KR20070071165A - Method of crystallization and method of fabricating thin film transistor using thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 결정화방법을 순차적으로 나타내는 단면도.1A to 1D are cross-sectional views sequentially illustrating a crystallization method according to an embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 도 1c에 도시된 결정화공정을 구체적으로 나타내는 단면도.2A and 2B are cross-sectional views specifically showing the crystallization process shown in FIG. 1C.
도 3은 본 발명의 결정화공정을 시간과 온도에 따라 두 단계의 결정화공정으로 나타내는 그래프.3 is a graph showing the crystallization process of the present invention in two stages of crystallization according to time and temperature.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도.4 is a plan view schematically illustrating a structure of a liquid crystal display panel according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 결정화방법을 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법을 순차적으로 나타내는 단면도.5A to 5I are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a thin film transistor using the crystallization method of the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **** Explanation of symbols for main parts of drawings **
110,210,310 : 어레이 기판 111,311 : 버퍼층110, 210, 310: array substrate 111,311: buffer layer
120,220 : 비정질 실리콘 박막 120',320' : 다결정 실리콘 박막120,220: amorphous silicon thin film 120 ', 320': polycrystalline silicon thin film
150 : 촉매금속150: catalytic metal
본 발명은 결정화방법 및 이를 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속유도 결정화방법에 있어서 금속 원소에 의한 오염을 최소화 한 결정화방법 및 이를 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a crystallization method and a method for manufacturing a thin film transistor using the same, and more particularly, to a crystallization method for minimizing contamination by metal elements in a metal induced crystallization method and a method for manufacturing a thin film transistor using the same. will be.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.Recently, with increasing interest in information display and increasing demand for using a portable information carrier, a lightweight flat panel display (FPD), which replaces a conventional display device, a cathode ray tube (CRT), is used. The research and commercialization of Korea is focused on. In particular, the liquid crystal display (LCD) of the flat panel display device is an image representing the image using the optical anisotropy of the liquid crystal, is excellent in resolution, color display and image quality, and is actively applied to notebooks or desktop monitors have.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘(amorphous silicon) 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.The active matrix (AM) method, which is a driving method mainly used in the liquid crystal display device, is a method of driving the liquid crystal of the pixel portion by using an amorphous silicon thin film transistor (TFT) as a switching element. .
비정질 실리콘 박막 트랜지스터 기술은 1979년 영국의 LeComber 등에 의하여 개념이 확립되어 1986년에 3인치(inch) 액정 휴대용 텔레비전으로써 실용화되었고 최근에는 50인치 이상의 대면적 박막 트랜지스터 액정표시장치가 개발되었다.Amorphous silicon thin film transistor technology was established in 1979 by LeComber et al., UK, and was commercialized in 1986 as a 3 inch liquid crystal portable television. Recently, a large area thin film transistor liquid crystal display device of 50 inches or more has been developed.
그러나, 상기 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 캐리어(carrier)인 전자의 전계효과 이동도(field effect mobility)(<1cm2/Vsec)로는 1MHz 이상의 고속 동작을 요구하는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등과 같은 주변회로에 이용하는데는 한계가 있다.However, the amorphous silicon thin film transistor is a peripheral circuit such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) that requires high-speed operation of 1 MHz or more with a field effect mobility (<1 cm 2 / Vsec) of electrons as carriers. There is a limit to use.
이에 따라 전계효과 이동도가 상기 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 큰 다결정 실리콘(polycrystalline silicon) 박막 트랜지스터를 이용하여 유리기판 위에 화소부와 구동회로부를 동시에 집적하는 연구가 활발히 진행되고 있다.Accordingly, studies are being actively conducted to simultaneously integrate the pixel portion and the driving circuit portion on a glass substrate using a polycrystalline silicon thin film transistor having a greater field effect mobility than the amorphous silicon thin film transistor.
다결정 실리콘 박막 트랜지스터 기술은 1982년에 액정 컬러 텔레비전이 개발된 이후로 캠코더 등의 소형 모듈에 적용하고 있으며, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 낮은 감광도와 높은 전계효과 이동도를 실현할 수 있으므로 화소 어레이(pixel array)와 구동회로를 동일 기판에 직접 제작할 수 있다는 장점이 있다.Polycrystalline silicon thin film transistor technology has been applied to small modules such as camcorders since the development of liquid crystal color television in 1982. Since it can realize low photosensitivity and high field effect mobility compared to amorphous silicon thin film transistors, ) And the driving circuit can be manufactured directly on the same substrate.
