KR20050016960A - Tft electronic devices and their manufacture - Google Patents

Tft electronic devices and their manufacture

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KR20050016960A
KR20050016960A KR10-2005-7000123A KR20057000123A KR20050016960A KR 20050016960 A KR20050016960 A KR 20050016960A KR 20057000123 A KR20057000123 A KR 20057000123A KR 20050016960 A KR20050016960 A KR 20050016960A
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KR
South Korea
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semiconductor material
electronic device
tft
metal
atoms
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Application number
KR10-2005-7000123A
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Korean (ko)
Inventor
반더자그피에테르제이
영니겔디
프렌치이안디
채프만제프레이에이
Original Assignee
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Publication date
Application filed by 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. filed Critical 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명에 따른 TFT(9, 59)를 포함하는 전자 디바이스(70)는 다결정 반도체 재료(10, 48)의 층 내에 규정된 채널(16)을 포함한다. 다결정 반도체 재료는 결정화 프로세스를 촉진시키기 위해 금속 원자(6)를 사용하여 비정질 반도체 재료(2, 44)를 결정화함으로써 생성된다. 다결정 반도체 재료(10)의 금속 원자의 평균 농도 범위는 1.3×1018 내지 7.5×1018 원자/cm3이다. 이것은 다결정 반도체 TFT가, 예상보다 상당히 작은 지속 기간의 금속 유도 결정화 프로세스를 이용하여 액티브 매트릭스 디스플레이에 사용하기에 적합한 누설 특성을 갖고 형성될 수 있도록 한다. 또한, 이 프로세스 지속 기간의 감소는 금속으로 형성된 바텀 게이트를 갖는 폴리-Si TFT의 신뢰성 있는 제조를 용이하게 한다.The electronic device 70 including the TFTs 9 and 59 according to the invention comprises a channel 16 defined in a layer of polycrystalline semiconductor material 10 and 48. The polycrystalline semiconductor material is produced by crystallizing the amorphous semiconductor material 2, 44 using the metal atoms 6 to facilitate the crystallization process. The average concentration range of the metal atoms of the polycrystalline semiconductor material 10 is 1.3 × 10 18 to 7.5 × 10 18 atoms / cm 3 . This allows the polycrystalline semiconductor TFT to be formed with a leakage characteristic suitable for use in an active matrix display using a metal induced crystallization process of considerably smaller duration than expected. In addition, the reduction in the process duration facilitates the reliable manufacture of poly-Si TFTs with bottom gates formed of metal.

Description

전자 디바이스 및 그 제조 방법, 액티브 매트릭스 디스플레이 디바이스{TFT ELECTRONIC DEVICES AND THEIR MANUFACTURE}Electronic device and manufacturing method thereof, active matrix display device {TFT ELECTRONIC DEVICES AND THEIR MANUFACTURE}

본 발명은 다결정 반도체 재료를 포함하는 전자 디바이스 및 이러한 재료 및 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to electronic devices comprising polycrystalline semiconductor materials and methods of making such materials and devices.

비정질 실리콘(a-Si)에 비해 다결정 실리콘(폴리실리콘 또는 폴리-Si)의 캐리어 이동성이 높기 때문에, 다결정 실리콘은 액티브 매트릭스 액정 디스플레이(AMLCD), 액티브 매트릭스 폴리머 LED 디스플레이(AMPLED), 태양 전지 및 이미지 센서와 같은 대면적 전자 디바이스에 사용하는데 매력적인 재료가 된다. 평면 액티브 매트릭스 디스플레이의 일례는 US-A-5130829에 개시되어 있으며, 그 내용은 참고로서 본 명세서에 포함되어 있다.Due to the higher carrier mobility of polycrystalline silicon (polysilicon or poly-Si) compared to amorphous silicon (a-Si), polycrystalline silicon is an active matrix liquid crystal display (AMLCD), an active matrix polymer LED display (AMPLED), solar cells and images. It is an attractive material for use in large area electronic devices such as sensors. An example of a flat active matrix display is disclosed in US-A-5130829, the contents of which are incorporated herein by reference.

설명을 위해, "비정질"이란 용어는 구성 원자가 랜덤하게 위치하는 재료와 관련된다. "다결정"이란 용어는 복수의 단결정을 포함하는 재료와 관련되며, 단결정은 구성 원자를 규칙적으로 반복하는 격자 구조를 갖는다. 이것은 특히, 비정질 실리콘을 용융 및 냉각하여 형성되는 폴리-Si와 관련된다. 폴리-Si의 통상적인 그레인 사이즈는 0.1㎛ 내지 5㎛이다. 그러나, 어떤 조건 하에서 결정화되면, 실리콘은 통상 0 내지 0.5㎛의 현미경 규모의 그레인 사이즈를 가질 수 있다. "미정질(microcrystalline)"이란 용어는 현미경 규모의 그레인 사이즈를 갖는 결정 재료와 관련된다.For illustrative purposes, the term "amorphous" refers to a material in which constituent atoms are randomly located. The term "polycrystal" relates to a material comprising a plurality of single crystals, the single crystal having a lattice structure which regularly repeats constituent atoms. This is particularly relevant for poly-Si formed by melting and cooling amorphous silicon. Typical grain sizes of poly-Si are 0.1 μm to 5 μm. However, if crystallized under certain conditions, the silicon can have a microscopic grain size, typically 0 to 0.5 μm. The term "microcrystalline" relates to a crystalline material having a microscopic grain size.

종래에는, 예를 들어 박막 트랜지스터(TFT)에 사용된 폴리-Si 필름은 SPC(solid phase crystallisation)에 의해 제조되었다. 이것은 절연 기판 상에 a-Si 필름을 증착하는 단계와, a-Si 필름을 장시간 동안 고온에 노출시키는 단계, 즉, 통상 24 시간까지의 시간 동안 600℃ 이상의 온도에 노출시키는 단계를 포함한다.Conventionally, for example, poly-Si films used in thin film transistors (TFTs) have been produced by solid phase crystallisation (SPC). This includes depositing an a-Si film on an insulating substrate and exposing the a-Si film to high temperature for a long time, ie, exposing it to a temperature of 600 ° C. or higher for a period of time up to 24 hours.

대안으로, US-A-5147826은 a-Si 필름을 결정화하는 저온 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 a-Si 필름 상에 금속 원자(예를 들면, 니켈)의 박막을 증착하는 단계와 박막을 어닐링하는 단계를 포함한다. 이 금속은 600℃ 이하의 온도에서 결정 성장을 유도하며 또한 그렇지 않은 경우보다 빠른 결정 성장을 제공한다. 예를 들면, US-A-5147826이 방법을 이용하는 전형적인 어닐링은 10 시간 동안 약 550℃에서 행해질 수 있다. 이것은 적어도 다음 두 이유 때문에 종래의 방법에 대해 개선을 나타낸다. 첫째, 이것은 일반적으로 600℃ 이상의 온도에서 유리 압밀(compaction) 및 휨을 겪는 붕규산(borosilicate)과 같은 저비용, 저온의 비알카리 유리 기판이 사용될 수 있도록 한다. 둘째, 어닐링 기간이 감소하며, 제조 수율 레이트가 증가하며, 따라서 관련 제조 비용이 감소될 수도 있다. US-A-5147826의 내용은 참고로서 본 명세서에 포함된다. 이런 방식으로 니켈과 같은 금속을 사용하는 것을 이하에서는 금속 유도 결정화(metal induced crystallisation) 또는 "MIC"로 지칭하며, 결과의 폴리-Si 재료를 "MIC 폴리-Si"로 지칭한다.Alternatively, US-A-5147826 discloses a low temperature method for crystallizing a-Si films. The method includes depositing a thin film of metal atoms (eg nickel) on an a-Si film and annealing the thin film. This metal induces crystal growth at temperatures up to 600 ° C. and also provides faster crystal growth than otherwise. For example, a typical annealing using US-A-5147826 method can be done at about 550 ° C. for 10 hours. This represents an improvement over the conventional method for at least the following two reasons. First, this allows low cost, low temperature, non-alkali glass substrates such as borosilicate, which typically undergo glass compaction and warping at temperatures above 600 ° C., to be used. Secondly, the annealing period is reduced, the manufacturing yield rate is increased, and thus the associated manufacturing cost may be reduced. The contents of US-A-5147826 are incorporated herein by reference. The use of a metal such as nickel in this manner is hereinafter referred to as metal induced crystallisation or "MIC" and the resulting poly-Si material is referred to as "MIC poly-Si".

