KR20090072099A - Polycrystalline silicon thin film transistor using milc and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

A polycrystalline silicon thin film transistor using metal induced lateral crystallization and a manufacturing method thereof are provided to perform a property of high performance and high quality and to have a LDD(Lightly Doped Drain) structure by including a region having low resistance and high resistance inside a source region and a drain region. An amorphous silicon layer is formed on an insulation substrate(10). An active region(20c) is formed by patterning the silicon layer. A first crystallization induced metal pattern and a second crystallization induced metal pattern are partly formed in a position in which a source region(25a,60b) and a drain region(25b,60c) of the active region are formed. A part of a top layer of an exposed active layer is etched by using the first crystallization induced metal pattern and the second crystallization induced metal pattern as a mask. The active region made of amorphous silicon is crystallized through a MIC(Metal Induced Crystallization) and MILC(Metal Induced Lateral Crystallization) thermal process using the first crystallization induced metal pattern and the second crystallization induced metal pattern. A gate insulation film and a gate electrode(50) are formed on the crystallized active region.

Description

금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법{POLYCRYSTALLINE SILICON THIN FILM TRANSISTOR USING MILC AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}Polycrystalline silicon thin film transistor using metal-induced lateral crystallization and its manufacturing method {POLYCRYSTALLINE SILICON THIN FILM TRANSISTOR USING MILC AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 채널 영역과 인접한 소스, 드레인 영역의 일부분의 두께를 상대적으로 얇게 형성하여, 소스 영역 및 드레인 영역 내에 각각 저저항 및 고저항을 갖는 영역을 구비함에 의해 실질적으로 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 갖추어 고성능, 고품위의 특성을 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조할 수 있으며, 비정질 실리콘 및 n+ 실리콘 증착을 연속 증착하고 한 번의 열처리로 결정화가 이루어지며 별도의 이온도핑 공정 없이 소스 영역 및 드레인 영역을 형성할 수 있는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention provides a relatively lightly doped drain (LDD) structure by forming a relatively thin thickness of a portion of the source and drain regions adjacent to the channel region, and having regions having low and high resistances in the source and drain regions, respectively. It is possible to manufacture polycrystalline silicon thin film transistor having high performance and high quality characteristics, and to continuously deposit amorphous silicon and n + silicon deposition and to crystallize by one heat treatment, and to make source and drain regions without separate ion doping process The present invention relates to a polycrystalline silicon thin film transistor using a metal-induced lateral crystallization which can be formed, and a manufacturing method thereof.

LCD, OLED 등의 디스플레이 장치에 사용되는 박막 트랜지스터는 통상 유리, 석영 등의 투명 기판에 실리콘을 증착시키고 게이트 및 게이트 전극을 형성하고, 소스 영역 및 드레인 영역에 도펀트를 주입한 후 어닐링 처리를 하여 활성화시킨 후 절연층을 형성하여 구성된다. 박막 트랜지스터의 소스 영역, 드레인 영역 및 채널 영역을 형성하는 활성층(active layer)은 통상 유리 등의 투명 기판 상에 화학 기상 증착(CVD) 방법을 사용하여 실리콘층을 증착시켜 형성된다. Thin film transistors used in display devices such as LCDs and OLEDs are generally activated by depositing silicon on transparent substrates such as glass and quartz, forming gate and gate electrodes, injecting dopants into source and drain regions, and then performing annealing treatment. After forming, the insulating layer is formed. An active layer forming a source region, a drain region, and a channel region of a thin film transistor is usually formed by depositing a silicon layer on a transparent substrate such as glass by using a chemical vapor deposition (CVD) method.

그러나, CVD 등의 방법에 의하여 직접 기판에 증착된 실리콘층은 비정질(amorphous) 실리콘막으로서 낮은 전자 이동도(electron mobility)를 가진다. 박막 트랜지스터를 사용하는 디스플레이 장치가 빠른 동작 속도를 요하고 소형화됨에 따라 구동 IC의 집적도가 커지고 화소영역의 개구율이 감소되기 때문에 실리콘막의 전자 이동도를 높여 구동회로를 화소 TFT와 동시에 형성하고 개개의 화소 개구율을 높일 필요가 있다. However, the silicon layer deposited directly on the substrate by a method such as CVD has a low electron mobility as an amorphous silicon film. As display devices using thin film transistors require fast operation speeds and are miniaturized, the degree of integration of the driving IC is increased and the aperture ratio of the pixel area is reduced. Therefore, the driving circuit is formed simultaneously with the pixel TFTs by increasing the electron mobility of the silicon film, and individual pixels are It is necessary to increase the aperture ratio.

이러한 목적을 위하여 비정질 실리콘층을 열처리하여 높은 전자 이동도를 가지는 다결정 구조의 결정질 실리콘층으로 결정화하는 기술이 사용되고 있다. 박막 트랜지스터의 비정질 실리콘층을 결정질 실리콘층으로 결정화시키기 위하여 여러 가지 방법이 제안되었다. For this purpose, a technique is used in which an amorphous silicon layer is heat-treated to crystallize into a crystalline silicon layer having a polycrystalline structure having high electron mobility. Various methods have been proposed to crystallize an amorphous silicon layer of a thin film transistor into a crystalline silicon layer.

먼저, 고체상 결정화법(Solid Phase Crystallization: SPC)은 비정실 실리콘층을 기판을 형성하는 유리의 변형 온도인 600℃ 이하의 온도에서 수 시간 내지 수십 시간에 걸쳐 어닐링하는 방법이다. SPC법은 열처리에 장시간을 요하므로 생산성이 낮고 기판의 면적이 큰 경우에 600℃ 이하의 온도에서도 장시간의 열처리 과정에서 기판의 변형이 일어날 수 있는 문제점이 있다. First, solid phase crystallization (SPC) is a method of annealing an amorphous silicon layer over several hours to several tens of hours at a temperature of 600 ° C. or less, which is a deformation temperature of glass forming a substrate. Since the SPC method requires a long time for heat treatment, when the productivity is low and the area of the substrate is large, there is a problem that deformation of the substrate may occur during a long heat treatment process even at a temperature of 600 ° C. or less.

엑시머 레이저 결정화법(Excimer Laser Crystallization; ELC)은 엑시머 레이저를 실리콘층에 주사하여 매우 짧은 시간동안 국부적으로 높은 온도를 발생시켜 순간적으로 실리콘층을 결정화시키는 방법이다. ELC법은 레이저광의 주사를 정교하게 제어하는데 기술적 어려움이 있고, 한번에 하나씩의 기판만을 가공할 수 있기 때문에 고로에서 여러 기판을 동시에 배치 가공을 하는 경우보다 생산성이 떨어지는 문제가 있다. Excimer Laser Crystallization (ELC) is a method in which an excimer laser is injected into a silicon layer to instantaneously crystallize the silicon layer by generating a locally high temperature for a very short time. The ELC method has a technical difficulty in precisely controlling the scanning of the laser light, and since only one substrate can be processed at a time, there is a problem that productivity is lowered than when batch processing of several substrates at the same time in the blast furnace.

