KR100796607B1 - Poly silicon crystallization method and fabricating method for thin film transistor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1h 는 본 발명의 실시예1 에 따른 다결정 실리콘 결정화방법을 포함한 박막 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 도면이고,1A to 1H illustrate a method of manufacturing a thin film transistor including a polycrystalline silicon crystallization method according to Example 1 of the present invention.
도 2a 내지 도 2h 는 본 발명의 실시예2 에 따른 다결정 실리콘 결정화방법을 포함한 박막 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 도면이고,2A to 2H illustrate a method of manufacturing a thin film transistor including a polycrystalline silicon crystallization method according to Embodiment 2 of the present invention.
도 3a 내지 도 3d 는 실시예 3에 따른 다결정 실리코 결정화방법을 포함안 박막 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 도면이다.3A to 3D illustrate a method of manufacturing a thin film transistor including a polysilicon crystallization method according to Example 3. FIG.
<도면부호에 대한 간단한 설명><Brief Description of Drawings>
101 : 기판 102 :버퍼층101
103 : 규소탄화물층 104 : 비정질 실리콘103
105 : 게이트 절연막 106 : 게이트 전극105: gate insulating film 106: gate electrode
107a,107b.107c : 소스/채널/드레인 영역의 반도체층107a, 107b. 107c: semiconductor layer in source / channel / drain regions
108 : 층간 절연막108: interlayer insulating film
109a,109b : 소스/드레인 전극109a and 109b: source / drain electrodes
본 발명은 다결정 실리콘 결정화방법과 그를 이용한 박막 트랜지스터 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 규소탄화물층을 사용하여 고상결정화법으로 비정질 실리콘층을 결정화하는 방법과 그를 이용하여 박막 트랜지스터를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polycrystalline silicon crystallization method and a method for manufacturing a thin film transistor using the same, and more particularly, to a method for crystallizing an amorphous silicon layer by a solid phase crystallization method using a silicon carbide layer and a method for manufacturing a thin film transistor using the same. It is about.
일반적으로 박막 트랜지스터에서 반도체층으로 사용되는 것으로는 비정질 실리콘 박막과 다결정 실리콘 박막이 있다. 비정질 실리콘 박막은 대면적 증착이 용이하고 저온 증착이 가능하며 계면 특성이 좋다는 장점이 있으나, 전계 효과 이동도가 낮고 고속 동작 회로에 적용이 불가능하며 광 누설전류가 발생한다는 단점이 있다. 이에 반하여, 다결정 실리콘 박막은 높은 전계 효과 이동도와 고속 동작 회로에 적용이 가능하다는 장점이 있어 TFT용 반도체층의 용도로서 많이 사용되고 있다. 그러나 다결정 실리콘 박막의 경우에도 고온 증착을 해야하며 계면 특성이 나쁘다는 단점이 존재한다. In general, an amorphous silicon thin film and a polycrystalline silicon thin film are used as a semiconductor layer in a thin film transistor. The amorphous silicon thin film has advantages of easy large area deposition, low temperature deposition, and good interfacial properties. However, the amorphous silicon thin film has low field effect mobility, is not applicable to a high speed operation circuit, and has a light leakage current. On the other hand, the polycrystalline silicon thin film has the advantage of being applicable to a high field effect mobility and a high speed operation circuit, and thus is widely used as a semiconductor layer for TFT. However, even in the case of polycrystalline silicon thin film, high temperature deposition is required and the interface characteristics are bad.
다결정 실리콘을 제작하는 방법은 여러가지가 보고되어 있는데, 크게 다결정 실리콘을 직접 증착하는 방법과 비정질 실리콘을 증착한 후, 결정화하는 단계를 거쳐서 다결정질 실리콘을 만드는 방법이 있다.There have been many reports on the method of fabricating polycrystalline silicon, and there are largely a method of directly depositing polycrystalline silicon and a method of making polycrystalline silicon through a process of crystallizing after depositing amorphous silicon.
전자의 방법에는 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition ; LPCVD)법, 플라즈마 화학기상증착(Plazma Enhanced Vapor Deposition ; PECVD)법 등을 이용하여 다결정 실리콘을 증착하는 방법이 있다. LPCVD법은 그 증착 온도가 550℃이상으로 기판 재료로 고가의 실리카(silica) 또는 석영(Quartz)를 사용하기 때문에 제작 단가가 높아 대량 생산용으로는 적합하지 못하다. 그리고 PECVD 법의 경우 SiF4/SiH4/H2 혼합 가스를 사용하여 400℃이하에서 증착이 가능하지만, 결정립을 억제하기 힘들며, 특히 증착시의 결정립 성장 방향의 불균일성 때문에 다결정 실리콘 박막의 표면 특성에 심각한 문제점을 가지고 있는 것으로 알려져 있다.The former method includes a method of depositing polycrystalline silicon using a Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) method, a Plasma Enhanced Vapor Deposition (PECVD) method, or the like. Since the LPCVD method uses an expensive silica or quartz as a substrate material at a deposition temperature of 550 ° C. or higher, the manufacturing cost is high and it is not suitable for mass production. In the case of PECVD, the SiF 4 / SiH 4 / H 2 mixed gas can be deposited below 400 ° C, but it is difficult to suppress the grains, especially due to the nonuniformity of the grain growth direction during deposition. It is known to have serious problems.
