KR100527312B1 - Method for fabricating a thin film transistor including crystalline active layer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 MILC를 이용하여 결정질 실리콘 박막트랜지스터를 제조하는 과정에서 실리콘의 결정화에 사용된 금속층을 제거하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 박막트랜지스터의 게이트 전극과 같은 다른 금속층에 영향을 주지 않으면서 실리콘의 결정화 유도에 사용된 금속층 만을 기판으로부터 선택적으로 제거하여 기판의 투광성을 향상시키고 박막트랜지스터의 전기적 특성을 개선한다. 본 발명은 산화물 에칭에 사용되는 불화수소, 불화탄소 등을 사용하여 기판을 에칭하여 결정화 유도 금속층을 동시에 제거하는 방법을 사용한다. The present invention relates to a method for removing a metal layer used for crystallization of silicon in the process of manufacturing a crystalline silicon thin film transistor using MILC. The present invention selectively removes only the metal layer used for inducing crystallization of silicon from the substrate without affecting other metal layers, such as the gate electrode of the thin film transistor, thereby improving the light transmittance of the substrate and improving the electrical properties of the thin film transistor. The present invention uses a method of simultaneously removing a crystallization inducing metal layer by etching a substrate using hydrogen fluoride, carbon fluoride, or the like used for oxide etching.

Description

결정질 활성층을 포함하는 박막트랜지스터의 제조 방법 {METHOD FOR FABRICATING A THIN FILM TRANSISTOR INCLUDING CRYSTALLINE ACTIVE LAYER} Manufacturing method of thin film transistor including crystalline active layer {METHOD FOR FABRICATING A THIN FILM TRANSISTOR INCLUDING CRYSTALLINE ACTIVE LAYER}

본 발명은 결정질 실리콘 활성층을 포함하는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)의 제조 방법에 관한 것으로서 특히 금속유도 측면결정화법(Metal Induced Lateral Crystallization; MILC)을 이용하여 실리콘박막을 결정화시킨 후 결정화를 유도한 금속층을 보다 효과적으로 제거하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 실리콘의 결정화를 유도하기 위해서 사용된 니켈 등의 금속층을 불화물 계열 에칭제를 사용하여 산화물층과 함께 신속하게 제거하는 방법을 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor including a crystalline silicon active layer, and in particular, a metal layer inducing crystallization after crystallizing a silicon thin film by using metal induced lateral crystallization (MILC). It is about a method to remove more effectively. The present invention provides a method for rapidly removing a metal layer such as nickel used to induce crystallization of silicon with an oxide layer using a fluoride-based etchant.

현재 소자가 대면적, 고집적화 됨에 따라 트랜지스터 소자가 박막화 되고, 이에 따라서 LCD 등의 디스플레이 장치에 사용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터가 다결정 실리콘 박막트랜지스터로 대체되고 있는 실정이다. 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 통상 공정 온도가 350℃ 이하로 유리, 석영 등의 투명 기판에 쉽게 만들 수 있지만, 전자 이동도(electron mobility)가 낮아 고속 동작 회로에는 사용하기 곤란하다. 한편, 다결정 실리콘은 비정질 실리콘에 비하여 전자 이동도가 크기 때문에 기판 위에 구동회로를 만들 수 있어, 고해상도, 대면적 소자의 트랜지스터로 유리하다.As the current devices become larger and more integrated, transistor devices become thinner. Accordingly, amorphous silicon thin film transistors used in display devices such as LCDs are being replaced by polycrystalline silicon thin film transistors. Amorphous silicon thin film transistors can be easily made in transparent substrates such as glass and quartz at a process temperature of 350 ° C. or lower, but they are difficult to use in high-speed operation circuits due to their low electron mobility. On the other hand, since polycrystalline silicon has a higher electron mobility than amorphous silicon, a driving circuit can be formed on a substrate, which is advantageous as a transistor of a high resolution and large area device.

다결정 실리콘 박막트랜지스터는 유리, 석영 등의 투명 기판에 비정질 실리콘을 증착시키고 비정질 실리콘을 열처리하여 결정화시키는 방법을 사용하여 제작된다. 비정질 실리콘을 증착한 후 다결정으로 결정화하는 방법으로는 고상결정화법(SPC: Solid Phase Crystallization), 엑시머 레이저 어닐링법(ELA: Eximer Lazer Annealing), 금속유도측면결정화법(MILC: Metal Induced Lateral Crystallization) 등이 있다. 여기서, SPC법은 600℃ 이상의 반응로(furnace) 내에서 장시간 열처리하여 다결정 실리콘 박막을 제작하는 비교적 간단한 결정화 방법이나, 높은 결정화 온도와 긴 열처리 시간이 필수적이다. 그리고 결정화된 결정립 내부에 많은 결함이 있어 소자 제작에 어려움이 있으며, 유리기판의 변형 온도 이상인 높은 결정화 온도로 인하여 유리기판을 사용할 수 없다는 단점이 있다.Polycrystalline silicon thin film transistors are fabricated using a method of depositing amorphous silicon on a transparent substrate such as glass and quartz, and crystallizing the amorphous silicon by heat treatment. After depositing amorphous silicon, crystallization into polycrystals includes solid phase crystallization (SPC), excimer lazer annealing (ELA), and metal induced lateral crystallization (MILC). There is this. Here, the SPC method is a relatively simple crystallization method for producing a polycrystalline silicon thin film by heat treatment for a long time in a furnace (furnace) of 600 ℃ or higher, but high crystallization temperature and long heat treatment time is essential. In addition, there are many defects inside the crystallized crystal grains, which makes it difficult to fabricate the device, and there is a disadvantage that the glass substrate cannot be used due to the high crystallization temperature which is higher than the deformation temperature of the glass substrate.

