KR100773123B1 - method for forming silicon film by two step deposition - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다결정 실리콘 박막의 형성 방법에 관한 것으로, 특히 실리콘 전구체와 플라즈마를 반응관 내부로 교대로 공급하여, 500℃ 미만의 온도에서 원자층의 결정질 실리콘 박막을 형성한 후, 이 원자층의 결정질 실리콘 박막을 씨앗층으로 하여 별도의 상부 실리콘 박막을 형성함으로써, 상대적으로 낮은 온도에서 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a polycrystalline silicon thin film. In particular, a silicon precursor and a plasma are alternately supplied into a reaction tube to form an crystalline silicon thin film of an atomic layer at a temperature of less than 500 ° C. By forming a separate upper silicon thin film using the silicon thin film as a seed layer, the present invention relates to a method for forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition capable of forming a polycrystalline silicon thin film at a relatively low temperature.

본 발명의 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 방법에 있어서, 기판이 유입된 반응관 내로 실리콘 전구체 공급과 환원성 플라즈마 공급을 순차적으로 진행시켜 기판 상에 소정 두께의 원자층의 결정질 실리콘 박막을 증착하는 단계, 상기 원자층의 결정질 실리콘 박막을 씨앗층으로 하여, 상기 씨앗층 상에 상부실리콘 박막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In the method of forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition of the present invention, the silicon precursor supply and the reducing plasma supply are sequentially performed into the reaction tube into which the substrate is introduced to deposit a crystalline silicon thin film of an atomic layer having a predetermined thickness on the substrate. And the step of depositing the upper silicon thin film on the seed layer using the crystalline silicon thin film of the atomic layer as a seed layer.

원자층, 결정질, 실리콘 박막 Atomic layer, crystalline, silicon thin film

Description

2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 방법{method for forming silicon film by two step deposition}Method for forming silicon film by two step deposition

도 1은 엑시머 레이져 결정화법을 이용한 실리콘 박막을 형성하는 순서도이다.1 is a flowchart of forming a silicon thin film using an excimer laser crystallization method.

도 2는 엑시머 레이져 결정화법을 이용한 실리콘 박막을 형성하는 공정도이다.2 is a process chart for forming a silicon thin film using an excimer laser crystallization method.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막을 형성하는 공정도이다.3 is a process chart for forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 원자층의 실리콘 박막을 형성하는 순서도이다.4 is a flowchart of forming a silicon thin film of an atomic layer according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원자층의 실리콘 박막을 형성하는 공정도이다.5 is a process chart for forming a silicon thin film of an atomic layer according to an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 다결정 실리콘 박막의 결정성을 보여주는 그래프이다.6 is a graph showing the crystallinity of a polycrystalline silicon thin film formed according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

1, 100 : 반응관 2, 110 : 기판1, 100: reaction tube 2, 110: substrate

3 : SiH4 분자 4 : H2 분자3: SiH 4 molecule 4: H 2 molecule

5 : 레이져 빔 120 : 실리콘 전구체5 laser beam 120 silicon precursor

121 : 실리콘 원자 130, 140 : 반응 부산물121: silicon atom 130, 140: reaction by-product

150 : 원자층의 결정질 실리콘 박막 160 : 상부 실리콘 박막150: crystalline silicon thin film of the atomic layer 160: upper silicon thin film

본 발명은 다결정 실리콘 박막의 형성 방법에 관한 것으로, 특히 실리콘 전구체와 플라즈마를 반응관 내부로 교대로 공급하여, 500℃ 미만의 온도에서 원자층의 결정질 실리콘 박막을 형성한 후, 이 원자층의 결정질 실리콘 박막을 씨앗층으로 하여 별도의 상부 실리콘 박막을 형성함으로써, 상대적으로 낮은 온도에서 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a polycrystalline silicon thin film. In particular, a silicon precursor and a plasma are alternately supplied into a reaction tube to form an crystalline silicon thin film of an atomic layer at a temperature of less than 500 ° C. By forming a separate upper silicon thin film using the silicon thin film as a seed layer, the present invention relates to a method for forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition capable of forming a polycrystalline silicon thin film at a relatively low temperature.

대부분의 능동행렬 액정디스플레이(AMLCD: Active Matrix Liquid Crystal Display)의 능동소자와 전기발광(electro-luminecence)소자의 스위칭 소자 및 주변회로에는 다결정 실리콘 박막을 이용한 소자가 사용된다. Most active matrix liquid crystal display (AMLCD) active devices, electroluminescent devices, switching devices and peripheral circuits are made of polycrystalline silicon thin film devices.

현재 다결정 실리콘 박막은 우선 비정질 실리콘을 증착한 후, 고상 결정화(SPC, solid phase crystallization), 급속열처리 (RTA, rapid thermal annealing), 연속파장 레이저 결정화 (continuous wave Ar laser annealing), 엑시머 레이저 결정화 (ELA, excimer laser annealing) 등의 방법을 이용하여 얻을 수있다. Currently, polycrystalline silicon thin films are first deposited with amorphous silicon, followed by solid phase crystallization (SPC), rapid thermal annealing (RTA), continuous wave ar laser annealing, and excimer laser crystallization (ELA). and excimer laser annealing).

상기 고상결 정화 방법은 600℃ 이상의 고온에서 장시간 열처리하여 다결정 실리콘 박막을 제작하는 방법이다. 그러나 고온 열처리를 이용하는 방법은 높은 결정화 온도와 긴 열처리 시간이 필수적으로 요구된다. 또한 이 방법에 의하여 결정화된 결정립 내부에 많은 결함이 있어 소자 제작에 어려움이 있으며, 높은 결정화 온도로 인하여 유리기판을 사용할 수 없는 문제점이 있다. The solid phase purification method is a method of producing a polycrystalline silicon thin film by heat treatment for a long time at a high temperature of 600 ℃ or more. However, a method using high temperature heat treatment requires a high crystallization temperature and a long heat treatment time. In addition, there are many defects in the crystal grains crystallized by this method, making it difficult to fabricate the device, and there is a problem that the glass substrate cannot be used due to the high crystallization temperature.

또한, 상기 급속 열처리 방법과 연속파장 레이져 결정화 방법도 500 oC 이상의 공정온도를 요구하므로 상기 온도범위에서 열적 변형을 일으키는 유리 기판을 사용하는 경우에는 적용이 불가능하다.In addition, the rapid heat treatment method and the continuous wavelength laser crystallization method 500 It is not applicable to the case of using a glass substrate that causes thermal deformation in the above temperature range because a process temperature of more than C is required.

한편, 상기 엑시머 레이저 결정화 방법은 현재 생산에 가장 널리 적용되고 있는 기술이다. 이에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the excimer laser crystallization method is currently the most widely applied technology in production. This will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래의 엑시머 레이져 결정화 방법을 이용한 다결정 실리콘 박막을 형성하는 순서도이고, 도 2는 이를 설명하기 위한 공정도이다.1 is a flow chart for forming a polycrystalline silicon thin film using a conventional excimer laser crystallization method, Figure 2 is a flow chart for explaining this.

