KR100516508B1 - 박막트랜지스터 표시판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막트랜지스터 표시판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비정질 실리콘을 액티브층으로 하는 플라스틱 기판상의 액정표시장치용 박막트랜지스터에 관한 것이다.
플라스틱 기판상에 박막트랜지스터를 제조하는 경우, 박막트랜지스터를 구성하는 다수의 무기물 층과 플라스틱 기판과의 서로 다른 열팽창계수차로 인한 응력(박막 스트레스)로 플라스틱 박막의 변형을 가져오는데, 본 발명에서는 아일랜드형으로 형성되는 제 2 게이트 절연막을 포함하는 2개의 게이트 절연막을 증착하고 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 제외하고는 활성층을 모두 식각하여 이러한 박막 스트레스를 줄여 고품위의 박막트랜지스터를 제조하였다.
Description
본 발명은 액정표시장치용 박막트랜지스터 표시판에 관한 것으로, 특히 비정질 실리콘을 액티브층으로 하며 플라스틱 기판상에 액정표시장치용 박막트랜지스터를 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 TFT-LCD의 화소전극 구동용 스위칭 소자로 사용되는 박막트랜지스터의 액티브층은 비정질 실리콘과 폴리실리콘으로 나뉘어 지는데 이 중 비정질 실리콘은 기판상에 증착된 다음 결정화 과정을 거치지 않고 사용될 수 있기 때문에 양산성과 대면적화 측면에서 큰 장점을 가지고 있다.
또한 박막트랜지스터는 액티브층을 사이에 두고 게이트 전극과 소스전극 및 드레인 전극이 분리되어 있는 스테거드 구조와 액티브층의 일면에 게이트 전극과 소스전극 및 드레인 전극이 형성되어 있는 코플라나 구조로 나뉜다.
여기서 스테거드 구조는 다시 두가지로 나뉘게 되는데, 게이트 전극이 액티브층의 상부에 있으면 스테거드 구조의 박막트랜지스터라 하고, 게이트 전극이 액티브층의 하부에 있으면 인버티드 스테거드 구조라 한다.
전술한 비정질 실리콘을 액정표시장치용 박막트랜지스터에 사용할 시에는 비정질 실리콘이 빛에 민감하여 박막트랜지스터의 누설전류를 증가시키기 때문에 일반적으로 백라이트의 빛으로 인한 누설전류를 감소시키기 위하여 게이트 전극이 액티브층의 하부에 위치하는 인버티드 스테거드 구조를 사용한다.
인버티드 스테거드 구조를 더욱 상세히 설명하면, 전술한 바와 같이 기판상에 게이트 전극이 형성되고, 상부에 게이트 절연막을 증착한 다음, 액티브층인 비정질 실리콘을 적층한다.
다음으로 액티브층의 상부에 소스전극과 드레인 전극을 형성하게 되면 인버티드 스테거드 구조의 박막트랜지스터가 완성된다.
최근들어 이러한 박막트랜지스터를 플라스틱 기판상에 제작하는 연구가 활발해 지고 있다. 이는 플라스틱 기판이 유리기판에 비하여 이동이 간편하고 가벼우며, 변형이 가능한 장점을 가지고 있기 때문이다.
그런데, 플라스틱 기판상에 박막트랜지스터를 형성하기 위해서는 다수의 박막을 증착하여야 하는데, 이 증착 온도가 플라스틱의 변형온도인 180도 보다 높고, 낮은 온도에서 박막을 증착하게 되면 불순물 함량이 높아져 순도가 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 비정질 실리콘을 액티브층으로 사용하여, 인버티드 스테거드 구조를 채택한 박막트랜지스터의 제조공정을 간단히 설명하면 다음과 같다.
먼저 플라스틱 기판상에 게이트 전극을 형성하고 실리콘 질화막을 증착한 다음, 비정질 실리콘과 오믹층을 차례로 적층한 후 소스전극과 드레인전극을 형성하게 되면 인버티드 스테거드 구조의 박막트랜지스터를 형성할 수 있다.
이때, 플라스틱 기판과 적층한 박막들 간의 열팽창 계수 차이로 인하여 기판의 크기가 변형되는데 이는 플라스틱 기판은 유기물질로 이루어져 있는 유기물층이고 적층한 박막들은 무기물질로 이루어진 무기물층이기 때문이다.
