KR970011502B1 - 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
요약없슴
Description
제1도는 종래의 다결정실리콘 박막트랜지스터의 단면구조도.
제2도는 종래의 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조 공정순서도.
제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조 공정순서도.
제4도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면.
제5도는 본 발명의 도 다른 실시예를 도시한 도면.
제6도 및 제7도는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판2 : 초기산화막
3 : 다결정실리콘4,5 : 소오스/드레인
7 : 게이트8 : 층간절연막
9 : 소오스/드레인전극10 : ECR산소 플라즈마에 의한 산화막
11 : CVD산화막12 : 절화막
13 : ECR산소 플라즈마에 의한 산화막
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display)에 이용되는 다결정실리콘 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 TFT라 한다.)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 저온 공정이 가능하며 다결정실리콘의 전자 이동도를 높일 수 있는 다결정실리콘 TFT의 제조방법에 관한 것이다.
다결정실리콘 TFT는 제1도에 도시된 바와 같이 활성영역(3)을 다결정실리콘을 이용하여 형성하는 것으로 소오스/드레인(4,5)을 게이트(7)에 셀프 얼라인(Self-align) 되게 형성할 수 있다는 장점이 있으며, 무엇보다도 다결정실리콘의 전자이동도가 크기 때문에 액정표시장치의 구동회로로 다결정실리콘 TFT를 이용할 경우 구동회로를 화소와 같이 기판에 내장시킬 수 있는 커다란 장점이 있다(제1도에서 미설명부호 1은 기판, 2는 초기산화막, 6은 게이트절연막, 8은 층간절연막, 9는 A1 소오스/드레인전극을 각각 나타낸다.)
제2도를 참조하여 종래의 다결정실리콘 TFT의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제2도(a)에 도시된 바와 같이 기판(1)상에 초기산화막(2)을 형성하고 이어서 다결정실리콘(3)을 증착한후 소정 패턴으로 패터닝한다.
이어서 제2도(b)에 도시된 바와 같이 게이트절연막(6)으로서 상기 다결정실리콘(3)을 열산화시켜 1000Å정도 두께의 열산화막으로 형성한다.
이때, 게이트절연막으로 열산화막대신 CVD(Chemical Vapor Deposition)산화막을 형성하기로 하며, 또한 열산화막과 CVD산화막으로 이루어진 이중산화막을 형성하기도 한다.
다음에 제2도(c)에 도시된 바와 같이 다결정실리콘을 2000Å∼4000Å 두께로 CVD방법에 의해 증착한 후, 상기 게이트 산화막(6)과 함께 게이트 패턴으로 패터닝하여 게이트(7)를 형성한 다음, 소오스/드레인 형성을 위한 이온 주입공정을 행한다.
이어서 제2도(d)에 도시된 바와 같이 상기 결과물 전면에 층간절연막(8)으로서 CVD산화막을 2000Å∼4000Å두께로 증착한다.
이때 상기 주입된 이온이 활성화되어 소오스/드레인(4,5)이 형성되게 된다.
이어서 소오스/드레인(4,5)의 소정 부분을 노출시키는 콘택개구부를 상기 층간절연막(8)에 형성한후, 결과물상에 A1을 증착하고 패터닝하여 상기 콘택 개구부를 통해 소오스/드레인(4,5)과 연결되는 소오스/드레인 전극(9)을 형성한다.
상술한 종래 기술에 있어서 다결정실리콘을 열산화시켜 게이트산화막을 형성하는 경우, 다결정실리콘의 그레인(Grain)경계에서의 산소 원자 및 분자의 확산속도가 그레인경제이외의 영역에서의 산소원자 및 분자의 확산속도보다 빠르기 때문에 형성된 게이트 산화막(6)과 활성층인 다결정실리콘(3)의 경제면이 상기한 바와 같은 산소원자 및 분자의 확산속도 차이로 인해 평탄하지 않게 된다.
또한 상기와 같이 게이트 절연막을 열산화막으로 형성할 경우 고온에서 공정이 진행되므로 석영(Quartz)과 같은 고가의 기판을 사용해야 하는 단점이 있다.
또한, CVD산화막으로 게이트절연막을 형성할 경우에는 활성층인 다결층인 다결정실리콘(3)의 표면이 게이트산화막(6)과 채널사이의 계면이 되므로 계면 포획상태(trap state)가 커서 역시 전자 이동도가 낮아지게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저온 공정이 가능하며, 다결정 실리콘의 전자 이동도를 증가시켜 다결정실리콘 TFT의 구동능력을 향상시킬 수 있는 다결정실리콘 TFT의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다결정실리콘 바막트랜지스터의 게이트 절연막을 ECR(Electron Cyclotron Resonance)에 의한 산소 플라즈마를 이용하여 형성한 얇은 산화막으로 형성한다.
