KR20040032631A - 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 박막트랜지스터의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저빔의 방향성을 조절하여 레이저빔이 닿지 않던 부분에도 레이저빔을 전사시킴으로써 핫-케리어 효과에 의한 소자의 특성 저하를 방지하도록 한 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로서, 레이저 어닐링 장비는 레이저빔을 발생시키고 공급하는 레이저 발생장치와, 상기 레이저 발생장치에서 발생된 레이저빔을 받아 그 에너지 크기를 조절하고 레이저빔 프로파일을 가공하는 광학장치와, 상기 광학장치로부터 가공된 레이저빔의 방향을 조절하여 출력하는 조절장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 핫-케리어 효과(hot-carrier effect)를 방지하여 소자의 특성을 향상시키도록 한 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 유리 등의 절연 기판상에 TFT를 가지는 반도체 장치로서는, 그러한 TFT를 화소의 구동에 사용하는 액티브 매트릭스형 액정표시장치, 이미지 센서 등이 알려져 있다.
이들 장치에 사용되는 TFT는 박막형상의 실리콘 반도체를 이용하는 것이 일반적이다. 박막형상의 실리콘 반도체로서는, 비정질 실리콘 반도체(a-Si)로 된 것과 결정성을 가지는 실리콘 반도체로 된 것의 2가지로 대별된다.
상기 비정질 실리콘 반도체는, 제작온도가 낮고 기상법으로 비교적 용이하게 제작하는 것이 가능하여 양산성이 좋기 때문에, 가장 일반적으로 이용되고 있지만, 도전율 등의 물성이 결정성을 가지는 실리콘 반도체에 비하여 열등하기 때문에, 고속 특성을 얻기 위해서는, 결정성을 가지는 실리콘 반도체로 된 TFT의 제작방법의 확립이 강하게 요구되고 있다.
그런데, 결정성을 가지는 실리콘 반도체로서는, 다결정 실리콘, 미결정(微結晶) 실리콘, 결정성분을 포함하는 비정질 실리콘, 결정성과 비정질성의 중간 상태를 가지는 세미아모르퍼스 실리콘 등이 알려져 있다.
결정성을 가지는 박막형상의 실리콘 반도체를 얻기 위한 방법으로서는, 하기의 방법들이 알려져 있다.
(1) 성막시에 결정성을 가지는 막을 직접 성막하는 것.
(2) 비정질 반도체막을 성막하고, 레이저빔 에너지에 의해 결정화시키는 것.
(3) 비정질 반도체막을 성막하고, 열에너지를 가하는 것에 의해 결정화시키는 것.
그러나, (1)의 방법은 양호한 반도체 물성을 가지는 막을 기판의 전체 표면상에 균일하게 성막하는 것이 기술상 어렵고, 또한, 성막온도가 600℃ 이상으로 높기 때문에, 저렴한 유리기판이 사용될 수 없다고 하는 비용상의 문제가 있었다.
또한, (2)의 방법은, 현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 엑시머 레이저를 예로 들면, 레이저빔의 조사면적이 작기 때문에 그의 처리량(스루풋)이 낮다고 하는 문제가 있고, 또한, 대면적 기판의 전체 표면을 균일하게 처리하기에는 레이저의 안정성이 충분하지 않아서, 차세대 기술이라는 감이 강하다.
(3)의 방법은, (1) 및 (2)의 방법과 비교했을 때 대면적에 대응할 수 있는 이점은 있지만, 역시 가열온도를 600℃ 이상의 고온으로 하는 것이 필요하여, 저렴한 유리기판을 사용하는 것을 고려하면, 가열온도를 낮출 필요가 있다.
특히, 현재의 액정표시장치의 경우에는, 대화면화가 진척되고 있어, 유리기판도 대형의 것을 사용할 필요가 있다. 이와 같이 대형의 유리기판을 사용하는 경우에는, 반도체 제작에 필수 불가결한 가열공정에서 기판의 수축 및 뒤틀림이 발생하여, 마스크 위치맞춤 등의 정밀도를 떨어뜨리는 큰 문제점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래의 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 박막트랜지스터의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 레이저 어닐링 장비를 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 레이저빔(laser beam)을 발생시키고 공급하는 레이저 발생장치(10)와, 상기 레이저 발생장치(10)에서 발생된 레이저빔을 받아 그 에너지 크기를 조절하고 빔 프로파일(profile)을 가공하는 광학장치(11)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 광학장치(11)는 레이저 발생장치(10)로부터 공급된 레이저빔의 에너지 세기를 일정 비율로 감쇄시키어 레이저빔이 소정 크기의 세기를 가질 수 있도록 레이저빔의 에너지를 조절하는 어테뉴에이터(attenuator)(12)와, 상기 어테뉴에이터(12)로부터 에너지가 조절된 레이저빔을 받아 소정의 작업에 유리하도록 레이저빔의 프로파일을 가공하는 호모제나이저(homogenizer)(13)로 이루어져 있다.