일반적으로 유기물질이 무기물질에 비하여 열에 대한 민감도가 높아 박막트랜지스터 공정시 증착온도에 따라 플라스틱 기판의 변형이 일어나, 증착이후 박막트랜지스터 패턴을 하기 위하여 새도우 마스크를 얼라인(align)하는 것이 불가능하고, 이로 인하여 박막트랜지스터를 제작할 수 없게 된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 플라스틱기판 상에 플라스틱 변형을 최소화하기 위하여 유기물질과 무기물질간의 열팽창 계수차를 개선하고 고품위의 박막트랜지스터 표시판을 제조하는 방법을 제조하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 관점은 플라스틱 기판과; 상기 플라스틱 기판의 상부 및 하부에 형성되어 있는 가스 방지막과; 상기 가스 방지막 상부에 형성되어 있는 게이트 전극과; 상기 게이트 전극의 상부에 형성되는 제 1 게이트 절연막과; 상기 제 1 게이트 절연막 상부에 아일랜드형으로 형성되는 제 2 게이트 절연막과; 상기 제 2 게이트 절연막 상부에 차례로 형성되는 비정질 실리콘 및 오믹층과; 상기 오믹층 상부에 형성되는 소스전극 및 드레인전극과; 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 상부에 형성되는 보호막을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판을 제공한다.여기서 상기 가스방지막은 VPP(SiOxCy) 또는 실리콘 산화막(SiOx) 또는 탄탈 옥사이드(TaOx) 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 제 1 게이트 절연막은 유기물질임을 특징으로 하고, 더욱 바람직하게는 상기 유기물질은 BCB(Benzocyclobutene)이다.
그리고, 상기 오믹층은 n형 또는 p형의 비정질 실리콘이며, 상기 제 2 게이트 절연막은 무기물질인데, 상기 무기물질은 실리콘 질화막인 것이 바람직하다.
상기 보호막은 유기물질이다.
본 발명은 다른 관점에서 플라스틱 기판과; 상기 플라스틱 기판의 상부 및 하부에 형성되는 가스 방지막과; 상기 가스 방지막 상부에 형성되는 게이트 전극과; 상기 게이트 전극의 상부에 형성되는 제 1 게이트 절연막과; 상기 제 1 게이트 절연막 상부에 아일랜드형으로 형성되는 제 2 게이트 절연막과; 상기 제 2 게이트 절연막 상부에 형성되는 비정질 실리콘과; 상기 비정질 실리콘의 상부에 형성되는 에치스토퍼와; 상기 에치스토퍼 상부에 형성되는 오믹층과; 상기 오믹층 상부에 형성되어 있는 소스전극 및 드레인전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판을 제공하며, 상기 제 2 게이트 절연막은 무기물질이고 또한 상기 에치스토퍼는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또 다른 관점에서 플라스틱 기판의 상하부에 가스 방지막을 형성하는 단계와; 상기 플라스틱 기판의 상부에 형성한 가스 방지막의 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극의 상부에 제 1 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 제 1 게이트 절연막의 상부에 무기물층인 제 2 게이트 절연막과 비정질 실리콘, 그리고 오믹층을 순차적으로 증착하는 단계와; 상기 무기물층을 패턴하여 아일랜드를 형성하는 단계와; 상기 아일랜드의 상부에 금속을 증착하여 소스전극과 드레인전극을 형성하는 단계와; 상기 형성한 소스전극과 드레인전극의 상부에 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조방법을 제공한다.
상기 제 1 게이트 절연막을 형성하는 단계는 스핀코팅 도포에 의하며, 상온에서 행해지는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 보호막은 유기물질이고 더욱 바람직하게는 BCB(Benzocylcobutene)이다.
상기 소스전극과 드레인전극을 형성하기 위하여 증착하는 금속은 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 또는 알루미늄이고, 상기 박막 트랜지스터 표시판은 핑거타입(finger type)인 것을 특징으로 하는 방법에 의하여 박막 트랜지스터 표시판이 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
--제 1 실시예--
본 실시예에서는 도 1a 내지 도 1h를 통하여 본 발명에 따른 박막트랜지스터 표시판의 형성 과정을 도시하였다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 플라스틱 기판(100)상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 또는 탄탈 옥사이드(TaOx) 또는 VPP(SiOxCy) 등의 가스방지막으로 이루어지는 가스 방지막(110)을 플라즈마(PECVD : plasma enhanced chemical vapor deposition, 이하 PECVD라 함) 또는 스퍼터(sputter)를 이용하여 수십Å ~ 수 μm의 두께로 증착하여 플라스틱에 산소나 수증기의 투과를 억제한다.
