KR20050082645A - 다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터 - Google Patents

다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터 Download PDF

Info

Publication number
KR20050082645A
KR20050082645A KR1020040011146A KR20040011146A KR20050082645A KR 20050082645 A KR20050082645 A KR 20050082645A KR 1020040011146 A KR1020040011146 A KR 1020040011146A KR 20040011146 A KR20040011146 A KR 20040011146A KR 20050082645 A KR20050082645 A KR 20050082645A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
thin film
polycrystalline silicon
heat treatment
silicon
crystallization
Prior art date
Application number
KR1020040011146A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100623251B1 (ko
Inventor
카카드라미쉬
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020040011146A priority Critical patent/KR100623251B1/ko
Priority to JP2004340254A priority patent/JP4871502B2/ja
Priority to US11/033,493 priority patent/US7964456B2/en
Priority to CNB2005100079616A priority patent/CN100365778C/zh
Publication of KR20050082645A publication Critical patent/KR20050082645A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100623251B1 publication Critical patent/KR100623251B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B1/00—Single-crystal growth directly from the solid state
    • C30B1/02—Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing
    • C30B1/023—Single-crystal growth directly from the solid state by thermal treatment, e.g. strain annealing from solids with amorphous structure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47G—HOUSEHOLD OR TABLE EQUIPMENT
    • A47G9/00—Bed-covers; Counterpanes; Travelling rugs; Sleeping rugs; Sleeping bags; Pillows
    • A47G9/06—Travelling rugs; Sleeping rugs
    • A47G9/062—Travelling rugs; Sleeping rugs for covering the ground, e.g. picnic or beach blankets
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47C—CHAIRS; SOFAS; BEDS
    • A47C27/00—Spring, stuffed or fluid mattresses or cushions specially adapted for chairs, beds or sofas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • 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
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02422—Non-crystalline insulating materials, e.g. glass, polymers
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02686—Pulsed laser beam
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

본 발명은 다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여 제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터에 관한 것으로, 기판 위에 비정질 실리콘을 포함하는 실리콘 필름을 증착하는 단계, 및 상기 실리콘 필름을 H2O 분위기, 일정 온도 하에서 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조 방법을 제공함으로써 비정질 실리콘의 고상 결정화법에 의하여 결정화 시 결정화 온도를 낮출 수 있고 열처리 시간을 줄일 수 있어 고온에서 장시간의 열처리 공정에 의한 기판의 휘어짐을 방지할 수 있으며 결정성이 우수한 다결정 실리콘 박막을 얻을 수 있어 이후 제조되는 박막 트랜지스터의 불량을 감소시킬 수 있다.

