KR100273827B1 - 반도체 장치 - Google Patents

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silicon film
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film
crystalline
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히사시 오따니
아끼하라 미야나가
다께시 후꾸나가
장홍영
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야마자끼 순페이
가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/016—Catalyst

Abstract

높은 안정성과 신뢰성을 갖는 반도체를 제조하는 방법은 비결정성 실리콘막의 표면을, 비결정성 실리콘막의 결정화를 촉진할 수 있는 촉매 원소를 함유하는 용액으로 코팅한 뒤에 비결정성 실리콘막을 열처리하여 실리콘막을 결정화한다.

Description

반도체 장치
제1(a)도 내지 제1(d)도는 본 발명에 따른 결정성 실리콘 막을 형성하기 위한 단면도.
제2(a)도 내지 제2(c)도는 본 발명에 따른 결정성 실리콘막의 형성을 나타내는 단면도.
제3도는 용액중 니켈의 농도에 대한 결정의 측성장 길이의 관계를 나타내는 그래프.
제4도는 니켈이 직접 첨가되는 실리콘 영역중의 니켈에 대한 SIMS 데이타를 나타내는 그래프.
제5도는 니켈이 직접 첨가되는 영역으로부터 측방향을 따라 결정이 성장하는 실리콘 영역중의 니켈에 대한 SIMS 데이타를 나타내는 그래프.
제6(a)도 내지 제6(e)도는 본 발명의 실시예 3 에 따른 반도체 장치의 제조방법을 나타내는 단면도.
제7도는 플라즈마 처리되는 실리콘막 내의 Ni 농도를 도시하는 도면.
제8도는 니켈이 직접 첨가되는 영역에 대한 라만(Raman) 스펙트럼도.
제9도는 결정이 측방향으로 성장하는 영역에 대한 라만 스펙트럼도.
제10(a)도 내지 제10(f)도는 본 발명의 실시예 4 에 따른 전자 광학 장치의 제조방법을 나타내는 단면도.
제11(a)도 내지 제11(d)도는 본 발명의 실시예 5 에 따른 TFT 제조 방법을 나타내는 단면도.
제12도는 본 발명의 실시예 6 에 따른 활성 매트릭스형 전자 광학 장치의 개요도.
제13(a)도 및 제13(b)도는 본 발명의 실시예 7 에 따른 결정성 실리콘막의 형성을 나타내 는 단면도.
제14(a)도 내지 제14(e)도는 본 발명의 실시예 8 에 따른 TFT의 제조방법을 나타내는 단면도.
제15(a)도 및 제15(b)도는 본 발명의 실시예 8 에 따른 TFT의 활성층의 배열을 나타내는 개요도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 기판 19 : 결정립
25 : 측성장영역 61 : 기판
62 : 구동영역 63 : 픽셀 영역
201 : 기판 210 : 게이트 전극
212,213 : 불순물 영역 214,215 : 중간층 절연막
216 : 픽셀 전극 217,218 : 전극/배선
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 결정성 반도체를 가진 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 반도체 장치를 사용한 활성 매트릭스 액정 장치와 같은 전자광학 장치에 관한 것이다.
[종래 기술]
박막 트랜지스터(이하 “TFT”라 칭함)는 잘 알려져 있으며 다양한 유형의 집적 회로 또는 전자-광학 장치에 널리 사용되고 있으며 특히 활성 매트릭스(활성 매트릭스에 어드레스되는)액정 디스플레이 장치의 각 픽셀(pixel)에 제공되는 소자를 스위칭하는데 사용될 뿐만 아니라 그 주변 회로의 구동 소자에 사용된다.
비결정성 실리콘 막은 TFT용 박막 반도체로 가장 용이하게 사용될 수 있다. 그러나 비결정성 실리콘막의 전기적 특성은 불리하게도 양호하지 못하다. 결정성 실리콘인 폴리실리콘(다결정 실리콘)의 박막을 사용함으로써 상기 문제를 해결할 수 있다. 결정성 실리콘은 예컨대 다결정 실리콘, 폴리실리콘 그리고 미세 결정성 실리콘등이 있다. 결정성 실리콘막은 비결정성 실리콘막을 먼저 형성한 다음 생성된 막을 결정화하기 위해 열처리 함으로써 제조될 수 있다.
비결정성 실리콘막을 결정화하기 위한 열처리에는 막을 600℃ 이상의 온도에서 10 시간 이상 동안 가열해야 한다. 이러한 열처리는 유리 기판에 나쁜영향을 미친다. 예컨대, 흔히 활성 매트릭스 액정 디스플레이 장치의 기판에 사용되는 CORNING7059 유리는 변형점(distortion point)이 593℃ 이므로 600℃ 이상으로 가열되는 큰 면적의 기판에는 적합하지 않다.
본 발명자의 연구에 따르면, 비결정성 실리콘 막의 결정화는 막을 550℃에서 약 4 시간동안 가열함으로써 이루어짐을 발견하였다. 이것은 미량의 니켈 또는 팔라듐 또는 납과 같은 다른 원소들을 비결정성 실리콘막 표면에 적층시키므로써 달성될 수 있다.
상기 원소(이하 “비결정성 실리콘 막의 결정화를 가속화할 수 있는 촉매 원소” 또한 간단히 “촉매 원소”라 칭함)들은 플라즈마 처리 또는 증착으로 원소를 퇴적시키거나 이온 주입(ion implantation)으로 원소를 혼입시켜 비결정성 실리콘막 표면에 도입될 수 있다. 플라즈마 처리는 구체적으로, 평행판형 또는 포지티브(positive) 원주형의 플라즈마 CVD 장치에서 촉매 원소를 그속에 함유하고 있는 전극을 사용하여 기체 수소 또는 질소 등의 분위기에서 플라즈마를 발생시킴으로써 비결정성 실리콘막에 촉매 원소를 첨가하는 것으로 이루어진다. 그러나, 반도체내에 촉매 원소가 다량으로 존재하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면 그러한 반도체를 사용하면 반도체가 사용되는 장치의 신뢰도 및 전기적 안정성을 크게 손상시키기 때문이다.
즉, 촉매 원소는 비결정성 실리콘 막의 결정화에 필요하지만 결정화된 실리콘에 혼입되는 것은 바람직하지 않다. 이들 상반된 요건은 결정성 실리콘에서는 촉매 원소로 불활성인 경향을 가진 원소를 선택함으로써, 그리고 그 촉매 원소를 막의 결정화를 가능하게 하는 최소량으로 혼입시킴으로써 충족될 수 있다. 따라서, 막에 혼입되는 촉매 원소의 양은 고정밀로 제어되어야 한다. 니켈 등을 사용한 결정화 방법에 대해 상세히 연구하였다.
그 결과로 하기한 내용을 발견하게 되었다.
(1) 플라즈마 처리로 니켈을 비결정성 실리콘 막에 혼입할 경우 니켈은 막을 열처리하기 전에 비결정성 실리콘 막의 상당한 깊이까지 들어감을 발견하였다.
(2) 초기 핵형성은 니켈이 혼입되는 표면으로 부터 일어난다.
(3) 니켈층이 비결정성 실리콘 막에 퇴적될 경우 비결정성 실리콘막의 결정화는 플라즈마 처리를 하는 경우와 같은 방법으로 일어난다.
상기한 것을 고려할때 플라즈마 처리로 도입되는 모든 니켈이 실리콘의 결정화를 촉진하는 작용을 하는 것은 아니다라고 가정할 수 있다. 즉, 다량의 니켈이 도입될 경우 효과적으로 작용하지 않는 과량의 니켈이 존재하게 된다. 이러한 이유로 본 발명자는 저온에서 실리콘의 결정화를 촉진하는 작용을 하는 것은 니켈이 실리콘과 접촉하는 점 또는 면이라고 생각한다. 더욱이 니켈은 실리콘에 원자 형태로 분산되어야 한다고 가정된다. 즉, 니켈은 원자형태로 비결정성 실리콘 막의 표면 근처에 분산될 필요가 있고 니켈의 농도는 가능한 한 작아야 하지만 저온 결정화를 촉진시킬 정도로 충분히 높은 범위에 있어야 한다고 가정한다. 미량의 니켈, 즉 비결정성 실리콘의 결정화를 촉진시킬 수 있는 촉매 원소는 예컨대 증착에 의해 비결정성 실리콘의 표면 부근에 혼입될 수 있다. 그러나, 증착은 막의 제어성에 있어서는 불리하고, 따라서 비결정성 실리콘 막에 혼입되는 촉매 원소의 양을 정밀하게 제어하는데는 적합하지 않다.
[발명의 개요]
이상의 상황을 고려할때, 본 발명은 촉매 원소를 그 양을 정밀하게 제어하여 혼입하는 조건으로, 촉매 원소를 사용하여 비교적 저온에서 열처리 함으로써 결정성 실리콘 반도체 박막을 고생산성으로 제조하는 것을 목표로 한다.
본 발명의 한 양태에 따르면 상기 목적은 비결정성 실리콘 막의 결정화를 촉진하기 위한 촉매 원소 또는 비결정성 실리콘 막과 접촉한 촉매원소를 포함하는 화합물을 비결정성 실리콘 막에 제공하고, 상기 촉매 원소 또는 비결정성 실리콘 막과 접촉하는 상기 화합물을 열처리하여 실리콘 막을 결정화 함으로써 달성될 수 있다.
