KR100274887B1 - Thin film transistor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막트랜지스터와 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 드레인 및 소스영역에 고농도로 도핑된 불순물을 레이저 어닐링시 채널층으로 확산시켜 LDD영역을 형성함으로써 오프 전류를 줄일 수 있는 박막트랜지스터와 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor and a method of fabricating the same. In particular, a thin film transistor and a method of manufacturing the same may be formed by diffusing impurities heavily doped in drain and source regions into a channel layer during laser annealing to form an LDD region. It is about.
박막트랜지스터는 액정표시소자에서 각 픽셀 영역의 화상데이터 신호를 스위칭 하는 스위칭소자로 도3과 도4에 도시된 박막트랜지스터는 탑 게이트(Top gate) 구조를 갖으며, 도3은 오프셋(Off set) 또는 LDD(Lightly doped drain)영역이 없는 종래의 박막트랜지스터의 단면구조도이고, 도4는 오프셋 또는 LDD영역을 가진 종래의 박막트랜지스터의 단면구조도이다.The thin film transistor is a switching device for switching the image data signal of each pixel region in the liquid crystal display device. The thin film transistor shown in FIGS. 3 and 4 has a top gate structure, and FIG. 3 is an offset set. Or a cross-sectional structure diagram of a conventional thin film transistor having no LDD (Lightly doped drain) region, and FIG. 4 is a cross-sectional structure diagram of a conventional thin film transistor having an offset or LDD region.
도3의 종래의 박막트랜지스터는 기판(1), 기판(1)의 상부에 박막 장비를 사용하여 산화막을 침적시켜 형성된 버퍼층(2), 버퍼층(2) 상부에 고농도로 도핑된 드레인영역(3a)과 소스영역(3b) 및 채널영역(Ⅰ)들이 형성되는 채널층(3), 채널층(3) 상부에 형성된 게이트 절연막(4) 및 게이트 절연막(4) 상부에 형성된 게이트 전극(5)으로 구성되며, 채널층(3)의 채널영역(Ⅰ)의 길이와 게이트 전극(5)의 길이는 동일하다.The conventional thin film transistor of FIG. 3 includes a substrate 1 and a buffer layer 2 formed by depositing an oxide film on the substrate 1 using thin film equipment, and a drain region 3a heavily doped on the buffer layer 2. And a channel layer 3 on which the source region 3b and the channel regions I are formed, a gate insulating film 4 formed on the channel layer 3, and a gate electrode 5 formed on the gate insulating film 4. The length of the channel region I of the channel layer 3 and the length of the gate electrode 5 are the same.
도4의 오프셋 또는 LDD영역을 가진 종래의 박막트랜지스터는 도3의 박막트랜지터와 동일하나, 다만 박막트랜지스터가 오프일 때 박막트랜지스터의 드레인과 소스간에 흐르는 누설전류(Leakage Current), 즉 오프 전류(Off-Current)를 감소시키기 위하여 도3의 채널영역(Ⅰ)의 양 가장자리에 저농도로 도핑된 오프셋 또는 LDD영역(Ⅱ)을 형성하기 위해 도3의 채널영역(Ⅰ)의 길이 보다 더 긴 채널영역(Ⅰ)을 갖는다. 즉, 도4의 종래의 박막트랜지스터의 채널영역(Ⅰ)의 길이는 게이트 전극(5)의 길이 보다 더 길다.The conventional thin film transistor having the offset or LDD region of FIG. 4 is the same as the thin film transistor of FIG. 3 except that the leakage current flowing between the drain and the source of the thin film transistor when the thin film transistor is off, that is, the off current ( Channel region longer than the length of channel region I of FIG. 3 to form an offset or LDD region II lightly doped at both edges of channel region I of FIG. 3 to reduce off-current. Has (I). That is, the length of the channel region I of the conventional thin film transistor of FIG. 4 is longer than the length of the gate electrode 5.
도3의 종래의 박막트랜지스터의 제조방법은 다음과 같다.The manufacturing method of the conventional thin film transistor of FIG. 3 is as follows.