이러한 집적화에 의해 종래 필요하였던 구동 집적회로(driver Integrated Circuit; driver IC)와 화소 어레이를 연결하는 추가 공정이 불필요하여 생산성 및 신뢰성이 크게 향상될 수 있으며, 전술한 바와 같이 상기 다결정 실리콘 박막의 우수한 특성으로 인해 더 작고 뛰어난 성능의 박막 트랜지스터의 제작이 가능하다는 장점이 있다.This integration eliminates the need for an additional process of connecting a driver integrated circuit (driver IC) and a pixel array, which has been conventionally required, thereby greatly improving productivity and reliability. As described above, the excellent characteristics of the polycrystalline silicon thin film As a result, it is possible to fabricate smaller and superior thin film transistors.
이러한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 장점에도 불구하고 제작시에 고가의 석영(quartz) 기판을 이용한 고온공정이 요구되므로 응용분야가 소면적 고해상도 액정표시장치에 국한되어 있고, 저렴한 유리기판을 이용한 저온공정인 비정질 실리콘 박막트랜지스터에 비해 대면적 액정표시장치의 적용에 한계로 작용하고 있 다.Despite the advantages of polycrystalline silicon thin film transistors, high-temperature processes using expensive quartz substrates are required for manufacturing, so the application field is limited to small-area high-resolution liquid crystal displays, and low-temperature processes using low-cost glass substrates are amorphous. Compared to silicon thin film transistors, it is limiting the application of large area liquid crystal display devices.
상기와 같은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 액티브층으로 다결정 실리콘 박막을 필요로 한데, 상기 다결정 실리콘 박막을 제작하는 방법으로는 크게 다결정 실리콘 박막을 기판 위에 직접 증착(as-deposition)하여 형성하는 방법과 기판 위에 비정질 실리콘 박막을 증착한 뒤 열처리하여 결정화하는 방법이 있다. 특히, 저가의 유리기판을 사용하기 위해서는 저온 공정이 요구되며 구동회로부의 소자에 이용하기 위해서는 박막 트랜지스터의 전계효과 이동도를 향상시킬 수 있는 방법이 요구된다.The polycrystalline silicon thin film transistor as described above requires a polycrystalline silicon thin film as an active layer. As a method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film, a method of forming a polycrystalline silicon thin film directly by as-deposition on a substrate and forming a substrate on the substrate There is a method in which an amorphous silicon thin film is deposited and then thermally crystallized. In particular, in order to use a low cost glass substrate, a low temperature process is required, and a method for improving the field effect mobility of a thin film transistor is required for use in an element of a driving circuit unit.
이때, 다결정 실리콘 박막을 제작하기 위해 일반적으로 사용되는 고상결정화(Solid Phase Crystallization; SPC)방법은 비교적 간단한 공정으로도 균일한 다결정 실리콘 박막을 얻을 수 있지만, 열처리 온도가 600℃이상의 고온이고 열처리 시간도 수십 시간 정도로 길어서 유리기판을 사용하기 어렵다는 단점을 가지고 있다.In this case, the solid phase crystallization (SPC) method, which is generally used to fabricate a polycrystalline silicon thin film, can obtain a uniform polycrystalline silicon thin film even with a relatively simple process, but the heat treatment temperature is higher than 600 ° C. and the heat treatment time is also high. It has a disadvantage that it is difficult to use a glass substrate because it is long for several tens of hours.
또한, 상기 고상결정화방법으로 얻어진 다결정 실리콘 박막은 보통 수㎛ 수준의 비교적 큰 그레인(grain)을 가지나 상기 그레인 내에 결함(defect)이 많이 형성되어 있다는 단점이 있다. 상기 결함은 그레인 경계(grain boundary) 영역 다음으로 박막 트랜지스터의 성능에 좋지 않은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.In addition, the polycrystalline silicon thin film obtained by the solid-phase crystallization method has a relatively large grain (grain) of the order of several micrometers level, but there is a disadvantage that many defects are formed in the grain. The defect is known to adversely affect the performance of the thin film transistor after the grain boundary region.
최근 저온에서 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제작하기 위하여 여러 가지 결정화방법이 연구되고 있는데, 현재 대두되고 있는 방법이 엑시머 레이저(Excimer Laser; EL)를 이용한 결정화 방법이다.Recently, various crystallization methods have been studied to fabricate polycrystalline silicon thin film transistors at low temperature, and a method that is currently emerging is a crystallization method using an excimer laser (EL).
상기 엑시머 레이저 결정화의 경우는 고상결정화방법에 의해 결정화된 다결 정 실리콘 박막에서 보여지는 결정결함이 거의 존재하지 않아서 매우 우수한 전기적 특성을 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 공정창(process window)이 좁아 재연성과 균일성(uniformity)이 떨어진다는 문제점을 가지고 있다.In the case of the excimer laser crystallization, there is almost no crystal defect seen in the polycrystalline silicon thin film crystallized by the solid-state crystallization method, so that an excellent electrical characteristic can be obtained. However, the process window is narrow and the reproducibility and The problem is that uniformity is poor.
