多晶硅沉积方法及用于其的沉积装置与流程

本发明涉及一种利用模组移动方式的多晶硅沉积方法及用于所述多晶硅沉积方法的沉积装置。

背景技术：

为了利用多晶硅薄膜形成用于薄膜晶体管(thin film transistor,TFT)的有源层(active layer)，通常使用以下方法：利用等离子增强化学气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)或低压化学气相沉积法(low pressure chemical vapor deposition，LPCVD)，在绝缘基材上沉积本征非晶硅(intrinsic amorphous silicon)后，再使其晶化的方法。

晶化方法中通常使用如下方法：通过瞬间照射作为高功率脉冲激光的准分子激光而进行加热，从而使非晶硅晶化的准分子激光退火(excimer laser annealing，ELA)法；在反应炉内利用炉加热法使非晶硅晶化的固相晶化(solid phase crystallization，SPC)法；使用完全熔融带(range)的能量的连续横向固化(sequential lateral solidification，SLS)法；在非晶硅膜上选择性地沉积金属后，施加电场，从而以金属作为晶种(seed)诱导晶化的发生的金属诱导晶化(metal induced crystallization，MIC)法；或作为上述MIC法的应用技术，在沟道上不沉积金属，而是形成删电极后，通过在自对准结构中的源极和漏极上沉积较薄金属，诱发金属诱导晶化，从而向沟道方向诱导横向晶化的金属诱导横向晶化(metal induced lateral crystallization，MILC)法等。

其中，所述ELA法为了熔融具有约300μm至约800μm的厚度的硅膜，以脉冲形式透射短波长(λ＝0.3μm)的强能量，因此具有能够实现快速晶化的优点，并且由于优异的结晶度，提高元件的电子迁移率，因此具有元件的工作特性优异的优点，所以得到广泛利用。

但是上述ELA法具有几个重大的缺点。例如，具有激光束本身的照射量不均匀的激光系统层面的问题、用于获得粗晶粒(coarse grain)的激光能量密度的工艺区域极其有限的激光工艺层面的问题以及留下大面积激光冲击(shot)痕迹的问题。

上述问题引起构成多晶硅TFT有源层的多晶硅薄膜晶粒大小的不均匀。此外，当伴随从液相到固相的相变而生成多晶硅时，伴随体积膨胀，因此从晶粒间界的位置开始向表面侧发生严重的突出(protrusion)现象。这种现象对后续的栅极绝缘层工艺也产生影响，即多晶硅/栅极绝缘层界面的不均匀的平坦度导致击穿电压(breakdown voltage)减少，并对元件的热载流子应力(hot carrier stress)等可靠性产生严重的影响。

与此相关地，韩国专利公开第2005-0064567号中公开了通过对非晶硅层照射激光而使非晶硅层晶化并激活成多晶硅层的方法及利用该方法的多晶硅薄膜晶体管制造方法。

技术实现要素：

技术问题

本发明的目的在于，提供利用模组移动方式的多晶硅沉积方法及用于所述多晶硅沉积方法的沉积装置。

但是，本发明所要解决的技术问题不限于以上提及的技术问题，通过以下记载本领域技术人员能够明确理解没有提及的其它的技术问题。

技术方案

根据本发明的一方面，提供一种多晶硅沉积装置，该装置包括：装载基材的基材装载部；及模组，该模组包括：用于在所述基材上沉积非晶硅的等离子部和用于对所沉积的非晶硅进行激光退火的激光部，其中，通过所述模组的交替移动而形成多晶硅。

根据本发明的第二方面，提供一种多晶硅沉积方法，其利用根据本发明第一方面的多晶硅沉积装置，该方法包括：在基材上沉积非晶硅，并通过对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第一步骤；及在所形成的多晶硅上沉积非晶硅，并通过对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第二步骤，其中，重复执行所述第一步骤和第二步骤一次以上，所述非晶硅的沉积和所述激光退火分别由独立的模块执行，所述模组进行交替移动的同时，在所述基材上形成所述多晶硅。

