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KR101043788B1 - Fabricating Of A Polycrystalline silicon layer and Fabricating Of A Thin film transistor comprising the same - Google Patents

Fabricating Of A Polycrystalline silicon layer and Fabricating Of A Thin film transistor comprising the same Download PDF

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KR101043788B1
KR101043788B1 KR1020090034790A KR20090034790A KR101043788B1 KR 101043788 B1 KR101043788 B1 KR 101043788B1 KR 1020090034790 A KR1020090034790 A KR 1020090034790A KR 20090034790 A KR20090034790 A KR 20090034790A KR 101043788 B1 KR101043788 B1 KR 101043788B1
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Abstract

본 발명은 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 상부에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계; 상기 비정질 실리콘막 상에 도전층을 형성하는 단계; 상기 도전층에 전계를 인가하여, 상기 비정질 실리콘막을 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘막의 제조방법 및 이를 포함하는 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention comprises the steps of providing a substrate; Forming an amorphous silicon film on the substrate; Forming a conductive layer on the amorphous silicon film; A method of manufacturing a polycrystalline silicon film, and a method of manufacturing a thin film transistor comprising the same, include crystallizing the amorphous silicon film by applying an electric field to the conductive layer.

따라서, 본 발명은 상기 비정질 실리콘층과 상기 도전층의 전위차로 인하여 상기 절연층의 절연 파괴로 인한 아크 발생을 원천적으로 방지하고, 또한, 결정화 공정을 단순화할 수 있는 다결정 실리콘막의 제조방법 및 이를 포함하는 박막트랜지스터의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.Accordingly, the present invention includes a method of manufacturing a polycrystalline silicon film that can prevent arc generation due to dielectric breakdown of the insulating layer due to the potential difference between the amorphous silicon layer and the conductive layer, and can simplify the crystallization process, and includes the same. It is effective to provide a method for manufacturing a thin film transistor.

줄열, 아크, 결정화 Joule heat, arc, crystallization

Description

다결정 실리콘막의 제조방법 및 이를 포함하는 박막트랜지스터의 제조방법{Fabricating Of A Polycrystalline silicon layer and Fabricating Of A Thin film transistor comprising the same}Manufacturing method of polycrystalline silicon film and manufacturing method of thin film transistor including same {Fabricating Of A Polycrystalline silicon layer and Fabricating Of A Thin film transistor comprising the same}

본 발명은 다결정 실리콘막의 제조방법 및 이를 포함하는 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 절연층의 절연 파괴로 인한 아크 발생을 원천적으로 방지할 수 있는 박막트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a polycrystalline silicon film and a method of manufacturing a thin film transistor including the same, and more particularly, to a method of manufacturing a thin film transistor capable of preventing the arc generation due to dielectric breakdown of the insulating layer.

평판 표시장치의 제조를 위한 다양한 기술 중 최근 박막 트랜지스터를 이용한 액티브 매트릭스형 평판 표시장치에 관한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 종래에는 박막 트랜지스터의 반도체층을 비정질 실리콘으로 형성하였다. 그러나 일반적으로 비정질 실리콘은 전하 운반체인 전자의 이동도 및 개구율이 낮고 CMOS 공정에 부합되지 못하는 단점을 가지고 있다. Recently, research and development on an active matrix flat panel display device using a thin film transistor have been actively performed among various technologies for manufacturing a flat panel display device. Conventionally, a semiconductor layer of a thin film transistor is formed of amorphous silicon. However, in general, amorphous silicon has a disadvantage in that the mobility and aperture ratio of electrons, which are charge carriers, are low and incompatible with CMOS processes.

반면에, 다결정 실리콘(Polycrystalline silicon) 박막 소자는 비정질 실리콘 TFT에서는 불가능하였던 영상신호를 화소에 기입하는데 필요한 구동회로를 화소 TFT-array와 같이 기판 상에 구성하는 것이 가능하다. 따라서 다결정 실리콘 박막 소자에서는 다수의 단자와 드라이버 IC와의 접속이 불필요하게 되므로, 생산성과 신뢰성을 높이고 패널의 두께를 줄일 수 있다. 또한 다결정 실리콘 TFT 공정에서는 실리콘 LSI의 미세가공 기술을 그대로 이용할 수 있으므로, 배선 등에서 미세구조를 형성할 수 있다. 따라서 비정질 실리콘 TFT에서 보이는 드라이버 IC의 TAB 실장상의 피치(pitch) 제약이 없으므로, 화소 축소가 용이하고 작은 화각에 다수의 화소를 실현할 수 있다. 다결정 실리콘을 반도체층에 이용한 박막트랜지스터는 비정질 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터와 비교할 때, 스위칭 능력이 높고 자기 정합에 의해 반도체층의 채널 위치가 결정되기 때문에, 소자 소형화, CMOS화가 가능하다는 장점이 있다. 이러한 이유로 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 액티브 매트릭스형 평판 표시장치(예를들면, 액정표시장치, 유기전계발광표시장치) 등의 화소 스위칭 소자로 사용하여 대화면화 및 드라이버가 내장된 COG(Chip On Glass) 제품의 실용화에 주요한 소자로 대두되고 있다. On the other hand, the polycrystalline silicon thin film element can form a driving circuit on the substrate like a pixel TFT-array necessary for writing an image signal to a pixel, which was not possible with an amorphous silicon TFT. Therefore, in the polycrystalline silicon thin film element, the connection between the plurality of terminals and the driver IC becomes unnecessary, thereby increasing productivity and reliability and reducing the thickness of the panel. In addition, in the polycrystalline silicon TFT process, since the microfabrication technology of silicon LSI can be used as it is, a microstructure can be formed in wiring etc. Therefore, since there is no pitch constraint on the TAB mounting of the driver IC seen in the amorphous silicon TFT, pixel reduction is easy and a large number of pixels can be realized at a small angle of view. Compared with the thin film transistor using amorphous silicon, the thin film transistor using polycrystalline silicon in the semiconductor layer has advantages in that the size of the semiconductor layer is determined by the high switching capability and the self-matching, so that the device size and the CMOS can be reduced. For this reason, polycrystalline silicon thin film transistors are used as pixel switching elements such as active matrix flat panel display devices (eg, liquid crystal displays and organic light emitting display devices). It is emerging as a major element for the practical use of the.

이러한 다결정 실리콘 TFT를 제조하는 방법으로는 고온 조건에서 제조하는 방법과 저온 조건에서 제조하는 기술이 있는데, 고온 조건에서 형성하기 위해서는 기판으로 석영 등의 고가의 재질을 사용하여야 하므로 대면적화에 적당하지 않다. 따라서, 저온 조건에서 비정질 실리콘 박막을 다결정 실리콘으로 대량으로 제조하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.There are two methods for manufacturing such polycrystalline silicon TFTs: a method of manufacturing at a high temperature condition and a technology of manufacturing at a low temperature condition. In order to form at a high temperature condition, an expensive material such as quartz must be used as a substrate, which is not suitable for large area. . Therefore, studies have been actively conducted on a method for producing a large amount of amorphous silicon thin film from polycrystalline silicon under low temperature conditions.

이러한 저온의 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로는 고상 결정화(SPC: Solid Phase Crystallization)법, 금속유도 결정화(MIC: Metal Induced Crystallization)법, 금속유도측면 결정화(MILC: Metal Induced Lateral Crystallization)법, 엑시머 레이저 결정화(ELC: Excimer Laser Crystallization) 법 등이 있다.Such low-temperature polycrystalline silicon may be formed by solid phase crystallization (SPC), metal induced crystallization (MIC), metal induced side crystallization (MILC), or excimer laser. Crystallization (ELC: Excimer Laser Crystallization) method.