기판(1)의 상부에 박막 장비를 사용하여 산화막을 침적시켜 버퍼층(2)을 형성하고, 버퍼층(2) 상부 전면에 저온에서 비도핑된 비정질 실리콘(Amorphos Silicon)으로 이루어진 채널층(3)을 박막 증착 장비를 이용하여 형성하고, 채널층(3)을 패터닝한 후 채널층(3)을 다결정 실리콘(Polycrystalline Silicon)으로 재결정화 시키기 위해 패터닝된 채널층(3)을 레이저 어닐링(Laser Annealing) 한다. 패터닝된 채널층(3) 상부 및 버퍼층(2) 상부에 게이트 절연막(4)을 형성하고 게이트 절연막(4) 상부의 소정 위치에 게이트 전극(5)을 형성한다. 게이트 전극(5) 형성 후 게이트 전극(5)을 마스크로 사용하여 고농도의 불순물을 이온주입(Ion Implantation)하고 소정 온도로 열처리하여 게이트 전극(5) 하부의 채널층(3)은 채널영역(Ⅰ)이 형성되고, 채널영역(Ⅰ)의 좌우측에는 이온주입된 고농도의 불순물에 의해 드레인영역(3a) 및 소스영역(3b)이 형성된다.An oxide film is deposited on the upper portion of the substrate 1 to form a buffer layer 2, and a channel layer 3 made of amorphous silicon undoped at low temperature is formed on the entire upper surface of the buffer layer 2. It is formed using a thin film deposition apparatus, and the channel layer 3 is patterned, and then laser annealed the patterned channel layer 3 to recrystallize the channel layer 3 into polycrystalline silicon. . The gate insulating film 4 is formed on the patterned channel layer 3 and the buffer layer 2, and the gate electrode 5 is formed at a predetermined position on the gate insulating film 4. After the gate electrode 5 is formed, a high concentration of impurities are ion implanted using the gate electrode 5 as a mask and heat-treated to a predetermined temperature to form a channel region 3 under the gate electrode 5. ) Is formed, and the drain region 3a and the source region 3b are formed on the left and right sides of the channel region I by the implanted high concentration of impurities.
게이트 전극(5) 형성 후 게이트 전극(5)을 마스크로 사용함으로써 이온주입시 드레인영역(3a) 및 소스영역(3b)은 게이트 전극(5)에 의해 자동적으로 그 위치가 자기정합(Self-Align)되며, 이온주입 후 채널층(3)을 소정 온도로 열처리함으로써 드레인영역(3a) 및 소스영역(3b)의 채널층(3)과 이온주입된 고농도의 불순물간의 재결정화 시키며, 이 과정에서 드레인영역(3a) 및 소스영역(3b)에 도핑된 불순물들은 전기적으로 활성화된다.After the gate electrode 5 is formed, the gate electrode 5 is used as a mask, and thus the drain region 3a and the source region 3b are automatically self-aligned by the gate electrode 5 during ion implantation. After ion implantation, the channel layer 3 is heat-treated to a predetermined temperature to recrystallize between the channel region 3 of the drain region 3a and the source region 3b and the high concentration of impurities implanted, and in this process Impurities doped in the region 3a and the source region 3b are electrically activated.
도4의 오프셋 영역을 갖는 종래의 박막트랜지스터의 제조방법은 도3의 종래의 박막트랜지스터의 제조방법과 동일하나, 다만 게이트 전극(5) 형성 후 별도의 사진식각공정에 의해 고농도의 불순물을 이온주입하여 드레인영역(3a) 및 소스영역(3b)을 형성하거나 게이트 전극(5) 형성 후 게이트 전극(5)을 마스크로 하여 저농도의 불순물을 이온주입하고 별도의 사진식각공정에 의해 고농도의 불순물을 이온주입하여 드레인영역(3a) 및 소스영역(3b)을 형성한다. 따라서 드레인영역(3a)과 소스영역(3b) 사이의 채널영역(Ⅰ)은 저농도의 불순물로 도핑된 오프셋 또는 LDD영역(Ⅱ)이 형성되어 게이트 전극(5)의 길이 보다 더 길게 형성된다.The manufacturing method of the conventional thin film transistor having the offset region of FIG. 4 is the same as the manufacturing method of the conventional thin film transistor of FIG. 3 except that ion implantation of impurities of high concentration is performed by a separate photolithography process after forming the gate electrode 5. By forming the drain region 3a and the source region 3b or by forming the gate electrode 5 as a mask, ion implantation of low concentration of impurities is carried out and ion implantation of high concentration of impurities is performed by a separate photolithography process. It is implanted to form the drain region 3a and the source region 3b. Accordingly, the channel region I between the drain region 3a and the source region 3b has an offset or LDD region II doped with a low concentration of impurities and is formed longer than the length of the gate electrode 5.