Description

다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여 제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터{METHOD OF FABRICATING A POLYSILICON THIN FILM AND THIN FILM TRANSISTOR USING THE POLYSILICON THIN FILM FABRICATED BY THE SAME METHOD}
[산업상 이용분야]
본 발명은 다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여 제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열처리 온도 및 시간을 줄여 기판의 휘어짐을 방지할 수 있고 결함이 적은 다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여 제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터에 관한 것이다.
[종래 기술]
유기 전계 발광 소자를 사용하는 능동형 소자에는 통상적으로 화소 영역과 주변 구동 영역에 전류를 공급하기 위하여 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)에는 다결정 실리콘을 사용한다.
일반적으로 다결정 실리콘은 비정질 실리콘을 결정화시킴으로써 형성한다.
통상의 결정화 방법은 결정화 온도를 기준으로 하여 분류되며 500 ℃ 전후로 크게 저온 결정화법과 고온 결정화법으로 나뉘어진다.
저온 결정화법으로는 엑시머 레이저를 사용하는 ELA(Eximer Laser Annealing)법이 주로 사용되며, 엑시머 레이저 어닐링법은 결정화 온도가 450 ℃ 정도에서 공정이 진행되어 유리 기판을 사용할 수 있으나, 제조 비용이 비싸고 기판의 최적 크기가 제한되므로 전체 디스플레이 제조 비용이 상승한다는 단점이 있다.
고온 결정화법으로는 고상 열처리법(Solid Phase Crystallization), 급속 열처리법(Rapid Thermal Annealing Process) 등이 있으며, 저비용 열처리 방법으로 널리 사용되고 있다.
그러나, 고상 열처리법은 600 ℃ 이상에서 20 시간 이상 가열하여 결정화하여야 하므로 결정화된 다결정 실리콘에 결정 결함(defect)이 많이 포함되어 충분한 전계 이동도를 얻을 수 없으며 열처리 공정 중 기판이 변형되기 쉽고 결정화 온도를 낮추는 경우에는 생산성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한, 고온의 결정화 온도를 사용하기 때문에 유리 기판을 사용할 수 없다는 단점이 있다.
한편, 급속 열처리법(RTA)은 비교적 짧은 시간에 공정이 이루어질 수 있으나 현재까지 개발된 급속열처리법(RTA)은 심한 열충격으로 인하여 기판이 변형되기 쉽고 결정화된 다결정 실리콘의 전기적 특성이 좋지 않다는 단점이 있다.
따라서, 능동형 소자의 제조 비용을 절감하기 위해서는 결정화시 비용이 저렴한 고온 열처리법을 사용할 필요성이 있으나 저비용의 유리 기판을 사용하면서도 기판의 휘어짐과 같은 문제점이 발생하지 않으며 결정성도 우수한 고온 열처리법을 개발할 필요성이 있다.
본 발명은 위에서 설명한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 결정성이 우수한 다결정 실리콘을 결정화함과 동시에 결정화시 고온의 결정화 온도에 의한 기판의 휘어짐을 방지할 수 있는 다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여 제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
기판 위에 비정질 실리콘을 포함하는 실리콘 필름을 증착하는 단계; 및
상기 실리콘 필름을 H2O 분위기, 일정 온도 하에서 열처리하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
위의 방법에 의하여 제조되는 다결정 실리콘 박막을 사용하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터를 제공한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
먼저, 기판 상에 비정질 실리콘 또는 비정질 실리콘을 다량으로 함유하는 실리콘 필름을 증착한다. 이때, 기판으로는 통상적으로 사용되는 절연성이며 투명한 유리 기판을 사용한다.
실리콘 필름의 증착 방법으로는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 또는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 등의 통상의 증착 방법을 사용한다.
그리고 나서, 상기 비정질 실리콘 또는 비정질 실리콘을 다량 포함하는 실리콘 필름을 열처리한다. 이때, 실리콘 필름에 열이 가하지는 경우 비정질 실리콘이 고상 결정화(Solid Phase Crystallization)되어 다결정 실리콘이 된다.
본 발명에서는 열처리 공정으로는 RTA(Rapid Thermal Annealing)과 같은 통상의 고온 열처리 공정에서 사용되는 방법을 사용하나, 열처리 분위기를 종래에는 N2 분위기, O2 분위기, Ar과 같은 불활성분위기 또는 이들이 결합된 분위기에서 열처리를 진행하였으나 본 발명에서는 H2O 분위기에서 열처리를 진행한다.
H2O 분위기에서 열처리를 하는 경우에는 N2 분위기, O2 분위기, Ar과 같은 불활성분위기 또는 이들이 결합된 분위기에서 열처리하는 경우보다 동일 온도라면 열처리 시간이 단축되고, 동일 시간이라면 열처리 온도가 감소된다.
특히, 종래의 경우에는 투명 절연 기판인 유리와 같은 경우 고온에서 기판이 휘어지는 문제점이 발생하나 본 발명과 같이 열처리 온도를 감소시킬 수 있는 경우에는 기판의 휘어짐을 방지할 수 있다.
본 발명에서의 열처리 온도는 550 내지 750 ℃인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하기로는 600 내지 710 ℃인 것이 바람직하다. 550 ℃ 이하인 경우에는 결정화에 매우 긴 시간이 필요하며, 750 ℃ 이상인 경우에는 기판이 휘어질 가능성이 있으므로 바람직하지 않다. 또한, 600 내지 700 ℃ 사이의 온도에서는 적절한 열처리 시간으로 우수한 다결정 실리콘을 얻을 수 있으므로 더욱 바람직하다.
H2O의 압력과 결정화 속도와의 관계는 H2O의 압력에 비례하여 압력이 높을 수록 결정화 속도가 높은 비례관계를 보였으며, 너무 압력이 낮은 경우에는 결정화 속도가 작아 열처리 시간이 길어지며 이에 따라 기판에 영향을 줄 수 있어 바람직하지 않다. 따라서, H2O의 압력을 가능하면 높게 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 너무 고압인 경우에는 폭발의 위험이 있으므로 10,000 내지 2 MPa인 것이 바람직하다.
한편, 상기 증착되는 실리콘 필름의 2,000 Å 이하로 증착하면 무방하나, 두께는 두께가 얇을수록 결정화가 용이하나 너무 얇은 경우에는 다결정 실리콘이 박막트랜지스터를 형성하는 경우 소자의 특성에 줄 수 있으므로 100 내지 1,000 Å의 두께로 증착하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 공정을 진행함으로써 다결정 실리콘을 형성할 수 있으나, 본 발명에서는 형성된 다결정 실리콘의 결합(defect)을 감소시키기 위하여 1번 더 열처리 공정을 진행할 수 있다.
상기 열처리 공정은 엑시머 레이저 어닐링(Eximer Laser Annealing)법 또는 로(furnace)에서 열을 가하여 진행할 수 있다.
이상과 같은 H2O 분위기에서 비정질 실리콘을 결정화시킨 경우 상기 다결정 실리콘 박막의 FWHM은 6.0 내지 7.5 ㎝-1정도이고, 주로 상기 다결정 실리콘 박막의 FWHM은 6.5 내지 7.0 ㎝-1인 다결정 실리콘이 얻어진다. 통상적으로 비활성 분위기에서의 열처리 공정에 의하여 제조되는 다결정 실리콘의 FWHM은 7.5 ㎝-1 이상이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 제시한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 잘 이해하기 위하여 제시되는 것일 뿐 본 발명이 하기하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 3
기판 위에 500 Å 두께로 비정질 실리콘 필름을 증착하였다. 상기 증착 방법으로는 실시예 1은 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)를 사용하였고, 실시예 2는 2 % 이하의 수소를 포함하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)를 사용하였으며, 실시예 3은 10 % 이상의 수소를 포함하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)를 사용하였다. 이어서, 상기 비정질 실리콘 필름을 RTA(Rapid Thermal Annealing)로 약 700 ℃에서 10 분 이하로 열처리하여 결정화시켰다. 상기 열처리시 분위기는 O2 또는 N2 캐리어 가스와 H2O 분위기로 열처리하였다. 형성된 다결정 실리콘의 라만 스펙트럼을 도 1에 도시하였다.
비교예 1
비교예 1에서는 상기 열처리시 분위기를 N2 분위기에서 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1 내지 3과 동일하게 공정을 진행하였다. 즉, 열처리 온도는 700 ℃에서 진행하였으며, 그 결과를 도 2에 도시하였다.
이때, 완전히 비정질 실리콘을 결정화하기 위해서는 열처리 시간은 실시예 1 내지 3과 동일하나 열처리 온도는 750 ℃에서 진행하여야 하였다.
도 1을 참조하면, 700 ℃, H2O 분위기에서 비정질 실리콘을 열처리하여 얻은 다결정 실리콘의 라만 스펙트럼에서 520 ㎝-1에 가까운 피크는 결정질 실리콘이 존재함으로 나타내고 있다. 그러나, H2O를 사용하지 않고 결정화한 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이, 520 ㎝-1에 가까운 피크는 거의 나타나지 않고 있으며, 다만 480 ㎝-1 주위의 넓은 피크만이 존재함을 알 수 있다. 480 ㎝-1의 넓은 피크는 비정질 실리콘임을 나타내는 것으로 즉, 결정화가 일부만 진행되었음을 알 수 있다.
따라서, 열처리 분위기를 H2O를 사용하는 경우에는 비정질 실리콘을 결정화하는데에 기여하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 의하여 결정화된 다결정 실리콘의 라만 피크의 FWHM(Full Width at Half Maximum)이 6.8 ㎝-1으로 우수한 결정성을 가지고 있음을 알 수 있다. 통상적으로 비활성 분위기에서의 열처리 공정에 의하여 제조되는 다결정 실리콘의 FWHM은 7.5 ㎝-1 이상이다.
실시예 4
기판 위에 비정질 실리콘을 PECVD 방법에 의하여 1,000 Å의 두께로 증착하였다. 상기 비정질 실리콘을 2MPa의 H2O 증기에서 600 ℃로 가열하였다. 600 ℃에서의 실리콘 결정화 속도는 작으나 결정화 속도는 압력에 비례하기 때문에 압력을 증가시킴으로써 산화 속도를 조절할 수 있었다. 즉, 압력을 높임으로써 결정화 온도와 시간을 감소시킬 수 있다. 이때의 결정화 속도를 측정한 결과 2 시간 이하였다.
비교예 2
상기 실시예 4에서 1기압의 N2 분위기에서 비정질 실리콘을 결정화시킨 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 조건에서 진행하였다. 이때, 결정화 속도를 측정한 결과 5시간 정도였는데, 이는 상기 비정질 실리콘이 미리 열처리를 거쳐서 핵생성 자리(Nucleating Site)를 포함하고 있었기 때문이며, 이전에 전혀 열처리를 거치지 않은 비정질 실리콘의 경우 20시간 이상의 시간이 필요하다.
즉, 실시예 4와 비교예 2를 비교하면, 열처리 분위기를 실시예 4의 경우에는 H2O를 사용한 경우 열처리 분위기를 N2를 사용한 경우보다 열처리 시간이 거의 2.5 배 정도 빨라진 것을 알 수 있다. 또한, H2O의 압력을 증가시킴으로써 열처리 온도와 소요시간을 감소시킬 수 있다. 열처리 온도와 시간이 감소됨에 따라 제조 비용 및 기판에 장시간 열이 가해짐에 따라 발생할 수 있는 기판의 휘어짐을 방지할 수 있다.
이는 열처리 과정 중 비정질 실리콘과 H2O가 반응하여 Si를 산화시켜 Si 표면에 먼저 얇은 두께의 SiO2를 형성하게 된다. 그리고, 상기 산화되어 형성된 SiO2 내에는 여분의 Si(반응하지 않은 Si)가 존재하고, 이 Si가 틈새형 Si(interstitial Si)가 된다. 이 틈새형 Si의 농도는 실리콘의 확산 인자에 영향을 주게되고, 따라서, 결정화 과정에 영향을 미치게 된다. O2분위기에서 열처리 과정을 진행할 경우에도 유사한 과정을 거치지만 H2O 분위기에서 결정화 속도가 훨씬 빨리 진행되며, 따라서 온도와 시간이 감소된다.
따라서, 틈새형 Si의 농도가 클수록 비정질 실리콘의 결정화 속도는 증가하게 되므로 요구되는 결정화 온도 또는 결정화 시간은 종래의 N2 또는 O2 가스만을 열처리 분위기로 사용하는 경우보다 감소 또는 단축될 수 있다.
이와 같이 제조되는 다결정 실리콘 박막은 박막 트랜지스터에 적용할 수 있으며, 이러한 박막 트랜지스터는 유기 전계 발광 소자 또는 액정 표시 소자와 같은 평판 표시 소자에 사용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 고상 결정화법을 사용하여 비정질 실리콘의 결정화시 열처리 분위기로 H2O를 사용함으로써 열처리 시간 및 열처리 온도를 줄일 수 있어 기판의 휘어짐과 같은 공정상의 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 다결정 실리콘의 라만 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 2는 종래의 방법에 의하여 제조된 다결정 실리콘의 라만 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

Claims (13)

  1. 기판 위에 비정질 실리콘을 포함하는 실리콘 필름을 증착하는 단계; 및
    상기 실리콘 필름을 H2O 분위기, 일정 온도 하에서 열처리하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온도는 550 내지 750 ℃인 다결정 실리콘 박막의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 온도는 600 내지 700 ℃인 다결정 실리콘 박막의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 H2O의 압력은 10,000 Pa 이상인 다결정 실리콘 박막의 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 H2O의 압력은 10,000 Pa 내지 2 MPa인 다결정 실리콘 박막의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 필름의 두께는 2,000 Å 이하인 다결정 실리콘 박막의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 실리콘 필름의 두께는 300 내지 1,000 Å인 다결정 실리콘 박막의 제조 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 방법은 상기 열처리를 한 후 로(furnace) 또는 엑시머 레이저 어닐링(ELA)에 의하여 상기 실리콘 필름을 한 번 더 열처리하는 단계를 더욱 포함하는 것인 다결정 실리콘 박막의 제조 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 필름은 저압 화학 기상 증착법(LPCVD) 또는 플라즈마 강화 화학 기상 증착법(PECVD)법에 의하여 증착되는 것인 다결정 실리콘 박막의 제조 방법.
  10. 제 1항의 방법에 의하여 제조되는 다결정 실리콘 박막을 사용하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 다결정 실리콘 박막의 FWHM은 6.0 내지 7.5 ㎝-1인 박막 트랜지스터.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 다결정 실리콘 박막의 FWHM은 6.5 내지 7.0 ㎝-1인 박막 트랜지스터.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 유기 전계 발광 소자 또는 액정 표시 소자에 사용되는 것인 박막 트랜지스터.
KR1020040011146A 2004-02-19 2004-02-19 다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터 KR100623251B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040011146A KR100623251B1 (ko) 2004-02-19 2004-02-19 다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터
JP2004340254A JP4871502B2 (ja) 2004-02-19 2004-11-25 多結晶シリコン薄膜の製造方法及びこれを用いて製造される多結晶シリコンを用いる薄膜トランジスタ
US11/033,493 US7964456B2 (en) 2004-02-19 2005-01-12 Method of fabricating polysilicon thin film and thin film transistor using polysilicon fabricated by the same method
CNB2005100079616A CN100365778C (zh) 2004-02-19 2005-02-04 制造多晶硅薄膜的方法和使用该多晶硅的薄膜晶体管

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040011146A KR100623251B1 (ko) 2004-02-19 2004-02-19 다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050082645A true KR20050082645A (ko) 2005-08-24
KR100623251B1 KR100623251B1 (ko) 2006-09-18

Family

ID=34858761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040011146A KR100623251B1 (ko) 2004-02-19 2004-02-19 다결정 실리콘 박막의 제조 방법 및 이를 사용하여제조되는 다결정 실리콘을 사용하는 박막 트랜지스터

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7964456B2 (ko)
JP (1) JP4871502B2 (ko)
KR (1) KR100623251B1 (ko)
CN (1) CN100365778C (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100666552B1 (ko) * 2004-06-30 2007-01-09 삼성에스디아이 주식회사 반도체 소자의 제조 방법 및 이 방법에 의하여 제조되는반도체 소자
CN100459043C (zh) * 2006-02-08 2009-02-04 财团法人工业技术研究院 多晶硅膜的制造方法以及薄膜晶体管的制造方法
CN101290877B (zh) * 2007-04-20 2011-03-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 多晶硅薄膜的制备方法
TWI556323B (zh) * 2009-03-13 2016-11-01 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置及該半導體裝置的製造方法
CN102110740B (zh) * 2010-11-23 2012-09-05 上海交通大学 定向凝固多晶硅太阳电池的两次热处理方法
CN102978590A (zh) * 2012-11-27 2013-03-20 上海大学 多循环快速热退火非晶硅薄膜的方法
WO2018076139A1 (zh) * 2016-10-24 2018-05-03 丁欣 多晶硅的制造方法以及单晶硅的制造方法
JPWO2024004998A1 (ko) * 2022-06-29 2024-01-04

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63304670A (ja) 1987-06-04 1988-12-12 Hitachi Ltd 薄膜半導体装置の製造方法
JPH06204137A (ja) * 1992-10-19 1994-07-22 Samsung Electron Co Ltd 多結晶シリコン薄膜の製造方法
JPH06310427A (ja) * 1993-04-21 1994-11-04 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP3306258B2 (ja) * 1995-03-27 2002-07-24 三洋電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP4026182B2 (ja) * 1995-06-26 2007-12-26 セイコーエプソン株式会社 半導体装置の製造方法、および電子機器の製造方法
KR100188099B1 (ko) 1995-10-17 1999-07-01 김광호 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조방법
JP3927634B2 (ja) 1995-10-25 2007-06-13 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザーアニール方法及び薄膜トランジスタの作製方法
JP3729955B2 (ja) * 1996-01-19 2005-12-21 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP3662371B2 (ja) 1996-10-15 2005-06-22 株式会社半導体エネルギー研究所 薄膜トランジスタの作製方法及び薄膜トランジスタ
JP3917698B2 (ja) * 1996-12-12 2007-05-23 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザーアニール方法およびレーザーアニール装置
JPH11329972A (ja) 1998-05-19 1999-11-30 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 半導体膜の形成方法
JP4019584B2 (ja) 1999-12-27 2007-12-12 株式会社Ｉｈｉ 半導体膜の形成方法
JP2001210726A (ja) * 2000-01-24 2001-08-03 Hitachi Ltd 半導体装置及びその製造方法
US6521492B2 (en) * 2000-06-12 2003-02-18 Seiko Epson Corporation Thin-film semiconductor device fabrication method

Also Published As

Publication number Publication date
US7964456B2 (en) 2011-06-21
KR100623251B1 (ko) 2006-09-18
JP2005236264A (ja) 2005-09-02
CN1658376A (zh) 2005-08-24
US20050186720A1 (en) 2005-08-25
CN100365778C (zh) 2008-01-30
JP4871502B2 (ja) 2012-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7964456B2 (en) Method of fabricating polysilicon thin film and thin film transistor using polysilicon fabricated by the same method
JP4188330B2 (ja) 半導体素子の製造方法
US7465614B2 (en) Method of fabricating semiconductor device and semiconductor fabricated by the same method
JPH06204137A (ja) 多結晶シリコン薄膜の製造方法
US7544550B2 (en) Method of fabricating semiconductor device and semiconductor fabricated by the same method
JPH10247723A (ja) 半導体装置のキャパシタの製造方法
JPH10200120A (ja) 半導体装置の製造方法
KR100960862B1 (ko) 실리콘 결정화 방법
JPS63304670A (ja) 薄膜半導体装置の製造方法
KR100366960B1 (ko) 실리콘 결정화 방법
KR20090107382A (ko) 폴리 실리콘 박막 트랜지스터용 폴리 실리콘층의 제조방법
KR19980021639A (ko) 비정질 실리콘 박막의 결정화 방법
KR100501701B1 (ko) 결정질 실리콘박막 형성방법
JPH10303427A (ja) 半導体装置の作製方法及び半導体装置用基板の作製方法
JPH113887A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
CN100459043C (zh) 多晶硅膜的制造方法以及薄膜晶体管的制造方法
KR20130056500A (ko) 다결정 실리콘층의 제조방법 및 이를 이용한 박막트랜지스터의 제조방법
KR100841370B1 (ko) 박막 트랜지스터 제조방법
KR100786801B1 (ko) 실리콘 에피택시 층을 적용한 고품질의 다결정 실리콘박막의 제조방법 및 다결정 실리콘 박막을 포함하는전자소자
KR20090083186A (ko) 비정질 실리콘 박막의 결정화 방법
KR20100041717A (ko) 실리콘 결정화 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120831

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130830

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140901

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160831

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180829

Year of fee payment: 13