KR20040061795A - 다결정 실리콘 박막 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 박막의 결정화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 촉매와 레이저 어닐링을 이용하여 고결정성의 다결정 실리콘 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 다결정 실리콘 박막 제조 방법에 있어서, 기판 상에 버퍼층(buffer layer)를 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 상에 전이 금속을 선택적으로 흡착시키는 단계와; 상기 전이 금속이 흡착된 버퍼층 상에 비정질 실리콘을 증착시키는 단계와; 상기 비정질 실리콘층을 탈수소화하여 금속 실리사이드를 형성하는 단계와; 상기 금속 실리사이드를 결정핵으로 결정립이 성장할 수 있도록 레이저 열처리를 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 의하면 저온의 제조 환경에서도 결정화가 가능하며 박막 내 결정립의 크기가 크고 우수하여 결정화 공정의 안정화는 물론 박막 트랜지스터의 전자 이동도를 향상시킬 수 있어 다결정 실리콘 박막을 사용하는 박막 트랜지스터 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 실리콘 박막의 결정화 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 촉매와 레이저 어닐링을 이용하여 고결정성의 다결정 실리콘 박막을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화상 정보를 화면에 나타내는 화면 표시 장치들 중에서 브라운관 표시 장치(혹은 CRT:Cathode Ray Tube)가 지금까지 가장 많이 사용되어 왔는데, 이것은 표시 면적에 비해 부피가 크고 무겁기 때문에 사용하는데 많은 불편함이 따랐다.
이에 따라, 표시 면적이 크더라도 그 두께가 얇아서 어느 장소에서든지 쉽게 설치하여 사용할 수 있는 박막형 평판 표시 장치가 개발되었고, 점점 브라운관 표시 장치를 대체하고 있다.
특히, 박막 트랜지스터형 액정 표시 장치(TFT-LCD:Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)는 표시 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 반응 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
상기 박막 트랜지스터형 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 삽입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직임으로써 액정 분자의 움직임에 따라 달라지는 빛의 투과율에의해 화상을 표현하는 장치로, 상기 박막 트랜지스터형 액정 표시 장치의 하부 기판은 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하며, 이와 같은 박막 트랜지스터에 의해 임의의 화소(pixel)가 스위칭 되면, 스위칭된 임의의 화소는 하부 광원의 빛 투과량을 조절할 수 있게 된다.
상기 스위칭 소자는 반도체층을 비정질 실리콘으로 형성한, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(amorphous silicon thin film transistor: a-Si:H TFT)가 주류를 이루고 있으며, 이는 비정질 실리콘 박막이 저가의 유리기판과 같은 대형 절연기판 상에 저온에서 형성하는 것이 가능하기 때문이다.
그런데, 이러한 비정질 실리콘(a-Si:H)을 이용한 박막 트랜지스터를 구동하기 위해서는 구동 회로가 필요하다.
일반적으로, 액정 표시 장치는 비정질 실리콘으로 제작된 박막 트랜지스터 어레이 기판 외부에서 단결정 실리콘(single crystal silicon)으로 제작된 고밀도 집적 회로(large scale integration circuit)를 TCP(tape carrier package) 본딩(bonding) 공정으로 연결하여 구동한다.
그러나, 이와 같은 구동 회로의 가격이 매우 높기 때문에 박막 트랜지스터형 액정 표시 장치의 가격이 상승되는 단점이 있다. 이에 상기 구동 회로 부분을 디스플레이 부분과 동일한 기판 상에 제작하였다.
그러나, 상기 박막 트랜지스터형 액정 표시 장치가 고밀도, 대면적화되고 디스플레이 부분과 구동 회로 부분을 동일 기판 위에 제작하기 위해서는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터의 이동도(mobility)의 증가가 요구되는데, 비정질 실리콘은 본질적으로 디펙트(deffect)가 많이 형성되고 전하 캐리어의 농도가 낮아 비정질 실리콘으로 제작된 박막 트랜지스터는 이와 같은 이동도가 떨어진다는 문제점이 있다.