드레인영역(3a)과 소스영역(3b)이 오프셋 또는 LDD영역(Ⅱ)에 의해 게이트 전극(5)과 이격되어 있으므로 일정전위를 갖는 드레인 또는 소스로부터 게이트 전극(5)에 미치는 전계의 영향이 감소되어 박막트랜지스터가 오프일 때 드레인과 소스 간의 누설전류는 감소된다. 즉, 박막트랜지스터의 오프 전류를 감소시킬 수 있게 된다.Since the drain region 3a and the source region 3b are spaced apart from the gate electrode 5 by the offset or LDD region II, the influence of the electric field on the gate electrode 5 from the drain or source having a constant potential is reduced. Therefore, the leakage current between the drain and the source is reduced when the thin film transistor is turned off. That is, it is possible to reduce the off current of the thin film transistor.
상기의 종래의 오프 전류를 감소시키기 위한 오프셋 또는 LDD영역을 갖는 박막트랜지스터를 제조함에 있어, 오프셋 또는 LDD영역을 형성하기 위해 별도의 사진공정을 통해 오프셋 또는 LDD영역을 설정한 후 설정된 영역에 저농도로 이온주입을 실시함으로 인해 제조 단계가 증가되어 생산성이 저하되고, 제조 원가가 증대되는 문제점이 있다.In manufacturing a thin film transistor having an offset or LDD region for reducing the conventional off current, after setting the offset or LDD region through a separate photographic process to form the offset or LDD region to a low concentration in the set region Due to the ion implantation, there is a problem in that the production step is increased and productivity is lowered and manufacturing cost is increased.
또한 오프셋 또는 LDD영역을 형성하는 과정에서 불순물의 수평 방향으로의 확산 길이를 정확하게 조절하지 못해 박막트랜지스터의 오프 전류를 효과적으로 줄일수 없어 소자의 신뢰성이 저하된다.In addition, in the process of forming the offset or LDD region, since the diffusion length of the impurities in the horizontal direction cannot be accurately adjusted, the off current of the thin film transistor cannot be effectively reduced, thereby reducing the reliability of the device.
본 발명은 박막트랜지스터의 제조함에 있어 레이저 어닐링(Laser Annealing)시 드레인영역 및 소스영역에 고농도로 도핑된 불순물을 채널층으로 확산시켜 LDD영역을 형성하여 오프 전류를 줄일 수 있는 박막트랜지스터와 그 제조 방법을 제공함에 있다.According to the present invention, a thin film transistor capable of reducing off current by forming an LDD region by diffusing impurities doped at a high concentration in a drain region and a source region during a laser annealing to a channel layer during laser annealing, and a manufacturing method thereof In providing.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막트랜지스터는 버퍼층이 피복된 기판, 상기 버퍼층의 소정 영역에 형성되어 채널영역과 LDD영역을 설정하기 위해 양측방에 단차를 형성한 채널층, 상기 채널층의 양측방에 형성된 단차에서 일부분이 오버랩되어 형성된 드레인영역 및 소스영역, 상기 소스영역과 드레인영역 및 채널층의 노출면을 포함하도록 적층된 게이트 절연막 및 상기 게이트 절연막의 소정위치에 형성된 게이트 전극을 포함한 구성으로 된다.The thin film transistor of the present invention for achieving the above object is formed of a substrate coated with a buffer layer, a channel layer formed in a predetermined region of the buffer layer to form a step on both sides to set the channel region and LDD region, the channel layer A structure including a drain region and a source region formed by overlapping portions of the steps formed at both sides, a gate insulating layer stacked to include exposed surfaces of the source region, the drain region, and the channel layer, and a gate electrode formed at a predetermined position of the gate insulating layer Becomes
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막트랜지스터의 제조 방법은 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계, 상기 버퍼층 상의 소정부분에 채널층을 형성하는 단계, 상기 채널층과 오버랩 되도록 드레인영역 및 소스영역을 형성하는 단계, 상기 드레인영역 및 소스영역에 의해 노출된 채널층을 소정 깊이로 식각하여 단차를 형성하는 단계, 상기 드레인영역 및 소스영역을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계, 레이저 열처리 공정으로 상기 채널층과 드레인영역 및 소스영역을 재결정화시키는 단계 및 상기 게이트 절연막의 상면에서 상기 드레인영역 및 소스영역 사이로 게이트 전극을 형성하는 단계을 형성하는 단계로 행해진다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention may include forming a buffer layer on a substrate, forming a channel layer on a predetermined portion of the buffer layer, and forming a drain region and a source region so as to overlap the channel layer. Forming a step by etching the channel layer exposed by the drain region and the source region to a predetermined depth; forming a gate insulating film on the entire surface including the drain region and the source region; Recrystallizing the channel layer, the drain region, and the source region; and forming a gate electrode between the drain region and the source region on the upper surface of the gate insulating film.
