KR19980038871A - 유사다이아몬드를 이용한 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유사다이아몬드막/질화막의 이중 게이트 절연막을 구비한 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 박막 트랜지스터는 절연기판상에 게이트, 활성층 및 소오스/드레인 전극이 형성된 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트와 상기 활성층사이에 절연을 위한 이중 게이트 절연막으로 유사다이아몬드막/질화막이 형성된다.
본 발명이 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 활성층은 비정질 실리콘막, 수소화된 비정질 실리콘막 또는 폴리실리콘막중의 하나이다, 박막 트랜지스터는, 상기 게이트가 상기 활성층 하부에 형성된 역스태거구조, 상기 게이트가 상기 활성층 상부에 형성된 스태거구조 또는 상기 게이트와 상기 소오스/드레인 전극이 활성층상에 형성된 코플라나 구조를 갖는다.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터에 관한 것으로서, 특히 유사다이아몬드(diamond-like carbon)를 이용한 게이트 절연막으로 이용한 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시소자(LCD)의 화소전극구동용 스위칭소자로서 사용되는 박막 트랜지스터(TFT, Thin Film Transistor) 또는 SRAM(Static Random Acsess Memory)소자에 사용되는 활성층인 반도체층을 사이에 두고 게이트 전극과 소오스/드레인 전극이 분리되어 있는 스태거(staggered)형과 반도체의 일면(一面)에 게이트 전극과 소오스/드레인 전극이 형성되어 있는 코플라나(coplanar)형으로 크게 분류된다.
그리고, 이러한 박막 트랜지스터는 활성층의 물질에 따라 비정실 실리콘, 또는 폴리실리콘을 이용한 박막 트랜지스터와 화합물 반도체를 이용한 박막 트랜지스터가 있다. 이들중 수소화된 비정질 실리콘(Hydrogenated Amorphous Silicon, a-Si : H) 박막 트랜지스터는 양산성과 대면적화 측면에서 우수한 장점을 갖는다.
이러한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 게이트 절연막은 이중 구조가 채택되는데, 이는 하부 게이트 절연막의 제작시 발생되는 핀홀(pinhole)을 상부 게이트 절연막을 형성할 때 제거할 수 있기 때문이다. 그리고, 이중구조의 게이트 절연막을 이용하면 TET-LCD의 생산수율을 향상시킬 수 있다.
박막 트랜지스터의 이중 게이트 절연막으로 이용되고 있는 물질로는Ta2O5/SiNx, 상압화학 기상증착(Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition, APCVD) SiO2/SiNx, SiON/SiNx등이 있다.
Ta2O5/SiNx는 Ta 의 양극산화와 SiNx의 플라즈마 화학기상증착법으로 형성하거나 또는 스퍼터링법으로 형성하여 고이동도를 얻을 수 있었다. 또한, TaOx의 HF 혹은 BHF 용액에 대한 불용성 때문에 이중 게이트 절연막으로서의 Ta2O5/SiNx는 절연결함을 감소시켜 박막 트랜지스터의 생산수율을 증가시킬 수 있었다.
그러나, 이와같은 장점에도 불구하고 이중 게이트 절연막으로서의 Ta2O5/SiNx는 습식식각의 어려움으로 인하여 접촉구멍(contact hole)의 형성시 건식식각을 하여야 하는 문제점이 있었다.
TFT 어레이에서 스캔라인(scan line)의 RC 시간지연을 감소시키기 위해서는 게이트 전극의 낮은 비저항이 요구된다. 이에 따라 박막 트랜지스터의 제조공정에서 게이트 전극으로서 사용되고 있는 Cr 보다 Al 의 비저항이 약 10분의 1 정도로 작기 때문에, Al 을 게이트 전극과 보조용량의 공통전극으로 이용하고, 또한 Al 을 양극산화시킨 Al2O3를 포함한 Al2O3/SiNx의 적층구조를 게이트 절연막으로 사용한다.
그러나, Al2O3를 포함한 Al2O3/SiNx의 적층구조를 게이트 절연막으로 이용하는 경우에는, 마스크의 추가 및 복잡한 공정이 요구되는 단점을 가지고 있다.
