KR20020057241A - Method for manufacturing poly silicon thin film transistor lcd - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시소자 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비정질 실리콘을 열적외선 히터를 사용하여 결정질 실리콘으로 형성하는 폴리 실리콘 박막 트랜지스터 액정표시소자 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a liquid crystal display device, and more particularly, to a method for manufacturing a polysilicon thin film transistor liquid crystal display device in which amorphous silicon is formed of crystalline silicon using a thermal infrared heater.
일반적으로, 폴리 실리콘을 채널층으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시소자는 비정질 실리콘 채널층에 비하여 캐리어의 이동도가 수십에서 수백배 많아, 소형화가 가능하고,빠른 구동 능력을 가진다.In general, a thin film transistor liquid crystal display device having a polysilicon as a channel layer has a carrier mobility of several tens to several hundred times as compared to an amorphous silicon channel layer, which enables miniaturization and fast driving capability.
또한, 최근 액정표시소자의 추세인 콤팩트화 구현이 용이하고, 구동 드라이버 IC와 박막 트랜지스터를 동시에 형성할 수 있는 장점이 있다.In addition, it is easy to implement compactization, which is a trend of the liquid crystal display device, and has the advantage of simultaneously forming a driving driver IC and a thin film transistor.
상기에서 설명한 폴리 실리콘 박막 트랜지스터 액정표시소자가 일반적인 액정표시소자와 다른것은 비정질 실리콘을 결정화 시킨다음 채널층으로 사용하는 점이다. 이와 같이 비정질 실리콘을 결정질 실리콘으로 형성하는 방법은 크게 두가지가 있다.The above-mentioned polysilicon thin film transistor liquid crystal display device differs from the general liquid crystal display device in that amorphous silicon is crystallized and then used as a channel layer. As such, there are two methods of forming amorphous silicon into crystalline silicon.
첫번째 방법은 고온에 누출된 비정질 실리콘을 결정 성장시키는 방법인데, 결정질 및 균일도가 일정치 않고, 고온에 의한 유리 기판의 문제가 나타난다.The first method is a method of crystal growth of amorphous silicon leaked at a high temperature, the crystallinity and uniformity is not constant, the problem of the glass substrate due to the high temperature appears.
두번째 방법은 레이저 또는 액시머 레이저를 사용하여 결정질 실리콘을 형성하는 것인데, 이에 의하여 제조되는 공정은 도면을 참조하여 설명한다.The second method is to form crystalline silicon using a laser or aximmer laser, and the process thus produced will be described with reference to the drawings.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 폴리 박막 트랜지스터 액정표시소자의 제조 공정을 도시한 단면도이다. 도 1a에서 도시한 바와 같이, 버퍼층(1)이 형성된 절연 기판 상(100)에 비정질 실리콘막(5a)을 도포하고, 레이저 램프(10)에서 레이저 빔을 조사한다. 그러면, 도 1b와 같이 비정질 실리콘막(5a)이 레이저 빔의 열에 의하여 결정질 실리콘막(5b)으로 형성된다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a liquid crystal display device according to the prior art. As shown in FIG. 1A, an amorphous silicon film 5a is coated on the insulating substrate 100 on which the buffer layer 1 is formed, and the laser beam 10 is irradiated with the laser beam. Then, as shown in FIG. 1B, the amorphous silicon film 5a is formed of the crystalline silicon film 5b by the heat of the laser beam.
또한, 도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 결정질 실리콘막 상(5b)에 게이트 절연막과 게이트 금속을 증착하고, 패터닝하여 게이트 전극(9)을 형성한다. 도 1d에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전극(9)이 형성된 기판 상에 N+, P+이온을 갖는 도핑막을 도포하여 오믹 콘택층(6)을 형성하고, 상기 오믹 콘택층(6) 상에 소오스/드레인 전극(11, 12)을 형성하여 폴리 박막 트랜지스터를 형성한다. 도면에는 도시하였지만, 설명하지 않은 참조 부호 7은 게이트 절연막을 나타낸다.In addition, as shown in Fig. 1C, a gate insulating film and a gate metal are deposited on the crystalline silicon film 5b and patterned to form a gate electrode 9. As shown in FIG. 1D, an ohmic contact layer 6 is formed by applying a doping film having N + and P + ions onto a substrate on which the gate electrode 9 is formed, and on the ohmic contact layer 6. The source / drain electrodes 11 and 12 are formed to form a poly thin film transistor. Although not shown, reference numeral 7, which is not illustrated, denotes a gate insulating film.
