KR20040051075A - Methode Of Forming Polycrystalline Silicon - Google Patents
Methode Of Forming Polycrystalline Silicon Download PDFInfo
- Publication number
- KR20040051075A KR20040051075A KR1020020078912A KR20020078912A KR20040051075A KR 20040051075 A KR20040051075 A KR 20040051075A KR 1020020078912 A KR1020020078912 A KR 1020020078912A KR 20020078912 A KR20020078912 A KR 20020078912A KR 20040051075 A KR20040051075 A KR 20040051075A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- forming
- polycrystalline silicon
- amorphous silicon
- catalyst metal
- Prior art date
Links
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 52
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 110
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 19
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 8
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910008045 Si-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006411 Si—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02656—Special treatments
- H01L21/02664—Aftertreatments
- H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
- H01L21/02672—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using crystallisation enhancing elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02587—Structure
- H01L21/0259—Microstructure
- H01L21/02595—Microstructure polycrystalline
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66477—Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
- H01L29/66742—Thin film unipolar transistors
- H01L29/6675—Amorphous silicon or polysilicon transistors
- H01L29/66757—Lateral single gate single channel transistors with non-inverted structure, i.e. the channel layer is formed before the gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78651—Silicon transistors
- H01L29/7866—Non-monocrystalline silicon transistors
- H01L29/78672—Polycrystalline or microcrystalline silicon transistor
- H01L29/78675—Polycrystalline or microcrystalline silicon transistor with normal-type structure, e.g. with top gate
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터의 활성층으로 사용되는 다결정 실리콘 막의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a method of forming a polycrystalline silicon film used as an active layer of a thin film transistor for a liquid crystal display device.
현재의 평판 디스플레이(FPD : Flat Panel Display) 분야에서는 능동 행렬 액정 표시 소자(AMLCD : Active Matrix Liquid Crystal Display)가 주류를 이루고 있다. 능동 행렬 액정 표시 소자에서는 하나의 박막 트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor)가 한 화소의 액정에 걸리는 전압을 조절하여 화소의 투과도를 변화시키는 스위칭 소자로 사용된다.In the current flat panel display (FPD) field, an active matrix liquid crystal display (AMLCD) is the mainstream. In an active matrix liquid crystal display device, a thin film transistor (TFT) is used as a switching device to change the transmittance of a pixel by adjusting a voltage applied to a liquid crystal of one pixel.
이러한 박막 트랜지스터는 주로 수소화된 비정질 실리콘(amorphous silicon:H ; 이하 비정질 실리콘이라 약칭함)을 이용하여 형성되는데, 이를 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(amorphous silicon TFT)라고 한다. 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 대면적으로 제작이 용이하여 생산성이 높고, 350℃ 이하의 낮은 기판온도에서 증착이 가능하여 저가의 절연기판을 사용할 수 있는 장점이 있다.Such thin film transistors are mainly formed using hydrogenated amorphous silicon (hereinafter, abbreviated as amorphous silicon), which is called an amorphous silicon thin film transistor (amorphous silicon TFT). Amorphous silicon thin film transistor is easy to manufacture a large area, high productivity, and can be deposited at a low substrate temperature of 350 ℃ or less has the advantage of using a low-cost insulating substrate.
그러나, 비정질 실리콘은 원자 배열이 무질서하기 때문에 약한 결합(weak Si-Si bond) 및 댕글링 본드(dangling bond)가 존재하여 빛의 조사나 전기장 인가시 준안정상태로 변화되어 박막트랜지스터로 활용시 안정성이 문제로 대두되고 있다. 특히 비정질 실리콘은 빛의 조사에 의해 특성이 저하되는 문제점이 있고, 전기적 특성(전계 효과 이동도 : 0.1~1.0㎠/V·s)과 신뢰성이 열악하여 구동회로에 쓰기 어렵다.However, because amorphous silicon has disordered atomic arrangements, weak Si-Si bonds and dangling bonds exist, and thus they become metastable when irradiated with light or applied with electric fields. This problem is emerging. In particular, amorphous silicon has a problem in that its properties are deteriorated by irradiation of light, and its electrical characteristics (field effect mobility: 0.1-1.0 cm 2 / V · s) and reliability are poor, making it difficult to use in driving circuits.
