KR20040036761A - Method of silicon deposition using of hdp-cvd - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고밀도 플라즈마 화학기상증착법에 의한 실리콘 증착방법에 관한 것으로서, 특히 수소(H2) 가스와 실란(SiH4) 가스를 함께 공급하여 증착 속도가 빠르고 우수한 특성을 갖는 폴리 실리콘 또는 비정질 실리콘을 증착할 수 있는 고밀도 플라즈마 화학기상증착법에 의한 실리콘 증착방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon deposition method by high-density plasma chemical vapor deposition (CVD). In particular, hydrogen (H 2 ) gas and silane (SiH 4 ) gas are supplied together to deposit polysilicon or amorphous silicon having high deposition rate and excellent characteristics. The present invention relates to a silicon deposition method by high density plasma chemical vapor deposition.
최근 액티브 매트릭스 액정 표시 소자(Active Matrix Liquid Crystal Display:AMLCD)가 정보 디스플레이 및 휴대형 전자 소자 분야에서 각광을 받고 있다.Recently, Active Matrix Liquid Crystal Display (AMLCD) has been spotlighted in the field of information display and portable electronic devices.
AMLCD는 박막 트랜지스터를 이용하여 정확한 계조 표시를 할 수 있도록 조정해 준다. 특히, 컬러 표시를 할 수 있는 기술이 개발되어 휴대형 개인 정보단말기나 슬림형의 데스크 모니터로서 광범위하게 적용되고 있다.AMLCD uses thin film transistors to make accurate gray scale display. In particular, a technology capable of color display has been developed and widely applied as a portable personal information terminal or a slim desk monitor.
휴대형 노트북 컴퓨터와 TV 및 캠코더의 뷰파인더의 스위칭 소자로써 a-Si:H TFT는 기판 온도 300℃ 이하에서 증착이 가능하고 저가의 대면적 유리 기판을 사용할 수 있다는 이점이 있어 널리 사용되고 있다.As a switching element of portable notebook computers and viewfinders of TVs and camcorders, a-Si: H TFTs are widely used because they can be deposited at a substrate temperature of 300 ° C. or lower and use low-cost large area glass substrates.
또한, a-Si:H TFT는 오프(off)상태에서의 누설 전류가 10-12A/㎛ 이하로 매우 낮아 액정 디스플레이의 적용시 이점이 있지만 후광 조사시 오프(off)전류가 높고 전계 효과 이동도가 1㎤/Vs 이하이기 때문에 주변회로의 일체화나 고속의 정보처리를 요구하는 동화상의 전달에는 문제점이 있는 것으로 알려져 있다.In addition, a-Si: H TFT has a very low leakage current in the off state of 10 -12 A / µm or less, which is an advantage in the application of a liquid crystal display. Since the figure is 1 cm 3 / Vs or less, it is known that there is a problem in the transfer of moving images requiring integration of peripheral circuits and high-speed information processing.
이에 비해 100㎤/Vs이상이며 빛에 덜 민감한 폴리 실리콘(poli-silicon)은주변회로의 일체화 및 화소부 스위칭 소자의 크기 감소에 의한 개구율의 증가라는 장점이 있어 많이 연구되어지고 있다.In comparison, polysilicon (poli-silicon), which is more than 100 cm 3 / Vs and less sensitive to light, has been studied because of the advantage of increasing the aperture ratio due to the integration of peripheral circuits and the reduction of the size of the pixel switching element.
비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 제작하는 열처리 방법으로는 고상 결정화(Solid Phase Crystallization :SPC), 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing :RTA), 액상 결정화 (Lapid Phase Re-crystallization:LPR), 엑시머 레이저 열처리(Excimer Laser Annealing:ELA)법 등이 있다.Heat treatment methods for producing amorphous silicon from polysilicon include solid phase crystallization (SPC), rapid thermal annealing (RTA), rapid phase recrystallization (LPR), and excimer laser heat treatment (Excimer Laser). Annealing (ELA) Act.
이 중에서도 대면적화가 용이하고 저온의 유리기판을 사용할 수 있는 ELA방법에 관한 연구개발이 활발하다. 엑시머 레이저의 경우 자외선 영역의 파장에서 시작물질을 결정화시킬 수 있기 때문에 중요한 기술로 인식되고 있다.Among them, research and development on the ELA method which can easily enlarge the large area and use the low temperature glass substrate is active. Excimer lasers are recognized as an important technology because they can crystallize the starting material at the wavelength of the ultraviolet region.
