KR0151877B1 - 액정표시장치용 박막 트랜지스터 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시장치용 박막 트랜지스터 및 그 제조방법

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KR0151877B1
KR0151877B1 KR1019940031940A KR19940031940A KR0151877B1 KR 0151877 B1 KR0151877 B1 KR 0151877B1 KR 1019940031940 A KR1019940031940 A KR 1019940031940A KR 19940031940 A KR19940031940 A KR 19940031940A KR 0151877 B1 KR0151877 B1 KR 0151877B1
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Abstract

본발명은 액정표시장치용 박막 트랜지스터 및 그 제조방법에 관한것으로서, 반도체층 패턴의 하부에 게이트전극이 형성되고 반도체층 패턴의 상부에 에칭 스토퍼가 형성되는 역스테거드형 TFT에서 게이트전극과 투명기판의 하부에 게이트라인과 수평하거나 소정의 각도를 갖는 금속패턴을 막대 형상으로 개재시켜 그 상측에 적층되는 반도체층 패턴의 표면적을 증가시켰으므로, TFT의 채널폭이 증가되어 소형화가 가능하고 LCD의 개구율을 증가시켜 고화소화 및 고정세화에 유리하다.

Description

액정표시장치용 박막 트랜지스터 및 그 제조방법
제1도는 종래 기술의 일실시예에 따른 액정표시장치용 박막 트랜지스터의 단면도.
제2도는 종래 기술의 다른 실시예에 따른 액저표시장치용 박막 트랜지스터의 단면도.
제3도는 본발명에 따른 액정표시장치용 박막 트랜지스터의 단면도.
제4a도 내지 제4d도는 본 발명에 따른 액정표시장치용 박막 트랜지스터의 제조 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 투명기판 2 : 게이트전극
3 : 게이트절연막 4 : 반도체층
5 : 에칭 스토퍼 6 : 고농도 불순물층
7 : 소오스/드레인전극 8 : 금속패턴
9 : 감광막패턴
본발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display;이하 LCD라 칭함)용 박막 트랜지스터(thin film transistor;이하 TFT라 칭함) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 게이트 라인에 수직한 선과 교차되는 방향으로 연장되어있는 스틱 형상의 금속패턴을 형성하고 그 상측에 게이트전극을 형성하여 반도체층 패턴의 표면적을 증가시켜 TFT의 채널폭이 증가되는 효과를 얻게되어 TFT를 작게 형성하여도 동일한 구동특성을 갖도록 하여 개구율을 향상시키고 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 LCD용 TFT 및 그 제조방법에 관한 것이다.
평판표시장치(flat pannel display)의 일종인 LCD는 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정에 전계를 가하여 광학적 이방성을 변화시키는 장치로서, 종래 음극선관(Cathode Ray Tube)에 비해 소비전력이 낮고, 부피가 작으며, 대형화 및 고정세화가 가능하여 널리 사용되고 있다.
일반적으로 LCD는 화소전극이 형성되어 스위칭 소자와 연결되어 있는 하측 액정기판과 공통전극이 형성되어 있는 상측 액정기판의 사이에 액정이 밀봉되어 있는 형태로 구성된다.
종래 LCD의 제조방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 석영재질의 투영기판상에 인듐·틴·옥사이드(indum thin oxide;이하 ITO라 칭함)로된 화소전극과 투명전극 패턴을 형성하고, 상기 투명 전극 패턴의 단락을 방지하기 위한 보호막과 액정을 배열시키기 위한 배향막을 순차적으로 형성한다.
그다음 상기 배향막에 방향성을 주기 위하여 원통형의 코아에 천이 감겨있는 러빙 롤을 사용하여 배향막에 일정방향의 골들을 형성하는 러빙을 실시하여 하측 액정기판을 완성한다.
그후, 공통전극을 갖는 상측 액정기판을 형성한 후, 상기 상·하측 액정기판을 일정한 셀겝을 갖도록 스페이서 및 실패턴을 형성하여 봉합시키고, 셀겝에 액정을 주입하고 밀봉하여 LCD를 완성한다.
상기와 같은 통상의 LCD는 사용되는 액정의 종류나 구동 방법등에 의해 티·엔(Twisted Nematic), 에스·티·엔(Super Twisted Nematic), 강유전성(Ferroelectric) 및 TFT LCD등으로 구분된다.
