KR100304123B1 - A method of fabricating thin film transistor using trench structure and capping layer - Google Patents
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Abstract
비정질 실리콘 박막이 증착된 기판 구조의 개선을 통해 레이저 에너지를 국부적으로 조절하여 용융되지 않는 비정질 실리콘을 형성하고, 이로부터 용융 실리콘이 재결정화하여 실리콘 그레인이 수평으로 크게 성장하도록 유도하여 그레인이 크고 결정 결함이 적은 다결정 실리콘 박막을 얻을 수 있다. 본 발명에서는 트렌치 구조가 형성된 버퍼 산화막 상부에 비정질 실리콘 박막 및 캡핑층(capping layer)을 증착한 후, 레이저 결정화를 수행한다. 이때, 기울어진 벽에 도달한 레이저광은 편평한 면에 수직으로 입사한 레이저광에 비해서 비정질 실리콘 박막에 매우 적은 에너지를 전달하게 된다. 그 원인은 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째로, 트렌치 구조의 기울어진 벽에는 레이저빔이 비스듬히 조사되므로 수직으로 입사하는 경우에 비해서 레이저 에너지가 약하게 전달된다. 둘째로, 캡핑층 표면 및 비정질 실리콘 박막의 표면에서 각각 레이저빔이 반사되므로 비정질 실리콘 박막에 흡수되는 레이저 에너지가 크게 감소한다. 특히, 비스듬히 조사되는 빛은 수직으로 조사되는 빛에 비해서 입사각에 비례하여 반사되는 비율이 커지기 때문에 이러한 이중반사의 영향은 매우 크다. 세째로, 트렌치 하부 구석의, 레이저광의 파장보다 좁은 폭의 영역에는 레이저빔이 진행하지 못하고 레이저 에너지가 거리에 대해서 지수함수적으로 감소하므로 레이저빔이 거의 미치지 못한다. 따라서, 레이저 조사 후에도 용융되지 않고 고체 상태로 남아있는 비정질 실리콘 영역이 단층 구조의 하부 구석에 존재하게 된다. 이러한 비정질 실리콘 영역과 용융된 실리콘과의 경계에서부터 실리콘의 재결정화가 시작되어 그레인의 수평 성장이 발생한다.By improving the substrate structure on which the amorphous silicon thin film is deposited, the laser energy is locally controlled to form amorphous silicon that does not melt, from which the molten silicon is recrystallized to induce the silicon grain to grow large horizontally so that the grain is large and crystallized. A polycrystalline silicon thin film with few defects can be obtained. In the present invention, an amorphous silicon thin film and a capping layer are deposited on the buffer oxide layer on which the trench structure is formed, and then laser crystallization is performed. At this time, the laser light reaching the tilted wall transmits very little energy to the amorphous silicon thin film as compared with the laser light incident on the flat surface. The cause can be summarized as follows. First, since the laser beam is irradiated obliquely to the inclined wall of the trench structure, the laser energy is weakly transmitted as compared with the case where it is incident vertically. Second, since the laser beam is reflected on the surface of the capping layer and the surface of the amorphous silicon thin film, the laser energy absorbed by the amorphous silicon thin film is greatly reduced. In particular, the effect of the double reflection is very large because the light that is irradiated at an angle is more reflected in proportion to the angle of incidence than the light that is irradiated at an angle. Thirdly, the laser beam does not proceed in the region of the lower portion of the trench, which is narrower than the wavelength of the laser light, and the laser energy is almost not reachable because the laser energy decreases exponentially with distance. Therefore, the amorphous silicon region which remains in the solid state without melting even after laser irradiation is present in the lower corner of the monolayer structure. From this boundary between the amorphous silicon region and the molten silicon, recrystallization of the silicon starts and horizontal growth of grain occurs.
Description
본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 엑시머 레이저 결정화를 이용하는 다결정 실리콘 박막 형성 및 그를 이용한 박막 트랜지스터 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor technology, and more particularly, to a polycrystalline silicon thin film formation using excimer laser crystallization and a thin film transistor manufacturing method using the same.
