KR100731756B1 - Fabricating method of thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 결정화 공정의 단면도이다.1A-1D are cross-sectional views of the crystallization process according to the invention.
도 2a 및 2b는 본 발명에 따라 제조된 다결정 실리콘층을 이용하여 박막트랜지스터를 제조하는 공정의 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views of a process of manufacturing a thin film transistor using a polycrystalline silicon layer manufactured according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 반도체층에 소오스/드레인 영역 및 채널 영역을 형성하는 공정의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a process of forming a source / drain region and a channel region in a semiconductor layer according to the present invention.
도 4a는 다결정 실리콘층의 면 저항과 오프 전류(off current)의 관계를 나타내는 그래프이다.4A is a graph showing the relationship between the sheet resistance and the off current of the polycrystalline silicon layer.
도 4b는 본 발명에 따른 불순물의 도핑양에 따른 전자이동도 특성을 나타내는 그래프이다.Figure 4b is a graph showing the electron mobility characteristics according to the doping amount of the impurity according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 반도체층을 이용하여 박막트랜지스터를 제조하는 공정의 단면도이다. 5 is a cross-sectional view of a process of manufacturing a thin film transistor using a semiconductor layer manufactured according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
101. 기판 102. 버퍼층101.
103. 비정질 실리콘층 105. 캡핑층 103.
106. 금속 촉매층 106a, 106b. 금속 촉매106.
107. 제 1 열처리 108. 제 2 열처리107.
109. 다결정 실리콘층 110. 반도체층 109.
112. 소오스 영역 114. 채널 영역 112.
116. 드레인 영역 120. 게이트 절연막 116. Drain
130. 게이트 전극 132. 도핑 130. Gate Electrode 132. Doping
135, 137. 콘택홀 140. 층간 절연막 135, 137. Contact
142. 소오스 전극 144. 드레인 전극 142.
본 발명은 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SGS 결정화법에 의해 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하여 반도체층을 형성하고 상기 반도체층의 소오스/드레인 영역에 불순물을 주입하여 박막트랜지스터를 형성할 때, 상기 주입해 주는 불순물의 도핑양을 일정 범위로 조절하여 줌으로써, 종래의 SGS 결정화법으로 반도체층을 형성할 때 발생되는 누설 전류의 문제점과 상기 누설 전류의 산포 특성을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor, and more particularly, to form a semiconductor layer by crystallizing an amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer by the SGS crystallization method and implanting impurities into the source / drain regions of the semiconductor layer When forming the transistor, by adjusting the doping amount of the impurity to be implanted to a certain range, it is possible to improve the problem of leakage current generated when forming a semiconductor layer by the conventional SGS crystallization method and the distribution characteristics of the leakage current The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor.
일반적으로, 다결정 실리콘층은 높은 전계 효과 이동도와 고속 동작 회로에 적용이 가능하며 CMOS 회로 구성이 가능하다는 장점이 있어 박막트랜지스터용 반도 체층의 용도로서 많이 사용되고 있다. 이러한 다결정 실리콘층을 이용한 박막트랜지스터는 주로 능동 매트릭스 액정 디스플레이 장치(AMLCD)의 능동소자와 유기전계 발광소자(OLED)의 스위칭 소자 및 구동 소자에 사용된다. In general, the polycrystalline silicon layer is widely used as a semiconductor layer for a thin film transistor because it has the advantage of being applicable to high field effect mobility, high speed operation circuit, and CMOS circuit configuration. The thin film transistor using the polycrystalline silicon layer is mainly used in the active element of the active matrix liquid crystal display device (AMLCD) and the switching element and the driving element of the organic light emitting element (OLED).
