KR20080093705A - Thin film deposition apparatus and manufacturing method of thin film transistor using same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 ICP 및 CCP 증착장비를 포함하는 클러스터를 사용하여 별도의 결정화 공정을 거치지 않고 다결정실리콘막을 포함하는 박막을 증착하는 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 기판을 이동시키기 위한 이송챔버; 상기 이송챔버와 연결되며, 미세 결정구조의 다결정실리콘막을 형성하기 위한 ICP 방식의 제 1 공정챔버; 상기 이송챔버와 연결되며, 상기 다결정실리콘막층 상에 비정실리콘막을 형성하기 위한 CCP 방식의 제 2 공정챔버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a thin film deposition apparatus for depositing a thin film including a polysilicon film without undergoing a separate crystallization process using a cluster including an ICP and CCP deposition equipment, and a method of manufacturing a thin film transistor using the same. Transfer chamber for; An ICP process chamber connected to the transfer chamber and configured to form a polycrystalline silicon film having a fine crystal structure; And a second process chamber connected to the transfer chamber and having a CCP method for forming an amorphous silicon film on the polysilicon film layer.
Description
도 1은 종래기술에 따른 ICP 방식 플라즈마 발생장치의 구성도1 is a block diagram of an ICP plasma generator according to the prior art
도 2는 종래기술에 따른 ICP 방식 플라즈마 발생장치의 안테나 구성도2 is an antenna configuration diagram of an ICP plasma generator according to the prior art
도 3은 종래기술에 따른 CCP 방식의 플라즈마 발생장치의 구성도3 is a block diagram of a plasma generating apparatus of the CCP method according to the prior art
도 4는 본 발명에 따른 클러스터의 개략도4 is a schematic diagram of a cluster according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 ICP 방식 플라즈마 발생장치의 구성도5 is a block diagram of an ICP plasma generator according to the present invention
도 6은 본 발명에 따른 클러스터를 이용하여 형성한 박막 트랜지스터의 절단 단면도 6 is a cross-sectional view of a thin film transistor formed using a cluster according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* * Description of the symbols for the main parts of the drawings *
191 : 클러스터 193 : 로드락 챔버191: cluster 193: load lock chamber
194 ~ 197 : 공정챔버 200 : 기판194 to 197: process chamber 200: substrate
201 : 실리콘질화막 202 : 게이트 전극 201: silicon nitride film 202: gate electrode
203 : 다결정실리콘막 204 : 비정실리콘막203: polysilicon film 204: amorphous silicon film
205 : 불순물 비정질실리콘막 205 impurity amorphous silicon film
본 발명은 박막 증착 장치 및 이를 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 ICP 및 CCP 증착장비를 포함하는 클러스터를 사용하여 별도의 결정화 공정을 거치지 않고 다결정실리콘(polysilicon)을 증착하는 박막 증착 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film deposition apparatus and a method of manufacturing a thin film transistor using the same, and more specifically, a thin film for depositing polysilicon (polysilicon) without a separate crystallization process using a cluster including the ICP and CCP deposition equipment A deposition apparatus and method are disclosed.
일반적으로 플라즈마를 에너지원으로 이용하는 플라즈마 발생장치에는 박막증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 증착된 박막을 패터닝하기 위해 식각하는 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE) 장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(ashing) 장치 등이 있다. 이와 같은 플라즈마 발생장치는 RF 전력의 인가방식에 따라 용량결합형(Capacitive Coupled Plasma, CCP) 장치와 유도결합형(Inductive Coupled Plasma, ICP) 장치로 나눌 수 있는데, 전자는 서로 대향하는 평행 평판 전극에 RF전력을 인가하여 전극 사이에 수직으로 형성되는 RF 전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이고, 후자는 RF 안테나에 의하여 유도되는 유도전기장을 이용하여 원료물질을 플라즈마로 변화시키는 방식이다. In general, a plasma generator using plasma as an energy source includes a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) device for thin film deposition, a reactive ion etching (RIE) device for etching a deposited thin film, and a sputter ), Ashing devices, and the like. Such a plasma generator can be classified into a capacitive coupled plasma (CCP) device and an inductive coupled plasma (ICP) device according to an application method of RF power. RF is applied to generate a plasma using an RF electric field formed vertically between electrodes, and the latter is a method of converting a raw material into a plasma by using an induction electric field induced by an RF antenna.