후자의 방법에는 즉, 비정질 실리콘을 증착하여 결정화하는 방법에는 고상결정화(Solid Phase Crystallization ; SPC)법, 엑시머 레이저(Excimer Laser Annealing ; ELA)법, 순차적 측면 결정화(Sequential Lateral Solidification; SLS)법, 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization ; MIC)법, 금속 유도 측면 결정화(Metal Induced Lateral Crystallization ; MILC)법, SGS(Super Grain Silicon)방법 등이 있다.In the latter method, that is, the method of depositing and crystallizing amorphous silicon, the solid phase crystallization (SPC) method, the excimer laser annealing (ELA) method, the sequential lateral crystallization (SLS) method, the metal Metal Induced Crystallization (MIC) method, Metal Induced Lateral Crystallization (MILC) method, Super Grain Silicon (SGS) method and the like.
상기 ELA법은 강한 에너지를 갖는 엑시머 레이저(eximer laser)를 비정질 실리콘 박막에 펄스 형태로 투여하여 순식간에 박막을 결정화시키는 방법으로 박막 내 결정립의 크기가 크고 우수한 결정성을 갖는 다결정 실리콘 박막의 제조가 가능한 방법이다. 근래에는 ELA 법 대신 SLS법이 많이 사용되고 있다. SLS법은 레이저 에너지의 크기와 마스크를 이용하여 레이저빔의 조사범위를 적절하게 조절하여 그레인을 소정의 길이만큼 측면 성장시킴으로써 실리콘 그레인의 크기를 향상시킬 수 있는 결정화방법이다. 그러나, 이러한 방법은 레이저라는 고가의 부대 장비를 필요로 하기 때문에 대량 생산 및 대면적용의 LCD 구동용 TFT용으로는 한계점을 가지고 있는 방법이라 할 수 있다.The ELA method is a method of crystallizing a thin film in an instant by administering an excimer laser having a strong energy in an amorphous silicon thin film to form a polycrystalline silicon thin film having a large crystal grain size and excellent crystallinity. This is possible. Recently, the SLS method is used instead of the ELA method. The SLS method is a crystallization method in which the size of silicon grains can be improved by side-growing grains by a predetermined length by appropriately adjusting the irradiation range of the laser beam using the size of the laser energy and the mask. However, such a method requires an expensive auxiliary equipment such as a laser, and thus can be said to have a limitation in mass production and large area LCD driving TFTs.
한편, 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization ;MIC)방법은 200℃정도의 저온에서 금, 은, 알루미늄 등을 이용하여 비정질 실리콘의 경계면에서 실리콘의 확산에 의한 실리콘의 확산에 의한 준안정상태의 실리사이드를 형성결정화 에너지를 낮추는 역할을 하게 되어 실리콘의 결정화를 촉진한다. 이에 반하여, 니켈, 티타늄 등의 금속은 어닐링 에 의한 금속의 확산이 지배적이다. 즉, 금속과 실리콘 경계면에서 실리콘층 방향으로의 금속 확산에 의하여 실리사이드상을 형성하고, 이러한 실리사이드가 결정화를 촉진하여 결정화 온도를 낮춘다. On the other hand, the metal induced crystallization (MIC) method uses a gold, silver, aluminum, and the like at a low temperature of about 200 ° C. to form a metastable silicide due to diffusion of silicon at the interface of amorphous silicon. Formation lowers the crystallization energy to promote the crystallization of silicon. In contrast, in metals such as nickel and titanium, diffusion of the metal by annealing is dominant. That is, a silicide phase is formed by metal diffusion from the metal and silicon interface in the direction of the silicon layer, and the silicide promotes crystallization and lowers the crystallization temperature.
그러나 MIC현상을 이용하여 박막트랜지스터를 제조하는 경우에는 박막트랜지스터의 활성층을 구성하는 결정질 실리콘 내에 비정질 실리콘의 결정화를 유도하기 위하여 사용된 금속 성분이 잔류하여 특히 박막트랜지스터의 채널부에 전류 누설을 발생시키는 문제가 발생한다. 최근에는 MIC와 같이 직접 실리콘과 접촉하거나 실리콘에 주입된 금속에 의하여 실리콘의 결정화를 유도하는 방법 대신에, 금속과 실리콘이 반응하여 생성된 실리사이드가 측면으로 계속하여 전파하면서 순차로 실리콘의 결정화를 유도하는 금속 유도 측면 결정화(Metal Induced Lateral Crystallizatiom; MILC)현상을 이용하여 실리콘층을 결정화시키는 방법이 제안되었다. However, in the case of manufacturing a thin film transistor using the MIC phenomenon, a metal component used to induce crystallization of amorphous silicon remains in the crystalline silicon constituting the active layer of the thin film transistor, so that a current leakage occurs in the channel portion of the thin film transistor. A problem arises. Recently, instead of the method of inducing the crystallization of silicon by the metal directly contacted or implanted into the silicon, such as MIC, the silicide generated by the reaction of the metal and silicon continues to propagate to the side to induce the crystallization of silicon sequentially. A method of crystallizing a silicon layer using a metal induced lateral crystallization (MILC) phenomenon has been proposed.