상기 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하는 방법은 고상 결정화법(Solid Phase Crystallization), 엑시머 레이저 결정화법(Excimer Laser Crystallization), 금속 유도 결정화법(Metal Induced Crystallization) 및 금속 유도 측면 결정화법(Metal Induced Lateral Crystallization) 등이 있는데, 고상 결정화법은 비정질 실리콘층을 박막트랜지스터가 사용되는 디스플레이 소자의 기판을 형성하는 물질인 유리의 변형 온도인 약 700℃ 이하의 온도에서 수 시간 내지 수십 시간에 걸쳐 어닐링하는 방법이고, 엑시머 레이저 결정화법은 엑시머 레이저를 비정질 실리콘층에 주사하여 매우 짧은 시간 동안 국부적으로 높은 온도로 가열하여 결정화하는 방법이며, 금속 유도 결정화법은 니켈, 팔라듐, 금, 알루미늄 등의 금속을 비정질 실리콘층과 접촉시키거나 주입하여 상기 금속에 의해 비정질 실리콘층이 다결정 실리콘층으로 상 변화가 유도되는 현상을 이용하는 방법이고, 금속 유도 측면 결정화법은 금속과 실리콘이 반응하여 생성된 실리사이드가 측면으로 계속하여 전파되면서 순차로 비정질 실리콘층의 결정화를 유도하는 방법을 이용하는 결정화 방법이다.The method of crystallizing the amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer includes solid phase crystallization, excimer laser crystallization, metal induced crystallization, and metal induced side crystallization. Lateral Crystallization), in which the amorphous silicon layer is annealed for several hours to several tens of hours at a temperature of about 700 ° C. or less, which is a deformation temperature of glass, which is a material for forming a substrate of a display device using a thin film transistor. The excimer laser crystallization method is a method of injecting an excimer laser into the amorphous silicon layer and heating it to a locally high temperature for a very short time to crystallize. The metal-induced crystallization method amorphous metals such as nickel, palladium, gold, aluminum, etc. Contact with or inject the silicon layer into the metal The amorphous silicon layer is a method of inducing a phase change to the polycrystalline silicon layer, and the metal-induced lateral crystallization method induces crystallization of the amorphous silicon layer sequentially as the silicide generated by the reaction between the metal and silicon continues to propagate to the side. It is a crystallization method using the method.
그러나, 상기의 고상 결정화법은 공정 시간이 너무 길뿐만 아니라 고온에서 장시간 열처리함으로써 기판의 변형이 발생하기 쉽다는 단점이 있고, 엑시머 레이저 결정화법은 고가의 레이저 장치가 필요할 뿐만 아니라 다결정화된 표면의 돌 기(protrusion)가 발생하여 반도체층과 게이트 절연막의 계면 특성이 나쁘다는 단점이 있으며, 상기 금속 유도 결정화법 또는 금속 유도 측면 결정화법으로 결정화하는 경우에는 많은 양의 금속 촉매가 결정화된 다결정 실리콘층에 잔류하여 박막트랜지스터의 반도체층의 누설 전류를 증가시키는 단점이 있다.However, the above-mentioned solid-phase crystallization method has a disadvantage that not only the process time is too long but also the substrate is easily deformed by heat treatment at a high temperature for a long time, and the excimer laser crystallization method requires not only an expensive laser device but also There is a disadvantage in that the interfacial property between the semiconductor layer and the gate insulating film is poor due to protrusion, and when crystallized by the metal induced crystallization method or the metal induced side crystallization method, a polycrystalline silicon layer in which a large amount of metal catalyst is crystallized There is a disadvantage that the leakage current of the semiconductor layer of the thin film transistor is increased.
