KR20110009003A - Method for manufacturing thin-film transistor and structure thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 트랜지스터(TFT) 제조 방법, 더욱 구체적으로 TFT 및 이의 구조의 제조 방법에 관한 것으로, 본 방법에서 광 어닐링 공정은 조사를 위해 자외선(UV) 광원을 사용하여 수행된다.The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor (TFT), more specifically a method of manufacturing a TFT and a structure thereof, wherein the light annealing process is performed using an ultraviolet (UV) light source for irradiation.
박막 트랜지스터(TFT)는 액정 디스플레이(LCD)의 구동 소자, 예를 들어, 능동 LCD의 드라이버에 사용될 수 있거나 정적 기억 장치(SRAM)에서 능동 부하로 작용할 수 있다. 산화물 TFT를 사용하여 제조된 광전자 소자는 단순한 제조 공정과 복합 기능을 특징으로 한다. 예를 들어, 소자는 완전 투명, 유연하고 세련되며, 이의 제조 공정은 환경 보호적이며 소자는 넓은 분야에서 제조될 수 있고 집적될 수 있다. 산화물 TFT의 특징들은 일반적인 폴리-실리콘 트랜지스터의 특징들과 매우 유사하며 산화물 TFT는 안정성이 높아서, 다양한 광전자 소자를 제조하는데 사용될 수 있다.The thin film transistor TFT may be used in a driving element of a liquid crystal display (LCD), for example, a driver of an active LCD or may serve as an active load in a static memory device (SRAM). Optoelectronic devices manufactured using oxide TFTs feature simple manufacturing processes and complex functions. For example, the device is completely transparent, flexible and refined, its manufacturing process is environmentally friendly and the device can be manufactured and integrated in a wide range of applications. The characteristics of the oxide TFTs are very similar to those of the general poly-silicon transistors, and the oxide TFTs have high stability, which can be used to manufacture various optoelectronic devices.
일반적으로, LCD의 산화물 TFT가 저온에서 증착된 후, 산화물 박막에 어느 정도 결합이 존재하여서, 광전자 소자의 전기적 특성들에 영향을 준다. LCD가 고선 명도, 고광도, 및 고해상도의 필요조건을 충족하도록 하기 위해서, 산화물 TFTs의 배치들이 종래 기술의 보통의 열 어닐링 공정을 수행하기 위해 어닐링 용광로 속에 제공되어, 산화물 TFTs의 결함을 제거한다. 선택적으로, 빠른 열 어닐링 공정은 산화물 TFTs 상에서 수행되어, 산화물 TFTs의 결함을 제거한다. In general, after the oxide TFT of the LCD is deposited at a low temperature, there is some bonding in the oxide thin film, thereby affecting the electrical characteristics of the optoelectronic device. In order for the LCD to meet the requirements of high brightness, high brightness, and high resolution, arrangements of oxide TFTs are provided in the annealing furnace to perform conventional thermal annealing processes of the prior art, eliminating defects in the oxide TFTs. Optionally, a rapid thermal annealing process is performed on the oxide TFTs to eliminate defects in the oxide TFTs.
보통의 열 어닐링 공정의 처리 시간은 빠른 열 어닐링 공정의 처리 시간과 다르나, 산화물 TFTs는 두 상기 공정에서 고온으로 완전히 가열된다. 초고 열 어닐링 온도는 통상적인 LCD의 기판을 위한 물질들을 선택하는데 제약을 가져와서, 낮은 용융점을 가진 유리 기판 또는 플라스틱 기판은 사용할 수 없고, 이것이 LCD의 미래 발전을 다소 제한한다. The processing time of the normal thermal annealing process is different from the processing time of the rapid thermal annealing process, but the oxide TFTs are completely heated to high temperatures in both of these processes. Ultra high thermal annealing temperatures limit the choice of materials for substrates of conventional LCDs, such that glass or plastic substrates with low melting points cannot be used, which somewhat limits the future development of LCDs.