상기와 같이, 레이저 혹은 엑시머 레이저를 이용하는 방법은, 비정질 실리콘 막의 두께 정도로, 국부적인 에너지 밀도를 갖는 레이저 빔을 주사시킴으로써 결정화 실리콘막을 형성하고, 비교적 결정화도가 좋다.As described above, in the method using a laser or excimer laser, a crystallized silicon film is formed by scanning a laser beam having a local energy density to the thickness of the amorphous silicon film, and the crystallinity is relatively good.
그러나, 레이저 빔은 일정한 주파수와 동일한 파장을 갖는 성질을 가지고, 있어(5<mm) 대형 기판을 결정화 시키는데 많은 시간이 소요된다.However, the laser beam has the property of having the same wavelength and constant frequency (5 < mm), which takes a long time to crystallize a large substrate.
또한, 레이저 빔의 균일도에 민감한 빔 프로파일(profile)및 빔가장자리(Edge)형성의 한계, 그 빔의 균일도를 유지시켜 주기 위한 호모니저(Homonizer) 등의 광학적 장비의 크기, 가격 등이 매우 비싸다는 단점이 있다.In addition, the beam profile and beam edge sensitive to the uniformity of the laser beam, the size and cost of optical equipment such as a homonizer to maintain the uniformity of the beam is very expensive. Has its drawbacks.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 비정질 실리콘을 결정화할 때, 레이저를 사용하는 것이 아니라, 열 적외선 히터와 결정화 촉매 이온을 사용하여, 보다 균일하고, 넓은 범위를 결정화 시킬 수 있는 폴리 실리콘 박막 트랜지스터 액정표시소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention devised to solve the above problems is to crystallize amorphous silicon, not to use a laser, but to crystallize a more uniform and wider range using a thermal infrared heater and crystallization catalyst ions. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a polysilicon thin film transistor liquid crystal display device.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 폴리실리콘 박막 트랜지스터 액정표시소자의 제조 공정을 도시한 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a polysilicon thin film transistor liquid crystal display device according to the prior art.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 폴리실리콘 박막 트랜지스터 액정표시소자의 제조 공정을 도시한 단면도.2A to 2C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a polysilicon thin film transistor liquid crystal display device according to the present invention;
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에서 사용되는 응집 렌즈들에서 방출되는 열적외선 에너지를 설명하기 위한 도면.3A to 3B are views for explaining thermal infrared energy emitted from the aggregation lenses used in the present invention.
도 4a는 본 발명에 따른 결정질 실리콘막 형성 공정을 설명하기 위한 사시도.4A is a perspective view for explaining a crystalline silicon film forming process according to the present invention;
도 4b는 상기 도 4a에 대응하는 단면도.4B is a cross-sectional view corresponding to FIG. 4A.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 결정질 실리콘막 형성 공정을 설명하기 위한 사시도.5 is a perspective view for explaining a crystalline silicon film forming process according to another embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1: 버퍼층 5a: 비정질 실리콘막1: buffer layer 5a: amorphous silicon film
5b: 결정질 실리콘막 21: 열적외선 히터(heater)5b: crystalline silicon film 21: thermal infrared heater
22: 촉매 이온건(gun) 25: 촉매 이온22: catalytic ion gun 25: catalytic ion
27: 응집 렌즈 27a: 슬릿형 응집 렌즈27: aggregation lens 27a: slit-type aggregation lens
27b: 곡률형 응집 렌즈27b: curvature cohesive lens
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 버퍼층과 비정질 실리콘 막이 차례로 형성된 절연 기판을 제공하는 단계; 응집 렌즈와 촉매 이온 건(Ion Gun)을 구비한 SiC로 이루어진 열적외선 히터를 사용하여 상기 비정질 실리콘막을 일정한 방향으로 스캔하면서, 촉매 이온을 주입하여, 상기 비정질 실리콘막을 결정화시키는 단계; 상기 결정화된 실리콘막 상에 게이트 절연막을 갖는 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 양측의 상기 결정화된 실리콘막 부분 상에 오믹 콘택층을 형성하는 단계; 상기 오믹 콘택층 상에 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises the steps of providing an insulating substrate formed with a buffer layer and an amorphous silicon film in turn; Crystallizing the amorphous silicon film by injecting catalyst ions while scanning the amorphous silicon film in a predetermined direction using a thermal infrared heater made of SiC having an agglomerated lens and a catalyst ion gun; Forming a gate electrode having a gate insulating film on the crystallized silicon film; Forming an ohmic contact layer on the crystallized silicon film portions on both sides of the gate electrode; And forming a source / drain electrode on the ohmic contact layer.
