 연결되어서 제2전압을 공급받는다. 제1전압과 제2전압은 서로 다른 극성을 가지도록 제어부(260)는 제1전압원(240) 및 제2전압원(250)을 제어 한다. 이에 따라, 열선(231-235)으로부터의 전기장은 기판에 대해서 보다 균일하게 되며 따라서, 열선(231-235)이 박막에 미치는 전기장은 일정하게 될 수 있다. 4 is a plan view illustrating an arrangement of hot wires according to an exemplary embodiment. Referring to FIG. 4, the plurality of hot wires 231 to 235 spaced apart from the substrate S of FIG. 1 are disposed in parallel to each other. The first heating wire 231, the third heating wire 233, and the fifth heating wire 235 are connected at both ends to the first voltage source 240 to supply the first voltage, and the second heating wire 232 and the fourth heating wire 235. Both ends of 234 are connected to the second voltage source 250 to receive the second voltage. The controller 260 controls the first voltage source 240 and the second voltage source 250 so that the first voltage and the second voltage have different polarities. Accordingly, the electric field from the hot wires 231-235 becomes more uniform with respect to the substrate, and thus the electric field applied to the thin film by the hot wires 231-235 may be constant.

도 4에서는 5개의 열선을 예시적으로 개시하였지만, 본 발명의 실시예는 이에 한정되는 것은 아니다. 열선이 복수개로 형성되며, 서로 이웃하는 열선에서의 전류 방향이 서로 다르게 공급되면 된다. In FIG. 4, five hot wires are exemplarily disclosed, but embodiments of the present invention are not limited thereto. A plurality of hot wires may be formed, and the current directions in neighboring hot wires may be supplied differently.

다시 도 1을 참조하면, 기판홀더(112)에는 제1 바이어스 전압이 인가되며, 이 제1바이어스 전압은 제2 바이어스 전압과 다른 부호를 가지도록 인가된다. 즉, 제2바이어스 전압에 따라서, 열선(130)으로부터 이격되는 전하 입자의 극성이 제어될 수 있다. 예컨대, 열선(130)에 포지티브 바이어스 전압이 인가되면, 더 많은 음전하 입자들이 열선(130) 주위로 모이며, 양전하 입자들이 열선(130)으로부터 멀어진다. 이때, 제1바이어스 전압이 제2바이어스 전압과 다른 네거티브 바이어스 전압이면, 열선(130)으로부터 밀려난 양전하 입자가 기판(S) 상에 더 용이하게 증착되므로, 박막의 증착속도가 증가될 수 있다. Referring back to FIG. 1, a first bias voltage is applied to the substrate holder 112, and the first bias voltage is applied to have a sign different from that of the second bias voltage. That is, according to the second bias voltage, the polarity of the charge particles spaced apart from the heating wire 130 may be controlled. For example, when a positive bias voltage is applied to the heating wire 130, more negatively charged particles gather around the heating wire 130, and the positively charged particles move away from the heating wire 130. At this time, if the first bias voltage is a negative bias voltage different from the second bias voltage, since the positively charged particles pushed away from the hot wire 130 are more easily deposited on the substrate S, the deposition rate of the thin film may be increased.

반대로 열선(130)에 네거티브 바이어스 전압이 인가되면, 더 많은 양전하 입자들이 열선(130) 주위로 모이며, 음전하 입자들이 열선(130)으로부터 멀어진다. 이때, 제1바이어스 전압이 제2바이어스 전압과 다른 포지티브 바이어스 전압이면, 열선(130)으로부터 밀려난 음전하 입자가 기판(S) 상에 더 용이하게 증착되므로, 박막의 증착속도가 증가될 수 있다.On the contrary, when a negative bias voltage is applied to the heating wire 130, more positively charged particles gather around the heating wire 130, and the negatively charged particles are separated from the heating wire 130. At this time, if the first bias voltage is a positive bias voltage different from the second bias voltage, since the negative charge particles pushed out from the hot wire 130 are more easily deposited on the substrate S, the deposition rate of the thin film may be increased.

