KR20090089963A - Silicon film formation method - Google Patents
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Abstract
실리콘막의 형성과 동시에 실리콘막의 표면뿐 아니라 내부의 불완전한 결합도 안정화시킬 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 실리콘막 형성 방법에서는 비정질 혹은 결정질 실리콘을 증착하는 도중에 (CN)- 이온을 제공하여 실리콘막의 표면뿐 아니라 실리콘막의 내부에도 Si-CN 결합을 통한 안정화를 도모한다. The present invention provides a method for stabilizing not only the surface of the silicon film but also the incomplete bonding therein at the same time as the silicon film is formed. The silicon film forming method according to the invention during the depositing the amorphous or crystalline silicon (CN) - ions not only by providing a silicon film surface from the inside of the silicon film is stabilized through a Si-CN bond.
Description
본 발명은 실리콘막 형성 방법에 관한 것으로, 특히 실리콘막의 형성과 동시에 안정화시킬 수 있는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming a silicon film, and more particularly, to a method capable of stabilizing simultaneously with the formation of a silicon film.
비정질 또는 다결정 실리콘은 p-n 접합 구조의 다이오드와 트랜지스터, 그리고 이러한 구조를 활용하거나 기본 소자로 이용하는 LCD, 태양전지, 유기 LED, RF 인식 태그(radio-frequency identification tags), X 선 검출기(x-ray detector), 색 검출기(color detector), 자외선 검출기(ultra-violet light detector), 적외선 검출기(infra-red detector), 1D/2D/3D 형태의 박막 위치 센서(thin-film position sensitive detector)와 같은 장치에 많이 이용되는 재료이다. 그런데, 비정질 또는 다결정 실리콘은 자체적으로 많은 결함을 함유하고 있다. 이는 단결정 실리콘과는 달리, 원자 구조적으로 불완전한 결합이 존재하기 때문에 발생되는 것이다.Amorphous or polycrystalline silicon can be used for pn junction diodes and transistors, as well as for LCDs, solar cells, organic LEDs, radio-frequency identification tags, and x-ray detectors that utilize or serve as base elements. ), Color detectors, ultra-violet light detectors, infrared detectors, thin-film position sensitive detectors in the form of 1D / 2D / 3D It is a widely used material. By the way, amorphous or polycrystalline silicon contains many defects on its own. This is caused by the presence of an atomically incomplete bond, unlike single crystal silicon.
비정질 또는 다결정 실리콘에 존재하는 결함으로는 약한 결합(weak bond), 댕글링 결합(dangling bond) 등이 있으며, 이러한 결함은 밴드갭(bandgap) 내에 트랩 사이트(trap site)나 재결합 중심(recombination center)으로 작용하게 되어 제조된 소자의 특성을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 결함을 안정화시키기 위해, 종래에는 300-500℃의 온도에서 수소 열처리를 함으로써 실리콘 댕글링 결합으로부터 수소 결합을 형성하고 있다(이른바, hydrogenated amorphous-Si, 이하 a-Si:H로 표기). 그런데, Si-H 결합의 결합 에너지는 3.6 eV 정도이기 때문에 빛에 노출하거나 600℃ 이상의 열처리를 하면 그 결합이 끊어져 특성이 저하되는 단점이 있다. 예를 들어 실리콘 소재의 박막형 태양전지에서 잘 알려진 바와 같이, 빛에 노출될 경우 특성 열화현상(Staebler-Wronski Effect)이 나타나는데, 이것은 사용 시간이 늘어날수록 빛에 노출되어 끊어지는 Si-H 결합이 많아짐에 따라 광전 변환 효율이 15 내지 35% 감소함에 따른 것이다. Defects present in amorphous or polycrystalline silicon include weak bonds and dangling bonds, and these defects are trap sites or recombination centers in the bandgap. It acts as a cause of deteriorating the characteristics of the manufactured device. In order to stabilize such a defect, conventionally, the hydrogen bond is formed from the silicon dangling bond by performing hydrogen heat treatment at the temperature of 300-500 degreeC (so-called hydrogenated amorphous-Si, hereinafter a-Si: H). However, since the binding energy of the Si-H bond is about 3.6 eV, the bond is broken when exposed to light or subjected to heat treatment of 600 ° C. or higher, thereby deteriorating characteristics. For example, as is well known in thin-film solar cells made of silicon, the exposure to light results in the deterioration of the characteristics (Staebler-Wronski Effect), which increases the Si-H bonds that are exposed to light and break with increasing use time. As a result, the photoelectric conversion efficiency is reduced by 15 to 35%.