다음으로 도 1b에 도시한 바와 같이, 가스방지막(110)의 상부에 금속층을 적층하고 패턴하여 게이트 전극(112)을 형성한 다음, 도 1c에 도시한 바와 같이, 상부에 유기물층인 제 1 게이트 절연막(114)을 증착한다.
이때 사용하는 금속으로는 신축성과 박막 스트레스에 강한 알루미늄을 주로 사용하는데, 열증착(evaporation) 및 스퍼터(sputter) 방법을 통하여 증착할 수 있으므로 상온에서 공정을 진행할 수 있다는 또 다른 장점을 가지고 있다.
전술한 제 1 게이트 절연막은 유기물질인 플라스틱 기판을 고려하여 유기물질인 BCB(Benzocyclobutene)을 사용하며 PECVD, 스퍼터, 또는 스핀코팅을 이용하여 적층하는데, 일반적으로 두께는 100nm로 하며, 스핀코팅시 상온에서 절연막을 증착하는 것이 가능하다.
그런데, 액티브층으로 사용하는 비정질 실리콘은 무기물질이기 때문에 도 1d에 도시한 바와 같이, 무기물층인 제 2 게이트 절연막(116)을 제 1 게이트 절연막(114)의 상부에 증착하고, 다음으로 비정질 실리콘(118), 그리고 오믹층(120)을 차례로 적층한 다음 3개의 무기물층을 패턴한다.
이때 제 2 게이트 절연막(116)은 실리콘 질화막을 사용하는데, 전술한 제 1 게이트 절연막(114)과 제 2 게이트 절연막(116)으로 사용하는 물질은 모두 플라스틱 기판상에서 제조해야하기 때문에 상온 또는 플라스틱 변형온도 보다 낮은 온도에서 증착이 가능한 것을 이용한다.
제 2 게이트 절연막(116)은 3~400nm, 비정질 실리콘(118)은 100~400nm이며, 오믹층(120)은 20~150nm 두께로 형성되었으며, 증착온도는 모두 150도 근방이다.
그런데, 플라스틱 기판에 증착된 제 2 게이트 절연막(116), 비정질 실리콘(118)과 오믹층(120)은 무기물질로 제 1 게이트 절연막(114)를 적층하긴 했으나 플라스틱 기판과의 열팽창 계수 차로 인하여 플라스틱 기판이 팽창하여 휘어지게 된다.
이러한 이유로, 제 2 게이트 절연막(116), 비정질 실리콘(118)과 오믹층(120)을 박막트랜지스터의 채널이 형성될 영역만을 남기고 모두 식각하여 아일랜드를 형성한다. 그런데 여기에서, 제 1 게이트 절연막(112)은 식각하지 않는데, 이는 식각시 에천트로 인한 플라스틱 기판과 게이트 금속의 손상을 막기 위한 것이다.
아일랜드를 형성하게 되면 제 2 게이트 절연막(116), 비정질 실리콘(118)과 오믹층(120)으로 인한 플라스틱 기판(100)과의 서로다른 열팽창 계수차로 인한 스트레스(stress)를 줄일 수 있어, 다수의 박막을 증착하였을 때 팽창하였던 플라스틱 기판이 무기물층을 식각하고 나면 원래 상태로 줄어들게 된다.
도 1e에서는 비정질 실리콘(118)과 n형 비정질 실리콘(120)을 식각한 단면도를 도시하였다.
다음으로, 금속층을 증착하고 패턴하여 소스전극(122a)과 드레인 전극(122b)을 형성한 다음, 박막트랜지스터를 보호하기 위한 보호층(124)을 적층한 도면을 도 1g에 도시하였다.
