KR100502481B1 - Thin Film Transistor device for Liquid Crystal Display Device and Method for Fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 액정표시장치용 박막트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 의하면, 첫째 샐리사이드 공정에 의해 별도의 오믹콘택층 물질 증착 공정 및 채널 형성 공정을 생략할 수 있어, 공정을 단순화할 수 있고, 둘째, 공정 단순화로 인해 생산 수율을 높이고, 제품 경쟁력을 높일 수 있으며, 셋째, 수초 간의 짧은 열처리 공정인 RTP 공정에 의해, 콘택부의 저항 문제를 해결하기 때문에, 기판에 열적 손상이 가해지는 것을 방지할 수 있어, 공정 신뢰도를 높일 수 있는 장점을 가진다. According to the thin film transistor element for a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same according to the present invention, a separate ohmic contact layer material deposition process and a channel forming process can be omitted by the salicide process, thereby simplifying the process. By increasing the production yield and product competitiveness by simplifying the process, and thirdly, the resistance problem of the contact part is solved by the RTP process, which is a short heat treatment process for several seconds, thereby preventing thermal damage to the substrate. There is an advantage that can increase the process reliability.
Description
본 발명은 액정표시장치용 박막트랜지스터에 관한 것이며, 특히 박막트랜지스터에서의 금속 물질과 반도체 물질 간의 콘택부(contact part) 저항을 저감시킬 수 있는 샐리사이드(SALICIDE ; self-aligned silicide) 공정을 포함한 액정표시장치용 박막트랜지스터 및 그의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to thin film transistors for liquid crystal display devices, and in particular, to liquid crystals including a SALICIDE (self-aligned silicide) process capable of reducing contact part resistance between a metal material and a semiconductor material in a thin film transistor. A thin film transistor for a display device and a method of manufacturing the same.
최근에, 액정표시장치는 소비전력이 낮고 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 표시장치 소자로 각광받고 있다. Recently, liquid crystal displays have been spotlighted as next-generation advanced display devices with low power consumption, good portability, technology-intensive, and high added value.
상기 액정표시장치는 투명 전극이 형성된 두 기판 사이에 액정을 주입하고, 상부 및 하부 기판 외부에 상부 및 하부 편광판을 위치시켜 형성되며, 상부 및 하부 전극에 전압을 인가하여 액정의 배열을 바꿈에 따라 광의 투과율을 조절하는 방식으로 구동된다.The liquid crystal display is formed by injecting a liquid crystal between two substrates on which transparent electrodes are formed, and placing upper and lower polarizers outside the upper and lower substrates, and applying a voltage to the upper and lower electrodes to change the arrangement of the liquid crystals. It is driven in a manner that adjusts the transmittance of light.
현재에는, 각 화소를 개폐하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Film Transistor ; TFT)가 화소마다 배치되는 능동행렬방식 액정표시장치(AM-LCD ; Active Matrix Liquid Crystal Display)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다. Currently, an active matrix liquid crystal display (AM-LCD), in which thin film transistors (TFTs), which are switching elements that open and close each pixel, is disposed for each pixel, has an excellent resolution and video performance. The most attention is.
이하, 도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 단면도로서, 설명의 편의상 하나의 화소부를 기준으로 설명한다. 1 is a cross-sectional view of a general liquid crystal display device and will be described with reference to one pixel unit for convenience of description.
도시한 바와 같이, 상부 및 하부 기판(10, 30)이 서로 일정간격 이격되어 있고, 이 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에는 액정층(50)이 개재되어 있다. As shown, the upper and lower substrates 10 and 30 are spaced apart from each other by a predetermined distance, and the liquid crystal layer 50 is interposed between the upper and lower substrates 10 and 30.
상기 하부 기판(30)의 투명 기판(1) 상부에는 게이트 전극(32)이 형성되어 있고, 이 게이트 전극(32) 상부에는 게이트 절연막(34)이 형성되어 있고, 이 게이트 절연막(34) 상부의 상기 게이트 전극(32)을 덮는 위치에는 액티브층(36a ; active layer), 오믹콘택층(36b ; ohmic contact layer)이 차례대로 적층되어 구성된 반도체층(36)이 위치하고, 이 반도체층(36)의 상부에는 서로 일정간격 이격된 소스 및 드레인 전극(38, 40)이 형성되어 있고, 이 소스 및 드레인 전극(38, 40) 간의 이격구간에는 상기 액티브층(36a)의 일부를 노출시킨 채널(ch ; channel)이 형성되어 있다. A gate electrode 32 is formed on the transparent substrate 1 of the lower substrate 30, and a gate insulating layer 34 is formed on the gate electrode 32. The semiconductor layer 36 formed by stacking an active layer 36a and an ohmic contact layer 36b in order is disposed at a position covering the gate electrode 32. Source and drain electrodes 38 and 40 are spaced apart from each other at upper portions, and a channel ch exposing a part of the active layer 36a is exposed in the interval between the source and drain electrodes 38 and 40. channel) is formed.