한편, 수소화된 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(a-Si : H TFT)의 게이트 절연막으로서 사용되는 SiNx는 활성층과 게이트 절연막 a-Si : H/SiNx의 계면에서의 전하포획(trap)으로 인한 문턱전압의 준안전성에 영향을 주는데, 이는 SiNx의 전하포획과 a-Si : H/SiNx계면성절과 밀접한 관련이 있기 때문이다.
또 다른 방법으로는, APCVD SiO2/PECVD SiNx의 이중 구조의 게이트 절연막을 이용하였는데, 이는 APCVD 에 의해 중착된 SiO2박막은 증착속도가 빠르기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있으나, 인라인(In-line) 공정시 APCVD 와 PECVD 의 두시스템간의 상호연결이 어렵다는 단점을 갖는다.
게이트 절연막으로서의 SiOxNy은 SiNx보다 작은 역학적 스트레스와 큰 광학적 밴드갭을 가지며, SiOx박막보다 소수성이 강하지만, PECVD 방법으로 재현성이 좋은 SiOxNy박막을 증착하는 것은 매우 어렵기 때문에 거의 사용되지 않는다.
본 발명의 목적은 유사다이아몬드/절화막 적층을 게이트 절연막으로 이용한 박막 트랜지스터의 구조 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 유사 다이아몬드막/절화막의 이중 게이트 절연막을 구비한 박막 트랜지스터의 단면구조도,
도 2 는 도 1 의 이중 게이트 절연막을 구비한 박막 트랜지스터에 있어서, 하부 게이트 절연막으로 이용된 유사 다이아몬드막의 증착온도에 따른 누설전류밀도를 나타낸 그래프,
도 3 은 도 1 의 이중 게이트 절연막을 구비한 박막 트랜지스터에 있어서, 하부 게이트 절연막으로 이용된 유사 다이아본드막의 증착시 수소유량에 따른 누설 전류밀도를 나타낸 그래프,
도 4 는 도 1 의 이중 게이트 절연막을 구비한 박막 트랜지스터에 있어서, 하부 게이트 절연막으로 이용된 유사 다이아몬드막의 증착시 수소유량에 따른 광학적 밴드갭을 나타낸 그래프,
도 5 는 도 1 의 유사 다이아본드막/질화막의 이중 게이트 절연막을 구비한 박막 트랜지스터의 드레인 전류-게이트 전압 특성을 나타낸 그래프,
도 6 은 도 1 의 유사 다이아몬드막/질화막의 이중 게이트 절연막을 구비한 박막 트랜지스터의 출력특성을 나타낸 그래프,
도 7 은 도 1 의 유사 다이아본드막/질화막의 이중 게이트 절연막을 구비한 박막 트랜지스터의 전계효과 이동도 특성을 나타낸 그래프
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 절연기판 11 : 게이트
12 : 게이트 절연막 12-1 : 유사 다이아몬드막
12-2 : 질화막 13 : 활성층(수소화된 비정절 실리콘층)
14 : 저항성 접촉층(고농도 수소화된 비정질 실리콘층)
15 : 소오스/드레인 전극
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판상에 게이트, 활성층 및 소오스/드레인 전극이 형성된 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트와 상기 활성층사이에 절연을 위한 게이트 절연막으로 유사다이아본드막이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 기판상에 게이트, 활성층 및 소오스/드래인 전극이 형성된 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트와 상기 활성층사이에 절연을 위한 이중 게이트 절연막으로 유사다이아몬드막/절화막이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 활성층은 비정질 실리콘막, 수소화된 비정절 실리콘막 또는 폴리실리콘막중의 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트가 상기 활성층 하부에 형성된 역스태거구조, 상기 게이트가 상기 활성층 상부에 형성된 스태거구조 또는 상기 게이트와 상기 소오스/드레인 전극이 활성층상에 형성된 코플라나 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막 트랜지스터의 제조방법은 기판상에 게이트를 형성하는 단계와, 상기 게이트를 포함한 상기 기판상에 게이트 절연막으로서 유사다이아몬드막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 상부의 상기 게이트 절연막상에 상기 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층과 오버랩되도록 상기 게이트 절연막상에 소오스/드래인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 기판상에 게이트, 활성층 및 소오스/드레인 전극을 형성하는 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 게이트와 상기 활성층사이에 게이트 절연막으로서 유사다이아몬드막/질화막의 적층막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 유사 다이아몬드막과 질화막은 PECVD 법으로 증착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서, 상기 유사 다이아몬드박막은 탄소(C)가 포함되어 있는 혼합가스, 예를 들면 CH4, C2H6, C3H8중 하나가 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 기판과 기판상에 형성된 유사다이아본드막과 유사다이아몬드막상에 형성된 도전층을 포함하는 것을 반도체 소자를 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 소자에 있어서, 상기 기판은 반도체 기판 또는 절연기판인 것을 특징으로 한다.