현재, 금속촉매를 이용하여 비정질 실리콘층을 결정화하는 방법이 고상 결정화법(Solid Phase Crystallization)보다 낮은 온도에서 빠른 시간 내에 결정화시킬 수 있는 장점을 가지고 있기 때문에 많이 연구되고 있다. 금속을 이용한 결정화 방법은 금속 유도 결정화(MIC, Metal Induced Crystallization) 방법과 금속 유도 측면 결정화(MILC, Metal Induced Lateral Crystallization) 방법으로 구분된다. 그러나, 금속 촉매를 이용한 상기 방법의 경우는 결정화 후 다결정 실리콘층에 잔류하는 금속 촉매에 의한 오염으로 인하여 박막트랜지스터의 소자 특성이 저하되는 문제점이 있다.Currently, the method of crystallizing the amorphous silicon layer using a metal catalyst has been studied a lot because it has the advantage that can be crystallized at a lower time than the solid phase crystallization (Solid Phase Crystallization) in a short time. Crystallization using metal is divided into Metal Induced Crystallization (MIC) and Metal Induced Lateral Crystallization (MILC). However, the method using the metal catalyst has a problem in that the device characteristics of the thin film transistor are degraded due to contamination by the metal catalyst remaining in the polycrystalline silicon layer after crystallization.
상기와 같은 금속 촉매의 오염 문제를 해결하기 위하여 덮개층을 이용한 결정화 방법으로 다결정 실리콘층을 제조하는 방법(공개 특허 2003-0060403)이 개발되었다. 상기의 방법은 기판 상에 비정질 실리콘층 및 덮개층을 증착하고 그 위에 금속 촉매층을 형성시킨 다음, 상기 기판을 열처리 혹은 레이저를 이용한 열처리 공정으로 상기 금속 촉매를 덮개층을 통해서 비정질 실리콘층으로 확산시켜 시드(seed)를 형성시킨 후, 이를 이용하여 다결정 실리콘층을 얻어내는 방법이다. 상기 방법은 금속 촉매가 덮개층을 통하여 확산되기 때문에 필요 이상의 금속 오염을 막을 수 있다는 장점이 있으나, 여전히 다결정 실리콘층 내부에 금속 촉매가 다량 존재하여 누설전류의 문제점이 존재하고 있다.In order to solve the contamination problem of the metal catalyst as described above, a method of manufacturing a polycrystalline silicon layer by a crystallization method using a cover layer (published patent 2003-0060403) has been developed. In the above method, an amorphous silicon layer and a cover layer are deposited on a substrate, a metal catalyst layer is formed thereon, and then the substrate is heat-treated or heat-treated using a laser to diffuse the metal catalyst into the amorphous silicon layer through the cover layer. After forming a seed (seed), it is a method of obtaining a polycrystalline silicon layer using this. The method has an advantage of preventing metal contamination more than necessary because the metal catalyst is diffused through the cover layer, but there is still a problem of leakage current due to the large amount of metal catalyst in the polycrystalline silicon layer.
본 발명은 상기한 종래 기술인 금속 촉매를 덮개층을 통해서 비정질 실리콘층으로 확산시켜 시드(seed)를 형성시킨 후, 이를 열처리하여 다결정 실리콘층을 얻어내는 방법인 SGS(Super Grain Silicon) 결정화법의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, SGS 결정화법에 의해 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하여 반도체층을 형성하고 상기 반도체층의 소오스/드레인 영역에 불순물을 주입하여 박막트랜지스터를 형성할 때, 상기 주입해 주는 불순물의 도핑양을 조절하여 줌으로써, 종래의 SGS 결정화법으로 반도체층을 형성할 때 발생되는 누설 전류(leakage current)의 문제점과 상기 누설 전류의 산포 특성을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터를 제조할 수 있는데 목적이 있다.The present invention is a problem of the SGS (Super Grain Silicon) crystallization method, which is a method of obtaining a polycrystalline silicon layer by forming a seed by diffusing the metal catalyst of the prior art to the amorphous silicon layer through the cover layer, In order to solve the problem, when the amorphous silicon layer is crystallized into a polycrystalline silicon layer by the SGS crystallization method to form a semiconductor layer, and when implanting impurities into the source / drain regions of the semiconductor layer to form a thin film transistor, By controlling the doping amount of the impurities, it is possible to manufacture a thin film transistor which can improve the problem of the leakage current (leakage current) generated when the semiconductor layer is formed by the conventional SGS crystallization method and the dispersion characteristics of the leakage current. There is a purpose.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 박막트랜지스터는,In order to achieve the above object, a thin film transistor according to the present invention,
기판;Board;