상기 게이트 전극(32), 반도체층(36), 소스 및 드레인 전극(38, 40), 채널(ch)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다. The gate electrode 32, the semiconductor layer 36, the source and drain electrodes 38 and 40, and the channel ch form a thin film transistor T.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(32)과 연결되어 제 1 방향으로 게이트 배선이 형성되고, 이 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 상기 소스 전극(38)과 연결되는 데이터 배선이 형성되고, 이 게이트 및 데이터 배선이 교차되는 영역은 화소 영역(P)으로 정의된다. Although not shown in the drawings, a gate line is formed in a first direction by being connected to the gate electrode 32, and a data line is formed in a second direction crossing the first direction and is connected to the source electrode 38. The area where the gate and the data line cross each other is defined as the pixel area P. FIG.
한편, 상기 박막트랜지스터(T) 상부에는 드레인 콘택홀(44)을 가지는 보호층(42)이 형성되어 있고, 상기 화소 영역(P)에는 드레인 콘택홀(44)을 통해 드레인 전극(40)과 연결되는 화소 전극(46)이 형성되어 있다. Meanwhile, a passivation layer 42 having a drain contact hole 44 is formed on the thin film transistor T, and the pixel region P is connected to the drain electrode 40 through the drain contact hole 44. The pixel electrode 46 to be formed is formed.
그리고, 상기 보호층(42) 및 화소 전극(46) 상부에는 액정층(50)의 배향을 용이하게 유도하기 위한 하부 배향막(48)이 형성되어 있다. A lower alignment layer 48 is formed on the passivation layer 42 and the pixel electrode 46 to easily induce alignment of the liquid crystal layer 50.
그리고, 상기 상부 기판(10)의 투명기판(1) 하부에는 상기 화소 전극(46)과 대응되는 위치에 특정 파장대의 빛만을 걸러주는 컬러필터(14)가 형성되어 있고, 이 컬러필터(14)의 컬러별 경계부 및 액정을 구동시키지 않는 비표시 영역에는 빛샘현상 및 상기 박막트랜지스터(T)로의 광유입을 차단하는 블랙매트릭스(12)가 형성되어 있다. A color filter 14 is formed below the transparent substrate 1 of the upper substrate 10 to filter only light of a specific wavelength band at a position corresponding to the pixel electrode 46. The color filter 14 The black matrix 12 is formed in the color-specific boundary and the non-display area in which the liquid crystal is not driven to block light leakage and light inflow into the thin film transistor T.
그리고, 이 컬러필터(14) 및 블랙매트릭스(12)의 하부에는 상기 액정층(50)에 전압을 인가하는 또 다른 전극인 공통 전극(16)이 형성되어 있고, 이 공통 전극(16) 하부에는 상부 배향막(18)이 형성되어 있다. A common electrode 16, which is another electrode for applying a voltage to the liquid crystal layer 50, is formed below the color filter 14 and the black matrix 12, and below the common electrode 16. The upper alignment film 18 is formed.
한편, 상기 상부 및 하부 기판(10, 30) 사이에 개재된 액정층(50)의 누설을 방지하기 위해, 이 상부 및 하부 기판(10, 30)간의 가장자리는 씰 패턴(52)에 의해 봉지되어 있다. Meanwhile, in order to prevent leakage of the liquid crystal layer 50 interposed between the upper and lower substrates 10 and 30, edges between the upper and lower substrates 10 and 30 are sealed by the seal pattern 52. have.
도 2a 내지 도 2d는 일반적인 액정표시장치용 박막트랜지스터의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도로서, 감광성 물질을 이용한 패터닝 공정으로 정의되는 사진식각(photolithography) 공정에 해당되는 마스크 공정수를 중심으로 설명한다. 2A through 2D are cross-sectional views illustrating a general manufacturing process of a thin film transistor for a liquid crystal display device, and will be described based on the number of mask processes corresponding to a photolithography process defined as a patterning process using a photosensitive material.
도 2a는, 기판(60) 상에 제 1 금속물질을 증착한 다음, 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극(62)을 형성하는 단계이고, 도 2b는, 상기 게이트 전극(62) 상부에 제 1 절연물질, 제 1 반도체 물질, 제 2 반도체 물질을 연속적으로 형성한 다음, 제 1 절연물질을 게이트 절연막(64)으로 삼고, 제 2 마스크 공정에 의해 제 1, 2 반도체 물질을 액티브층(66a ; active layer), 오믹콘택층(66b ; ohmic contact layer)으로 각각 형성하는 단계이다. 2A illustrates depositing a first metal material on a substrate 60 and then forming a gate electrode 62 by a first mask process, and FIG. 2B illustrates a first upper portion of the gate electrode 62. An insulating material, a first semiconductor material, and a second semiconductor material are successively formed, and then the first insulating material is used as the gate insulating film 64, and the first and second semiconductor materials are made of the active layer 66a by a second mask process; active layers) and ohmic contact layers 66b.
한 예로, 상기 제 1 반도체 물질은 순수 비정질 실리콘 물질로 이루어지고, 제 2 반도체 물질은 불순물 반도체 물질로 이루어지며, 상기 액티브층(66a), 오믹콘택층(66b)은 반도체층(66)을 구성한다. For example, the first semiconductor material is made of pure amorphous silicon material, the second semiconductor material is made of impurity semiconductor material, and the active layer 66a and the ohmic contact layer 66b constitute the semiconductor layer 66. do.