ELA법은 짧은 파장의 강한 에너지를 가지는 엑시머 레이저를 순간적으로 조사하여 박막을 결정화하는 방법으로 400℃ 이하의 저온 결정화가 가능하고, 결정립의 크기가 크고 우수한 특성을 가진 결정립의 제조가 가능하지만, 결정화가 불균일하게 진행되고 고가의 부대장비를 필요로 하기 때문에 대량 생산 및 대면적의 소자를 제작하기가 어렵다.The ELA method is a method of crystallizing a thin film by instantaneously irradiating an excimer laser having a short wavelength of strong energy, which enables crystallization at low temperatures of 400 ° C. or less, and enables the production of crystal grains having large crystal grains and excellent characteristics. It is difficult to manufacture mass-produced devices and large-area devices because of the inhomogeneous processing and expensive auxiliary equipment.

금속유도측면결정화법(MILC: Metal Induced Lateral Crystallization)은 비정질 실리콘의 일부에 니켈 등의 결정화 유도금속을 증착한 후에 열처리를 하여 비정질 실리콘을 결정화시키는 방법이다. 이 방법은 RTA 또는 ELA법을 사용하여 결정화 열처리를 실시할 수도 있으나 기판을 가열로 내에서 400-600oC 정도의 온도로 가열하여 효과적으로 실리콘의 결정화를 유도할 수 있다. MILC는 가열로에서 다량의 기판을 가열할 수 있으므로 생산성이 높고, 레이저 열처리 방법에 비하여 결정의 균일성, 수율이 높은 장점이 있다.Metal Induced Lateral Crystallization (MILC) is a method of crystallizing amorphous silicon by depositing a crystallization induction metal such as nickel on a part of amorphous silicon and then performing heat treatment. This method may be subjected to crystallization heat treatment using the RTA or ELA method, but the substrate may be heated to a temperature of about 400-600 ° C. in the furnace to effectively induce crystallization of silicon. MILC has the advantage of high productivity because it can heat a large amount of substrate in the furnace, and high uniformity and yield of crystals compared to the laser heat treatment method.

그러나 MILC는 실리콘의 결정화를 유도하기 위해서 니켈을 위시한 촉매 금속을 사용하므로 이러한 금속 또는 이들의 화합물이 기판과 박막트랜지스터에 잔류하게 된다. 종래에는 MILC 유도 금속을 제거하지 않고 박막트랜지스터 패널을 제작하였는데 이 경우 잔류 금속 성분에 의해서 트랜지스터의 동작 특성이 저하되고, 특히 박막트랜지스터 패널이 LCD, OELD 등의 디스플레이에 사용되는 경우 디스플레이 픽셀의 개구부를 제공하는 기판 표면에 금속층이 덮여 있어 투광성이 나빠지는 문제가 있다. 한편 종래에는 촉매금속을 제거하는 경우에 산성 에칭제를 사용하여 금속층을 선택적으로 제거하는 방법을 사용하였다. 그러나 니켈과 같은 결정화 유도 금속은 박막트랜지스터의 게이트 전극으로 사용되는 재료보다 내부식성이 커서 금속층을 제거하는 에칭 공정에서 게이트 전극의 손상이 발생하는 문제가 있었다. However, because MILC uses a catalyst metal including nickel to induce crystallization of silicon, these metals or their compounds remain on the substrate and the thin film transistor. Conventionally, a thin film transistor panel is manufactured without removing the MILC induction metal. In this case, the operation characteristics of the transistor are deteriorated by the residual metal component. In particular, when the thin film transistor panel is used for a display such as an LCD or an OELD, the opening of the display pixel is removed. There is a problem that the light transmittance is deteriorated because the metal layer is covered on the substrate surface. On the other hand, conventionally, when removing the catalytic metal, a method of selectively removing the metal layer using an acidic etchant was used. However, the crystallization induction metal such as nickel has a problem of causing damage to the gate electrode in the etching process of removing the metal layer because the corrosion resistance is greater than the material used as the gate electrode of the thin film transistor.

따라서 본 발명은 MILC를 사용하여 결정질 실리콘 박막트랜지스터 패널을 제작함에 있어서 게이트 전극과 같은 금속층에 영향을 주지 않으면서 실리콘의 결정화에 사용된 금속층만을 효과적이고 신속하게 제거하는 방법을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다. 또한 본 발명은 디스플레이의 픽셀 개구부를 제공하는 기판 영역으로부터 결정화 유도 금속층을 제거하여 디스플레이의 투광도를 향상시키는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 불화수소 또는 불화탄소를 포함하는 산화물 에칭제를 사용하여 유리 기판 표면을 침식시켜 그 위에 증착된 금속층을 동시에 제거하는 방법을 사용한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for effectively and quickly removing only a metal layer used for crystallization of silicon without affecting a metal layer such as a gate electrode in fabricating a crystalline silicon thin film transistor panel using MILC. It is done. It is also an object of the present invention to improve the light transmittance of a display by removing the crystallization inducing metal layer from the substrate area providing the pixel openings of the display. In order to achieve this object, the present invention uses a method of eroding a glass substrate surface using an oxide etchant comprising hydrogen fluoride or carbon fluoride and simultaneously removing the metal layer deposited thereon.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 MILC를 사용하여 결정질 박막트랜지스터를 제작하는 공정의 기술적 문제와 그 해결 방법을 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the technical problem and the solution of the process of manufacturing a crystalline thin film transistor using MILC.