구체적으로는, 비결정성 실리콘 막에 촉매 원소를 도입하기 위하여 비결정성 실리콘 막과 접촉하는 촉매원소를 함유한 용액이 제공된다.
본 발명의 또다른 특징은 Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, Pd, Sn, P, As 및 Sb로 이루어지는 군으로부터 선택된 물질을 함유한 용액을 실리콘 막과 접촉시켜 상기 물질을 실리콘 반도체 막에 미량으로 첨가한 다음, 비교적 저온에서 가열함으로써 실리콘 반도체 막을 결정화하는 것이다. 이와 같이 형성된 실리콘 막을 이용하여 PN, PI 또는 NI 접합부위에 적어도 하나의 전기적 접합부를 거기에 포함하는 활성 영역을 형성하는 것이 가능하다. 반도체 장치의 예로는 박막 트랜지스터(TFT). 다이오드, 광센서 등이 있다.
본 발명의 상기 목적 및 특징은 첨부한 도면을 참고로하여 상세히 설명될 것이다.
[본 발명의 상세한 설명]
본 발명에 따른 니켈등을 첨가하기 위해 용액을 사용하는 것은 다음과 같은점들에서 유리하다:
(a) 용액중 촉매원소(예컨대 니켈)의 농도는 미리 정확하게 조절될 수 있다;
(b) 비결정성 실리콘 막에 혼입되는 촉매 원소의 양은 비결정성 실리콘 막의 표면이 용액과 접촉하게 되는 한 용액중 촉매 원소의 농도에 의해 결정될 수 있다;
(c) 촉매원소는 결정화에 필요한 최소농도로 비결정성 실리콘에 혼입될 수 있는데, 이것은 비결정성 실리콘 막 표면에 흡착되는 촉매원소가 주로 막의 결정화에 기여하기 때문이다.
본 발명에서 언급되는 “포함하는” 또는 “함유하는”이란 단어는 (a) 촉매 원소가 용액에 단순히 분산되어 있는 또는 (b) 촉매원소가 화합물 형태로 용액에 함유되어 있는 것으로 이해될 수 있다. 용액으로는 다양한 수용액 및 유기 용매 용액을 사용할 수 있다. 용매들은 극성 용매와 비극성 용매로 대별할 수 있다.
물, 알코올, 산 또는 암모늄은 극성 용매로 사용될 수 있다. 극성 용매에 적합한 니켈 화합물의 예로는 브롬화 니켈, 아세트산 니켈, 옥살산 니켈, 탄산 니켈, 염화 니켈, 요오드화 니켈, 질산 니켈, 황산 니켈, 포름산 니켈, 니켈 아세틸 아세토네이트, 4-시클로헥실 부티르산, 산화 니켈 및 수산화 니켈 등이 있다.
또한, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 사염화탄소, 클로로포름, 또는 에테르가 비극성 용매로 사용될 수 있다. 비극성 용매에 적합한 니켈 화합물의 예로는 니켈 아세틸 아세토네이트와 2-에틸 헥사노산 니켈이 있다.
더욱이, 촉매 원소를 함유한 용액에 계면 활성제를 첨가하는 것도 가능하다.
그렇게 함으로써 용액은 더 높은 효율로 표면에 고착 및 흡착될 수 있다. 계면 활성제는 용액을 코팅하기에 앞서 코팅될 표면에 코팅될 수 있다.
또한, 원소 니켈(금속)을 사용할 경우에는 산으로 그것을 용해시킬 필요가 있다.
상기한 예에서 니켈을 용매로 완전히 용해할 수 있다. 그러나, 니켈이 완전히 용해되지 않더라도 원소 니켈 또는 니켈 화합물이 분산 매질에 균일하게 분산되어 있는 에멀션 따위의 물질을 사용할 수 있다. 니켈을 용해시키기 위해 물 따위의 극성 용매를 사용할 경우 비결정성 실리콘 막은 그러한 용액을 밀어내는 수가 있다. 그러한 경우에 용액이 막위에 균일하게 제공될 수 있도록 산화물 박막을 비결정성 실리콘 막위에 형성하는 것이 바람직하다. 산화막의 두께는 100Å 이하가 바람직하다. 또한, 습윤성(wetting property)을 증가시키기 위해 계면 활성제를 용액에 첨가할 수도 있다.
또한, 표면에 균일한 틈, 너비 및 방향을 갖는 불규칙성을 부여하기 위해 산화박막 표면에 연마 처리(rubbing treatment)를 할수도 있다. 그러한 불규칙성은 용매의 투과를 도와 결정립(crystal grain)의 크기 및 방향의 균일성을 증가시킨다. 또한, 결정이 특정 방향으로 배향된 결정성 반도체 막은 장치 특성의 균일성을 증가시키기 위해 반도체 장치에 유리하게 사용된다.
또한, 2-에틸 헥사노산 니켈 용액을 제조하기 위해 톨루엔 따위의 비극성 용매를 사용할 경우 용액은 비결정성 막의 표면에 직접 형성될 수 있다. 그러나, 비결정성 실리콘 막과 용액간의 흡착성을 증가시키기 위한 물질, 예컨대 레지스트의 흡착성을 증가시키는데 사용되는 OAP(도오꾜오 오까 고교 제품으로 헥사메틸 디실라잔을 주성분으로 함유)를 비결정성 실리콘 막과 용액사이에 개입시킬 수도 있다.
용액중의 촉매 원소의 농도는 용액의 종류에 좌우되지만 대략적으로 말해서 용액중 니켈과 같은 촉매원소의 농도는 중량으로 1ppm 내지 200ppm, 바람직하게는 1ppm 내지 50ppm, 더욱 바람직하게는 10ppm 이하이다. 농도는 실리콘 막중의 니켈농도 또는 결정화 완료시 막의 하이드로플루오르산에 대한 내성에 기초하여 결정된다.
결정 성장은 비결정성 실리콘 막의 선택된 부분에 촉매원소를 함유한 용액을 첨가함으로써 제어될 수 있다. 특히, 결정은 용액이 직접 가해지는 영역으로부터 용액이 가해지지 않는 영역으로 실리콘 막의 면과 거의 평행한 방향으로 실리콘 막을 가열함으로써 성장될 수 있다.
상기 측성장 영역이 촉매 원소를 낮은 농도로 함유한다는 것이 확인되었다. 결정성 실리콘 막을 반도체 장치를 위한 활성층 영역으로 이용하는 것이 유용하지만 일반적으로 활성 영역중 불순물의 농도는 가능한한 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 활성층 영역을 위한 측성장 영역의 이용은 장치 제조에 유용하다.
촉매 원소로 니켈을 사용하는 것은 본 발명에 따른 방법에 특히 효과적이다. 그러나, 다른 유용한 촉매 원소로는 니켈(Ni), 팔라듐(pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Sb)이 포함된다. 그렇지 않으면 촉매 원소는 주기율표의 VIII, IIIb, IVb 및 Vb족에 속하는 원소들로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다.
[실시예 1]
본 실시예는 유리 기판 표면에 결정성 실리콘 막을 형성하는 방법에 관한 것이다. 제1(a)도 내지 제1(d)도를 참고로 하여, 촉매 원소(이 경우에는 니켈)를 비결정성 실리콘 막에 혼입하는 방법에 대해 후술한다. 100mm x 100mm 크기의 CORNING7059 유리 기판이 사용된다.
100 내지 1,500Å 두께의 비결정성 실리콘 막을 플라즈마 CVD 또는 LPCVD로 증착시킨다. 구체적으로는, 이 경우에 비결정성 실리콘 막(12)이 플라즈마 CVD로 1,000Å의 두께로 증착된다(제1(a)도).
그런다음, 비결정성 실리콘 막은 필요하다면 하이드로플루오르산으로 처리하여 불순물과 그 위에 형성된 천연 산화물을 제거한다. 이 처리후 비결정성 실리콘막위에 10 내지 50Å의 두께로 산화막(13)을 증착시킨다. 천연 산화막이 산화막으로 사용될수도 있다. 막은 극히 얇기 때문에 산화막(13)의 정밀한 두께는 얻을 수 없다. 그러나, 천연 산화막은 두께가 약 20Å으로 추정할 수 있다. 산화막(13)은 산소분위기에서 5 분동안 자외선(UV)을 조사함으로써 증착된다. 산화막(13)은 열산화로도 형성될 수 있다. 또한 산화막은 수성 과산화수소를 사용한 처리로 형성될 수도 있다. 산화막(13)은 후속단계에서 첨가될 니켈을 함유한 아세테이트 용액을 비결정성 실리콘 막의 전표면에 충분히 퍼지게할 목적으로 제공된다. 간단히 말해서, 산화막(13)은 비결정성 실리콘 막의 습윤성을 개선시키기 위해 제공된다. 예컨대 아세테이트 수용액이 직접 가해질 경우 비결정성 실리콘 막은 아세테이트 수용액을 밀어내어 니켈이 비결정성 실리콘 막 표면에 균일하게 혼입되는 것을 방해한다.
여기에 첨가되는 니켈을 함유한 아세테이트 수용액은 그후에 제조된다. 구체적으로는, 10 내지 200ppm 예컨대 100ppm 의 농도로 니켈을 함유한 아세테이트 수용액이 제조된다. 2 밀리리터의 아세테이트 용액(14)을 비결정성 실리콘 막(12)상의 산화막(13) 표면에 드롭하고, 그 상태로 소정의 시간, 바람직하게는 0.5분 이상, 예컨대 5분동안 유지한다. 그런다음 스피너(spinner)를 사용하여 2,000rpm으로 60분동안 스핀건조하여 불필요한 용액을 제거한다(제1(c)도 및 제1(d)도).
아세테이트 용액중의 니켈의 농도는 실제로 1ppm 이상, 바람직하게는 10ppm이상이다. 용액은 단지 아세테이트 용액일 필요는 없으며 다른 이용가능한 용액으로는 염산염 용액, 질산염 용액 및 황산염 용액을 들수 있다. 유기 옥틸레이트 및 톨루엔의 용액도 마찬가지로 사용할 수 있다. 유기 용액을 사용할 경우 산화막(13)은 혼입될 필요가 없는데, 촉매 원소를 막에 도입하기 위해 비결정성 실리콘막에 용액을 직접 가할 수 있기 때문이다.
용액의 코팅은 한번에 행하거나 반복할 수 있으며 그렇게 해서 니켈을 함유한 막을 비결정성 실리콘 막(12)의 표면에 스핀건조후 수 옹스트롬 내지 수백 옹스트롬의 두께로 균일하게 형성하는 것이 가능하다. 이 막에 함유된 니켈은 후에 수행되는 가열 공정동안 비결정성 실리콘막에 확산되며 비결정성 실리콘 막의 결정화를 촉진시키는 작용을 할 것이다. 그런데 니켈 또는 다른 물질을 함유한 막이 반드시 완전히 연속적인 막 형태일 필요는 없다는것, 즉 예컨대 수개의 클러스터 형태로 불연속일 수도 있다는 것이 본 발명자의 의도이다.
상기 용액중 하나로 코팅된 비결정성 실리콘 막은 그후에 그상태로 5 분간 유지된다. 결정화된 실리콘막(12)중 니켈 촉매 원소의 농도는 이 유지시간을 변화시킴으로써 조절될 수 있지만 결정화된 실리콘막중의 니켈 촉매 원소의 최종 농도를 조절하는데 있어 가장 영향력 있는 인자는 용액중 니켈 촉매 원소의 농도이다.
이와 같이 얻은 니켈 함유 용액으로 코팅된 실리콘막은 가열로에서 질소분위기에서 4 시간 동안 550℃의 온도에서 열처리된다. 이와 같이해서 결정성 실리콘(12)의 박막이 기판(11)에 형성된다. 열처리는 450℃ 이상의 어떤 온도에서도 행해질 수 있다. 그러나 저온을 선택할 경우 열처리에는 많은 시간이 소모되고 생산효율이 떨어지게된다. 한편, 550℃ 이상의 열처리 온도를 선택할 경우 유리 기판의 내열성 문제가 고려되어야 한다.
[실시예 2]
본 실시예는 산화실리콘막을 마스크로 사용하여 비결정성 실리콘막의 선택된 영역에 니켈을 혼입하기 위해 1200Å 두께의 산화실리콘막을 선택적으로 제공하는 것을 제외하고는 실시예 1에 기재된 것과 유사한 방법에 관한 것이다.
제2(a)도 내지 제2(c)도를 참고로하여, 본 실시예에 따라 반도체를 제조하는 방법에 대해 이하 설명한다. 산화 실리콘막은 비결정성 실리콘막(12)에 마스크로서 1,000Å이상 예컨대 1,200Å의 두께로 증착된다. 그러나, 막이 마스크로서 충분히 조밀하면 산화 실리콘막(21)이 1000Å 보다 얇아도 예컨대 500Å 이어도 된다. 그런다음 종래의 포토리도그라피법(photolithography technique)을 사용하여 소정의 패턴으로 패턴화된다. 산화실리콘 박막(20)은 산소분위기에서 5 분동안 UV를 조사함으로써 형성된다. 산화 실리콘막(20)의 두께는 아마도 약 20 내지 50Å이다(제2(a)도). 비결정성 실리콘 막의 습윤성을 개선시키기 위한 이와 같이 형성된 산화 실리콘막의 작용은 때로는 용액이 마스크 패턴의 크기와 매치될 경우 마스크로서 형성된 산화 실리콘막의 친수성에 의해 제공될 수도 있다. 그러나 이것은 특별한 경우이고 일반적으로는 산화 실리콘막(20)이 안정하게 사용된다.
그런다음 실시예 1에 기재된 방법과 마찬가지로 5 밀리리터(10cm x 10cm 크기의 기판에 대해)의 니켈 100ppm을 함유한 아세테이트 용액(14)을 결과의 구조물 표면에 떨어뜨린다. 스피너를 사용하여 10초동안 50rpm으로 스핀 코팅하여 기판의 전표면에 균일한 수성막을 형성한다. 그런다음 그 상태를 5 분동안 유지한후 결과의 구조물을 60초 동안 2,000rpm으로 스피너를 사용하여 스핀 건조시킨다. 유지시간동안 기판은 100rpm 이하의 속도로 스피너상에서 회전시킬 수도 있다(제2(b)도).
그런다음 기체 질소중에서 4시간동안 550℃에서 열처리 함으로써 비결정성 실리콘막(12)을 결정화한다. 결정 성장은 화살표(23)로 나타낸 것처럼 니켈이 도입되는 영역(22)으로 부터 니켈이 도입되지 않는 영역(25)으로 측방향을 따라 진행됨을 알 수 있다.
제2(c)도에서 도면부호 24는 니켈이 직접 도입되어 결정화를 초래하는 영역을 나타내고 도면부호 25는 영역 (24)로부터 측방향으로 결정화가 진행되는 영역을 나타낸다. 투과형 전자 현미경(TEM)과 전자 회절을 통하여 다음을 확인하였다:
(a) 측방향으로 성장한 결정은 균일한 너비의 원통 또는 침상의 단결정이다;
(b) 결정의 성장 방향은 막두께에 좌우되기는 하지만 기판 표면과 거의 평행하다;
(c) 결정의 성장방향은 결정의 [111]축과 실질적으로 일직선상에 있다.
상기한 사실로부터, 측성장 영역(25)의 표면은 {hk ℓ} (h+k=ℓ)(ℓ은 영문소문자 ℓ임.)로 표현되는 평면들, 예컨대 {110}, {123}, {134}, {235}, {145}, {156}, {257} 또는 {167} 또는 그 이웃한 평면중 적어도 하나의 평면을 갖는다고 결론지을 수 있다.
결정성 실리콘은 그 스페이스 그룹(space group)이 Fd 3m인 다이아몬드 구조를 가지기 때문에 상기 지수(hk1)가 짝수-홀수 혼합인 경우 금지된 반사가 일어나고 그것은 전자 회절로 관찰될 수 없음을 주목해야 한다.
제3도는 횡(측)방향을 따라 영역(23)으로의 결정 성장 거리(㎛)와 아세테이트 수용액중의 니켈 농도(rpm)간의 관계를 나타낸다. 제3도는 100ppm 이상의 농도로 니켈을 함유한 용액을 제조함으로써 25㎛ 이상의 거리의 결정 성장은 이루어질 수 없음을 나타낸다. 제3도로 부터 10ppm의 농도로 니켈을 함유한 아세테이트 수용액을 사용하여 약 10㎛의 측방향을 따른 결정 성장을 얻을 수 있음을 또한 알수 있다.
제3도에 나타낸 데이타는 니켈 함유 아세테이트 수용액을 가한후 구조물을 5분동안 유지시켰을 경우에 해당한다. 그러나, 측방향을 따른 결정성장은 유지시간에 따라 변한다. 예컨대 100ppm의 농도로 니켈을 함유한 아세테이트 수용액을 사용할 경우 유지시간을 1분까지 증가시킴에 따라 더 긴 결정 성장 길이를 얻을 수 있다. 그러나 유지 시간이 1분 이상으로 지정되면 더 이상의 증가는 무의미해진다.
50ppm의 농도로 니켈을 함유한 아세테이트 수용액을 사용할 경우 유지시간은 횡방향을 따른 결정 성장의 거리에 비례하여 증가한다. 그러나 유지 시간이 5분이상으로 증가함에 따라 증가량은 포화되게 된다.
또한, 온도가 반응이 평형을 이루는데 필요한 시간에 크게 영향을 끼친다는 것을 주목해야 한다. 따라서 유지 시간 또한 온도에 좌우되며 온도의 엄격한 조절이 필수적이다. 따라서 결정 성장 거리는 열처리 온도를 상승시키고 열처리 지속시간을 연장시킴으로써 총체적으로 증가될 수 있다.
제4도 및 제5도는 100ppm의 니켈을 함유한 아세테이트 수용액을 사용하여 니켈을 도입한 다음 550℃에서 4 시간동안 실리콘 막을 열처리함으로써 얻은 실리콘막중의 니켈 농도를 나타낸다. 니켈농도는 2차 이온 질량 분광법(secondary ion mass spectroscopy; SIMS)으로 얻는다.
제4도는 제2(c)도에 나타낸 영역(24), 즉 니켈이 직접 혼입되는 영역의 니켈 농도를 나타낸다. 제5도는 제2(c)도에 나타낸 영역(25), 즉 영역(22)으로 부터 측방향을 따라 결정 성장이 일어나는 영역의 니켈 농도를 나타낸다.