이 방법은 사용된 금속 성분이 거의 잔류하지 않아 트랜지스터 활성층의 전류 누설 및 기타 동작 특성에 영향을 미치지 않는 장점이 있다. This method has the advantage that little metal component is used, which does not affect the current leakage and other operating characteristics of the transistor active layer.
상기 문제를 해결하기 위하여 덮개층을 이용한 결정화 방법으로 다결정 실리콘층을 제조하는 SGS(Super Grain Silicon) 방법이 있다. 상기 방법은, 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하고 그 위에 캡핑층을 형성시킨 다음, 상기 캡핑층 상에 금속 촉매층을 증착하여 열처리 혹은 레이저를 이용해서 금속 촉매를 캡핑층을 형성시킨 다음, 상기 캡핑층 상에 금속 촉매층을 증착하여 열처리 혹은 레이저를 이용해서 금속 촉매를 캡핑층을 통해서 비정질 실리콘층으로 확산시켜 시드(seed)를 형성시킨 후, 이를 이용하여 다결정 실리콘층을 얻어내는 방법이다. 그러나 상기 방법의 경우에도 금속촉매의 균일한 저농도 제어가 어려워 금속이 잔류하는 문제가 있고, 결정화가 시작되는 위치 성장 방향 및 결정립의 크기를 제어하기 어렵다는 문제점이 있다.In order to solve the problem there is a SGS (Super Grain Silicon) method for producing a polycrystalline silicon layer as a crystallization method using a cover layer. The method comprises forming an amorphous silicon layer on a substrate and a capping layer thereon, depositing a metal catalyst layer on the capping layer to form a metal catalyst capping layer using a heat treatment or a laser, and then cap After depositing a metal catalyst layer on the ping layer and diffusing the metal catalyst through the capping layer to the amorphous silicon layer using a heat treatment or a laser to form a seed (seed), using this to obtain a polycrystalline silicon layer. However, even in the above method, it is difficult to control uniformly low concentrations of the metal catalyst and thus there is a problem that metal remains, and it is difficult to control the location growth direction and the size of crystal grains where crystallization starts.
따라서, 상기한 바와 같은 기타 결정화법의 문제점이 발생되지 않으면서 공정이 간단한 결정화 법으로 고상결정화법이 있다. 고상 결정화(Solid Phase Crystallization; SPC)법은 600℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 다결정 실리콘 형성 방법으로 비정질 실리콘을 고온에서 장시간 열처리하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법이다. 보통 일반 로(Furnace)에서 열처리하며, 고온에서 장시간 수행되므로 원하는 다결정 실리콘 상을 얻을 수 없으며, 기판이 휘어짐 등으로 손상될 수 있고, 그레인 성장 방향성이 불규칙하여 박막 트랜지스터로의 응용시 다결정 실리콘과 접속될 게이트 절연막이 불규칙하게 성장되어 소자의 항복전압이 낮아지는 문제점이 있다. 또한 다결정 실리콘의 입경크기가 불균일하여 소자의 전기적 특성을 저하시킬 수 있다. Therefore, there is a solid crystallization method as a simple crystallization method without causing problems of other crystallization methods as described above. Solid phase crystallization (SPC) is a method of forming polycrystalline silicon that can withstand high temperatures of 600 ° C. or more and is a method of forming polycrystalline silicon by heat-treating amorphous silicon at a high temperature for a long time. Heat treatment is usually performed in a furnace, and it is performed for a long time at high temperature, so that a desired polycrystalline silicon phase cannot be obtained, the substrate may be damaged due to warpage, and the grain growth direction is irregular, so that it is connected to polycrystalline silicon in application to thin film transistors. The gate insulating film to be grown is irregular and there is a problem that the breakdown voltage of the device is lowered. In addition, since the grain size of the polycrystalline silicon is nonuniform, it may reduce the electrical characteristics of the device.
한편, 급속 열처리법(RTA)에 의한 고상결정화법은 비교적 짧은 시간에 공정이 이루어질 수 있으나 심한 열충격으로 인하여 기판이 변형되기 쉽고 결정화된 다결정 실리콘의 전기적 특성이 좋지 않다는 단점이 있다.On the other hand, the solid state crystallization method by the rapid thermal annealing (RTA) process can be made in a relatively short time, but there is a disadvantage that the electrical properties of the crystallized polycrystalline silicon is easy to deform the substrate due to severe thermal shock.