도 1은 종래기술에 따른 ICP 방식 플라즈마 발생장치의 구성도이다. 도 1를 참조하면, ICP 방식의 플라즈마 발생장치(10)는, 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(11)와, 챔버(11)의 내부에 위치하며 상면에 기판(S)을 안치하는 서셉터(12)와, 서셉터(12)의 상부에서 원료물질을 분사하는 샤워헤드(13)와, 샤워헤드(13)로 원료물질을 유입하는 가스유입관(14)을 포함한다. 원료물질을 플라즈마로 변환시키기 위해 RF 전력을 공급하는 RF 안테나(15)가 챔버리드(11a)의 상부에 위치하며, RF 안테나(15)에는 RF 전원(17)이 연결된다. RF 안테나(15)와 RF 전원(17)의 사이에 위치한 매칭회로(16)는 RF 안테나(15)로 최대전력을 인가하기 위하여 RF 전원의 임피던스와 RF 전원 안테나(15) 및 챔버의 반응공간을 아우르는 부하 임피던스를 정합시키는 역할을 한다.1 is a block diagram of an ICP plasma generator according to the prior art. Referring to FIG. 1, the ICP-
RF 안테나(15)에 RF 전원(17)이 인가되면 수직방향의 시변 자기장이 발생하고, 챔버(11) 내부에는 시변 자기장에 의한 전기장이 유도되는데, 유도전기장에 의하여 가속된 전자가 중성기체와 충돌함으로써 반응성이 높은 활성종(radical)이 생성되어 전자와 활성종의 혼합가스인 플라즈마 상태로 변환되며, 활성종이 기판(S)으로 입사하여 증착 및 식각 등의 공정을 수행하게 된다. 기판(S)으로 입사하는 활성종의 입사에너지를 조절하기 위하여 서셉터(12)에는 RF 전원(17)과 별도의 바이어스 전원(미도시)이 인가될 수도 있다. 그리고 서셉터(12)의 내부에는 기판의 예열을 위하여 히터(미도시)가 내장되며, 챔버(11) 하부의 배기구(18)는 진공펌프 등을 통하여 공정 잔류가스를 배기하는 역할을 한다.When the
도 2는 종래기술에 따른 ICP 방식 플라즈마 발생장치의 안테나 구성도이다. 도 2를 참조하여, RF 안테나(15)를 보다 구체적으로 살펴보면, 다수의 안테나 코일(15a,15b,15c)을 조합하여 구성되는데, 다수의 안테나 코일(15a,15b,15c)의 각각은 챔버리드(11a)의 상부에 위치하고, RF 케이블(19)에 의해 매칭회로(16)를 경유하여 RF 전원(17)에 연결된다. 따라서 RF 전원(17)이 인가되면 다수의 안테나 코일(15a,15b,15c)의 각각에 쇄교하는 시변자기장이 형성되고, 시변자기장의 주위로 전기장이 유도된다. 안테나 코일의 연결방식에 따라서 직렬 연결형 안테나와 병렬 연결형 안테나로 구분될 수 있다. 안테나의 연결 형태나 설치 위치는 각각의 플라즈마 장치의 특성에 따라 달라질 수 있다.2 is an antenna configuration diagram of an ICP plasma generator according to the prior art. Referring to FIG. 2, the
도 3은 종래기술에 따른 CCP 방식의 플라즈마 발생장치의 구성도이다. 도 3을 참조하면, 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정 물질을 증착시키는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치(20)의 개략적인 구성으로, 반응공간을 형성하는 챔버(21)의 내부에 기판(S)을 안치하는 기판안치대(22)가 설치되고, 기판안치대(22)의 상부에는 다수의 분사홀(24)을 가지는 알루미늄 재질의 가스분배부(23)가 설치되며, 챔버(21)의 하부에는 배기구(31)가 형성된다. 챔버(21)의 상부는 알루미늄 재질의 플라즈마 전극(25)에 의해 밀폐되며, 플라즈마 전극(25)은 RF전원(29)에 연결되고, 플라즈마 전극(25)과 RF 전원(29)의 사이에는 임피던스 정합을 위한 매칭회로(30)가 설치된다. 3 is a block diagram of a plasma generating apparatus of the CCP method according to the prior art. Referring to FIG. 3, a schematic configuration of a Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)
가스분배부(23)는 버퍼공간(26)을 사이에 두고 플라즈마 전극(25)의 연결지지대(36)에 거치되거나 고정된다. 플라즈마 전극(25)에 RF 전원(29)이 인가되면 플라즈마 전극(25)의 연결 지지대(36)에 거치되는 가스분배부(33)가 하부의 기판안치대(22)와 대향하는 전극의 역할을 하게 된다. 플라즈마 전극(25)의 중앙에는 버퍼공간(26)과 연통되는 가스공급관(27)이 연결되며, 버퍼공간(26)은 가스공급관(27)을 통해 유입된 원료물질을 가스분배부(23)의 상부에서 미리 확산시킴으로써 챔버(21) 내부로 원료물질이 균일하게 분사되도록 하는 역할을 한다. 버퍼공간(26)의 내부에는 원료물질의 확산을 보조하기 위하여 가스공급관(27)의 출구 전방에 배플(28)을 설치하기도 한다.The
전술한 ICP 및 CCP 방식의 PECVD 플라즈마 장치을 이용하여 액정표시장치의 박막 트랜지스터에서 필요한 다결정실리콘을 증착한다. 다결정실리콘의 증착은 고온공정이 필수적이지만, 액정표시장치의 기판으로 사용되는 글라스(glass)는 실리콘의 결정화 온도보다 융점이 낮아서 고온 공정을 진행할 수 없다. 따라서, 450 ℃ 이하의 저온에서 비정질실리콘(amorphous silicon)을 증착하고, 후공정으로 레이져 어닐 등의 방법을 이용하여 비정질실리콘의 박막을 다결정실리콘으로 결정화시키는 별도의 공정을 거쳐야 하는 문제가 있다.The above-mentioned PECP plasma apparatuses of the ICP and CCP methods are used to deposit the polysilicon required in the thin film transistor of the liquid crystal display. High temperature processing is essential for the deposition of polysilicon, but the glass used as the substrate of the liquid crystal display has a lower melting point than the crystallization temperature of silicon and thus cannot be processed at high temperature. Therefore, there is a problem of depositing amorphous silicon at a low temperature of 450 ° C. or lower, and performing a separate process of crystallizing the thin film of amorphous silicon into polycrystalline silicon using a method such as laser annealing as a later step.