보다 최근에는, 레이저 어닐링 프로세스를 이용하는 폴리-Si의 제조가 개발되었으며 널리 상용화되었다. 그러나, 협소 레이저 빔이 여러 샷(shot)으로 표면의 각 부분을 조사하는 기판을 가로질러 점진적으로 스캐닝되기 때문에, 이 프로세스는 비교적 느리고, 레이저 샷(shot)의 비균일성으로 폴리-Si 내에 비균일성이 유도되며, 레이저 장치는 구현 및 유지하는데 비용이 많이 든다. US-A-5147826의 프로세스 내의 어닐링 단계는 로에서 비교적 간단한 배치 프로세스로서 수행될 수 있어 수율이 높아진다.More recently, the production of poly-Si using laser annealing processes has been developed and widely commercialized. However, since the narrow laser beam is progressively scanned across the substrate irradiating each part of the surface with several shots, this process is relatively slow, and the non-uniformity of the laser shots causes the non-uniformity in the poly-Si. Uniformity is derived and laser devices are expensive to implement and maintain. The annealing step in the process of US-A-5147826 can be performed as a relatively simple batch process in the furnace, resulting in high yield.

US-A-5147826의 기법을 이용하여 제조된 TFT는 "오프" 상태에서 비교적 높은 누설 전류의 문제점이 있었는데, 이것은 AMLCD와 같은 애플리케이션에 사용하는데 적합하지 않게 한다. 이 단점에 의해 AMLCD에 의한 이미지 유지가 부적절하게 된다.TFTs fabricated using the technique of US-A-5147826 had the problem of relatively high leakage current in the "off" state, which makes them unsuitable for use in applications such as AMLCDs. This disadvantage makes the image retention by the AMLCD inappropriate.

통상, 기존의 폴리-Si AMLCD에서, 용인되는 TFT의 최소 누설 전류의 값(즉, 게이트 전압의 정상 동작 범위에 걸친 누설 전류의 최소값)은 5V의 소스-드레인 전압에서 약 10 pA 이하이다. 즉, TFT 오프 전류가 디스플레이의 정상 동작 동안 이 값을 초과하면, 전류 누설이 디스플레이 출력을 용인할 수 없을 정도로 저하시키기 때문에, TFT 오프 전류는 디스플레이의 정상 동작 동안 이 값을 초과하는 것은 바람직하지 않다. 이 임계치는 TFT와 관련된 화소의 특성에 따라서 다소 변할 수도 있다. 4㎛의 채널 폭을 갖는 TFT에 있어서, 10A의 누설 전류는 2.5×10-12 A/㎛이다. (본 명세서의 TFT의 문맥에서 A/㎛는 TFT의 채널 폭의 ㎛당 암페어를 의미한다).Typically, in conventional poly-Si AMLCDs, the value of the minimum leakage current (i.e., the minimum value of leakage current over the normal operating range of the gate voltage) of the TFT to be accepted is about 10 pA or less at a source-drain voltage of 5V. In other words, if the TFT off current exceeds this value during normal operation of the display, it is not desirable that the TFT off current exceeds this value during normal operation of the display, since current leakage will drop unacceptably. . This threshold may vary somewhat depending on the characteristics of the pixel associated with the TFT. In a TFT having a channel width of 4 μm, a leakage current of 10 A is 2.5 × 10 −12 A / μm. (A / μm in the context of the TFT herein means amperes per μm of the channel width of the TFT).

Sooyoung Yoon 등의 논문 "A High-Performance Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistor Using Metal-Induced Crystallsation with Ni Solution", Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 37(1998) pp7193-7197은 US-A-5147826의 기법의 추가적인 개선을 개시하고 있다. 기판 상의 100nm 두께의 a-Si 필름이 Ni 흡수 용액에 담근 후에 500℃에서 20 시간 동안 어닐링함으로써 결정화된다. 결과의 폴리-Si 내의 Ni 농도는 1.2×1018 atoms/cm3이다. 이 프로세스를 이용하여 형성된 폴리-Si의 채널을 갖는 TFT의 오프 상태 누설 전류는 5V의 드레인 전압에서 2.7×10-11 A/㎛인 것으로 확인되었는데, 이것은 위에서 언급한 임계치보다 더 크다.Sooyoung Yoon et al., “A High-Performance Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistor Using Metal-Induced Crystallsation with Ni Solution”, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 37 (1998) pp7193-7197 discloses further refinements of the technique of US-A-5147826. The 100 nm thick a-Si film on the substrate is crystallized by immersion in Ni absorption solution at 500 ° C. for 20 hours. The Ni concentration in the resulting poly-Si is 1.2 x 10 18 atoms / cm 3 . The off-state leakage current of a TFT with a channel of poly-Si formed using this process was found to be 2.7 × 10 −11 A / μm at a drain voltage of 5V, which is larger than the threshold mentioned above.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프로세스의 금속 주입 단계를 도시한 도면.1 illustrates a metal implantation step of a process in accordance with one embodiment of the present invention.

도 2는 상이한 도핑 프로세스에 있어서의 반도체 필름 내의 니켈 농도와 깊이 사이의 관계를 도시한 도면.FIG. 2 shows the relationship between nickel concentration and depth in semiconductor films in different doping processes. FIG.

도 3은 본 발명을 구현하는 프로세스를 이용하여 형성된 탑 게이트 폴리-Si TFT의 단면도.3 is a cross-sectional view of a top gate poly-Si TFT formed using a process embodying the present invention.

도 4 내지 7은 본 발명을 구현하는 첨가 프로세스에 따른 바텀 게이트 TFT 제조의 연속적인 단계의 단면을 도시한 도면.4 through 7 illustrate cross-sectional views of successive stages of bottom gate TFT fabrication in accordance with an addition process embodying the present invention.

도 8은 액티브 매트릭스 디스플레이의 사시도.8 is a perspective view of an active matrix display.

본 발명의 목적은 보다 비용 효율적인 방식으로 다결정 반도체 재료를 포함하는 전자 디바이스를 형성하는 것이다.It is an object of the present invention to form an electronic device comprising a polycrystalline semiconductor material in a more cost effective manner.