发明效果

根据本发明一实施方式，提供一种利用模组移动方式而不是基材移动方式的多晶硅沉积方法及沉积装置。根据本发明一实施方式的多晶硅沉积方法，利用反复执行通过对厚度较薄的非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的步骤的多步骤工艺，因此能够利用所述激光的能量密度较低的低价激光。

此外，提供一种相比以往的通过对非晶硅进行一次激光退火而形成多晶硅的全激光扫描方法具有更高的多晶硅的变形率的多晶硅制造方法，该变形率达到约95％以上(以约50nm的非晶硅为基准)。

与此同时，根据本发明一实施方式的多晶硅沉积装置利用模组移动方式，因此具有相比基材移动方式能够减少设备大小的优点。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的多晶硅沉积装置的简略示意图。

图2是根据本发明一实施方式的多晶硅沉积装置的简略示意图。

图3是根据本发明一实施方式的多晶硅沉积装置的五个模块的简略示意图。

附图标记说明

10：基材 100：基材装载部

200：基材加热部 300：缓冲层

400：硅沉积部 410：非晶硅

420：多晶硅 500、510、520、530：激光部

610、620：等离子部

具体实施方式

下面参照随附的附图详细说明本发明实施例，以使本领域技术人员能够容易实施本发明。但是本发明能够以各种不同形态实施，不限于在此说明的实施例。另外，附图中为了明确说明本发明，而省略了与说明无关的部分，在整个说明书中类似的部分使用了类似的附图标记。

在本发明说明书全文中，记载某一部分与其它部分“连接”时，不仅包括“直接连接”的情况，还包括其之间隔着其它元件“电连接”的情况。

在本发明说明书全文中，记载某一部件位于其它部件之“上”时，不仅包括该部件与其它部件相接的情况，还包括两部件之间存在其它部件的情况。

在本发明说明书全文中，记载某一部分“包括”某一构件时，只要没有特别相反的记载，均表示还可以包括其它构件而不是排除。在本发明说明书全文中所使用的表示程度的“约”、“实质上”等用语，当给出所提及的含义所固有的制造和物质允许误差时，表示其数值或接近该数值，旨在防止不道德的侵权者对提及准确或绝对数值以帮助对本发明的理解的公开内容的不当利用。在本发明说明书全文中使用的用语“～(的)步骤”或“～之步骤”不表示“用于～的步骤”。

在本发明说明书全文中，马库什形式的表述中包含的用语“它们的组合(或多个组合)”，表示选自由马库什形式的表述中记载的构件构成的组中的一种以上的混合或组合，其表示包括选自由上述构件构成的组中的一种以上。

在本发明说明书全文中，“A和/或B”的记载表示“A或B，或A和B”。

下面，参照随附的附图详细说明本发明的实施方式和实施例。但是这些实施方式和实施例可以不限于附图。

根据本发明的一方面，提供一种多晶硅沉积装置，该装置包括：装载基材的基材装载部；及模组，该模组包括：用于在所述基材上沉积非晶硅的等离子部和用于对所沉积的非晶硅进行激光退火的激光部，其中，通过所述模组的交替移动而形成多晶硅。

与此相关地，图1中示出了根据本发明一实施方式的多晶硅沉积装置的简略示意图。

如图1所示，根据本发明一实施方式的所述多晶硅沉积装置包括：基材10、基材装载部100、缓冲层300、硅沉积部400、激光部500、以及等离子部610、620。

首先，在所述基材装载部100上装载基材10。所述基材10为通常用作半导体元件的基材，例如可以包括选自由塑料、石英、玻璃、硅、聚合物和它们的组合构成的组中的一种，但不限于此。

根据本发明一实施方式，所述基材10上方有包括非晶硅410和多晶硅420的硅沉积部400，所述硅沉积部400的上方设置有包括等离子部610、620及激光部500的模组。可通过所述模组的所述等离子部610、620，在所述基材10上沉积非晶硅410，且可通过所述激光部500沉积多晶硅420。

根据本发明一实施方式，所述基材上可以进一步包括缓冲层300，但不限于此。所述缓冲层300可以位于所述硅沉积部400的下端，可优选以约300nm的厚度形成。所述缓冲层300可以是为了在所述激光退火过程中减少从所述硅沉积部400传递到所述基材10的热而形成，但不限于此。

