KR20020032196A - Polysilicon-thin film transistor device and method of fabricating the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A polysilicon thin film transistor and a method of fabricating the thin film transistor are provided to increase mobility in the silicon surface and to mitigate damages in the thin film transistor. CONSTITUTION: A substrate(150) is prepared, and a thin film transistor including a gate electrode(170), a source electrode(192), a drain electrode(194), an active layer(160) and ohmic contact layers(162a,162b) is formed on the substrate. The active layer is formed in such a manner that an amorphous silicon is deposited, eximer laser is irradiated on the amorphous silicon to change the amorphous silicon into polysilicon, and grain boundaries of the polysilicon exposed to the surface of the polysilicon are flattened through plasma etch.

Description

다결정실리콘 박막트랜지스터 소자 및 그 제조방법 {Polysilicon-thin film transistor device and method of fabricating the same}Polysilicon thin film transistor device and method of manufacturing the same {Polysilicon-thin film transistor device and method of fabricating the same}

본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 포함하는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD)의 제조방법 및 그 제조 방법에 따른 액정 표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to an image display device, and more particularly, to a method of manufacturing a liquid crystal display device (LCD) including a thin film transistor (TFT) and a liquid crystal display device according to the method. It is about.

최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있다.Recently, as the information society has progressed rapidly, a display field for processing and displaying a large amount of information has been developed.

최근 들어 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시장치(plate panel display)의 필요성이 대두되었다. 이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막 트랜지스터형 액정 표시소자(Thin film transistor-liquid crystal display ; 이하 TFT-LCD라 한다)가 개발되었다.Recently, the need for a flat panel display (plate panel display) has emerged in order to meet the era of thinning, light weight, low power consumption. Accordingly, a thin film transistor-liquid crystal display (hereinafter referred to as TFT-LCD) having excellent color reproducibility and thinness has been developed.

일반적으로 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는데, 액정의 분극 성질이란 액정의 구조가 가늘고 길며 분자의 배열에 방향성을 갖고 있기 때문에 인위적으로 액정에 전기장을 인가하면 분자배열의 방향을 제어할 수 있는 것을 의미한다.In general, the driving principle of the liquid crystal display device is the optical anisotropy and polarization property of the liquid crystal. The polarization property of the liquid crystal is thin and long structure of the liquid crystal and has an orientation in the arrangement of molecules. It means that the direction of the can be controlled.

따라서, 액정에 전기장을 인가하여 액정의 분자배열이 변화시키고, 이때 빛을 조사하면 액정이 가지고 있는 광학적 이방성에 의하여 빛이 편광되기 때문에 이를 임의로 변조하는 방식으로 화상정보를 표현한다.Accordingly, the molecular arrangement of the liquid crystal is changed by applying an electric field to the liquid crystal, and when the light is irradiated, the light is polarized by the optical anisotropy of the liquid crystal.

현재에는 전술한 바 있는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 많이 사용되는데, 이러한 능동행렬 액정표시장치는 화소수를 증가시켜도 콘트라스트(contrast) 등의 열화(damage)가 없고, 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하기 때문에 가장 주목받고 있다.Currently, many active matrix LCDs (AM-LCDs) in which the above-described thin film transistors and pixel electrodes connected to the thin film transistors are arranged in a matrix manner are used. Such active matrix liquid crystal display devices have a number of pixels. Increasing the value of is not the deterioration (contrast), such as (damage), the resolution and the ability to implement the video is attracting the most attention.

일반적인 액정 표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정패널의 구조를 액정패널의 단면을 도시한 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.The structure of a liquid crystal panel which is a basic component constituting a general liquid crystal display will be described in detail with reference to FIG.

액정패널(20)은 여러 종류의 소자들이 형성된 두 장의 기판(2, 4)이 서로 대응되게 형성되고, 상기 두 장의 기판(2, 4) 사이에 액정층(10)이 충진된 형태로 구성되어 있다.The liquid crystal panel 20 is formed in such a manner that two substrates 2 and 4 having various kinds of elements are formed to correspond to each other, and the liquid crystal layer 10 is filled between the two substrates 2 and 4. have.

이때 액정패널(20)을 구성하는 두장의 기판은 색을 구현하는 컬러필터층(8)과, 상기 컬러필터층(8)을 덮는 공통전극(12)이 형성되어 있는 컬러필터기판(4)과 액정층의 분자 배열방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 회로인 박막트랜지스터(S)와 화소부(P)로 구분되는 어레이기판(2)으로 구분되며, 특히 상술한 어레이기판(2)은 박막 트랜지스터(S)로부터 신호를 인가 받고 액정층으로 전압을 인가하는 다른 한쪽의 전극역할을 하는 화소전극(14)을 더욱 포함하고 있다.In this case, the two substrates constituting the liquid crystal panel 20 may include a color filter substrate 8 and a color filter substrate 4 having a common electrode 12 covering the color filter layer 8 and a liquid crystal layer. Is divided into a thin film transistor (S) which is a switching circuit capable of converting a molecular arrangement direction of the array substrate and an array substrate (2) divided into a pixel portion (P). In particular, the above-described array substrate (2) is separated from the thin film transistor (S). It further includes a pixel electrode 14 serving as the other electrode for receiving a signal and applying a voltage to the liquid crystal layer.

또한 컬러필터기판(4)과 어레이기판(2)의 사이에 주입되는 액정(10)의 누설을 방지하고 이들 기판의 고정을 위해 액정층의 가장자리에는 코팅된 실런트(6: sealant )가 위치한다.In order to prevent leakage of the liquid crystal 10 injected between the color filter substrate 4 and the array substrate 2 and to fix the substrates, a coated sealant 6 is disposed at the edge of the liquid crystal layer.