본 발명은 TFT를 포함하는 전자 디바이스에 있어서, TFT는 결정화 프로세스를 촉진시키기 위해 금속 원자를 사용하여 비정질 반도체 재료를 결정화함으로써 생성된 다결정 반도체 재료의 층 내에 규정된 채널을 포함하되, 반도체 재료의 금속 원자의 평균 농도 범위는 1.3×1018 내지 7.5×1018 원자/cm3인 전자 디바이스를 제공한다. 이 금속 농도를 이용하여, 개선된 누설 전류 특성을 갖는 TFT를 형성할 수 있었다. 특히, 이 특성을 갖는 TFT는 용인할 수 없는 정도까지 디스플레이의 성능을 저하시키는 TFT 오프 상태의 누설 전류 없이 AMLCD 내의 스위칭 소자로서 사용하기에 적합할 수도 있다.In an electronic device comprising a TFT, the TFT comprises a channel defined in a layer of polycrystalline semiconductor material produced by crystallizing the amorphous semiconductor material using metal atoms to facilitate the crystallization process, wherein the metal of the semiconductor material The average concentration range of atoms provides an electronic device with 1.3 × 10 18 to 7.5 × 10 18 atoms / cm 3 . Using this metal concentration, it was possible to form a TFT with improved leakage current characteristics. In particular, a TFT having this characteristic may be suitable for use as a switching element in an AMLCD without a leakage current in the TFT off state which degrades the performance of the display to an unacceptable degree.

본 발명자는 전술한 농도 범위의 금속 원자를 사용하면, 예상보다 훨씬 더 작은 지속 기간의 어닐링 공정으로 위에서 정의된 누설 특성을 갖는 다결정 반도체 TFT가 형성될 수 있다는 것을 우연히 발견하였다. 약 550℃의 온도에서 20 시간의 어닐링 시간으로 원하는 특성을 달성할 수 있지만, 본 명세서에 개시된 금속 농도에 의하면, 600℃ 이하의 온도에서 이 시간을 10 시간, 8 시간, 심지어 6 시간 이하로 감소시킬 수 있다. 따라서, 제조 공정에서 실제 생산성 및 효율성이 증가한다.The inventors have found that, by using metal atoms in the above-described concentration ranges, polycrystalline semiconductor TFTs having the leakage characteristics defined above can be formed by an annealing process of a much smaller duration than expected. While the desired properties can be achieved with an annealing time of 20 hours at a temperature of about 550 ° C., the metal concentrations disclosed herein reduce this time to 10 hours, 8 hours or even 6 hours or less at temperatures below 600 ° C. You can. Thus, the actual productivity and efficiency in the manufacturing process increases.

바람직하게는, 다결정 반도체 재료 내의 금속 원자의 평균 농도는 1.9×1018 원자/cm3 이상 및/또는 5×1018 원자/cm3 이하이다. 보다 바람직하게는, 다결정 반도체 재료 내의 금속 원자의 평균 농도의 범위는 2 내지 3×1018 원자/cm3이다.Preferably, the average concentration of metal atoms in the polycrystalline semiconductor material is at least 1.9 × 10 18 atoms / cm 3 and / or at most 5 × 10 18 atoms / cm 3 . More preferably, the average concentration of metal atoms in the polycrystalline semiconductor material is in the range of 2 to 3 x 10 18 atoms / cm 3 .

바람직한 실시예에서, 금속 원자의 평균 농도는 약 2.5×1018 원자/cm3이다.In a preferred embodiment, the average concentration of metal atoms is about 2.5 × 10 18 atoms / cm 3 .

바람직하게는, TFT는 LDD(low-doped drain) 구조이다. 이것은 최소 누설 전류가 실질적으로 달성되는 게이트 전압의 범위를 증가시킬 수도 있다. Preferably, the TFT is a low-doped drain (LDD) structure. This may increase the range of gate voltages at which the minimum leakage current is substantially achieved.

본 발명은 또한 전자 디바이스 제조 방법에 있어서, (a) 기판 상에 비정질 반도체 재료를 증착하는 단계와, (b) 반도체 재료에 평균 농도의 범위가 1.3×1018 내지 4×1018 원자/cm3인 금속 원자를 첨가하는 단계 -상기 금속 원자는 비정질 반도체 재료의 결정화를 가속시키는데 적합함- 와, (c) 비정질 반도체 재료를 어닐링하여 다결정 반도체 재료를 형성하는 단계를 포함하는 전자 디바이스 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing an electronic device, comprising the steps of (a) depositing an amorphous semiconductor material on a substrate, and (b) an average concentration of 1.3x10 18 to 4x10 18 atoms / cm 3 in the semiconductor material. Adding a phosphorous metal atom, wherein the metal atom is suitable for accelerating crystallization of an amorphous semiconductor material; and (c) annealing the amorphous semiconductor material to form a polycrystalline semiconductor material. do.

또한, 어닐링 단계 동안 기판에 대한 전기장의 인가는 이 프로세스를 가속시켜 지속 기간을 감소시킬 수도 있다는 것이 발견되었다.It has also been found that the application of an electric field to the substrate during the annealing step may accelerate this process and reduce the duration.

다양한 금속 원자가 본 발명의 프로세스에 사용될 수도 있다. Ni, Cr, Co, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, Pb, As, Sb로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 원소가 이용될 수도 있다. 보다 바람직하게는, Ni, Co 및 Pd 그룹으로부터 하나 이상의 원소가 사용된다.Various metal atoms may be used in the process of the present invention. One or more elements selected from the group consisting of Ni, Cr, Co, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In, Sn, Pb, As, Sb may be used. More preferably, at least one element from Ni, Co and Pd groups is used.

금속 원자의 첨가에 대한 본 명세서에서의 참조는 금속의 원자를 포함하는 화합물 또는 원소 형태로 금속을 포함한다.Reference herein to the addition of metal atoms includes metal in the form of a compound or element containing atoms of the metal.

본 발명의 프로세스에서 금속을 포함하는 비정질 반도체 재료를 투입하기 위해 이온 주입이 사용되는데, 그 이유는 도즈량, 균일성 및 이온 깊이에 대해 정확한 제어를 가능하게 하기 때문이다. 그러나, 다른 방법이 이 목적을 위해 이용될 수도 있다. 예를 들면, 금속 원자가 통상적으로 스핀 코팅 프로세스에 의해 솔루션 내에 비정질 반도체 재료에 인가될 수도 있다. 다른 프로세스는 스퍼터링 또는 니켈층의 졸-겔 코팅 및 비정질 반도체 재료의 CVD 공정 동안에 니켈 프리커서의 사용을 포함한다.Ion implantation is used to inject amorphous semiconductor materials containing metals in the process of the present invention because it allows precise control over the dose, uniformity and ion depth. However, other methods may be used for this purpose. For example, metal atoms may be applied to the amorphous semiconductor material in a solution, typically by a spin coating process. Other processes include the use of nickel precursors during sputtering or sol-gel coating of nickel layers and CVD processes of amorphous semiconductor materials.

전술한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 MIC 폴리-Si를 형성하는 공정은 그러한 프로세스의 어닐링 단계의 지속 기간을 크게 감소시킬 수도 있다. 본 발명자는 또한 이 단계의 열적 용량의 감소가 바텀 게이트 TFT 구조 내에 MIC 폴리-Si를 사용을 허용하기에 충분할 수도 있다는 것을 발견하였다. 공지되어 있는 바텀 게이트 TFT 구조물의 예로는 백 채널 에칭(BCE) TFT 및 에칭 중지 TFT가 있다. 특히, 본 발명에 따르면, 바텀 게이트 폴리-Si TFT 구조의 게이트 전극은 금속으로 형성될 수도 있다. 이전에는, 적절한 금속 원자의 첨가에 의해 촉진되는 경우에도, 열적 어닐링의 사용이 다결정 실리콘을 형성하기에 충분하였으며, 또는 레이저 어닐링 공정을 이용하여 폴리-Si를 형성함으로써 게이트 전극을 통한 게이트 금속의 확산이 발생하여 하부 게이트를 폴리-Si로 단락시킨다.As mentioned above, the process of forming MIC poly-Si disclosed herein may greatly reduce the duration of the annealing step of such a process. The inventors have also found that a reduction in the thermal capacity of this step may be sufficient to allow the use of MIC poly-Si in the bottom gate TFT structure. Examples of known bottom gate TFT structures are back channel etch (BCE) TFTs and etch stop TFTs. In particular, according to the present invention, the gate electrode of the bottom gate poly-Si TFT structure may be formed of a metal. Previously, even if facilitated by the addition of suitable metal atoms, the use of thermal annealing was sufficient to form polycrystalline silicon, or diffusion of the gate metal through the gate electrode by forming poly-Si using a laser annealing process This occurs to short the lower gate with poly-Si.