도1은 본 발명에 따른 박막트랜지스터의 단면구조도,1 is a cross-sectional structure diagram of a thin film transistor according to the present invention;
도2a 내지 도2e는 본 발명에 따른 박막트랜지스터의 제조 방법을 설명하 기 위한 공정도,2a to 2e is a process chart for explaining a manufacturing method of a thin film transistor according to the present invention,
도3은 종래의 박막트랜지스터의 단면구조도,3 is a cross-sectional structure diagram of a conventional thin film transistor;
도4는 종래의 오프 전류 감소를 위한 박막트랜지스터의 단면구조도이다.4 is a cross-sectional view of a thin film transistor for reducing off-state current in the related art.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
101 : 기판 102 : 절연층101: substrate 102: insulating layer
103 : 채널층 104 : 제1마스크 패턴103: channel layer 104: first mask pattern
105 : 도핑된 비정질실리콘층 105a: 소스영역105: doped amorphous silicon layer 105a: source region
105b: 드레인영역 106 : 마스크 패턴105b: drain region 106: mask pattern
107 : 게이트 절연막 108 : 게이트 전극107: gate insulating film 108: gate electrode
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 박막트랜지스터의 측단면도로, 기판(101)의 상면에 형성된 버퍼층(102)의 상면으로 양측방으로 단차가 형성된 채널층(103)이 배치되고, 그 양측방에 소스영역(105b) 및 드레인영역(105a)이 형성되어서 일부가 채널층(103)과 오버랩(Overlap)되게 배치되며, 또 이들 소스영역(105b) 및 드레인영역(105a)의 상면으로 게이트 절연막(107)이 침적(Deposition) 형성되고, 상기 소스영역(105b)과 드레인영역(105a) 사이로 위치하도록 상기 게이트 절연막(107)의 소정 위치에 게이트 전극(108)이 배치되도록 구성된다.1 is a side cross-sectional view of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention, in which a channel layer 103 having steps formed on both sides is disposed on an upper surface of a buffer layer 102 formed on an upper surface of a substrate 101, and source regions are disposed on both sides thereof. 105b and the drain region 105a are formed to partially overlap the channel layer 103, and the gate insulating film 107 is formed on the top surface of the source region 105b and the drain region 105a. Deposition is formed and the gate electrode 108 is disposed at a predetermined position of the gate insulating layer 107 so as to be positioned between the source region 105b and the drain region 105a.
이러한 구성에서 상기 소스영역(105b)과 드레인영역(105a)의 일부가 채널층(103)에 오버랩된 부분이 LDD영역(Ⅱ)으로 되고, 또 상기 LDD영역(Ⅱ) 사이로 채널영역(Ⅰ)이 형성된다.In such a configuration, a portion of the source region 105b and the drain region 105a overlapping the channel layer 103 becomes an LDD region II, and a channel region I is formed between the LDD regions II. Is formed.
상술한 구성의 박막트랜지스터는 도2a 내지 도2e로 나타낸 공정을 통해 얻어진다.The thin film transistor having the above-described configuration is obtained through the process shown in Figs. 2A to 2E.
먼저 도 2a에서와 같이 기판(101) 상에 버퍼층(102)을 형성한 다음 그 위로 비정질 실리콘(a-Si)을 전면 침적하여 채널영역 및 LDD영역을 형성하기 위한 채널층(103)을 형성한다. 이 때, 버퍼(Buffer)층(102)은 박막 증착 장비를 이용해 기판(101)에 증착되며, 채널층(103)은 비도핑된 비정질 실리콘으로 버퍼층(102)에 전면 침적한 후 패터닝하여 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, the buffer layer 102 is formed on the substrate 101, and then the channel layer 103 for forming the channel region and the LDD region is formed by completely depositing amorphous silicon (a-Si) thereon. . In this case, the buffer layer 102 is deposited on the substrate 101 using thin film deposition equipment, and the channel layer 103 is formed by depositing the entire surface on the buffer layer 102 with undoped amorphous silicon and then patterning the same. .