따라서, 비정질 실리콘 박막트랜지스터는 화소의 스위칭 소자로만 사용하고 구동 회로는 TCP(Tape Carrier Package) 구동 IC(Integrated Circuit)를 이용하여 절연기판과 PCB(Printed Circuit Board)를 연결하는 방식으로 실장 된다. 이에 따라, 구동 IC 및 실장 비용이 원가에 많은 부분을 차지한다.Therefore, the amorphous silicon thin film transistor is used only as a switching element of the pixel and the driving circuit is mounted by connecting an insulating substrate and a printed circuit board (PCB) by using an integrated circuit (Tape Carrier Package) driving IC (TCP). As a result, the driving IC and the mounting cost take a large part of the cost.
더욱이, 액정표시장치용 액정패널의 해상도가 높아지면, 박막트랜지스터 기판의 게이트 배선 및 데이터 배선을 상기 TCP와 연결하는 기판 외부의 패드 피치(Pitch)가 짧아져 TCP 본딩 자체가 어려워진다.In addition, when the resolution of the liquid crystal panel for a liquid crystal display device is increased, the pad pitch outside the substrate connecting the gate wiring and the data wiring of the thin film transistor substrate with the TCP becomes short, and the TCP bonding itself becomes difficult.
그러나, 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)은 비정질 실리콘에 비하여 전계 효과 이동도가 매우 크기 때문에 기판 위에 구동 회로를 만들 수 있어, 구동 IC 비용도 줄일 수 있고 실장도 간단해진다.However, since polycrystalline silicon has much higher field effect mobility than amorphous silicon, a driving circuit can be made on a substrate, thereby reducing driving IC cost and simplifying mounting.
또한, 다결정 실리콘은 비정질 실리콘보다 전계효과 이동도가 높아 고해상도 패널의 스위칭 소자로 유리하고, 비정질 실리콘에 비하여 광전류가 적어 빛이 많이 쬐이는 디스플레이(display)에도 적용할 수 있다.In addition, polycrystalline silicon has a higher field effect mobility than amorphous silicon, and is advantageous as a switching device of a high resolution panel. The polycrystalline silicon may be applied to a display in which a lot of light is emitted due to less light current than amorphous silicon.
이러한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(polycrystalline silicon TFT)의 구조에 대하여 도면을 참조하여 간단히 설명한다.The structure of such a polycrystalline silicon TFT is briefly described with reference to the drawings.
도 1은 종래의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 구조를 도시한 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional polycrystalline silicon thin film transistor.
도 1 에 도시한 바와 같이, 기판(10) 상부에 완충층(buffer layer : 20)이형성되어 있고, 완충층(20) 상부에 다결정 실리콘으로 이루어진 활성층(active layer : 30)이 형성되어 있다. 활성층(30)은 후속 공정에 의하여 소스 및 드레인 영역(30a, 30b)과 채널 영역(30c)으로 구분된다. 활성층(30) 상부에는 게이트 절연막(40)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(40) 상부에 활성층(30)에 대응되는 게이트(50)가 형성되어 있다. 게이트(50) 상부에는 소스 및 드레인 콘텍홀(62a, 62b)을 포함하는 층간 절연막(interlayer insulator : 60)이 형성되어 있고, 층간 절연막(60) 상부에는 소스 및 드레인 콘텍홀(62a, 62b)을 통하여 소스 및 드레인 영역(30a, 30b)에 각각 연결되는 소스 및 드레인 전극(70a, 70b)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, a buffer layer 20 is formed on the substrate 10, and an active layer 30 made of polycrystalline silicon is formed on the buffer layer 20. The active layer 30 is divided into the source and drain regions 30a and 30b and the channel region 30c by a subsequent process. A gate insulating layer 40 is formed on the active layer 30, and a gate 50 corresponding to the active layer 30 is formed on the gate insulating layer 40. An interlayer insulator 60 including source and drain contact holes 62a and 62b is formed on the gate 50, and the source and drain contact holes 62a and 62b are formed on the interlayer insulating film 60. Source and drain electrodes 70a and 70b are formed to be connected to the source and drain regions 30a and 30b, respectively.