이때 소스전극(122a)과 드레인전극(122b)를 형성하기 위하여 증착하는 금속으로는 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 합금, 또는 알루미늄을 사용하는데, 각각을 전극 금속으로 사용할 수 있으나 몰리브덴을 적층한 다음 상부에 알루미늄을 적층하여 전극을 사용하기도 한다.
이는 몰리브덴은 저항이 낮은 물질이기 때문에 오믹층(118)과 닿는 면에 증착하고 알루미늄은 스트레스에 강하기 때문에 몰리브덴의 상부에 적층하여 안정된 박막트랜지스터의 소스전극(122a)과 드레인전극(122b)를 형성하기 위함이다.
다음으로 도 1h에 도시한 바와 같이, 유기물 보호막에 콘택홀(126)을 형성하고 투명한 전도성 물질인 인듐틴옥사이드나 인듐 징크 옥사이드를 사용하여 화소전극(128)을 적층하면 기판을 플라스틱으로 하는 박막트랜지스터 어레이 기판을 형성하게 되는데, 이러한 박막트랜지스터 어레이 기판의 평면도를 도 2를 통하여 도시하였다.
본 실시예를 통하여 형성한 박막트랜지스터 어레이기판에는 데이터 배선(150)과 게이트 배선(160)이 교차하여 정의되는 화소영역(P)과 교차하는 지점에 전술한 바와 같은 방법으로 형성한 박막트랜지스터(T)가 구성되어 있다.
박막트랜지스터(T)에는 소스전극(122a)와 드레인전극(122b)이 형성되어 있고, 비정질 실리콘인 액티브층(118)이 적층되어 있는데, 핑거 타입(finger type)형태로 형성되어 있다.
전술한 플라스틱 기판상의 박막트랜지스터 어레이 기판의 전기적인 특성을 도 3을 통하여 도시하였다.
문턱전압은 2.9V였으며, 전계효과 이동도는 0.31cm2/Vs로 일반적으로 유리기판상에 제작한 비정질 실리콘을 액티브층으로 하는 박막트랜지스터의 특성과 유사한 플라스틱 기판상에 제작한 고품위의 박막트랜지스터를 제조하였다.
--제 2 실시예--
본 실시예는 플라스틱 기판상에 에치스토퍼(etch stopper)를 가지는 박막트랜지스터 표시판을 제조하는 과정에 관한 것으로, 이 방법으로 제조한 박막트랜지스터 표시판을 도 4에 도시하였다.
먼저 플라스틱 기판(200)상,하부에 가스방지막(210)을 증착하고 게이트 전극(212)을 형성한 다음, 상부에 유기물질인 제 1 게이트 절연막(214)을 적층한다.
적층된 제 1 게이트 절연막(214)의 상부에 차례로 무기물층인 제 2 게이트 절연막(216)과 비정질 실리콘(218), 그리고 오믹층(220)을 적층한 다음 에치스토퍼(219)로 사용하기 위하여 실리콘 질화막을 적층한다.
에치스토퍼(219)는 도시한 게이트 전극(212)이 액티브층인 비정질 실리콘(218)의 하부에 위치하고, 비정질실리콘(218)의 상부에 소스전극(222a)과 드레인전극(222b)이 형성된 인버티드 스테거드 구조에 있어서, 소스전극(222a)과 드레인전극(222b) 그리고 오믹층(220) 패턴시 액티브층인 비정질 실리콘(218)이 노출되게 되는데, 이것을 막기 위하여 사용한다.
다음으로 적층한 무기물층(216,218,220)을 식각하여 아일랜드를 형성하고, 오믹층(220)과 비정질 실리콘(218)을 패턴하고, 상부에 금속을 증착한 다음, 소스전극(222a)과 드레인전극(222b)을 형성하여, 박막트랜지스터를 구성한 다음, 수분 침투를 막기 위하여 보호층(224)를 적층한다.
본 실시예에 따른 박막트랜지스터도 제 1 실시예에서와 같이 보호층(224)에 콘택홀을 형성하고 상부에 화소전극을 증착하여 박막트랜지스터 어레이 기판을 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 플라스틱 기판상의 박막트랜지스터를 제조하는데 있어서, 무기물층을 아일랜드형으로 형성하여 플라스틱 기판과 무기물층간의 열팽창 계수차를 줄여 플라스틱 기판의 변형을 막을 수 있는 박막트랜시즈터 표시판을 제작할 수 있고, 고품위의 박막트랜지스터 특성을 얻을 수 있다.