도 1은 박막트랜지스터 구동 디스플레이의 기판(10) 상에 비정질 실리콘 박막(11)이 형성된 상태를 보여준다. LCD 및 OELD와 같은 박막트랜지스터 구동 디스플레이 장치는 통상 무알칼리 유리, 석영 또는 산화 실리콘 등으로 제작된 투명 기판이 사용된다. 선택적으로는 기판으로부터 비정질 실리콘 박막으로 오염 물질이 확산되는 것을 방지하기 위해, 기판과 비정질 실리콘 박막 사이에 버퍼층(도시되지 않음)을 형성할 수 있다. 버퍼층은 산화실리콘(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx), 산화실리콘질화물(SiOxNy) 또는 이들의 복합층을 PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition), LPCVD(low-pressure chemical vapor deposition), APCVD(atmosphere pressure chemical vapor deposition), ECR CVD(Electron Cyclotron Resonance CVD), 스퍼터링 등의 증착법을 이용하여 600oC 이하의 온도에서 300 내지 10,000Å, 양호하게는 500 내지 3,000Å 두께로 증착시켜 형성된다.1 illustrates a state in which an amorphous silicon thin film 11 is formed on a substrate 10 of a thin film transistor driving display. Thin film transistor driven display devices such as LCDs and OELDs typically use transparent substrates made of alkali free glass, quartz or silicon oxide. Alternatively, a buffer layer (not shown) may be formed between the substrate and the amorphous silicon thin film to prevent contaminants from diffusing from the substrate into the amorphous silicon thin film. The buffer layer may be formed of silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiNx), silicon oxide nitride (SiOxNy), or a composite layer thereof, including plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD), and atmospheric vapor deposition (APCVD). It is formed by deposition to a thickness of 300 to 10,000 Pa, preferably 500 to 3,000 Pa at a temperature of 600 ° C. or less using a deposition method such as pressure chemical vapor deposition (ECR), ECR CVD (Electron Cyclotron Resonance CVD), or sputtering.

기판(10)에는 디스플레이의 각 픽셀에 대응하는 위치에 다수의 비정질 실리콘 박막(11)이 아일랜드 형태로 형성된다. 비정질 실리콘 박막(11)은 PECVD, LPCVD 또는 스퍼터링을 이용하여 비정질 실리콘을 100 내지 3,000Å, 양호하게는 500 내지 1,000Å 두께로 증착시켜 형성된다. 비정질 실리콘 박막(11)은 포토리소그래피에 의하여 만들어진 패턴을 사용하여 에칭 가스의 플라즈마에 의한 건식 에칭에 의하여 패터닝 된다. In the substrate 10, a plurality of amorphous silicon thin films 11 are formed in an island shape at a position corresponding to each pixel of the display. The amorphous silicon thin film 11 is formed by depositing amorphous silicon in a thickness of 100 to 3,000 Å, preferably 500 to 1,000 Å using PECVD, LPCVD or sputtering. The amorphous silicon thin film 11 is patterned by dry etching with a plasma of etching gas using a pattern made by photolithography.

도 2는 비정질 실리콘 박막(11) 상에 게이트 절연막(12)과 게이트 전극(13)을 순차적으로 적층한 상태를 보여주는 단면도이다. 게이트 절연층(12)은 PECVD, LPCVD, APCVD, ECR CVD 등의 증착법을 이용하여 산화 실리콘, 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화질화물(SiOxNy) 또는 이들의 복합층을 300 내지 3,000Å, 양호하게는 500 내지 1,000Å 두께로 증착시켜 형성된다. 게이트 절연막 상에 금속 재료 또는 도핑된 폴리실리콘 등의 도전성 재료를 스퍼터링, 가열 증발(evaporation), PECVD, LPCVD, APCVD, ECR CVD, 스퍼터링 등의 방법을 사용하여 1,000 내지 8,000Å, 양호하게는 2,000 내지 4,000Å 두께로 게이트 금속층을 증착시키고 이를 게이트 절연층(12)과 동시에 패터닝하여 게이트 전극(13)이 형성된다. 게이트 전극(13)은 포토리소그래피에 의하여 만들어진 패턴을 사용하여 습식 또는 건식 에칭에 의하여 패터닝된다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which the gate insulating layer 12 and the gate electrode 13 are sequentially stacked on the amorphous silicon thin film 11. The gate insulating layer 12 may be formed using a deposition method such as PECVD, LPCVD, APCVD, ECR CVD, and the like to form a silicon oxide, silicon nitride (SiNx), silicon oxynitride (SiOxNy) or a composite layer thereof in a range of 300 to 3,000 kPa, preferably It is formed by depositing to a thickness of 500 to 1,000Å. A conductive material such as a metal material or a doped polysilicon is formed on the gate insulating film using a method such as sputtering, heat evaporation, PECVD, LPCVD, APCVD, ECR CVD, sputtering, or the like, preferably 2,000 to 2,000 The gate electrode 13 is formed by depositing a gate metal layer with a thickness of 4,000 kHz and patterning it simultaneously with the gate insulating layer 12. The gate electrode 13 is patterned by wet or dry etching using a pattern made by photolithography.