상술한 능동행렬액정 표시장치에서 어레이기판에 위치하며, 스위칭소자의 역할을 하는 박막트랜지스터에 대해서 좀더 상세히 설명하면, 박막트랜지스터는 게이트전극과 게이트 절연막과 활성화층 및 옴익접촉층과 소스전극 및 드레인전극 등으로 구성되며, 이러한 박막트랜지스터를 이루는 소자들은 각각 박막의 형태로 적층되어 상기 박막트랜지스터를 구성한다.In the above-described active matrix liquid crystal display device, a thin film transistor positioned on an array substrate and serving as a switching element will be described in more detail. The thin film transistor includes a gate electrode, a gate insulating film, an active layer, an ohmic contact layer, a source electrode, and a drain electrode. The elements constituting the thin film transistor are stacked in the form of a thin film to form the thin film transistor.

특히 활성화층 및 옴익접촉층은 상술한 게이트전극으로부터 전기적 신호를 인가받아 채널층을 형성하여, 소스전극을 통해 입력된 영상신호를 드레인전극에 전달할 수 있도록 하는 역할을 하며, 이를 이루는 물질로는 반도체 물질인 비정질실리콘(a-Si:H)이 주로 사용되는데, 이는 비정질실리콘이 결정실리콘 (단결정실리콘, 다결정실리콘)에 비해 몇 가지 유리한 성질을 가지고 있기 때문이다.In particular, the activation layer and the ohmic contact layer form a channel layer by receiving an electrical signal from the above-described gate electrode, and serve to transfer the image signal input through the source electrode to the drain electrode. Amorphous silicon (a-Si: H), which is a material, is mainly used because amorphous silicon has some advantageous properties compared to crystalline silicon (monocrystalline silicon, polycrystalline silicon).

즉, 비정질실리콘은 결정실리콘에 비해 대면적 저온 증착이 가능하며, 다른 물질과 경계를 이룰 경우, 경계성질이 좋은 장점과 더불어 긁힘에 강하고 전사사진을 이용한 미세 패턴을 형성할 수 있는 등의 다양한 잇점이 있기 때문에, 박막트랜지스터의 활성화층을 이루는 물질로 결정실리콘에 비하여 널리 사용되나, 이러한 비정질실리콘은 특유의 비주기적 격자특성에 의해서 디펙트(defect)가 많이 형성되고, 전하캐리어의 농도가 낮아 고속동작에는 적합하지 않는 단점을 또한 가지고 있기 때문에 이러한 문제를 해결하기 위한 연구가 진행, 개발되고 있다.In other words, amorphous silicon can be deposited at low temperature in large area compared to crystalline silicon, and when it forms boundary with other materials, it has various advantages such as good boundary property and strong scratch resistance and formation of fine patterns using transfer photos. Because of this, the active layer of the thin film transistor is widely used in comparison with crystalline silicon. However, such amorphous silicon has a high defect due to its unique aperiodic lattice characteristics, and has a low concentration of charge carriers. Since it also has disadvantages that are not suitable for operation, research is being conducted and developed to solve these problems.

이러한 문제들을 해결하기 위해, 상기 비정질실리콘 박막에 에너지빔, 바람직하게는 엑시머 레이저의 조사에 의한 어닐링(annealing)을 행하여 비정질실리콘 박막의 선택된 부분을 다결정실리콘(poly Si:H)막으로 바꾸는 레이저 결정화 (laser crystallization)방법이 제안되었다.In order to solve these problems, laser crystallization is performed to anneal the amorphous silicon thin film by irradiation of an energy beam, preferably an excimer laser, to convert selected portions of the amorphous silicon thin film into a polysilicon (poly Si: H) film. A laser crystallization method has been proposed.

상술한 레이저 결정화 방법을 코플라나형 박막트랜지스터를 예를 들어 설명한다.The laser crystallization method described above will be described taking a coplanar thin film transistor as an example.

먼저 코플라나형의 박막트랜지스터에 대해서 설명하면, 코플라나형 박막트랜지스터는 도 2와 같이 기판(50)과, 이러한 기판의 전면에 완충층(55)이 증착되어 위치하고, 상기 완충층(55) 위로 섬(island)모양을 이루는 활성화층(60)과 상기 활성화층(60)의 양쪽으로 이온이 도핑된 옴익접촉층(62a, 62b)이 상기 활성화층(60)과 연접하여 수평방향으로 위치하고, 상술한 활성화층(60) 위에 섬모양의 게이트절연막(65)과 게이트전극(70)이 차례로 형태로 적층되어 위치한다.First, the coplanar thin film transistor will be described. As shown in FIG. 2, the coplanar thin film transistor has a substrate 50 and a buffer layer 55 deposited on the front surface of the substrate, and is formed on the buffer layer 55. The activating layer 60 having a shape of island and the ohmic contact layers 62a and 62b doped with ions in both of the activating layer 60 are positioned in a horizontal direction in contact with the activating layer 60. The island-like gate insulating film 65 and the gate electrode 70 are sequentially stacked on the layer 60.

이러한 게이트전극(70)이 형성된 기판 전면에 상술한 활성화층(60)의 양쪽에 상기 활성화층(60)과 연접하여 수평방향으로 위치한 옴익접촉층(62a, 62b)의 일부가 노출된 콘택홀(80a, 80b)을 가지고 있는 보호막(75)이 증착되고, 이러한 보호막(75)의 콘택홀(80a, 80b)을 통하여 상기 옴익접촉층(62a, 62b)과 접촉되는 소스전극(92), 및 드레인 전극(94)이 위치함으로써 코플라나형 박막트랜지스터가 완성한다.Contact holes exposing portions of the ohmic contact layers 62a and 62b which are horizontally connected to both sides of the activation layer 60 on the front surface of the substrate on which the gate electrode 70 is formed, in contact with the activation layer 60. A passivation layer 75 having 80a and 80b is deposited, and a source electrode 92 and a drain contacting the ohmic contact layers 62a and 62b through the contact holes 80a and 80b of the passivation layer 75. The electrode 94 is positioned to complete the coplanar thin film transistor.

