KR101560398B1 - Method for manufacturing of Poly-Silicon Thin Film Transistor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법은 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막, 비정질 실리콘막 및 열전달막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 열전달막에 적외선 다이오드 레이저를 이용한 레이저 어닐링공정을 수행하여 상기 비정질 실리콘막을 결정화 실리콘막으로 형성하는 단계와, 상기 열전달막을 상기 게이트 전극에 상응하도록 패터닝하여, 식각정지막을 형성하는 단계와, 상기 식각정지막이 형성된 기판 상에 불순물 비정질 실리콘막을 형성하는 단계와, 상기 불순물 비정질 실리콘막 및 결정화 실리콘층을 패터닝하여, 오믹 콘택층 및 활성층을 각각 형성하는 단계와, 상기 오믹 콘택층 및 활성층이 형성된 기판 상부에 소스/드레인전극을 형성하는 단계와, 상기 소스/드레인전극이 형성된 기판 상부에 리프트 오프 공정을 수행하여, 상기 식각정지막 및 그 상부에 형성된 불순물 비정질 실리콘막을 제거하는 단계와, 상기 오믹 콘택층을 이용하여 상기 활성층의 일부를 식각하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a polysilicon thin film transistor includes forming a gate electrode on a substrate, forming a gate insulating film, an amorphous silicon film, and a heat transfer Forming an amorphous silicon film by crystallizing the amorphous silicon film by performing a laser annealing process using an infrared diode laser on the heat transfer film; patterning the heat transfer film to correspond to the gate electrode, Forming an impurity amorphous silicon film on the substrate on which the etch stop film is formed; patterning the impurity amorphous silicon film and the crystallized silicon layer to form an ohmic contact layer and an active layer, respectively; The contact layer and the group in which the active layer is formed Removing the impurity amorphous silicon film formed on the etch stop layer by performing a lift-off process on the substrate on which the source / drain electrode is formed; And etching the part of the active layer using a layer.
레이저, 결정화 Laser, crystallization
Description
본 발명은 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor, and more particularly, to a method of manufacturing a polysilicon thin film transistor.
최근 들어 첨단 표시장치로 각광받고 있는 평판표시장치 즉, 예를 들면 능동구동형 액정표시장치 (Active Matrix Liquid Crystal Display; AMLCD), 전자방출표시장치 (Electron Emission Display Device; FED) 또는 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Diode Display; OLED)에는 각 화소를 구동하기 위하여 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 사용하고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, a flat panel display device that has been popular as a high-tech display device, such as an active matrix liquid crystal display (AMLCD), an electron emission display device (FED) (OLED), a thin film transistor (TFT) is used to drive each pixel.
이러한 TFT는 주로 실리콘을 사용하여 제조되며 이러한 실리콘은 비정질상태보다 다결정질상태로 제작될 경우 전계 효과 이동도가 높기 때문에 고속으로 평판표시장치를 구동할 수 있다. Such a TFT is mainly manufactured using silicon. When silicon is manufactured in a polycrystalline state rather than an amorphous state, the field effect mobility is high, so that the flat panel display can be driven at a high speed.
그리고 평판표시장치에 사용되는 기판으로는 단결정 실리콘 기판이나 석영기판, 유리기판 또는 플라스틱 기판등이 사용될 수 있으나, 비용이 저렴하고 투명하며 제작이 용이하다는 장점 때문에 유리 기판이 많이 사용되고 있다. A single crystal silicon substrate, a quartz substrate, a glass substrate, a plastic substrate, or the like can be used as the substrate used for the flat panel display, but glass substrates are widely used because they are inexpensive, transparent and easy to manufacture.
그러나 유리기판상에 형성된 비정질상태의 실리콘을 결정질 상태의 실리콘으로 변화시키기 위해서는 유리기판이 변형되지 않는 온도범위에서 결정화 열처리를 진행하여야만 한다. However, in order to convert the amorphous silicon formed on the glass substrate into crystalline silicon, the crystallization heat treatment must proceed in a temperature range in which the glass substrate is not deformed.
