用于沉积多晶硅的cvd装置的制作方法

专利名称：用于沉积多晶硅的cvd装置的制作方法
技术领域：
本实施例涉及一种用于沉积多晶硅的化学气相沉积(CVD)装置，更具体地讲，涉及一种用于沉积多晶硅且没有单独的后续退火工艺的CVD装置。
背景技术：
通常，当硅(Si)沉积在玻璃基底上时，硅形成为多晶硅(P-Si)或者非晶硅(A-Si)。
图1A和图1B分别示出了多晶硅和非晶硅的结构。在高于大约600℃的温度下，硅通常形成为多晶硅，在低于大约600℃的温度下，硅通常形成为非晶硅。
与非晶硅相比，多晶硅结构稳定，并且多晶硅的电学、化学和机械性能优良。
另外，图2A和图2B示出了薄膜晶体管(TFT)中取决于硅的性能的驱动器连接结构。在使用非晶硅的情况下，作为驱动器的印刷电路板(PCB)或者集成电路(IC)应该分别与TFT连接，如图2B中所示。另一方面，使用多晶硅时，驱动器能与TFT一体地提供，如图2A中所示，从而能减小驱动器的尺寸。
图3示出了使用多晶硅的用于驱动显示装置的TFT结构，其中，用虚线示出了多晶硅区域。多晶硅区域是这样的区域，即，通过该区域确定TFT的导通/截止操作，例如，通过该区域转移电子和空穴。换而言之，多晶硅区域与TFT性能有关。与非晶硅TFT相比，多晶硅TFT通常具有更稳定的结构。因此，多晶硅TFT的优点在于，由于高的场效应迁移率(cm/Vs)使得TFT被快速地操作，并可用低电压驱动。另外，多晶硅的结构稳定性使得当制造TFT时能获得均匀的电学性能，从而不需要附加的补偿电路。
如上所述，使用多晶硅的装置有很多优点。然而，需要高于大约600℃的温度来形成多晶硅，这样，在这个温度下，玻璃基底不能保持其形状。因此，需要新方法来将多晶硅应用到使用玻璃作为基底的显示装置上。
近来，低温多晶硅(LTPS)法已经被广泛用于在低温下形成TFT。在LTPS法中，在低于大约450℃的相对较低的温度下，在基底上沉积非晶硅层，然后使用激光和热退火，从而非晶硅层转变为多晶硅。即，LTPS法包括形成非晶硅层之后的脱氢工艺和激光(热)退火工艺。
然而，这种传统LTPS法的缺点在于，工艺复杂并且耗费大量时间来完成该工艺。另外，传统LTPS法需要包括激光器等昂贵的设备，从而增加显示装置的生产成本，降低其竞争力。然而，大多数显示器的制造使用LTPS法。因此，需要不使用激光器的形成多晶硅的新方法。
作为不使用激光器的方法的例子，有连续侧向结晶(sequential lateralsolidification)(SLS)法、金属诱导结晶(MIC)法、超晶粒硅(super grain silicon)(SGS)法等。然而，这些方法除了沉积工艺之外还需要其它工艺，所以在应用这些方法进行批量生产时存在许多问题。
沉积硅的其它方法包括物理气相沉积(PVD)法和化学气相沉积(CVD)法。因为CVD法在形成薄膜时具有良好的阶梯覆盖性能所以被广泛使用。在CVD法中，先分解气态原料，然后反应，从而沉积薄膜。在CVD法中使用的硅的原料气体(source gas)包括SiH4、Si2H6、SiH2Cl2等。通常，大多数原料气体与H2、N2等一起使用。
在用于沉积硅的CVD法中，通常使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法和热CVD法。在PECVD中，使用等离子体分解原料气体，从而在基底上形成薄膜。在热CVD中，使用热来分解原料气体，从而在基底上形成薄膜。