도 2c에서는, 상기 오믹콘택층(66b)을 덮는 기판 전면에 제 2 금속물질을 증착한 다음, 제 3 마스크 공정에 의해 오믹콘택층(66b) 상부에서 서로 일정간격 이격되는 소스 전극(68) 및 드레인 전극(70)을 형성하는 단계이다. In FIG. 2C, a second metal material is deposited on the entire surface of the substrate covering the ohmic contact layer 66b, and then a source electrode 68 spaced apart from each other on the ohmic contact layer 66b by a third mask process. In this step, the drain electrode 70 is formed.
이 단계에서는, 상기 소스 전극(68) 및 드레인 전극(70)을 마스크로 이용하여, 소스 전극(68) 및 드레인 전극(70) 사이 구간의 오믹콘택층(66b)을 제거하여, 그 하부층을 이루는 액티브층(66a) 영역을 채널(ch ; channel)로 구성하는 단계를 더욱 포함한다. In this step, the ohmic contact layer 66b in the section between the source electrode 68 and the drain electrode 70 is removed using the source electrode 68 and the drain electrode 70 as a mask to form a lower layer. The method may further include configuring the active layer 66a as a channel (ch).
상기 게이트 전극(62), 반도체층(66), 소스 전극(68) 및 드레인 전극(70)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다. The gate electrode 62, the semiconductor layer 66, the source electrode 68, and the drain electrode 70 form a thin film transistor T.
도 2d에서는, 상기 박막트랜지스터(T)를 덮는 기판 전면에, 박막트랜지스터(T)를 외부 충격 또는 수분으로부터 보호하기 위한 목적으로 보호층(72)을 형성하는 단계이다. In FIG. 2D, the protective layer 72 is formed on the entire surface of the substrate covering the thin film transistor T for the purpose of protecting the thin film transistor T from external impact or moisture.
도면으로 제시하지는 않았지만, 전술한 박막트랜지스터(T)가 화소용 스위칭 소자로 이용시에는, 상기 보호층(72)을 형성하는 단계에서, 상기 보호층(72)에 드레인 전극(70)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 보호층(72) 상부에 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극(70)과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 더욱 포함한다. Although not shown in the drawing, when the above-described thin film transistor T is used as a pixel switching element, in the forming of the protective layer 72, the drain electrode 70 is partially exposed to the protective layer 72. Forming a drain contact hole and forming a pixel electrode connected to the drain electrode 70 through the drain contact hole on the passivation layer 72.
이와 같이, 일반적인 액정표시장치용 박막트랜지스터의 패턴 들은 감광성 물질을 이용한 패터닝(patterning) 공정으로 정의되는 사진식각(photolithography) 공정을 통해 형성되는, 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극은 각각의 사진식각 공정에 의해 형성된다. 이로 인해, 화학적·물리적 공정이 수반되는 사진식각 공정이 되풀이됨에 따라 소자에 결함을 가할 확률이 높아지고, 제조 비용 상승되어 생산수율이 떨어지는 문제점이 있었다. As described above, the patterns of the thin film transistors for general liquid crystal display devices are formed through a photolithography process defined by a patterning process using a photosensitive material. The gate electrode, the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode are respectively It is formed by a photolithography process. As a result, as the photolithography process involving chemical and physical processes is repeated, the probability of imparting defects to the device is increased, and the manufacturing cost is increased to reduce the production yield.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 액정표시장치용 박막트랜지스터 소자의 제조 공정을 단순화시키는 것을 목적으로 한다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to simplify the manufacturing process of the thin film transistor element for a liquid crystal display device.
이를 위하여, 본 발명에서는 셀프 얼라인(self-align) 방식으로 오믹콘택층을 형성할 수 있는 반도체 소자의 샐리사이드 공정을 액정표시장치용 박막트랜지스터 제조 공정에 적용하고자 한다. To this end, the present invention intends to apply the salicide process of a semiconductor device capable of forming an ohmic contact layer in a self-aligned manner to a thin film transistor manufacturing process for a liquid crystal display device.