한편, 박막증착에는 음전하 입자뿐만 아니라 양전하 입자도 사용되므로, 제1바이어스 전압과 제2바이어스 전압이 각각 다른 극성을 소정 주기로 가지도록 제어 부(260)가 제1 바이어스 전압인가부(114)와 제2 바이어스 전압 인가부(136)를 조절하면, 기판(S)에는 소정 주기로 양전하 입자 및 음전하 입자가 증착되므로 증착속도가 증가될 수 있다. 또한, 글래스 기판을 사용하여 낮은 온도에서도 실리콘 박막을 증착할 수 있게 된다. Meanwhile, since not only negatively charged particles but also positively charged particles are used for thin film deposition, the control unit 260 may control the first bias voltage applying unit 114 and the first bias voltage so that the first bias voltage and the second bias voltage have different polarities at predetermined periods. When the 2 bias voltage applying unit 136 is adjusted, since the positive and negatively charged particles are deposited on the substrate S at a predetermined cycle, the deposition rate may be increased. In addition, a glass substrate can be used to deposit a silicon thin film even at low temperatures.

한편, 제1바이어스 전압 및 제2바이어스 전압으로 교류를 사용할 때 각각 양전압과 음전압의 크기가 동일하지 않게 인가될 수 있다. 이러한 비대칭 전압인가는 챔버 내에 음전하 입자가 우세할 경우 양전압의 크기를 음전압 크기 보다 크게 하여 열선으로부터의 전기장의 균형을 도모할 수 있으며, 이는 박막의 균일화를 도울 수 있다. On the other hand, when the alternating current is used as the first bias voltage and the second bias voltage, the magnitudes of the positive voltage and the negative voltage may not be the same. Such asymmetrical voltage application can promote the balance of the electric field from the heating wire by making the magnitude of the positive voltage larger than the magnitude of the negative voltage when the negatively charged particles prevail in the chamber, which can help to uniform the thin film.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상술한 열선 화학기상 증착장치를 이용한 결정질 실리콘박막의 제조방법(이하, 본 발명의 방법)의 제조단계를 보여주는 플로우차트이다. FIG. 5 is a flowchart showing a manufacturing step of a method of manufacturing a crystalline silicon thin film (hereinafter, the method of the present invention) using the above-described hot-wire chemical vapor deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.

기판홀더(112)에 기판(S)을 장착하여 챔버(110) 내로 기판(S)를 장입한다(제1단계). 이때, 챔버(110) 압력은 수십 mtorr로 유지할 수 있는데, 예를 들면 10-2torr 정도로 유지할 수 있다. 기판(S)은 유리기판일 수 있다. 이후, 열선(130)이 산화되는 것을 방지하기 위한 분위기 가스로 수소가스(H2)를 챔버(110) 내에 주입할 수 있다. 기판(S)과 열선(130) 사이는 기판(S) 상에 결정질 실리콘 막 또는 결정질 실리콘 나노입자를 형성하기에 적합한 소정 거리로 유지할 수 있는데, 예를 들면 기판(S)과 열선(130) 사이의 거리는 6.5 cm 정도일 수 있다. 다른 조건이 일정할 때는 기판(S)과 열선(130) 사이의 거리를 조절하여 기판(S) 상에 결정질 실리콘 막을 형성할 수 있다.The substrate S is mounted on the substrate holder 112 to charge the substrate S into the chamber 110 (first step). In this case, the pressure of the chamber 110 may be maintained at several tens of mtorr, for example, about 10 −2 torr. The substrate S may be a glass substrate. Thereafter, hydrogen gas (H 2 ) may be injected into the chamber 110 as an atmosphere gas for preventing the heating wire 130 from being oxidized. The substrate S and the heating wire 130 may be maintained at a predetermined distance suitable for forming a crystalline silicon film or crystalline silicon nanoparticles on the substrate S, for example, between the substrate S and the heating wire 130. The distance can be about 6.5 cm. When other conditions are constant, the crystalline silicon film may be formed on the substrate S by adjusting the distance between the substrate S and the hot wire 130.