저온의 다결정실리콘(low temperature polysilicon : LTPS)의 필요성이 증가 함에 따라, CCP 및 ICP 방식의 PECVD에서, 액정표시장치의 기판으로 사용되는 글라스의 특성으로 인해 고온 공정을 진행할 수 없기 때문에, 450 ℃ 이하의 저온에서 비정질실리콘층을 증착하고 레이져 어닐 등의 방법을 이용하여 결정화하는 별도의 공정을 거치게 된다. As the need for low temperature polysilicon (LTPS) increases, in the CCP and ICP type PECVD, the high temperature process cannot be performed due to the characteristics of the glass used as the substrate of the liquid crystal display device. The amorphous silicon layer is deposited at a low temperature and then subjected to a separate process of crystallization using a method such as laser annealing.
최근에는 플라즈마의 밀도가 높은 ICP 방식의 PECVD 장치를 이용하여 다결정실리콘막을 증착하는 방법이 고려되고 있다. 플라즈마의 밀도가 높은 ICP 방식을 이용하면, 미세 결정구조를 가진 다결정실리콘막이 형성되도록 할 수가 있다. 이를 통해서 비정질실리콘막의 증착 이후에 실시되는 레이져 어닐 등의 후공정을 생략하거나, 후공정의 처리 시간을 단축할 수 있다. 그러나, 이러한 ICP 방식은 CCP 방식에 비하여, 증착속도가 낮고, 균일한 박막 형성이 쉽지 않은 문제가 있다. 또한, 액정표시장치의 기판이 대형화될수록 ICP 방식의 PECVD 장치는 균일한 플라즈마를 형성하는 것이 쉽지 않은 문제가 있다.Recently, a method of depositing a polysilicon film using an ICP type PECVD apparatus having a high plasma density has been considered. By using an ICP method with a high plasma density, a polycrystalline silicon film having a fine crystal structure can be formed. As a result, post-processing such as laser annealing performed after the deposition of the amorphous silicon film may be omitted, or processing time of the post-process may be shortened. However, such an ICP method has a problem in that a deposition rate is lower than that of the CCP method and a uniform thin film is not easily formed. In addition, as the substrate of the liquid crystal display device increases in size, it is difficult for an ICP type PECVD device to form a uniform plasma.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, CCP 방식의 플라즈마 장치와 ICP 방식의 플라즈마 장치를 연결하여, 각각의 장치를 연속적으로 거치면서 다결정실리콘막을 증착하는 박막 증착 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus and method for depositing a polysilicon film while successively passing each apparatus by connecting a plasma apparatus of a CCP method and an ICP method. do.
본 발명은 박막 트랜지스터의 제조를 위한 다결정실리콘막을 CCP 방식의 플 라즈마를 이용한 박막과 ICP 방식의 플라즈마를 이용한 박막으로 구분하고 연속적으로 증착하여 다결정실리콘막을 증착하는 박막 증착 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus and method for depositing a polysilicon film by dividing a polycrystalline silicon film for manufacturing a thin film transistor into a thin film using a CCP plasma and a thin film using an ICP plasma. It is done.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, ICP 및 CCP 플라즈마 장치를 포함하는 클러스터를 사용하여 별도의 결정화 공정을 거치지 않고 다결정실리콘막을 포함하는 박막을 증착하는 박막 증착 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention The present invention has been made in view of the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus and method for depositing a thin film including a polysilicon film without undergoing a separate crystallization process by using a cluster including an ICP and CCP plasma apparatus. do.
본 발명은 박막 트랜지스터에서 필요로 하는 실리콘질화막, 다결정실리콘막, 및 불순물 비정질실리콘막을 ICP 및 CCP 증착장비를 포함하는 하나의 클러스터에서 구현할 수 있는 박막 증착 장치 및 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a thin film deposition apparatus and method for realizing a silicon nitride film, a polysilicon film, and an impurity amorphous silicon film required in a thin film transistor in one cluster including ICP and CCP deposition equipment.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 증착 장치는, 기판을 이동시키기 위한 이송챔버; 상기 이송챔버와 연결되며, 미세 결정구조의 다결정실리콘막을 형성하기 위한 ICP 방식의 제 1 공정챔버; 상기 이송챔버와 연결되며, 상기 다결정실리콘막 상에 비정실리콘막을 형성하기 위한 CCP 방식의 제 2 공정챔버;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the thin film deposition apparatus according to the present invention, the transfer chamber for moving the substrate; An ICP process chamber connected to the transfer chamber and configured to form a polycrystalline silicon film having a fine crystal structure; And a second process chamber connected to the transfer chamber and having a CCP method for forming an amorphous silicon film on the polysilicon film.