바텀 게이트 폴리-Si TFT를 확실하게 형성하는 능력은 (특히 저온 기판을 이용하는 애플리케이션에 있어서), 제조 공정의 마스크 카운트가 통상의 탑 게이트 폴리-Si TFT 제조 공정에 대해 축소될 수 있도록 하는 상당한 상업적 가치를 갖는다. 또한, 이 프로세스는 기존의 a-Si 제조 라인과 호환가능하므로 -이들 중 상당수가 현재 바텀 게이트 TFT 구조물을 생성함-, 폴리-Si TFT를 생성하기 위한 라인 변경 비용을 감소시킨다. 또한, 용인할 수 있는 품질의 폴리-Si를 생성하기 위해 레이저 어닐링이 요구되지 않을 수도 있어 관련 비용을 절감할 수 있다.The ability to reliably form bottom gate poly-Si TFTs (especially in applications with low temperature substrates) is a significant commercial value that allows the mask count of the manufacturing process to be reduced for conventional top gate poly-Si TFT manufacturing processes. Has In addition, this process is compatible with existing a-Si fabrication lines—many of which currently produce bottom gate TFT structures—reducing the cost of line changes to produce poly-Si TFTs. In addition, laser annealing may not be required to produce acceptable quality poly-Si, thereby reducing the associated costs.

본 발명에 따른 바텀 게이트 TFT 내에 게이트 전극을 형성하기 위한 적절한 재료는 Cr, W, MoCr과 같은 내화성 재료 또는 게이트 저항 감소가 중요한 큰 디스플레이용으로 보다 적합할 수도 있는 Au, Ag 또는 Ni와 같은 저저항 금속을 포함한다. 주어진 프로세스 및 장치 애플리케이션의 다른 파라미터 및 열적 용량에 따라서, 다른 게이트 재료가 선택될 수도 있다.Suitable materials for forming the gate electrode in the bottom gate TFT according to the present invention are low-resistances such as Au, Ag or Ni, which may be more suitable for refractory materials such as Cr, W, MoCr or larger displays where gate resistance reduction is important. Metal. Depending on other parameters and thermal capacities of a given process and device application, different gate materials may be selected.

예를 들면, 게이트를 형성하기 위해 금속 실리사이드 재료가 사용될 수도 있다. 실리사이드를 형성하기 위한 적절한 재료에는 텅스텐, 몰리브덴, 니켈 및 백금이 포함된다. 선택된 재료를 a-Si와 반응시켜 대응하는 실리사이드를 형성하기 위해 별도의 어닐링 단계가 수행될 수도 있다. 또는, TFT의 MIC 폴리-Si를 형성하는 중에 수행된 어닐링 단계가 동시에 실리사이드를 형성할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 이 어닐링의 비교적 낮은 열적 용량은 금속이 게이트 유전체 내로 확산될 위험을 최소화한다고 하는 이점을 갖는다.For example, metal silicide material may be used to form the gate. Suitable materials for forming silicides include tungsten, molybdenum, nickel and platinum. A separate annealing step may be performed to react the selected material with a-Si to form the corresponding silicide. Alternatively, the annealing step performed during the formation of the MIC poly-Si of the TFT may simultaneously form silicide. As mentioned above, the relatively low thermal capacity of this annealing has the advantage of minimizing the risk of metal diffusion into the gate dielectric.

게이트 전극을 형성하는데 사용될 수도 있는 다른 재료로는 도핑된 수소화된 a-Si, 또는 미정질 실리콘이 포함된다. 이들 재료를 포함하는 게이트 전극을 갖는 바텀 게이트 폴리-Si TFT는 영국 특허 출원 제 0210065.9 호에 개시되어 있는데, 그 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다. 또한, 실리콘의 결정화를 촉진하는데 적합한 금속 원자는 a-Si 또는 미정질 실리콘 내에 포함될 수도 있으며, 따라서 MIC 어닐링 단계 동안에 게이트 재료의 결정도(crystallinity)가 향상된다. 따라서, 게이트 전극은 반도체 재료 및 그 결정화를 촉진시키기에 적합한 금속 원자를 포함할 수도 있다.Other materials that may be used to form the gate electrode include doped hydrogenated a-Si, or microcrystalline silicon. Bottom gate poly-Si TFTs with gate electrodes comprising these materials are disclosed in British Patent Application No. 0210065.9, the contents of which are incorporated herein by reference. In addition, metal atoms suitable for promoting the crystallization of silicon may be included in a-Si or microcrystalline silicon, thus improving the crystallinity of the gate material during the MIC annealing step. Thus, the gate electrode may comprise a semiconductor material and a metal atom suitable for promoting its crystallization.

본 명세서에 개시된 전자 디바이스 제조 방법의 바람직한 실시예에서, TFT는 버텀 게이트 구조를 갖는 다결정 반도체 재료 내에 규정된 채널을 구비하여 형성되며, 이 방법은 BCE 단계를 포함한다. 바텀 게이트 BCE a-Si TFT의 제조에 비해, BCE 단계는 본 실시예에 따른 보다 분명하게 규정된 엔드 포인트를 갖는다. BCE 프로세스 내의 n+ a-Si의 제거는 폴리-Si(진성 a-Si 보다)를 노출시키고, 따라서 노출된 n+ a-Si가 에칭되면 에칭 공정이 종료된다는 것을 보장하기 위해 a-Si와 폴리-Si 사이에서 선택적인 에칭제가 선택될 수도 있다.In a preferred embodiment of the electronic device manufacturing method disclosed herein, the TFT is formed with a defined channel in a polycrystalline semiconductor material having a bottom gate structure, which method includes a BCE step. Compared with the fabrication of the bottom gate BCE a-Si TFT, the BCE step has a more clearly defined end point according to this embodiment. Removal of n + a-Si in the BCE process exposes poly-Si (rather than intrinsic a-Si), and thus a-Si and poly-Si to ensure that the etching process ends when the exposed n + a-Si is etched. An optional etchant may be selected between.

이하, 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

도면은 개략적으로 도시되었으며, 실제 축척으로 도시된 것은 아니다. 도면에서 각 부분의 상대적인 크기 및 비는 도면 내에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기가 확대되거나 축소되었다.The drawings are schematically depicted and are not drawn to scale. The relative sizes and ratios of the parts in the drawings are enlarged or reduced in size for clarity and convenience in the drawings.

본 발명을 구현하는 프로세스는 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 유리 기판(4) 상에 증착된 a-Si(2) 층이 도시되어 있다. 층은 통상 두께가 40nm이고, 예를 들어 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)을 이용하여 형성되었다.The process of implementing the present invention is described with reference to FIG. 1 shows an a-Si (2) layer deposited on a glass substrate 4. The layer is typically 40 nm thick and was formed using, for example, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD).