SPC 법은 저가의 장비를 사용하여 균일한 결정질을 얻을 수는 있으나, 높은 결정화 온도와 장시간을 요구하기 때문에, 유리기판과 같이 열변형 온도가 상대적으로 낮은 기판을 사용할 수 없고 생산성이 낮다는 단점을 가지고 있다. SPC 법에 의한 경우, 통상적으로 600 ~ 700℃의 온도에서 약 1 ~ 24 시간 동안 비정질 실리콘 박막에 어닐링 작업을 실시해야 결정화가 가능하다. 또한, SPC 법에 의해 제조된 다결정 실리콘의 경우에는, 비정질상으로부터 결정상으로의 고상 상변태시 쌍정 성장(twin-growth)을 동반하므로, 형성된 결정립 내에 매우 많은 결정격자 결함들을 함유하고 있다. 이러한 인자들은 제조된 다결정 실리콘 TFT의 전자 및 홀의 이동도(mobility)를 감소시키고 문턱 전압(threshold voltage)을 상승시키는 요인으로 작용한다.Although the SPC method can obtain uniform crystallization using low-cost equipment, it requires a high crystallization temperature and a long time, so it is impossible to use a substrate having a relatively low heat deformation temperature such as a glass substrate, and the productivity is low. Have. In the case of the SPC method, annealing is performed on an amorphous silicon thin film for about 1 to 24 hours at a temperature of 600 to 700 ° C. to allow crystallization. In addition, in the case of the polycrystalline silicon produced by the SPC method, it is accompanied with twin-growth during the solid phase transformation from the amorphous phase to the crystal phase, and thus contains a large number of crystal lattice defects in the formed grains. These factors serve to reduce the mobility and increase the threshold voltage of electrons and holes of the manufactured polycrystalline silicon TFT.

MIC 법은 비정질 실리콘이 특정 금속과 접촉함으로써 그것의 결정화가 SPC 법에 의한 결정화 온도보다 훨씬 낮은 온도에서 이루어지는 장점을 가지고 있다. MIC 법을 가능하게 하는 금속으로는, Ni, Pd, Ti, Al, Ag, Au, Co, Cu, Fe, Mn 등이 있으며, 이들 금속들은 비정질 실리콘과 반응하여 공정상(eutectic phase) 또는 실리사이드상(silicide phase)을 형성하여 저온 결정화를 촉진시킨다. 그러나, MIC 법을 다결정 실리콘 TFT 제작의 실제 공정에 적용시킬 경우 채널(channel) 내에 금속의 심각한 오염 문제를 야기시킨다.The MIC method has the advantage that amorphous silicon is brought into contact with a specific metal so that its crystallization is performed at a temperature much lower than the crystallization temperature by the SPC method. Metals that enable the MIC method include Ni, Pd, Ti, Al, Ag, Au, Co, Cu, Fe, Mn, and the like, and these metals react with amorphous silicon to form eutectic or silicide phases. (silicide phase) is formed to promote low temperature crystallization. However, application of the MIC method to the actual process of polycrystalline silicon TFT fabrication causes serious contamination of the metal in the channel.

MILC 법은 MIC 법의 응용기술로서, 채널 위에 금속을 증착하는 대신 게이트 전극을 형성한 후, 자기 정렬된 구조에서 소스 및 드레인 위에 금속을 얇게 증착하 여 금속유도결정화(metal induced crystallization)를 유발한 후, 채널 쪽으로 측면 결정화를 유도하는 기술이다. MILC 법에 가장 많이 사용되는 금속으로는 Ni 및 Pd을 들 수 있다. MILC 법으로 제조된 다결정 실리콘은 SPC 법에 비하여 우수한 결정성 및 높은 전계 효과 이동도(field effect mobility)를 보임에도 불구하고, 높은 누설 전류 특성을 보인다고 알려져 있다. 즉, 금속 오염 문제를 MIC 법에 비하여 감소하기는 하였으나, 아직도 완전히 해결하지 못한 실정이다. 한편, MILC 법을 개량한 방법으로 전계유도방향성 결정화법(FALC: Field Aided Lateral Crystallization)이 있다. MILC 법에 비하여 FALC 법은 결정화 속도가 빠르며 결정화 방향의 이방성을 보이지만, 이 역시 금속의 오염 문제를 완전히 해결하지는 못하고 있다.The MILC method is an application technique of the MIC method, which forms a gate electrode instead of depositing a metal on a channel, and then deposits a thin layer of metal on a source and a drain in a self-aligned structure to induce metal induced crystallization. The technique then induces lateral crystallization towards the channel. Ni and Pd are the most commonly used metals in the MILC method. Polycrystalline silicon prepared by the MILC method is known to exhibit high leakage current characteristics, despite excellent crystallinity and high field effect mobility compared to the SPC method. In other words, the metal contamination problem is reduced compared to the MIC method, but it is still not completely solved. On the other hand, a field-directed directional crystallization (FALC) is an improved method of the MILC method. Compared with the MILC method, FALC method has a faster crystallization rate and anisotropy in the crystallization direction, but it also does not completely solve the problem of metal contamination.

이상의 MIC 법, MILC 법, FALC 법 등의 결정화 방법은 SPC 법에 비하여 결정화 온도를 낮추었다는 점에서는 효과적이나, 결정화 시간이 여전히 길다는 점과, 모두 금속에 의하여 결정화가 유도되는 공통점을 가지고 있다. 따라서, 금속의 오염 문제라는 점에서 자유롭지 못한다. 한편, 최근 개발된 ELC 법은 금속의 오염 문제를 해결하면서 유리기판 위에 저온 공정으로 다결정 실리콘 박막을 제조하는 것을 가능하게 한다. LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법 또는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법으로 증착된 비정질 실리콘 박막은 엑시머 레이저의 파장인 자외선 영역(λ = 308 ㎚)에 대한 흡수 계수가 매우 크기 때문에, 적정한 에너지 밀도에서 쉽게 비정질 실리콘 박막의 용융이 일어나게 된다. 비정질 실리콘 박막을 엑시머 레이저에 의해 결정화시키는 경우, 용융 및 응고의 과정을 매우 짧은 시간 내에 동반하게 된다. 이러한 관점에서 볼 때, ELC 법은 엄밀한 의미에서 저온 공정은 아니다. 그러나, ELC 공정은 엑시머 레이저에 의해 크게 영향을 받은 국부적인 용융 영역에서 매우 빠르게 진행되는 용융 및 응고에 의해 결정화되는 과정을 거치므로, 기판을 손상시키지 않으면서 극히 짧은 시간(수십 nano-sec 단위)에 다결정 실리콘을 제조할 수 있다. 즉, 유리기판/절연층/비정질 실리콘 박막으로 이루어진 모재의 비정질 실리콘 상에 레이저가 극히 짧은 시간에 조사되면, 비정질 실리콘 박막만이 선택적으로 가열되어, 하층에 위치한 유리기판의 손상없이 결정화가 이루어진다. 또한, 액상에서 고상으로의 상변태시 생성되는 다결정 실리콘의 경우, 고상 결정화를 통해 생성되는 다결정 실리콘의 경우보다, 열역학적으로 안정된 결정립 구조를 보이고 결정립 내의 결정 결함이 현저히 감소될 수 있는 장점이 있으므로, ELC 법으로 제조된 다결정 실리콘은 다른 여타의 결정화법들의 결과물보다 우수하다.The crystallization methods such as the MIC method, the MILC method, and the FALC method are effective in lowering the crystallization temperature compared to the SPC method, but the crystallization time is still long, and all of them have in common that the crystallization is induced by the metal. Therefore, it is not free in that it is a problem of metal contamination. On the other hand, the recently developed ELC method makes it possible to produce a polycrystalline silicon thin film on a glass substrate in a low temperature process while solving the problem of metal contamination. The amorphous silicon thin film deposited by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) or PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) has a very high absorption coefficient for the ultraviolet region (λ = 308 nm), which is the wavelength of the excimer laser. Melt the amorphous silicon thin film easily in density. When the amorphous silicon thin film is crystallized by an excimer laser, the process of melting and solidification is accompanied in a very short time. In this respect, the ELC method is not a low temperature process in the strict sense. However, the ELC process undergoes crystallization by very fast melting and solidification in the local melt zone, which is greatly affected by the excimer laser, resulting in extremely short time (in tens of nano-sec units) without damaging the substrate. Polycrystalline silicon can be produced. That is, when the laser is irradiated on the amorphous silicon of the base material consisting of a glass substrate / insulating layer / amorphous silicon thin film in a very short time, only the amorphous silicon thin film is selectively heated, and crystallization is performed without damaging the glass substrate located below. In addition, in the case of the polycrystalline silicon produced during the phase transformation from the liquid phase to the solid phase, there is an advantage that the crystal structure in the crystal grains and the crystal defects in the crystal grains can be significantly reduced than that of the polycrystalline silicon produced through the solid phase crystallization, ELC Polycrystalline silicon produced by the process is superior to the results of other crystallization methods.