상기 기판 상에 위치하고, 소오스/드레인 영역 및 채널 영역을 구비하며, SGS 결정화법으로 형성된 반도체층;A semiconductor layer on the substrate, the semiconductor layer having a source / drain region and a channel region formed by SGS crystallization;
상기 반도체층 상에 위치하는 게이트 절연막, 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극을 포함하며,A gate insulating layer, a gate electrode, and a source / drain electrode on the semiconductor layer;
상기 소오스/드레인 영역은 3*e14/cm2 내지 1*e15/cm2의 불순물이 주입되어 있는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터에 의해서 달성된다.The source / drain region is achieved by a thin film transistor, wherein impurities of 3 * e 14 / cm 2 to 1 * e 15 / cm 2 are implanted.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 박막트랜지스터의 제조방법은,In addition, the method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention in order to achieve the above object,
기판을 준비하는 단계;Preparing a substrate;
상기 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;Forming an amorphous silicon layer on the substrate;
상기 비정질 실리콘층 상에 캡핑층을 형성하는 단계;Forming a capping layer on the amorphous silicon layer;
상기 캡핑층 상에 금속 촉매를 증착하는 단계;Depositing a metal catalyst on the capping layer;
상기 기판을 열처리하여 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하는 단계;Heat treating the substrate to crystallize an amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer;
상기 캡핑층을 제거하는 단계;Removing the capping layer;
상기 다결정 실리콘층을 패터닝하여 소오스/드레인 영역 및 채널 영역을 구비하는 반도체층을 형성하는 단계; 및Patterning the polycrystalline silicon layer to form a semiconductor layer having a source / drain region and a channel region; And
상기 반도체층 상에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하고,Forming a gate insulating film and a gate electrode on the semiconductor layer,
상기 소오스/드레인 영역에는 3*e14/cm2 내지 1*e15/cm2로 불순물을 주입하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법에 의해서도 달성된다.The source / drain region is also achieved by a method of manufacturing a thin film transistor, characterized in that the impurity is injected into 3 * e 14 / cm 2 to 1 * e 15 / cm 2 .
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어 지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어 지는 것이다. 도면들에 있어서, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되어 지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면은 명확한 설명을 위해 과장되게 도시될 수도 있고, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다. Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosure may be made thorough and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In the figures, where a layer is said to be "on" another layer or substrate, it may be formed directly on the other layer or substrate, or a third layer may be interposed therebetween. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The drawings depicting preferred embodiments of the invention may be exaggerated for clarity, and like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부하는 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail.
(실시예)(Example)
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 의한 결정화 공정의 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views of the crystallization process according to the present invention.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 유리 또는 플라스틱과 같은 기판(101)상에 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposion)을 이용하여 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막과 같은 절연막을 이용하여 단층 또는 복층으로 버퍼층(102)을 형성한다. 이때 상기 버 퍼층(102)은 기판(101)에서 발생하는 수분 또는 불순물의 확산을 방지하거나, 결정화 시 열의 전달 속도를 조절함으로써, 하기의 공정에서 형성될 비정질 실리콘층의 결정화가 잘 이루어질 수 있도록 하는 역할을 한다.First, as shown in FIG. 1A, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is used on a
이어서, 상기 버퍼층(102) 상에 비정질 실리콘층(103)을 형성한다. 이때 상기 비정질 실리콘층(103)은 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)을 이용할 수 있다. 또한, 상기 비정질 실리콘층(103)을 형성할 때 또는 형성한 후에 탈수소 처리하여 수소의 농도를 낮추는 공정을 진행할 수 있다.Subsequently, an
도 1b는 상기 비정질 실리콘층 상에 캡핑층 및 금속 촉매층을 형성하는 공정의 단면도이다.1B is a cross-sectional view of a process of forming a capping layer and a metal catalyst layer on the amorphous silicon layer.