ECR 산소 플라즈마는 기판에 수직인 방향으로 수십 eV정도의에너지를 갖는 산소이온과 산소원자가 존재하여 100Å∼400Å정도 두께의 얇은 산화막을 형성하는 것이 가능하다.
따라서 활성영역이 되는 다결정실리콘층을 형성한후, 다결정실리콘 표면부위에 ECR 산소 플라즈마를 이용하여 산화막을 얇게 형성할 수 있으며, 채널부분이 되는 상기 다결정실리콘 표면과 산화막간의 우수한 계면상태를 얻을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제3도에 본 발명의 일실시예에 따른 다결정실리콘 TFT의 제조를 위한 공정 순서도를 나타내었다.
먼저, 제3도(a)에 도시된 바와 같이 기판(1)상에 초기산화막(2)으로서 CVD산화막을 5000Å정도의 두께로 형성한 후, 다결정실리콘을 증착하고 이를 소정 패턴으로 패터닝한다.
이어서 제3도(b)에 도시된 바와 같이 챔버내 압력을 0.5∼2mTorr, 예컨대, 1.2mtorr로 하고, 기판 온도는 100℃∼400℃ 산소 유량 6sccm, 아르곤유량 8sccm으로 한 공정 조건하에서 ECR산소 플라즈마에 의해 산화막(10)을 다결정실리콘 표면에 150Å∼450Å 두께로 얇게 형성한다.
이어서 제3도(c)에 도시된 바와 같이 상기 ECR산화막(10)상에 CVD산화막(11)을 증착한다.
이때 ECR산화막과 CVD산화막을 합한 두께가 800Å∼1500Å가 되도록 CVD산화막을 증착한다.
이어서 상기 CVD산화막(11)상에 다결정실리콘 또는 비정질실리콘을 CVD방법에 의해 2000Å∼4000Å 증착한다.
다음에 제3도에(d)에 도시된 바와 같이 상기 증착된 다결정실리콘 또는 비정질실리콘을 게이트 패턴으로 패터닝하여 게이트(7)를 형성한 후, 소오스/드레인(4,5)을 형성하기 위한 이온 주입 공정을 행하고, 상기 결과물 전면에 층간절연막(8)으로서 CVD산화막을 3000Å∼4000Å 형성한 후, 소오스/드레인(4,5)의 소정 부분이 노출되도록 상기 CVD산화막(8)에 콘택 개구부를 형성한 다음 결과물 전면에 A1을 증착하고 소정 패턴으로 패터닝하여 상기 콘택 개구부를 통해 소오스/드레인(4,5)과 연결되는 소오스/드레인전극(9)을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예로서 게이트 절연막을 ECR산소 플라즈마를 이용한 ONO(Oxide/Nitride/Oxide)막을 형성할 수 있다.
즉, 제4도에 도시한 바와 같이 상술한 본 발명의 일실시예와 동일한 공정에 의해 다결정실리콘 패턴(3)까지 형성한 다음 다결정실리콘 표면에 상기 일실시예의 공정조건과 동일한 공정조건하에서 ECR 산소 플라즈마에 의해 얇은 산화막(10)을 형성한 후, 반응 가스인 산소와 캐리어가스인 아르곤가스만을 실리콘 화합물 가스와 질소 또는 질소 화합물 가스로서 예컨대, SiH4와 N2가스로 교체하여 공정을 진행하여 질화막(12)을 형성한 다음 다시 SiH4와 N2가스를 O2와 Ar으로 교체하여 ECR산소 플라즈마에 의한 산화막(13)을 형성함으로서 ONO막을 형성한다.
이때 ONO막 형성후, 산소 및 질소 이온과 원자들의 활성화를 위해서 500∼600℃에서 열처리 공정을 행한다.
본 발명의 또 다른 실시예로서 상기 실시예에서와 같이 게이트 절연막을 ECR산화막과 CVD산화막으로 이루어진 이중 구조의 산화막 또는 ECR산화막과 질화막 및 ECR산화막으로 된 ONO막으로 형성하지 않고, 상술한 ECR산화막 형성 공정 조건과 동일한 공정 조건하에서 제5도에 도시된 바와 같이 ECR산소 플라즈마에 의해 400Å정도의 산화막(10)을 형성하고 이를 500∼600℃의 온도에서 열처리하여 ECR산소 플라즈마에 의한 산화막의 단일막을 게이트 절연막으로 사용할 수도 있다.