이러한 종래의 실리콘층 결정화 방법의 단점을 극복하기 위하여 니켈, 금, 알루미늄 등의 금속을 비정질 실리콘과 접촉시키거나 이들 금속을 실리콘에 주입시키는 경우 200℃ 정도의 저온에서도 비정질 실리콘이 결정질 실리콘으로 상변화가 유도되는 현상이 이용되고 있다. 이와 같은 현상을 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization; MIC)라고 부르는데, MIC 현상을 이용하여 박막 트랜지스터를 제조하였을 경우에 박막 트랜지스터의 활성층을 구성하는 결정질 실리콘 내에 금속이 잔류하여 특히 박막 트랜지스터의 채널부에 전류 누설을 발생시키는 문제가 발생한다. In order to overcome the disadvantages of the conventional silicon layer crystallization method, when a metal such as nickel, gold, aluminum, or the like is contacted with or injected into the silicon, the amorphous silicon changes into crystalline silicon even at a low temperature of about 200 ° C. The phenomenon in which is derived is used. This phenomenon is called metal induced crystallization (MIC). When a thin film transistor is manufactured using the MIC phenomenon, metal remains in the crystalline silicon constituting the active layer of the thin film transistor. A problem arises that causes current leakage.

최근에는 MIC와 같이 금속이 직접 실리콘의 상변화를 유도하지 아니하고, 금속과 실리콘이 반응하여 생성된 실리사이드가 측면으로 계속하여 전파되면서 순차로 실리콘의 결정화를 유도하는 금속유도 측면 결정화(Metal Induced Lateral Crystallization: MILC) 현상을 이용하여 실리콘층을 결정화시키는 방법이 제안되었다(S.W. Lee & S. K. Joo, IEEE Electron Device Letter, 17(4), p.160, (1996) 참조). Recently, the metal induced side crystallization (Metal Induced Lateral Crystallization) does not directly induce phase change of silicon, but the silicide generated by the reaction of metal and silicon continues to propagate to the side, leading to the crystallization of silicon sequentially. : A method of crystallizing a silicon layer using a MILC phenomenon has been proposed (see SW Lee & SK Joo, IEEE Electron Device Letter, 17 (4), p.160, (1996)).

이러한 MILC 현상을 일으키는 금속으로는 특히 니켈과 팔라듐 등이 알려져 있는데, MILC 현상을 이용하여 실리콘층을 결정화시키는 경우에는 금속을 포함한 실리사이드 계면이 실리콘층의 상변화가 전파됨에 따라 측면으로 이동하는 MILC 현상을 이용하여 결정화된 실리콘층에는 결정화를 유도하기 위하여 사용된 금속 성분이 거의 잔류하지 않아 트랜지스터 활성화층의 전류 누설 및 기타 동작 특성에 영향을 미치지 않는 장점이 있다. 또한, MILC 현상을 이용하는 경우에 300℃ 내지 500℃의 비교적 저온에서 실리콘의 결정화를 유도할 수 있어 고로(furnace)를 이용하여 기판의 손상 없이 여러 장의 기판을 동시에 결정화시킬 수 있는 장점이 있다.Nickel and palladium are known as metals that cause such a MILC phenomenon, and in the case of crystallizing the silicon layer using the MILC phenomenon, the silicide interface including the metal moves to the side as the phase change of the silicon layer propagates. In the silicon layer crystallized using, there is almost no metal component used to induce crystallization, which does not affect the current leakage and other operating characteristics of the transistor activation layer. In addition, in the case of using the MILC phenomenon, the crystallization of silicon can be induced at a relatively low temperature of 300 ° C to 500 ° C, and thus, multiple substrates can be simultaneously crystallized without damaging the substrate by using a furnace.

MIC 및 MILC 현상을 이용하여 TFT를 구성하는 실리콘층을 결정화시키는 종래 방법은 절연 기판상에 형성된 비정질 실리콘층을 포토리소그래피에 의하여 패터닝하여 활성층을 형성하고, 그후 활성층 위에 게이트 절연층 및 게이트 전극을 형성한다. Conventional methods of crystallizing silicon layers constituting TFTs using MIC and MILC phenomena pattern an amorphous silicon layer formed on an insulating substrate by photolithography to form an active layer, and then form a gate insulating layer and a gate electrode on the active layer. do.

이어서, 게이트 전극을 마스크로 사용하여 기판 전체를 불순물로 도핑하여 활성층에 소스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 형성한 후, 소스 영역 및 드레인 영역에 부분적으로 MILC 소스 금속층을 형성한 상태에서 기판 전체를 300℃ 내지 500℃의 온도에서 어닐링하여 잔류된 금속층 바로 아래의 소스 및 드레인 영역은 MIC 현상에 의하여 결정화시키고 금속층이 덮혀 있지 않은(metal-offset) 소스 및 드레인 영역의 부분과 게이트 전극 아래의 채널 영역은 잔류된 금속층으로부터 유도되는 MILC 현상에 의하여 결정화를 유도한다.Subsequently, the entire substrate is doped with impurities using a gate electrode as a mask to form a source region, a channel region, and a drain region in the active layer, and then the entire substrate is partially formed in a partially formed MILC source metal layer in the source region and the drain region. The source and drain regions immediately below the metal layer remaining by annealing at a temperature of 300 ° C to 500 ° C are crystallized by MIC phenomenon and the portion of the source and drain regions where the metal layer is not covered (metal-offset) and the channel region under the gate electrode. Silver induces crystallization by the MILC phenomenon induced from the remaining metal layer.

그러나 종래 MILC를 이용한 다결정 박막 트랜지스터 제조방법은 소스/드레인 저항이 높고, 고가의 이온 주입 장비를 이용하여 이온을 주입해야 하는 문제점이 있다. 또한, 비정질 실리콘의 결정화 및 소스/드레인 활성화를 위해 열처리를 두 번 이상 하여야 하기 때문에 공정단가가 높을 뿐만 아니라, 공정시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.However, the conventional method of manufacturing a polycrystalline thin film transistor using MILC has a problem in that source / drain resistance is high and ions must be implanted using expensive ion implantation equipment. In addition, since the heat treatment must be performed two or more times for crystallization and source / drain activation of the amorphous silicon, the process cost is high and the process takes a long time.

한편, 종래에 레이저 결정화 방법(즉, 상기한 엑시머 레이저 결정화법(Excimer Laser Crystallization; ELC)에 따른 엑시머 레이저를 사용하는 경우)을 이용하는 탑 게이트(top gate) 구조를 갖는 TFT의 제조에서는 일반적으로 비정질 실리콘층 위에 n+ 실리콘층을 동시에 연속하여 증착하는 공정을 채택하지 않는다. 그 이유는 레이저 결정화 방법에서는 MILC 결정화 시에 사용하는 결정화 금속막 패턴을 형성/사용하는 공정을 사용하지 않으므로 만약 채널 영역의 n+ 실리콘층을 제거하려면 별도의 패터닝 공정(즉, 식각용 마스크가 필요함)을 거쳐야 하기 때문이다.On the other hand, in the conventional manufacturing of TFTs having a top gate structure using a laser crystallization method (i.e., the case of using an excimer laser according to the above-mentioned excimer laser crystallization (ELC)), it is generally amorphous. The process of simultaneously depositing n + silicon layers on the silicon layer is not adopted. The reason is that the laser crystallization method does not use the process of forming / using the crystallized metal film pattern used for MILC crystallization, so if the n + silicon layer in the channel region is removed, a separate patterning process (ie, an etching mask is required) Because you have to go through

한편, 다결정 박막 트랜지스터의 경우 비정질 박막 트랜지스터의 경우와 달리 누설전류가 크기 때문에 이를 억제하기 위해 LDD의 구조가 필요한 것으로 되어있으며(IEEE Trans. Electron Devices, Vol.40, No. 5, pp.938, 1993), 특히, N-형 박막 트랜지스터의 경우 핫 전자(hot electron) 효과에 의한 누설전류의 감소를 위해 LDD 구조를 형성하는 것이 보편화 되어 있으며, 이를 위하여 소스 영역, 드레인 영역에 주입되는 불순물 이온의 농도보다 적은 양의 이온을 별도의 공정에 의하여 LDD가 형성될 영역에 주입하는 것이 보편화 되어 있다.On the other hand, in the case of polycrystalline thin film transistors, unlike in the case of amorphous thin film transistors, the leakage current is large, and therefore, an LDD structure is required to suppress them (IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 40, No. 5, pp.938, 1993), in particular, in the case of N-type thin film transistors, it is common to form LDD structures to reduce leakage current due to the hot electron effect. It is common to inject ions less than the concentration into the region where the LDD is to be formed by a separate process.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 채널 영역과 인접한 소스, 드레인 영역의 일부분의 두께를 상대적으로 얇게 형성하여, 소스 영역 및 드레인 영역 내에 각각 저저항 및 고저항을 갖는 영역을 구비함에 의해 실질적으로 LDD 구조를 갖추어 고성능, 고품위의 특성을 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조할 수 있는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to form a relatively thin thickness of a portion of a source and a drain region adjacent to a channel region, so that regions having low and high resistances in the source and drain regions, respectively, are provided. The present invention provides a polycrystalline silicon thin film transistor using a metal-induced lateral crystallization capable of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor having an LDD structure substantially and having high performance and high quality.

