KR100187387B1 - 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다결정 CMOS 박막트랜지스터의 제조시, P형 채널 및 N형 채널을 550℃ 이하의 온도에서 수소이온을 도핑하여 활성화하는 것으로, 600℃ 이상의 온도에서 열을 이용하는 열활성화법과 레이저를 주사하여 이온을 활성화시키는 레이저활성화법에 비해 비용이 싼 유리를 기판으로 사용할 수 있으며 게이트전극으로 사용되는 물질도 저항이 낮은 물질을 사용할 수 있는 잇점이 있다.

Description

박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법
제1도는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 구조를 나타내는 도면.
제2도는 종래 오우믹층 활성화방법을 나타내는 도면.
제3도는 본 발명에 따른 다결정 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 유리기판 2 : 버퍼막
3 : 채널층 4 : N형 소스·드레인 오우믹층
5 : P형 소스·드레인 오우믹층 6 : 게이트절연막
7 : 게이트전극 8 : 소스·드레인전극
9 : 층간 절연막 10 : 보호막
A : NMOS 박막트랜지스터 B : PMOS 박막트랜지스터
본 발명은 박막트랜지스터(TFT)에 관한 것으로, 특히 소스 및 오우믹층을 형성하기 위해 도판트(dopant)를 이온도핑한 후, 수소이온에 의해 활성화시켜 저항이 작은 소스 및 드레인 오우믹층을 형성하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법에 관한 것이다.
일반적으로, 박막트랜지스터의 가장 유용한 응용은 액티브매트릭스 액정디스플레이(AMLCD)이다. 지금까지는 이러한 액정디스플레이를 구동하기 위해 사용되는 박막트랜지스터로서는 비정질실리콘 박막트랜지스터가 주로 사용되고 있었다. 그러나, 비정질실리콘 박막트랜지스터는 전기이동도가 결정의 경우보다 훨씬 적기 때문에 대면적이며 해상도가 높은 텔레비젼 등에 사용하기에는 제한이 있었다. 그래서, 상기한 바와 같은 대면적, 고해상도의 액정디스플레이를 제조하기 위해서 전계효과 이동도가 큰 다결정실리콘(p-silicon) 박막트랜지스터나 SOI(silicon on insulator) 박막트랜지스터가 사용되어 오고 있는데, 특히 CMOS(complimentary metal oxide semiconduc tor)가 주로 사용된다. 더욱이, 상기한 다결정실리콘 박막트랜지스터의 사용은 구동IC를 패널 위해 형성하여 구동회로 일체형 액정디스플레이를 제조할 수 있기 때문에, 구동IC와 다른 부품과의 연결부위를 최소화할 수 있어서 더욱 효율적이며, 경제적인 박막트랜지스터를 제공해 준다.
그런데, 상기한 다결정실리콘 박막트랜지스터에서는 기판으로서 가격이 싼 유리를 사용하는 것이 유리하기 때문에, 그 제조공정이 유리의 녹는 점 보다도 낮은 550℃ 이하에서 이루어져야만 한다. 그리고, 상기한 바와 같이 박막트랜지스터를 저온에서 제조하기 위해서는 채널층(channel layer)을 저온에서 형성해야 하며, 소스 및 드레인의 오우믹층 형성도 이온의 주입후 저온에서의 활성화가 필요하게 된다.
도판트(dopant)를 도핑한 후, 오우믹층을 활성화하기 위해 사용되는 활성화방법으로는 열을 이용하는 열활성화법과 레이저를 이용하는 레이저활성화법이 있다. 그런데, 열을 이용한 열활성화법은 유리의 녹는 점보다 높은 약 600℃ 이상의 온도에서 활성화해야만 하기 때문에 유리기판이 녹는 문제가 발생하게 되므로 비용이 낮은 유리기판을 사용할 수 없게 된다. 또한, 레이저를 이용한 레이저활성화법 역시 레이저의 조사에 의해 게이트전극이 손상되는 문제가 있으므로 전기 비저항이 큰 금속전극만을 사용해야 하는 문제가 있다.
제1도는 일반적인 다결정실리콘 CMOS 박막트랜지스터의 구조를 나타내는 도면이다. 상기한 도면에서 A부분은 NMOS TFT를 나타내며, B부분은 PMOS TFT를 나타낸다. 유리기판(1) 위에 형성된 버퍼막(2) 위에는 다결정실리콘으로 이루어진 채널층(3)과 N형 소스·드레인 오우믹층(4) 및 P형 소스·드레인 오우믹층(5) 형성되어 있으며, 그 위에 게이트절연막이 성막되어 있다. 이 때, A부분, 즉 NMOS TFT에는 N형 소스·드레인 오우믹층(4)이, PMOS TFT(B)에는 P형 소스·드레인 오우믹층(5)이 형성되어 있다. 그리고, 상기한 채널(3) 및 오우믹층(4),(5) 위에 게이트절연막(6)이 형성되어 있고, 상기한 게이트절연막(6) 위에도 게이트전극(7)이 형성되어 있다. 또한, 상기한 게이트절연막(7) 위에는 층간절연막(9)이 형성되어 있으며, 상기한 층간절연막(9)과 게이트절연막(6)의 소스·드레인 컨택트홀(contact hall)에는 소스·드레인전극(9)이 형성되어 있다. 그리고, 상기한 구조의 TFT 위에 보호막이 형성되어 있다.