그럼에도 불구하고, ELC 법은 몇 가지 중대한 단점들을 가지고 있다. 예를 들어, 레이저 빔 자체의 조사량이 불균일하다는 레이저 시스템 상의 문제점과, 조대한 결정립을 얻기 위한 레이저 에너지 밀도의 공정 영역이 극히 제한되어 있다는 레이저 공정상의 문제점, 그리고 대면적에 샷(shot) 자국이 남는다는 문제점을 가지고 있다. 이들 두 요소들은 다결정 실리콘 TFT의 액티브층(active layer)를 구성하는 다결정 실리콘 박막의 결정립 크기의 불균일성을 야기시킨다. 또한, 액상에서 고상으로의 상변태를 동반하며 생성되는 다결정 실리콘의 경우 부피 팽창이 수반되므로, 결정립계가 만들어지는 지점으로부터 표면쪽으로 심한 돌출(protrusion) 현 상이 일어난다. 이러한 현상은 후속 공정인 게이트 절연층에도 직접적인 영향을 미치게 되는데, 다결정 실리콘/게이트 절연층 계면의 불균일한 평탄도에 의한 절연 파괴 전압(breakdown voltage) 감소 및 핫 캐리어 응력(hot carrier stress) 등의 소자 신뢰성에 심각한 영향을 미치고 있다.Nevertheless, ELC law has some significant drawbacks. For example, problems in the laser system that the irradiation amount of the laser beam itself is nonuniform, problems in the laser process that the processing area of the laser energy density to obtain coarse grains are extremely limited, and shot marks in large areas It has the problem of remaining. These two factors cause non-uniformity of grain size of the polycrystalline silicon thin film constituting the active layer of the polycrystalline silicon TFT. In addition, polycrystalline silicon produced with a phase transformation from the liquid phase to the solid phase is accompanied by volume expansion, so that a severe protrusion phenomenon occurs toward the surface from the point where the grain boundary is made. This phenomenon also directly affects the gate insulating layer, which is a subsequent process, such as reducing breakdown voltage and hot carrier stress caused by uneven flatness of the polycrystalline silicon / gate insulating layer interface. It has a serious impact on reliability.

최근에는, 상기 설명한 ELC 법의 불안정성을 해결하기 위하여 SLS(Sequential Lateral Solidification) 법이 개발되어 레이저 에너지 밀도의 공정 영역을 안정화하는데 성공하였지만, 여전히 샷 자국 및 표면 쪽으로 돌출(protrusion) 현상을 해결하지 못하였으며, 또한 평판 디스플레이 산업이 급속히 발전하고 있는 현재의 추세로 비추어 볼 때, 조만간 양산화가 필요하게 될 1 m × 1 m 크기 이상인 기판의 결정화 공정에 레이저를 이용하는 기술은 여전히 문제점을 가지고 있다. 더욱이, ELC 법과 SLS 법의 실행을 위한 장비는 매우 고가이므로, 초기 투자비와 유지비가 많이 소요된다는 문제점도 가지고 있다.Recently, a sequential lateral solidification (SLS) method has been developed to solve the instability of the ELC method described above, and has succeeded in stabilizing the process area of the laser energy density, but still does not solve the phenomenon of shot marks and protrusion toward the surface. In addition, in view of the current trend of rapidly developing flat panel display industry, there is still a problem of using a laser in the crystallization process of a substrate having a size of 1 m x 1 m or more, which will need mass production sooner or later. Moreover, since the equipment for the execution of the ELC method and the SLS method is very expensive, there is a problem that the initial investment and maintenance costs are high.

따라서, 레이저 결정화법의 장점들, 즉, 짧은 시간 내에 공정이 이루어지기 때문에 하부의 기판에 손상을 주지 않는다는 점과 고온 상변태에 의해 결함이 거의 없는 매우 양질의 결정립을 생성할 수 있다는 점을 가지면서, 그러한 레이저 결정화법의 단점들, 즉, 국부적인 공정에 따른 조사량 불균일성 및 공정상의 제한 등과 고가 장비를 사용해야 하는 문제점들을 해결할 수 있는 비정질 실리콘 박막의 결정화 방법에 대한 필요성이 대두되고 있다. 특히, 최근 차세대 평판 디스플레이의 응용에 많은 주목을 받고 있는 능동형 유기-EL(Active Matrix Organic Light Emitting Diode)의 경우, TFT-LCD가 전압 구동인데 반하여, 전류 구동 방식이기 때 문에 대면적 기판에서의 결정립 크기의 균일도가 매우 중요한 인자이다. 그러므로, 레이저를 사용하는 ELC 방법 또는 SLS 방법에 의한 저온 결정화 방법이 한계에 부딪히고 있는 것이 평판 디스플레이 산업체들이 안고 있는 현실이다. 이러한 사실을 고려할 때, 레이저를 사용하지 않는 방식에 의한 저온 결정화에 의하여 양질의 다결정 실리콘 박막을 제조하는 신기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.Therefore, the advantages of the laser crystallization method, i.e., because the process is performed in a short time, it does not damage the underlying substrate, and it is possible to produce very good grains with almost no defects due to high temperature phase transformation. In addition, there is a need for a method of crystallizing an amorphous silicon thin film that can solve the disadvantages of such laser crystallization method, that is, the irradiation non-uniformity and process limitation due to the local process and the problem of using expensive equipment. In particular, active matrix organic light emitting diodes (EL), which are recently attracting much attention in the application of next-generation flat panel displays, are TFT-LCDs, while voltage-driven, but current-driven systems. Grain size uniformity is a very important factor. Therefore, the reality of the flat panel display industry is that the low-temperature crystallization method using the ELC method or the SLS method using a laser hits the limit. Considering this fact, there is a great need for a new technology for producing a high quality polycrystalline silicon thin film by low temperature crystallization using a laserless method.

이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자들은 한국특허출원 제2004-37952호에서, 공정 중에 상기 기판이 변형되지 않는 온도범위에서 상기 실리콘 박막을 예열하여 그것의 내부에 진성 캐리어를 생성함으로써 주울 가열이 가능한 저항값으로 낮춘 후, 상기 예열된 실리콘 박막에 전계를 직접 인가하여 상기 캐리어의 이동에 의한 주울 가열을 행함으로써 결정화를 하는 방법을 최초로 제시한 바 있다. 이러한 방법은 상대적으로 낮은 온도에서 짧은 시간 내에 양질의 다결정 실리콘 박막을 제조할 수 있다는 점에서 매우 혁신적인 방법이다.In order to solve this problem of the prior art, the inventors of the present invention, in Korean Patent Application No. 2004-37952, preheat the silicon thin film at a temperature range where the substrate is not deformed during the process to generate an intrinsic carrier therein. By lowering the resistance to Joule heating, the present invention first proposed a method of crystallization by applying Joule heating by the movement of the carrier by directly applying an electric field to the preheated silicon thin film. This method is very innovative in that it can produce high quality polycrystalline silicon thin film in a short time at relatively low temperature.

또한 본 발명의 발명자들은 한국특허출원 제2005-73076호에서, 투명 기판 상의 절연층 위에 도전층인 ITO층 및 절연층을 각각 형성한 후 비정질 실리콘 박막을 형성하여, 상기 ITO층에 전계를 인가하여 주울 가열을 유도함으로써 고열을 발생시켜, 그러한 고열에 의해 상기 실리콘 박막을 기판이 손상되지 않으면서 종래보다 더욱 낮은 온도에서, 바람직하게는 상온에서, 매우 짧은 시간 내에 더욱 우수한 결정화 및 도펀트 활성화 그리고 열산화막 공정 및 결정격자결함치유를 이룰 수 있는 방법을 제시하였다. In addition, the inventors of the present invention, in Korean Patent Application No. 2005-73076, form an amorphous silicon thin film after forming an ITO layer and an insulating layer, respectively, on an insulating layer on a transparent substrate, and apply an electric field to the ITO layer. By inducing Joule heating, high heat is generated, which results in better crystallization and dopant activation and thermal oxide film at a lower temperature than conventionally, preferably at room temperature, in a very short time without damaging the substrate. We present a method to achieve process and crystal lattice defect healing.