본 발명에서는 위에서 설명한 바와 같은 문제점을 해결하고자, 열전도도가 우수한 규소탄화물층을 사용하여 저온에서 비정질 실리콘을 결정화 함으로써 안정화되고 우수한 결정성을 갖는 다결정 실리콘의 결정화 방법과그를 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것이다. In the present invention, to solve the problems described above, by using a silicon carbide layer having excellent thermal conductivity crystallization of amorphous silicon at low temperature, a crystallization method of polycrystalline silicon having a stable and excellent crystallinity and a method of manufacturing a thin film transistor using the same To provide.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판; 상기 기판 상에 형성된 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 소스/드레인 영역 및 채널 영역을 구비하는 반도체층; 상기 채널 영역에 대응하는 영역에 형성되는 게이트 전극; 상기 게이트 전극과 상기 반도체층 사이에 형성된 게이트 절연막; 상기 반도체층 하부에 위치하는 규소탄화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터를 제공한다.The present invention to achieve the above object, the present invention is a substrate; A buffer layer formed on the substrate; A semiconductor layer having a source / drain region and a channel region on the buffer layer; A gate electrode formed in a region corresponding to the channel region; A gate insulating film formed between the gate electrode and the semiconductor layer; Provided is a thin film transistor comprising silicon carbide positioned under the semiconductor layer.
또한, 본 발명은 기판 상에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상에 규소탄화물층을 형성하고, 상기 규소탄화물층 상에 비정질 실리콘층을 형성하고, 상기 비정질 실리콘층을 열처리하여 결정화한 다결정 실리콘층을 반도체층으로 형성하고, 상기 반도체층 상에 위치하는 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a polycrystalline silicon layer formed by forming a buffer layer on a substrate, forming a silicon carbide layer on the buffer layer, forming an amorphous silicon layer on the silicon carbide layer, and heat-treating the amorphous silicon layer. With semiconductor layer And forming a gate insulating film on the semiconductor layer, and forming a gate electrode on the gate insulating film.
또한, 본 발명은 기판상에 버퍼층을 형성하고, 상기 버퍼층 상에 비정질 실 리콘층을 형성하고, 상기 비정질 실리콘층 상에 규소탄화물층을 형성하고, 상기 비정질 실리콘층을 열처리하여 다결정 실리콘층을 결정화하고, 상기 규소탄화물층을 제거하고. 상기 다결정 실리콘층을 반도체층으로 형성하고, 상기 반도체층 상에 위치하는 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상에 위치하는 게이트 전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a buffer layer on a substrate, an amorphous silicon layer on the buffer layer, a silicon carbide layer on the amorphous silicon layer, and heat treatment of the amorphous silicon layer to crystallize the polycrystalline silicon layer. Removing the silicon carbide layer. Forming the polycrystalline silicon layer as a semiconductor layer, forming a gate insulating film positioned on the semiconductor layer, and forming a gate electrode positioned on the gate insulating film. do.
이하, 본 발명의 첨부하는 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in more detail.
도 1a 내지 1h는 본 발명의 실시예1 에 따른 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 순서적으로 도시한 도면들이다.1A to 1H are diagrams sequentially illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to Embodiment 1 of the present invention.
먼저 도 1a을 참고하면, 기판(101) 상에 버퍼층(102)을 형성한다. 통상적으로 박막 트랜지스터 구동 디스플레이 장치는 통상 무알칼리 유리, 석영 또는 산화실리콘등으로 제작된 투명 기판이 사용되며 본 발명에서는 기판으로는 통상적으로 사용되는 절연성이며 투명한 유리기판, 플렉서블 기판 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속기판 등을 사용한다. 상기 버퍼층(103)은 비정질 실리콘(103) 박막으로 오염물질이 확산되는 것을 방지하기 위해, 기판(101)과 비정질 실리콘(103)층 사이에 버퍼층(102)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼층(103)은 산화실리콘(SiO2), 실리콘 질화물(SiNX), 산화실리콘질화물(SiOxNy)또는 이들의 복합층을 PECVD(Plazma enhanced chemical Vapor Depoosition), LPCVD(Low pressure Chemical Vapor Deposition),스퍼터링 등의 증착법을 이용하여 600℃ 이하의 온도에서 300 내지 10000Å, 바람직하게는 500 내지 3000Å 두께로 증착시켜 형성된다.First, referring to FIG. 1A, a
그 후에, 도 1b 를 참고하여 상기 버퍼층(102) 상에 규소탄화물층(103)을 형성한다. 상기 규소탄화물층(102)의 증착 방법으로는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD(low Pressure Chemical VApor Deposition), 스퍼터링 등의 통상의 증착 방법을 사용하여 형성하며, 그 두께는 100Å내지 1㎛ 로 형성한다. 왜냐하면 100Å 이하의 두께는 증착의 어려움이 있으며 1㎛ 이상으로 증착할 시 박막 트랜지스터 소자 특성에 악영향을 줄 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 규소탄화물층은 열전도도성이 좋기 때문에 열처리시 결정성을 좋게 하고, 기판의 손상을 줄일 수 있게 해준다.Thereafter, the
한편, 광대폭(와이드 갭) 반도체인 Ⅲ족 질화물(Ⅲ-N)은 차세대의 통신용 파워 디바이스 재료로서 큰 기대를 모으고 있으며, 통신용 파워 디바이스에 대해서는 큰 전도율을 가지고 전기적으로는 절연성인 기판이 필요한데 Ⅲ-N와 같은 격자 정수를 가지는 실리콘 카바이드(SiC)가 뛰어난 후보로 주목받고 있다. 즉, SiC는 열전도도가 41.5W/m.K[상온]으로 기존의 내열합금강[26.6 W/m.K,상온]에 비해 거의 1.5배 정도 우수하다. 그러므로 결정화시 사용하여 기존보다 우수한 품질의 다결정 실리콘을 얻을 수 있다.On the other hand, group III nitride (III-N), a wide-gap (wide-gap) semiconductor, is expected to be a great next-generation communication power device material, and a high-conductivity and electrically insulating substrate is needed for a power device for communication. Silicon carbide (SiC) having a lattice constant such as -N has attracted attention as an excellent candidate. That is, SiC has a thermal conductivity of 41.5W / m.K [room temperature], which is about 1.5 times better than the existing heat-resistant alloy steel [26.6 W / m.K, room temperature]. Therefore, it can be used in crystallization to obtain polycrystalline silicon of better quality than conventional.