본 발명의 다른 목적은 비정질 실리콘 및 n+ 실리콘 증착을 연속 증착하고 한 번의 열처리로 결정화가 이루어짐과 동시에 별도의 이온도핑 공정 없이 소스 영역 및 드레인 영역을 형성할 수 있는 탑 게이트(top gate) 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a top gate method for continuously depositing amorphous silicon and n + silicon deposition and forming a source region and a drain region without performing a separate ion doping process while crystallization is performed in one heat treatment. The present invention provides a polycrystalline silicon thin film transistor and a method of manufacturing the same.

본 발명의 또 다른 목적은 한 번의 열처리로 비정질 실리콘의 결정화와 소스 및 드레인 영역에 이온 주입된 불순물의 활성화를 실행하여 공정시간과 공정비용을 절감할 수 있는 탑 게이트(top gate) 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is a top gate polycrystalline silicon which can reduce the process time and cost by performing crystallization of amorphous silicon and activation of impurities implanted into the source and drain regions in one heat treatment. A thin film transistor and its manufacturing method are provided.

본 발명의 다른 목적은 n+ 실리콘을 이용하여 한 번의 이온 주입으로 LDD 구조를 형성할 수 있는 탑 게이트(top gate) 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a top gate polycrystalline silicon thin film transistor capable of forming an LDD structure using a single ion implantation using n + silicon and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 절연기판 상에 비정질 실리콘층을 형 성하고, 이를 패터닝하여 활성화 영역을 형성하는 단계; 상기 활성화 영역의 소스 영역과 드레인 영역 형성 위치에 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 부분적으로 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 식각 마스크로 사용하여 노출된 활성층의 상층 일부를 식각하여 제거하는 단계; 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 이용한 MIC 및 MILC 결정화 열처리를 통하여 비정질 실리콘으로 이루어진 활성화 영역을 결정화하는 단계; 및 상기 결정화된 활성화 영역 위에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object, forming an amorphous silicon layer on the insulating substrate, and patterning it to form an activation region; Partially forming first and second crystallization inducing metal patterns in the source region and the drain region formation position of the activation region; Etching a portion of the upper layer of the exposed active layer by using the first and second crystallization inducing metal patterns as an etching mask; Crystallizing an activation region made of amorphous silicon through MIC and MILC crystallization heat treatment using the first and second crystallization inducing metal patterns; And forming a gate insulating film and a gate electrode on the crystallized activation region.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 절연기판 상에 비정질 실리콘층과 n+실리콘층을 연속적으로 형성하고, 이를 패터닝하여 활성화 영역을 형성하는 단계; 상기 n+실리콘층 상의 상기 활성화 영역의 소스 영역과 드레인 영역 형성 위치에 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 부분적으로 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 식각 마스크로 사용하여 순차적으로 노출된 n+실리콘층과 활성층의 상층 일부를 식각하여 n+실리콘층으로 이루어진 제1소스 영역 및 제1드레인 영역을 정의하는 단계; 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 이용한 MIC 및 MILC 결정화 열처리를 통하여 n+실리콘층으로 이루어진 제1소스 영역 및 제1드레인 영역과 비정질 실리콘으로 이루어진 활성화 영역을 결정화하는 단계; 및 상기 결정화된 활성화 영역 위에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공한다.In addition, according to another aspect of the invention, the present invention comprises the steps of continuously forming an amorphous silicon layer and n + silicon layer on the insulating substrate, patterning it to form an activation region; Partially forming first and second crystallization inducing metal patterns in the source region and the drain region forming positions of the activation region on the n + silicon layer; By using the first and second crystallization induction metal pattern as an etching mask to sequentially expose the n + silicon layer and a portion of the upper layer of the active layer to define a first source region and a first drain region consisting of n + silicon layer step; Crystallizing a first source region made of n + silicon layer and an activation region made of amorphous silicon with M + and MILC crystallization heat treatment using the first and second crystallization inducing metal patterns; And forming a gate insulating film and a gate electrode on the crystallized activation region.

본 발명은, 상기 게이트 전극을 이온 주입 마스크로 사용하여 기판에 이온 주입을 실시하여 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 각각 저항값이 서로 다른 영역으로 이루어진 LDD 구조를 포함하는 것이 바람직하다.The present invention may further include forming a source region and a drain region by implanting ions into a substrate using the gate electrode as an ion implantation mask, wherein the source region and the drain region each have a different resistance value. It is preferable to include the formed LDD structure.

또한, 본 발명은 상기 게이트 전극을 이온 주입 마스크로 사용하여 기판에 n+실리콘층 보다 상대적으로 낮은 농도로 이온 주입을 실시하여 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 각각 이온 주입 농도가 서로 다른 영역으로 이루어진 LDD 구조를 포함하는 것도 가능하다.The present invention may further include forming a source region and a drain region by implanting ions into a substrate at a concentration lower than that of the n + silicon layer using the gate electrode as an ion implantation mask. The drain region may also include an LDD structure composed of regions having different ion implantation concentrations.

더욱이, 본 발명은 상기 활성화 영역을 결정화하는 단계 이후에 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.Furthermore, the present invention may further include removing the first and second crystallization inducing metal patterns after crystallizing the activation region.

이 경우 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴은 포토레지스트를 사용한 리프트 오프 방법으로 형성되는 것이 바람직하다.In this case, the first and second crystallization induction metal pattern is preferably formed by a lift off method using a photoresist.

상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴은 각각 채널 영역이 형성될 부분의 양 측단으로부터 수 마이크로미터 오프셋을 가지도록 소스 영역 및 드레인 영역에 형성되는 것이 바람직하다.The first and second crystallization inducing metal patterns are preferably formed in the source region and the drain region so as to have a micrometer offset from both side ends of the portion where the channel region is to be formed, respectively.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 투명절연기판; 상기 투명절연 기판 상에 이온이 주입되지 않은 결정질 실리콘으로 이루어진 채널 영역; 각각 상기 투명절연기판 상에 채널 영역의 일측 및 타측에 형성되며 이온이 주입된 결정질 실리콘으로 이루어지고 제1저항값을 가지는 제1 소스 영역 및 제1 드레인 영역; 각각 상기 투명절연기판 상에 제1 소스 영역 및 제1 드레인 영역의 외측에 형성되며 이온이 주입된 결정질 실리콘으로 이루어지고 상기 제1저항값 보다 더 작은 제2저항값을 가지는 제2 소스 영역 및 제2 드레인 영역; 상기 채널 영역 상부에 형성된 게이트 절연막; 및 상기 게이트 절연막 상부에 형성된 게이트 전극을 포함하는 탑 게이트(top gate) 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제공한다.According to another feature of the invention, the present invention is a transparent insulating substrate; A channel region made of crystalline silicon not implanted with ions on the transparent insulating substrate; A first source region and a first drain region each formed on one side and the other side of the channel region on the transparent insulating substrate and made of crystalline silicon implanted with ions and having a first resistance value; A second source region and a first source region formed on the transparent insulating substrate and formed outside the first source region and the first drain region, respectively; 2 drain region; A gate insulating layer formed on the channel region; And a top gate polycrystalline silicon thin film transistor including a gate electrode formed on the gate insulating layer.