도 3은 도 2와 같이 형성된 게이트 전극(13)을 마스크로 사용하여 실리콘 박막의 소스(11S) 및 드레인 영역(11D)에 불순물을 주입하는 도핑 공정을 나타내는 도면이다. N-MOS TFT를 제작하는 경우에는 이온샤워 도핑 또는 이온 주입법을 사용하여 PH3, P, As 등의 불순물(dopant)을 10-200KeV(양호하게는 30-100KeV)의 에너지로 1E11-1E22/cm3(양호하게는 1E15-1E21/cm3)의 도우즈로 도핑하고, P-MOS TFT를 제작하는 경우에는 B2H6, B, BH3 등의 불순물을 20-70KeV의 에너지로 1E11-1E22/cm 3(양호하게는 1E14-1E21/cm3)의 도우즈로 도핑한다.FIG. 3 is a diagram illustrating a doping process for implanting impurities into the source 11S and the drain region 11D of the silicon thin film using the gate electrode 13 formed as shown in FIG. 2 as a mask. In case of manufacturing N-MOS TFT, dopant such as PH 3 , P, As, etc. is converted into 1E11-1E22 / cm by energy of 10-200KeV (preferably 30-100KeV) using ion shower doping or ion implantation method. 3 (preferably 1E15-1E21 / cm 3 ) of doping, and when producing a P-MOS TFT, impurities such as B 2 H 6 , B, BH 3, etc., are charged at 1E11-1E22 with an energy of 20-70 KeV. doping with a dose of / cm 3 (preferably 1E14-1E21 / cm 3 ).

도 4는 실리콘 박막이 도핑된 이후에 기판 전체에 비정질 실리콘의 MIC(Metal Induced Crystallization) 또는 MILC를 유도하는 금속층(14)을 인가한 상태의 단면도이다. 비정질 실리콘에 MIC 또는 MILC 현상을 유도하는 금속으로서 양호하게는 니켈(Ni), 팔라듐(Pd) 또는 코발트(Co)가 사용되나 이 밖에도 Ti, Ag, Au, Al, Sn, Sb, Cu, Cr, Mo, Tr, Ru, Rh, Cd, Pt 등의 금속이 사용될 수 있다. 니켈 또는 팔라듐 등의 MILC 유도 금속은 스퍼터링, 가열 증발, PECVD 또는 이온 주입법에 의하여 비정질 실리콘에 인가될 수 있으나, 일반적으로 스퍼터링이 사용된다. 인가되는 금속층의 두께는 비정질 실시콘의 MIC 또는 MILC를 유도하기에 필요한 한도 내에서 임의로 선택할 수 있으며, 대략 1-10,000Å 양호하게는 10-200Å의 두께로 형성된다. 이 과정에서 채널 영역(11C)은 게이트 절연막(12) 및 게이트 전극(13)에 의하여 덮여 있으므로 채널 영역에는 금속층(14)이 인가되지 않고 소스 영역(11S) 및 드레인 영역(11D)에만 금속층이 인가된다. 양호하게는 게이트 절연막(12)이 게이트 전극(13)보다 넓은 폭을 가지도록 형성되는데 이는 게이트 절연막을 마스크로 하여 인가되는 금속층(14)이 게이트 전극 하부의 채널 영역에 바로 접하지 아니하고 일정 간격 떨어진 금속 오프셋 영역이 형성되도록 한다. 금속 오프셋 영역을 채널 영역 주위에 형성하는 이유는 결정화 유도 금속(14)이 채널 영역 경계 및 내부로 침투하여 오프 전류와 같은 박막트랜지스터의 동작 특성을 저하시키는 현상을 방지하기 위한 것이다. 또한 게이트 전극의 측벽 외측으로 연장되는 게이트 절연층은 도핑 공정에서 채널 주위에 저농도 도핑(LDD) 영역 또는 비도핑 영역을 형성하도록 하는 마스크로 사용되기도 한다. 4 is a cross-sectional view of a metal layer 14 that induces MIC (Metal Induced Crystallization) or MILC of amorphous silicon after the silicon thin film is doped. Nickel (Ni), palladium (Pd), or cobalt (Co) is preferably used as the metal inducing MIC or MILC in amorphous silicon, but also Ti, Ag, Au, Al, Sn, Sb, Cu, Cr, Metals such as Mo, Tr, Ru, Rh, Cd, Pt can be used. MILC-derived metals such as nickel or palladium may be applied to amorphous silicon by sputtering, heat evaporation, PECVD or ion implantation, but sputtering is generally used. The thickness of the applied metal layer may be arbitrarily selected within the limits necessary to induce MIC or MILC of the amorphous conducting cone, and is formed to a thickness of about 1-10,000 mW, preferably 10-200 mW. In this process, since the channel region 11C is covered by the gate insulating film 12 and the gate electrode 13, the metal layer 14 is not applied to the channel region, and the metal layer is applied only to the source region 11S and the drain region 11D. do. Preferably, the gate insulating layer 12 is formed to have a wider width than the gate electrode 13. The metal layer 14 applied by using the gate insulating layer as a mask does not directly contact the channel region under the gate electrode, but is spaced apart from each other by a predetermined distance. Allow metal offset regions to be formed. The reason why the metal offset region is formed around the channel region is to prevent the crystallization inducing metal 14 from penetrating into and inside the channel region and deteriorating the operating characteristics of the thin film transistor such as off current. In addition, the gate insulating layer extending outside the sidewall of the gate electrode may be used as a mask to form a low concentration doped (LDD) region or an undoped region around the channel in the doping process.

