KR900007050B1 - 반도체 장치의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

반도체 장치의 제조방법
제 1 도는 O2플라즈마의 조사시간과 a-Si : H 내의 전기도전율간의 상호관계 그래프.
제 2 도는 본 발명을 수행할시에 사용되는 장치의 단면도.
제 3 도는 갭셀(gap cell)형 포토다이오드의 단면도.
제 4 도는 a-Si : H대의 국소레벨을 나타대는 도표.
본 발명은 반도체 장치의 제조방법에 관한 것으로 특히, 포토다이오드등용으로 사용되는 비정형 실리콘의 전기특성을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다.
공지된 갭셀형 포토다이오드가 제 3 도에 도시되어 있다. 제 3 도에서 참조번호 11은 유리기판을 나타내며, 12는 비정형 실리콘막(a-Si : H막), 13은 Al전극, 14는 예를들어 l000룩스의 백광을 나타낸다.
비정형 실리콘막을 증착시키기 위한 장치는 제 2 도에 도시되어 있다. 제 2 도에서 21은 반응로(석영로), 22는 히터, 23은 전극, 24는 무선주파수(RF)발생기, 25는 가스도입관, 26은 배출구, 28은 서셉터(susceptor)를 나타낸다. 히터 22는 비정형 실리콘 필름이 증착되는 유리기판 11을 가열하도륵 배치된다. 기판과 RF발생기 24의 일단이 접지되며 또한 RF 발생기 24가 도통될때 제 2 도에서 점선들로 나타낸 클라즈마 27은 전극 23과 기판 l1사이에서 발생되며, 가스도입관 25를 통해 도입된 실란(silane) 가스(SiH4)의 Si는 비정형 실리콘막 (a-Si : H)을 형성하도록 유리기판 11상에 증착된다.
H2또는 Ar과 같은 희석가스는 SiH4에 첨가될 수도 있다. 그렇게 제조된 비정형 실리콘의 구조는 다음과 같음을 알 수 있다.
Figure kpo00001
13.56MHz의 여기 고주파를 사용하는 플라즈마 화학중기증착법(CVD 방법)이 비정형 실리콘층의 형성에 적용됐다(예, 일본잡지"응용물리"1982년 3월 No.3 Vol.21, p.413-417). 만일 이러한 고주파가 사용될 경우, 붙어있는 본드(bond)의 수는 작으며 또한 우수한 전기특성(암전기도전율 σd는 작으며 또한 명(광도전율) σp는 크다)이 쉽게 얻어진다. 그러나, 이러한 방법은 형성된 비정형 실리콘이 기부와 같은 유리기판에 대해 불량한 내연성(300℃ 이하)과 접착성을 갖는다.
다른한편 1MHz 이하의 주파수의 여기파가 사용될 때 우수한 내열성과 접착성을 갖는 비정형 실리콘막이 얻어질 수 있으나, 상술한 전기특성은 불량하다.
만일 내열성이 300℃이하의 온도에서 불량할 경우, 장치의 제조가 어려워진다. 고내열성은 제조방법을 위한 필수요건이며 또한 기판에 대한 접착성은 비정형 실리콘막이 기판으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해 필요하다. 더우기, 작은 σd와 큰 σp는 전기특성에 양호하다. 전술한 것을 표 1에 요약한다.
[표 1]
Figure kpo00002
표 1에서 "○"은 양호함을 나타대며, "△"는 불량을 나타낸다.
이러한 배경하에서, 본 발명이 완성됐다. 그러므로 본 발명의 주요 목적은 RF를 사용하여 플라즈마CVD 공정에 의해 비정형 실리콘막을 증착시키기 위한 방법을 제공하는데 있는 것으로, 그에 의해 우수한 내열성과 기판에 대한 양호한 접착성을 갖는 비정형 실리콘층이 형성된다.
본 발명에 의하면, 기판상에 비정형 실리콘(a-Si : H)의 플라즈마 화학증기 증착에 의해 반도체 장치의 제조방법이 제공되는데 이 방법은 a-Si : H막을 증착시키도록 1MHz이하의 고주파를 사용하여 증착로 21내에 플라즈마를 발생시키고 또한 동일한 증착로내에 산소(O2)를 플라즈마를 발생시켜서 산소 플라즈마로서 a-Si : H를 조사하는 것을 포함한다.
본 발명에 의하면, 1MHz이하의 주파수를 갖는 파를 사용하여 플라즈마 CVD법에 의해 증착된 비정형실리콘막을 O2플라즈마에 노출시킨다. 비정형 실리콘막이 상술한 바와같이 O2플라즈마에 노출될때 O2플라즈마는 고활성도를 갖고 있기 때문에 O*기들은 붙어있는 본드들을 내포하며 또한 암전도율은 더 감소된다.
