KR100521275B1 - Cmos thin film transistor and display device using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CMOS 박막 트랜지스터 및 이를 사용하는 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 액티브 채널 영역에 포함되는 기판 위에 형성되는 폴리 실리콘의 두께가 P형 박막 트랜지스터보다 N형 박막 트랜지스터가 더 두꺼우며, 상기 N형 박막 트랜지스터에 포함되는 결정립의 크기가 상기 P형 박막 트랜지스터에 포함되는 결정립의 크기보도 작은 것을 특징으로 하는 CMOS 박막 트랜지스터 및 이를 사용하는 평판 디스플레이 디바이스를 제공함으로써 문턱 전압의 절대값 및 전류 이동도를 제어할 수 있으므로 전기적 특성이 향상된 CMOS 박막 트랜지스터 및 평판 디스플레이 디바이스를 제공할 수 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS thin film transistor and a display device using the same, wherein a thickness of polysilicon formed on a substrate included in an active channel region is thicker than an N-type thin film transistor than a P-type thin film transistor. By providing a CMOS thin film transistor and a flat panel display device using the same, the size of the crystal grains included in the P-type thin film transistor is smaller than the size of the crystal grains included in the P-type thin film transistor can control the absolute value of the threshold voltage and current mobility. Thus, CMOS thin film transistors and flat panel display devices with improved electrical characteristics can be provided.

Description

씨모스 박막 트래지스터 및 이를 사용한 디스플레이 디바이스{CMOS THIN FILM TRANSISTOR AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}CMOS Thin Film Transistor and Display Device Using the Same {CMOS THIN FILM TRANSISTOR AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

[산업상 이용분야][Industrial use]

본 발명은 CMOS 박막 트랜지스터 및 이를 사용하는 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 P형 박막 트랜지스터 및 N형 박막 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값의 차이가 거의 없으며 전류 이동도가 높은 CMOS 박막 트랜지스터 및 이를 이용하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMOS thin film transistor and a display device using the same, and more particularly, a CMOS thin film transistor having a high current mobility and little difference in absolute values of threshold voltages of a P-type thin film transistor and an N-type thin film transistor. A display device is used.

[종래 기술] [Prior art]

일반적으로 CMOS 박막 트랜지스터(Complementary metal oxide semiconductor thin film transistor; CMOS TFT)를 사용하는 회로들은 액티브 매트릭스 액정 표시 소자(Active Matrix LCD), 유기 전계 발광 소자(EL) 및 이미지 센서 등을 구동하는데 사용된다. 그러나, 일반적으로 TFT의 문턱 전압의 절대값은 단결정 반도체를 사용하는 MOS 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값보다 크다. 더욱이, N형 박막 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값은 P형 박막 트랜지스터의 절대값과는 매우 다르다. 예를 들어, N형 박막 트랜지스터의 문턱 전압이 2V이면 P형 박막 트랜지스터에서는 -4V이다. In general, circuits using a CMOS metal thin film transistor (CMOS TFT) are used to drive an active matrix LCD, an organic EL device, an image sensor, and the like. However, in general, the absolute value of the threshold voltage of the TFT is larger than the absolute value of the threshold voltage of the MOS transistor using a single crystal semiconductor. Moreover, the absolute value of the threshold voltage of the N-type thin film transistor is very different from the absolute value of the P-type thin film transistor. For example, when the threshold voltage of the N-type thin film transistor is 2V, it is -4V in the P-type thin film transistor.

따라서, P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값이 매우 차이가 나는 것은 회로를 동작하는 데에는 바람직하지 않고, 특히, 구동 전압을 감소시키는 데에는 커다란 장벽으로 작용한다. 예를 들어, 일반적으로 문턱 전압의 절대값이 큰 P형 박막 트랜지스터는 낮은 구동 전압에서는 적절하게 동작하지 않는다. Therefore, it is not desirable to operate the circuit that the absolute value of the threshold voltage of the P-type thin film transistor and the N-type thin film transistor is very different, and in particular, it serves as a large barrier to reducing the driving voltage. For example, a P-type thin film transistor having a large absolute value of a threshold voltage generally does not operate properly at a low driving voltage.

즉, P형 박막 트랜지스터는 레지스터와 같은 수동 소자로서 단지 기능하며, 충분히 빨리 동작하지는 않는다. P형 박막 트랜지스터를 수동 소자처럼 작동시키기 위해서는 구동 전압이 충분히 높을 필요가 있다. That is, the P-type thin film transistor merely functions as a passive element such as a resistor and does not operate fast enough. To operate the P-type thin film transistor like a passive device, the driving voltage needs to be high enough.