다음, 열선(130)의 온도를 주입될 반응가스를 해리할 수 있을 정도로 높인다(제2단계). 예를 들면, 실리콘을 형성하기 위한 반응가스가 유입될 때, 열선(130)은 1400℃-2000℃, 바람직하게는 1600℃-1800℃로 높일 수 있다.Next, the temperature of the heating wire 130 is increased to be able to dissociate the reaction gas to be injected (second step). For example, when the reaction gas for forming silicon flows in, the heating wire 130 may be increased to 1400 ° C-2000 ° C, preferably 1600 ° C-1800 ° C.

다음, 가스 인입구(124)를 통해서 챔버(110)에 반응가스를 공급한다(제3단계). 반응가스는 실란일 수 있다. 기판(40)은 300℃-700℃로 유지할 수 있다. 챔버(110)의 압력은 1 torr 이하일 수 있다. 이때, 반응가스는 30% 실란가스와 70% 수소가스일 수 있다. Next, the reaction gas is supplied to the chamber 110 through the gas inlet 124 (third step). The reaction gas may be silane. The substrate 40 may be maintained at 300 ° C-700 ° C. The pressure of the chamber 110 may be 1 torr or less. In this case, the reaction gas may be 30% silane gas and 70% hydrogen gas.

유입된 반응가스는 열선(130)을 통과하면서 해리된다. 해리된 반응가스는 하전된 결정질의 나노입자가 된다. 즉, 양전하 나노입자와 음전하 나노입자 및 중성 나노입자 등으로 존재할 수 있다. The introduced reaction gas is dissociated while passing through the hot wire 130. Dissociated reaction gas becomes charged crystalline nanoparticles. That is, it may be present as positively charged nanoparticles, negatively charged nanoparticles, and neutral nanoparticles.

열선(130)에 제1바이어스 전압을 인가하고, 기판홀더(112)에 제2바이어스 전압을 인가한다(제4 단계). 제1바이어스 전압 및 제2 바이어스 전압은 서로 다른 극성을 가지도록 제어된다. The first bias voltage is applied to the heating wire 130 and the second bias voltage is applied to the substrate holder 112 (fourth step). The first bias voltage and the second bias voltage are controlled to have different polarities.

또한, 제1바이어스 전압 및 제2바이어스 전압은 직류전압을 사용하거나 교류전압을 인가할 수 있고, 교류전압을 인가하는 경우, 서로 위상이 다른 전압이 인가될 수 있다. 교류전압의 주기는 0.01 Hz ~ 10 kHz 일 수 있다. In addition, the first bias voltage and the second bias voltage may use a DC voltage or apply an AC voltage, and when the AC voltage is applied, voltages having different phases from each other may be applied. The period of the AC voltage may be 0.01 Hz to 10 kHz.

한편, 제1바이어스 전압은 교류전압인 경우 양전압과 음전압이 크기가 서로 다를 수 있다. 제2바이어스 전압은 교류전압인 경우 양전압과 음전압의 크기가 서 로 다를 수 있다. Meanwhile, when the first bias voltage is an AC voltage, the positive and negative voltages may have different magnitudes. In the case of the second bias voltage, the magnitude of the positive voltage and the negative voltage may be different from each other.

열선이 도 4에 도시된 것과 같이 복수의 열선(131-135)으로 이루어진 경우, 교번적으로 배치된 열선(131-135)에 서로 다른 방향으로 전류가 흐르도록 하여 열선으로부터 형성되는 전기장의 크기를 균일하게 할 수 있다. When the heating wire is composed of a plurality of heating wires (131-135) as shown in Figure 4, the current flows in different directions to the alternating heating wires (131-135) so that the magnitude of the electric field formed from the heating wire It can be made uniform.

