KR100272266B1 - Thin film transistor and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 평판 표시 소자중의 하나인 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Cristal Display)에 관한 것으로써, 보다 더 구체적으로는 온 전류(on current)를 증가시킬 수 있는 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor-liquid crystal display (TFT-LCD), which is one of flat panel display devices, and more particularly to a thin film transistor capable of increasing on current and a method of manufacturing the same. It is about.
일반적으로, 액정표시소자(LCD)의 화소전극구동용 스위칭소자로서 사용되는 박막 트랜지스터 또는 SRAM(Static Random Access Memory)소자에 사용되는 활성층인 반도체 층을 사이에 두고 게이트 전극과 소오스/드레인 전극이 분리되어 있는 스태거(staggered)형과 반도체 기판의 일면(一面)에 게이트전극과 소오스/드레인 전극이 형성되어 있는 코플라나(coplanar)형으로 크게 분류된다.In general, a gate electrode and a source / drain electrode are separated between a thin film transistor used as a pixel electrode driving switching element of a liquid crystal display (LCD) or a semiconductor layer, which is an active layer used for a static random access memory (SRAM) element, interposed therebetween. They are broadly classified into staggered shapes and coplanar shapes in which gate electrodes and source / drain electrodes are formed on one surface of a semiconductor substrate.
또한, 스태거형 박막 트랜지스터는 게이트전극이 활성충하부에 위치하는 역스태거형 박막 트랜지스터(inverted staggered TFT)와 게이트 전극이 활성층 상부에 위치하는 노말 스태거형 박막 트랜지스터(normally staggered TFT)로 분류된다.In addition, staggered thin film transistors are classified into inverted staggered TFTs whose gate electrodes are located at active charges and normally staggered TFTs whose gate electrodes are located above the active layer. .
그리고, 이러한 박막 트랜지스터는 활성충의 물질에 따라 비정실 실리콘, 또는 폴리실리콘을 이용한 박막 트랜지스터와, 화합물 반도체를 이용한 박막 트랜지스터로 구분된다.Such thin film transistors are classified into thin film transistors using amorphous silicon or polysilicon and thin film transistors using compound semiconductors, depending on the active material.
제1도는 종래의 액정표시소자에 사용되는 박막 트랜지스터의 단면 구조를 도시한 것이다.1 shows a cross-sectional structure of a thin film transistor used in a conventional liquid crystal display device.
제1도를 참조하면, 유리기판과 같은 투명한 절연기판(11)상에 게이트 전극(12)이 형성되고, 게이트 전극(12)이 형성된 절연기판(11)상에 게이트 절연막(13)이 형성된다.Referring to FIG. 1, a
상기 게이트 전극(12)에 대응하는 게이트 절연막(13)상부에 비정질 실리콘으로 된 활성층(14)이 형성되며, 상기 게이트 전극(12)에 대응하는 상기 활성층(14)상에 에치 스톱퍼(15)가 형성된다.An
상기 에치 스톱퍼(15)의 상면이 노출되도록 상기 활성층(14) 및 게이트 절연막(13)사이에 걸쳐 소오스/드레인 전극(17, 18)이 형성되며, 상기 소오스/드레인 전극(17, 18)과 활성층(14)사이에는 도핑된 비정질 실리콘등으로 된 오믹층(16)이 형성되며, 기판전면에 걸쳐 보호막으로 패시베이션층(19)이 형성된다.Source /
상기한 바와같은 구조를 갖는 종래의 박막 트랜지스터는 게이트전극(12)에 일정 전압이 인가되면, 게이트 전극(12)에 인가된 전압에 의해 게이트 전극(12) 상부의 활성층(14)에 채널층이 유기된다.In the conventional thin film transistor having the structure as described above, when a predetermined voltage is applied to the
이때, 게이트 전극(12)의 폭이 상대적으로 그 상부의 활성층(14)의 폭보다 작게 형성되어, 게이트 전극(12)의 전압인가에 따른 채널층이 소오스/드레인 전극(16, 17)하부의 활성충(14)에는 채널층이 유기되지 않게 된다.At this time, the width of the