하지만, 상기 비정질 실리콘층과 상기 도전층의 전위차로 인하여 상기 절연 층의 절연 파괴로 인한 아크 발생이 문제시 되었으며, 이를 효과적으로 방지하고, 공정을 단순화할 수 있는 방법이 필요한 실정이다. However, due to the potential difference between the amorphous silicon layer and the conductive layer, arc generation due to dielectric breakdown of the insulating layer has been a problem, and a method for effectively preventing the process and simplifying the process is needed.

본 발명은 상기 비정질 실리콘층과 상기 도전층의 전위차로 인하여 상기 절연층의 절연 파괴로 인한 아크 발생을 효과적으로 방지하고, 결정화 공정을 단순화할 수 있는 다결정 실리콘막의 제조방법 및 이를 포함하는 박막트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention provides a method of manufacturing a polycrystalline silicon film capable of effectively preventing arc generation due to dielectric breakdown of the insulating layer due to the potential difference between the amorphous silicon layer and the conductive layer, and simplifying the crystallization process, and manufacturing a thin film transistor including the same. The purpose is to provide a method.

본 발명은 기판의 상부에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계; 상기 비정질 실리콘막 상에 도전층 형성하는 단계; 및 상기 도전층에 전계를 인가하여, 상기 비정질 실리콘막을 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘막의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of forming an amorphous silicon film on top of the substrate; Forming a conductive layer on the amorphous silicon film; And crystallizing the amorphous silicon film by applying an electric field to the conductive layer.

또한, 본 발명은 기판을 제공하는 단계; 상기 기판의 상부에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계; 상기 비정질 실리콘막 상에 도전층을 형성하는 단계; 상기 도전층에 전계를 인가하여, 상기 비정질 실리콘막을 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of providing a substrate; Forming an amorphous silicon film on the substrate; Forming a conductive layer on the amorphous silicon film; It provides a method for manufacturing a thin film transistor comprising the step of crystallizing the amorphous silicon film by applying an electric field to the conductive layer.

또한, 본 발명은 상기 도전층을 제거하는 단계; 및 상기 결정화된 실리콘막의 상부를 일정 두께로 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘막의 제조방법 및 이를 구비하는 박막트랜지스터의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of removing the conductive layer; And etching the upper portion of the crystallized silicon film to a predetermined thickness, and a method of manufacturing a thin film transistor including the same.

또한, 본 발명은 상기 결정화된 실리콘막의 상부를 식각하는 두께는 100Å 내지 500Å인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘막의 제조방법 및 이를 구비하는 박막트랜지스터의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a polycrystalline silicon film and a method of manufacturing a thin film transistor having the same, wherein the thickness of etching the upper portion of the crystallized silicon film is 100 kW to 500 kW.

또한, 본 발명은 상기 비정질 실리콘막과 상기 도전층은 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘막의 제조방법 및 이를 구비하는 박막트랜지스터의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a polycrystalline silicon film and a method of manufacturing a thin film transistor having the same, wherein the amorphous silicon film and the conductive layer are in direct contact.

본 발명에 따르면, 상기 비정질 실리콘층과 상기 도전층의 전위차로 인하여 상기 절연층의 절연 파괴로 인한 아크 발생을 원천적으로 방지하고, 또한, 결정화 공정을 단순화할 수 있는 다결정 실리콘막의 제조방법 및 이를 포함하는 박막트랜지스터의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.According to the present invention, a method of manufacturing a polycrystalline silicon film that can prevent the occurrence of arc due to dielectric breakdown of the insulating layer due to the potential difference between the amorphous silicon layer and the conductive layer, and can simplify the crystallization process, and includes the same It is effective to provide a method for manufacturing a thin film transistor.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 또한 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention. In addition, in the drawings, the length, thickness, etc. of layers and regions may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1은 일반적인 주울 가열에 의한 결정화 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view for explaining a crystallization method by common joule heating.

도 1을 참조하면, 기판(10) 위에 제 1 절연층(11), 비정질 실리콘(a-Si)막(12), 제2 절연층(13) 및 도전층(14)를 순차적으로 형성하고, 상기 도전층(14)에 전계를 인가하여 주울 가열을 유도함으로써 고열을 발생시켜, 상기 고열에 의해 상기 비정질 실리콘막(12)을 결정화한다. Referring to FIG. 1, the first insulating layer 11, the amorphous silicon (a-Si) film 12, the second insulating layer 13, and the conductive layer 14 are sequentially formed on the substrate 10. By applying an electric field to the conductive layer 14 to induce Joule heating, high heat is generated to crystallize the amorphous silicon film 12 by the high heat.

상기 기판(10)의 소재는 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, 유리, 석영, 플라스틱 등의 투명기판 소재가 가능하며, 경제적인 측면에서 유리가 더욱 바람직하다.The material of the substrate 10 is not particularly limited, and for example, a transparent substrate material such as glass, quartz, plastic, or the like is possible, and in terms of economical efficiency, glass is more preferable.

상기 제 1 절연층(11)은 추후 공정에서 생성될 수 있는 상기 기판(10) 내부의 일부 물질, 예를 들어, 유리기판의 경우 알칼리 물질의 용출을 방지하기 위한 용도로 사용되며, 일반적으로 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물을 증착하여 형성하는데, 두께는 통상 2000 - 5000 Å 정도인 것이 바람직하지만, 그것으로 한정되는 것은 아니다. 상기 제 1 절연층(11)은 생략될 수 있으며, 본 발명의 방법은 그러한 구조에 적용될 수 있으므로, 본 발명의 범주는 그러한 구조를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The first insulating layer 11 is used to prevent elution of an alkali material in some materials inside the substrate 10, for example, a glass substrate, which may be generated in a later process. Oxide (SiO 2 ) and silicon nitride are formed by evaporation, but the thickness is generally about 2000-5000 Pa, but is not limited thereto. The first insulating layer 11 may be omitted, and the method of the present invention may be applied to such a structure, so the scope of the present invention should be interpreted as including such a structure.

이어서 상기 제 1 절연층(11) 상에 비정질 실리콘막(12)을 형성하고, 상기 비정질 실리콘막(12) 상에 제 2 절연층(13)을 형성한다.Subsequently, an amorphous silicon film 12 is formed on the first insulating layer 11, and a second insulating layer 13 is formed on the amorphous silicon film 12.

상기 제 2 절연층(13)은 열처리 과정에서 상기 도전층(14)에 의해 후속하는 비정질 실리콘막(12)이 오염되는 것을 방지하는 역할과 TFT소자의 절연 역할을 할 수 있다. 상기 제 2 절연층(13)은 상기 제 1 절연층(11)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.The second insulating layer 13 may serve to prevent the subsequent amorphous silicon film 12 from being contaminated by the conductive layer 14 and to insulate the TFT device during the heat treatment process. The second insulating layer 13 may be formed of the same material as the first insulating layer 11.

이어서, 상기 제 2 절연층(13) 상에 도전층(14)을 형성한다. 상기 도전 층(14)은 투명성 도전 박막 또는 금속 박막으로 형성할 수 있다.Subsequently, a conductive layer 14 is formed on the second insulating layer 13. The conductive layer 14 may be formed of a transparent conductive thin film or a metal thin film.

이어서 상기 도전층(14)에 전계를 인가한다. 상기 도전층(14)에 전계가 인가되면, 상기 비정질 실리콘막(12)은 주울 가열에 의해 결정화된다.Next, an electric field is applied to the conductive layer 14. When an electric field is applied to the conductive layer 14, the amorphous silicon film 12 is crystallized by Joule heating.

하지만, 상기 비정질 실리콘막(12)이 다결정 실리콘층으로 결정화되는 경우에 있어서, 상기 비정질 실리콘막(12)과 상기 도전층(14) 및 그 사이에 개재된 상기 제 2 절연막(13)은 캐패시터를 형성하게 되며, 이때, 발생한 전위차가 상기 제 2 절연막(13)의 절연파괴 전압을 초과하게 되는 경우에는 상기 제 2 절연막(13)을 통해 전류가 흐르게 되어 아크가 발생할 수 있다. However, in the case where the amorphous silicon film 12 is crystallized into a polycrystalline silicon layer, the amorphous silicon film 12 and the conductive layer 14 and the second insulating film 13 interposed therebetween may use a capacitor. In this case, when the generated potential difference exceeds the dielectric breakdown voltage of the second insulating layer 13, current may flow through the second insulating layer 13 to generate an arc.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조하는 공정을 나타낸 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.