도 2a 내지 도 2e는 종래의 박막트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 유리 기판(21)상에 실리콘 산화물을 재료로 하는 버퍼층(22)을 형성하고, 상기 버퍼층(22)상에 플라즈마 CVD법에 의해 비정질 실리콘막을 증착한 후, 상기 비정질 실리콘막을 수소환원분위기에서 550℃로 4시간 어닐하여 결정화하여 다결정 실리콘막(23)을 형성한다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 다결정 실리콘막(23)을 선택적으로 제거하여 액티브층(23a)을 형성한다.
도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 액티브층(23a)을 포함한 유리 기판(21)의 전면에 스퍼터링법에 의해 게이트 절연막(24)을 형성한다.
이어, 상기 게이트 절연막(24)상에 스퍼터링 또는 CVD법으로 금속막을 증착한다. 이때 상기 금속막은 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 도전성 금속으로 형성한다.
그리고, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 금속막을 선택적으로 제거하여 게이트 전극(25)을 형성한다.
도 2d에 도시한 바와 같이, 이온 도핑법에 의해 상기 게이트 전극(25)을 마스크로 하여 불순물 이온(인 및 붕소)을 액티브층(23a)에 주입하여 소오스/드레인 불순물 영역(26)을 형성한다.
도 2e에 도시한 바와 같이, 도 1의 레이저 어닐링 장비로부터 레이저빔 조사하는 것에 의해 어닐을 행하여, 이온 주입된 소오스/드레인 불순물 영역(26)을 활성화한다.
그러나 상기와 같은 레이저 활성화를 실시하면 레이저빔의 고유 특성인 반사로 인하여 게이트(gate) 등의 접합(junction) 부분은 효과적으로 레이저빔이 조사되지 못할 뿐만 아니라 간섭 현상으로 인하여 레이저빔의 균일도가 현저하게 떨어져서 활성화화가 효과적으로 이루어지기 어렵다.
이로 인하여 그 지역은 이온 도핑 후의 데미지가 그대로 방치되어 잔류 전류가 상승되며, 드레인(drain)내의 충격 전리(impact ionization)로 인한 핫-케리어 효과(hot-carrier effect) 등을 유발하게 되어 소자의 특성을 현저하게 저하시킨다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 레이저빔의 방향성을 조절하여 레이저빔이 닿지 않던 부분에도 레이저빔을 전사시킴으로써 핫-케리어 효과에 의한 소자의 특성 저하를 방지하도록 한 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 박막트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 레이저 어닐링 장비를 나타낸 개략적인 구성도
도 2a 내지 도 2e는 종래의 박막트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제 1, 제 2, 제 3 실시예에 의한 레이저 어닐링 장비를 나타낸 개략적인 구성도
도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 의한 박막트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정단면도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 레이저 발생장치 200 : 광학장치
300 : 조절장치
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장비는 레이저빔을 발생시키고 공급하는 레이저 발생장치와, 상기 레이저 발생장치에서 발생된 레이저빔을 받아 그 에너지 크기를 조절하고 레이저빔 프로파일을 가공하는 광학장치와, 상기 광학장치로부터 가공된 레이저빔의 방향을 조절하여 출력하는 조절장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 조절장치는 볼록 렌즈로 구성되어 있다.
또한, 상기 조절장치는 상기 광학장치로부터 가공된 레이저빔을 받아 복수개의 방향으로 분리하는 레이저빔 분리기와, 상기 레이저빔 분리기로부터 분리된 복수개의 레이저빔을 받아 반사시키는 복수개의 반사기로 이루어져 있다.
또한, 상기 조절장치는 상기 광학장치로부터 가공된 레이저빔을 받아 레이저빔을 분리 및 경로를 조절하는 제 1 빔 필터와, 상기 제 1 빔 필터로부터 경로가 조절된 레이저빔을 받아 일정한 방향으로 반사시키는 제 1, 제 2 반사기와, 상기 제 1 빔 필터를 통과한 레이저빔을 분리 및 경로를 조절하는 제 2 빔 필터와, 상기 제 2 빔 필터로부터 경로가 조절된 레이저빔을 받아 일정한 방향으로 반사시키는 제 3, 제 4 반사기를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 박막트랜지스터의 제조방법은 절연 기판상에 버퍼층을 형성하는 단계, 상기 버퍼층상에 다결정 실리콘층을 형성하는 단계, 상기 다결정 실리콘층을 패터닝하여 액티브층을 형성하는 단계, 상기 액티브층을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계, 상기 게이트 절연막상에 게이트 전극을 형성하는 단계, 상기 게이트 전극 양측의 액티브층에 불순물 이온을 주입하여 소오스/드레인 불순물 영역을 형성하는 단계, 상기 소오스/드레인 불순물 영역이 형성된 절연 기판의 전면에 청구항 1의 레이저 어닐링 장비를 사용하여 활성화하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.