특히, 게이트 전극이 일함수가 알루미늄과 같이 5 eV 이하인 물질로 이루어진 경우에는 게이트 전극과 진성(intrinsic) 실리콘 반도체 사이의 일함수의 차이가 -0.6 eV만큼 작아진다. 결과적으로, P형 박막 트랜지스터의 문턱 전압이 - 값으로 쉬프트되는 것과 같이 되고, N형 박막 트랜지스터의 문턱 전압은 0 V에 가깝게 된다. 그러므로, N형 박막 트랜지스터는 일반적으로 온-상태(on-state)인 것으로 된다. In particular, when the gate electrode is made of a material having a work function of 5 eV or less, such as aluminum, the difference in work function between the gate electrode and the intrinsic silicon semiconductor is reduced by -0.6 eV. As a result, the threshold voltage of the P-type thin film transistor is shifted to a negative value, and the threshold voltage of the N-type thin film transistor is close to 0V. Therefore, the N-type thin film transistor is generally made to be on-state.

위와 같은 상태에서, N형 박막 트랜지스터와 P형 박막 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값은 거의 동일한 것이 바람직하다. 종래 단결정 반도체 집적 회로 기술의 경우, 문턱 전압은 1018 원자/㎤의 농도 이하인 매우 작은 농도에서 N 또는 P 타입 불순물 도핑을 사용하여 제어되어 왔다. 즉, 문턱 전압은 1015 내지 1018 원자/㎤의 농도의 불순물 도핑에 의하여 0.1 V 이하의 정밀도로 제어되어 왔다.In the above state, it is preferable that the absolute values of the threshold voltages of the N-type thin film transistor and the P-type thin film transistor are almost the same. In conventional single crystal semiconductor integrated circuit technology, the threshold voltage has been controlled using N or P type impurity doping at very small concentrations of up to 10 18 atoms / cm 3. That is, the threshold voltage has been controlled with an accuracy of 0.1 V or less by impurity doping at a concentration of 10 15 to 10 18 atoms / cm 3.

그러나, 단결정 반도체가 아닌 반도체를 사용하는 경우, 불순물이 1018 원자/㎤ 또는 그 이하의 농도로 첨가될지라도 문턱 전압의 쉬프트는 관측되지 않는다. 더욱이, 불순물의 농도가 1018 원자/㎤ 이상이면, 문턱 전압은 급속히 변화하고, 전도성은 p-타입 또는 n-타입이 된다. 이것은 다결정 실리콘이 많은 디펙트을 갖기 때문이다. 디펙트 농도가 1018 원자/㎤이므로 첨가된 불순물은 이러한 디펙트에 의해 트랩되고 활성화될 수 없다. 더욱이, 불순물의 농도가 디펙트의 농도보다 크며 과도한 불순물은 활성화되고 도전 타입을 n 또는 p 타입으로 변화된다.However, when using a semiconductor other than a single crystal semiconductor, no shift in threshold voltage is observed even when impurities are added at a concentration of 10 18 atoms / cm 3 or less. Moreover, when the concentration of the impurity is 10 18 atoms / cm 3 or more, the threshold voltage changes rapidly, and the conductivity becomes p-type or n-type. This is because polycrystalline silicon has many defects. Since the defect concentration is 10 18 atoms / cm 3, the added impurities cannot be trapped and activated by this defect. Moreover, the concentration of impurities is greater than the concentration of defects and excess impurities are activated and the conductivity type is changed to n or p type.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 미국 특허 번호 제6,492,268호, 6,124,603호 및 5,615,935호에서는 채널 길이를 달리 하여 P형 박막 트랜지스터의 채널 길이를 N형 박막 트랜지스터의 채널 길이보다 작게 제조한다. 그러나, 이 특허에서도 채널 길이를 달리 제조하여야 하기 때문에 제조 공정이 복잡하다는 문제점이 있다. In order to solve this problem, in US Patent Nos. 6,492,268, 6,124,603 and 5,615,935, the channel length of the P-type thin film transistor is made smaller than the channel length of the N-type thin film transistor by varying the channel length. However, this patent also has a problem in that the manufacturing process is complicated because the channel length must be manufactured differently.

