KR100325629B1 - Polysilicon-thin film transistor element and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체층이 폴리실리콘으로 형성된 스윗칭소자에 관한 것으로 더욱 자세히 설명하면, 폴리실리콘표면의 미세구조를 평탄화한 박막트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a switching device in which the semiconductor layer is formed of polysilicon, and more particularly, to a thin film transistor in which the microstructure of the polysilicon surface is planarized.

상기 박막트랜지스터는 반도체층을 형성하는 폴리실리콘을 구성하는 실리콘결정의 그레인바운더리를 소정의 방법으로 식각하고 재 결정화 하여 반도체층의 미세 표면을 평탄화 함으로써 반도체층과 절연막간의 계면에 생길 수 있는 계면 부정합에 의한 전자의 트랩준위를 제거 함으로써 소자의 개선된 동작특성을 얻을 수 있고, 또한 평탄하지 않은 반도체층의 표면에 의해 발생할 수 있는 절연층의 전기적인 파괴로 인한 소자의 쇼트를 방지하여 제품의 수율을 높일 수 있는 효과가 있다.The thin film transistor etches and recrystallizes a grain boundary of silicon crystal constituting the polysilicon forming the semiconductor layer by a predetermined method to planarize the fine surface of the semiconductor layer, thereby causing an interface mismatch at the interface between the semiconductor layer and the insulating layer. By eliminating the trapping level of electrons, the improved operation characteristics of the device can be obtained, and the short-circuit of the device due to the electrical breakdown of the insulating layer, which can be caused by the surface of the uneven semiconductor layer, can be prevented. It can increase the effect.

Description

폴리실리콘-박막트랜지스터소자 및 그 제조방법,Polysilicon-thin film transistor element and manufacturing method thereof

본 발명은 반도체층(Semiconductor layer)을 갖는 스위칭소자에 관한 것으로서, 더욱 상세히 설명하면, 미세표면이 평탄한 반도체층(Semiconductor layer)을 갖는 박막트랜지스터(Thin film transister)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a switching device having a semiconductor layer. More specifically, the present invention relates to a thin film transistor having a semiconductor layer having a flat microsurface.

일반적으로 박막트랜지스터는 다층으로 구성되고, 반도체층, 절연층, 보호층, 전극층으로 나뉘어 진다.In general, the thin film transistor is composed of a multilayer and is divided into a semiconductor layer, an insulating layer, a protective layer, and an electrode layer.

상기 박막트랜지스터의 각 요소에 대해 좀더 상세히 설명하면, 반도체층(Active layer)으로는 아몰퍼스실리콘(Amorphous Silicon)또는 폴리실리콘(Poly Silicon)등이 사용되고, 절연층(Insulation Layer)으로는 실리콘질화막(SiNX), 실리콘산화막(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 탄탈옥사이드(TaOX)등이 사용되며, 보호층(Passivation Layer)으로는 투명 유기물질 또는 절연물질이 사용되고, 전극층(Electrode layer)으로는 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)등의 금속 도전성 물질이 일반적으로 사용된다.Each element of the thin film transistor will be described in more detail. Amorphous silicon or polysilicon may be used as an active layer, and a silicon nitride film (SiN) may be used as an insulation layer. X ), silicon oxide film (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), tantalum oxide (TaO X ), etc. are used, and a transparent organic material or an insulating material is used as a passivation layer, and an electrode layer is used. As a layer), metal conductive materials such as aluminum (Al), chromium (Cr), and molybdenum (Mo) are generally used.

이들 각 요소에 따른 물질들은 증착장치(Deposition Apparatus) 즉, 스퍼터링(Sputtering)장치, 화학 기상 증착(Chemical vapor deposition : CVD)장치 등을 사용하여 성막화한 후에 리소그라피(Lithography)기술을 구사하여 소자의 각 요소로 형성된다.The materials according to each of these elements are deposited using a deposition apparatus, i.e., a sputtering apparatus, a chemical vapor deposition (CVD) apparatus, etc., and then subjected to lithography. Each element is formed.

위와 같이 구성된 각 구성층 중 반도체층은 전자가 흐르는 전도채널 로서의 역할을 하고, 상기 전극층은 소스전극, 드레인전극, 게이트전극으로 구성되며 이때드레인전극은 상기 반도체층에 신호전압을 인가하는 수단이 된다.The semiconductor layer of each component layer configured as described above serves as a conductive channel through which electrons flow, and the electrode layer is composed of a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode, and the drain electrode serves as a means for applying a signal voltage to the semiconductor layer. .

또한, 상기 소스전극은 신호전압에 의해 반도체층에 흐르는 전류를 주변부에 방출하는 수단이 된다.In addition, the source electrode is a means for emitting a current flowing in the semiconductor layer to the peripheral portion by the signal voltage.

그리고 게이트전극은 상기 드레인전극에서 반도체층을 지나 소스전극으로 흐르는 전류의 흐름을 스윗칭 하는 수단이 된다.The gate electrode serves as a means for switching the flow of current flowing from the drain electrode through the semiconductor layer to the source electrode.

따라서, 박막트랜지스터는 스윗칭소자로 사용가능하며, 액티브 매트릭스 액정표시소자(Active matrix liquid crystal disply device : AMLCD)를 위한 스윗칭요소로 응용된다.Accordingly, the thin film transistor can be used as a switching element and is applied as a switching element for an active matrix liquid crystal disply device (AMLCD).

이러한 액티브매트릭스 액정표시소자는 카드뮴 세레나이드(CdSe), 수소화된 아몰퍼스실리콘(a-Si:H), 폴리 크리스탈라인 실리콘(Poly crystallin silicon : poly-Si)이 반도체층으로 사용된 박막트랜지스터를 사용함으로써 성공적인 구성이 가능해졌다.The active matrix liquid crystal display device uses a thin film transistor in which cadmium serenide (CdSe), hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), and poly crystallin silicon (poly-Si) are used as a semiconductor layer. Successful configuration is possible.

이와 같이 박막트랜지스터의 반도체층으로 사용되는 물질 중 아몰퍼스 실리콘은 공정이 간단하고 저온에서 처리될 수 있음으로, 이미 솔라셀(Solar cell)과 같은 대면적 소자제작에 사용되고 있다.As described above, amorphous silicon is a material used as a semiconductor layer of a thin film transistor, and thus, since the process is simple and can be processed at low temperature, it is already used for manufacturing a large area device such as a solar cell.

또한, 아몰퍼스 실리콘을 이용한 소자의 제작공정은 최대 온도가 350℃정도의 저온처리 시스템에서 단독으로 행해질 수 있기 때문에 제작이 편리하다.In addition, the manufacturing process of the device using amorphous silicon is convenient because the maximum temperature can be performed alone in a low temperature processing system of about 350 ℃.

그러나, 실제로 아몰퍼스실리콘내에서의 낮은 전자 이동도(< 2㎠/Vsec)는 아몰퍼스 실리콘의 동작특성에 방해의 요인으로 작용하고 또한, 고속(Higher speed)으로 박막트랜지스터를 제어하는 구동회로소자(Drive circuitry)와 박막트랜지스터의 통합을 어렵게한다.However, in practice, low electron mobility (<2 cm2 / Vsec) in amorphous silicon acts as a disturbing factor in the operating characteristics of amorphous silicon, and also drives circuit elements that control thin film transistors at high speed. circuitry) and makes the integration of thin film transistors difficult.

반면, 폴리실리콘을 반도체층으로 사용한 박막트랜지스터는 액티브매트릭스 액정표시소자에 적당하다.On the other hand, a thin film transistor using polysilicon as a semiconductor layer is suitable for an active matrix liquid crystal display device.