상기 제2 소스 영역 및 제2 드레인은 각각 제1 소스 영역 및 제1 드레인 영역보다 더 두껍게 형성될 수 있다.The second source region and the second drain may be thicker than the first source region and the first drain region, respectively.

또한, 상기 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 각각 상기 제2 소스 영역 및 제2 드레인 영역 상부에 형성되며 n+실리콘층으로 이루어진 제3소스 영역 및 제3드레인 영역을 더 포함할 수 있다.The polycrystalline silicon thin film transistor may further include a third source region and a third drain region formed on the second source region and the second drain region, respectively, and formed of n + silicon layers.

더욱이, 상기 제2 소스 영역 및 제2 드레인 영역의 이온 주입 농도는 제3소스 영역 및 제3드레인 영역의 n+실리콘층 보다 낮게 설정되는 것이 바람직하다.Further, the ion implantation concentration of the second source region and the second drain region is preferably set lower than the n + silicon layer of the third source region and the third drain region.

이 경우, 상기 제2 소스 영역 및 제2 드레인은 각각 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 이용한 MIC 결정화 열처리를 통하여 비정질 실리콘이 결정질 실리콘으로 변환된 것이고, 상기 제1 소스 영역 및 제1 드레인 영역과 채널 영역은 각각 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 이용한 MILC 결정화 열처리를 통하여 비정 질 실리콘이 결정질 실리콘으로 변환된 것이다.In this case, the second source region and the second drain are amorphous silicon converted to crystalline silicon through MIC crystallization heat treatment using first and second crystallization induction metal patterns, respectively, and the first source region and the first drain region. The and channel regions are amorphous silicon converted to crystalline silicon through MILC crystallization heat treatment using the first and second crystallization inducing metal patterns, respectively.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 채널 영역과 인접한 소스, 드레인 영역의 일부분의 두께를 상대적으로 얇게 형성하여, 소스 영역 및 드레인 영역 내에 각각 저저항 및 고저항을 갖는 영역을 구비함에 의해 실질적으로 LDD 구조를 갖추어 고성능, 고품위의 특성을 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다.As described above, in the present invention, the thickness of a portion of the source and drain regions adjacent to the channel region is relatively thin, and the LDD is substantially provided by providing regions having low and high resistances in the source and drain regions, respectively. With this structure, a polycrystalline silicon thin film transistor having high performance and high quality characteristics can be manufactured.

또한, 본 발명에서는 비정질 실리콘 및 n+ 실리콘 증착을 연속 증착하고 한 번의 열처리로 결정화가 이루어짐과 동시에 별도의 이온도핑 공정 없이 소스 영역 및 드레인 영역을 형성할 수 있다. 이 경우 한 번의 이온도핑 공정을 실시하여 소스 영역 및 드레인 영역 내에 LDD 영역을 형성하는 것도 가능하다.In addition, in the present invention, amorphous silicon and n + silicon deposition may be continuously deposited and crystallized by a single heat treatment, and source and drain regions may be formed without a separate ion doping process. In this case, it is also possible to form the LDD region in the source region and the drain region by performing one ion doping process.

더욱이, 본 발명에서는 한 번의 열처리로 비정질 실리콘의 결정화와 소스 및 드레인 영역에 이온 주입된 불순물의 활성화를 실행하여 공정시간과 공정비용을 절감할 수 있다.Furthermore, in the present invention, the process time and the process cost can be reduced by performing crystallization of amorphous silicon and activating impurities implanted into the source and drain regions in one heat treatment.

본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the advantages of the operability of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 금속 유도 측면 결정화(MILC)를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 도시한 것이다. 1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor using metal induced side crystallization (MILC) according to a first embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 유리기판과 같은 투명한 절연기판(10)상에 비정질 실리콘층(20)을 CVD 챔버에서 저압화학기상법(LPCVD) 또는 플라즈마 화학증착법(PECVD)에 의해 사일렌 가스를 사용하여 약 70nm 내지 100nm 의 두께로 증착하고 패터닝하여 활성화 영역을 정의한다. Referring to FIG. 1A, an amorphous silicon layer 20 is deposited on a transparent insulating substrate 10 such as a glass substrate by using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or plasma chemical vapor deposition (PECVD) in a CVD chamber. Deposition and patterning is performed to a thickness of 70 nm to 100 nm to define the activation region.

이어서, 도 1b와 같이, 상기 비정질 실리콘으로 이루어진 활성화 영역(20a) 상의 소스와 드레인 영역 형성 위치에 각각 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)을 포토레지스트(PR)를 사용한 리프트 오프(lift-off) 방법으로 형성한다. 보다 상세히, 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)은 리프트 오프 방법을 이용하여 활성화 영역(20a)의 중앙에 형성되는 채널 영역의 양끝으로부터 수 마이크로미터 오프셋(간격)을 두고 소스 영역, 드레인 영역 위에 부분적으로 형성되도록 한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the first and second crystallization induction metal patterns 30a and 30b are lifted off using photoresist PR at the source and drain region formation positions on the activation region 20a made of amorphous silicon, respectively. Form by the lift-off method. In more detail, the crystallization induced metal patterns 30a and 30b are partially disposed on the source region and the drain region with a few micrometer offset (interval) from both ends of the channel region formed at the center of the activation region 20a using a lift off method. To be formed.

상기 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)으로 사용 가능한 재료는 MILC에 사용될 수 있는 재료와 동일하며, 예를 들어 Ni, Pd, Ti, Ag, Au, Al, Sn, Sb, Cu, Co, Cr, Mo, Tr, Ru, Rh, Cd, Pt 중 어느 하나가 사용될 수 있다.The material usable as the crystallization induction metal patterns 30a and 30b is the same as the material that can be used for MILC, for example Ni, Pd, Ti, Ag, Au, Al, Sn, Sb, Cu, Co, Cr, Any one of Mo, Tr, Ru, Rh, Cd, Pt may be used.

이후, 상기 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)을 식각 마스크로 사용하여 도 1c와 같이 채널 영역이 형성될 부분을 포함하여 노출된 활성화 영역(20a)의 상층 일부를 소정 깊이로 드라이 에칭하여 제거한다. Thereafter, by using the crystallization induction metal pattern (30a, 30b) as an etching mask, a portion of the upper layer of the exposed active region 20a, including the portion where the channel region is to be formed, is removed by dry etching to a predetermined depth as shown in FIG. 1C. .

이와 같이 노출된 활성화 영역(20a)의 상층 일부를 제거한 변형된 활성화 영역(20b)을 형성하는 것은 도 1f에 도시된 바와 같이 채널 영역(25c)과 인접한 소스 영역(25a) 및 드레인 영역(25b)의 일부분의 두께를 상대적으로 얇게 형성하고 후속 공정에서 불순물을 주입한 후 열처리에 의해 불순물 이온을 확산시킴에 의해, 소스 영역(25a) 및 드레인 영역(25b) 내에 각각 저저항값을 갖는 저저항 영역(251b,253b)과 고저항값을 갖는 고저항 영역(251a,253a)을 구비하도록 하기 위한 것이다. Forming the modified activation region 20b from which a portion of the upper layer of the exposed activation region 20a is removed may be the source region 25a and the drain region 25b adjacent to the channel region 25c as shown in FIG. 1F. By forming a relatively thin thickness of a portion of the thin film, implanting impurities in a subsequent process, and then diffusing the impurity ions by heat treatment, the low-resistance regions each having a low resistance value in the source region 25a and the drain region 25b, respectively. And high resistance regions 251a and 253a having high resistance values 251b and 253b.