도 3a, 3b는 종래의 방법에 따라 반도체 소자의 샐리사이드를 형성하는 공정을 개략적으로 도시한 실리콘웨이퍼의 단면도이다. 3A and 3B are cross-sectional views of silicon wafers schematically showing a process of forming salicide of a semiconductor device according to a conventional method.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, LOCOS(local oxidation of silicon), STI(shallow trench isolation) 공정 등에 의해 소자 분리 영역(80)이 정의된 실리콘웨이퍼(82)를 열산화하여 정의된 소자 영역에 게이트 산화막을 형성하고, 그 상부에 폴리 실리콘을 증착한 후, 폴리 실리콘과 게이트 산화막을 패터닝(patterning)하여 게이트 전극(G)을 형성한다. 그리고, 실리콘웨이퍼(82)를 퍼니스(furnace)에 장입하여 열산화함으로써 게이트 전극(G)의 폴리 실리콘 표면 및 드러난 소자 영역의 실리콘 표면에 100Å 정도 두께의 폴리 산화막(84)을 형성하여 게이트 전극(G)의 코너 에지(edge) 부분을 라운딩시켜 게이트에 가해지는 SILC(stress induced leakage)를 완화시킨다. 그리고, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD)으로 후속 이온 주입 공정에 따른 게이트 전극(G) 및 실리콘웨이퍼의 손상(damage)을 억제하기 위한 캡 산화막(86)을 증착한다. 이후, 게이트 전극(G)을 마스크로 실리콘웨이퍼(82)에 P형 또는 N형 도펀트(dopant)를 이온 주입하고 어닐링(annealing)하여 게이트 전극(G)의 양측 하부 실리콘웨이퍼에 소스(S)/드레인(D) 영역을 형성한다. 그리고, 화학 기상 증착으로 실리콘웨이퍼(82) 전면에 질화막, 산화막 등의 절연막(88)을 증착한다.First, as illustrated in FIG. 3A, the silicon wafer 82 in which the device isolation region 80 is defined is thermally oxidized to a device region defined by a local oxidation of silicon (LOCOS), shallow trench isolation (STI) process, or the like. After the gate oxide film is formed and polysilicon is deposited on the gate oxide film, the gate electrode G is formed by patterning the polysilicon and the gate oxide film. Then, the silicon wafer 82 is charged into a furnace and thermally oxidized to form a poly oxide film 84 having a thickness of about 100 microseconds on the polysilicon surface of the gate electrode G and the silicon surface of the exposed device region. Rounding the corner edge of G) mitigates stress induced leakage (SILC) applied to the gate. In addition, a cap oxide film 86 is deposited to suppress damage of the gate electrode G and the silicon wafer according to a subsequent ion implantation process by chemical vapor deposition (CVD). Thereafter, a P-type or N-type dopant is ion-implanted and annealed to the silicon wafer 82 using the gate electrode G as a mask, and the source S / A drain (D) region is formed. Then, an insulating film 88 such as a nitride film or an oxide film is deposited on the entire surface of the silicon wafer 82 by chemical vapor deposition.
그 다음 도 3b에 도시한 바와 같이, 절연막(88)을 플라즈마(plasma) 식각에 의해 이방성 식각하여 게이트 전극(G)의 측벽에 측벽 스페이서로 이용한다. 그리고, 실리콘웨이퍼(82)를 세정(cleaning)하여 드러난, 즉 게이트 전극(G) 상부 및 실리콘웨이퍼의 소스(S)/드레인(D) 영역 상부의 캡 산화막(86) 및 폴리 산화막(84)을 제거한 후, 스퍼터링에 의해 실리사이드 형성을 위한 금속 박막을 증착하고 RTP(rapid thermal process)처리하여 저저항의 샐리사이드(90)를 형성한다.3B, the insulating film 88 is anisotropically etched by plasma etching and used as sidewall spacers on the sidewalls of the gate electrode G. As shown in FIG. The cap oxide film 86 and the poly oxide film 84 that are exposed by cleaning the silicon wafer 82, that is, on the gate electrode G and the source S / drain D region of the silicon wafer, are removed. After removal, a metal thin film for silicide formation is deposited by sputtering and a rapid thermal process (RTP) to form a low resistance salicide 90.
본 발명에서는, 이러한 반도체 공정에서 이용되고 있는 샐리사이드 공정을 액정표시장치용 박막트랜지스터 제조 공정에 적용하고자 하는 것이다. In the present invention, the salicide process used in such a semiconductor process is intended to be applied to a thin film transistor manufacturing process for a liquid crystal display device.
좀 더 구체적으로 설명하면, 액정표시장치용 박막트랜지스터 제조 공정에 샐리사이드 공정을 적용하게 되면, 기존의 불순물 반도체 물질층 형성 공정 및 채널 형성을 위해 소스 전극 및 드레인 전극 사이 구간의 불순물 반도체 물질을 식각하는 공정을 생략할 수 있는 공정적 잇점을 가진다. In more detail, when the salicide process is applied to the manufacturing process of the thin film transistor for liquid crystal display, the impurity semiconductor material in the section between the source electrode and the drain electrode is etched to form the existing impurity semiconductor material layer and the channel. It has the advantage of eliminating the process to do.
즉, 본 발명에서는 게이트 전극, 게이트 절연막, 비정질 실리콘 물질로 이루어진 액티브 패턴이 차례대로 형성된 기판 상에, 내열성 금속물질을 이용하여 서로 이격되게 소스 전극 및 드레인 전극을 형성한 다음 RTP 처리를 하게 되면, 소스 전극 및 드레인 전극과 접촉되는 액티브 패턴부에는 실리사이드층이 선택적으로 형성되어, 소스 전극 및 드레인 전극 간 이격구간에 위치하는 액티브 패턴은 별도의 채널 공정없이 그래도 채널부로 이용할 수 있게 된다. That is, in the present invention, when the source electrode and the drain electrode are formed to be spaced apart from each other by using a heat resistant metal material on the substrate on which the active pattern made of the gate electrode, the gate insulating film, and the amorphous silicon material is sequentially formed, the RTP process is performed. The silicide layer is selectively formed on the active pattern portion in contact with the source electrode and the drain electrode, so that the active pattern positioned in the separation interval between the source electrode and the drain electrode can be used as the channel portion without a separate channel process.