이러한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에서 다결성 실리콘으로 이루어진 활성층을 형성하는 단계가 매우 중요한데, 일반적으로 다결정 실리콘 박막을 형성하기 위해서는 플라즈마 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition : PECVD)법이나 저압 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition : LPCVD)법으로 순수 비정질 실리콘(intrinsic amorphous silicon)을 증착한 후, 이를 다시 결정화하는 방법을 사용한다.It is very important to form an active layer made of polysilicon in such a polycrystalline silicon thin film transistor. Generally, in order to form a polycrystalline silicon thin film, a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method or a low pressure vapor deposition method is used. Vapor Deposition: LPCVD method is used to deposit pure amorphous silicon (intrinsic amorphous silicon), and then crystallize it again.
이러한 결정화 방법은 다음과 같이 크게 세 가지로 분류될 수 있다.These crystallization methods can be classified into three categories as follows.
첫째, 고상 결정화(solid phase crystallization : SPC) 방법은 비정질 실리콘을 고온에서 장시간 열처리하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법이다.First, the solid phase crystallization (SPC) method is a method of forming polycrystalline silicon by heat-treating amorphous silicon for a long time at a high temperature.
둘째, 금속 유도 결정화(metal induced crystallization : MIC) 방법은 비정질 실리콘 상에 금속을 증착하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로, 대면적의 유리기판을 사용할 수 있다.Second, metal induced crystallization (MIC) method is a method of forming a polycrystalline silicon by depositing a metal on amorphous silicon, a large-area glass substrate can be used.
셋째, 레이저 열처리(laser annealing) 방법은 비정질 실리콘 박막에 레이저를 가해서 다결정 실리콘을 형성하는 방법이다.Third, the laser annealing method is a method of forming polycrystalline silicon by applying a laser to an amorphous silicon thin film.
첫 번째 방법인 고상 결정화 방법은 600℃ 이상의 고온을 견딜 수 있는 석영(quartz) 기판에 불순물의 확산을 방지하기 위해 소정의 두께로 완충층(buffer layer)을 형성하고, 상기 완충층 상에 비정질 실리콘을 증착한 후, 퍼니스(furnace)에서 고온 장시간 열처리하여 다결정 실리콘을 얻는 방법으로, 전술한 바와 같이 상기 고상 결정화는 고온에서 장시간 수행되므로 원하는 다결정 실리콘 상(phase)을 얻을 수 없으며, 그레인 성장 방향성이 불규칙하여 박막 트랜지스터로의 응용시 다결정 실리콘과 접속될 게이트 절연막이 불규칙하게 성장되어 소자의 항복전압(breakdown voltage)이 낮아지는 문제점이 있고, 다결정 실리콘의 입경(grain)의 크기가 심하게 불균일하여 소자의 전기적 특성을 저하시킬 뿐만 아니라, 고가의 석영 기판을 사용해야 하는 문제점이 있다.The first method, the solid phase crystallization method, forms a buffer layer with a predetermined thickness to prevent diffusion of impurities on a quartz substrate that can withstand high temperatures of 600 ° C. or higher, and deposits amorphous silicon on the buffer layer. After that, a method of obtaining polycrystalline silicon by heat treatment at a high temperature for a long time in a furnace, as described above, the solid phase crystallization is performed for a long time at a high temperature, so that a desired polycrystalline silicon phase cannot be obtained, and grain growth direction is irregular. When applied to the thin film transistor, the gate insulating film to be connected to the polycrystalline silicon grows irregularly, and thus the breakdown voltage of the device is lowered. The grain size of the polycrystalline silicon is severely uneven so that the electrical characteristics of the device are poor. In addition to lowering the cost, there is a problem of using an expensive quartz substrate.
두 번째 방법인 금속 유도 결정화 방법은 저가의 대면적 유리기판을 사용하여 다결정 실리콘을 형성할 수 있으나, 상기 다결정실리콘 내부의 네트워크(network) 속에 금속의 잔류물이 존재할 가능성이 많기 때문에 막질의 신뢰성을 보장할 수 없다.The second method, metal-induced crystallization, can form polycrystalline silicon using a low-cost, large-area glass substrate. However, since metal residues are more likely to be present in a network inside the polycrystalline silicon, film quality reliability is improved. Cannot be guaranteed.