먼저 플라즈마 화학증착법 (PECVD, plasma-enhanced chemical vapor deposition)으로 비정질의 실리콘(Si) 박막을 기판 상에 증착한다(S10). 이를 위하 여 도 2의 a에 도시된 바와 같이, SiH4 분자(3)와 H2(4) 분자를 반응관(1) 내부에 공급하고 소정의 조건에서 플라즈마를 발생하면 실리콘 원자(Si)(3a)와 수소(H) 원자(3b)가 기판(2) 상에 증착되면서 비정질 실리콘 박막이 형성된다.First, an amorphous silicon (Si) thin film is deposited on a substrate by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) (S10). For this purpose, as shown in FIG. 2A, when SiH 4 molecules 3 and H 2 (4) molecules are supplied into the reaction tube 1 and a plasma is generated under predetermined conditions, silicon atoms (Si) ( An amorphous silicon thin film is formed while 3a) and hydrogen (H) atoms 3b are deposited on the substrate 2.

상기와 같이 기판(2) 상에 비정질 실리콘 박막을 형성한 후에는, 비정질 실리콘(Si) 박막 내에 함유된 수소(3b)를 제거하기 위한 탈수소화 처리를 실시한다(S20). 이와 같이 탈수소화 처리를 하면 도 2의 b에 도시된 바와 같이, 수소(3b)가 실리콘 원자(3a) 사이에서 빠져 나온다.After the amorphous silicon thin film is formed on the substrate 2 as described above, a dehydrogenation treatment for removing hydrogen 3b contained in the amorphous silicon (Si) thin film is performed (S20). In this dehydrogenation process, as shown in b of FIG. 2, hydrogen 3b escapes between the silicon atoms 3a.

상기와 같이 실리콘 원자(3a) 사이에 끼어 있는 수소(3b)를 제거한 후에는 펄스(pulse)화된 엑시머 레이저 빔(5)을 조사하여 기판(2) 위의 비정질 실리콘(Si) 박막의 표면만을 국부적으로 가열하여 결정화시킴으로써 유리기판의 손상을 최소화하면서 실리콘(Si) 박막을 결정화한다(S30)(도 2의 c 참조). After removing the hydrogen 3b sandwiched between the silicon atoms 3a as described above, only the surface of the amorphous silicon (Si) thin film on the substrate 2 is irradiated by irradiating the pulsed excimer laser beam 5. By crystallization by heating the crystallized silicon (Si) thin film while minimizing damage to the glass substrate (S30) (see Fig. 2c).

그런데, 상기와 같은 엑시머 레이져 결정화 방법에 의하여 기판 상에 다결정 실리콘 박막을 형성하고자 하는 경우에는, 고가의 엑시머 레이저 장치를 필요로 하며, 대면적의 기판 위를 레이저 빔으로 주사(scan)하기 때문에 공정시간이 비교적 길고, 실리콘(Si) 결정립 크기가 균일하지 못하다는 단점을 가지고 있다. However, when the polycrystalline silicon thin film is to be formed on the substrate by the excimer laser crystallization method as described above, an expensive excimer laser apparatus is required, and the process is performed by scanning a large area substrate with a laser beam. The disadvantage is that the time is relatively long and the silicon (Si) grain size is not uniform.

또한 비정질의 실리콘(Si) 박막을 증착하고 RTA(rapid thermal anneal) 등을 이용해 박막 내의 수소를 제거한 다음 진공 중에서 레이저 결정화를 진행해야 하므로 공정이 복잡해지는 단점 등을 가지고 있다.In addition, the deposition of amorphous silicon (Si) thin film, RTA (rapid thermal anneal) to remove the hydrogen in the thin film and laser crystallization in the vacuum process has the disadvantage that the process is complicated.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 실리콘 전구체와 플라즈마를 반응관 내부로 교대로 공급하여, 500℃ 미만의 온도에서 원자층의 결정질 실리콘 박막을 형성한 후, 이 원자층의 결정질 실리콘 박막을 씨앗층으로 하여 별도의 상부 실리콘 박막을 형성함으로써, 상대적으로 낮은 온도에서 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above, and after supplying the silicon precursor and the plasma alternately into the reaction tube to form a crystalline silicon thin film of the atomic layer at a temperature of less than 500 ℃, It is an object of the present invention to provide a method for forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition that can form a polycrystalline silicon thin film at a relatively low temperature by forming a separate upper silicon thin film using the crystalline silicon thin film of the atomic layer as a seed layer. It is done.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 제안된 본 발명인 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 방법에 있어서, 기판이 유입된 반응관 내로 실리콘 전구체 공급과 환원성 플라즈마 공급을 순차적으로 진행시켜 기판 상에 소정 두께의 원자층의 결정질 실리콘 박막을 증착하는 단계, 상기 원자층의 결정질 실리콘 박막을 씨앗층으로 하여, 상기 씨앗층 상에 상부실리콘 박막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In the method of forming the polycrystalline silicon thin film by the two-stage deposition, which is the present invention proposed to achieve the above technical problem, the silicon precursor supply and the reducing plasma supply are sequentially performed into the reaction tube into which the substrate is introduced. Depositing a crystalline silicon thin film of an atomic layer having a thickness, and depositing an upper silicon thin film on the seed layer using the crystalline silicon thin film of the atomic layer as a seed layer.

또한, 상기 원자층의 결정질 실리콘 박막을 증착하는 단계는, 기판을 반응관 내로 유입한 후, 상기 반응관 내부를 소정의 압력과 온도로 유지한 상태에서 실리콘(Si) 전구체를 공급하여 반응시키는 제1 공정, 상기 반응관 내부에 반응하지 않고 잔존하는 실리콘(Si) 전구체 및 반응 부산물을 제거하기 위하여 펌핑 및 퍼지를 수행하는 제2 공정, 상기 기판 표면에 흡착된 실리콘(Si) 전구체를 환원시켜 고체 실리콘(Si)을 형성하기 위하여 환원성 플라즈마를 상기 반응관 내부로 공급하는 제3 공정, 상기 반응관 내부에 반응하지 않고 잔존하는 각 종 이온 및 반응 부산물을 제거하기 위하여 펌핑 및 퍼지를 수행하는 제4 공정를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.In the depositing of the crystalline silicon thin film of the atomic layer, the substrate is introduced into the reaction tube, and then the silicon (Si) precursor is supplied and reacted while maintaining the inside of the reaction tube at a predetermined pressure and temperature. Step 1, a second step of performing a pumping and purging to remove the remaining silicon (Si) precursor and reaction by-products without reacting in the reaction tube, the silicon (Si) precursor adsorbed on the surface of the substrate is reduced to a solid A third step of supplying a reducing plasma into the reaction tube to form silicon (Si), and a fourth step of pumping and purging to remove various ions and reaction by-products remaining without reacting in the reaction tube It characterized by including the process.

또한, 상기 기판 상에 소정 두께를 가지는 원자층의 결정질 실리콘 박막을 형성하기 위하여 상기 제1 공정 내지 제4 공정을 반복 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first to fourth processes are repeated to form a crystalline silicon thin film of an atomic layer having a predetermined thickness on the substrate.

또한, 상기 실리콘(Si) 전구체는 실리콘(Si)의 할로겐 화합물인 것을 특징으로 하고, 상기 실리콘 전구체는 SiCl4, SiF4, SiH2Cl2, SiHCl3, SiH3Cl, SiI4, Si2Cl6, 및 Si2F6 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In addition, the silicon (Si) precursor is characterized in that the halogen compound of silicon (Si), the silicon precursor is SiCl 4 , SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 3 Cl, SiI 4 , Si 2 Cl 6 and Si 2 F 6 are preferred.