박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD)의 구동회로와 화소 스위칭 소자로 널리 사용되고 있다. 특히, 차세대 이동통신시스템(International Mobile Telecommunication - 2000, IMT-2000)용 이동통신 화상 단말기 등에 LCD 패널이 채용될 예정이어서 고품질의 TFT 개발이 시급한 실정이다.Thin film transistors (TFTs) are widely used as driving circuits and pixel switching elements of liquid crystal displays (LCDs). In particular, since LCD panels are to be employed in mobile communication video terminals for next generation mobile communication systems (International Mobile Telecommunications 2000, IMT-2000), it is urgent to develop high quality TFTs.
유리 기판에 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 집적시키기 위해서는 유리 기판에 손상을 주지 않는 저온 공정으로 비정질 실리콘을 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 등을 이용한 저온 증착 방법으로 제작한 다음 엑시머 레이저 어닐링을 이용하여 다결정 실리콘으로 결정화하는 방법이 가장 유리한 것으로 보고되고 있으며, 따라서 이에 대한 많은 연구가 진행 중에 있다.In order to integrate a polycrystalline silicon thin film transistor on a glass substrate, amorphous silicon is fabricated by a low temperature deposition method using PECVD (Plasma Enhanced CVD) in a low temperature process that does not damage the glass substrate, and then crystallized into polycrystalline silicon using excimer laser annealing. It is reported that the method is the most advantageous, and thus much research is in progress.
그러나, 다결정 실리콘 활성층의 그레인 경계(grain boundary)와 그레인 내부에 존재하는 많은 결함(defect)들로 인한 트랩 상태(trap state)들이 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 저하시킨다. 이러한 트랩 상태 밀도를 줄이기 위해서는 그레인 내부의 결함 밀도가 낮고, 수평으로 크게 자란 그레인을 갖는 다결정 실리콘 박막을 제작할 필요가 있다.However, trap states due to the grain boundaries of the polycrystalline silicon active layer and many defects present in the grains degrade the electrical properties of the polycrystalline silicon thin film transistor. In order to reduce such trap state density, it is necessary to manufacture a polycrystalline silicon thin film having a low density of defects in grains and having large horizontally grown grains.
비정질 실리콘 박막의 레이저 결정화를 통해서 그레인의 수평 성장을 유도하여 그레인의 크기를 증가시키는 다양한 방법들이 제안되었다. 즉, 추가적인 사진 및 식각 공정 또는 이온주입 등을 통하여 인위적으로 결정핵을 형성하거나, 레이저광의 간섭 효과를 이용하여 국부적으로 레이저 에너지 분포의 차이를 유발하여 그레인의 수평 성장을 촉진하는 방법 등이 보고된 바 있습니다.Various methods have been proposed to increase grain size by inducing horizontal growth of grain through laser crystallization of an amorphous silicon thin film. In other words, it has been reported that methods for artificially forming crystal nuclei through additional photographic and etching processes or ion implantation, or promoting horizontal growth of grains by causing differences in laser energy distribution locally using interference effects of laser light have been reported. Bar.
그러나, 이러한 종래기술들은 추가적인 공정을 필요로 하여 공정을 복잡화하는 단점이 있거나, 대면적 기판에 적용시 불균일성 문제가 개선되어야 하는 과제를 안고 있다.However, these prior arts have the disadvantage of complicating the process by requiring an additional process, or the problem that the nonuniformity problem when applied to a large-area substrate has to be improved.
본 발명은 그 활성층을 이루는 다결정 실리콘 박막을 형성하기 위하여 엑시머 레이저 어닐링을 사용하여 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 경우, 복잡한 공정의 추가 없이 기판 전체적으로 균일하게 실리콘 그레인의 수평 성장을 유도할 수 있는 박막 트랜지스터 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.According to the present invention, in the case of crystallizing an amorphous silicon thin film by using excimer laser annealing to form a polycrystalline silicon thin film constituting the active layer, a thin film transistor can be produced which can induce horizontal growth of silicon grain uniformly throughout the substrate without the addition of a complicated process. The purpose is to provide a method.
도 1은 본 발명의 기술적 원리를 설명하기 위한 모식도.1 is a schematic diagram for explaining the technical principle of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 다결정 실리콘 박막의 결정화 공정도.2A and 2B are crystallization process diagrams of a polycrystalline silicon thin film of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 3은 3000Å 두께의 캡핑 산화막과 트렌치 구조를 이용한 레이저 어닐링 후의 다결정 실리콘 그레인을 나타낸 투과 전자 현미경(TEM) 사진.FIG. 3 is a transmission electron microscope (TEM) image showing polycrystalline silicon grains after laser annealing using a 3000 kPa thick capping oxide film and a trench structure.