본 발명의 실시예에 따른 박막증착방법을 이용하면, 박막의 증착이 용이해지며, 하전된 나노입자의 크기가 제어될 수 있으므로, 챔버 내의 압력을 수 torr 로 증가시켜서 박막의 특성을 손상시키지 않으면서 박막 성장속도를 향상할 수 있다. When the thin film deposition method according to the embodiment of the present invention is used, the thin film is easily deposited and the size of the charged nanoparticles can be controlled, so that the pressure in the chamber is increased to several torr so as not to impair the characteristics of the thin film. Therefore, the growth rate of the thin film can be improved.

상기와 같은 방법으로 결정질 반도체 박막을 제조하여 태양전지, 디스플레이 표시장치, TFT 소자를 제조할 수 있다.The crystalline semiconductor thin film may be manufactured in the same manner as described above to manufacture a solar cell, a display display device, and a TFT device.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the invention has been shown and described with reference to certain embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전계제어장치를 구비한 열선 화학기상 증착장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing a hot-ray chemical vapor deposition apparatus having an electric field control device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 열선의 양단에 18V 직류전압을 인가시, 열선에 의한 전기장 분포를 보여주는 모식도이다.FIG. 2 is a schematic diagram showing an electric field distribution by a hot wire when an 18 V DC voltage is applied to both ends of the hot wire of FIG. 1.

도 3은 도 1의 전압인가장치에서 제2바이어스 전압을 -25V 내지 25 V 인가시, 열선의 입력부와 출구부에서의 전류를 측정한 결과의 그래프이다.FIG. 3 is a graph illustrating a result of measuring currents at an input part and an outlet part of the heating wire when the second bias voltage is applied at −25 V to 25 V in the voltage applying device of FIG. 1.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열선의 배치를 보여주는 평면도이다.Figure 4 is a plan view showing the arrangement of the hot wire according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상술한 열선 화학기상 증착장치를 이용한 결정질 실리콘박막의 제조방법을 보여주는 플로우차트이다.5 is a flowchart showing a method of manufacturing a crystalline silicon thin film using the above-described hot-wire chemical vapor deposition apparatus according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100: 열선 CVD 장치 110: 챔버100: hot wire CVD apparatus 110: chamber

112: 기판홀더 114: 제1바이어스 전압 인가부112: substrate holder 114: first bias voltage applying unit

120: 반응가스 공급장치 122: 샤워헤드120: reaction gas supply 122: shower head

124: 인입구 130: 열선124: inlet 130: hot wire

134: 전압원 136: 제2바이어스 전압 인가부134: voltage source 136: second bias voltage applying unit

Claims (12)