因为PECVD法使用等离子体，所以该方法能应用到与玻璃基底一样在低温下使用的显示器、太阳能电池、传感器等上。另一方面，在相对较高的温度下执行热CVD法，所以该方法被广泛用在使用Si或者金属基底等领域中。
当通过PECVD法沉积硅时，根据下面的[反应方程式1]，原料气体在基底上沉积为SiHn，并形成薄膜。

在基底上沉积为SiHn+的硅原子与另一个相邻的硅原子结合，从而导致硅原子形成为多晶硅。因此，通过这种方法形成的薄膜不仅结晶度差而且增加了含氢量。通过外部能量容易将薄膜中的Si-H的结合分开，但这样劣化了装置的可靠性。具体地讲，这个问题对利用其材料的光学性能的有机发光二极管(OLED)、场发射显示器(FED)、太阳能电池等有较大影响。
作为在基底上形成薄膜的装置的例子，存在使用催化剂分解将被沉积的反应气体的催化CVD装置。
图4和图5是示出使用催化剂的传统催化CVD装置的剖视图。
如图4中所示，CVD装置包括喷头12，设置在室10的上部并且将反应气体注入到基底18上；分配器14，用来均匀地分配反应气体；催化剂热丝单元16，用来产生高温热以加热和分解注入的反应气体；卡盘19，基底18安装在其上；排放孔11，用来排放反应气体。
分配器14形成为类似于板的形状，并形成有多个以规则间隔布置的排放孔14a。因此，通过喷头12注入的反应气体穿过分配孔14a并以均匀的分配密度注入。
催化剂热丝单元16包括热丝16a，热丝16a被电源加热为高温。热丝16a通常由钨制成。参照图4，催化剂热丝单元16安装在室10内。
因此，在传统的催化CVD装置中，反应气体从喷头12经过分配器14的分配孔14a进入室10中，从而反应气体注入到基底18上，并具有均匀的分配密度。
穿过分配器14的反应气体经过催化剂热丝单元16的高温热丝16a的同时被转变为离子或者自由基(radical)。
经过催化剂热丝单元16的反应气体被完全转变为离子或者自由基，这些离子或者自由基在基底18上发生化学反应和物理变化，从而在基底18上完成沉积。
同时，图5示出了催化剂热丝单元和喷头为一体的CVD装置。这种CVD装置包括喷头22，设置在室20的上部，并将反应气体注入到基底28上；分配器24，均匀地分配反应气体；催化剂热丝单元26，产生高温热以加热和分解注入的反应气体；卡盘29，基底28安装在其上；排放孔21，用来排放反应气体。
催化剂热丝单元26安装在喷头22上，并且包括位于分配器24的分配孔24a下面的热丝26a。
在具有如图5中所示的这种结构的CVD装置中，通过高温催化剂热丝单元26，穿过分配器24的反应气体被转变为离子或者自由基，离子或者自由基在基底28上发生化学反应和物理变化，从而在基底28上完成沉积。
然而，由于催化剂和反应气体之间的反应导致这种使用催化剂的传统催化CVD装置存在三个问题催化剂劣化，产生颗粒，限制性的工艺参数。
首先，催化剂劣化如下所述。
当催化剂热丝被加热到高温时，催化剂热丝的弯曲区域或者电源接收区域具有相对较低的温度。在这种状态下执行该工艺时，在这些区域中的催化剂与反应气体反应并产生硅化钨(WSi2)。产生的硅化钨(WSi2)在电学性质上与钨不同，从而当催化剂的温度增加时引起局部放热。另外，产生的硅化钨(WSi2)比钨硬，从而由于外部冲击使得薄膜容易破碎，从而降低系统的可靠性。
第二，如下所述产生颗粒。
原料气体(SiH4)沉积在所述室的全部表面上，也沉积在基底上。在所述室的墙和硅薄膜之间的粘附力较弱的情况下，随着该工艺的进行，沉积的硅薄膜变成颗粒，从而对该工艺有影响。通过与包含在工艺气体中的H2气反应产生颗粒。为了防止颗粒产生，应该提高粘附力。例如，可通过在高于100℃的温度下，通常在高于300℃的温度下加热所述室的墙来增加粘附力。然而，在传统CVD装置中，所述室的墙与外部接触，从而不可能在这种高温下加热所述墙。