도 4는 트렌치 구조 없이 편평한 기판에 3000Å 두께의 캡핑 산화막을 적용하고 동일한 조건으로 레이저 어닐링을 수행한 결과를 나타낸 TEM 사진.4 is a TEM photograph showing the results of applying a 3000 Å capping oxide film on a flat substrate without a trench structure and performing laser annealing under the same conditions.
도 5는 캡핑 산화막 없이 트렌치 구조만을 적용하여 레이저 어닐링을 수행한 결과를 나타낸 TEM 사진.5 is a TEM photograph showing the results of laser annealing by applying only a trench structure without a capping oxide film.
도 6은 1000Å 두께의 얇은 캡핑 산화막과 트렌치 구조를 적용하여 레이저 어닐링을 실시한 결과를 나타낸 TEM 사진.FIG. 6 is a TEM photograph showing the results of laser annealing applying a thin capping oxide film and a trench structure having a thickness of 1000 Hz. FIG.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 박막 트랜지스터의 구조도.7 is a structural diagram of a thin film transistor formed according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
11 : 버퍼 산화막11: buffer oxide film
12 : 다결정 실리콘 박막12: polycrystalline silicon thin film
13 : 캡핑층13: capping layer
a-Si : 비정질 실리콘 영역(박막)a-Si: amorphous silicon region (thin film)
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 박막 트랜지스터 제조방법은, 소정의 하부층 상에 버퍼 산화막을 형성하는 제1 단계; 게이트 영역의 상기 버퍼 산화막을 선택적으로 식각하여 트렌치를 형성하는 제2 단계; 상기 제2 단계를 마친 전체 구조 표면을 따라 비정질 실리콘 박막을 증착하는 제3 단계; 엑시머 레이저 어닐링을 실시하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화하되, 상기 트렌치 하부 구석에 상기 비정질 실리콘 박막이 결정화되지 않고 잔류하도록 하는 제4 단계; 및 게이트 및 소오스/드레인을 형성하는 제5 단계를 포함하여 이루어진다.According to one or more exemplary embodiments, a method of manufacturing a thin film transistor includes: forming a buffer oxide layer on a predetermined lower layer; Forming a trench by selectively etching the buffer oxide layer in the gate region; A third step of depositing an amorphous silicon thin film along the entire structure surface of the second step; Performing an excimer laser annealing to crystallize the amorphous silicon thin film so that the amorphous silicon thin film remains in the trench lower corner without being crystallized; And a fifth step of forming the gate and the source / drain.
또한, 본 발명의 박막 트랜지스터 제조방법은, 소정의 하부층 상에 버퍼 산화막을 형성하는 제1 단계; 게이트 영역의 상기 버퍼 산화막을 선택적으로 식각하여 트렌치를 형성하는 제2 단계; 상기 제2 단계를 마친 전체 구조 표면을 따라 비정질 실리콘 박막을 증착하는 제3 단계; 상기 비절질 실리콘 박막의 표면을 따라 덮개층을 형성하는 제4 단계; 엑시머 레이저 어닐링을 실시하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화하되, 상기 트렌치 하부 구석에 상기 비정질 실리콘 박막이 결정화되지 않고 잔류하도록 하는 제5 단계; 및 게이트 및 소오스/드레인을 형성하는 제6 단계를 포함하여 이루어진다.In addition, the method of manufacturing a thin film transistor of the present invention includes a first step of forming a buffer oxide film on a predetermined lower layer; Forming a trench by selectively etching the buffer oxide layer in the gate region; A third step of depositing an amorphous silicon thin film along the entire structure surface of the second step; Forming a cover layer along a surface of the non-crystalline silicon thin film; Performing an excimer laser annealing to crystallize the amorphous silicon thin film, wherein the amorphous silicon thin film remains in the trench lower corner without being crystallized; And a sixth step of forming the gate and the source / drain.