이외에 금속유도 결정화(Metal Induced Crystallization; MIC)방법이 있는데, 상기 금속유도 결정화의 경우 촉매금속을 이용함으로써 실리콘의 결정화온도를 크게 낮추었지만 상기 금속 원소에 의한 실리콘 박막의 오염으로 누설전류(leakage current)가 크다는 단점을 가지고 있다. 이와 같이 촉매금속은 결정화온도를 낮추는 등 결정화에 큰 도움을 주지만, 결정화 후에도 액티브층 내에 잔존하게 되어 박막 트랜지스터의 누설전류를 크게 하는 등 소자특성에 좋지 않은 영향을 미친다. 이때, 촉매금속의 농도가 너무 낮은 경우에는 결정화 특성이 저하되거나 결정화가 불균일하게 진행되는 문제점이 있다.In addition, there is a metal induced crystallization (MIC) method. In the case of the metal induced crystallization, the crystallization temperature of silicon is greatly reduced by using a catalytic metal, but leakage current is caused by contamination of the silicon thin film by the metal element. Has a disadvantage of large. As described above, the catalytic metal greatly assists in crystallization such as lowering the crystallization temperature. However, the catalytic metal remains in the active layer even after crystallization, thus adversely affecting device characteristics such as increasing the leakage current of the thin film transistor. At this time, when the concentration of the catalyst metal is too low, there is a problem that the crystallization characteristics are lowered or the crystallization proceeds unevenly.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 결정화방법을 개선하여 소자특성의 저하 없이 균일한 결정화특성을 가지는 결정화방법 및 이를 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a crystallization method having a uniform crystallization characteristic without deterioration of device characteristics by improving the crystallization method and a method of manufacturing a thin film transistor using the same.
본 발명의 다른 목적은 금속 원소에 의한 오염을 최소화하는 동시에 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시킨 결정화방법 및 이를 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공한다.Another object of the present invention is to provide a crystallization method which minimizes contamination by metal elements and improves electrical characteristics of a thin film transistor, and a method of manufacturing a thin film transistor using the same.
본 발명의 또 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Further objects and features of the present invention will be described in the configuration and claims of the invention which will be described later.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 결정화방법은 기판 위에 비정질 실리콘 박막을 형성하는 단계; 상기 비정질 실리콘 박막 위에 금속층을 형성하는 단계; 상기 기판을 제 1 온도에서 t1 시간동안 열처리하여 상기 비정질 실리콘 박막 표면에 시드를 형성하는 단계; 상기 기판을 산화분위기의 제 2 온도에서 t2 시간동안 열처리하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the crystallization method of the present invention comprises the steps of forming an amorphous silicon thin film on a substrate; Forming a metal layer on the amorphous silicon thin film; Heat treating the substrate at a first temperature for t1 time to form a seed on the surface of the amorphous silicon thin film; And heat treating the substrate at a second temperature in an oxidizing atmosphere for t2 hours to crystallize the amorphous silicon thin film.
또한, 상기 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조방법은 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 위에 비정질 실리콘 박막을 형성하는 단계; 상기 비정질 실리콘 박막 위에 금속층을 형성하는 단계; 상기 기판을 제 1 온도에서 t1 시간동안 열처리하여 상기 비정질 실리콘 박막 표면에 시드를 형성하는 단계; 상기 기판을 산화분위기의 제 2 온도에서 t2 시간동안 열처리하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 단계; 상기 결정화된 실리콘 박막을 패터닝하여 액티브층을 형성하는 단계; 상기 기판 위에 게이트절연막을 형성하는 단계; 상기 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극을 마스크로 상기 액티브층의 소정 영역에 불순물 이온을 주입하여 소오스영역과 드레인영역을 형성하는 단계; 상기 기판 위에 콘택홀이 형성된 층간절연막을 형성하는 단계; 및 상기 콘택홀을 통해 상기 소오스영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극 및 상기 드레인영역과 전기적으로 접속하는 드레인전극을 형성하는 단계를 포함한다. In addition, the method of manufacturing a thin film transistor of the present invention comprises the steps of providing a substrate; Forming an amorphous silicon thin film on the substrate; Forming a metal layer on the amorphous silicon thin film; Heat treating the substrate at a first temperature for t1 time to form a seed on the surface of the amorphous silicon thin film; Heat treating the substrate at a second temperature in an oxidizing atmosphere for t2 hours to crystallize the amorphous silicon thin film; Patterning the crystallized silicon thin film to form an active layer; Forming a gate insulating film on the substrate; Forming a gate electrode on the substrate; Implanting impurity ions into a predetermined region of the active layer using the gate electrode as a mask to form a source region and a drain region; Forming an interlayer insulating film having contact holes formed on the substrate; And forming a source electrode electrically connected to the source region through the contact hole and a drain electrode electrically connected to the drain region.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 결정화방법 및 이를 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the crystallization method and a method for manufacturing a thin film transistor using the same according to the present invention.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 결정화방법을 순차적으로 나타내는 단면이다.1A to 1D are cross-sectional views sequentially illustrating a crystallization method according to an embodiment of the present invention.