도 1a내지 도 1h는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막트랜지스터 표시판의 제조방법을 도시한 공정도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막트랜지스터 표시판의 평면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막트랜지스터 표시판의 전기적 특성을 도시한 그래프.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막트랜지스터 표시판의 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
110 : 가스방지막 112 : 게이트 전극
114: 제 1 게이트 절연막 116: 제 2 게이트 절연막
118: 비정질 실리콘 122a: 소스전극
122b: 드레인 전극 124 : 보호층
T: 박막트랜지스터
Claims (18)
- 플라스틱 기판과;상기 플라스틱 기판의 상부 및 하부에 형성되어 있는 가스 방지막과;상기 가스 방지막 상부에 형성되어 있는 게이트 전극과;상기 게이트 전극의 상부에 형성되는 제 1 게이트 절연막과;상기 제 1 게이트 절연막 상부에 아일랜드형으로 형성되는 제 2 게이트 절연막과;상기 제 2 게이트 절연막 상부에 차례로 형성되는 비정질 실리콘 및 오믹층과;상기 오믹층 상부에 형성되는 소스전극 및 드레인전극과;상기 소스 전극 및 드레인 전극의 상부에 형성되는 보호막을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제 1 항에 있어서,상기 가스 방지막은 VPP(SiOxCy), 실리콘 산화막 또는 탄탈 옥사이드 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 게이트 절연막은 유기물질인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제 3항에 있어서,상기 유기물질은 BCB(Benzocyclobutene)인 것을 더욱 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 게이트 절연막은 무기물질인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제 5항에 있어서,상기 무기물질은 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제 1항에 있어서,상기 오믹층은 n형 또는 p형 비정질 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제 1항에 있어서,상기 보호막은 유기물질인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 플라스틱 기판과;상기 플라스틱 기판의 상부 및 하부에 형성되는 가스 방지막과;상기 가스 방지막 상부에 형성되는 게이트 전극과;상기 게이트 전극의 상부에 형성되는 제 1 게이트 절연막과;상기 제 1 게이트 절연막 상부에 아일랜드형으로 형성되는 제 2 게이트 절연막과;상기 제 2 게이트 절연막 상부에 형성되는 비정질 실리콘과;상기 비정질 실리콘의 상부에 형성되는 에치스토퍼와;상기 에치스토퍼 상부에 형성되는 오믹층과;상기 오믹층 상부에 형성되어 있는 소스전극 및 드레인전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제 9항에 있어서,상기 제 2 게이트 절연막은 무기물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제 9항 또는 제 10항에 있어서,상기 에치스토퍼는 실리콘 질화막인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 플라스틱 기판의 상하부에 가스 방지막을 형성하는 단계와;상기 플라스틱 기판의 상부에 형성한 가스 방지막의 상부에 게이트 전극을 형성하는 단계와;상기 게이트 전극의 상부에 제 1 게이트 절연막을 형성하는 단계와;상기 제 1 게이트 절연막의 상부에 무기물층인 제 2 게이트 절연막과 비정질 실리콘, 그리고 오믹층을 순차적으로 증착하는 단계와;상기 무기물층을 패턴하여 아일랜드를 형성하는 단계와;상기 아일랜드의 상부에 금속을 증착하여 소스전극과 드레인전극을 형성하는 단계와;상기 형성한 소스전극과 드레인전극의 상부에 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조방법.
- 제 12항에 있어서,상기 제 1 게이트 절연막을 형성하는 단계는 스핀코팅으로 도포하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조방법.
- 제 12항에 있어서,상기 제 1 게이트 절연막을 형성하는 단계는 상온에서 행해지는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조방법.
- 제 12항에 있어서,상기 보호막은 유기물질임을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조방법.
- 제 15항에 있어서,상기 유기물질은 BCB(Benzocyclobutene)인 것을 더욱 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조방법.
- 제 12항에 있어서,상기 소스전극과 드레인전극을 형성하기 위하여 증착하는 금속은 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 또는 알루미늄인 박막 트랜지스터 표시판의 제조방법.
- 제 12항에 있어서,상기 박막 트랜지스터 표시판은 핑거타입(finger type)인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조방법.
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