상기한 문제들의 관점에서, 물질 특성들이 악화되고 산화물 TFT에 의해 채택된 열 어닐링 공정의 초고 처리 온도 때문에 기판을 위한 물질들의 선택이 제한되는 종래 기술의 문제들을 해결하기 위해, 본 발명은 박막 트랜지스터(TFT) 및 이의 구조의 제조 방법이다.In view of the above problems, in order to solve the problems of the prior art in which the material properties are deteriorated and the selection of materials for the substrate is limited due to the ultra high processing temperature of the thermal annealing process adopted by the oxide TFT, the present invention provides a thin film transistor ( TFT) and its structure.
본 발명은 TFT 및 이의 구조의 제조 방법을 제공한다. 본 방법은 다음 단계를 포함한다. 먼저, 기판을 준비하고, 유전층을 기판의 측면 표면상에 형성하고, 산화물 박막을 유전층 상에 형성하여, 능동층으로 작동하게 한다. 다음으로, 광 어닐링 공정을 수행하기 위해 산화물 박막을 조사하도록 자외선(UV) 광원을 사용하고 그동안에 산화물 박막은 UV 광원을 흡수하고 열 에너지를 발생시켜, 박막 결합 구조를 최적화하고, 박막에 존재할 수 있는 불안정한 결합들을 변형시키거나 끊어진 결합을 감소시켜서, 저온 성장을 통해 발생한 산화물 박막의 결함들을 변형시킨다. 마지막으로, 마스크 공정을 수행하여, 산화물 박막 상에 소스 및 드레인을 형성하여, TFT 구조를 형성한다.The present invention provides a method of manufacturing a TFT and its structure. The method includes the following steps. First, a substrate is prepared, a dielectric layer is formed on the side surface of the substrate, and an oxide thin film is formed on the dielectric layer to operate as an active layer. Next, an ultraviolet (UV) light source is used to irradiate the oxide thin film to perform the light annealing process, during which the oxide thin film absorbs the UV light source and generates thermal energy, thereby optimizing the thin film bonding structure and present in the thin film. Deform the unstable bonds or reduce broken bonds, thereby modifying the defects in the oxide thin film resulting from cold growth. Finally, a mask process is performed to form a source and a drain on the oxide thin film to form a TFT structure.
본 발명에 따른 TFT 및 이의 구조의 제조 방법에서, 광 어닐링 공정은 통상적인 TFT에 의해 채택된 용광로 튜브 또는 빠른 열 어닐링 공정에서 수행된 열 어닐링 공정을 사용하는 대신에, 조사를 위해 UV 광원을 사용하여 산화물 박막 상에 수행되어서, 저온 성장을 통해 발생한 산화물 박막의 결함들을 변형시키고 고성능 TFT 소자를 얻는다. 한편, TFT의 기판을 위한 물질들의 선택은 어닐링 공정에 의해 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 제조 방법은 유연한 물질로 제조된 기판을 구비한 TFT를 제조하는데 특히 적합하다.In the method of manufacturing a TFT and its structure according to the present invention, the light annealing process uses a UV light source for irradiation, instead of using a furnace tube adopted by a conventional TFT or a heat annealing process performed in a rapid heat annealing process. Is performed on the oxide thin film, thereby deforming defects of the oxide thin film generated through low temperature growth and obtaining a high performance TFT device. On the other hand, the selection of materials for the substrate of the TFT is not limited by the annealing process. The manufacturing method according to the invention is particularly suitable for manufacturing TFTs having a substrate made of a flexible material.
본 발명에 따른 TFT 및 이의 구조의 제조 방법에서, 광 어닐링 공정은, 종래 기술에서 채택된 용광로 튜브 또는 빠른 열 어닐링 공정에서 수행된 열 어닐링 공정을 사용하는 대신에, 조사를 위해 UV 광원을 사용하여 산화물 박막 상에 수행되어, 산화물 박막의 결함들을 변형시키고 우수한 물질 특성들을 성취하여, TFT의 작동 성능이 크게 향상된다.In the method of manufacturing a TFT and its structure according to the present invention, the optical annealing process uses a UV light source for irradiation instead of using a furnace tube or a thermal annealing process carried out in a rapid thermal annealing process adopted in the prior art. Performed on the oxide thin film, the defects of the oxide thin film are deformed and excellent material properties are achieved, thereby greatly improving the operating performance of the TFT.
