KR0129817B1 - 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 제조방법 - Google Patents
다결정 실리콘 박막트랜지스터의 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로서, 종래에 다결정실리콘의 결정립 결함이 많고 열처리시간이 길어 제조생산성이 낮은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 투명 절연기판(10)상에 비정질실리콘 박막(20')을 증착하는 공정(a)과, 이 비정질실리콘 박막(20')을 비활성기체 또는 활성기체중의 적어도 하나의 기체 또는 이 기체들중 적어도 2종류 이상의 혼합기체로 이루어진 상압이상 및 고압전기로에서 고상결정화시켜 다결정실리콘 박막(20)을 형성하는 공정(b)과, 이 다결정실리콘 박막(20)을 리소그래피와 식각을 이용하여 다결정실리콘 활성영역(20)을 형성하는 공정(c)과, 이 위에 게이트실리콘 산화막(30) 및 게이트 다결정실리콘(40)을 순차로 형성한 후 불순물 이온주입을 하여 소오스와 드레인(50)을 형성하는 공정(d)과, 상기 소오스와 드레인(50)상에 금속막을 증착하여 금속전극(70)을 형성하는 공정(e)을 제공함으로써 다결정실리콘의 결정립계 결함을 감소시켜 고성능의 박막트랜지스터를 제작할 수 있을뿐만 아니라, 제조공정 시간도 줄일 수 있다.
Description
제1도는 종래의 제조방법에 의해 제작된 다결정실리콘 박막트랜지스터의 단면도.
제2도는 본 발명의 제조방법을 나타내는 공정도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1,10 : 투명 절연기판 또는 절연막이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼,
2 : 다결정실리콘 20 : 다결정실리콘박막(또는 다결정실리콘 활성영역)
20' : 비정질실리콘 박막 3,30,6,60 : 실리콘산화막
4,40,5,50 : 인(P) 이나 비소(As)가 도핑된 n+형 다결정실리콘 또는 붕소(B)가 도핑된 p+형 다결정실리콘 7,70 : 금속전극
본 발명은 다결정실리콘 박막트랜지스터(TFT)의 제조방법에 관한 것이다. 종래의 다결정실리콘 박막 제조공정을 대폭개선시킴과 동시에 다결정실리콘 박막트랜지스터의 전기적 특성을 향상시키기 위한 것이다.
상기 다결정실리콘 박막트랜지스터는 고화질의 액정표시기(Liquid crystal display, LCD)의 판넬픽셀 스위치 또는 주변구동회로나, 4메가 비트(4Mbit)이상의 고집적, 저소비전력의 에스램(static random access memory, SRAM)의 풀업(pull-up)소자로 응용되고 있다.
제1도는 종래의 제조방법에 의해 제작된 다결정실리콘 박막트랜지스터의 단면도를 나타낸다. 그 제조방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 투명 절연기판(1)위에 플라즈마 화학기상증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)법이나 저압화학기상증착법으로 비정질실리콘(amorphous silicon,a-Si)을 증착하여 고상(solid phase) 또는 액상(liquuid phase)결정화로 다결정실리콘(2),(5)를 형성한다.
그후, 리소그래피(lithography)와 건식식각으로 트랜지스터의 활성영역(active are-a)을 정의하고, 그 후 일반적인 엘에스아이(LSI) 자기정렬(self-aligned)기술을 이용하여 게이트(gate)실리콘산화막(3), 게이트 다결정실리콘(4), 소오스/드레인(source/drain)(5), 격리(isolation) 실리콘산화막(6), 그리고 금속전극(7)을 형성하여 다결정실리콘 박막트랜지스터를 완성한다. 상기 제1도의 다결정실리콘 박막트랜지스터에서 트랜지스터의 전기적인 특성은 주로 다결정실리콘(2)에 의해서 결정된다.
일반적으로, 박막트랜지스터용 다결정실리콘 박막은 화학기상증착법으로 600℃이하에서 증착된 비정질실리콘이나 600℃ 이상에서 증착한 다결정실리콘을 실리콘 자기이온-주입 (Si+self ionimplantion)으로 비정질실리콘을 만든 후 전기로 열처리(furnace annealing)에 의한 고상결정화나 레이저 어널링(laser annealing)에 의한 액상결정화로 제작되는데, 박막의 균일성과 생산성에서 유리한 고상 결정화 방법이 널리 이용되고 있다.
상기 고상결정화 방법을 이용한 종래의 다결정실리콘 박막 제조공정은 비정질실리콘을 상압 이하의 비활성기체(inert gas) 분위기(ambient)에서 20시간 이상 장시간 동안 열처리하는 방법이다.
이와같이 형성된 다결정실리콘의 결정립(grain)은 크나 결정립내의 결함(defect)이 많고 열처리시간이 길어 제조생산성이 낮은 문제점을 가지고 있다.
또한, 고상결정화로 형성된 다결정실리콘내의 결정립은 결정핵생성(nucleation) 시기 및 결정립 성장(grain growth) 시간이 제각기 달라 결정립크기의 균일도가 매우 나쁘다. 이로인해 박막트랜지스터의 특성분포가 나쁘고, 또한 작은 크기의 박막트랜지스터 제조에 제한이 있게 된다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 첨부된 도면에 의거하여 그 상세한 설명을 한다.
제2도의 (a)-(e)는 본 발명에 따른 제조방법을 나타낸다.
먼저, 제2(a)도에서 보는 바와같이 투명절연기판 또는 절연막이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼(10)위에 SiH4나 Si2H6가스를 이용하여 저압화학기상증착법이나 플라즈마 화학기상증착법으로 약 300∼1,500Å정도의 비정질실리콘 박막(20')을 증착한다.
제2(b)도에서는 상기 비정질실리콘 박막(20')을 약 600℃이하에서 질소(N2), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 수소(H2), 산소(O2) 중 적어도 하나의 기체, 또는 상기 적어도 2종류 이상의 혼합기체(즉, 비활성기체중의 하나와 활성기체 중의 하나)로 이루어진 상압이상 및 100atm이하의 고압 (high pressure) 전기로에서 고장결정화시켜 다결정실리콘 박막(20)을 형성한다.
제2C도에서는 상기 제2(b)도의 공정 후, 리소그래피와 건식식각을 이용하여 상기 다결정실리콘 박막(20)을 형성하여 박막트랜지스터의 활성영역을 만든다.
제2(d)에서는 상기 다결정실리콘 박막(20)의 활성영역위에 두께 300∼1500Å정도의 게이트 실리콘 산화막(30)을 형성한다.
상기 게이트 실리콘 산화막(30)위에 다결정실리콘을 1,000∼3,000Å 증착한 후 리소그래피와 건식식각을 이용하여 게이트 다결정 실리콘(40)을 형성하고, 그후 도펀트 불순물(dopant impurity)을 이온 주입하여 소오스와 드레인(50)을 형성한다.
상기 불순물 이온주입은 n-채널 트랜지스터인 경우 비소(As) 또는 인(P) 이온을 5×1014/cm2이상 주입하고, p-채널 트랜지스터인 경우 붕소(B)또는 BF2이온을 5×1014/cm2이상 주입한다.
제2(e)에서는 상기 제2(d)도의 구조 위에 화학기상증착법을 이용하여 두께 3,000-7,000Å 정도의 실리콘산화막(60)을 증착한 후 리소그래피와 식각으로 전극 접촉구멍(contact hole)을 만들고, 상기 실리콘산화막(60)위에 금속막을 증착한 후 리소그래피와 식각공정을 이용하여 금속전극(70)을 형성하여 다결정실리콘 박막트랜지스터를 완성하는 과정을 나타낸다.
본 발명에서는 다결정실리콘 박막형성을 위한 고상결정화 열처리 공정을 비활성기체(헬륨, 질소, 아르곤)로 이루어진 고압 분위기 또는 활성기체(수소,산소)로 이루어진 고압 분위기에서 수행함으로써, 결정핵생성을 짧은 시간내에 유도하여 전체적인 고상결정화 열처리 시간을 단축하고 동시에 균일한 결정립을 가진 다결정실리콘 박막을 형성할 수 있다.
또한, 활성기체에 의한 다결정실리콘 결정립체(grain boundary) 결함의 감소를 유도하여 전기적 특성이 우수한 다결정실리콘 박막트랜지스터를 얻을 수 있다. 이에따라, 고상결정화 다결정실리콘 박막을 형성하여 박막트랜지스터를 제작하면 결정립계 결함을 감소시킬수 있기 때문에 고성능의 박막트랜지스터를 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 제조공정 시간도 대폭 단축할 수 있는 효과가 있다.
Claims (3)
- 투명 절연기판 또는 절연막이 형성되어 있는 실리콘 웨이퍼(10)상에 저압화학기상증착법이나 플라즈마 화학기상 증착법으로 약 300∼1,500Å의 비정질실리콘 박막(20')을 중착하는 공정(a)과, 상기 비정질실리콘 박막(20')을 비활성 기체와 활성기체중 적어도 하나의 기체 또는 상기 기체중에 적어도 2종류 이상의 혼합기체로 이루어진 상압이상 및 100atm 이하의 고압분위기에서 고상결정화시켜 다결정실리콘박막(20)을 형성하는 공정(b)과, 상기 다결정실리콘 박막(20)을 리소그래피와 식각을 이용하여 다결정실리콘 활성영역(20)을 형성하는 공정(c)과, 상기 다결정실리콘 활성영역(20) 위에 소정 두께의 게이트 실리콘 산화막(30)을 형성하고, 이 게이트 실리콘산화막(30)위에 다결정 실리콘을 소정 두께로 증착한 후 리소그래피와 식각을 이용하여 게이트 다결정 실리콘(40)을 형성하며, 이 위에 불순물을 이온주입하여 소오스와 드레인(50)을 형성하는 공정(d)과, 이 공정(d) 위에 화학기상증착법을 이용하여 소정 두께의 실리콘산화막(60)을 증착한 후 리소그래피와 식각으로 전극 접촉구멍을 만들고 상기 실리콘산화막(60)위에 금속막을 증착한 후 리소그래피와 식각을 이용하여 금속전극(70)을 형성하는 공정(e)을 포함하는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 비활성기체는 헬륨, 아르곤 또는 질소로 이루어지고, 상기 활성기체는 수소 또는 산소로 이루어진 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 비정질실리콘 박막(20')은 상기 다결정 실리콘 박막(20) 형성시에 약 600℃이하의 전기로에서 고장결정화화는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
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