또한, 본 발명은 상기 열적외선 히터에서 방출되는 열에너지 온도는 200~1000℃이고, 상기 촉매 이온은 Au, Ag, Al, Sb, In,및 Ni으로 이루어진 그룹으로 부터 선택되는 어느 하나이며, 상기 촉매 이온의 주입 방향은 스캔 방향과 평행 또는 수직하고, 상기 응집 렌즈는 위치별 응집률이 다른 곡률형 응집 렌즈를 사용하고, 상기 응집 렌즈는 서로 다른 응집률을 갖는 렌즈를 슬릿 모양으로 배치한 슬릿형 응집 렌즈를 사용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is the thermal energy temperature emitted from the thermal infrared heater is 200 ~ 1000 ℃, the catalyst ion is any one selected from the group consisting of Au, Ag, Al, Sb, In, and Ni, the catalyst The direction of implantation of ions is parallel or perpendicular to the scan direction, and the agglomerated lens uses a curvature-type agglomerated lens having a different agglomeration rate by position, and the agglomerated lens is a slit type in which lenses having a different agglomeration rate are arranged in a slit shape. It is characterized by using an aggregation lens.
본 발명에 의하면, 열적외선은 고온이나, 기판에 영향을 줄만큼, 시간이 짧지 않은, 레이저와 같은 국부적인 히팅이 가능하고, 열적외선은 응집 렌즈를 통해 기판에 전달되는데, 응집 렌즈의 위치별 곡률이 다르게 형성되어서, 비정질 실리콘막을 결정화 시킬때 막상에 존재하는 수소까지 제거할 수 있다.According to the present invention, the thermal infrared rays can be locally heated such as laser, which is high in temperature but not short enough to affect the substrate, and the thermal infrared rays are transmitted to the substrate through the agglomeration lens, and the position of the agglomeration lens is different. Since the curvature is formed differently, hydrogen present on the film can be removed when the amorphous silicon film is crystallized.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따라 폴리 박막 트랜지스터 액정표시소자의 제조 공정을 도시한 단면도이다.2A through 2C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a poly thin film transistor liquid crystal display device according to the present invention.
도 2a에 도시한 바와 같이, 비정질 실리콘막(5a) 상부에 촉매 이온건(22)을 구비한 열적외선 히터(21)를 배치하고, 상기 비정질 실리콘막(5a) 상부를 일정한 방향으로 열적외선을 조사하면서, 스캔한다. 동시에 상기 촉매 이온건(22)에서는 Au, Ag, Al, Sb, In, 및 Ni으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 촉매 이온(25)을 스캔될 영역상에 미리 슈팅(shooting)한다.As shown in FIG. 2A, a thermal infrared heater 21 having a catalyst ion gun 22 is disposed on the amorphous silicon film 5a, and thermal infrared rays are applied to the upper part of the amorphous silicon film 5a in a predetermined direction. Scan while investigating. At the same time, the catalyst ion gun 22 previously shoots the catalyst ion 25, which is any one selected from the group consisting of Au, Ag, Al, Sb, In, and Ni, on the region to be scanned.
또한, 상기 열적외선이 조사되는 입구에는 적외선의 응집 비율이 다른 곡률 응집 렌즈(27b) 또는 슬릿형 응집 렌즈(27a)를 배치하여 사용한다.In addition, a curvature aggregation lens 27b or a slit-type aggregation lens 27a having a different aggregation ratio of infrared rays is disposed and used at the inlet to which the thermal infrared rays are irradiated.
