KR20090107382A - 폴리 실리콘 박막 트랜지스터용 폴리 실리콘층의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
LCD 등의 평판 디스플레이에 사용되는 폴리 박막 트랜지스터용 폴리 실리콘층의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 폴리 실리콘층의 제조방법은 (a) 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; (b) 상기 비정질 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 단계; (c) 상기 비정질 실리콘층을 열처리하여 폴리 실리콘층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 폴리 실리콘층에 함유되어 있는 금속을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 금속유도 결정화 방식을 이용하여 형성된 폴리 실리콘층 내에 함유된 금속 성분을 제거함으로써 폴리 실리콘 박막 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있다.
LCD, 폴리 박막 트랜지스터, 폴리 실리콘, 금속유도 결정화, 누설 전류
Description
본 발명은 LCD나 OLED와 같은 평판 디스플레이의 구동소자인 폴리 실리콘 박막 트랜지스터(poly silicon thin film transistor; poly-Si TFT)의 액티브층에 해당하는 폴리 실리콘층의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 금속유도 결정화 방식으로 박막 트랜지스터용 폴리 실리콘층을 형성하는 과정에서 도입되는 금속을 제거함으로써 박막 트랜지스터의 특성을 향상시키도록 하는 폴리 실리콘층의 제조 방법에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(TFT)는 크게 비정질 실리콘 TFT와 폴리 실리콘 TFT로 구분된다. TFT의 특성은 전자 이동도의 값으로 평가하는데, 비정질 실리콘 TFT의 전자 이동도는 대략 1cm2/Vs 정도이고 폴리 실리콘 TFT의 전자 이동도는 대략 100cm2/Vs 정도가 되어서, 고성능의 LCD나 OLED를 구현하기 위해서는 구동소자로 폴리 실리콘 TFT를 채용하는 것이 바람직하다.
통상적으로 폴리 실리콘 TFT는 유리 또는 석영 등의 투명 기판에 비정질 실 리콘층을 증착하고 이를 결정화시킨 뒤, 게이트 산화막 및 게이트 전극을 형성하고 소스 및 드레인에 도펀트를 주입한 후 절연층을 형성하여 구성된다.
폴리 실리콘 TFT 제조의 핵심 공정은 비정질 실리콘을 결정화시키는 공정이다. 비정질 실리콘의 결정화 공정에서는 결정화 온도를 낮추는 것이 관건이다. 결정화 온도가 너무 높으면 융점이 낮은 유리 기판을 사용할 수 없기 때문에 평판 디스플레이의 제조 단가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서, 저온에서 빠른 시간 내에 폴리 실리콘을 형성할 수 있는 다음과 같은 다양한 공정들이 제안되어 왔다.
엑시머 레이저 결정화(Excimer Laser Crystallization)법은 레이저로 비정질 실리콘을 용융하여 재결정화시키는 방법으로서 급속 가열에 의한 유리 기판의 손상을 방지할 수 있고 폴리 실리콘의 결정성이 우수하다는 장점이 있으나, 재현성이 떨어지고 장비 구성이 복잡하다는 단점이 있다.
급속 열처리법은 IR 램프를 이용하여 비정질 실리콘을 급속 열처리시키는 방법으로서 생산 속도가 빠르고 생산단가가 저렴하다는 장점이 있으나, 급속 가열에 의한 열 충격 및 유리 기판의 변형 발생 등의 단점이 있다.
금속유도 결정화(Metal Induced Crystallization; MIC)법은 비정질 실리콘에 Ni, Cu, Al 등의 금속 촉매를 도포하여 낮은 온도에서 결정화를 유도하는 방법으로서 낮은 온도에서 결정화가 가능하다는 장점이 있으나, TFT의 활성화 영역에 잔존하는 상당량의 금속으로 인하여 TFT의 누설전류가 크게 증가하는 단점이 있다.
금속유도 측면 결정화(Metal Induced Lateral Crystallization: MILC)법은 MIC 방법에서 발생하는 금속 오염의 방지를 위해 개발된 것으로서, 소스/드레인이 형성될 영역에만 금속 촉매를 증착하여 MIC를 우선적으로 유도하고 이를 시드(seed)로 하여 폴리 실리콘을 게이트 하부의 액티브 영역으로 측면 성장시키는 방법이다. MILC법은 MIC법에 비하여 TFT의 액티브 영역에 잔존하는 금속의 양을 줄일 수 있는 장점이 있으나 금속 오염에 따라 누설전류가 상승하는 문제는 여전히 존재하게 된다.