그 다음에 약 1×1013 원자/cm2의 니켈의 면적 밀도가 통상 20 keV의 주입 에너지로 a-Si 층에 주입된다(이 단계는 도 1에서 화살표 6으로 나타난다). 원하는 누설 특징을 갖는 TFT를 생성하기 위해 30keV까지의 에너지가 이 두께의 층에 성공적으로 사용되었다. 따라서, 이 도즈로 인한 40nm 두께의 a-Si 층의 니켈 원자의 평균 농도는 약 2.5×1018 원자/cm3이다.An area density of nickel of about 1 × 10 13 atoms / cm 2 is then injected into the a-Si layer with an implantation energy of typically 20 keV (this step is indicated by arrow 6 in FIG. 1). Energy up to 30 keV has been successfully used for this thickness layer to produce a TFT with the desired leakage characteristics. Thus, the average concentration of nickel atoms in the 40 nm thick a-Si layer due to this dose is about 2.5 x 10 18 atoms / cm 3 .

a-Si층 내의 전형적인 니켈의 도즈 프로파일은 여러 프로세스에 대해 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 층 내로의 깊이는 x 축을 따라 증가하며, 0은 층의 상부 표면을 나타낸다. 라인(8)은 주입 공정을 사용하여 달성된 프로파일을 나타내며, 라인(10)은 스핀 코팅 또는 스퍼터링 프로세스에 대한 프로파일을 나타낸다. 주입 결과, 층의 본체 내에서 프로파일의 피크가 발생하는데, 다른 프로세스에 의해서는 최고 농도가 층의 최상부면에서 발생한다. 반도체 재료의 본체의 중심 쪽으로 갈수록 니켈의 농도가 더 커지지 때문에, 이것은 다른 도핑 기법에 비해 보다 양호한 품질의 결정 재료를 형성하게 할 수도 있는 것으로 여겨진다. 주입을 이용하면 니켈 도즈량의 정밀한 제어가 용이하게 된다. 반도체 재료는 바람직하게는 550℃에서 약 8 시간 동안 N2의 분위기에서 어닐링에 의해 결정화된다.The dose profile of typical nickel in the a-Si layer is shown schematically in FIG. 2 for several processes. The depth into the layer increases along the x axis, with 0 representing the top surface of the layer. Line 8 represents the profile achieved using the implantation process and line 10 represents the profile for the spin coating or sputtering process. As a result of the injection, a peak of the profile occurs in the body of the layer, with other processes the highest concentration occurring at the top of the layer. As the concentration of nickel increases toward the center of the body of the semiconductor material, it is believed that this may lead to the formation of a better quality crystalline material compared to other doping techniques. Using injection facilitates precise control of the nickel dose. The semiconductor material is preferably crystallized by annealing in an atmosphere of N 2 at 550 ° C. for about 8 hours.

그 다음에, 포토리소그래피, 주입, 증착 및 에칭 프로세스 단계들이 공지된 방법으로 수행되어, 도 3에 도시된 바와 같은 폴리-Si TFT 구조물을 형성한다. 도 3에서 예로서 도시한 구조물은 탑-게이트, 게이트-오버랩핑된 약하게 도핑된 드레인 TFT이다. 반도체 재료는 폴리-Si 아일랜드(10)로 패터닝되며, 도핑된 소스 및 드레인 영역(12, 14)과, 이들 사이에 진성 채널 영역(16) 및 약하게 도핑된 영역(18, 20)을 포함한다. 절연 재료층(22)이 아일랜드(10) 위에 증착되며, 그 내부에 한정된 비아(24, 26)를 가지며, 이 비아는 소스 및 드레인 단자(30, 32)에 의해 각각 소스 및 드레인 영역(12, 14)과 접촉한다. 금속 게이트 전극(28)이 절연 재료층(22) 위에 제공된다.Photolithography, implantation, deposition and etching process steps are then performed in a known manner to form a poly-Si TFT structure as shown in FIG. The structure shown as an example in FIG. 3 is a top-gate, gate-overlapped, lightly doped drain TFT. The semiconductor material is patterned into poly-Si islands 10 and includes doped source and drain regions 12 and 14, with intrinsic channel regions 16 and weakly doped regions 18 and 20 therebetween. Insulating material layer 22 is deposited over island 10 and has vias 24 and 26 defined therein, which are defined by source and drain terminals 30 and 32, respectively. 14). A metal gate electrode 28 is provided over the insulating material layer 22.

본 명세서에 개시된 MIC 프로세스는 바텀 게이트 TFT가 저온 기판 상에서 신뢰할 수 있게 제조될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 그러한 디바이스를 형성하는 프로세스의 예는 도 4 내지 7을 참고하여 이하에 설명한다. 도 7에 도시된 완성된 TFT 디바이스는 BCE TFT이다. 이 프로세스는 통상적인 폴리-Si TFT 프로세스보다 더 적은 단지 5 개의 마스크 단계를 요구하며, 따라서 비교적 비용 효율적이다. 각 마스크의 사용은 괄호 아래의 프로세스 설명 내에 나타낸다. 디바이스를 형성하는데 적합한 포토리소그래피, 주입, 증착 및 에칭 프로세스 단계는 종래 기술에서 잘 알려져 있으므로, 상세하게 설명하지 않는다.The MIC process disclosed herein allows bottom gate TFTs to be reliably fabricated on low temperature substrates. Examples of processes for forming such devices according to the present invention are described below with reference to FIGS. 4 to 7. The completed TFT device shown in Fig. 7 is a BCE TFT. This process requires only five mask steps less than conventional poly-Si TFT processes and is therefore relatively cost effective. The use of each mask is shown in the process description under parentheses. Photolithography, implantation, deposition, and etching process steps suitable for forming a device are well known in the art and will not be described in detail.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 예를 들어 Cr의 바텀 게이트(40)가 유리 기판 상에 제공된다(마스크 1). 게이트 재료는 후속 MIC 어닐의 열적 용량 및 다른 프로세싱에 견딜 수 있도록 선택된다. 본 명세서에 개시된 MIC 프로세스의 비교적 낮은 열적 용량은 Cr과 같은 재료의 사용을 가능하게 한다.First, as shown in FIG. 4, for example, a bottom gate 40 of Cr is provided on a glass substrate (mask 1). The gate material is chosen to withstand the thermal capacity and other processing of subsequent MIC anneals. The relatively low thermal capacity of the MIC process disclosed herein enables the use of materials such as Cr.

그 다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, 게이트 절연층(42) 및 a-Si층(44)이 게이트(40) 상에 증착된다. 도 1과 관련하여 설명한 바와 같이, 예를 들어 주입에 의해 Ni가 a-Si층(44)에 첨가되고, 그 다음에 기판이 550℃에서 통상 8 시간 동안 어닐링되어 a-Si를 MiC 폴리-Si로 변환시킨다.Next, as shown in FIG. 5, a gate insulating layer 42 and a-Si layer 44 are deposited on the gate 40. As described with respect to FIG. 1, Ni is added to the a-Si layer 44 by, for example, implantation, and the substrate is then annealed at 550 ° C. for 8 hours, in order to convert a-Si to MiC poly-Si. To.

n+로 도핑된 a-Si층이 MIC 폴리-Si 위에 증착되고 두 층은 패터닝되어 MIC 폴리-Si 아이랜드(48) 및 상부 n+ a-Si를 포함하는 디바이스 아일랜드(46)(도 6)를 형성한다(마스크2). 두 층 사이에 양호한 전기 접촉부를 제공하기 위해, n+ a-Si의 증착 전에 MIC 폴리-Si 표면을 세정할 필요가 있을 수도 있다. 예를 들면, 얇은 실리콘 이산화물층이 MIC 폴리-Si 상에 형성될 수도 있다. 불화수소산 처리가 이러한 산화물층을 제거하기 위한 적절한 방법이 될 수 있다.An n + doped a-Si layer is deposited over the MIC poly-Si and the two layers are patterned to form a device island 46 (FIG. 6) comprising the MIC poly-Si island 48 and the top n + a-Si. (Mask 2). In order to provide good electrical contact between the two layers, it may be necessary to clean the MIC poly-Si surface prior to the deposition of n + a-Si. For example, a thin silicon dioxide layer may be formed on the MIC poly-Si. Hydrofluoric acid treatment may be a suitable method for removing such oxide layers.