폴리 실리콘의 결정성 및 결정립 크기의 증가를 위한 연구의 일환으로 저온 공정이 가능한 레이저 열처리 방법이 활발하게 이루어졌다.As part of the research for increasing the crystallinity and grain size of polysilicon, the laser heat treatment method capable of low temperature process was actively performed.
이러한 레이저 열처리에 의한 결정화의 핵심은 비정질 실리콘의 용융 후 고체화 과정에서 일어나는 열 전달(heat transfer)과 고체화 속도(solidification velocity)의 조절이다. 도 1a 내지 도 1b는 비정질 실리콘과 결정질 실리콘의 원자간의 결합은 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 도 1(a)은 단결정 결합을 도시하고, 도 1(b)은 비정질 내에 수소로 치유되어 있는 결합을 보여준다. 비정질 실리콘은 롱-레인지-오더가 없는 열역학적으로 준안정적(metastable)인 물질로 오랫동안 열역학적으로 불연속적인 상변태에 의해 결정상의 실리콘으로 된다. 가장 일반적으로 비정질 실리콘으로 바꾸는 방법은 다음과 같다.The key to the crystallization by the laser heat treatment is the control of heat transfer and solidification velocity that occur in the solidification process after melting of amorphous silicon. 1A to 1B are diagrams illustrating bonds between atoms of amorphous silicon and crystalline silicon. As shown therein, FIG. 1 (a) shows single crystal bonds, and FIG. 1 (b) shows bonds healed with hydrogen in the amorphous phase. Amorphous silicon is a thermodynamically metastable material without long-range order, which is crystalline silicon by thermodynamic discontinuous phase transformation for a long time. The most common method of changing to amorphous silicon is as follows.
초저압 화학 기상 증착법, 열처리에 의한 고상 재결정법, 급속 열처리에 의한 재결정법, 직접 증착법(PECVD, RPCVD, ECR-CVD), 엑시머 레이저 열처리법 등이 있다.Ultra low pressure chemical vapor deposition, solid state recrystallization by heat treatment, recrystallization by rapid heat treatment, direct deposition (PECVD, RPCVD, ECR-CVD), excimer laser heat treatment, and the like.
초저압 화학 기상 증착법의 경우 580℃ 내외에서 Si2H6가스를 사용하여 0.1 torr미만의 초저압 상태에서 기판에 폴리 실리콘을 직접 증착하는 방법으로 증착 온도가 비교적 높고, 증착된 폴리 실리콘의 결정화도가 낮고, 입자(grain)의 크기가 작은 단점이 있다.In the case of ultra low pressure chemical vapor deposition, polysilicon is directly deposited on a substrate at a low pressure of less than 0.1 torr using Si 2 H 6 gas at around 580 ° C., and the deposition temperature is relatively high. The disadvantage is low and small grain size.
열처리에 의한 고상 재결정법(Solid phase crystallization)의 경우는 450℃ 정도에서 비정질 실리콘을 LPCVD 또는 플라즈마 CVD법으로 증착한 후 고온로(furnace)에서 550℃내외의 온도에서 4~50 시간 열처리하여 고상 성장시키는 방법이다. 이 경우 폴리 실리콘의 박막의 표면 거칠기가 작은 장점이 있으나, 열처리 시간이 너무 길어 기판의 열 수축 가능성이 있고, 입자의 크기는 크지만 결정도가 그다지 좋지 않은 단점이 있다.In solid phase crystallization by heat treatment, amorphous silicon is deposited by LPCVD or plasma CVD at about 450 ° C, and then heat-treated at a temperature of about 550 ° C in a furnace for 4 to 50 hours. This is how you do it. In this case, although the surface roughness of the thin film of polysilicon has a small advantage, the heat treatment time is too long, there is a possibility of thermal shrinkage of the substrate, the particle size is large, but the crystallinity is not very good.
급속 열처리에 의한 재결정법(Rapid Thermal Annealing)의 경우 고상 결정법(Solid phase crystallization)의 경우와 마찬가지로 비정질 실리콘을 여러 가지 CVD법에 의해 증착한 후, 700℃ 근처나 850℃ 에서 수초이내에 혹은 초간 펄스로 광학적인(할로겐 램프) 기제로 열처리를 한다.Rapid Thermal Annealing, as in the case of solid phase crystallization, deposits amorphous silicon by various CVD methods and then pulses within seconds or near seconds at 700 ° C or at 850 ° C. Heat treatment is carried out with an optical (halogen lamp) base.