누설전류는 평판 디스플레이의 각 화소에 충전되는 데이터 전압이 변하는 원인으로 작용하는 등 전반적으로 평판 디스플레이의 제반 특성을 저하시킨다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 금속유도 결정화 방식으로 폴리 실리콘층을 형성하는 과정에서 폴리 실리콘층 내에 함유되는 금속을 제거함으로써 폴리 실리콘 박막 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있는 폴리 실리콘층의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 폴리 실리콘 박막 트랜지스터용 폴리 실리콘층의 제조방법은 (a) 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; (b) 상기 비정질 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 단계; (c) 상기 비정질 실리콘층을 열처리하여 폴리 실리콘층을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 폴리 실리콘층에 함유되어 있는 금속을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 비정질 실리콘층은 화학 기상 증착법으로 형성될 수 있다.
상기 금속층은 Ni, Al, Ti, Ag, Au, Co, Sb, Pd, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함할 수 있다.
상기 금속층은 물리 기상 증착법 또는 화학 기상 증착법으로 형성될 수 있다.
상기 (c)에서 열처리 온도는 400 내지 700℃, 열처리 시간은 1 내지 10 시간, 열처리 분위기는 불활성 가스 분위기일 수 있다.
상기 (d)에서 상기 금속은 습식 식각법으로 제거될 수 있다.
상기 금속은 질산, 인산 및 초산을 포함하는 식각 용액으로 제거될 수 있다.
상기 금속은 불산 및 과산화수소를 포함하는 식각 용액으로 제거될 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속유도 결정화 과정에서 폴리 실리콘층 내에 함유되는 금속을 제거함으로써 금속 오염에 따라 폴리 실리콘 박막 트랜지스터의 누설전류가 상승하는 것을 억제하는 효과가 있다.
본 발명의 발명자들은 상술한 바와 같은 종래의 금속유도 결정화 방식에 의한 폴리 실리콘층 제조방법에서의 문제점을 인식한 후, 이러한 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과 금속유도 결정화 과정에서 폴리 실리콘 박막 내에 잔존하게 되는 금속 성분을 제거하면 TFT의 누설전류를 줄일 수 있다는 점에 착안하여 본 발명에 이르게 되었다. 따라서, 본 발명의 특징적 구성은 금속유도 결정화 방식을 이용하여 폴리 실리콘층을 형성한 후 폴리 실리콘층 내에 잔존하는 금속 성분을 제거하는 것이다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리 실리콘 박막 트랜지스터용 폴리 실리콘층의 제조방법의 구성을 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성한다.
LCD나 OLED와 같은 평판 디스플레이에 있어서 기판은 석영, 유리 또는 플라스틱 등을 포함할 수 있다.
비정질 실리콘층은 저압 화학기상 증착법(low pressure chemical vapor deposition; LPCVD), 플라즈마 화학기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD), 열선 화학기상 증착법(hot wire chemical vapor deposition; HWCVD) 등과 같은 화학기상 증착법(chemical vapor deposition; CVD)으로 형성하는 것이 바람직하다. 비정질 실리콘층의 두께는 박막 트랜지스터에서 통상적으로 채택하고 있는 두께를 적용할 수 있다.
본 발명에서는 박막 트랜지스터의 액티브층에 해당하는 폴리 실리콘층을 제조하기 위하여 금속유도 결정화 방식으로 비정질 실리콘 박막을 결정화시킨다. 금속유도 결정화 방식은 LCD나 OLED와 같은 평판 디스플레이의 구동소자에 해당하는 실리콘 박막 트랜지스터 분야 등에서 공지의 기술이므로 이와 관련한 상세한 내용은 본 명세서에서 생략하기로 한다.