이하, 종래의 반도체 소자에 적용되는 샐리사이드 공정을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a salicide process applied to a conventional semiconductor device will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 기판 상에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극을 덮는 영역에 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 상부의 게이트 전극을 덮는 위치에 형성된 비정질 실리콘(a-Si) 물질로 이루어진 액티브층(active layer)과; 상기 게이트 전극의 중앙부와 대응된 영역은 채널부로 정의되며, 상기 액티브층 상부에서 상기 액티브층과 대응된 패턴 구조를 가지며, 상기 채널부에서 상기 액티브층을 노출시키며 서로 이격되게 위치하고, 내열성이 높은 금속물질로 이루어진 소스 전극 및 드레인 전극과; 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 액티브층 간의 계면부에 위치하는 실리사이드(silicide)로 이루어진 오믹콘택층(ohmic contact layer)을 포함하는 액정표시장치용 박막트랜지스터 소자를 제공한다. In order to achieve the above object, in a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a gate electrode formed on a substrate; A gate insulating film formed in a region covering the gate electrode; An active layer made of an amorphous silicon (a-Si) material formed at a position covering the gate electrode on the gate insulating layer; A region corresponding to the center portion of the gate electrode is defined as a channel portion, and has a pattern structure corresponding to the active layer on the active layer, and is spaced apart from each other while exposing the active layer in the channel portion, and has high heat resistance. A source electrode and a drain electrode made of a material; Provided is a thin film transistor element for a liquid crystal display device including an ohmic contact layer made of silicide positioned at an interface portion between the source electrode and the drain electrode and the active layer.
상기 내열성이 높은 금속 물질은, 코발트(Co), 티탄(Ti), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 철(Fe), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 중 어느 하나에서 선택되고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 이루는 물질은 코발트, 티탄 중 어느 한 금속물질에서 선택되고, 상기 오믹콘택층을 이루는 실리사이드는 CoSix, TiSix 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다. The metal material having high heat resistance is cobalt (Co), titanium (Ti), platinum (Pt), molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (Ni), iron (Fe), vanadium (V), zirconium ( Zr), and the material forming the source electrode and the drain electrode is selected from any one of metal materials such as cobalt and titanium, and the silicide forming the ohmic contact layer is made of any one of CoSix, TiSix. .
상기 액티브층 및 오믹콘택층은 반도체층을 구성하고, 상기 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극은 박막트랜지스터를 이루며, 상기 박막트랜지스터를 덮는 위치에 보호층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. The active layer and the ohmic contact layer constitute a semiconductor layer, and the gate electrode, the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode form a thin film transistor, and further include a protective layer at a position covering the thin film transistor. .
본 발명의 제 2 특징에서는, 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극을 덮는 기판 전면에, 게이트 절연막, 비정질 실리콘층, 내열성이 높은 금속물질로 이루어진 금속층을 차례대로 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극의 중앙부와 대응되는 영역은 채널부로 정의되고, 상기 비정질 실리콘층 및 금속층을 연속적으로 식각하는 단계와, 상기 채널부에서는 금속층만을 선택적으로 식각하는 단계를 동시에 진행하여, 상기 채널부에서 서로 이격되게 위치하는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스크로 이용한 RTP(rapid thermal process) 처리에 의해 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 비정질 실리콘층 간의 계면에 실리사이드(silicide)층을 형성하는 단계와; 상기 실리사이드를 오믹콘택층으로 삼아, 상기 액티브층과 오믹콘택층으로 이루어지는 반도체층을 완성하고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 구간에 위치하는 액티브층 영역을 채널로 구성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 박막트랜지스터 소자의 제조방법을 제공한다. In a second aspect of the invention, there is provided a method for forming a gate electrode on a substrate; Sequentially forming a metal layer made of a gate insulating film, an amorphous silicon layer, and a metal material having high heat resistance on the entire surface of the substrate covering the gate electrode; The region corresponding to the center portion of the gate electrode is defined as a channel portion, and simultaneously etching the amorphous silicon layer and the metal layer and selectively etching only the metal layer in the channel portion are performed. Forming a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other; Forming a silicide layer at an interface between the source electrode and the drain electrode and an amorphous silicon layer by a rapid thermal process (RTP) process using the source electrode and the drain electrode as a mask; Using the silicide as an ohmic contact layer to complete a semiconductor layer including the active layer and the ohmic contact layer, and forming an active layer region positioned in a section between the source electrode and the drain electrode as a channel; Provided is a method of manufacturing a thin film transistor element.