이러한 코플라나형 박막트랜지스터를 제조하는 공정 순서대로 설명하면, 먼저 도 3와 같이 600℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 유기기판이나 웨이퍼 혹은 플라스틱 재질로 이루어진 기판(50)을 구비하고, 이러한 기판(50) 전면에 추후 공정에서 발생하게 되는 불순물의 확산을 방지하기 위하여 소정의 두께를 가진 완충층(55: buffer layer)을 형성한다.Referring to the process sequence for manufacturing the coplanar thin film transistor, first, as shown in FIG. 3, a substrate 50 made of an organic substrate, a wafer, or a plastic material capable of withstanding a high temperature of 600 ° C. or higher is provided. A buffer layer 55 having a predetermined thickness is formed on the entire surface in order to prevent diffusion of impurities generated in a later process.

이후 상술한 완충층(55)을 가진 기판의 전면에 300Å∼1000Å 정도의 두께를갖는 비정질실리콘을 플라즈마 기상증착법(plasma chemical vapor deposition)이나 LPCVD(low pressure CVD) 방법을 사용하여 박막의 형태로 증착하고, 이러한 비정질 실리콘 박막(57a)을 레이저 결정화 방법을 사용하여 다결정실리콘으로 변화시킨다.Subsequently, amorphous silicon having a thickness of about 300 mW to 1000 mW is deposited on the entire surface of the substrate having the buffer layer 55 in the form of a thin film using plasma chemical vapor deposition or low pressure CVD. The amorphous silicon thin film 57a is converted into polysilicon using a laser crystallization method.

엑시머 레이저를 이용한 결정화 방법은 도면에 도시된 바와 같이, 비정질 실리콘 박막(57a)이 증착된 기판 전체를 이동시키면서 에너지 빔을 조사하여 비정질 실리콘 박막(57a)을 융용한다.In the crystallization method using an excimer laser, as shown in the drawing, the amorphous silicon thin film 57a is melted by irradiating an energy beam while moving the entire substrate on which the amorphous silicon thin film 57a is deposited.

이때 사용되는 에너지 빔으로 바람직하게는 펄스화 된 자외선(UV beam)인 액시머 레이저(eximer laser)가 사용되며, 이는 비정질 실리콘이 융용되는 온도가 높음에도 불구하고 엑시머 레이저를 사용하면 수십 nsec의 짧은 시간에 열처리되기 때문에 기판에 손상을 주지 않는 장점을 가지고 있기 때문이다.The energy beam used is preferably an excimer laser, which is a pulsed UV beam, which is short in the order of tens of nsec when the excimer laser is used despite the high temperature at which amorphous silicon is fused. This is because it has the advantage of not damaging the substrate because the heat treatment in time.

이러한 엑시머 레이저를 소정의 반복률을 가지고 반복하여 기판에 형성된 상기 비정질실리콘 박막(57a)에 주사(scan)방식으로 조사하는데, 이와 같이 비정질 실리콘박막(57a)에 엑시머 레이저를 주사하면서 기판 전면을 스캐닝하면 비정질실리콘 박막(57a)의 상단부부터 용융된다.The excimer laser is repeatedly irradiated with a predetermined repetition rate to scan the amorphous silicon thin film 57a formed on the substrate by a scan method. When the excimer laser is scanned on the amorphous silicon thin film 57a, the entire surface of the substrate is scanned. The upper surface of the amorphous silicon thin film 57a is melted.

이때 엑시머 레이저의 에너지를 적절하게 조절하여 기판 전면에 증착된 비정질실리콘 박막(57a)이 거의 용융되고, 상기 완충층(55)과 비정질실리콘(57a)의 계면에서만 일부 녹지 않는 부분, 즉 이후 결정화 공정에서 씨드(58: seed)가 될 수 있는 부분이 존재하도록 하게 한다.At this time, by controlling the energy of the excimer laser appropriately, the amorphous silicon thin film 57a deposited on the entire surface of the substrate is almost melted, and only a portion of the buffer layer 55 and the amorphous silicon 57a that are not partially melted, that is, in the subsequent crystallization process Make sure there is a part that can be a seed (58).

이후 상술한 엑시머 레이저의 조사를 중단하면, 용융된 비정질실리콘 박막이 상술한 기판의 완충층(55)과 비정질 실리콘 박막(57a)의 계면에 존재하는 씨드(58)가 결정핵이 되어 고화되면서 도 4와 같이 다결정 실리콘(57b)으로 변화한다.Subsequently, when the irradiation of the excimer laser is stopped, the molten amorphous silicon thin film solidifies as the seed 58 existing at the interface between the buffer layer 55 and the amorphous silicon thin film 57a of the substrate becomes a crystal nucleus and is solidified. The polycrystalline silicon 57b is changed as shown in FIG.