또한, 상기 실리콘 전구체를 반응시키기 위한 상기 반응관의 압력은 10 mTorr ~ 10 Torr 사이의 범위인 것이 바람직하고, 상기 실리콘 전구체는 1초 ~ 10분 사이의 범위 동안 상기 반응관 내부로 공급되는 것이 바람직하다.In addition, the pressure of the reaction tube for reacting the silicon precursor is preferably in the range of 10 mTorr ~ 10 Torr, the silicon precursor is preferably supplied into the reaction tube for a range of 1 second to 10 minutes. Do.

또한, 상기 환원성 플라즈마를 형성하기 위한 기체로 수소(H2) 또는 중수소(D2)가 사용되는 것을 특징으로 한다. 그리고 상기 환원성 플라즈마원은 용량성 결합 플라즈마(CCP, capacitively-coupled plasma), 유도성 결합 플라즈마 (ICP, inductively-coupled plasma), 마이크로파 플라즈마 (microwave plasma), ECR 플라즈마 (ECR plasma, electron cyclotron plasma) 및 헬리콘 플라즈마 (helicon plasma) 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.In addition, hydrogen (H 2) or deuterium (D 2) is used as a gas for forming the reducing plasma. The reducing plasma source may include capacitively-coupled plasma (CCP), inductively-coupled plasma (ICP), microwave plasma, ECR plasma (ECR plasma, electron cyclotron plasma) and the like. It is preferable to use any one of the helicon plasma.

또한, 상기 유도성 결합 플라즈마를 이용하는 경우에는, 플라즈마 파워는 100 W ~ 20 kW 사이의 범위로 유지하고, 압력은 5mTorr ~ 5 Torr 사이의 범위를 유지하며, 환원성 플라즈마를 형성하기 위한 기체의 유량은 100 Sccm ~ 50 Slpm 사이의 범위를 유지하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the case of using the inductively coupled plasma, the plasma power is maintained in the range of 100 W to 20 kW, the pressure is maintained in the range of 5 mTorr to 5 Torr, and the flow rate of the gas for forming the reducing plasma is It maintains a range between 100 Sccm and 50 Slpm.

또한, 상기 퍼지는 불활성 기체 또는 수소(H2) 기체를 이용하는 것을 특징으로 하고, 상기 기판의 온도는 300 ~ 500 ℃ 사이의 범위를 유지하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 기판의 가열은 저항 가열 방식, 유도 가열 방식 및 램프 가열 방식 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.In addition, the purge is characterized by using an inert gas or hydrogen (H 2 ) gas, it is preferable that the temperature of the substrate is maintained between 300 ~ 500 ℃. In addition, it is preferable to use any one of a resistance heating method, an induction heating method, and a lamp heating method for heating the substrate.

또한, 상기 원자층의 결정질 실리콘 박막의 두께는 1㎚ ~ 100㎚ 사이의 범위인 것을 특징으로 한다.In addition, the thickness of the crystalline silicon thin film of the atomic layer is characterized in that the range of 1nm ~ 100nm.

한편, 상기 씨앗층인 원자층의 결정질 실리콘 박막 상에 증착되는 상부실리콘 박막은 플라즈마 화학증착법(PECVD), 저압 화학증착법(LPCVD), 상압 화학증착법(APCVD) 및 스퍼터링법(Sputtering) 중 어느 하나를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the upper silicon thin film deposited on the crystalline silicon thin film of the seed layer, the atomic layer, may be any one of plasma chemical vapor deposition (PECVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), and sputtering (Sputtering). It is characterized by being formed using.

또한, 상기 플라즈마 화학증착법(PECVD)에 의하여 상부 실리콘 박막을 증착하는 경우에는, 상기 반응관 내부로 실리콘(Si) 전구체와 수소(H2) 및 불활성 기체를 동시에 공급하고 플라즈마를 인가하며, 기판의 온도를 200 ~ 500℃ 사이의 범위로 유지하는 것을 특징으로 한다.In the case of depositing the upper silicon thin film by the plasma chemical vapor deposition (PECVD), the silicon (Si) precursor, hydrogen (H 2 ) and an inert gas are simultaneously supplied into the reaction tube and plasma is applied. It is characterized by maintaining the temperature in the range between 200 ~ 500 ℃.

또한, 상기 실리콘 전구체는 SiCl4, SiF4, SiH2Cl2, SiHCl3, SiH3Cl, SiI4, Si2Cl6 및 Si2F6 중 어느 하나인 것이 바람직하고, 상기 플라즈마를 발생하는 플라즈마원으로는 용량성 결합 플라즈마(CCP, capacitively-coupled plasma), 유도성 결합 플라즈마 (ICP, inductively-coupled plasma), 마이크로파 플라즈마 (microwave plasma), ECR 플라즈마 (ECR plasma, electron cyclotron plasma) 및 헬리콘 플라즈마 (helicon plasma) 중 어느 하나가 이용되는 것이 바람직하다.In addition, the silicon precursor is preferably any one of SiCl 4 , SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 3 Cl, SiI 4 , Si 2 Cl 6, and Si 2 F 6 , and the plasma generating the plasma Circles include capacitively-coupled plasma (CCP), inductively-coupled plasma (ICP), microwave plasma, microwave plasma (ECR plasma) and helicon plasma. It is preferable that any one of (helicon plasma) be used.

또한, 상기 저압 화학증착법(LPCVD)에 의하여 상부 실리콘 박막을 증착하는 경우에는, 상기 반응관 내부로 실리콘(Si) 전구체와 수소(H2) 및 불활성 기체를 동시에 공급하고, 기판의 온도를 300 ~ 500℃ 사이의 범위로 유지하는 것을 특징으로 한다.In the case of depositing the upper silicon thin film by the low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), the silicon (Si) precursor, hydrogen (H 2 ), and an inert gas are simultaneously supplied to the inside of the reaction tube, and the temperature of the substrate is 300 to 300 °. It is characterized by maintaining in the range between 500 ℃.

또한, 상기 실리콘 전구체는 SiCl4, SiF4, SiH2Cl2, SiHCl3, SiH3Cl, SiI4, Si2Cl6 및 Si2F6 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the silicon precursor is characterized in that any one of SiCl 4 , SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 3 Cl, SiI 4 , Si 2 Cl 6 and Si 2 F 6 .

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 구성수단으로 이루어져 있는 본 발명인 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 방법에 관한 작용 및 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the operation and preferred embodiment of the method for forming a polycrystalline silicon thin film by the two-step deposition of the present invention consisting of the above configuration means.

본 발명은 차세대 평판 디스플레이 장치의 기반 기술이라고 할 수 있는 TFT 의 특성을 좌우하는 실리콘(Si) 박막을 원자층 증착 방법(ALD, Atomic Layer Deposition)으로 증착하는 기술로서, 이 기술을 적용함으로써 공정의 저온화 및 TFT 특성의 향상이 가능하여 고성능의 디스플레이 소자의 생산이 가능하다. 또한, 본 발명은 평판 디스플레이뿐만 아니라 플렉시블(flexible) 디스플레이 등의 타 디스플레이 소자에도 적용가능하며, 태양전지와 같은 에너지 분야에도 적용될 수 있다. The present invention is a technique for depositing a silicon (Si) thin film, which depends on the characteristics of a TFT, which can be called a base technology of a next-generation flat panel display device, by atomic layer deposition (ALD) method. It is possible to lower the temperature and to improve the TFT characteristics, thereby producing a high-performance display device. In addition, the present invention can be applied to other display elements such as a flexible display as well as a flat panel display, and can be applied to energy fields such as solar cells.

