KR20050055357A - Fabrication method of polycrystalline silicon tft - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막트랜지스터 제조방법은, 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 비정질 실리콘층을 결정화시키고 패터닝하여 다결정 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 다결정 반도체층에 대하여 플라즈마 표면처리를 수행하는 단계와; 상기 플라즈마 표면처리가 수행된 다결정 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 결과물에 대하여 H20 증기 열처리(vapor annealing)를 수행하는 단계와; 상기 H20 증기 열처리된 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 결과물에 대해 불순물 도핑을 수행하고, 상기 반도체층에 LDD 영역 및 n형 불순물층을 형성하는 단계와; 상기 LDD 영역 및 n형 불순물층에 대한 활성화 및 수소 도핑을 수행하는 단계; 및 상기 결과물 상에 층간 절연막을 형성하고 소스/드레인 전극을 형성하는 단계; 를 포함한다.A method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention includes the steps of forming an amorphous silicon layer on a substrate; Crystallizing and patterning the amorphous silicon layer to form a polycrystalline semiconductor layer; Performing plasma surface treatment on the polycrystalline semiconductor layer; Forming a gate insulating film on the polycrystalline semiconductor layer on which the plasma surface treatment has been performed; H 2 0 Performing vapor annealing; H 2 0 Forming a gate electrode on the vapor heat-treated gate insulating film; Performing impurity doping on the resultant and forming an LDD region and an n-type impurity layer in the semiconductor layer; Activating and hydrogen doping the LDD region and the n-type impurity layer; Forming an interlayer insulating film on the resultant and forming a source / drain electrode; It includes.
여기서 본 발명에 의하면, 상기 다결정 반도체층에 대하여 플라즈마 표면처리를 수행함에 있어, 불소 플라즈마(fluorine plasma)를 이용하여 표면처리를 수행한다.According to the present invention, in performing the plasma surface treatment on the polycrystalline semiconductor layer, the surface treatment is performed using fluorine plasma.
Description
본 발명은 박막트랜지스터 제조방법에 관한 것으로서, 특히 다결정 실리콘 박막트랜지스터를 제조함에 있어, 박막트랜지스터의 소자 특성을 향상시킬 수 있는 다결정 실리콘 박막트랜지스터 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor, and more particularly, to a method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor capable of improving device characteristics of a thin film transistor.
최근 정보화 사회로 시대가 급격하게 변해가면서 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 그 중 색 재현성 등이 우수한 액정표시장치(liquid crystal display)가 활발하게 개발되고 있다.Recently, as the information society changes rapidly, there is a need for a flat panel display having excellent characteristics such as thinning, light weight, and low power consumption. Among them, a liquid crystal display having excellent color reproducibility, etc. displays are actively being developed.
알려진 바와 같이, 액정표시장치는 일측에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을, 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입함으로써 형성된다. 또한, 액정표시장치는 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 영상을 표현하는 장치이다. As is known, a liquid crystal display is formed by arranging two substrates each having electrodes formed on one side thereof so that the surfaces on which the two electrodes are formed face each other and injecting a liquid crystal material between the two substrates. In addition, the liquid crystal display device is a device for representing an image by changing the transmittance of light by moving the liquid crystal molecules by an electric field generated by applying a voltage to the two electrodes.
이와 같은 액정표시장치의 하부 기판은 화소 전극에 신호를 인가하기 위한 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 기판으로서, 금속막 및 절연막을 형성하고 사진 식각하는 공정을 반복함으로써 형성된다. 또한, 액정표시장치의 상부 기판은 컬러 필터를 포함하는 기판으로서, 컬러 필터는 적(R), 녹(G), 청(B)의 세 가지 색이 순차적으로 배열되어 있으며, 안료분산법이나 염색법, 전착법 등의 방법으로 제작된다.The lower substrate of the liquid crystal display device is an array substrate including a thin film transistor for applying a signal to a pixel electrode, and is formed by repeating a process of forming a metal film and an insulating film and then etching the photo. In addition, the upper substrate of the liquid crystal display device is a substrate including a color filter, and the color filter is sequentially arranged three colors of red (R), green (G), blue (B), pigment dispersion method or dyeing method It is produced by a method such as electrodeposition.
일반적으로, 액정표시장치의 박막트랜지스터에 사용되는 반도체층은 비정질 실리콘(amorphous silicon;a-Si:H)이 주류를 이루고 있다. 이는 대면적으로 제작이 용이하여 생산성이 높고, 350℃ 이하의 낮은 기판온도에서 증착이 가능하여 저가의 절연기판을 사용할 수 있기 때문이다.In general, amorphous silicon (a-Si: H) is mainly used for semiconductor layers used in thin film transistors of liquid crystal display devices. This is because a large area is easy to manufacture, high productivity, and can be deposited at a low substrate temperature of 350 ° C. or lower, so that an inexpensive insulating substrate can be used.
그러나, 수소화된 비정질 실리콘은 원자 배열이 무질서하기 때문에 약한 결합(weak Si-Si bond) 및 댕글링 본드(dangling bond)가 존재하여 빛 조사나 전기장 인가시 준 안정상태로 변화되어 박막트랜지스터 소자로 활용시 안정성이 문제로 대두되고 있다.However, because hydrogenated amorphous silicon has a disordered atomic arrangement, weak Si-Si bonds and dangling bonds exist, and thus, the Si-Si is changed into a quasi-stable state when irradiated with light or applied with an electric field to be used as a thin film transistor device. Stability is a problem.
특히, 상기 비정질 실리콘은 빛 조사에 의해 특성이 저하되는 문제점이 있고, 표시화소 구동소자의 전기적 특성(낮은 전계효과 이동도 : 0.1∼1.0㎠/V·s)과 신뢰성 저하로 인해 구동회로로 사용하기에는 어렵다는 단점이 있다. In particular, the amorphous silicon has a problem of deterioration in characteristics due to light irradiation, and is used as a driving circuit due to electrical characteristics (low field effect mobility: 0.1 to 1.0 cm 2 / V · s) and reliability of the display pixel driving element. The disadvantage is that it is difficult to do.
더욱이, 액정표시장치용 액정패널의 해상도가 높아지면, 박막트랜지스터 기판의 게이트 배선 및 데이터 배선을 TCP와 연결하는 기판 외부의 패드 피치(Pitch)가 좁아져 TCP 본딩 자체가 어려워진다. Furthermore, 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 narrow, which makes the TCP bonding itself difficult.
