KR101050351B1 - 박막트랜지스터 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 박막트랜지스터 제조방법은, 기판 상에 게이트 전극이 형성되는 단계와; 상기 게이트 전극이 형성된 기판의 전면에 결정 상을 갖는 결정성 게이트 절연막이 형성되는 단계와; 상기 게이트 절연막 상부에 미결정 실리콘(uc-Si)층 및 불순물이 첨가된 비정질 실리콘(n+a-Si)층이 순차적으로 형성되는 단계와; 상기 미결정 실리콘(uc-Si)층 및 불순물이 첨가된 비정질 실리콘(n+a-Si)층을 포함한 기판 상에 소정의 금속층이 증착되는 단계와; 소정 영역의 상기 금속층 및 비정질 실리콘층이 식각되어, 소정 영역의 미결정 실리콘층이 노출됨으로써, 각각 소스/드레인 전극, 오믹 접촉층, 액티브층이 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
Description
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 박막트랜지스터의 제조 공정도.
도 2는 종래의 미결정 실리콘 박막트랜지스터에서 비정질 게이트 절연막 상에 증착된 미결정 실리콘층을 나타내는 도면.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 박막트랜지스터의 제조 공정도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 박막트랜지스터의 제조 공정도.
도 5a 및 도 5d는 각각 미결정 실리콘층의 계면에 형성되는 비정질 상 두께를 나타내는 도면.
도 6은 결정성 게이트 절연막의 증착 온도에 따른 계면 상의 비정질 상 두께를 나타내는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200 : 게이트 전극 300 : 결정성 게이트 절연막
400 : 미결정 실리콘층 500 : 불순물이 첨가된 실리콘층
600 : 소스 전극 650 : 드레인 전극
본 발명은 박막트랜지스터에 관한 것으로, 특히 액정표시장치의 스위칭 소자또는 유기전계발광소자의 스위칭/ 구동 소자로 사용되는 박막트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 이 중 액정 표시 장치(liquid crystal display) 또는 유기전계발광소자(organic light emitting diode device)가 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 빛의 편광상태를 변화시켜 화상정보를 표현할 수 있다.
종래의 일반적인 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 전계 생성 전극이 형성되어 있는 면이 서로 마주 대하도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정을 주입한 다음, 전계 형성 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기 장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
특히 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 하부 기판에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성되어 있는데, 일반적으로 박막트랜지스터에 사용되는 액티브층은 비정질 실리콘(amorphous silicon ; a-Si)이 주류를 이루고 있다. 또한, 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자의 경우도 스위칭/ 구동 소자로서 상기 박막트랜지스터를 이용하고 있다.
이는 비정질 실리콘이 저온에서 저가의 유리 기판과 같은 대형 기판 상에 형성하는 것이 가능하기 때문이다.
이하, 도면을 참조하여 종래의 박막트랜지스터와 그 제조방법에 대해 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 박막트랜지스터의 제조 공정도이다.
도 1a를 참조하면, 먼저 기판(10)상에 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd)을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하여 금속막을 형성하며, 상기 금속막을 사진식각 공정으로 패터닝하여 게이트전극(20)을 형성한다.
다음으로 도 1b를 참조하면, 상기 게이트 전극(20)이 형성된 기판(10) 상에 게이트 전극(20)을 덮도록 게이트 절연막(30)을 전면에 형성한다. 이때 상기 게이트 절연막(30)은 질화 실리콘(SiNx)과 같은 비정질 상의 절연 물질로 이루어진다.
다음으로, 상기 게이트 절연막(30) 상부에 비정질 실리콘(a-Si)을 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition: 이하 CVD라 칭함)법을 이용하여 증착한다. 이때 상기 비정질 실리콘(a-Si)층(40) 상부로 불순물을 도핑하여 불순물이 첨가된 비정질 실리콘(n+a-Si)층(50)을 형성한다. 이 때 상기 불순물이 첨가된 실리콘(n+a-Si)층(50)은 금속과 접합이 이루어지면 오믹 접촉 특성을 지니게 된다. 상기 비정질 실리콘층(40)과 불순물이 첨가된 실리콘(n+a-Si)층(50)을 게이트 전극(20)과 대응하는 부분에만 남도록 이방성 식각을 이용한 사진식각 공정을 통하여 게이트 절연막(30)이 노출되도록 패터닝한다.