도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막을 형성하는 공정도이다.3A and 3B are process diagrams for forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 형성되는 다결정 실리콘 박막은 1차적으로 기판(110) 상에 소정 두께의 원자층의 결정질 실리콘 박막(150)을 형성한다. 즉, 반응관 내부에 유입된 기판(110) 상에 원자층의 결정질 실리콘 박막(150)을 1차적으로 증착한다. 상기와 같이 기판(110) 상에 원자층의 결정질 실리콘 박막(150)을 증착하기 위해서는, 상기 반응관 내부로 실리콘 전구체 공급과 환원성 플라즈마 공급을 순차적 또는 순차 반복적으로 진행시킨다.As shown in FIG. 3A, the polycrystalline silicon thin film formed according to the present invention primarily forms the crystalline silicon thin film 150 having an atomic layer having a predetermined thickness on the substrate 110. That is, the crystalline silicon thin film 150 of the atomic layer is first deposited on the substrate 110 introduced into the reaction tube. As described above, in order to deposit the crystalline silicon thin film 150 of the atomic layer on the substrate 110, the silicon precursor supply and the reducing plasma supply are sequentially or sequentially performed in the reaction tube.

상기와 같이 기판(110) 상에 원자층의 결정질 실리콘 박막(150)이 증착되면, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 그 다음에는 상기 원자층의 결정질 실리콘 박막(150) 상에 별도의 상부실리콘 박막(160)을 증착시킨다. 상기 상부 실리콘 박막(160)의 증착은 기존의 증착 방식을 이용하여 증착한다. 다만, 상기 상부 실리콘 박막(160) 전에 증착된 원자층의 결정질 실리콘 박막이 씨앗층으로써 작용하기 때문에, 상기 상부 실리콘 박막(160)은 상기 씨앗층인 원자층의 결정질 실리콘 박막 (150)에 의하여 결정화가 유도된다.When the crystalline silicon thin film 150 of the atomic layer is deposited on the substrate 110 as described above, as shown in FIG. 3B, thereafter, the crystalline silicon thin film 150 of the atomic layer is separately formed. The upper silicon thin film 160 is deposited. The deposition of the upper silicon thin film 160 is deposited using a conventional deposition method. However, since the crystalline silicon thin film of the atomic layer deposited before the upper silicon thin film 160 acts as a seed layer, the upper silicon thin film 160 is crystallized by the crystalline silicon thin film 150 of the atomic layer which is the seed layer. Is derived.

이하에서는, 발명 이해의 혼동을 피하고 설명의 일관성을 위하여, 원자층의 결정질 실리콘 박막을 형성하는 단계에 대하여 먼저 설명하고, 그 후에 상기 원자층의 결정질 실리콘 박막 상에 증착되어 결정화되는 상부 실리콘 박막의 증착 단계에 대하여 설명한다.In the following, in order to avoid confusion and understanding of the invention, the steps of forming the crystalline silicon thin film of the atomic layer are described first, followed by the deposition of the upper silicon thin film deposited on the crystalline silicon thin film of the atomic layer. The deposition step will be described.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 상기 씨앗층으로 사용되는 원자층의 결정질 실리콘 박막을 증착하는 순서도이고, 도 5는 이를 설명하기 위한 공정도이다.4 is a flowchart of depositing a crystalline silicon thin film of an atomic layer used as the seed layer according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a flow chart for explaining this.

도 4에 도시된 바와 같이, 기판 상에 원자층의 결정질 실리콘 박막을 증착하기 위하여, 기판을 반응관 내로 유입하고, 상기 반응관 내부를 소정의 압력과 온도로 유지한 상태에서 실리콘(Si) 전구체를 공급하여 반응시킨다(S110).As shown in FIG. 4, in order to deposit an crystalline silicon thin film of an atomic layer on a substrate, a silicon (Si) precursor is introduced into a reaction tube and the inside of the reaction tube is maintained at a predetermined pressure and temperature. Supply the reaction (S110).

이와 같이 반응관(100) 내부로 실리콘(Si) 전구체(120)를 공급하고, 상기 반응관(100) 내부를 소정의 압력과 온도로 유지하면, 상기 실리콘(Si) 전구체(120)는 화학적 반응을 일으켜 기판(110) 상에 실리콘(Si) 원자(121)가 증착된다(도 5의 (a) 참조).As such, when the silicon (Si) precursor 120 is supplied into the reaction tube 100 and the inside of the reaction tube 100 is maintained at a predetermined pressure and temperature, the silicon (Si) precursor 120 reacts with the chemical reaction. To form a silicon (Si) atom 121 on the substrate 110 (see FIG. 5A).

상기 실리콘(Si) 전구체(120)는 실리콘(Si)의 할로겐 화합물인 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 실리콘 전구체(120)는 SiCl4, SiF4, SiH2Cl2, SiHCl3, SiH3Cl, SiI4, Si2Cl6, 및 Si2F6 중 어느 하나에 해당된다. The silicon (Si) precursor 120 is preferably a halogen compound of silicon (Si). For example, the silicon precursor 120 corresponds to any one of SiCl 4 , SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 3 Cl, SiI 4 , Si 2 Cl 6 , and Si 2 F 6 .

도 5의 (a)에서 실리콘 전구체(120)로서 SiH2Cl2 를 사용하였다면, 실리콘 원자(121) 주변에 두개의 Cl(123)과 두개의 H(125)가 결합된 실리콘 전구체가 상기 반응관(100) 내부로 공급되고, 소정의 압력과 온도에서 반응하여 기판(110) 상에 실리콘 원자(121)와 할로겐 원자인 Cl(123)이 증착되고, 일부 실리콘 전구체(120)과 반응 부산물(130)은 반응관(100) 내부에 잔존하게 된다.In FIG. 5A, when SiH 2 Cl 2 is used as the silicon precursor 120, a silicon precursor in which two Cl 123 and two H 125 are bonded around the silicon atom 121 is formed in the reaction tube. (100) is supplied inside, reacts at a predetermined pressure and temperature to deposit a silicon atom 121 and a halogen atom Cl (123) on the substrate 110, and some silicon precursor 120 and the reaction by-product 130 ) Remains inside the reaction tube 100.

상기 실리콘 전구체(120)를 반응시키기 위한 상기 반응관(100) 내부의 압력은 10mTorr 이상이어야 하고, 10mTorr ~ 10 Torr 사이의 범위인 것이 가장 바람직하다. 그리고, 상기 반응관(100) 내부로 공급되는 실리콘 전구체(120)는 1초에서 10분 사이의 범위 동안 공급되는 것이 바람직하다.The pressure inside the reaction tube 100 for reacting the silicon precursor 120 should be at least 10 mTorr, most preferably in the range between 10 mTorr and 10 Torr. In addition, the silicon precursor 120 supplied into the reaction tube 100 is preferably supplied for a range of 1 second to 10 minutes.

상기와 같이 기판(110) 상에 실리콘 원자가 증착되면, 상기 반응관(100) 내부에 반응하지 않고 잔존하는 실리콘 전구체(120)와 반응 부산물(130)은 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 제거된다(S120). 이와 같이 반응하지 않고 잔존하는 실리콘 전구체(120)와 반응 부산물(130)을 제거하기 위하여 펌핑 및 퍼지를 수행한다. 상기 퍼지 가스로는 N2, Ar, He 등의 불활성 기체 또는 수소(H2) 기체를 사용하는 것이 바람직하다.When the silicon atoms are deposited on the substrate 110 as described above, the remaining silicon precursor 120 and the reaction by-product 130 do not react in the reaction tube 100, as shown in FIG. 5 (b). It is removed (S120). As such, pumping and purging are performed to remove the remaining silicon precursor 120 and the reaction by-product 130 without reacting. As the purge gas, it is preferable to use an inert gas such as N 2 , Ar, He, or hydrogen (H 2 ) gas.

상기와 같이 반응관(100) 내부에서 반응하지 않고 잔존하는 실리콘 전구체(120)와 반응 부산물(130)은 제거된 후에는, 상기 기판(110) 표면에 흡착된 실리콘 전구체를 환원시켜 고체 실리콘을 형성하기 위하여 환원성 플라즈마를 상기 반응관(100) 내부로 공급한다(S130).As described above, after the remaining silicon precursor 120 and the reaction by-product 130 are not reacted in the reaction tube 100, the silicon precursor adsorbed on the surface of the substrate 110 is reduced to form solid silicon. In order to supply a reducing plasma to the reaction tube (100) (S130).

상기 환원성 플라즈마를 형성하기 위한 기체로는 수소(H2) 또는 중수소(D2)가 사용되는 것이 바람직하고, 상기 플라즈마 기체를 이용하여 플라즈마를 발생하 기 위한 환원성 플라즈마원으로는 용량성 결합 플라즈마(CCP, capacitively-coupled plasma), 유도성 결합 플라즈마 (ICP, inductively-coupled plasma), 마이크로파 플라즈마 (microwave plasma), ECR 플라즈마 (ECR plasma, electron cyclotron plasma) 및 헬리콘 플라즈마 (helicon plasma) 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.Hydrogen (H 2) or deuterium (D 2) is preferably used as a gas for forming the reducing plasma, and a capacitively coupled plasma (CCP, capacitively) as a reducing plasma source for generating plasma using the plasma gas. It is preferable to use any one of -coupled plasma, inductively-coupled plasma (ICP), microwave plasma, microwave plasma (ECR plasma) and helicon plasma. Do.

만약, 상기 유도성 결합 플라즈마를 이용하는 경우에는, 플라즈마 파워는 100W ~ 20 kW 사이의 범위로 유지하고, 압력은 5mTorr ~ 5 Torr 사이의 범위를 유지하며, 환원성 플라즈마를 형성하기 위한 기체의 유량은 100Sccm ~ 50 Slpm 사이의 범위를 유지하는 것이 바람직하다.If the inductively coupled plasma is used, the plasma power is maintained in the range of 100 W to 20 kW, the pressure is maintained in the range of 5 mTorr to 5 Torr, and the flow rate of the gas for forming the reducing plasma is 100 Sccm. It is desirable to maintain a range between ˜50 Slpm.

상기와 같이 환원성 플라즈마를 형성하기 위해, 수소(H2) 기체를 상기 반응관(100) 내부로 공급하고, 플라즈마 처리를 하면 상기 기판(121) 상에 흡착되어 있는 할로겐 원자(Cl)는 수소와 결합하여 반응 부산물(140)로 남고, 반응한 수소(125)가 상기 기판(121) 상에 흡착되어 있는 실리콘 원자에 결합된다(도 5의 (c) 참조).In order to form a reducing plasma as described above, hydrogen (H 2 ) gas is supplied into the reaction tube 100, and when the plasma treatment is performed, the halogen atoms Cl adsorbed on the substrate 121 are separated from the hydrogen. Couplings remain as reaction byproducts 140, and reacted hydrogen 125 is bonded to silicon atoms adsorbed on the substrate 121 (see FIG. 5C).

상기와 같이 환원성 플라즈마를 반응관(100) 내부로 공급하여 기판(110) 표면에 흡착된 실리콘 전구체를 환원시켜 고체 실리콘을 형성한 후에는, 반응관(100) 내부에 반응하지 않고 잔존하는 각 종 이온 및 반응 부산물(140)은 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이 제거된다(S140). As described above, after the reducing plasma is supplied into the reaction tube 100 to reduce the silicon precursor adsorbed on the surface of the substrate 110 to form solid silicon, each species remaining without reacting inside the reaction tube 100 is formed. Ions and reaction byproducts 140 are removed as shown in FIG. 5 (d) (S140).

이와 같이 반응하지 않고 잔존하는 각 종 이온과 반응 부산물(140)을 제거하 기 위하여 펌핑 및 퍼지를 수행한다. 상기 퍼지 가스로는 N2, Ar, He 등의 불활성 기체 또는 수소(H2) 기체를 사용하는 것이 바람직하다.Thus, pumping and purging are performed to remove the various ions and reaction by-products 140 remaining without reacting. As the purge gas, it is preferable to use an inert gas such as N 2 , Ar, He, or hydrogen (H 2 ) gas.

이상과 같은 공정을 따라 원자층의 결정질 실리콘 박막을 형성하기 위하여 상기 기판(110)은 300 ~ 500℃ 사이의 범위를 유지할 수 있도록 가열되는 것이 바람직하다. 이와 같은 기판의 온도는 종래의 600℃ 이상의 고온에서 결정질 실리콘 박막을 직접 증착하는 방법과 다르다. 상기 기판을 소정 온도로 가열하는 방법은 다양하지만, 저항 가열 방식, 유도 가열 방식 및 램프 가열 방식 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다.In order to form the crystalline silicon thin film of the atomic layer according to the above process, the substrate 110 is preferably heated to maintain the range between 300 ~ 500 ℃. The temperature of such a substrate is different from the conventional method of directly depositing a crystalline silicon thin film at a high temperature of 600 ° C or higher. Although the method of heating the substrate to a predetermined temperature varies, it is preferable to use any one of a resistance heating method, an induction heating method, and a lamp heating method.

또한, 이상에서 설명한 단계 S110 ~ S140은 여러번 반복 수행될 수 있다. 즉, 도 5의 (e)에 도시된 바와 같이 기판 상에 원하는 소정 두께의 원자층의 결정질 실리콘 박막(150)을 형성하기 위하여 상기 단계 S110 ~ S140을 수번 반복할 수 있다. 즉, 상기 단계 S110 ~ S140을 수행하면 1㎛의 원자층의 결정질 실리콘 박막이 형성된다는 가정하에서, 5㎛ 두께의 원자층의 결정질 실리콘 박막을 증착하기 위해서는 상기 단계 S110 ~ S140을 다섯 번 수행하면 된다.In addition, the steps S110 to S140 described above may be repeated several times. That is, as shown in (e) of FIG. 5, the steps S110 to S140 may be repeated several times to form the crystalline silicon thin film 150 having an atomic layer of a desired thickness on the substrate. That is, assuming that the crystalline silicon thin film of the atomic layer of 1 μm is formed when the steps S110 to S140 are performed, the steps S110 to S140 may be performed five times to deposit the 5 μm thick crystalline silicon thin film. .