상기 내열성이 높은 금속 물질은, 코발트(Co), 티탄(Ti), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 철(Fe), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 중 어느 하나에서 선택되고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 이루는 물질은 코발트, 티탄 중 어느 한 금속물질에서 선택되고, 상기 오믹콘택층을 이루는 실리사이드는 CoSix, TiSix 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 RTP 처리 단계에서는, 질소(N2) 또는 질소/산소(02) 분위기에서 800 ~ 1,000 ℃의 온도 조건하에서 10 ~ 30초 동안 짧은 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 게이트 전극, 반도체층, 소스 전극 및 드레인 전극은 박막트랜지스터를 이루고, 상기 박막트랜지스터를 덮는 영역에 보호층을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 보호층을 이루는 물질은 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx) 중 어느 하나에서 선택되는 것을 특징으로 한다.The metal material having high heat resistance is cobalt (Co), titanium (Ti), platinum (Pt), molybdenum (Mo), tungsten (W), nickel (Ni), iron (Fe), vanadium (V), zirconium ( Zr), and the material forming the source electrode and the drain electrode is selected from any one of metal materials such as cobalt and titanium, the silicide forming the ohmic contact layer is made of any one of CoSix, TiSix, the RTP The processing step includes the step of performing a short heat treatment for 10 to 30 seconds under a temperature condition of 800 to 1,000 ° C. in a nitrogen (N 2 ) or nitrogen / oxygen (0 2 ) atmosphere, wherein the gate electrode, semiconductor layer, source electrode and The drain electrode further comprises forming a thin film transistor, and forming a protective layer in a region covering the thin film transistor, wherein the material of the protective layer is selected from one of silicon nitride (SiNx) and silicon oxide (SiOx). To be It features.
상기 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계에서는, 감광성 물질인 PR(photo-resist)를 이용한 노광, 현상 공정을 포함하는 사진식각 공정에 의해 패터닝하는 공정을 이용하며, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계에서는, 상기 채널부의 PR 두께를 다른 영역보다 얇게 형성하는 회절 노광법이 이용되는 것을 특징으로 한다. In the forming of the gate electrode, the source electrode and the drain electrode, a patterning process is performed by a photolithography process including an exposure and development process using a photo-resist (PR), which is a photosensitive material, and the source electrode and the drain. In the forming of the electrode, a diffraction exposure method for forming the PR thickness of the channel portion thinner than other regions is used.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
-- 제 1 실시예 --First Embodiment
도 4a 내지 4e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 박막트랜지스터 소자의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도이다. 4A through 4E are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film transistor element for a liquid crystal display according to a first embodiment of the present invention.
도 4a에서는, 기판(110) 상에 제 1 금속물질을 이용하여 게이트 전극(112)을 형성하는 단계이다. In FIG. 4A, the gate electrode 112 is formed on the substrate 110 using the first metal material.
도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 제 1 금속물질층 상부에 감광성 물질은 PR(photo-resist)을 도포한 다음, 노광(exposure), 현상(developement) 공정을 통해 PR패턴을 형성하는 단계와, PR패턴을 마스크로 이용하여 노출된 제 1 금속물질을 패터닝하는 마스크 공정인 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극(112)을 완성하며, 이 단계에서는 게이트 전극(112)을 포함하여 제 1 방향으로 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함한다. Although not shown in detail in the drawings, the photosensitive material is applied to the photosensitive material on the first metal material layer, and then a PR pattern is formed through an exposure and development process, and PR The gate electrode 112 is completed by a first mask process, which is a mask process for patterning an exposed first metal material using a pattern as a mask. In this step, the gate wiring 112 is included in the first direction including the gate electrode 112. Forming a step.
상기 제 1 금속물질은 비저항값이 낮은 금속물질에서 선택되며, 바람직하게는 알루미늄을 포함하는 금속물질로 하는 것이다. The first metal material is selected from a metal material having a low specific resistance, and is preferably a metal material including aluminum.
도 4b에서는, 상기 게이트 전극(112)이 형성된 기판(110) 상에, 제 1 절연물질, 비정질 실리콘(a-Si) 물질, 제 2 금속물질을 이용하여, 게이트 절연막(114), 비정질 실리콘 물질층(116), 금속층(118)을 차례대로 형성하는 단계이다. In FIG. 4B, the gate insulating layer 114 and the amorphous silicon material are formed on the substrate 110 on which the gate electrode 112 is formed by using a first insulating material, an amorphous silicon (a-Si) material, and a second metal material. In this step, the layer 116 and the metal layer 118 are sequentially formed.
상기 제 1 절연물질은 유기절연물질 또는 무기절연물질 중 어느 하나에서 선택되며, 바람직하게는 무기절연물질에서 선택되는 것이고, 더욱 바람직하게는 실리콘 절연물질에서 선택되는 것이다. The first insulating material is selected from one of an organic insulating material and an inorganic insulating material, preferably selected from inorganic insulating materials, and more preferably selected from silicon insulating materials.
한 예로, 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx) 중 어느 하나에서 선택된 물질을 단일층 또는 복수층으로 형성할 수 있다. For example, a material selected from any one of silicon nitride film (SiNx) and silicon oxide film (SiOx) may be formed as a single layer or a plurality of layers.
이 중 복수층을 적용하는 예는, 상기 게이트 절연막(114)의 증착 특성을 높이기 위함이다. An example of applying a plurality of layers among them is to increase the deposition characteristics of the gate insulating layer 114.