도 5는 기판 상에 금속층(14)을 인가한 후에 비정질 실리콘을 결정화시키기 위한 열처리를 실행하여 비정질 실리콘의 결정화를 유도하는 동시에 실리콘의 소스 및 드레인 영역에 주입된 불순물을 활성화시키는 공정을 도시한다. 이 공정은 텅스텐-할로겐 또는 크세논 아크 가열 램프를 사용하여 700 또는 800oC정도의 온도에서 수분 이내의 짧은 시간 동안 가열하는 고속 어닐링(RTA)법 또는 엑시머 레이저를 사용하여 아주 짧은 시간동안 가열하는 ELA법 등이 사용될 수도 있으며, 양호하게는 가열로(furnace) 내에서 400-600oC의 온도로 0.1-50 시간, 양호하게는 0.5-20 시간 동안 진행된다. 가열로 내의 열처리 과정을 통하여 활성층의 소스와 드레인 영역에서 MIC 소스 금속이 직접 인가된 부분은 MIC 현상에 의한 결정화가 진행되고 MILC 소스 금속이 인가되지 않은 소스 및 드레인 영역과 채널 영역은 금속층이 인가된 부분으로부터 전파되는 MILC에 의하여 결정화된다. 도 5의 화살표는 열처리 과정 중 MILC가 진행하는 방향을 나타낸다.FIG. 5 shows a process of applying a metal layer 14 on a substrate and then performing a heat treatment to crystallize the amorphous silicon to induce crystallization of the amorphous silicon and simultaneously activate impurities implanted in the source and drain regions of the silicon. This process uses a tungsten-halogen or xenon arc heating lamp to heat for a very short time using a rapid annealing (RTA) method or an excimer laser that heats for a short time within minutes at temperatures of 700 or 800 o C. Or the like may be used, preferably in a furnace at a temperature of 400-600 ° C. for 0.1-50 hours, preferably 0.5-20 hours. The MIC source metal is directly applied in the source and drain regions of the active layer through heat treatment in the furnace, and crystallization is performed by MIC phenomenon, and the metal layer is applied in the source and drain regions and channel regions where the MILC source metal is not applied. Crystallized by MILC propagating from the part. Arrows of Figure 5 indicate the direction in which the MILC proceeds during the heat treatment process.

게이트 절연층(12) 및 게이트 전극(13)에 인가된 금속층은 도 5의 열처리에 의하여 영향을 받지 않고 금속층이 그대로 잔류하게 된다. 또한 실리콘 박막에 인가된 금속층의 일부는 열처리 과정에서 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하고 일부는 금속 상태로 잔류하게 된다. 금속층은 박막트랜지스터 영역 이외의 기판 전체 표면에도 증착된다. 기판에 니켈과 같은 금속층이 증착되면 금속층의 두께가 수십 Å에 불과하더라도 기판의 투광성을 크게 저하시켜 LCD 또는 OELD와 같은 디스플레이 장치의 화면이 어둡게 되는 문제가 있다. 또한 박막트랜지스터의 표면에 금속 성분이 잔류하면 활성층의 소스 영역, 드레인 영역과 게이트 전극 간에 전류 누설을 초래할 위험이 있다. 따라서 디스플레이에 사용되는 박막트랜지스터 패널에서 디스플레이의 밝기를 향상시키고 트랜지스터의 전류 누설을 방지하기 위해서는 실리콘의 결정화 열처리 과정 후에 금속층을 제거하는 것이 바람직하다.The metal layer applied to the gate insulating layer 12 and the gate electrode 13 is not affected by the heat treatment of FIG. 5, and the metal layer remains as it is. In addition, a part of the metal layer applied to the silicon thin film reacts with silicon to form silicide during the heat treatment, and part of the metal layer remains in a metal state. The metal layer is also deposited on the entire surface of the substrate other than the thin film transistor region. When a metal layer such as nickel is deposited on the substrate, even if the thickness of the metal layer is only a few tens of micrometers, the light transmittance of the substrate is greatly reduced, thereby causing a problem that the screen of a display device such as an LCD or an OELD becomes dark. In addition, if a metal component remains on the surface of the thin film transistor, there is a risk of causing current leakage between the source region, the drain region and the gate electrode of the active layer. Therefore, in order to improve the brightness of the display and prevent current leakage of the transistor in the thin film transistor panel used for the display, it is desirable to remove the metal layer after the crystallization heat treatment process of silicon.

도 6은 열처리 후에 금속층을 에칭으로 제거하는 공정을 보여준다. 종래의 공정에서는 금속층의 제거하기 위해서 산성 에칭제를 사용하였다. 이하에서는 결정화 유도 금속으로서 니켈을 사용하는 경우를 들어 본 발명의 실시예를 설명한다. 종래의 공정에서는 기판과 박막트랜지스터 표면에 증착된 금속층을 제거하기 위해서 에칭 용액으로서 통상 페릭 클로라이드(Ferric chloride), 1HNO3/5HCl, 150CH3COOH/50HNO3/3HCl 등을 사용하여 습식 에칭을 실행한다.6 shows a process of removing the metal layer by etching after the heat treatment. In the conventional process, an acidic etchant was used to remove the metal layer. Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the case where nickel is used as the crystallization inducing metal. In the conventional process, in order to remove the metal layer deposited on the surface of the substrate and the thin film transistor, wet etching is usually performed using ferric chloride, 1HNO 3 / 5HCl, 150CH 3 COOH / 50HNO 3 / 3HCl, or the like as an etching solution. .