제2도는 상기한 구조의 다결정실리콘 박막트랜지스터 CMOS를 제조하는 공정을 나타내는 도면이다. 우선, 유리기판(1) 위에 버퍼막(2)을 성막하고 다결정실리콘막(3)을 성막한 후 패터닝한다. 이 후, 그 위에 게이트절연막(6)을 성막한 후, 게이트전극(7)을 성막하고 패터닝하여 게이트전극(7)을 형성한다(a). 그 후, 포토레지스트(12)로 P형 트랜지스터쪽을 블로킹하여 N형 이온을 도핑한 후 상기한 포토레지스트(12)를 제거한(b) 다음 N형 트랜지스터쪽을 블로킹하여 P형 이온을 도핑한 다음 포토레지스트(12)을 제거한다(c).
그 후, 레이저 혹은 열을 이용하여 주입된 이온을 활성화하여 N형 트랜지스터와 P형 트랜지스터의 소스·드레인 오우믹층을 형성한다(d). 이 때, 열을 이용한 열활성화법에서는 활성화온도가 충분히 높아서 소스·드레인 오우믹층을 형성할 수 있어야 하고, 소스·드레인 영역에서 직렬저항성분이 크지 않도록 소스·드레인 영역의 저항이 작아야 하므로 약 600℃ 이상의 온도에서 이온을 활성화시켜야 하기 때문에 기판으로 사용되는 유리가 녹을 염려가 있다. 또한, 레이저를 이용한 레이저활성화법에서는 주로 사용되는 질소레이저(N2LASER)와 염화크세논(XeCl) 엑시머 레이저(excimer LASER)가 소스·드레인영역 뿐만 아니라, 전면적에 조사되어 게이트가 손상될 수가 있기 때문에 게이트전극으로는 레이저에 손상되지 않는 물질을 사용해야만 한다.
이 후, 층간절연막(9)을 성막하여 패터닝하여 소스·드레인 컨택트홀을 형성한 후 상기한 소스·드레인 컨택트홀에 소스·드레인전극(8)을 형성하고 보호막(passivation layer)을 성막하여 다결정실리콘 CMOS 박막트랜지스터를 완성한다.
그러나, 상기한 바와 같은 제조공정으로 구성된 다결정실리콘 박막트랜지스터는 비용의 절감을 위해서 유리기판을 사용하는 것이 바람직하지만, 이온을 주입한 후에 열을 이용해서 이온을 활성화시키는 방법은 그 활성화온도가 약 600℃ 이상으로 되어 유리기판이 손상될 우려가 있고, 레이저를 조사하여 이온을 활성화시키는 방법도 레이저에 의해 게이트전극이 손상되지 않게 하기 위해서는 저항이 큰 물질을 사용해야만 하므로 저항이 작은 물질을 게이트전극을 사용할 수 없게 된다. 더욱이, 박막트랜지스터제조시 블로킹으로 사용되는 포토레지스트의 손상을 방지하기 위해서는 충분히 낮은 온도에서 이온의 주입이 이루어져야 한다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 다결정 박막트랜지스터의 제조시 소스 및 드레인 오우믹층을 형성하기 위해 도판트를 이온도핑한 후, 수소이온에 의해 활성화시켜 저항이 적은 소스 및 드레인 오우믹층을 형성하는 다결정 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 오우믹층 활성화방법은 N형 및 P형 이온을 주입한 후 550℃ 이하의 온도에서 수소이온을 도핑하여 이온을 활성화시키는 것이다. 도핑된 수소원자는 실리콘 박막 내에서의 확산계수가 크기 때문에, 다 결정실리콘 박막내로 주입되면서 수소원자의 이동이 가능하게 되어 N형 및 P형 이온의 주입시 손상된 원자배열을 재정렬시켜 활성화를 일으킨다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다결정 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법을 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 다결정 CMOS 박막트랜지스터의 제조방법을 나타내는 도면이다.
우선, 유리기판(1) 위에 버퍼막(2)을 성막한 후, 다결정실리콘막(3)을 성막하여 패터닝해서 채널층을 형성한다. 그 후, 게이트절연막(6)을 성막한 후 게이트전극을 성막하고 패터닝하여 게이트전극(7)을 형성한다(a). 이 후, 포토레지스트(12)로 P형 트랜지스터쪽(B)을 블로킹하여 N형 이온을 이온도핑장치에 의해 채널층(3)의 N형 트랜지스터쪽(A)에 도핑하여 오우믹층(4)을 형성한 후 상기한 포토레지스트(12)를 제거한다(b). 상기한 N형 이온의 도핑은 진공챔버내에서 PH3분자에 높은 전압을 인가하여 상기한 PH3분자를 플라즈마상태로 만들어 인이온(P+)을 상기한 채널층(3)에 도핑함으로써 이루어진다. 그 후, N형 트랜지스터쪽(A)을 포토레지스트(12)로 블로킹하여 P형 이온을 상기한 채널층(3)의 P형 트랜지스터쪽(B)에 도핑하여 오우믹층(5)을 형성한 후 포토레지스트(12)를 제거한다(c). 이 때, P형 이온의 도핑도 상기한 진공챔버내에서 B2H6분자를 플라즈마상태로 만들어 붕소이온(B+)을 채널층(3)에 도핑함으로써 이루어진다.
그 후, 상기한 P형 이온과 N형 이온이 도핑되는 진공챔버내에서 PH3나 B2H6를 플라즈마상태로 만들어 여러 가지 이온상태로 만든 다음, 자기질량분석기(magnetic mass spectroscopy)와 이온도핑장치를 이용하여 수소이온(H+)만을 상기와 같이 형성된 N형 및 P형 트랜지스터에 주입한다(d). 이 때, 수소이온 주입시의 온도는 550℃ 이하로 한다. 주입된 수소이온은 다결정실리콘 박막 내에서의 확산계수가 크기 때문에 다결정실리콘 박막내로 주입되면서 수소이온의 이동이 가능하게 되어 N형 이온(P+)이나 P형 이온(B+)의 주입시 손상되는 원자배열을 용이하게 재정렬시켜 활성화를 일으킨다.
이 후, 층간절연막(9)을 성막하고 패터닝한 후 소스·드레인전극을 형성한 다음 보호막(10)을 성막하여 상기한 트랜지스터를 보호한다.
본 발명의 박막트랜지스터는 상기한 바와 같이 550℃ 이하의 온도에서 수소이온의 주입에 의해 인이온과 붕소이온이 활성화되어 오우믹층이 형성되기 때문에 열활성화시 발생하는 유리기판의 손상이나 레이저활성화시 발생하는 게이트전극의 손상을 극복할 수 있으므로, 박막트랜지스터의 제조시 비용이 싼 유리기판을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 저항이 낮은 물질도 게이트전극으로서 사용할 수 있게 된다. 또한, P형 및 N형 이온의 도핑과 수소이온의 도핑이 동일한 진공챔버내에서 이루어지기 때문에 열활성화법이나 레이저활성화법에 비해 제조공정이 줄어 들게 되므로 제조비용이 절감된다.
본 발명은 비록 바람직한 일실시예인 다결정실리콘 박막트랜지스터만을 예시하고 있지만 본 발명이 상기한 바람직한 일실시예에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 단결정 박막트랜지스터나 비정질 박막트랜지스터와 같은 본 발명의 바람직한 일실시예에 대한 응용은 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 사람이라면 누구나 용이하게 창안해 낼 수 있는 것일 것이다. 따라서, 본 발명의 권리의 범위는 상기한 일실시예에 의해 정해질 것이 아니라 첨부하는 특허청구의 범위에 의해 결정되어야만 할 것이다.

Claims (12)

  1. 진공 챔버내에서 기판 위에 도판트가 도핑된 반도체층을 형성한 후에, 상기와 동일한 진공챔버 내에서 상기한 반도체층에 수소이온을 주입하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 수소이온이 주입이 550℃ 이하의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 수소이온이PH3나 B2H6분자의 플라즈마상태로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기한 플라즈마상태의 이온들로부터 발생된 상기한 수소이온이 자기질량분석기 및 이온도핑장치에 의해 상기한 반도체층에 주입되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  5. 진공챔버 내에서 다결정 박막트랜지스터에 N형 이온 또는 P형 이온을 도핑한 후, 상기와 동일한 진공챔버내에서 수소이온을 상기한 다결정 박막트랜지스터에 주입하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기한 수소이온이 주입이 550℃ 이하의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기한 수소이온이PH3나 B2H6분자의 플라즈마상태로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기한 플라즈마상태의 이온들로부터 발생된 상기한 수소이온이 자기질량분석기 및 이온도핑장치에 의해 상기한 다결정 박막트랜지스터에 주입되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  9. 진공챔버 내에서 P형 이온을 다결정 CMOS 박막트랜지스터의 PMOS에 도핑하고 N형 이온을 NMOS에 도핑한 후, 상기와 동일한 진공챔버 내에서 수소이온을 상기한 다결정 CMOS 박막트랜지스터에 주입하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기한 수소이온이 주입이 550℃ 이하의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기한 수소이온이PH3나 B2H6분자의 플라즈마상태로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기한 플라즈마상태의 이온들로부터 발생된 상기한 수소이온이 자기질량분석기 및 이온도핑장치에 의해 상기한 다결정 CMOS 박막트랜지스터에 주입되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 오우믹층 활성화방법.
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