본 발명에 따른 자가 정렬 TFT는 TFT-LCD 패널, SRAM 및 다른 소자들에 사용될 수 있고 본 발명은 TFT-LCD를 예로서 이하에서 기술되나 본 발명은 여기에 제한되지 않는다.The self-aligning TFT according to the present invention can be used in TFT-LCD panels, SRAMs and other elements and the present invention is described below by using TFT-LCD as an example, but the present invention is not limited thereto.
도 1은 본 발명의 한 실시예의 흐름도이고 도 2는 본 발명의 한 실시예의 개략도이다. 도 1과 2를 참조하면, 본 발명에 따른 TFT 제조 방법은 다음 단계를 포함한다. 먼저, 기판(610)을 준비하고(단계 100), 기판(610)은 측면 표면(611)(즉, 기판(610)의 상부 표면)을 가진다. 본 발명에 따른 기판(610)은 원소 실리콘(Si), 유리 물질, 또는 플라스틱 물질로 제조되어, 각각 실리콘 기판, 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 얻으나, 본 발명은 여기에 제한되지 않는다. 기판(610)이 유리 기판 또는 플라스틱 기판인 경우, 투명 전극(도시되지 않음)의 층이 기판(610) 상에 형 성되는 것이 필요하다는 것을 주의해야 한다. 그러나, 이런 기술적 수단은 현재 반도체 제조 기술에서 이미 공지되어서, 반복해서 기술되지 않는다. 1 is a flow diagram of one embodiment of the present invention and FIG. 2 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention. 1 and 2, a TFT manufacturing method according to the present invention includes the following steps. First, prepare a substrate 610 (step 100), and the
다음으로, 유전층(620)을 기판(610)의 측면 표면(611) 상에 형성하며(단계 200), 본 발명에 따른 유전층(620)은 실리콘 질화물(SiNx) 물질 또는 실리콘 이산화물(SiO2) 물질로 제조되나, 본 발명은 여기에 제한되지 않는다. 게다가, 본 발명에 따른 유전층(620)은 화학기상증착(CVD) 방식에서 기판(610)의 측면 표면(611) 상에 형성되나, 본 발명은 여기에 제한되지 않으며 유전층(620)의 두께는 대략 1000옹스트롬(Å)이다.Next, a
다음으로, 산화물 박막(630)을 유전층(620) 상에 형성하며, 산화물 박막(630)이 능동층으로 작용하게 한다. 산화물 박막(630)은 아연 산화물(ZnO) 물질, 인듐 아연 산화물(IZO) 물질 또는 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO) 물질로 제조되어, 각각 ZnO 박막, IZO 박막 또는 IGZO 박막을 각각 얻으나, 본 발명은 여기에 제한되지 않고, 본 발명에 따른 산화물 박막(630)의 두께는 대략 70나노미터(nm)이다. Next, an oxide
도 1과 2를 참조하면, 산화물 박막(630)이 형성된 후(단계 300), 산화물 박막(630)을 조사하기 위해 UV 광원을 사용하며(단계 400), 여기서 조사는 1시간 내지 2시간 지속 되어, 광 어닐링 공정을 수행한다. 도 3은 본 발명에 따른 산화물 박막의 스펙트럼 사진이다. 스펙트럼 사진으로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 산화물 박막(630)은 가시광의 파장 구역에서 완전히 빛을 투과하며 UV 광원의 파장 구역에서 높은 흡수율(즉, 낮은 투과율)을 가진다. 본 발명에 따른 조사를 위해 UV 광원을 사용하는 단계에서, 선택된 UV 광원의 파장은 대략 172nm 내지 308nm이어서, 산화물 박막(630)은 조사를 위해 사용된 UV 광원을 흡수하고 UV 광원의 광자 에너지를 열 에너지로 변환한다. 산화물 박막(630)이 열 에너지에 의해 영향을 받은 후, 산화물 박막(630)의 결합 구조는 최적화되고, 산화물 박막(630)에 존재할 수 있는 불안정한 결합이 변형되거나, 끊어진 결합이 감소되어, 저온 성장을 통해 얻은 산화물 박막(630)에 최초로 존재하는 결함들(예를 들어, 점 결함, 선 결함 또는 표면 결함)을 변형시키고 산화물 박막(630)의 물질 특성을 크게 향상시킨다.1 and 2, after the oxide