상기와 같이 소스 영역(25a) 및 드레인 영역(25b)을 각각 저저항값을 갖는 저저항 영역(251b,253b)과 고저항값을 갖는 고저항 영역(251a,253a)을 구비하도록 형성하면, 실질적으로 TFT의 누설전류를 감소시킬 수 있는 LDD 구조와 동일한 효과를 나타내어 TFT의 전기적 특성을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, when the source region 25a and the drain region 25b are formed to include the low resistance regions 251b and 253b having low resistance values and the high resistance regions 251a and 253a having high resistance values, respectively. As a result, the electrical characteristics of the TFT can be improved by exhibiting the same effect as that of the LDD structure capable of reducing the leakage current of the TFT.

에칭 과정이 완료되면, 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)을 이용한 열처리를 통하여 변형된 활성화 영역(20b)의 비정질 실리콘을 결정화하여 결정질 실리콘으로 이루어진 활성화 영역(20c)을 얻는다. 상기 열처리는 400 내지 500℃ 조건에서 30분에서 4시간 정도 처리하며 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)의 하측에 위치한 비정질 실리콘 박막은 MIC에 의해 결정화하고 노출된 변형된 활성화 영역(20b)의 비정질 실리콘 박막은 MILC에 의해 결정화한다.When the etching process is completed, the amorphous silicon of the deformed activation region 20b is crystallized through heat treatment using the crystallization induction metal patterns 30a and 30b to obtain an activation region 20c made of crystalline silicon. The heat treatment is performed at 400 to 500 ° C. for 30 minutes to 4 hours, and the amorphous silicon thin film located under the crystallization induction metal patterns 30a and 30b is crystallized by MIC and exposed to the amorphous activation region 20b. The silicon thin film is crystallized by MILC.

그후, 결정화 열처리를 완료한 후, 상기 활성화 영역(20c) 상에 형성되어 있는 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)을 제거하면 도 1d와 같이 얻어진다.Thereafter, after the crystallization heat treatment is completed, the crystallization induction metal patterns 30a and 30b formed on the activation region 20c are removed, as shown in FIG. 1D.

상기 결정화 열처리 과정이 완료되면, 도 1e에서와 같이 채널 영역 상부에 게이트 절연막(40) 및 게이트 전극(50)을 형성하여 다결정 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다.When the crystallization heat treatment process is completed, a polycrystalline thin film transistor may be manufactured by forming a gate insulating layer 40 and a gate electrode 50 on the channel region as shown in FIG. 1E.

즉, 게이트 절연막 형성용 절연막으로 예를 들어, 실리콘산화막 또는 실리콘질화막을 형성하고, 게이트 전극 형성용 금속막으로 예를 들어, W, Pt, Ti, Al, Ni, Mo 등의 도전성 재료를 사용하여 순차적으로 형성한 후, 그 위에 포토레지스트로 식각 마스크(도시되지 않음)를 형성한다. 그 후 식각 마스크를 이용하여 게이트 절연막 형성용 절연막과 게이트 전극 형성용 금속막을 순차적으로 식각하여 게이트 전극(50) 및 게이트 절연막(40)을 형성한다. That is, a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed as an insulating film for forming a gate insulating film, for example, and a conductive material such as W, Pt, Ti, Al, Ni, Mo, etc. is used as the metal film for forming a gate electrode. After forming sequentially, an etch mask (not shown) is formed thereon with photoresist. Subsequently, the gate insulating film forming insulating film and the gate electrode forming metal film are sequentially etched using an etching mask to form the gate electrode 50 and the gate insulating film 40.

게이트 전극(50) 및 게이트 절연막(40)을 형성한 후, 이어서, 도 1f에서와 같이, 이온 도핑을 이용하여 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 갖는 소스 영역(25a)과 드레인 영역(25b)을 형성할 수 있다.After the gate electrode 50 and the gate insulating film 40 are formed, the source region 25a and the drain region 25b having the LDD (Lightly Doped Drain) structure are then formed using ion doping, as shown in FIG. 1F. Can be formed.

즉, 상기 식각 마스크를 이온주입 마스크로 사용하여 결정화층으로 이루어진 활성화 영역(20c)에 N-형 또는 P-형 도펀트 이온을 주입하여 소스 영역(25a)과 드레인 영역(25b)을 정의한다. 이 경우 주입되는 도펀트는 N-형인 경우 예를들어, P, PH3 또는 As를 사용할 수 있고, P-형인 경우는 B, B2H6 또는 BH3를 사용한다. 그 결과 소스 영역(25a)과 드레인 영역(25b) 사이에 도펀트가 주입되지 않은 영역은 채널 영역(25c)이 된다. That is, the N-type or P-type dopant ions are implanted into the activation region 20c formed of the crystallization layer using the etching mask as an ion implantation mask to define the source region 25a and the drain region 25b. In this case, the dopant to be injected may be P, PH 3 or As in the case of N-type, and B, B 2 H 6 or BH 3 in the case of P-type. As a result, the region where the dopant is not injected between the source region 25a and the drain region 25b becomes the channel region 25c.

소스 영역(25a)과 드레인 영역(25b)에 대한 도핑이 완료되면, 기판(10)을 수 소 분위기하에서 400℃~600℃ 사이의 온도, 예를 들어 580℃에서 1시간 내지 5시간 동안 열처리를 하여, 소스 영역, 드레인 영역에 주입된 도펀트를 활성화함과 동시에 댕글링 본드를 제거하여 제조된 박막트랜지스터의 누설전류를 감소시킨다. When the doping of the source region 25a and the drain region 25b is completed, the substrate 10 is subjected to heat treatment for 1 hour to 5 hours at a temperature between 400 ° C. and 600 ° C., for example, 580 ° C. under a hydrogen atmosphere. By activating the dopant implanted in the source region and the drain region, the dangling bond is removed and the leakage current of the manufactured thin film transistor is reduced.

마지막으로 주지된 공정에 따라 기판(10) 상에 층간 절연막을 형성하고 층간 절연막의 일부를 식각하여 소스 영역(25a)과 드레인 영역(25b)에 대한 접촉창을 형성한 후 소스 전극 및 드레인 전극(도시되지 않음)을 도전성 재료를 사용하여 형성하면, 박막 트랜지스터가 완성된다.Finally, according to a well-known process, an interlayer insulating film is formed on the substrate 10 and a portion of the interlayer insulating film is etched to form a contact window for the source region 25a and the drain region 25b. (Not shown) is formed using a conductive material to complete the thin film transistor.

일반적으로 MOSFET의 제작시 소스 및 드레인 영역에 이온 주입 농도가 서로 다른 영역을 2번의 이온 주입을 통하여 LDD 구조를 형성하나, 상기한 바와 같이 본 발명에서는 채널 영역(25c)과 인접한 소스 영역(25a) 및 드레인 영역(25b)의 일부분의 두께를 상대적으로 얇게 형성하고 불순물을 주입한 후 열처리에 의한 불순물 이온의 확산이 이루어지는 경우, 소스 영역(25a) 및 드레인 영역(25b) 내에 각각 저저항값을 갖는 저저항 영역(251b,253b)과 고저항값을 갖는 고저항 영역(251a,253a)을 구비하게 된다. In general, when fabricating a MOSFET, an LDD structure is formed through two ion implantation of regions having different ion implantation concentrations in the source and drain regions, but as described above, in the present invention, the source region 25a adjacent to the channel region 25c is formed. And when the thickness of a portion of the drain region 25b is formed relatively thin, the impurities are implanted, and the impurity ions are diffused by heat treatment, each of the source region 25a and the drain region 25b has a low resistance value. Low resistance regions 251b and 253b and high resistance regions 251a and 253a having high resistance values are provided.