본 발명은 위에서 설명한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 채널 영역을 결정화할 때 결정립의 크기를 조절하여 P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터의 문턱 전압의 절대값의 차이가 거의 없으며 전류 이동도가 높은 CMOS 박막 트랜지스터 및 이를 사용하는 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems described above, and an object of the present invention is to control the size of crystal grains when crystallizing a channel region so that the difference between the absolute values of the threshold voltages of the P-type thin film transistor and the N-type thin film transistor. The present invention provides a CMOS thin film transistor having little current and high current mobility and a display device using the same.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, The present invention to achieve the above object,

액티브 채널 영역에 포함되는 기판 위에 형성되는 폴리 실리콘의 두께가 P형 박막 트랜지스터보다 N형 박막 트랜지스터가 더 두꺼우며, 상기 N형 박막 트랜지스터에 포함되는 결정립의 크기가 상기 P형 박막 트랜지스터에 포함되는 결정립의 크기보도 작은 것을 특징으로 하는 CMOS 박막 트랜지스터를 제공한다. The thickness of the polysilicon formed on the substrate included in the active channel region is thicker than the N-type thin film transistor than the P-type thin film transistor, and the grain size of the N-type thin film transistor is included in the P-type thin film transistor. Provided is a CMOS thin film transistor characterized in that the size is also small.

또한, 본 발명은 In addition, the present invention

기판,Board,

상기 기판 위에 형성되어 있는 버퍼층, 및 A buffer layer formed on the substrate, and

상기 버퍼층 위에 형성되어 있는 폴리 실리콘막을 포함하는 P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터로 이루어진 CMOS 박막 트랜지스터에 있어서, In a CMOS thin film transistor comprising a P-type thin film transistor and an N-type thin film transistor including a polysilicon film formed on the buffer layer,

상기 P형 박막 트랜지스터는 상기 기판과 상기 버퍼층 사이에 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 박막 트랜지스터를 제공한다. The P-type thin film transistor provides a CMOS thin film transistor comprising an insulating layer between the substrate and the buffer layer.

또한, 본 발명은 In addition, the present invention

상기 CMOS 박막 트랜지스터를 사용하는 액정 표시 소자 또는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.A liquid crystal display device or an organic EL device using the CMOS thin film transistor is provided.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in more detail.

본 발명에서는 액티브 채널 영역 내에 포함되는 폴리 실리콘의 결정립의 크기가 박막 트랜지스터의 전기적 특성 즉, 전류 이동도 및 문턱 전압 등에 영향을 주는 것에 착안하여 CMOS 박막 트랜지스터에 형성되는 P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터에 형성되는 폴리 실리콘의 결정립의 크기를 조절함으로써 CMOS 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시키고자 하였다. In the present invention, the P-type thin film transistor and the N-type thin film formed in the CMOS thin film transistor in consideration of the size of the crystal grains of the polysilicon included in the active channel region affect the electrical characteristics of the thin film transistor, that is, the current mobility and the threshold voltage. In order to improve the electrical characteristics of a CMOS thin film transistor by controlling the size of crystal grains of polysilicon formed in the transistor.

도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 박막 트랜지스터를 제조하기 위한 공정을 순서적으로 나타내는 공정도이다. 1A to 1I are process diagrams sequentially showing a process for manufacturing a CMOS thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

도 1a에서와 같이, N형 박막 트랜지스터 영역(10a)과 P형 박막 트랜지스터 영역(10b)을 구비한 기판(10) 상에 먼저, 버퍼층(11)을 증착한다. 버퍼층(11)으로는 SiO2 등을 사용한다. 버퍼층(11)을 증착한 후 비정질 실리콘(12)을 버퍼층(11) 상부에 증착한다. 이때, 비정질 실리콘(12)은 500 내지 1,500 Å의 두께로 증착한다.As shown in FIG. 1A, a buffer layer 11 is first deposited on a substrate 10 having an N-type thin film transistor region 10a and a P-type thin film transistor region 10b. SiO 2 or the like is used as the buffer layer 11. After depositing the buffer layer 11, amorphous silicon 12 is deposited on the buffer layer 11. At this time, the amorphous silicon 12 is deposited to a thickness of 500 to 1,500 kPa.