먼저, 도 2a를 참조하면, 기판(30) 위에 제 1 절연층(31), 비정질 실리콘(a-Si)막(32), 및 도전층(33)을 순차적으로 형성하고, 상기 도전층(33)에 전계를 인가하여 주울 가열을 유도함으로써 고열을 발생시켜, 상기 고열에 의해 상기 비정질 실리콘막(32)을 결정화한다.First, referring to FIG. 2A, a first insulating layer 31, an amorphous silicon (a-Si) film 32, and a conductive layer 33 are sequentially formed on the substrate 30, and the conductive layer 33 is formed. ) By applying an electric field to induce Joule heating, high heat is generated, and the amorphous silicon film 32 is crystallized by the high heat.

구체적으로는 유리, 스테인레스 스틸 또는 플라스틱 등으로 이루어진 기판(30)상에 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막과 같은 절연막을 이용하여 단층 또는 복층으로 제 1 절연층(31)을 형성한다. 이때 상기 제 1 절연층(31)은 상기 기판(30)에서 발생하는 수분 또는 불순물의 확산을 방지하거나, 결정화시 열의 전달 속도를 조절함으로써, 비정질 실리콘층의 결정화가 잘 이루어질 수 있도록 하는 역 할을 한다.Specifically, the first insulating layer 31 is formed on a substrate 30 made of glass, stainless steel, plastic, or the like in a single layer or a plurality of layers using an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film. In this case, the first insulating layer 31 serves to prevent the diffusion of moisture or impurities generated from the substrate 30 or to control the heat transfer rate during crystallization so that the amorphous silicon layer can be crystallized well. do.

이어서, 상기 제 1 절연층(31) 상에 비정질 실리콘(a-Si)막(32)을 형성한다.Subsequently, an amorphous silicon (a-Si) film 32 is formed on the first insulating layer 31.

상기 비정질 실리콘(a-Si)막(32)은, 예를 들어, 저압화학 증착법, 상압화학 증착법, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)법, 스퍼터링법, 진공증착법(vacuum evaporation) 등의 방법으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 PECVD 법을 사용한다. 상기 비정질 실리콘(a-Si)막(32)은 400 내지 2000Å 의 두께로 형성할 수 있다.The amorphous silicon (a-Si) film 32 is formed by, for example, low pressure chemical vapor deposition, atmospheric pressure chemical vapor deposition, PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition), sputtering, vacuum evaporation, or the like. And preferably PECVD method. The amorphous silicon (a-Si) film 32 may be formed to a thickness of 400 to 2000 microns.

이어서, 상기 비정질 실리콘(a-Si)막(32) 상에 도전층(33)을 형성한다.Subsequently, a conductive layer 33 is formed on the amorphous silicon (a-Si) film 32.

상기 도전층(33)은 투명성 도전 박막 또는 금속 박막으로 형성할 수 있다. 바람직하게는 상기 도전층(33)은 녹는점이 1100℃ 이상인 금속 박막으로 형성한다. 0.1 내지 300㎲ 정도의 아주 짧은 시간 동안 상기 비정질 실리콘막(12)을 결정화하기 위해서는 상기 비정질 실리콘막(32)에 순간적으로 1100℃ 이상의 고열이 가해질 수 있다. 그와 같은 고열에서 상기 도전층(33)의 파손을 방지하기 위해서는 상기 도전층(33)을 녹는점이 1100℃ 이상인 금속 박막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 녹는점이 1100℃ 이상인 금속으로는 몰리브덴(Mo), 티탄늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 몰리텅스텐(MoW) 등이 있다. The conductive layer 33 may be formed of a transparent conductive thin film or a metal thin film. Preferably, the conductive layer 33 is formed of a metal thin film having a melting point of 1100 ° C. or more. In order to crystallize the amorphous silicon film 12 for a very short time of about 0.1 to 300 microseconds, high temperature of 1100 ° C. or more may be applied to the amorphous silicon film 32 at an instant. In order to prevent breakage of the conductive layer 33 at such a high temperature, the conductive layer 33 is preferably formed of a metal thin film having a melting point of 1100 ° C. or more. Examples of the metal having a melting point of 1100 ° C. or more include molybdenum (Mo), titanium (Ti), chromium (Cr), or molybdenum tungsten (MoW).

상기 도전층(33)은 스퍼터링(Sputtering), 또는 기상증착(Evaporation) 등의 방법에 의해 형성할 수 있으며, 500Å 내지 3000Å로 형성할 수 있다. 그러나 그것으로 한정되는 것은 아니다.The conductive layer 33 may be formed by a method such as sputtering or evaporation, and may be formed at 500 kPa to 3000 kPa. But it is not limited to that.

이어서 상기 도전층(33)에 전계를 인가한다. 상기 도전층(33)에 전계가 인가 되면, 상기 비정질 실리콘막(32)은 주울 가열에 의해 결정화된다.Next, an electric field is applied to the conductive layer 33. When an electric field is applied to the conductive layer 33, the amorphous silicon film 32 is crystallized by Joule heating.

상기 도전층(33)에 대한 전계 인가는 상기 비정질 실리콘막(32)의 결정화를 유도하기에 충분한 고열을 주울 가열에 의해 발생시킬 수 있는 파워 밀도(power density)의 에너지를 인가함으로써 행해진다. 상기 전계의 인가는 상기 도전층(33)의 저항, 길이, 두께 등 다양한 요소들에 의해 결정되므로 특정되기는 어려우나, 약 100 W/cm2 ~ 1,000,000 W/cm2 정도, 바람직하게는 1000 W/cm2 - 100,000 W/cm2 정도이다.The application of the electric field to the conductive layer 33 is performed by applying energy of a power density that can generate by Joule heating a high heat sufficient to induce crystallization of the amorphous silicon film 32. Since the application of the electric field is determined by various factors such as the resistance, length, and thickness of the conductive layer 33, it is difficult to be specified, but about 100 W / cm 2 to 1,000,000 W / cm 2 , preferably 1000 W / cm 2 to 100,000 W / cm 2 .

이때, 인가되는 전류는 직류이거나 교류일 수 있으며, 전계의 인가 시간은 연속적으로 인가되는 시간이 1/10,000,000 ~ 1 초일 수 있으며, 바람직하게는 1/100,000 ~ 1/10 초이다. 이러한 전계의 인가는 규칙적 또는 불규칙적 단위로 수회 반복될 수 있다. In this case, the applied current may be DC or AC, and the application time of the electric field may be 1 / 10,000,000 to 1 second, and preferably 1 / 100,000 to 1/10 second. The application of this electric field can be repeated several times in regular or irregular units.

상기 도전층(33)에 대한 전계 인가는 1100℃ 이상의 고열이 발생할 정도로 인가하는 것이 바람직하다. 1100℃ 미만의 고열로 결정화를 하는 경우에는 약 1/1,000,000 ~ 1초 정도의 짧은 시간 동안의 한 번의 전계 인가로 결정화가 완료되지 않을 수 있다. 그러면 전계 인가 과정을 수회 반복해야 하는데, 이 경우에는 축적되는 열에 의한 불균일 발생을 방지하기 위해서 한 차례의 전계 인가가 끝나고 수 초 정도 시간 간격을 둔 다음, 다시 전계 인가를 하는 것이 필요하다. 그 결과 결정화를 위한 총 공정 시간은 수 분에 이를 수 있다.It is preferable to apply the electric field to the conductive layer 33 to the extent that high heat of 1100 ° C. or more occurs. When the crystallization is performed at a high temperature of less than 1100 ° C., crystallization may not be completed by applying a single electric field for a short time of about 1 / 1,000,000 to 1 second. Then, the electric field application process must be repeated several times. In this case, in order to prevent the occurrence of non-uniformity due to accumulated heat, it is necessary to leave the electric field application for several seconds after the electric field application is completed once. As a result, the total process time for crystallization can reach several minutes.