내부에 기판이 장착되는 챔버;A chamber in which a substrate is mounted; 상기 기판에 제1바이어스 전압을 인가하는 제1바이어스 전압 인가부;A first bias voltage applying unit configured to apply a first bias voltage to the substrate; 상기 챔버에 반응개스를 공급하는 개스공급부;A gas supply unit supplying a reaction gas to the chamber; 상기 챔버내에 배치되며 상기 반응개스를 해리시키는 열을 방출하는 열선; 및 A heating wire disposed in the chamber and dissipating heat dissociating the reaction gas; And 상기 열선에 제2바이어스 전압을 인가하는 제2바이어스 전압 인가부;를 구비하는 열선 화학기상 증착장치.And a second bias voltage applying unit configured to apply a second bias voltage to the hot wire. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1바이어스 전압 인가부 및 상기 제2바이어스 전압 인가부로부터 공급되는 전압을 제어하는 제어부;를 더 구비하며, And a controller configured to control a voltage supplied from the first bias voltage applying unit and the second bias voltage applying unit. 상기 제어부는 상기 제1 바이어스 전압 및 제2 바이어스 전압에 서로 다른 부호를 가진 전압을 공급하는 열선 화학기상 증착장치.The control unit is a hot wire chemical vapor deposition apparatus for supplying a voltage having a different sign to the first bias voltage and the second bias voltage. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 열선은 복수의 열선을 구비하며, 상기 복수의 열선은 서로 나란하게 배치되며, 상기 제어부는 인접한 열선이 서로 다른 방향으로 전류가 흐르게 제어하는 열선 화학기상 증착장치. The hot wire has a plurality of hot wires, the plurality of hot wires are arranged in parallel with each other, the control unit is a hot wire chemical vapor deposition apparatus for controlling the current flow in the adjacent hot wires in different directions. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제1 바이어스 전압 및 제2 바이어스 전압에는 각각 교류전압이 인가되는 열선 화학기상 증착장치.And an alternating current voltage is applied to the first bias voltage and the second bias voltage, respectively. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 제1 바이어스 전압 및 제2 바이어스 전압에는 각각 크기가 다른 양전압과 음전압이 교번적으로 인가되는 열선 화학기상 증착장치.Hot-wire chemical vapor deposition apparatus is applied to the first bias voltage and the second bias voltage alternately applied positive and negative voltages of different magnitudes, respectively. 제1항의 열선 화학기상 증착장치를 이용한 박막제조방법에 있어서, In the thin film manufacturing method using the heat ray chemical vapor deposition apparatus of claim 1, 챔버에 기판을 로딩하는 제1 단계;Loading a substrate into the chamber; 열선의 온도를 유입되는 반응가스의 해리 온도로 높이는 제2 단계; A second step of raising the temperature of the hot wire to the dissociation temperature of the introduced reaction gas; 상기 챔버에 실리콘 형성용 반응가스를 공급하는 제3 단계; 및Supplying a reaction gas for forming silicon into the chamber; And 상기 기판에 제1바이어스 전압을 공급하고, 상기 열선에 제2바아어스 전압을 공급하는 제4 단계;를 포함하는 박막 제조방법. And supplying a first bias voltage to the substrate and supplying a second bias voltage to the heating wire. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 제1바이어스 전압 및 상기 제2바이어스 전압은 서로 다른 극성을 포함하는 박막 제조방법. The method of claim 1, wherein the first bias voltage and the second bias voltage have different polarities. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 제1바이어스 전압 및 상기 제2바이어스 전압은 각각 교류전압인 박막 제조방법. And the first bias voltage and the second bias voltage are alternating voltages, respectively. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 제1바이어스 전압 및 상기 제2바이어스 전압은 각각 크기가 다른 양전압과 음전압이 교대로 바뀌는 박막 제조방법. The first bias voltage and the second bias voltage is a thin film manufacturing method in which the positive and negative voltages of different sizes are alternately changed. 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 열선은 복수의 열선을 구비하며, 상기 열선에는 교번적으로 배치된 열선의 전류방향이 다르도록 상기 열선의 양단에 전압이 인가되는 박막 제조방법. The heating wire is provided with a plurality of heating wire, the heating wire is a thin film manufacturing method in which voltage is applied to both ends of the heating wire so that the current direction of the heating wire alternately arranged. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 제1바이어스 전압 및 상기 제2바이어스 전압은 각각 크기와 전류방향을 다르게 선택적으로 제어하여 반도체 박막의 증착속도, 균일도 및 입자크기를 조절하여 제조하는 박막 제조방법. The first bias voltage and the second bias voltage is a thin film manufacturing method for controlling the deposition rate, uniformity and particle size of the semiconductor thin film by selectively controlling the size and current direction respectively. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기와 같은 방법으로 반도체 박막을 결정화하여 태양전지, 디스플레이 표시장치, TFT 소자를 제조하는 방법 및 관련 소자. A method of manufacturing a solar cell, a display display device, a TFT device by crystallizing a semiconductor thin film by the above method, and a related device.
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KR20160097424A (en) * 2015-02-06 2016-08-18 한양대학교 산학협력단 Atomic Layer Deposition using a bias

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