KR100742381B1 - Fabricating method of thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 결정화 공정의 단면도이다.1A-1F are cross-sectional views of the crystallization process according to the present invention.
도 2a 및 2b는 본 발명에 의해 제조된 다결정 실리콘층을 이용하여 반도체층을 형성하는 공정의 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views of a process of forming a semiconductor layer using the polycrystalline silicon layer produced by the present invention.
도 3은 제 2 불순물을 주입하여 소오스/드레인 영역 및 채널 영역을 형성하는 공정의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a process of implanting a second impurity to form a source / drain region and a channel region.
도 4는 본 발명에 의해 제조된 반도체층을 이용하여 박막트랜지스터를 제조하는 공정의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a process of manufacturing a thin film transistor using the semiconductor layer manufactured by the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for main parts of the drawings>
100. 기판 101. 버퍼층100.
102. 비정질 실리콘층 103. 제 1 캡핑층102.
104. 금속 촉매층 104a, 104b. 금속 촉매104.
105. 제 1 열처리 106. 다결정 실리콘층105.
107. 제 2 열처리 108. 제 2 캡핑층107.
109. 제 1 불순물 110. 제 3 열처리109.
120. 반도체층 122. 소오스 영역120.
124. 채널 영역 126. 드레인 영역124. Channel
125. 게이트 절연막 130. 게이트 전극125. Gate
132. 제 2 불순물 140. 층간 절연막132.
142. 소오스 전극 144. 드레인 전극142.
본 발명은 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 촉매를 이용하여 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하는 방법인 SGS 결정화법(Super Grain Silicon)에 있어서 상기 다결정 실리콘층에 잔류하는 결정화의 핵으로 작용하는 금속 촉매를 제거해 줌으로써, 반도체층의 채널 영역에 잔류하는 금속 촉매(Ni 등)의 양을 최소로 하여 누설 전류를 개선하고 소자 특성을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor, and more particularly, in the SGS crystallization method (Super Grain Silicon), which is a method of crystallizing an amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer using a metal catalyst, By removing the metal catalyst acting as a nucleation of the crystallization, to minimize the amount of metal catalyst (Ni, etc.) remaining in the channel region of the semiconductor layer to improve the leakage current and improve the device characteristics in a thin film transistor manufacturing method It is about.
일반적으로, 다결정 실리콘층은 높은 전계 효과 이동도와 고속 동작 회로에 적용이 가능하며 CMOS 회로 구성이 가능하다는 장점이 있어 박막트랜지스터용 반도체층의 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 thin film transistors because of its advantages in that it can be applied to high field effect mobility, high speed operation circuits, and CMOS circuits. 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 결정 화법(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 may include solid phase crystallization, 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 and aluminum Contact with or inject the silicon layer into the metal Solution The amorphous silicon layer uses a phenomenon in which a phase change is induced to the polycrystalline silicon layer, and the metal-induced lateral crystallization method sequentially crystallizes the amorphous silicon layer 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 induction 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 돌기(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 that the interfacial property between the semiconductor layer and the gate insulating film is bad due to the protrusion (protrusion), when the crystallization by the metal-induced crystallization method or metal-induced side crystallization method, a large amount of metal catalyst in the crystallized polycrystalline silicon layer There is a disadvantage that the residual current increases the leakage current of the semiconductor layer of the thin film transistor.
현재, 금속 촉매를 이용하여 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 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 an amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer using a metal catalyst has been studied a lot because it has the advantage of being able to crystallize at a lower temperature at a faster time than the solid phase crystallization method (Solid Phase Crystallization). 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(공개특허 2003-0060403)이 개발되었다. 상기의 방법은 기판 상에 비정질 실리콘층 및 덮개층을 증착하고 그 위에 금속 촉매층을 형성시킨 다음, 상기 기판을 열처리 하거나 혹은 레이저를 이용한 열처리 공정으로 상기 금속 촉매를 덮개층을 통해서 비정질 실리콘층으로 확산시켜 시드(seed)를 형성시킨 후, 이를 이용하여 다결정 실리콘층을 얻어내는 방법이다.In order to solve the problem of contamination of the metal catalyst as described above, a method of manufacturing a polycrystalline silicon layer by a crystallization method using a cover layer (Patent Publication 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 metal catalyst is diffused through the cover layer to the amorphous silicon layer by heat treatment using a laser or a heat treatment process using a laser. After forming a seed (seed), it is a method of obtaining a polycrystalline silicon layer using this.
