KR20160088405A - 저온다결정실리콘박막의 예정세척방법 및 그 제조방법, 제작시스템 - Google Patents

저온다결정실리콘박막의 예정세척방법 및 그 제조방법, 제작시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정디스플레이 기술 영역에 속하는 것으로서, 특히 저온 다결정실리콘 박막의 제조 방법에 대한 것으로서, 다음 단계를 포함한다: 기판상에서 아래로부터 위까지 차례로 완충층과 비결정질실리콘층을 생장시키는 제1단계; 상기 비결정질실리콘층을 가열하여 실온보다 높게 만들고, 상기 비결정질실리콘층을 사전 세척하는 제2단계; 엑시머레이저빔을 이용하여 상기 제2단계의 세척 후의 비결정질실리콘층을 조사하고, 상기 비결정질실리콘이 다결정실리콘으로 전화되도록 하는 제3단계. 본 발명은 또한 이러한 다결정실리콘 박막의 제작 시스템을 제공한다. 본 발명은 저온 다결정실리콘 박막 제작 시스템, 예정세척방법에 대해 개선함으로써, 비결정질실리콘층의 두께의 불균일한 상태를 개선하고, 이에 따라 후속 단계에서 ELA 조사 전화로 다결정실리콘 박막의 균일성을 형성한다.

Description

저온다결정실리콘박막의 예정세척방법 및 그 제조방법, 제작시스템{LOW TEMPERATURE POLYCRYSTALLINE SILICON THIN FILM PRECLEANING METHOD AND PREPARATION METHOD, AND SYSTEM FOR MAKING LOW TEMPERATURE POLYCRYSTALLINE SILICON THIN FILM}
본 발명은 액정디스플레이장치 기술영역에 속하는 것으로, 저온다결정실리콘 박막의 제조 방법에 대하 것이다.
평판디스플레이장치의 발전에 따라 고해상도, 저에너지의 디스플레이 패널에 대한 수요는 계속 증가하고 있고, 디스플레이 패널의 제작 원료에 대한 수요도 나날이 높아지고 있다. 그 중, 저온 다결정실리콘 재료에 대해서도 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 재료는 비결정질실리콘 재료를 이용하여 비교적 낮은 반응온도에서 획득하여, 높은 전자 이동도를 가지고, C-MOS회로를 제작하여 고해상도, 저에너지 디스플레이 패널의 획득에 이용될 수 있다.
현재 저온다결정실리콘을 제조하는 방법은 고상결정(SPC), 금속유도결정(MIC) 및 엑시머레이저열처리(ELA) 등을 포함하는데, 이 중 엑시머레이저빔(ELA) 열처리는 현재 가장 광범위하게 이용되는 방법이다.
ELA저온다결정실리콘 제작 방법은: 유리기판에 우선 완충층을 생장시킨 다음, 이 완충층에 비결정질 실리콘층을 생장시킨다. 마지막으로 ELA의 레이저를 이용하여 비결정질실리콘층을 스캔하고, 비결정질실리콘이 고온 융화 결정을 받아 다결정질리콘층을 형성하게 한다. 그러나, 비결정질실리콘에 의한 성막의 두께는 사실 균일하지 않고, 이는 직접 다결정실리콘층의 균일성 형성에 영향을 미친다. 또한 저온다결정실리콘의 균일성을 그 전기학적 성능에 직접적으로 영향을 미친다. 낮은 자본, 고효율의 방법으로 균일한 다결정실리콘 박막을 어떻게 얻어낼 것인가 하는 것은 시급한 해결을 요하는 문제이다.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 저온다결정실리콘 박막 예정세척방법을 제공하되, 비결정질실리콘층의 온도를 실온보다 높게 가열하고, 상기 비결정질실리콘층에 예정세척을 진행한다.
상기 예정세척 방법은 저온다결정실리콘 박막의 제조에 이용되는데, 기판상에서 아래로부터 위까지 차례로 완충층과 비결정질실리콘층을 생장시키는 제1단계;
상기 비결정질실리콘층을 가열하여 실온보다 높게 만들고, 상기 비결정질실리콘층을 예정세척하는 제2단계;
엑시머레이저빔을 이용하여 상기 제2단계의 세척 후의 비결정질실리콘층을 조사하고, 상기 비결정질실리콘이 다결정실리콘으로 전화되도록 하는 제3단계를 포함한다.
상기 제2 단계에서의 상기 비결정질실리콘층의 온도는 25~40 ℃이다.
상기 제2단계에서의 비결정질실리콘층은 두께가 비교적 큰 제1 영역, 및 두께가 비교적 작은 제2영역을 포함하되, 상기 제1 영역의 온도는 상기 제2영역의 온도보다 높다.