그러나, 다결정 실리콘은 비정질 실리콘에 비하여 전계효과 이동도가 크기 때문에 기판 위에 구동회로를 만들 수 있어, 이 다결정 실리콘으로 기판에 직접 구동회로를 만들면 구동 IC 비용도 줄일 수 있고 실장도 간단해진다. However, since polycrystalline silicon has a greater field effect mobility than amorphous silicon, a driving circuit can be made on a substrate. If the driving circuit is directly made on the substrate, the IC cost can be reduced and the mounting can be simplified.
또한, 이러한 다결정 실리콘은 비정질 실리콘에 비해 전계효과 이동도가 100 배 내지 200 배 정도 더 크므로 응답 속도가 빠르고, 온도와 빛에 대한 안정성이 우수하다. 또한, 구동회로를 동일 기판 상에 형성할 수 있는 장점이 있다.In addition, the polycrystalline silicon has a field effect mobility of about 100 times to about 200 times greater than that of the amorphous silicon, so that the response speed is high and the stability to temperature and light is excellent. In addition, there is an advantage that the driving circuit can be formed on the same substrate.
상기와 같은 장점을 가지는 다결정 실리콘의 제조방법은 다양하게 알려져 있는데, 일반적으로 다결정 실리콘을 형성하기 위해서 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition)이나 저압 화학 기상 증착법(low pressure chemical vapor deposition)으로 비정질 실리콘을 증착한 후, 이를 다시 결정화하는 방법이 널리 사용되고 있다.Various methods of manufacturing polycrystalline silicon having the above-mentioned advantages are known. Generally, in order to form polycrystalline silicon, an amorphous material is formed by plasma enhanced chemical vapor deposition or low pressure chemical vapor deposition. A method of depositing silicon and crystallizing it again is widely used.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 일반적인 액정표시장치의 다결정 실리콘 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 기판 및 종래 액정표시장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an array substrate including a polycrystalline silicon thin film transistor of a general liquid crystal display device and a method of manufacturing a conventional liquid crystal display device will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 액정표시장치의 화소부 및 구동회로부의 박막트랜지스터 단면을 각각 도시한 단면도로서, 상기 화소부 및 구동회로부 모두 반도체층 상부에 게이트 전극이 위치하는 탑 게이트(top gate)형 박막트랜지스터에 관한 것이다. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating thin film transistors of a pixel portion and a driving circuit portion of a general liquid crystal display, respectively, in which both the pixel portion and the driving circuit portion are top gate type in which gate electrodes are positioned on a semiconductor layer. It relates to a thin film transistor.
먼저, 도 1a의 화소부 박막트랜지스터(I)에는, 절연기판(100) 상부에 버퍼층(114)이 전면에 걸쳐 형성되어 있고, 상기 버퍼층(114) 상부에는 반도체층(116)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(116)의 중앙부 상부에는 게이트 절연막(118), 게이트 전극(120)이 적층 형성되어 있다.First, in the pixel portion thin film transistor I of FIG. 1A, a buffer layer 114 is formed over an entire surface of an insulating substrate 100, and a semiconductor layer 116 is formed over the buffer layer 114. The gate insulating layer 118 and the gate electrode 120 are stacked on the central portion of the semiconductor layer 116.
그리고, 상기 게이트 전극(120) 상부에는 제 1, 2 반도체층 콘택홀(122a, 122b)을 포함하는 층간 절연막(124; interlayer)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제 1, 2 반도체층 콘택홀(122a, 122b)을 통하여 상기 반도체층(116)과 연결되는 소스 전극(126) 및 드레인 전극(128)이 서로 일정간격 이격되어 형성되어 있다.An interlayer insulating layer 124 including first and second semiconductor layer contact holes 122a and 122b is formed on the gate electrode 120. In addition, the source electrode 126 and the drain electrode 128, which are connected to the semiconductor layer 116 through the first and second semiconductor layer contact holes 122a and 122b, are formed to be spaced apart from each other by a predetermined interval.
그리고, 상기 소스 전극(126) 및 드레인 전극(128) 상부에는 드레인 콘택홀(130)을 포함하는 보호층(132)이 형성되어 있고, 상기 보호층(132) 상부에는 상기 드레인 콘택홀(130)을 통해 드레인 전극(128)과 연결되는 화소 전극(134)이 형성되어 있다.A protective layer 132 including a drain contact hole 130 is formed on the source electrode 126 and the drain electrode 128, and the drain contact hole 130 is formed on the protective layer 132. The pixel electrode 134 connected to the drain electrode 128 is formed.
한편, 상기 반도체층(116)은 게이트 절연막(118)과 대응되는 영역은 활성화층(116a)을 이루고, 상기 소스 전극(126) 및 드레인 전극(128)과 접촉되는 부분은 n+ 도핑처리된 n형 불순물층(116c)으로 형성된다. 그리고, 상기 활성화층(116a)과 n형 불순물층(116c) 사이의 소스 및 드레인 전극(126, 128)과 게이트 전극(120) 간의 정션(junction) 부분에는 LDD(Lightly Doped Drain)층(116b)이 위치한다.Meanwhile, in the semiconductor layer 116, a region corresponding to the gate insulating layer 118 forms an activation layer 116a, and a portion of the semiconductor layer 116 contacting the source electrode 126 and the drain electrode 128 is n + doped n. It is formed of the type impurity layer 116c. A lightly doped drain (LDD) layer 116b is formed at a junction between the source and drain electrodes 126 and 128 and the gate electrode 120 between the activation layer 116a and the n-type impurity layer 116c. This is located.
상기 LDD층(116b)은 핫 캐리어(hot carrier)들을 분산시키기 위한 목적으로, 낮은 농도로 도핑처리하여 누설전류의 증가를 막고 온 상태의 전류 손실을 최소화하는 역할을 한다. The LDD layer 116b may be doped to a low concentration to disperse hot carriers, thereby preventing an increase in leakage current and minimizing an on-state current loss.
그리고 도 1b에서, 상기 구동회로부의 CMOS 구조 박막트랜지스터는 n형 이온도핑처리에 의한 채널(channel)을 갖는 박막트랜지스터(II)와, p형 이온도핑처리에 의한 채널을 갖는 박막트랜지스터(Ⅲ)로 구성되며, 설명의 편의상 동일한 소자에 대해서는 II, Ⅲ 순서대로 부호를 함께 기재한다. In FIG. 1B, the CMOS structure thin film transistor of the driving circuit portion is a thin film transistor (II) having a channel by n-type ion doping treatment and a thin film transistor (III) having a channel by p-type ion doping treatment. For convenience of description, the same elements are denoted with the reference numerals in the order of II and III.