도 1b를 참조하면, 상기 비정질 실리콘(103) 상에 캡핑층(105)을 형성한다. 이때, 상기 캡핑층(105)은 금속 촉매가 열처리 공정을 통해 확산할 수 있는 실리콘 질화막으로 형성하는 것이 바람직하고, 실리콘 질화막과 실리콘 산화막의 복층을 사용할 수 있으며, 화학적 기상 증착법 또는 물리적 기상 증착법 등과 같은 방법으로 형성한다. 이때, 상기 캡핑층(105)의 두께는 1 내지 2000Å으로 형성한다.Referring to FIG. 1B, a
이어서, 상기 캡핑층(105) 상에 금속 촉매를 증착하여 금속 촉매층(106)을 형성한다. 이때, 상기 금속 촉매는 Ni, Pd, Ti, Ag, Au, Al, Sn, Sb, Cu, Co, Mo, Tr, Ru, Rh, Cd 및 Pt로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는데, 바람직하게는 니켈(Ni)을 이용한다.Subsequently, a metal catalyst is deposited on the
이때, 금속 유도 결정화법 또는 금속 측면 유도 결정화법에서는 일반적으로 금속 촉매의 두께 또는 밀도를 조심스럽게 조절해야 하는데, 이는 결정화 이후 상기 금속 촉매가 다결정 실리콘층의 표면에 잔류하여 박막트랜지스터의 누설 전류를 증가시키는 등의 문제를 야기하기 때문이다. 그러나, 본 발명에서는 상기 금속 촉매층의 두께 또는 밀도를 정밀하게 제어할 필요없이 두껍게 형성하여도 무방하다. 이는 상기 캡핑층(105)이 확산하는 금속 촉매를 필터링하여 미량의 금속 촉매만이 결정화에 기여하게 되고, 확산하는 대부분의 금속 촉매는 상기 캡핑층(105)을 통과하기 어려워 결정화에 기여하지 않게 되기 때문이다.In this case, the metal induced crystallization method or the metal side induced crystallization method generally requires careful control of the thickness or density of the metal catalyst, which increases the leakage current of the thin film transistor after crystallization by remaining on the surface of the polycrystalline silicon layer. This is because it causes a problem such as. However, in the present invention, the metal catalyst layer may be formed thick without precisely controlling the thickness or density. This filters the metal catalyst diffused by the
도 1c는 상기 기판을 제 1 열처리하여 금속 촉매를 상기 캡핑층을 통해 확산시켜 비정질 실리콘층의 계면으로 이동시키는 공정의 단면도이다. FIG. 1C is a cross-sectional view of a process of firstly heat treating the substrate to diffuse a metal catalyst through the capping layer to move to the interface of an amorphous silicon layer.
도 1c를 참조하면, 상기 버퍼층(102), 비정질 실리콘층(103), 캡핑층(105) 및 금속 촉매층(106)이 형성된 기판(101)을 제 1 열처리(107)하여 금속 촉매층(106)의 금속 촉매 중 일부를 비정질 실리콘층(103)의 표면으로 이동시킨다. 즉, 제 1 열처리(107)에 의해 캡핑층(105)을 통과하여 확산하는 금속 촉매들(106a, 106b) 중 미량의 금속 촉매(106b)들만이 비정질 실리콘층(103)의 표면으로 확산하게 되고, 대부분의 금속 촉매(106a)들은 상기 비정질 실리콘층(103)에 도달하지도 못하거나 캡핑층(105)을 통과하지 못하게 된다. 따라서, 상기 캡핑층(105)의 확산 저지 능력에 의해 비정질 실리콘층(103)의 표면에 도달하는 금속 촉매의 양이 결정되어 지는데, 상기 캡핑층(105)의 확산 저지 능력은 상기 캡핑층(105)의 두께와 밀접한 관계가 있다. 즉, 캡핑층(105)의 두께가 두꺼워질수록 확산되는 양은 적어지게 되어 결정립의 크기가 커지게 되고, 두께가 얇아질수록 확산되는 양은 많아지게 되어 결정립의 크기는 작아지게 된다.Referring to FIG. 1C, the
이때, 상기 제 1 열처리(107) 공정은 200℃ 내지 800℃의 온도 범위에서 수 초 내지 수 시간 동안 진행하여 상기 금속 촉매(106a, 106b)를 확산시키게 되는데, 상기 제 1 열처리(107) 공정은 로(furnace) 공정, RTA(Rapid Thermal Annealling) 공정, UV 공정 또는 레이저(Laser) 공정 중 어느 하나 이상의 공정을 이용할 수 있다.In this case, the
도 1d는 상기 기판을 제 2 열처리하여 확산된 금속 촉매에 의해 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하는 공정의 단면도이다. 1D is a cross-sectional view of a process of crystallizing an amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer by a metal catalyst diffused by second heat treatment of the substrate.