세 번째 방법인 레이저 열처리 방법은 현재 가장 널리 연구되고 있는 다결정 실리콘 형성 방법으로, 비정질 실리콘이 증착된 기판에 순간적(수십 내지 수백 nano second)으로 레이저 에너지를 공급하여 상기 비정질 실리콘을 용융 상태로 만든 후 냉각에 의해 다결정 실리콘을 형성하는 방법이다.The third method, the laser heat treatment method, is the most widely studied method of forming polycrystalline silicon, and supplies the laser energy instantaneously (tens of hundreds to hundreds of nanoseconds) to a substrate on which amorphous silicon is deposited to make the amorphous silicon melted. It is a method of forming polycrystalline silicon by cooling.
그러나, 상기 레이저 열처리 결정화방법에 의해 결정화되는 다결정 실리콘은 균일도(uniformity)가 떨어지는 문제가 있기 때문에, 대면적의 기판에 적용하기 위해서는 아직까지 기술적인 여지가 남아있다.However, since polycrystalline silicon crystallized by the laser heat treatment crystallization method has a problem of inferiority in uniformity, technical space remains to be applied to a large-area substrate.
따라서, MIC 방법을 새로이 응용한 방법이 제안되었는데, 직류의 고전압을 금속 처리된 박막에 인가함으로서, 결정화 시간 및 결정화에 필요한 온도를 낮출 수 있는 전계 인가 금속 유도 결정화(Field Enhanced MIC : 이하, FE-MIC라 칭함) 방법이 그것이다.Therefore, a new application of the MIC method has been proposed. Field-enhanced metal-induced crystallization (Field Enhanced MIC: FE-), which can lower the crystallization time and the temperature required for crystallization by applying a direct current high voltage to the metal-treated thin film, has been proposed. MIC) method.
이러한 전계 인가 금속 유도 결정화 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.This field applied metal induction crystallization method will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 2c는 종래의 전계 인가 금속 유도 결정화 방법을 도시한 개략적인 단면도이다.2A to 2C are schematic cross-sectional views illustrating a conventional field application metal induced crystallization method.
도 2a에 도시한 바와 같이, 기판(110) 상부에 비정질 실리콘층(120)을 형성한다. 비정질 실리콘층(120)은 PECVD 장치나 LPCVD 장치를 이용하여 형성된다.As shown in FIG. 2A, an amorphous silicon layer 120 is formed on the substrate 110. The amorphous silicon layer 120 is formed using a PECVD apparatus or an LPCVD apparatus.
도 2b에 도시한 바와 같이, 비정질 실리콘층(120) 상부에 촉매 금속층(130)을 형성한다. 촉매 금속층(130)은 후속 열처리 및 전계 인가에 의한 결정화 단계에서 촉매 역할을 한다.As shown in FIG. 2B, the catalyst metal layer 130 is formed on the amorphous silicon layer 120. The catalytic metal layer 130 serves as a catalyst in the crystallization step by subsequent heat treatment and electric field application.
도 2c에 도시한 바와 같이, 촉매 금속층(130) 상부의 양단에 전극(140a, 140b)을 형성하고 이 전극(140a, 140b)을 통하여 촉매 금속층(130)과 비정질 실리콘층(도 2b의 120)에 전압을 인가한다. 동시에 가열 장치(미도시)에 의하여 비정질 실리콘층(도 2b의 120)을 포함하는 기판(110)을 가열함으로써 비정질 실리콘층(도2b의 120)은 결정화되어 다결정 실리콘층(120a)이 된다. 일반적으로 가열 장치로는 퍼니스(furnace)가 사용된다.As shown in FIG. 2C, electrodes 140a and 140b are formed at both ends of the catalyst metal layer 130, and the catalyst metal layer 130 and the amorphous silicon layer 120 (120 in FIG. 2B) are formed through the electrodes 140a and 140b. Apply voltage to At the same time, by heating the substrate 110 including the amorphous silicon layer (120 in FIG. 2B) by a heating device (not shown), the amorphous silicon layer (120 in FIG. 2B) is crystallized to become the polycrystalline silicon layer 120a. In general, a furnace is used as a heating device.