여기서, 상기 게이트 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 도전성 금속으로 형성한다.
또한, 상기 게이트 절연막은 산화 실리콘 혹은 질화 실리콘을 증착하여 형성한다.
또한, 상기 다결정 실리콘층은 버퍼층상에 비정질 실리콘층을 형성한 후 가열 또는 레이저 어닐링을 통해 결정화시키어 형성한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 박막트랜지스터의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제 1, 제 2, 제 3 실시예에 의한 레이저 어닐링 장비를 나타낸 개략적인 구성도이다.
본 발명에 의한 레이저 어닐링 장비는 레이저빔(laser beam)을 발생시키고 공급하는 레이저 발생장치(100)와, 상기 레이저 발생장치(100)에서 공급된 레이저빔을 받아 그 에너지 크기를 조절하고 레이저빔 프로파일(profile)을 가공하는 광학장치(200)와, 상기 광학장치(200)로부터 가공된 레이저빔의 경로를 조절하여 출력하는 조절장치(300)를 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 상기 광학장치(200)는 레이저 발생장치(100)로부터 공급된 레이저빔의 에너지 세기를 일정 비율로 감쇄시키어 레이저가 소정 크기의 세기를 가질 수 있도록 레이저의 에너지를 조절하는 어테뉴에이터(attenuator)(201)와, 상기 어테뉴에이터(201)로부터 에너지가 조절된 레이저빔을 받아 소정의 작업에 유리하도록 레이저빔의 프로파일을 가공하는 호모제나이저(homogenizer)(202)로 이루어져 있다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예에 의한 레이저 어닐링 장비는 조절장치(300)로써 도 3에 도시한 바와 같이, 광학장치(200)로부터 가공된 레이저빔을 받아 경로를 조절하는 볼록렌즈(301)를 사용하고 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 의한 레이저 어닐링 장비는 조절장치(300)로써 도 4에 도시한 바와 같이, 광학장치(200)로부터 가공된 레이저빔을 받아 복수개의 경로로 분리하는 빔 분리기(302) 및 상기 빔 분리기(302)로부터 분리된 레이저빔을 일정한 방향으로 반사시키는 제 1, 제 2 반사기(303,304)를 포함하여 구성되어 있다.
또한, 본 발명의 제 3 실시예에 의한 레이저 어닐링 장비는 조절장치(300)로써 도 5에 도시한 바와 같이, 광학장치(200)로부터 가공된 레이저빔을 받아 분사 및 경로를 조절하는 제 1 빔 필터(305)와, 상기 제 1 빔 필터(305)로부터 경로가 조절된 레이저빔을 받아 일정한 방향으로 반사시키는 제 1, 제 2 반사기(306,307)와, 상기 제 1 빔 필터(305)를 통과한 레이저빔을 분리 및 경로를 조절하는 제 2 빔 필터(308)와, 상기 제 2 빔 필터(308)로부터 경로가 조절된 레이저빔을 받아 일정한 방향으로 반사시키는 제 3, 제 4 반사기(309,310)를 포함하여 구성되어 있다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 의한 박막트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 유리 기판(31)상에 실리콘 산화물을 재료로 하는 버퍼층(32)을 형성하고, 상기 버퍼층(32)상에 플라즈마 CVD법에 의해 비정질 실리콘막을 증착한 후, 상기 비정질 실리콘막을 수소환원분위기에서 550℃로 4시간 어닐 또는 레이저를 조사하여 결정화하여 다결정 실리콘막(33)을 형성한다.
여기서, 상기 버퍼층(32)은 절연 기판(31)의 불순물들이 이후에 형성되는 비정질 실리콘층으로 확산하는 것을 방지한다.
한편, 상기 버퍼층(32)으로 사용되는 실리콘 산화막은 300 ~ 500℃의 고온에서 산소(O2)나 수증기를 접촉시켜 형성한다.
또한, 상기 비정질 실리콘막은 상기 버퍼층(32)상에 실란 가스를 사용하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD(Low Pressure CVD), 스퍼터(sputter) 등의 방법을 이용하여 300 ~ 400℃에서 비정질 실리콘(Amorphous Silicon)을 증착한다.
도 6b 도시한 바와 같이, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 다결정 실리콘막(33)을 선택적으로 제거하여 액티브층(33a)을 형성한다.