第三，工艺参数被如下限制。
在使用催化剂的CVD装置中，催化剂的质量和结构非常重要。即，薄膜的均匀性和特性能根据喷头和催化剂之间的距离改变。然而，在这种CVD装置中，不能调节喷头和催化剂之间的距离，从而限制薄膜性能的改善。
在如图5中所示的CVD装置中，催化剂热丝单元与喷头是一体的，并且需要用来对喷头和催化剂供给电源的控制元件。然而，这种结构对制造来说较复杂。
另外，为了改变催化剂的结构，存在改变喷头的问题。因此，很难将这种性质改进的限制应用到需要性能优良和厚度均匀性好的薄膜的大尺寸显示器上。

发明内容
因此，本实施例的一方面是提供一种用于使用玻璃基底的沉积多晶硅而且不需要单独的后续退火工艺的CVD装置。
本实施例的另一方面是提供一种CVD装置，在该装置中，防止了催化剂劣化，使颗粒产生最小化，并且没有限定工艺参数。
本实施例的又一方面是提供一种用于形成高质量并且氢含量低的硅薄膜的CVD装置。
通过提供这样一种CVD装置实现了本实施例的前面和/或其它方面，该CVD装置包括室，具有墙并且被构造用来在基底上形成薄膜；喷头，位于室的上部，并被构造为将反应气体注入到基底上；分配器，形成有分配孔，分配孔位于从喷头向室注入的反应气体的下游并且位于喷头和基底之间，被构造用来均匀地分配反应气体；催化剂热丝单元，用来加热和分解通过分配器的分配孔注入的反应气体；基底；卡盘，位于室中的喷头和催化剂热丝单元的下方，基底安装在卡盘上；一个或者多个排放孔，用来排放反应气体；屏蔽墙，设置为室的侧墙，并且形成有加热器，用来抑制颗粒产生。
根据实施例的另一方面，催化剂热丝单元包括气体通道，通过气体通道将净化气体引入，这样使得反应气体和净化气体被单独地引入室中。这里，气体通道横向地形成，以将净化气体供给到催化剂热丝单元的催化剂热丝的结合部分。
根据实施例的一方面，CVD装置还包括位于室的内墙和屏蔽墙之间的供给净化气体的通道，其中，该通道相对于喷头横向地形成，使得净化气体沿着室的内墙流过，通过排气通道排放净化气体。
根据实施例的一方面，加热器包括位于屏蔽墙内的热丝。
根据实施例的一方面，净化气体包括H2、Ar、N2和He中的一种或者多种。
通过提供这样一种CVD装置实现了本实施例的其它方面，该CVD装置包括室，具有墙并被构造用来在基底上形成薄膜；喷头，位于室的上部并被构造为将反应气体注入到基底上；分配器，形成有分配孔，该分配孔位于从喷头向室注入的反应气体的下游，位于喷头和基底之间，并被构造用来均匀地分配反应气体；催化剂热丝单元，用来加热和分解通过分配器注入的反应气体；卡盘，位于喷头和催化剂热丝单元的下方，基底形成在卡盘上；一个或者多个排放孔，用来排放反应气体；气体通道，位于催化剂热丝单元中，该气体通道使得反应气体和净化气体被单独地引入室中。


从结合附图进行的对优选实施例的下面的描述中，实施例的这些和/或其它方面及优点将变得清楚和更容易理解，附图中图1A和图1B分别示出了多晶硅和非晶硅的结构；图2A和图2B示出了TFT中的取决于硅的性质的驱动器连接结构；图3是使用多晶硅的用于驱动显示装置的TFT结构的剖视图；图4是使用催化剂的传统CVD装置的剖视图；图5是使用催化剂的又一传统CVD装置的剖视图；图6是根据实施例的CVD装置的剖视图；图7是示出根据实施例的CVD装置中的气流的剖视图。