이러한 비정질 실리콘의 결정화에서는 촉매 금속층의 금속 원자가 비정질 실리콘의 결정화 핵의 역할을 하고 인가된 전압에 의한 전기장이 이러한 금속 원자의 역할을 촉진시킴으로써 결정화 속도가 증가되고 결정화 온도가 낮아지게 된다.In such crystallization of amorphous silicon, the metal atoms of the catalytic metal layer serve as crystallization nuclei of amorphous silicon, and the electric field by the applied voltage promotes the role of these metal atoms, thereby increasing the crystallization rate and lowering the crystallization temperature.
그러나, 이와 같은 종래의 전계 인가 금속 유도 결정화 방법은 비정질 실리콘층 형성 단계와 촉매 금속층 형성 단계 외에 비정질 실리콘층을 포함하는 기판을 가열하는 별도의 단계를 거치므로 공정 시간이 증가하여 생산성이 떨어지고 제조 원가가 증가하는 문제가 있다. 또한, 결정화 후에 촉매 금속층이 남아 있을 경우 게이트 절연막과 활성층 사이의 계면 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.However, such a conventional field application metal induced crystallization method has a separate step of heating the substrate including the amorphous silicon layer in addition to the amorphous silicon layer forming step and the catalyst metal layer forming step, thereby increasing the processing time and reducing productivity and manufacturing cost There is a problem that increases. In addition, when the catalyst metal layer remains after crystallization, a problem may occur that the interface property between the gate insulating film and the active layer is degraded.
상술한 문제점을 개선하기 위하여, 본 발명에서는 기판 상부에 촉매 금속층을 형성하고, 그 상부에 비정질 실리콘을 형성하면서 동시에 결정화를 진행함으로써, 공정 시간이 단축되어 제조 비용이 감소되고 게이트 절연막과의 계면 특성을 향상시키는 다결정 실리콘의 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to improve the above-mentioned problems, in the present invention, by forming a catalyst metal layer on the substrate, and forming amorphous silicon on the substrate and simultaneously crystallization, the process time is shortened to reduce the manufacturing cost and interface characteristics with the gate insulating film It is an object of the present invention to provide a method for forming polycrystalline silicon which improves the amount of silicon.
도 1은 종래의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 구조를 도시한 개략적인 단면도.1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional polycrystalline silicon thin film transistor.
도 2a 내지 2c는 종래의 전계 인가 금속 유도 결정화 방법을 도시한 개략적인 단면도.2a to 2c are schematic cross-sectional views illustrating a conventional field applied metal induced crystallization method.
도 3a 내지 3b는 본 발명에 따른 비정질 실리콘의 결정화 방법을 도시한 개략적인 단면도.3A-3B are schematic cross-sectional views illustrating a method of crystallizing amorphous silicon according to the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
10, 110, 210 : 기판 20 : 완충층10, 110, 210: substrate 20: buffer layer
30 : 활성층 40 : 게이트 절연막30: active layer 40: gate insulating film
50 : 게이트 전극 60 : 층간 절연막50 gate electrode 60 interlayer insulating film
62a : 소스 전극 62b : 드레인 전극62a: source electrode 62b: drain electrode
120, 220 : 비정질 실리콘층 120a, 220a : 다결정 실리콘층120, 220: amorphous silicon layer 120a, 220a: polycrystalline silicon layer
130, 230 : 촉매 금속층130, 230: catalyst metal layer
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 상부에 촉매 금속층을 형성하는 단계와; 상기 촉매 금속층 상부에 비정질 실리콘층을 증착하면서 동시에 결정화하는 단계를 포함하는 다결정 실리콘의 형성 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a catalyst metal layer on the substrate; It provides a method of forming polycrystalline silicon comprising the step of simultaneously crystallizing an amorphous silicon layer on the catalyst metal layer.