또한, 본 발명에 따른 광 어닐링 공정에서, 엑시머 레이저, 예를 들어, 네오디뮴-이티륨 알루미늄 석류석(Nd-Yag) 레이저를 산화물 박막(630)을 조사하기 위해 선택적으로 사용하여, 광 어닐링 공정을 수행한다. 그러나, 레이저 어닐링 공정을 채택하면, 조사는 단지 수 나노초(10-9초, ns) 동안 지속된다.Further, in the optical annealing process according to the present invention, an excimer laser, for example, a neodymium- yttrium aluminum garnet (Nd-Yag) laser is optionally used to irradiate the oxide
도 1과 2를 참조하면, 마스크 공정을 수행하여, 산화물 박막(630) 상에 소스(640) 및 드레인(650)을 형성한다(단계 500). 소스(640) 및 드레인(650)은 금속 티타늄(Ti) 또는 몰리부덴(Mo)으로 제조될 수 있으나, 본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 본 발명에 따른 소스(640) 및 드레인(650)의 두께는 각각 대략 1000nm이다.1 and 2, a mask process is performed to form a
상기 단계들을 통해, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 TFT(600)가 완성되고, TFT(600)는 기판(610), 및 기판(610) 상에 순서대로 증착된 유전층(620), 산화물 박막(630), 소스(640) 및 드레인(650)을 포함한다.Through the above steps, the
본 발명에 따른 TFT 및 이의 구조의 제조 방법에서, 광 어닐링 공정은, 종래 기술에서 채택된 용광로 튜브 또는 빠른 열 어닐링 공정에서 수행된 열 어닐링 공정을 사용하는 대신에, 조사를 위해 UV 광원을 사용하여 산화물 박막 상에 수행되어, 산화물 박막의 결함들을 변형시키고 우수한 물질 특성들을 성취하여, TFT의 작동 성능이 크게 향상된다.In the method of manufacturing a TFT and its structure according to the present invention, the optical annealing process uses a UV light source for irradiation instead of using a furnace tube or a thermal annealing process carried out in a rapid thermal annealing process adopted in the prior art. Performed on the oxide thin film, the defects of the oxide thin film are deformed and excellent material properties are achieved, thereby greatly improving the operating performance of the TFT.
한편, 본 발명에 따른 TFT의 기판을 위한 물질들의 선택은 광 어닐링 공정에 의해 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 제조 방법은 유연한 물질로 제조된 기판을 구비한 TFT를 제조하는데 특히 적합하다.On the other hand, the selection of materials for the substrate of the TFT according to the present invention is not limited by the light annealing process. The manufacturing method according to the invention is particularly suitable for manufacturing TFTs having a substrate made of a flexible material.
본 발명은 설명을 위해서만 제공되어 본 발명을 제한하지 않는 상세한 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것이다:The invention will be better understood from the detailed description which is provided only for the purpose of illustration and which does not limit the invention:
도 1은 본 발명의 한 실시예의 흐름도이고;1 is a flow diagram of one embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 한 실시예의 개략도이며;2 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 UV 광원의 파장 대 흡수율의 스펙트럼 사진이다.3 is a spectral picture of wavelength versus absorption of a UV light source according to one embodiment of the invention.
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