따라서, 채널층의 형성에 따라 전류가 소오스전극(17)으로부터 게이트전극(12)의 전압에 의해 유기된 채널층을 통해 드레인 전극(18)으로 흐르는 전류패스가 형성되는데, 좀더 상세히 설명하면, 제1도에 도시된 바와같이 소오스 전극(17)→ 오믹층(16)→소오스 전극(17) 하부의 활성층(14)→게이트 전극(12)에 인가된 전압에 의해 유기된 채널층→드레인 전극 하부의 활성층(14)→오믹층(16)→드레인 전극(18)으로 전류가 흐르도록 전류 패스가 형성되게 된다.Accordingly, according to the formation of the channel layer, a current path is formed in which a current flows from the
따라서, 박막 트랜지스터를 통해서 전류가 흐를 때, 전류가 채널층이 형성되지 않은 소오스/드레인 전극(16, 17)의 하부의 활성층(14)을 통해 흐르게 되는데, 이때 채널층이 형성되지 않은 활성층은 비정질 실리콘층이 절연체에 가까운 높은 비저항을 갖기 때문에, 박막 트랜지스터를 통해서 흐르는 온전류를 감소시키는 주요 요인이 된다.Thus, when current flows through the thin film transistor, current flows through the
상기 요인에 의해 박막 트랜지스터의 온전류가 감소함에 따라 액정에 충분한 전하를 공급할 수 없기 때문에 액정표시소자의 화질을 저하시키는 문제점이 있었다.As the on-current of the thin film transistor decreases due to the above factors, sufficient charge cannot be supplied to the liquid crystal, thereby degrading the image quality of the liquid crystal display device.
또한, 상기에서 설명한 바와같이 활성층(14)의 폭이 게이트 전극(12)의 폭보다 크기 때문에, 백라이트로부터 광이 게이트 금속(12)에 의해 완전히 차단되지 않고 활성층(14)에 입사되어 활성층(14)을 통해 전류가 흐르게 되는데, 이는 박막 트랜지스터의 오프 전류(off current)를 증가시키는 주요한 요인으로 작용한다.In addition, as described above, since the width of the
따라서, 박막 트랜지스터를 통해서 흐르는 오프 전류가 누설전류로 작용하여 액정에 걸리는 전압을 떨어뜨리기 때문에 화질에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.Therefore, since the off current flowing through the thin film transistor acts as a leakage current to drop the voltage applied to the liquid crystal, there is a problem that adversely affects the image quality.
본 발명은 상기한 바와같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 활성층을 게이트 전극 상부에만 형성하여 전류가 비저항이 높은 비정질 실리콘층을 거치지 않고 흐르도록 전류 패스를 형성하여 줌으로써, 온전류를 상승시킬 수 있는 박막 트랜지스터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the present invention forms an active layer only on the gate electrode to form a current path so that the current flows without passing through the amorphous silicon layer having a high specific resistance, the on-current It is an object of the present invention to provide a thin film transistor and a method of manufacturing the same that can raise the.
본 발명은 활성층으로 입사되는 백라이트로부터의 광을 게이트 전극에 의해 완전 차단시켜 줌으로써 백 라이트에 의한 오프전류의 증가를 방지할 수 있는 박막트랜지스터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film transistor and a method of manufacturing the same, which can prevent an increase in off current caused by a backlight by completely blocking light from a backlight incident to the active layer by a gate electrode.
또한, 본 발명은 온/오프 전류비를 증가시켜 화질을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터 및 그의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a thin film transistor and a method for manufacturing the same that can improve the image quality by increasing the on / off current ratio.