도 1b에 도시된 바와 같이, 버퍼층(114)이 형성된 절연기판(100) 상에는 n형 반도체층(140)과 p형 반도체층(142)이 서로 일정간격 이격되어 형성되어 있다. 여기서, 상기 n형 및 p형 반도체층(140, 142) 상부에는 각각 게이트 절연막(144a, 144b) 및 게이트 전극(146a, 146b)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트 전극(146a, 146b) 상부에는 기판 전면에 걸쳐 반도체층 콘택홀(147a, 147b, 147c, 147d)을 포함하는 층간 절연막(124)이 형성되어 있다.As illustrated in FIG. 1B, the n-type semiconductor layer 140 and the p-type semiconductor layer 142 are formed to be spaced apart from each other on the insulating substrate 100 on which the buffer layer 114 is formed. The gate insulating layers 144a and 144b and the gate electrodes 146a and 146b are formed on the n-type and p-type semiconductor layers 140 and 142, respectively. In addition, an interlayer insulating layer 124 including semiconductor layer contact holes 147a, 147b, 147c, and 147d is formed over the entire surface of the gate electrodes 146a and 146b.
상기 층간 절연막(124) 상부에는 반도체층 콘택홀(147a, 147b, 147c, 147d)을 통해 각각 n형 및 p형 반도체층(140, 142)과 연결되어 각각 소스 및 드레인 전극((150a, 152a),(150b, 152b))이 형성되어 있으며, 상기 소스 및 드레인 전극((150a, 152a),(150b, 152b)) 상부에는 기판 전면에 걸쳐 보호층(132)이 형성되어 있다. The source and drain electrodes 150a and 152a are respectively connected to the n-type and p-type semiconductor layers 140 and 142 through the semiconductor layer contact holes 147a, 147b, 147c, and 147d on the interlayer insulating layer 124, respectively. And 150b and 152b, and a protective layer 132 is formed over the entire surface of the source and drain electrodes 150a and 152a and 150b and 152b.
상기 n형 반도체층(140)은 상기 도 1a의 반도체층(116)과 같이 게이트 절연막(144a)과 접촉하는 영역을 활성화층(140a)으로 하고, 상기 소스 및 드레인 전극(150a, 152a)과 접촉하는 영역을 포함하여 n형 불순물층(140c)으로 하며, 그 사이 영역을 LDD층(140b)으로 구성한다.The n-type semiconductor layer 140 contacts the source and drain electrodes 150a and 152a with the active layer 140a having a region in contact with the gate insulating layer 144a as in the semiconductor layer 116 of FIG. 1A. The n-type impurity layer 140c is included, and the region therebetween is composed of the LDD layer 140b.
이하, 상기 화소부의 박막트랜지스터 및 구동회로부의 CMOS 구조 박막트랜지스터를 구비하는 종래 액정표시장치의 제조공정에 대해서 설명한다. Hereinafter, a manufacturing process of a conventional liquid crystal display device including the thin film transistor of the pixel portion and the CMOS structure thin film transistor of the driving circuit portion will be described.
도 2는 상기 도 1a 및 도 1b에 따른 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터를 구비하는 종래 액정표시장치의 제조공정을 보여주는 공정 흐름도로서, 이와 같은 제조공정에서는 감광성 포토 레지스트(PR;photo resist)를 이용한 포토리소그래피(Photolithography) 공정(이하, 마스크 공정으로 약칭함)이 수반된다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a conventional liquid crystal display device having a top gate polycrystalline silicon thin film transistor according to FIGS. 1A and 1B. In this manufacturing process, a photoresist is used. A photolithography process (hereinafter abbreviated as mask process) is involved.
먼저, 절연기판을 준비하고, 이 절연기판 상에 버퍼층(buffer layer)을 형성한다(S100). 상기 버퍼층을 이루는 물질로는 실리콘 질화막(SiNX)이나 실리콘 산화막(SiOX)과 같은 무기절연막이 주로 이용된다.First, an insulating substrate is prepared, and a buffer layer is formed on the insulating substrate (S100). As the material of the buffer layer, an inorganic insulating film such as a silicon nitride film (SiN X ) or a silicon oxide film (SiO X ) is mainly used.
그리고, 상기 버퍼층 상에 반도체층을 형성하는 단계가 수행된다(S110). In operation S110, a semiconductor layer is formed on the buffer layer.
이 단계에서는, 상기 버퍼층이 형성된 기판 상에 약 550Å 두께로 비정질 실리콘(a-Si)층을 증착하고, 탈수소화(dehydrogenation) 과정을 거친다. 여기서, 결정화 단계를 통해 다결정 또는 단결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘을 형성하고, 이 결정질 실리콘층을 이용하여 제 1 마스크 공정에 의해 반도체층으로 형성한다. In this step, an amorphous silicon (a-Si) layer is deposited to a thickness of about 550 상 에 on the substrate on which the buffer layer is formed, and subjected to dehydrogenation. Here, crystalline silicon, such as polycrystalline or monocrystalline silicon, is formed through a crystallization step, and the crystalline silicon layer is used to form a semiconductor layer by a first mask process.
이후, 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성한다(S120).Thereafter, a gate insulating film and a gate electrode are formed (S120).
좀 더 부연하여 설명하면, 상기 반도체층이 형성된 기판 상에, 약 1000Å의 실리콘 산화막(SiO2)을 증착하여 게이트 절연막을 형성한다. 그리고, 상기 게이트 절연막 상에 몰리브덴(Mo) 등의 금속을 증착한 후, 제 2 마스크 공정을 통해 게이트 전극을 형성하는 단계이다.In more detail, a gate insulating film is formed by depositing about 1000 GPa of silicon oxide film (SiO 2 ) on a substrate on which the semiconductor layer is formed. After depositing a metal such as molybdenum (Mo) on the gate insulating layer, a gate electrode is formed through a second mask process.
그리고, n형 반도체층을 완성하는데, 상기 게이트 전극 및 게이트 절연막이 형성된 기판 상에 n- 도핑처리를 하여 LDD층을 형성한 후, 제 3 마스크 공정을 통해 n+ 도핑 처리된 n형 불순물층을 형성한다(S130). 이어서, 상기 n형 불순물층이 형성된 기판 상에, 제 4 마스크 공정을 통해 p+ 도핑 처리된 p형 불순물층을 형성한다(S140).In addition, an n-type semiconductor layer is completed. An LDD layer is formed by performing n − doping on a substrate on which the gate electrode and the gate insulating layer are formed, and then n + doped n-type impurity layer is formed through a third mask process. It forms (S130). Subsequently, p + doped p-type impurity layers are formed on the substrate on which the n-type impurity layer is formed through a fourth mask process (S140).