그러나 1100℃ 이상의 고열로 결정화를 하는 경우에는 한 번의 전계 인가로 결정화가 완료될 수 있으며, 한 번의 전계 인가에 걸리는 시간은 수백 ㎲ 정도로 아주 짧다. 그러므로 1100℃ 이상의 고열로 결정화는 하는 경우에는 결정화를 위한 총 공정 시간을 현저히 줄일 수 있다. 또한 고온에서 짧은 공정 시간에 한 번의 전계 인가로 결정화를 하면 결정성 또한 향상될 수 있다. However, when the crystallization is performed at a high temperature of 1100 ° C. or higher, crystallization may be completed by one electric field application, and the time required for one electric field application is very short, such as several hundreds of microseconds. Therefore, when the crystallization is performed at a high temperature of 1100 ° C. or more, the total process time for crystallization can be significantly reduced. In addition, crystallization may be improved by crystallizing a single electric field in a short process time at a high temperature.

따라서, 상술한 바와 같이, 상기 도전층(33)이 1100℃ 이상의 고열에서 안정성을 확보하기 위하여, 상기 도전층(33)은 녹는점이 1100℃ 이상인 금속 박막으로 형성하는 것이 바람직하다.Therefore, as described above, in order to ensure stability of the conductive layer 33 at a high temperature of 1100 ° C. or more, the conductive layer 33 is preferably formed of a metal thin film having a melting point of 1100 ° C. or more.

한편, 상기 도전층(33)에 전계를 인가하기 전에, 상기 구성요소들(31, 32, 33)이 형성된 상기 기판(30)을 적정한 온도 범위로 예열할 수 있다. 상기 적정한 온도 범위는 공정 전반에 걸쳐 상기 기판(30)이 손상되지 않는 온도범위를 의미하며, 바람직하게는 상기 기판(30)의 열변형 온도보다 낮은 범위이다. 예열 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 일반 열처리 로에 투입하는 방법, 램프 등의 복사열을 조사하는 방법 등이 사용될 수 있다.Meanwhile, before applying an electric field to the conductive layer 33, the substrate 30 on which the components 31, 32, and 33 are formed may be preheated to an appropriate temperature range. The appropriate temperature range refers to a temperature range in which the substrate 30 is not damaged throughout the process, and is preferably a range lower than the heat deformation temperature of the substrate 30. The preheating method is not particularly limited, and for example, a method of putting in a general heat treatment furnace, a method of irradiating radiant heat such as a lamp, or the like may be used.

또한 상기 도전층(33)에 전계를 인가하기 전에 상기 비정질 실리콘막(32)에 n형 또는 p형 불순물을 도핑할 수 있으며, 상기 도핑된 불순물을 활성화하기 위한 열처리 공정을 진행할 수도 있다. 또는 상기 도전층(33)에 전계를 인가하여 상기 비정질 실리콘막(32)을 주울 가열 다결정 실리콘막으로 형성한 후에 상기 다결정 실리콘막에 n형 또는 p형 불순물을 도핑할 수도 있으며, 상기 도핑된 불순물을 활성화하기 위한 열처리 공정을 진행할 수도 있다. 이때 n형 불순물로는 인(P)이 바람직하며, p형 불순물로는 붕소(B)가 바람직하다.In addition, before applying an electric field to the conductive layer 33, the amorphous silicon film 32 may be doped with n-type or p-type impurities, and a heat treatment process for activating the doped impurities may be performed. Alternatively, after applying the electric field to the conductive layer 33 to form the amorphous silicon film 32 as a Joule heating polycrystalline silicon film, the polycrystalline silicon film may be doped with n-type or p-type impurities, and the doped impurities The heat treatment process for activating may be performed. At this time, phosphorus (P) is preferable as the n-type impurity, and boron (B) is preferable as the p-type impurity.

이상과 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 박막트랜지스터는 기판(30) 위에 제 1 절연층(31), 비정질 실리콘(a-Si)막(32), 및 도전층(33)를 순차적으로 형성하고, 상기 도전층(33)에 전계를 인가하여 주울 가열을 유도함으로써 고열을 발생시켜, 상기 고열에 의해 상기 비정질 실리콘막(32)을 결정화한다.As described above, in the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention, the first insulating layer 31, the amorphous silicon (a-Si) film 32, and the conductive layer 33 are sequentially formed on the substrate 30. A high heat is generated by applying an electric field to the conductive layer 33 to induce Joule heating to crystallize the amorphous silicon film 32 by the high heat.

즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 박막트랜지스터는 비정질 실리콘(a-Si)막(32) 상에 도전층(33)을 형성하여 결정화를 실시한다.That is, in the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention, the conductive layer 33 is formed on the amorphous silicon (a-Si) film 32 to perform crystallization.

일반적인 구조의 박막트랜지스터의 결정화에서는 비정질 실리콘(a-Si)막 상에 절연층을 형성하고, 상기 절연층 상에 도전층을 형성한 이후에 상기 도전층에 전계를 인가하여 결정화를 실시하였다.In the crystallization of a thin film transistor having a general structure, an insulating layer was formed on an amorphous silicon (a-Si) film, and after forming a conductive layer on the insulating layer, crystallization was performed by applying an electric field to the conductive layer.

이로 인하여, 일반적인 구조의 박막트랜지스터에서는 상기 비정질 실리콘막과 상기 도전층 및 그 사이에 개재된 상기 절연막이 캐패시터를 형성하게 되고, 이때, 발생한 전위차가 상기 절연막의 절연파괴 전압을 초과하게 되는 경우에는 상기 절연막을 통해 전류가 흐르게 되어 아크가 발생하게 되었으나, 본 발명에서는 절연층을 형성함이 없이 비정질 실리콘(a-Si)막 상에 도전층을 형성하여 결정화를 실시하므로, 캐패시터가 형성되지 않고, 따라서, 절연막의 절연파괴 전압에 의해 발생되는 아크를 원천적으로 방지할 수 있다.For this reason, in a thin film transistor having a general structure, the amorphous silicon film, the conductive layer, and the insulating film interposed therebetween form a capacitor. When the potential difference exceeds the dielectric breakdown voltage of the insulating film, The current flows through the insulating film to generate an arc. However, in the present invention, since a conductive layer is formed on the amorphous silicon (a-Si) film without crystallization, crystallization is performed, and thus, no capacitor is formed. It is possible to fundamentally prevent the arc generated by the dielectric breakdown voltage of the insulating film.

또한, 일반적인 구조의 박막트랜지스터에서는 비정질 실리콘(a-Si)막과 도전층의 사이에 별개의 절연막을 형성하게 되므로, 별도의 제조공정에 의하여 이를 형성하고, 추후 공정에서 상기 절연막을 별도의 공정에 의하여 제거하여야 하나, 본 발명에서는 이러한 절연막을 형성하는 공정 및 제거하는 공정이 불필요하므로, 제 조공정을 단순화할 수 있다. In addition, in a thin film transistor having a general structure, since a separate insulating film is formed between the amorphous silicon (a-Si) film and the conductive layer, it is formed by a separate manufacturing process, and the insulating film is formed in a separate process in a later step. However, in the present invention, since the process of forming and removing the insulating film is unnecessary, the manufacturing process can be simplified.

이어서 도 2b를 참조하면, 상기 도전층(33)을 제거한다. 또한, 본 발명에서는 상기 도전층(33)을 제거한 이후에 결정화된 실리콘 막의 상부를 일부 식각하여 다결정 실리콘막(32')을 형성한다.2B, the conductive layer 33 is removed. In addition, in the present invention, after removing the conductive layer 33, the upper portion of the crystallized silicon film is partially etched to form the polycrystalline silicon film 32 '.

즉, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 절연막의 절연파괴 전압에 의해 발생되는 아크를 원천적으로 방지하고, 제조공정을 단순화하기 위하여 절연층을 형성함이 없이 비정질 실리콘(a-Si)막 상에 도전층을 형성하여 결정화를 실시하게 되는데, 이 경우, 비정질 실리콘(a-Si)막에 도전층이 직접 접촉함에 의하여 비정질 실리콘막의 상부영역이 오염되게 된다.That is, as described above, in the present invention, the arc generated by the dielectric breakdown voltage of the insulating film is fundamentally prevented and conductively formed on the amorphous silicon (a-Si) film without forming an insulating layer to simplify the manufacturing process. A layer is formed to crystallize. In this case, the upper region of the amorphous silicon film is contaminated by the conductive layer directly contacting the amorphous silicon (a-Si) film.

