KR100268298B1 - 박막트랜지스터의 제조방법 - Google Patents

박막트랜지스터의 제조방법 Download PDF

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Abstract

차세대 표시장치로 각광받고 있는 액정표시장치를 제조할 때, 문제가 되는 것 중의 하나는 박막트랜지스터의 제조수율이 낮다는 것이다. 이러한 박막트랜지스터의 제조 수율이 낮은 이유는 박막트랜지스터를 제조할 때, 마스크 공정이 대단히 많다는 것에 있다. 그래서, 마스크공정이 적을수록 박막트랜지스터의 제조수율을 높일 수 있는 것이다.
본 발명은 액정표시장치에서 사용되는 상기 박막트랜지스터를 제조함에 있어서, 박막트랜지스터를 보호하는 차광막과 액정에 전압을 인가하는 화소전극을 동시에 패터닝하고, 반도체층을 식각하면서 불순물 반도체층을 동시에 형성하는 방법으로써 박막트랜지스터의 마스크 공정 수를 줄일 수 있는 제조방법을 나타내고, 그 제조방법에 의해 제조되는 박막트랜지스터의 구조를 나타낸 것이다.

Description

박막트랜지스터의 제조방법
제1도는 액정표시장치의 박막트랜지스터 기판을 나타낸 평면도이다.
제2도는 액정표시장치에서 화소부를 나타낸 단면도이다.
제3도는 액정표시장치에서 사용되는 종래의 박막트랜지스터 기판을 제작하는 공정을 나타낸 단면도이다.
제4도는 액정표시장치에서 사용되는 본 발명의 박막트랜지스터 기판을 제작하는 공정을 나타낸 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
11 : 게이트주사선 12 : 신호선
13 : 화소전극 14 : 박막트랜지스터
21 : 공통전극 22 : 액정
31 : 기판 32 : 차광막(금속)
33 : 드레인전극 34 : 소스전극
35 : 불순물반도체층 36 : 저항감소용 금속층
37 : 제1절연막 38 : 게이트전극(금속)
39 : 반도체채널층 40 : 게이트절연막
101 : 기판 102 : ITO
103 : 금속 104 : 제1절연막
105 : 소스전극 106 : 불순물반도체층
107 : 반도체채널층 108 : 제2절연막
109 : 게이트전극 110 : 드레인전극
[발명의 목적]
본 발명의 목적은 액정표시장치에서 사용되는 박막트랜지스터기판을 제조하는 데 있어서, 종래보다 마스크 수를 증가시키지 않고 저(低)저항 배선의 기판을 제조하는 것이다.
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
현재 표시장치로써 가장 많이 사용되고 있는 CRT 브라운관은 색상구현이 쉽고, 동작속도가 빨라 TV와 컴퓨터모니터를 비롯한 디스플레이 장치로서 각광을 받아 왔다. 그러나, CRT 브라운관은 전자총과 화면 사이의 거리를 어느정도 확보해야 하는 구조적 특성으로 인하여 두께가 두꺼울 뿐만 아니라, 전력소비가 크고, 게다가 무게도 상당히 무거워 휴대성이 떨어지는 단점이 있다.
상술한 CRT 브라운관의 단점을 극복하고자 여러 가지 다양한 표시장치가 고안되고 있는데, 그 중 가장 실용화 되어 있는 장치가 바로 액정표시장치이다.
액정표시장치는 CRT 브라운관에 비해 화면이 어둡고 동작속도가 다소 느리지만, 전자총과 같은 장치를 갖추지 않아도 각각의 화소를 동일한 평면 상에서 주사되는 신호에 따라 동작시킬 수 있으므로, 얇은 두께로 제작될 수 있어 장착 벽걸이 TV와 같은 초박형 표시장치로 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 액정표시장치는 무게가 가볍고, 전력소비도 CRT 브라운관에 비해 상당히 적어 배터리로 동작하는 노트북 컴퓨터의 디스플레이로 사용되는 등, 휴대용 표시장치로서 가장 적합하다는 평도 받고 있다.
상술한 바와 같이 차세대 표시장치로서 각광받고 있는 액정표시장치는 도1과 같이 기판에 복수개의 주사선(11)과 복수개의 신호선(12)이 매트릭스형태로 교차하여 설치되어 있고, 그 교차부에는 박막트랜지스터(14)(이하 TFT)와 화수가 설치된 구조로 되어 있다. 또, 각 화소는 도2에 나타낸 바와 같이 TFT의 소스전극에서 연장된 화소전극(13)과 상기 화소전극과 대향하여 설치된 공통전극(21), 그리고, 상기 화소전극과 공통전극 사이에 액정(22)이 주입된 구조로 되어있다.