이와 같이 낮은 온도에서 다결정 실리콘을 제조하는 기술(Low Temperature Polysilicon; LTPS)로는 레이저 어닐링 방법이 있다. 레이저 어닐링 방법은 제조 가격이 낮고 효율성이 높기 때문에 다른 저온 결정화 기술보다 우수한 것으로 알려져 있다. Such a low temperature polysilicon (LTPS) technique for producing polycrystalline silicon at a low temperature is a laser annealing method. Laser annealing methods are known to be superior to other low temperature crystallization techniques because of their low manufacturing cost and high efficiency.
일반적으로 레이저 어닐링 방법에서는 308nm의 파장을 가진 엑시머 레이저(Excimer Laser)를 주로 사용한다. Generally, in the laser annealing method, an excimer laser having a wavelength of 308 nm is mainly used.
이러한 엑시머 레이저를 이용한 레이저 어닐링 방법은 사용하는 레이저 파장이 비정질 실리콘에서 높은 흡수율을 갖기 때문에 기판에 손상을 가하지 않고 짧은 시간 내에 비정질 실리콘을 가열하고 용융시켜 다결정 실리콘을 제조할 수 있다는 장점이 있다. The laser annealing method using the excimer laser has an advantage that the polycrystalline silicon can be manufactured by heating and melting the amorphous silicon within a short time without damaging the substrate because the laser wavelength used has a high absorption rate in the amorphous silicon.
그러나 엑시머 레이저를 이용한 레이저 어닐링 방법은 전체 박막 트랜지스터의 균일성을 확보하기 어렵기 때문에 고품질의 평판표시장치에 사용되는 폴리실리콘 박막트랜지스터(Poly-Silicon Thin Film Transistor)를 제조하기에는 한계가 있다. However, since the laser annealing method using the excimer laser is difficult to ensure the uniformity of the entire thin film transistor, there is a limitation in manufacturing a polysilicon thin film transistor used for a high-quality flat panel display.
따라서, 균일성확보를 구현할 수 있는 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법이 요구되고 있다. Therefore, a method for fabricating a polysilicon thin film transistor capable of realizing uniformity is required.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 균일성확보를 구현할 수 있도록 하는 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a polysilicon thin film transistor capable of realizing uniformity.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법은 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막, 비정질 실리콘막 및 열전달막을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 열전달막에 적외선 다이오드 레이저를 이용한 레이저 어닐링공정을 수행하여 상기 비정질 실리콘막을 결정화 실리콘막으로 형성하는 단계와, 상기 열전달막을 상기 게이트 전극에 상응하도록 패터닝하여, 식각정지막을 형성하는 단계와, 상기 식각정지막이 형성된 기판 상에 불순물 비정질 실리콘막을 형성하는 단계와, 상기 불순물 비정질 실리콘막 및 결정화 실리콘층을 패터닝하여, 오믹 콘택층 및 활성층을 각각 형성하는 단계와, 상기 오믹 콘택층 및 활성층이 형성된 기판 상부에 소스/드레인전극을 형성하는 단계와, 상기 소스/드레인전극이 형성된 기판 상부에 리프트 오프 공정을 수행하여, 상기 식각정지막 및 그 상부에 형성된 불순물 비정질 실리콘막을 제거하는 단계와, 상기 오믹 콘택층을 이용하여 상기 활성층의 일부를 식각하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a polysilicon thin film transistor including forming a gate electrode on a substrate, sequentially forming a gate insulating layer, an amorphous silicon layer, and a heat transfer layer on the gate electrode, A step of forming an amorphous silicon film on the heat transfer film by laser annealing using an infrared diode laser to form the amorphous silicon film as a crystallized silicon film; patterning the heat transfer film to correspond to the gate electrode to form an etch stop film; Forming an impurity amorphous silicon film on a substrate having an etch stop film formed thereon; patterning the impurity amorphous silicon film and the crystallized silicon layer to form an ohmic contact layer and an active layer, respectively; A source / drain electrode is formed on the upper portion Removing the etching stopper film and the impurity amorphous silicon film formed on the etching stopper film by performing a lift-off process on the substrate on which the source / drain electrode is formed; and removing a portion of the active layer using the ohmic contact layer. And etching.
