KR100451152B1 - 다결정실리콘박막트랜지스터및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소오스 및 드레인 영역을 채널보다 아래에 위치시켜 측면 전계가 강하게 걸리는 영역과 실제로 전류가 흐르는 영역을 분리시켜 고온 캐리어의 발생을 억제하는 데에 적당한 다결정실리콘 박막트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이와같은 목적을 달성하기 위한 다결정실리콘 박막트랜지스터 제조방법은 절연성 기판에 다결정실리콘을 섬모양으로 형성하는 공정과, 게이트 절연막을 형성하고 게이트 물질을 증착 및 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 공정과, 상기 다결정실리콘 내에 소스 및 드레인의 불순물 영역을 형성하는 공정과, 상기 다결정실리콘 내 소스 및 드레인의 불순물 영역 위에 이온주입불순물층을 형성하는 공정과, 상기 절연성 기판의 전면에 층간절연막을 형성한 다음, 상기 이온주입불순물층 상부의 층간절연막과 게이트 절연막의 일부분을 제거하여 메탈 컨택홀을 형성하는 공정과, 메탈을 증착 및 패터닝하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

다결정실리콘 박막트랜지스터 및 그 제조방법
본 발명은 다결정실리콘 박막트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 고온 캐리어 스트레스를 줄여 소자의 신뢰성을 향상시키기 위한 다결정실리콘 박막트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 다결정실리콘 박막트랜지스터는 많은 부분에서 응용되고 있다. 특히 액정 디스플레이 소자로 많이 응용되고 있다. 액정 디스플레이에서는 단위 소자 뿐 아니라 다결정실리콘 박막트랜지스터로 회로를 구성하여 디스플레이를 구동하고 있다. 따라서, 회로의 정상 동작을 위해서는 문턱전압, 전자 이동도와 같은 소자의 기본적인 파라미터 뿐 아니라 여라가지 상황에서의 스트레스 특성도 중요시되어야 한다.
그러나, 지금까지는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 스트레스에 대해서는 많은 연구가 되어있지 않은 상황이고, 특별한 구조 또한 제시되어 있지 않다. 특히 고온 캐리어 스트레스는 소자의 문턱전압을 변화시켜 설계의 특성을 내는 데 많은 어려움이 있다.
도 1은 종래 다결정실리콘 박막트랜지스터의 구조단면도로서, 이를 참조로 하여 종래 다결정실리콘 박막트랜지스터에 대해 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
다결정실리콘(2) 내에 형성된 소스(5) 및 드레인(6) 영역이 채널 영역과 붙어있어 드레인(6) 영역과 채널 영역이 붙어있는 영역에서의 고전계(high field)에 의해 전자-정공(electron-hole) 쌍이 발생하여, 이 전자들이 전계에 의해 에너지를 갖게 되며 게이트 절연막(3)으로 주입되어 전하를 띄게 되고 이 전하들에 의해 소자의 문턱전압이 높아지게 된다.
상기 설명한 바와 같이, 종래 다결정실리콘 박막트랜지스터는 고온 캐리어 스트레스로 인해 소자의 문턱전압이 변화되어 소자의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로, 소오스 및 드레인 영역을 채널보다 아래에 위치시켜 측면 전계가 강하게 걸리는 영역과 실제로 전류가 흐르는 영역을 분리시켜 고온 캐리어의 발생을 억제하는 데에 적당한 다결정실리콘 박막트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 다결정실리콘 박막트랜지스터는, 절연성 기판 위에 형성되며 소스 및 드레인의 불순물 영역을 포함하는 다결정실리콘과, 상기 다결정실리콘내 상기 소스 및 드레인의 불순물 영역 위에 형성되는 이온주입불순물층과, 상기 다결정실리콘 위에 게이트 절연막이 형성된 다음 패터닝되어 형성되는 게이트 전극과, 상기 절연성 기판의 전면에 형성된 층간절연막 사이의 컨택홀에 형성되는 메탈을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 구조를 이루기 위한 본 발명 다결정실리콘 박막트랜지스터 제조방법은, 절연성 기판에 다결정실리콘을 섬모양으로 형성하는 공정과, 게이트 절연막을 형성하고 게이트 물질을 증착 및 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 공정과, 상기 다결정실리콘 내에 소스 및 드레인의 불순물 영역을 형성하는 공정과, 상기 다결정실리콘 내 소스 및 드레인의 불순물 영역 위에 이온주입불순물층을 형성하는 공정과, 상기 절연성 기판의 전면에 층간절연막을 형성한 다음, 상기 이온주입불순물층 상부의 층간절연막과 게이트 절연막의 일부분을 제거하여 메탈 컨택홀을 형성하는 공정과, 메탈을 증착 및 패터닝하는 공정을 포함하여 이루어진다.
이와같은 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 다결정실리콘 박막트랜지스터의 구조단면도이고, 도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명에 의한 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법을 나타낸 구조단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이 석영과 같은 절연성 기판(11)에 다결정실리콘(12)을 섬모양으로 형성한 다음 게이트 절연막(13)을 형성하고 게이트 물질을 증착 및 패터닝하여 게이트 전극(14)을 형성한다.
이후, 도 3b에 도시한 바와 같이 다결정실리콘(12) 내에 소스(15) 및 드레인(16)의 불순물 영역을 형성한 다음, 이 소스(15) 및 드레인(16)의 불순물 영역 위에 이온주입불순물층(17)을 형성한다.
이때, 소스(15) 및 드레인(16)의 불순물 영역은 인 또는 보론 이온을 주입하여 형성하되, 종래의 방법과는 달리 최고 농도를 갖는 깊이를 절연성 기판(11)과 다결정실리콘(12)의 계면에 위치하도록 한다. 그리고, 이온주입불순물층(17)은 소스(15) 및 드레인(16)의 불순물 영역과는 반대의 이온을 1016/cm3 정도 주입하여 형성한다. 또한, 주입된 이온들을 활성화하기 위하여 레이저 또는 600℃ 이하의 온도에서 어닐링한다.
그런 다음, 도 3c에 도시한 바와 같이 절연성 기판(11)의 전면에 층간절연막(18)을 형성하고 상기 이온주입불순물층(17) 상부의 층간절연막(18)과 게이트 절연막(13)의 일부분을 제거하여 메탈 컨택홀을 형성한다. 이때, 메탈 컨택홀은 소스(15) 및 드레인(16)의 불순물 영역까지 식각하여 형성한다. 마지막으로, 메탈(19)을 증착 및 패터닝함으로써 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조를 완료한다.
상기와 같은 방법으로 제조된 도 2의 공정단면도에서 알 수 있는 바와 같이, 고전계 영역과 실제로 전자들이 움직이는 영역이 서로 떨어지게 구성되므로 고온 캐리어들의 발생이 억제된다. 또한, 발생한 고온 캐리어들은 대부분이 드레인(16) 영역으로 들어가 게이트 절연막(13)에 영향을 주지 않게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 드레인(16) 근처의 강전계 영역과 전자들이 움직이는 영역을 분리함으로써, 전자들이 고전계 영역을 지나감으로써 발생하는 고온 캐리어의 발생을 억제할 수 있게 되어 소자의 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 다결정실리콘 박막트랜지스터의 구조단면도.
도 2는 본 발명에 의한 다결정실리콘 박막트랜지스터의 구조단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 의한 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법을 나타낸 구조단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11 : 절연성 기판 12 : 다결정실리콘
13 : 게이트 절연막 14 : 게이트 전극
15 : 소스 16 : 드레인
17 : 이온주입불순물층 18 : 층간절연막
19 : 메탈

Claims (5)

  1. 절연성 기판에 다결정실리콘을 섬모양으로 형성하는 공정과,
    게이트 절연막을 형성하고 게이트 물질을 증착 및 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 공정과,
    상기 다결정실리콘 내에 소스 및 드레인의 불순물 영역을 형성하는 공정과,
    상기 다결정실리콘 내 소스 및 드레인의 불순물 영역 위에 이온주입불순물층을 형성하는 공정과,
    상기 절연성 기판의 전면에 층간절연막을 형성한 다음, 상기 이온주입불순물층 상부의 층간절연막과 게이트 절연막의 일부분을 제거하여 메탈 컨택홀을 형성하는 공정과,
    메탈을 증착 및 패터닝하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소스 및 드레인 불순물 영역은 인 또는 보론 이온을 이온주입하여 형성하되, 최고 농도를 갖는 깊이를 상기 절연성 기판과 다결정실리콘의 계면에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 이온주입불순물층은 상기 소스 및 드레인 불순물 영역과 반대의 이온을 1016/cm3 정도 주입하여 형성하는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 메탈 컨택홀은 상기 소스 및 드레인의 불순물 영역까지 식각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터 제조방법.
  5. 절연성 기판 위에 형성되며 소스 및 드레인의 불순물 영역을 포함하는 다결정실리콘과,
    상기 다결정실리콘내 상기 소스 및 드레인의 불순물 영역 위에 형성되는 이온주입불순물층과,
    상기 다결정실리콘 위에 게이트 절연막이 형성된 다음 패터닝되어 형성되는 게이트 전극과,
    상기 절연성 기판의 전면에 형성된 층간절연막 사이의 컨택홀에 형성되는 메탈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터.
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