이와 같이 단계 S110 ~ S140을 반복 수행한 경우에도, 사용되는 실리콘 전구체와 상기 실리콘 전구체를 반응시키기 위한 조건, 환원성 플라즈마 기체, 환원성 플라즈마원 및 플라즈마 처리 조건은 상기 단계 S110 ~ S140을 수행하는 경우와 동일하다.Even when the steps S110 to S140 are repeatedly performed, the conditions for reacting the silicon precursor with the silicon precursor, the reducing plasma gas, the reducing plasma source, and the plasma processing conditions are the same as those when the steps S110 to S140 are performed. Do.

한편, 상기와 같은 공정에 의하여 증착되는 원자층의 결정질 실리콘 박막의 두께는 다양하게 변경될 수 있지만, 1㎚에서 100㎚ 사이의 범위인 것이 바람직하다. 즉, 상기 단계 S110 ~ S140이 1회 진행되거나 반복적으로 수번 진행되어 증착되는 원자층의 결정질 실리콘 두께는 상기 범위 안에서 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, the thickness of the crystalline silicon thin film of the atomic layer deposited by the above process can be changed in various ways, preferably in the range of 1nm to 100nm. That is, it is preferable that the crystalline silicon thickness of the atomic layer deposited by performing the step S110 to S140 one time or repeatedly several times is formed within the above range.

다음은, 상기 원자층의 결정질 실리콘 박막을 씨앗층으로 하여 증착되는 상부 실리콘 박막의 형성에 대하여 상세하게 설명한다.Next, the formation of the upper silicon thin film deposited by using the crystalline silicon thin film of the atomic layer as a seed layer will be described in detail.

상기에서 설명한 바와 같이, 기판(110) 상에 소정 두께를 가지는 원자층의 결정질 실리콘 박막(150)을 증착한 후에는, 이를 씨앗층으로 사용하여 별도의 상부 실리콘 박막(160)을 다양한 증착 방법에 의하여 형성한다.As described above, after depositing the crystalline silicon thin film 150 of the atomic layer having a predetermined thickness on the substrate 110, using the seed layer as a separate upper silicon thin film 160 in various deposition methods To form.

상기 씨앗층인 원자층의 결정질 실리콘 박막(150) 상에 증착되는 상부실리콘 박막(160)은 기존의 다양한 증착 방법에 의하여 형성될 수 있다. 즉, 플라즈마 화학증착법(PECVD), 저압 화학증착법(LPCVD), 상압 화학증착법(APCVD) 및 스퍼터링법(Sputtering) 중 어느 하나를 사용하여 상기 상부 실리콘 박막(160)을 상기 씨앗층인 원자층의 결정질 실리콘 박막 상에 증착할 수 있다.The upper silicon thin film 160 deposited on the crystalline silicon thin film 150 of the atomic layer, which is the seed layer, may be formed by various conventional deposition methods. That is, the upper silicon thin film 160 is crystalline of an atomic layer as the seed layer by using any one of plasma chemical vapor deposition (PECVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), and sputtering. It can be deposited on a silicon thin film.

만약, 상기 다양한 증착 방법 중에 상기 플라즈마 화학증착법(PECVD)에 의하여 상부 실리콘 박막을 증착하는 경우에는, 먼저 상기 반응관 내부로 실리콘(Si) 전구체와 수소(H2) 및 불활성 기체를 동시에 공급하고 소정 조건의 플라즈마를 인가한다. 이때, 기판의 온도는 200 ~ 500℃ 사이의 범위로 유지하는 것이 바람직하다.In the case of depositing the upper silicon thin film by the plasma chemical vapor deposition (PECVD) among the various deposition methods, first the silicon (Si) precursor, hydrogen (H 2 ) and an inert gas are simultaneously supplied into the reaction tube and Conditional plasma is applied. At this time, the temperature of the substrate is preferably maintained in the range between 200 ~ 500 ℃.

상기 반응과 내부로 공급되는 상기 실리콘 전구체는 SiCl4, SiF4, SiH2Cl2, SiHCl3, SiH3Cl, SiI4, Si2Cl6 및 Si2F6 중 어느 하나가 해당할 것이고, 상기 플라즈마를 발생하는 플라즈마원으로는 용량성 결합 플라즈마(CCP, capacitively-coupled plasma), 유도성 결합 플라즈마 (ICP, inductively-coupled plasma), 마이크로파 플라즈마 (microwave plasma), ECR 플라즈마 (ECR plasma, electron cyclotron plasma) 및 헬리콘 플라즈마 (helicon plasma) 중 어느 하나가 이용되는 것이 바람직하다.The silicon precursor supplied into the reaction and the inside will be any one of SiCl 4 , SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 3 Cl, SiI 4 , Si 2 Cl 6 and Si 2 F 6 , Plasma sources that generate plasma include capacitively-coupled plasma (CCP), inductively-coupled plasma (ICP), microwave plasma, ECR plasma (ECR plasma, electron cyclotron plasma). And helicon plasma are preferably used.

또한, 상기 다양한 증착 방법 중에 상기 저압 화학증착법(LPCVD)에 의하여 상부 실리콘 박막을 증착하는 경우에는, 상기 반응관 내부로 실리콘(Si) 전구체와 수소(H2) 및 불활성 기체를 동시에 공급하고, 기판의 온도는 300 ~ 500℃ 사이의 범위로 유지하는 것이 바람직하다.In the case of depositing the upper silicon thin film by the low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) among the various deposition methods, a silicon (Si) precursor, hydrogen (H 2 ), and an inert gas are simultaneously supplied into the reaction tube, and the substrate The temperature of is preferably maintained in the range between 300 ~ 500 ℃.

이때 상기 실리콘 전구체는 플라즈마 화학증착법을 이용하는 경우와 동일하게 SiCl4, SiF4, SiH2Cl2, SiHCl3, SiH3Cl, SiI4, Si2Cl6 및 Si2F6 중 어느 하나인 것이 바람직하다.In this case, the silicon precursor is preferably any one of SiCl 4 , SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 3 Cl, SiI 4 , Si 2 Cl 6 and Si 2 F 6 , as in the case of using a plasma chemical vapor deposition method. Do.

상기에서 설명한 상부 실리콘 박막은 대기 노출이 없는 상태에서 진행된다. 즉, 원자층의 결정질 실리콘 박막을 증착한 후에, 상기 상부 실리콘 박막을 증착하는 공정으로 넘어가는 과정에서 대기 노출이 일어나지 않게 하는 것이 바람직하다.The upper silicon thin film described above proceeds without atmospheric exposure. That is, after depositing the crystalline silicon thin film of the atomic layer, it is preferable that the exposure to the atmosphere does not occur in the process of going to the process of depositing the upper silicon thin film.