이 때, 유리 기판을 사용할 경우 손상과 재결정화된 폴리 실리콘의 잠재적인 스트레스가 커서 TFT에 응용하기 어렵게 된다.At this time, when the glass substrate is used, the damage and the potential stress of the recrystallized polysilicon are large, making it difficult to apply to the TFT.
직접 증착법의 경우는 종래 비정질 실리콘을 증착하는 조건에서 반응가스의비율을 변화시키고 플라즈마의 출력을 100W정도로 높여서 다결정 실리콘을 직접 증착하는 방법이다. 이 경우에는 300℃ 내외 저온에서 폴리 실리콘이 짧은 시간 동안 직접 증착하는 장점이 있으나, 결정화도가 낮고 입자의 크기가 균일하지 못한 단점이 있다.The direct deposition method is a method of directly depositing polycrystalline silicon by changing a proportion of a reaction gas under a condition of depositing amorphous silicon and increasing a plasma output to about 100W. In this case, polysilicon is directly deposited at a low temperature of about 300 ° C. for a short time, but has a disadvantage of low crystallinity and uneven particle size.
엑시머 레이저 열처리법(Excimer Laser Annealing: ELA)에는 연속 발진 레이저(CW laser)를 사용하는 방법과 펄스 레이저(pulsed laser)를 사용하는 방법이 가능한데, 연속 발진 레이저를 사용하는 경우 저온 공정이 되려면, 10 ㎧ 정도의 매우 빠른 속도로 주사해 주어야 하는 공정상의 어려운 점이 있다.Excimer Laser Annealing (ELA) is a method of using a continuous laser (CW laser) and a pulsed laser (pulsed laser). There are some difficulties in the process that require injection at very high speeds.
펄스레이저의 경우 박막 가공에 유리한 흡수 깊이(absorbtion)가 짧은 UV 파장이 엑시머 레이저가 주고 사용된다. 이 경우 펄스간 안정도(pulsed-to-pulse stability)와 작은 레이저 빔 면적, 그리고 빔의 프로파일 평판도가 문제되고 있다.In the case of pulsed lasers, excimer lasers are used for short UV wavelengths, which are advantageous for thin film processing. In this case, there is a problem of pulsed-to-pulse stability, small laser beam area, and beam profile flatness.
최근 펄스가 안정도가 5%이내로 보장되는 엑시머 레이저의 개발과 레이저 빔 형태를 길고, 편평하게 만드는 광학계 기술이 발전되어 이 모든 문제들이 해결 가능성을 보임에 따라 산업계와 연구소에서는 엑시머 레이저를 사용해 유리 기판에 다결정 실리콘 박막을 제작하는 기술을 개발하고 있다.Recent developments in excimer lasers, which ensure that the pulses are within 5% stability, and advances in optics technology to make the laser beam form long and flat, have shown the possibility of solving all these problems. The company is developing a technology for manufacturing polycrystalline silicon thin films.
그리고, 일반적으로 저압 화학기상 증착법으로 증착한 비정질 실리콘을 싱글 어닐링과 스텝 어닐링 방법을 이용하여 폴리 실리콘으로 결정화시킨다. 상기 스텝 어닐링 방법은 초기에 낮은 에너지로 결정화를 시킨 후에 높은 에너지의 레이저 펄스를 조사하여 재결정화를 시키는 방법이다.In general, amorphous silicon deposited by low pressure chemical vapor deposition is crystallized into polysilicon using a single annealing and a step annealing method. The step annealing method is a method of recrystallization by irradiating a laser pulse of high energy after the crystallization at the initial low energy.
또한, 스텝 어닐링한 시료는 싱글 어닐링한 시료에 비해서 표면의 거칠기가 다 작으며 표면 거칠기 정도는 약 40% 감소한다. 그러나 엑시머 레이저 어닐링법은 장비자체가 고가일 뿐만 아니라 앞의 여러 방법들처럼 비정질 실리콘을 증착한 후, 결정화를 해야 한다.In addition, the step annealed sample has a smaller surface roughness than the single annealed sample, and the surface roughness is reduced by about 40%. However, the excimer laser annealing method is not only expensive, but also requires crystallization after depositing amorphous silicon as in the previous methods.