도 1c 에 도시한 바와 같이 상기 규소탄화물층(103) 상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD(low Pressure Chemical VApor Deposition), 스퍼터링 통상의 증착 방법을 사용하여 비정질 실리콘층(104)을 형성한다. 상기 비정질 실리콘층(104)의 두께는 2000Å이하로 증착되면 무방하나, 두께가 너무 얇은 경우에는 다결정 실리콘이 박막트랜지스터를 형성하는 경우 소자의 특성에 영향을 줄 수 있으므로 300 내지 1000Å의 두께로 증착하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 1C, an
이어서, 상기 비정질 실리콘(104)이 증착된 기판을 고상결정화를 이용하여 열처리하여 결정화하여 다결정 실리콘층을 형성한다.Subsequently, the substrate on which the
상기 결정화를 이루는 열처리 방법은 일반 로(furnace), 인라인 로(In-line furnace), RTA(Rapid thermal annealing) 등을 이용하여 열처리하며, 본 발명에서는 인라인 로(in-line furnace)를 사용하여 550 내지 750℃에서 25분 내지 3시간 동안 열처리하여 결정화하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 550℃이하에서 열처리 할 경우 공정시간이 너무 길어지고 750℃이상에서 열처리 하면 기판이 손상될 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 보통 일반 로(Furnace)에서 열처리하는 경우에 고온에서 장시간 수행되므로 원하는 다결정 실리콘 상을 얻을 수 없으며, 기판이 휘어짐 등으로 손상될 수 있고, 그레인 성장 방향성이 불규칙하여 박막 트랜지스터로의 응용시 다결정 실리콘과 접속될 게이트 절연막이 불규칙하게 성장되어 소자의 항복전압 이 낮아지는 문제가 있다. 인라인 로는 기존의 로(furnace)에 비하여 비용절감의 효과가 있고, 온도와 시간을 다르게 지정할 수 있으며 석영으로 제작된 세터(setter) 상에 기판이 놓이기 때문에 기판에 대한 손상을 줄일 수 있으므로 750℃에서도 수행 가능하다. 또한, 공정시간을 단축하여 제품 수율을 높일 수 있는 장점이 있다. The heat treatment method of forming the crystallization is heat treatment using a furnace, in-line furnace, rapid thermal annealing (RTA), etc. In the present invention, 550 using an in-line furnace It is preferable to crystallize by heat treatment at from -750 ℃ for 25 minutes to 3 hours. Because heat treatment below 550 ℃ process time is too long and heat treatment above 750 ℃ may damage the substrate is not preferred. In general, in case of heat treatment in general furnace, it is performed for a long time at high temperature, so it is impossible to obtain the desired polycrystalline silicon phase, and the substrate may be damaged due to warpage, and the grain growth direction is irregular. There is a problem in that the breakdown voltage of the device is lowered because the gate insulating film to be connected is grown irregularly. In-line furnaces offer cost savings over conventional furnaces, can be specified for different temperatures and times, and reduce damage to the substrate because the substrate is placed on a quartz-setter. It can be done. In addition, there is an advantage that can increase the product yield by shortening the process time.
한편, 급속 열처리법(RTA)에 의한 고상결정화법은 비교적 짧은 시간에 공정이 이루어질 수 있으나 심한 열충격으로 인하여 기판이 변형되기 쉽고 결정화된 다결정 실리콘의 전기적 특성이 좋지 않다는 단점이 있다.On the other hand, the solid state crystallization method by the rapid thermal annealing (RTA) process can be made in a relatively short time, but there is a disadvantage that the electrical properties of the crystallized polycrystalline silicon is easy to deform the substrate due to severe thermal shock.
도 1c 에 도시한 바와 같이 비정질 실리콘을 포함한 기판을 열처리 하여 다결정 실리콘으로 결정화한 후 , 도 1d 도시한 바와 같이 상기 다결정 실리콘층을 섬모양으로 패터닝 하여 반도체층(107)을 형성한다. 그 후에, 도 1e 에 도시한 바와 같이 상기 반도체층(107)상에 SiO2, SiNx, SiOxNy 또는 이들의 복합층을 PECVD, LPCVD 등의 방법을 이용하여 300내지 3000Å, 바람직하게는 500내지 1000Å 두께로 게이트 절연막(105)을 형성한다. 이후, 상기 게이트 절연막(105) 상에 금속재료 또는 도핑된 폴리실리콘 등의 도전성 재료를 스퍼터링, 가열 증발, PECVD, LPCVD 등의 방법을 사용하여 1000 내지 8000Å, 양호하게는 2000 내지 4000Å 두께로 게이트 금속층을 증착시켜 게이트전극(106)을 형성한다. 상기 게이트전극은 AlNd, Mo등의 금속을 사용한다.As shown in FIG. 1C, the substrate including amorphous silicon is heat-treated to crystallize into polycrystalline silicon, and then, as shown in FIG. 1D, the polycrystalline silicon layer is patterned into islands to form a semiconductor layer 107. Subsequently, as shown in FIG. 1E, SiO 2, SiN x, SiO x N y, or a composite layer thereof is formed on the semiconductor layer 107 to a thickness of 300 to 3000 kPa, preferably 500 to 1000 kPa, using a method such as PECVD or LPCVD. The
그 후에, 상기 게이트 전극(106)을 마스크로 하여 반도체층(104)에 n+ 이온을 주입하여 소스/드레인 영역(107a,107b)을 형성한다. 엑시머 레이저 어닐링법(ELA),RTA 또는 로(furnace)에서 열처리 공정, 바람직하기로는 RTA 또는 로(furnace)에서 열처리 공정으로 상기 이온이 도핑된 반도체층(107)을 활성화시킨다.Thereafter, n + ions are implanted into the
이어서, 게이트 전극(106) 상부에 기판 전면에 걸쳐 SiO2또는 SiNx와 같은 층간 절연막(108)을 형성한 후 소스/드레인 영역(107a,107b)이 노출되도록 층간 절연막(108)과 게이트 절연막(105)을 식각하여 콘택홀을 형성하고, 상기 콘택홀을 AlNd, Mo 등을 사용하여 충분히 채워 소스/드레인 전극(109a/109b)을 형성하여 박막 트랜지스터를 완성한다.Subsequently, an
이하, 도 2a 내지 도 2h를 참고하여 본 발명의 실시예2를 설명한다.Hereinafter, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2H.
도 2a 내지 도 2h는 실시예2 에 따른 박막 트랜지스터의 제조하는 방법을 도시한 도면들이다. 2A to 2H are views illustrating a method of manufacturing the thin film transistor according to the second embodiment.
도 2a 및 도 2b를 참고하면, 기판(101) 상에 버퍼층(102)을 형성한다. 통상 적으로 박막 트랜지스터 구동 디스플레이 장치는 통상 무알칼리 유리, 석영 또는 산화실리콘등으로 제작된 투명 기판이 사용되며 본 발명에서는 기판(101)으로는 통상적으로 사용되는 절연성이며 투명한 유리기판, 플렉서블 기판 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속기판 등을 사용한다. 상기 버퍼층(103)은 비정질 실리콘(103) 박막으로 오염물질이 확산되는 것을 방지하기 위해, 기판(101)과 비정질 실리콘(103)층 사이에 버퍼층(102)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼층(103)은 산화실리콘(SiO2), 실리콘 질화물(SiNX), 산화실리콘질화물(SiOxNy)또는 이들의 복합층을 PECVD(Plazma enhanced chemical Vapor Depoosition), LPCVD(Low pressure Chemical Vapor Deposition),스퍼터링 등의 증착법을 이용하여 600℃ 이하의 온도에서 300 내지 10000Å, 바람직하게는 500 내지 3000Å 두께로 증착시켜 형성된다.2A and 2B, the
그 후에, 상기 버퍼층(102) 상에 비정질 실리콘층(104)을 형성한다. Thereafter, an
상기 비정질 실리콘층(104)의 증착 방법으로는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD(low Pressure Chemical VApor Deposition), 스퍼터링 등의 통상의 증착 방법을 사용하며, 상기 비정질 실리콘(104)의 두께는 2000Å이하로 증착되면 무방하나, 두께가 너무 얇은 경우에는 다결정 실리콘이 박막트랜지스터를 형성하는 경우 소자의 특성에 영향을 줄 수 있으므로 300내지 1000Å의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.The deposition method of the
그 후에, 상기 비정질 실리콘층(104) 상에 규소탄화물층(103)을 형성한다. 상기 규소탄화물층(103)의 증착 방법으로는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD(low Pressure Chemical VApor Deposition), 스퍼터링 등의 통상의 증착 방법을 사용하며, 그 두께를 100Å내지 1㎛ 로 형성한다. 왜냐하면 100Å 이하의 두께는 증착의 어려움이 있으며 1㎛ 이상으로 증착할 시 박막 트랜지스터 소자 특성에 악영향을 줄 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 규소탄화물층은 열전도도성이 좋기 때문에 열처리시 결정성을 좋게 하고, 기판의 손상을 줄일 수 있게 해준다. Thereafter, the