그리고, 상기 제 2 금속물질은 내열성이 높은 금속물질에서 선택되는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 코발트(Co), 티탄(Ti), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니켈(Ni), 철(Fe), 바나듐(V), 지르코늄(Zr) 중 어느 하나에서 선택하는 것이다. The second metal material may be selected from a metal material having high heat resistance. Preferably, the second metal material is cobalt (Co), titanium (Ti), platinum (Pt), molybdenum (Mo), tungsten (W), or nickel. (Ni), iron (Fe), vanadium (V), and zirconium (Zr).
본 실시예에서는, 기존의 액정표시장치용 박막트랜지스터 제조 공정과 다르게 반도체층의 액티브층과 소스 전극 및 드레인 전극용 금속층을 서로 접촉되게 연속적으로 형성하는 것을 공정 상 주요 특징으로 한다. In the present exemplary embodiment, the active layer of the semiconductor layer and the metal layers for the source electrode and the drain electrode are continuously formed in contact with each other, unlike the conventional manufacturing process of the thin film transistor for a liquid crystal display device.
도 4c에서는, 제 2 마스크 공정에 의해 금속층(118) 및 비정질 실리콘 물질층(116)을 연속적으로 식각하는 단계이며, 이때 게이트 전극(112)의 중앙부와 대응된 영역으로 정의되는 채널부(I)에서는 금속층(118)만을 선택적으로 제거하는 것을 특징으로 한다. In FIG. 4C, the metal layer 118 and the amorphous silicon material layer 116 are continuously etched by the second mask process, and the channel portion I defined as a region corresponding to the center portion of the gate electrode 112 is formed. In this case, only the metal layer 118 is selectively removed.
즉, 상기 금속층(118) 및 비정질 실리콘 물질층(116)을 연속적으로 식각하는 단계에서, 채널부(I)에 위치하는 금속층(118)만을 선택적으로 식각하기 위해서 회절 노광법을 이용하는 것이 바람직하다. That is, in the step of continuously etching the metal layer 118 and the amorphous silicon material layer 116, it is preferable to use a diffraction exposure method to selectively etch only the metal layer 118 located in the channel portion (I).
상기 회절 노광법에서는, 하프톤(half-tone) 또는 슬릿(slit)부를 가지는 마스크를 이용하여 원하는 영역의 PR패턴의 두께를 조절할 수 있는 방법에 해당된다. The diffraction exposure method corresponds to a method in which the thickness of a PR pattern in a desired region can be adjusted by using a mask having a half-tone or slit portion.
이 단계를 통해, 상기 채널부(I)에서 서로 이격되게 위치하는 좌측, 우측 금속층 패턴은 소스 전극(120) 및 드레인 전극(122)을 각각 이루고, 상기 소스 전극(120) 및 드레인 전극(122)과 대응된 패턴을 가지는 비정질 실리콘 물질층(116) 패턴은 액티브층(117)을 이룬다. Through this step, the left and right metal layer patterns which are spaced apart from each other in the channel part I form a source electrode 120 and a drain electrode 122, respectively, and the source electrode 120 and the drain electrode 122 are formed. The pattern of the amorphous silicon material layer 116 having the pattern corresponding to forms the active layer 117.
도면으로 상세히 제시하지는 않았지만, 상기 소스 전극(120)을 포함하여, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선이 형성된다. Although not shown in detail in the drawings, the data line is formed in a second direction including the source electrode 120 to cross the first direction.
상기 게이트 배선 및 데이터 배선이 교차되는 영역은 화소 영역으로 정의된다. An area where the gate line and the data line cross each other is defined as a pixel area.
도 4d에서는, 상기 소스 전극(120) 및 드레인 전극(122)을 마스크로 이용한 RTP 처리 공정으로 정의되는 샐리사이드 공정에 의해 소스 전극(120) 및 드레인 전극(122)과 액티브층(117) 계면에 실리사이드(silicide)를 형성하여, 상기 실리사이드를 오믹콘택층(124)으로 구성하는 단계이다. In FIG. 4D, the source electrode 120, the drain electrode 122, and the active layer 117 are interfaced with each other by a salicide process defined as an RTP process using the source electrode 120 and the drain electrode 122 as a mask. A silicide is formed to form the silicide as the ohmic contact layer 124.
한 예로, 전술한 제 2 금속물질이 코발트로 이루어질 경우, 상기 오믹콘택층(124)은 CoSix로 이루어지고, 티탄일 경우 TiSix, 텅스텐일 경우 WSix 등 각 금속물질에 따라 실리사이드를 형성하게 된다. For example, when the above-described second metal material is made of cobalt, the ohmic contact layer 124 is made of CoSix, and forms silicide according to each metal material such as TiSix for titanium and WSix for tungsten.
이 단계는, 본 실시예의 핵심적인 공정으로서 상기 샐리사이드 공정에 의하면 별도의 오믹콘택 물질층을 형성하는 단계 및 채널부 구성을 위한 식각 공정을 생략하고, 셀프 얼라인 방식으로 소스 전극(120) 및 드레인 전극(122)과 액티브층(117) 간의 접촉부를 오믹콘택층(124)으로 형성하기 때문에 공정 단순화를 꾀할 수 있다. This step, as a key process of the present embodiment, according to the salicide process, the step of forming a separate ohmic contact material layer and the etching process for configuring the channel portion, omitting the source electrode 120 and the self-aligned method Since the contact portion between the drain electrode 122 and the active layer 117 is formed by the ohmic contact layer 124, the process can be simplified.