상기 적외선 다이오드 레이저는 800~ 810nm의 파장을 가지고, 상기 열전달막은 Mo, MoTi. Cr, Ti/Mo, Oxide/Mo, Cr/Mo 중 어느 하나로 사용한다. Wherein the infrared diode laser has a wavelength of 800 to 810 nm and the heat transfer film comprises Mo, MoTi. Cr, Ti / Mo, Oxide / Mo, and Cr / Mo.
상기 적외선 다이오드 레이저를 이용한 레이저 어닐링공정은 상기 열전달막에 상기 적외선 다이오드 레이저를 조사하면, 조사된 에너지는 상기 열전달막에서 열로 변환되고, 상기 열이 비정질 실리콘막에 전달되어 결정화시킨다. In the laser annealing process using the infrared diode laser, when the infrared diode laser is irradiated to the heat transfer film, the irradiated energy is converted into heat in the heat transfer film, and the heat is transferred to the amorphous silicon film to crystallize.
상기 식각정지막은 수직한 측면을 가질 수도 있고, 역테이퍼의 측면을 가질 수 있다. The etch stop layer may have a vertical side surface and a reverse taper side surface.
상기 활성층의 일부를 식각하는 단계는 SF6 및 O2가스를 사용하거나 CF4 및 O2가스를 사용한 건식식각공정을 통해 수행된다. The step of etching a part of the active layer is performed using a SF 6 and O 2 gas or a dry etching process using CF 4 and O 2 gas.
본 발명에 따른 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법은 열전달막에 레이저를 조사한 후 발생된 열이 비정질 실리콘막에 전달되도록 하여 결정화함으로써, 비정질 실리콘막에 직접적으로 레이저를 조사하는 레이저 어닐링방법보다 간접적인 고상 결정화가 가능하여 균일한 소자 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다. The method of manufacturing a polysilicon thin film transistor according to the present invention is a method of manufacturing a polysilicon thin film transistor which is characterized in that heat generated after a laser beam is irradiated on a heat transfer film is transferred to the amorphous silicon film to crystallize the amorphous silicon film, Crystallization is possible, and uniform device characteristics can be obtained.
이하는 본 발명의 일실시예에 따른 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법에 관해 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a polysilicon thin film transistor according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명에 따른 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법은 800~ 810nm정도의 파장을 가진 적외선 다이오드 레이저를 이용하여 수행하는 데, 도 1a 내지 도 1j를 참조하여 보다 상세히 설명한다. A method of fabricating a polysilicon thin film transistor according to the present invention is performed using an infrared diode laser having a wavelength of about 800 to 810 nm, which will be described in more detail with reference to FIGS. 1A to 1J.
도 1a 내지 도 1j는 본 발명에 따른 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법 을 도시한 공정단면도이다. 1A to 1J are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a polysilicon thin film transistor according to the present invention.
도 1a에 도시된 바와 같이, 기판(10)상에 게이트 전극(12)을 순차적으로 형성한다. 상기 게이트 전극(12)은 기판(10) 전면에 게이트 전극용 금속막을 증착한 후, 패터닝함으로써 형성된다. As shown in Fig. 1A, a
도 1b에 도시된 바와 같이, 기판(10)상에 게이트 절연막(15), 비정질 실리콘막(16a) 및 열전달막(Heat transition layer, 18a)가 순차적으로 형성된다. A gate
상기 열전달막(18a)는 800~810nm의 파장을 갖는 적외선 다이오드 레이저를 이용하여 조사된 에너지를 열로 변환하는 막으로 사용되는 동시에, 이후 채널영역 형성을 위한 식각공정시 하부막에 대한 식각정지막으로도 사용된다. The
따라서, 열전달막(18a)는 열변성 특성이 우수한 막 즉, Mo, MoTi. Cr 등이 사용될 수 있고, 열에 의한 산화를 방지하는 내산화성이 우수한 금속막을 열전달막 상부에 이중으로 형성한 막 즉, Ti/Mo, Oxide/Mo, Cr/Mo등이 사용될 수 있다. Therefore, the
이어, 도 1c에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘막(16a) 및 열전달막(Heat transition layer, 18a)이 형성된 기판(10) 전면에 레이저 어닐링공정을 수행하여, 비정질 실리콘막(16a)이 결정화 실리콘층(16b)으로 형성된다. 1C, a laser annealing process is performed on the entire surface of the
본 발명에 따른 레이저 어닐링공정은 800~ 810nm정도의 파장을 가진 적외선 다이오드 레이저(Infrared ray diode laser: IR diode Laser)를 상기 열전달막(18a)에 조사하면, 조사된 에너지는 상기 열전달 금속막(18a)에서 고온의 열로 변환되고, 이 열이 비정질 실리콘막에 간접적으로 전달됨으로써 비정질 실리콘막을 결정화시키게 되어 결정화 실리콘층을 형성한다. In the laser annealing process according to the present invention, when the infrared ray diode laser (IR diode laser) having a wavelength of about 800 to 810 nm is irradiated on the
다시 말해, 엑시머 레이저를 이용한 레이저 어닐링 방법은 비정질 실리콘막에 레이저를 조사한 후 발생된 열이 비정질 실리콘막을 결정화시키지만, 본 발명에 따른 적외선 다이오드 레이저(IR diode Laser)를 이용한 레이저 어닐링방법은 비정질 실리콘막 상에 형성된 열전달 금속막에 레이저를 조사한 후 발생된 열이 비정질 실리콘막으로 전달되어 비정질 실리콘막을 결정화시킨다. In other words, the laser annealing method using an excimer laser crystallizes the amorphous silicon film by heat generated after the laser is irradiated on the amorphous silicon film. However, the laser annealing method using the infrared diode laser according to the present invention is not limited to the amorphous silicon film The heat generated after the laser beam is irradiated on the heat transfer metal film formed on the amorphous silicon film is transferred to the amorphous silicon film to crystallize the amorphous silicon film.
따라서, 본 발명에 따른, 열전달막에 레이저를 조사한 후 발생된 열이 비정질 실리콘막에 전달되도록 하는 레이저 어닐링방법은 비정질 실리콘막에 직접적으로 레이저를 조사하는 레이저 어닐링방법보다 간접적인 고상 결정화가 가능하여 균일한 소자 특성을 얻을 수 있게 되고, 이로써 고신뢰성등의 특성을 갖게 된다. Therefore, according to the present invention, a laser annealing method for transferring heat generated after laser irradiation to a heat transfer film to an amorphous silicon film enables indirect solid phase crystallization rather than a laser annealing method for directly irradiating an amorphous silicon film with a laser It is possible to obtain a uniform device characteristic, and thereby, the characteristics such as high reliability can be obtained.
이때, 상기 레이저 어닐링 공정 후, 결정화 실리콘층(16b)와 열전달막(18a) 사이에는 일정 두께의 잔막이 발생하게 되는 데, 이 막은 열적으로 활성화된 열전달막과 결정화된 실리콘층(16b)의 계면에서 발생한, 채널 형성을 방해하는 금속-실리사이드막이다. At this time, after the laser annealing process, a residual film of a certain thickness is generated between the crystallized
도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)상의 열전달막(18a)을 게이트 전극(12)에 상응하도록 패터닝하여 식각정지막(18b)을 형성한다. 1D, a
이때, 식각정지막(18b)은 도 1d에 형성된 바와 같이, 수직한 측면을 가질 수도 있고, 도시되지 않았지만, 역테이퍼(taper)의 측면을 가질 수도 있다. At this time, the
상기 식각정지막(18b)는 이후 형성될 소스/드레인전극 사이에 정의되는 채널영역에 상응하도록 형성된다. The
이어, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 식각정지막(18b)이 형성된 기판(10) 상에 불순물 비정질 실리콘막(20a)을 형성한다. 이때, 식각정지막(18b)에 형성되는 불순물 비정질 실리콘막(20a)는 식각정지막(18b)의 수직한 측면(또는 역테이퍼의 측면)으로 인해, 측면을 제외한 상면에만 형성된다. Next, as shown in FIG. 1E, an impurity
이어, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)상에 형성된 불순물 비정질 실리콘막(20a) 및 결정화 실리콘층(16b)을 패터닝하여, 오믹콘택층(20b) 및 활성층(16c)을 형성한다. 이때, 이후 채널영역이 형성될 영역에 형성된 식각정지막(18b)와 식각정지막(18b)상부에 형성된 불순물 비정질실리콘막(20a)는 잔존한다. 이어, 상기 오믹 콘택층(20b) 및 활성층(16c)이 형성된 기판(10)의 상부에 소스/드레인전극 형성용 금속막(22a) 및 소스/드레인전극형성용 포토레지스트 패턴(100)을 형성한다. 1F, the impurity
소스/드레인전극 형성용 포토레지스트 패턴(100)은 소스드레인전극 형성용 금속막(22a)이 형성된 기판(10)상에 포토레지스트를 형성하고, 사진공정을 통해 패터닝함으로써 형성된다. The
다음으로, 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 소스/드레인전극 형성용 포토레지스트 패턴(100)을 식각 마스크로 소스/드레인전극 형성용 금속막(22a)을 습식식각하여 소스/드레인전극(22b, 22c)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 1G, the source / drain electrode forming
상기 소스/드레인전극(22b, 22c)의 형성을 위한 식각공정 후에는 잔존한 식각정지막(18b) 및 식각정지막(18b)상부에 형성된 불순물 비정질실리콘막(20a)이 노출된다. After the etching process for forming the source /
이어, 도 1h에 도시된 바와 같이, 노출된 식각정지막(18b)을 리프트 오 프(lift off)공정을 통해 제거한다. 이로써, 식각정지막(18b)상부에 형성된 불순물 비정질실리콘막(20a)또한 제거되고, 채널영역이 형성될 활성층(16c)과 도시되지 않았지만, 활성층(16c) 상부에 형성된 일정 두께의 금속-실리사이드막이 노출된다. 이어, 상기 기판(10) 전면에 스트립공정을 수행하여, 포토레지스트 패턴(100)을 제거한다. Then, as shown in Fig. 1H, the exposed
다음으로, 도 1i에 도시된 바와 같이, 상기 소스/드레인전극(22b, 22c)을 식각 마스크로 건식식각공정을 수행한다. 이로써, 활성층(16c)상부에 형성된 금속-실리사이드막이 제거되고, 더불어 활성층(16c)의 일부두께가 제거되어 백채널이 형성된다. 따라서, 채널영역이 정의되는 활성층(16c)상부에는 금속-실리사이드막이 제거된다. Next, as shown in FIG. 1I, a dry etching process is performed on the source /
상기 건식식각공정은 SF6 및 O2가스를 사용하거나 CF4 및 O2가스를 사용하여 수행한다. The dry etching process is performed using SF 6 and O 2 gases or using CF 4 and O 2 gases.
이어, 도 1j에 도시된 바와 같이, 상기 소스/드레인전극(22b, 22c)이 형성된 기판(10) 전면에 보호막(24)을 형성하고, 상기 보호막(24)을 패터닝하여 드레인전극(22c)을 노출하는 콘택홀(26)을 형성한다. 그리고, 상기 콘택홀(26)이 형성된 보호막(24) 전면에 투명전극막을 형성한 후 패터닝하여 화소전극(28)을 형성함으로써, 본 공정을 완료한다. 1J, a
도 1a 내지 도 1j는 본 발명에 따른 폴리실리콘 박막트랜지스터의 제조방법을 도시한 공정단면도FIGS. 1A to 1J are cross-sectional views showing a method of manufacturing a polysilicon thin film transistor according to the present invention
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