상기 비정질 실리콘층을 증착하면서 동시에 결정화하는 단계는 550℃에서 600℃ 사이의 온도에서 플라즈마 기상 증착(PECVD) 장치 또는 상압 기상 증착(LPCVD) 장치를 이용하여 이루어지며 상기 비정질 실리콘층의 두께는 300Å에서 800Å 사이이다.The step of depositing and simultaneously crystallizing the amorphous silicon layer is performed using a plasma vapor deposition (PECVD) device or an atmospheric pressure vapor deposition (LPCVD) device at a temperature between 550 ° C. and 600 ° C., and the thickness of the amorphous silicon layer is 300 ° C. Between 800Å.
상기 촉매 금속층은 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pb) 중 하나를 스퍼터(Sputter), 이빔 이베푸레이터(e-beam evaporator) 또는 이온 임플란터(Ion Implanter)중 하나를 이용하여 형성되는데, 상기 촉매 금속층의 두께는 10Å 이하이다.The catalyst metal layer may be formed of one of nickel (Ni), cobalt (Co), and lead (Pb) using one of a sputter, an e-beam evaporator, or an ion implanter. It is formed, the thickness of the catalyst metal layer is 10 kPa or less.
상기 기판과 상기 촉매 금속층 사이에 완충층을 형성하는 단계를 더욱 포함할 수 있으며 상기 완충층은 SiO2/SiNx의 이중층을 각각 3000Å, 1000Å의 두께로 형성할 수 있다.The method may further include forming a buffer layer between the substrate and the catalyst metal layer. The buffer layer may form a double layer of SiO 2 / SiNx at a thickness of 3000 kPa and 1000 kPa, respectively.
다른 한편으로는, 본 발명은 기판 상부에 완충층을 형성하는 단계와; 상기 완충층 상부에 촉매 금속층을 형성하는 단계와; 상기 촉매 금속층 상부에 비정질 실리콘층을 증착하면서 동시에 결정화하여 다결정 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 다결정 실리콘층을 식각하여 활성층을 형성하는 단계와; 상기 활성층 상부에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 상부에 상기 활성층에 대응되는 게이트를 형성하는 단계와; 상기 게이트를 이온 주입 마스크로 사용하여 상기 활성층에 이온을 주입하여 소스 및 드레인 영역을 형성하는 단계와; 상기 게이트의상부에 층간 절연막을 형성하는 단계와; 상기 층간 절연막 상부에 소스 및 드레인 영역에 각각 연결되는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 형성 방법을 제공한다.On the other hand, the present invention comprises the steps of forming a buffer layer on the substrate; Forming a catalyst metal layer on the buffer layer; Depositing an amorphous silicon layer on the catalyst metal layer and simultaneously crystallizing to form a polycrystalline silicon layer; Etching the polycrystalline silicon layer to form an active layer; Forming a gate insulating film on the active layer; Forming a gate corresponding to the active layer on the gate insulating layer; Implanting ions into the active layer using the gate as an ion implantation mask to form source and drain regions; Forming an interlayer insulating film on the gate; A method of forming a polycrystalline silicon thin film transistor including forming a source and a drain electrode connected to a source and a drain region, respectively, is formed on the interlayer insulating layer.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 3b는 본 발명에 따른 비정질 실리콘의 결정화 방법을 도시한 개략적인 단면도이다.3A to 3B are schematic cross-sectional views illustrating a method of crystallizing amorphous silicon according to the present invention.
도 3a에 도시한 바와 같이, 기판(210)상부에 촉매 금속층(230)을 형성한다. 촉매 금속층(230)은 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pb) 중 하나를 스퍼터(Sputter), 이빔 이베푸레이터(e-beam evaporator)나 이온 임플란터(Ion Implanter)를 이용하여 약 100℃ 이하에서 형성될 수 있으며, 그 두께는 대략 10Å이하의 1~2 원자층(atomic layer)이 된다. 이러한 촉매 금속층(230)은 후속되는 비정질 실리콘층의 증착 및 결정화 단계에서 결정화 촉매 역할을 한다.As shown in FIG. 3A, the catalyst metal layer 230 is formed on the substrate 210. The catalytic metal layer 230 may be formed of one of nickel (Ni), cobalt (Co), and lead (Pb) using a sputter, an e-beam evaporator, or an ion implanter. It may be formed at about 100 ° C. or less, and has a thickness of about 1 to 2 atomic layers of about 10 GPa or less. This catalytic metal layer 230 serves as a crystallization catalyst in the subsequent deposition and crystallization steps of the amorphous silicon layer.