그리고 나서, 도 1b에 도시된 바와 같이, N형 박막 트랜지스터 영역(10a)에는 비정질 실리콘(12) 위에 포토레지스트 패턴(13)을 형성하고, 비정질 실리콘을 건식 식각한다. 그러면, P형 박막 트랜지스터 영역(10b)의 비정질 실리콘(12b)은 일정 깊이만큼 식각되어 N형 박막 트랜지스터 영역의 비정질 실리콘(12a)층과 P형 박막 트랜지스터 영역의 비정질 실리콘(12b)층은 두께 차이가 발생하게 된다. Then, as illustrated in FIG. 1B, the photoresist pattern 13 is formed on the amorphous silicon 12 in the N-type thin film transistor region 10a, and the amorphous silicon is dry-etched. Then, the amorphous silicon 12b of the P-type thin film transistor region 10b is etched by a predetermined depth so that the thickness of the amorphous silicon 12a layer of the N-type thin film transistor region and the amorphous silicon 12b layer of the P-type thin film transistor region differ in thickness. Will occur.

이때 P형 박막 트랜지스터에 남는 비정질 실리콘(12b)의 두께는 300 내지 800 Å 정도가 된다. At this time, the thickness of the amorphous silicon 12b remaining in the P-type thin film transistor is about 300 to 800 GPa.

포토레지스트(13)를 제거한 후 도 1c에 도시된 바와 같이, 레이저를 조사하여 비정질 실리콘을 폴리 실리콘으로 결정화시킨다. 이때, P형 박막 트랜지스터 영역의 비정질 실리콘(12b)층의 두께가 N형 박막 트랜지스터 영역의 비정질 실리콘(12a)층의 두께보다 작기 때문에 P형 박막 트랜지스터 영역의 비정질 실리콘의 경우 거의 다 녹은 후 결정화되고, N형 박막 트랜지스터 영역의 비정질 실리콘은 상부 일부만이 녹은 후 결정화되게 된다. 그렇게 됨으로써, P형 박막 트랜지스터 영역에 형성되는 폴리 실리콘의 결정립의 크기는 크게 되고, N형 박막 트랜지스터 영역에 형성되는 폴리 실리콘의 결정립의 크기는 상대적으로 P형 박막 트랜지스터 영역에 형성되는 폴리 실리콘의 결정립의 크기보다 작게 형성된다. After removing the photoresist 13, as shown in FIG. 1C, the laser is irradiated to crystallize the amorphous silicon into polysilicon. At this time, since the thickness of the amorphous silicon (12b) layer of the P-type thin film transistor region is smaller than the thickness of the amorphous silicon (12a) layer of the N-type thin film transistor region, the amorphous silicon of the P-type thin film transistor region is almost completely melted and then crystallized. The amorphous silicon in the N-type thin film transistor region is crystallized after only the upper portion thereof is melted. As a result, the size of the crystal grains of the polysilicon formed in the P-type thin film transistor region is increased, and the size of the crystal grains of the polysilicon formed in the N-type thin film transistor region is relatively large. It is formed smaller than the size of.

이러한 경우, N형 박막 트랜지스터 영역보다 P형 박막 트랜지스터 영역의 폴리 실리콘이 결정립 크기가 크기 때문에 결정립 경계가 포함되는 숫자가 N형 박막 트랜지스터 영역보다 P형 박막 트랜지스터 영역이 작게 된다. In this case, since the polysilicon of the P-type thin film transistor region has a larger grain size than the N-type thin film transistor region, the number including the grain boundary becomes smaller than that of the N-type thin film transistor region.

한편, 레이저를 사용하여 비정질 실리콘을 결정화시키는 경우 결정립 사이의 경계인 결정립 경계가 형성되며, 이러한 결정립 경계가 디바이스를 제작하는 경우 P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터의 전류 이동도 및 문턱 전압에 영향을 미치게 된다. 즉, 상기 결정립 경계의 경우 전하 캐리어(electric charge carrier)에 대하여 트랩(trap)으로 작용하는 것으로 알려져 있다. On the other hand, when the amorphous silicon is crystallized using a laser, a grain boundary, which is a boundary between grains, is formed, and when the device is manufactured, the grain boundary affects the current mobility and threshold voltage of the P-type thin film transistor and the N-type thin film transistor. Go crazy. In other words, it is known that the grain boundary acts as a trap for an electric charge carrier.

도 3은 폴리 실리콘의 결정립 크기에 따른 전류 이동도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 결정립의 크기가 커짐에 따라 전류 이동도도 증가함을 알 수 있다. 3 is a graph showing a change in current mobility according to grain size of polysilicon. Referring to FIG. 3, it can be seen that as the grain size increases, the current mobility also increases.