그리고, 상기 TFT는 주사선에서 분기한 게이트전극(38)과 신호선에서 분기한 드레인전극(33) 및 화소전극과 연결된 소스전극(34) 그리고, 드레인전극과 소스전극 사이에 형성된 반도체층(39)이 구성된 구조로 되어있다. 이 TFT는 주사선을 통해 게이트전극에 전압이 가해지면, 신호선에 흐르는 데이터전압이 드레인전극과 소스전극 사이의 반도체층을 통하여 화소전극에 인가되는 원리로 동작한다.
그런데, 상술한 TFT는 외부 빛에 의해 발생하는 광전자로 인해 화소의 오동작이 발생할 수도 있다. 그래서, TFT가 형성된 부분의 기판에는 외부 광원으로부터 TFT를 보호할 수 있도록 매트릭스 형태 등의 적당한 패턴으로 차광막(32)이 구성되는 경우가 많다.
이러한 TFT를 제조하기 위하여 종래에는 다음과 같은 공정을 거쳤다.
먼저 기판(31)에 금속을 증착하고 마스크공정을 통해 차광막(32)을 형성한다. 이 차광막은 TFT기판을 완성한 후, 외부에서 흐르는 빛을 차단하여 광전류나 열전류가 흘러 발생하는 TFT의 오동작을 막는 역할을 한다.(도3a)
상기 공정에서 차광막을 형성한 후, 상기 차광막을 덮도록 기판 전면에 제1절연막(37)을 증착하고, 상기 제1절연막 위에 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착한다. 상기 제1절연막 위에 증착된 ITO를 패터닝하여 소스(34)와 드레인전극(33)을 형성한다. 이때, 소스전극에 해당하는 ITO를 연장함으로써 소스전극과 화소전극(13)을 동시에 형성한다.(도3b)
상기 공정 후, n+ 아몰퍼스실리콘(이하 n+ a-Si)을 증착하고, 상기 소스와 드레인전극의 형태와 동일한 마스크를 사용하여 불순물반도체층(35)을 형성한다.(도3c)
상기 공정 중, 드레인전극의 완성 후나 불순물반도체층 완성 후에 데이터배선의 저항 감소용 금속층을(36) 따로 패터닝한다.(도3d) 그 이유는 ITO가 금속보다 저항이 커 액정표시장치의 작동 시, 신호지연을 일으킬 수 있기 때문이다. ITO로 배선을 형성하는 이유는 액정표시장치의 광투과율을 향상시키기 위한 것이지만, 상술한 것처럼 ITO는 금속에 비해 저항이 크므로 대형패널을 제조할 때에는 드레인배선에 금속을 덧붙여 형성하는 것이 좋다.
분술물반도체층의 형성이 끝나면, 그 위에 a-Si를 증착하고 패터닝하여 반도체 채널층(39)을 형성한다.(도3e)
상기 공정 후, SiNx 등의 게이트절연막(40)과 금속을 연속 증착하고 금속을 소정의 형상으로 패터닝하여 게이트전극(38)을 형성한다.(도3f) 그리고, 도면에는 도시되지 않았으나 상기 게이트절연막을 패터닝하여 드레인전극에서 연장된 패드부를 노출시켜 TFT 기판을 완성시킨다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
상기 TFT기판에서 데이터배선 및 드레인전극과 소스전극을 이루는 ITO는 금속에 비해 저항이 매우 높다. 그러므로, 상기 TFT로 제조된 액정패널은 구동될 때 데이터배선에 흐르는 신호전압이 지연(delay)될 가능성이 매우 높다. 그래서, 되도록 데이터배선 및 드레인전극과 소스전극에는 금속과 같은 低저항 물질을 채용하는 것이 좋다.
그러나, 저항성이 낮은 금속을 상기 TFT의 드레인전극과 소스전극 및 데이터배선 등에 채용하더라도 화소전극은 ITO로 형성해야 하므로, TFT 제조공정의 마스크 수가 증가한다는 단점이 있다.
상기 TFT기판을 제조하는데 있어서, 필연적으로 수행되는 마스크공정 또는, 패터닝 공정은 다음과 같은 단계로 수행된다.
우선 박막 물질을 증착하고, 포토레지스트를 상기 박막 물질의 전면에 도포한 다음, 원하는 패턴이 그려진 마스크로 덮는다. 그리고, 상기 마스크가 덮인 기판에 자외선을 노광하면 상기 마스크에 가려진 부분의 포토레지스트와 가려지지 않은 부분의 포토레지스트 사이에는 그 분자구조가 달라지게 된다.