이렇게 열적외선 히터(21)가 열적외선을 조사하면서, 스캔하면, 상기 비정질 실리콘막(5a)은 열에 의하여 상기 비정질 실리콘막(5a) 상에 존재하는 수소를 제거하면서, 결정화 시킨다. 이때 주입된 상기 촉매 이온(25)은 상기 비정질 실리콘막이 일정한 방향을 갖도록 결정화 시키는 역할을 한다. 도면에서는 도시하였지만, 설명하지 않은 참조 부호는 5b 결정질 실리콘막, 그리고, 27 응집 렌즈를 나타낸다.When the infrared infrared heater 21 scans while irradiating thermal infrared rays, the amorphous silicon film 5a is crystallized while removing hydrogen present on the amorphous silicon film 5a by heat. In this case, the implanted catalyst ions 25 function to crystallize the amorphous silicon film to have a predetermined direction. Although not shown in the drawings, reference numerals not described refer to 5b crystalline silicon films and 27 agglomerated lenses.
이상에서와 같이, 결정질 실리콘막이 형성되면, 도 2b 내지 도 2c에 도시한 바와 같이 종래의 폴리 박막트랜지스터 공정을 따른다. 결정화된 실리콘막(5b)을 패터닝한다음, 게이트 절연막과 게이트 금속막을 증착하고, 식각하여 게이트 전극(9)및 게이트 절연막(7)을 형성한다. 상기 게이트 전극(9)이 형성된 기판 상에 도핑막을 증착한다음, 상기 결정질 실리콘막(5b) 상에 오믹 콘택층(6)을 형성한다. 그런다음, 상기 오믹 콘택층(6)상에 소오스/드레인 전극(11, 12)을 형성하여 폴리 실리콘 박막 트랜지스터를 형성한다.As described above, when the crystalline silicon film is formed, a conventional poly thin film transistor process is performed as shown in FIGS. 2B to 2C. After the crystallized silicon film 5b is patterned, the gate insulating film and the gate metal film are deposited and etched to form the gate electrode 9 and the gate insulating film 7. After the doping film is deposited on the substrate on which the gate electrode 9 is formed, an ohmic contact layer 6 is formed on the crystalline silicon film 5b. Then, the source / drain electrodes 11 and 12 are formed on the ohmic contact layer 6 to form a polysilicon thin film transistor.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명에서 사용되는 렌즈들에서 방출되는 열적외선 에너지를 설명하기 위한 도면이다.3A to 3B are views for explaining thermal infrared energy emitted from the lenses used in the present invention.
도시한 바와 같이, 도 3a는 슬릿형 응집 렌즈(27a)를 나타내는 것으로서, 한쪽의 슬릿은 열적외선을 응집시키는 양이 작고, 다른 한쪽의 슬릿은 열적외선을 응집시키는 양이 많아 진다. 따라서, 그래프에서와 같이 렌즈의 중심에서 오른쪽으로 갈수록 열적외선의 에너지는 높고, 왼쪽으로 갈수록 열적외선의 에너지가 낮게 나타난다.As shown, FIG. 3A shows a slit-shaped aggregation lens 27a, in which one slit has a small amount of thermal infrared ray agglomeration and the other slit has a large amount of agglomeration thermal infrared ray. Therefore, as shown in the graph, the energy of the thermal infrared rays is higher toward the right side from the center of the lens, and the energy of the thermal infrared rays is lower toward the left side.
또한, 도시한 도 3b는 곡률 응집 렌즈(27b)로서, 하나의 렌즈 상에 서로 다른 곡률을 형성하여, 곡률에 따라 열적외선의 응집량을 달리한 것이다. 슬릿형과 다른점은 분리되지 않은 하나의 렌즈상에 열적외선이 조사되고, 또한, 하나의 렌즈에서 서로 다른 응집양을 갖는 열적외선이 방출된다는 점이다. 그래프에서와 같이 에너지의 차이가 하나의 직선을 그리며 나타난다.3B illustrates a curvature-aggregating lens 27b in which different curvatures are formed on one lens, and the aggregation amount of thermal infrared rays is varied according to the curvature. The difference from the slit type is that thermal infrared rays are irradiated on one lens which is not separated, and thermal infrared rays having different amounts of aggregation are emitted from one lens. As shown in the graph, the difference in energy appears as a straight line.