한 예로, 상기 RTP 처리는 질소(N2) 또는 질소/산소(02) 분위기에서 800 ~ 1,000 ℃의 온도 조건하에서 10 ~ 30초 동안 짧은 열처리를 통해 실리사이드를 형성하기 때문에, 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(117)의 물성에 영향을 끼치지 않을 수 있다.In one example, the RTP treatment is active active made of amorphous silicon because it forms a silicide through a short heat treatment for 10 to 30 seconds under a temperature condition of 800 ~ 1,000 ℃ in nitrogen (N 2 ) or nitrogen / oxygen (0 2 ) atmosphere It may not affect the physical properties of the layer 117.
상기 액티브층(116) 및 오믹콘택층(124)은 반도체층(126)을 구성하고, 상기 게이트 전극(112), 반도체층(126), 소스 전극(120) 및 드레인 전극(122)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다. The active layer 116 and the ohmic contact layer 124 constitute a semiconductor layer 126, and the gate electrode 112, the semiconductor layer 126, the source electrode 120, and the drain electrode 122 are thin film transistors. (T).
그리고, 상기 소스 전극(120) 및 드레인 전극(122)의 이격 구간에 위치하는 액티브층(116) 영역은 채널(ch)을 이룬다. In addition, an active layer 116 region positioned in the separation interval between the source electrode 120 and the drain electrode 122 forms a channel ch.
도 4e에서는, 상기 박막트랜지스터(T)를 덮는 영역에 제 2 절연물질로 이루어진 보호층(128)을 형성하는 단계이다. In FIG. 4E, the protective layer 128 made of the second insulating material is formed in the region covering the thin film transistor T. Referring to FIG.
상기 제 2 절연물질은 유기절연물질 또는 무기절연물질 중 어느 하나 또는 다수를 이용하여 형성될 수 있으며, 바람직하게는 박막트랜지스터(T)와 직접 접촉되는 절연물질은 무기절연물질 더욱 바람직하게는 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 중 어느 하나에서 선택하는 것이다. The second insulating material may be formed using any one or a plurality of organic insulating materials or inorganic insulating materials. Preferably, the insulating material directly contacting the thin film transistor T is an inorganic insulating material, more preferably, a silicon nitride film. Or silicon oxide film.
도면으로 제시하지는 않았지만, 상기 보호층(128)에 드레인 전극(122)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 보호층(128) 상부에 드레인 콘택홀과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다. Although not shown in the drawing, forming a drain contact hole partially exposing the drain electrode 122 in the passivation layer 128 and forming a pixel electrode connected to the drain contact hole on the passivation layer 128. Steps.
본 발명은 상기 실시예로 한정하지 않으며, 본 발명의 취지에 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다. The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
이와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치용 박막트랜지스터 소자 및 그 제조방법에 의하면, 첫째 샐리사이드 공정에 의해 별도의 오믹콘택층 물질 증착 공정 및 채널 형성 공정을 생략할 수 있어, 공정을 단순화할 수 있다. As described above, according to the thin film transistor element and the method of manufacturing the same according to the present invention, a separate ohmic contact layer material deposition process and a channel forming process can be omitted by the first salicide process, thereby simplifying the process. have.
둘째, 공정 단순화로 인해 생산 수율을 높이고, 제품 경쟁력을 높일 수 있다. Second, process simplification can increase production yields and increase product competitiveness.
셋째, 수초 간의 짧은 열처리 공정인 RTP 공정에 의해, 콘택부의 저항 문제를 해결하기 때문에, 기판에 열적 손상이 가해지는 것을 방지할 수 있어, 공정 신뢰도를 높일 수 있다. Third, the problem of resistance of the contact portion can be solved by the RTP process, which is a short heat treatment process for several seconds, so that thermal damage can be prevented from being applied to the substrate, thereby improving process reliability.
도 1은 일반적인 액정표시장치에 대한 단면도.1 is a cross-sectional view of a general liquid crystal display device.
도 2a 내지 도 2d는 일반적인 액정표시장치용 박막트랜지스터의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film transistor for a general liquid crystal display device.
도 3a, 3b는 종래의 방법에 따라 반도체 소자의 샐리사이드를 형성하는 공정을 개략적으로 도시한 실리콘웨이퍼의 단면도. 3A and 3B are cross-sectional views of silicon wafers schematically showing a process for forming salicide of a semiconductor device according to a conventional method.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 박막트랜지스터 소자의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도. 4A to 4E are cross-sectional views showing step-by-step manufacturing processes of a thin film transistor element for a liquid crystal display according to a first embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
110 : 기판 112 : 게이트 전극110 substrate 112 gate electrode
114 : 게이트 절연막 117 : 액티브층114: gate insulating film 117: active layer
120 : 소스 전극 122 : 드레인 전극 120 source electrode 122 drain electrode
124 : 오믹콘택층 126 : 반도체층124: ohmic contact layer 126: semiconductor layer
ch : 채널 T : 박막트랜지스터 ch: Channel T: Thin film transistor
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