KR100272272B1 - 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비정질 다이아몬드 박막을 오믹층으로 이용하여, 온 전류 특성을 향상시킴과 더불어 누설 전류를 감소시킬 수 있는 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법을 개시한다.
본 발명의 박막 트랜지스터는 기판 상에 형성된 게이트; 상기 게이트 전극을 포함하는 기판상에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 상부의 게이트 절연막상에 형성된 활성층; 상기 활성층상에 형성된 에치 스톱퍼; 상기 게이트 상부의 활성층이 노출되도록 상기 활성층과 게이트 절연막상에 형성된 소오스 및 드레인 전극; 상기 활성층과 소오스 및 드레인 전극 사이에 개재되는 비정질 다이아몬드 박막으로 이루어진 오믹층을 포함한다.

Description

박막 트랜지스터 및 그의 제조방법
본 발명은 반도체 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 비정질 다이아몬드를 오믹층으로 이용하는 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시소자(LCD)는 차세대 평판 표시 소자로서, 이 액정표시소자의 화소전극을 구동하기 위한 스위치 소자로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor ; TFT)가 사용된다. 이러한 박막 트랜지스터는 SRAM(Static Random Access Memory) 소자에 사용되는 활성층인 반도체 층을 사이에 두고 게이트 전극과 소오스/드레인 전극이 분리되어 있는 스태거(stagger) 형과, 반도체의 일면에 게이트 전극과 소오스/드레인 전극이 형성되어 있는 코플라나(coplanar) 형으로 크게 분류된다.
그리고, 이러한 박막 트랜지스터의 종류로는 비정질 또는 다결정의 실리콘을 이용한 4족 소자와, CdSe 등과 같은 화합물 반도체를 이용한 소자가 있다. 이들 중 수소화된 비정질 실리콘(Hydrogenated amorphous silicon; a-Si : H)을 사용하는 박막 트랜지스터는 양산성과 대면적화 측면에서 가장 우수한 장점을 갖는다.
그러나, a-Si : H를 사용하는 박막 트랜지스터는 낮은 전계 효과 이동도와 높은 광 전기전도도를 갖기 때문에, 백라이트 조명하에서 하이레벨의 누설 전류가 발생한다. 또한, 오믹층의 전기 전도도가 낮기 때문에, 낮은 온(ON)전류와 큰 오프(전류)를 갖는 단점이 있다. 이에 대하여, 자기정렬 또는 완전 자기 정렬의 a-Si : H 박막 트랜지스터를 제조하거나 비정질 실리콘의 두께를 감소시키지만, 이 경우 전계 효과 이동도가 낮아지는 문제가 발생될 뿐만 아니라, 비정질 실리콘의 두께를 감소시키는 공정은 어렵기 때문에, 적합하지 못하다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 비정질 다이아몬드를 오믹층으로 이용하여, 온 전류 특성을 향상시킴과 더불어 누설 전류를 감소시킬 수 있는 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 비정질 다이아몬드 박막을 오믹층으로 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류 특성을 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 절연기판 11 : 게이트
12 : 게이트 절연막 13 : 활성층
14 : 에치스톱퍼 15 : 오믹층
16a, 16b : 소오스 및 드레인 전극
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상에 형성된 게이트; 상기 게이트 전극을 포함하는 기판상에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 상부의 게이트 절연막상에 형성된 활성층; 상기 활성층상에 형성된 에치 스톱퍼; 상기 게이트 상부의 활성층이 노출되도록 상기 활성층과 게이트 절연막상에 형성된 소오스 및 드레인 전극; 상기 활성층과 소오스 및 드레인 전극 사이에 개재되는 비정질 다이아몬드 박막으로 이루어진 오믹층을 포함하는 박막 트랜지스터를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상부에 게이트가 형성된 절연 기판을 제공하는 단계; 상기 절연 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 상부의 게이트 절연막 상에 활성층을 형성하는 단계; CH4, C2H2등의 개스를 이용한 플라즈마 화학 기상 증착법으로, 상기 활성층과 오버랩되도록 상기 활성층 상에 비정질 다이아몬드 박막으로 오믹층을 형성하는 단계; 상기 오믹층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및, 상기 금속층 및 오믹층을 패터닝하여 소오스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 따르면, 비정질 다이아몬드 박막으로 오믹층이 형성됨에 따라, 온 전류 특성이 향상될 뿐만 아니라, 정공에 의해 발생되는 누설 전류가 비정질 다이아몬드의 낮은 활성화 에너지, 즉 페르미 준위의 전도대 방향의 근접으로 인하여 전자의 수가 증가하게 되어 쉽게 재결합됨으로써 감소된다.
[실시예]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
제1도는 본 발명의 실시예에 따른 역스테거형 박막 트랜지스터를 나타낸 단면도로서, 제1도를 참조하여 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명한다.
제1도에 도시된 바와 같이, 절연기판(10) 상에 Cr, Al 등과 같은 금속막이 증착된 후, 패터닝되어 게이트(11)가 형성된다. 이때, 게이트(11)는 경사 식각에 의해, 패터닝되어, 이후 형성되는 박막들의 스텝 커버리지를 향상시키기 위하여 양 측면이 소정의 기울기를 갖는다. 게이트(11)가 형성된 절연 기판(10)상에, 실리콘 옥사이드(SiO2)과 옥시 나이트라이드(SiON) 및 실리콘 나이트라이드(SiNx)의 적층막으로 게이트 절연막(12)이 형성된다. 그런 다음, 게이트(11) 상부의 게이트 절연막(12) 상에 a-Si : H 층으로 이루어지는 활성층(13)이 소정의 형태로 패터닝되어 형성된다. 이때, a-Si : H층은 SiH4, Si3H8등의 개스를 이용하여 플라즈마 화학 기상 중착(PECVD)에 의해 형성된다.
그리고 나서, 게이트(11) 상부의 활성층(13) 상에 게이트(11) 패턴의 형태로 에치 스톱퍼층(14)이 형성되고, 활성층(13)의 양측과 오버랩 되도록 활성층(13) 및 에치 스톱퍼층(14) 상에 오믹층(15)이 형성된다. 이때, 오믹층(15)은 비정질 다이아몬드 박막으로 형성된다. 이때, 비정질 다이아몬드 박막은 CH4, C2H2등의 개스를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착으로 형성된다. 그런 다음, 기판 전면에 금속막이 증착된 후 에치스톱퍼층(14) 상의 오믹층(15)이 노출됨과 더불어, 오믹층(15)을 사이에 두고 활성층(13)의 양측과 오버랩된 소오스 및 드레인 전극(16a, 16b)이 형성된다. 이어서, 노출된 오믹층(15)이 소오스 및 드레인 전극(16a, 16b)의 형태로 식각되어, 에치스톱퍼층(14)이 노출된다.
제2도는 오믹층이 비정질 다이아몬드 박막으로 형성된 박막 트랜지스터의 게이트 전압에 따른 드레인 전류 특성을 나타낸 그래프로서, 제2도에 도시된 바와 같이, 오믹층이 비정질 다이아몬드 박막으로 형성됨에 따라, 종래보다 온 전류 특성이 향상됨과 동시에 오프 전류는 감소한다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 비정질 다이아몬드 박막이 오믹층으로 사용되는 경우를 역스태거형 박막 트랜지스터에 적용하여 설명하였지만, 스태거형 박막 트랜지스터 및, 코플라나형 박막 트랜지스터에도 적용하여 실시할 수 있다
상기 실시예에 의하면, a-Si : H 으로 활성층이 형성되고, 비정질 다이아몬드 박막으로 오믹층이 형성됨에 따라, 온 전류 특성이 향상된다. 뿐만 아니라, 정공에 의해 발생되는 누설 전류가 비정질 다이아몬드의 낮은 활성화 에너지에 의해 재결합됨으로써, 감소된다. 따라서, 박막 트랜지스터의 특성이 향상된다.
또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판 상에 형성된 게이트; 상기 게이트 전극을 포함하는 기판상에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 상부의 게이트 절연막상에 형성된 활성층; 상기 활성층상에 형성된 에치 스톱퍼; 상기 게이트 상부의 활성층이 노출되도록 상기 활성층과 게이트 절연막상에 형성된 소오스 및 드레인 전극; 상기 활성층과 소오스 및 드레인 전극 사이에 개재되는 비정질 다이아몬드 박막으로 이루어진 오믹층을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활성층은 수소화된 비정질 실리콘막인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  3. 상부에 게이트가 형성된 절연 기판을 제공하는 단계; 상기 절연 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 상부의 게이트 절연막 상에 활성층을 형성하는 단계; CH4, C2H2등의 개스를 이용한 플라즈마 화학 기상 증착법으로, 상기 활성층과 오버랩되도록 상기 활성층 상에 비정질 다이아몬드 박막으로 오믹층을 형성하는 단계; 상기 오믹층 상에 금속층을 형성하는 단계; 및 상기 금속층 및 오믹층을 패터닝하여 소오스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 활성층은 수소화된 비정질 실리콘막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 수소화된 비정질 실리콘막은 SiH4, Si3H8등의 개스를 이용하여 플라즈마 화학 기상 증착으로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 활성층을 형성하는 단계와 상기 오믹층을 형성하는 단계 사이에, 상기 게이트 상부의 상기 활성층 상에 상기 게이트 형태의 에치 스톱퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
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