KR100756817B1 - Method of manufacturing thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 순차적 공정 단면도,1A to 1F are sequential process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 박막 트랜지스터와 종래의 박막 트랜지스터에 대한 초결정 실리콘의 결정 크기를 나타낸 도면,2 is a view showing the crystal size of supercrystalline silicon for the thin film transistor of the present invention and the conventional thin film transistor,
도 3은 본 발명의 박막 트랜지스터와 종래의 박막 트랜지스터에 대한 초결정 실리콘 결정의 분포를 나타낸 도면.3 is a diagram showing the distribution of supercrystalline silicon crystals for the thin film transistor of the present invention and the conventional thin film transistor.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
100 : 기판 110 : 게이트 전극100
120 : 게이트 절연막 130 : 액티브층120: gate insulating film 130: active layer
131, 133 : 제1 및 제2 비정질 실리콘막131 and 133: first and second amorphous silicon films
133 : 금속 나노 파티클 130a : 초결정 실리콘 액티브층133
140 : 열처리 151, 152 : 소오스 및 드레인 전극140:
본 발명은 박막 트랜지스터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초결정 실리콘의 액티브층을 가지는 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor, and more particularly, to a method for manufacturing a thin film transistor having an active layer of supercrystalline silicon.
일반적으로, 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT, 이하 TFT라 칭함)는 액정 표시 장치(liquid crystal display; LCD) 장치, 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display; OLED), 태양광 전지, 밀착형 이미지 센서 또는 삼차원 집적회로 등의 구동 소자로서 사용되고 있다.In general, a thin film transistor (TFT) is referred to as a liquid crystal display (LCD) device, an organic light emitting display (OLED), a solar cell, a close-up image. It is used as a drive element, such as a sensor or a three-dimensional integrated circuit.
이 중 액정 표시 장치는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용하여 화상을 구현하는 장치로서, 두 개의 기판이 액정층을 사이에 두고 서로 대향 배치되고 두 개의 기판 중 일 기판에는 액정 구동 전극들과 구동 소자인 TFT가 제공되고 다른 기판에는 칼라 필터가 제공되어, 액정 구동 전극들 사이의 전기장 변화를 통해 액정 분자의 배열 방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러 가지 화상을 표시한다.Among them, a liquid crystal display device implements an image by using the optical anisotropy and polarization property of liquid crystal. Two substrates are disposed to face each other with a liquid crystal layer interposed therebetween, and one of the two substrates drives liquid crystal drive electrodes and a drive. A device TFT is provided and a color filter is provided on another substrate to artificially adjust the arrangement direction of the liquid crystal molecules through the electric field change between the liquid crystal drive electrodes and display various images using the changed light transmittance. .
TFT는 통상적으로 기판 상에 게이트 절연막을 사이에 두고 액티브층과 게이트 전극이 형성되고, 액티브층과 접촉하여 게이트 전극의 양측으로 대응하여 소오스 전극 및 드레인 전극이 서로 이격되어 형성되는 구성을 갖는다.The TFT typically has a structure in which an active layer and a gate electrode are formed on a substrate with a gate insulating film interposed therebetween, and the source electrode and the drain electrode are spaced apart from each other in contact with both sides of the gate electrode in contact with the active layer.
여기서, 액티브층의 물질로는 주로 비정질 실리콘을 사용하는데 이는 비정질 실리콘이 저온에서 저가의 유리 기판과 같은 대형 기판 상에 형성하는 것이 가능하기 때문이다.Here, amorphous silicon is mainly used as a material of the active layer because it is possible to form amorphous silicon on a large substrate such as a low-cost glass substrate at low temperature.
반면, 비정질 실리콘은 이동도가 0.1 내지 1.0㎠/Vs 정도로 낮고 게이트 바이어스 스트레스(gate bias stress)에 대한 안정성이 우수하지 못하다는 문제가 있 어, 최근에는 TFT의 액티브층으로 비정질 실리콘보다 이동도가 높고 제조 공정이 단순한 초결정 실리콘(micro-crystalline silicon)을 사용하는 방법이 제안되었다.On the other hand, amorphous silicon has a problem of low mobility of 0.1 to 1.0 cm 2 / Vs and poor stability to gate bias stress. Recently, the mobility of TFTs is higher than that of amorphous silicon. A method using micro-crystalline silicon, which is high and simple in manufacturing, has been proposed.