이로 인하여, 결국, 결정화된 실리콘막의 상부영역이 상기 도전층에 의하여 오염되게 되고, 따라서, 본 발명에서는 상기 오염된 실리콘막의 상부영역을 일정두께로 제거하는 것이 바람직하다.For this reason, eventually, the upper region of the crystallized silicon film is contaminated by the conductive layer, and accordingly, in the present invention, it is preferable to remove the upper region of the contaminated silicon film to a predetermined thickness.

이때, 상기 결정화된 실리콘 막의 상부를 식각하는 두께는 100Å 내지 500Å인 것이 바람직하며, 상기 식각하는 두께가 100Å 미만인 경우는 결정화된 실리콘막에 도전층에 의해 오염된 영역이 잔존하게 되는 문제점이 있으며, 상기 식각하는 두께가 500Å을 초과하는 경우에는 실리콘 막의 표면 러프니스가 증가하여 박막트랜지스터의 소자특성이 좋지 않은 문제점이 있다.In this case, it is preferable that the thickness of etching the upper portion of the crystallized silicon film is 100 kPa to 500 kPa. If the etching thickness is less than 100 kPa, there is a problem in that the region contaminated by the conductive layer remains in the crystallized silicon film. When the thickness of the etching exceeds 500 kPa, the surface roughness of the silicon film is increased, resulting in poor device characteristics of the thin film transistor.

다만, 상기 다결정 실리콘 층이 박막트랜지스터의 반도체층으로 효과적으로 기능하기 위해서는 일부 식각된 다결정 실리콘막(32')의 두께는 500Å 이상인 것이 바람직하다.However, in order for the polycrystalline silicon layer to function effectively as a semiconductor layer of the thin film transistor, it is preferable that the thickness of the partially etched polycrystalline silicon film 32 ′ is 500 Å or more.

이어서, 도 2c를 참조하면, 상기 일부 식각된 다결정 실리콘막(32')을 패터닝 하여 반도체층(35)을 형성한다. 또한, 상기 반도체층(35) 상에 게이트 절연막(36)을 형성하며, 이때, 상기 게이트 절연막(36)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 이들의 이중층일 수 있다. 2C, the semiconductor layer 35 is formed by patterning the partially etched polycrystalline silicon film 32 ′. In addition, a gate insulating layer 36 is formed on the semiconductor layer 35, wherein the gate insulating layer 36 may be a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a double layer thereof.

계속해서, 상기 게이트 절연막(36) 상에 알루미늄(Al) 또는 알루미늄-네오디뮴(Al-Nd)과 같은 알루미늄 합금의 단일층이나, 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo) 합금 위에 알루미늄 합금이 적층된 다중층을 게이트 전극용 금속층(도시안됨)을 형성하고, 사진 식각공정으로 상기 게이트 전극용 금속층을 식각하여 상기 반도체층(35)의 채널 영역와 대응되는 부분에 게이트 전극(37)을 형성한다. Subsequently, a single layer of an aluminum alloy such as aluminum (Al) or aluminum-neodymium (Al-Nd) on the gate insulating layer 36, or multiple aluminum alloys are laminated on a chromium (Cr) or molybdenum (Mo) alloy. The gate electrode metal layer (not shown) is formed on the layer, and the gate electrode metal layer is etched by the photolithography process to form the gate electrode 37 in a portion corresponding to the channel region of the semiconductor layer 35.

이어서, 상기 게이트 전극(37)을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 층간 절연막(38)을 형성한다. 여기서, 상기 층간 절연막(38)은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 또는 이들의 다중층일 수도 있다.Next, an interlayer insulating film 38 is formed over the entire substrate including the gate electrode 37. The interlayer insulating layer 38 may be a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a multilayer thereof.

이어서, 상기 층간 절연막(38) 및 상기 게이트 절연막(36)을 식각하여 상기 반도체층(35)의 소오스/드레인 영역의 일정 영역을 노출시키는 콘택홀(39)을 형성한다. Subsequently, the interlayer insulating layer 38 and the gate insulating layer 36 are etched to form a contact hole 39 exposing a predetermined region of a source / drain region of the semiconductor layer 35.

이어서 도 2d를 참조하면, 상기 층간 절연막(38) 상에 상기 콘택홀(39)을 통하여 상기 반도체층(35)의 소오스/드레인 영역과 연결되는 소오스/드레인 전극(39a, 39b)을 형성한다.2D, source / drain electrodes 39a and 39b connected to the source / drain regions of the semiconductor layer 35 are formed on the interlayer insulating layer 38 through the contact hole 39.

이로써, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조할 수 있다.Thus, the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention can be manufactured.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조하는 공정을 나타낸 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조하는 공정은 후술하는 것을 제외하고는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조하는 공정과 동일할 수 있다.The process of manufacturing the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention may be the same as the process of manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention except for the following.

도 3a를 참조하면, 기판(50) 상에 버퍼층(51)을 형성한다. 상기 버퍼층(51) 상에 게이트 전극(52)을 형성한다. 이어서 상기 게이트 전극을 포함하는 기판(50)의 전면에 게이트 절연막(53)을 형성한다. Referring to FIG. 3A, a buffer layer 51 is formed on the substrate 50. The gate electrode 52 is formed on the buffer layer 51. Subsequently, a gate insulating layer 53 is formed on the entire surface of the substrate 50 including the gate electrode.

계속해서 상기 게이트 절연막(53) 상에 비정질 실리콘막(54) 및 도전층(55)을 차례로 형성한다. 이어서 상기 도전층(55)에 전계를 인가하여 상기 비정질 실리콘막(54)을 주울 가열 다결정 실리콘막으로 형성한다.Subsequently, an amorphous silicon film 54 and a conductive layer 55 are sequentially formed on the gate insulating film 53. Subsequently, an electric field is applied to the conductive layer 55 to form the amorphous silicon film 54 as a Joule heating polycrystalline silicon film.

이상과 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 박막트랜지스터에서도 비정질 실리콘막(54) 상에 도전층(55)을 형성하여 결정화를 실시한다.As described above, in the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention, the conductive layer 55 is formed on the amorphous silicon film 54 to perform crystallization.

이로써, 본 발명에서는 절연층을 형성함이 없이 비정질 실리콘(a-Si)막 상에 도전층을 형성하여 결정화를 실시하므로, 캐패시터가 형성되지 않고, 따라서, 절연막의 절연파괴 전압에 의해 발생되는 아크를 원천적으로 방지할 수 있다.As a result, in the present invention, since the conductive layer is formed on the amorphous silicon (a-Si) film without crystallization, crystallization is performed, no capacitor is formed, and therefore, an arc generated by the dielectric breakdown voltage of the insulating film. Can be prevented at the source.

또한, 본 발명에서는 이러한 절연막을 형성하는 공정 및 제거하는 공정이 불필요하므로, 제조공정을 단순화할 수 있다. In addition, in the present invention, a process for forming and removing such an insulating film is unnecessary, so that the manufacturing process can be simplified.

이어서 도 5b를 참조하면, 상기 도전층(55)을 제거한다. 또한, 본 발명에서는 상기 도전층(55)을 제거한 이후에 결정화된 실리콘 막의 상부를 일부 식각하여 다결정 실리콘막(54')을 형성한다.5B, the conductive layer 55 is removed. In addition, in the present invention, after removing the conductive layer 55, the upper portion of the crystallized silicon film is partially etched to form the polycrystalline silicon film 54 '.

즉, 본 발명의 제 1 실시예와 마찬가지로, 본 발명의 제 2 실시예에서도 비정질 실리콘(a-Si)막에 도전층이 직접 접촉함에 의하여 비정질 실리콘막의 상부영역이 오염되게 되므로, 상기 오염된 실리콘막의 상부영역을 제거하는 것이 바람직하며, 이때, 상기 결정화된 실리콘 막의 상부를 식각하는 두께는 100Å 내지 500Å인 것이 바람직하다.That is, as in the first embodiment of the present invention, in the second embodiment of the present invention, the upper region of the amorphous silicon film is contaminated by the direct contact of the conductive layer with the amorphous silicon (a-Si) film. It is preferable to remove the upper region of the film, and in this case, the thickness of etching the upper portion of the crystallized silicon film is preferably 100 kPa to 500 kPa.