상기 예정세척이 이용한 세척제는 질량농도가 1~3%인 불화수소산수용액이다.
상기 불화수소산이 예정세척하는 시간은 45~60초이고, 사용량은 40~60L/min이다.
본 발명은 상기 제조 방법을 실현하는 저온다결정실리콘 박막의 제작 시스템을 제공하는데, 샘플 받침; 및
상기 샘플 받침의 윗방향에 대응하여 설치되고, 상기 샘플 받침에 비결정질실리콘층을 생장하는데 이용되는 외연생장 장치;
상기 샘플 받침의 윗방향에 대응하여 설치되고, 상기 비결정질실리콘층이 다결정실리콘층으로 전화되는데 이용되는 엑시머레이저빔을 포함하되,
상기 샘플 받침의 윗방향에 에 대응하여 설치되고, 상기 비결정질실리콘층에 대해 예정세척을 진행하는데 이용되는 예정세척장치;
상기 샘플 받침에 설치되고, 상기 비결정질실리콘층의 가열에 이용되는 온도제어장치를 더 포함한다.
상기 예정세척장치는 다수개의 균일하게 분산 설치된 스프레이 펌프 헤드를 포함할 수 있다.
상기 온도제어장치는 다수개의 균일하게 분산 설치된 발열세트를 포함하되, 각 발열세트는 독립된 온도조절기와 온도감측기를 구비할 수 있다.
상기 발열세트는 저항블럭 또는 저항선일 수 있다.
본 발명은 저온 다결정실리콘 박막 제작설비, 예정세척방법에 대해 개선하여 비결정질실리콘층의 균일성을 높인다. 본 발명의 저온 다결정실리콘 박막 제작 시스템은 온도제어장치를 도입하고, 예정 세척장치와 함께 비결정질실리콘층의 불용영역의 두께 차이를 토대로 대응하는 영역의 온도를 제어함에 따라, 박막영역이 다른 부식 속도를 실현하도록 제어하며, 최종적으로 다른 영역의 박막 거리를 축소하여, 비결정질실리콘층의 두께의 불균일 상태를 개선하고, 이에 따라 이어지는 단계에서 ELA 조사로 다결정실리콘 박막을 전화 형성하는 균일성을 높인다.
도1은 본 발명인 저온 다결정실리콘 박막 제작 시스템의 구조 개략도이다.
도 2(a) (b)는 본 발명인 온도제어장치의 발열세트가 샘플 받침에 배열되는 구조 개략도이다.
도 3(a) (b) (c)는 본 발명인 저온 다결정실리콘 박막의 제조 흐름도이다.
이하에서는 도면을 결합하여 본 발명의 실시예를 상세하게 소개한다.
본 발명은 저온 다결정실리콘 박막의 제작 시스템(100)을 제공하는데, 도 1에서 도시하는 바와 같이, 적어도 샘플 받침(10), 외연생장장치(20), 엑시머레이저빔(30) 및 예정세척장치(40), 온도제어장치(50)을 포함한다.
여기에서, 외연생장장치(20)는 샘플 받침(10)의 윗방향에 대응하여 설치되고, 상기 샘플 받침(10)에 비결정질실리콘층을 생장하는데 이용되고(도면 미도시), 그 외 다결정실리콘 박막의 필요 재료층을 형성한다.
예정세척장치(40)는 상기 샘플 받침(10)의 윗방향에 에 대응하여 설치되고, 다수개의 균일하게 분산 설치된 스프레이 펌프 헤드(41)를 포함하는데, 이러한 스프레이 펌프 헤드(41)를 통해 세척제를 분출하는 것을 제어할 수 있으며, 상기 비결정질실리콘층에 대해 예정세척을 진행하는데 이용된다.
온도제어장치(50)는 상기 샘플 받침(10)에 설치되고, 상기 비결정질실리콘층의 가열에 이용된다. 일반적으로, 비결정질실리콘층은 기판(도면 미도시)상에 형성되는 것이며, 따라서 온도제어장치(50)는 기판에 직접 가열하여, 기판을 통해 열량을 피결정질실리콘층에 전달한다. 온도제어장치(50)는 다수개의 균일하게 분산 설치된 발열세트(51)를 포함하되, 각 발열세트(51)는 독립된 온도조절기(53)와 온도감측기(52)를 구비한다. 온도감측기(52)는 각 발열 세트(51)의 현재 온도를 표시하고, 온도조절기(53)와 함께 각 발열세트(51)의 실시간 온도를 각각 제어 및 조절하며, 동일한 비결정질실리콘층의 다른 영역에 초점을 맞추어 온도를 높이거나 온도를 낮추고, 동일한 비결정질실리콘층상의 각 영역의 온도를 구별 처리한다. 구체적으로, 각 발열세트(51)은 예를 들어 점 형태로 샘플 받침(10)상의 저항 블록(51A)나 직렬 연결된 저항 블록(미도시)에 분포할 수 있고, 이는 도 2(a)에서 도시하는 바와 같다. 또 다른 예로, 발열 세트(51)는 환형으로 샘플 받침(10)상의 저항선(51A)을 에워 쌀 수 있는데, 이는 도 2(b)에서 도시하는 바와 같다.
엑시머레이저빔(30)은 상기 샘플 받침(10)의 윗방향에 대응하여 설치되고, 상기 샘플 받침(10) 상의 비결정질실리콘층이 다결정실리콘 재료로 전화되는데 이용된다. 일반적으로, 외연생장장치(20), 엑시머레이저빔(30), 예정세척장치(40)는 움직이는 장비로서, 제조 진행 과정의 필요에 따라 적당한 시점에 이들과 샘플 받침(10)이 대응하는 위치를 조정할 수 있다.
이하는, 상술한 저온 다결정실리콘 박막 제조 시스템(100)을 이용하여 다결정실리콘 박막을 제조하는 것으로서, 다음 단계를 포함한다.
제1단계: 도 3(a)에서 도시하듯, 샘플 받침(10)상에 유리기판(60)을 배치한 다음, 외연생장장치(20)를 이용하여 유리기판(60)상에서 완충층(70)을 생장시키되, 재료는 산화규소이다. 다음으로 완충층(70)상에서 비결정질실리콘층(80)을 계속 생장시킨다. 이 비결정질실리콘층(80) 표면은 균일하지 않은데, 적어도 상대적으로 두께가 큰 제1 영역, 및 상대적으로 두께가 작은 제2영역을 포함한다. 통상적으로 중간영역이 두껍고(제1영역), 가장자리(제2영역)가 얇거나(도 3(a)에서 도시하는 바와 같음), 또는 중간 영역(제2영역)이 얇고, 가장자리(제1영역)가 두꺼운 형상(미도시)으로 나타나고, 그 외에는 비균일한 분포의 형상으로 나타난다.
제2단계: 단계 1에서 획득한 비결정질실리콘층(80)을 세척실에 넣고, 고온 수소제거처리를 진행한다. 이후, 상기 온도제어장치(50)를 작동시켜 상기 유리기판(60)을 가열하여, 비결정질실리콘층(80)의 온도를 높인다. 예정세척장치(40)의 위치를 조정하여 상기 비결정질실리콘층(80) 표면에 조준하여, 예정세척을 진행할 준비를 한다.
일반적인 경우에, 본 실시예의 예정세척 조작은 실온인 23±2℃의 환경에서 진행된다. 중간영역이 두껍고, 가장자리가 얇은 비결정질실리콘층(80)에 대해, 온도제어장치(50)의 각 발열세트(51)의 실시간 온도를 조절하여, 중간영역에 대응되는 발열세트(51) 가열온도가 실온（25~40℃）보다 높아지게 하고, 가장자리영역의 발열세트(51)는 가열할 필요가 없이 그 온도를 실온보다 낮아지게 할 수 있다. 이 때, 예정세척장치(40)의 스프레이 펌프 헤드(41)를 작동시켜, 세척제를 비결정질실리콘층(80)의 모든 표면에 뿌려 세척을 진행한다. 본 실시예에서 사용하는 세척제는 불화수소산수용액이고, 여기에서 불화수소산의 질량 농도는 1~3%이며, 스프레이 펌프 헤드(41)의 총 관로 유량은 40~60L/min로 설정하며, 스프레이 펌프 헤드(41)의 스프레이 모드를 통해 45~60초 정도 뿌린다. 중간이 얇고 가장자리가 두꺼운 비결정질실리콘층도 국부 영역의 가열 온도 조정을 참고할 수 있다.