그러나, 상기한 방법은 금속 촉매가 덮개층을 통하여 확산되기 때문에 필요 이상의 금속 오염을 막을 수 있다는 장점은 있으나, 여전히 다결정 실리콘층 내부에 금속 촉매가 다량 존재하는 문제점이 있다.However, the above-described 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 that a large amount of the metal catalyst is present inside the polycrystalline silicon layer.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 금속 촉매 를 이용하여 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화하는 방법인 SGS(Super Grain Silicon) 결정화법에 있어서 상기 다결정 실리콘층 상에 제 2 캡핑층을 형성하고 상기 제 2 캡핑층에 불순물을 도핑하고 열처리하여 상기 다결정 실리콘층에 잔류하는 금속 촉매를 제거해 줌으로써, 다결정 실리콘층에 잔류하는 금속 촉매(Ni 등)의 양을 최소로 하여 누설 전류를 개선하고 소자 특성을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터를 제조할 수 있는데 목적이 있다. The present invention is to solve the above problems of the prior art, a second method on the polycrystalline silicon layer in the SGS (Super Grain Silicon) crystallization method, which is a method of crystallizing an amorphous silicon layer into a polycrystalline silicon layer using a metal catalyst. Forming a capping layer, doping impurities in the second capping layer and heat treatment to remove the metal catalyst remaining in the polycrystalline silicon layer, to minimize the amount of metal catalyst (Ni, etc.) remaining in the polycrystalline silicon layer leakage current The purpose of the present invention is to manufacture a thin film transistor that can improve the characteristics and device characteristics.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 박막트랜지스터는,In order to achieve the above object, a thin film transistor according to the present invention,
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 제 1 캡핑층을 형성하는 단계;Forming a first capping layer on the amorphous silicon layer;
상기 제 1 캡핑층 상에 금속 촉매를 증착하는 단계;Depositing a metal catalyst on the first 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 제 1 캡핑층을 제거하는 단계;Removing the first capping layer;
상기 다결정 실리콘층 상에 제 2 캡핑층을 형성하는 단계;Forming a second capping layer on the polycrystalline silicon layer;
상기 제 2 캡핑층에 제 1 불순물을 주입하는 단계;Injecting a first impurity into the second capping layer;
상기 제 2 캡핑층을 제 3 열처리하여 다결정 실리콘층에 잔류하는 금속촉매를 제 2 캡핑층으로 확산시키는 단계;Third heat treating the second capping layer to diffuse the metal catalyst remaining in the polycrystalline silicon layer to the second capping layer;
상기 제 2 캡핑층을 제거하는 단계;Removing the second capping layer;
상기 다결정 실리콘층을 패터닝하여 반도체층을 형성하는 단계;Patterning the polycrystalline silicon layer to form a semiconductor layer;
상기 기판 상에 게이트 절연막과 게이트 전극을 형성하는 단계; 및Forming a gate insulating film and a gate electrode on the substrate; And
상기 반도체층에 제 2 불순물을 주입하는 단계;를 포함하고,Injecting a second impurity into the semiconductor layer;
상기 제 1 불순물은 n형 불순물을 1*e11/cm2 내지 3*e15/cm2로 주입하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법에 의해서 달성된다.The first impurity is achieved by a method of manufacturing a thin film transistor, characterized in that the injection of n-type impurities in 1 * e 11 / cm 2 to 3 * 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 상 세하게 설명하면 다음과 같다. 하기의 본 발명의 실시예에서는 SGS 결정화법을 이용하여 반도체층을 형성하는 공정을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 금속 유도 결정화법 또는 금속 유도 측면 결정화법 등 금속 촉매를 이용하여 반도체층을 형성하는 공정에 적용될 수 있다. Hereinafter, described in more detail with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention. In the following embodiment of the present invention, a process of forming a semiconductor layer using the SGS crystallization method is illustrated, but is not limited thereto, and the process of forming a semiconductor layer using a metal catalyst such as metal induced crystallization or metal induced side crystallization Can be applied to
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 결정화 공정의 단면도이다.1A-1F are cross-sectional views of the crystallization process according to the present invention.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 유리 또는 플라스틱과 같은 기판(100)상에 비정질 실리콘으로 버퍼층(101)을 형성할 수 있다. 이때, 상기 버퍼층(101)은 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)을 이용하여 형성할 수 있다. First, as shown in FIG. 1A, a
계속해서, 상기 버퍼층(101) 상에 비정질 실리콘층(102)을 형성한다. 이때, 상기 비정질 실리콘층(102)은 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)을 이용할 수 있다. 또한, 상기 비정질 실리콘층(102)을 형성할 때 또는 형성한 후에 탈수소 처리하여 수소의 농도를 낮추는 공정을 진행할 수 있다.Subsequently, an
도 1b는 상기 비정질 실리콘층 상에 제 1 캡핑층 및 금속 촉매층을 형성하는 공정의 단면도이다.1B is a cross-sectional view of a process of forming a first capping layer and a metal catalyst layer on the amorphous silicon layer.