根据本发明一实施方式，所述缓冲层300可以包括选自由氧化硅(silicon oxide)、氮化物(nitride)和它们的组合构成的组中的一种，但不限于此。

根据本发明一实施方式，包括所述等离子部610、620以及所述激光部500的所述模组进行交替移动的同时，可通过所述等离子部610、620在所述基材10上沉积非晶硅，可通过所述激光部500在所沉积的非晶硅上照射激光以形成多晶硅。所述模组的移动方向可以是以线性或非线性路径交替移动，但不限于此。具体地，如图2所示，模组进行移动的同时，通过所述模组的等离子部610、620在所述基材10的上沉积非晶硅410，如图2的硅沉积部400的右侧所示，随着所述模组的移动，从所述模组的激光部500照射的激光使所沉积的非晶硅410形成多晶硅420，如图2的硅沉积部400的左侧所示，重复执行在所形成的多晶硅420上再次沉积非晶硅410并通过对所述非晶硅410再次照射激光而形成多晶硅420的过程，从而可以形成多层的多晶硅420。

在本发明一实施方式中，所述模组可包含一个以上的所述等离子部610、620以及一个以上的所述激光部500，并对称地形成，但不限于此。例如，当所述模组为五个模块时，如图3所示，可以按激光部510、等离子部610、激光部520、等离子部620、激光部530的顺序对称地形成所述模组。通过对称地形成所述模组的所述等离子部610、620以及所述激光部510、520、530，可以与所述模组的移动方向无关地交替反复执行通过所述等离子部的非晶硅的沉积和通过所述激光部的多晶硅的形成。

根据本发明一实施方式，所述模组可以是包括一个以上的所述等离子部610、620以及一个以上的所述激光部500的三个以上模块，但不限于此。例如，当所述模组为三个模块时，可以按照等离子部-激光部-等离子部或激光部-等离子部-激光部的顺序形成；当所述模组为四个模块时，可以按照等离子部-激光部-等离子部-激光部或激光部-等离子部-激光部-等离子部的顺序形成；当所述模组为五个模块时，可以按照等离子部-激光部-等离子部-激光部-等离子部或激光部-等离子部-激光部-等离子部-激光部的顺序形成，但不限于此。

根据本发明一实施方式，所述激光部可以照射选自由准分子激光(excimer laser)、紫外(UV)激光、二极管泵浦固体激光(diode-pumped solid-state laser)及它们的组合构成的组中的激光，但不限于此。

根据本发明一实施方式，由所述激光部所照射的激光可以包括低密度的低价激光，但不限于此。

根据本发明一实施方式，可以进一步包括设置于所述基材装载部的下端并用于加热所述基材的基材加热部，但不限于此。

根据本发明一实施方式，所述基材加热部可以在约400℃以下温度范围内加热所述基材，但不限于此。例如，可以在约400℃以下、约300℃以下、约200℃以下或约100℃以下温度加热，但不限于此。

根据本发明的第二方面，提供一种多晶硅沉积方法，其利用根据本发明第一方面的多晶硅沉积装置，该方法包括：在基材上沉积非晶硅，并通过对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第一步骤；以及在所形成的多晶硅上沉积非晶硅，并通过对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第二步骤，其中，重复执行所述第一步骤和所述第二步骤一次以上，所述非晶硅的沉积和所述激光退火分别由独立的模块执行，所述模组进行交替移动的同时，在所述基材上形成所述多晶硅。

针对与本发明第一方面重复的部分省略了其详细说明，虽然在第二方面的说明中省略了对本发明第一方面说明的内容，但该内容可同样适用于第二方面。

根据本发明一实施方式的多晶硅沉积方法，利用反复执行通过对厚度较薄的非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的步骤的多步骤工艺，因此能够提供利用所述激光的能量密度较低的低价激光，并且能够提供与以往的通过对非晶硅进行一次激光退火而形成多晶硅的全激光扫描方法相比具有更高的多晶硅的变形率的多晶硅制造方法，该变形率达到约95％以上(以约50nm的非晶硅为基准)。