이어서, 도 2c 에 도시한 바와 같이 규소탄화물층(103)을 포함 한 기판을 열처리하여 비정질 실리콘층(104))을 다결정 실리콘 층으로 결정화 한 후, 반도체층의 표면 상에 규소탄화물 층이 남아 있으면 박막 트랜지스터의 특성에 영향을 줄 수 있기 때문에 상기 규소탄화물층(103)을 식각하여 제거한다. 그 후에 다결정 실리콘층을 포토리소그래피 공정을 이용하여 패터닝하여 반도체층(107)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 2C, after the substrate including the
상기 패터닝 된 반도체층(107)은 고상결정화법으로 열처리하여 결정화한다. 상기 열처리하여 결정화하는 방법은 일반 로(furnace), 인라인 로(In-line furnace), RTA(Rapid thermal annealing) 등을 이용하여 열처리하여 수행한다. 본 발명에서는 인라인 로(in-line furnace)를 사용하여 550 내지 750℃에서 25분 내지 3시간 동안 열처리하여 고상결정화를 수행하는 것을 특징으로 한다. 왜냐하면 550 ℃ 이하로 열처리 할 경우에는 공정시간이 너무 길어지고, 750℃이상에서 열처리를 수행할 시에는 기판에 손상이 가기 때문에 바람직하지 않다. 인라인 로(in-line furnace)는 기존의 로(furnace)에 비하여 비용절감의 효과가 있고, 온도와 시간을 다르게 지정할 수 있다. 또한 석영으로 제작된 세터(setter) 상에 기판이 놓이기 때문에 기판에 대한 손상을 줄일 수 있으므로 750℃ 에서도 열처리가 가능하며, 공정시간을 단축하여 제품 수율을 높일 수 있는 장점이 있다.The patterned semiconductor layer 107 is crystallized by heat treatment by a solid phase crystallization method. The method of crystallizing by heat treatment is performed by heat treatment using a furnace, an in-line furnace, rapid thermal annealing (RTA), or the like. In the present invention, an in-line furnace is used for heat treatment at 550 to 750 ° C. for 25 minutes to 3 hours to perform solid phase crystallization. Because the process time is too long when the heat treatment below 550 ℃, it is not preferable because the substrate is damaged when the heat treatment at 750 ℃ or more. In-line furnaces are cost effective compared to conventional furnaces and can be specified for different temperatures and times. In addition, since the substrate is placed on a setter made of quartz, damage to the substrate can be reduced, so that heat treatment can be performed at 750 ° C., and the process time can be shortened to increase product yield.
그 후에, 도 2c에 도시한 바와 상기 반도체층(107) 상에 SiO2, SiNx, SiOxNy 또는 이들의 복합층을 PECVD, LPCVD 등의 방법을 이용하여 300내지 3000Å, 양호하게는 500내지 1000Å 두께로 게이트 절연막(105)을 형성한다. 이후, 도 2f 에 도시한 바와 같이 상기 게이트 절연막(105) 상에 금속재료 또는 도핑된 폴리실리콘 등의 도전성 재료를 스퍼터링, 가열 증발, PECVD, LPCVD 등의 방법을 사용하여 1000 내지 8000Å, 양호하게는 2000 내지 4000Å 두께로 게이트 금속층을 증착시켜 게이트전극(106)을 형성한다. 상기 게이트전극(106)은 AlNd, Mo등의 금속을 사용한다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, the SiO 2, SiN x, SiO x N y, or a composite layer thereof on the semiconductor layer 107 is gated to a thickness of 300 to 3000 Å, preferably 500 to 1000 Å using a method such as PECVD or LPCVD. An insulating
그 후에, 도 2f 에 도시한 바와같이 상기 게이트 전극(106)을 마스크로 하여 반도체층(107)에 이온을 도핑하여 소스/드레인 영역(107a,107b)을 형성하고, 엑시머 레이저 어닐링법(ELA),RTA 또는 로(furnace)에서 열처리 공정, 바람직하기로는 RTA 또는 로(furnace)에서 열처리 공정으로 상기 이온이 도핑된 반도체 층을 활성화시킨다.Thereafter, as shown in FIG. 2F, the semiconductor layer 107 is doped with ions using the
계속해서, 도 2g 및 2h 에 도시한 바와 같이 게이트 전극(106) 상부에 기판 전면에 걸쳐 SiO2또, SiNx 또는 이를 이용한 이중층과 같은 층간 절연막(108)을 형성한 후 소스/드레인 영역(107a,107b)이 개구되도록 층간 절연막(108) 및 게이트 절연막(105)을 식각하여 콘택홀을 형성하고, AlNd, Mo 등을 이용하여소스/드레인 전극(109a,109b)을 형성하여 반도체 소자를 완성한다. Subsequently, as shown in FIGS. 2G and 2H, an
이하, 도 3a 내지 도 3d를 참고하여 본 발명의 실시예3 을 설명한다. Hereinafter, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.
실시예3 은 비정질 실리콘 상에 규소탄화물층을 부분적으로 형성한 것을 제외한 나머지 공정은 실시예2 와 같다. Example 3 is the same as Example 2 except for partially forming a silicon carbide layer on amorphous silicon.
도 3a 내지 도 3d를 참고하면, 기판(101) 상에 버퍼층(102)을 형성한다. 통상적으로 박막 트랜지스터 구동 디스플레이 장치는 통상 무알칼리 유리, 석영 또는 산화실리콘등으로 제작된 투명 기판이 사용되며 본 발명에서는 기판(101)으로는 통상적으로 사용되는 절연성이며 투명한 유리기판, 플렉서블 기판 또는 스테인레스 스틸과 같은 금속기판 등을 사용한다. 상기 버퍼층(103)은 비정질 실리콘(103) 박막으로 오염물질이 확산되는 것을 방지하기 위해, 기판(101)과 비정질 실리콘(103)층 사이에 버퍼층(102)을 형성할 수 있다. 상기 버퍼층(103)은 산화실리콘(SiO2), 실리콘 질화물(SiNX), 산화실리콘질화물(SiOxNy)또는 이들의 복합층을 PECVD(Plazma enhanced chemical Vapor Depoosition), LPCVD(Low pressure Chemical Vapor Deposition),스퍼터링 등의 증착법을 이용하여 600℃ 이하의 온도에서 300 내지 10000Å, 바람직하게는 500 내지 3000Å 두께로 증착시켜 형성된다.3A to 3D, the
그 후에, 상기 버퍼층(102) 상에 비정질 실리콘층(104)을 형성한다. Thereafter, an
상기 비정질 실리콘층(104)의 증착 방법으로는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD(low Pressure Chemical VApor Deposition), 스퍼터링 등의 통상의 증착 방법을 사용하며, 상기 비정질 실리콘(104)의 두께는 2000Å이하로 증착되면 무방하나, 두께가 너무 얇은 경우에는 다결정 실리콘이 박막트랜지스터를 형성하는 경우 소자의 특성에 영향을 줄 수 있으므로 300내지 1000Å의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.The deposition method of the
그 후에, 도 3c에 도시한 바와 같이 상기 비정질 실리콘층(104) 상에 규소탄화물층(103)을 형성한다. 상기 규소탄화물층(103)의 증착 방법으로는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD(low Pressure Chemical VApor Deposition), 스퍼터링 등의 통상의 증착 방법을 사용하며, 그 두께를 100Å내지 1㎛ 로 형성한다. 왜냐하면 100Å 이하로 증착할시 증착의 어려움이 있고, 1㎛ 이상으로 증착할시 박막 트랜지스터 소자 특성에 영향을 줄 수 있으므로 바람직하지 않다. 규소탄화물층을 사용하면 열전도도성이 좋기 때문에 열처리시 비정질 실리콘의 결정성을 좋게 하고, 기판의 손상을 줄 일 수 있다. 상기 비정질 실리콘층 상의 규소탄화물층을 포토리소그래피 공정을 사용하여 패터닝하여 부분적으로 형성한다. 이것은 결정화시 부분적으로 패터닝 된 규소탄화물이 증착된 비정질 실리콘의 부분특성이 향상 될 수 있기 때문에 원하는 부분의 특성을 변화시키고자 할 때 유용하게 사용될 수 있다. Thereafter, as shown in FIG. 3C, a
도 3c를 참고하면, 부분적으로 형성된 규소탄화물층(103)이 증착된 기판 전체를 고상결정화를 이용하여 열처리하여 결정화 하며, 규소탄화물층(103)을 포함 한 기판을 열처리하여 비정질 실리콘층(103)을 다결정 실리콘 층으로 결정화 한다. 이후 반도체층의 표면특성을 좋게 하기 위해서 상기 규소탄화물층(103)을 식각하여 제거한다. 그 후에 도 3d 에 도시한 바와 같이 다결정 실리콘층을 포토리소그래피 공정을 이용하여 패터닝하여 반도체층(107)을 형성한다. Referring to FIG. 3C, the entire substrate on which the partially formed
이후 상기 반도체층으로 박막 트랜지스터를 만드는 공정 순서는 실시예2의 공정 순서와 동일하므로 중복을 피하기 위하여 구체적인 공정 순서는 생략한다.Since the process sequence of forming the thin film transistor with the semiconductor layer is the same as the process sequence of Example 2, a specific process sequence is omitted in order to avoid duplication.
이상과 같이 본 발명에서는 규소탄화물층을 이용한 고상결정화법을 사용하여 비정질 실리콘층을 결정화 시킴으로써, 저온에서 다결정 실리콘을 형성하여 기판 휘어짐 현상을 예방할 수 있고, 결정립의 질을 향상시킬 수 있다. 그러므로 보다 특성이 우수한 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다.As described above, in the present invention, by crystallizing the amorphous silicon layer using the solid phase crystallization method using the silicon carbide layer, polycrystalline silicon can be formed at low temperature to prevent substrate warpage, and the quality of crystal grains can be improved. Therefore, a thin film transistor having more excellent characteristics can be manufactured.
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