그러나 이러한 산성 에칭제는 금속에 대하여 대체로 높은 부식성을 가지나 니켈은 이러한 산성 에칭제에 대하여 매우 강한 내부식성을 가진다. 한편 게이트 전극으로 사용되는 Al, Mo, MoW 등의 금속은 니켈에 비하여 내부식성이 약하여 산성 에칭제에 의하여 니켈보다 부식이 훨씬 빠르게 진행된다. 따라서, 종래의 에칭 방법으로 기판 표면에 증착된 니켈층을 완전히 제거하려면 장기간의 에칭 시간이 소요되고 이 과정에서 니켈층보다 게이트 전극의 부식이 많이 진행되어 게이트 전극(13)이 손상되는 문제가 발생한다. 또한 게이트 전극의 손상을 방지하기 위해서 에칭 시간을 단축하면 니켈층이 제거되지 않거나 부분적으로 제거되어 화질을 저하시키는 문제가 발생한다. 따라서 기판의 표면으로부터 니켈층을 완벽하게 제거하되 게이트 전극을 손상시키지 않는 에칭 방법이 요구된다. However, these acid etchants are generally highly corrosive to metals, but nickel has very strong corrosion resistance to these acid etchant. On the other hand, metals such as Al, Mo, and MoW, which are used as gate electrodes, are less corrosion resistant than nickel, and corrosion is much faster than nickel by acidic etchant. Therefore, in order to completely remove the nickel layer deposited on the surface of the substrate by a conventional etching method, a long etching time is required, and in this process, corrosion of the gate electrode proceeds more than that of the nickel layer, resulting in a problem that the gate electrode 13 is damaged. do. In addition, if the etching time is shortened to prevent damage to the gate electrode, the nickel layer may not be removed or partially removed, thereby degrading image quality. Therefore, there is a need for an etching method that completely removes the nickel layer from the surface of the substrate but does not damage the gate electrode.

본 발명은 이러한 기술적 문제를 해결하기 위해서 게이트 전극에 손상을 주지 않으면서 니켈층을 신속히 제거할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 종래의 에칭제 대신에 유리 기판을 포함한 산화물을 식각할 수 있는 에칭제를 사용하여 기판으로부터 금속층을 제거하는 방법을 사용한다. 기판 및 산화층 식각에 사용되는 에칭 방법으로는 희석된 불화수소산(HF) 용액, NH4F와 HF의 혼합물로 이루어진 완충된 불화수소산 용액을 사용하는 습식에칭, 불화탄소(CF4)를 사용한 건식 에칭 방법이 있다. 이러한 에칭 방법은 종래에는 기판으로부터 불순물을 제거하는 세척 공정에서 사용되었다. 이러한 에칭제는 금속이나 실리콘에 대하여는 부식 작용이 약하나 산화실리콘, 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화질화물(SiOxNy)에 대하여 뛰어난 부식성을 가진다.The present invention provides a method that can quickly remove the nickel layer without damaging the gate electrode to solve this technical problem. According to the present invention, a method of removing a metal layer from a substrate using an etching agent capable of etching an oxide including a glass substrate instead of a conventional etching agent is used. Etching methods used to etch substrates and oxide layers include wet etching using a dilute hydrofluoric acid (HF) solution, a buffered hydrofluoric acid solution consisting of a mixture of NH 4 F and HF, and dry etching using carbon fluoride (CF 4 ). There is a way. This etching method has conventionally been used in a cleaning process to remove impurities from a substrate. Such an etchant has a low corrosive effect on metals and silicon but has excellent corrosiveness on silicon oxide, silicon nitride (SiNx) and silicon oxynitride (SiOxNy).

불화수소, 불화탄소를 포함하는 에칭제를 사용하여 도 6과 같이 에칭을 실행하면 게이트 전극 및 실리콘박막과 그 표면에 증착된 니켈층은 거의 영향을 받지 않으면서 기판 표면에 직접 증착된 니켈층이 기판 표면의 식각이 일어나면서 함께 제거된다. 기판 표면의 결정화 유도금속은 통상 수십 Å의 두께로 형성되므로 에칭제가 충분히 금속층을 통과하여 기판의 표면에 도달할 수 있다. 통상의 유리 기판은 산화실리콘 성분으로 구성되어 있으므로 에칭제에 의하여 표면이 빠르게 식각되며 이에 따라 그 표면에 증착되어 있는 금속층도 함께 제거될 수 있다. 또한 전술한 바와 같이 기판 상에 산화실리콘(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx), 산화실리콘질화물(SiOxNy)로 버퍼층을 형성하는 경우에도 불화수소 또는 불화탄소 계열의 에칭제는 버퍼층을 용이하게 침식하여 버퍼층 위에 형성된 금속층을 신속하게 제거할 수 있다. 그리하여 본 발명은 기판 상에 버퍼층을 형성하는 경우와 버퍼층을 형성하지 않는 경우에 동일하게 적용될 수 있다.When etching is performed using an etchant including hydrogen fluoride and carbon fluoride as shown in FIG. 6, the nickel layer deposited directly on the substrate surface is hardly affected by the gate electrode and the silicon thin film and the nickel layer deposited on the surface thereof. Etching of the substrate surface occurs and is removed together. The crystallization inducing metal on the surface of the substrate is usually formed to a thickness of several tens of microwatts so that the etchant can sufficiently pass through the metal layer to reach the surface of the substrate. Since a conventional glass substrate is composed of a silicon oxide component, the surface is rapidly etched by the etchant, and thus the metal layer deposited on the surface can be removed together. In addition, even when the buffer layer is formed of silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiNx), or silicon oxide nitride (SiOxNy) on the substrate as described above, the hydrogen fluoride or carbon fluoride-based etchant easily erodes the buffer layer. The metal layer formed on the buffer layer can be quickly removed. Thus, the present invention can be equally applied to the case of forming the buffer layer on the substrate and the case of not forming the buffer layer.