이때, 본 실시예는 결정화하고자 하는 박막으로 실리콘 박막을 예를 들어 설명하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.In this case, the present embodiment is described as an example of a silicon thin film to be crystallized, but the present invention is not limited thereto.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 기판(110) 전면에 소정 두께의 버퍼층(buffer layer)(111)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a
상기 버퍼층(111)은 기판(110) 내에 존재하는 나트륨(natrium; Na) 등의 불순물이 결정화공정 중에 상부층으로 침투하는 것을 차단하는 역할을 한다.The
그리고, 상기 버퍼층(111)이 형성된 기판(110) 위에 비정질 실리콘 박막(120)과 소정의 캡층(cap layer)(130)을 형성한다.In addition, an amorphous silicon
상기 캡층(130)은 실리콘산화막(SiO2)이나 실리콘질화막(SiNx)의 절연막으로 형성할 수 있으며, 금속유도 결정화에 의한 촉매금속이 하부의 비정질 실리콘 박막(120) 내로 침투하는 것을 최소화하는 역할을 한다. 이때, 상기 캡층(130)을 실리콘산화막으로 형성하는 경우에는 50~100Å 정도의 두께로 형성하게 된다.The
상기 비정질 실리콘 박막(120)을 증착하는 대표적인 방법으로는 저압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)방법과 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)방법이 있다. 상기 플라즈마 화학기상증착방법으로 비정질 실리콘 박막(120)을 증착할 경우에는 증착시 기판의 온도에 따라 다소 차이는 있으나 약 20% 내외의 수소원자가 상기 비정질 실 리콘 박막(120) 내에 포함되게 된다.Representative methods of depositing the amorphous silicon
다음으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 캡층(120) 위에 소량의 촉매금속(150)을 증착한다.Next, as shown in FIG. 1B, a small amount of
이때, 상기 촉매금속(150)으로는 니켈(nickel; Ni), 알루미늄(aluminium; Al), 철(ferrum; Fe), 코발트(cobalt; Co) 또는 크롬(chrome; Cr) 등의 전이금속이 사용될 수 있다.In this case, as the
이후, 도 1c 및 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 촉매금속(150)이 소량 증착되어 있는 기판(110)에 제 1 결정화공정과 제 2 결정화공정의 두 단계의 결정화공정으로 이루어진 본 실시예의 결정화를 진행함으로써 기판(110) 위에 균일한 결정질 실리콘 박막(120')이 형성되게 되는데, 이를 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Thereafter, as shown in FIGS. 1C and 1D, the crystallization of the present embodiment includes two crystallization processes, a first crystallization process and a second crystallization process, on the
도 2a 및 도 2b는 도 1c에 도시된 결정화공정을 구체적으로 나타내는 단면도로써 도 1c에 도시된 A부분을 확대하여 나타내고 있으며, 도 3은 본 발명의 결정화공정을 시간과 온도에 따라 두 단계의 결정화공정으로 나타낸 그래프이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating the crystallization process of FIG. 1C in detail, and the enlarged portion A of FIG. 1C is shown. FIG. 3 illustrates two steps of crystallization of the crystallization process of the present invention according to time and temperature. It is a graph shown by the process.
이때, 도 3의 시간 t1은 제 1 결정화공정의 진행시간을 나타내며 시간 t2는 제 2 결정화공정의 진행시간을 나타낸다. 상기 t2 이상의 시간에서는 소정의 비정질 실리콘 박막에 대한 결정화가 완료되게 된다.At this time, time t1 of FIG. 3 represents the progress time of the first crystallization process, and time t2 represents the progress time of the second crystallization process. At the time t2 or more, crystallization of the predetermined amorphous silicon thin film is completed.
또한, 도 3의 온도 Tc는 소정의 비정질 실리콘 박막이 결정화되기 시작하는 초기온도를 나타낸다.In addition, the temperature Tc of FIG. 3 represents an initial temperature at which a predetermined amorphous silicon thin film starts to crystallize.
도 2a에 도시된 바와 같이, 소정의 열처리 장비에서 상기 촉매금속(150)이 소량 증착되어 있는 기판(110)에 제 1 결정화를 진행하게 되면, 상기 촉매금속(150)의 일부가 하부의 캡층(130)을 통해 확산(diffuse)되어 상기 비정질 실리콘 박막(120)의 표면 일부를 결정화시키게 된다.As shown in FIG. 2A, when the first crystallization is performed on the
상기 열처리 장비는 고로(furnace)나 RTA(Rapid Thermal Annealing)장비 또는 교번자기장(Alternating Magnetic Field)장비를 포함한다.The heat treatment equipment includes a blast furnace (furnace) or RTA (Rapid Thermal Annealing) equipment or alternating magnetic field (Alternating Magnetic Field) equipment.