도 1c를 참조하면, 게이트절연막(30) 상에 불순물이 첨가된 실리콘(n+a-Si)층(50)을 덮도록 스퍼터링 방법으로 기판(10)의 전면에 크롬(Cr)이나 몰리브덴(Mo) 또는 알루미늄(Al) 중 선택된 하나를 증착하여 금속막을 형성한다.이때 상기 불순물이 첨가된 실리콘(n+a-Si)층(50)은 금속막과 직접 접촉하여 오믹 접촉 특성을 가지게되므로 이를 오믹 접촉층(50) 이라 칭한다.
그리고, 상기 금속막 상에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상하여 게이트 전극의 양측과 대응하는 부분에 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 물질은 노광된 부분이 현상되는 포지티브형(positive type)과, 노광된 부분이 남는 네가티브형(negative type)으로 나뉠 수 있으며, 통상적으로 어레이 공정에 서는 포지티브형 포토레지스트 물질이 이용된다.
상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 금속 박막을 오믹 접촉층(50)이 노출되도록 식각하고, 상기 노출된 오믹 접촉층(50)을 상기 오믹 접촉층 하부에 위치한 비정질 실리콘층(40)이 노출되도록 식각한다. 이때, 상기 비정질 실리콘층(40)은 액티브층이라 하고, 금속막이 식각되지 않고 남는 부분은 소스 전극(60) 및 드레인 전극(65)이 되며, 이 두 전극 사이로 노출된 비정질 실리콘 영역은 채널(Ch)이 된다.
이와 같은 상기 박막트랜지스터는 액티브 매트릭스형 액정표시장치 또는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자 등에 채용될 수 있는데, 이 경우 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극은 상기 액정표시장치 등의 각 픽셀에 구비된 화소전극과 전기적으로 연결되는 구조를 이루게 된다.
그러나, 상기 비정질 실리콘이 적용된 박막트랜지스터는, 비정질 구조로 인해 매우 낮은 운반자 이동도(carrier mobility)를 갖는데, 이는 액정표시장치의 스위칭 속도를 감소시킨다는 단점이 된다.
또한, 상기 비정질 실리콘 박막트랜지스터는 상대적으로 불안정하고, 듀티 사이클(duty cycle)이 상대적으로 낮다는 문제점도 있다.
이와 같이 종래의 비정질 실리콘 박막트랜지스터는 도전율, 이동도 등의 물성이 결정성 실리콘 반도체에 비하여 열등하기 때문에, 고속 특성을 얻기 위해서는, 결정성 실리콘 반도체로 된 박막트랜지스터의 제작방법의 확립이 강하게 요구되고 있다.
여기서, 결정성 실리콘 반도체로는, 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 미결정(微結晶)(microcrystalline) 실리콘, 결정성분을 포함하는 비정질 실리콘, 결정성과 비정질성의 중간 상태를 가지는 세미 아몰퍼스(semi-amorphous) 실리콘 등이 알려져 있다.
이 때, 상기 다결정 실리콘 반도체를 얻기 위해서는 일반적으로 비정질 반도체막을 성막하고, 레이저빔 에너지 등에 의해 결정화시키는 방법을 이용하고 있으나, 이는 레이저빔의 조사면적이 작기 때문에 그의 처리량(스루풋)이 낮다는 문제가 있고, 또한, 대면적 기판의 전체 표면을 균일하게 처리하기에는 레이저의 안정성이 충분하지 않는 차세대 기술이라는 문제가 있다.
따라서, 종래의 비정질 실리콘 형성과 동일한 방식 즉, 화학 기상 증착법에 의해 형성되는 미결정 실리콘(microcrystalline Si) 박막트랜지스터가 상기 문제를 극복하는 방안이 될 수 있다.
단, 상기 미결정 실리콘 박막트랜지스터은 질화실리콘(a-SiNx:H) 게이트 절연막과 같은 비정질 상 위에 액티브 층 역할을 수행하게 되는 미결정 실리콘을 증착할 경우 그 계면에서 비정질 상이 생성되어 박막트랜지스터의 특성이 저하된다는 문제점이 있다.