根据本发明一实施方式，所述多晶硅沉积方法可重复执行以下步骤一次以上：在基材上沉积一层所述非晶硅，通过利用激光对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第一步骤；以及在所述第一步骤中形成的所述多晶硅上沉积另一层的非晶硅，并通过对所述非晶硅进行激光退火而形成多晶硅的第二步骤。根据本发明一实施方式，所述非晶硅的沉积和所述激光退火分别由独立的模块执行，并且可反复执行以下过程：所述模组进行交替移动的同时，在所述基材上沉积非晶硅后，通过对所述非晶硅进行所述激光退火而形成所述多晶硅。

根据本发明一实施方式，所述多晶硅沉积装置可以包括：装载基材的基材装载部；及模组，该模组包括：用于在所述基材上沉积非晶硅的等离子部和用于对所沉积的非晶硅进行激光退火的激光部，其中，可通过所述模组的交替移动而形成多晶硅，但不限于此。

根据本发明一实施方式，所述模组包括一个以上所述等离子部和一个以上的所述激光部，且可以对称地形成，但不限于此。例如，所述模组为五个模块时，如图3所示，可按激光部510、等离子部610、激光部520、等离子部620、激光部530的顺序对称地形成所述模组。由于所述模组的所述等离子部610、620以及所述激光部510、520、530对称地形成，因此可以与所述模组的移动方向无关地，可交替反复执行通过所述等离子部的非晶硅的沉积和通过所述激光部的多晶硅的形成。

根据本发明一实施方式，可以进一步包括设置于所述基材装载部的下端并用于加热所述基材的基材加热部，但不限于此。

根据本发明一实施方式，所述基材加热部可以在400℃以下温度范围内加热所述基材，但不限于此。例如，可以进一步在约400℃以下、约300℃以下、约200℃以下或约100℃以下的温度进行加热，但不限于此。

根据本发明一实施方式，一次性沉积的所述非晶硅厚度可以为约1nm至约10nm，但不限于此。例如，所述非晶硅的厚度可以是约1nm至约10nm、约1nm至约8nm、约1nm至约6nm、约1nm至约4nm、约1nm至约2nm、约2nm至约10nm、约4nm至约10nm、约6nm至10nm或约8nm至约10nm，但不限于此。

根据本发明一实施方式，所述非晶硅的整体厚度可以为约100nm以下，但不限于此。例如，所述非晶硅的整体厚度约为1nm至100nm、约1nm至约80nm、约1nm至约60nm、约1nm至约50nm、约1nm至约40nm、约1nm至约20nm、约20nm至约100nm、约40nm至约100nm、约50nm至约100nm、约60nm至约100nm或约80nm至约100nm，优选为约50nm，但不限于此。

根据本发明一实施方式，所述激光可以包括选自由准分子激光、UV激光、二极管泵浦固体激光及它们的组合构成的组中的激光，但不限于此。

根据本发明一实施方式，所述激光可以包括具有较低的能量密度的激光到具有较高的能量密度的激光，但不限于此。

根据本发明一实施方式，所述多晶硅的厚度可以为约100nm以下，但不限于此。例如，所述多晶硅的整体厚度可以为约1nm至100nm、约1nm至约80nm、约1nm至约60nm、约1nm至约50nm、约1nm至约40nm、约1nm至约20nm、约20nm至约100nm、约40nm至约100nm、约50nm至约100nm、约60nm至约100nm或约80nm至约100nm，优选为约50nm，但不限于此。

前述的本发明的说明仅用于示例，且本领域技术人员应当能够理解，可在不变更本发明的技术思想和必要特征的情况下，容易变形为其它具体实施方式。因此应当理解为，以上记载的实施例不管在那一方面都仅是示例性的，而不是限定性的。例如，以一体型说明的各构件可以分布的方式实施，同样，以分布的方式说明的构件也可以以结合状态实施。

本发明的范围应该由随附的权利要求书确定，而不是由上述详细说明确定，且应当解释为由权利要求书的含义、范围及其等同概念导出的所有的变更或变型的实施方式均应包含在本发明范围内。