따라서, 근래에는 이런 문제점을 효과적으로 해결할 수 있는 방법으로 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(polycrystalline silicon TFT : poly-Si TFT)를 채용하는 액정 표시 장치에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
상기 다결정 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터는 이동도가 크기 때문에 동일 유리 기판 상에 구동 회로를 형성할 수 있으며, 또한 박막 트랜지스터와 구동 회로를 연결하는 공정 과정이 불필요하다.
따라서, 상기 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 생산 비용 절감과 함께 응답 속도가 빠르고 온도와 빛에 대한 안정성도 우수하다는 장점이 있다.
상기와 같은 장점을 가지는 다결정 실리콘을 제작하는 방법은 여러 가지가 있는데, 크게 다결정 실리콘을 직접 증착하는 방법과, 비정질 실리콘을 증착한 후 결정화하는 단계를 거쳐 다결정 실리콘을 형성하는 방법이 있다.
먼저, 전자에서 다결정 실리콘을 직접 증착하는 방법에는 저압 화학 기상 증착(low pressure chemical vapor deposition : LPCVD)법과 플라즈마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition : PECVD)법 등이 있는데, 이 중에서 상기 저압 화학 기상 증착법은 그 증착 온도가 550℃ 이상으로 기판 재료로 고가의 실리카(silica) 또는 석영(quartz)을 사용하기 때문에 제작 단가가 높아 대량 생산용으로는 적합하지 못하다.
또한, 전자에서 다결정 실리콘을 직접 증착하는 방법 중 플라즈마 화학 기상 증착법은 혼합 가스를 사용하여 400℃ 이하에서 증착이 가능하지만 결정립을 억제하기가 어려우며 특히, 증착시의 결정립 성장 방향의 불균일성 때문에 다결정 실리콘 박막의 표면 특성에 심각한 문제점을 가지고 있다.
이어서, 후자에서 다결정 실리콘을 증착한 후 결정화하는 단계를 거쳐 다결정 실리콘을 형성하는 방법에는 고상 결정화(solid phase crystallization : SPC)법, 엑시머 레이저 열처리(excimer laser annealing : ELA)법, 금속 유도 결정화(metal induced crystallization : MIC)법 등이 있다.
여기서, 상기 고상 결정화법은 반응로(furnace)속에서 로 가열법을 이용하여 비정질 실리콘 박막을 결정화시키는 방법으로, 상세히는 600℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 석영 기판에 불순물의 확산을 막기 위하여 소정의 두께로 형성한 완충층 상에 상기 비정질 실리콘을 증착한 후, 반응로 속에서 고온으로 장시간 열처리한다.
그러나, 이와 같은 고상 결정화법은 고상 반응에 의해서 진행되기 때문에 결정화 반응 속도가 느려 고온에서 장시간 수행하여야 하며, 따라서 원하는 다결정 실리콘 상(phase)을 얻기가 어렵고, 그레인(grain) 성장 방향성이 불규칙하여 박막 트랜지스터에 응용시에 다결정 실리콘과 접촉되는 게이트 절연막이 불규칙하게 성장되므로 소자의 항복전압이 낮아진다.
또한, 상기 다결정 실리콘의 그레인 크기가 불균일하여 소자의 전기적 특성을 저하시킬 뿐만 아니라, 고가의 석영 기판을 사용해야 하므로 제작 비용이 상승하는 단점이 있다.
상기 엑시머 레이저 열처리 방법은 강한 에너지를 가지고 있는 엑시머 레이저(excimer laser)를 비정질 실리콘 박막이 증착되어 있는 기판에 펄스(pulse) 형태로 가해서, 상기 비정질 실리콘이 증착된 기판에 순간적으로(수십 내지 수백 나노 초) 레이저 에너지를 공급하여 비정질 실리콘을 용융상태로 만든 후, 이어 냉각함으로써 다결정 실리콘을 형성하는 방법이다.
상기 엑시머 레이저 열처리 방법은 엑시머 레이저 열처리에 의해서 400℃ 이하의 저온에서 결정화가 가능하고 박막 내 결정립의 크기가 크고 우수한 결정성을 갖는다는 장점이 있으나, 결정화가 불균일하여 균일도(uniformity)가 떨어지고, 고가의 부대 장비를 이용해야 하며 생산성이 낮은 문제점이 있다.