상기와 같은 박막 증착 장치에 있어서, 상기 이송챔버에 연결되며, 기판 상에 실리콘질화막을 형성하기 위한 CCP 방식의 제 3 공정챔버와, 상기 비정실리콘막 상에 불순물 다결정실리콘막을 형성하기 위한 CCP 방식의 제 4 공정챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the above thin film deposition apparatus, the third process chamber is connected to the transfer chamber, the CCP method for forming the silicon nitride film on the substrate, and the CCP method for forming the impurity polysilicon film on the amorphous silicon film And a fourth process chamber.
상기와 같은 박막 증착 장치에 있어서, 상기 제 1 공정챔버는, 반응영역을 정의하는 챔버; 상기 챔버의 외부에 위치하는 RF 전원; 상기 챔버의 내부에 제 1 부분이 노출되는 개방부를 가지고, 제 2 부분은 상기 챔버의 외부로 노출되며, 상기 챔버에 결합되는 토로이드; 상기 RF 전원과 전기적으로 연결되고, 상기 토로이드의 상기 제 2 부분에 감기는 유도코일; 상기 RF 전원과 상기 유도코일의 사이에서 임피던스를 정합시키는 매칭회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the thin film deposition apparatus as described above, the first process chamber comprises: a chamber defining a reaction region; An RF power source located outside the chamber; A toroid having an opening in which the first portion is exposed in the chamber, the second portion being exposed to the outside of the chamber, and coupled to the chamber; An induction coil electrically connected to the RF power source and wound around the second portion of the toroid; And a matching circuit for matching an impedance between the RF power supply and the induction coil.
상기와 같은 박막 증착 장치에 있어서, 상기 챔버의 내부에 상기 기판을 안치하는 서셉터를 포함하고, 상기 토로이드의 개방부의 중심축이 상기 서셉터와 수평이 되는 것을 특징으로 한다.In the thin film deposition apparatus as described above, a susceptor for placing the substrate in the chamber, the central axis of the opening portion of the toroid is characterized in that the horizontal with the susceptor.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법은 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; ICP 방식의 제 1 공정챔버에서 상기 게이트 전극을 포함한 상기 기판 상에 미세한 결정구조의 다결정실리콘막을 형성하는 단계; CCP 방식의 제 2 공정챔버에서 상기 다결정실리콘막 상에 비정실리콘막을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극의 양측과 대응되는 상기 비정실리콘막 상에 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention comprises the steps of preparing a substrate; Forming a gate electrode on the substrate; Forming a polycrystalline silicon film having a fine crystal structure on the substrate including the gate electrode in an ICP first process chamber; Forming an amorphous silicon film on the polysilicon film in a second process chamber of a CCP method; And forming a source electrode and a drain electrode on the amorphous silicon film corresponding to both sides of the gate electrode.
상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 다결정실리콘막은 100 내지 500 Å로 증착하고, 증착률은 100 내지 200 Å/mim인 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a thin film transistor as described above, the polysilicon film is deposited at 100 to 500 mW, and the deposition rate is 100 to 200 mW / mim.
상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 다결정실리콘막은 SiH4 및 H2를 각각 35 및 350 SCCM, 압력은 10 mTorr, RF 파워는 4100 watt의 조건에서 증착되는 것을 특징으로 한다.In the above method of manufacturing a thin film transistor, the polysilicon film is SiH 4 and H 2 35 and 350 SCCM, the pressure is 10 mTorr, RF power is characterized in that the deposition under the conditions of 4100 watt.
상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 비정실리콘막은 1000 내지 1500 Å의 두께로 증착하고, 증착률은 500 내지 1000 Å/mim인 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a thin film transistor as described above, the amorphous silicon film is deposited to a thickness of 1000 to 1500 kHz, the deposition rate is characterized in that 500 to 1000 Å / mim.
상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 비정실리콘막은 SiH4 및 H2를 각각 4500 및 15750 SCCM, 압력은 1.6 Torr, RF 파워는 1300 내지 4500 watt의 조건에서 증착되는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing the thin film transistor as described above, the amorphous silicon film is SiH 4 and H 2 is characterized in that deposited under the conditions of 4500 and 15750 SCCM, pressure 1.6 Torr, RF power 1300 to 4500 watt, respectively.
상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, CCP 방식의 제 3 공정챔버에서, 상기 기판과 상기 다결정실리콘막의 사이에, 실리콘질화막을 형성하는 단계와, CCP 방식의 제 4 공정챔버에서 상기 비정실리콘막 상에 불순물 비정질실리콘을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a thin film transistor as described above, the step of forming a silicon nitride film between the substrate and the polysilicon film in the third process chamber of the CCP method, and the amorphous silicon film in the fourth process chamber of the CCP method Forming an impurity amorphous silicon on the phase.