具体实施例方式
以下，将参照附图来描述优选实施例，其中，提供优选实施例是为了使本领域的技术人员容易理解。
图6是根据实施例的CVD装置的剖视图。根据实施例的CVD装置包括室30，在室30中，在基底38上形成薄膜；喷头32，位于室30的上部，用于将反应气体注入到基底38上；分配器34，形成有分配孔34a，用于均匀地分配反应气体；催化剂热丝单元36，用于加热通过分配器34的分配孔34a注入的反应气体，并将反应气体转变为离子和自由基；卡盘39，基底38安装在其上；排放孔31，用于排放反应气体，这些与传统CVD装置具有相同的结构。
这里，根据一个实施例的CVD装置还包括屏蔽墙(shielding wall)42，屏蔽墙作为室30的侧墙并抑制颗粒产生。
屏蔽墙42防止沉积在室30的内墙上的硅薄膜产生颗粒。为了抑制颗粒产生，在高于大约100℃的温度下加热屏蔽墙42，优选地，在高于大约300℃的温度下加热屏蔽墙42。
根据实施例，屏蔽墙42设置有高温加热器。作为加热器的例子，高温热丝42a可设置在屏蔽墙42内。
当对热丝42a供给电源时，热丝42a被加热。根据实施例，热丝42a能使屏蔽墙42的温度升高到大约100℃至大约400℃，从而使工艺中颗粒产生最小化。
即，因为屏蔽墙42设置在室30内，所以当已转变的原料气体例如SiH4沉积时，原料气体沉积在屏蔽墙42的内表面上。在许多实施例中，因为在大约400℃的温度下用热丝42a加热屏蔽墙42，所以屏蔽墙42和沉积的硅薄膜之间的粘附力增大，从而防止硅薄膜变为颗粒。因此，使颗粒产生最小化。
同时，催化剂热丝单元36形成有气体通道36b，通过通道36b引入净化气体。
气体通道36b能横向地形成在催化剂热丝单元36中，从而对催化剂热丝36a的结合部分(见图6中的“A”)供给净化气体。
这里，净化气体包括，例如，H2、Ar、N2、He等中的一种或多种。在一个实施例中，H2用作净化气体，但是实施例不限于H2。可选地，其它气体可用作净化气体。
根据实施例，反应气体通过分配孔34a注入，净化气体通过气体通道36b注入，从而反应气体和净化气体分别并单独地注入到室30内(见图7)。
这种结构防止反应气体和净化气体被稀释，并防止对工艺有负面影响。另外，净化气体从催化剂热丝单元36的侧面注入到室30中，从而防止反应气体在低温部分反应，例如防止反应气体在催化剂热丝单元36的催化剂热丝36a的结合部分(见图6中的“A”)发生反应，从而防止催化剂劣化。
另外，通道44形成在室30的内墙和屏蔽墙42之间，从而供给净化气体。
通道44能相对于喷头32横向地形成，从而通过通道44注入的净化气体沿着室30的内墙流动，并通过排放孔31排放。另外，通道44与分配器34连通。同样，通道44具有这样的结构，该结构允许净化气体穿过催化剂热丝单元36并沿着室30的内墙流动。
因此，当从通道44注入的净化气体沿着室30的内墙流动时，室30的非加热墙防止薄膜在其上沉积，从而防止颗粒产生。
根据实施例的具有这种结构的CVD装置的操作如下。
反应气体从喷头32通过分配器34的分配孔34a引入室30中。
穿过分配器34的反应气体被催化剂热丝单元36的高温催化剂热丝36a转变为离子或者自由基。
穿过催化剂热丝36a的反应气体被完全转变为离子或者自由基。这里，离子或者自由基进行化学反应和物理变化，然后沉积在基底38上。