한편, 상기한 바와 같은 고상 결정화법과 엑시머 레이저 열처리법에 의한 다결정 실리콘 박막 형성 방법 외에도 최근 활발하게 연구되고 있는 금속 유도 결정화법이 있다.
상기 금속 유도 결정화법은 비정질 실리콘 위에 금속을 증착하고 이 금속을 이용하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로, 금속이 비정질 실리콘의 결정화 온도를 낮추어 대면적의 유리 기판을 사용할 수 있게 된다.
상기 금속 유도 결정화법에 의하면, 특정한 종류의 금속을 비정질 실리콘과 접촉시켜 비정질 실리콘의 결정화 온도를 500℃ 이하로 낮출 수 있으며, 상기 금속으로는 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 티타늄(Ti) 등의 금속이 비정질 실리콘과의 접촉으로 촉매 역할을 하여 결정화를 유도한다.
이하, 첨부한 도 1을 참조로 하여 종래 기술에 따른 다결정 실리콘 박막 형성 방법의 구체적인 실시예에 대해서 설명한다.
도 1은 종래 레이저 결정화법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 형성하는 방법을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 600℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 유리 기판이나 웨이퍼(wafer) 등의 기판(100)을 구비하고, 이러한 기판(100) 전면에 추후 공정에서 발생하게 되는 불순물의 확산을 방지하기 위하여 실리콘 산화막(SiO2)과 같은 소정의 두께를 가지는 버퍼층(buffer layer, 110)을 형성한다.
이후, 상기 버퍼층(110)을 가지는 기판(100)의 전면에 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD) 등을 이용하여 300Å ~ 1000Å 정도의 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막(120a)을 증착한다.
그리고, 도 1b에 도시된 바와 같이 400℃ ~ 500℃에서 탈수소화(hydrogen evolution) 과정을 거친다.
이와 같은 탈수소화 공정을 거치는 이유는 앞서 비정질 실리콘 박막(120a)을 플라즈마 화학 기상 증착법으로 증착하는 과정에서 첨가된 수소(H)를 제거하여 이후 레이저 열처리(laser annealing) 과정에서의 막들뜸(films ablation) 현상을 방지하기 위해서이다.
이어서, 도 1c와 같이 탈수소화된 비정질 실리콘 박막(120a)에 엑시머 레이저 열처리 공정을 한다.
상기 엑시머 레이저 열처리(excimer laser annealing) 공정에서 비정질 실리콘 박막(120a)이 증착된 기판(100) 전체를 이동시키면서 엑시머 레이저 빔을 조사하여 상기 비정질 실리콘 박막(120a)을 용융한다.
이 때, 상기 엑시머 레이저 빔은 특정한 파장대로 펄스화된 자외선(UV beam)으로, 이는 비정질 실리콘이 용융되는 온도가 높음에도 불구하고 엑시머 레이저를 사용하면 수십 nsec(나노 세크)의 짧은 시간에 열처리 되기 때문에 기판에 손상을 주지 않는 장점을 가진다.
이러한 엑시머 레이저를 기판에 형성된 상기 비정질 실리콘 박막(120a)에 반복적으로 조사하는데, 이와 같이 상기 비정질 실리콘 박막(120a)에 엑시머 레이저를 주사하면서 기판(100) 전면을 스캐닝하면 비정질 실리콘 박막의 상단부부터 용융된다.
상기와 같이 비정질 실리콘이 순간적으로 용융된 후 응고되면서 결정화 반응이 빠르게 진행되는데, 이때 결정핵 생성 반응과 결정립 성장이라는 두가지 반응이 동시에 순간적으로 진행되게 된다.