도 4a는 본 발명에 따라 결정질 실리콘막을 형성하기 위한 공정을 도시한 사시도로서, 비정질 실리콘막(5a)이 형성된 기판 상부를 수직으로 가로지르는 봉 모양의 열적외선 히터(21)를 일정한 방향으로 스캔한다. 스캔될자리의 앞에는 스캔방향과 수직으로 촉매 이온(25)들이 주입되어 있다. 또한, 열적외선 히터(21)에 부착된 응집 렌즈는 200~1000℃ 범위의 열에너지를 방출하므로, 상기 비정질 실리콘막(5a) 상에 존재하는 수소를 제거하면서 결정질 실리콘막(5b)을 형성할 수 있다.FIG. 4A is a perspective view illustrating a process for forming a crystalline silicon film according to the present invention, in which a rod-shaped thermal infrared heater 21 that vertically crosses an upper portion of a substrate on which an amorphous silicon film 5a is formed is scanned in a predetermined direction. . In front of the position to be scanned, catalyst ions 25 are implanted perpendicularly to the scanning direction. In addition, the aggregation lens attached to the thermal infrared heater 21 emits thermal energy in the range of 200 to 1000 ° C., thereby forming the crystalline silicon film 5b while removing hydrogen present on the amorphous silicon film 5a. have.
도 4b는 상기 도 4a의 단면도로서, 도시한 바와 같이, 열적외선 히터(21)가 기판의 일정 방향으로 스캔해 나갈때, 미리 주입된 촉매 이온(25)을 거치게 된다, 상기 촉매 이온(25)은 비정질 실리콘막(5a)이 열적외선 빔에 의하여, 결정화가 될때 일정한 방향성을 갖는 결정질 실리콘막(5b)이 형성되도록 도와주는 역할을 한다. 그런다음, 게이트 전극과 소오스/드레인 전극을 형성할때, 결정질 실리콘막(5b)과의 접촉을 용이하게 하기 위하여 상기 결정질 실리콘막(5b) 상에 Ti, Ni, Cu등을 실리콘이나 실리사이드(Silicide)를 형성한다.FIG. 4B is a cross-sectional view of FIG. 4A, and as shown, when the thermal infrared heater 21 scans in a predetermined direction of the substrate, the catalyst ions 25 are pre-injected. When the amorphous silicon film 5a is crystallized by the thermal infrared beam, it helps to form the crystalline silicon film 5b having a certain orientation. Then, when forming a gate electrode and a source / drain electrode, Ti, Ni, Cu, or the like is deposited on the crystalline silicon film 5b to facilitate contact with the crystalline silicon film 5b. ).
도 5는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 사시도로서, 상기에서 설명한 결정화 방법과 동일하지만, 촉매 이온(25)을 열적외선 히터(21)가 스캔하는 방향과 같은 방향으로 수평하게 주입하는 방법이다.FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of the present invention, which is the same as the crystallization method described above, but in which the catalyst ions 25 are horizontally injected in the same direction as the scanning direction of the thermal infrared heater 21. .
이상에서와 같이 열적외선 히터와 촉매 이온을 사용하면, 보다 넓은 면적과일정한 방향을 갖는 결정질 실리콘막을 형성할 수 있게 된다.As described above, when the thermal infrared heater and the catalyst ions are used, a crystalline silicon film having a larger area and a predetermined direction can be formed.
이상에서와 같이, 본 발명은 레이저 빔과 같이 순간적인 조사 방식이 아닌, 기판 상부에서 일정한 방향으로 열적외선을 조사하면서 스캔하는 방식으로, 대형 기판을 결정화시킬 때 유용한 잇점이 있다.As described above, the present invention is advantageous in that crystallization of a large substrate is performed by scanning while irradiating thermal infrared rays in a predetermined direction from the upper part of the substrate, rather than an instantaneous irradiation method such as a laser beam.
또한, 비정질 실리콘막에 촉매 이온을 주입시켜 보다 일정한 방향성을 갖는 결정질 실리콘막을 형성할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect that a crystalline silicon film having a more uniform orientation can be formed by implanting catalyst ions into the amorphous silicon film.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the following claims.
Claims (6)
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