이상에서 설명한 본 발명은 결정질 실리콘 박막의 씨앗층을 먼저 형성한 후, 그 위에 기존의 여러 가지 방법에 의하여 별도의 상부 실리콘 박막을 성장시킴으로써, 기존의 방법으로는 결정질 박막이 형성되지 않는 온도 영역에서 결정질 실리콘 박막을 직접 형성할 수 있는 새로운 저온 결정화 방법이다.In the present invention described above, the seed layer of the crystalline silicon thin film is first formed, and then a separate upper silicon thin film is grown thereon by various conventional methods, so that the temperature of the crystalline thin film is not formed by the conventional method. It is a new low temperature crystallization method which can directly form crystalline silicon thin film.

1차적으로 기판 상에 씨앗층으로 작용하는 원자층의 결정질 실리콘 박막을 증착함으로써, 상기 씨앗층 상부에 증착되어 성장하는 상부 실리콘 박막의 결정화도 향상된다. By first depositing an crystalline silicon thin film of an atomic layer serving as a seed layer on the substrate, the crystallization of the upper silicon thin film deposited and grown on the seed layer is also improved.

도 6은 라만(raman) 분광법을 이용하여 실리콘 박막의 결정성을 보여주는 그래프이다. 도 6에서 "a"로 표시된 그래프는 종래의 증착법인 플라즈마 화학증착법(PECVD)을 이용하여 형성된 실리콘 박막의 결정성을 보여주는 그래프이고, "b"로 표시된 그래프는 본 발명에 따라 씨앗층인 원자층의 결정질 실리콘 박막을 형성하기 위한 원자층 증착방법(ALD)과 결정화되는 상부 실리콘 박막을 형성하기 위한 플라즈마 화학증착법(PECVD)을 순차적으로 사용하여 형성된 실리콘 박막의 결정성을 보여주는 그래프이다. 이 그래프에서 나타나듯이 본 발명에 따라 형성되는 실리콘 박막의 결정성은 종래의 방법에 의하여 형성된 실리콘 박막의 결정성보다 우수하다.6 is a graph showing the crystallinity of a silicon thin film using Raman spectroscopy. 6 is a graph showing the crystallinity of the silicon thin film formed by using a conventional chemical vapor deposition plasma chemical vapor deposition (PECVD) method, the graph denoted by "b" is an atomic layer that is a seed layer in accordance with the present invention It is a graph showing the crystallinity of a silicon thin film formed by using an atomic layer deposition method (ALD) to form a crystalline silicon thin film of the film and a plasma chemical vapor deposition method (PECVD) to form a top silicon thin film to be crystallized. As shown in this graph, the crystallinity of the silicon thin film formed according to the present invention is superior to that of the silicon thin film formed by the conventional method.

상기와 같은 구성 및 작용 그리고 바람직한 실시예를 가지는 본 발명인 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성 방법에 의하면, 기존의 방법으로는 실리콘 박막이 형성되지 않는 온도 영역인 500oC 미만에서 원자층의 결정질 실리콘(Si) 박막을 직접 증착할 수 있는 효과가 있다.According to the method of forming a polycrystalline silicon thin film by the two-step deposition of the present invention having the above-described configuration, operation and preferred embodiments, the atomic layer is less than 500 o C which is a temperature range in which the silicon thin film is not formed by the conventional method. There is an effect that can directly deposit a crystalline silicon (Si) thin film.

또한, 상기 원자층의 결정질 실리콘 박막을 씨앗층으로 하여, 상부 실리콘 박막을 더 증착하게 되면, 상기 씨앗층이 상기 상부 실리콘 박막의 결정화를 효과적으로 유도하는 장점이 있다.In addition, when the crystalline silicon thin film of the atomic layer as a seed layer, further depositing the upper silicon thin film, there is an advantage that the seed layer effectively induces crystallization of the upper silicon thin film.

또한, 본 발명을 적용하여 저온 다결정 실리콘(Si) TFT를 제조하는 경우, 기존에 엑시머 레이저를 이용하여 다결정질 실리콘(Si) 박막을 형성하는 경우에 비해서 공정이 단순하여 생산성이 크게 향상되는 효과가 있다.In addition, when manufacturing the low-temperature polycrystalline silicon (Si) TFT by applying the present invention, compared to the case of forming a polycrystalline silicon (Si) thin film by using an excimer laser, the process is simple and the productivity is greatly improved. have.

또한, 본 발명을 비정질 실리콘(Si) TFT 제작에 적용할 경우에는 본 발명의 방법에 의해 형성되는 실리콘(Si) 박막이 비정질 실리콘(Si) 박막보다 전계 효과 이동도가 높고 구동전류가 높으므로 TFT 패널 위에 LCD 구동회로를 내장할 수 있으며 신뢰성도 향상시킬 수 있는 장점이 있다. In addition, when the present invention is applied to the fabrication of amorphous silicon (Si) TFT, since the silicon (Si) thin film formed by the method of the present invention has higher field effect mobility and higher driving current than the amorphous silicon (Si) thin film, the TFT LCD driver circuit can be embedded on the panel and reliability can be improved.

Claims (20)