따라서, P형 박막 트랜지스터 영역의 경우에는 이러한 결정립 경계의 수가 적게 포함됨에 따라 상대적으로 N형 박막 트랜지스터 영역에서의 전류 이동도는 높아지게 되고, 문턱 전압은 낮아지게 되므로 P형 박막 트랜지스터 영역과 N형 박막 트랜지스터 영역 사이의 전류적 특성의 차이가 줄어들어 거의 없게 된다. Therefore, in the case of the P-type thin film transistor region, as the number of grain boundaries is less, the current mobility in the N-type thin film transistor region is relatively increased and the threshold voltage is lowered, so the P-type thin film transistor region and the N-type thin film are The difference in the current characteristics between the transistor regions is reduced and almost eliminated.

이때, N형 박막 트랜지스터의 채널 영역과 P형 박막 트랜지스터의 채널 영역의 폭은 동일하게 형성한다. At this time, the channel region of the N-type thin film transistor and the channel region of the P-type thin film transistor are formed to have the same width.

한편, 본 발명에서는 레이저 결정화 방법으로는 ELA(Laer Eximer Annealing) 방법을 사용하는 것이 바람직하며, 사용되는 레이저로는 320 mJ/㎠의 에너지를 사용하는 레이저를 사용하는 것이 바람직하다. On the other hand, in the present invention, it is preferable to use the ELA (Laer Eximer Annealing) method as a laser crystallization method, it is preferable to use a laser using energy of 320 mJ / ㎠.

폴리 실리콘 패턴을 형성한 다음, 도 1d에 도시된 바와 같이, N형 박막 트랜지스터에 도전성을 주기 위하여 N형 박막 트랜지스터의 채널 영역(10a)의 폴리 실리콘 패턴(12a)을 노출시킨 후 패턴된 포토레지스트(14)를 마스크로 사용하여 N형 도판트로 채널 도핑을 시행한다. After forming the polysilicon pattern, as shown in FIG. 1D, the polysilicon pattern 12a of the channel region 10a of the N-type thin film transistor is exposed to provide conductivity to the N-type thin film transistor, and then the patterned photoresist is exposed. Channel doping is performed with an N-type dopant using (14) as a mask.

본 발명에서는 통상의 N형 박막 트랜지스터의 구조를 가질 수도 있고, LDD(Lightly Doped Drain) 구조 또는 오프-셋 구조를 가질 수도 있으며, 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 다만, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 LDD 구조를 갖는 CMOS 박막 트랜지스터에 관하여 이하 공정을 설명한다. In the present invention, it may have a structure of a conventional N-type thin film transistor, may have a lightly doped drain (LDD) structure or an off-set structure, but is not limited to a specific structure. However, in the present embodiment, for convenience of description, the following steps will be described with respect to the CMOS thin film transistor having the LDD structure.

이어서, 도 1e에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(14)를 제거하고 상기 기판 (10)에 게이트 절연막(15)을 형성하고, 그 상부에 게이트 전극 물질을 증착한다. 이어서, 상기 기판(10) 상에 마스크를 사용하여 게이트 전극 물질을 식각하여 N형 박막 트랜지스터 및 P형 박막 트랜지스터의 게이트 전극(16a, 16b)을 해당 영역에 형성한다. 다음으로, LDD 구조를 형성하기 위하여, 상기 N형 박막 트랜지스터 영역(10a)의 폴리 실리콘 패턴(12a)으로 N형의 저농도 불순물을 이온주입하여 게이트전극(16a)의 양측에 저농도 소오스/드레인 영역(17)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1E, the photoresist 14 is removed, a gate insulating film 15 is formed on the substrate 10, and a gate electrode material is deposited thereon. Subsequently, a gate electrode material is etched using a mask on the substrate 10 to form gate electrodes 16a and 16b of the N-type thin film transistor and the P-type thin film transistor in the corresponding region. Next, in order to form an LDD structure, ion-implanted N-type low concentration impurities into the polysilicon pattern 12a of the N-type thin film transistor region 10a to form low-dense source / drain regions on both sides of the gate electrode 16a. 17).

계속해서 도 1f에 도시된 바와 같이, 저농도 소오스/드레인 영역(17)이 형성된 기판(10) 전면에 포토레지스트를 도포한 후, 포토리소그래피 공정을 수행함으로써 N형 박막 트랜지스터 영역(10a)으로의 불순물 이온주입을 방지함과 동시에 P형 박막 트랜지스터의 소오스/드레인 영역 형성을 위한 마스크를 형성하고 이 마스크를 사용하여 P형 박막 트랜지스터 영역(10b)의 폴리 실리콘 패턴(12b)으로 고농도의 P형 불순물을 이온주입하여 P형 박막 트랜지스터의 고농도 소오스/드레인 영역(19)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1F, after the photoresist is applied to the entire surface of the substrate 10 on which the low concentration source / drain regions 17 are formed, impurities to the N-type thin film transistor region 10a are performed by performing a photolithography process. While preventing ion implantation, a mask for forming a source / drain region of a P-type thin film transistor is formed, and the mask is used to form a high concentration of P-type impurities into the polysilicon pattern 12b of the P-type thin film transistor region 10b. Ion implantation forms a high concentration source / drain region 19 of the P-type thin film transistor.