여기서 TFT 소자를 화소 동작의 스위칭 소자로 사용하는 TFT LCD는 다른 종류의 LCD에 비해 응답속도가 빠르고, 넓은 시야각을 가지며, 대화면, 고정세화 및 고화질화가 가능하여 휴대용 TV나 랩탑 PC등에 널리 사용되고 있다.
이러한 TFT의 구조는 크게 반도체층 패턴인 활성층의 위치에 따라 구별할 수 있다. 즉 반도체층을 사이에 두고 게이트 전극과 소오스/드레인 전극이 분리되어 있는 스테거드(staggered)형과 반도체층의 일면에 게이트 전극과 소오스 드레인 전극이 형성되어 있는 코플라나(coplanar)형으로 나눈다.
그러나 상기의 TFT LCD는 화소의 일측에 TFT 소자를 형성하여야하고 소자를 동작시키기 위하여 게이트 버스 및 데이타 버스선을 배치하여야 하므로 화소의 개구율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한 LCD의 제조 비용절감을 위하여 대면적의 유리기판에 형성하는기술이 필요하며, 이를 위하여 저온에서 제작이 가능한 비정질 실리콘층을 채널로 사용한다.
그러나 비정질 실리콘층을 채널로 사용한 TFT는 응답속도를 결정하는 전하 이동도 특성이 낮으므로, 일정시간내에 화소전극을 충분히 차징(charging) 시키기 위해서는 전류의 통로가 되는 채널의 폭을 증가시켜야 한다. 따라서, TFT의 크기가 증가되어 개구율이 떨어진다.
또한 비정질 실리콘층은 광 흡수에 의해 다량의 누설전류가 생기므로 이를 감소시키기 위하여 채널영역을 게이트전극이 가리는 역스테거드(invert sterded)형 TFT를 주로 사용한다.
제1도 및 제2도는 종래 기술을 설명하기 위한 도면들로서, 역스테거드형 TFT의 예이며, 서로 연관시켜 설명한다.
먼저, 투명재질의 투명기판(1)상에 금속패턴으로된 게이트전극(2)이 형성되어 있으며, 상기 구조의 전표면에 질화막으로된 게이트절연막(3)과 채널이 되는 반도체층(4) 패턴이 비정질 또는 다결정실리콘으로 순차적으로 형성되어 있다.
또한 상기 게이트전극(2) 상측의 반도체층(4) 패턴상에 에칭스토퍼(5)가 형성되어 있으며, 상기 에칭 스토퍼(5) 양측의 노출되어 있는 반도체층(4) 패턴상에 고농도 불순물층(6)이 형성되어 있고, 상기 고농도 불순물층(6)상에 금속패턴으로된 소오스/드레인전극(7)이 형성되어 있다.
상기와 같은 종래의 TFT는 게이트전극(2)을 Ti, Cr 또는 A1등과 같은 단일 금속 패턴으로 형성하는데, A1은 열에 취약하여 고온 공정전에 사용하면, 열산화나 단선 단락등의 불량이 발생하기 쉬운 문제점이 있다. 또한 Ti, Cr등의 금속은 저항이 A1 보다 커서 소자의 응답속도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
따라서, 제2도에 도시되어있는 바와 같이, 저저항 금속패턴(2A)과 열특성이 우수한 내열금속 패턴(2B)을 함께 사용하는 이층 게이트전극을 사용하게 된다. 그러나 상기의 이층 게이트전극은, 공정이 복잡하고, 채널폭의 증가가 어려워 개구율의 증가에 한계가 있으며, 고화소화 및 고정세화가 어려운 문제점이 있다.
본발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본발명의 목적은 게이트라인과 평행한 방향으로 막대 형상의 하부금속층 패턴들을 형성하고, 그 상측에 게이트전극을 형성하여 게이트전극의 표면적에 비례하는 TFT의 채널폭을 증가시켜 TFT를 소형화하여 개구율을 향상시키고, TFT의 크기가 동일할때 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 LCD용 TFT를 제공함에 있다.
본발명의 다른 목적은 게이트전극의 하부에 막대 형상의 금속패턴들을 형성하여 채널폭을 증가시켜 개구율이 증가되고, 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 LCD용 TFT 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본발명에 따른 LCD용 TFT의 특징은, 투명기판상에 게이트 라인과 수직한 선과 교차되는 한 방향으로 형성되어있는 막대형상의 금속패턴들과, 상기 금속패턴들의 상측을 덮는 게이트전극과, 상기 구조의 전표면에 형성되어 있는 게이트절연막과, 상기 게이트절연막상에 형성되어있는 반도체층 패턴과, 상기 반도체층 패턴에서 채널로 예정되어 있는 부분상에 형성되어있는 에칭 스토퍼와, 상기 에칭 스토퍼 양측의 반도체층 패턴상에 형성되어 있는 고농도 불순물층 패턴과, 상기 고농도 불순물 패턴과 접촉되는 소오스/드레인전극을 구비함에 있다.