그러나, 상기와 같은 방법으로 비정질 실리콘의 증착후, 최종 증착되는 폴리 실리콘 박막의 특성이 떨어지고, 성능을 만족시키기 어려운 문제가 발생된다.However, after the deposition of the amorphous silicon in the above manner, the characteristics of the polysilicon thin film to be finally deposited is deteriorated, and a problem that is difficult to satisfy the performance occurs.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 수소 (H2) 가스와 실란(SiH4) 가스를 함께 공급하여 증착 속도가 빠르고 우수한 특성을 갖는 비정질 실리콘을 증착할 수 있는 고밀도 플라즈마 화학기상증착법에 의한 비정질 실리콘 또는 폴리 실리콘 증착방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, the high-density plasma chemistry capable of depositing amorphous silicon having a fast deposition rate and excellent properties by supplying hydrogen (H 2 ) gas and silane (SiH 4 ) gas together It is an object of the present invention to provide a method for depositing amorphous silicon or polysilicon by vapor deposition.
도 1a 내지 도 1b는 비정질 실리콘과 결정질 실리콘의 원자간의 결합은 도시한 도면.1A-1B illustrate bonds between atoms of amorphous silicon and crystalline silicon.
도 2는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학증착기법을 이용한 실리콘 증착방법에 대한 순서도.2 is a flow chart of a silicon deposition method using a high density plasma chemical vapor deposition method according to the present invention.
도 3a 내지 도 3b는 각각 ICP-CVD, TCP-CVD의 챔버 구조를 도시한 도면.3A to 3B show a chamber structure of ICP-CVD and TCP-CVD, respectively.
도 4는 기판 온도에 따른 실리콘 증착의 라만 스펙트럼 분석의 결과를 도시한 도면.FIG. 4 shows the results of Raman spectral analysis of silicon deposition with substrate temperature. FIG.
도 5는 RF 파워와 기판 바이어스에 따른 실리콘 증착의 라만 스펙트럼 분석의 결과를 도시한 도면.FIG. 5 shows the results of Raman spectral analysis of silicon deposition with RF power and substrate bias. FIG.
도 6은 기판온도, 기판 바이어스, RF 파워의 소정 조건에 의한 XRD 분석 결과를 도시한 도면.FIG. 6 shows XRD analysis results based on predetermined conditions of substrate temperature, substrate bias, and RF power.
도 7은 수소 유량에 따른 실리콘 증착의 라만 스펙트럼 분석의 결과를 도시한 도면.FIG. 7 shows the results of Raman spectral analysis of silicon deposition with hydrogen flow rate. FIG.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상 증착법에 의한 실리콘 증착방법은,In order to achieve the above object, the silicon deposition method by the high density plasma chemical vapor deposition method according to the present invention,
수소(H2) 플라즈마를 공급하여 기저막의 표면처리를 하는 단계와;Supplying hydrogen (H 2 ) plasma to perform surface treatment of the base film;
상기 기저막의 표면처리를 한 후, 소정 조건으로 수소(H2)와 실란을 공급하는 단계와;After surface treatment of the base film, supplying hydrogen (H 2 ) and silane under a predetermined condition;
상기 수소와 실란을 공급하는 단계에서 소정 조건을 만족하면 폴리 실리콘이 증착하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.In the supplying of hydrogen and silane, polysilicon is deposited if predetermined conditions are satisfied.
여기서, 특히 상기 소정 조건으로 수소와 실란을 공급하는 단계에서 기판 온도, RF 파워, 기판 바이어스 및 수소의 유량을 소정값으로 정하여 공급하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, in the step of supplying hydrogen and silane under the predetermined conditions, there is a feature in that the substrate temperature, the RF power, the substrate bias, and the flow rate of hydrogen are set to predetermined values.
여기서, 특히 상기 소정 조건으로 수소와 실란을 공급하는 단계에서 수소의 유량을 100 sccm 이상으로 공급하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, in the step of supplying hydrogen and silane under the predetermined conditions, it is characterized in that the flow rate of hydrogen is supplied at 100 sccm or more.
여기서, 특히 상기 수소와 실란을 공급하는 단계에서 RF 파워를 제어하여 폴리 실리콘을 증착하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, there is a feature in that the deposition of polysilicon by controlling the RF power in the step of supplying the hydrogen and silane.