이어서, 도 1g에 도시된 바와 같이, 상기 마스크를 제거한 다음 다시 기판(10) 상에 포토레지스트를 도포한 후, 포토리소그래피 공정을 수행함으로써 N형 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 P형 박막 트랜지스터 영역(10a)으로의 불순물 이온주입을 방지하기 위하여 마스크(20)를 형성한다. 다음으로, 상기 마스크(20)를 이용하여 N형의 고농도 불순물을 상기 N형 박막 트랜지스터 영역(10a)의 폴리 실리콘 패턴(12a)으로 이온주입하여 고농도 소오스/드레인 영역(21)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 1G, after removing the mask and applying photoresist on the substrate 10 again, a photolithography process is performed to perform a gate electrode and the P-type thin film transistor region of the N-type thin film transistor ( A mask 20 is formed to prevent impurity ion implantation into 10a). Next, the high concentration source / drain regions 21 are formed by ion implanting N-type high concentration impurities into the polysilicon pattern 12a of the N-type thin film transistor region 10a using the mask 20.

다음으로, 도 1h에 도시된 바와 같이, 상기 마스크(20)를 제거한 후, 기판(10) 전면에 층간 절연막(22)을 형성한다. 이어서, 상기 기판(10) 상에 마스크를 위치시켜 N형 박막 트랜지스터 및 P형 박막 트랜지스터의 소오스/드레인 영역(19, 21)이 노출되도록 층간 절연막(22)을 식각하여 N형 박막 트랜지스터 영역(10a) 및 P형 박막 트랜지스터 영역(10b)에 각각 콘택홀(23a, 23b)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1H, after removing the mask 20, an interlayer insulating layer 22 is formed on the entire surface of the substrate 10. Subsequently, by placing a mask on the substrate 10, the interlayer insulating layer 22 is etched so that the source / drain regions 19 and 21 of the N-type thin film transistor and the P-type thin film transistor are exposed, thereby etching the N-type thin film transistor region 10a. ) And the contact holes 23a and 23b are formed in the P-type thin film transistor region 10b, respectively.

마지막으로, 도 1i에 도시된 바와 같이, 기판(10) 전면에 소오스/드레인 전극 형성을 위한 도전성 금속물질을 증착한 후, 마스크를 이용하여 상기 도전성 금속 물질을 식각하여 N형 박막 트랜지스터와 P형 박막 트랜지스터의 소오스/드레인 전극(24a, 24b)을 각각 형성한다. Finally, as shown in FIG. 1I, after depositing a conductive metal material for forming a source / drain electrode on the entire surface of the substrate 10, the conductive metal material is etched using a mask to form an N-type thin film transistor and a P-type. Source / drain electrodes 24a and 24b of the thin film transistor are formed, respectively.

이로써, LDD 구조를 갖는 N형 박막 트랜지스터와 통상적인 구조를 갖는 P형 박막 트랜지스터를 구비하는 CMOS 박막 트랜지스터를 제작하였다. Thus, a CMOS thin film transistor including an N-type thin film transistor having an LDD structure and a P-type thin film transistor having a conventional structure was produced.

한편, 본 발명의 다른 일실시예에서는 P형 박막 트랜지스 영역과 N형 박막 트랜지스터 영역의 폴리 실리콘 패턴(12a, 12b)에 형성되는 폴리 실리콘의 결정립 크기를 다르게 형성하는 방법을 도 2a 내지 도 2c에 도시하였다. Meanwhile, according to another exemplary embodiment of the present invention, a method of differently forming grain sizes of polysilicon formed in the polysilicon patterns 12a and 12b of the P-type thin film transistor region and the N-type thin film transistor region is illustrated in FIGS. 2A to 2C. Shown in