보다 상세히는, 상기 결정핵에서 수직 방향으로 결정립(121)이 성장하게 되고, 이러한 수직방향으로의 결정립(121)의 성장이 완료되면 연속적으로 수평방향으로의 성장이 이루어지게 되는데, 이때 서로 이웃하는 결정립(121)간에 충돌이 발생하게 되고, 특히 실리콘은 액상(liquid)이 고상(solid)보다 밀도가 높으므로 결정립계가 표면에 돌출되는 현상이 발생한다.
도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 공정을 진행한 후에 형성된 다결정 실리콘박막(120b)은 결정립(121)의 크기가 통상 수천 Å으로 매우 작으며, 결정립(121)들의 방향이 일정하지 않으며, 표면에 돌출되어진 결정립계는 각 전극들과의 접촉 불량을 유발할 수 있다.
또한, 상기와 같이 레이저 열처리법에 의하여 비정질 실리콘 박막(120)을 결정화시키는 방법은 결정화 변수, 즉 레이저 에너지 밀도(laser energy density)에 따라서 박막의 가열 및 냉각 특성이 급격하게 변하여, 상기 비정질 실리콘이 순간적으로 용융된 후 응고되는 결정화 반응이 순식간에 일어나므로 프로세스 윈도우(process window)가 좁아 에너지 제어가 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 상기 비정질 실리콘을 레이저 열처리법에 의하여 결정화하여 형성한 다결정 실리콘 박막에서 결정립(121)의 크기는 수천Å(angstrom)으로 매우 협소하므로, 향후 다결정 실리콘 박막 제작 시에 그 전기적 특성이 퇴화되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 박막 트랜지스터의 제작 공정 시 비정질 실리콘을 결정화시켜 다결정 실리콘 박막을 형성할 때 기판 상에 전이 금속을 선택적으로 증착시킨 후 탈 수소화 공정에서 상기 전이 금속을 촉매로 하여 결정핵을 생성시키고, 레이저 열처리 과정을 통해 상기 결정핵을 결정화 매개체로 이용하여 결정립을 성장(grain growth)시킴으로써 저온의 제조 환경에서도 고결정성의 우수한 특성을 가지는 다결정 실리콘 박막의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 레이저 결정화법을 이용하여 다결정 실리콘 박막을 형성하는 방법을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 다결정 실리콘 박막을 제조하는 과정을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 다결정 실리콘 박막 제조 시에 니켈을 섀도우 마스크를 이용하여 선택적으로 형성하는 방법을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 다결정 실리콘 박막 제조 시에 니켈을 포토 레지스트 공정을 이용하여 선택적으로 형성하는 방법을 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
200 : 기판 210 : 버퍼층
220a : 비정질 실리콘 박막 220b : 다결정 실리콘 박막
230, 231b : 니켈 240 : 섀도우 마스크
231a : 니켈 필름 250a : 포토 레지스트막
250b : 포토 레지스트막 패턴
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다결정 실리콘 박막 제조 방법에 있어서, 기판 상에 버퍼층(buffer layer)를 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 상에 전이 금속을 선택적으로 흡착시키는 단계와; 상기 전이 금속이 흡착된 버퍼층 상에 비정질 실리콘을 증착시키는 단계와; 상기 비정질 실리콘층을 탈수소화하여 금속 실리사이드를 형성하는 단계와; 상기 금속 실리사이드를 결정핵으로 결정립이 성장할 수 있도록 레이저 열처리를 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전이 금속은 니켈(Ni)인 것을 특징으로 한다.
상기 전이 금속을 선택적으로 흡착시키는 단계에 있어서, 상기 버퍼층 상에 소정의 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 씌운 후 전이 금속을 스퍼터링하여 흡착시키는 것을 특징으로 한다.
상기 전이 금속을 선택적으로 흡착시키는 단계에 있어서, 상기 버퍼층 상에 전이 금속 필름을 증착하고 포토 레지스트 공정을 이용하여 패터닝하여 상기 전이 금속을 흡착시키는 것을 특징으로 한다.
상기 탈수소화 과정은 400℃ ~ 500℃의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 버퍼층은 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 다결정 실리콘 박막을 제조하는 과정을 보여주는 도면이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 유리 기판이나 웨이퍼(wafer) 등의 기판(200)을 구비하고, 이러한 기판(200) 전면에 추후 공정에서 발생하게 되는 불순물의 확산을 방지하기 위하여 소정의 두께를 가지는 버퍼층(buffer layer, SiO2,210)을 형성한다.