상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 실리콘질화막은 SiH4, NH3, 및 N2를 각각 1000, 4000 및 16000 SCCM으로 공급하고, 압력 및 RF 파워를 각각 1.5 Torr 및 5000 watt의 조건으로 2000 내지 4000 Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a thin film transistor as described above, the silicon nitride film supplies SiH 4 , NH 3 , and N 2 to 1000, 4000, and 16000 SCCM, respectively, and the pressure and the RF power are 1.5 Torr and 5000 watt, respectively. It is characterized in that it is formed to a thickness of 2000 to 4000 kPa.
상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 불순물 비정질실리 콘은 SiH4, PH3, 및 H2를 각각 2000, 3000 및 8000 SCCM, 압력을 1.6 Torr, RF 파워를 4500 watt의 조건으로 제공하여 1000 내지 1500 Å의 두께로 증착하는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a thin film transistor as described above, the impurity amorphous silicon is SiH 4 , PH 3 , and H 2 to provide the conditions of 2000, 3000 and 8000 SCCM, pressure 1.6 Torr and RF power 4500 watt, respectively. It is characterized by depositing at a thickness of 1000 to 1500 kPa.
상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 불순물 비정질실리콘의 증착률은 500 내지 1000 Å/mim인 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing the thin film transistor as described above, the deposition rate of the impurity amorphous silicon is characterized in that 500 to 1000 mi / mim.
상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 소스전극 및 상기 드레인전극을 포함한 상기 기판 상에 보호층을 형성하는 것을 특징으로 한다.In the method of manufacturing a thin film transistor as described above, a protective layer is formed on the substrate including the source electrode and the drain electrode.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 클러스터의 개략도이다. 도 4를 참조하면, 클러스터(191)는 기판을 이송하기 위한 공간을 제공하는 이송챔버(192)를 포함한다. 이송챔버(192)에는 기판을 이송하기 위한 장치인 로봇(미도시)가 설치된다. 또한, 이송챔버(192)와 연결되며, 외부로부터 기판을 반입하고, 공정이 완료된 기판을 반출하는 로드락 챔버(193)를 포함한다. 그리고, 이송챔버(192)와 연결되는 적어도 하나 이상의 CCP 방식의 PECVD 장치와 적어도 하나 이상의 ICP 방식의 PECVD 장치를 포함한다. 도 4를 참조하면, CCP 방식의 PECVD 장치는 제 1 공정챔버(194)와 제 3 공정챔버(196)이고, ICP 방식의 플라즈마 장치는 제 2 공정챔버(195)이다. CCP 방식의 PECVD 장치와 ICP 방식의 PECVD 장치의 연결은 공정수요에 따라, 필요 한 장치를 추가로 설치할 수 있다.4 is a schematic diagram of a cluster according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the
본 발명의 실시예에 따르면, CCP 방식의 PECVD 장치인 제 1 공정챔버(194)는 기판 상에 실리콘질화막을 형성하는 공정을 수행한다. 로드락 챔버(193)를 통해서 클러스터(191)의 외부에서 인입된 미처리 기판이 이송챔버(192)의 로봇에 의해서 제 1 공정챔버(194)로 이송된다. 제 1 공정챔버(194)는 CCP 방식의 플라즈마를 이용하여 상기 기판 상에 실리콘질화막을 형성한다.According to an embodiment of the present invention, the
ICP 방식의 PECVD 장치인 제 2 공정챔버(195)는 실리콘질화막이 형성된 기판 상에 다결정실리콘막을 증착한다. 제 2 공정챔버(195)에서 진행되는 다결정실리콘막의 증착은 제 1 공정챔버(195)의 실리콘질화막 증착보다 낮은 압력에서 수행한다. 제 2 공정챔버(195)의 압력은 클러스터(191)를 구성하는 다른 챔버들의 압력에 비해서 낮게 유지되나, 이송챔버(192)와 사이에서 기판을 로딩 또는 언로딩(unloading) 하기 위해서 압력이 상승될 수 있다. 제 1 공정챔버(194)에서 실리콘질화막이 증착된 기판이 로봇에 의해서 제 2 공정챔버로 옮겨진다. 제 2 공정챔버(195)는 밀도가 높은 플라즈마를 형성함으로써, 낮은 온도에서 다결정실리콘막을 증착하게 된다.The
CCP 방식의 PECVD 장치인 제 3 공정챔버(196)은 다결정실리콘 박막 위에 비정질실리콘을 증착한다. 이송챔버(192)의 로봇에 의해서 제 2 공정챔버(195)에서 제 3 공정챔버(196)로 다결정실리콘막이 증착된 기판이 이송된다. 제 3 공정챔버에서는 제 2 공정챔버의 다결정실리콘막을 증착하는 압력보다 높은 압력에서 CCP 방식 의 플라즈마에 의해서 비정질실리콘막을 증착한다.The
적절한 두께의 비정질실리콘 박막이 증착되면, 제 3 공정챔버(196)에서 연속적으로 불순물이 도핑된 비정질실리콘막을 형성할 수 있다. 필요에 따라서는 제 3 공정챔버(196)에서 비정질실리콘 박막 증착을 완료한 후, CCP 방식의 PECVD 장치인 제 4 공정챔버(197)에서 비정질실리콘 박막 상에 불순물이 도핑된 비정질실리콘막을 형성할 수 있다.When an amorphous silicon thin film having an appropriate thickness is deposited, an amorphous silicon film doped with impurities may be continuously formed in the
본 발명은 저온에서 미세한 결정구조의 다결정실리콘막을 토로이드 안테나를 사용하는 ICP 방식의 PECVD장치에서 증착하고, 상대적으로 압력이 높고 증착속도가 빠른 CCP 방식의 PECVD 장치에서 다결정실리콘막위에 비정실리콘막층을 형성한다. 이때, 다결정실리콘막층을 형성하기 위한 ICP 방식의 PECVD 장치는 플라즈마 밀도가 약 2×1011/cm3 이상이어야 하고, 전자에너지가 약 4eV 이상이어야 한다. 전자에너지가 높고 공정압력이 낮을수록 다결정실리콘막의 막질이 좋아지므로 가능하면 수십 mTorr 이하의 공정압력 하에서도 플라즈마가 효과적으로 점화 및 유지될 수 있어야 한다. According to the present invention, a polycrystalline silicon film having a fine crystal structure at low temperature is deposited in an ICP PECVD apparatus using a toroidal antenna. Form. At this time, the ICP type PECVD apparatus for forming a polysilicon film layer should have a plasma density of about 2 × 10 11 / cm 3 or more and an electron energy of about 4eV or more. The higher the electron energy and the lower the process pressure, the better the film quality of the polysilicon film. Therefore, plasma should be effectively ignited and maintained even at a process pressure of several tens of mTorr or less.