도 1d를 참조하면, 제 2 열처리 공정(108)에 의해 상기 캡핑층(105)을 통과하여 비정질 실리콘층(도 1c의 103)의 표면에 확산한 금속 촉매(106b)들에 의해 상기 비정질 실리콘층이 다결정 실리콘층(109)으로 결정화된다. 즉, 금속 촉매층(106)의 금속 촉매(106b)가 상기 비정질 실리콘층의 실리콘과 결합하여 금속 실리사이드를 형성하고 상기 금속 실리사이드가 결정화의 핵인 시드(seed)로 작용하게 되어 비정질 실리콘층의 결정화를 유도하게 된다.Referring to FIG. 1D, the amorphous silicon layer is formed by the
이때, 본 발명에 따른 결정화법은 비정질 실리콘층 상에 단층 또는 복층의 캡핑층을 형성하고, 상기 캡핑층 상에 금속 촉매층을 형성한 후 제 1 열처리 공정 및 제 2 열처리 공정을 수행하여 금속 촉매를 확산시키며, 상기 확산된 금속 촉매에 의해 비정질 실리콘층이 다결정 실리콘층으로 결정화하는 방법을 이용하는데, 이를 SGS(Super Grain Silicon) 결정화법이라 한다.In this case, in the crystallization method according to the present invention, a single or double capping layer is formed on an amorphous silicon layer, a metal catalyst layer is formed on the capping layer, and a first heat treatment process and a second heat treatment process are performed to form a metal catalyst. Diffusion, a method in which an amorphous silicon layer is crystallized into a polycrystalline silicon layer by the diffused metal catalyst, which is called SGS (Super Grain Silicon) crystallization method.
따라서, 상기 결정화의 핵인 금속 실리사이드의 양을 조절함으로써, 다결정 실리콘층(109)의 결정립 크기를 조절할 수 있고 또한, 이러한 결정립 크기의 조절은 상기 결정화에 기여하는 금속 촉매(106b)에 의해 결정됨으로써, 상기 캡핑층(105)의 확산 저지 능력을 조절하여 다결정 실리콘층(106b)의 결정립 크기를 조절할 수 있다. 즉, 상기 캡핑층(105)의 두께를 조절하여 다결정 실리콘층(106b)의 결정립 크기를 조절할 수 있다.Therefore, by controlling the amount of the metal silicide that is the nucleus of the crystallization, it is possible to adjust the grain size of the
한편, 도 1d에서는 캡핑층(105)과 금속 촉매층(106)을 제거하지 않고 제 2 열처리(108) 공정을 진행하였으나, 상기 캡핑층(105)과 금속 촉매층(106)을 제거하고 제 2 열처리(108) 공정을 하여도 무방하며, 제 1 열처리(도 1c의 107) 공정 이후 상기 금속 촉매층(106)을 제거하고 제 2 열처리(108) 공정을 수행한 후 캡핑층(106)을 제거하여도 무방하다. 이때, 상기 제 2 열처리(108) 공정은 400℃ 내지 1300℃의 온도 범위에서 수행하고, 로 공정, RTA 공정, UV 공정 또는 레이저 공정 중 어느 하나 이상의 공정을 이용할 수 있다.Meanwhile, in FIG. 1D, the
도 2a 및 2b는 본 발명에 의해 제조된 다결정 실리콘층을 이용하여 박막트랜지스터를 제조하는 공정의 단면도이다. 2A and 2B are cross-sectional views of a process of manufacturing a thin film transistor using the polycrystalline silicon layer manufactured by the present invention.