먼저, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 먼저 기판 상에 P형 박막 트랜지스터가 형성되는 영역이 P형 박막 트랜지스터 영역(10b)에 먼저, SiNx와 같은 절연층(25)을 형성한다. 그러고 나서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 기판(10) 전면에 걸쳐 버퍼층(11)을 형성한다. 버퍼층(11)으로는 위에서 언급한 바와 같은 SiO2 등을 사용한다. 그리고 나서, 기판(10) 전면에 걸쳐 동일한 두께로 비정질 실리콘을 증착한 후 마스크를 사용하여 레이저로 비정질 실리콘을 결정화시켜 폴리 실리콘 패턴(12a, 12b)을 형성한다.First, referring to FIGS. 2A to 2C, an insulating layer 25 such as SiNx is first formed in a P-type thin film transistor region 10b in a region where a P-type thin film transistor is formed on a substrate. Then, as shown in FIG. 2B, the buffer layer 11 is formed over the entire surface of the substrate 10. As the buffer layer 11, SiO 2 or the like as mentioned above is used. Thereafter, amorphous silicon is deposited to the same thickness over the entire surface of the substrate 10, and then the silicon is crystallized with a laser to form polysilicon patterns 12a and 12b.

이때, P형 박막 트랜지스터의 하부에는 SiNx와 같은 절연층이 도포되어 있기 때문에 조사되는 레이저의 에너지가 기판을 통하여 외부로 전도되는 양이 하부에 절연층이 도포되어 있지 않은 N형 박막 트랜지스터 영역보다는 작게된다. 즉, 열전도도가 P형 박막 트랜지스터가 작게 되게 되므로, 상대적으로 비정질 실리콘에 영향을 주는 에너지 양이 P형 박막 트랜지스터 영역의 비정질 실리콘이 N형 박막 트랜지스터 영역 보다 많게 되므로 P형 박막 트랜지스터 영역의 비정질 실리콘이 더 많이 녹게 되고, 따라서, 형성되는 결정립의 크기가 P형 박막 트랜지스터 영역이 크게 된다. 따라서, P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터 사이의 전기적 특성이 앞서 설명한 바와 같은 이유로 거의 없게 된다. At this time, since an insulating layer such as SiNx is applied to the lower part of the P-type thin film transistor, the amount of energy of the irradiated laser is conducted to the outside through the substrate is smaller than that of the N-type thin film transistor area where the insulating layer is not applied to the lower part. do. That is, since the thermal conductivity becomes smaller in the P-type thin film transistor, the amount of energy affecting the amorphous silicon is greater in the amorphous silicon in the P-type thin film transistor region than in the N-type thin film transistor region. This becomes more melted, and thus the size of crystal grains formed becomes larger in the P-type thin film transistor region. Therefore, the electrical characteristics between the P-type thin film transistor and the N-type thin film transistor are almost eliminated for the reasons described above.

여기에서 사용되는 레이저 결정화 방법으로는 ELA(Eximer Laser Annealing) 법을 사용하며, 사용되는 레이저는 320 mJ/㎠의 에너지를 갖는 레이저를 사용한다. The laser crystallization method used herein uses ELA (Eximer Laser Annealing) method, and the laser used uses a laser having an energy of 320 mJ / cm 2.

이후의 공정은 앞에서 설명한 도 1d 내지 도 1i와 동일한 공정을 사용하여 CMOS 박막 트랜지스터를 제작한다. Subsequent processes produce a CMOS thin film transistor using the same process as described above with reference to FIGS. 1D to 1I.

본 발명에서와 같이 N형 박막 트랜지스터의 액티브 채널 영역 내에 포함되는 폴리 실리콘의 결정립의 크기가 P형 박막 트랜지스터의 액티브 채널 영역에 포함되는 폴리 실리콘의 결정립의 크기보다 작은 CMOS 박막 트랜지스터는 디스플레이 디바이스에 사용되며, 바람직하기로는 능동 소자형 LCD 또는 유기 전계 발광 소자에 사용된다. As in the present invention, a CMOS thin film transistor having a crystal grain size of polysilicon included in an active channel region of an N-type thin film transistor is smaller than that of a polysilicon grain contained in an active channel region of a P-type thin film transistor is used for a display device. It is preferably used in an active element type LCD or an organic electroluminescent element.

이상과 같이 본 발명에서와 같이, COMS 박막 트랜지스터에 포함되는 N형 박막 트랜지스터와 P형 박막 트랜지스터의 액티브 채널 영역 내의 결정립의 크기를 달리함으로써 문턱 전압의 절대값 및 전류 이동도를 제어할 수 있으므로 전기적 특성이 향상된 CMOS 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다. As described above, the absolute value and the current mobility of the threshold voltage can be controlled by varying the size of the crystal grains in the active channel region of the N-type thin film transistor and the P-type thin film transistor included in the COMS thin film transistor. A CMOS thin film transistor having improved characteristics can be provided.

도 1a 내지 도 1i는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 박막 트랜지스터를 제조하기 위한 공정을 순서적으로 나타내는 공정도이다. 1A to 1I are process diagrams sequentially showing a process for manufacturing a CMOS thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 CMOS 박막 트랜지스터를 제조하기 위한 공정을 순서적으로 나타내는 공정도이다. 2A through 2C are flowcharts sequentially illustrating a process for manufacturing a CMOS thin film transistor according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 폴리 실리콘의 결정립 크기에 따른 전류 이동도의 변화를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing a change in current mobility according to grain size of polysilicon.

Claims (11)

액티브 채널 영역에 포함되는 기판 위에 형성되는 P형 박막 트랜지스터의 폴리 실리콘의 두께보다 N형 박막 트랜지스터의 폴리 실리콘의 두께가 더 두꺼우며, 상기 N형 박막 트랜지스터에 포함되는 결정립의 크기가 상기 P형 박막 트랜지스터에 포함되는 결정립의 크기보도 작은 것을 특징으로 하는 CMOS 박막 트랜지스터.The thickness of the polysilicon of the N-type thin film transistor is thicker than the thickness of the polysilicon of the P-type thin film transistor formed on the substrate included in the active channel region, and the size of crystal grains included in the N-type thin film transistor is greater than that of the P-type thin film. A CMOS thin film transistor, wherein the size of crystal grains contained in the transistor is smaller than that. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 P형 박막 트랜지스터의 폴리 실리콘의 두께는 300 내지 800 Å인 CMOS 박막 트랜지스터.The thickness of the polysilicon of the P-type thin film transistor is a CMOS thin film transistor of 300 to 800 kHz. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 N형 박막 트랜지스터의 폴리 실리콘의 두께는 500 내지 1,500 Å인 CMOS 박막 트랜지스터.The thickness of the polysilicon of the N-type thin film transistor is a CMOS thin film transistor of 500 to 1,500 kPa. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 폴리 실리콘은 ELA(Eximer Laser Anealing) 결정화법에 의하여 제조되는 것인 CMOS 박막 트랜지스터.The polysilicon is a CMOS thin film transistor that is manufactured by ELA (Eximer Laser Anealing) crystallization method. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 CMOS 박막 트랜지스터는 LDD 구조 또는 오프-셋 구조를 포함하는 것인 CMOS 박막 트랜지스터.Wherein said CMOS thin film transistor comprises an LDD structure or an off-set structure. 기판;Board; 상기 기판 위에 형성되어 있는 버퍼층; 및 A buffer layer formed on the substrate; And 상기 버퍼층 위에 형성되어 있는 폴리 실리콘막을 포함하는 P형 박막 트랜지스터와 N형 박막 트랜지스터로 이루어진 CMOS 박막 트랜지스터에 있어서, In a CMOS thin film transistor comprising a P-type thin film transistor and an N-type thin film transistor including a polysilicon film formed on the buffer layer, 상기 P형 박막 트랜지스터는 상기 기판과 상기 버퍼층 사이에 절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 박막 트랜지스터.And the p-type thin film transistor comprises an insulating layer between the substrate and the buffer layer. 제 6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 버퍼층은 SiO2 이고, 상기 절연층은 SiNx로 형성되는 것인 CMOS 박막 트랜지스터.Wherein the buffer layer is SiO 2 and the insulating layer is formed of SiNx. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 폴리 실리콘은 ELA(Eximer Laser Anealing) 결정화법에 의하여 제조되는 것인 CMOS 박막 트랜지스터.The polysilicon is a CMOS thin film transistor that is manufactured by ELA (Eximer Laser Anealing) crystallization method. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 CMOS 박막 트랜지스터는 LDD 구조 또는 오프-셋 구조를 포함하는 것인 CMOS 박막 트랜지스터.Wherein said CMOS thin film transistor comprises an LDD structure or an off-set structure. 제 1항 또는 제 6항의 CMOS 박막 트랜지스터를 사용하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 디바이스.A display device comprising the CMOS thin film transistor according to claim 1 or 6. 제 10항에 있어서, The method of claim 10, 상기 디스플레이 디바이스는 액정 표시 소자 또는 유기 전계 발광 디스플레이 디바이스인 디스플레이 디바이스.And the display device is a liquid crystal display element or an organic electroluminescent display device.
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