도 1b를 참조하면, 상기 비정질 실리콘층(102) 상에 제 1 캡핑층(103)을 형성한다. 이때, 상기 제 1 캡핑층(103)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 등 과 같은 방법으로 형성한다. 이때, 상기 제 1 캡핑층(105)의 두께는 1Å 내지 2000Å으로 형성한다.Referring to FIG. 1B, a
이어서, 상기 제 1 캡핑층(103) 상에 금속 촉매를 증착하여 금속 촉매층(104)을 형성한다. 이때, 상기 금속 촉매는 Ni, Pd, Ti, Ag, Au, Al, Sn, Sb, Cu, Co, Mo, Tr, Ru, Rh, Cd 또는 Pt 중 어느 하나 이상을 사용하는데, 바람직하게는 니켈(Ni)을 이용한다.Subsequently, a metal catalyst is deposited on the
이때, 일반적으로 금속 유도 결정화법 또는 금속 유도 측면 결정화법에서 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 촉매층(104)의 두께 또는 밀도를 정밀하게 제어할 필요없이 두껍게 형성하여도 무방하다. 이는 상기 제 1 캡핑층(103)이 확산하는 금속 촉매를 필터링하여 미량의 금속 촉매만이 결정화에 기여하게 하고, 확산하는 대부분의 금속 촉매는 상기 제 1 캡핑층(103)을 통과하기 어려워 결정화에 기여하지 않게 된다.In this case, in general, in metal induced crystallization or metal induced side crystallization, the thickness or density of the metal catalyst should be carefully controlled. This means that after crystallization, the metal catalyst remains on the surface of the polycrystalline silicon layer to reduce the leakage current of the thin film transistor. This is because it causes problems such as increasing. However, in the present invention, the
도 1c는 상기 기판을 제 1 열처리하여 금속 촉매를 상기 제 1 캡핑층을 통해 확산시켜 비정질 실리콘층의 계면으로 이동시키는 공정의 단면도이다. FIG. 1C is a cross-sectional view illustrating a process of diffusing a metal catalyst through the first capping layer to move the substrate to an interface of an amorphous silicon layer.
도 1c를 참조하면, 버퍼층(101), 비정질 실리콘층(102), 제 1 캡핑층(103) 및 금속 촉매층(104)이 형성된 기판(100)을 제 1 열처리(105)하여 금속 촉매층(104)의 금속 촉매 중 일부를 비정질 실리콘층(102)의 표면으로 이동시킨다. 즉, 제 1 열처리(105)에 의해 제 1 캡핑층(103)을 통과하여 확산하는 금속 촉매 들(104a, 104b) 중 제 1 캡핑층(103)으로 확산하여 이동하는 미량의 금속 촉매(104b)들만이 비정질 실리콘층(102)의 표면으로 확산하게 되고, 대부분의 금속 촉매(104a)들은 상기 비정질 실리콘층(102)에 도달하지 못하거나 제 1 캡핑층(103)을 통과하지 못하게 된다. 따라서, 상기 제 1 캡핑층(103)의 확산 저지 능력에 의해 비정질 실리콘층(102)의 표면에 도달하는 금속 촉매의 양이 결정되어 지는데, 상기 제 1 캡핑층(103)의 확산 저지 능력은 상기 제 1 캡핑층(103)의 두께와 밀접한 관계가 있다. 즉, 제 1 캡핑층(103)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(105) 공정은 200 내지 800℃의 온도 범위에서 수 초 내지 수 시간 동안 진행하여 상기 금속 촉매를 확산시키게 되는데, 상기 제 1 열처리(105) 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(107)에 의해 상기 제 1 캡핑층(103)을 통과하여 비정질 실리콘층(도 1c의 102)의 표면에 확산한 금속 촉매(104b)들에 의해 상기 비정질 실리콘층(102)이 다결정 실리콘층(106)으로 결정화된다. 즉, 금속 촉매층(104)의 금속 촉매(104b)가 비정질 실리콘층(102)의 실리콘과 결합하여 금속 실리사이드를 형성하고 상기 금속 실리사이드가 결정화의 핵인 시드(seed)로 작용 하게 되어 비정질 실리콘층의 결정화를 유도하게 된다.Referring to FIG. 1D, the
이때, 본 발명에 따른 결정화법은 비정질 실리콘층 상에 제 1 캡핑층을 형성하고, 상기 제 1 캡핑층 상에 금속 촉매층을 형성한 후 제 1, 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 first capping layer is formed on an amorphous silicon layer, a metal catalyst layer is formed on the first capping layer, and the first and second heat treatment processes are performed to diffuse the metal catalyst. In addition, 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(106)의 결정립 크기를 조절할 수 있고 또한, 이러한 결정립 크기의 조절은 상기 결정화에 기여하는 금속 촉매(104b)에 의해 결정됨으로써, 상기 제 1 캡핑층(103)의 확산 저지 능력을 조절하여 다결정 실리콘층(106)의 결정립 크기를 조절할 수 있다. 즉, 상기 제 1 캡핑층(103)의 두께를 조절하여 다결정 실리콘층(106)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 control the grain size of the
한편, 도 1d에서는 제 1 캡핑층(103)과 금속 촉매층(104)을 제거하지 않고 제 2 열처리(107) 공정을 진행하였으나, 상기 제 1 캡핑층(103)과 금속 촉매층(104)을 제거하고 제 2 열처리(107) 공정을 하여도 무방하며, 제 1 열처리(도 1c의 105) 공정 이후 상기 금속 촉매층(104)을 제거하고 제 2 열처리(107) 공정을 수행한 후 제 1 캡핑층(103)을 제거하여도 무방하다. 이때, 상기 제 2 열처리(107) 공정은 400 내지 800℃의 온도 범위에서 1분 이상 20시간 이하의 시간 동안 수행하고, 로 공정, RTA 공정, UV 공정 또는 레이저 공정 중 어느 하나 이상의 공정을 이용할 수 있다.Meanwhile, in FIG. 1D, the
도 1e는 상기 다결정 실리콘층 상에 제 2 캡핑층을 형성하여 제 1 불순물을 주입하는 공정을 나타내는 단면도이다. 1E is a cross-sectional view illustrating a process of injecting first impurities by forming a second capping layer on the polycrystalline silicon layer.
도 1e를 참조하면, 제 1 캡핑층(1d의 103)과 금속 촉매층(도 1d의 104)이 제거된 상기 다결정 실리콘층(106) 상에 제 2 캡핑층(108)을 형성한다. 이때, 상기 제 2 캡핑층(108)은 화학적 기상 증착법을 이용하여 실리콘 질화막으로 형성한다. 상기 제 2 캡핑층(108)은 굴절율이 1.94 이하의 범위에서 선택하여 형성한다. 상기 제 2 캡핑층(108)의 굴절율이 1.94 이상인 경우는 다결정 실리콘층(106)에 잔류하는 금속 촉매가 하기에서 실시될 제 3 열처리 공정시 상기 제 2 캡핑층(108)으로 확산되기 어렵다. Referring to FIG. 1E, a
또한, 상기 제 2 캡핑층(108)은 10 내지 1000Å의 두께로 형성하는데, 상기 제 2 캡핑층(108)의 두께가 10Å 이하로 형성될 때에는 다결정 실리콘층(106)에 남아있는 금속 촉매가 제 2 캡핑층(108)으로 확산하여 제거되기 어렵고, 1000Å 이상으로 형성될 때에는 상기 제 2 캡핑층(108)을 형성하기 위하여 높은 온도와 오랜 시간이 필요하며 증착 시간도 지연된다. In addition, the
이어서, 상기 제 2 캡핑층(108)에 제 1 불순물(109)을 주입한다. 상기 제 1 불순물(109)은 상기 다결정 실리콘층(106)에 남아 있는 금속 촉매를 제거하기 위한 게터링(gettering) 작용을 하는 물질인데, 상기 제 1 불순물(109)로는 n형 불순물을 사용하고, 바람직하게는 인(P), PHx + 또는 P2Hx(여기서, X=1,2,3...)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나가 주입 가능하며, 주기율표 상의 5족 원소도 주입 가능 하다. 바람직하게는 상기 제 1 불순물(109)로 인(P)을 사용하며 도핑양은 바람직하게는 1*e11/cm2 내지 3*e15/cm2로 주입한다. 상기 제 1 불순물(109)이 1*e11/cm2 이하로 도핑될 경우에는 상기 다결정 실리콘층(106)에 잔류하는 금속 촉매가 충분히 제거되기 어려우며, 3*e15/cm2 이상으로 도핑될 경우에는 상기 제 2 캡핑층(108)에 도핑된 제 1 불순물(109)이 상기 다결정 실리콘층(106)으로 확산(diffusion)되어 소자의 특성을 저하시킬 수 있다. Subsequently, a
이어서, 도 1f에 도시된 바와 같이 기판(100) 전체를 제 3 열처리(110)하여 상기 다결정 실리콘층(106)에 잔류하는 금속 촉매(Ni 등)를 제거한다. 상기 제 3 열처리(110)는 500℃ 내지 800℃의 온도 범위에서 실시하고, 1분 이상 120분 이하의 시간 동안 가열한다. 상기 제 3 열처리(110) 공정에 의해 다결정 실리콘층(106)에 잔류하는 미량의 금속 촉매(Ni 등)가 제거되는데, 특히 하기의 공정에서 수행될 다결정 실리콘층(106)이 패터닝되어 형성되는 반도체층의 채널 영역에 잔류하는 미량의 금속 촉매가 제 2 캡핑층(108)에 도핑된 제 1 불순물(도 1e의 109)에 의해 제거(gettering)되어 전기적 특성이 우수한 박막트랜지스터를 형성할 수 있다. Subsequently, as shown in FIG. 1F, the
도 2a 및 2b는 본 발명에 의해 제조된 다결정 실리콘층을 이용하여 반도체층을 형성하는 공정의 단면도이다. 2A and 2B are cross-sectional views of a process of forming a semiconductor layer using the polycrystalline silicon layer produced by the present invention.
도 2a를 참조하면, 다결정 실리콘층(도 1f의 106) 상에 형성된 제 2 캡핑층(도 1f의 108)을 제거하고 SGS 결정화법으로 결정화된 다결정 실리콘층(106)을 패터닝하여 반도체층(120)을 형성한다. 이때, 상기 반도체층(120)은 제 1, 제 2 캡핑 층(103)(108)에 의해 미량의 금속 촉매만이 잔류하여 다른 결정화법에 비해 우수한 누설 전류 특성을 갖게 된다.Referring to FIG. 2A, the
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 반도체층(120)이 형성된 기판(100) 상에 게이트 절연막(125)을 형성하는데, 상기 게이트 절연막(125)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 단층 또는 복층으로 적층하여 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 2B, a
계속해서, 상기 게이트 절연막(125) 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, 사진식각공정으로 상기 게이트 전극용 금속층을 식각하여 상기 반도체층(120)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 제 2 불순물을 주입하여 소오스/드레인 영역 및 채널 영역을 형성하는 공정의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a process of implanting a second impurity to form a source / drain region and a channel region.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(130)을 마스크로 사용하여 도전형의 제 2 불순물(132)을 소정 도핑하여 소오스 영역(122)과 드레인 영역(126)을 형성한다. 상기 제 2 불순물(132)로 p형 불순물을 이용하여 P형 박막트랜지스터를 형성하는데, 상기 p형 불순물로는 붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga) 및 인듐(In)으로 이루어진 군에서 선택할 수 있다. As shown in FIG. 3, the
이때, 상기 제 2 불순물(132)이 도핑되지 않은 상기 소오스 영역(122)과 드레인 영역(126)의 사이에 위치한 영역은 채널 영역(124)으로 작용한다. 그러나, 상기 도핑 공정은 게이트 전극(130)을 형성하기 전에 포토레지스트를 형성하여 진 행할 수도 있다. In this case, a region disposed between the
도 4는 본 발명에 의해 제조된 반도체층을 이용하여 박막트랜지스터를 제조하는 공정의 단면도이다. 4 is a cross-sectional view of a process of manufacturing a thin film transistor using the semiconductor layer manufactured by the present invention.
도 4를 참조하면, 상기 게이트 절연막(125) 상의 게이트 전극(130) 상부에 하부 구조를 보호하는 층간 절연막(140)을 형성한 후 상기 층간 절연막(140), 게이트 절연막(125)의 소정 영역을 식각하여 콘택홀을 형성하며 상기 콘택홀을 채우는 소오스/드레인 전극(142,144)을 형성하여 금속 촉매가 제거된 소오스 영역(122), 드레인 영역(126)과 채널 영역(124)을 구비한 반도체층(120)을 포함하는 P형 박막트랜지스터를 완성한다.Referring to FIG. 4, 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 결정화법으로 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 결정화한 후, 상기 다결정 실리콘층 상에 캡핑층을 형성하여 상기 다결정 실리콘층에 존재하는 금속 촉매(Ni 등)를 제거해 줌으로써, 박막트랜지스터의 누설 전류를 개선하고 소자 특성을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, after the amorphous silicon layer is crystallized into a polycrystalline silicon layer by the SGS crystallization method, a capping layer is formed on the polycrystalline silicon layer to form a metal catalyst (Ni, etc.) present in the polycrystalline silicon layer. By eliminating this, the leakage current of the thin film transistor can be improved and device characteristics can be improved.
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