도 2는 종래의 미결정 실리콘 박막트랜지스터에 있어서, 비정질 게이트 절연막(30) 상에 증착된 미결정 실리콘층을 나타내는 도면이며, 도시된 바와 같이 상기 비정질 게이트 절연막(30)과 미결정 실리콘층의 계면에 비정질 상(32)이 생성됨을 확인할 수 있으며, 이와 같은 계면에서의 비정질 상은 박막트랜지스터의 특성을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명은 액티브층으로 미결정 실리콘(microcrystalline Si : uc-Si)이 적용되는 박막트랜지스터에 있어서, 상기 미결정 실리콘이 증착되는 게이트 절연막이 지르콘 산화막(ZrO2) 또는 티타늄 산화막(TiO2)의 결정성 유전층(dielectric layer)으로 형성됨으로써, 상기 미결정 실리콘 하부 계면에 생성되는 비정질 상(incubation layer)의 두께를 줄여 박막트랜지스터의 특성과 신뢰성을 향상시키는 박막트랜지스터 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 박막트랜지스터 제조방법은, 기판 상에 게이트 전극이 형성되는 단계와; 상기 게이트 전극이 형성된 기판의 전면에 결정 상을 갖는 결정성 게이트 절연막이 형성되는 단계와; 상기 게이트 절연막 상부에 미결정 실리콘(uc-Si)층 및 불순물이 첨가된 비정질 실리콘(n+a-Si)층이 순차적으로 형성되는 단계와; 상기 미결정 실리콘(uc-Si)층 및 불순물이 첨가된 비정질 실리콘(n+a-Si)층을 포함한 기판 상에 소정의 금속층이 증착되는 단계와; 소정 영역의 상기 금속층 및 비정질 실리콘층이 식각되어, 소정 영역의 미결정 실리콘층이 노출됨으로써, 각각 소스/드레인 전극, 오믹 접촉층, 액티브층이 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 결정성 게이트 절연막으로는 지르콘 산화막(ZrO2) 또는 티타늄 산화막(TiO2)과 같은 결정성 유전(dielectric) 물질이 이용되고, 상기 결정성 게이트 절연막은 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식을 통해 저온 증착됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 결정성 게이트 절연막이 증착되기 전에 비정질 게이트 절연막이 증착되는 단계가 더 포함되고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 덮도록 전면 증착되어 보호막이 형성되고, 상기 보호막을 패터닝하여 상기 드레인 전극을 노출시키는 콘택홀이 형성되는 단계와; 상기 보호막 상부에 투명한 도전성 금속 그룹 중 하나가 증착되어 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 화소전극이 형성되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 박막트랜지스터는, 기판 상에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극이 형성된 기판의 전면에 형성된 결정 상을 갖는 결정성 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 상부에 형성된 미결정 실리콘(uc-Si)층 및 상기 미결정 실리콘층 상부의 양 측면에 각각 형성된 오믹 접촉층과; 상기 각 오믹 접촉층을 포함하는 영역에 각각 형성된 소스 전극 및 드레인 전극이 포함되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 박막트랜지스터의 제조 공정도이다.
도 3a를 참조하면, 먼저 기판(100) 상에 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd)을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하여 금속막을 형성하며, 상기 금속막을 사진식각 공정으로 패터닝하여 게이트전극(200)을 형성한다.
다음으로 도 3b를 참조하면, 상기 게이트 전극(200)이 형성된 기판(100) 상 에 게이트 전극(200)을 덮도록 게이트 절연막(300)을 전면에 형성한다. 본 발명의 제 1 실시예의 경우 상기 게이트 절연막(300)으로 결정성 게이트 절연막이 형성됨을 그 특징으로 한다.
이는 앞서 설명한 바와 같이 상기 게이트 절연막을 종래의 질화 실리콘과 같은 비정질 재료로 형성하게 될 경우, 그 상부에 증착되는 미결정 실리콘층의 계면에 비정질 상(incubation layer)이 생성되어 박막트랜지스터 특성이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 결정성 게이트 절연막으로는 지르콘 산화막(ZrO2) 또는 티타늄 산화막(TiO2) 등의 결정성 유전(dielectric) 물질을 이용하는 것이 바람직하며, 이와 같은 결정성 게이트 절연막 상에 상기 미결정 실리콘층을 증착하게 되면, 그 계면에 생성되는 비정질 상의 두께를 상당히 줄일 수 있어 소자의 신뢰성이 상당히 향상된다.