채널층(103)을 형성하기 위해 먼저 버퍼층(102) 상에 CVD(Chemical vapor deposition)를 이용해 비정질 실리콘을 전면 침적한 후, 비정질 실리콘 위에 사진식각공정을 이용하여 제1마스크 패턴(104)을 형성한다. 제1마스크 패턴(104)이 형성되면 이 제1마스크 패턴(104)을 식각 마스크로 하여 소정 규격을 갖는 채널층(103)으로 패터닝한 후 제1마스크 패턴(104)을 제거한다.In order to form the channel layer 103, first, amorphous silicon is entirely deposited on the buffer layer 102 using chemical vapor deposition (CVD), and then a first mask pattern 104 is formed on the amorphous silicon using a photolithography process. do. When the first mask pattern 104 is formed, the first mask pattern 104 is patterned into a channel layer 103 having a predetermined standard using the first mask pattern 104 as an etch mask, and then the first mask pattern 104 is removed.
소정 규격을 가지는 채널층(103)의 상면에는 도2b에 도시한 바와 같이 CVD를 이용해 도핑된 비정질 실리콘층(105)을 형성한다. 도핑된 비정질 실리콘층(105)은 비정질 실리콘 침적시 불순물을 동시에 고농도로 도핑시켜 형성한다. 이 때 도핑 농도는 CVD 내로 주입되는 불순물의 주입량을 제어하여 조절할 수 있다.On the upper surface of the channel layer 103 having a predetermined standard, a doped amorphous silicon layer 105 is formed using CVD as shown in FIG. 2B. The doped amorphous silicon layer 105 is formed by simultaneously doping impurities at a high concentration during deposition of amorphous silicon. At this time, the doping concentration may be adjusted by controlling the amount of the impurity injected into the CVD.
도핑된 비정질 실리콘층(105)이 형성되면 도 2c에 도시한 바와 같이 도핑된 비정질실리콘층(105)을 패터닝하여 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)을 형성한다. 즉, 도핑된 비정질 실리콘층(105) 상에 사진식각공정을 이용하여 제2마스크 패턴(106)을 형성한 후 제2마스크 패턴(106)을 식각 마스크로 하여 도핑된 비정질 실리콘층(105)을 관통하도록 식각하여 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)을 형성한다.When the doped amorphous silicon layer 105 is formed, the doped amorphous silicon layer 105 is patterned to form the drain region 105a and the source region 105b as shown in FIG. 2C. That is, after the second mask pattern 106 is formed on the doped amorphous silicon layer 105 by using a photolithography process, the doped amorphous silicon layer 105 is formed using the second mask pattern 106 as an etching mask. It is etched to penetrate to form the drain region 105a and the source region 105b.
이 때, 도핑된 비정질 실리콘층(105) 식각시 과도 식각(Over etch)하여 도핑된 비정질 실리콘층(105)을 관통하여 채널층(103)이 노출되면 노출된 영역을 소정 두께로 식각하여 채널층(103)의 양측방에 단차(103a)를 형성한다. 도핑된 비정질 실리콘층(105)의 과도 식각 조건으로 상기 채널층(103)의 상면이 소정 두께로 식각되어 양측방에 단차(103a)가 형성되면 제2마스크 패턴(106)을 제거한다.In this case, when the doped amorphous silicon layer 105 is overetched, the channel layer 103 is exposed by penetrating through the doped amorphous silicon layer 105 to expose the channel layer 103 by a predetermined thickness. Steps 103a are formed on both sides of the 103. When the upper surface of the channel layer 103 is etched to a predetermined thickness under the excessive etching conditions of the doped amorphous silicon layer 105, the step 103a is formed on both sides, and the second mask pattern 106 is removed.