이러한 융용된 비정질 실리콘 박막이 고화되어 다결정 실리콘(57b)으로 변화되는 과정은, 먼저 상기 씨드(58)를 결정핵으로 하여 수직방향으로 결정립이 성장하게 되고, 이러한 수직방향으로의 결정립의 성장이 완료되면 연속적으로 수평방향으로의 성장이 이루어지게 되는데, 이때 서로 이웃하는 결정립간에 충돌이 발생하게 되고, 특히 실리콘은 액상(liquid)이 고상(solid)보다 밀도가 높으므로 결정립계가 표면에 돌출되는 현상이 발생하며, 이러한 표면으로 돌출된 결정립계(59)의 길이는 조사되는 엑시머 레이저의 에너지에 비례하나, 일반적으로 다결정 실리콘 박막(57b)의 두께보다 크게 성장되며, 그 성분은 산화된 실리콘(Si-rich oxide)으로 다결정 실리콘의 입내(inter grain)보다 산소의 함유량이 많은 것이 특징이다.When the molten amorphous silicon thin film is solidified and changed into polycrystalline silicon 57b, first, the grains grow in the vertical direction with the seed 58 as the crystal nucleus, and the growth of the crystal grains in the vertical direction is completed. When the growth is continuously performed in the horizontal direction, collisions occur between neighboring grains. Particularly, since silicon has a higher density than liquid, the grain boundary protrudes from the surface. The length of the grain boundary 59 protruding to the surface is proportional to the energy of the excimer laser to be irradiated, but is generally larger than the thickness of the polycrystalline silicon thin film 57b, and its component is oxidized silicon (Si-rich). oxide), which contains more oxygen than inter grains of polycrystalline silicon.

이어서 상기 다결정 실리콘 박막(57b)을 패터닝하고, 이를 식각하여 도 5와 같이 반도체층을 형성한 후에, 이러한 반도체층 위로 섬모양의 게이트절연막(65)과 게이트전극(70)을 차례로 적층하여 형성한 후, 상기 게이트전극(70)을 마스크로 하여 하부의 노출된 반도체층에 불순물을 도핑하면, 게이트절연막과 접촉하여 하단에 위치하는 활성화층(60)과 상기 활성화층(60)의 양쪽에 상기 활성화층(60)과 연접하여 수평방향으로 형성된 옴익접촉층(62a, 62b)이 형성된다.Subsequently, the polycrystalline silicon thin film 57b is patterned and etched to form a semiconductor layer as shown in FIG. 5, and then the island-like gate insulating film 65 and the gate electrode 70 are sequentially stacked on the semiconductor layer. Afterwards, when the doped impurities are doped in the lower exposed semiconductor layer using the gate electrode 70 as a mask, the activation layer 60 and the activation layer 60 positioned at the bottom in contact with the gate insulating layer are activated. The ohmic contact layers 62a and 62b formed in a horizontal direction in contact with the layer 60 are formed.

이후 이러한 기판 전면에 절연물질을 증착하고 이를 패터닝하여 상기 옴익접촉층(62a, 62b)이 노출된 부분인 콘택홀(80a, 80b)을 갖는 보호막(75)을 형성한다.Subsequently, an insulating material is deposited on the entire surface of the substrate and patterned to form a passivation layer 75 having contact holes 80a and 80b which are exposed portions of the ohmic contact layers 62a and 62b.

이후 도 6과 같이 전술한 과정에서 형성된 각각의 콘택홀(80a, 80b)을 통해서 옴익접촉층(60a, 60b)과 전기적으로 연결되는 소스전극(92)과 드레인전극(94)을구성하여 코플라나형 박막트랜지스터를 완성하게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 6, the source electrode 92 and the drain electrode 94 electrically connected to the ohmic contact layers 60a and 60b through the respective contact holes 80a and 80b formed in the above-described process, are formed. This completes the thin film transistor.

이와 같이 박막트랜지스터를 이루는 구성소자인 활성화층(60) 및 옴익콘택층(62a, 62b)을 구성하기 위해서, 전술한 바 있는 엑시머 레이저를 사용한 결정화 방법을 통하여 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 변화시키는 방법을 사용하여 박막트랜지스터를 제작할 경우, 원내에 도시한 바와 같이 다수개의 결정립으로 구성된 다결정 실리콘인 상기 활성화층(60) 및 옴익접촉층(62a, 62b)의 표면에는 돌출된 결정립계(59)가 형성되고 그 길이는 일반적으로 다결정실리콘 박막의 두께 보다 큰 300Å∼1000Å의 길이로 형성되게 된다.In order to form the active layer 60 and the ohmic contact layers 62a and 62b which constitute the thin film transistors as described above, a method of changing amorphous silicon into polycrystalline silicon through a crystallization method using an excimer laser as described above is provided. When fabricating a thin film transistor using the same, as shown in the circle, protruding grain boundaries 59 are formed on the surfaces of the active layer 60 and the ohmic contact layers 62a and 62b, which are polycrystalline silicon composed of a plurality of crystal grains. The length is generally formed to a length of 300 Å to 1000 Å larger than the thickness of the polysilicon thin film.

이러한 활성화층(60) 및 옴익접촉층(62a, 62b)의 표면에 돌출된 결정립계(59)는 상기 활성화층(60) 및 옴익접촉층(62a, 62b)의 표면을 거칠게 함은 물론, 활성화층(60)에 증착되는 게이트절연층(62)의 파괴하여 게이트전극(70)과의 쇼트를 일으킬수 있고, 또한 옴익콘택층(62a, 62b)과 드레인 전극(94) 및 소스전극(92)과의 접촉불량을 유발하고, 소자 이동도를 감소시키는 등의 문제점을 가지고 있다.The grain boundary 59 protruding on the surfaces of the activation layer 60 and the ohmic contact layers 62a and 62b not only roughens the surfaces of the activation layer 60 and the ohmic contact layers 62a and 62b, but also the activation layer. The gate insulating layer 62 deposited on the 60 may be broken to cause a short with the gate electrode 70, and the ohmic contact layers 62a and 62b, the drain electrode 94, and the source electrode 92 may be formed. This causes problems such as poor contact and decreases device mobility.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 일반적인 박막트랜지스터의 제작공정에서 비정질실리콘을 엑시머 레이저 어닐링을 통해 융용, 고화시켜 다수개의 결정립을 가진 다결정 실리콘을 형성한 후, 이러한 다결정 실리콘의 표면에 돌출된 결정립계를 플라즈마 식각 처리방법을 사용하여 평탄화 함으로써, 실리콘 표면의 소자이동도를 증가시키고 소자에 미치는 열화를 감소하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and in the manufacturing process of a general thin film transistor, amorphous silicon is melted and solidified through excimer laser annealing to form polycrystalline silicon having a plurality of crystal grains, and then By planarizing the grain boundaries protruding from the surface by using a plasma etching process method, the purpose is to increase the device mobility of the silicon surface and to reduce the degradation on the device.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 우수한 특성의 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a liquid crystal display device including a thin film transistor having excellent characteristics.