이후, 층간 절연막을 형성하는데, 상기 결과물 상에 약 7000Å의 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막과 같은 무기 절연막을 증착한 후, 제 5 마스크 공정에 의해 반도체층 콘택홀을 가지는 층간절연막을 형성한다(S150). Thereafter, an interlayer insulating film is formed. An inorganic insulating film, such as a silicon nitride film or a silicon oxide film, is deposited on the resultant, and an interlayer insulating film having a semiconductor layer contact hole is formed by a fifth mask process (S150).
이어서, 상기 층간 절연막이 형성된 기판 상에, 약 500Å의 몰리브덴과, 약 3000Å의 알루미늄 네오듐(AlNd)을 차례대로 증착한 후, 제 6 마스크 공정에 의해 일괄 에칭하여, 상기 반도체층 콘택홀을 통해 불순물층과 연결되는 소스 및 드레인 전극을 형성한다(S160).Subsequently, about 500 kW of molybdenum and about 3000 kW of aluminum neodium (AlNd) are sequentially deposited on the substrate on which the interlayer insulating film is formed, and then collectively etched by the sixth mask process, through the semiconductor layer contact hole. Source and drain electrodes connected to the impurity layer are formed (S160).
그리고, 상기 소스 및 드레인 전극이 형성된 기판 상에, 약 4000Å의 실리콘 질화막을 증착하여 보호층을 형성하고, 수소화 열처리과정을 수행한다(S170). 여기서, 상기 수소화 열처리 과정은 일반적으로 380℃에서 질소(N2)가스를 이용하여 1회 실시된다.On the substrate on which the source and drain electrodes are formed, a silicon nitride film of about 4000 kV is deposited to form a protective layer, and a hydrogenation heat treatment process is performed (S170). Here, the hydrogenation heat treatment process is generally performed once using nitrogen (N 2 ) gas at 380 ° C.
이후, 제 7 마스크 공정을 통하여 보호층에 드레인 콘택홀을 형성하고, 최종적으로, 상기 보호층 상에 화소 전극을 형성한다(S180). 이 단계에서는, 상기 보호층이 형성된 기판 상에 약 500Å두께의 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착한 후, 제 8 마스크 공정에 의해 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성한다. Thereafter, a drain contact hole is formed in the passivation layer through a seventh mask process, and finally, a pixel electrode is formed on the passivation layer (S180). In this step, after depositing about 500 kW of Indium Tin Oxide (ITO) on the substrate on which the protective layer is formed, a pixel electrode connected to the drain electrode through the drain contact hole is formed by an eighth mask process.
한편, 상기와 같은 일련의 공정을 통하여 액정표시장치를 제조함에 있어, 저온 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 구조에서는 다결정 실리콘층과 게이트 절연막 간의 계면특성이 소자 특성에 영향을 미치게 된다.Meanwhile, in manufacturing a liquid crystal display device through a series of processes as described above, in the structure of the low temperature polycrystalline silicon thin film transistor, the interface characteristics between the polycrystalline silicon layer and the gate insulating film affect the device characteristics.
이와 같은 액정표시장치의 제조공정에 있어, 다결정 실리콘에는 단결정 실리콘과는 달리 그레인 바운더리(grain boundary)가 존재하며, 이러한 그레인 바운더리에는 많은 결함(defect)이 존재하게 된다. 또한, 글라스(glass)를 기판으로 이용하는 저온 공정이기 때문에, 플라즈마 화학기상 증착장비(PECVD)를 이용하여 상기 다결정 실리콘층 상에 실리콘 산화막(SiO2)을 게이트 절연막으로 성장시킨다.In the manufacturing process of such a liquid crystal display device, grain boundaries exist in the polycrystalline silicon, unlike single crystal silicon, and many defects exist in the grain boundaries. In addition, since it is a low temperature process using glass as a substrate, a silicon oxide film (SiO 2 ) is grown as a gate insulating film on the polycrystalline silicon layer using plasma chemical vapor deposition equipment (PECVD).
이때, 상기 다결정 실리콘층과 게이트 절연막의 계면에는 산소와 결합을 하지 못한 상당수(>1018/cm3)의 실리콘 댕글링 본드(Si dangling bond)가 존재하게 된다. 그리고, 이러한 결함들은 캐리어(carrier)들의 이동을 방해하는 산란 중심(scattering center)의 역할을 하게 되며, 박막트랜지스터의 초기 특성 변화를 초래한다. 또한, 이로부터 발생되는 스트레스(stress)에 의하여 박막트랜지스터 소자의 특성이 열화되는 문제점이 발생된다.At this time, a considerable number of Si dangling bonds (> 10 18 / cm 3 ) that do not bond with oxygen exist at the interface between the polycrystalline silicon layer and the gate insulating film. In addition, these defects serve as scattering centers that hinder the movement of carriers and cause initial characteristics of the thin film transistor. In addition, there is a problem that the characteristics of the thin film transistor element is deteriorated by the stress (stress) generated therefrom.