즉, 도핑된 비정질 실리콘층(105)이 제2마스크 패턴(106)에 의해 선택된 영역이 식각되어 제거됨에 따라 도핑된 비정질 실리콘층(105)은 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)으로 분리 형성되고, 채널층(103)은 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)과 오버랩된 부분을 제외한 노출 영역이 도핑된 비정질 실리콘층(105)의 과도 식각 조건에 의해 일정 두께가 식각된다.That is, as the doped amorphous silicon layer 105 is removed by etching the region selected by the second mask pattern 106, the doped amorphous silicon layer 105 is separated into the drain region 105a and the source region 105b. The channel layer 103 is etched by a predetermined thickness due to an excessive etching condition of the amorphous silicon layer 105 doped with the exposed region except for the portion overlapping the drain region 105a and the source region 105b.
이어서 채널층(103), 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b) 상에 게이트 절연막(107)을 형성한 다음 도 2d에 도시한 바와 같이 레이저 어닐링(Annealing)을 실시한다.Subsequently, a gate insulating film 107 is formed on the channel layer 103, the drain region 105a and the source region 105b, and then laser annealing is performed as shown in FIG. 2D.
레이저 어닐링은 게이트 절연막(107)이 형성된 후 게이트 절연막(107)을 투과하여 채널층(103), 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)의 표면으로 레이저 빔을 조사하여 실시한다. 이 때 게이트 절연막(107)은 조사된 레이저 빔이 채널층(103), 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)의 표면에서 반사되지 않도록 레이저 빔을 흡수 및 투과시키는 캡핑(Capping)층으로 사용된다.Laser annealing is performed by irradiating a laser beam to the surfaces of the channel layer 103, the drain region 105a and the source region 105b after the gate insulating film 107 is formed and then passes through the gate insulating film 107. In this case, the gate insulating layer 107 is used as a capping layer that absorbs and transmits the laser beam so that the irradiated laser beam is not reflected from the surfaces of the channel layer 103, the drain region 105a, and the source region 105b. do.
게이트 절연층(107)에 의해 흡수되어 투과된 레이저 빔 에너지는 채널층(103), 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)으로 조사되고, 조사된 레이저 빔 에너지에 의해 채널층(103), 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)은 비정질 실리콘에서 다결정 실리콘으로 재결정화된다. 즉, CVD를 이용해 저온으로 비정질 실리콘을 형성한 후 레이저 어닐링을 통해 재결정화 시켜서 다결정 실리콘을 형성함에 따라 저온으로 다결정 실리콘을 형성할 수 있게 된다.The laser beam energy absorbed and transmitted by the gate insulating layer 107 is irradiated to the channel layer 103, the drain region 105a and the source region 105b, and the channel layer 103 is irradiated by the irradiated laser beam energy. The drain region 105a and the source region 105b are recrystallized from amorphous silicon to polycrystalline silicon. That is, after forming amorphous silicon at low temperature using CVD and recrystallization by laser annealing, it is possible to form polycrystalline silicon at low temperature.
재결정화 과정에서 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)에 확산된 불순물들은 전기적으로 활성화되며, 채널층(103), 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)의 그레인(Grain) 크기가 증대되어 캐리어(Carrier) 이동도가 향상된다.Impurities diffused in the drain region 105a and the source region 105b during the recrystallization process are electrically activated, and grain sizes of the channel layer 103, the drain region 105a, and the source region 105b increase. Thus, carrier mobility is improved.
그레인 크기는 채널층(103)과 드레인영역(105a) 또는 소스영역(105b)이 오버랩된 부분과 오버랩되지 않은 채널층(103) 영역이 서로 두께가 다름으로 인해 측면방향으로 성장된다. 이는 두께가 두꺼운 채널층(103)과 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)이 오버랩된 부분에서 두께가 얇은 오버랩되지 않은 채널층(103)으로 실리콘 원자들의 표면 이동이 활발해짐에 따라 실리콘의 그레인 크기는 측면 방향으로 성장하게 된다.The grain size is grown laterally because the thickness of the channel layer 103 and the drain region 105a or the source region 105b overlap with the region of the non-overlapping channel layer 103. This is due to the active movement of the surface of the silicon atoms to the thin non-overlapping channel layer 103 in the region where the thick channel layer 103, the drain region 105a and the source region 105b overlap. Grain size grows laterally.