도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 액티브층(33a)을 포함한 유리 기판(31)의 전면에 스퍼터링법에 의해 게이트 절연막(34)을 형성한다.
여기서, 상기 게이트 절연막(34)은 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 둥에의하여 산화 실리콘 혹은 질화 실리콘을 증착하여 형성한다.
이어, 상기 게이트 절연막(34)상에 스퍼터링 또는 CVD법으로 금속막을 증착한다. 이때 상기 금속막은 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 도전성 금속으로 형성한다.
그리고, 포토 및 식각 공정을 통해 상기 금속막을 선택적으로 제거하여 게이트 전극(35)을 형성한다.
도 6d에 도시한 바와 같이, 이온 도핑법에 의해 상기 게이트 전극(35)을 마스크로 하여 불순물 이온(인 및 붕소)을 액티브층(33a)에 주입하여 소오스/드레인 불순물 영역(36)을 형성한다.
도 6e 내지 도 6g에 도시한 바와 같이, 도 3 내지 도 5의 레이저 어닐링 장비를 이용하여 조절장치(300)로부터 발생된 레이저빔의 경로를 조절하여 조사함으로써 이온 주입된 소오스/드레인 불순물 영역(36)을 활성화한다.
즉, 본 발명은 레이저 발생장치로부터 발생된 레이저빔의 경로를 조절장치(볼록렌즈, 분리기, 반사기, 램 필터 등)로 조절하여 게이트 전극(35)의 에지 뿐만 아니라 게이트 전극(35) 하부에도 레이저빔을 조사함으로써 핫-케리어 효과를 줄일 수 있다.
여기서, 상기 레이저빔으로서는, KrF 엑시머 레이저(파장: 248㎚, 펄스폭: 20nsec)를 사용한다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환,변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장비 및 이를 이용한 박막트랜지스터의 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 불순물 이온을 도핑한 후 레이저빔으로 활성활 때 레이저빔의 방향성을 선택적으로 조절하여 게이트 주변과 안쪽까지 레이저빔이 조사되게 함으로써 핫-케리어 효과를 줄여 소자의 특성을 향상시킬 수 있다.
Claims (8)
- 레이저빔을 발생시키고 공급하는 레이저 발생장치와,상기 레이저 발생장치에서 발생된 레이저빔을 받아 그 에너지 크기를 조절하고 레이저빔 프로파일을 가공하는 광학장치와,상기 광학장치로부터 가공된 레이저빔의 방향을 조절하여 출력하는 조절장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장비.
- 제 1 항에 있어서, 상기 조절장치는 볼록 렌즈로 구성됨을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장비.
- 제 1 항에 있어서, 상기 조절장치는상기 광학장치로부터 가공된 레이저빔을 받아 복수개의 방향으로 분리하는 레이저빔 분리기와, 상기 레이저빔 분리기로부터 분리된 복수개의 레이저빔을 받아 반사시키는 복수개의 반사기로 이루어짐을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장비.
- 제 1 항에 있어서, 상기 조절장치는상기 광학장치로부터 가공된 레이저빔을 받아 레이저빔을 분리 및 경로를 조절하는 제 1 빔 필터와,상기 제 1 빔 필터로부터 경로가 조절된 레이저빔을 받아 일정한 방향으로반사시키는 제 1, 제 2 반사기와,상기 제 1 빔 필터를 통과한 레이저빔을 분리 및 경로를 조절하는 제 2 빔 필터와,상기 제 2 빔 필터로부터 경로가 조절된 레이저빔을 받아 일정한 방향으로 반사시키는 제 3, 제 4 반사기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장비.
- 절연 기판상에 버퍼층을 형성하는 단계;상기 버퍼층상에 다결정 실리콘층을 형성하는 단계;상기 다결정 실리콘층을 패터닝하여 액티브층을 형성하는 단계;상기 액티브층을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계;상기 게이트 절연막상에 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 게이트 전극 양측의 액티브층에 불순물 이온을 주입하여 소오스/드레인 불순물 영역을 형성하는 단계;상기 소오스/드레인 불순물 영역이 형성된 절연 기판의 전면에 청구항 1의 레이저 어닐링 장비를 사용하여 활성화하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 게이트 전극은 알루미늄(Al), 알루미늄합금(AlNd), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 도전성 금속으로 형성하는 것을 특징으로하는 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 게이트 절연막은 산화 실리콘 혹은 질화 실리콘을 증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 다결정 실리콘층은 버퍼층상에 비정질 실리콘층을 형성한 후 가열 또는 레이저 어닐링을 통해 결정화시키어 형성하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
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2002
- 2002-10-10 KR KR1020020061841A patent/KR20040032631A/ko not_active Application Discontinuation
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