이때, 상기 제 1 결정화는 소정의 결정화 온도(Tc)에서 t1의 시간동안 지속하여 상기 비정질 실리콘 박막(120)의 표면 일부에 최소한의 실리콘 시드가 형성된 결정질 실리콘 박막(120')이 형성되게 한다.In this case, the first crystallization is continued for a time t1 at a predetermined crystallization temperature (Tc) to form a crystalline silicon
또한, 상기 제 1 결정화는 일반적인 결정화공정이 진행되는 환원 또는 불활성분위기에서 진행되게 된다. 예를 들어 H2 또는 Ar이나 He 등의 가스로 챔버(chamber) 내를 환원 또는 불활성분위기로 유지한 상태에서 상기 제 1 결정화공정을 진행하게 된다.In addition, the first crystallization is performed in a reducing or inert atmosphere in which a general crystallization process is performed. For example, the first crystallization process is performed while maintaining the chamber in a reducing or inert atmosphere with H 2 or a gas such as Ar or He.
이와 같은 제 1 결정화공정은 전체의 비정질 실리콘 박막(120)이 결정화되기 위한 최소한의 실리콘 시드가 형성되는 소정의 t1 시간동안 지속하게 되며, 이때 상기 제 1 결정화를 t1 이상의 시간으로 지속하게 되면 불필요한 촉매금속(150)이 비정질 실리콘 박막(120) 내로 유입되어 금속 오염을 일으키게 된다.The first crystallization process is continued for a predetermined time t1 for forming a minimum silicon seed for the entire amorphous silicon
이후, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 비정질 실리콘 박막 표면에 형성된 실리콘 시드를 이용하여 제 2 결정화공정을 통해 전체의 비정질 실리콘 박막을 결정질 실리콘 박막(120')으로 결정화시킨다.Thereafter, as shown in FIG. 2B, the entire amorphous silicon thin film is crystallized into the crystalline silicon
상기 제 2 결정화는 전체의 비정질 실리콘 박막이 결정화되는 소정의 t2 시간동안 진행하게 되며, 이때 O2와 같은 가스를 이용하여 챔버 내를 산화분위기로 만들어 준 상태에서 상기 제 2 결정화를 진행하게 된다.The second crystallization proceeds for a predetermined t2 time period when the entire amorphous silicon thin film is crystallized. At this time, the second crystallization is performed while the inside of the chamber is made into an oxidizing atmosphere by using a gas such as O 2 .
상기 산화분위기에서는 제 2 결정화가 진행되는 동안 상부의 촉매금속(150)이 산화되어 더 이상 하부의 실리콘 박막(120, 120') 내로 유입되지 않게 되며, 상기 제 1 결정화를 통해 형성된 결정질 실리콘 박막(120')을 시드로 하여 결정화가 진행되게 된다.In the oxidation atmosphere, the
이때, 상기 제 2 결정화는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 결정화 온도(Tc)와 동일한 온도(①)에서 진행할 수 있으며, 상기 결정화 온도(Tc)보다 낮은 온도(②)나 높은 온도(③)에서 진행할 수도 있다.In this case, the second crystallization may proceed at the same temperature (①) as the crystallization temperature (Tc), as shown in Figure 3, at a lower temperature (②) or higher temperature (③) than the crystallization temperature (Tc) You can also proceed.
또한, 상기 제 1 결정화와 제 2 결정화는 동일한 열처리 장비에서 연속적으로 진행할 수 있으며, 필요에 따라서는 상기 제 1 결정화와 제 2 결정화를 서로 다른 열처리 장비에서 진행할 수도 있다.In addition, the first crystallization and the second crystallization may be continuously performed in the same heat treatment equipment, and if necessary, the first crystallization and the second crystallization may be performed in different heat treatment equipment.
이와 같이 본 실시예의 결정화방법은 두 단계의 결정화공정을 통해 최소한의 촉매금속을 이용하여 실리콘 박막을 결정화시킬 수 있어 상기 촉매금속에 의한 실리콘 박막의 오염을 최소화할 수 있게 된다. 또한, 상기의 결정화방법은 단순히 결정화 단계를 시드가 형성되는 단계와 상기 시드를 통해 결정화를 진행시키는 단계로 나누기만 하면 되므로 비교적 단순한 방법으로 대면적의 실리콘 박막을 균일하게 결정화시킬 수 있게 된다.As described above, the crystallization method of the present embodiment can crystallize the silicon thin film using the minimum catalyst metal through the two-step crystallization process, thereby minimizing the contamination of the silicon thin film by the catalyst metal. In addition, since the crystallization method merely divides the crystallization step into a step of forming a seed and proceeding crystallization through the seed, a large-area silicon thin film can be uniformly crystallized in a relatively simple method.