이러한 초결정 실리콘은 주로 PE-CVD, HW-CVD, ECR-CVD, RF-스퍼터 등을 이용하여 수소/실리콘(H2/Si)의 비율을 조절하여 50 내지 300㎚의 결정 크기(grain size)를 갖도록 형성한다.Such supercrystalline silicon mainly uses PE-CVD, HW-CVD, ECR-CVD, RF-sputter, etc. to adjust the ratio of hydrogen / silicon (H2 / Si) to achieve grain sizes of 50 to 300 nm. It is formed to have.
그런데, TFT가 게이트 전극 위로 액티브층이 배치되는 BCE(back channel etch)형 구조를 가지는 경우에는, 초결정 실리콘의 결정화가 게이트 전극 위에서 이루어짐에 따라 액티브층의 상부 표면에만 초결정 실리콘 결정이 분포하고 나머지 부분은 실질적으로 비정질 실리콘으로 존재하게 된다. However, when the TFT has a back channel etch (BCE) type structure in which the active layer is disposed on the gate electrode, as the crystallization of the supercrystalline silicon is performed on the gate electrode, the supercrystalline silicon crystal is distributed only on the upper surface of the active layer. The remainder will be substantially amorphous silicon.
따라서, 이후 TFT의 구동 시 일정한 게이트 바이어스에 대해 드레인-소오스 전압(Vds)을 인가하면 초결정 실리콘 결정이 존재하는 부분은 공핍 구간으로 기능 수행이 없고 대부분의 전류 이동 경로가 비정질 실리콘을 통해 형성되므로 높은 이동도 등의 우수한 전기적 특성을 확보하기가 어렵다.Therefore, when the drain-source voltage (Vds) is applied to a constant gate bias during driving of the TFT, the portion where the supercrystalline silicon crystal is present does not function as a depletion period and most current movement paths are formed through the amorphous silicon. It is difficult to secure excellent electrical properties such as high mobility.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, BCE형 구조의 TFT에서 초결정 실리콘 결정을 통해 전류 이동 경로가 형성되도록 하여 전기적 특성을 확보할 수 있는 개선된 박막 트랜지스터 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides an improved thin film transistor manufacturing method capable of ensuring electrical characteristics by forming a current transfer path through a supercrystalline silicon crystal in a TFT of a BCE type structure. For that purpose.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 기 판 상에 게이트 전극과 게이트 절연막을 순차적으로 형성하고, 게이트 절연막 상에 제1 비정질 실리콘막을 형성하고, 제1 비정질 실리콘막으로 금속 나노 파티클을 분사하고, 금속 나노 파티클이 분사된 제1 비정질 실리콘막 상에 제2 비정질 실리콘막을 형성하고, 제2 비정질 실리콘막과 제1 비정질 실리콘막을 패터닝하여 액티브층을 형성하고, 액티브층의 열처리를 수행하여 액티브층의 상부 및 하부에 각각 초결정 실리콘 결정이 분포하는 초결정 실리콘의 액티브층을 형성하는 단계들을 포함하는 것이 바람직하다.In the method of manufacturing the thin film transistor of the present invention for achieving the above object, a gate electrode and a gate insulating film are sequentially formed on a substrate, a first amorphous silicon film is formed on the gate insulating film, and a first amorphous silicon film is formed. By spraying the metal nanoparticles, forming a second amorphous silicon film on the first amorphous silicon film, the metal nanoparticles are sprayed, and patterning the second amorphous silicon film and the first amorphous silicon film to form an active layer, It is preferable to include the steps of performing heat treatment to form an active layer of supercrystalline silicon in which supercrystalline silicon crystals are distributed on the upper and lower portions of the active layer, respectively.