도 2a를 참조하면, 버퍼층(102)이 형성된 기판(101) 상에 캡핑층을 포함하는 SGS 결정화법으로 결정화된 다결정 실리콘층(도 1d의 109)을 패터닝하여 반도체층(110)을 형성한다. 이때, 상기 반도체층(110)은 캡핑층에 의해 미량의 금속 촉매만이 반도체층(110)에 잔류하여 다른 결정화법에 비해 우수한 누설 전류 특성을 갖게 된다.Referring to FIG. 2A, a
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 반도체층(110)이 형성된 기판(101) 상에 게이트 절연막(120)을 형성하는데, 상기 게이트 절연막(120)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 단층 또는 복층으로 적층하여 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 2B, a
계속해서, 상기 게이트 절연막(120) 상부에 알루미늄(Al) 또는 알루미늄- 네오디뮴(Al-Nd)과 같은 알루미늄 합금의 단일층이나, 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo) 합금 위에 알루미늄 합금이 적층된 다중 층으로 게이트 전극용 금속층(도시안됨)을 형성하고, 사진 식각 공정으로 상기 게이트 전극용 금속층을 식각하여 상기 반도체층(110)과 대응되는 소정 부분에 게이트 전극(130)을 형성한다. Subsequently, a single layer of an aluminum alloy such as aluminum (Al) or aluminum-neodymium (Al-Nd) on the
도 3은 상기 SGS 결정화법으로 형성된 반도체층에 불순물을 도핑하여 소오스/드레인 영역 및 채널 영역을 형성하는 공정의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a process of forming a source / drain region and a channel region by doping impurities into a semiconductor layer formed by the SGS crystallization method.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 게이트 전극(130)을 마스크로 사용하여 도전형의 불순물 이온을 소정 도핑(132)하여 소오스/드레인 영역(112, 116)을 형성한다. 상기 불순물 이온으로는 p형 불순물 또는 n형 불순물을 주입할 수 있고, 상기 n형 불순물로는 P, PHx +, P2Hx(여기서, X=1,2,3...)이 주입 가능하며, 주기율표상 5족 원소도 주입가능하다. 또한, 상기 p형 불순물로는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 불순물 이온으로 붕소(B)를 주입하는데, B2Hx +, BHx +(여기서, X=1, 2, 3...)이 주입 가능하며 주기율표 상의 3족 원소도 주입 가능하다. SGS 결정화법의 경우, 소오스/드레인 영역의 저항이 2kΩ/□ 내지 4kΩ/□ 정도가 바람직한데, 저항이 2kΩ/□ 이하일 경우에는 누설 전류(leakage current)가 커지며, 4kΩ/□ 이상일 경우에는 박막트랜지스터의 저항이 커져서 전자 이동도(mobility)가 저하되어 온 전류(on current)가 작아진다. First, as shown in FIG. 3, the source /
도 4a는 다결정 실리콘층의 면 저항과 오프 전류(off current)의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 4b는 본 발명에 따른 도핑양에 따른 전자이동도 특성을 나타내는 그래프이다.4A is a graph showing the relationship between the sheet resistance and off current of the polycrystalline silicon layer, and FIG. 4B is a graph showing the electron mobility characteristics according to the doping amount according to the present invention.
먼저, 도 4a를 참조하면, 오프 전류(off current)를 1 × E-12 A/㎛ 이하로 낮추면 누설 전류를 감소시킬 수 있고, 이를 위하여 SGS 결정화법으로 형성된 반도체층의 소오스/드레인 영역의 저항이 2kΩ/□ 내지 4kΩ/□ 정도가 바람직하고, 상기의 저항값을 나타내기 위하여 소오스/드레인 영역에는 p형 불순물을 3*e14/cm2 내지 1*e15/cm2로 주입한다.First, referring to FIG. 4A, when the off current is lowered to 1 × E -12 A / μm or less, leakage current may be reduced, and for this, the resistance of the source / drain region of the semiconductor layer formed by SGS crystallization method may be used. About 2 kΩ / □ to 4 kΩ / □ is preferable, and p-type impurities are implanted at 3 * e 14 / cm 2 to 1 * e 15 / cm 2 in the source / drain region in order to show the resistance value.
본 발명에서 p형 불순물로 붕소(B)를 이용하고, 상기 붕소(B)의 도핑양은 3*e14/cm2 내지 1*e15/cm2을 주입하는데, 상기 붕소(B)의 도핑양을 3*e14/cm2 이하로 주입할 경우에는 도 4b에 도시된 바와 같이 박막트랜지스터의 저항이 커져서 전자이동도(mobility)가 저하되어 온 전류(on current)가 작아지고, 상기 붕소(B)의 도핑양을 1*e15/cm2 이상으로 주입할 경우에는 전자이동도 특성은 향상되나 누설 전류(leakage current)가 커져서 박막트랜지스터의 특성이 저하된다. In the present invention, using boron (B) as a p-type impurity, the doping amount of the boron (B) is injected 3 * e 14 / cm 2 to 1 * e 15 / cm 2 , the doping amount of the boron (B) In the case of injection of 3 * e 14 / cm 2 or less, as shown in FIG. 4B, the resistance of the thin film transistor is increased so that the mobility of electrons is reduced and the on current decreases, and the boron (B) is reduced. the doping amount of) 1 * e 15 / cm 2 In the case of the above injection, the electron mobility property is improved, but the leakage current is increased, thereby degrading the characteristics of the thin film transistor.
이때, 상기 소오스/드레인 영역(112, 116)의 사이에 위치한 상기 불순물이 도핑되지 않은 영역은 채널 영역(114)으로 정의된다. 그러나, 상기 도핑 공정은 게이트 전극(130)을 형성하기 전에 포토레지스트를 형성하여 진행할 수도 있다. In this case, the region in which the impurities are not doped, located between the source /
도 5는 본 발명에 의해 제조된 반도체층을 이용하여 박막트랜지스터를 제조하는 공정의 단면도이다. 5 is a cross-sectional view of a process of manufacturing a thin film transistor using the semiconductor layer manufactured by the present invention.
도 5를 참조하면, 상기 게이트 절연막(120) 상의 게이트 전극(130) 상부에 하부 구조를 보호하는 층간 절연막(140)을 형성한 후 상기 층간 절연막(140), 게이트 절연막(120)의 소정 영역을 식각하여 콘택홀(135, 137)을 형성하며 상기 콘택홀(135, 137)을 채우는 소오스/드레인 전극(142,144)을 형성하여 박막트랜지스터를 완성한다.Referring to FIG. 5, after forming an interlayer insulating
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 수정이 가능할 것이다. Although the present invention has been shown and described with reference to the preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Many variations and modifications will be possible.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, SGS 결정화법에 의해 형성된 반도체층의 소오스/드레인 영역에 일정 범위의 불순물을 주입하여 줌으로써, SGS 결정화법으로 반도체층을 형성할 때 발생되는 누설 전류를 낮추고 상기 누설 전류의 산포 특성이 향상되며 구동 전압이 감소되어 소자 특성이 향상된 박막트랜지스터를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, by injecting a predetermined range of impurities into the source / drain region of the semiconductor layer formed by the SGS crystallization method, the leakage current generated when the semiconductor layer is formed by the SGS crystallization method and the leakage The current dissipation characteristics are improved and the driving voltage is reduced to obtain a thin film transistor with improved device characteristics.
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2006
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