도시하지는 않았지만, 기판(210)과 촉매 금속층(230) 사이에는 기판(210)으로부터 유입될 수 있는 불순물을 차단하기 위하여 완충층을 형성할 수도 있으며, 이때 완충층은 SiO2/SiNx 이중층으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 그 두께를 각각 약 3000Å, 1000Å으로 형성할 수 있다.Although not shown, a buffer layer may be formed between the substrate 210 and the catalyst metal layer 230 to block impurities that may flow from the substrate 210, wherein the buffer layer may be formed of a SiO 2 / SiNx bilayer. Preferably, the thickness can be formed to about 3000 kPa and 1000 kPa, respectively.
도 3b에 도시한 바와 같이, 촉매 금속층(230) 상부에 비정질 실리콘층(미도시)을 증착함과 동시에 결정화하여 다결정 실리콘층(220a)을 형성한다. 이러한 다결정 실리콘층(220a)은 플라즈마 기상 증착기(PECVD) 또는 상압 기상 증착기(LPCVD)를 이용하여 형성할 수 있는데, 공정 온도는 600℃ 이하, 바람직하게는 550℃ 내지 600℃이다. 이때, 반응 기체는 SiH4(Si2H6):H2(N2) = 200sccm:500sccm이다. 다결정 실리콘층(220a)의 두께는 300Å 내지 800Å이 바람직하다.As illustrated in FIG. 3B, an amorphous silicon layer (not shown) is deposited on the catalyst metal layer 230 and simultaneously crystallized to form the polycrystalline silicon layer 220a. The polycrystalline silicon layer 220a may be formed using a plasma vapor deposition (PECVD) or atmospheric vapor deposition (LPCVD), the process temperature is 600 ℃ or less, preferably 550 ℃ to 600 ℃. At this time, the reaction gas is SiH 4 (Si 2 H 6 ): H 2 (N 2 ) = 200sccm: 500sccm. The thickness of the polycrystalline silicon layer 220a is preferably 300 kPa to 800 kPa.
이와 같이 비정질 실리콘층의 증착과 동시에 다결정 실리콘층(220a)이 형성되므로 별도의 가열 장치에서의 열처리 공정이 필요치 않다.As such, since the polycrystalline silicon layer 220a is formed at the same time as the deposition of the amorphous silicon layer, a separate heat treatment process is not required.
또한, 이후 박막 트랜지스터 제조 공정이 진행될 경우, 다결정 실리콘층(220a)이 활성층으로 사용되고 다결정 실리콘층(220a) 상부에 게이트 절연막이 형성되는데, 촉매 금속층(230)이 다결정 실리콘층(220a)의 하부에 형성되어 있으므로 활성층으로 사용되는 다결정 실리콘층(220a)과 게이트 절연막 사이의 계면 특성에 영향을 주지 않으므로 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 향상된다.In addition, when the thin film transistor fabrication process is performed, the polycrystalline silicon layer 220a is used as an active layer and a gate insulating film is formed on the polycrystalline silicon layer 220a. The catalyst metal layer 230 is disposed below the polycrystalline silicon layer 220a. Since it is formed, it does not affect the interface characteristics between the polycrystalline silicon layer 220a used as the active layer and the gate insulating film, thereby improving the electrical characteristics of the thin film transistor.