본 발명은, 다결정 실리콘 박막트랜지스터를 제조함에 있어, 박막트랜지스터의 소자 특성을 향상시킬 수 있는 다결정 실리콘 박막트랜지스터 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a polycrystalline silicon thin film transistor manufacturing method that can improve the device characteristics of the thin film transistor in manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막트랜지스터 제조방법은, 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 비정질 실리콘층을 결정화시키고 패터닝하여 다결정 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 다결정 반도체층에 대하여 플라즈마 표면처리를 수행하는 단계와; 상기 플라즈마 표면처리가 수행된 다결정 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 결과물에 대하여 H20 증기 열처리(vapor annealing)를 수행하는 단계와; 상기 H20 증기 열처리된 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 결과물에 대해 불순물 도핑을 수행하고, 상기 반도체층에 LDD 영역 및 n형 불순물층을 형성하는 단계와; 상기 LDD 영역 및 n형 불순물층에 대한 활성화 및 수소 도핑을 수행하는 단계; 및 상기 결과물 상에 층간 절연막을 형성하고 소스/드레인 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.In order to achieve the above object, a polycrystalline silicon thin film transistor manufacturing method according to the present invention comprises the steps of forming an amorphous silicon layer on a substrate; Crystallizing and patterning the amorphous silicon layer to form a polycrystalline semiconductor layer; Performing plasma surface treatment on the polycrystalline semiconductor layer; Forming a gate insulating film on the polycrystalline semiconductor layer on which the plasma surface treatment has been performed; H 2 0 Performing vapor annealing; H 2 0 Forming a gate electrode on the vapor heat-treated gate insulating film; Performing impurity doping on the resultant and forming an LDD region and an n-type impurity layer in the semiconductor layer; Activating and hydrogen doping the LDD region and the n-type impurity layer; Forming an interlayer insulating film on the resultant and forming a source / drain electrode; Its features are to include.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막트랜지스터 제조방법의 다른 예는, 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 비정질 실리콘층을 결정화시키고 패터닝하여 다결정 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 다결정 반도체층에 대하여 플라즈마 표면처리를 수행하고, 상기 플라즈마 표면처리가 수행된 다결정 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 결과물에 대해 불순물 도핑을 수행하고, 상기 반도체층에 LDD 영역 및 n형 불순물층을 형성하는 단계와; 상기 LDD 영역 및 n형 불순물층에 대한 활성화 및 수소 도핑을 수행하는 단계; 및 상기 결과물 상에 층간 절연막을 형성하고 소스/드레인 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.In addition, another example of the polycrystalline silicon thin film transistor manufacturing method according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming an amorphous silicon layer on a substrate; Crystallizing and patterning the amorphous silicon layer to form a polycrystalline semiconductor layer; Performing a plasma surface treatment on the polycrystalline semiconductor layer and forming a gate insulating film on the polycrystalline semiconductor layer on which the plasma surface treatment has been performed; Forming a gate electrode on the gate insulating film; Performing impurity doping on the resultant and forming an LDD region and an n-type impurity layer in the semiconductor layer; Activating and hydrogen doping the LDD region and the n-type impurity layer; Forming an interlayer insulating film on the resultant and forming a source / drain electrode; Its features are to include.
이와 같은 본 발명에 의하면, 다결정 실리콘 박막트랜지스터를 제조함에 있어, 박막트랜지스터의 소자 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, in manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor, there is an advantage that can improve the device characteristics of the thin film transistor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 제조방법에 의하여, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 일반적인 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치를 제조하는 공정 흐름도를 나타낸 것이다. 알려진 바와 같이, 이와 같은 제조공정에서는 감광성 포토 레지스트(PR;photo resist)를 이용한 포토리소그래피(Photolithography) 공정이 수반된다.3 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a liquid crystal display device having a general top gate type polycrystalline silicon thin film transistor shown in FIGS. 1A and 1B according to the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention. As is known, such a manufacturing process involves a photolithography process using photosensitive photo resist (PR).
먼저, 절연기판(예컨대 glass)을 준비하고, 이 절연기판 상에 버퍼층(buffer layer)을 형성한다(S300). 상기 버퍼층을 이루는 물질로는 실리콘 질화막(SiNX)이나 실리콘 산화막(SiOX)과 같은 무기절연막이 주로 이용된다.First, an insulating substrate (for example, glass) is prepared, and a buffer layer is formed on the insulating substrate (S300). As the material of the buffer layer, an inorganic insulating film such as a silicon nitride film (SiN X ) or a silicon oxide film (SiO X ) is mainly used.
그리고, 상기 버퍼층 상에 비정질 실리콘층을 형성하고, 형성된 비정질 실리콘층에 대하여 결정화를 수행하고 패터닝하여 다결정 실리콘 반도체층을 형성하는 단계가 수행된다(S310). 이 단계에서는, 상기 버퍼층이 형성된 기판 상에 약 550Å 두께로 비정질 실리콘(a-Si)층을 증착하고, 탈수소화(dehydrogenation) 과정을 거친다. 그리고, 결정화 단계를 통해 다결정 또는 단결정 실리콘과 같은 결정질 실리콘을 형성하고, 이 결정질 실리콘층을 이용하여 제 1 마스크 공정에 의해 반도체층으로 형성한다. In operation S310, an amorphous silicon layer is formed on the buffer layer, and crystallization and patterning are performed on the formed amorphous silicon layer to form a polycrystalline silicon semiconductor layer (S310). In this step, an amorphous silicon (a-Si) layer is deposited to a thickness of about 550 상 에 on the substrate on which the buffer layer is formed, and subjected to dehydrogenation. Then, crystalline silicon such as polycrystalline or monocrystalline silicon is formed through a crystallization step, and the crystalline silicon layer is used to form a semiconductor layer by a first mask process.
이때, 상기 비정질 실리콘층을 이용하여 다결정 실리콘층을 형성하는 방법으로는 비정질 실리콘층에 기판 온도를 250℃ 정도로 가열하면서 엑시머 레이저를 가해서 성장시키는 레이저 열처리(laser annealing) 방법과, 비정질 실리콘 상에 금속을 증착하여 금속을 씨드로 다결정 실리콘을 형성하는 금속유도 결정화(metal induced crystallization:MIC) 방법, 비정질 실리콘을 고온에서 장시간 열처리하여 형성하는 고상 결정화(solid phase crystallization:SPC) 방법 등이 있다.In this case, a method of forming a polycrystalline silicon layer using the amorphous silicon layer includes a laser annealing method of growing an amorphous silicon layer by applying an excimer laser while heating the substrate temperature to about 250 ° C., and a metal on the amorphous silicon layer. Metal induced crystallization (MIC) method of depositing a metal to form polycrystalline silicon as a seed, and solid phase crystallization (SPC) method of forming amorphous silicon by heat treatment for a long time at high temperature.
이후, 상기 다결정 실리콘 반도체층에 대하여 플라즈마 표면처리를 수행한다(S320). 여기서, 상기 플라즈마 표면처리는 불소 플라즈마(fluorine plasma)를 이용하여 표면처리를 수행하며, 플라즈마 화학기상 증착장비(PECVD)에서 NF3, SF6를 포함하는 가스를 이용하여 불소 플라즈마를 생성하도록 한다.Thereafter, plasma surface treatment is performed on the polycrystalline silicon semiconductor layer (S320). Here, the plasma surface treatment is performed by using a fluorine plasma (fluorine plasma) to generate a fluorine plasma using a gas containing NF 3 , SF 6 in the plasma chemical vapor deposition equipment (PECVD).