또한, 촉매금속을 이용하여 금속유도 결정화하는 경우 액티브층 내에 잔류하는 금속 원소를 제거하는 추가적인 공정이 필요하지만, 본 실시예의 경우에는 초기에 실리콘 박막 내로 유입되는 촉매금속의 양을 최소화할 수 있으므로 이와 같은 잔류 금속제거(gettering) 공정이 필요 없게 된다.In addition, when the metal induction crystallization using the catalyst metal is an additional process of removing the metal elements remaining in the active layer, in the present embodiment, since the amount of the catalyst metal initially introduced into the silicon thin film can be minimized. The same residual gettering process is eliminated.
이때, 본 발명의 실시예에 따라 결정화된 실리콘 박막은 박막 트랜지스터, 태양전지, 이미지 센서 등의 반도체 소자 제작에 사용될 수 있으며, 상기 결정화된 실리콘 박막으로 제작한 박막 트랜지스터 및 이를 구비한 액정표시패널을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.In this case, the silicon thin film crystallized in accordance with an embodiment of the present invention can be used in the fabrication of semiconductor devices such as thin film transistors, solar cells, image sensors, and the like, and a thin film transistor made of the crystallized silicon thin film and a liquid crystal display panel having the same. For example, as follows.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시패널의 구조를 개략적으로 나타내는 평면도로서, 어레이 기판에 구동회로부를 집적시킨 구동회로 일체형 액정표시패널을 예를 들어 나타내고 있다.4 is a plan view schematically illustrating a structure of a liquid crystal display panel according to an exemplary embodiment of the present invention, and illustrates a driving circuit-integrated liquid crystal display panel in which a driving circuit unit is integrated on an array substrate.
도면에 도시된 바와 같이, 구동회로 일체형 액정표시패널(300)은 크게 어레이 기판(310)과 컬러필터 기판(320) 및 상기 어레이 기판(310)과 컬러필터 기판(320) 사이에 형성된 액정층(미도시)으로 이루어져 있다.As shown in the drawing, the driving circuit-integrated liquid
상기 어레이 기판(310)은 단위 화소들이 매트릭스 형태로 배열된 화상표시 영역인 화소부(315)와 상기 화소부(315)의 외곽에 위치한 게이트 구동회로부(314) 및 데이터 구동회로부(313)로 이루어져 있다.The
이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 어레이 기판(310)의 화소부(315)는 어레이 기판(310) 위에 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인과 데이터라인, 상기 게이트라인과 데이터라인의 교차영역에 형성된 스 위칭소자인 박막 트랜지스터 및 상기 화소영역에 형성된 화소전극으로 구성된다.In this case, although not shown in the drawing, the
상기 박막 트랜지스터는 화소전극에 신호전압을 인가하고 차단하는 스위칭소자로 전계에 의하여 전류의 흐름을 조절하는 일종의 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)이다.The thin film transistor is a switching element that applies and cuts off a signal voltage to a pixel electrode and is a type of field effect transistor (FET) that controls the flow of current by an electric field.
상기 게이트 구동회로부(314)와 데이터 구동회로부(313)는 컬러필터 기판(320)에 비해 돌출된 상기 어레이 기판(310)의 일측 장(長)변에 데이터 구동회로부(313)가 위치하며, 상기 어레이 기판(310)의 일측 단(短)변에 게이트 구동회로부(314)가 위치하게 된다.In the gate driving
이때, 상기 게이트 구동회로부(314)와 데이터 구동회로부(313)는 입력되는 신호를 적절하게 출력시키기 위하여 인버터(inverter)인 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 구조의 박막 트랜지스터를 사용하게 된다.In this case, the gate driving
참고로, 상기 CMOS는 고속 신호처리가 요구되는 구동회로부 박막 트랜지스터에 사용되는 MOS 구조로 된 집적회로의 일종으로 P 채널과 N 채널의 트랜지스터를 필요로 하며 속도와 밀도의 특성은 NMOS와 PMOS의 중간 형태를 나타낸다.For reference, the CMOS is an integrated circuit having a MOS structure which is used for a thin film transistor of a driving circuit unit requiring high speed signal processing, and requires a transistor of a P channel and an N channel, and the characteristics of speed and density are intermediate between NMOS and PMOS. It shows form.