비정질 실리콘 박막이 증착된 기판 구조의 개선을 통해 레이저 에너지를 국부적 조절하여 용융되지 않는 비정질 실리콘을 형성하고, 이로부터 용융 실리콘이 재결정화하여 실리콘 그레인이 수평으로 크게 성장하도록 유도하여 그레인이 크고 결정 결함이 적은 다결정 실리콘 박막을 얻을 수 있다. 그 원리를 첨부된 도면 도1에 도시하였다. 본 발명에서는 트렌치 구조가 형성된 버퍼 산화막(11) 상부에 비정질 실리콘 박막(a-Si) 및 캡핑층(capping layer)(13)을 증착한 후, 레이저 결정화를 수행한다. 이때, 기울어진 벽에 도달한 레이저광은 편평한 면에 수직으로 입사한 레이저광에 비해서 비정질 실리콘 박막(a-Si)에 매우 적은 에너지를 전달하게 된다. 그 원인은 다음과 같이 요약할 수 있다. 첫째로, 트렌치 구조의 기울어진 벽에는 레이저빔이 비스듬히 조사되므로 수직으로 입사하는 경우에 비해서 레이저 에너지가 약하게 전달된다. 둘째로, 캡핑층(13) 표면 및 비정질 실리콘 박막(a-Si)의 표면에서 각각 레이저빔이 반사되므로 비정질 실리콘 박막(a-Si)에 흡수되는 레이저 에너지가 크게 감소한다. 특히, 비스듬히 조사되는 빛은 수직으로 조사되는 빛에 비해서 입사각에 비례하여 반사되는 비율이 커지기 때문에 이러한 이중반사의 영향은 매우 크다. 세째로, 트렌치 하부 구석의, 레이저광의 파장보다 좁은 폭의 영역에는 레이저빔이 진행하지 못하고 레이저 에너지가 거리에 대해서 지수함수적으로 감소하므로 레이저빔이 거의 미치지 못한다. 따라서, 레이저 조사 후에도 용융되지 않고 고체 상태로 남아있는 비정질 실리콘 영역(a-Si)이 단층 구조의 하부 구석에 존재하게 된다. 이러한 비정질 실리콘 영역(a-Si)과 용융된 실리콘과의 경계에서부터 실리콘의 재결정화가 시작되어 화살표 방향으로 그레인의 수평 성장이 발생한다. 제안된 공정에서 단차를 형성하기 위한 트렌치 식각은 박막 트랜지스터의 게이트 전극 패터닝 공정을 대신하여 수행하므로 추가의 사진 및 식각 공정이 필요하지 않다. 미설명 도면 부호 '12'는 비정질 실리콘 박막이 결정화되어 형성된 다결정 실리콘 박막을 나타낸 것이다.By improving the substrate structure on which the amorphous silicon thin film is deposited, the laser energy is locally controlled to form amorphous silicon that is not melted, from which the molten silicon is recrystallized to induce silicon grains to grow large horizontally, resulting in large grains and crystal defects. This low polycrystalline silicon thin film can be obtained. The principle is shown in FIG. In the present invention, after the amorphous silicon thin film (a-Si) and the capping layer (13) is deposited on the buffer oxide film 11 having the trench structure, laser crystallization is performed. In this case, the laser beam reaching the inclined wall transmits very little energy to the amorphous silicon thin film (a-Si) as compared with the laser beam incident perpendicularly to the flat surface. The cause can be summarized as follows. First, since the laser beam is irradiated obliquely to the inclined wall of the trench structure, the laser energy is weakly transmitted as compared with the case where it is incident vertically. Secondly, since the laser beam is reflected on the surface of the capping layer 13 and the surface of the amorphous silicon thin film a-Si, the laser energy absorbed by the amorphous silicon thin film a-Si is greatly reduced. In particular, the effect of the double reflection is very large because the light that is irradiated at an angle is more reflected in proportion to the angle of incidence than the light that is irradiated at an angle. Thirdly, the laser beam does not proceed in the region of the lower trench, which is narrower than the wavelength of the laser beam, and the laser energy does not reach almost as the laser energy decreases exponentially with distance. Therefore, an amorphous silicon region (a-Si) that remains in a solid state without melting even after laser irradiation is present in the lower corner of the single layer structure. Recrystallization of silicon starts from the boundary between the amorphous silicon region (a-Si) and the molten silicon, and horizontal growth of grain occurs in the direction of the arrow. In the proposed process, the trench etching for forming the step is performed in place of the gate electrode patterning process of the thin film transistor, so no additional photo and etching process is required. Reference numeral '12' represents a polycrystalline silicon thin film formed by crystallizing an amorphous silicon thin film.
이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be introduced in order to enable those skilled in the art to more easily carry out the present invention.
첨부된 도면 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 다결정 실리콘 박막의 결정화 공정을 도시한 것으로, 이하 이를 참조하여 설명한다.2A and 2B illustrate a crystallization process of a polycrystalline silicon thin film of a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention, which will be described with reference to the following.
본 실시예에 따른 레이저 결정화 공정은, 우선 도 2a에 도시된 바와 같이 코닝(Corning)사의 1737 유리 기판(20) 위에 1㎛ 두께의 버퍼 산화막(SiO2)(21)을 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법으로 증착한다. 박막 트랜지스터의 게이트 영역에 트렌치 구조를 형성하기 위해서 사진 공정을 수행하고 MERIE(Magnet Enhanced Reactive Ion Etch) 방법으로 버퍼 산화막(21)을 선택 식각하여 0.5㎛ 깊이의 트렌치를 형성한다. 이때, 트렌치 벽의 기울기는 80°로 하여 후속 비정질 실리콘 박막 증착시 스텝 커버리지(Step coverage)에 문제가 없도록 하는 것이 바람직하나, 70∼90° 범위에서 최적화된 값을 선택할 수 있다.In the laser crystallization process according to the present embodiment, first, a 1 µm-thick buffer oxide film (SiO 2 ) 21 is formed on a Corning 1737 glass substrate 20 as shown in FIG. 2A. Deposition by the method. In order to form a trench structure in the gate region of the thin film transistor, a photolithography process is performed, and a buffer oxide film 21 is selectively etched by a magnet enhanced reactive ion etching (MERIE) method to form a trench having a depth of 0.5 μm. In this case, it is preferable that the slope of the trench wall is 80 ° so that there is no problem in step coverage during subsequent deposition of the amorphous silicon thin film, but an optimized value may be selected in the range of 70 to 90 °.
계속하여, 이와 같은 트렌치 구조를 갖는 버퍼 산화막(21) 상에 800Å 두께의 비정질 실리콘 박막(22)을 LPCVD(Low Pressure CVD) 또는 PECVD 방법으로 증착하고 캡핑층으로서 1000∼3000Å 두께의 실리콘산화막(23)을 PECVD 방법으로 증착한다.Subsequently, an 800 nm thick amorphous silicon thin film 22 was deposited on the buffer oxide film 21 having such a trench structure by LPCVD (Low Pressure CVD) or PECVD, and a 1000 to 3000 mm thick silicon oxide film 23 was used as a capping layer. ) Is deposited by PECVD method.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이 전체 구조에 350mJ/㎠의 에너지 밀도를 갖는 XeCl 엑시머 레이저(λ=308nm)를 조사하였다. 이러한 레이저 어닐링에 의해비정질 실리콘 박막(22)이 결정화되어 다결정 실리콘 박막(22a)이 형성되는데, 상기 도 1의 설명에서 언급한 바와 같은 원리에 의해 트렌치 하부 모서리 부분에서 비정질 실리콘 박막(22)이 잔존하게 되고 이러한 비정질 실리콘 박막(22)의 경계로부터 조대한 입자 크기를 갖는 다결정 실리콘 박막(22a)이 형성된다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, an XeCl excimer laser (λ = 308 nm) having an energy density of 350 mJ / cm 2 was irradiated to the entire structure. By the laser annealing, the amorphous silicon thin film 22 is crystallized to form a polycrystalline silicon thin film 22a. The amorphous silicon thin film 22 remains in the trench lower edge portion by the principle mentioned in the description of FIG. The polycrystalline silicon thin film 22a having coarse particle size is formed from the boundary of the amorphous silicon thin film 22.
레이저 어닐링 시 캡핑 산화막(23)의 작용을 규명하기 위해서 캡핑 산화막(23)이 없고 다른 조건이 모두 동일한 시편도 제작하여 캡핑 산화막(23)이 있는 시편과 함께 투과 전자 현미경(TEM)을 이용하여 관찰하였다.In order to clarify the action of the capping oxide layer 23 during laser annealing, specimens without the capping oxide layer 23 and all other conditions were prepared and observed using a transmission electron microscope (TEM) together with the specimen having the capping oxide layer 23. It was.
첨부된 도면 도 3은 3000Å 두께의 캡핑 산화막과 트렌치 구조를 이용한 레이저 어닐링 후의 다결정 실리콘 그레인을 나타낸 투과 전자 현미경(TEM) 사진으로서, 두꺼운 캡핑 산화막이 레이저 조사에 의해 용융된 실리콘의 냉각 속도를 낮추어 그레인의 수평 성장을 촉진한 상태를 나타내고 있다. 도면에 도시된 바와 같이 트렌치 하부 구석에 비정질 실리콘 영역(a-Si)이 잔류하게 되며, 트렌치의 바닥 수평면에 두 개의 큰 그레인(그레인 1, 2)으로 이루어진 다결정 실리콘(poly-Si)을 확인할 수 있는데, 이 두 그레인(그레인 1, 2)은 트렌치의 양쪽 수직벽 하부에 각각 존재하는 비정질 실리콘(a-Si)으로부터 트렌치 바닥의 중심을 향해서 성장하다가 중간 위치에서 만나고 있다. 이러한 현상은 용융되지 않고 남아있던 저온의 비정질 실리콘(a-Si)이 그레인 성장을 위한 시작점으로서 작용한 결과라 할 수 있다.3 is a transmission electron microscopy (TEM) image showing polycrystalline silicon grains after laser annealing using a trench structure with a capping oxide film and a trench structure having a thickness of 3000 kPa, wherein the thick capping oxide film has lowered cooling rate of molten silicon by laser irradiation. The state which promoted horizontal growth of is shown. As shown in the figure, an amorphous silicon region (a-Si) remains in the lower corner of the trench, and polycrystalline silicon (poly-Si) composed of two large grains (grains 1 and 2) can be seen on the bottom horizontal surface of the trench. These two grains (grains 1 and 2) grow from the amorphous silicon (a-Si) at the bottom of both vertical walls of the trench toward the center of the trench bottom and meet at an intermediate position. This phenomenon can be said to be the result of the low temperature amorphous silicon (a-Si) remaining unmelted as a starting point for grain growth.
첨부된 도면 도 4는 트렌치 구조 없이 편평한 기판에 3000Å 두께의 캡핑 산화막을 적용하고 동일한 조건으로 레이저 어닐링을 수행한 결과를 나타낸 것으로, 자연적으로 형성되어 무작위적으로 배열되는 결정핵이 그레인 성장을 위한 시작점으로 작용하기 때문에 그레인의 크기가 작고 내부 결함이 많은 것을 확인할 수 있다. 이로써, 트렌치의 단층 구조가 실리콘 그레인 성장의 수평 성장에 핵심적인 역할을 하는 것을 확인할 수 있다.FIG. 4 shows the result of applying a 3000 Å capping oxide film to a flat substrate without a trench structure and performing laser annealing under the same conditions. The starting point for grain growth of naturally formed randomly arranged nuclei is shown. It can be confirmed that the grain size is small and there are many internal defects. Thus, it can be seen that the monolayer structure of the trench plays a key role in the horizontal growth of silicon grain growth.