이와 같은 불소 플라즈마 표면처리에 의해, 상기 다결정 실리콘 반도체층의 그레인 바운더리(grain boundary)에 존재하는 댕글링 본드와 불소 이온과의 결합을 통하여 캐리어의 이동을 방해하는 결함들을 감소시킬 수 있게 된다. 도 4는 본 발명에 따른 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치의 제조공정 중에서, 불소 플라즈마 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.By such a fluorine plasma surface treatment, it is possible to reduce defects that hinder the movement of the carrier through the combination of the dangling bond and fluorine ions present in the grain boundary of the polycrystalline silicon semiconductor layer. 4 is a view for explaining a fluorine plasma treatment process in the manufacturing process of the liquid crystal display device with a top gate type polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention.
즉 본 발명에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 기판(401) 위의 버퍼층(402)에 형성된 다결정 실리콘층(403)에 대하여 불소 플라즈마를 이용한 표면처리를 수행함으로써, 상기 다결정 실리콘층(403)에 형성된 결함을 감소시킬 수 있게 된다. 이때, 불소 플라즈마에 의하여 다결정 실리콘 반도체층이 식각될 수도 있으므로 표면처리 조건을 적절하게 설정하여야 한다. 여기서, 본 발명에 따른 불소 플라즈마 처리 공정 조건의 한 예로는 350mT 이상, 1000W 이하, 30 sec 이하의 조건에서 수행될 수 있다.That is, in the present invention, as shown in FIG. 4, the polycrystalline silicon layer 403 is subjected to surface treatment using fluorine plasma on the polycrystalline silicon layer 403 formed in the buffer layer 402 on the substrate 401. It is possible to reduce the defect formed. At this time, since the polycrystalline silicon semiconductor layer may be etched by fluorine plasma, the surface treatment conditions should be appropriately set. Here, one example of the fluorine plasma treatment process conditions according to the present invention may be carried out at 350mT or more, 1000W or less, 30sec or less.
그리고, 상기 플라즈마 표면처리가 수행된 다결정 실리콘 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성한다(S330). 좀 더 부연하여 설명하면, 하나의 예로서 상기 다결정 실리콘 반도체층이 형성된 기판 상에 약 1000Å의 실리콘 산화막(SiO2)을 증착하여 게이트 절연막을 형성한다.In operation S330, a gate insulating layer is formed on the polycrystalline silicon semiconductor layer on which the plasma surface treatment is performed. In more detail, as an example, a gate insulating film is formed by depositing about 1000 GPa of silicon oxide film (SiO 2 ) on a substrate on which the polycrystalline silicon semiconductor layer is formed.
이후 상기 결과물에 대하여, 도 5에 나타낸 바와 같이, H20 증기 열처리(vapor annealing)를 수행한다(S340). 도 5는 본 발명에 따른 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치의 제조공정 중에서, H2O 증기를 이용한 열처리 공정을 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도면부호 505는 게이트 절연막을 나타낸다.Then, for the resultant, as shown in FIG. 5, H 2 0 Vapor annealing is performed (S340). 5 is a view for explaining a heat treatment process using H 2 O vapor in the manufacturing process of the liquid crystal display device with a top gate type polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention. Here, reference numeral 505 denotes a gate insulating film.
이와 같이, H20 증기(vapor)를 이용하여 퍼니스(furnace)에서 열처리를 수행하면, H20 분해에 의해 산소(oxygen)와 실리콘(Si)의 결합에 의하여 계면에 존재하는 댕글링 본드의 결함을 줄일 수 있게 된다. 이때, 열처리의 온도를 높일수록 실리콘과 산소의 반응은 활성화되어 표면의 강한 결합을 갖는 산화막을 형성할 수 있으나, 글라스(glass)를 기판으로 사용하는 경우에는 500℃ 이하의 온도에서 열처리를 수행하도록 한다.As such, H 2 0 When heat treatment is performed in a furnace using a vapor, it is possible to reduce defects of dangling bonds present at the interface due to the combination of oxygen and silicon by H 2 O decomposition. . At this time, as the temperature of the heat treatment is increased, the reaction between silicon and oxygen is activated to form an oxide film having a strong bond on the surface. However, when glass is used as a substrate, the heat treatment is performed at a temperature of 500 ° C. or less. do.
이어서, 상기 H20 증기 열처리된 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성한다(S350). 하나의 예로서, 2000Å의 몰리브덴(Mo)을 증착한 후, 제 2 마스크 공정을 통해 게이트 전극을 형성할 수 있다.Subsequently, the H 2 0 A gate electrode is formed on the gate heat-treated gate insulating film (S350). As an example, after depositing 2000 μmol of molybdenum (Mo), a gate electrode may be formed through a second mask process.
그리고, n형 반도체층을 완성하는데, 상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에 n- 도핑처리를 하여 LDD층을 형성한 후, 제 3 마스크 공정을 통해 n+ 도핑 처리된 n형 불순물층을 형성한다(S360). 이어서, 상기 n형 불순물층이 형성된 기판 상에, 제 4 마스크 공정을 통해 p+ 도핑 처리된 p형 불순물층을 형성한다(S370).Then, to complete the n-type semiconductor layer, n - doping treatment to form an LDD layer on the substrate on which the gate electrode is formed, and then n + doped n-type impurity layer is formed through a third mask process ( S360). Subsequently, p + doped p-type impurity layers are formed on the substrate on which the n-type impurity layer is formed through a fourth mask process (S370).
이후, 층간 절연막을 형성하는데, 상기 결과물 상에 약 7000Å의 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막과 같은 무기 절연막을 증착한 후, 제 5 마스크 공정에 의해 반도체층 콘택홀을 가지는 층간절연막을 형성한다(S380). Thereafter, an interlayer insulating film is formed. An inorganic insulating film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film of about 7000 kV is deposited on the resultant, and an interlayer insulating film having a semiconductor layer contact hole is formed by a fifth mask process (S380).
이어서, 상기 층간 절연막이 형성된 기판 상에, 약 500Å의 몰리브덴과, 약 3000Å의 알루미늄 네오듐(AlNd)을 차례대로 증착한 후, 제 6 마스크 공정에 의해 일괄 에칭하여, 상기 반도체층 콘택홀을 통해 불순물층과 연결되는 소스 및 드레인 전극을 형성한다(S390).Subsequently, about 500 kW of molybdenum and about 3000 kW of aluminum neodium (AlNd) are sequentially deposited on the substrate on which the interlayer insulating film is formed, and then collectively etched by the sixth mask process, through the semiconductor layer contact hole. Source and drain electrodes connected to the impurity layer are formed (S390).
그리고, 상기 소스 및 드레인 전극이 형성된 기판 상에, 약 4000Å의 실리콘 질화막을 증착하여 보호층을 형성하고, 수소화 열처리과정을 수행한다(S400). 여기서, 상기 수소화 열처리 과정은 일반적으로 380℃에서 질소(N2)가스를 이용하여 1회 실시된다.Then, on the substrate on which the source and drain electrodes are formed, a silicon nitride film of about 4000 kV is deposited to form a protective layer, and a hydrogenation heat treatment process is performed (S400). Here, the hydrogenation heat treatment process is generally performed once using nitrogen (N 2 ) gas at 380 ° C.
이후, 제 7 마스크 공정을 통하여 보호층에 드레인 콘택홀을 형성하고, 최종적으로, 상기 보호층 상에 화소 전극을 형성한다(S410). 이 단계에서는, 상기 보호층이 형성된 기판 상에 약 500Å두께의 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착한 후, 제 8 마스크 공정에 의해 상기 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성한다.Thereafter, a drain contact hole is formed in the passivation layer through a seventh mask process, and finally, a pixel electrode is formed on the passivation layer (S410). In this step, after depositing about 500 kW of Indium Tin Oxide (ITO) on the substrate on which the protective layer is formed, a pixel electrode connected to the drain electrode through the drain contact hole is formed by an eighth mask process.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 제조방법에 의하면, 상기에서 설명된 바와 같이, 불소 플라즈마를 이용한 표면처리와 H2O 증기를 이용한 열처리를 통하여, 그레인 바운더리의 결함 감소 및 댕글링 본드의 감소를 통하여 박막트랜지스터 소자의 특성을 향상시킬 수 있게 된다.According to the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention, as described above, through the surface treatment using fluorine plasma and the heat treatment using H 2 O steam, the grain boundary defects and the dangling bonds are reduced Through this, it is possible to improve the characteristics of the thin film transistor element.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막트랜지스터 제조방법의 다른 실시 예에 의하여, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 일반적인 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치를 제조하는 공정 흐름도를 나타낸 것이다. 이하 각 공정을 설명함에 있어서, 상기 도 3을 참조하여 설명된 내용과 동일한 제조공정에 대해서는 간략하게 설명하도록 한다.6 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a liquid crystal display device having a general top gate type polycrystalline silicon thin film transistor shown in FIGS. 1A and 1B according to another embodiment of the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention. will be. In the following description of each process, the same manufacturing process as described with reference to FIG. 3 will be briefly described.
먼저, 절연기판(예컨대 glass)을 준비하고, 이 절연기판 상에 버퍼층(buffer layer)을 형성한다(S600). 그리고, 상기 버퍼층 상에 비정질 실리콘층을 형성하고, 형성된 비정질 실리콘층에 대하여 결정화를 수행하고 패터닝하여 다결정 실리콘 반도체층을 형성하는 단계가 수행된다(S610). First, an insulating substrate (for example, glass) is prepared, and a buffer layer is formed on the insulating substrate (S600). In operation S610, an amorphous silicon layer is formed on the buffer layer, and a polycrystalline silicon semiconductor layer is formed by performing crystallization and patterning on the formed amorphous silicon layer (S610).
이후, 상기 다결정 실리콘 반도체층에 대하여 플라즈마 표면처리를 수행하고, 인 사이튜(In-situ) 공정으로 상기 플라즈마 표면처리가 수행된 다결정 실리콘 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성한다(S620). Thereafter, a plasma surface treatment is performed on the polycrystalline silicon semiconductor layer, and a gate insulating film is formed on the polycrystalline silicon semiconductor layer on which the plasma surface treatment is performed in an in-situ process (S620).
여기서, 상기 플라즈마 표면처리는 질소 플라즈마를 이용하여 표면처리를 수행하며, 플라즈마 화학기상 증착장비(PECVD)에서 N2O를 포함하는 가스를 이용하여 질소 플라즈마를 생성하도록 한다. 이와 같은 질소 플라즈마 표면처리에 의해, 상기 다결정 실리콘 반도체층의 그레인 바운더리(grain boundary)에 존재하는 댕글링 본드와 질소 이온과의 결합을 통하여 캐리어의 이동을 방해하는 결함들을 감소시킬 수 있게 된다. 도 7은 본 발명에 따른 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치의 제조공정 중에서, 질소 플라즈마 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.In this case, the plasma surface treatment is performed by using a nitrogen plasma to generate a nitrogen plasma using a gas containing N 2 O in a plasma chemical vapor deposition equipment (PECVD). By such nitrogen plasma surface treatment, defects that hinder the movement of the carrier can be reduced through the combination of dangling bonds and nitrogen ions present in the grain boundary of the polycrystalline silicon semiconductor layer. FIG. 7 is a view for explaining a nitrogen plasma treatment process in a manufacturing process of a liquid crystal display device having a top gate type polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention.
즉 본 발명에서는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 기판(701) 위의 버퍼층(702)에 형성된 다결정 실리콘층(703)에 대하여 질소 플라즈마를 이용한 표면처리를 수행함으로써, 상기 다결정 실리콘층(703)에 형성된 결함을 감소시킬 수 있게 된다. 도 7은 본 발명에 따른 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치 제조공정의 다른 실시 예에서, 질소 플라즈마 처리 공정을 설명하기 위한 도면이다.That is, in the present invention, as shown in FIG. 7, the surface treatment using nitrogen plasma is performed on the polycrystalline silicon layer 703 formed in the buffer layer 702 on the substrate 701 to thereby apply the surface to the polycrystalline silicon layer 703. It is possible to reduce the defect formed. FIG. 7 is a view for explaining a nitrogen plasma treatment process in another embodiment of a manufacturing process of a liquid crystal display device having a top gate type polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention.
그리고, 상기 질소 플라즈마 표면처리가 수행된 챔버 안에서, 인 사이튜(In-situ) 공정으로, 상기 플라즈마 표면처리가 수행된 다결정 실리콘 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성시키는 공정을 연속적으로 수행한다. 이때 하나의 예로서, 상기 다결정 실리콘 반도체층이 형성된 기판 상에 약 1000Å의 실리콘 산화막(SiO2)을 증착하여 게이트 절연막을 형성할 수 있다.In the chamber in which the nitrogen plasma surface treatment has been performed, a process of forming a gate insulating film on the polycrystalline silicon semiconductor layer on which the plasma surface treatment has been performed is continuously performed in an in-situ process. In this case, as an example, a gate insulating layer may be formed by depositing a silicon oxide layer (SiO 2 ) of about 1000 GPa on the substrate on which the polycrystalline silicon semiconductor layer is formed.