그 결과, 본 발명의 소스 영역(25a)과 드레인 영역(25b)은 실질적으로 TFT의 누설전류를 감소시킬 수 있는 LDD 구조와 동일한 효과를 나타내는 저저항 및 고저항 영역 구조를 갖추게 되어 고성능, 고품위의 특성을 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 1회의 이온 주입만으로 형성할 수 있게 된다.As a result, the source region 25a and the drain region 25b of the present invention have a low-resistance and high-resistance region structure exhibiting the same effect as that of the LDD structure capable of substantially reducing the leakage current of the TFT. A polycrystalline silicon thin film transistor having characteristics can be formed by only one ion implantation.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도를 도시한 것이다. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor using metal induced side crystallization according to a second preferred embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 유리기판과 같은 절연기판(10)상에 비정질 실리콘층(20)을 CVD 챔버에서 저압화학기상법(LPCVD) 또는 플라즈마 화학증착법(PECVD)에 의해 사일렌 가스를 사용하여 약 70nm 내지 100nm 의 두께로 증착하고, 사이렌 가스와 포스핀 가스(PH3)를 사용하여 n+실리콘층(60)을 40nm 내지 100nm 두께로 연속 증착한다. 그후 n+실리콘층(60)과 비정질 실리콘층(20)을 순차적으로 패터닝하여 패터닝된 n+실리콘층(60a)과 비정질 실리콘층으로 이루어진 활성화 영역(20a)을 정의한다.Referring to FIG. 2A, an amorphous silicon layer 20 on an insulating substrate 10, such as a glass substrate, is about 70 nm in a CVD chamber by using a xylene gas by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) or plasma chemical vapor deposition (PECVD). To 100 nm, and n + silicon layer 60 is continuously deposited to a thickness of 40 nm to 100 nm using a siren gas and a phosphine gas (PH 3 ). Thereafter, the n + silicon layer 60 and the amorphous silicon layer 20 are sequentially patterned to define an activation region 20a including the patterned n + silicon layer 60a and the amorphous silicon layer.

이어서, 도 2b와 같이, 상기 n+실리콘층(60a) 상의 소스 영역과 드레인 영역형성 위치에 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)을 포토레지스트를 사용한 리프트 오프(lift-off) 방법으로 형성한다. 보다 상세히, 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)은 리프트 오프 방법을 이용하여 활성화 영역의 중앙에 형성되는 채널 영역의 양끝으로부터 수 마이크로미터 오프셋(간격)을 두고 소스 영역, 드레인 영역 위에 부분적으로 형성되도록 한다.Next, as shown in FIG. 2B, crystallization induction metal patterns 30a and 30b are formed at the source region and the drain region formation position on the n + silicon layer 60a by a lift-off method using photoresist. In more detail, the crystallization induced metal patterns 30a and 30b may be partially formed on the source region and the drain region with a few micrometer offset (interval) from both ends of the channel region formed at the center of the activation region using a lift off method. do.

상기 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)으로 사용 가능한 재료는 MILC에 사용될 수 있는 재료와 동일하며, 예를 들어 Ni, Pd, Ti, Ag, Au, Al, Sn, Sb, Cu, Co, Cr, Mo, Tr, Ru, Rh, Cd, Pt 중 어느 하나가 사용될 수 있다.The material usable as the crystallization induction metal patterns 30a and 30b is the same as the material that can be used for MILC, for example Ni, Pd, Ti, Ag, Au, Al, Sn, Sb, Cu, Co, Cr, Any one of Mo, Tr, Ru, Rh, Cd, Pt may be used.

이후, 상기 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)을 식각 마스크로 사용하여 도 2c와 같이 노출된 n+실리콘층(60a)과 활성화 영역(20a)의 상층 일부가 제거되도록 순차적으로 드라이 에칭으로 식각하면 n+실리콘층(60a)이 분리되어 제1소스 영역(60b) 및 제1드레인 영역(60c)이 정의되고, 그 하부에 중앙부에 채널 영역을 갖는 활성화 영역(20b)이 얻어지게 된다.Subsequently, using the crystallization induction metal pattern (30a, 30b) as an etching mask, sequentially etching by dry etching to remove the exposed n + silicon layer 60a and the upper portion of the active region 20a as shown in Figure 2c The n + silicon layer 60a is separated to define the first source region 60b and the first drain region 60c, and an activation region 20b having a channel region in the center at the bottom thereof is obtained.

에칭 과정이 완료되면, 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)을 이용한 열처리를 통하여 n+실리콘으로 이루어진 제1소스 영역(60b) 및 제1드레인 영역(60c)과 변형된 활성화 영역(20b)의 비정질 실리콘을 결정화하여 결정질 실리콘으로 이루어진 제1소스 영역(60b) 및 제1드레인 영역(60c)과 활성화 영역(20c)을 얻는다. 상기 열처리는 400 내지 500℃ 조건에서 30분에서 4시간 정도 처리하며 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)의 하측에 위치한 제1소스 영역(60b) 및 제1드레인 영역(60c)과 변형된 활성화 영역(20b)의 비정질 실리콘은 MIC에 의해 결정화가 이루어지고 노출된 변형된 활성화 영역(20b)의 비정질 실리콘은 MILC에 의해 결정화가 이루어진다.When the etching process is completed, the amorphous of the first source region 60b and the first drain region 60c and the deformed activation region 20b made of n + silicon through heat treatment using the crystallization induction metal patterns 30a and 30b. Silicon is crystallized to obtain a first source region 60b, a first drain region 60c, and an activation region 20c made of crystalline silicon. The heat treatment is performed at 400 to 500 ° C. for 30 minutes to 4 hours, and the first source region 60b and the first drain region 60c and the deformed activation region positioned under the crystallization induction metal patterns 30a and 30b. The amorphous silicon of 20b is crystallized by MIC, and the amorphous silicon of the exposed modified activation region 20b is crystallized by MILC.

이 경우 n+실리콘으로 이루어진 제1소스 영역(60b) 및 제1드레인 영역(60c)은 결정화 열처리시에 불순물의 활성화가 동시에 이루어진다.In this case, the first source region 60b and the first drain region 60c made of n + silicon simultaneously activate impurities during the crystallization heat treatment.

그후, 결정화 열처리를 완료한 후, 상기 결정화 유도 금속 패턴(30a,30b)을 제거한다.Thereafter, after the crystallization heat treatment is completed, the crystallization induction metal patterns 30a and 30b are removed.

상기 결정화 열처리 과정이 완료되면, 도 2d에서와 같이 채널 영역 상부에 게이트 절연막(40) 및 게이트 전극(50)을 형성하여 다결정 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다. 게이트 전극(50) 및 게이트 절연막(40)은 상기한 제1실시예와 동일하게 형성할 수 있다.When the crystallization heat treatment process is completed, the polycrystalline thin film transistor may be manufactured by forming the gate insulating layer 40 and the gate electrode 50 on the channel region as shown in FIG. 2D. The gate electrode 50 and the gate insulating film 40 can be formed in the same manner as in the first embodiment.