상기 게이트 구동회로부(314)와 데이터 구동회로부(313)는 각각 게이트라인과 데이터라인을 통해 화소전극에 주사신호 및 데이터신호를 공급하기 위한 장치로써, 외부신호 입력단(미도시)과 연결되어 있어 상기 외부신호 입력단을 통하여 들어온 외부신호를 조절하여 상기 화소전극에 출력하는 역할을 한다.The gate
이때, 상기 컬러필터 기판(320)의 화상표시 영역(115)에는 컬러를 구현하는 컬러필터(미도시)와 상기 어레이 기판(310)에 형성된 화소전극의 대향전극인 공통 전극(미도시)이 형성되어 있다.In this case, a color filter (not shown) for implementing color and a common electrode (not shown), which is a counter electrode of a pixel electrode formed on the
이와 같이 구성된 상기 어레이 기판(310)과 컬러필터 기판(320)은 스페이서(미도시)에 의해 일정하게 이격되도록 셀갭(cell gap)이 마련되고, 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실 패턴(미도시)에 의해 합착되어 단위 액정표시패널을 이루게 된다. 이때, 상기 어레이 기판(310)과 컬러필터 기판(320)의 합착은 어레이 기판(310) 또는 컬러필터 기판(320)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.The
이하, 상기와 같이 구성된 구동회로 일체형 액정표시패널에 구비된 본 발명의 박막 트랜지스터를 그 제조방법을 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, the thin film transistor of the present invention provided in the driving circuit-integrated liquid crystal display panel configured as described above will be described in detail through the manufacturing method thereof.
도 5a 내지 도 5i는 본 발명의 결정화방법을 이용한 박막 트랜지스터의 제조방법을 순차적으로 나타내는 단면도이다.5A to 5I are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a thin film transistor using the crystallization method of the present invention.
이때, 화소부와 구동회로부에 형성되는 박막 트랜지스터는 N 타입 또는 P 타입 모두 가능하며, 특히 상기 구동회로부에는 N 타입 박막 트랜지스터와 P 타입 박막 트랜지스터가 모두 형성된 CMOS 형태를 가질 수 있으나, 도면에는 편의상 구동회로부의 CMOS를 제작하는 방법을 나타내고 있다.In this case, the thin film transistors formed in the pixel portion and the driving circuit portion may be N type or P type. In particular, the driving circuit portion may have a CMOS type in which both the N type thin film transistor and the P type thin film transistor are formed. The method of manufacturing the CMOS of the circuit portion is shown.
또한, 도면의 좌측에는 N 타입 박막 트랜지스터인 NMOS를 제작하는 방법을 나타내고 있으며 도면의 우측에는 P 타입 박막 트랜지스터인 PMOS를 제작하는 방법을 나타내고 있다.In addition, the left side of the figure shows the method of manufacturing the NMOS which is an N type thin film transistor, and the right side of the figure shows the method of manufacturing the PMOS which is a P type thin film transistor.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연 물질로 이루어진 기판(310) 위에 실리콘산화막(SiO2)으로 구성되는 버퍼층(311)을 형성한다.First, as illustrated in FIG. 5A, a
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼층(311)이 형성된 기판(310) 위에 비정질 실리콘 박막을 소정 두께로 증착한 후, 전술한 본 발명의 결정화방법을 이용하여 상기 비정질 실리콘 박막을 결정화하여 결정질 실리콘 박막(320')을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5B, after depositing an amorphous silicon thin film to a predetermined thickness on the
이때, 전술한 바와 같이 상기 결정화는 두 단계의 결정화공정으로 이루어져 있으며, 제 1 결정화공정을 통해 실리콘 박막 표면에 소량의 시드를 형성하고 제 2 결정화공정의 산화분위기에서 상기 실리콘 박막을 결정화시킴으로써 금속 원소에 의한 오염을 최소화하는 동시에 대면적의 실리콘 박막을 균일하게 결정화할 수 있게 된다.At this time, as described above, the crystallization is a two-step crystallization process, by forming a small amount of seeds on the surface of the silicon thin film through the first crystallization process and crystallizing the silicon thin film in the oxidation atmosphere of the second crystallization process, It is possible to minimize the contamination by the large-size silicon thin film at the same time uniformly.