도 5는 본 발명에 따른 ICP 방식 플라즈마 발생장치의 구성도이다. 도 5을 참조하여, 본 발명에 따른 ICP 방식의 토로이드형 안테나를 이용하여 플라즈마를 발생장치를 상세하게 설명하면, 플라즈마 발생장치(100)는, 밀폐된 반응영역을 정의 하는 챔버(110)와, 챔버(110)의 내부에 기판(S)을 안치하는 서셉터(120)와, 챔버(110)의 저면에 잔류가스를 배출하는 배기구(114)를 구비한다. 5 is a block diagram of an ICP plasma generator according to the present invention. Referring to FIG. 5, the plasma generating apparatus is described in detail using the toroidal antenna of the ICP method according to the present invention. The
토로이드형 안테나(130)가 챔버리드(110a)에 수직으로 결합하고, 코어를 이루는 토로이드(132)의 일부인 토로이드 개방부(130a)가 챔버(110)의 내부로 돌출되도록 결합되고, 토로이드에 감기는 유도코일(134)은 챔버(110)의 외부인 챔버리드(110a)의 상부에 위치한다. 여기서 토로이드형 안테나(130)가 반드시 챔버리드(110a)에 결합되어야 하는 것은 아니고, 챔버(110)의 측벽 및 하단 부분에도 결합될 수 있고, 결합되는 개수도 한정되지 않는다. 토로이드형 안테나(130)의 유도코일(134)은 RF 전력을 공급하는 RF 전원(140)에 연결되며, RF 전원(140)과 유도코일(134)의 사이에는 부하임피던스와 소스임피던스를 정합시키는 매칭회로(150)가 위치한다. 하나의 RF 전원(140)과 하나의 매칭회로(150)를 통하여 토로이드형 안테나(130)에 RF전력을 공급하고 있으나, 토로이드형 안테나(130)의 각각에 별개의 RF전원과 매칭회로를 연결할 수도 있다. 그리고 본 발명에서 RF 전원(140)은 10 kHz에서 13.56 MHz 범위의 RF 전력을 공급한다. The
토로이드형 안테나(130)의 토로이드(132)는 일부에 감겨있는 유도코일(134)로 흐르는 RF 전류에 의하여 발생하는 자기장이 지나는 경로를 제공하는 것이므로, 주로 강자성체인 페라이트(ferrite) 또는 아이언 파우더(iron powder) 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 토로이드에 의하여 발생하는 유도전기장으로부터의 에너지 전 달효율을 높여 플라즈마 밀도를 높이기 위해서는 토로이드 개방부(130a)의 적어도 일부가 챔버(110)의 내부에 위치하여야 한다. 그리고 챔버(110)의 내부로 돌출되는 토로이드(132)가 플라즈마에 직접 노출되면 파티클의 발생원이 되므로, 커버(131)를 이용하여 토로이드(132)를 감싼다. 커버(131)는 세라믹, 알루미늄 또는 SUS 등을 이용하여 제작될 수 있으며, 금속에 와전류(eddy current)가 유도되는 것을 방지하기 위하여 세라믹 등의 부도체를 와전류를 방해하는 방향으로 접합하여 제작될 수도 있다. 커버(131)로 토로이드(132)를 감싼 채 챔버리드(110a)에 결합하고, 진공시일을 위하여 커버(131)와 챔버리드(110a)의 사이에는 오링(112)을 설치한다. 커버(131)의 내벽과 토로이드(132)의 사이를 일정 거리 이격시킴으로써 그 사이의 공간을 냉매 유동로(133)로 활용하게 되면, 토로이드에 발생하는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 따라서 커버(131) 중에서 챔버리드(110a)의 상부에 위치하는 부분에는 냉매 유입구(136) 및 냉매 유출구(137)를 형성하고, 여기에 외부의 냉각 시스템과 연결되는 냉매 유입관(138) 및 냉매 유출관(139)을 연결한다. 챔버리드(110a)의 상부 공간은 대기압 환경이므로, 공기를 냉매로 사용하는 것이 가장 간편하나 특별히 한정되는 것은 아니다. Since the