제4도의 데이타를 제5도의 데이타와 비교함으로써 결정 성장이 측방향을 따라 일어나는 영역의 니켈 농도가 니켈이 직접 도입되는 영역의 니켈 농도와 비교했을때 약 1 자리수 (digit) 정도 낮다는 것을 알수 있다.
니켈이 직접 도입되는 영역에서 결정화된 실리콘막중의 니켈 농도는 10ppm의 농도로 니켈을 함유한 아세테이트 수용액을 사용하여 1018cm-3수준까지 낮출 수 있음을 알수 있다.
결론적으로, 결정성장이 측방향을 따라 일어나는 결정성 실리콘 영역에서의 니켈 농도는 10ppm의 농도로 니켈을 함유한 아세테이트 수용액을 사용하고 550℃ 이상에서 4시간 이상의 지속시간 동안 열처리 함으로써 1017cm-3이하까지 낮출 수 있음을 알수 있다.
결과적으로, 용액의 농도와 유지시간을 조절함으로써 니켈이 직접 첨가되는 실리콘 막의 영역(24)에서의 니켈 농도를 1 × 1016원자/cm3내지 1 × 1019원자/cm3로 조절할 수 있으며 더 나아가 측성장 영역(25)에서의 니켈 농도를 그 미만으로 유지하는 것도 가능하다.
비교를 위해, 니켈을 함유한 용액을 사용하는 대신 니켈을 실리콘에 첨가하기 위해 일정량의 니켈을 함유한 전극을 사용하여 생성되는 플라즈마에 비결정성 실리콘막을 노출시키고 (이것을 플라즈마 처리라 함), 더나아가 실리콘 막을 550℃에서 4 시간 동안 열 어닐링(heat annealing)하여 결정화 하는 방법으로 샘플을 제조한다. 플라즈마 처리 조건은 100ppm의 니켈을 함유한 아세트산을 사용할 경우와 동일한 정도의 측결정 성장을 얻을 수 있도록 선택된다. 이 샘플에 대한 SIMS 데이타는 제7도에 나타내었다. 여기서 알 수 있듯이 플라즈마 처리를 사용할 경우 측성장 영역에서의 니켈 농도는 5 × 1018원자/cm3보다 높다. 따라서, 측성장 영역에서의 니켈 농도를 최소화하기 위해서는 용액을 사용하는 것이 유리하다는 것을 알수 있다. 제8도는 제4도에 대응하는 영역, 즉 니켈이 직접 도입되는 영역에 대한 라만 분광기의 사용 결과를 나타낸다. 제8도는 이 영역에서의 결정성이 매우 높다는 것을 나타낸다. 또한, 제9도는 결정이 측방향으로 성장하는 영역에 대한 라만 분광기의 사용 결과를 나타낸다. 여기서 알수 있듯이 측성장 영역에서도 라만 스펙트럼 강도를 단결정 실리콘의 강도의 1/3 이상이다. 따라서 측성장 영역에서의 결정성도 높다고 할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 방법으로 제조된 결정성 실리콘 막은 하이드로플루오르산에 대해 뛰어난 내성을 나타내는 것을 특징으로 한다. 본 발명자가 알기로는 니켈이 플라즈마 처리로 도입되면 하이드로플루오르산에 대한 결정화된 실리콘의 내성은 떨어진다. 결정성 실리콘 막위에 형성된 산화 실리콘막을 그곳을 통하는 콘택트 홀을 형성하기 위해 패턴화하는 것이 필요할 경우 하이드로플루오르산이 대개 부식액으로 사용된다. 결정성 실리콘 막이 하이드로플루오르산에 대한 내성이 충분히 큰 경우는 산화 실리콘막만을 제거하기 위해 큰 선택 비율(산화 실리콘막과 결정성 실리콘막의 에칭 비율 차이)이 필요하지 않을 수 있다. 따라서 하이드로 플루오르산의 공격에 대해 높은 내성을 가진 결정성 실리콘막은 반도체 장치 제조 방법에서 아주 유리하다.
[실시예 3]
본 실시예는 본 발명에 따른 방법으로 제조된 결정성 실리콘막을 사용하여 활성 매트릭스 액정 디스플레이 장치의 픽셀 각각에 제공되는 TFT를 제조하는 방법에 관한것이다. 이와 같이 얻은 TFT는 액정 디스플레이 장치 뿐만 아니라 박막 집적회로(IC)로 일반적으로 일컬어지는 광범위한 분야에 사용될 수 있다.
제6(a)도 내지 제6(e)도를 참조하여 본 실시예에 따른 TFT 제조방법을 이하에서 설명한다. 산화실리콘막(도시않음)이 유리기판상의 베이스 코팅으로서 2000Å의 두께로 증착된다. 이 산화실리콘막은 유리기판으로부터 장치 구조물내로의 불순물 확산을 방지하기 위해 구비된다.
그후 비결정성 실리콘막이 실시예 1에서 사용된 것과 유사한 방식으로 1000Å의 두께로 증착된다. 하이드로플루오르산을 사용하여 자연산화막을 제거한 후, 박막의 산화막이 가스성의 산소 분위기하에서 UV 방사에 의해 약 20Å의 두께로 형성된다.
그위에 산화막을 가진 비결정성 실리콘막이 10ppm 농도의 니켈을 함유하는 아세테이트 수용액으로 코팅된다.
그 결과 구조물이 5 분간 지속 유지되고, 그후 스피너를 이용해 스핀 건조한다. 그후 산화실리콘막이 희석 하이드로플루오르산을 사용하여 제거되고, 실리콘막이 결과 구조물을 550℃ 에서 4 시간동안 가열하므로써 결정화된다. 상기 단계까지의 공정은 실시예 1에 기재된 것과 동일하다.
상기와 같이 결정화된 실리콘막이 패턴화되어 제6(a)도에 도시된 바와 같은 섬형상 영역(island-like region)(104)을 형성한다. 섬형상 영역(104)은 TFT용 활성층을 제공한다. 산화실리콘막(105)이 그후 200 내지 1500Å, 예컨대 1000Å의 두께로 형성된다. 이 산화실리콘막은 게이트 절연막으로서 작용한다(제6(a)도).
산화실리콘막(105)이 TEOS(테트라에톡시실란)을 사용한 RF 플라즈마 CVD에 의해 증착된다. 즉, TEOS가 증착된 다음 산소와 함께 150 내지 600℃, 바람직하게는 300 내지 450℃의 범위의 기판온도에서 증착된다. TEOS와 산소를 0.05 내 지 0.5 토르(Torr)의 전체 압력하에 압력비가 1:1 내지 1:3으로 도입하면서 100 내지 250W 의 RF 전력을 가한다. 또한, 산화실리콘막은 기판온도를 350 내지 600℃, 바람직하게는 400 내지 550℃의 범위로 유지하면서 TEOS 를 가스질의 오존과 함께 출발가스로 사용하여 저압 CVD 또는 정상압 CVD에 의해 제조될 수 있다. 이와 같이 증착된 막은 산소에서 또는 오존하에서 400 내지 600℃의 온도로 30 내지 60 분간 어닐링된다.
실리콘 영역(104)의 결정화는 KrF 엑시머 레이저(24nm 의 파장과 20nsec의 펄스폭으로 작동)를 사용한 레이저 빔 또는 이것과 동등한 강도의 광을 조사하므로써 가속될 수 있다. 적외선을 사용한 RTA(급속 열 어닐링)의 응용은 유리기판을 가열하지 않고서 실리콘막을 선택적으로 가열할 수 있기 때문에 특히 효과적이다. 더욱이, RTA 는 그것이 실리콘층과 산화실리콘막 사이의 접촉 수준을 감소시키기 때문에 절연 게이트 전계효과 반도체 장치의 제조에 매우 유용하다.
다음, 알루미늄막이 전자빔 증착에 의해 2000Å 내지 1㎛의 두께로 증착되어 패턴화되어 게이트 전극(106)을 형성한다. 알루미늄막은 도펀트로서 0.15 내지 0.2 중량% 의 스칸듐을 함유할 수 있다. 다음, 기판을 PH 가 약 7 로 조절되고 1 내지 3% 의 주석산을 함유하는 에틸렌 글리콜 용액내에 침지시켜 백금을 음극으로 사용하고 알루미늄 게이트 전극을 양극으로 사용하여 양극 산화를 행한다. 양극산화는 산화가 완결되도록 먼저 전압을 220V로 일정한 속도로 증가시키고 전압을 220V 로 1 시간동안 유지시키므로써 달성된다. 일정한 전류가 상기의 경우와 같이 인가되는 경우에 전압은 2 내지 5 v/분의 비율로 바람직하게 증가된다. 양극 산화물(109)이 1500 내지 3500Å의 두께로, 보다 상세히는 예컨대 상기의 방식에서는 2000Å의 두께로 형성된다(제6(b)도).
불순물(상기의 경우, 인)이 게이트 전극부를 마스크로 이용하여 이온 도핑(플라즈마 도핑)에 의해 셀프-얼라이닝(self-a1igning) 방식으로 TFT의 섬형상 실리콘안으로 주입된다. 포스핀(PH3)을 도펀트가스로 사용하여 인을 1 × 1015내지 4 × 1015cm-2의 투여량으로 주입한다.