제1도는 종래 기술에 따른 박막 트랜지스터의 단면 구조도.1 is a cross-sectional structure diagram of a thin film transistor according to the prior art.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면 구조도.2 is a cross-sectional structure diagram of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
제3(a)도-제3(d)도는 제2도의 박막 트랜지스터의 제조공정 단면도.3 (a) to 3 (d) are sectional views of the manufacturing process of the thin film transistor of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
31 : 절연기판 32 : 게이트31: insulated substrate 32: gate
33-1 : 제1게이트 절연막 33-2 : 제2게이트 절연막33-1: first gate insulating film 33-2: second gate insulating film
34 : 활성층 35 : 에치 스톱퍼34: active layer 35: etch stopper
36 : 오믹층 37 : 소오스 전극36: ohmic layer 37: source electrode
38 : 드레인 전극 39 : 패시베이션충38: drain electrode 39: passivation charge
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판과; 상기 기판상에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극을 포함한 기판상에 형성된 제1게이트 절연막과; 상기 게이트 전극상부의 상기 제1게이트 절연막상에 형성된 제2게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막상에 상기 게이트 전극의 에지로부터 0.5-1.5㎛ 떨어져 형성되는 활성층과; 상기 활성층의 상면이 노출되도록 상기 제1게이트 절연막상에 형성된 소오스/드레인 전극과; 상기 소오스/드레인 전극과 상기 활성층간의 오믹콘택을 위해 이들사이에 형성된 오믹층과; 상기 활성층간에 상기 게이트 전극의 에지로부터 1.0-2.0㎛ 떨어져 형성되는 에치스톱퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터를 제공한다.The present invention for achieving the above object; A gate electrode formed on the substrate; A first gate insulating film formed on the substrate including the gate electrode; A second gate insulating film formed on the first gate insulating film over the gate electrode; An active layer formed on the gate insulating film 0.5-1.5 μm away from an edge of the gate electrode; A source / drain electrode formed on the first gate insulating layer to expose an upper surface of the active layer; An ohmic layer formed therebetween for ohmic contact between the source / drain electrode and the active layer; It provides a thin film transistor comprising an etch stopper formed between 1.0-2.0㎛ from the edge of the gate electrode between the active layer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1게이트 절연막은 SiON 또는 SiOx으로 3000 내지 500 Å 의 두께를 갖으며, 상기 제2게이트 절연막은 SiNx으로 300 내지 500Å 의 두께를 갖는다.In an embodiment of the present invention, the first gate insulating film has a thickness of 3000 to 500 GPa with SiON or SiO x , and the second gate insulating film has a thickness of 300 to 500 GPa with SiN x .
본 발명은 기판상에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극을 포함한 기판상에 제1게이트 절연막, 제2게이트 절연막 및 활성층을 형성하는 단계와; 실리콘 질화막을 활성층상에 형성하는 단계와; 상기 실리콘 질화막을 후면 또는 전면노광하여 에치스톱퍼를 상기 게이트 전극의 에지로부터 1.0-2.0㎛ 떨어져 형성하는 단계와; 전면노광 또는 후면노광으로 상기 활성층과 제2게이트 절연막을 식각하여, 활성층과 제2게이트 절연막을 상기 게이트 전극의 에지로부터 0.5-1.5㎛ 떨어져 형성하는 단계와; 기판전면에 오믹층 및 소오스/드레인 전극용 금속을 증착하는 단계와; 상기 금속을 패터닝하여 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 소오스/드레인 전극사이의 상기 활성층이 노출되도록 오믹층을 식각하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention includes forming a gate electrode on a substrate; Forming a first gate insulating film, a second gate insulating film, and an active layer on the substrate including the gate electrode; Forming a silicon nitride film on the active layer; Exposing the silicon nitride film to the back or front to form an etch stopper 1.0-2.0 μm away from an edge of the gate electrode; Etching the active layer and the second gate insulating layer by front exposure or back exposure to form an active layer and the second gate insulating layer 0.5-1.5 μm away from an edge of the gate electrode; Depositing an ohmic layer and a metal for source / drain electrodes on the entire surface of the substrate; Patterning the metal to form a source / drain electrode; And etching the ohmic layer so that the active layer between the source and drain electrodes is exposed.