도 1은 일반적인 액정표시장치의 액정패널의 일부분을 도시한 단면도1 is a cross-sectional view showing a part of a liquid crystal panel of a general liquid crystal display device.

도 2는 일반적인 코플라나형 박막트랜지스터의 단면을 개략적으로 도시한 단면도2 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a typical coplanar thin film transistor

도 3∼도 6은 일반적인 코플라나형 박막트랜지스터의 제조공정을 순서대로 도시한 제조공정도3 to 6 are manufacturing process diagrams sequentially showing a manufacturing process of a common coplanar thin film transistor.

도 7은 본 발명에 따른 코플라나형 박막트랜지스터의 단면을 개략적으로 도시한 단면도7 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a coplanar thin film transistor according to the present invention.

도 8∼도 12는 본 발명에 따른 코플라나형 박막트랜지스터의 제조공정을 순서대로 도시한 제조 공정도8 to 12 are manufacturing process diagrams sequentially showing the manufacturing process of the coplanar thin film transistor according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

150 : 하부기판155 : 완충층150: lower substrate 155: buffer layer

160 : 활성화층 159 : 표면으로 돌출된 결정립계160: active layer 159: grain boundaries protruding to the surface

160a, 160b : 옴익 접촉층 165 : 게이트 절연막160a, 160b: ohmic contact layer 165: gate insulating film

170 : 게이트전극170: gate electrode

상기 목적을 달성하기 위하여 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 위에 게이트전극과 소스전극 및 드레인전극과 활성층 및 옴익접촉층을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 방법에 있어서, 상기 활성화 층은 비정질 실리콘을 증착하는 단계와; 상기 비정질 실리콘에 엑시머 레이저를 조사하여 다수의 결정립으로 구성되는 다결정 실리콘으로 형성하는 단계와; 상기 다결정 실리콘의 표면으로 돌출된 결정립계를 플라즈마 식각 처리방법을 통하여 평탄화 하는 단계를 포함하는 박막트랜지스터 제조방법을 제공한다.Providing a substrate to achieve the object; A method of forming a thin film transistor including a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, an active layer, and an ohmic contact layer on the substrate, the method comprising: depositing amorphous silicon; Irradiating the amorphous silicon with an excimer laser to form polycrystalline silicon composed of a plurality of crystal grains; It provides a thin film transistor manufacturing method comprising the step of planarizing the grain boundary protruding to the surface of the polycrystalline silicon through a plasma etching process.

특히 상기 비정질 실리콘은 탈수소화 과정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.In particular, the amorphous silicon is characterized in that it further comprises a dehydrogenation process.

또한 상기 플라즈마 식각 처리에 사용하는 가스는 CF4와 H2로 구성되는 것을 특징으로 하고,In addition, the gas used in the plasma etching treatment is characterized in that consisting of CF 4 and H 2 ,

상기 플라즈마 식각 처리에 사용되는 가스로 HCl 을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.The gas used in the plasma etching process is characterized in that it further comprises HCl.

또한 상기 플라즈마 식각 처리방법에 사용되는 가스 중 H2가스의 첨가비율은 20%∼30%인 것을 특징으로 한다.In addition, the addition ratio of H 2 gas in the gas used in the plasma etching method is characterized in that 20% to 30%.

이하 본 발명에 따른 실시예와 도면을 통하여 자세히 설명한다.Hereinafter will be described in detail with reference to embodiments and drawings according to the present invention.

본 발명에 따른 한 실시예로 코플라나형 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명한다.As an embodiment according to the present invention, a coplanar thin film transistor is described as an example.

본 발명에 따른 코플라나형 박막트랜지스터는 도 7와 같이 기판(150)과, 이러한 기판의 전면에 완충층(155)이 증착되어 위치하고, 상기 완충층(155) 위로 섬(island)모양을 이루는 활성화층(160)과 상기 활성화층(160)의 양쪽으로 도핑된 옴익접촉층(162a, 162b)이 상기 활성화층(160)과 연접하여 수평방향으로 위치하고, 상술한 활성화층(160) 위에 섬(island) 모양의 게이트절연막(165)과 게이트전극(170)이 차례로 형태로 적층되어 위치한다.In the coplanar thin film transistor according to the present invention, as shown in FIG. 7, the substrate 150 and the buffer layer 155 are disposed on the entire surface of the substrate, and an activation layer having an island shape is formed on the buffer layer 155. The ohmic contact layers 162a and 162b doped with both the 160 and the activating layer 160 are horizontally connected to the activating layer 160 and have an island shape on the above-described activating layer 160. The gate insulating film 165 and the gate electrode 170 are stacked in this order.

이러한 게이트전극(170)이 형성된 기판 전면에 상술한 활성화층(160)의 양쪽에 상기 활성화층(160)과 연접하여 수평방향으로 위치한 옴익접촉층(162a, 162b)의 일부가 노출된 콘택홀(180a, 180b)을 가지고 있는 보호막(175)이 증착되고, 이러한 보호막(175)의 콘택홀(180a, 180b)을 통하여 상기 옴익접촉층(162a, 162b)과 접촉되는 소스전극(192), 및 드레인 전극(194)이 위치함으로써 코플라나형 박막트랜지스터가 완성한다.A contact hole exposing a part of the ohmic contact layers 162a and 162b horizontally connected to both sides of the activation layer 160 on the front surface of the substrate on which the gate electrode 170 is formed. A passivation layer 175 having 180a and 180b is deposited, and a source electrode 192 and a drain contacting the ohmic contact layer 162a and 162b through the contact holes 180a and 180b of the passivation layer 175. When the electrode 194 is positioned, the coplanar thin film transistor is completed.

상술한 본 발명에 따른 코플라나형 박막트랜지스터를, 이를 제조하는 공정 순서대로 도시한 도8∼도12를 참조하여 설명한다.The coplanar thin film transistor according to the present invention described above will be described with reference to Figs.

먼저 본 발명에 따른 코플라나형 박막트랜지스터의 제조공정은 도 8과 같이 600℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 유기기판이나 웨이퍼 혹은 플라스틱 재질로 이루어진 기판(150)을 구비하고, 이러한 기판(150) 전면에 추후 공정에서 발생하게 되는 불순물의 확산을 방지하기 위하여 소정의 두께를 가진 완충층(155: buffer layer)을 형성한다.First, the manufacturing process of the coplanar thin film transistor according to the present invention includes a substrate 150 made of an organic substrate, a wafer, or a plastic material capable of withstanding a high temperature of 600 ° C. or higher, as shown in FIG. 8. A buffer layer 155 having a predetermined thickness is formed to prevent diffusion of impurities generated in a later process.

이후 상술한 완충층(155)을 가진 기판의 전면에 300Å∼1000Å 정도의 두께를 갖는 비정질실리콘을 플라즈마 기상증착법(plasma chemical vapor deposition)이나 LPCVD(low pressure CVD) 방법을 사용하여 박막의 형태로 증착하고, 이러한 비정질 실리콘 박막(157a)을 레이저 결정화 방법을 사용하여 다수개의 결정립을 가진 다결정실리콘으로 변화시키는데, 본 발명에 따른 엑시머 레이저 결정화 방법을 좀더 자세히 설명하면 상기 비정질 실리콘 박막(157a)이 증착된 기판 전체를 이동시키면서 에너지 빔을 조사하여 비정질 실리콘 박막(157a)을 융용한다.Subsequently, amorphous silicon having a thickness of about 300 μs to 1000 μs is deposited on the entire surface of the substrate having the above-described buffer layer 155 in the form of a thin film by using plasma chemical vapor deposition or low pressure CVD. In addition, the amorphous silicon thin film 157a is transformed into polycrystalline silicon having a plurality of crystal grains by using a laser crystallization method. The excimer laser crystallization method according to the present invention will be described in more detail with a substrate on which the amorphous silicon thin film 157a is deposited. The amorphous silicon thin film 157a is melted by irradiating an energy beam while moving the whole.

이때 사용되는 에너지 빔으로 바람직하게는 펄스화 된 자외선(UV beam)인 액시머 레이저(eximer laser)가 사용되며, 이는 비정질 실리콘이 융용되는 온도가 높음에도 불구하고 엑시머 레이저를 사용하면 수십 nsec의 짧은 시간에 열처리되기 때문에 기판에 손상을 주지 않는 장점을 가지고 있기 때문이다.The energy beam used is preferably an excimer laser, which is a pulsed UV beam, which is short in the order of tens of nsec when the excimer laser is used despite the high temperature at which amorphous silicon is fused. This is because it has the advantage of not damaging the substrate because the heat treatment in time.

이러한 엑시머 레이저를 소정의 반복률을 가지고 반복하여 기판에 형성된 상기 비정질실리콘 박막(157a)에 주사(scan)방식으로 조사하는데, 이와 같이 비정질 실리콘박막(157a)에 엑시머 레이저를 주사하면서 기판 전면을 스캐닝하면 비정질실리콘 박막(157a)의 상단부부터 용융된다.The excimer laser is repeatedly irradiated with a predetermined repetition rate to scan the amorphous silicon thin film 157a formed on the substrate by scanning. When the excimer laser is scanned on the amorphous silicon thin film 157a, the entire surface of the substrate is scanned. It melts from the upper end of the amorphous silicon thin film 157a.

이때 엑시머 레이저의 에너지를 적절하게 조절하여 기판 전면에 증착된 비정질실리콘 박막(157a)이 거의 용융되고, 상기 완충층(155)과 비정질실리콘(157a)의 계면에서만 일부 녹지 않는 부분, 즉 이후 결정화 공정에서 씨드(158: seed)가 될 수 있는 부분이 존재하도록 하게 한다.At this time, by controlling the energy of the excimer laser appropriately, the amorphous silicon thin film 157a deposited on the entire surface of the substrate is almost melted and partially melted only at the interface between the buffer layer 155 and the amorphous silicon 157a, that is, in a later crystallization process. Make sure there is a part that can be a seed (158).

이후 상술한 엑시머 레이저의 조사를 중단하면, 도 9와 같이 용융된 비정질실리콘 박막(157a)이 상술한 기판의 완충층(155)과 비정질 실리콘 박막(157a)의 계면에 존재하는 씨드(158)가 결정핵이 되어 고화되면서 다수의 결정립으로 구성되고 표면에는 돌출된 결정립계(159)를 가진 다결정 실리콘(157b)으로 변화한다.Subsequently, when the irradiation of the excimer laser is stopped, as shown in FIG. 9, the molten amorphous silicon thin film 157a is determined at the interface between the buffer layer 155 of the substrate and the amorphous silicon thin film 157a as described above. As the nucleus is solidified, the polycrystalline silicon 157b is composed of a plurality of grains and has a grain boundary 159 protruding from the surface thereof.