여기서, 특히 상기 수소와 실란을 공급하는 단계에서 기판온도를 300℃로 일정하게 유지하는 점에 그 특징이 있다.In this case, in particular, the substrate temperature is kept constant at 300 ° C in the step of supplying the hydrogen and silane.
여기서, 특히 상기 수소와 실란을 공급하는 단계에서 소정 조건을 만족하지 못하면 비정질 실리콘이 증착하는 단계와;Here, in particular, the step of depositing amorphous silicon if the predetermined conditions are not satisfied in the step of supplying the hydrogen and silane;
상기 비정질 실리콘의 증착 후, 열처리를 하여 결정화하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.After the deposition of the amorphous silicon, the heat treatment is characterized in that it comprises the step of crystallizing.
여기서, 특히 상기 열처리하는 방법으로는 챔버내의 기판 아래 쪽에서 직접 가열하여 결정화시키는 점에 그 특징이 있다.In particular, the heat treatment method is characterized in that it is directly crystallized by heating directly under the substrate in the chamber.
여기서, 특히 상기 열처리하는 방법으로는 고상 결정화, 급속 열처리, 액상 결정화, 엑시머 레이저 열처리법을 이용하여 결정화하는 점에 그 특징이 있다.In particular, the heat treatment method is characterized by crystallization using solid phase crystallization, rapid heat treatment, liquid crystallization, or excimer laser heat treatment.
여기서, 특히 실리콘을 증착하는 단계에서 실리콘 증착 기판으로 쿼츠(quartz), 유리기판, 플라스틱 및 여러 가지 금속 기판을 이용하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, the silicon deposition substrate in the step of depositing silicon (quartz), glass substrates, plastics and various metal substrates are characterized in that.
이와 같은 본 발명에 의하면, 수소(H2) 가스와 실란(SiH4) 가스를 함께 공급하여 증착 속도가 빠르고 우수한 특성을 갖는 폴리 실리콘 또는 비정질 실리콘을 증착할 수 있다.According to the present invention, hydrogen (H 2 ) gas and silane (SiH 4 ) gas may be supplied together to deposit polysilicon or amorphous silicon having a fast deposition rate and excellent characteristics.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학증착기법을 이용한 실리콘 증착방법에 대한 순서도이다. 이에 도시된 바와 같이, 먼저 수소(H2) 플라즈마를 공급하여 기저막의 표면처리를 하는 단계가 수행된다(S201).2 is a flowchart illustrating a silicon deposition method using a high density plasma chemical vapor deposition method according to the present invention. As shown in FIG. 1, first, a hydrogen (H 2 ) plasma is supplied to perform surface treatment of the base film (S201).
이는 비정질 실리콘을 증착을 하기 전에 수소(H2) 플라즈마(plasma)를 충분한 시간동안 띄워서 기저막의 표면 처리를 하여 기저막과 실리콘 막 사이의 계면 특성을 좋게 하여 전계 효과 이동도(Field Effect Mobility), 누설전류(Leakage Current) 등의 전기적 특성을 제어한다.This is because the hydrogen (H 2 ) plasma is floated for a sufficient time before deposition of amorphous silicon, and the surface treatment of the base film is performed to improve the interface characteristics between the base film and the silicon film, thereby improving field effect mobility and leakage. Controls electrical characteristics such as current.
이어서, 상기 기저막의 표면처리를 한 후, 소정 조건으로 수소(H2)와 실란을 공급하는 단계가 수행된다(S202). 그리고, 상기 수소와 실란의 공급이 소정 조건이면(S203), 폴리 실리콘이 증착되는 단계가 수행된다(S204).Subsequently, after surface treatment of the base film, a step of supplying hydrogen (H 2 ) and silane under a predetermined condition is performed (S202). If the supply of hydrogen and silane is a predetermined condition (S203), polysilicon is deposited (S204).
이는 상기 수소와 실란이 공급되면 먼저 비정질 실리콘으로 증착되었다가 소정의 조건을 제공할 때 폴리 실리콘으로 변화하기 때문이다.This is because when the hydrogen and silane are supplied, they are first deposited into amorphous silicon and then changed to polysilicon when given a predetermined condition.
따라서, 상기 소정 조건으로 수소와 실란을 공급하는 단계에서 기판 온도, RF 파워, 기판 바이어스 및 수소의 유량을 소정값으로 정하여 공급하게 된다.Therefore, in the step of supplying hydrogen and silane under the predetermined conditions, the substrate temperature, the RF power, the substrate bias, and the flow rates of hydrogen are set to predetermined values and supplied.