[실시예]EXAMPLE
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 단면 구조를 도시한 것이다. 제2도를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 유리기판과 같은 투명한 절연기판(31)상에 MoTa, MoW, 또는 Cr 등과 같은 금속으로 되고, 2000 내지 3000Å 의 두께를 갖는 게이트 전극(32)이 형성된다.2 shows a cross-sectional structure of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. 2, the thin film transistor according to the embodiment of the present invention is a metal such as MoTa, MoW, or Cr on a transparent
상기 게이트 전극(12)을 포함한 절연기판(31)상에 2충구조의 게이트 절연막(33)이 형성되는데, 게이트 절연막(33)중 SiOx또는 SiON 등과 같은 절연 막으로 된 제1게이트 절연막(33-1)은 게이트 전극(32)을 포함한 절연기판(31)상에 전면 형성되고, SiNx등과 같은 절연막으로 된 박막의 제2게이트 절연막(33-2)은 게이트 상부의 제1게이트 절연막(33-1)상에만 형성된다. 여기서, 제1게이트 절연막(33-1)은 3000 내지 5000Å 정도의 두께를 갖으며, 제2게이트 절연막(33-2)은 상대적으로 얇은 300 내지 500Å 정도의 두께를 갖는다.A double-layered gate
또한, 본 발명의 실시예에서는, 400 - 600Å 의 두께를 갖는 비정질 실리콘막으로 된 박막의 활성층(34)이 상기 제2게이트 절연막(33-2)상에만 형성되어, 상기 게이트 전극(32)의 폭보다 활성층(34)의 폭이 작게 형성되어진다.Further, in the embodiment of the present invention, an
상기 활성층(34)상에는 에치 스톱퍼(35)가 형성되고, 상기 에치 스톱퍼(35)의 상면이 노출되도록 상기 게이트 절연막(33)상에 소오스/드레인 전극(37, 38)이 형성되며, 상기 소오스/드레인 전극(37, 38)과 활성층(34)사이에는 도핑된 비정질 실리콘등으로 된 오믹층(36)이 형성되며, 기판전면에 걸쳐 보호막으로 패시베이션층(39)이 형성된다.An
상기한 바와같은 구조를 갖는 본 발명의 박막 트랜지스터는 게이트전극(12)에 일정 전압이 인가되면, 게이트 전극(12)에 인가된 전압에 의해 활성층(34)에 채널층이 유기된다.In the thin film transistor of the present invention having the structure as described above, when a constant voltage is applied to the
채널층이 형성됨에 따라 전류가 소오스전극(37)으로부터 게이트 전극(32)에 인가된 전압에 의해 유기된 채널층 즉, 제2게이트 절연막(33-2)과 활성층(34)의 계면을 통해 드레인 전극(38)으로 흐르는 전류패스가 형성된다.As the channel layer is formed, current is drained through an interface between the channel layer, that is, the second gate insulating layer 33-2 and the
즉, 활성층(34)의 폭이 게이트 전극(32)의 폭보다 작게 형성되어 활성층(34)이 게이트 전극(32)상부에만 형성되므로, 소오스 전극(37)으로부터 드레인 전극(38)으로 흐르는 전류는 저항성분이 높은 활성층을 거치지 않고 흐르게 되어 온전류가 증가된다.That is, since the width of the
상기한 바와같은 박막 트랜지스터의 제조방법을 제3(a)도-제3(d)도 를 참조하여 설명하면, 다음과 같다.The manufacturing method of the thin film transistor as described above will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.
먼저, 제3(a)도에 도시된 바와같이, 투명한 유리기판과 같은 절연기판(31)상에 게이트 전극용 금속으로 MoTa, MoW 또는 Cr등을 2000 내지 3000 Å두께로 스퍼터를 사용하여 증착하고, 통상의 게이트 마스크(제1마스크, 도면상에는 도시되지 않음)를 사용한 포토 리소그래피법을 이용하여 패터닝하여 게이트 전극(32)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3 (a), MoTa, MoW, Cr, etc. are deposited on the
이어서, 제3(b)도에 도시된 바와같이, PECVD 또는 APCVD 를 사용하여 제1게이트 절연막(33-1)으로 SiOx을, 제2게이트 절연막(33-2)으로 SiNx, 활성층(34)으로 a-Si 및 에치 스톱퍼(35)로 SiNx을 각각 3000 내지 5000Å, 300 내지 500Å, 400 내지 600Å, 3000Å의 두께로 증착한다.Subsequently, as shown in FIG. 3 (b), SiO x is used as the first gate insulating film 33-1, SiN x is used as the second gate insulating film 33-2, and the
제3(c)도에 도시된 바와같이, 에치 스토퍼 마스크(제2마스크, 도면상에는 도시되지 않음)를 사용하여 전면 노광 또는 후면 노광을 실시하여 에치 스토퍼용 SiNx를 패터닝하여 에치스톱퍼(35)를 형성한다. 이때, 노광조건을 조정하여 에치 스톱퍼(35)가 게이트전극(32)의 에지로부터 1.0-2.0㎛ 정도 떨어져 형성되도록 한다.No. 3 (c) also, the etch stopper mask (the second mask, not shown formed on the figure) over the exposure or