게이트 전극(50) 및 게이트 절연막(40)을 형성한 후, 이어서, 도 2e에서와 같이, 이온 도핑을 실시하면 각각의 영역 내에 부분적으로 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 갖는 소스 영역(25a)과 드레인 영역(25b)을 형성할 수 있다.After the gate electrode 50 and the gate insulating film 40 are formed, as shown in FIG. 2E, when ion doping is performed, the source region 25a having a lightly doped drain (LDD) structure is partially formed in each region. The drain region 25b can be formed.

즉, 상기 게이트 전극(50)을 이온주입 마스크로 사용하여 결정화층으로 이루어진 제1소스 영역(60b) 및 제1드레인 영역(60c)과 활성화 영역(20c)에 N-형 또는 P-형 도펀트 이온을 상기한 n+실리콘 보다 약한 농도로 주입하여 노출된 활성화 영역(20c)에 LDD 영역(251c,253c)을 형성한다.In other words, using the gate electrode 50 as an ion implantation mask, N-type or P-type dopant ions are formed in the first source region 60b and the first drain region 60c and the activation region 20c formed of a crystallization layer. Is injected at a concentration lower than n + silicon to form LDD regions 251c and 253c in the exposed activation region 20c.

이 경우 주입되는 도펀트는 N-형인 경우 예를들어, P, PH3 또는 As를 사용할 수 있고, P-형인 경우는 B, B2H6 또는 BH3를 사용한다. 그 결과 소스 영역(25a)과 드레인 영역(25b) 사이에 도펀트가 주입되지 않은 영역은 채널 영역(25c)이 된다. In this case, the dopant to be injected may be P, PH 3 or As in the case of N-type, and B, B 2 H 6 or BH 3 in the case of P-type. As a result, the region where the dopant is not injected between the source region 25a and the drain region 25b becomes the channel region 25c.

소스 영역(25a)과 드레인 영역(25b)에 대한 도핑이 완료되면, 기판(10)을 수소 분위기하에서 400℃~600℃ 사이의 온도, 예를 들어 580℃에서 1시간 내지 5시간 동안 열처리를 하여, 소스 영역, 드레인 영역에 주입된 도펀트를 활성화함과 동시에 댕글링 본드를 제거하여 제조된 박막트랜지스터의 누설전류를 감소시킨다. When the doping of the source region 25a and the drain region 25b is completed, the substrate 10 is heat-treated under a hydrogen atmosphere at a temperature between 400 ° C. and 600 ° C., for example, at 580 ° C. for 1 hour to 5 hours. In addition, the dopant implanted in the source region and the drain region is activated, and the dangling bond is removed to reduce the leakage current of the manufactured thin film transistor.

더욱이, 상기 제2실시예에서는 제1실시예와 유사하게 활성화 영역(20c)이 소스 영역 및 드레인 영역의 일부분의 두께를 상대적으로 얇게 형성하고 불순물을 주입한 후 열처리에 의해 불순물 이온을 확산시킴에 의해, 소스 영역(25a) 및 드레인 영역(25b) 내에 각각 저저항값을 갖는 저저항 영역(251b,253b)과 고저항값을 갖는 고저항 영역, 즉 LDD 영역(251c,253c)을 구비하고 있다. Further, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the activation region 20c forms a relatively thin thickness of a portion of the source region and the drain region, implants impurities, and diffuses impurity ions by heat treatment. Thus, the low resistance regions 251b and 253b having low resistance values and the high resistance regions having high resistance values, that is, the LDD regions 251c and 253c are provided in the source region 25a and the drain region 25b, respectively. .

상기와 같이 본 발명에서는 소스 영역(25a) 및 드레인 영역(25b)이 각각 n+실리콘으로 이루어진 고농도 주입 제1소스 영역(60b) 및 제1드레인 영역(60c)과, 저저항값을 갖는 저저항 영역(251b,253b)과, 고저항값을 갖는 오프셋 부분에 위치한 LDD 영역(251c,253c)을 구비함에 의해, TFT의 누설전류를 감소시킬 수 있는 LDD 구조를 갖게 되어 TFT의 전기적 특성을 향상시킬 수 있게 된다.As described above, in the present invention, the source region 25a and the drain region 25b each have a high concentration implanted first source region 60b and first drain region 60c made of n + silicon, and a low resistance having a low resistance value. By providing the regions 251b and 253b and the LDD regions 251c and 253c positioned at offset portions having a high resistance value, the LDD structures can reduce the leakage current of the TFTs, thereby improving the electrical characteristics of the TFTs. It becomes possible.

또한, 상기와 같이 본 발명에서는 비정질 실리콘 및 n+ 실리콘 증착을 연속 증착하고 한 번의 열처리로 결정화가 이루어짐과 동시에 별도의 이온도핑 공정 없이 소스 영역 및 드레인 영역(25a,25b)을 형성할 수 있다.In addition, in the present invention, as described above, amorphous silicon and n + silicon deposition may be continuously deposited and crystallized by a single heat treatment, and source and drain regions 25a and 25b may be formed without a separate ion doping process.

더욱이, 본 발명에서는 한 번의 열처리로 비정질 실리콘의 결정화와 소스 및 드레인 영역(25a,25b)에 이온 주입된 불순물의 활성화를 실행하여 공정시간과 공정비용을 절감할 수 있다.Furthermore, in the present invention, the crystallization of the amorphous silicon and the activation of the impurities implanted into the source and drain regions 25a and 25b by one heat treatment can reduce the processing time and the processing cost.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명은 탑 게이트(top gate) 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에서 채널 영역과 인접한 소스, 드레인 영역의 일부분의 두께를 상대적으로 얇게 형성하여, 실질적으로 LDD 구조를 갖는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 적용될 수 있 다.The present invention can be applied to a polycrystalline silicon thin film transistor having a LDD structure by forming a relatively thin thickness of a portion of the source and drain regions adjacent to the channel region in a top gate polycrystalline silicon thin film transistor of the top gate type. .

또한, 본 발명에서는 탑 게이트(top gate) 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에서 비정질 실리콘 및 n+ 실리콘 증착을 연속 증착하고 한 번의 열처리로 결정화가 이루어짐과 동시에 별도의 이온도핑 공정 없이 소스 영역 및 드레인 영역을 형성할 수 있다. 이 경우 한 번의 이온도핑 공정을 실시하여 소스 영역 및 드레인 영역 내에 LDD 영역을 형성하는 것도 가능하다.In addition, in the present invention, in the top gate polycrystalline silicon thin film transistor, amorphous silicon and n + silicon deposition are continuously deposited and crystallization is performed in one heat treatment, and at the same time, source and drain regions are removed without a separate ion doping process. Can be formed. In this case, it is also possible to form the LDD region in the source region and the drain region by performing one ion doping process.

도 1a 내지 도 1f는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor using metal induced side crystallization according to a first embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor using metal induced side crystallization according to a second preferred embodiment of the present invention.