불순물의 도입에 의해 손상된 결정성을 갖는 부분의 결정성을 248nm의 파장과 20nsec의 펄스폭으로 작동하는 KrF 엑시머 레이저를 사용하여 레이저 빔을 조사하므로써 회복된다. 레이저는 150 내지 400mJ/cm2, 양호하게는 200 내지 250mJ/cm2범위의 에너지 밀도로 작동된다. 따라서, N 형 불순물 영역(인으로 도핑된 영역)(108)이 형성된다. 이 영역의 면 저항은 200 내지 800Ω/스퀘어의 범위에 있음을 알았다.
레이저 어닐링의 상기 단계는 플래쉬 램프를 사용한 RTA 방법, 즉 급속 열 어닐링 방법으로 대체될 수 있고, 이 방법은 실리콘 막의 온도를 1000 내지 1200℃(실리콘 모니터상에서 측정시)의 범위로 급속히 승온시키는 것으로 이루어져 있다. 상기 어닐링 방법은 RTP(급속 열처리)라 칭하기도 한다.
이후, 산화실리콘막이 TEOS를 산소와 함께 사용하여 플라즈마 CVD에 의해, 또는 TEOS를 오존과 함께 사용하여 저압 CVD 또는 정상압 CVD에 의해 중간층 유전체(110)로서 3000Å의 두께로 증착된다. 기판온도는 250 내지 450℃ 범위로 예컨대 350℃에 유지된다. 이후 결과의 산화실리콘막을 기계적으로 정밀 연마(polishing)하여 매끄로운 표면을 얻는다. 그 위에 ITO 코팅이 스퍼터링에 의해 퇴적되고, 픽셀 전극(111)을 형성하도록 패턴화된다(제6(d)도).
중간층 유전체(110)가 에칭되어 제6(e)도에 도시된 바와 같은 소스/드레인 내에 콘택트홀이 형성되고, 접속부(112, 113)를 크롬 또는 질화 티타늄을 사용하여 형성하여 접속부(113)를 픽셀 전극(111)에 접속시킨다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 니켈을 10ppm의 저농도로 함유하는 수용액을 사용하여 니켈이 혼입된다. 따라서, 하이드로 플루오르산에 대해 높은 내성을 갖는 실리콘막을 실현할 수 있고 콘택트홀이 높은 복제성을 갖으면서 안정되게 형성될 수 있다.
실리콘막을 300 내지 400℃ 온도범위의 수소내에서 0.1 내지 2 시간동안 최종적으로 어닐링하여 실리콘막의 수소처리를 완결하여 완벽한 TFT를 형성할 수 있다. 이미 설명한 것과 유사한 복수의 TFT가 동시에 제조되고, 매트릭스로 배열되어 활성 매트릭스 액정 디스플레이 장치를 형성한다.
본 실시예에 따르면 활성층에 함유된 니켈의 농도는 5 × 1016내지 3 × 1018원자/cm3이다.
상기 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따른 방법은 니켈이 도입되는 부분을 결정화 하는 단계를 포함한다. 그러나, 본 방법은 실시예 2에서와 같이 수정될 수 있다. 즉, 니켈은 마스크를 통해 선택된 부분에 혼입되고, 결정이 그 부분으로부터 측방향으로 성장하게 할 수 있다. 상기 결정성장의 영역이 장치에 사용된다. 장치의 활성영역 니켈 농도를 보다 낮추므로써 전기적인 안정성 및 신뢰성의 관점에서 보다 양호한 장치를 실현할 수 있다.
[실시예 4]
본 실시예는 활성 매트릭스의 픽셀을 제어하는데 사용되는 TFT 제조에 관한 것이다. 제10(a)도 내지 제10(f)도는 본 실시예에 따른 TFT의 제조를 설명하기 위한 단면도이다.
제10(a)도에 있어서, 기판(201), 예컨대 유리기판이 세척되어 그 표면상에 산화실리콘막(202)이 구비되어 있다. 이 산화실리콘막(202)은 출발가스로서 사용되는 산소와 테트라에톡시 실란으로 플라즈마 CVD를 통해 형성된다. 이 막의 두께는 예컨대 2000Å이다. 다음, 500 내지 1500Å, 예컨대 1000Å의 두께를 갖는 진성의 비결정 실리콘막(203)을 산화 실리콘막(202)상에 형성하고, 그후 500 내지 2000Å, 예컨대 1000Å의 산화실리콘막(205)을 연속적으로 비결정 실리콘막상에 형성한다.
또한, 개구(206)를 형성하여 비결정 실리콘막을 노출시키도록 산화실리콘막(205)을 선택적으로 에칭한다. 다음, 니켈 함유 용액(본 실시예에서는 아세트산염 용액)으로 실시예 2에서 개시된 방식과 동일 방식으로 전표면을 코팅한다. 아세트산염 용액내 니켈 농도는 100ppm이다. 기타 다른 조건은 실시예 2와 동일하다. 이와 같이하여 니켈 함유막(207)이 형성된다.
니켈 함유막과 접촉시켜 구비된 비결정 실리콘막(203)이 질소분위기에서 4시간 동안 500-620℃에서 열 어닐링을 통해 결정화된다. 이 결정화는 실리콘막이 직접 니켈 함유막과 접촉하는 개구(206)아래의 영역에서 시작되어 기판과 평행한 방향으로 계속 진행된다. 도면에 있어서, 참조번호 204는 실리콘막에 니켈이 직접 첨가되어 결정화되는 실리콘막의 일부분을 지시하며 203은 결정이 측 방향으로 성장하는 부분을 지시한다. 측방향으로 성장된 결정은 약 25㎛이다. 또한, 결정 성장의 방향은 대략 [111]축에 나란하다.
결정화 후, 산화 실리콘막(205)을 제거한다. 이때, 개구(206)내의 실리콘막상에 형성된 산화막이 동시에 제거된다. 또한, 실리콘막(204)을 드라이 에칭으로 패턴화하여 제10(b)도에 도시된 바와 같은 섬형상으로 활성층(208)을 형성한다. 니켈은 니켈이 직접 첨가되는 개구(206) 아래뿐만 아니라 결정의 정상 단부가 존재하는 부분에서도 더 농후한 농도로 실리콘막에 함유된다는 것에 주목해야 한다. 실리콘막의 패턴화는 패턴화된 실리콘막(208)이 니켈을 더 농후한 농도로 함유하는 부분을 포함하지 않도록 수행되어야 한다.
다음, 패턴화된 활성층(208)을, 그 표면을 산화하여 1000Å의 산화실리콘막(209)을 형성하도록, 500 내지 600℃, 전형적으로는 550℃에서 10 기압의 100% 수증기를 함유하는 분위기에 노출시킨다. 산화후, 기판을 400℃의 암모늄 분위기(1 기압, 100%)에서 유지시킨다. 이상태에서, 산화실리콘막(209)이 0.6 내지 4㎛, 예컨대 0.8-1.4㎛ 범위의 파장에 강도피크를 갖는 적외선으로 조사되어 산화실리콘막(209)을 질화시킨다. HCl이 상기 분위기에 0.1 내지 10% 추가될 수도 있다. 할로겐 램프가 적외선의 광원으로 사용된다. 적외선(IR)의 강도는 측정하고 있는 단결정 실리콘 웨이퍼의 표면 온도가 900 내지 1200℃로 설정되도록 조절된다. 보다 상세하게, 온도는 단결정 실리콘 웨이퍼내에 박아넣은 열전쌍(thermocouple)에 의해 측정되고 적외선 광원에 전달된다(피드백). 본 실시예에서, 온도 상승률은 50 내지 200℃/초의 범위내에서 일정하게 유지되고 또한 기판은 20 내지 100℃/초로 자연냉각된다. 적외선은 실리콘막을 선택적으로 가열할 수 있기 때문에 유리 기판의 가열을 최소화 할 수 있다.
제10(c)도에 있어서, 알루미늄막을 스퍼터링법으로 3000 내지 8000Å, 예컨대 6000Å의 두께로 형성한 다음에 게이트 전극(210)으로 패턴화한다. 알루미늄막은 0.01 내지 0.2%의 스칸듐을 함유하는 것이 양호할 수 있다.
제10(d)도에 있어서, 알루미늄 전극(210)의 표면이 양극 산화막(211)을 형성하도록 주석산을 1-5% 함유하는 에틸렌 글리콜 용액내에서 양극산화된다. 산화막(211)의 두께는 2000Å이고, 이 두께는 이하에서 설명되는 바와 같은 추후단계에서 형성될 오프셋 게이트의 크기를 결정한다.
제10(e)도에 있어서, 게이트 전극과 주변 양극산화막을 마스크로 사용하여 N형 전도성 불순물(본 실시예에서는 인)이 불순물 영역(212, 213)을 형성하도록 이온 도핑법(플라즈마 도핑법이라고도 함)에 의해 셀프-얼라이닝 방식으로 활성층내로 주입된다. 포스핀(pH3)이 도펀트 가스로서 사용된다. 가속전압은 60 내지 90kV, 예컨대 80kV이다. 투여량은 1 × 1015내지 8 × 1015cm-2, 예컨대 4 × 1015cm-2이다. 도면으로 알수 있는 바와 같이, 불순물 영역(212, 213)은 게이트 전극으로 부터 거리 “X” 만큼 벗어나 있다. 이러한 형태는 역 바이어스 전압(즉 NTFT의 경우 음 전압)을 가할때 발생하는 리크 전류(오프 전류)를 감소시키는데 유리하다. 특히, 양호한 디스플레이를 얻도록 픽셀 전극내에 저장된 전하가 누출없이 유지되는 것이 바람직하기 때문에 TFT가 본 실시예의 경우와 같이 활성 매트릭스의 픽셀을 제어하는데 사용될때 오프셋 상태가 특히 유리하다.