[실시예]
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 유사다이아몬드막/질화막의 이중 게이트 절연막을 갖는 역스태거(inverted staggered) 형 박막 트랜지스터의 단면 구조를 도시한 것이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 절연기판(10)의 소정부분에 게이트(11)가 형성된다. 게이트(11)는 후속의 공정에서 형성되는 박막들의 스텝 커버리지를 향상시키기 위하여 양측면이 기울기를 갖도록 형성되며, Cr, Al 등의 금속으로 된다.
게이트(11)를 포함하는 절연기판(10)상에 게이트 절연막(12)이 형성된다. 도1 에는 게이트 절연막(12)은 유사 다이아몬드막(12-1)과 질화막(12-2)의 적층막으로 이루어졌으나, 단일의 유사다이아몬드막(12-1)만을 게이트 절연막(12)으로 형성할 수도 있다. 활성층으로 형성된 비정절 실리콘막의 특성이 TFT 의 특성을 결정짓게 된다. 이때, 절연 기판(10)으로 유리기판과 같은 투명 절연기판 또는 상부에 절연막이 형성된 실리콘 기판이 사용될 수도 있다.
게이트(11)상부의 게이트 절연막(12)인 질화막(12-2)상에는 활성층(13)이 형성된다. 본 발명에서는 활성층(13)으로 수소화된 비정절 실리콘층이 형성되나, 비정질 실리콘막, 폴리실리콘막 또는 화합물 반도체가 사용될 수도 있다. 활성층(13) 중 게이트(11)에 대응되는 부분이 채널영역이 된다.
채널영역양측의 활성층(13)의 양측과 오버랩되도록 게이트 절연막(12)상에 소오스/드레인 전극(15)이 형성된다. 소오스/드래인 전극(15)과 활성층(13)이 오버랩되는 부분에는 오믹특성을 향상시키기 위한 저저항 접촉층(14)이 형성된다. 저저항 접촉층(14)은 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘층이 사용되거나 또는 불순물이 고농도로 도핑된 수소화된 비정절 실리콘막 n+a-Si : H 또는 n+uc-Si : H이 사용된다.
상기한 바와같은 구조를 갖는 본 발명의 유사다이아몬드막/질화막의 이중 게이트 절연막을 갖는 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 절연기판(10)상에 Cr, Al 등과 같은 금속막을 증착한 다음 경사식각하여 게이트(11)를 형성하고, 게이트(11)를 포함한 절연기판(10)상에 게이트 절연막(12)을 형성한다. 플라즈마 화학기상증착법(PECVD)으로 CH4, C2H6, C3H8등과 같은 C가 포함된 혼합기체를 이용하여 기판(10)상에 제1게이트 절연막으로서 유사다이아몬드막(12-1)을 증착한다. 유사다이아몬드막은 자체 전계를 감소시키는 방식으로, 메탄가스의 유량이 15sc㎝, 수소가스의 유량이 0-30sc㎝, 헬륨가스의 유랑이 20sc㎝ 이며, 기판온도는 상온 25℃ 에서 250℃, RF 전력은 100W, 가스압력은 500mTorr 인 조건에서 증착한다.