박막트랜지스터를 포함한 액티브 매트릭스형 LCD 및 OELD의 경우 각 픽셀 영역마다 픽셀 트랜지스터에 개구부가 형성되는데, 기판의 개구부에 니켈과 같은 금속층이 수십 내지 수백 Å의 두께로 증착되어 있으면 기판의 투광률이 크게 저하되게 된다. 본 발명과 같은 에칭 방법을 사용하면 픽셀 개구부를 형성하는 기판 영역에 증착된 금속층이 신속하게 제거되어 디스플레이 장치의 투과율을 높일 수 있다. 한편 게이트 금속층 및 실리콘박막과 그 위에 증착된 금속층은 에칭에 의하여 큰 영향을 받지 않는데, 게이트 금속층과 실리콘 박막에는 금속층이 잔류하더라도 박막트랜지스터의 동작에 영향을 미치지 않는다. 한편 게이트 전극 하부에는 게이트 전극의 측벽으로부터 외측으로 게이트 전극이 연장되도록 형성되는데, 이 부분은 위에서 간단히 설명한 바와 같이 채널 영역 주위에 금속 오프셋 영역을 형성하고, 불순물이 주입되지 않거나 저농도로 주입된 LDD 영역을 형성하기 위해서 형성된 것이다. 본 발명의 에칭 공정을 사용하면 외측으로 연장된 게이트 절연층과 그 위에 증착된 금속층의 침식이 일어나는데, 금속 증착과 불순물 주입이 이미 완료된 후에 에칭이 실행되므로 게이트 절연층(22)의 연장부가 상당 부분 침식되더라도 박막트랜지스터의 동작에 영향을 미치지 않는다. 오히려 게이트 절연층의 침식이 이루어지면 그 표면에 증착된 금속층도 함께 제거되어 소스 및 드레인 영역과 게이트 전극 간의 전류 누설을 방지할 수 있는 효과가 있다.In the case of an active matrix LCD and an OELD including a thin film transistor, an opening is formed in a pixel transistor for each pixel region. If a metal layer such as nickel is deposited in the opening of the substrate to a thickness of tens to hundreds of microns, the light transmittance of the substrate is greatly reduced. Will be. Using the etching method of the present invention, the metal layer deposited on the substrate region forming the pixel openings may be quickly removed to increase the transmittance of the display device. On the other hand, the gate metal layer and the silicon thin film and the metal layer deposited thereon are not significantly affected by etching. Even if the metal layer remains in the gate metal layer and the silicon thin film, the operation of the thin film transistor is not affected. On the other hand, the gate electrode extends from the sidewall of the gate electrode to the outer side of the gate electrode, which is a LDD region in which a metal offset region is formed around the channel region as described above, and where no impurities are injected or a low concentration is injected. It is formed to form. Using the etching process of the present invention, erosion of the gate insulating layer extending outwardly and the metal layer deposited thereon occurs, and since the etching is performed after the metal deposition and the impurity implantation have already been completed, the extended portion of the gate insulating layer 22 is considerable. Erosion does not affect the operation of the thin film transistor. Rather, when the gate insulation layer is eroded, the metal layer deposited on the surface is also removed, thereby preventing current leakage between the source and drain regions and the gate electrode.

금속층 제거가 완료되면 도 7과 같이 기판 상에 절연 덮개막을 형성하고 게이트 전극, 소스 영역 및 드레인 영역의 전기적 접속을 위한 콘택트 홀을 형성한다. 콘택트 홀은 통상 광리소그래피 기법을 사용하여 형성된 마스크를 사용하여 덮개막을 비등방성 에칭하여 형성된다. 그리고 콘택트 홀을 통하여 박막트랜지스터에 전기적 접속을 제공하는 콘택트 전극(16)을 형성하여 박막트랜지스터 구조가 완성된다. 콘택트 전극은 스퍼터링, 가열 증착, CVD 등의 방법을 사용하여 콘택트 절연층 전체에 금속 또는 도핑된 폴리실리콘 등의 도전성 재료를 500-10,000Å, 양호하게는 2,000-6,000Å의 두께로 증착시키고 이 도전성 재료를 건식 또는 습식 에칭법에 의하여 원하는 형태로 패터닝하여 형성된다.When the metal layer is removed, an insulating overcoat is formed on the substrate as shown in FIG. 7, and contact holes for electrical connection between the gate electrode, the source region, and the drain region are formed. Contact holes are usually formed by anisotropically etching the overcoat using a mask formed using photolithography techniques. The thin film transistor structure is completed by forming a contact electrode 16 providing electrical connection to the thin film transistor through the contact hole. The contact electrode is formed by depositing a conductive material such as metal or doped polysilicon to a thickness of 500-10,000 kPa, preferably 2,000-6,000 kPa, throughout the contact insulating layer using a method such as sputtering, heat evaporation, or CVD. The material is formed by patterning the material into a desired shape by dry or wet etching.