상기 버퍼층(210)이 형성된 기판(200) 상에 니켈(Ni, 230)을 선택적으로 흡착시키거나 증착시킨다.
이 때, 상기 니켈(230)은 섀도우 마스크(shadow mask)를 이용하여 증착시키거나, 포토 레지스트(photoresist) 공정을 통해서 패터닝(patterning)하여 선택적으로 형성할 수 있다.
이후, 상기 선택적으로 흡착된 니켈(230)이 형성되어 있는 기판(200)의 전면에 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD) 등을 이용하여 300Å ~ 1000Å 정도의 비정질 실리콘(a-Si:H) 박막(220a)을 증착한다.
그리고, 도 2b에 도시된 바와 같이 400℃ ~ 500℃에서 탈수소화(hydrogen evolution) 과정을 거친다.
이와 같은 탈수소화 공정을 거치는 이유는 앞서 비정질 실리콘 박막(220a)을 플라즈마 화학 기상 증착법으로 증착하는 과정에서 SiH4와 H4를 혼합가스로 일반적으로 사용하므로, 이때 첨가된 수소 가스(H2gas)를 제거하여 이후 레이저열처리(laser annealing) 과정에서의 막들뜸(films ablation) 현상을 방지하기 위해서이다.
이 때, 상기 탈수소화 공정 온도 400℃ ~ 500℃에서 버퍼층(210) 상에 선택적으로 형성시킨 니켈(Ni, 230)과 비정질 실리콘 박막(220a)에서 실리콘(Si)이 반응하여 니켈 실리사이드(NiSi2)가 형성된다.
상기에서, 니켈(230)은 비교적 낮은 온도에서부터 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하게 되는데, 초기에는 니켈이 풍부한 Ni2Si의 형태를 가지며, 이후 온도가 높아짐에 따라 NiSi의 형태가 되고 마지막으로 실리콘이 풍부한 NiSi2의 형태를 가지는데 이러한 NiSi2의 형태가 가장 안정한 상태이다.
여기서, 상기 금속과 비정질 실리콘의 반응 메카니즘(mechanism)을 살펴보면, 금속이 비정질 실리콘 층으로 확산(diffusion)하여 금속과 비정질 실리콘이 금속 실리사이드라는 화합물을 형성하는 것이다.
참고로 설명하면, 상기 금속은 상온에서도 비정질 실리콘과 반응을 하여 금속 실리사이드를 형성하나, 그 반응 속도가 매우 느리다.
따라서, 상기 탈수소화 공정시의 고온에서 상기 니켈과 실리콘이 활발히 반응하여 NiSi2를 형성하게 된다.
이후, 상기 NiSi2는 상기 비정질 실리콘 박막(220a)을 레이저 열처리함으로써 결정화 시키는 과정에서 결정핵으로 작용하게 된다.
상기에서, 결정화의 촉매로 사용한 니켈(230)은 철(Fe)이나 코발트(Co)와 같은 다른 전이 금속보다도 NiSi2상의 격자상수가 5.406Å으로 실리콘의 격자상수 5.430Å과 매우 비슷하며, 실리콘과 동일한 결정 구조를 가지므로 실리콘과 불일치(mismatch)가 적어 우수한 결정 특성을 가지는 다결정 실리콘 박막을 형성할 수 있다.
이어서, 도 2c와 같이 탈수소화된 비정질 실리콘 박막에 엑시머 레이저 열처리 공정을 한다.
상기 엑시머 레이저 열처리(excimer laser annealing) 공정에서 비정질 실리콘 박막(220a)이 증착된 기판(200) 전체를 이동시키면서 엑시머 레이저 빔을 조사하여 상기 비정질 실리콘 박막(220a)을 용융한다.