제6도는 TFT 제조 공정시의 최대 온도가 950℃이고, 게이트 산화막으로서 ECR 산소 플라즈마에 의한 산화막의 두께가 330Å이고 이 ECR 산화막을 포함한 전체 게이트 산화막의 두께가 850Å이며, 게이트 폭(W) 및 길이(L)의 비가 W/L=20/20㎛인 다결정 실리콘 TFT의 ID-VG(게이트에 인가되는 전압 대 드레인 전류) 특성을 나타낸 것으로의 식으로 부터(여기서, μ는 전자 이동도, Cox는 게이트 절연막의 단위면적당 커패시턴스, VD는 드레인 전압을 각각 나타낸다) 채널영역에서의 전자 이동도가 115cm2/V·sec가 얻어짐을 알 수 있다.
제7도는 공정의 최대 온도가 600℃이고, ECR산화막의 두께가 400Å, 전체 게이트 산화막의 두께가 800Å이며, 게이트의 W/L가 50/20㎛인 TFT의 ID-VG특성을 나타낸 것으로, 이 경우 상기의 식으로 부터 안정하게 51cm2/V·sec의 전자 이동도가 얻어지는바 본 발명에 있어서 600℃이하의 공정에서도 비교적 높은 전자 이동도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 다결정실리콘 TFT의 게이트 절연막을 ECR산소 플라즈마를 이용하여 형성하여 채널영역에서의 전자 이동도를 증가시킴으로써 LCD구동회로를 이용할 경우 구동속도의 증가로 인해 구동능력이 향상되므로 구동회로의 블럭수를 줄일 수 있어 구동회로가 간단해지고 따라서 제조 공정에 있어서의 수율을 높일 수 있게 된다.
뿐만 아니라 본 발명은 저온공정에 의해서도 안정된 전자 이동도를 얻은 것이 가능하므로 저온공정 LCD용 다결정실리콘 TFT의 제조에 적용할 수 있어 저가의 유리기판의 사용이 가능하게 됨에 따라 제조원가를 절감시킬 수 있게 된다.
Claims (9)
- 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법에 있어서, 박막 트랜지스터의 게이트 절연막을 ECR에 의한 산소플라즈마를 이용하여 형성한 절연막을 포함한 적어도 1층 이상의 절연층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제1항에 있어서, ECR에 의한 산소플라즈마를 이용하여 절연막의 두께는 100Å∼450Å으로 형성함을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
- 가판(1)상에 초기산화막(2)을 형성하는 공정, 상기 초기산화막(2)상에 다결정실리콘(3)을 증착하고 소정 패턴으로 패터닝하는 공정, 상기 다결정실리콘(3) 표면을 ECR에 의한 산소 플라즈마를 이용하여 산화시켜 산화막(10)을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 산화막(10)을 형성하는 공정 후에 500∼600℃에서 열처리하는 공정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 산화막(10)을 형성하는 공정 후에 상기 산화막(10)상에 CVD 산화막(11)을 형성하는 공정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 산화막(10)을 형성하는 공정 후에 상기 산화막(10) 표면에 ECR에 의한 플라즈마를 이용하여 질화막과 산화막을 차례로 형성하는 공정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 질화막의 산화막을 차례로 형성하는 공정은 상기 산화막(10)을 형성하는 공정조건과 동일한 공정조건하에서 반응가스만을 교체하여 진행하는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 질화막의 산화막을 차례로 형성하는 공정 후에 500∼600℃에서 열처리하는 공정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 산화막(10)을 형성하는 공정 후에 게이트 형성용 도전층을 형성하고 패터닝하여 게이트(7)을 형성하고 이온주입공정에 의해 상기 다결정실리콘(3)에 소오스/드레인(4,5)을 형성한 다음 층간절연막을 형성한 다음 층간 절연막(8)을 형성하고 소정부분에 콘택개구부를 형성한 후, 도전물질을 증착하고 패터닝하여 소오스/드레인전극(9)을 형성하는 공정이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법.
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KR1019930019651A KR970011502B1 (ko) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법 |
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Family
ID=19364536
Family Applications (1)
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KR1019930019651A KR970011502B1 (ko) | 1993-09-24 | 1993-09-24 | 다결정실리콘 박막트랜지스터의 제조방법 |
Country Status (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101218687B1 (ko) * | 2011-06-30 | 2013-01-21 | 재단법인 서남권청정에너지기술연구원 | T-iso-POS를 이용한 박막 트랜지스터의 저온 게이트 산화막 형성 방법 |
Families Citing this family (1)
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KR100357173B1 (ko) * | 1996-07-31 | 2003-01-24 | 주식회사 하이닉스반도체 | 박막 트랜지스터의 제조 방법 |
-
1993
- 1993-09-24 KR KR1019930019651A patent/KR970011502B1/ko not_active IP Right Cessation
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KR101218687B1 (ko) * | 2011-06-30 | 2013-01-21 | 재단법인 서남권청정에너지기술연구원 | T-iso-POS를 이용한 박막 트랜지스터의 저온 게이트 산화막 형성 방법 |
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Publication number | Publication date |
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KR950010121A (ko) | 1995-04-26 |
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