여기서, 금속 나노 파티클로 구리(Cu) 또는 크롬(Cr) 나노 파티클을 이용할 수 있으며, 분사 시 농도는 1×1013 내지 5×1014 원자/㎠ 이내로 조절하는 것이 바람직하다.Herein, copper (Cu) or chromium (Cr) nanoparticles may be used as the metal nanoparticles, and the concentration may be controlled within 1 × 10 13 to 5 × 10 14 atoms / cm 2.
또한, 열처리는 엑시머 레이저 처리 또는 급속 열처리로 수행할 수 있는데, 엑시머 레이저 처리의 경우에는 XeCl 레이저를 이용하여 300 내지 400mJ/㎠ 의 조사 에너지에서 기판의 온도를 250℃ 정도로 조절하여 수행할 수 있고, 급속 열처리의 경우에는 700℃ 의 온도에서 5분 동안 수행하는 것이 바람직하다.In addition, the heat treatment may be performed by excimer laser treatment or rapid heat treatment, in the case of excimer laser treatment may be carried out by adjusting the temperature of the substrate to about 250 ℃ at the irradiation energy of 300 to 400mJ / ㎠ using XeCl laser, In the case of rapid heat treatment, it is preferable to carry out at a temperature of 700 ℃ for 5 minutes.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 설명하기 위한 순차적 공정 단면도들이다.1A through 1F are sequential process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1a를 참조하면, 유리와 같은 절연 물질로 이루어지는 기판(100) 상에 게이트 전극(110)을 형성하고, 게이트 전극(110)을 덮도록 기판(100)의 전면 상에 게이트 절연막(120)을 형성한다. Referring to FIG. 1A, a
그 다음, 게이트 절연막(120) 상에 플라즈마강화-화학기상증착(plasma enhanced-chemical vapor deposition; PE-CVD)에 의해 약 300℃의 온도에서 약 500Å의 두께로 수소(H2)가 함유된 제1 비정질 실리콘막(131)을 형성한다. Subsequently, a first hydrogen-containing hydrogen (H2) is included on the
도 1b를 참조하면, 제1 비정질 실리콘막(131)으로 금속 나노 파티클(nano particle)(132), 일례로 구리(Cu) 또는 크롬(Cr) 나노 파티클을 분사한다. 이때, 이후 TFT의 제작 후 오프 전류(off current) 영역에서 누설전류 발생 가능성이 있는 것을 고려하여 분사 시 금속 나노 파티클(132)의 농도를 적절하게 조절하는 것이 중요한데, 바람직하게는 1×1013 내지 5×1014 원자/㎠ 정도로 조절할 수 있다.Referring to FIG. 1B,
도 1c를 참조하면, 금속 나노 파티클(132)이 분사된 제1 비정질 실리콘막(131) 상에 수소가 함유된 제2 비정질 실리콘막(133)을 형성한다. 이때, 제2 비정질 실리콘막(133)은 제1 비정질 실리콘막(131)과 마찬가지로 PE-CVD에 의해 약 300℃의 온도에서 약 500Å의 두께로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 1C, a second
도 1d를 참조하면, 포토리소그라피 공정 및 식각 공정에 의해 제2 비정질 실리콘막(133)과 금속 나노 파티클(132)이 분사된 제1 비정질 실리콘막(131)을 패터닝하여, 금속 나노 파티클(132)이 개재된 비정질 실리콘막(131, 133)의 액티브층(130)을 형성한다.Referring to FIG. 1D, the
도 1e를 참조하면, 엑시머 레이저 처리(excimer laser annealing) 또는 급속 열처리(rapid thermal annealing; RTA)에 의해 액티브층(130)의 열처리(140)를 수행하여 상부 및 하부에 초결정 실리콘 결정이 분포하는 초결정 실리콘의 액티브층(130a)을 형성한다. 이때, 액시머 레이저를 적용하는 경우에는 XeCl(λ=308㎚) 레이저를 이용하여 300 내지 400mJ/㎠ 정도의 조사 에너지에서 기판(100)의 온도를 약 250℃ 정도로 조절하여 수행할 수 있고, 급속 열처리를 적용하는 경우에는 약 700℃ 정도의 온도에서 약 5분 동안 수행할 수 있다.Referring to FIG. 1E, the supercrystalline silicon crystals are distributed in the upper and lower portions by performing
즉, 열처리(140)를 수행하면 액티브층(130)의 제1 및 제2 비정질 실리콘막(131, 133) 하부 및 상부로 각각 금속 나노 파티클(132)이 확산하여 촉매 반응을 일으켜 제1 및 제2 비정질 실리콘막(131, 133)에 규화물을 생성하고, 이러한 규화물이 결정의 핵으로 작용하여 결정 및 결정립(grain boundary)을 형성하여 초결정 실리콘 결정이 액티브층(130a)의 상부 및 하부에 각각 분포하게 되는 것이다.That is, when the
도 2는 수소/실리콘(H2/Si)의 희석 비율을 조절하여 초결정 실리콘 액티브층을 형성하는 종래의 경우와 금속 나노 파티클에 의한 촉매 반응에 의해 초결정 실리콘 액티브층(130a)을 형성하는 본 발명의 경우에 대한 초결정 실리콘의 결정 크기를 나타낸 것으로, 본 발명의 경우가 종래에 비해 결정 크기가 다소 큼을 알 수 있다.2 illustrates a conventional case of forming a supercrystalline silicon active layer by adjusting a dilution ratio of hydrogen / silicon (H 2 / Si) and a pattern of forming a supercrystalline silicon
도 3은 수소/실리콘(H2/Si)의 희석 비율을 조절하여 초결정 실리콘 액티브층을 형성하는 종래의 경우와 금속 나노 파티클에 의한 촉매 반응에 의해 초결정 실리콘 액티브층(130a)을 형성하는 본 발명의 경우에 대한 라만 스펙트럼(Raman spectrum) 결과로서, 본 발명의 경우가 종래에 비해 초결정 실리콘의 결정이 더 많 이 분포됨을 알 수 있다.3 illustrates a conventional case of forming a supercrystalline silicon active layer by adjusting a dilution ratio of hydrogen / silicon (H 2 / Si) and a pattern of forming the supercrystalline silicon
이와 같이 초결정 실리콘의 결정이 액티브층(130a)의 상부 및 하부에 각각 분포하게 되면, 이후 TFT의 구동 시 일정한 게이트 바이어스에 대해 드레인-소오스 전압(Vds) 인가 시 액티브층(130a) 상부의 초결정 실리콘 결정은 공핍 구간으로 기능 수행이 없고 하부의 초결정 실리콘 결정을 통해 전류 이동 경로가 형성될 수 있다.When the crystals of the supercrystalline silicon are distributed in the upper and lower portions of the
그 후, 기판(100)의 전면 위에 소오스 및 드레인 전극 물질막을 증착하고 이를 패터닝하여, 도 1f에 도시된 바와 같이 초결정 실리콘의 액티브층(130a)과 콘택하며 서로 이격되는 소오스 및 드레인 전극(151, 152)을 형성함으로써 BCE형 구조의 TFT를 형성한다.Thereafter, a source and drain electrode material film is deposited and patterned on the entire surface of the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
상술한 바와 같이 본 발명의 TFT의 제조 방법에 의하면, TFT의 구동 시 초결정 실리콘 결정을 통해 전류 이동 경로가 형성되도록 할 수 있으므로 높은 이동도를 확보할 수 있어 TFT의 전기적 특성을 향상시키는 효과를 제공한다.As described above, according to the manufacturing method of the TFT of the present invention, since the current movement path can be formed through the supercrystalline silicon crystal when the TFT is driven, high mobility can be ensured, thereby improving the electrical characteristics of the TFT. to provide.
또한, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 TFT를 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치, 태양광 전지, 밀착형 이미지 센서 또는 삼차원 집적회로 등의 구동 소 자에 적용할 경우 상기 장치들의 구동 특성 및 신뢰성을 개선할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, when the TFT manufactured by the manufacturing method of the present invention is applied to a driving element such as a liquid crystal display, an organic light emitting display, a solar cell, a close-up image sensor, or a three-dimensional integrated circuit, the driving characteristics and reliability of the devices are Provides an effect that can improve.
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