또한, 도 3a 내지 도 3b는 각각 ICP-CVD, TCP-CVD의 챔버 구조를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 수소(H2) 가스와 함께 실란(SiH4)을 챔버 내에 공급하여 고밀도 플라즈마를 형성시켜 화학반응을 촉진시키므로 증착 속도의 증가와 함께 박막의 특성이 우수한 폴리 실리콘을 증착할 수 있게 한다.3A to 3B are diagrams showing chamber structures of ICP-CVD and TCP-CVD, respectively. As shown in the drawing, silane (SiH 4 ) is supplied together with the hydrogen (H 2 ) gas to form a high-density plasma to promote a chemical reaction, thereby increasing the deposition rate and depositing polysilicon having excellent thin film properties. To do it.
도 4는 기판 온도에 따른 실리콘 증착의 라만 스펙트럼 분석의 결과를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 480 ㎝-1부근에서 전형적인 브로드(broad)한 비정질 실리콘 피크(amorphous silicon peak)인 TO 피크(peak)가 관찰되고, 폴리 실리콘의 경우 520 ㎝-1근처에서 샤프(shape)한 결정질 피크의 TO 피크(peak)가 관찰된다.4 shows the results of Raman spectral analysis of silicon deposition with substrate temperature. As shown here, a TO peak, which is a typical broad amorphous silicon peak, is observed around 480 cm −1 , and sharp around 520 cm −1 for polysilicon. The TO peak of one crystalline peak is observed.
그리고, 기판 온도가 일정 온도(300℃) 이상이 되면 비정질 실리콘 피크가 사라지면서 폴리 실리콘이 증착되는 것을 알 수 있다.When the substrate temperature is above a predetermined temperature (300 ° C.), it can be seen that polysilicon is deposited while the amorphous silicon peak disappears.
도 5는 RF 파워와 기판 바이어스에 따른 실리콘 증착의 라만 스펙트럼 분석의 결과를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, RF 파워 또는 기판 바이어스를 각각 제어하거나 상기 RF 파워과 기판 바이어스를 동시에 제어하여 폴리 실리콘이 증착되도록 한다.5 shows the results of Raman spectral analysis of silicon deposition according to RF power and substrate bias. As shown here, the polysilicon is deposited by controlling the RF power or the substrate bias, or simultaneously controlling the RF power and the substrate bias.
도 6은 기판온도, 기판 바이어스, RF 파워의 소정 조건에 의한 XRD 분석 결과를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 기판온도를 300℃, 30mtorr, RF 파워를 1000W 의 조건으로 일정하게 유지하고, 수소와 실란의 조성비를 2:1 에서 12:1 까지로 변화시키면서 20분간 증착하였을 때의 결과이다.FIG. 6 is a diagram showing an XRD analysis result based on predetermined conditions of substrate temperature, substrate bias, and RF power. As shown in the drawing, the substrate temperature was maintained at 300 ° C., 30 mtorr, and RF power at 1000 W, and hydrogen and silane were deposited for 20 minutes while changing the composition ratio from 2: 1 to 12: 1. The result is.
따라서, 상기 분석 결과에 의하면 폴리 실리콘이 증착된 것을 알 수 있다.Therefore, the analysis result shows that polysilicon was deposited.
그러나, 상기 분석 결과로는 정확한 실리콘 막의 특성을 얻기 어려워 라만 분광기로 보다 정확한 분석을 하면 다음과 같다.However, as a result of the analysis, it is difficult to obtain accurate silicon film characteristics.
도 7은 수소 유량에 따른 실리콘 증착의 라만 스펙트럼 분석의 결과를 도시한 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 수소의 유량이 100 sccm 이상으로 공급되면 폴리 실리콘만이 증착되는 것을 알 수 있다.7 shows the results of Raman spectral analysis of silicon deposition with hydrogen flow rate. As shown in the figure, it can be seen that only polysilicon is deposited when the flow rate of the hydrogen is supplied at 100 sccm or more.
따라서, 상기와 같은 조건으로 실리콘을 증착한다면 열처리 공정없이도 폴리 실리콘층을 증착시킬 수 있다.Therefore, if silicon is deposited under the above conditions, the polysilicon layer may be deposited without a heat treatment process.