이 때, 상기 엑시머 레이저 빔은 특정한 파장대로 펄스화된 자외선(UV beam)으로, 이는 비정질 실리콘이 용융되는 온도가 높음에도 불구하고 엑시머 레이저를 사용하면 수십 nsec(나노 세크)의 짧은 시간에 열처리 되기 때문에 기판(200)에 손상을 주지 않는 장점을 가진다.
이러한 엑시머 레이저를 기판에 형성된 상기 비정질 실리콘 박막(220a)에 반복적으로 조사하는데, 이와 같이 상기 비정질 실리콘 박막(220a)에 엑시머 레이저를 주사하면서 기판(200) 전면을 스캐닝하면 상기 비정질 실리콘 박막(220a)의 상단부부터 용융된다.
상기와 같이 비정질 실리콘이 순간적으로 용융된 후 응고되면서 결정화 반응이 빠르게 진행되는데, 이때 상기 탈수소화 공정시 이미 형성되어 있는 결정핵을 촉매로 하여 결정화 반응이 유도되어 결정립이 성장된다.
따라서, 상기 레이저 열처리 공정에서는 결정핵이 이미 형성되어 있으므로 결정립의 성장 반응만을 제어하게 된다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 레이저를 이용하여 결정화 공정을 거친 후에 형성된 다결정 실리콘 박막(220b)은 제한된 수의 결정핵에서 결정화 반응이 유도됨으로써 동도에서 확대하여 나타낸 바와 같이 결정립의 크기(grain size)가 수 ㎛로 매우 조대하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예로서, 다결정 실리콘 박막 제조 시에 니켈을 섀도우 마스크를 이용하여 선택적으로 형성하는 방법을 보여주는 도면이다.
먼저, 앞서 다결정 실리콘 박막 제조 공정에서 설명한 바 있듯이 유리 기판이나 웨이퍼(wafer) 등의 기판(200)을 구비하고, 이러한 기판 전면에 추후 공정에서 발생하게 되는 불순물의 확산을 방지하기 위하여 소정의 두께를 가지는 버퍼층(buffer layer, SiO2, 210)을 형성한다.
상기 버퍼층(210)이 형성된 기판(200) 상에 니켈(Ni, 230)을 선택적으로 흡착시키거나 증착시킨다.
이 때, 상기 니켈(230)은 섀도우 마스크(shadow mask, 240)를 이용하여 스퍼터링(sputtering)법으로 증착시킨다.
즉, 상기 니켈(230)이 타켓 물질로부터 스퍼터링되면 섀도우 마스크(240)에의해서 상기 기판 상의 원하는 위치에 제한된 수의 니켈(230)이 선택적으로 형성된다.
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예로서, 다결정 실리콘 박막 제조 시에 니켈을 포토 레지스트 공정을 이용하여 선택적으로 형성하는 방법을 보여주는 도면이다.
먼저, 앞서 다결정 실리콘 박막 제조 공정에서 설명한 바 있듯이 유리 기판이나 웨이퍼(wafer) 등의 기판을 구비하고, 이러한 기판 전면에 추후 공정에서 발생하게 되는 불순물의 확산을 방지하기 위하여 소정의 두께를 가지는 버퍼층(buffer layer, SiO2, 210)을 형성한다.
상기 버퍼층(210)이 형성된 기판 상에 니켈(Ni)을 선택적으로 흡착시키거나 증착시킨다.
이 때, 상기 니켈은 포토 레지스트(photoresist) 공정을 통해서 패터닝(patterning)하여 선택적으로 형성할 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 절연 기판 상에 플라즈마 화학 기상 증착법을 이용하여 소정의 두께를 가지는 버퍼층(buffer layer, SiO2, 210)을 적층한다.
여기서, 상기 버퍼층(210)은 상기 절연 기판의 불순물 성분이 비정질 실리콘 박막으로 확산되는 것을 방지하기 위한 것이다.
이후, 상기 버퍼층 상에 도 4에 나타낸 바와 같이 니켈 필름(Ni film, 231a)을 증착시킨다.
그리고, 도 4c에 도시된 바와 같이 상기 니켈 필름(231a) 상에 포토 레지스트막(250a)을 코팅한다.
상기 니켈 필름(231a) 또는 포토 레지스트막(250a)을 증착시키기 위하여 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD)법을 이용하여 증착시킬 수도 있고 스핀 코팅(spin coating)법을 이용하여 증착시킬 수도 있다.
이어서, 도 4d와 같이 포토리소그라피(photolithography) 방법을 이용하여 상기 포토 레지스트막(250a)을 패터닝한다.
즉, 상기 니켈 필름(231a) 위에 포토 레지스트막(250a)을 코팅시킨 후 사진 현상하여 포토 레지스터 패턴(250b)을 형성한다.
그리고, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 포토 레지스터 패턴(250b)을 이용하여 니켈 필름(231a)을 건식 식각 또는 습식 식각함으로써 상기 포토 레지스터 패턴(250b)과 동일한 패턴을 가지도록 니켈(231b)을 형성시킬 수 있다.
다음으로, 상기 공정에서 포토 레지스터 패턴(250b)을 제거하여 상기 기판 상의 원하는 위치에 제한된 수의 니켈(231b)이 선택적으로 형성되도록 한다.
상기와 같이 기판 상에 선택적으로 형성된 니켈(231b)은 이후 공정에서 비정질 실리콘 박막을 증착시킨 후 공정 온도 400℃ ~ 500℃의 탈수소화 과정에서 비정질 실리콘과의 반응으로 니켈 실리사이드상(NiSi2)이 형성되며, 상기 니켈 실리사이드상은 레이저 열처리 공정에서 결정핵으로 작용한다.
그리고, 최종 공정인 레이저 열처리 공정에서 비정질 실리콘 박막 내에서 니켈 실리사이드상으로부터 결정립 성장 반응이 유도됨으로써 수 ㎛의 조대한 크기의 결정립을 가지는 다결정 실리콘 박막이 형성되게 된다.
이 때, 상기 결정핵 생성 반응은 선택적으로 니켈을 형성시키는 공정과 탈수소화 공정에 의하여 니켈 실리사이드를 형성시키는 공정에서 제어를 하고, 결정립 성장 반응은 레이저 열처리 공정에서 제어를 함으로써 고결정성의 다결정 실리콘 박막을 형성하게 된다.
이상 본 발명은 상기 예시한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다.
본 발명은 박막 트랜지스터의 제작 공정 시 기판 상에 니켈을 선택적으로 증착시켜 상기 니켈을 촉매로 이용하여 레이저 열처리를 통해서 비정질 실리콘 박막을 결정화시킴으로써 저온의 제조 환경에서도 결정화가 가능하며 박막 내 결정립의 크기가 크고 우수하여 결정화 공정의 안정화는 물론 박막 트랜지스터의 전자 이동도를 향상시킬 수 있어 다결정 실리콘 박막을 사용하는 박막 트랜지스터 소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Claims (6)
- 기판 상에 버퍼층(buffer layer)를 형성하는 단계와;상기 버퍼층 상에 전이 금속을 선택적으로 흡착시키는 단계와;상기 전이 금속이 흡착된 버퍼층 상에 비정질 실리콘을 증착시키는 단계와;상기 비정질 실리콘층을 탈수소화하여 금속 실리사이드를 형성하는 단계와;상기 금속 실리사이드를 결정핵으로 결정립이 성장할 수 있도록 레이저 열처리를 하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 전이 금속은 니켈인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 전이 금속을 선택적으로 흡착시키는 단계에 있어서,상기 버퍼층 상에 소정의 패턴을 가지는 섀도우 마스크를 씌운 후, 전이 금속을 스퍼터링하여 흡착시키는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 전이 금속을 선택적으로 흡착시키는 단계에 있어서,상기 버퍼층 상에 전이 금속 필름을 증착하고 포토 레지스트 공정을 이용하여 패터닝하여 상기 전이 금속을 흡착시키는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 탈수소화 과정은 400℃ ~ 500℃의 온도에서 진행되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 버퍼층은 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 제조 방법.
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2002
- 2002-12-31 KR KR1020020088093A patent/KR20040061795A/ko not_active Application Discontinuation
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |