KR100501317B1 - Method of fabricating thin film transistor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 얼라인 마크(align mark)를 사용하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로, 기판 상에 비정질 실리콘막을 증착하는 단계와; 상기 기판 상에 다결정 실리콘의 얼라인 마크를 형성하는 단계와; 상기 얼라인 마크를 기준으로 하여 상기 비정질 실리콘을 일정한 폭을 갖는 결정립을 갖도록 SLS 결정화 방법을 이용하여 결정화하는 단계와; 상기 다결정 실리콘막을 식각하여 활성층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 활성층은 상기 다결정 실리콘 결정립의 폭보다 작은 폭으로 형성하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor using an align mark, comprising: depositing an amorphous silicon film on a substrate; Forming an alignment mark of polycrystalline silicon on the substrate; Crystallizing the amorphous silicon using an SLS crystallization method to have grains having a predetermined width based on the alignment mark; And forming an active layer by etching the polycrystalline silicon film, wherein the active layer is formed to have a width smaller than the width of the polycrystalline silicon crystal grains.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 얼라인 마크(align mark)를 사용하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor, and more particularly, to a method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor using an alignment mark.
종래의 SLS(Sequential Lateral Solidification) 결정화 방법은 비정질 실리콘 층에 레이저빔을 2회 이상 중첩 조사하여 결정질 실리콘을 측면 성장시킴으로써 결정화하는 방법이다. 이를 이용하여 제조한 다결정 실리콘 결정립은 한 방향으로 길쭉한 원주형 모양을 가지는 것을 특징으로 하며, 결정립의 유한한 크기로 인하여 인접한 결정립 사이에는 결정립 경계가 발생한다. The conventional sequential lateral solidification (SLS) crystallization method is a method of crystallizing by lateral growth of crystalline silicon by irradiating the laser beam to the amorphous silicon layer two or more times. The polycrystalline silicon crystal grains prepared using the same have an elongated columnar shape in one direction. Due to the finite size of the crystal grains, grain boundaries occur between adjacent grains.
미국 특허 제 6,177,301에서는, 박막 트랜지스터의 제작 시에 활성층의 방향이 SLS 결정화 방법에 의하여 성장된 결정립 방향에 대하여 평행한 경우 전하 캐리어 방향에 대한 결정립계의 배리어(barrier) 효과가 최소가 되므로 단결정 실리콘에 버금가는 박막 트랜지스터의 특성을 얻을 수 있다고 기재되어 있다. 그러나, 상기 활성층의 방향과 결정립 성장 방향이 90°인 경우에는 박막 트랜지스터의 특성이 전하 캐리어의 트랩(trap)으로 작용하는 많은 결정립 경계가 존재하게 되어, 박막 트랜지스터의 특성이 크게 저하된다. In US Pat. No. 6,177,301, when manufacturing the thin film transistor, when the direction of the active layer is parallel to the grain direction grown by the SLS crystallization method, the barrier effect of the grain boundary on the charge carrier direction is minimized. It is described that the characteristics of the thin film transistor can be obtained. However, when the direction of the active layer and the grain growth direction are 90 degrees, there are many grain boundaries in which the characteristics of the thin film transistor serve as traps of charge carriers, and the characteristics of the thin film transistor are greatly deteriorated.
또한, 상기 활성층의 방향과 결정립 성장 방향이 평행한 경우에도 유한한 결정립 크기로 인하여 활성층 내에 프라이머리 결정립계(primary grain boundary)의 수와 위치에 따라 달라지게 되며, 이로 인해 박막 트랜지스터간의 예측할 수 없는 불균일성이 발생하는 문제점이 있다. In addition, even when the direction of the active layer and the direction of grain growth are parallel, due to the finite grain size, it depends on the number and position of the primary grain boundaries in the active layer, resulting in unpredictable nonuniformity between the thin film transistors. There is a problem that occurs.
그래서, 각각의 박막 트랜지스터의 특성을 크게 저하시키지 않으면서, 각 박막 트랜지스터간 특성의 균일성을 향상시키기 위하여 결정립의 성장 방향에 대한 활성층 영역의 방향을 30° 내지 60°의 각도로 기울어지게 제작함으로써 디바이스의 균일성을 향상시키는 방법이 도입되었다. 그러나, 상기 활성층을 결정립에 대해 30° 내지 60°의 각도로 기울어지게 제작하는 방법 역시 SLS 결정화 기술에 의해 형성되는 유한한 크기의 결정립을 이용함으로써, 치명적인 결정립 경계가 활성층 영역 내에 포함될 확률이 존재한다. 따라서, 이 방법 역시 박막 트랜지스터간의 특성 차이를 야기시키는 예측할 수 없는 불균일성이 존재하게 된다는 문제점이 있다.Thus, by making the direction of the active layer region inclined at an angle of 30 ° to 60 ° with respect to the growth direction of crystal grains in order to improve the uniformity of characteristics between the respective thin film transistors without significantly deteriorating the characteristics of each thin film transistor. A method of improving the uniformity of the device has been introduced. However, the method of making the active layer inclined at an angle of 30 ° to 60 ° with respect to the grains also uses a finite size grain formed by the SLS crystallization technique, so that there is a possibility that a deadly grain boundary is included in the active layer region. . Therefore, this method also has a problem in that there is an unpredictable nonuniformity causing a difference in characteristics between the thin film transistors.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 얼라인 마크를 사용함으로써 용이하게 기판 내에서 프라이머리 결정립계의 위치와 수를 조절하여 활성층 내에 다결정 실리콘 박막을 제공함으로써 균일하고 우수한 특성의 박막 트랜지스터를 제조하는 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다. An object of the present invention is to solve the above problems of the prior art, by using an alignment mark to easily adjust the position and number of primary grain boundaries in the substrate to provide a polycrystalline silicon thin film in the active layer uniform and excellent characteristics An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film transistor.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판 상에 비정질 실리콘막을 증착하는 단계와; 상기 기판 상에 다결정 실리콘의 얼라인 마크를 형성하는 단계와; 상기 얼라인 마크를 기준으로 하여 상기 비정질 실리콘을 일정한 폭을 갖는 결정립을 갖도록 SLS 결정화 방법을 이용하여 결정화하는 단계와; 상기 다결정 실리콘막을 식각하여 활성층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 활성층은 상기 다결정 실리콘 결정립의 폭보다 작은 폭으로 형성하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of depositing an amorphous silicon film on a substrate; Forming an alignment mark of polycrystalline silicon on the substrate; Crystallizing the amorphous silicon using an SLS crystallization method to have grains having a predetermined width based on the alignment mark; And forming an active layer by etching the polycrystalline silicon film, wherein the active layer is formed to have a width smaller than the width of the polycrystalline silicon crystal grains.
본 발명의 실시예에 있어서, 박막 트랜지스터의 활성층 영역만을 SLS 결정화 방법을 이용하여 결정화하는 것이 바람직하다. In the embodiment of the present invention, it is preferable to crystallize only the active layer region of the thin film transistor using the SLS crystallization method.
또한, 상기 다결정 실리콘 결정립의 프라이머리 결정립계는 박막 트랜지스터의 활성층 영역 내에 존재하지 않도록 하거나, 동일한 개수가 존재하도록 하는 것이 바람직하다. In addition, it is preferable that the primary grain boundaries of the polycrystalline silicon grains are not present in the active layer region of the thin film transistor or the same number is present.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to describe the present invention in more detail.
본 발명에서 정의하는 프라이머리 결정립계(primary grain boundary)라 함은 액티브 채널 방향의 수직 방향에 대한 결정립계의 기울어짐 각도가 -45°≤θ≤45°인 결정립계를 의미한다. The primary grain boundary defined in the present invention means a grain boundary having an inclination angle of −45 ° ≦ θ ≦ 45 ° with respect to the vertical direction of the active channel direction.
도 1 및 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 and 2A to 2C are diagrams for describing a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 유리 기판(100) 상에 비정질 실리콘막(amorphous Si)을 증착한다. 상기 비정질 실리콘막은 PECVD, LPCVD, 스퍼터링(sputtering) 등의 방법을 통해 증착한다. 그리고, 진공 로(vacuum furnace)에서 상기 비정질 실리콘막의 탈수소 공정을 실시한다. 상기 비정질 실리콘막을 LPCVD나 스퍼터링으로 증착한 경우에는 탈수소 공정을 실시하지 않을 수도 있다. Referring to FIG. 1, an amorphous Si film is deposited on the glass substrate 100. The amorphous silicon film is deposited by a method such as PECVD, LPCVD, sputtering. Then, a dehydrogenation process of the amorphous silicon film is performed in a vacuum furnace. When the amorphous silicon film is deposited by LPCVD or sputtering, the dehydrogenation process may not be performed.
또한, 본 실시예에 있어서, 상기 비정질 실리콘막을 증착하기 전에 상기 기판(100) 상에 버퍼층을 증착할 수도 있다. In addition, in the present embodiment, a buffer layer may be deposited on the substrate 100 before the amorphous silicon film is deposited.
그런 다음, 도 2a에서와 같이, 상기 기판(100) 상의 비정질 실리콘막의 모서리 부근에 레이저를 국부적으로 조사하여 다결정 실리콘으로 이루어진 얼라인 마크(200)를 형성한다. 상기 얼라인 마크(200)는 후속의 SLS 결정화 공정에서 사용하는 레이저를 사용하며, 상기 기판(100)의 모서리 부근에 국부적으로 3개 이상 형성하는 것이 바람직하다. 상기 얼라인 마크(200)는 후속의 결정화 공정에서 결정화 장치에 기판(100)을 장착하고, 결정화 장치에서 레이저를 조사하는 기준점이 되며, 후속의 패터닝 공정 등의 기준점이 된다. Then, as shown in FIG. 2A, the laser is locally irradiated near the edge of the amorphous silicon film on the substrate 100 to form an alignment mark 200 made of polycrystalline silicon. The alignment mark 200 uses a laser used in a subsequent SLS crystallization process, and preferably three or more alignment marks are formed near the edge of the substrate 100. The alignment mark 200 serves as a reference point for attaching the substrate 100 to the crystallization apparatus in a subsequent crystallization process, irradiating a laser in the crystallization apparatus, and as a reference point for a subsequent patterning process or the like.
도 2b에서와 같이, 상기 얼라인 마크(200)가 구비된 유리 기판(100)을 상기 얼라인 마크(200)를 기준으로 하여 일정한 영역의 비정질 실리콘막에 레이저를 조사하여 프라이머리 결정립계(113, primary grain boundary)의 위치를 원하는 위치에 오도록 조정하여 일정한 폭을 갖는 결정립을 가지는 다결정 실리콘막(110)을 형성한다. 상기 비정질 실리콘막의 결정화는 SLS(Sequential Lateral Solidification) 결정화 방법을 이용한다. As shown in FIG. 2B, the glass substrate 100 provided with the alignment mark 200 is irradiated with a laser to an amorphous silicon film of a predetermined region with respect to the alignment mark 200, thereby forming a primary grain boundary 113. The position of the primary grain boundary is adjusted to a desired position to form a polycrystalline silicon film 110 having crystal grains having a constant width. Crystallization of the amorphous silicon film uses a sequential lateral solidification (SLS) crystallization method.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 상기 비정질 실리콘막을 결정화하는 경우에 SLS 결정화 공정의 마스크 패턴을 조절하여 활성층이 형성되는 영역만을 일정한 폭을 갖는 결정립을 가지는 다결정 실리콘막(310)으로 형성할 수도 있다. In addition, although not shown in the drawing, when the amorphous silicon film is crystallized, the mask pattern of the SLS crystallization process may be adjusted to form a polycrystalline silicon film 310 having crystal grains having a predetermined width only in the region where the active layer is formed.
도 2c를 참조하면, 상기 다결정 실리콘막(110) 상에 포토레지스트(photoresist)를 증착하고 노광, 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 그런 다음, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 다결정 실리콘막(110)을 건식 또는 습식 식각하여 상기 결정립의 폭보다 작은 길이의 활성층(115)을 형성한다. 상기 활성층(115)은 박막 트랜지스터의 액티브 채널 영역으로 작용한다. 바람직하게는, 상기 활성층(115)은 상기 활성층(115) 내에 프라이머리 결정립계(113)가 없도록 형성하거나, 또는 프라이머리 결정립계(113)가 동일한 수가 존재하도록 형성한다. Referring to FIG. 2C, a photoresist is deposited on the polycrystalline silicon film 110, exposed to light, and developed to form a photoresist pattern. Then, the polycrystalline silicon film 110 is dry or wet etched using the photoresist pattern as a mask to form an active layer 115 having a length smaller than the width of the crystal grains. The active layer 115 serves as an active channel region of the thin film transistor. Preferably, the active layer 115 is formed such that there is no primary grain boundary 113 in the active layer 115, or the primary grain boundary 113 is formed to have the same number.
또한, 도면상에 도시하지는 않았으나, 상기 활성층(115)이 형성되는 영역만을 일정한 폭을 갖는 결정립을 가지도록 다결정 실리콘막(110)으로 형성한 경우에는 식각 공정을 통하여 상기 프라이머리 결정립계(113)가 활성층(115) 내에 존재하지 않도록 형성한다. Although not shown in the drawings, when the polycrystalline silicon film 110 is formed so that only the region in which the active layer 115 is formed has a predetermined width, the primary grain boundary 113 is formed through an etching process. It is formed so as not to exist in the active layer 115.
그런 다음, 상기 활성층(115)이 형성된 유리 기판(100) 상에 게이트 절연막(120)을 증착한다. 그리고, 상기 게이트 절연막(120) 상에 게이트 전극 물질을 증착하고, 패터닝하여 게이트 전극(130)을 형성한다. Then, the gate insulating film 120 is deposited on the glass substrate 100 on which the active layer 115 is formed. A gate electrode material is deposited on the gate insulating layer 120 and patterned to form the gate electrode 130.
도면에는 도시되지 않았으나, 후속의 일반적인 박막 트랜지스터의 제조 공정을 진행하여 박막 트랜지스터를 제조하면, 다결정 실리콘 박막의 활성층(115)을 가지는 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다. Although not shown in the drawing, when the thin film transistor is manufactured by the following general manufacturing process of the thin film transistor, the thin film transistor having the active layer 115 of the polycrystalline silicon thin film may be manufactured.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 활성층 내에 다결정 실리콘 박막을 형성하여 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조함으로써 균일하고 우수한 특성의 박막 트랜지스터를 제공할 수 있으며, 우수한 신뢰성을 확보할 수 있다. As described above, according to the present invention, a polycrystalline silicon thin film transistor may be formed by forming a polycrystalline silicon thin film in an active layer, thereby providing a thin film transistor having uniform and excellent characteristics, and ensuring excellent reliability.
또한, 박막 트랜지스터의 특성 향상으로 공정 수율을 향상시켜 제조 비용을 절감할 수 있다.In addition, the manufacturing cost may be reduced by improving the process yield by improving the characteristics of the thin film transistor.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도1 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 평면도2A to 2C are process plan views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
100; 유리 기판 200; 얼라인 마크100; Glass substrate 200; Align mark
110; 다결정 실리콘막 115; 활성층110; Polycrystalline silicon film 115; Active layer
120; 게이트 절연막 130; 게이트 전극120; A gate insulating film 130; Gate electrode
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