이상 본 발명의 내용이 실시예를 들어 설명되었으나, 본 발명의 실시예는 본 발명의 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명이 속하는 분야의 기술자는 본원의 특허청구범위에 기재된 원리 및 범위 내에서 본 발명을 여러 가지 형태로 변형 또는 변경할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 기재된 사항과 그 균등영역을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. While the content of the present invention has been described by way of examples, the embodiments of the present invention are merely illustrative of the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains may modify or alter the present invention in various forms within the principles and scope described in the claims herein. Therefore, the scope of the present invention should be construed to include the matter described in the appended claims and equivalent areas thereof.

본 발명은 산화물 에칭에 사용되는 에칭 방법을 MILC를 이용한 결정질 실리콘 제조 공정에 적용하여, 게이트 금속과 같은 다른 금속부에 영향을 주지 않으면서 기판에 증착된 결정화유도 금속층만을 신속하고 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다. 기판으로부터 금속층을 제거하면 금속층을 제거하지 않는 종래의 공정에 비하여 화면의 밝기 및 균일도를 높일 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명에 따르면 박막트랜지스터의 게이트 전극과 소스 및 드레인 영역 간의 절연성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.The present invention applies the etching method used for the oxide etching to the crystalline silicon manufacturing process using MILC, it is possible to quickly and effectively remove only the crystallization-inducing metal layer deposited on the substrate without affecting other metal parts such as gate metal It works. Removing the metal layer from the substrate has the advantage of increasing the brightness and uniformity of the screen compared to the conventional process that does not remove the metal layer. In addition, according to the present invention there is an effect that can improve the insulation between the gate electrode and the source and drain regions of the thin film transistor.

도 1은 기판 상에 비정질 실리콘 아일랜드를 형성한 상태를 보여주는 단면도. 1 is a cross-sectional view showing a state in which an amorphous silicon island is formed on a substrate.

도 2는 비정질 실리콘 아일랜드에 게이트 절연층과 게이트 전극을 형성한 상태를 보여주는 도면.2 is a view illustrating a state in which a gate insulating layer and a gate electrode are formed in an amorphous silicon island.

도 3은 실리콘 박막에 불순물을 주입하는 공정을 보여주는 도면.3 is a view showing a process of injecting impurities into a silicon thin film.

도 4는 기판과 박막트랜지스터 상에 결정화유도 금속을 증착한 상태를 보여주는 도면.4 is a view showing a state in which a crystallization induction metal is deposited on a substrate and a thin film transistor.

도 5는 결정화 열처리를 실행하는 상태를 보여주는 도면.5 is a view showing a state of performing a crystallization heat treatment.

도 6은 본 발명에 따라 결정화유도 금속층을 제거하는 공정을 보여주는 도면.6 is a view showing a process for removing a crystallization-induced metal layer in accordance with the present invention.

도 7은 트랜지스터에 덮개막과 콘택트 전극을 형성한 상태를 보여주는 도면.7 is a view showing a state in which an overcoat and a contact electrode are formed in a transistor.

Claims (7)

투명 기판 상에 실리콘 활성층이 형성되고 상기 실리콘 활성층 상에 게이트 절연층 및 게이트 전극이 형성된 박막트랜지스터를 제작하는 방법에 있어서,A method of manufacturing a thin film transistor having a silicon active layer formed on a transparent substrate and having a gate insulating layer and a gate electrode formed on the silicon active layer, 상기 실리콘 활성층이 비정질 실리콘에 실리콘의 결정화를 유도하는 금속층을 증착하고 열처리를 실행하여 결정화되고, 상기 기판을 불화수소(HF) 또는 불화탄소(CF4)를 포함하는 에칭제를 사용하여 상기 기판 표면의 일부가 선택적으로 에칭되어 기판 표면에서 상기 금속층이 제거되고, 상기 게이트 절연층이 상기 게이트 전극의 측벽보다 외측으로 연장되며 상기 기판의 에칭 과정에서 상기 게이트 절연층의 일부도 선택적으로 에칭 되어 상기 게이트 절연층에 증착된 금속층도 제거되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제작 방법.The silicon active layer is crystallized by depositing a metal layer inducing silicon crystallization in amorphous silicon and performing a heat treatment, and the substrate surface using an etchant comprising hydrogen fluoride (HF) or carbon fluoride (CF 4 ) A portion of the gate is selectively etched to remove the metal layer from a substrate surface, the gate insulating layer extends outward from a sidewall of the gate electrode, and a portion of the gate insulating layer is selectively etched during the etching of the substrate, thereby A thin film transistor manufacturing method, characterized in that the metal layer deposited on the insulating layer is also removed. 제 1 항에 있어서, 상기 기판이 유리 또는 석영으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제작 방법.The method of claim 1, wherein the substrate is made of glass or quartz. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 결정화 유도 금속이 니켈(Ni), 팔라듐(Pd) 또는 코발트(Co) 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제작 방법.The method of claim 1, wherein the crystallization inducing metal comprises one of nickel (Ni), palladium (Pd), and cobalt (Co). 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 활성층을 형성하기 이전에 상기 기판 표면에 산화실리콘, 실리콘 질화물, 산화실리콘질화물로 버퍼층을 형성하고 상기 에칭 공정 중에 상기 버퍼층이 침식되어 버퍼층 표면에 인가된 상기 금속층이 제거되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제작 방법.The method of claim 1, wherein a buffer layer is formed of silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxide nitride on the surface of the substrate prior to forming the silicon active layer, and the buffer layer is eroded during the etching process to remove the metal layer applied to the surface of the buffer layer. Method of manufacturing a thin film transistor, characterized in that.
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