본 발명에 따른 다결정 실리콘의 형성 방법은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 한도 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변화와 변형이 가능하다는 것은 명백하며, 이러한 변화와 변형이 본 발명에 속함은 첨부된 청구 범위를 통해 알 수 있다.The method for forming polycrystalline silicon according to the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes and modifications are possible by one of ordinary skill in the art without departing from the spirit of the present invention. It is apparent that such changes and modifications belong to the present invention through the appended claims.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다결정 실리콘의 형성 방법에서는 별도의 열처리 단계가 필요치 않으므로, 공정 시간이 단축되어 제조 원가를 낮출 수 있으며 열처리 공정에서 발생할 수 있는 불량을 배제할 수 있으므로 공정 수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 활성층과 게이트 절연막 사이의 계면 특성이 향상되므로 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시킬 수 있다.As described above, in the method of forming the polycrystalline silicon according to the present invention, since a separate heat treatment step is not required, the process time can be shortened, thereby reducing the manufacturing cost and improving the process yield since defects that may occur in the heat treatment process can be excluded. You can. In addition, since the interface property between the active layer and the gate insulating film is improved, the electrical properties of the polycrystalline silicon thin film transistor may be improved.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020020078912A KR20040051075A (en) | 2002-12-11 | 2002-12-11 | Methode Of Forming Polycrystalline Silicon |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020020078912A KR20040051075A (en) | 2002-12-11 | 2002-12-11 | Methode Of Forming Polycrystalline Silicon |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20040051075A true KR20040051075A (en) | 2004-06-18 |
Family
ID=37345074
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020020078912A KR20040051075A (en) | 2002-12-11 | 2002-12-11 | Methode Of Forming Polycrystalline Silicon |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR20040051075A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8324085B2 (en) | 2008-12-08 | 2012-12-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing crystalline silicon |
WO2018139704A1 (en) * | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 강원대학교산학협력단 | Method for forming polycrystalline silicon thin film |
-
2002
- 2002-12-11 KR KR1020020078912A patent/KR20040051075A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8324085B2 (en) | 2008-12-08 | 2012-12-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing crystalline silicon |
WO2018139704A1 (en) * | 2017-01-25 | 2018-08-02 | 강원대학교산학협력단 | Method for forming polycrystalline silicon thin film |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6835608B2 (en) | Method for crystallizing amorphous film and method for fabricating LCD by using the same | |
JP5508535B2 (en) | Semiconductor thin film forming method, semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, substrate, and thin film substrate | |
US6812072B2 (en) | Method for crystallizing amorphous film and method for fabricating LCD by using the same | |
KR100662492B1 (en) | Crystallizatiion Method And Method For Fabricating Liquid Crystal Display Device By Using Said Method | |
KR20080000299A (en) | Poly-silicon thin film transistor liquid crystal display device and the method of fabricating thereof | |
KR100525436B1 (en) | Process for crystallizing amorphous silicon and its application - fabricating method of TFT-LCD | |
KR20040051075A (en) | Methode Of Forming Polycrystalline Silicon | |
KR100504538B1 (en) | Method For Crystallizing Amorphous Layer And Method For Fabricating Liquid Crystal Display Device By Using Said Method | |
JP3170533B2 (en) | Method for manufacturing thin film semiconductor device | |
KR100796607B1 (en) | Poly silicon crystallization method and fabricating method for thin film transistor using the same | |
KR20070043393A (en) | Method for crystalizing armophous silicon and method of manufacturing thin film transistor using the same | |
KR100425156B1 (en) | Process for crystallizing amorphous silicon and its application - fabricating method of TFT-LCD | |
KR100525434B1 (en) | Process for crystallizing amorphous silicon and its application - fabricating method of TFT-LCD | |
KR100425821B1 (en) | Method of manufacturing for poly-Silicone thin layer | |
KR20030057150A (en) | Method for fabricating of Thin film transistor | |
KR100442289B1 (en) | Process for crystallizing amorphous silicon and fabricating method of liquid crystal display device | |
KR100959684B1 (en) | Method of manufacturing for Thin Film Transistor Device | |
KR100977538B1 (en) | Method of manufacturing for poly-Silicone thin layer | |
KR100709282B1 (en) | The manafacturing method of the silicon thin film transistor | |
JP2002134426A (en) | Method and apparatus for manufacturing thin film, thin- film transistor and its manufacturing method | |
KR100434314B1 (en) | Process for crystallizing amorphous silicon and its application - fabricating method of TFT-LCD | |
KR100652060B1 (en) | poly-Si layer, method for crystallizing to the same and method for fabricating TFT array substrate by using the said | |
JPH08339965A (en) | Formation of crystalline semiconductor film | |
KR20020017779A (en) | crystallization method | |
JP2001068682A (en) | Manufacture of semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |