KR20060075644A - 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로, 스퍼터링으로 비정질 실리콘 박막을 형성하기 때문에, 그 비정질 실리콘 박막에는 수소의 함량이 거의 없어, 탈수소화 공정을 생략하여 고분자 기판의 변형 및 비정질 실리콘 박막에서 크랙의 발생을 방지할 수 있어 소자의 특성이 우수해지는 효과가 있다.
다결정, 실리콘, 수소, 스퍼터링, 변형
Description
도 1a 내지 1k는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 공정을 설명하는 단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 고분자 기판 11,12 : 버퍼층
13 : 비정질 실리콘 박막 14 : 양면 접착제
15 : 투명 기판 16 : 다결정 실리콘 박막
16a : 소스 영역 16b : 드레인 영역
17 : 게이트 절연막 18 : 게이트 전극
20 : 구조물 25 : 층간 절연막
31,32 : 전극
본 발명은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스퍼터링으로 비정질 실리콘 박막을 형성하기 때문에, 그 비정질 실리콘 박막에는 수소의 함량이 거의 없어, 탈수소화 공정을 생략하여 고분자 기판의 변형 및 비정질 실리콘 박막에서 크랙의 발생을 방지할 수 있어 소자의 특성이 우수해지는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다.
미래 사회의 디스플레이는 특히, 모바일 디스플레이의 경우 정보화의 심화 및 보편화, 대중화에 의해서 보다 얇고 가벼우며 적은 에너지 소비와 종이처럼 얇은 형태의 플렉시블 디스플레이로 발전할 것이 예상된다.
그리고, 현재 디스플레이에 사용되는 유리 기판은 궁극적으로는 대략 100 ㎛ 두께의 유연한 기판인 고분자 필름 기판으로 대체 사용될 것으로 전망된다.
이러한 고분자 필름 기판을 이용하면, 플라스틱 필름(Plastic Film) LCD, 유기 이엘(EL), 웨어러블 디스플레이(Wearable display), 폴더 디스플레이(Foldable display), 전자 북(Book), 전자 종이 등과 같은 다양한 형태의 플렉시블 디스플레이의 제작이 가능해진다.
또한, CDMA(Code Division Multiple Access), PCS(Personal Communications Services), GSM(Global System for Mobile communication), IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000) 등의 이동통신 단말기용 디스플레이, PMP(Portable Multimedia Player), PDA, HPC(Hand Hold PC), HMD(Head Mounted Display), 디지털 카메라(Digital camera) 등의 휴대 정보통신 기기용 표 시 소자와 같이 얇고 가벼운 조건 이외에도 외부 충격에 강하고, 특히 휘어지거나 다양한 형상의 디스플레이를 요구하는 제품에 적용이 가능하다.
그러나, 최근에는 이동통신 단말기로 고화질의 총천연색 동영상 구현이 가능해야 하므로 다결정 실리콘 TFT(Thin Film Transistor)와 같은 고성능의 능동 구동 소자의 도입과 시스템 집적(System Integration)은 필수 불가결하다.
그렇지만, 고분자 필름은 유리보다 내열온도가 낮기 때문에, 기존의 LTPS (Low temperature polycrystalline silicon)보다 (350℃~450℃) 훨씬 낮은 온도(200℃ 이하)에서 공정이 이루어져야 하며, 이 기술을 ULTPS(Ultra low temperature polycrystalline silicon) 기술로 분류하고 있다.
전술된 바와 같이, 고분자 필름 기판은 기판 자체의 온도 안정성이 유리 기판과 비교하여 매우 낮고, 공정 중 수축 및 팽창이 매우 심해 박막에 크랙 등의 결함이 쉽게 발생하고 소자의 안정성이 떨어진다.
그러므로, 기계적, 전기적으로 안정적인 고성능의 플렉시블 디스플레이를 구현하기 위해서는 공정 중 기판의 수축에 의한 기계적인 스트레스를 줄이고 크랙의 발생을 방지할 수 있는 기술이 필요하다.
현재의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법은 유리 기판이나 퀄츠(Quartz) 기판 등 투명 기판을 기반으로 하는 기술이다.
이 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 공정 순서는 투명 기판 상에 레이저 결정화시 기판을 고온으로부터 보호할 수 있는 SiO2, SiON, Si3N4 등의 버퍼층이 형성 되고 화학 기상 증착법을 이용해 350℃∼450℃에서 수소화된 비정질 실리콘막을 형성한다.
이 후, 실리콘막에 포함된 수소의 함량을 400℃ 이상의 온도에서 열처리를 통해 제거하고, 레이저로 결정화하여 다결정 실리콘막을 형성한다.
이 때, 상기 비정질 실리콘막에 포함된 수소 원자는 레이저 결정화시 폭발적인 반응을 일으켜 막에 심각한 문제를 야기시키므로 레이저 결정화전 수소의 제거는 필수적이다.
종래의 기술은 공정 온도가 최소 400℃이므로, 고분자 기판을 이용할 경우 기판의 변형이 일어나고, 실리콘 박막 등에 크랙 등의 문제가 발생하기 때문에 종전의 기술을 고분자 기판을 이용한 다결정 박막 트랜지스터를 제조하는 기술에는 적용할 수는 없어 유리기판에 제조할 수 밖에 없었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스퍼터링으로 비정질 실리콘 박막을 형성하기 때문에, 그 비정질 실리콘 박막에는 수소의 함량이 거의 없어, 탈수소화 공정을 생략하여 고분자 기판의 변형 및 비정질 실리콘 박막에서 크랙의 발생을 방지할 수 있어 소자의 특성이 우수해지는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 고분자 기판 상, 하부에 제 1과 2 버퍼층을 형성하는 단계와;
상기 제 1 버퍼층 상부에 비정질 실리콘 박막을 스퍼터링을 이용해 형성하는 단계와;
상기 제 2 버퍼층 하부에 양면 접착제를 이용하여 투명기판을 부착시키는 단계와;
상기 비정질 실리콘 박막 상부에 레이저를 조사하여 다결정 실리콘 박막으로 변화시키는 단계와;
상기 레이저 조사 후, 상기 다결정 실리콘 박막 상부에 게이트 절연막과 게이트 전극을 순차적으로 증착하는 단계와;
상기 게이트 전극과 게이트 절연막의 일부를 순차적으로 선택적 식각하여 상기 다결정 실리콘 박막 상부에 돌출되는 구조물을 형성하는 단계와;
상기 다결정 실리콘 박막 상부에서 이온 도핑을 수행하고, 상기 다결정 실리콘 박막의 일부를 식각하여, 게이트 전극의 양측의 다결정 실리콘 박막을 소스 영역 및 드레인 영역으로 정의하는 단계와;
상기 소스 영역 및 드레인 영역의 일부 상부면을 노출시키고, 상기 구조물을 감싸는 층간 절연막을 형성하는 단계와;
상기 노출된 소스 영역 및 드레인 영역에 접촉되는 각각 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음 과 같다.
도 1a 내지 1k는 본 발명에 따른 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 공정을 설명하는 단면도로서, 먼저, 고분자 기판(10) 상, 하부에 제 1과 2 버퍼층(11,12)을 형성한다.(도 1a)
여기서, 상기 고분자 기판(10)은 변형을 최소화하기 위해 고분자 기판을 유리 전이(Glass transition) 온도 부근에서 진공 열처리되어 있는 기판이 바람직하다.
그리고, 상기 고분자 기판(10)은 플렉서블(Flexible) 상태이고, PC(Polycarbonate), PET(Poly Ethylene Telephthalate), PEN(Poly (Ethylene Naphthalate)), PES(Polyether Sulfone), PAR(Polyarylate)과 PI(Polyimide) 중 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1과 2 버퍼층(11,12)은 레이저 결정화시 상기 고분자 기판(10)을 고온으로부터 보호할 수 있는 역할을 수행하며, 300 ~ 1000nm 두께로 SiO2, SiON, Si3N4 중의 어느 하나 또는 둘 이상이 적층된 형태로 버퍼층을 형성한다.
그 후, 상기 제 1 버퍼층(11) 상부에 비정질 실리콘 박막(13)을 스퍼터링을 이용해 100 ~ 250℃ 이하의 온도에서 형성한다.(도 1b)
그러므로, 본 발명은 스퍼터링으로 비정질 실리콘 박막을 형성하기 때문에, 그 비정질 실리콘 박막에는 수소 함량이 거의 없어, 종래 기술과 같은 탈수소화 공정을 생략할 수 있다.
따라서, 본 발명은 탈수소화 공정을 생략할 수 있기 때문에, 탈수소화 공정에 야기되는 고분자 기판의 변형 및 비정질 실리콘 박막에서 크랙의 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.
그 다음, 상기 제 2 버퍼층(12) 하부에 양면 접착제(14)를 이용하여 투명기판(15)을 부착시킨다.(도 1c)
상기 투명 기판(15)을 제 2 버퍼층(12) 하부에 부착하는 이유는, 레이저 결정화시 상기 고분자 기판(10)의 변형을 방지하기 위함이다.
그리고, 상기 투명 기판은 유리 기판으로 사용하는 것이 바람직하다.
연이어, 상기 비정질 실리콘 박막(13) 상부에 레이저를 조사하여 다결정 실리콘 박막(16)으로 변화시킨다.(도 1d)
계속하여, 상기 레이저 조사 후, 상기 다결정 실리콘 박막(16) 상부에 게이트 절연막(17)과 게이트 전극(18)을 순차적으로 증착한다.(도 1e)
여기서, 상기 게이트 절연막(17)과 게이트 전극(18)은 화학기상 증착법 및 스퍼터링을 이용해 형성하고, 상기 게이트 절연막(17)은 산화막 또는 질화막으로 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극(18)과 게이트 절연막(17)의 일부를 순차적으로 선택적 식각하여 상기 다결정 실리콘 박막(16) 상부에 돌출되는 구조물(20)을 형성한다.(도 1f)
그 후, 상기 다결정 실리콘 박막(16) 상부에서 이온 도핑을 수행한다.(도 1g)
상기 이온 도핑은 N타입 이온 또는 P타입 이온이다.
여기서, 상기 이온 도핑 후, 상기 다결정 실리콘 박막(16) 상부에서 레이저를 조사하여, 도핑된 이온을 활성화시키는 공정이 더 포함될 수 있다.
그 다음, 상기 다결정 실리콘 박막(16)의 일부를 식각하여, 게이트 전극의 양측의 다결정 실리콘 박막(16)을 소스 영역(16a) 및 드레인 영역(16b)으로 정의한다.(도 1h)
연이어, 상기 소스 영역(16a) 및 드레인 영역(16a)의 일부 상부면을 노출시키고, 상기 구조물(20)을 감싸는 층간 절연막(25)을 형성한다.(도 1i)
여기서, 상기 층간 절연막(25)은 SiO2, SiON, Si3N4 중 어느 하나의 단층막 또는 둘 이상이 적층막으로 형성한다.
그 후, 상기 노출된 소스 영역(16a) 및 드레인 영역(16b)에 접촉되는 각각 전극(31,32)을 형성한다.(도 1j)
상기 전극(31,32)은 소스 전극 및 드레인 전극이 되고, Al, AlNd, Cr 중 어느 하나로 형성한다.
마지막으로, 상기 양면접착제(12)를 투명기판(15)로부터 제거하여, 상기 제 2 버퍼층(12) 하부로부터 상기 투명기판(15)을 이탈시킨다.(도 1k)
상기 도 1k의 공정은 선택적으로 수행하면 된다.
전술된 바와 같이, 플렉시블(Flexible) 고분자 기판을 이용하여 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조할 수 있어, 이 트랜지스터를 능동 구동형 플렉시블 액 정 디스플레이, 유기 이엘(EL), 전자종이 등의 전자장치에 적용할 수 있게된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 스퍼터링으로 비정질 실리콘 박막을 형성하기 때문에, 그 비정질 실리콘 박막에는 수소의 함량이 거의 없어, 탈수소화 공정을 생략하여 고분자 기판의 변형 및 비정질 실리콘 박막에서 크랙의 발생을 방지할 수 있어 소자의 특성이 우수해지는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (10)
- 고분자 기판 상, 하부에 제 1과 2 버퍼층을 형성하는 단계와;상기 제 1 버퍼층 상부에 비정질 실리콘 박막을 스퍼터링을 이용해 형성하는 단계와;상기 제 2 버퍼층 하부에 양면 접착제를 이용하여 투명기판을 부착시키는 단계와;상기 비정질 실리콘 박막 상부에 레이저를 조사하여 다결정 실리콘 박막으로 변화시키는 단계와;상기 레이저 조사 후, 상기 다결정 실리콘 박막 상부에 게이트 절연막과 게이트 전극을 순차적으로 증착하는 단계와;상기 게이트 전극과 게이트 절연막의 일부를 순차적으로 선택적 식각하여 상기 다결정 실리콘 박막 상부에 돌출되는 구조물을 형성하는 단계와;상기 다결정 실리콘 박막 상부에서 이온 도핑을 수행하고, 상기 다결정 실리콘 박막의 일부를 식각하여, 게이트 전극의 양측의 다결정 실리콘 박막을 소스 영역 및 드레인 영역으로 정의하는 단계와;상기 소스 영역 및 드레인 영역의 일부 상부면을 노출시키고, 상기 구조물을 감싸는 층간 절연막을 형성하는 단계와;상기 노출된 소스 영역 및 드레인 영역에 접촉되는 각각 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 고분자 기판은,플렉서블(Flexible) 기판이고,PC(Polycarbonate), PET(Poly Ethylene Telephthalate), PEN(Poly (Ethylene Naphthalate)), PES(Polyether Sulfone), PAR(Polyarylate)과 PI(Polyimide) 중 어느 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 고분자 기판은,변형을 최소화하기 위해 고분자 기판을 유리 전이(Glass transition) 온도 부근에서 진공 열처리되어 있는 기판인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1과 2 버퍼층은,300 ~ 1000nm 두께로 SiO2, SiON, Si3N4 중의 어느 하나 또는 둘 이상이 적층된 형태로 버퍼층을 형성하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 비정질 실리콘 박막을 형성하는 것은,100 ~ 250℃에서 스퍼터링 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 노출된 소스 영역 및 드레인 영역에 접촉되는 각각 전극을 형성하는 단계후에,상기 양면접착제를 투명기판으로부터 제거하여, 상기 제 2 버퍼층 하부로부터 상기 투명기판을 이탈시키는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 투명 기판은,유리 기판인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 층간 절연막은,SiO2, SiON, Si3N4 중 어느 하나의 단층막 또는 둘 이상이 적층막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 이온 도핑은,N타입 이온 또는 P타입 이온을 도핑하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,상기 이온 도핑 후,상기 다결정 실리콘 박막 상부에서 레이저를 조사하여, 도핑된 이온을 활성화시키는 공정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조 방법.
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