불화수소산의 작용은 비결정질실리콘 표면을 얇게 애칭하고, 표층의 잡물을 제거하고 표면의 평탄도를 증가시킨다. 또한 불화수소산의 애칭 반응속도는 온도와 관련되는데, 온도가 높으면 애칭 반응은 빠르고, 온도가 낮으면 애칭 반응은 느리다. 이러한 점을 이용하여, 온도제어장치의 비결정질실리콘층의 다른 영역의 온도에 대한 제어를 통해, 비결정질실리콘 표면에 대해 평탄도를 개선할 수 있다. 예를 들어, 비결정질실리콘층에서 상대적으로 두꺼운 제1영역에서 발열세트를 조절하여 가열 온도를 높이고, 비결정질실리콘층에서 상대적으로 얇은 제2영역에서 발열세트의 가열온도를 낮추거나 가열을 멈추어, 비결정질실리콘층의 실제형상에 따라 즉시 매칭할 수 있다. 즉, 가열온도의 높낮음과 비결정질실리콘층 각 영역 두께의 정도는 정비례관계이다. 이처럼, 비결정질실리콘층의 두께가 큰 제1영역 애칭속도가 비교적 빠르고, 두께가 작은 제2영역 애칭 속도가 비교적 느려, 다른 영역의 두께 격차가 계속적으로 줄어들어, 비결정질실리콘층 두께가 불균일한 상태가 개선되어, 비결정질실리콘층 표면 평탄도를 높이려는 목적을 달성하게 되어, 이후 단계에서의 평탄하고 균일한 다결정실리콘층의 제공을 보장한다.
제3단계: 제2단계의 예정세척을 거친 후, 균일하고 평탄한 표면을 구비한 비결정질실리콘층(80)은 엑시머레이저빔(30)을 이용하여 훑고 지나가게 하는데, 도 3(b)에서 도시하는 바와 같이, 상기 비결정질실리콘이 다결정실리콘으로 전화되도록 하여 균일하고 평탄한 다결정실리콘 박막(90)을 획득하며, 이는 도 3(c)에서 도시하는 바와 같다.
본 발명이 제공하는 저온 다결정실리콘 박막 제작 시스템은 설비를 바꾸고 제어하는 게 쉽고, 이 시스템을 이용하여 다결정실리콘 박막을 만드는 방법이 간단하고 신속하며, 다결정실리콘 박막의 평탄도를 효과적으로 높일 수 있고, 제작한 소자 부품의 품질과 성능을 보장할 수 있다.

Claims (11)

  1. 비결정질실리콘층을 가열하여 그 온도가 실온보다 높아지게 하는 단계, 상기 비결정질실리콘층을 예정세척하는 단계를 포함하는, 저온다결정실리콘 박막의 예정세척방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비결정질실리콘층을 가열하여 그 온도가 25~40℃가 되게 하는, 저온다결정실리콘 박막의 예정세척방법.
  3. 기판상에서 아래로부터 위까지 차례로 완충층과 비결정질실리콘층을 생장시키는 제1단계;
    상기 비결정질실리콘층을 가열하여 실온보다 높게 만들고, 상기 비결정질실리콘층을 예정세척하는 제2단계;
    엑시머레이저빔을 이용하여 상기 제2단계의 세척 후의 비결정질실리콘층을 조사하고, 상기 비결정질실리콘이 다결정실리콘으로 전화되도록 하는 제3단계를 포함하는, 저온다결정실리콘 박막의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 단계에서의 상기 비결정질실리콘층의 온도는 25~40℃인 저온다결정실리콘 박막의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2단계에서의 비결정질실리콘층은 두께가 비교적 큰 제1 영역, 및 두께가 비교적 작은 제2영역을 포함하되,
    상기 제1 영역의 온도는 상기 제2영역의 온도보다 높은, 저온다결정실리콘 박막의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 예정세척이 이용한 세척제는 질량농도가 1~3%인 불화수소산수용액인, 저온다결정실리콘 박막의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 불화수소산이 예정세척하는 시간은 45~60초이고, 사용량은 40~60L/min인, 저온다결정실리콘 박막의 제조방법.
  8. 샘플 받침;
    상기 샘플 받침의 윗방향에 대응하여 설치되고, 상기 샘플 받침에 비결정질실리콘층을 생장하는데 이용되는 외연생장 장치;
    상기 샘플 받침의 윗방향에 대응하여 설치되고, 상기 비결정질실리콘층이 다결정실리콘층으로 전화되는데 이용되는 엑시머레이저빔을 포함하되,
    상기 샘플 받침의 윗방향에 에 대응하여 설치되고, 상기 비결정질실리콘층에 대해 예정세척을 진행하는데 이용되는 예정세척장치;
    상기 샘플 받침에 설치되고, 상기 비결정질실리콘층의 가열에 이용되는 온도제어장치를 더 포함하는, 제3항의 저온다결정실리콘 박막의 제작 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 예정세척장치는 다수개의 균일하게 분산 설치된 스프레이 펌프 헤드를 포함하는 저온다결정실리콘 박막의 제작 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 온도제어장치는 다수개의 균일하게 분산 설치된 발열세트를 포함하되, 각 발열세트는 독립된 온도조절기와 온도감측기를 구비한, 저온다결정실리콘 박막의 제작 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 발열세트는 저항블럭 또는 저항선인 저온다결정실리콘 박막의 제작 시스템.
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