박막 트랜지스터 및 그 제조방법 document_id A220623014929

본 발명은 박막 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다. 최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다. 그 중 색 재현성 등이 우수한 액정표시장치(liquid crystal display) 및 유기발광표시장치(Orgarnic light emitting device)가 활발하게 개발되고 있었다. 액정표시장치 또는 유기발광표시장치는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이러한 박막 트랜지스터의 반도체층은 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 형성할 수 있었다. 다결정 실리콘은 비정질 실리콘에 비해 전계효과 이동도가 100 내지 200배 정도 더 크므로 응답 속도가 빠르고, 온도와 빛에 대한 안정성이 우수하였다. 또한, 박막 트랜지스터와 구동 회로를 동일 기판 상에 형성할 수 있으며, 박막 트랜지스터와 구동 회로를 연결하는 과정이 불필요하므로 공정이 간단해지는 장점이 있어, 다결정 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터의 필요성이 증대되고 있었다. 다결정 실리콘 반도체층은 다결정 실리콘을 직접 증착(as-deposition)하거나, 비정질 실리콘을 결정화함으로써 형성할 수 있었다. 비정질 실리콘을 이용하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로는 고상 결정화(Solid Phase Crystallization; SPC) 방법, 금속유도 결정화(Metal Induced Crystallization; MIC) 방법, 그리고 엑시머 레이저 어닐링(Excimer Laser Annealing; ELA) 방법, 순차 측면 고상법(sequential lateral solidification; SLS) 등이 있었다. 그 중, 엑시머 레이저 어닐링 방법은 가장 널리 사용되는 결정화 방법으로, 약 308nm의 파장을 갖는 엑시머 레이저(XeCl 등)를 조사함으로써 비정질 실리콘층을 결정화시키는 방법이었다. 엑시머 레이저 어닐링 방법은 비교적 유리 기판에 미치는 열적 영향이 적고, 우수한 특성을 갖는 다결정 실리콘층을 만들 수 있기 때문에 널리 이용되고 있었다. 도 1a는 엑시머 레이저 어닐링법에 의해 결정화된 다결정 실리콘층을 도시한 단면도이며, 도 1b는 엑시머 레이저 어닐링법에 의해 결정화된 다결정 실리콘층을 도시한 사진이다. 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 엑시머 레이저 어닐링법에 의해 형성된 다결정 실리콘층(120)은 급속한 결정화 속도로 인하여 밀도의 차이가 발생하여, 결정립(grain; A)들의 경계인 결정립계(grain boundary; B)에 해당되는 영역 상에 돌기부(protrusion; C)들이 형성되었다. 다결정 실리콘층(120)은 돌기부(C)로 인하여 표면이 불균일해지며, 다결정 실리콘층(120) 상에 후속하여 형성되는 게이트 절연막과 게이트 전극용 금속막도 불균일하게 적층되었다. 이는 박막 트랜지스터의 누설전류를 증가시키고, 게이트 전극용 금속막에 힐록(hill-lock)을 발생시켜 소자의 특성저하를 초래하는 원인이 되었다. 또한, 돌기부들은 에칭 공정과 노광 공정시 불균일성을 유발하여 소자의 신뢰성 저하를 초래하는 문제가 있었다.