또한, 상기 결정성 게이트 절연막으로 사용되는 지르콘 산화막(ZrO2) 또는 티타늄 산화막(TiO2) 등은 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식을 통해 저온 증착할 수 있으며, 이 경우 플라스틱 기판과 같은 플렉서블(flexible) 기판에도 응용이 가능하다.
이와 같이 상기 결정성 게이트 절연막이 증착되면, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막(300) 상부에 미결정 실리콘(uc-Si)층(400)을 화학 기상증착(Chemical Vapor Deposition: 이하 CVD라 칭함)법 등을 이용하여 증착한다.
또한, 상기 미결정 실리콘(uc-Si)층(400) 상부로 불순물을 도핑하여 불순물이 첨가된 비정질 실리콘(n+a-Si)층(500)을 형성하며, 상기 불순물이 첨가된 실리콘(n+a-Si)층(500)은 금속과 접합이 이루어지면 오믹 접촉 특성을 지니게 된다.
또한, 상기 미결정 실리콘층(400)과 불순물이 첨가된 실리콘(n+a-Si)층(500)을 게이트 전극(200)과 대응하는 부분에만 남도록 이방성 식각을 이용한 사진식각 공정을 통하여 게이트 절연막(300)이 노출되도록 패터닝한다.
마지막으로 도 3d를 참조하면, 상기 기판(10) 전면에 스퍼터링 방법 등을 통해 소정의 금속 예를 들면 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 등의 금속을 증착하여 금속막을 형성한다.
이때 상기 불순물이 첨가된 실리콘(n+a-Si)층은 금속막과 직접 접촉하여 오믹 접촉 특성을 가지게되므로 이를 오믹 접촉층(510) 이라 칭한다.
그리고, 상기 금속막 상에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상하여 게이트 전극의 양측과 대응하는 부분에 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 물질은 노광된 부분이 현상되는 포지티브형(positive type)과, 노광된 부분이 남는 네가티브형(negative type)으로 나뉠 수 있으며, 통상적으로 어레이 공정에 서는 포지티브형 포토레지스트 물질이 이용된다.
상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 금속 박막을 오믹 접촉층(510)이 노출되도록 식각하고, 상기 노출된 오믹 접촉층(510)을 상기 오믹 접촉층 하부에 위치한 미결정 실리콘층(400)이 노출되도록 식각한다. 이때, 상기 미결정 실리콘층(40)은 액티브층이라 하고, 금속막이 식각되지 않고 남는 부분은 소스 전극(600) 및 드레인 전극(650)이 되며, 이 두 전극 사이로 노출된 미결정 실리콘 영역은 채널(Ch)이 된다.
이와 같은 상기 박막트랜지스터는 액티브 매트릭스형 액정표시장치 또는 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자 등에 채용될 수 있는데, 이 경우 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극은 상기 액정표시장치 등의 각 픽셀에 구비된 화소전극과 전기적으로 연결되는 구조를 이루게 된다.
즉, 상기 소스 전극(600) 및 드레인 전극(650)을 덮도록 보호막이 형성되고,상기 보호막을 사진식각 공정을 통하여 패터닝하여 드레인 전극(650)을 노출시키는 콘택홀이 형성되며, 상기 보호막 상부에 투명한 도전성 금속 그룹 중 예를 들면 ITO를 증착하고 패터닝하여 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 화소전극이 형성되는 구조가 이루어 지는 것이다.
상기와 같이 형성된 박막트랜지스터는 액정표시장치 또는 유기전계발광소자에서 매트릭스 형태로 구비되며, 상기 게이트 전극에 일정한 게이트 전압이 인가되면 상기 소스 전극(600)에서 형성된 전자들이 소스 전극(600) 하부에 형성된 오믹 콘택층(500)을 통과하여 미결정 실리콘으로 형성된 액티브층(400)과 상기 액티브층(400)에 형성된 채널(Ch)을 지나게 된다. 이후 채널(Ch)을 통과한 전자들은 오믹 콘택층(500)을 터널링하여 드레인 전극(650)으로 이동하게 됨으로써, 스위칭 소자 또는 구동 소자로서의 역할을 수행하게 되는 것이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 박막트랜지스터의 제조 공정도이다.