이후 본 발명은 특히 상술한 다결정 실리콘 박막(157b)의 표면에 돌출된 결정립계(159)를 제어하기 위한 플라즈마 식각 처리하는 공정을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.Since the present invention is characterized in that it further comprises a plasma etching process for controlling the grain boundary 159 protruding on the surface of the polycrystalline silicon thin film 157b in particular.

즉, 도 9에 도시한 바와 같이 상술한 다결정실리콘 박막(157b)의 표면에 돌출된 결정립계(159)는 다결정 실리콘 박막(157b)을 이루는 결정립보다 O2가 더 많은 산화된 실리콘(Si-rich oxide; SiOx) 성분으로 이루어져 있으므로 다결정 실리콘(157b)의 결정립보다 표면에 돌출된 결정립계(159)를 더 빨리 식각 할 수 있는 가스인 CF4/H2(또는 CF4/H2/HCl) 등을 사용하여 이를 식각하고, 이와 같이 플라즈마 식각 처리 방법을 행하게 되면 CF4는 Si와 반응하여 휘발성 물질인 SiF4를 생성하고, H2는 O2와 반응하므로 산화된 실리콘(SiOx)으로 이루어진 표면에 돌출된 결정립계(159)를 선택적으로 식각 할 수 있어 다결정 실리콘 박막(157b)의 표면의 거칠기를 제어 할 수 있게 된다.That is, as shown in FIG. 9, the grain boundary 159 protruding from the surface of the polysilicon thin film 157b described above has more O 2 than Si-rich oxide than grains forming the polycrystalline silicon thin film 157b. ; SiO 4) component, CF 4 / H 2 (or CF 4 / H 2 / HCl), which is a gas capable of etching the grain boundary 159 protruding on the surface faster than the grains of the polycrystalline silicon (157b) is used. In this way, when the plasma etching process is performed, CF 4 reacts with Si to generate volatile SiF 4 , and H 2 reacts with O 2 , thus protruding from the surface of oxidized silicon (SiOx). The grain boundary 159 may be selectively etched to control the roughness of the surface of the polycrystalline silicon thin film 157b.

이때 본 발병에 따른 플라즈마 식각 처리에 있어서 사용되는 가스에 첨가되는 HCl은 반응속도를 더욱 빠르게 하는 역할을 한다.At this time, HCl added to the gas used in the plasma etching process according to the present invention serves to further increase the reaction rate.

또한 본 발명에 따른 플라즈마 식각처리에 사용되는 가스인 CF4/H2(또는 CF4/H2/HCl)에서 H2의 첨가비는 전체의 약 20%∼30% 로 하면 다결정 실리콘의 표면에 돌출된 결정립계를 식각하여 거칠기를 제어하는데 있어서, 가장 바람직한 본 발명의 실시예가 될 수 있다.In addition, the addition ratio of H 2 in CF 4 / H 2 (or CF 4 / H 2 / HCl), which is a gas used in the plasma etching process according to the present invention, is about 20% to 30% of the total surface of the polycrystalline silicon. In controlling the roughness by etching the protruding grain boundary, it may be the most preferred embodiment of the present invention.

이러한 H2의 첨가비를 20% 이하로 하여 플라즈마 식각 처리를 하게 되면 다결정실리콘 박막을 구성한느 결정립과 이러한 다결정실리콘 박막의 표면에 형성된 결정립계가 모두 식각되므로 표면에 돌출된 결정립계만의 선택적인 식각이 불가능하게 되고, 30%이상으로 첨가하면 표면에 돌출된 결정립계를 제어하기 위한 플라즈마 식각 처리의 시간이 길어지므로, 플라즈마 기체에 노출되는 시간이 길어지고 이는 소자의 특성도를 해치게 된다.When the plasma etching process is performed with the addition ratio of H 2 below 20%, both the grains constituting the polysilicon thin film and the grain boundaries formed on the surface of the polysilicon thin film are etched. Since it becomes impossible, and adding more than 30%, the time of the plasma etching process for controlling the grain boundary protruding on the surface is long, the time to be exposed to the plasma gas is long, which impairs the characteristics of the device.

이어서 도 11과 같이 상기 다결정 실리콘 박막(157b)을 패터닝하고, 이를 식각하여 반도체층을 형성한 후에, 이러한 반도체층 위로 섬모양의 게이트절연막(165)과 게이트전극(170)을 차례로 적층하여 형성하고, 상기 게이트전극(170)을 마스크로 하여 하부의 노출된 반도체층에 불순물을 도핑하여 게이트절연막(165)과 접촉하여 하단에 위치하는 활성화층(160)과 상기 활성화층(160)의 양쪽에 상기 활성화층(160)과 연접하여 수평방향으로 형성된 옴익접촉층(162a, 162b)를형성하고, 이러한 기판 전면에 절연물질을 증착하고 이를 패터닝하여 상기 옴익접촉층(162a, 162b)이 노출된 부분인 콘택홀(180a, 180b)을 갖는 보호막(175)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 11, the polycrystalline silicon thin film 157b is patterned and etched to form a semiconductor layer. Then, the island-like gate insulating film 165 and the gate electrode 170 are sequentially stacked on the semiconductor layer. By using the gate electrode 170 as a mask, the doped impurities are doped in the lower exposed semiconductor layer to be in contact with the gate insulating layer 165 and disposed at both ends of the activation layer 160 and the activation layer 160. The ohmic contact layers 162a and 162b formed in a horizontal direction in contact with the activation layer 160 are formed, and an insulating material is deposited and patterned on the entire surface of the substrate to expose the ohmic contact layers 162a and 162b. The passivation layer 175 having the contact holes 180a and 180b is formed.

이후 도 12과 같이 전술한 과정에서 형성된 각각의 콘택홀(180a, 180b)을 통해서 옴익접촉층(160a, 160b)과 전기적으로 연결되는 소스전극(192)과 드레인전극(194)을 구성하여 본 발명에 따른 코플라나형 박막트랜지스터를 완성하게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 12, a source electrode 192 and a drain electrode 194 are electrically connected to the ohmic contact layers 160a and 160b through the respective contact holes 180a and 180b formed in the above-described process. The coplanar thin film transistor according to the present invention is completed.

이와 같이 박막트랜지스터를 이루는 구성소자인 활성화층(160) 및 옴익콘택층(162a, 162b)을, 전술한 바 있는 엑시머 레이저를 사용한 결정화 방법을 통하여 비정질 실리콘을 다수개의 결정립으로 구성된 다결정 실리콘으로 변화시키는 방법을 사용하고 그 표면에 돌출된 결정립계를 본 발명에 따른 플라즈마 식각 처리공정을 거쳐 박막트랜지스터를 제작할 경우, 원내에 도시한 바와 같이 상기 활성화층(160) 및 옴익접촉층(162a, 162b)의 표면에 형성된 돌출된 결정립계(159)의 길이를 300Å이하로 제어하여 평탄화 할 수 있다.As such, the active layer 160 and the ohmic contact layers 162a and 162b, which constitute the thin film transistor, are changed into polycrystalline silicon composed of a plurality of crystal grains through a crystallization method using an excimer laser as described above. When a thin film transistor is fabricated using the method and the grain boundary protruding from the surface thereof is subjected to the plasma etching process according to the present invention, the surface of the active layer 160 and the ohmic contact layer 162a, 162b as shown in the circle. The length of the protruding grain boundary 159 formed in the control panel 300 Å or less can be flattened.

엑시머 레이저 결정화 방법을 통하여 형성되는 다결정실리콘을 활성화층 및 옴익적촉층으로 사용하는 박막트랜지스터에 있어서, 상기 활성화층 및 옴익접촉층의 표면에 돌출되는 결정립계를 본 발명에 따른 플라즈마 식각 처리하는 방법을 사용하여 평탄화하면, 일반적인 박막트랜지스터에 있어서 발생 할 수 있는 절연층의파괴로 인한 소자의 쇼트현상이나 전자이동도의 감소를 효과적으로 제어 할 수 있어 보다 신뢰성 있는 박막트랜지스터를 제공 할 수 있다.In a thin film transistor using polycrystalline silicon formed through an excimer laser crystallization method as an active layer and an ohmic contact layer, a method of plasma etching according to the present invention is used to crystal grain boundaries protruding from the surface of the active layer and the ohmic contact layer. By planarization, it is possible to effectively control the short circuit of the device due to the breakdown of the insulating layer which can occur in the general thin film transistor and the reduction of electron mobility, thereby providing a more reliable thin film transistor.

본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.While specific embodiments of the invention have been described and illustrated, it will be apparent that the invention may be embodied in various modifications by those skilled in the art.

이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위안에 속한다 해야 할 것이다.Such modified embodiments should not be understood individually from the technical idea or the viewpoint of the present invention, and such modified embodiments should fall within the scope of the appended claims of the present invention.

Claims (5)

기판을 구비하는 단계와;Providing a substrate; 상기 기판 위에 게이트전극과 소스전극 및 드레인전극과 활성층 및 옴익접촉층을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하는 방법에 있어서, 상기 활성화 층은In the method of forming a thin film transistor including a gate electrode, a source electrode and a drain electrode, an active layer and an ohmic contact layer on the substrate, the activation layer is 비정질 실리콘을 증착하는 단계와;Depositing amorphous silicon; 상기 비정질 실리콘에 엑시머 레이저를 조사하여 다수의 결정립으로 구성되는 다결정 실리콘으로 형성하는 단계와;Irradiating the amorphous silicon with an excimer laser to form polycrystalline silicon composed of a plurality of crystal grains; 상기 다결정 실리콘의 표면으로 돌출된 결정립계를 플라즈마 식각 처리방법을 통하여 평탄화 하는 단계Planarizing the grain boundaries protruding from the surface of the polycrystalline silicon through a plasma etching process 를 포함하는 박막트랜지스터 제조방법.Thin film transistor manufacturing method comprising a. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 비정질 실리콘은 탈수소화 과정을 더욱 포함하는 박막트랜지스터의 제조방법The amorphous silicon is a method of manufacturing a thin film transistor further comprising a dehydrogenation process 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 플라즈마 식각 처리에 사용하는 가스는 CF4와 H2로 구성되는 박막트랜지스터의 제조방법Gas used in the plasma etching process is a manufacturing method of a thin film transistor consisting of CF 4 and H 2 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 플라즈마 식각 처리에 사용되는 가스로 HCl 을 더욱 포함하는 박막트랜지스터 제조방법Method for manufacturing a thin film transistor further comprising HCl as a gas used in the plasma etching process 청구항 3 또는 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 플라즈마 식각 처리방법에 사용되는 가스 중 H2가스의 첨가비율은 20%∼30%인 박막트랜지스터 제조방법A method of manufacturing a thin film transistor in which the addition ratio of H 2 gas in the gas used in the plasma etching treatment method is 20% to 30%.
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