또한, 상기 다결정 실리콘 층이 박막트랜지스터의 반도체층으로 효과적으로 기능하기 위해서는 일부 식각된 다결정 실리콘막(54')의 두께는 500Å 이상인 것이 바람직하다.In addition, in order for the polycrystalline silicon layer to function effectively as a semiconductor layer of the thin film transistor, it is preferable that the thickness of the partially etched polycrystalline silicon film 54 'is 500 Å or more.

이어서, 도 3c를 참조하면, 상기 일부 식각된 다결정 실리콘막(54')을 패터닝 하여 반도체층(57)을 형성한다.Next, referring to FIG. 3C, the partially etched polycrystalline silicon film 54 ′ is patterned to form a semiconductor layer 57.

이어서, 상기 반도체층(57) 상에 오믹콘택 물질막 및 소오스/드레인 도전막을 차례로 적층하고, 적층된 소오스/드레인 도전막 및 오믹콘택 물질막을 차례로 패터닝하여 소오스/드레인 전극(59a, 59b) 및 오믹콘택층(ohmic contact layer; 58)을 형성한다. 상기 오믹콘택층(58)은 불순물이 도핑된 비정질 실리콘막일 수 있으며, 상기 반도체층(57)에 불순물을 도핑하는 경우에는 상기 오믹콘택층(58)을 형성하지 않을 수 있다. Subsequently, an ohmic contact material film and a source / drain conductive film are sequentially stacked on the semiconductor layer 57, and the stacked source / drain conductive film and the ohmic contact material film are patterned in order to sequentially source / drain electrodes 59a and 59b and ohmic. An ohmic contact layer 58 is formed. The ohmic contact layer 58 may be an amorphous silicon film doped with an impurity, and the ohmic contact layer 58 may not be formed when an impurity is doped into the semiconductor layer 57.

이로써, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조할 수 있다.Thus, the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention can be manufactured.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설 명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

도 1은 일반적인 주울 가열에 의한 결정화 방법을 설명하기 위한 단면도,1 is a cross-sectional view for explaining a crystallization method by common joule heating;

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조하는 공정을 나타낸 단면도,2A to 2D are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention;

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막트랜지스터를 제조하는 공정을 나타낸 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention.

Claims (20)

기판의 상부에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계;Forming an amorphous silicon film on the substrate; 상기 비정질 실리콘막 상에 두께가 500Å 내지 3000Å인 도전층 형성하는 단계; 및Forming a conductive layer having a thickness of 500 mV to 3000 mV on the amorphous silicon film; And 상기 도전층에 전계를 인가하여, 1100℃ 이상의 온도로 상기 비정질 실리콘막을 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘막의 제조방법.Applying an electric field to the conductive layer to crystallize the amorphous silicon film at a temperature of 1100 ° C. or higher. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도전층을 제거하는 단계; 및Removing the conductive layer; And 상기 결정화된 실리콘막의 상부를 일정 두께로 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘막의 제조방법.And etching the upper portion of the crystallized silicon film to a predetermined thickness. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 결정화된 실리콘막의 상부를 식각하는 두께는 100Å 내지 500Å인 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘막의 제조방법.The thickness of etching the upper portion of the crystallized silicon film is a method of producing a polycrystalline silicon film, characterized in that 100 ~ 500Å. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 비정질 실리콘막과 상기 도전층은 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 다결정 실리콘막의 제조방법. And the amorphous silicon film and the conductive layer are in direct contact with each other. 기판을 제공하는 단계;Providing a substrate; 상기 기판의 상부에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계;Forming an amorphous silicon film on the substrate; 상기 비정질 실리콘막 상에 두께가 500Å 내지 3000Å인 도전층을 형성하는 단계;Forming a conductive layer having a thickness of 500 mV to 3000 mV on the amorphous silicon film; 상기 도전층에 전계를 인가하여, 1100℃ 이상의 온도로 상기 비정질 실리콘막을 결정화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And applying an electric field to the conductive layer to crystallize the amorphous silicon film at a temperature of 1100 ° C. or higher. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 비정질 실리콘막과 상기 도전층은 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And the amorphous silicon film and the conductive layer are in direct contact with each other. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 도전층을 제거하는 단계; 및Removing the conductive layer; And 상기 결정화된 실리콘막의 상부를 일정 두께로 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And etching the upper portion of the crystallized silicon film to a predetermined thickness. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 결정화된 실리콘막의 상부를 식각하는 두께는 100Å 내지 500Å인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.The thickness of etching the upper portion of the crystallized silicon film is a method of manufacturing a thin film transistor, characterized in that 100 to 500Å. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 일정 두께로 식각된 결정화된 실리콘막을 패터닝하여 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And forming a semiconductor layer by patterning the crystallized silicon film etched to a predetermined thickness. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;Forming a gate insulating film on the semiconductor layer; 상기 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode on the gate insulating film; 상기 게이트 전극 상에 층간 절연막을 형성하는 단계; 및Forming an interlayer insulating film on the gate electrode; And 상기 층간 절연막 상에 상기 반도체층의 소오스/드레인 영역과 전기적으로 연결되는 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And forming a source / drain electrode electrically connected to the source / drain regions of the semiconductor layer on the interlayer insulating layer. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 기판의 상부에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계는Forming an amorphous silicon film on the substrate 기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계;Forming a buffer layer on the substrate; 상기 버퍼층 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode on the buffer layer; 상기 게이트 전극을 포함하는 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및 Forming a gate insulating film on an entire surface of the substrate including the gate electrode; And 상기 게이트 절연막 상에 비정질 실리콘막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And forming an amorphous silicon film on the gate insulating film. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 도전층에 전계를 인가하여, 상기 비정질 실리콘막을 결정화하는 단계 이후,After applying an electric field to the conductive layer to crystallize the amorphous silicon film, 상기 도전층을 제거하는 단계; 및Removing the conductive layer; And 상기 결정화된 실리콘막의 상부를 일정 두께로 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And etching the upper portion of the crystallized silicon film to a predetermined thickness. 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 결정화된 실리콘막의 상부를 식각하는 두께는 100Å 내지 500Å인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.The thickness of etching the upper portion of the crystallized silicon film is a method of manufacturing a thin film transistor, characterized in that 100 to 500Å. 제 12 항에 있어서,13. The method of claim 12, 상기 일정 두께로 식각된 결정화된 실리콘막을 패터닝하여 반도체층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And patterning the crystallized silicon film etched to a predetermined thickness to form a semiconductor layer. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 반도체층 상에 오믹콘택 물질막 및 소오스/드레인 도전막을 차례로 적층하는 단계; 및Sequentially stacking an ohmic contact material film and a source / drain conductive film on the semiconductor layer; And 상기 적층된 소오스/드레인 도전막 및 오믹콘택 물질막을 패터닝하여 소오스/드레인 전극 및 오믹콘택층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And patterning the stacked source / drain conductive layer and the ohmic contact material layer to form a source / drain electrode and an ohmic contact layer. 삭제delete 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 도전층은 몰리브덴(Mo), 티탄늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 몰리텅스텐(MoW)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법. The conductive layer comprises molybdenum (Mo), titanium (Ti), chromium (Cr) or molybdenum (MoW) manufacturing method of a thin film transistor. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 도전층은 녹는점이 1100℃ 이상인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법. The conductive layer is a manufacturing method of a thin film transistor, characterized in that the melting point is more than 1100 ℃. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 도전층에 전계를 인가하기 전에 상기 비정질 실리콘막에 n형 또는 p형 불순물을 도핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And doping an n-type or p-type impurity into the amorphous silicon film before applying an electric field to the conductive layer. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 도전층에 전계를 인가하고 난 후 상기 결정화된 실리콘막에 n형 또는 p형 불순물을 도핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.And applying doping an n-type or p-type impurity to the crystallized silicon film after applying an electric field to the conductive layer.
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