상기 노광 공정 후 현상 공정을 거칠 때, 도포된 포토레지스트의 종류에 따라 마스크에 가려진 부분의 포토레지스트가 제거되기도 하고, 마스크에 가려지지 않은 부분의 포토레지스트가 제거되기도 한다. 이 때, 마스크에 가려진 부분이 제거되는 포토레지스트를 네거티브(negative) 포토레지스트라고 하고, 마스크에 가려지지 않은 부분이 제거되는 포토레지스트를 포지티브(positive) 포토레지스트라고 한다.
상기 현상공정 후, 에칭 단계를 거치며 상기 공정으로 인해 포토레지스트가 제거되어 노출된 부분의 박막 물질은 식각되므로, 박막물질로 구현하고자 했던 형상이 남게 된다. 그리고, 포토레지스트를 제거하는 공정을 거치게 되면, 하나의 마스크공정을 마치게 된다.
상술한 것처럼 마스크 공정은 상당히 복잡한 과정을 거치므로, 이 마스크 공정이 많을수록 TFT의 제조수율은 낮아지고, 마스크 공정이 적을수록 TFT의 제조수율은 상당히 높아지게 된다. 즉, 패터닝 공정은 TFT의 생산수율에 상당한 영향을 미치는 것이다.
본 발명은 종래 공정의 마스크 공정 수를 늘리지 않으면서 배선에 금속을 사용하여 기판의 저항성이 낮은 기판을 제조하는 데에 그 목적이 있다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명의 TFT제조방법은 도4에 나타나 있다.
[실시예 1]
기판(101) 위에 ITO(102)와 크롬(Cr) 등의 금속(103)을 차례로 증착한 후, 하나의 마스크로 차광막과 화소를 동시에 형성한다.(도4a) 또는, ITO을 증착하고 먼저 패터닝하여 차광막과 화소를 형성한 후, 금속을 증착하고 상기 먼저 패터닝된 ITO와 동일한 마스크로 패터닝하여 차광막과 화소를 2층으로 겹쳐 쌓아도 좋다.
상기 공정 후, 제1절연막(104)을 증착하고 상기 차광막을 도포하도록 패터닝하되 상기 화소는 덮지 않도록 패터닝한다. 이 때, 상기 화소에 적층된 금속을 같이 에칭하여 화소에 해당하고 상기 기판 위에 증착된, ITO를 노출시킴으로써 화소전극을 형성한다.(도4b)
그리고, 금속과 n+ 아몰퍼스실리콘(이하 n+ a-Si)을 연속 증착하여 하나의 마스크로 소스전극(105)과 드레인전극(110) 및 불순물반도체층(106)을 동시에 형성한다.(도4c) 상기 소스전극과 드레인전극 및 불순물반도체층을 형성할 때, 금속을 먼저 증착하고 패터닝하여 소스전극과 드레인전극을 먼저 형성한 후, n+ a-Si을 증착하고 상기 소스전극 및 드레인전극과 동일한 마스크로 패터닝하고 불순물반도체층을 형성할 수도 있다.
상기 공정이 끝나면, 아몰퍼스실리콘(이하 a-Si)과 제2절연막 그리고, 게이트전극을 연속으로 증착하고 동일한 마스크로 에칭하여 반도체채널층(107)과 게이트절연막(108)과 게이트전극(109)을 형성한다.(도4d) 이 때, 소스, 드레인 상에 있는 불순물반도체층도 반도체층과 같은 모양으로 에칭된다. 이 때, 때로는 상기 a-Si를 증착하고 소정의 형상으로 패터닝하여 a-Si와 불순물반도체층 일부를 식각하여 반도체채널층을 먼저 형성한 후, 상기 반도체채널층 위에 제2절연막을 증착하고, 상기 반도체채널층과 동일 마스크로 패터닝하여 게이트절연막을 형성하고, 그 위에 금속을 증착하고 패터닝하여 게이트전극을 형성할 수도 있다.
상기 공정이 모두 끝나면 액정표시장치에서 사용되는 TFT기판을 완성하게 된다.
[발명의 효과]
본 발명은 차광막과 화소전극을 하나의 마스크로 형성하고, 불순물반도체층이 소스전극과 드레인전극의 패터닝 공정과 반도체채널층을 형성하는 공정에 형성되므로 적어도 마스크 공정 하나를 줄이는 효과가 있다.
뿐만 아니라 상기 본 발명의 TFT는 데이터배선과 드레인전극 및 소스전극이 금속으로 되어 있기 때문에 데이터배선과 드레인전극 및 소스전극에 ITO를 채용한 종래의 TFT보다 기판의 저항성이 낮다. 그러므로, TFT기판에서 나타나는 신호전압의 지연현상(delay)이 종래의 TFT기판에 비해 줄어든다. 또한, 데이터배선을 좁게하여 화소전극을 넓힘으로써 액정표시장치의 개구율이 높아지는 효과도 있다.
즉 본 발명의 제조방법에 의하면, 배선이 ITO로 되어있는 기판을 제조하는 것과 비교하여 低저항 TFT기판을 마스크공정 수를 늘리지 않고도 제조할 수 있다.