계속하여 액티브 마스크(제3마스크, 도면상에는 도시되지 않음)를 사용하여 전면 노광 또는 후면 노광을 실시하여 a-Si 를 식각하므로써 활성층(34)을 형성한다. 이때, 노광 조건을 조정하여 활성층(34)을 게이트전극(32)의 에지로부터 0.5-1.5㎛ 떨어지게 패터닝하므로써, 활성층(34)이 게이트 전극(32) 상부에만 형성되게 된다.Subsequently, the
활성층(34)을 위한 a-Si 의 식각시 제2 게이트절연막(33-2)인 SiNx를 동시에 식각하는데, 제2게이트 절연막(33-2)인 SiNx의 두께가 300 내지 500Å 정도밖에 되지 않고, 제1 게이트 절연층(33-1)인 SiOx의 두께가 300 내지 5000Å 이기 때문에, 제1게이트 절연막(33-1)에 대하여 제2 절연막(33-2)만을 식각하는데 충분한 식각 선택비를 가질 수 있다. 여기서, 제2게이트 절연막(33-2)으로 SiNx대신에 SiON 이 형성될 수도 있다.SiN x , which is the second gate insulating film 33-2, is simultaneously etched when a-Si is etched for the
이어서, 도면상에는 도시되지 않았으나, 화소전극용 ITO막을 스퍼터링법으로 증착하고, 화소전극용 마스크(제4마스크)를 사용하여 ITO상 막을 패터닝하여 화소전극을 형성한다. 그 다음, 콘택 마스크(제5마스크, 도면상에는 도시되지 않음)를 사용하여 외부에서 신호를 인가하기 위한 PAD 형성공정을 진행한다.Subsequently, although not shown in the drawing, a pixel electrode ITO film is deposited by a sputtering method, and a pixel electrode is formed by patterning an ITO phase film using a pixel electrode mask (fourth mask). Then, a PAD forming process for applying a signal from the outside is performed using a contact mask (a fifth mask, not shown in the figure).
기판 전면에 걸쳐 n+a-Si막(36)을 전면 증착하고 그위에 소오스/드레인 전극용 금속을 스퍼터링법으로 증착하고, 소오스/드레인용 마스크(제6마스크, 도면상에는 도시되지 않음)를 사용하여 상기 금속을 패터닝하여 소오스/드레인 전극(37, 38)을 형성 한다.An n + a-Si film 36 was deposited on the entire surface of the substrate, and the source / drain electrode metal was sputtered thereon, and a source / drain mask (sixth mask, not shown in the drawing) was used. The metal is patterned to form source /
상기 소오스/드레인 전극(37, 38)을 형성한 다음 이들을 전기적으로 분리하기 위해 노출된 n+ a-Si막(36)을 건식식각하여 에치 스톱퍼(35)의 상면을 노출시킨다.After forming the source /
이어서, 보호막인 패시베이션층(39)을 PECVO법으로 증착하고, 패시베이션 마스크(제7마스크, 도면상에는 도시되지 않음)를 사용하여 패시베이션막을 패터닝하여 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 제조한다.Subsequently, a
상기한 바와같은 본 발명에 따르면, 게이트 전극의 상부에만 활성층을 형성하여 전류가 비저항이 높은 비정질 실리콘층을 통하지 않고 소오스전극으로부터 채널층만을 통해 드레인전극으로 흐르게 되므로써, 온전류가 상승하게 된다.According to the present invention as described above, since the active layer is formed only on the gate electrode, the current flows from the source electrode to the drain electrode only through the channel layer and not through the amorphous silicon layer having a high resistivity, thereby increasing the on-current.
또한, 백라이트에 의한 활성층에서의 광전류의 발생이 억제되어 오프 전류를 감소시킬 수 있게 된다.In addition, generation of photocurrent in the active layer by the backlight can be suppressed to reduce the off current.
따라서, 온/오프 전류비가 증가하여 화소전극에 충분한 전하를 공급할 수 있어 화질을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, the on / off current ratio is increased, so that sufficient charge can be supplied to the pixel electrode, thereby improving the image quality.
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