또한, 수소 열처리 외에 시아나이드(CN) 전처리를 통해 결함을 안정화시키는 방법이 알려져 있다. 시아나이드는 실리콘 댕글링 결합으로부터 Si-CN 결합을 형성하는데, Si-CN 결합 에너지는 4.6 eV 정도로 Si-H 결합에 비하여 1 eV 이상 높기 때문에 그만큼 더 안정하다. 하지만, 기존의 Si-CN 결합의 형성 방법은 기판에 실리콘을 증착한 다음, 이를 KCN 혹은 HCN 용액에 담지(dipping)하는 것으로, 실리콘막 증착과 안정화가 별개의 공정으로 이루어지며, 실리콘막의 표면 부분만 안정화시키는 표면처리 기술이기 때문에 계면 특성에 의해 소자 특성이 좌우되는 MOS(metal-oxide-semiconductor) 소자에만 적용이 가능한 단점이 있다. In addition, a method of stabilizing defects through cyanide (CN) pretreatment in addition to hydrogen heat treatment is known. Cyanide forms Si-CN bonds from silicon dangling bonds, which are more stable since Si-CN bond energy is 1 eV or more higher than Si-H bonds at about 4.6 eV. However, the conventional method of forming a Si-CN bond is to deposit silicon on a substrate, and then dip it into a KCN or HCN solution, and the deposition and stabilization of the silicon film are performed in a separate process. Because it is a surface treatment technology that stabilizes only, there is a disadvantage that it can be applied only to metal-oxide-semiconductor (MOS) devices in which device characteristics depend on interface characteristics.
실리콘 소재의 박막형 태양전지는 불순물이 첨가되지 않은 진성(intrinsic) a-Si:H 광 흡수층을 높은 도핑 농도를 갖는 p형 a-Si:H과 n형 a-Si:H 중간에 삽입한 p-i-n 구조를 갖게 된다. 이상적인 소자의 경우 내부에 전기장이 균일하게 발생하여 전자-정공쌍의 드리프트(drift)가 원활하게 발생한다. 그러나 실소자에서 는 진성 실리콘 내부에 존재하는 결함에 의해 p형 실리콘 및 n형 실리콘 계면에서 공간 전하(space charge) 밀도가 증가하게 되고 진성 실리콘 내부에서 전기장이 감소하는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 빛에 장시간 노출된 후 실리콘 내부의 댕글링 결합 밀도가 증가하고 내부 전기장이 감소하여 빛에 의해 발생된 전자-정공쌍의 재결합이 더욱 더 가속화되어 태양전지의 특성 열화로 이어진다. 이에 따른 태양전지의 짧은 수명은 실리콘 내부의 결함이 큰 원인이므로, 표면만 안정화시키는 종래의 시아나이드 전처리를 이용해도 개선할 수 없는 문제가 있다. The thin film solar cell made of silicon has a pin structure in which an intrinsic a-Si: H light absorption layer containing no impurities is inserted between p-type a-Si: H and n-type a-Si: H having high doping concentration. Will have In an ideal device, an electric field is generated uniformly inside, and drift of an electron-hole pair is smoothly generated. In real devices, however, defects in intrinsic silicon increase the space charge density at the p-type and n-type silicon interfaces and decrease the electric field in the intrinsic silicon. This phenomenon, after prolonged exposure to light, increases the dangling bond density inside the silicon and decreases the internal electric field, further accelerating the recombination of electron-hole pairs generated by light, leading to deterioration of solar cell characteristics. As a result, the short lifespan of the solar cell is largely caused by defects in the silicon, and thus there is a problem that the conventional cyanide pretreatment that stabilizes only the surface cannot be improved.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비정질 혹은 결정질 실리콘을 증착하여 실리콘막을 형성하는 데 있어서 실리콘막의 내부도 안정화시키는 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a method for stabilizing the inside of the silicon film in the deposition of amorphous or crystalline silicon to form a silicon film.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 실리콘막 형성 방법에서는 비정질 혹은 결정질 실리콘을 증착하는 도중에 (CN)- 이온을 제공하여 실리콘막의 표면뿐 아니라 실리콘막의 내부에도 Si-CN 결합을 통한 결함의 안정화를 도모한다. The silicon film forming method according to the invention in order to solve the above problems while depositing an amorphous or crystalline silicon (CN) - provided the ion to stabilize the defects with Si-CN bond from the inside of the silicon film, as well as the silicon film surface Promote.
본 발명에 따라 비정질 혹은 결정질 실리콘을 증착하는 도중에 (CN)- 이온을 제공하기 위해서는, CVD 또는 ALD와 같은 방법을 이용한 실리콘의 증착 중에 KCN, HCN 혹은 (CN)2 가스를 실리콘 소스와는 독립된 주입구를 통하여 증착 챔버로 넣어 주거나, 이들 가스를 플라즈마 발생 장치에 통과하여 반응성이 더욱 높은 플라즈마 형태로 만들어 증착 챔버로 넣어주는 것을 포함한다. While depositing an amorphous or polycrystalline silicon according to the present invention (CN) - in order to provide ion, KCN, HCN, or (CN) and a second gas the silicon source in the deposition of silicon using a method such as CVD or ALD are independent inlet It may be put into the deposition chamber through, or these gases are passed through the plasma generating apparatus to form a more highly reactive plasma form into the deposition chamber.
본 발명에 따르면, 실리콘막의 표면뿐만 아니라 실리콘막의 내부도 Si-CN 결합을 통한 결함의 안정화를 이룰 수 있다. 이에 계면 특성이 중요한 소자뿐만 아니라 태양전지, 색 검출기, 박막 위치 센서 등과 같은 비정질 혹은 결정질 실리콘의 막 자체 특성이 중요한 소자의 특성 개선을 이룰 수 있으며, 특히 비정질 혹은 결정질 실리콘을 기판으로 하는 소자, 예컨대 태양전지, 의 시간에 따른 특성 저하를 막을 수 있다. According to the present invention, not only the surface of the silicon film but also the inside of the silicon film can achieve stabilization of defects through Si-CN bonding. Therefore, not only a device having an important interfacial property but also a device having important properties such as a solar cell, a color detector, a thin film position sensor, or the like, may be improved. The solar cell, can prevent the deterioration of the characteristics over time.
이하, 첨부 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape of the elements in the drawings and the like are exaggerated to emphasize a clearer description.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘막 형성 방법을 수행하기 적합한 박막 증착 장치의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a thin film deposition apparatus suitable for carrying out the method of forming a silicon film according to the present invention.
도 1을 참조하면, 박막 증착 장치(1)는 석영, 금속 등으로 이루어지며 내부공간을 가지는 증착 챔버(2)와, 상기 증착 챔버(2)의 내부공간에 승강 가능하게 설 치되며 기판(10)을 배치시켜 가열하는 기판 블럭(3)과, 상기 기판 블럭(3)에 배치된 기판(10)에 박막이 형성되도록 원료인 실리콘 소스와 반응가스를 증착 챔버(2) 내부로 분사하는 샤워헤드(4)를 구비한다. 가스 공급부(7)는 증착 챔버(2) 내의 압력을 조절하기 위한 가스 또는 퍼지 가스 등을 공급하게 된다.Referring to FIG. 1, the thin
박막 증착 장치(1)는 반도체용 실리콘 웨이퍼, LCD용 유리 기판, 또는 금속 기판 등과 같은 기판(10) 상에 실리콘을 증착하기 위한 것으로, 가스 라인(5a, 5b)을 통해 증착 챔버(2)로 실리콘 소스와 반응가스를 공급하는 가스 공급 장치(6a, 6b)도 포함한다. 본 실시예에서는 1종의 실리콘 소스와 1종의 반응가스를 사용하는 예를 든다. 필요에 따라서는 다른 종류의 실리콘 소스를 더 공급할 수도 있으며, 2종 이상의 실리콘 소스를 사용하는 경우에는 미리 혼합하여 샤워헤드에 공급하는 구성이나 별개로 공급하는 구성도 가능하다. The thin
박막 증착 장치(1)는 또한 증착 챔버(2)에 (CN)- 이온을 제공할 수 있도록, KCN, HCN 혹은 (CN)2 가스를 실리콘 소스와는 독립된 주입구(8)를 통하여 상기 증착 챔버(2)로 넣어줄 수 있도록 가스 라인(5c)과 가스 공급 장치(6c)도 구비되어 있다.The thin
이러한 박막 증착 장치(1)를 이용하여 본 발명에 따라 실리콘막을 형성하는 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the method of forming a silicon film according to the present invention using the thin
먼저, 박막 증착 장치(1)의 기판 블럭(3) 상에 기판(10)을 로딩한 다음, 가스 공급 장치(6a, 6b)와 가스 라인(5a, 5b)을 통해 실리콘 소스와 반응가스를 공급 하여 증착 챔버(2)에 공급하여 기판(10) 상에 실리콘을 증착한다. 이 때, 실리콘 소스는 SiH4, 반응가스는 H2일 수 있다. 실리콘은 증착 온도 등 기타 공정 변수에 따라 비정질 혹은 결정질로 증착된다. 실리콘 소스와 반응가스는 Ar과 같은 캐리어 가스에 의해 운반시켜 공급할 수 있다. 캐리어 가스는 Ar 이외에 N2나 He, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수도 있다. 본 발명에서의 실리콘의 증착 방식은 CVD 또는 ALD일 수 있으며, 장치의 세부적인 사양에 따라 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition), RPCVD(Remote plasma CVD), HD-PECVD(high density PECVD), ECR-CVD, PEALD(plasma enhanced atomic layer deposition) 등으로 구현할 수 있다. 한편, 반응가스없이 실리콘 소스만을 공급하여 열분해를 통해 실리콘을 증착하는 방법도 물론 가능하다. 본 실시예에서 공급하는 반응가스인 수소는 실리콘 소스인 사일렌의 결합을 끊어줄 뿐만 아니라 Si-H 결합을 통해 결함을 안정화시키는 역할도 한다. First, the
특히 본 발명에 따라 증착 챔버(2) 내에서 기판(10) 위에 실리콘을 증착하는 도중에 (CN)- 이온을 제공하여 실리콘막의 표면뿐만 아니라 내부에도 Si-CN 결합을 형성하기 위하여, 기판(10) 위에 실리콘을 증착하는 동안에 (CN)- 이온을 제공한다. 이를 위해, KCN, HCN 혹은 (CN)2 가스를 실리콘 소스와는 독립된 주입구(8)를 통하여 상기 증착 챔버(2)로 넣어 준다. 이 때 질소 버블링 등의 방법이 사용될 수 있다. (CN)- 이온의 제공은 실리콘 소스의 공급과 동시에 이루어지거나 시간차를 두 고 순차적으로 이루어질 수 있다. In particular, during the deposition of silicon on the
한편, KCN, HCN 혹은 (CN)2 가스를 반응성이 더욱 높은 상태로 증착 챔버(2)에 넣어주기 위해서는 도 2에 도시한 바와 같은 박막 증착 장치(1')를 이용할 수가 있다. 이 장치(1')는 도 1의 박막 증착 장치(1)와 유사한데, 가스 라인(5c) 상에 플라즈마 발생 장치(20)를 부가한 것이다. 이러한 장치(1')를 이용하면, KCN, HCN 혹은 (CN)2 가스가 플라즈마 발생 장치(20)를 통과하여 반응성이 더욱 높은 플라즈마 형태가 된 후에 증착 챔버(20)에 공급되므로 실리콘 증착 및 안정화 반응을 더욱 활성화시킬 수 있다. On the other hand, in order to put KCN, HCN or (CN) 2 gas into the
본 발명에 따르면, 실리콘의 증착 중에 (CN)- 이온을 제공하기 때문에 기판에 실리콘이 증착되어 이루는 실리콘막의 표면뿐만 아니라 내부에도 Si-CN 결합을 형성할 수 있다. 이에 따라, 실리콘막 표면뿐만 아니라 실리콘막 내에 존재하는 약한 결합, 재결합 중심 등을 제거할 수 있다. Si-CN 결합이 Si-H 결합을 완전히 대체하는 것은 아니며, Si-H 결합과 Si-CN 결합이 공존하는 형태가 된다. 또한, Si-CN 결합은 종래의 수소를 사용하는 방법보다 더 높은 결합력에 의해 "defect passivation"이 되기 때문에, 비정질 혹은 결정질 실리콘을 기초로 제작되는 소자의 특성, 신뢰성, 소자 안정성 등을 개선할 수 있게 된다.According to the invention, during the deposition of silicon (CN) -, because it provides the ions are deposited on the silicon substrate as well as a silicon film forming surface from the inside is possible to form a Si-CN bond. Thus, not only the silicon film surface but also the weak bonds, recombination centers, etc. present in the silicon film can be removed. Si-CN bonds do not completely replace Si-H bonds, but form Si-H bonds and Si-CN bonds. In addition, since the Si-CN bond is "defect passivation" by a higher bonding force than the conventional method using hydrogen, it is possible to improve the characteristics, reliability, device stability, etc. of the device fabricated based on amorphous or crystalline silicon Will be.
기존 시아나이드 전처리 방식이, 기판에 실리콘을 증착한 다음 이를 KCN 혹은 HCN 용액에 담지함에 따라 실리콘의 증착과 별개의 공정으로 이루어지는 방법이었다면, 본 발명은 실리콘의 증착시에 Si 결합 네트워크에 Si-H, Si-CN 결합을 부 분적으로 첨가하는 것이므로 인시튜(in-situ) 방식이어서 양자간에 방식이 완전히 상이하다. 뿐만 아니라, 기존 전처리 방식은 실리콘막의 표면 부분만 안정화시키는 표면처리 기술이기 때문에 계면 특성에 의해 소자 특성이 좌우되는 MOS 소자에만 적용이 가능한 단점이 있는데, 본 발명의 경우에는 실리콘막의 표면뿐만 아니라 내부에도 Si-CN 결합을 형성하기 때문에 이러한 단점을 가지지 않는다. 따라서, p-i-n 구조를 이용하는 박막형 실리콘 태양전지와 같이 실리콘 내부의 결함에 따라 특성 저하가 발생하는 소자에 적용하여, 그 수명을 길게 할 수 있다. If the conventional cyanide pretreatment method is a method in which silicon is deposited on a substrate and then deposited in a KCN or HCN solution, a process separate from the deposition of silicon, the present invention provides Si-H in a Si bond network during the deposition of silicon. In this case, the Si-CN bond is partially added, so the method is completely in-situ. In addition, since the conventional pretreatment method is a surface treatment technology that stabilizes only the surface portion of the silicon film, there is a disadvantage that the present invention can be applied only to MOS devices whose device characteristics are influenced by the interfacial properties. It does not have this disadvantage because it forms a Si-CN bond. Therefore, it can be applied to the element which a characteristic fall generate | occur | produces with defects in silicon like a thin film type | mold solar cell using a p-i-n structure, and can lengthen the lifetime.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 실시예는 예시적이고 비한정적으로 모든 관점에서 고려되었으며, 이는 그 안에 상세한 설명보다는 첨부된 청구범위와, 그 청구범위의 균등 범위와 수단내의 모든 변형예에 의해 나타난 본 발명의 범주를 포함시키려는 것이다. In the above, the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention. Is obvious. Embodiments of the present invention have been considered in all respects as illustrative and not restrictive, including the scope of the invention as indicated by the appended claims rather than the detailed description therein, the equivalents of the claims and all modifications within the means. I want to.
도 1은 본 발명에 따른 실리콘막 형성 방법을 수행하기 적합한 박막 증착 장치의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a thin film deposition apparatus suitable for carrying out the method of forming a silicon film according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 실리콘막 형성 방법을 수행하기 적합한 다른 박막 증착 장치의 개략도이다. 2 is a schematic view of another thin film deposition apparatus suitable for carrying out the method of forming a silicon film according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1, 1'...박막 증착 장치 2...증착 챔버1, 1 '... thin
3...기판 블럭 4...샤워헤드 3 ...
5a, 5b, 5c...가스 라인 6a, 6b, 6c... 가스 공급 장치5a, 5b, 5c ...
7...가스 공급부 8...주입구7.
10...기판 20...플라즈마 발생 장치10 ...
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080015149A KR20090089963A (en) | 2008-02-20 | 2008-02-20 | Silicon film formation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020080015149A KR20090089963A (en) | 2008-02-20 | 2008-02-20 | Silicon film formation method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090089963A true KR20090089963A (en) | 2009-08-25 |
Family
ID=41207932
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20090089963A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101512315B1 (en) * | 2012-10-02 | 2015-04-15 | 모진희 | Plating solution included silicon and manufacturing method for subtract plated silicon using the same |
-
2008
- 2008-02-20 KR KR1020080015149A patent/KR20090089963A/en not_active Ceased
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101512315B1 (en) * | 2012-10-02 | 2015-04-15 | 모진희 | Plating solution included silicon and manufacturing method for subtract plated silicon using the same |
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Patent event date: 20150925 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20150320 Comment text: Final Notice of Reason for Refusal Patent event code: PE06011S02I Patent event date: 20140828 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |