KR20020021546A - 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 형성할 때 누설 전류 특성 등의 특성을 향상시키고 안정적인 동작 특성을 갖도록 해 주는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 유리기판 위에 전도성막과 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층 위에 비정질 실리콘을 증착하고 패턴을 식각하는 단계와; 상기 비정질 실리콘 위에 게이트 절연막을 증착하고, 트랜지스터의 게이트 부분의 형성을 위해서 전도성막을 증착한 후에 식각하여 게이트와 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 비정질 실리콘층 위에 트랜지스터의 소스 단자와 드레인 단자가 형성되는 위치에 니켈층을 증착하고, 이온 질량 도핑법으로 불순물을 주입하는 단계와; 불순물을 주입한 후에 열처리하여, 상기 비정질 실리콘층 중에서 상기 니켈층이 증착된 부분은 금속 유도 결정화에 의해 결정화된 영역으로 변화시키고, 불순물이 주입된 부분은 금속 유도 측면 결정화에 의해 결정화된 영역으로 변화시키는 단계와; 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 전극을 형성하고, 상기 전도성막에 백 바이어스 전압을 인가하기 위한 전극을 연결하는 단계로 이루어진다.
Description
본 발명은 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 형성할 때 누설 전류 특성 등의 특성을 향상시키고 안정적인 동작 특성을 갖도록 해 주는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시 소자(Liquid Crystal Display)를 구동하는 소자로서 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)를 500℃ 이하의 저온에서 제작하기 위해 저압 증기 증착법에 의해 비정질 실리콘을 증착한 뒤에 이를 결정화시키는 방법으로 금속 유도 측면 결정화법(Metal Induced Lateral Crystallization)이라는 새로운 방법이 개발되었다.
이는 비정질 실리콘 박막을 열처리에 의해 결정화할 때 비정질 실리콘과 금속 니켈 사이의 실리사이드 반응을 이용하여 500℃ 이하의 저온에서 큰 결정립 크기의 우수한 다결정 실리콘 박막을 얻을 수 있도록 하였다.
이러한 기존의 니켈 증착(Ni Offset)에 의한 트랜지스터 제조 공정을 도 4에 A∼F 공정으로 나타내었으며, 각 공정은 다음과 같이 이루어진다.
A : 유리 기판(80)에 플라즈마를 이용한 화학 증기 증착법에 의해 1000Å의 비정질 실리콘 막(a-Si, 82)을 증착하고, 사진 식각법으로 패턴을 형성한다.
B : 상기 비정질 실리콘 막(82) 위에 전자 자기 공명 플라즈마 유도 화학 증기 증착법으로 게이트 절연막으로 사용될 1000Å의 산화규소(SiO2) 막(84)을 증착하고, 이어서 트랜지스터의 게이트 부분의 형성을 위해서 스퍼터링 장치를 이용하여 1000Å의 몰리브데늄(Mo, 86)을 증착한다.
C : 사진 식각법으로 상기 산화규소 막(84)과 몰리브데늄 막(86)을 식각하여, 게이트와 게이트 산화막 영역을 형성한다.
D : 니켈 오프셋(Ni-offset)을 위하여 사진 식각 공정에 의해 게이트 패턴 부분보다 폭이 1∼10㎛ 정도 넓은 패턴을 이용하여 감광막을 형성한 후, 스퍼터링법에 의해 수십Å의 니켈층(88)을 증착한 뒤에 리프트-오프(lift-off)법에 의해 감광액 위 부분의 니켈층을 제거하고, 이온 질량 도핑(Ion Mass Doping) 장치를 이용하여 불순물을 주입한다(IMD).
E : 500℃ 온도에서 10시간 동안 열처리하면, 상기 비정질 실리콘층(82) 중에서 상기 니켈층(88)에 증착된 부분은 금속 유도 결정화에 의해 결정화된 영역(92)으로 변화하고, 불순물이 주입된 부분은 금속 유도 측면 결정화에 의해 결정화된 영역(94)으로 변화한다.
F : 상기와 같은 공정으로 제작된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 알루미늄(96)으로 전극을 형성하여 완성한다.
상기와 같이 금속 유도 측면 결정화법을 이용하여 박막 트랜지스터를 제작한 결과 우수한 특성의 트랜지스터 특성을 얻을 수 있었다.
그러나, 드레인 전압이 높은 상태(VDS>10V)에서 트랜지스터를 측정한 결과, 게이트 전압이 0V일 경우에 ∼10-7A/㎛ 정도의 누설 전류값을 나타내었다.
이는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(Poly-Si TFT) 능동 영역 액정 표시 소자(AMLCD)를 구동하는데 필요한 누설 전류 특성인 ∼10-10A/㎛ 보다 약 1000배 정도 더 큰 누설 전류값이다.
따라서, 금속 유도 결정화법에 의해 제작된 트랜지스터를 응용하기 위해서는 보다 낮은 누설전류 특성을 갖는 트랜지스터의 제작이 필수적이다.
또한, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터와 같이 절연 기판에 형성된 트랜지스터의 경우 소자의 채널 영역에 전압이 인가되어 있지 않음으로써 소자의 동작 특성이 열화되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제작할 때에 트랜지스터 하부에 금속이나 도핑된 실리콘 막과 같은 전도성막을 형성하여 전압을 인가할 수 있게 함으로써, 트랜지스터의 동작 특성을 향상시켜 주는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따라 트랜지스터의 하부면에 전도성막을 형성한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 제조 공정을 설명하기 위한 공정도.
도 2는 하부의 전도성막 유무에 따른 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프.
도 3은 전도성막에 인가되는 전압에 따른 다결정 박막 트랜지스터 박막 트랜지스터의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프.
도 4는 기존의 니켈 증착(Ni Offset)에 의한 트랜지스터 제조 공정을 설명하기 위한 공정도.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유리기판 위에 전도성막과 절연층을 형성하는 단계와; 상기 절연층 위에 비정질 실리콘을 증착하고 패턴을 식각하는 단계와; 상기 비정질 실리콘 위에 게이트 절연막을 증착하고, 트랜지스터의 게이트 부분의 형성을 위해서 전도성막을 증착한 후에 식각하여 게이트와 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 비정질 실리콘층 위에 트랜지스터의 소스 단자와 드레인 단자가 형성되는 위치에 니켈층을 증착하고, 이온 질량 도핑법으로 불순물을 주입하는 단계와; 불순물을 주입한 후에 열처리하여, 상기 비정질 실리콘층 중에서 상기 니켈층이 증착된 부분은 금속 유도 결정화에 의해 결정화된 영역으로 변화시키고, 불순물이 주입된 부분은 금속 유도 측면 결정화에 의해 결정화된 영역으로 변화시키는 단계와; 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 게이트, 소스, 드레인 전극을 형성하고, 상기 유리 기판 위의 전도성막에 백 바이어스 전압(Vbackbias)을 인가하기 위한 전극을 연결하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공한다.
상기 유리 기판 위에 형성되는 전도성막은 금속층과 불순물이 도핑된 실리콘 박막 중에서 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하며, 상기 전도성막은 스퍼터링법에 의하여 형성되는 몰리브데늄(Mo) 박막인 것을 특징으로 한다.
상기 절연막은 전자 자기 공명 플라즈마 유도 화학 증기 증착법(Electron Cyclotron Resonance Plasma Enhanced Chemical vapor Deposition)에 의해 형성된 실리콘 산화막인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 유리기판 위에 형성된 전도성막 및 절연층과; 상기 절연층 위에 형성된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터와; 상기 전도성막의 일측에 연결되어 전압을 인가하기 위한 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제공하며, 상기 전도성막에 연결된 전극에 음의 전압을 인가함으로써 트랜지스터의 동작 전류를 증가시키면서 누설 전류를 감소시키는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명은 전도성막을 트랜지스터의 하부에 형성하여 트랜지스터의 누설 전류 특성 및 동작 특성을 향상시킬 수 있었으며, 하부 전도성막에인가되는 인가 전압을 조절함으로써 다양한 트랜지스터 특성의 구현을 가능하게 해 준다.
(실시예)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
첨부한 도면, 도 1은 본 발명에 따라 트랜지스터의 하부면에 전도성막을 형성한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 제조 공정을 설명하기 위한 공정도, 도 2는 하부의 전도성막 유무에 따른 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프, 도 3은 전도성막에 인가되는 전압에 따른 다결정 박막 트랜지스터 박막 트랜지스터의 동작 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
본 발명은 트랜지스터의 동작 특성을 향상시키기 위해 도 1에 나타낸 바와 같은 공정을 거쳐서 트랜지스터를 제조하였다.
유리기판(제품명 : Corning 7059)에 스퍼터링법을 이용하여 1000Å 두께의 몰리브데늄(Mo) 박막을 형성한 후에, 전자 자기 공명 플라즈마 유도 화학 증기 증착법(Electron Cyclotron Resonance Plasma Enhanced Chemical vapor Deposition)에 의해 절연막으로 사용될 100∼10000Å의 실리콘 산화막(SiO2)을 증착한다(도 1 A).
여기서, 상기 절연막으로 사용되는 실리콘 산화막(SiO2)의 두께는 약 3000Å 정도가 적당하다.
그리고, 플라즈마를 이용한 화학 증기 증착법에 의해 1000Å의 비정질 실리콘(a-Si)을 증착하고, 사진 식각법으로 패턴을 형성한다(도 1 B).
상기 비정질 실리콘막 위에 전자 자기 공명 플라즈마 유도 화학 증기 증착법으로 게이트 절연막으로 사용될 100∼10000Å의 실리콘 산화막(SiO2)을 형성하고, 이어서 트랜지스터의 게이트 부분의 형성을 위해서 스퍼터링 장치를 이용하여 3000Å의 몰리브데늄(Mo)을 증착한다.
그리고, 사진 식각법으로 게이트와 게이트 산화막을 패턴하고, 각각 SF6가스를 이용한 건식 식각법과 BHF 용액을 이용한 습식 식각법을 이용하여 게이트와 게이트 산화막 영역을 형성한다(도 1 C).
그리고, 니켈 오프셋(Ni-offset)을 위하여 사진 식각 공정에 의해 게이트 패턴 부분보다 폭이 1∼10㎛ 정도 넓은 패턴을 이용하여 감광막을 형성한 후, 스퍼터링법에 의해 수십Å의 니켈층을 증착한 뒤에 리프트-오프(lift-off)법에 의해 감광액 위 부분의 니켈층을 제거하고, 이온 질량 도핑(Ion Mass Doping) 장치를 이용하여 불순물을 주입한다(도 1 D).
이어서, 500℃ 온도에서 10시간 동안 열처리하면, 상기 비정질 실리콘층 중에서 상기 니켈층에 증착된 부분은 금속 유도 결정화에 의해 결정화된 영역(50)으로 변화하고, 불순물이 주입된 부분은 금속 유도 측면 결정화에 의해 결정화된 영역(55)으로 변화한다(도 1 E).
상기와 같은 공정으로 제작된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에알루미늄(60)으로 전극을 형성하고, 백 바이어스 전압(Vbackbias)을 인가하기 위한 전극을 상기 몰리브데늄(15)에 연결한다(도 1 F).
한편, 기존의 니켈 오프셋에 의한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 제조 방법(도 2 참조)은 상기 본 발명에 비하여 도 1의 (A) 공정에서의 몰리브데늄(Mo)과 산화규소(SiO2)의 증착 공정이 생략되어 있어 백 바이어스 효과를 이용할 수 없으므로 상기 종래의 문제점에서 설명한 바와 같이, 누설 전류가 증가하는 문제점이 있었던 것이다.
이에 비하여 본 발명에 따른 트랜지스터는 동작 전류가 증가하면서 누설 전류가 감소되는 등의 특성 향상을 보인다.
본 발명에 따른 트랜지스터의 특성을 도 2 및 도 3에 그래프로 나타내었다.
도 2는 기존의 니켈 오프셋을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 특성과 본 발명에 따른 전도성 기판을 이용하여 다결정 실리콘 트랜지스터의 특성을 비교한 그래프로서, 하부 전도성막을 0볼트로 접지함으로써 트랜지스터의 누설 전류를 감소시켰다.
도 3은 전도성 기판에 인가된 전압에 따른 다결정 실리콘 트랜지스터의 동작 특성의 변화를 나타낸 그래프로써, 양의 전압을 인가한 경우에 온-커런트(on-current)가 증가하였으나, 누설 전류가 급격하게 증가하여 트랜지스터의 동작 특성이 악화되었으나, 음의 전압을 인가한 경우에는 누설 전류가 감소하는 대신에 온-커런트 역시 약간 감소하는 효과를 보였다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 전도성막을 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 하부에 형성하여 트랜지스터의 누설 전류 특성 및 동작 특성을 향상시킬 수 있었으며, 하부 전도성막에 인가되는 인가 전압을 조절함으로써 다양한 트랜지스터 특성의 구현을 가능하게 해 주는 효과를 제공한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
Claims (6)
- 유리기판 위에 전도성막과 절연층을 형성하는 단계와;상기 절연층 위에 비정질 실리콘을 증착하고 패턴을 식각하는 단계와;상기 비정질 실리콘 위에 게이트 절연막을 증착하고, 트랜지스터의 게이트 부분의 형성을 위해서 전도성막을 증착한 후에 식각하여 게이트와 게이트 절연막을 형성하는 단계와;상기 비정질 실리콘층 위에 트랜지스터의 소스 단자와 드레인 단자가 형성되는 위치에 니켈층을 증착하고, 이온 질량 도핑법으로 불순물을 주입하는 단계와;불순물을 주입한 후에 열처리하여, 상기 비정질 실리콘층 중에서 상기 니켈층이 증착된 부분은 금속 유도 결정화에 의해 결정화된 영역으로 변화시키고, 불순물이 주입된 부분은 금속 유도 측면 결정화에 의해 결정화된 영역으로 변화시키는 단계와;상기와 같은 공정을 거쳐 형성된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 게이트, 소스, 드레인 전극을 형성하고, 상기 유리 기판 위의 전도성막에 백 바이어스 전압(Vbackbias)을 인가하기 위한 전극을 연결하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 유리 기판 위에 형성되는 전도성막은 금속층과 불순물이 도핑된 실리콘 박막 중에서 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전도성막은 스퍼터링법에 의하여 형성되는 몰리브데늄(Mo) 박막인 것을 특징으로 하는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 절연막은 전자 자기 공명 플라즈마 유도 화학 증기 증착법에 의해 형성된 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 유리기판 위에 형성된 전도성막 및 절연층과;상기 절연층 위에 형성된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터와;상기 전도성막의 일측에 연결되어 전압을 인가하기 위한 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터.
- 제 5항에 있어서, 상기 전도성막에 연결된 전극에 음의 전압을 인가함으로써 트랜지스터의 동작 전류를 증가시키면서 누설 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 백 바이어스 효과를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터.
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