첨부도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
다시 비정형 실리콘막의 구조를 참조하면, 비정형 실리콘의 성장에 있어, a-Si : H는 SiH4대의 Si에 H를 결합시킴으로서 형성된다. 그러나 비록 붙어있는 본드들의 수는 비정형 실리콘의 성장에서 작을지라도 붙어있는 본드들은 상술한 구조식으로부터 볼 수 있는 바와같이 여전히 존재한다. 따라서, 증착된 비정형실리콘막에서, 예를들어 전술한 바와같이 l3.56MHz의 고주파를 사용하여 그 막을 증착할 경우, SiH2본드들의 수는 내열성을 저하시킬 정도로 크며, 또한 이온들의 기여는 불량한 접착성을 야기시킬 정도로 작은한편 붙어있는 본드들의 수는 우수한 전기특성들을 발생시킬 정도로 작다. 다른 한편, 전술한 바와같이 예를들어 1MHz이하의 비교적 저주파를 사용하여 그 막을 증착할 경우, SiH2본드들의 수는 내열성을 개선시킬 정도로 작으며 또한 이온들의 기여는 우수한 접착성을 야기시킬 정도로 큰 반면 붙어있는 본드들의 수는 전기특성들을 저하시킬 정도로 크다.
비정형 실리콘의 도전밴드와 평행밴드가 심사될때, 제 4 도에 보인 바와같이, 파선으로 나타낸 국소레벨이 두밴드들간에 존재함을 알 수 있는데, 이는 비정형 실리콘내에 붙어있는 본드들의 존재에 기인한다. 비정형실리콘의 암전기도전율은 국소레벨로부터 도전밴드로 열적으로 여기되는 제 4 도에 검은 점들로 나타낸 전자들의 도전에 달려있다.
그러므로, 붙어있는 본드들의 수를 좀더 감소시키면 암전기도전율을 감소시키는데 효과적이다.
본 발명에 의하면, 제 2 도에 보인 장치를 사용하여, 비정형 실리콘막을 유리기판 11상에 고주파로 성장시키고, SiH4가스의 공급을 중단하고, O2가스를 석영로 21속에 주입시켜, O2플라즈마를 형성한다. 기판 11은 이 O2플라즈마로서 조사된다.
본 발명에서, 플라즈마 CVD법은 1MHz 이하, 바람직하게는 30 내지 500KHz의 비교적 저주파를 사용하는 이외에 상용조건들하에서 수행될 수 있다. 그다음,O2플라즈마 처리는 200 내지 350℃의 기판온도, 0.2 내지 2 Torr의 압력, 그리고 50 내지 500mW/cm2의 전력 조건들하에 수행될 수도 있다. 주파수는 O2플라즈마 처리시에 중요한 것이 되지 못하며, 30KHz 내지 13.56MHz의 주파수의 파형이 적당하게 사용될수도 있다.
본 발명의 방법은 다음 방식으로 수행된다. l Torr의 진공이 석영로 21내에 유지되며 또한 100mW/cm2의 전력을 갖는 200KHz의 저주파를 갖는 고주파 파형은 RF 발생기에 의해 발생되며, 또한 SiH4가스는 a-Si : H의 성장에 사용된다. 일반적으로 약 1μm의 예정된 두께를 갖는 a-Si : H막이 증착된 후,O2가스는 SiH4가스대신 공급된다. O2플라즈마로 조사하는 시간은 30 내지 40분으로 조정된다. 그렇게 얻어진 a-Si : H막은 내열성, 기판에 대한 접착성 그리고 전기특성 모든면에서 만족스럽다. RF에 의해 발생된 고주파 파형의 주파수는 상술한 값으로 제한되지 않으며 또한 30KHz 대지 500KHz의 킬로헤르츠정도의 RF가 사용될 수 있다.
우리는 O2플라즈마로 조사하는 시간과 전기도전율간의 관계를 심사했으며 또한 제 1 도에 보인 결과들을나타냈다.
분으로 나타낸 O2플라즈마 조사시간은 횡축 좌표이고, 전기도전율(Ω-cm-1)은 종축 좌표이다.
제 1 도에서, 흰색원과 혹색원들은 200KHz의 주파수를 각각 갖는 고주파 파형을 사용하여 형성된 a-Si : H의 광도전율과 암전기도전율 각각을 나타대며 또한 흰색 삼각형과 흑색 삼각형들은 13MHz의 주파수를 갖는 고주파 파형을 사용하여 형성되는 a-Si : H의 광도전율과 암전기도전율을 각각 나타낸다.
제 1 도에 보인 바와같이, 200KHz의 주파수를 갖는 고주파 파형에 의해 형성된 a-Si : H의 암광도전율은 l3MHz의 주파수를 갖는 고주파 파형을 사용하여 형성되는 a-Si : H의 것보다 O2플라즈마로서 조사하기 전에가 더 크다. 그러나 O2플라즈마로 30분동안 조사될때 암전기도전율은 13MHz의 주파수를 갖는 고주파 파형을 사용하여 형성되는 a-Si : H의 것과 실제로 동일하게 된다.
다른한편, 200KHz의 주파수를 갖는 고주파 파형을 사용하여 형성되는 a-Si : H의 광도전율은 13MHz의 고주파 파형을 사용하여 형성되는 a-Si : H의 것보다 O2플라즈마로 조사하기 전이 약간 더 크며, 광도전율의 값은 O2플라즈마로의 조사시간이 지속되는만큼 증가된다.
전술한 설명으로부터 명백한 바와같이, 200KHz의 주파수를 갖는 고주파 파형을 사용하여 형성된 a-Si : H의 암전기도전율은 O2플라즈마로 조사하므로서 감소되며, 또한 광도전율은 O2플라즈마로 조사하므로서 증가된다. 따라서, 고주파수를 갖는 고주파 파형에 의해 형성된 a-Si : H와 저주파수를 갖는 고주파 파형에 의해 형성된 a-Si : H의 특성들을 나타내는 표 1에서, 모든 특성들은 "저주파수"열에서 "0"가 된다. 즉, 고내열성 (우리 실험에 의하면 450℃까지)과 기판에 대한 양호한 접착성을 가지며 또한 우수한 전기특성들을 갖는 a-Si : H막이 얻어진다. 이와관련하여, 비록 플라즈마 CVD 중착후의 플라즈마 처리가 O2가스대신 H2,CO2,CO,N2O,N2또는 NH3가스를 사용하여 행했지만 중착된 비정형 실리콘막의 전기 특성들의 뚜렷한 개선이 얻어지지 않았다.
전술한 설명으로부터 명백한 바와같이, 본 발명에 의하면, 고내열성, 기판에 대한 양호한 접착성 그리고우수한 전기 특성들을 갖는 포토다이오드 장치가 제조될 수 있다. 또한 만일 이 a-Si : H가 TFT용으로 사용될 경우, Ion/Ioff 비가 증가될 수 있는 트랜지스터가 얻어질 수 있으며 또한 시간경과와 더불어 변동이 작은 솔라셀이 얻어진다.

Claims (9)

  1. 비정형 실리콘막을 증착시키도록 1MHz 이하의 고주파 파형을 사용하여 증착로내에 플라즈마를 발생시키고, 또한 동일한 증착로내에 산소플라즈마를 발생시켜서 그 산소 플라즈마로 비정형 실리콘막을 조사하는 것을 포함하는 기판상에 비정형 실리콘의 플라즈마 화학증기 증착에 의한 반도체 장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에서, 플라즈마 화학증기 증착은 30 내지 500KHz의 주파수의 파형을 이용하여 수행되는 것이 특징인 반도체 장치의 제조방법.
  3. 제 2 항에서, 주파수는 200KHz인 것이 특정인 반도체 장치의 제조방법.
  4. 제 3 항에서, 플라즈마 화학증기 증착은 100mW/cm2전력으로 수행되는 것이 특징인 반도체 장치의 제조방법.
  5. 제 3 항에서, 플라즈마 화학증기 증착은 1 Torr의 압력하에 수행되는 것이 특정인 반도체 창치의 제조방법.
  6. 제 1 항에서, 산소 플라즈마 처리는 30KHz 내지 13.56MHz의 주파수의 파형으로 수행되는 것이 특정인 반도체 장치의 제조방법.
  7. 제 1 항에서, 산소 플라즈마 처리는 200 내지 350℃의 기판온도에서 수행되는 것이 특징인 반도체 장치의 제조방법.
  8. 제 1 항에서, 산소 플라즈마 처리는 0.2 내지 2 Torr의 압력하에서 수행되는 것이 특정인 반도체 장치의 제조방법.
  9. 제 1 항에서, 산소 플라즈마 처리는 50 내지 500mW/cm2의 전력으로 수행되는 것이 특정인 반도체 장치의 제조방법.
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