이후, 레이저 조사로 어닐링을 수행한다. 레이저로서 KrF 엑시머 레이저(파장 248nm, 펄스폭 : 20nsec) 또는 기타 다른 레이저를 사용할 수 있다. KrF 엑시머 레이저의 경우 레이저 조사의 조건은 에너지 밀도가 200 내지 400mJ/cm2, 예컨대 250mJ/cm2이고, 스폿수는 한 장소당 2 내지 10 스폿, 예컨대 2 스폿이다. 기판은 조사 효과가 향상되도록 200 내지 450℃로 가열되는 것이 바람직하다.
제10(f)도에 있어서, 산화실리콘의 중간층 절연막(214)이 플라즈마 CVD를 통해 6000Å의 두께로 형성된다. 또한, 투명한 폴리이미드막(215)이 사면을 얻도록 스핀 코팅에 의해 형성된다. 다음, 예컨대 인듐산화주석으로 된 투명한 전도성 막이 스퍼터링에 의해 800Å의 두께로 상기 사면상에 형성되고 픽셀 전극(216)으로 패턴화된다.
중간층 절연막(214, 215)에는 콘택트 홀들이 설치되며, 이것을 통해 전극/배선(217, 218)이 TFT의 불순물 영역에 도달할 수 있다. 전극/배선(217, 218)들은 금속물질, 예컨대 질화 티타늄과 알루미늄의 다중층으로 형성된다.
마지막으로, 1 기압의 수소 분위기에서 30 분동안 350℃에서 어닐링을 행하여 TFT를 갖는 활성 매트릭스 회로의 픽셀 회로를 완성한다.
[실시예 5]
본 실시예는 TFT의 제조에 관한 것이고 제11(a)도 내지 제11(d)도를 참조하여 설명한다. 선행 실시예의 요소와 동일 또는 유사한 요소는 동일한 참조번호가 설명을 위해 사용된다.
제11(a)도에 있어서, 먼저 산화실리콘의 기부막(202)이 스퍼터링에 의해 2000Å 두께로 CORNING7059 기판(201)상에 형성된다. 이 기판은 기판의 변형점보다 높은 온도에서 어닐링된 다음, 유리를 0.1 내지 1.0℃/분의 속도로 변형점 이하의 온도로 냉각한다. 이에 의해, 이후 일어나는 기판 가열(예컨대, 열산화, 열어닐링)에 기인한 기판의 수축을 감소시킬 수 있고, 이 결과로서 마스크 정렬 공정이 용이해질 것이다. 이 단계는 기부막(201)의 형성전이나 후에 수행되거나 기부막(201)의 형성 전과 형성후 수행될 수 있다. CORNING7059 기판을 사용하는 경우에, 기판은 620 내지 660℃에서 1 시간 내지 4 시간동안 가열될 수 있고, 그후 0.1 내지 0.3℃/초로 냉각되어 온도가 400 내지 500℃로 감소하였을때 가열로(furnace)로 부터 꺼내진다.
다음, 진성(I 형) 비결정 실리콘막이 플라즈마 CVD를 통해 500 내지 1500Å, 예컨대 1000Å의 두께로 형성된다. 비결정성 실리콘막은 실시예 1과 동일한 방식으로 결정화된다. 따라서, 반복적인 설명은 생략한다. 결정화후, 실리콘막은 10 내지 1000 제곱 미크론의 크기를 갖는 섬형상으로 패턴화된다. 따라서, 섬형상의 결정 실리콘막(208)이 제11(a)도에 도시된 바와 같이 TFT의 활성층으로서 형성된다.
제11(b)도에 있어서, 실리콘막의 표면을 산화분위기에 노출하여 산화시키므로써 산화막(209)을 형성한다. 이 산화 분위기는 수증기를 70 내지 90% 함유한다. 이 분위기의 압력 및 온도는 1 기압과 500 내지 750℃, 전형적으로는 600℃이다. 이 분위기는 수소/산소 비율이 1.5 내지 1.9 인 산소와 수소 가스로부터 발열 반응에 의해 형성된다. 이와 같이 형성된 분위기에 실리콘막을 3-5 시간 동안 노출시킨다. 이결과, 500 내지 1500Å, 예컨대 1000Å 두께의 산화막(209)이 형성된다. 실리콘막의 표면이 산화에 기인하여 50Å 이상 축소(침식)되기 때문에, 실리콘막의 최상부 표면의 오염 효과가 실리콘-산화실리콘 접촉면까지 연장하지 않는다. 즉, 산화에 의해 깨끗한 실리콘-산화실리콘 접촉면을 얻을 수 있다. 또한, 산화실리콘막의 두께는 산화되는 실리콘막 부분의 두께에 두배이기 때문에 실리콘막이 최초 1000Å 두께이고 얻은 산화실리콘막이 1000Å 일때, 산화후 남아있는 실리콘막의 두께는 500Å 이다.
통상, 산화실리콘막(게이트 절연막)과 활성층이 얇을수록 가동성이 더욱 높아지고 오프전류는 더욱 작아진다. 한편, 비결정 실리콘막의 예비 결정화는 그 두께가 더 두꺼울때 더 용이하다. 따라서, 활성층의 두께에 대한 전기적 특성과 결정화 방법에 모순이 있었다. 본 실시예는 이러한 문제점을 유리하게 해결한다. 즉, 양호한 결정성 실리콘막이 형성될 수 있도록 더 두꺼운 두께를 갖는 비결정 실리콘막이 먼저 형성되고, 그후 실리콘막의 두께가 산화에 의해 감소되어 TFT의 활성층 특성을 향상시킨다. 더욱이, 결정 실리콘막내에 함유된 비결정성 성분 또는 결정립 경계는 열산화동안 산화되는 경향이 있어 활성층에 포함된 재결합 중추를 감소시킨다.
산화실리콘막(209)을 열산화를 통해 형성한 후, 기판을 1 기압 600℃의 100% 모노사이드 디니트로겐 분위기에서 2 시간 동안 어닐링한다.
제11(c)도에 있어서, 인을 0.01 내지 0.2% 함유하는 실리콘이 저압 CVD를 통해 3000 내지 8000Å, 예컨대 6000Å 두께로 증착된 다음에 패턴화되어 게이트 전극(210)을 형성한다. 또한, 이 게이트 전극(210)을 마스크로서 이용하여 N 형 불순물을 이온 도핑에 의한 셀프-얼라이닝 방식으로 활성층의 일부분내에 첨가된다. 도펀트가스로서 포스핀이 사용된다. 도핑 조건은 실시예 4와 실질적으로 동일하다. 투여량은 예컨대 5 × 1015cm-2이다. 이로써 N 형 불순물 영역(212, 213)이 형성된다.
이후, 어닐링을 실시예 4와 동일한 방식으로 KrF 엑시머 레이저로 수행한다. 레이저 어닐링은 근적외선을 갖는 램프 어닐링으로 대체될 수도 있다. 근적외선은 비결정 실리콘보다 결정 실리콘에 의해 보다 효과적으로 흡수된다. 따라서, 근적외선으로의 어닐링은 1000℃ 이상에서의 열 어닐링에 필적한다. 한편, 근적외선이 유리 기판에 흡수되지 않는 만큼 유리기판이 손상되도록 가열되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 원적외선은 유리기판에 흡수되더라도, 파장이 0.5 내지 5㎛ 범위인 가시 또는 근적외선은 그리 흡수되지 않는다.
제11(d)도에 있어서, 산화실리콘의 중간층 절연막(214)이 플라즈마 CVD를 통해 6000Å 두께로 형성된다. 산화실리콘대신에 폴리이미드가 사용될 수도 있다. 또한, 콘택트 홀이 절연막을 관통하여 형성된다. 전극/배선(217, 218)이 다층의 질화 티타늄 및 알루미늄막을 사용하여 콘택트 홀을 통해 형성된다. 마지막으로, 수소 분위기에서 어닐링이 350℃, 1 기압으로 30 분 동안 수행된다. 이로써, TFT가 완성된다.
이와 같이 형성된 TFT의 가동성은 110 내지 150cm2/Vs 이다. S 값은 0.2 내지 0.5V/digit 이다. 또한, 소스.드레인 영역안으로 붕소를 도핑하므로써 P-채널형 TFT를 형성한 경우에 가동성은 90 내지 120cm2/Vs 이고 S 값은 0.4 내지 0.6V/digit 이다. 종래의 PVD 또는 CVD에 의해 게이트 절연막을 형성한 경우와 비교할때, 본 실시예에 따른 가동성은 20% 이상 증가될 수 있고 S 값은 20% 이상 감소될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 TFT의 신뢰성은 1000℃ 정도의 높은 온도에서 열산화를 통해 제조된 TFT의 신뢰성에 필적할 수 있다.
[실시예 6]
제12도는 본 실시예에 따른 활성 매트릭스형 액정 장치의 예를 도시한다.