다른 목적을 달성하기 위한 본발명에 따른 LCD용 TFT 제조방법의 특징은, 투명기판상에 게이트라인과 수직한 선과 교차되는 방향으로 다수개의 막대형상의 금속패턴들을 형성하는 공정과, 상기 금속패턴을 덮는 게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 구조의 전표면에 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 게이트절연막상에 반도체층을 형성하는 공정과, 상기 게이트전극 상측의 반도체층상에 에칭 스포터를 형성하는 공정과, 상기 에칭 스토퍼에 의해 노출되어있는 반도체층의 양측에 고농도 불순물층을 형성하는 공정과, 상기 에칭스토퍼 양측의 반도체층을 소정의 폭을 갖도록 패턴닝하되 상기 에칭 스토퍼상측의 고농도 불순물층을 제거하여 양측으로 나누는 공정과, 상기 양측으로 나누어진 고농도 불순물층과 접촉되는 소오스/드레인전극을 형성하는 공정을 구비함에 있다.
이하, 본발명에 따른 LCD용 TFT에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제3도는 본발명에 따른 LCD용 TFT의 단면도이다.
먼저, 투명재질, 예를들어 석영이나 유리등의 투명기판(1)에서 게이트전극이 형성되기로 예정되어있는 부분상에 게이트 라인과는 평행한 방향으로 배열되는 막대 형상의 금속패턴(8)들이 형성되어있으며, 상기 금속패턴(8)들의 상측을 덮는 게이트전극(2)이 Cr, Ti 또는 A1 등의 금속으로 형성되어 있다.
또한 상기 구조의 전표면에 산화막으로된 게이트절연막(3)과 채널이 되는 반도체층(4) 패턴이 비정질 또는 다결정실리콘으로 순차적으로 형성되어 있으며, 상기 게이트전극(2) 상측의 반도체층(4) 패턴상에 산화막 또는 질화막 패턴으로된 에칭스토퍼(5)가 형성되어 있다.
또한 상기 에칭 스토퍼(5) 양측의 노출되어 있는 반도체층(4) 패턴상에 N 또는 P형 불순물로 고농도 불순물층(6)이 형성되어 있으며, 상기 고농도 불순물층(6)과 접촉되는 금속패턴으로된 소오스/드레인전극(7)이 형성되어 있다.
상기와 같은 금속패턴(8)은 게이트라인과 평행한 방향으로 형성하는 것이 가장 채널폭을 크게 한다. 그러나, 게이트 라인과 소정의 각을 갖고 비스듬히 형성하여 채널길이를 증가시키는것 보다 채널폭을 더욱 증가시키게 할 수도 있다.
상기의 TFT는 채널이 되는 반도체층(4) 패턴이 금속패턴(8)의 상하 단차에 의해 표면적이 증가되므로, 채널폭이 증가되어 TFT 자체의 크기를 감소시킬 수 있으며, 소자 동작의 신뢰성이 증가된다.
제4a도 내지 제4d도는 본발명에 따른 LCD용 TFT의 제조 공정도이다.
제4a도를 참조하면, 석영이나 유리등의 투명기판(1)에서 게이트전극으로 예정되어 있는 부분상에 한방향으로 연장되는 게이트 라인과 수직한 선에 대하여 소정의 각도를 교차하거나 게이트 라인과 평행한 방향으로 막대형상의 다수개의 금속패턴(8)들을 형성하고, 상기 금속패턴(8)을 덮는 게이트전극(2)을 Cr, Ti 또는 A1 등의 금속패턴으로 형성한다.
제4b도를 참조하면, 상기 구조의 전표면에 산화막으로된 게이트절연막(3)과 비정질 또는 다결정실리콘으로된 반도체층(4)을 순차적으로 형성한 후, 상기 게이트전극(2)상측의 게이트절연막(3)상에 산화막 또는 질화막 패턴으로된 에칭 스토퍼(5)를 형성한다. 여기서 상기 반도체층(4)과 에칭 스토퍼(5)는 화학기상증착(chemical vapor deposition;이하 CVD) 방법으로 형성한다. 또한 상기 에칭 스토퍼(5)의 식각마스크는 후면 노광에 의해 형성된다.