한편, 상기 수소와 실란을 공급하는 단계에서 소정 조건을 만족하지 못하면 비정질 실리콘이 증착하는 단계가 수행된다(S205).On the other hand, if the predetermined conditions are not satisfied in the step of supplying the hydrogen and silane, the step of depositing amorphous silicon is performed (S205).
여기서, 상기 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 수소(H2) 가스와 함께 실란(SiH4)을 챔버 내에 공급하여 고밀도 플라즈마를 형성시켜 화학반응을 촉진시키므로 증착 속도의 증가와 함께 박막의 특성이 우수한 비정질 실리콘을 증착할 수 있게 한다.3A to 3B, the silane (SiH 4 ) is supplied together with the hydrogen (H 2 ) gas into the chamber to form a high density plasma to promote a chemical reaction, thereby increasing the deposition rate. It is possible to deposit amorphous silicon with excellent characteristics of.
그리고, 상기 비정질 실리콘의 증착 후, 열처리를 하여 결정화하는 단계가 수행된다(S206).After the deposition of the amorphous silicon, a step of performing crystallization by heat treatment is performed (S206).
여기서, 상기 비정질 실리콘을 증착한 후, 챔버(chamber)내에서 고진공 분위기 (10-5torr이상)로 기판 아래 쪽으로 직접 가열하여 결정화시킨다. 이 때, 기저막과 비정질 실리콘 막의 계면에 우선 열이 전달되어 계면에서 결정화가 시작되어 계면 특성이 우수해 질뿐만 아니라 열 전달 방향으로 결정화가 일어날 확률이 커져서입자 크기(grain size)를 더 키우는 데도 도움이 된다.Here, after depositing the amorphous silicon, it is crystallized by heating directly under the substrate in a high vacuum atmosphere (10 -5 torr or more) in a chamber. At this time, heat is first transferred to the interface between the base film and the amorphous silicon film to start crystallization at the interface, thereby improving the interfacial properties as well as increasing the probability of crystallization in the heat transfer direction, thereby increasing grain size. Becomes
한편, 상기 열처리방법으로 다른 방법들로는 고상 결정화(Solid Phase Crystallization :SPC), 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing :RTA), 액상 결정화 (Lapid Phase Re-crystallization:LPR), 엑시머 레이저 열처리(Excimer Laser Annealing: ELA)법을 이용하여 결정화시킨다.Meanwhile, other methods of the heat treatment include solid phase crystallization (SPC), rapid thermal annealing (RTA), liquid phase crystallization (Lpid Phase Re-crystallization: LPR), and excimer laser annealing (ELA). Crystallization using the
따라서, 수소(H2) 가스를 실란(SiH4)과 함께 소스 가스로 공급하고, ICP-CVD, TCP-CVD등의 고밀도 플라즈마 화학기상 증착법(HDP-CVD)으로 비정질 실리콘을 증착하고 열처리를 통해서 양질의 폴리 실리콘을 증착한다.Therefore, hydrogen (H 2 ) gas is supplied together with silane (SiH 4 ) as a source gas, and amorphous silicon is deposited by high density plasma chemical vapor deposition (HDP-CVD) such as ICP-CVD, TCP-CVD, and heat treatment. Deposit good quality polysilicon.
한편, 상기 실리콘을 증착할 때 사용하는 기판은 고밀도 플라즈마 화학기상 증착법이 낮은 온도에서 공정이 가능하다는 장점이 있기 때문에 쿼츠(quartz), 유리기판, 플라스틱 및 여러 가지 금속 기판을 사용해도 그 적용이 가능하다.On the other hand, the substrate used for depositing the silicon has the advantage that the high-density plasma chemical vapor deposition method can be processed at a low temperature can be applied to the use of quartz, glass substrate, plastic and various metal substrates Do.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments illustrated in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 고밀도 플라즈마 화학기상증착법에 의한 비정질 실리콘 증착방법은 수소(H2) 가스와 실란(SiH4) 가스를 함께 공급하여증착 속도가 빠르고 우수한 특성을 갖는 폴리 실리콘 또는 비정질 실리콘을 증착할 수 있다.As described above, the amorphous silicon deposition method according to the high density plasma chemical vapor deposition method according to the present invention is polysilicon or amorphous having a high deposition rate and excellent properties by supplying hydrogen (H 2 ) gas and silane (SiH 4 ) gas together. Silicon may be deposited.
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| KR1020020065088A KR20040036761A (en) | 2002-10-24 | 2002-10-24 | Method of silicon deposition using of hdp-cvd |
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