도면에 있어서, 참조번호 61 은 유리기판이고, 63 은 각각 스위칭 소자(switching element)로서 TFT가 구비된 복수의 픽셀을 매트릭스의 형태로 갖고 있는 픽셀 영역을 도시한다. 참조번호 62 는 구동 TFT들이 픽셀 영역의 TFT 들을 구동하도록 구비된 주변 구동 영역(들)을 도시한다. 픽셀 영역(63) 및 구동 영역(62)은 동일 기판(61)상에 합체되어 있다.
구동 영역(72)내에 설치된 TFT 들은 큰 용량의 전류가 그것들을 통과하도록 높은 가동성을 가질 필요가 있다. 또한 픽셀 영역(63)내에 설치된 TFT 들은 픽셀 전극의 전하 보전 능력을 증가시키도록 낮은 리크 전류 특성을 가질 필요가 있다. 예컨대, 실시예 3에 따라 제조된 TFT 들이 픽셀 영역(63)의 TFT로서 적합하다.
[실시예 7]
본 실시예는 실시예 1의 변경 실시예이다. 즉, 니켈 아세테이드 수성 용액을 형성하기 전에, 산화 실리콘 표면상에 연마 처리(rubbing treatment)를 수행하여 그곳에 미세한 스크래치(scratches), 즉 긁힘 자국을 다수 형성시킨다.
제13(a)도에 있어서, 산화 실리콘막을 기부막(18)으로서 갖고 있는 CORNING7059 기판(11)이 구비되어 있다. 이 산화실리콘막이 스퍼터링에 의해 예컨대 2000Å의 두께로 형성된다. 산화실리콘 막상에 비결정 실리콘막(12)이 플라즈마 CVD에 의해 300 내지 800Å의 두께, 예컨대 500Å의 두께로 형성된다. 다음, 비결정 실리콘막의 표면이 플루오르화수소산으로 처리되어 그곳에 형성된 천연 산화물 또는 오염물질이 제거된다. 이후, 기판의 표면을 산소분위기에서 자외선(도시않음)으로 노출시키므로써 10 내지 100Å 두께의 산화 실리콘막이 형성된다. 산화는 과산화수소 처리 또는 열산화로 수행될 수도 있다.
다음, 참조번호 17로 도시된 바와같은 미세한 스크래치들이 연마 처리에 의해 산화 실리콘막상에 형성된다. 이 연마 처리는 다이아몬드 페이스트(diamond Paste)로 수행된다. 그러나, 목화 직물 또는 고무가 다이아몬드 페이스트 대신에 사용될 수도 있다. 스크래치는 균일한 방향, 폭 그리고 깊이를 갖는 것이 바람직하다.
연마처리 후, 니켈 아세테이트 막이 실시예 1과 동일한 방식으로 스핀 코팅에 의해 형성된다. 니켈 아세테이트 용액은 스크래치에 균일하게 흡착된다.
제13(b)도를 참조하면, 비결정 실리콘막을 실시예 1과 같이 질소 분위기에서 4시간 동안 550℃로 어닐링한다. 이로써, 결정성 실리콘막이 형성된다. 이와같이 형성된 막에 있어서 결정립(19)의 크기와 배향은 실시예 1에서 얻은 것보다 더욱 균일하다. 결정립(19)은 한 방향으로 연장되고 대략 직사각형 또는 타원형 등과 같은 형상을 하고 있다.
스크래치의 크기 또는 갯수는 다이아몬드 페이스트의 밀도를 변경하므로써 조절될 수 있다. 현미경으로 스크래치를 관찰하기는 곤란하기 때문에 얻어진 결정성 실리콘막내에 잔류하는 비결정 실리콘의 밀도 또는 결정립의 크기가 최대가 될수 있게 연마 조건을 결정한다. 본 실시예에 있어서, 연마 처리의 조건은 결정화 후 잔류하는 비결정 영역의 길이가 1㎛ 이하, 바람직하게는 0.3㎛ 이하가 되도록 선택된다.
연마처리를 수행하지 않는 실시예 1의 경우, 니켈이 균일하게 확산되지 않고 1 내지 10㎛의 원형으로 결정화되지 않은 영역이 발견되는 경향이 있다. 따라서, 연마처리는 결정의 균일성을 향상시킨다.
[실시예 8]
본 실시예는 실시예 7에 따른 활성 매트릭스의 스위칭 픽셀용 TFT의 제조방법에 관한 것이다. 제14(a)도 내지 제14(e)도는 제조 공정을 도시하는 단면도이다.
제14(a)도에 있어서, 산화 실리콘막(202)이 플라즈마 CVD에 의해 3000Å의 두께로 CORNING7059 유리로 제조된 기판(201)(10 제곱 cm)상에 형성된다. 다음, 비결정 실리콘막(203)이 플라즈마 CVD에 의해 300 내지 1000Å의 두께, 예컨대 500Å의 두께로 산화 실리콘막(202)상에 형성된다.
이와같이 형성된 비결정 실리콘막을 실시예 7에서 설명한 방법으로 결정화 한다. 열결정화 후, 200 내지 350mJ/cm2의 에너지 밀도를 갖는 kr 엑시머레이저(248nm 파장)로 레이저 어닐링을 수행하여 결정화를 향상시킨다. 이결과, 결정성 실리콘막에 잔류하는 비결정성 성분이 완전히 결정화되었다.
결정화 후, 실리콘막(203)을 제14(b)도에 도시된 바와같은 섬형상 실리콘막(208)으로 패턴화한다. 이때, 결정립 경계에 대한 실리콘섬의 위치 및 배향이 제15(a)도 및 제15(b)도에 도시된 방식으로 선택될 수 있다.
TFT의 전류가 결정립 경계를 교차할 때, 결정립 경계는 저항으로서 기능한다. 한편, 전류는 결정립 경계를 따라 흐르기가 쉽다. 따라서, TFT의 전기적 특성은 채널 영역내에 포함된 결정립(결정립 경계)의 갯수와 배향에 의해 크게 영향을 받는다. 예컨대, 그곳에 많은 TFT들이 존재하면 각 TFT의 리크 전류 특성은 채널 영역내에 포함된 결정립의 갯수 및 배향에 따라 변화한다.
이러한 문제점은 결정립의 크기가 채널의 크기와 대략 동일하거나 그것보다 작을 때 심각하다. 채널이 결정립보다 매우 클때, 상기 분산이 평균화되고 많이 발견되지 않는다.
예컨대, 채널내에 결정립 경계가 전혀없다면 TFT는 단결정 TFT의 전기적 성질과 동일한 전기적 성질을 갖는 것으로 예상될 수 있다. 한편, 결정립 경계가 섬을 통해 드레인 전류의 방향을 따라 연장하면, 리크 전류가 더 커진다. 반대로, 결정립 경계가 드레인 전류의 방향에 수직한 방향으로 연장하면, 리크 전류는 더 작아진다.
드레인 전류가 연마 방향에 나란한 방향으로 흐르도록 TFT들이 배열될 때, 결정은 연마 방향을 따라 길이가 증가되기 때문에 채널내에 포함된 결정립 경계의 갯수가 균일하지 않게 되고, 따라서 리크 전류가 분산되기 쉽다. 더욱이, 리크 전류의 강도는 결정립 경계가 제15(a)도에 도시된 바와같이 드레인 전류의 방향으로 정렬되기 때문에 더 크게 된다. 한편, 제15(b)도에 도시된 바와같이, 드레인 전류가 연마 방향에 수직한 방향으로 흐른다면, 오프 전류 특성이 안정화될 수 있다. 이는 결정립(19)의 폭이 대략 균일하고 채널 영역(26)내에 존재하는 결정립의 갯수가 일정하게 될 수 있기 때문이다. 결론적으로 TFT의 드레인 전류가 결정립 경계 방향, 즉 연마 방향에 수직한 방향으로 흐르도록 활성 영역(208)을 배열하는 것이 바람직하다. 더욱이, 연마처리는 결정립의 크기를 균일하게 하여 결정화되지 않은 영역이 다음의 레이저 조사에 의해 에피택시하게 결정화될 수 있다.
제14(b)도에 도시된 바와같이, 200 내지 1500Å, 예컨대 1000Å 두께의 산화 실리콘막이 플라즈마 CVD를 통해 게이트 절연막(209)으로서 형성된다.
다음, 1 중량 % 의 Si 또는 0.1 내지 0.3 중량 %의 Sc를 함유하는 알루미늄이 1000Å 내지 3㎛, 예컨대 5000Å으로 스퍼터 형성된 다음, 게이트 전극(210)으로 패턴화된다. 다음, 주석산을 1 내지 3%를 함유하는 에틸렌 글리콜 용액을 사용하여 알루미늄 전극을 양극 산화 처리를 한다. 전해액의 PH 는 약 7 이다. 백금 전극은 음극으로서 사용되는 반면 알루미늄 전극은 양극으로 사용된다. 전압이 220V에 이를 때까지 일정하게 유지된 전류로 전압을 증가시킨 다음, 이 상태를 한 시간 동안 유지시킨다. 이결과, 양극 산화막(211)이 1500 내지 3500Å, 예컨대 2000Å의 두께로 형성된다.
제14(c)도를 참조할 때, 게이트 전극(210)을 마스크로서 사용하여 하나의 전도성 타입을 가지는 불순물(붕소)을 이온 도핑 방법을 통해 셀프-얼라이닝 방식으로 실리콘 섬안으로 주입한다. 디보란(B2H6)을 도펀트 가스로서 사용한다. 투여량은 4-10×1015cm-2이다. 가속 전압은 65kV이다. 이로써, 한쌍의 불순물 영역(P형)(212,213)을 얻었다.
이후, 불순물 영역(212,213)을 KrF 엑시머레이저(파장 248nm, 펄스폭 20nsec)를 조사하므로써 활성화한다. 이 레이저 빔의 에너지 밀도는 200 내지 400mJ/cm2, 양호하게는 250 내지 300mJ/cm2이다.
제14(d)도를 참조하면, 산화실리콘으로 만들어진 중간층 절연막(214)을 플라즈마 CVD를 통해 3000Å의 두께로 형성한다. 다음, 콘택트홀이 불순물 영역(212)(소스)상에 에칭에 의해 중간층 절연막(214) 및 게이트 절연막(209)을 관통해 형성된다. 다음, 알루미늄막을 스퍼터링에 의해 형성한 뒤 패터닝하여 소스 전극(217)을 형성시킨다.
제14(e)도를 참조하면, 질화 실리콘을 플라즈마 CVD를 통해 보호막(215)으로서 2000 내지 6000Å으로 증착한다. 콘택트홀이 불순물 영역(드레인)(213)상에 에칭에 의해 보호막(215), 중간층 절연막(214) 및 게이트 절연막(209)을 관통하여 형성된다. 마지막으로 인듐 주석 산화막(ITO)이 픽셀 전극(216)으로 형성된다. 이와 같이 해서 픽셀 TFT가 얻어졌다.
본 발명이 양호한 실시예들로 개시되었더라도 본 발명의 범위는 그러한 특정 실시예들로 한정되지 않음을 이해해야 하며, 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
예컨대 알콜등과 같은 무수용액을 사용하여 니켈 함유막이 형성될 수도 있다. 알콜을 사용할 때, 그 용액은 산화막을 사용하지 않고서 비결정 실리콘막상에 직접 형성될 수 있다. 특히, 니켈 아세틸 아세토네이트와 같은 니켈 함유 화합물은 에탄올에 용해될 수 있다. 상기 물질은 그 분해 온도가 비교적 낮기 때문에 결정화를 위해 가열하는 동안 분해될 수 있다. 니켈 아세틸 아세토네이트의 양은 용액내의 니켈 농도가 100ppm이 되도록 선택된다. 용액을 코팅한 뒤 1 분 동안 1500rpm으로 스핀 건조법을 통해 건조하므로서 니켈 함유막을 얻을 수 있다. 또한, 알콜의 접촉각이 물의 접촉각 보다 작기 때문에 막을 형성하는데 사용되는 용액의 양은 수용액이 사용될 때보다 더 적을 수 있다. 이경우, 100 제곱 mm에 대해 2ml가 적절하다. 결정 실리콘을 형성하기 위한 그다음의 공정들은 상기 양호한 실시예에서 설명된 공정과 전적으로 동일할 수 있다.
또다른 실시예로서 원소 니켈이 산에 의해 용해될 수 있다. 즉, 0.1 몰/l의 질산이 산으로서 사용된다. 니켈분말이 상기 산에 50ppm 용해된다.

Claims (32)

  1. 절연면상에 형성된 복수의 박막 트랜지스터를 가진 활성 매트릭스 디스플레이 장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터의 각각은 절연면 상에 형성된 결정성 실리콘을 가진 반도체 활성 영역을 포함하며, 상기 실리콘막은 비결정성 실리콘막의 결정화를 촉진시키는 촉매 원소를 1 × 1019원자/㎤ 이하의 농도로 함유하는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 촉매 원소는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, PI, PN 및 NI로 나타낸 하나 이상의 전기 접합을 포함하는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 결정성 실리콘막은 [111]축을 가진 결정을 포함하며, 상기 결정성 실리콘막의 결정 성장 방향이 [111]축과 일직선으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실리콘막의 표면은 {hk ℓ} (h+k=ℓ)로 나타내는 하나 이상의 평면 및 그 이웃 평면을 가지는 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서, {hk ℓ}로 표현되는 상기 평면들은 {110}, {123}, {134}, {235}, {145}, {156}, {257} 및 {167}인 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 디스플레이 장치.
  7. 기판상에 형성된 결정성 실리콘막으로 이루어진 하나이상의 활성 영역을 포함하는 반도체 장치에 있어서, 상기 실리콘막의 표면은 {110}, {123}, {134}, {235}, {145}, {156}, {257} 및 {167}면들중 하나 이상의 면을 갖고, 상기 결정성 실리콘 막은 1 × 1019원자/㎤ 이하의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 결정성 실리콘막은 100 내지 1500Å의 두께인 것을 특징으로 하는 활성 매트릭스 디스플레이 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 결정성 실리콘막의 두께는 100 내지 1500Å인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  10. 기판의 절연면상에 형성된 박막 트랜지스터를 갖는 반도체 장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는 상기 절연면상에 형성된 실리콘을 포함하는 결정성 반도체층과, 상기 결정성 반도체층내에 형성된 채널영역과, 그 사이에 개재된 게이트 절연층과 함께 상기 채널 영역에 인접한 게이트 전극을 포함하며; 상기 결정성 반도체층은 비결정성 실리콘의 결정화를 촉진할 수 있는 촉매를 1 × 1019원자/㎤ 이하의 농도로 함유하며, 상기 결정성 반도체층은 상기 절연면에 평행한 한 방향으로 균일하게 연장하는 실리콘 결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반도체층에 함유된 촉매의 농도범위는 1 × 1016내지 1 × 1019원자/㎤ 인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 반도체층은 100 내지 1500Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 촉매는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  14. 박막 트랜지스터, 다이오드 및 광센서로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 부품을 가지며, 기판상에 형성된 결정성 실리콘막을 구비한 활성 영역을 갖는 반도체 장치에 있어서, 상기 실리콘막의 표면은 {hk ℓ} (h+k=ℓ)으로 표현된 하나 이상의 면을 가지며, 상기 결정성 실리콘막은 1 × 1019원자/㎤ 이하의 농도로, 비결정성 실리콘막의 결정화를 촉진하는 촉매 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 활성 영역은 100 내지 1500Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 촉매 원소는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  17. 절연면상에 형성된 다수의 박막 트랜지스터를 갖는 반도체 장치에 있어서, 상기 각각의 박막 트랜지스터는 상기 절연면상에 형성된 결정성 실리콘을 구비하는 반도체 활성 영역과, 상기 반도체 활성 영역내에 형성된 채널 영역과, 그 사이에 게이트 절연층을 가지며 상기 채널 영역의 상부에 형성된 게이트 전극을 포함하며, 상기 결정성 실리콘막은 1×1019원자/㎤이하의 농도로, 비결정성 실리콘막의 결정화를 촉진시키는 촉매 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 반도체 활성 영역은 100 내지 1500Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  19. 제17항에 있어서, 상기 촉매 원소는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  20. 반도체 장치에 있어서, 기판상에 형성된 결정성 실리콘막을 구비하는 활성 영역과, 상기 활성 영역내에 형성된 채널 영역과, 그 사이에 게이트 절연층을 가지며 상기 채널 영역의 상부에 형성된 게이트 전극을 포함하며; 상기 실리콘막의 표면은 {110}면을 갖지만 {111}면은 갖지 않으며, 상기 결정성 실리콘막은 1×1019원자/㎤ 이하의 농도로, 비결정성 실리콘막의 결정화를 촉진시키는 촉매 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 활성 영역은 100 내지 1500Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 촉매 원소는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  23. 기판의 절연면상에 형성된 박막 트랜지스터를 갖는 반도체 장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는 상기 절연면상에 형성된 실리콘을 구비하는 결정성 반도체층과, 상기 결정성 반도체층내에 형성된 채널 영역과, 그 사이에 개재된 게이트 절연층과 함께 상기 채널 영역의 상부에 형성된 게이트 전극을 포함하며; 상기 결정성 반도체층은 1×1019원자/㎤이하의 농도로, 비결정성 실리콘의 결정화를 촉진시킬 수 있는 촉매 원소를 함유하며, 상기 결정성 반도체층은 상기 절연면에 평행한 일 방향으로 균일하게 연장하는 실리콘 결정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 결정성 반도체층은 100 내지 1500Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  25. 제23항에 있어서, 상기 촉매 원소는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 인듐(In), 주석(Sn), 인(P), 비소(As) 및 안티몬(Sb)으로 이루어진 군에서 선택된 물질인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  26. 기판의 절연면상에 형성되고 절연면과 평행한 [111]축을 가진 실리콘 결정을 포함하는 결정성 반도체막을 구비하며, 실리콘 결정의 결정화를 촉진시키기 위해 결정성 반도체막에 포함된 촉매원소의 농도가 1×1019원자/㎤ 이하 인것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  27. 제26항에 있어서, 실리콘 결정의 각각은 단결정인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  28. 제26항에 있어서, 상기 결정성 반도체막은 수소화 처리된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  29. 제26항에 있어서, 상기 기판은 유리 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  30. 제26항에 있어서, 상기 촉매원소는 니켈, 팔라듐, 구리, 은, 금, 인듐, 주석, 인, 비소 및 안티몬으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  31. 제26항에 있어서, 상기 촉매원소는 VIII, IIIb, IVb및 Vb군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  32. 제26항에 있어서, 상기 농도는 SIMS로 측정되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
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