제4c도를 참조하면, 상기 구조의 전표면에 N 또는 P형 불순물이 고농도로 포함되어있는 고농도 불순물층(6)을 도포한 후, 상기 에칭 스토퍼(5) 양측으로 예정된 폭을 갖도록 상기 반도체층(4)의 패턴닝하기 위한 감광막패턴(9)을 형성한다.
제4d도를 참조하면, 상기 감광막패턴(9)에 의해 노출되어있는 고농도 불순물층(6)과 반도체층(4)을 순차적으로 제거하여 반도체층(4) 패턴과 고농도 불순물층(6) 패턴을 형성한다. 이때 상기 에칭 스토퍼(5)에 의해 에칭 스토퍼(5) 하부의 반도체층(4)은 손상되지 않는다. 그후, 상기 감광막패턴(9)을 제거하고, 상기 고농도 불순물층(6)과 접촉되는 소오스/드레인전극(7)을 Cr, Ti 또는 A1으로 형성하여 TFT를 완성한다.
여기서 상기 반도체층(4)과 고농도 불순물층(6)의 패턴닝을 한번에 실시하였으나, 각각을 따로 패턴닝할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본발명에 따른 LCD용 TFT 및 그 제조방법은 반도체층 패턴의 하부에 게이트전극이 형성되고 반도체층 패턴의 상부에 에칭 스토퍼가 형성되는 역스테거드형 TFT에서 게이트전극과 투명기판의 하부에 게이트라인과 수평하거나 소정의 각도를 갖는 금속패턴을 막대 형상으로 개재시켜 그 상측에 적층되는 반도체층 패턴의 표면적을 증가시켰으므로, TFT의 채널폭이 증가되어 소형화가 가능하고, LCD의 개구율을 증가시켜 고화소화 및 고정세화에 유리한 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 투명기판상에 게이트 라인과 수직한 선과 교차되는 한 방향으로 형성되어있는 막대형상의 금속패턴들과, 상기 금속패턴들의 상측을 덮는 게이트전극과, 상기 구조의 전표면에 형성되어 있는 게이트절연막과, 상기 게이트절연막상에 형성되어있는 반도체층 패턴과, 상기 반도체층 패턴에서 채널로 예정되어 있는 부분상에 형성되어있는 에칭 스토퍼와, 상기 에칭 스토퍼 양측의 반도체층 패턴상에 형성되어 있는 고농도 불순물층 패턴과, 상기 고농도 불순물층 패턴과 접촉되는 소오스/드레인전극을 구비하는 액정표시장치용 박막 트랜지스터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명기판이 석영 또는 유리재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 박막 트랜지스터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반도체층이 비정질 또는 다결정실리콘으로 형성되어 있는 것을 특징으로하는 액정표시장치용 박막 트랜지스터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 게이트전극과 소오스/드레인전극이 Cr 또는 A1으로 형성되어 있는 것을 특징으로하는 액정표시장치용 박막 트랜지스터.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고농도 불순물층이 N 또는 P형인 것을 특징으로하는 액정표시장치용 박막 트랜지스터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 에칭 스토퍼가 산화막 또는 질화막 패턴으로 형성되는 것을 특징으로하는 액정표시장치용 박막 트랜지스터.
  7. 투명기판상에 게이트라인과 수직한 선과 교차되는 방향으로 다수개의 막대형상의 금속패턴들을 형성하는 공정과, 상기 금속패턴을 덮는 게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 구조의 전표면에 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 게이트절연막상에 반도체층을 형성하는 공정과, 상기 게이트전극 상측의 반도체층상에 에칭 스토퍼를 형성하는 공정과, 상기 에칭 스토퍼에 의해 노출되어있는 반도체층의 양측에 고농도 불순물층을 형성하는 공정과, 상기 에칭스토퍼 양측의 반도체층을 소정의 폭을 갖도록 패턴닝하되 상기 에칭 스토퍼상측의 고농도 불순물층을 제거하여 양측으로 나누는 공정과, 상기 양측으로 나누어진 고농도 불순물층과 접촉되는 소오스/드레인전극을 형성하는 공정을 구비하는 액정표시장치용 박막 트랜지스터의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 에칭 스토퍼의 식각마스크를 배면 노광으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 바각 트랜지스터의 제조방법.
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