다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 결정화된 다결정 실리콘 박막을 포토리소그래피(photolithography)공정을 이용하여 패터닝함으로써 NMOS와 PMOS 영역에 각각 액티브층(324N, 324P)을 형성하게 된다.Next, as shown in FIG. 5C, the crystallized polycrystalline silicon thin film is patterned using a photolithography process to form
이후, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(324N, 324P)이 형성된 기판(310) 전면에 게이트절연막(315A)을 증착한다.Thereafter, as shown in FIG. 5D, a
그리고, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 게이트절연막(315A)이 증착된 기판(310)의 소정영역에 게이트전극(321N, 321P)을 형성한다.As shown in FIG. 5E,
다음으로, 도 5f 및 도 5g는 N 도핑공정과 P 도핑공정을 순차적으로 실시하여 각각 N 타입 박막트랜지스터(즉, 액티브층(324N)의 소정영역에 n+ 이온이 주입되어 N 타입 소오스/드레인영역(324NS, 324ND)이 형성된 박막 트랜지스터) 및 P 타입 박막 트랜지스터를 형성하는 공정을 나타내고 있다.5F and 5G sequentially perform an N doping process and a P doping process, and n + ions are implanted into a predetermined region of an N type thin film transistor (i.e., an
먼저, 도 5f에 도시된 바와 같이, N 타입 박막 트랜지스터를 제작하기 위해 PMOS 영역은 감광막패턴(380)으로 가린 후 기판(310) 전면에 n+ 이온을 주입한다.First, as illustrated in FIG. 5F, the PMOS region is covered by the
즉, 상기 NMOS 영역은 게이트전극(321N)을 마스크로 사용하여 상기 N 타입 액티브층(324N)의 소정영역에만 고농도의 불순물 이온을 주입하여 오믹-콘택층(ohmic contact layer)인 N 타입 소오스/드레인영역(324NS, 324ND)을 형성하게 된다. 이때, 상기 게이트전극(321N)은 액티브층(324N)의 채널영역에 도펀트(dopant)가 침투하는 것을 방지하는 이온-스타퍼(ion stopper)의 역할을 하게 된다.That is, the NMOS region implants a high concentration of impurity ions into only a predetermined region of the N-type
이때, 상기 N 타입 소오스/드레인영역(324NS, 324ND)은 전자를 공여(供與)할 수 있는 인(P) 등의 5족 원소를 주입하여 형성하게 된다.In this case, the N-type source / drain regions 324NS and 324ND are formed by injecting a Group 5 element such as phosphorus (P) that can donate electrons.
다음으로, 도 5g에 도시된 바와 같이, P 타입 박막 트랜지스터를 형성하기 위해서 NMOS 영역을 가리는 감광막패턴(380)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5G, a
이때, P 타입 소오스/드레인영역(324PS, 324PD)은 전공(hole)을 공여할 수 있는 붕소(B) 등의 3족 원소를 주입하여 형성하게 된다.In this case, the P-type source / drain regions 324PS and 324PD are formed by injecting a
다음으로, 도 5h에 도시된 바와 같이, 상기 기판(310) 전면에 층간절연막(315B)을 증착한 후 포토리소그래피공정을 이용하여 상기 N 타입 소오스/드레인영역(324NS, 324ND) 및 P 타입 소오스/드레인영역(324PS, 324PD)의 일부를 노출시키는 제 1 콘택홀(390N) 및 제 2 콘택홀(390P)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5H, the N-type source / drain regions 324NS and 324ND and the P-type source / are deposited using a photolithography process after depositing the
그리고, 도 5i에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 콘택홀(390N) 및 제 2 콘택홀(390P)을 통해 상기 N 타입 소오스/드레인영역(324NS, 324ND) 및 P 타입 소오스/드레인영역(324PS, 324PD)과 전기적으로 접속하는 N 타입 소오스/드레인전극(322N, 323N) 및 P 타입 소오스/드레인전극(322P, 323P)을 형성한다.As illustrated in FIG. 5I, the N-type source / drain regions 324NS and 324ND and the P-type source / drain region 324PS may be formed through the
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.Many details are set forth in the foregoing description but should be construed as illustrative of preferred embodiments rather than to limit the scope of the invention. Therefore, the invention should not be defined by the described embodiments, but should be defined by the claims and their equivalents.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 결정화방법은 최소한의 촉매금속을 이용하여 실리콘 박막을 결정화시킬 수 있어 상기 촉매금속에 의한 실리콘 박막의 오염을 최소화할 수 있게 된다.As described above, the crystallization method according to the present invention can crystallize the silicon thin film using a minimum amount of catalyst metal, thereby minimizing contamination of the silicon thin film by the catalyst metal.
또한, 본 발명에 따른 결정화방법은 비교적 단순한 방법 및 열처리 장비를 통해 대면적의 실리콘 박막을 균일하게 결정화시킬 수 있게 되어 생산성이 향상되는 효과를 제공한다.In addition, the crystallization method according to the present invention is able to uniformly crystallize a large area of the silicon thin film through a relatively simple method and heat treatment equipment to provide an effect of improving productivity.
또한, 상기와 같은 방법으로 결정화된 실리콘 박막을 이용하여 박막 트랜지스터를 제작하는 경우에는 낮은 누설전류를 가지는 등 소자특성이 향상되는 효과를 얻게 된다.In addition, when the thin film transistor is manufactured using the silicon thin film crystallized in the above manner, the device characteristics such as low leakage current are improved.
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