첨부된 도면 도 5는 캡핑 산화막 없이 트렌치 구조만을 적용하여 레이저 어닐링을 수행한 결과를 나타낸 것으로, 레이저 조사시 캡핑 산화막이 없기 때문에 비정질 실리콘의 상부 표면에서만 레이저 빔의 반사가 발생하여 캡핑 산화막이 있는 경우에 비해서 비정질 실리콘 박막에 흡수되는 레이저 에너지가 두 배에 이르게 되고, 이에 따라서, 트렌치 수직벽 하부에 비정질 실리콘 영역이 남아있지 않고 완전하게 다결정 실리콘(poly-Si)으로 결정화된다. 이 경우에는 또한, 그레인의 수평성장도 일어나지 않으며, 캡핑 산화막이 없기 때문에 용융된 비정질 실리콘이 급속히 냉각되어 그레인 크기가 매우 작게 나타나게 된다. 참고적으로, 이러한 결과는 캡핑 산화막의 관점에서 실험을 진행한 것에 기인하는 결과로서, 트렌치 구조만을 적용하더라도 캡핑 산화막을 사용하는 것에 비해 효과는 떨어지는 것이 확실하지만, 측벽의 기울기, 레이저 빔의 세기 등을 조절하여 트렌치 하부 구석에 용융되지 않은 비정질 실리콘을 잔류시키고 이로부터 비교적 큰 그레인을 형성할 수 있다.5 is a diagram illustrating a result of laser annealing by applying only a trench structure without a capping oxide layer. When there is no capping oxide layer during laser irradiation, reflection of the laser beam occurs only on the upper surface of the amorphous silicon so that the capping oxide layer is present. In comparison, the amount of laser energy absorbed in the amorphous silicon thin film is doubled, and thus crystallization is completely crystallized into poly-silicon without leaving an amorphous silicon region under the trench vertical wall. Also in this case, grain growth does not occur, and since there is no capping oxide film, the molten amorphous silicon is rapidly cooled and the grain size appears very small. For reference, these results are due to the experiments in terms of the capping oxide film. Even though only the trench structure is applied, it is obvious that the effect is inferior to that of the capping oxide film, but the slope of the sidewall, the intensity of the laser beam, etc. It is possible to adjust undesired amorphous silicon in the lower trench corners to form relatively large grains therefrom.
첨부된 도면 도 6은 1000Å 두께의 얇은 캡핑 산화막과 트렌치 구조를 적용하여 레이저 어닐링을 실시한 결과를 나타낸 것으로, 이 경우에는 캡핑 산화막의 두께가 얇기 때문에 보온 효과가 감소되어 용융 실리콘의 냉각 속도가 빠르게 나타나고, 이에 따라 다결정 실리콘(poly-Si)을 이루는 그레인의 크기가 작아짐을 알 수 있다. 한편, 트렌치 수직벽 하부에는 비정질 실리콘 영역(a-Si)이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.6 shows a result of laser annealing by applying a 1000 kW thin capping oxide film and a trench structure. In this case, since the capping oxide film is thin, the thermal insulation effect is reduced and the cooling rate of the molten silicon is rapidly increased. As a result, it can be seen that the grain size of the polycrystalline silicon (poly-Si) is reduced. On the other hand, it was confirmed that an amorphous silicon region (a-Si) was formed under the trench vertical wall.
첨부된 도면 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 박막 트랜지스터의 구조를 도시한 것으로, 채널 영역이 양질의 다결정 실리콘 박막(poly-Si)으로 이루어지며, 채널 양 끝에 비정질 실리콘 영역(a-Si)이 형성되어 누설전류를 감소시킬 수 있는 장점과 더불어 소자 제작 후에도 기판 표면이 평탄화되는 장점이 있다.7 is a view illustrating a structure of a thin film transistor formed according to an exemplary embodiment of the present invention, wherein a channel region is formed of a high quality polycrystalline silicon thin film (poly-Si), and an amorphous silicon region (a-) is formed at both ends of the channel. Si) is formed to reduce the leakage current, and the surface of the substrate is flattened even after fabrication of the device.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary knowledge.
예컨데, 전술한 실시예에서는 캡핑층으로 실리콘 산화막을 사용하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 본 발명은 캐핑층으로 레이저가 투과할 수 있는 다른 물질을 하나 또는 다수로 사용하여 형성하는 경우에도 적용된다.For example, in the above-described embodiment, the case where the silicon oxide film is used as the capping layer has been described as an example. However, the present invention is also applicable to the case of forming one or more other materials through which the laser can pass through the capping layer. .
본 발명은 박막 트랜지스터 제조를 위해 비정질 실리콘 박막을 레이저 결정화하는 경우, 복잡한 공정의 추가 없이 기판 전체적으로 균일하게 실리콘 그레인의 수평 성장을 유도할 수 있는 효과가 있으며, 박막 트랜지스터의 전기적 특성의 개선을 기대할 수 있다.According to the present invention, in the case of laser crystallization of an amorphous silicon thin film for the manufacture of a thin film transistor, there is an effect that can induce horizontal growth of the silicon grain uniformly throughout the substrate without the addition of a complicated process, it can be expected to improve the electrical properties of the thin film transistor have.
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