자체 전계를 감소시키는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 일반적으로, 플라즈마 방식에 의한 유사다이아몬드막은 양의 RF 출력이 가해진 전극상에서 성장 시킨다. 전극에 양의 출력을 걸어준 후 방전을 시키면 전극의 표면에서 전자와 하전된 입자간의 이동도 차이에 의한 이온 시스(sheath)영역이 형성된다. 이온 시스영역에서는 플라즈마 출력에 의한 전계가 형성되어 음의 전압을 갖게 되고, 이 전계에 의하여 양으로 대전된 입자들이 전극으로 쉽게 이동하며, 가속되어 성장 표면에서의 높은 에너지의 이온충돌이 일어나 단단한 박막이 형성되어지게 된다.
이때, 유사 다이아몬드 박막을 절연체로 성장시킬 경우 표면에서의 이온충돌(ion bombardment)이 일어나게 되면 박막의 절연 특성이 파괴되어 절연체로 사용이 불가능하기 때문에, 본 발명에서는 이온충돌을 감소시키기 위하여 접지된(grounded) 전극상에서 유사다이아몬드 박막을 성장시켰다. 이를 자체 전계를 감소시키는 방법이라 한다.
이어서, 제1게이트 절연막인 유사다이아몬드막(12-1)상에 제2게이트 절연막으로서 질화막(12-2) 을 증착한다. 이때, 질화막(12-2) 은 사일렌 가스유량(silene, SiH4)이 0.5sc㎝, 암모니아 가스유량이 28sc㎝, 헬륨 가스유량이 100sc㎝ 이며, 기판온도는 300℃, RF 전력은 30W, 가스압력은 400 mTorr 인 증착조건에서 PECVD 장비내에서 증착된다.
다음, 게이트 절연막(12)상에 수소화된 비정질 실리콘층과 불순물이 고농도로 도핑된 수소화된 비정절 실리콘층은 순차 증착한 다음 식각하여 활성층(13)과 저항성 접촉층(14)을 형성한다.
이때, 활성층(13)용 수소화된 비정절 실리콘층은 사일렌(SiH4) 가스유량이1sc㎝, 기판온도는 200℃, RF 전력은 10W, 가스압력은 200 mTorr 인 증착조건에서PECVD 장비내에서 증착되고, 저항성 접촉층(14)용 불순물이 고농도로 도핑된 수소화된 비정질 실리콘층은 사일렌(SiH4) 가스유랑이 0.5sc㎝, 포스핀(PH3) 가스유량이0.01sc㎝, 헬륨 가스유량이 100sc㎝ 이며, 기판온도는 200℃, RF 전력은 20W, 가스압력은 200 mTorr 인 증착조건에서 PECVD 장비내에서 증착된다.
상기의 증착공정시 가스유량은 MFC(Mass Flow Controller)를 이용하여 조절 되어진다.
이어서, 금속막을 기판전면에 형성한 다음 식각하여 상기 저항성 오믹층(14)을 사이에 두고 활성층(13)과 오버랩되는 소오스/드레인전극(15)을 형성하고, 이어서 소오스/드레인 전극(15)사이의 저항성 접촉층(14)을 식각하면 본 발명의 실시예에 따른 유사 다이아몬드막/질화막의 이중 게이트절연막을 갖는 박막 트랜지스터가 얻어진다.
도 2 는 본 발명의 박막 트랜지스터의 게이트 절연막으로 사용된 유사다이아몬드막의 전류-전압 특성을 나타낸 그래프로서, 각각 증착온도 25℃ 와 250℃ 에서 증착된 유사다이아몬드막의 전류-전압 특성이 도시되어 있다.
본 발명에서는 비저항이 10-15Ω·㎝ 인 p형 실리콘 웨이퍼위에 두께 1500Å의 유사 다이아몬드막을 증착하고, 그위에 열증착법으로 진공상태에서 직경 1mm 의 알루미늄을 형성하여 MIS(Metal Insulator Semiconductor) 구조의 반도체 소자를 제작한 다음, Kithely electrometer 617 를 사용하여 유사다이아몬드막의 전류-전압 특성을 측정하였다.
도 2 를 참조하면, 유사다이아몬드막의 항복전압(breakdown voltage)는 3MV이고, 전류밀도는 1MV/cm 에서 10-10A/㎠ 정도의 특성을 보였다. 증착온도가 증가할수록 유사다이아몬드막의 전류밀도는 감소하고, 절연항복전계는 증가함을 알 수 있다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 게이트 절연막으로 사용된 유사다이아몬드막의 증착시 수소유량에 따른 유사다이아몬드막의 누설전류밀도를 나타낸 그래프이다.
도 3 을 참조하면, 수소유량 4sc㎝ 이하인 조건하에서 유사다이아몬드막을 증착하는 경우 누설전류밀도는 10-9A/㎠ 이하로서, 유사 다이아몬드막이 우수한 절연막임을 나타낸다.
이때, 도 3 에서와 같은 누설전류밀도가 얻어지는 것은 자체 열처리효과에 의해 유사다이아몬드막이 보다 치밀한 구조로 형성되기 때문이다. 따라서, 유사다이아몬드막의 절연특성은 증착온도 및 수소유랑과 밀접한 관계를 갖음을 알 수 있다.
여기서, 자체 열처리 효과에 대하여 설명한다. 박막을 형성시킬 때 기판에 수백도 이상의 온도를 가하고, 이에 따라 성장하고자 하는 물질이 성장표면에서 쉽게 이동할 수 있게 되고, 온도가 높을수록 확산계수가 높아 보다 안정된 위지로 쉽게 이동하게 되는 데, 이를 자체 열처리 효과라 한다.
즉, 기판온도를 높혀 유사다이아몬드막을 증착하면 확산계수가 증가되어 절연 특성이 뛰어난 유사다이아몬드막을 얻을 수 있다. 이때, 온도를 과도하게 상승시켜 주면 박막의 구조가 변하여 전혀 다른 물질이 성장되기 때문에 온도의 적절한 조절이 필요하다.
본 발명의 게이트 절연막으로 사용되는 유사다이아몬드막의 장점중의 하나가 상온에서의 성장이 가능한 것인데, 이는 자체 열처리효과에 기인한다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 게이트 절연막으로 이용된 유사다이아몬드막의 광학적 밴드갭을 나타낸 그래프이다. 본 발명에서는 코닝(corning) 7059 유리기판에 증착된 유사다이아몬드막을 UV/VI S (Ultra Violet/VISible) 스펙트로포토미터를 이용하여 유사다이아몬드막의 광흡수계수(α)를 측정하였다.
측정된 유사다이아몬드막의 광흡수계수를 이용하여 하기의 식으로부터 유사 다이아몬드막의 광학적 밴드갭을 구하였다
(αhν)1/2= B(E-Egopt)
여기서, B 는 그래프의 기울기를 나타내는 상수, hν 는 입사된 빛의 광자 에너지, α 는 측정된 광흡수계수 및 Egopt는 광학적 밴드갭을 나타낸다.
도 4 로부터 유사다이아몬드막의 광학적 밴드갭은 4.25eV 으로서, 유사다이아몬드막의 밴드갭이 절연막으로서의 이용가능한 광학적 밴드갭임을 알 수 있다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 도 1 의 유사다이아몬드막/질화막의 이중게이트 절연막을 갖는 비정절 실리콘 박막 트랜지스터의 드래인 전류-전압 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5 를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수소화된 비정절 실리콘 박막트랜지스터의 준문턱전압 기울기(subthreshold voltage slope)는 대략 0.36V/dec이며, 온/오프 전류비율은 106로 측정되었다.
도 6 는 본 발명의 실시예에 따른 도 1 의 유사다이아몬드막/질화막의 이중 게이트 절연막을 갖는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 출력특성을 나타낸 그래프 이다. 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터에 있어서 각층의 두께를 살펴보면, 유사다이아몬드막(12-1) 이 1500Å, 질화막(12-2) 이 3500Å, 활성층(13) 이 1500Å, 오믹층(14)이 각각 500Å 이다.
또한, 각층의 증착조건을 살펴보면, 유사다이아몬드막의 증착조건은 가스유량이 메탄이 15sc㎝, 수소가 1sc㎝, 헬륨이 20sc㎝ 이며, 기판온도는 250℃, RF 전력은 100W, 가스압력은 500 mTorr 이다.
실리콘 질화막의 증착조건은 가스유량이 사일렌(SiH4)이 0.5sc㎝, 암모니아가 28sc㎝, 헬륨이 100sc㎝ 이며, 기판온도는 300℃, RF 전력은 30W, 가스압력은 400 mTorr 이다. 활성층의 증착조건은 가스유량이 사일렌(SiH4)이 1sc㎝, 기판온도는 200℃, RF 전력은 10W, 가스압력은 200 mTorr 이다.
저항적 접촉층의 증착조건은 가스유랑이 사일렌(SiH4)이 0.5sc㎝, 포스핀(PH3) 가 0.01sc㎝, 헬륨이 100sc㎝ 이며, 기판온도는 200℃, RF 전력은 20W, 가스압력은 200 mTorr 이다.
이때, 박막 트렌지스터에 있어서, W/L(여기서, W 는 TFT 의 채널 폭, L 은 TFT 의 채널길이)는 60㎛/30㎛ 이다. 도 6를 참조하면, 게이트 전압이 20V 일때 PECVD 장비를 이용하여 제작된 본 발명의 박막 트랜지스터의 드레인 전류는 0.7×10-6A 에서 포화되는 것을 알 수 있다.
도 7 은 본 발명의 실시예에 따른 도 1의 유사다이아몬드막/질화막의 이중 게이트 절연막을 구비한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 전계효과 이동도(field effect mobility)를 나타내는 그래프이다.
박막 트랜지스터의 전계효과 이동도μFE)는 하기의 식으로부터 구해진다.
ID= [μFE(W/L)Ci(VG-VTH)VD]1/2
상기의 식으로부터 구해진 문턱전압(VTH)는 대략 8V, 전계효과 이동도(μFH)는 약 0.77㎠/Vs 임을 보여주고 있다. 여기서, ID는 드레인 전류, Ci는 절연막의 전기용랑, VTH는 문턱전압, VD는 드레인전압을 각각 나타낸다.
본 발명의 실시예에서는 역스태거형 박막 트랜지스터의 구조만을 제시하였으나, 단일의 유사다이아몬드막의 게이트 절연막, 또는 유사다이아몬드막/절화막의 이중구조의 게이트 절연막을 스태저형 박막 트랜지스터 및 코플라나형 박막 트랜지스터 모두에 적용가능하다. 그리고, 유사다이아몬드막을 박막 트랜지스터의 게이트 절연막 뿐만 아니라 일반적인 반도체 소자의 절연막으로서 적용하는 것도 가능하다.
또한, 단일의 유사다이아몬드막 또는 유사다이아몬드막/질화막의 이중구조의 게이트 절연막을 비정질 실리콘 박막 트랜지스터, 수소화된 비정질 실리콘 박막 트랜지스터, 폴리실리콘 박막 트랜지스터 그리고 화합물 반도체 박막 트랜지스터 모두에 적용가능하다.
그리고, 본 발명은 유사다이아몬드막을 게이트 절연막으로 이용하는 실시예에 한정되는 것이 아나라, 일반적인 반도체 소자에도 적용이 가능하다. 즉, 반도체 기판과 반도체 기판상에 형성된 폴리실리콘막, 비정절 실리콘막, 실리사이드 또는 금속막 등과 같은 도전층간의 절연막으로서 단일의 유사다이아몬드막 또는 유사다이아몬드막/실리콘 질화막의 이중구조를 형성할 수도 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 이중 게이트 절연막을 구비한 박막 트랜지스터에 있어서 유사다이아몬드막을 하부 게이트 절연막으로 이용함으로써, 우수한 절연특성을 제공할 수 있어 고품위 TFT-LCD의 제작에 유용하게 응용될 수 있다. 또한, 유사다이아몬드막은 통상의 PECVD 법으로 제작이 가능하므로 상부 게이트 절연막으로 사용되는 SiNx과 상호 연계가 쉽고, 메탄가스 또는 C2H6, C3H8, C2H2등과 같은 C를 포함하는 가스를 이용하여 제작이 가능하므로 공정상의 이물질이 포함되어도 탄소원자는 산소원자보다 덜 민감하게 활성층에 영향을 미치므로 양질의 비정질 실리콘 TFT 제작이 응용될 수 있다.
Claims (32)
- 기판상에 게이트, 활성층 및 소오스/드레인 전극이 형성된 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트와 상기 활성층사이에 절연을 위한 게이트 절연막으로 유사다이아몬드막이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 활성층은 비정질 실리콘막, 수소화된 비정질 실리콘막, 폴리실리콘막 또는 화합물 반도체 중의하나인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 게이트가 상기 활성층 하부에 형성된 역스태거구조인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 게이트가 상기 활성층 상부에 형성된 스태거구조인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 제1항에 있어서, 상기 게이트와 상기 소오스/드레인 전극이 활성층상에 형성된 코플라나 구조인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 기판상에 게이트, 활성층 및 소오스/드레인 전극이 형성된 박막 트랜지스터에 있어서, 상기 게이트와 상기 활성층사이에 절연을 위한 게이트 절연막으로 유사다이아몬드막이 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 제6항에 있어서, 상기 활성층은 비정질 실리콘막, 수소화된 비정질 실리콘막, 폴리실리콘막 또는 화합물 반도체 중의 하나인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 제6항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막, 상기 질화막, 상기 활성층은 각각 1500Å, 3500Å, 1500Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 제6항에 있어서, 상기 게이트가 상기 활성층 하부에 형성된 역스태거구조인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 제6항에 있어서, 상기 게이트가 상기 활성층 상부에 형성된 스태거구조인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 제6항에 있어서, 상기 게이트와 상기 소오스/드레인 전극이 활성층상에 형성된 코플라나 구조인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
- 기판상에 게이트를 형성하는 단게와, 상기 게이트를 포함한 상기 절연기판상에 기이트 절연막으로서 유사다이아몬드막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 상부의 상기 게이트 절연막상에 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층과 오버랩되도록 게이트 절연막상에 소오스/드레인 전극을 형성하는 단게를 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제12항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막은 PECVD 법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제12항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막은 탄소(C)가 포함되어 있는 혼합가스를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막을 형성하기 위한 C가 포함된 혼합가스로 CH4가 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막을 형성하기 위한 C가 포함된 혼합가스로 C2H6가 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막을 형성하기 위한 C가 포함된 혼합 가스로 C3H8가 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 기판상에 게이트를 형성하는 단계와, 상기 게이트를 포함한 상기 절연기판상에 유사다이아몬드막을 형성하는 단계와, 상기 유사다이아몬드막상에 질화막을 형성하여 2중 구조의 게이트 절연막을 형성하는 단게와, 상기 게이트 상부의 상기 게이트 절연막상에 활성층을 형성하는 단계와, 상기 활성층과 오버랩되도록 게이트 절연막상에 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제18항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막과 질화막은 PECVD 법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제18항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막은 탄소(C) 가 포함되어 있는 혼합가스를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제20항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막을 형성하기 위한 C가 포함된 혼합가스로 CH4가 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제20항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막을 형성하기 위한 C가 포함된 혼합가스로 C2H6가 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제20항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막을 형성하기 위한 C가 포함된 혼합가스로 C3H8가 사용되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제18항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막을 형성하는 단계는 25℃에서 400℃ 까지의 온도범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제18항에 있어서, 상기 유사다이아몬드막은 가스유량이 메탄이 15sc㎝, 수소가 1sc㎝, 헬륨이 20sc㎝ 이며, RF 전력은 100W, 가스압력은 500mTorr인 증착조건하에서 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 제18항에 있어서, 상기 질화막은 가스유량이 사일렌(SiH4)이 0.5sc㎝, 암모니아가 28sc㎝, 헬륨이 100sc㎝ 이며, 기판온도는 300℃, RF 전력은 30W, 가스압력은 400mTorr 인 증착조건하에서 형성되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.
- 기판 기판상에 형성된 유사다이아몬드막과 유사다이아몬드박막상에 형성된 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제27항에 있어서, 상기 기판은 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제27항에 있어서, 상기 기판은 절연기판인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제27항에 있어서, 도전층으로 비정질 실리콘, 폴리실리콘, 실리사이드, 또는 금속중 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제27항에 있어서, 유사다이아몬드막상에 형성된 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
- 제31항에 있어서, 상기 절연막은 질화막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자.
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