이와 같이 레이저 어닐링에 의해 채널층(103), 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)을 재결정화시키는 과정에서 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)에 고농도로 도핑된 불순물이 오버랩된 부분에서 채널층(103)으로 확산이 이루어진다.In this way, in the process of recrystallizing the channel layer 103, the drain region 105a and the source region 105b by laser annealing, in the portion where the impurities doped at high concentration in the drain region 105a and the source region 105b overlap. Diffusion is made to the channel layer 103.
즉, 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)에 도핑된 불순물이 레이저 빔 에너지에 의해 활성화되어 채널층(103)으로 확산되며, 채널층(103)의 양측방에 형성된 단차(103a)에 의해 수평 방향으로 확산을 정지시켜 조절할 수 있다.That is, impurities doped in the drain region 105a and the source region 105b are activated by the laser beam energy to diffuse into the channel layer 103, and are formed by the step 103a formed on both sides of the channel layer 103. It can be adjusted by stopping the diffusion in the horizontal direction.
불순물이 수평 방향으로 확산을 방지하는 단차(103a)는 도핑된 비정질 실리콘층(105) 식각시 과도 식각에 의해 채널층(103)의 상면에 소정 두께로 식각되어 형성된 것으로, 이 단차(103)에 의해 도 2e에서와 같이 불순물이 채널영역(Ⅰ)으로 확산되어 것을 방지할 수 있다. 즉, 채널층(103)의 단차(103a)에 의해 채널영역(Ⅰ)과 LDD영역(Ⅱ)의 길이를 정확하게 조절하여 형성할 수 있다.The step 103a for preventing the diffusion of impurities in the horizontal direction is formed by etching a predetermined thickness on the upper surface of the channel layer 103 by excessive etching during the etching of the doped amorphous silicon layer 105. As a result, impurities can be prevented from being diffused into the channel region I as shown in FIG. 2E. That is, the length of the channel region (I) and the LDD region (II) can be accurately adjusted by the step 103a of the channel layer 103.
레이저 어닐링 공정이 종료된 후 게이트 절연막(107)의 상방으로 CVD를 이용해 다결정 실리콘으로 전면 침적한 후 사진 식각 공정을 이용하여 도 2e에 도시한 바와 같이 탑 게이트(Top gate) 구조를 갖도록 게이트 전극(108)을 형성한다.After the laser annealing process is completed, the gate electrode is deposited to have a top gate structure as shown in FIG. 108).
이와 같은 공정을 통해 얻어지는 박막트랜지스터는 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b) 사이의 채널층(103)에 채널영역(Ⅰ)이 형성되고, 드레인영역(105a) 및 소스영역(105b)과 채널층(103)이 오버랩된 부분에 확산이 이루어져서 LDD영역(Ⅱ)으로 형성된다.In the thin film transistor obtained through such a process, the channel region I is formed in the channel layer 103 between the drain region 105a and the source region 105b, and the drain region 105a and the source region 105b and the channel are formed. Diffusion is formed in the portion where the layer 103 overlaps to form the LDD region (II).
LDD영역(Ⅱ)에 의해 탑 게이트 구조를 갖는 박막트랜지스터가 턴 오프(Turn off) 상태에서 드레인에서 게이트 절연막(107)으로 가해지는 높은 전계를 방지할 수 있어 드레인영역(105a)에서 소스영역(105b)으로 흐르는 누설 전류를 감소시킬 수 있게 된다.The LDD region (II) prevents a high electric field applied from the drain to the gate insulating film 107 in the turn off state of the thin film transistor having the top gate structure, thereby preventing the source region 105b from the drain region 105a. It is possible to reduce the leakage current flowing to).
이상에서 설명한 본 발명은 박막트랜지스터의 제조 공정 중에 레이저 어닐링 시 채널층의 양측방에 형성된 단차에 의해 소망하는 LDD영역을 형성할 수 있어 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The present invention described above can form a desired LDD region by the step formed on both sides of the channel layer during laser annealing during the manufacturing process of the thin film transistor, thereby improving the reliability of the device.
또한, 비정질 실리콘의 재결정화, 도핑된 불순물의 활성화 및 LDD영역을 형성하기 위한 레이저 어닐링 공정을 동시에 수행함으로 인해 공정 수를 줄여 생산성을 향상시킬 수 있어 제조 원가를 절감할 수 있다.In addition, by simultaneously performing recrystallization of amorphous silicon, activation of doped impurities, and laser annealing to form LDD regions, the number of processes can be reduced to improve productivity, thereby reducing manufacturing costs.
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