* 도면 내 주요부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts in Drawings *

10: 절연기판 20: 비정질 실리콘층10: insulating substrate 20: amorphous silicon layer

20a-20c: 활성화 영역 25a,60b: 소스 영역20a-20c: active area 25a, 60b: source area

25b,60c: 드레인 영역 25c: 채널 영역25b, 60c: drain region 25c: channel region

30a,30b: 결정화 유도 금속 패턴 40: 게이트 절연막30a and 30b: crystallization induction metal pattern 40: gate insulating film

50: 게이트 전극 60,60a: n+실리콘층50: gate electrode 60, 60a: n + silicon layer

251a,253a: 고저항 영역 251b,253b: 저저항 영역251a, 253a: high resistance region 251b, 253b: low resistance region

251c,253c: LDD 영역251c, 253c: LDD region

Claims (12)

절연기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하고, 이를 패터닝하여 활성화 영역을 형성하는 단계;Forming an amorphous silicon layer on the insulating substrate and patterning it to form an activation region; 상기 활성화 영역의 소스 영역과 드레인 영역 형성 위치에 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 부분적으로 형성하는 단계;Partially forming first and second crystallization inducing metal patterns in the source region and the drain region formation position of the activation region; 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 식각 마스크로 사용하여 노출된 활성층의 상층 일부를 식각하여 제거하는 단계;Etching a portion of the upper layer of the exposed active layer by using the first and second crystallization inducing metal patterns as an etching mask; 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 이용한 MIC 및 MILC 결정화 열처리를 통하여 비정질 실리콘으로 이루어진 활성화 영역을 결정화하는 단계; 및Crystallizing an activation region made of amorphous silicon through MIC and MILC crystallization heat treatment using the first and second crystallization inducing metal patterns; And 상기 결정화된 활성화 영역 위에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법.And forming a gate insulating film and a gate electrode over the crystallized activation region. 절연기판 상에 비정질 실리콘층과 n+실리콘층을 연속적으로 형성하고, 이를 패터닝하여 활성화 영역을 형성하는 단계;Continuously forming an amorphous silicon layer and an n + silicon layer on the insulating substrate, and patterning the silicon layer to form an activation region; 상기 n+실리콘층 상의 상기 활성화 영역의 소스 영역과 드레인 영역 형성 위치에 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 부분적으로 형성하는 단계;Partially forming first and second crystallization inducing metal patterns in the source region and the drain region forming positions of the activation region on the n + silicon layer; 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 식각 마스크로 사용하여 순차적으 로 노출된 n+실리콘층과 활성층의 상층 일부를 식각하여 n+실리콘층으로 이루어진 제1소스 영역 및 제1드레인 영역을 정의하는 단계;By using the first and second crystallization induction metal pattern as an etching mask, sequentially exposed n + silicon layer and a part of the upper layer of the active layer to define a first source region and a first drain region consisting of n + silicon layer Doing; 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 이용한 MIC 및 MILC 결정화 열처리를 통하여 n+실리콘층으로 이루어진 제1소스 영역 및 제1드레인 영역과 비정질 실리콘으로 이루어진 활성화 영역을 결정화하는 단계; 및Crystallizing a first source region made of n + silicon layer and an activation region made of amorphous silicon with M + and MILC crystallization heat treatment using the first and second crystallization inducing metal patterns; And 상기 결정화된 활성화 영역 위에 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법.And forming a gate insulating film and a gate electrode over the crystallized activation region. 제1항에 있어서, 상기 게이트 전극을 이온 주입 마스크로 사용하여 기판에 이온 주입을 실시하여 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 더 포함하며,The method of claim 1, further comprising performing ion implantation on a substrate using the gate electrode as an ion implantation mask to form a source region and a drain region, 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 각각 저항값이 서로 다른 영역으로 이루어진 LDD 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법.And the source and drain regions each comprise an LDD structure including regions having different resistance values. 제2항에 있어서, 상기 게이트 전극을 이온 주입 마스크로 사용하여 기판에 n+실리콘층 보다 상대적으로 낮은 농도로 이온 주입을 실시하여 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계를 더 포함하며,The method of claim 2, further comprising forming a source region and a drain region by implanting ions into a substrate at a concentration lower than that of the n + silicon layer using the gate electrode as an ion implantation mask. 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 각각 이온 주입 농도가 서로 다른 영역으 로 이루어진 LDD 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법.And the source region and the drain region each comprise an LDD structure including regions having different ion implantation concentrations. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 활성화 영역을 결정화하는 단계 이후에 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법.And removing the first and second crystallization induced metal patterns after the crystallization of the activation region. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴은 포토레지스트를 사용한 리프트 오프 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법.The first and second crystallization induced metal pattern is a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor using a metal induced side crystallization, characterized in that formed by a lift off method using a photoresist. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴은 각각 채널 영역이 형성될 부분의 양 측단으로부터 수 마이크로미터 오프셋을 가지도록 소스 영역 및 드레인 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 유도 측면 결정화를 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 제조방법.The first and second crystallization-inducing metal patterns are formed in the source region and the drain region to have a micrometer offset from both side ends of the portion where the channel region is to be formed, respectively. Method for manufacturing a transistor. 투명절연기판;Transparent insulating substrates; 상기 투명절연기판 상에 이온이 주입되지 않은 결정질 실리콘으로 이루어진 채널 영역;A channel region made of crystalline silicon not implanted with ions on the transparent insulating substrate; 각각 상기 투명절연기판 상에 채널 영역의 일측 및 타측에 형성되며 이온이 주입된 결정질 실리콘으로 이루어지고 제1저항값을 가지는 제1 소스 영역 및 제1 드레인 영역;A first source region and a first drain region each formed on one side and the other side of the channel region on the transparent insulating substrate and made of crystalline silicon implanted with ions and having a first resistance value; 각각 상기 투명절연기판 상에 제1 소스 영역 및 제1 드레인 영역의 외측에 형성되며 이온이 주입된 결정질 실리콘으로 이루어지고 상기 제1저항값 보다 더 작은 제2저항값을 가지는 제2 소스 영역 및 제2 드레인 영역; A second source region and a first source region formed on the transparent insulating substrate and formed outside the first source region and the first drain region, respectively; 2 drain region; 상기 채널 영역 상부에 형성된 게이트 절연막; 및 A gate insulating layer formed on the channel region; And 상기 게이트 절연막 상부에 형성된 게이트 전극을 포함하는 탑 게이트(top gate) 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터.A top gate polycrystalline silicon thin film transistor including a gate electrode formed on the gate insulating layer. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제2 소스 영역 및 제2 드레인은 각각 제1 소스 영역 및 제1 드레인 영역보다 더 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 탑 게이트 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터.And the second source region and the second drain are formed to be thicker than the first source region and the first drain region, respectively. 제8항 또는 제9항에 있어서,The method according to claim 8 or 9, 각각 상기 제2 소스 영역 및 제2 드레인 영역 상부에 형성되며 n+실리콘층으 로 이루어진 제3소스 영역 및 제3드레인 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탑 게이트 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터.And a third source region and a third drain region formed on the second source region and the second drain region, respectively, and formed of n + silicon layers, respectively. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 제2 소스 영역 및 제2 드레인 영역의 이온 주입 농도는 제3소스 영역 및 제3드레인 영역의 n+실리콘층 보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 탑 게이트 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터.The ion gate concentration of the second source region and the second drain region is set to be lower than the n + silicon layer of the third source region and the third drain region, the top gate type polycrystalline silicon thin film transistor. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제2 소스 영역 및 제2 드레인은 각각 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 이용한 MIC 결정화 열처리를 통하여 비정질 실리콘이 결정질 실리콘으로 변환된 것이고,In the second source region and the second drain, amorphous silicon is converted into crystalline silicon through MIC crystallization heat treatment using first and second crystallization inducing metal patterns, respectively. 상기 제1 소스 영역 및 제1 드레인 영역과 채널 영역은 각각 상기 제1 및 제2 결정화 유도 금속 패턴을 이용한 MILC 결정화 열처리를 통하여 비정질 실리콘이 결정질 실리콘으로 변환된 것을 특징으로 하는 탑 게이트 방식의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터.Top gate polycrystalline silicon of the first source region, the first drain region and the channel region, wherein amorphous silicon is converted to crystalline silicon through MILC crystallization heat treatment using the first and second crystallization inducing metal patterns, respectively. Thin film transistor.
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