Claims (4)

  1. 기판과; 상기 기판 위 일부에 투명도전막과 금속막이 2겹으로 적층되어 형성된 차광막과; 상기 기판 위 일부에 상기 금속막이 제거되어 상기 투명도전막으로 형성된 화소전극과; 적어도 상기 차광막을 덮는 제1절연막과; 상기 차광막을 덮는 상기 제1절연막 위에 상기 차광막의 한쪽 단부 영역과 중첩되는 형상으로 패터닝된 드레인전극과; 상기 차광막의 다른쪽 단부 영역과 중첩되는 위치의 상기 제1절연막 위에서 상기 화소전극의 단부에 걸쳐 형성되고, 동시에 상기 화소전극의 단부와 접촉되도록 형성된 소스전극과; 상기 소스전극과 드레인전극의 대향 단부 위에 각각 형성된 불순물반도체층과; 상기 차광막 중심부의 상기 제1절연막 위와 상기 불순물반도체층 위에 적층된 반도체층과; 상기 반도체층과 동일한 패턴으로 상기 반도체층 위에 적층된 게이트절연막 및 게이트전극이 형성된 구조의 박막트랜지스터.
  2. 제1항에 있어서 상기 투명도전막으로 ITO를 채용한 박막트랜지스터.
  3. 기판 위에 제1금속과 투명도전막을 연속증착하여 동일한 마스크로 차광막과화소전극을 형성하는 단계와; 제1절연막을 도포하고, 에칭하여 상기 화소전극 위에 적층된 제1금속을 일부 제거하는 단계와; 상기 제1절연막 위에 제2금속과 불순물반도체를 연속증착하여 동일한 마스크를 사용하여 소스전극과 드레인전극 및 불순물반도체층을 차례로 형성하는 단계와; 상기 불순물반도체층 위에 반도체와 제2절연막과 제3금속을 연속증착하는 단계와; 상기 반도체와 상기 제2절연막과 상기 제3금속을 동일한 마스크로 에칭하여 반도체층과 게이트절연막과 게이트전극을 형성하는 단계로 된 박막트랜지스터의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서 상기 반도체층을 형성할 때, 소스전극과 드레인전극 위의 불순물반도체 일부가 동시에 에칭되는 박막트랜지스터의 제조방법.
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