토로이드형 안테나(130)의 D 자형의 직선부에 냉매 유입관(138) 및 냉매 유출관(139)이 연결되고, 내부의 유도코일(134)과 연결되는 전원 공급선(135)이 관통되고, 커버(131)는 대기압 상태의 내부와 진공상태의 챔버(110)의 내부공간을 격리시키는 역할도 하여야 하므로 자체로 진공시일이 되어 있어야 한다. 그리고 챔 버(110) 내부의 플라즈마 상태를 파악하여 RF 전원(140) 또는 매칭회로(150)를 제어하는 피드백 제어부(160)를 구비하고, 피드백 제어부(160)는 운전자가 조작하는 제어 컴퓨터의 일부로 구성될 수도 있고, 이와 별개로 구성될 수도 있다. 챔버(110) 내부의 플라즈마 상태에 대한 정보는 플라즈마 검사부(180)에서 검출하게 되는데, 검출방식에는 탐침봉(182)을 이용하는 정전탐침(probe) 방식과 뷰어포트를 통한 광진단 방식이 있다. 검출된 플라즈마 파라미터 정보는 피드백 제어부(160)에서 토로이드형 안테나(130)에 공급되는 RF 전력의 세기 또는 위상, 토로이드형 안테나(130)의 방향을 제어하는 자료로 활용된다. RF 전력의 정밀한 제어를 위하여 토로이드형 안테나(130)와 매칭회로(150)의 사이의 전원공급선(135)에는 RF 전력의 전압 및 전류를 체크하는 V-I 검침부(170)를 설치한다. The
도 6은 본 발명에 따른 클러스터를 이용하여 형성한 박막 트랜지스터의 절단 단면도이다. 도 4의 클러스터(191)에서, 박막 트랜지스터에 필요로 하는 실리콘질화막(201), 다결정실리콘막 (203), 비정질실리콘막(204) 및 불순물 비정질실리콘막(205)을 ICP 및 CCP 증착장비를 포함하는 하나의 클러스터(191)에서 구현할 수 있다. 클러스터(191)에서 박막 트랜지스터가 형성되는 기판(200)은 4 세대 LCD 기판을 기준으로 하며, 4 세대 LCD 기판의 크기는 730 * 920 mm 이다. 기판의 크기는 이에 한정되지 않고, 더 큰 기판을 처리해야 하는 경우는, 기판의 크기에 따라 클러스터의 크기가 증가할 수 있다.6 is a cross-sectional view of a thin film transistor formed using a cluster according to the present invention. In the
기판(200) 상에 CCP 방식의 제 1 공정챔버(194)를 이용하여, 버퍼층(buffer layer)으로 실리콘질화막(201)을 증착한다. 실리콘질화막(201)은 제 1 공정챔버(194)에 SiH4, NH3, 및 N2를 공급하고, 수 mTorr 범위의 압력에서, 2000 내지 4000 Å의 두께로 형성한다. 그리고 실리콘질화막(201)의 두께는 필요에 의해 조정이 가능하며, 단위 면적당 RF 파워는 7.44mW/mm2이다. 제 1 공정챔버(194)에 공급되는 가스의 유량과 RF 파워는 필요에 따라 적절히 선택될 수 있다.The
실리콘질화막(201) 상에 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴, 크롬, 구리, 및 구리합금 중 하나를 선택하여 형성하거나, 또는 알루미늄합금 상에 몰리브덴 등을 적층한 이중층의 구조의 제 1 금속층을 형성하고 패터닝하여, 게이트 전극(202)을 형성할 수 있다. 이때, 게이트 전극(202)은 클러스터(191)에 설치되어 있는 공정챔버에서 형성하거나, 또는 외부의 공정챔버에서 공정을 진행한다.The
그리고 게이트 전극(202)을 포함한 실리콘질화막(201) 상에 미세한 결정구조의 다결정실리콘막(203)을 형성한다. 도 6에서 도시하고 있는 하부 게이트의 박막 트랜지스터(bottom gate thin film transistor)는 실리콘질화막(201)과 다결정실리콘막(203)의 계면에서의 결함을 최소화시키기 위하여, 도 4의 클러스터(191)를 사용하여, 실리콘질화막(201)의 형성 후, 진공의 단절없이 다결정실리콘막(203)을 증착한다. A
다결정실리콘막(203)은 ICP 방식의 제 2 공정챔버(194)에서 형성한다. 증착단계에서 SiH4 및 H2를 사용하고, 압력은 1 내지 20 mTorr, RF 파워는 3 내지 8 mW/cm2의 조건에서, 100 내지 500 Å의 두께로 미세한 결정구조의 다결정실리콘막(203)을 증착한다. 이때, 기판은 300℃ 내지 400℃ 범위 내에서 가열된다. 다결정실리콘막(203)의 증착률은 100 내지 200 Å/mim 이다. 증착단계에서 사용되는 가스의 유량이나 인가되는 RF 파워는 필요에 따라, 적절히 선택될 수 있다.The
제 2 공정챔버(194)에서 다결정실리콘막(203)이 형성된 기판(200)을 로봇에 의해 제 3 공정챔버(196)로 이동시키고, 다결정실리콘막(203) 상에 비정질실리콘막(204)을 증착한다. 비정질실리콘막(204)은 CCP 방식의 제 3 공정챔버(196)에서 형성하며, SiH4 및 H2를 압력은 1.6 Torr, RF 파워는 1.5 내지 8 mW/cm2의 조건에서 1000 내지 1500 Å의 두께로 증착한다. 비정실리콘막막(204)의 증착률은 500 내지 1000 Å/mim 정도 이다.In the
제 3 공정챔버(196)에서 비정질실리콘막(204)이 형성되는 기판(200)을 로봇에 의해 제 4 공정챔버(197)로 이동시키고, 비정실리콘막 (204) 상에 불순물 비정질실리콘막(205)을 증착한다. 박막 트랜지스터의 오믹 콘택층으로 사용하는 불순물 비 정질실리콘막(205)은 CCP 방식의 제 4 공정챔버(197)에서 형성하며, SiH4, PH3, 및 H2를 1.6 Torr의 조건으로 제공하여 1000 내지 1500 Å의 두께로 증착한다. 불순물 비정질실리콘막(205)의 단위 면적당 RF 파워는 6.7 mW/mm2이다. 여기서, 불순물 비정질실리콘막(205)은 제 3 공정챔버(196)에서, 비정질실리콘층(204) 상에 연속적으로 증착될 수 있다.The
불순물 비정질실리콘막(205) 상에 제 2 금속층을 형성하고, 게이트 전극(202)와 대응되는 제 2 금속막과 불순물 비정질실리콘층(205)을 제거하여 소스전극(206) 및 드레인전극(207)을 형성하고, 소스전극(206) 및 드레인 전극(207)을 포함한 기판(200) 상에 보호층(208)을 형성하여 박막 트랜지스터를 완성한다.The second metal layer is formed on the impurity
박막 트랜지스터의 채널영역으로 사용되는 다결정실리콘막(203) 및 비정질실리콘막(204)이 스위칭 속도를 결정하는 중요한 부분이며, 스위칭 속도는 다결정실림콘막(203) 및 비정질실리콘막(204)의 전자 이동도에 의해 결정되므로, 가능하면, 초기 100 내지 500 Å의 두께가 결정구조의 실리콘층으로 형성되어야 한다. 미세한 결정구조의 다결정실리콘막(203)을 형성하기 위해서 ICP 방식의 제 2 공정챔버(195)는 플라즈마 밀도가 약 2×1011/cm3 이상이어야 하고, 전자에너지가 약 4 eV 이상이어야 한다. 전자에너지가 높고, 공정압력이 낮을수록 다결정실리콘막의 막질 이 좋아지므로 가능하면 20 mTorr 이하의 공정압력 하에서도 플라즈마가 효과적으로 점화 및 유지될 수 있어야 한다. The
CCP 방식은 ICP 방식과 비교하여, 실리콘막의 증착률이 약 5 배정도 높다. 따라서 다결정실리콘막(203)은 증착률이 낮지만 결정구조를 가지는 양질의 막질을 제공하고, 반면, 비정질실리콘층(204)은 증착률이 높아, 양산성의 확보가 가능하다. 또한 하나의 클러스터(191)에 실리콘질화막(201), 다결정실리콘막(203), 비정질실리콘층(204) 및 불순물 비정질실리콘층(205)을 증착할 수 있는 ICP 및 CCP 증착장비를 포함하고 있어, 생산효율이 증대된다.The CCP method has a deposition rate of about 5 times higher than that of the ICP method. Accordingly, the
본 발명에 따른 박막 증착 장치 및 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The thin film deposition apparatus and method according to the present invention has the following effects.
ICP 및 CCP 증착장비를 포함하는 클러스터를 사용하여 별도의 결정화 공정을 거치지 않고 다결정실리콘막을 증착하여, 생산성 및 박질의 균일성을 확보할 수 있다. 또한 박막 트랜지스터에서 필요로 하는 실리콘질화막, 다결정실리콘막, 및 불순물 비정질실리콘층을 ICP 및 CCP 증착장비를 포함하는 하나의 클러스터에서 진공의 단절없이 구현할 수 있어 박막 트랜지스터의 특성을 개선한다. Using a cluster including the ICP and CCP deposition equipment by depositing a polysilicon film without undergoing a separate crystallization process, it is possible to secure the productivity and uniformity of the thin film. In addition, the silicon nitride film, polysilicon film, and impurity amorphous silicon layer required for the thin film transistor can be implemented in one cluster including the ICP and CCP deposition equipment without vacuum breakdown, thereby improving the characteristics of the thin film transistor.
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