다결정 실리콘 박막의 형성 방법에 있어서,In the method of forming a polycrystalline silicon thin film, 기판이 유입된 반응관 내로 실리콘(Si)의 할로겐 화합물인 실리콘 전구체 공급과 환원성 플라즈마 공급을 순차적으로 진행시켜 기판 상에 원자층의 결정질 실리콘 박막을 증착하되, 기판을 반응관 내로 유입한 후, 상기 반응관 내부에 실리콘(Si) 전구체를 공급하여 반응시키는 제1 공정, 상기 반응관 내부에 반응하지 않고 잔존하는 실리콘(Si) 전구체 및 반응 부산물을 제거하기 위하여 펌핑 및 퍼지를 수행하는 제2 공정, 상기 기판 표면에 흡착된 실리콘(Si) 전구체를 환원시켜 고체 실리콘(Si)을 형성하기 위하여 환원성 플라즈마를 상기 반응관 내부로 공급하는 제3 공정, 상기 반응관 내부에 반응하지 않고 잔존하는 각 종 이온 및 반응 부산물을 제거하기 위하여 펌핑 및 퍼지를 수행하는 제4 공정 및 상기 제1 공정 내지 제4 공정을 반복 수행하는 공정으로 이루어진 제1 단계;After supplying a silicon precursor, which is a halogen compound of silicon (Si), and a reducing plasma supply to a reaction tube into which a substrate is introduced, a crystalline silicon thin film of an atomic layer is deposited on the substrate, and the substrate is introduced into the reaction tube. A first step of supplying and reacting a silicon (Si) precursor inside the reaction tube, a second step of performing pumping and purging to remove the remaining silicon (Si) precursor and reaction by-products without reacting in the reaction tube, A third step of supplying a reducing plasma into the reaction tube to reduce the silicon (Si) precursor adsorbed on the substrate surface to form solid silicon (Si); and various ions remaining without reacting in the reaction tube And a fourth process of pumping and purging to remove reaction by-products, and a process of repeatedly performing the first to fourth processes. A first step consisting of; 상기 원자층의 결정질 실리콘 박막을 씨앗층으로 하여, 상기 씨앗층 상에 상부실리콘 박막을 증착하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성방법.Forming a top silicon thin film on the seed layer by using the crystalline silicon thin film of the atomic layer as a seed layer; and forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 실리콘 전구체는 SiCl4, SiF4, SiH2Cl2, SiHCl3, SiH3Cl, SiI4, Si2Cl6, 및 Si2F6 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 증착 방법.The silicon precursor is one of SiCl 4 , SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 3 Cl, SiI 4 , Si 2 Cl 6 , and Si 2 F 6 , polycrystalline silicon by two-step deposition Thin film deposition method. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 실리콘 전구체를 반응시키기 위한 상기 반응관의 압력은 10 mTorr ~ 10 Torr 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 증착 방법.The pressure of the reaction tube for reacting the silicon precursor is a method of depositing a polycrystalline silicon thin film by a two-step deposition, characterized in that the range of 10 mTorr ~ 10 Torr. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 실리콘 전구체는 1초 ~ 10분 사이의 범위 동안 상기 반응관 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 증착 방법.The silicon precursor is supplied to the inside of the reaction tube for a range of 1 second to 10 minutes deposition method of the polycrystalline silicon thin film by a two-step deposition. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 환원성 플라즈마를 형성하기 위한 기체로 수소(H2) 또는 중수소(D2)가 사용되는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 증착 방법.Method of depositing a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition, characterized in that hydrogen (H2) or deuterium (D2) is used as a gas for forming the reducing plasma. 청구항 8에 있어서,The method according to claim 8, 상기 환원성 플라즈마원은 용량성 결합 플라즈마(CCP, capacitively-coupled plasma), 유도성 결합 플라즈마 (ICP, inductively-coupled plasma), 마이크로파 플라즈마 (microwave plasma), ECR 플라즈마 (ECR plasma, electron cyclotron plasma) 및 헬리콘 플라즈마 (helicon plasma) 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 증착 방법.The reducing plasma source is capacitively-coupled plasma (CCP), inductively-coupled plasma (ICP), microwave plasma, microwave plasma (ECR plasma), and electron cyclotron plasma (HEL). Method for depositing a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition, characterized in that using any one of a (helicon plasma). 청구항 9에 있어서, 상기 유도성 결합 플라즈마를 이용하는 경우에는,The method according to claim 9, wherein when using the inductively coupled plasma, 플라즈마 파워는 100 W ~ 20 kW 사이의 범위로 유지하고, 압력은 5mTorr ~ 5 Torr 사이의 범위를 유지하며, 환원성 플라즈마를 형성하기 위한 기체의 유량은 100 Sccm ~ 50 Slpm 사이의 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 증착 방법.The plasma power is maintained in the range of 100 W to 20 kW, the pressure is maintained in the range of 5 mTorr to 5 Torr, and the flow rate of the gas for forming the reducing plasma is maintained to be in the range of 100 Sccm to 50 Slpm. A method of depositing a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 퍼지는 불활성 기체 또는 수소(H2) 기체를 이용하는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 증착 방법.The purge method of the polycrystalline silicon thin film by two-step deposition, characterized in that using an inert gas or hydrogen (H 2 ) gas. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 기판의 온도는 300 ~ 500 ℃ 사이의 범위를 유지하는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 증착 방법.Deposition method of the polycrystalline silicon thin film by two-step deposition, characterized in that the temperature of the substrate is maintained between 300 ~ 500 ℃. 청구항 12에 있어서,The method according to claim 12, 상기 기판의 가열은 저항 가열 방식, 유도 가열 방식 및 램프 가열 방식 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 증착 방법.The heating of the substrate is a method of depositing a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition, characterized in that using any one of resistance heating method, induction heating method and lamp heating method. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 원자층의 결정질 실리콘 박막의 두께는 1㎚ ~ 100㎚ 사이의 범위인 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 증착 방법.The thickness of the crystalline silicon thin film of the atomic layer is a method of depositing a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition, characterized in that the range between 1nm ~ 100nm. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 씨앗층인 원자층의 결정질 실리콘 박막 상에 증착되는 상부실리콘 박막은 플라즈마 화학증착법(PECVD), 저압 화학증착법(LPCVD), 상압 화학증착법(APCVD) 및 스퍼터링법(Sputtering) 중 어느 하나를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성방법.The upper silicon thin film deposited on the crystalline silicon thin film of the atomic layer, which is the seed layer, may be formed using any one of plasma chemical vapor deposition (PECVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), and sputtering (Sputtering). Method for forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition, characterized in that formed. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 상기 플라즈마 화학증착법(PECVD)에 의하여 상부 실리콘 박막을 증착하는 경우에는, 상기 반응관 내부로 실리콘(Si) 전구체와 수소(H2) 및 불활성 기체를 동시에 공급하고 플라즈마를 인가하며, 기판의 온도를 200 ~ 500℃ 사이의 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성방법.In the case of depositing the upper silicon thin film by the plasma chemical vapor deposition (PECVD), the silicon (Si) precursor, hydrogen (H 2 ) and inert gas are simultaneously supplied to the inside of the reaction tube and plasma is applied, and the temperature of the substrate is increased. Method for forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition, characterized in that maintained in the range between 200 ~ 500 ℃. 청구항 16에 있어서, The method according to claim 16, 상기 실리콘 전구체는 SiCl4, SiF4, SiH2Cl2, SiHCl3, SiH3Cl, SiI4, Si2Cl6 및 Si2F6 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성방법.The silicon precursor is any one of SiCl 4 , SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 3 Cl, SiI 4 , Si 2 Cl 6 and Si 2 F 6 Method of formation. 청구항 16에 있어서,The method according to claim 16, 상기 플라즈마를 발생하는 플라즈마원으로는 용량성 결합 플라즈마(CCP, capacitively-coupled plasma), 유도성 결합 플라즈마 (ICP, inductively-coupled plasma), 마이크로파 플라즈마 (microwave plasma), ECR 플라즈마 (ECR plasma, electron cyclotron plasma) 및 헬리콘 플라즈마 (helicon plasma) 중 어느 하나가 이용되는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성방법.Plasma sources for generating the plasma include capacitively-coupled plasma (CCP), inductively-coupled plasma (ICP), microwave plasma, ECR plasma (ECR plasma, electron cyclotron) Method for forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition, characterized in that any one of plasma) and helicon plasma (helicon plasma) is used. 청구항 15에 있어서,The method according to claim 15, 상기 저압 화학증착법(LPCVD)에 의하여 상부 실리콘 박막을 증착하는 경우에는, 상기 반응관 내부로 실리콘(Si) 전구체와 수소(H2) 및 불활성 기체를 동시에 공급하고, 기판의 온도를 300 ~ 500℃ 사이의 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성방법.In the case of depositing the upper silicon thin film by the low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), a silicon (Si) precursor, hydrogen (H 2 ) and an inert gas are simultaneously supplied into the reaction tube, and the temperature of the substrate is 300 to 500 ° C. Method for forming a polycrystalline silicon thin film by two-step deposition, characterized in that maintained in the range between. 청구항 19에 있어서, The method according to claim 19, 상기 실리콘 전구체는 SiCl4, SiF4, SiH2Cl2, SiHCl3, SiH3Cl, SiI4, Si2Cl6 및 Si2F6 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 2단계 증착에 의한 다결정 실리콘 박막의 형성방법.The silicon precursor is any one of SiCl 4 , SiF 4 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiH 3 Cl, SiI 4 , Si 2 Cl 6 and Si 2 F 6 Method of formation.
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