이와 같이, 동일 챔버 내에서 'vacuum break' 없이, 질소 플라즈마 표면처리 공정과 게이트 절연막에 대한 증착 공정을 연속적으로 수행함으로써, 실리콘 산화막의 단일막 특성을 보완할 수 있으며, 질소(N)와 실리콘(Si)의 결합에 의하여 계면에 존재하는 댕글링 본드의 결함을 줄일 수 있게 된다. As such, by continuously performing the nitrogen plasma surface treatment process and the deposition process for the gate insulating film in the same chamber without a 'vacuum break', the single film characteristics of the silicon oxide film can be compensated for, and nitrogen (N) and silicon ( By the combination of Si), it is possible to reduce defects of dangling bonds existing at the interface.
이어서, 상기 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성한다(S630). 하나의 예로서, 2000Å의 몰리브덴(Mo)을 증착한 후, 제 2 마스크 공정을 통해 게이트 전극을 형성할 수 있다.Subsequently, a gate electrode is formed on the gate insulating film (S630). As an example, after depositing 2000 μmol of molybdenum (Mo), a gate electrode may be formed through a second mask process.
그리고, n형 반도체층을 완성하는데, 상기 게이트 전극이 형성된 기판 상에 n- 도핑처리를 하여 LDD층을 형성한 후, 제 3 마스크 공정을 통해 n+ 도핑 처리된 n형 불순물층을 형성한다(S640). 이어서, 상기 n형 불순물층이 형성된 기판 상에, 제 4 마스크 공정을 통해 p+ 도핑 처리된 p형 불순물층을 형성한다(S650).Then, to complete the n-type semiconductor layer, n - doping treatment to form an LDD layer on the substrate on which the gate electrode is formed, and then n + doped n-type impurity layer is formed through a third mask process ( S640). Subsequently, a p + doped p-type impurity layer is formed on the substrate on which the n-type impurity layer is formed through a fourth mask process (S650).
이후, 층간 절연막을 형성하는데, 상기 결과물 상에 약 7000Å의 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막과 같은 무기 절연막을 증착한 후, 제 5 마스크 공정에 의해 반도체층 콘택홀을 가지는 층간절연막을 형성한다(S660). Thereafter, an interlayer insulating film is formed. An inorganic insulating film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film of about 7000 kV is deposited on the resultant, and an interlayer insulating film having a semiconductor layer contact hole is formed by a fifth mask process (S660).
이어서, 상기 층간 절연막이 형성된 기판 상에, 약 500Å의 몰리브덴과, 약 3000Å의 알루미늄 네오듐(AlNd)을 차례대로 증착한 후, 제 6 마스크 공정에 의해 일괄 에칭하여, 상기 반도체층 콘택홀을 통해 불순물층과 연결되는 소스 및 드레인 전극을 형성한다(S670).Subsequently, about 500 kW of molybdenum and about 3000 kW of aluminum neodium (AlNd) are sequentially deposited on the substrate on which the interlayer insulating film is formed, and then collectively etched by the sixth mask process, through the semiconductor layer contact hole. Source and drain electrodes connected to the impurity layer are formed (S670).
그리고, 상기 소스 및 드레인 전극이 형성된 기판 상에, 약 4000Å의 실리콘 질화막을 증착하여 보호층을 형성하고, 수소화 열처리과정을 수행한다(S680). 이후, 제 7 마스크 공정을 통하여 보호층에 드레인 콘택홀을 형성하고, 최종적으로, 상기 보호층 상에 화소 전극을 형성한다(S690).On the substrate on which the source and drain electrodes are formed, a silicon nitride film of about 4000 kV is deposited to form a protective layer, and a hydrogenation heat treatment process is performed (S680). Thereafter, a drain contact hole is formed in the passivation layer through a seventh mask process, and finally, a pixel electrode is formed on the passivation layer (S690).
본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 제조방법의 다른 실시 예에 의하면, 이상에서 설명된 바와 같이, 질소 플라즈마에 의한 그레인 바운더리 등의 결함 감소와 동일 챔버에서 연속적인 게이트 절연막 증착을 통하여 추가 공정없이 계면 특성을 향상시킬 수 있게 된다. According to another embodiment of the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention, as described above, the interface without further processing through the reduction of defects such as grain boundaries by nitrogen plasma and the continuous gate insulating film deposition in the same chamber It is possible to improve the characteristics.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막트랜지스터 제조방법에 의하면, 다결정 실리콘 박막트랜지스터를 제조함에 있어, 박막트랜지스터의 소자 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention, in manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor, there is an advantage of improving the device characteristics of the thin film transistor.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 액정표시장치의 화소부 및 구동회로부의 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터의 단면을 각각 도시한 단면도.1A and 1B are cross-sectional views respectively showing cross-sections of a top gate polycrystalline silicon thin film transistor of a pixel portion and a driving circuit portion of a general liquid crystal display device.
도 2는 종래 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치의 제조공정을 나타낸 공정 흐름도.2 is a process flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal display device having a conventional top gate type polycrystalline silicon thin film transistor.
도 3은 본 발명에 따른 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치의 제조공정을 나타낸 공정 흐름도.3 is a process flowchart illustrating a manufacturing process of a liquid crystal display device having a top gate type polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치의 제조공정 중에서, 불소 플라즈마 처리 공정을 설명하기 위한 도면.4 is a view for explaining a fluorine plasma treatment process in the manufacturing process of the liquid crystal display device with a top gate type polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치의 제조공정 중에서, H2O 증기를 이용한 열처리 공정을 설명하기 위한 도면.5 is a view for explaining a heat treatment process using H 2 O vapor in the manufacturing process of the liquid crystal display device with a top gate type polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치 제조공정의 다른 실시 예를 나타낸 공정 흐름도.6 is a process flow diagram illustrating another embodiment of a manufacturing process of a liquid crystal display device having a top gate type polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 탑 게이트형 다결정 실리콘 박막트랜지스터가 구비된 액정표시장치 제조공정의 다른 실시 예에서, 질소 플라즈마 처리 공정을 설명하기 위한 도면.7 is a view for explaining a nitrogen plasma processing process in another embodiment of the manufacturing process of a liquid crystal display device having a top gate type polycrystalline silicon thin film transistor according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
401, 701... 기판 402, 702... 버퍼층401, 701 ... substrate 402, 702 ... buffer layer
403, 703... 다결정 실리콘층 505... 게이트 절연막403, 703 ... polycrystalline silicon layer 505 ... gate insulating film
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