在根据另一个实施例的CVD装置中，控制安装在室30内的屏蔽墙42使其具有基本不变的温度，从而通过工艺气体例如SiH4来提高沉积在基底上的硅薄膜的粘附力。由于工艺中的反应和蚀刻效应导致沉积在屏蔽墙42上的硅薄膜粘附力的提高抑制从薄膜产生颗粒。优选地，控制安装在室30内的屏蔽墙42使其具有低于大约400℃的基本上不变的温度。
这种结构能克服室30的邻近外部的墙的温度不能增加到大约400℃的限制。
另外，当清洁室30时，控制屏蔽墙42的温度以使清洁效果最大化。
在根据实施例的使用催化剂的CVD装置中，反应气体与在高温下加热的催化剂热丝单元36碰撞，从而根据下面的反应方程式2完全分解的Si沉积在基底上。
反应方程式2
因此，Si容易与相邻的硅原子结合，从而薄膜具有良好的结晶度并且含氢量减小。
与根据实施例的使用催化剂的CVD装置的工艺相比，使用激光器的传统LTPS法另外包括脱氢工艺。
这种传统LTPS法的缺点在于工艺复杂并且完成该工艺耗时太多。另外，传统LTPS法需要激光器等昂贵的设备，并且需要用于沉积和脱氢的CVD系统。因此，传统的LTPS法耗费大量的投资和维护费用，从而增加装置的生产成本，因此降低了价格竞争力。
另一方面，如图6中所示，本实施例的使用催化剂的CVD装置能直接形成多晶硅，而不用另外的设备，从而显著地减少了工艺时间并降低了工艺成本。
根据实施例，该工艺在低于大约400℃的温度下进行，从而玻璃可用作基底。
根据实施例，设备制造技术独特，所以多晶硅沉积技术及其沉积方法是唯一的，从而确保了设备的竞争力。
根据实施例，即使将玻璃用作基底，也能形成多晶硅而不需要例如退火工艺等工艺。
另外，在工艺中防止了催化剂劣化，使颗粒产生最小化，从而增加产量。
同样，所得薄膜具有良好的结晶度并且降低了含氢量。
另外，延长了室所需要的预防性维修之间的时间段，从而提高了产率。
尽管已经结合特定的示例性实施例描述了本实施例，但是本领域的技术人员应该理解，本实施例不限于公开的实施例，并且相反，本实施例意图覆盖权利要求及其等同物的精神和范围内的各种修改。
权利要求
1.一种化学气相沉积装置，包括室，具有墙；喷头，位于所述室的上部，并被构造为将反应气体注入到基底上；分配器，形成有分配孔，所述分配孔位于从所述喷头向所述室注入的所述反应气体的下游并且位于所述喷头和所述基底之间；催化剂热丝单元，被构造为加热并分解通过所述分配器的所述分配孔注入的所述反应气体；卡盘，位于所述室中的所述喷头和所述催化剂热丝单元的下方，在所述卡盘上安装所述基底；其中，所述室包括一个或者多个排放孔，设置所述排放孔以排放所述反应气体；屏蔽墙，作为所述室内的侧墙位于所述室的墙和所述卡盘之间。
2.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其中，所述屏蔽墙包括加热器，所述加热器被构造用来抑制颗粒产生。
3.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，其中，所述催化剂热丝单元还包括气体通道，通过所述气体通道将净化气体与反应气体分开地引入所述室。
4.如权利要求3所述的化学气相沉积装置，其中，所述气体通道横向地形成，以对所述催化剂热丝单元的催化剂热丝的结合部分供给所述净化气体。
5.如权利要求1所述的化学气相沉积装置，还包括所述室的内墙和所述屏蔽墙之间的通道。
6.如权利要求5所述的化学气相沉积装置，其中，所述通道相对于所述喷头横向地形成，使得净化气体沿着所述室的内墙流过；通过所述排放孔排放所述净化气体。
7.如权利要求3所述的化学气相沉积装置，还包括所述室的内墙和所述屏蔽墙之间的通道。
8.如权利要求7所述的化学气相沉积装置，其中，所述通道相对于所述喷头横向地形成，并且使得净化气体沿着所述室的内墙流过，通过所述排放孔排放所述净化气体。
9.如权利要求2所述的化学气相沉积装置，其中，所述加热器包括位于所述屏蔽墙内的热丝。
10.如权利要求2所述的化学气相沉积装置，其中，所述屏蔽墙被所述加热器加热到从大约100℃至大约400℃的温度。
11.如权利要求7所述的化学气相沉积装置，其中，所述屏蔽墙包括加热器，并且所述屏蔽墙被所述加热器加热到从大约100℃至大约400℃的温度。
12.如权利要求3所述的化学气相沉积装置，其中，所述净化气体包括H2、Ar、N2和He中的一种或者多种。
13.一种化学气相沉积装置，包括室，具有墙；喷头，位于所述室的上部，并且被构造为将反应气体注入到基底上；分配器，形成有分配孔，所述分配孔位于从所述喷头向所述室注入的所述反应气体的下游并且位于所述喷头和所述基底之间；催化剂热丝单元，被构造为加热并分解通过所述分配器的所述分配孔注入的所述反应气体；卡盘，位于所述室中的所述喷头和所述催化剂热丝单元的下方，在所述卡盘上安装所述基底；其中，所述室包括一个或者多个排放孔，设置所述排放孔来排放所述反应气体；气体通道，位于所述催化剂热丝单元中，所述气体通道将净化气体与所述反应气体分开地引入所述室中。
14.如权利要求13所述的化学气相沉积装置，其中，所述气体通道横向地形成，以对所述催化剂热丝单元的催化剂热丝的结合部分供给所述净化气体。
15.如权利要求13所述的化学气相沉积装置，还包括用于供给所述净化气体的通道。
16.如权利要求15所述的化学气相沉积装置，其中，所述通道相对于所述喷头横向地形成，使得所述净化气体沿着所述室的内墙流过，并且通过所述排放孔排放所述净化气体。
17.如权利要求14所述的化学气相沉积装置，还包括用于供给净化气体的通道。
18.如权利要求17所述的化学气相沉积装置，其中，所述通道相对于所述喷头横向地形成，使得净化气体沿着所述室的内墙流过，并且通过所述排放孔排放所述净化气体。
19.如权利要求13所述的化学气相沉积装置，还包括屏蔽墙，所述屏蔽墙与所述室横向设置并且形成有加热器。
20.如权利要求19所述的化学气相沉积装置，其中，所述加热器包括位于所述屏蔽墙内的热丝。
21.如权利要求19所述的化学气相沉积装置，其中，所述屏蔽墙被所述加热器加热到从大约100℃至大约400℃的温度。
22.如权利要求20所述的化学气相沉积装置，其中，所述屏蔽墙被所述加热器加热到从大约100℃至大约400℃的温度。
23.如权利要求13所述的化学气相沉积装置，其中，所述净化气体包括H2、Ar、N2和He中的一种或者多种。
全文摘要
本发明公开了一种用于沉积多晶硅且不需要单独的后续退火工艺的CVD装置，该CVD装置包括室，用于在基底上形成薄膜；喷头，位于室的上部，以将反应气体注入到基底上；分配器，形成有分配孔，用来均匀地分配反应气体；催化剂热丝单元，用来加热和分解通过分配器的分配孔注入的反应气体；卡盘，基底安装在其上；排放孔，用于排放反应气体；屏蔽墙，设置为室的侧墙，并形成有加热器，用来抑制颗粒产生。利用上述结构能将颗粒产生最小化，从而提高产量。同样，薄膜具有优良的结晶度以及其含氢量减小。
文档编号C23C16/448GK1861837SQ20061007852
公开日2006年11月15日 申请日期2006年5月8日 优先权日2005年5月12日
发明者金明洙, 金汉基, 郑锡宪 申请人:三星Sdi株式会社