금속유도 결정화 방식에 의해 비정질 실리콘층을 결정화시키기 위해서는 비정질 실리콘층 상에 촉매층으로 금속층을 형성한다. 금속층은 Ni, Al, Ti, Ag, Au, Co, Sb, Pd, Cu 중 어느 하나 또는 이들 중 둘 이상의 성분을 포함하는 것이 바람직하나, Ni만을 포함하는 것이 더 바람직하다. 금속층은 LPCVD법, PECVD법, 원자 단위층 증착법(atomic layer deposition; ALD) 등과 같은 화학기상 증착법, 스퍼터링법(sputtering) 등과 같은 물리기상 증착법(physical vapor deposition; PVD) 등으로 형성하는 것이 바람직하다. 금속층의 두께는 금속유도 결정화 방식을 사용할 때 통상적으로 채택하고 있는 두께를 적용할 수 있다.
다음으로, 비정질 실리콘층을 열처리(또는 어닐링)한다. 열처리 과정을 통vcz 하여 비정질 실리콘층과 금속층이 반응하여 금속실리사이드(metal silicide)가 형성되며, 이 금속실리사이드가 비정질 실리콘층 내에서 확산되면서 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화시킨다. 금속유도 결정화 방식은 금속실리사이드의 영향으로 비정질 실리콘의 고상 결정화(solid phase crystallization; SPC) 방식보다 온도보다 저온에서 결정화가 가능하다. 결정화 열처리 공정은 통상적인 어닐링 노(furnace)를 사용하여 진행하며, 열처리 조건은 400 내지 700℃ 범위의 열처리 온도, 1 내지 10 시간 범위의 열처리 시간, 아르곤이나 질소 가스와 같은 불활성 가스 분위기로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에서 비정질 실리콘의 결정화를 위하여 금속유도 결정화 방식을 채택함으로써 불가피하게 폴리 실리콘층 내에 잔존하고 있는 금속 성분을 제거한다. 금속 성분은 습식 식각법(wet etching)을 이용하여 제거하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 폴리 실리콘층 내의 금속 성분은 금속실리사이드의 형태로 존재하고 있기 때문에 식각제(etchant)로는 금속실리사이드를 식각할 수 있는 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 금속 촉매로 Ni을 사용하는 경우 폴리 실리콘층 내에는 NiSi2나 NiSi와 같은 니켈실리사이드가 잔존하고 있기 때문에 이를 제거하기 위해서는 식각제로 질산/인산/초산, 질산/초산, 불산/과산화수소수의 혼합 용액을 사용할 수 있다.
이로써 본 발명은 금속유도 결정화 방식으로 비정질 실리콘을 결정화시 결정화 온도를 낮추면서도 폴리 실리콘층 내의 금속 농도를 줄일 수 있음으로써 금속 오염에 따라 폴리 실리콘 박막 트랜지스터의 누설전류가 상승하는 것을 억제하여 평판 디스플레이의 제반 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.
Claims (8)
- 폴리 실리콘 박막 트랜지스터에 적용되는 폴리 실리콘층의 제조방법으로서,(a) 기판 상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;(b) 상기 비정질 실리콘층 상에 금속층을 형성하는 단계;(c) 상기 비정질 실리콘층을 열처리하여 폴리 실리콘층을 형성하는 단계; 및(d) 상기 폴리 실리콘층에 함유되어 있는 금속을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 비정질 실리콘층은 화학 기상 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 금속층은 Ni, Al, Ti, Ag, Au, Co, Sb, Pd, Cu 중 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
- 제1항에 있어서,상기 금속층은 물리 기상 증착법 또는 화학 기상 증착법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 (c)에서 열처리 온도는 400 내지 700℃, 열처리 시간은 1 내지 10 시간, 열처리 분위기는 불활성 가스 분위기인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,상기 (d)에서 상기 금속은 습식 식각법으로 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제6항에 있어서,상기 금속은 질산, 인산 및 초산을 포함하는 식각 용액으로 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제6항에 있어서,상기 금속은 불산 및 과산화수소를 포함하는 식각 용액으로 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
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| KR (1) | KR20090107382A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015130016A1 (ko) * | 2014-02-26 | 2015-09-03 | 주식회사 유진테크 | 폴리실리콘 막의 형성방법 |
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2008
- 2008-04-08 KR KR1020080032874A patent/KR20090107382A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015130016A1 (ko) * | 2014-02-26 | 2015-09-03 | 주식회사 유진테크 | 폴리실리콘 막의 형성방법 |
| US9741562B2 (en) | 2014-02-26 | 2017-08-22 | Eugene Technology Co., Ltd. | Method for forming polysilicon film |
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