본 발명의 제 2 실시예는 앞서 설명한 본 발명의 제 1실시예와 비교할 때, 게이트 절연막을 이중층으로 형성하는 점에서 그 차이가 있고, 그 이외는 제 1실시예와 동일하므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 4a를 참조하면, 먼저 기판(100) 상에 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd)을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하여 금속막을 형성하며, 상기 금속막을 사진식각 공정으로 패터닝하여 게이트전극(200)을 형성한다.
다음으로 도 4b를 참조하면, 상기 게이트 전극(200)이 형성된 기판(100) 상에 게이트 전극(200)을 덮도록 제 1게이트 절연막(250) 및 제 2게이트 절연막(300)을 전면에 형성한다.
본 발명의 제 2 실시예의 경우 상기 제 1게이트 절연막(250)은 기존의 게이트 절연막과 동일하게 질화 실리콘(SiNx)과 같은 비정질 상의 절연 물질로 구성되며, 상기 제 1게이트 절연막(250) 상에 앞서 제 1실시예를 통해 설명한 바와 같은 결정성 물질로 이루어진 제 2게이트 절연막(300)이 형성됨을 그 특징으로 한다.
이는 앞서 설명한 바와 같이 상기 게이트 절연막을 종래의 질화 실리콘과 같은 비정질 재료로만 형성하게 될 경우, 그 상부에 증착되는 미결정 실리콘층의 계면에 비정질 상(incubation layer)이 생성되어 박막트랜지스터 특성이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 제 2게이트 절연막(300)으로 사용되는 결정성 게이트 절연막으로는 지르콘 산화막(ZrO2) 또는 티타늄 산화막(TiO2) 등의 결정성 유전(dielectric) 물질을 이용하는 것이 바람직하며, 이와 같은 결정성 게이트 절연막 상에 상기 미결정 실리콘층을 증착하게 되면, 그 계면에 생성되는 비정질 상의 두께를 상당히 줄일 수 있어 소자의 신뢰성이 상당히 향상된다.
또한, 상기 결정성 게이트 절연막으로 사용되는 지르콘 산화막(ZrO2) 또는 티타늄 산화막(TiO2) 등은 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식을 통해 저온 증착할 수 있으며, 이 경우 플라스틱 기판과 같은 플렉서블(flexible) 기판에도 응용이 가능하다.
이와 같이 상기 결정성 게이트 절연막이 증착된 후의 공정은 도 4c, 도 4d에서 설명하고 있으며, 이는 앞서 설명한 도 3c, 도 3d의 공정과 동일하므로 그 설명은 생략하기로 한다.
도 5a 및 도 5d는 각각 미결정 실리콘층의 계면에 형성되는 비정질 상 두께를 나타내는 도면이고, 도 6은 게이트 절연막 상에 미결정 실리콘층이 형성되는 경우, 결정성 게이트 절연막의 증착 온도에 따른 계면 상의 비정질 상 두께를 나타내는 그래프이다.
먼저 도 5a를 참조하면, 이는 비정질 상을 갖는 실리콘 질화막(SiNx)과 같은 비정질 상의 유리기판 상에 미결정 실리콘(uc-Si) 층이 증착되는 경우 그 계면 상에 생성되는 비결정 상(incubation layer)의 두께를 나타내는 것으로, 도시된 바와 같이 상기 비결정 상의 두께는 18 ~ 22nm 임을 알 수 있다.
이에 반해 도 5b 내지 도 5d를 참조하면, 이는 지르콘 산화막(ZrO2)으로 이루어진 결정상 게이트 절연막 상에 미결정 실리콘(uc-Si) 층이 증착되는 경우 그 계면 상에 생성되는 비결정 상(incubation layer)의 두께를 나타내는 것으로, 도시된 바와 같이 상기 결정성 게이트 절연막의 증착 온도가 증가할수록 상기 지르콘 산화막의 결정성이 증가하게 되어, 결과적으로 상기 비결정 상(incubation layer)의 두께가 점차 줄어듦을 알 수 있다.
즉, 증착 온도가 150℃ 인 경우는 상기 비결정 상(incubation layer)의 두께가 20 ~ 25nm 였으나, 증착 온도가 각각 200℃, 250℃인 경우 상기 비결정 상(incubation layer)의 두께가 각각 15 ~ 20, 7 ~ 10nm 으로 점차 그 두께가 줄어드는 것이다. 도 6는 상기 결과를 그래프로 나타내고 있는 것이다.
앞서 살펴본 바와 같이 본 발명은 결정 상을 갖는 게이트 절연막 상에 미결정 실리콘층을 증착함으로써, 그 계면에 생성되는 비결정 상(incubation layer)의 두께를 줄일 수 있으며, 이 때 상기 결정성 게이트 절연막의 증착 온도를 적절히 조절하여 상기 비결정 상(incubation layer)의 두께를 최소화 할 수 있는 것이다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 미결정 실리콘이 증착되는 게이트 절연막이 지르콘 산화막(ZrO2) 또는 티타늄 산화막(TiO2)의 결정성 유전층(dielectric layer)으로 형성됨으로써, 상기 미결정 실리콘 하부 계면에 생성되는 비정질 상(incubation layer)의 두께를 줄여 박막트랜지스터의 특성과 신뢰성을 향상시키는 효과가 있으 며, 상기 박막트랜지스터가 구동 소자로 액티브 매트릭스형 유기전계발광소자에 사용되는 경우 유기전계발광소자의 수명을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (10)
- 기판 상에 게이트 전극이 형성되는 단계와;상기 게이트 전극이 형성된 기판의 전면에 결정성 유전 물질을 포함하는 결정성 게이트 절연막이 형성되는 단계와;상기 결정성 게이트 절연막 상부에 미결정 실리콘(uc-Si)층 및 불순물이 첨가된 비정질 실리콘(n+a-Si)층이 순차적으로 형성되는 단계와;상기 미결정 실리콘(uc-Si)층 및 불순물이 첨가된 비정질 실리콘(n+a-Si)층을 포함한 기판 상에 금속층이 증착되는 단계와;상기 미결정 실리콘층이 노출되도록 상기 금속층 및 비정질 실리콘층이 식각되어, 각각 소스/드레인 전극, 오믹 접촉층, 액티브층이 형성되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 결정성 유전 물질은 지르콘 산화막(ZrO2) 또는 티타늄 산화막(TiO2)인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 결정성 게이트 절연막은 ALD(Atomic Layer Deposition) 방식을 통해 저온 증착됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 결정성 게이트 절연막이 증착되기 전에 상기 게이트 전극을 포함하는 상기 기판의 전면에 비정질 절연 물질을 포함하는 비정질 게이트 절연막이 증착되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.
- 제 1항에 있어서,상기 소스 전극 및 드레인 전극을 덮도록 전면 증착되어 보호막이 형성되고, 상기 보호막을 패터닝하여 상기 드레인 전극을 노출시키는 콘택홀이 형성되는 단계와;상기 보호막 상부에 투명한 도전성 금속 그룹 중 하나가 증착되어 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 화소전극이 형성되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.
- 기판 상에 형성된 게이트 전극과;상기 게이트 전극이 형성된 기판의 전면에 형성된 결정성 유전 물질을 포함하는 결정성 게이트 절연막과;상기 결정성 게이트 절연막 상부에 형성된 미결정 실리콘(uc-Si)층 및 상기 미결정 실리콘층 상부의 양 측면에 각각 형성된 오믹 접촉층과;상기 각 오믹 접촉층을 포함하는 영역에 각각 형성된 소스 전극 및 드레인 전극이 포함되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 제 6항에 있어서,상기 결정성 유전 물질은 지르콘 산화막(ZrO2) 또는 티타늄 산화막(TiO2)인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 제 6항에 있어서,상기 결정성 게이트 절연막 하부와 상기 게이트 전극을 포함하는 상기 기판의 상부 사이에 비정질 게이트 절연막이 더 구비됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 제 6항에 있어서,상기 소스 전극 및 드레인 전극 상에 전면 증착된 보호막과, 상기 보호막이 패터닝되어 상기 드레인 전극을 노출시키는 콘택홀과;상기 보호막 상부에 투명한 도전성 금속 그룹 중 하나가 증착되어 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 화소전극이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 제1항에 있어서,상기 결정성 게이트 절연막은 200℃~250℃의 온도로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 제조방법.
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