그 다음에 금속층이 증착되는데, 이것은 패터닝되어 소스 및 드레인 전극(50, 52)을 형성한다(마스크 3). 소스 및 드레인 전극(50, 52)을 마스크 규정 에칭 윈도우(58)로서 사용하여 이제 BCE 단계가 수행되어, 그들 사이의 n+ a-Si 재료를 제거하고, 하부 MIC 폴리-Si를 노출시키고, a-Si 소스 및 드레인 접촉층(54, 56)을 규정한다.A metal layer is then deposited, which is patterned to form source and drain electrodes 50 and 52 (mask 3). Using the source and drain electrodes 50, 52 as the mask defining etch window 58, a BCE step is now performed to remove the n + a-Si material between them, expose the underlying MIC poly-Si, and Si source and drain contact layers 54 and 56 are defined.

공지된 a-Si BCE TFT 제조 공정에서, 에칭 공정이 n+a-Si 및 하부 a-Si 사이에서 선택적이지 않기 때문에 에칭 BCE 단계의 엔드 포인트(end point)를 명확하게 규정되거나 제어될 수 없다. 이 문제점은 a-Si 층을 더 두껍게 형성하고, 일부 a-Si를 제거하여 불필요한 n+ a-Si가 확실하게 제거하도록 함으로써 해결되었다. 이것은 처리 시간 및 비용을 증가시키고 프로세스를 덜 확실하게 재현할 수 있다는 단점을 갖는다. 그러나, 도 4 sol 7의 프로세스에서는, n+ a-Si의 에칭으로 MIC 폴리-Si 재료를 노출시키고, BCE 단계에 사용된 에칭제가 n+ a-Si와 폴리-Si 사이에서 선택적으로 선택될 수 있어, 에칭 단계에 확실하게 규정된 엔드 포인트를 제공한다.In the known a-Si BCE TFT manufacturing process, the end point of the etching BCE step cannot be clearly defined or controlled because the etching process is not selective between n + a-Si and lower a-Si. This problem was solved by forming the a-Si layer thicker and removing some a-Si to ensure that unnecessary n + a-Si was removed. This has the disadvantage of increasing processing time and cost and making the process less reliable to reproduce. However, in the process of FIG. 4 sol 7, the MIC poly-Si material is exposed by etching n + a-Si, and the etchant used in the BCE step can be selectively selected between n + a-Si and poly-Si, Provide a clearly defined end point for the etching step.

따라서, 본 프로세스는 비교적 두꺼운 a-Si 층보다는 채널을 수용하는 비교적 얇은 폴리-Si 영역을 갖는 BCE TFT의 형성을 가능하게 한다. 이 감소된 층의 두께는 층을 증착시키는데 요구된 처리 시간을 감소시키며 또한 층 내의 누설을 감소시키는 역할을 한다. 예를 들면, BCE a-Si TFT의 a-Si 층을 수용하는 채널은 통상 약 100nm 두께인 반면에, 본 디바이스의 폴리-Si 층은 이보다 더 두꺼울 수도 있으며, 이 층이 약 40 또는 심지어 20nm 두께인 디바이스가 확실하게 제조될 수도 있다.Thus, the present process makes it possible to form BCE TFTs having relatively thin poly-Si regions that accept channels rather than relatively thick a-Si layers. This reduced layer thickness reduces the processing time required to deposit the layer and also serves to reduce leakage in the layer. For example, the channel receiving the a-Si layer of a BCE a-Si TFT is typically about 100 nm thick, while the poly-Si layer of the device may be thicker than this, which layer is about 40 or even 20 nm thick. Phosphorus devices may be reliably manufactured.

그 다음에 도 7에 도시된 바와 같이, 패시베이션층(60)을 그 위에 증착하고, 패시베이션층(60) 내에 접촉 홀(62)을 개공하고(마스크 4), 적절한 재료(통상 인듐 주석 산화물)를 증착하고 패터닝하여 픽셀 전극(64)을 형성함으로써, TFT 디바이스가 완성된다(예를 들어 액티브 매트릭스 디스플레이 디바이스의 경우).Then, as shown in FIG. 7, a passivation layer 60 is deposited thereon, opening a contact hole 62 in the passivation layer 60 (mask 4), and a suitable material (usually indium tin oxide) is applied. By depositing and patterning to form the pixel electrode 64, the TFT device is completed (e.g. for an active matrix display device).

도 5 및 6과 관련하여 설명한 다른 방법에서, MIC 프로세스가 수행되기 전에 n+Si 층이 a-Si 층(44) 위에 증착될 수도 있다. 그러면, n+ a-Si가 패터닝되어 소스 및 접촉층(54, 56)을 규정하고, 그 사이에 노출된 a-Si의 채널 영역을 구비한다. a-Si의 결정화의 촉진을 위한 금속 원자들이, 예를 들어 주입과 같은 본 명세서에 개시된 방법들 중 하나에 의해 첨가되고, MIC 어닐이 행해진다. 이 방법에서는, TFT의 채널 영역뿐만 아니라 n+ a-Si 층의 소스 및 드레인 접촉층도 결정화되며, 따라서 소스 및 드레인 접촉층의 전도도가 향상된다. In another method described in connection with FIGS. 5 and 6, an n + Si layer may be deposited over the a-Si layer 44 before the MIC process is performed. Then n + a-Si is patterned to define the source and contact layers 54, 56, with the channel region of a-Si exposed therebetween. Metal atoms for the promotion of crystallization of a-Si are added by one of the methods disclosed herein, for example implantation, and MIC annealing is performed. In this method, not only the channel region of the TFT but also the source and drain contact layers of the n + a-Si layer are crystallized, thus improving the conductivity of the source and drain contact layers.

액티브 매트릭스 디스플레이 디바이스에서, TFT의 어레이는 디스플레이의 각 픽셀을 스위칭하기 위한 액티브 플레이트 상에 제공된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이 장치(68)에서는, 액티브 플레이트(70) 및 대향 패시브 플레이트(72) 및 그 사이의 액정 재료(74)가 제공된다.In an active matrix display device, an array of TFTs is provided on an active plate for switching each pixel of the display. As shown in FIG. 8, in the liquid crystal display device 68, an active plate 70 and an opposing passive plate 72 and a liquid crystal material 74 therebetween are provided.

그 성능을 개선하기 위해 디바이스 제조 후에 플라즈마 수소 첨가 공정을 수행하는 것은 본 발명에 따른 프로세스에서 특히 바람직하다. 통상, 이것은 약 350℃에서 약 1 시간동안 수행된다.It is particularly preferred in the process according to the invention to carry out the plasma hydrogenation process after device manufacture to improve its performance. Typically this is done at about 350 ° C. for about 1 hour.

50㎛의 채널 폭을 갖는 본 명세서에 설명된 프로세스에 따라 형성된 TFT는 1.6×10-12A/㎛와 등가인 5V의 소스-드레인 전압에서 약 8×10-11A의 오프 상태 및 약 20cm2/Vs의 이동도의 누설 전류를 나타내는 것으로 밝혀졌다.TFTs formed according to the process described herein having a channel width of 50 μm have an off state of about 8 × 10 −11 A and about 20 cm 2 at a source-drain voltage of 5V equivalent to 1.6 × 10 −12 A / μm. It was found to represent the leakage current of the mobility of / Vs.