폴리실리콘으로 제조되는 박막트랜지스터는 새로운 처리단계가 필요하지만, 대신에 액티브매트릭스 액정표시소자내의 스윗칭소자로서 아몰퍼스실리콘보다 몇 배 빠른 응답속도를 가지고 있다.A thin film transistor made of polysilicon requires a new processing step, but instead has a response speed several times faster than amorphous silicon as a switching element in an active matrix liquid crystal display device.

또한, 폭넓게 사용되는 아몰퍼스-박막트랜지스터 이상으로 폴리실리콘의 가장 큰 장점은 50 ~ 150 ㎠/Vsec 정도의 높은 전계효과 이동도를 가지고 있다는 것이다.In addition, the greatest advantage of polysilicon over the widely used amorphous-thin film transistor is that it has a high field effect mobility of about 50 ~ 150 cm 2 / Vsec.

전계효과 이동도는 박막트랜지스터의 스윗칭속도를 결정하며, 아몰퍼스 실리콘보다 약 200배 빠르다.Field effect mobility determines the switching speed of thin film transistors and is about 200 times faster than amorphous silicon.

이러한 차이는 폴리실리콘이 미세결정이고 아몰퍼스 실리콘보다는 적은 디펙트(Defect)를 가지고 있는 것에 기인한다.This difference is due to the fact that polysilicon is microcrystalline and has fewer defects than amorphous silicon.

따라서, 폴리실리콘은 대면적 스크린을 갖는 차세대 액정표시소자를 위한 스윗칭 수단의 최적의 재료로서 기대된다.Therefore, polysilicon is expected as an optimal material for switching means for the next generation liquid crystal display device having a large area screen.

이러한 폴리실리콘을 결정화하는 방법은 SPC법, MIC법, 엑시머 레이저 어닐링법등이 있으며, 더욱 상세히 알아보면 SPC(Solid phase crystallization : 고상결정)방법은 고온에서 아몰퍼스실리콘을 결정화 하는 방법으로서, 막질은 우수하나 고온 공정처리임으로 기판을 선택 할 경우 1000℃이상에서 견딜 수 있는 수정과 같은 고 가격대의 소재를 사용해야만 하는 단점이있다.Crystallization of such polysilicon includes SPC method, MIC method, excimer laser annealing method, etc. In more detail, SPC (Solid phase crystallization) method is a method of crystallizing amorphous silicon at high temperature, but the film quality is excellent. If the substrate is selected due to high temperature processing, there is a disadvantage that a high price material such as a crystal that can withstand above 1000 ° C must be used.

또한, MIC(Metal induced crystallization : 금속주입결정)방법은 아몰퍼스실리콘 위에 소정의 메탈을 증착하여 열을 가해줌으로서 결정화하는 방법이며, 이때 메탈은 결정화 되는 아몰퍼스실리콘의 엔탈피를 낮추어 주는 역할을 한다.In addition, MIC (Metal induced crystallization) method is a method of crystallizing by applying a heat by depositing a predetermined metal on the amorphous silicon, the metal serves to lower the enthalpy of the amorphous silicon to be crystallized.

따라서, 500℃정도의 저온공정처리가 가능하나, 표면의 상태가 좋지 않고 금속에 의한 특성 저하로 많이 사용되고 있는 방법은 아니다.Therefore, low temperature process treatment of about 500 ° C. is possible, but the surface condition is not good and it is not a method widely used due to the deterioration of properties due to metal.

또 다른 방법으로, 레이저를 사용하는 방법이 있으며, 이 방법은 저온 공정처리가 가능하여 저가의 유리기판을 사용할 수 있기 때문에 가격 경쟁력면에서 우수하다.As another method, there is a method using a laser, which is excellent in terms of price competitiveness because low-temperature processing can be used and a low-cost glass substrate can be used.

특히 엑시머레이저 어닐링 방법(Excimer laser annealing method)으로 제조된 박막트랜지스터는 100㎠/Vsec이상의 이동속도를 가질 수 있게 됨으로 소자의 동작특성이 좋다.In particular, the thin film transistor manufactured by the excimer laser annealing method can have a moving speed of 100 cm 2 / Vsec or more, so that the device has good operating characteristics.

전술한 방법들로 결정화되는 폴리실리콘은 결정화 초기에 실리콘씨드(Silicon Seed)의 형성으로 부터 시작하여 그레인과 그레이바운더리로 구성되는 실리콘결정들이 연속적으로 형성된 결과이다. 이러한 실리콘결정은 실리콘씨드를 중심으로 측면성장을 하게된다.The polysilicon crystallized by the above-described methods is a result of the continuous formation of silicon crystals composed of grain and gray boundaries starting from the formation of silicon seeds at the initial stage of crystallization. Such silicon crystals have lateral growth around silicon seeds.

만약 각 실리콘씨드의 간격이 실리콘 그레인(Grain)의 최대 성장거리보다 크다면, 실리콘씨드를 중심으로 측면 성장하게 되는 실리콘결정은 각 결정의 그레인바운더리가 서로 접하지 않은 상태가 되어 존재하게 될 것이다.If the spacing of each silicon seed is greater than the maximum growth distance of silicon grain, the silicon crystals that grow laterally around the silicon seed will exist without the grain boundaries of each crystal being in contact with each other.

전술한 바와 같이, 기판 위에서 미세한 실리콘의 결정이 서로 연속적으로 접하여 형성되지 않은 상태는 전기적으로 격리된 상태임으로 소자로서 아무런 기능을할 수 없다.As described above, the state in which the fine silicon crystals are not formed in continuous contact with each other on the substrate is electrically isolated and thus cannot function as an element.

따라서 도 1a 내지 도 1c에 도시한 바와같이 실리콘씨드의 분포는 어느정도 조밀해야 한다.Therefore, as shown in Figs. 1A to 1C, the silicon seed distribution must be somewhat dense.

도시한 바와 같이 실리콘씨드(11)를 중심으로 측면성장 하게되는 실리콘의 그레인(13)들은 어느 정도 성장을 하게되면, 각 그레인(13)과 그레인의 바운더리( boundary)(15)부분이 접하여 연속적으로 성장하게 된다.As shown, when the grains 13 of silicon, which are laterally grown around the silicon seed 11, grow to some extent, each grain 13 and the boundary 15 of the grains are in contact with each other and continuously. Will grow.

도 2a 내지 도 2c는 종래의 반도체층을 폴리실리콘으로 형성한 막트랜지스터의 제조공정을 나타낸 단면도로서, 코플라나형 박막트랜지스터를 예를 들어 설명하도록 한다.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a film transistor in which a conventional semiconductor layer is formed of polysilicon, and a coplanar thin film transistor will be described as an example.

기판(21)위에 실리콘산화막(SiO2), 실리콘질화막(SiNX), 알루미늄 산화막(Al2O3)의 절연물질 중 하나가 선택되고 증착되어 얇은 절연층을 형성한다.One of an insulating material of a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (SiN X ), and an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) is selected and deposited on the substrate 21 to form a thin insulating layer.

상기 절연층은 기판과 추후 형성될 반도체층과의 완충역할을 하여 기판과 반도체층사이의 비균일성 접촉에 의해 발생할 수 있는 뒤틀림등을 방지하는 기능을 한다.The insulating layer acts as a buffer between the substrate and the semiconductor layer to be formed later, thereby preventing warpage and the like, which may occur due to non-uniform contact between the substrate and the semiconductor layer.

도 2a에 도시한 바와 같이 상기 절연층(미도시)을 증착한 후 수소를 포함한 아몰퍼스실리콘을 증착하고 반도체층(23)을 형성한다.As illustrated in FIG. 2A, after depositing the insulating layer (not shown), amorphous silicon including hydrogen is deposited to form a semiconductor layer 23.

이때, 스윗칭소자로 사용되는 박막트랜지스터의 반도체층(23)은 일반적으로 아몰퍼스실리콘(Amorphous silicon : 이하 '비정질 실리콘'이라 칭함)의 재 결정화에 의해 폴리실리콘이 형성됨으로써 반도체층(23)이 만들어 지게 된다.In this case, the semiconductor layer 23 of the thin film transistor used as the switching element is generally formed of polysilicon by recrystallization of amorphous silicon (hereinafter referred to as 'amorphous silicon'), thereby forming the semiconductor layer 23. You lose.

상기 비정질실리콘을 증착한 후, 비정질실리콘을 폴리실리콘으로 재결정화 하기위해 소정의 단계와 방법을 거쳐 비정질실리콘이 폴리실리콘으로 결정화 된다.After depositing the amorphous silicon, the amorphous silicon is crystallized into polysilicon through predetermined steps and methods to recrystallize the amorphous silicon into polysilicon.

상기 폴리실리콘은 도 1c에 도시한 바와 같이, 비정질실리콘은 그레인(13)과 그레인바운더리(15)로 구성된 다수개의 실리콘결정이 연속적으로 형성된 결과이다.As shown in FIG. 1C, the polysilicon is a result of successively forming a plurality of silicon crystals composed of grains 13 and grain boundaries 15.

전술한 바와같이, 반도체층(23)을 형성하고 이를 다시 아일랜드 형태로 패터닝한 후 도 2b에 도시한 바와같이, 반도체층(23)과 추후 형성될 도전성 막과의 접촉저항을 낮추기 위해 n+비정질실리콘 또는 p+비정질실리콘을 증착하고 패터닝하여 이용하여 옴익콘택층(미도시)을 형성한다.As described above, after forming the semiconductor layer 23 and patterning it again in an island form, as shown in FIG. 2B, n + amorphous silicon is used to lower the contact resistance between the semiconductor layer 23 and the conductive film to be formed later. Alternatively, p + amorphous silicon is deposited and patterned to form an ohmic contact layer (not shown).

상기 옴익콘택층(미도시)을 형성한 후, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 탄탈륨(Ta)등의 도전성 금속을 증착하고 패터닝하여 상기 옴익콘택층(미도시)과 평면적으로 겹쳐지고, 소정의 간격으로 대응되어 형성되도록 소스전극(25a)과 드레인전극(25b)을 형성한다.After forming the ohmic contact layer (not shown), the ohmic contact layer is formed by depositing and patterning a conductive metal such as aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), nickel (Ni), and tantalum (Ta). The source electrode 25a and the drain electrode 25b are formed so as to overlap the plane (not shown) and correspond to each other at predetermined intervals.

상기 소스전극(25a)과 드레인전극(25b)을 형성한 후, 상기 소스/드레인전극 (25a)(25b)과 상기 소스전극(25a)과 드레인전극(25b)사이에 노출된 반도체층(23)위에 실리콘산화막(SiO2), 실리콘질화막(SiNX), 알루미늄 산화막(AlO2)의 절연물질 중 하나를 선택하고 증착하여 절연층(27)을 형성한다.After the source electrode 25a and the drain electrode 25b are formed, the semiconductor layer 23 exposed between the source / drain electrodes 25a and 25b and the source electrode 25a and the drain electrode 25b. The insulating layer 27 is formed by selecting and depositing one of insulating materials of a silicon oxide film (SiO 2 ), a silicon nitride film (SiN X ), and an aluminum oxide film (AlO 2 ).

상기 절연층(27)을 형성한 후, 도 2c에 도시한 바와 같이 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 탄탈륨(Ta)등의 도전성 금속을 증착하고 패터닝하여 상기 소스전극(25a)과 드레인전극(25b)사이에 노출된 반도체층(23)의 상부에게이트전극(29)을 형성한다.After the insulating layer 27 is formed, conductive metals such as aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), nickel (Ni), and tantalum (Ta) are deposited and patterned as shown in FIG. 2C. The gate electrode 29 is formed on the semiconductor layer 23 exposed between the source electrode 25a and the drain electrode 25b.

한편, 도 3은 전술한 바와같이 비정질 실리콘이 폴리실리콘으로 결정화된 반도체층(23)과 상기 절연층(27)과의 계면(Interface)을 도시한 것이다.Meanwhile, FIG. 3 illustrates an interface between the semiconductor layer 23 in which amorphous silicon is crystallized from polysilicon and the insulating layer 27 as described above.

결과적으로, 평탄하게 성장되는 그레인(24)에 비해 그레인바운더리(26)는 위로 솟은 모양으로 형성되며, 이와 같이 폴리실리콘으로 형성된 반도체층(23)에서 평탄한 그레인(24)에 비해 그레인바운더리(26)의 미세하게 돌출된 형상은 전자의 흐름을 방해하는 트랩준위가 되어 반도체층에서 전류의 손실이 발생하게 되고, 또한 이러한 형태의 반도체층(23)위에 절연층(27)을 증착하게 된다면 폴리실리콘 위에 형성된 절연층(27)의 두께는 일정하지 않게 형성 된다.As a result, the grain boundary 26 is formed so as to rise upwardly compared to the grain 24 growing flat, and thus the grain boundary 26 compared to the flat grain 24 in the semiconductor layer 23 formed of polysilicon. The finely protruded shape of the trap becomes a trap level that impedes the flow of electrons, resulting in a loss of current in the semiconductor layer, and if the insulating layer 27 is deposited on the semiconductor layer 23 of this type, The thickness of the insulating layer 27 formed is not constant.

따라서, 절연막의 부분 중 얇게 증착된 부분은 작은 전류값에도 쉽게 절연파괴를 일으킬 것이고, 결과적으로 소자내에서 쇼트(short)가 발생하여 소자가 파괴되는 원인이 된다.Therefore, a thinly deposited portion of the insulating film will easily cause breakdown even at a small current value, and as a result, a short occurs in the device and causes the device to be destroyed.

또한, 절연층(27)을 얇게 성장시킬 경우 상기 폴리실리콘 결정의 뾰족히 솟은 부분은 절연물질이 증착되지 않게되고, 이러한 상황에서 전류를 흘려 준다면 소자의 전기적인 파괴는 쉽게 예상 할 수 있다.In addition, when the insulating layer 27 is thinly grown, the pointed portions of the polysilicon crystals do not deposit an insulating material, and in this situation, electric current of the device can be easily predicted if current flows.

도시된 바와 같이, 종래의 기술은 상기 폴리실리콘으로 이루어진 반도체층(23)위에 절연층을 증착하는 과정에서 상기 폴리실리콘의 그레인바운더리(26)부분으로 인한 절연파괴를 방지하기 위해 필요이상의 두께로 절연층(27)을 쌓아올렸다.As shown in the drawing, the conventional technique is insulated to a thickness more than necessary to prevent breakdown due to the grain boundary 26 of the polysilicon in the process of depositing an insulating layer on the semiconductor layer 23 made of polysilicon. The layers 27 were stacked up.

그러나, 종래의 방법은 절연파괴로 인한 소자의 불량을 막을수는 있으나, 그레인바운더리에 의한 전자의 트랩 문제나, 절연층과 반도체층간의 평탄화 문제 그리고 두껍게 쌓아올린 절연층에 의한 소자의 동작특성 저하등이 문제로 남아있다.However, the conventional method can prevent the failure of the device due to breakdown, but the problem of trapping electrons by grain boundaries, planarization between the insulating layer and the semiconductor layer, and deterioration of the operation characteristics of the device due to the thick stacked insulating layer This remains a problem.

따라서, 본 발명은 반도체층과 절연층의 계면을 평탄화함으로써, 절연층의 두께를 줄이고 반도체층에 흐르는 전자에 대한 트랩준위를 제거하여 소자의 동작특성과 신뢰성을 높이는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to planarize an interface between a semiconductor layer and an insulating layer, thereby reducing the thickness of the insulating layer and eliminating trap levels for electrons flowing through the semiconductor layer, thereby improving the operation characteristics and reliability of the device.

도 1a 내지 도 1c는 그레인의 성장과정을 나타낸 평면도이고,1a to 1c is a plan view showing the growth process of grain,

도 2a 내지 도 2c는 종래의 박막트랜지스터의 제조공정을 나타낸 단면도이고,2A to 2C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a conventional thin film transistor,

도 3은 도 2c의 A를 나타낸 부분도이고,3 is a partial view showing A of FIG. 2C,

도 4는 박막트랜지스터의 부분적인 공정단면도이고,4 is a partial cross-sectional view of a thin film transistor,

도 5a는 폴리실리콘 표면의 평면도이고,5A is a top view of a polysilicon surface,

도 5b는 폴리실리콘 표면의 단면도이고,5B is a cross-sectional view of the polysilicon surface,

도 6a는 본 발명에 따른 폴리실리콘 표면의 식각 상태를 나타낸 평면도이고,Figure 6a is a plan view showing the etching state of the surface of the polysilicon according to the present invention,

도 6b는 본 발명에 따른 폴리실리콘 표면의 식각 상태를 나타낸 단면도이고,6B is a cross-sectional view illustrating an etching state of a polysilicon surface according to the present invention;

도 6C는 본 발명에 따라 평탄화된 폴리실리콘의 단면도이고,6C is a cross-sectional view of planarized polysilicon in accordance with the present invention;

도 7은 박막트랜지스터의 완전한 공정단면도이다.7 is a complete process cross-sectional view of a thin film transistor.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

119 : 그레인바운더리 123 : 각 바운더리의 접합부119: grain boundary 123: junction of each boundary

113 : 반도체층113: semiconductor layer

전술한 바와 같은 목적을 이루기 위해, 본 발명에 다른 박막트랜지스터는 기판 위에 절연물질을 얇게 증착하여 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층 위에 비정질실리콘을 증착하여 반도체층을 형성하는 단계와; 소정의 방법을 상기 반도체층을 형성하는 비정질 실리콘의 수소를 제거하는 단계와; 상기 수소를 제거한 비정질실리콘을 소정의 결정화 방법을 사용하여 그레인과 그레인바운더리로 구성되는 실리콘결정의 연속적인 성장 결과인 폴리실리콘으로 형성하는 단계와; 상기 폴리실리콘층을 형성하고 그레인과 그레인바운더리로 구성되는 실리콘 결정의 그레인바운더리가 접해있는 부분을 소정의 애칭용액을 이용하여 식각하는 단계와; 상기 그레인바운더리 부분이 식각된 그레인의 표면을 녹여 식각된 그레인바운더리 부분을 평탄하게 채우고 재결정화 하여 반도체층의 표면을 평탄화 하는 단계와; 상기 표면이 평탄화된 반도체층을 패터닝하여 아일랜드형태로 형성하는 단계와; 상기 아일랜드 형태로 형성된 반도체층 위에 과잉 도핑된 반도전성 물질을 증착하고 서로 소정간격 대응되어 형성되도록 패터닝하여 옴익콘택층을 형성하는 단계와; 상기 옴익콘택층 위에 도전성 금속을 증착하고 서로 소정간격 대응되어 형성되도록 소스전극과 드레인전극을 형성하는 단계와; 상기 소스전극 및 드레인전극과 소스전극과 드레인전극사이에 소정의 간격으로 노출된 반도체층 위에 절연물질을 증착하여 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층 위에 도전성 금속을 증착하고 소정의 패턴으로 패터닝하여 게이트전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트전극 위에 절연성 물질을 증착하여 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 제조방법을 제시한다.In order to achieve the above object, another thin film transistor according to the present invention comprises the steps of forming an insulating layer by thinly depositing an insulating material on the substrate; Depositing amorphous silicon on the insulating layer to form a semiconductor layer; Removing a hydrogen of amorphous silicon forming the semiconductor layer by a predetermined method; Forming the hydrogen-depleted amorphous silicon into polysilicon as a result of the continuous growth of silicon crystals composed of grains and grain boundaries using a predetermined crystallization method; Forming the polysilicon layer and etching a portion of the silicon crystal composed of grains and grain boundaries in contact with a predetermined nicking solution; Melting the surface of the grain etched by the grain boundary portion to fill the etched grain boundary portion evenly and recrystallization to planarize the surface of the semiconductor layer; Patterning the semiconductor layer having the planarized surface to form an island shape; Forming an ohmic contact layer by depositing an over-doped semiconducting material on the island-shaped semiconductor layer and patterning the doped semiconductive material so as to correspond to each other at a predetermined interval; Depositing a conductive metal on the ohmic contact layer and forming a source electrode and a drain electrode so as to correspond to each other at a predetermined interval; Forming an insulating layer by depositing an insulating material on the semiconductor layer exposed at predetermined intervals between the source electrode and the drain electrode and the source electrode and the drain electrode; Depositing a conductive metal on the insulating layer and patterning the conductive metal to form a gate electrode; The present invention provides a method of manufacturing a protective layer by depositing an insulating material on the gate electrode.

바람직하게는 상기 아몰퍼스 실리콘을 재 결정화 하는 방법은 엑시머레이저, 아르곤레이저, 이온빔방법 중 하나인것을 특징으로 한다.Preferably, the method of recrystallizing the amorphous silicon is characterized in that one of the excimer laser, argon laser, ion beam method.

바람직하게는 상기 애칭용액은 불산과 크롬산이 소정의 비율로 희석된것을 특징으로 한다.Preferably, the nicking solution is characterized in that hydrofluoric acid and chromic acid are diluted in a predetermined ratio.

바람직하게는 상기 그레인의 크기는 3000 ∼4000 Å인것을 특징으로 한다.Preferably, the grain size is characterized in that 3000 ~ 4000 mm 3.

그리고, 본 발명의 특징에 따른 스윗칭소자 제조방법은 게이트전극, 소스전극, 드레인전극, 폴리실리콘-반도체층을 포함하는 박막트랜지스터형 광 감지센서에서 그레인과 그레인바운더리로 구성되는 연속적인 실리콘결정으로 성장시켜 폴리실리콘으로 결정화 하는 단계와; 상기 실리콘결정이 각각 접해있는 그레인바운더리 부분을 식각하는 단계와; 상기 그레인바운더리부분이 식각된 각 그레인의 표면을 녹여 식각된 그레인바운더리 부분을 평탄하게 채우고 재결정화 하여 표면을 평탄화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a switching device manufacturing method according to a feature of the present invention is a continuous silicon crystal composed of grain and grain boundary in a thin film transistor type photosensitive sensor including a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, and a polysilicon-semiconductor layer. Growing to crystallize into polysilicon; Etching the grain boundary portions in which the silicon crystals are in contact with each other; And melting the surface of each grain etched by the grain boundary portion to fill the etched grain boundary portion evenly and to recrystallize to planarize the surface.

전술한 바와 같이 박막트랜지스터의 액티브층인 반도체층의 형성시 폴리실리콘으로 이루어진 반도체층의 미세한 표면을 평탄화 하는 작업으로 인하여 절연층과반도체층과의 계면상태에서 발생하는 트랩준위를 제거하여 전자의 전도 특성을 개선 할 수 있다.As described above, when the semiconductor layer, which is an active layer of the thin film transistor, is formed, the operation of planarizing the fine surface of the semiconductor layer made of polysilicon removes the trap state generated at the interface between the insulating layer and the semiconductor layer, thereby conducting electrons. Can improve the characteristics.

또한, 반도체 표면의 평탄함은 절연층을 기존보다 얇게 증착할 수 있도록 하기 때문에 소자의 동작특성이 개선될 수 있다.In addition, since the flatness of the semiconductor surface allows the insulating layer to be deposited thinner than before, the operation characteristics of the device may be improved.

더우기, 불규칙한 표면에 의해 발생하는 절연파괴로 인한 소자의 불량을 방지할 수 있음으로 제품의 수율을 높일 수 있다.In addition, it is possible to prevent the failure of the device due to the insulation breakdown caused by the irregular surface can increase the yield of the product.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막트랜지트터형 광 감지소자의 제조 방법에 대한 실시 예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, an embodiment of a method of manufacturing a thin film transistor type photosensitive device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

-- 실시 예 --Example

본 발명에 따른 박막트랜지스터는 반도체층을 폴리실리콘으로 형성 하며, 이러한 폴리실리콘을 구성하는 실리콘결정의 그레인바운더리 부분을 선택적으로 식각하고 그레인바운더리가 식각된 폴리실리콘층을 어닐링(Annealing)하여 표면을 평탄화 한다.The thin film transistor according to the present invention forms a semiconductor layer with polysilicon, and selectively etches the grain boundary portion of the silicon crystal constituting the polysilicon and anneals the polysilicon layer where the grain boundary is etched to flatten the surface. do.

더 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 박막트랜지스터는 먼저 기판(111)위에 소정의 절연물질로 절연층(미도시)을 얇게 형성한다.In more detail, the thin film transistor according to the present invention first forms an insulating layer (not shown) on the substrate 111 with a predetermined insulating material.

이와 같은 절연층은 기판(111)과 추후 형성될 도전성막과의 완충역할을 하여The insulating layer serves as a buffer between the substrate 111 and the conductive film to be formed later.

기판과 반도체층 사이의 비균일성 접촉에 의해 발생할 수 있는 뒤틀림 등을 방지한다.It prevents warping and the like which may occur due to non-uniform contact between the substrate and the semiconductor layer.

도 4에 도시한 바와 같이 상기 절연층(미도시)위에 아몰퍼스 실리콘을 증착하여 반도체층(113)을 형성한다.As shown in FIG. 4, amorphous silicon is deposited on the insulating layer (not shown) to form a semiconductor layer 113.

상기 반도체층(113)을 형성한 후, 폴리실리콘으로 재 결정화 하기에 앞서 아몰퍼스실리콘에 함유되어 있는 수소를 제거하기 위한 탈 수소화 과정을 거쳐야 한다.After the semiconductor layer 113 is formed, prior to recrystallization from polysilicon, a dehydrogenation process for removing hydrogen contained in the amorphous silicon should be performed.

만약 탈수소화 과정을 거치지 않은 비정질 실리콘을 어닐링할 경우, 어닐링동안 수소가 날아가는 반응이 일어나고 수소가 날아간 자리는 보이드(void)로 남게되어 소자의 전기적인 특성을 악화시키는 원인이 된다.When annealing amorphous silicon that has not undergone dehydrogenation, hydrogen flies during the annealing reaction and hydrogen flies remain voids, causing deterioration of the electrical characteristics of the device.

따라서, 어닐링(Annealing) 하기전에 미리 수소를 날려버리는 탈 수소화 과정이 필요하며 이때 탈 수소화는 전기로(Furnance) 또는 레이저(Laser)를 이용하여 소정의 온도에서 이루어진다.Therefore, a dehydrogenation process that blows off hydrogen in advance before annealing is required, wherein dehydrogenation is performed at a predetermined temperature using an electric furnace or a laser.

전술한 바와 같이, 아몰퍼스 실리콘의 탈 수소화 과정이 끝난 후, 아몰퍼스실리콘을 엑시머레이저(Excimer laser), 아르곤레이저(Argon laser), 이온빔방법(Ion beam methode)등의 수단을 이용하여 재결정화 하며, 이때 폴리실리콘결정은 그레인과 그레인바운더리로 이루어진 수많은 실리콘결정들의 연속적인 형성으로 이루어진다.As described above, after the dehydrogenation of amorphous silicon is completed, amorphous silicon is recrystallized by means of an excimer laser, an argon laser, an ion beam method, and the like. Polysilicon crystals consist of a continuous formation of numerous silicon crystals composed of grain and grain boundaries.

이때, 그레인크기는 아몰퍼스실리콘을 폴리실리콘으로 결정화하는 수단에 의해 제어가 가능하다.At this time, the grain size can be controlled by means of crystallizing amorphous silicon into polysilicon.

예를 들어, 결정화 수단의 하나인 레이저어닐방법에 있어서 그레인의 성장은 레이저빔의 모양과 에너지 밀도와 기판의 온도와 그리고 냉각속도에 의해 제어할 수 있다.For example, in the laser annealing method, which is one of the crystallization means, grain growth can be controlled by the shape and energy density of the laser beam, the temperature of the substrate, and the cooling rate.

일반적으로 엑시머레이저일 경우 240 ∼330mJ/㎠사이의 에너지밀도에서 비교적 우수한 실리콘결정을 얻을 수 있다는 연구결과도 나온 바있다.In general, excimer lasers have shown that a relatively good silicon crystal can be obtained at an energy density of 240 ~ 330mJ / ㎠.

그레인크기와 에너지밀도의 관계에 대해 더욱 상세히 설명하면, 그레인의 크기는 에너지 밀도에 따라 크게 세가지 영역으로 나뉘어 결정화를 설명할 수 있다.More specifically, the relationship between grain size and energy density can be explained by crystal grain size divided into three regions according to energy density.

즉, 저 에너지밀도 영역인 부분 멜팅 영역(Low energy density regime-Partial melting regime), 측면성장 영역인 완전한 멜팅에 가까운 영역 (Near complete melting regime - Super lateral growth regime), 고 에너지 밀도 영역인 완전 멜팅영역 (High energy density rgime - Compelete melting regime)으로 나눌 수 있으며, 상기 저에너지 밀도 영역에서 실리콘표면의 상태는 멜팅 깊이가 실리콘 두께보다 적은 상태이며, 경쟁적으로 그레인의 접촉성장이 일어나며 주로 세로축 성장을 하고, 그레인의 크기가 아주 작아서 그레인의 직경이 반도체층의 막두께보다도 작은 상태인 영역이다.That is, a low energy density regime-partial melting regime, a near complete melting regime-super lateral growth regime, and a high energy density region (High energy density rgime-Compelete melting regime), the state of the silicon surface in the low energy density region is a state in which the melting depth is less than the silicon thickness, the contact growth of grain occurs competitively, mainly the longitudinal axis growth, grain Is a region where the size of grain is very small and the grain diameter is smaller than the film thickness of the semiconductor layer.

그리고, 거의 완전 멜팅영역(near complete melting regime)은 반도체층의 실리콘 막이 거의 다 녹은 상태이며, 실리콘결정이 [111]방향으로 우선방향성을 가지고 측면성장을 하는 단계로서 측면성장을 하는 각 결정이 충돌하기 바로 전의 상태라 할 수 있다.The near complete melting regime is a state in which the silicon film of the semiconductor layer is almost completely melted, and the silicon crystals have a preferential direction in the [111] direction and are laterally grown. It can be said that the state just before.

세번째로 고 에너지밀도 영역(high energy density regime)에서 급냉은 빙정형성과 고체의 성장을 가져오고, 낮은 기판의 온도때문에 그레인사이즈가 작아지며, 얇은 막에서는 무정형(無定形)이 관찰된다.Thirdly, in the high energy density regime, quenching leads to ice crystal formation and solid growth, low grain size due to low substrate temperature, and amorphousness in thin films.

결과적으로, 고 에너지 밀도에서는 그레인사이즈가 온도와는 독립적이다.As a result, grain size is independent of temperature at high energy densities.

따라서, 이와 같은 레이저빔의 에너지밀도와 냉각속도를 고려하여 그레인의크기는 어느정도 제어가 가능하다.Therefore, the size of the grain can be controlled to some extent in consideration of the energy density and cooling speed of the laser beam.

5a에 도시한 바와같이, 상기 탈 수소화된 아몰퍼스실리콘은 그레인(117)과 그레인바운더리(119)로 구성되는 균일한(Uniform)한 실리콘결정으로 형성한다.As shown in 5a, the dehydrogenated amorphous silicon is formed of a uniform silicon crystal composed of grain 117 and grain boundary 119.

상기 실리콘결정의 각 그레인바운더리(119)가 접해있는 부분(123)은 도 5b에 도시한 바와 같이 서로 충돌하여 뾰족히 솟은 모양(119)으로 형성된다.The portions 123 in which the grain boundaries 119 of the silicon crystal contact each other are formed in a shape 119 that collides with each other as shown in FIG. 5B.

반도체표면에서 이러한 미세결함은 앞서 설명한 바와 같이 전자에 대한 트랩준위로 작용하여 반도체층에서 전류손실의 원인이 되며, 또한 추후에 절연층을 형성할 경우 반도체층 위에 절연물질이 고르게 쌓이지 않기 때문에 절연층의 두께는 일률적이지 않다. 만약 얇게 증착된 부분에 전류가 흐를 경우, 이 부분을 통해 소자의 절연파괴가 발생하고, 이로인한 박막트랜지스터의 전기적인 결함은 액정표시소자에서는 점결함의 원인이 되기도 한다.This microdefect on the semiconductor surface acts as a trapping level for electrons as described above, which causes current loss in the semiconductor layer, and when the insulating layer is formed later, the insulating material does not evenly accumulate on the semiconductor layer. The thickness of is not uniform. If a current flows in a thinly deposited portion, insulation breakdown of the device occurs through this portion, and electrical defects of the thin film transistor may cause point defects in the liquid crystal display device.

따라서, 전술한 바와같은 결함을 제거하기위해, 뾰족히 솟은 그레인바운더리(119)의 접합부(123)를 [표 1]에 나타낸 에칭용액(Etchant)중 하나를 이용하여 소정의 너비와 높이로 식각해 준다.Therefore, in order to remove the defect as described above, the junction 123 of the pointed grain boundary 119 is etched to a predetermined width and height using one of the etching solutions shown in [Table 1]. give.

[표 1]TABLE 1

애칭용액Nickname Solution 화학식Chemical formula 응용분야Application field 써틀(Sirtle)Sirtle HF : Cr2O3(1 : 1)HF: Cr 2 O 3 (1: 1) 표면이 {111}방향성을 갖는 물질에 응용.Application to materials with a {111} orientation. 데쉬(Dash)Dash HF: HNO3: 아세트산(1 : 3: 10)HF: HNO 3 : acetic acid (1: 3: 10) p타입물질에 가장 적합하나 {111},{100}방향성을 갖는 n타입과 p타입 기판에 사용가능.Most suitable for p-type materials, but can be used for n-type and p-type substrates with {111} and {100} orientations. 세코(Secco)Secco HF : K2Cr2O7(2 : 1)HF : Cr2O3(2 : 1)HF: K 2 Cr 2 O 7 (2: 1) HF: Cr 2 O 3 (2: 1) 일반적인 액칭용액이고, 특히 {100}방향성을 갖는물질에 적당하다.It is a general quenching solution, and is particularly suitable for materials having a {100} aromaticity. 쉐멜(Schimmel)Schilmel HF: HNO3(155 : 1)HF: HNO 3 (155: 1) p타입 물질에 응용.Application to p type materials. 젠킨슨(Jenkins)Jenkins HF: HNO3:CrO3:Cu(No3)2:3H20 : 아세트산 :H2O(2:1:1:(2g):2 :2)HF: HNO 3 : CrO 3 : Cu (No 3 ) 2 : 3 H 2 0: Acetic acid: H 2 O (2: 1: 1: (2g): 2: 2) 일반적으로 응용가능Generally applicable

[표 1]에서 나타낸 것 중, 본 실시 예에서는 불산(HF)과 크롬산(Cr2O3)을 소정의 비율로 희석한 애칭용액(Etchant)을 사용한다.Among those shown in Table 1, in the present embodiment, an etching solution in which hydrofluoric acid (HF) and chromic acid (Cr 2 O 3 ) are diluted at a predetermined ratio is used.

전술한 바와같이, 그레인바운더리를 선택적으로 식각할 수 있는 이유는 실리콘의 결정화가 진행되는 동안 불순물이 결정의 표면으로 밀려나면서 조밀하게 성장하는 그레인에 비해 그레인바운더리는 불순물이 많이 함유되어 있고 밀도가 낮아 그레인에 비해 쉽게 식각되기 때문이다.As mentioned above, the reason for selectively etching the grain boundary is that the grain boundary contains a lot of impurities and has a lower density than the grains that grow densely as impurities are pushed to the surface of the crystal during the crystallization of silicon. It is easier to etch than grain.

도 6a는 전술한 바와같이 그레인바운더리((119) : 도 5 참조)가 식각된 실리콘결정의 부분평면도이고, 도 6b는 그레인바운더리가 식각된 폴리실리콘 반도체층의 단면도를 도시한 것이다.FIG. 6A is a partial plan view of a silicon crystal in which grain boundaries 119 (see FIG. 5) are etched as described above, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the polysilicon semiconductor layer in which grain boundaries are etched.

도시한 바와 같이, 그레인(119)과 그레인사이에 식각된 부분(123)이 일률적인 너비와 깊이가 되도록 식각한다.As shown, the portions 123 etched between the grains 119 and the grains are etched to have a uniform width and depth.

전술한 바와 같이, 각 그레인바운더리의 접합부분(123)을 식각한 후, 엑시머레이저, 아르곤레이저, 이온빔방법등을 사용하여 그레인을 녹여 식각된 부분을 채워줌과 동시에 재결정화가 일어나 표면이 평탄한 반도체층을 형성 할 수 있다.As described above, after the junction portion 123 of each grain boundary is etched, the semiconductor layer is flattened by melting the grain by using an excimer laser, an argon laser, an ion beam method, etc. to fill the etched portion and simultaneously recrystallization. Can form.

따라서, 표면장력이 클 수록 어닐링을 할 경우에 비교적 평탄한 표면상태로 그레인의 표면이 재 결정화될 수 있다.Therefore, as the surface tension increases, the surface of the grain may recrystallize to a relatively flat surface state when annealing.

이와 같은 경우는 다음과 같이 표면장력과 내부에너지와 자유에너지와 표면적의 크기로 나타내는 식에 의해 증명될 수 있다.Such a case can be proved by the expression of surface tension, internal energy, free energy, and surface area as follows.

더 자세히 설명하면, 그레인 표면에 생성된 액체를 펼칠때는 힘이 필요하고, 액체의 표면을 유지하려는 표면장력 γ는 액체의 표면을 단위면적당 만큼 증가시키는 데 필요한 가역적인 일 Wr로서, [수식 1]에 의해 정의 된다.In more detail, the force required to spread the generated liquid on the grain surface, and the surface tension γ to maintain the surface of the liquid is the reversible work W r required to increase the surface of the liquid by the unit area. Is defined by].

[수식 1][Equation 1]

dwr=γdA----(1)dwr = γdA ---- (1)

이때, dA는 액체의 표면의 단위면적당 미분값이다.At this time, dA is the derivative value per unit area of the surface of the liquid.

이 가역적인 표면일이 행해지는 조건을 규정하면, 표면장력을 상기 액체의 상태에서 다른 열역학적 성질에 관계지을 수 있다.By defining the conditions under which this reversible surface work is done, the surface tension can be related to other thermodynamic properties in the liquid state.

즉, 하나의 평형상태에서 다른 평형상태로 변화시킬 경우에 내부에너지 E혹은 Gibbs의 자유에너지 G의 변화는 [수식 2]의 열역학적 제 1, 2법칙에 따라서, 다음과 같이 표시된다.In other words, when changing from one equilibrium state to another equilibrium state, the change of the internal energy E or the free energy G of Gibbs is expressed as follows according to the first and second laws of thermodynamics of [Equation 2].

[수식 2][Formula 2]

---- (2) ---- (2)

dG=-SdT+VdP+γdA+Σμidni ---- (3)dG = -SdT + VdP + γdA + Σμidni ---- (3)

따라서, 표면장력(γ)은 내부에너지(E) 및 자유에너지(G)에 대해서 [수식 3]과 같이 정의될 수 있다.Therefore, the surface tension γ may be defined as shown in Equation 3 with respect to the internal energy E and the free energy G.

[수식 3][Equation 3]

γe()S,V,ni=()P,T,ni ---- (4)γe () S, V, ni = () P, T, ni ---- (4)

이때, 아래 첨자는 표면적을 약간만 증가 시킬경우 유지하여야 할 독립변수를 표시한다.In this case, the subscripts indicate independent variables to be maintained if the surface area is slightly increased.

전술한 바와 같은 식에서 알 수 있듯이, 자유에너지와 내부에너지가 일정하다는 조건하에서 표면적이 작을수록 표면장력이 커지게 된다.As can be seen from the above equation, the smaller the surface area, the higher the surface tension under the condition that free energy and internal energy are constant.

따라서, 전술한 바와 같은 식에 의해 본 실시예에서는 폴리실리콘을 재결정화 할 경우 비교적 평탄한 표면상태를 얻기위해, 그레인을 녹여 되도록이면 작은것이 바람직하다.Therefore, in the present embodiment by the above-described formula, in order to obtain a relatively flat surface state when recrystallizing polysilicon, it is preferable that the grain is melted as small as possible.

본 실시 예에 따른 그레인의 크기는 약 3000∼4000Å의 크기이며, 이 수치는 일반적인 폴리실리콘의 그레인의 크기보다 작게 형성한 것이며, 그레인바운더리가 식각된 그레인을 재 어닐 할 경우 각 그레인이 멜팅되어 멜팅된 실리콘이 식각된 부분을 채워 식각된 부분을 평탄하게 메우면서 평탄하게 재 결정화 될 수 있는 대략적인 크기이다.The grain size according to the present embodiment is about 3000 to 4000 3000, and this value is smaller than that of general polysilicon grains, and when the grain boundary is reannealed, the grains are melted and melted. It is an approximate size that the silicon can fill the etched portion and fill the etched portion flat and recrystallize flat.

도 6c에 도시한 바와 같이, 표면이 평탄한 반도체층(113)을 구성한 후, 이를 아일랜드 형태로 패터닝하고, 도 7에 도시한 바와 같이 상기 아일랜드 형태의 반도체층 위에 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)등의 도전성 금속이온을 도핑하여 소스영역 및 드레인영역(115a)(115b)을 형성한다.As shown in FIG. 6C, after the semiconductor layer 113 having a flat surface is formed, the semiconductor layer 113 is patterned into islands, and as shown in FIG. 7, aluminum (Al) and nickel (Ni) are formed on the island-like semiconductor layer. And doped conductive metal ions such as molybdenum (Mo) and tungsten (W) to form source and drain regions 115a and 115b.

상기 소스영역 및 드레인영역(115a)(115b)을 형성한 후 , 상기소스영역(115a)및 드레인영역(115b)과 상기 소스영역(115a)과 드레인영역(115b)사이의 노출된 반도체층(113)위에 실리콘질화막(SiNx), 실리콘산화막(SiO2), 산화알루미늄막(A2lO3)등의 절연물질 중 하나를 선택하고 증착하여 절연층(125)을 형성한다.After the source and drain regions 115a and 115b are formed, the exposed semiconductor layer 113 between the source and drain regions 115a and 115b and the source and drain regions 115a and 115b. The insulating layer 125 is formed by selecting and depositing one of insulating materials, such as a silicon nitride film (SiN x ), a silicon oxide film (SiO 2 ), and an aluminum oxide film (A 2 IO 3 ).

상기 절연층(125)을 형성한 후, 절연층(125)위에 도전성 금속을 증착하고 패터닝한 후 상기 소스영역(133a)및 드레인영역(133b)사이에 노출된 반도체층(113)의 상부의 절연층(125)위에 게이트전극(127)을 형성한다.After the insulating layer 125 is formed, a conductive metal is deposited and patterned on the insulating layer 125, and then the upper portion of the semiconductor layer 113 exposed between the source region 133a and the drain region 133b is insulated. The gate electrode 127 is formed on the layer 125.

상기 게이트전극(127)을 형성한 후, 상기 절연층(125)과 게이트전극(127)이 소정의 길이를 같도록 동시에 패터닝하여 식각한다.After the gate electrode 127 is formed, the insulating layer 125 and the gate electrode 127 are simultaneously patterned and etched to have a predetermined length.

상기 게이트전극(127)은 알루미늄(Al), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 알루미늄합금, 몰리브텐-텅스텐합금(Mo-W)등의 도전성 금속중 하나를 선택하여 증착하고 패터닝하여 형성한다.The gate electrode 127 is a conductive metal such as aluminum (Al), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (Ni), aluminum alloy, molybdenum-tungsten alloy (Mo-W), or the like. Select one of the deposition and patterning to form.

상기 게이트전극(127)을 형성한 후, 상기 게이트전극(119)위에 절연성 물질을 사용하여 보호층(129)을 형성한다.After forming the gate electrode 127, a protective layer 129 is formed on the gate electrode 119 by using an insulating material.

상기 보호층(129)을 형성한 후, 보호층(129) 의 양측에 콘택홀(131a)(131b)을 형성하되 드레인영역(115a)과 소스영역(115b)의 상부까지 형성한다.After forming the passivation layer 129, contact holes 131a and 131b are formed at both sides of the passivation layer 129, but are formed up to the drain region 115a and the top of the source region 115b.

상기 콘택홀(131a)(131b)을 형성한 후, 콘택홀(131a)(131b)이 형성된 보호층(127)위에 도전성 금속을 증착하고 패터닝하여, 소정간격 대응되어 형성되도록 소스전극(133a)과 드레인전극(133b)을 형성하고, 이때 소스전극(133a)과 드레인전극(133b)은 상기 콘택홀(131a)(131b)을 통해 상기 반도체층(113)의 양쪽에 형성한 소스영역(115a)과 드레인영역(115b)과 전기적으로 연결된다.After the contact holes 131a and 131b are formed, a conductive metal is deposited and patterned on the protective layer 127 on which the contact holes 131a and 131b are formed, and the source electrode 133a is formed to correspond to a predetermined interval. The drain electrode 133b is formed, and the source electrode 133a and the drain electrode 133b are formed on both sides of the semiconductor layer 113 through the contact holes 131a and 131b. It is electrically connected to the drain region 115b.

전술한 바와 같이 본 실시 예에서는 박막트랜스터를 형성하는 구조의 하나인 코플라나형 박막트랜지스터의 제조방법을 예를 들어 설명하였으나, 기판 위에 소스전극과 드레인전극이 소정간격 대응되어 형성되고, 연속으로 반도체층, 절연층, 게이트전극, 보호층이 형성되는 스태거드형(Staggerd type)박막트랜지스터에도 동일한 방법을 사용하여 반도체층의 폴리실리콘을 평탄화 할수 있으며, 또한 상기와 같은 반도체층 표면의 평탄화 방법은 박막트랜지스터 이외에도 폴리실리콘을 반도체층으로 사용하고 폴리실리콘층과 절연층이 연속적으로 형성되며, 이러한 반도체층과 절연층의 계면에서 전도채널이 형성되는 스윗칭소자에 적용 가능하다.As described above, in the present embodiment, a method of manufacturing a coplanar thin film transistor, which is one of the structures for forming a thin film transistor, has been described as an example. However, a source electrode and a drain electrode are formed on a substrate to correspond to a predetermined interval, and continuously The same method can be used to planarize the polysilicon of the semiconductor layer by using the same method for a staggered type thin film transistor in which a semiconductor layer, an insulating layer, a gate electrode, and a protection layer are formed. In addition to the thin film transistor, polysilicon is used as the semiconductor layer, and the polysilicon layer and the insulating layer are continuously formed, and the present invention can be applied to a switching device in which a conductive channel is formed at the interface between the semiconductor layer and the insulating layer.

따라서, 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 다양한 형태로 변형이 가능할 것이고, 변형된 실시 예들은 본 권한의 권리범위에 속하게 됨은 첨부된 특허청구범위에 의해 명확하게 알 수 있다.Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit of the invention, and the modified embodiments may be clearly understood by the appended claims that belong to the scope of the present rights.

본 발명은 폴리실리콘을 반도체층으로 사용하는 박막트랜지스터에 있어서, 실리콘결정을 구성하는 그레인과 그레인바운더리 중 평탄한 그레인에 비해 뾰족히 솟아 형성된 그레인바운더리 부분을 식각하고 재 어닐링하여 폴리실리콘으로 형성된 반도체층의 미세표면을 평탄화 함으로써, 전술한 바와 같은 그레인바운더리에 의해 야기될 수 있는 전자의 트랩준위나, 절연층의 파괴로 인한 소자의 쇼트 등을 막을 수 있어 소자의 개선된 동작특성과 함께, 또한 제품의 수율을 향상시키는 효과가 있다.In the thin film transistor using polysilicon as a semiconductor layer, the semiconductor layer formed of polysilicon is formed by etching and re-annealing a portion of the grain boundary forming a silicon crystal so as to rise sharply compared to the flat grains of the grains and grain boundaries. By planarizing the micro surface, it is possible to prevent trapping of electrons which may be caused by the grain boundary as described above, or short circuit of the device due to breakdown of the insulating layer. There is an effect of improving the yield.

Claims (8)

기판 위에 비정질실리콘을 증착하여 반도체층을 형성하는 단계와;Depositing amorphous silicon on the substrate to form a semiconductor layer; 상기 비정질실리콘을 결정화 방법을 사용하여 그레인과 그레인바운더리로 구성되는 폴리실리콘층으로 형성하는 단계와;Forming the amorphous silicon into a polysilicon layer comprising grains and grain boundaries using a crystallization method; 상기 폴리실리콘층의 그레인바운더리 부분을 에칭용액을 이용하여 식각하는 단계와;Etching the grain boundary portion of the polysilicon layer using an etching solution; 상기 그레인 바운더리 부분이 식각된 그레인을 녹여 식각된 그레인 바운더리 부분을 채우면서 재결정화하여 반도체층의 표면을 평탄화하는 단계와;The grain boundary portion melts the etched grain and recrystallizes the etched grain boundary portion to fill the etched grain boundary portion to planarize the surface of the semiconductor layer; 상기 평탄화된 반도체층을 패터닝하여 아일랜드 형태로 형성하는 단계와;Patterning the planarized semiconductor layer to form an island; 상기 아일랜드 형태로 형성된 반도체층에 이온도핑하여 소스 영역과 드레인 영역을 각각 형성하는 단계와;Ion-doped the semiconductor layer formed in the island shape to form a source region and a drain region, respectively; 상기 반도체층 위에 절연막을 개재하여 도전성 금속을 증착하고 소정의 패턴으로 패터닝하여, 게이트전극을 형성하는 단계와;Depositing a conductive metal on the semiconductor layer through an insulating film and patterning the conductive metal in a predetermined pattern to form a gate electrode; 상기 이온도핑되어 형성된 상기 소스와 드레인 영역에 각각 소스전극과 드레인 전극을 접속하는 박막트랜지스터 제조방법.And a source electrode and a drain electrode connected to the source and drain regions formed by the ion doping, respectively. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비정질 실리콘은 수소를 포함하는 박막트랜지스터 제조방법.The amorphous silicon is a thin film transistor manufacturing method containing hydrogen. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 폴리실리콘의 결정화단계에서 탈수소화 과정을 더욱 포함하는 박막트랜지스터 제조방법.Thin-film transistor manufacturing method further comprises a dehydrogenation process in the crystallization step of the polysilicon. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 아몰퍼스 실리콘을 재 결정화 하는 방법은 엑시머레이저, 아르곤레이저, 이온빔방법 중 하나인 박막트랜지스터 제조방법.The method of recrystallizing the amorphous silicon is a thin film transistor manufacturing method of the excimer laser, argon laser, ion beam method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 에칭용액은 써틀, 데쉬, 세코, 쉐멜, 젠킨슨 중 하나를 희석한 박막트랜지스터 제조방법The etching solution is a thin film transistor manufacturing method of diluting one of a circle, a dash, a saco, a chermel, Jenkinson 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 그레인의 크기는 1000 ∼10000Å인 박막트랜지스터 제조방법.The grain size is a thin film transistor manufacturing method of 1000 ~ 10000Å. 폴리실리콘-반도체층을 포함하는 전계효과 트랜지스터에 있어서,A field effect transistor comprising a polysilicon-semiconductor layer, 절연 기판상에 비정질실리콘을 증착하는 단계와;Depositing amorphous silicon on an insulating substrate; 상기 비정질실리콘을 그레인과 그레인바운더리로 구성되는 폴리실리콘으로 결정화 하는 단계와;Crystallizing the amorphous silicon with polysilicon consisting of grain and grain boundaries; 상기 폴리실리콘 표면에서 실리콘결정이 각각 접해있는 그레인바운더리 부분을 식각하는 단계와;Etching the grain boundary portions of the polysilicon surface on which silicon crystals are in contact with each other; 상기 그레인바운더리 부분이 식각된 그레인을 녹여 식각된 부분을 평탄하게 채면서 재결정화 하여 폴리실리콘의 표면을 평탄화하는 단계를The step of flattening the surface of the polysilicon by recrystallizing the grain boundary by melting the etched grain and flatten the etched portion 포함하는 전계효과 트랜지스터 제조방법.Field effect transistor manufacturing method comprising a. 기판상에 비정질실리콘을 증착하는 단계와;Depositing amorphous silicon on the substrate; 상기 비정질실리콘을 그레인과 그레인바운더리로 구성되는 폴리실리콘으로 결정화 하는 단계와;Crystallizing the amorphous silicon with polysilicon consisting of grain and grain boundaries; 상기 실리콘결정이 각각 접해있는 그레인바운더리 부분을 식각하는 단계와;Etching the grain boundary portions in which the silicon crystals are in contact with each other; 상기 그레인바운더리 부분이 식각된 각 그레인을 녹이고 상기 식각된 바운더리 부분을 채우면서 재 결정화하여 폴리실리콘의 표면을 평탄화하는 단계Flattening the surface of the polysilicon by dissolving each grain etched by the grain boundary portion and recrystallizing the etched boundary portion. 를 포함하는 폴리실리콘 표면의 평탄화 방법.Planarization method of the polysilicon surface comprising a.
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KR100482164B1 (en) * 2002-10-25 2005-04-14 엘지.필립스 엘시디 주식회사 A Method for Manufacturing A Thin Film Transistor Device using poly-Silicon

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPH09115831A (en) * 1995-10-19 1997-05-02 Fujitsu Ltd Method for growing crystal

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