TFT 누설 특성은 2, 3 또는 그 이상의 핑거를 갖는 핑거형 채널 구조를 채용함으로써 더욱 개선될 수도 있다.TFT leakage characteristics may be further improved by employing a fingered channel structure with two, three or more fingers.

도 4 내지 7을 참고하여 위에서 설명한 실시예에서, 금속은 게이트 전극을 형성하는데 사용된다. 그러나, 게이트 전극을 형성하기 위해 본 발명에 따라서 다른 재료가 사용될 수도 있다.In the embodiment described above with reference to FIGS. 4-7, metal is used to form the gate electrode. However, other materials may be used in accordance with the present invention to form the gate electrode.

다른 바람직한 실시예에서, 게이트 전극은 금속 실리사이드를 포함한다. 그러한 게이트 전극을 형성하기 위해 다양한 방법이 이용될 수도 있다. 예를 들면, a-Si 층이 게이트 전극에 대한 바람직한 구성에 증착되고 패터닝될 수도 있다. 그 다음에, 적절한 재료의 층이 증착되고, 적절한 온도 및 지속 기간의 어닐링 단계가 수행되어 a-Si를 갖는 금속과 반응하여 금속 실리사이드를 형성한다. 예를 들면, NiSi2의 경우에, 350℃에서 약 1 시간 동안 어닐링이 수행될 수도 있다. 그 다음에 금속 실리사이드 재료를 포함하는 게이트 전극을 남겨두고 a-Si와 반응하지 않은 금속 재료는 벗겨진다. 적절한 재료는 텅스텐, 몰리브덴, 니켈 및 백금을 포함한다. 형성된 대응 실리사이드가 후속 처리, 특히 MIC 어닐링 단계에 견딜 수 있다고 가정하면, 다른 금속이 사용될 수도 있다.In another preferred embodiment, the gate electrode comprises metal silicide. Various methods may be used to form such gate electrodes. For example, an a-Si layer may be deposited and patterned in a preferred configuration for the gate electrode. Next, a layer of suitable material is deposited and an annealing step of appropriate temperature and duration is performed to react with the metal having a-Si to form metal silicide. For example, in the case of NiSi 2 , annealing may be performed at 350 ° C. for about 1 hour. The metal material that has not reacted with a-Si is then stripped away leaving the gate electrode comprising the metal silicide material. Suitable materials include tungsten, molybdenum, nickel and platinum. Other metals may be used, assuming that the corresponding silicides formed are able to withstand subsequent processing, in particular the MIC annealing step.

a-Si 층의 두께는 약 20 내지 100nm일 수도 있으며, 실리사이드를 형성하는 금속은 a-Si와 반응하는 원자의 요구된 화학양론적(stochiometric) 비를 제공하는 두께(또는 그 이상으로, 여분의 금속은 제거됨)로 제공될 수도 있다.The thickness of the a-Si layer may be between about 20 and 100 nm, and the metal forming the silicide may have an extra thickness (or more, to provide a desired stochiometric ratio of atoms reacting with a-Si). Metal may be removed).

위의 금속 실리사이드 게이트 전극 형성 공정의 변형예에서, 금속층이 a-Si의 패터닝되지 않은 층 상에 증착될 수도 있다. 이 경우, 패터닝 전에 실리사이드 어닐링이 수행되어 게이트 전극이 형성된다.In a variation of the metal silicide gate electrode formation process above, a metal layer may be deposited on the unpatterned layer of a-Si. In this case, silicide annealing is performed before patterning to form a gate electrode.

다른 변형예에서, TFT의 MIC 폴리-Si를 형성하는데 수행된 어닐링 단계는 실리사이드를 형성하기 위한 별도의 어닐링 단계를 필요로 하지 않고 실리사이드를 동시에 형성할 수도 있다. 이 방법에서, a-Si 층 및 실리사이드 형성 금속층이 증착되고 함께 패터닝되어 게이트 전극 구성을 규정할 수도 있다. 이들은 장치 제조의 나중 MIC 어닐링 단계까지 실리사이드를 형성하기 위해 어닐링되지 않는다.In another variation, the annealing step performed to form the MIC poly-Si of the TFT may simultaneously form silicides without requiring a separate annealing step to form the silicides. In this method, an a-Si layer and a silicide forming metal layer may be deposited and patterned together to define the gate electrode configuration. They are not annealed to form silicides until the later MIC annealing step of device fabrication.

본 발명의 실시예는 실리콘 재료(즉, a-Si 및 폴리-Si)를 참고하여 설명되었지만, 본 발명에 따르면 다른 반도체 재료, 또는 합성 반도체 필름(예를 들어, 게르마늄을 포함하는 실리콘 필름)이 사용될 수도 있음이 분명하다.Although embodiments of the present invention have been described with reference to silicon materials (ie, a-Si and poly-Si), according to the present invention other semiconductor materials, or synthetic semiconductor films (eg, silicon films comprising germanium) may be used. It is obvious that it may be used.

본 명세서에 개시된 기법에 따라서 생성된 다결정 반도체는 유리와 같이 고온에 견딜 수 없는 기판 상에 전자 회로가 형성되는 넓은 범위의 애플리케이션에 사용하기에 적합하다. 필름은 TFT와 같은 액티브 디바이스 또는 그러한 기판 상의 회로 내의 패시브 디바이스(예를 들면, 저항, 온도 센서 및 피에조 저항(piezo-resistor))의 형성에 사용될 수도 있다. TFT는 스위칭 매트릭스와 동일한 구조 상의 집적 회로 및/또는 장치의 스위칭 매트릭스로 AMLCD, AMPLED, X-선 센서, 지문 감지기 등에 채용될 수도 있다.Polycrystalline semiconductors produced in accordance with the techniques disclosed herein are suitable for use in a wide range of applications in which electronic circuits are formed on substrates that cannot withstand high temperatures such as glass. The film may be used to form active devices such as TFTs or passive devices (e.g., resistors, temperature sensors, and piezo-resistors) in circuits on such substrates. TFTs may be employed in AMLCDs, AMPLEDs, X-ray sensors, fingerprint detectors, and the like as switching matrixes of integrated circuits and / or devices on the same structure as the switching matrix.

본 명세서에서 설명한 프로세스를 이용하여 형성된 다결정 반도체 재료의 결정 품질은 에너지 빔으로 재료를 조사함으로써 더욱 개선될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 기판을 가로질러 에너지 빔을 스캔하는 데에는 상당한 시간이 걸릴 수도 있다. 그러나, 계류 중인 본 출원인의 영국 특허 출원 제 0211724.0 호(참고번호 PHGB020072)에 개시되어 있는 바와 같이, 이것에 걸리는 시간은 디스플레이 영역 주위의 디스플레이 기판 상에 집적된 주변 회로를 단지 조사함으로써 액티브 매트릭스 디스플레이의 제조에서 최소화될 수도 있다. 영국 특허 제 0211724.0 호의 내용은 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다.The crystal quality of the polycrystalline semiconductor material formed using the process described herein may be further improved by irradiating the material with an energy beam. As mentioned above, it may take considerable time to scan the energy beam across the substrate. However, as disclosed in pending applicant's UK Patent Application No. 0211724.0 (reference PHGB020072), the time taken for this can be determined by simply examining the peripheral circuitry integrated on the display substrate around the display area. It may be minimized in manufacturing. The content of British Patent No. 0211724.0 is incorporated herein by reference.

본 명세서로부터, 당업자들에게 자명한 다른 변형 및 수정이 이루어질 수 있을 것이다. 그러한 변형 및 수정은 종래 기술에서 이미 공지되어 있는 동등한 다른 특징들을 포함할 수도 있으며, 본 명세서에 개시된 특징들 대신에 또는 추가로 사용될 수도 있다.From this specification, other variations and modifications will be apparent to those skilled in the art. Such variations and modifications may include equivalent other features as are already known in the art, and may be used instead of or in addition to the features disclosed herein.

청구범위는 본 출원에서 특징들의 특정 조합으로 공식화되었지만, 본 발명의 범위는 본 발명이 청구범위에 현재 청구된 것과 동일한 발명과 관련되는 지의 여부에 관계없이 그리고 본 발명에서 행하는 바와 임의의 또는 모든 동일한 기술적 문제점을 완화하는 지의 여부에 관계없이, 임의의 신규한 특징 또는 명시적으로 또는 암시적으로 개시된 특징들의 신규한 조합 또는 임의의 일반화를 포함한다는 점에 유의하라. While the claims have been formulated with specific combinations of features in the present application, the scope of the invention is any or all equivalents to what is done in the present invention and whether or not it relates to the same invention as the one currently claimed in the claims. Note that it includes any novel feature or novel combination of explicitly or implicitly disclosed features or any generalization, whether or not to mitigate technical problems.

본 출원 또는 이로부터 유도된 추가적인 출원의 진행 중에 새로운 청구범위가 그러한 특징들 및/또는 그러한 특징들의 조합으로 공식화될 수도 있음에 유의하라.Note that in the course of this application or further applications derived therefrom, new claims may be formulated with such features and / or combinations of such features.

Claims (14)

TFT(9, 59)를 포함하는 전자 디바이스(70)에 있어서,In the electronic device 70 including the TFTs 9 and 59, 상기 TFT는 결정화 프로세스를 촉진시키기 위해 금속 원자(6)를 사용하여 비정질 반도체 재료(2, 44)를 결정화함으로써 생성된 다결정 반도체 재료(10, 48)의 층 내에 규정된 채널(16)을 포함하되,The TFT comprises a channel 16 defined in a layer of polycrystalline semiconductor material 10, 48 produced by crystallizing the amorphous semiconductor material 2, 44 using metal atoms 6 to facilitate the crystallization process. , 상기 반도체 재료의 금속 원자의 평균 농도 범위는 1.3×1018 내지 7.5×1018 원자/cm3The average concentration range of the metal atoms of the semiconductor material is 1.3 × 10 18 to 7.5 × 10 18 atoms / cm 3 전자 디바이스.Electronic device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 재료 내의 금속 원자의 평균 농도는 약 2.5×1018 원자/cm3The average concentration of metal atoms in the semiconductor material is about 2.5 × 10 18 atoms / cm 3 전자 디바이스.Electronic device. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 TFT(59)는 바텀 게이트 구성을 갖는 The TFT 59 has a bottom gate configuration 전자 디바이스.Electronic device. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 TFT(59)의 게이트 전극(40)은 금속 재료를 포함하는The gate electrode 40 of the TFT 59 includes a metal material 전자 디바이스.Electronic device. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 TFT(59)의 게이트 전극(40)은 금속 실리사이드를 포함하는The gate electrode 40 of the TFT 59 includes a metal silicide 전자 디바이스.Electronic device. 제 1 항 내지 5 항 중 어느 한 항에 있어서The method according to any one of claims 1 to 5. 상기 게이트 전극(40)은 상기 결정화를 촉진하는데 적합한 금속 원자 및 반도체 재료를 포함하는 The gate electrode 40 comprises a metal atom and a semiconductor material suitable for promoting the crystallization 전자 디바이스.Electronic device. 전자 디바이스 제조 방법에 있어서,In the electronic device manufacturing method, (a) 기판(4) 상에 비정질 반도체 재료(2, 44)를 증착하는 단계와,(a) depositing an amorphous semiconductor material (2, 44) on the substrate (4), (b) 상기 반도체 재료에 평균 농도의 범위가 1.3×1018 내지 4×1018 원자/cm3인 금속 원자(6)를 첨가하는 단계 -상기 금속 원자는 비정질 반도체 재료의 결정화를 가속시키는데 적합함- 와,(b) adding a metal atom 6 having a mean concentration in the range of 1.3 × 10 18 to 4 × 10 18 atoms / cm 3 to the semiconductor material, the metal atoms being suitable for accelerating crystallization of an amorphous semiconductor material - Wow, (c) 상기 비정질 반도체 재료를 어닐링하여 다결정 반도체 재료를 형성하는 단계를 포함하는(c) annealing the amorphous semiconductor material to form a polycrystalline semiconductor material. 전자 디바이스 제조 방법.Electronic device manufacturing method. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 금속 원자(6)는 약 2.5×1018 원자/cm3의 평균 농도로 상기 비정질 반도체 재료에 첨가되는The metal atoms 6 are added to the amorphous semiconductor material at an average concentration of about 2.5 × 10 18 atoms / cm 3 전자 디바이스 제조 방법.Electronic device manufacturing method. 제 7 항 또는 8 항에 있어서,The method according to claim 7 or 8, 상기 금속 원자(6)는 주입에 의해 첨가되는The metal atom 6 is added by implantation 전자 디바이스 제조 방법.Electronic device manufacturing method. 제 7 항 내지 9 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 to 9, 상기 어닐링 프로세스는 600℃ 이하의 온도에서 10 시간 이하 동안 수행되고, 5V의 소스-드레인 전압에서 약 2.5×10-12A/㎛의 최소 누설 전류를 나타내는 다결정 반도체 재료 내에 규정된 채널을 갖는 TFT(9, 59)가 형성되는The annealing process is performed for 10 hours or less at a temperature of 600 ° C. or less, and has a TFT having a defined channel in the polycrystalline semiconductor material exhibiting a minimum leakage current of about 2.5 × 10 −12 A / μm at a source-drain voltage of 5V ( 9, 59) are formed 전자 디바이스 제조 방법.Electronic device manufacturing method. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 상기 어닐링 프로세스는 550℃ 이하의 온도에서 8 시간 이하 동안 수행되고, 5V의 소스-드레인 전압에서 약 2.5×10-12A/㎛의 최소 누설 전류를 나타내는 다결정 반도체 재료 내에 규정된 채널을 갖는 TFT(9, 59)가 형성되는The annealing process is performed for up to 8 hours at a temperature of 550 ° C. or less, and has a TFT having a defined channel in the polycrystalline semiconductor material exhibiting a minimum leakage current of about 2.5 × 10 −12 A / μm at a source-drain voltage of 5V 9, 59) are formed 전자 디바이스 제조 방법.Electronic device manufacturing method. 제 7 항 내지 11 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 7 to 11, 바텀 게이트 구성을 갖는 상기 다결정 반도체 재료 내에 규정된 채널을 갖는 TFT(59)가 형성되고, 상기 방법은 백 채널(back channel) 에칭 단계를 포함하는 A TFT 59 having a defined channel in the polycrystalline semiconductor material having a bottom gate configuration is formed, and the method includes a back channel etching step. 전자 디바이스 제조 방법.Electronic device manufacturing method. 상기 금속 원자(6)는 니켈 원자를 포함하는 제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항의 전자 디바이스 또는 제 7 항 내지 12 항 중 어느 한 항의 방법.The electronic device according to any one of claims 1 to 6 or the method according to any one of claims 7 to 12, wherein the metal atom (6) comprises a nickel atom. 액티브 매트릭스 디스플레이 디바이스(68)에 있어서,In the active matrix display device 68, 제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항 또는 13 항의 전자 디바이스(70)는 상기 액티브 매트릭스 디바이스의 액티브 플레이트를 형성하는 액티브 매트릭스 디스플레이 디바이스.An active matrix display device according to any of the preceding claims, wherein the electronic device (70) forms an active plate of the active matrix device.
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