KR100527629B1 - Ｆａｌｃ 공정을 이용한 다결정 실리콘 ｔｆｔ-ｌｃｄ어레이 기판 제조 방법 - Google Patents

Ｆａｌｃ 공정을 이용한 다결정 실리콘 ｔｆｔ-ｌｃｄ어레이 기판 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 FALC 공정을 이용한 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 후, 이 기판 상에 배열된 각 TFT 내 비정질 실리콘 박막의 결정화를 위해 각 TFT의 소스 전극에 공통으로 연결된 데이터 신호 배선과, 화소 전극과 액정을 매개로 드레인 전극에 공통으로 연결된 ITO 공통 전극을 통해 전압을 인가하는 동시에 열처리를 수행하는 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 방법에 의하면, FALC 공정의 추가만으로 기존의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 양산 공정에 용이하게 적용 가능하고, 데이터 신호 배선 및 ITO 공통 전극을 통한 각 비정질 실리콘 박막으로의 직접 전계 인가 방식의 FALC 공정이 채용됨으로써 기판 대면적 적용시에도 모든 TFT의 채널 영역 내에 고른 전계 효과에 의한 우수한 측면 결정화 양상을 가지는 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조할 수 있게 된다.

Description

ＦＡＬＣ 공정을 이용한 다결정 실리콘 ＴＦＴ-ＬＣＤ 어레이 기판 제조 방법{Poly-Si TFT-LCD array substrate fabrication method using FALC process}
본 발명은 FALC 공정을 이용한 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판에서 기판 상에 배열된 각 TFT의 소스 전극과 드레인 전극에 연결되어 있는 데이터 신호 배선과 ITO 공통 전극을 통해 전압을 인가하는 동시에 열처리를 수행하여 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(poly-Si TFT)는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(a-Si TFT)에 비해 매우 우수한 전계 효과 이동도를 가지고 있어 구동 회로와 화소 스위칭 소자를 동일한 유리 기판 상에 구현할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 최근 들어 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 다결정 실리콘 박막 트랜지스터가 상기한 장점을 가지고 있음에도 상용화 될 수 없었던 것은 결정화 과정에서 상용 유리 기판을 적용할 수 없는 높은 결정화 온도가 요구되고 있기 때문이다. 따라서, 유리 기판의 특성이 저하되지 않는 저온에서의 결정화 기술은 저가의 고성능 박막 트랜지스터 소자를 제조하기 위한 핵심 기술로 인식되고 있다.
통상, 비정질 실리콘 박막을 저온에서 다결정 실리콘 박막으로 결정화시키는 방법으로 널리 이용되고 있는 기술로는 고상 결정화법(Solid Phase Crystallization, SPC)과 엑시머 레이저 결정화법(Eximer Laser Crystallization, ELC)이 있다. 그러나, 고상 결정화(SPC)법은 상용 유리 기판에 적용할 수 없을 만큼 고온의 결정화 온도가 요구되고 장시간의 열처리가 필요하다는 단점이 있으며, 엑시머 레이저 결정화(ELC)법은 사용 장비가 고가일 뿐만 아니라 대면적의 다결정 실리콘 박막을 얻는데 문제가 있다. 이 외에도 미량의 금속 불순물과 비정질 실리콘의 반응을 이용한 금속 유도 결정화(Metal Induced Crystallization, MIC) 방법 등이 알려져 있으나, 이들 역시 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)의 채널 영역 내에 잔존하는 금속 불순물로 인해 디스플레이 소자로 응용시 많은 문제점을 가지고 있다.
상기한 실리콘 박막 제조 방법의 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 결정화 방법으로서, 전계 유도 방향성 결정화(Field Aided Lateral Crystallization, FALC)법이 제안되었다. 전계 유도 방향성 결정화(FALC)법은 나노 두께의 금속을 증착한 후 전계를 인가한 상태에서 열처리를 하는 결정화 방법으로서, 전계의 영향으로 결정화 속도가 증가함으로 인해 결정화 시간을 줄일 수 있으면서 소자로서 적용시 채널 영역 내 금속 불순물을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
또 다른 결정화 방법은 본 발명자에 의해 제안된 방법으로서, 상기 전계 유도 방향성 결정화(FALC)법을 수행하는데 있어 비정질 실리콘 박막에 전계를 인가한 상태에서 관상로를 이용한 열처리법을 적용하여 빠른 결정화 속도와 소자의 동작 특성에 적합하게 그레인(grain)의 크기 및 성장 방향을 조절하는 결정화 방법이 있다[한국특허 제232100호].
한편, 기존의 전계 유도 방향성 결정화(FALC)법이 절연성 기판 상에 박막 트랜지스터와 같은 소자를 제작하는 액정표시장치에는 적용하기 어려운 문제점을 가지는 바, 이러한 문제점을 해결하고자 본 발명자는 절연 기판과 비정질 실리콘 박막 사이에 전류가 흐르는 커런트 패스(current path)로서의 전도층을 형성함으로써, 절연 기판 상에서 전계 유도 방향성 결정화(FALC)법에 의한 실리콘 결정화를 진행할 수 있는 비정질 실리리콘 박막을 결정화하는 방법과 이를 이용한 박막 트랜지스터 제조 방법을 제안한 바 있다[한국공개특허 제2000-0018565호, 2000.4.6 공개].
그러나, 상기와 같이 공지된 결정화 방법에서는, 빠른 결정화 속도 및 저온 결정화의 장점은 있으나, 전계 유도 방향성 결정화(FALC)를 수행하는데 있어 소자를 제작한 후 전계를 인가할 전극을 기판 양단에 별도 증착해야 하는 불편함을 감수해야 하며, 또한 기판 제작 후 기판 대면적에 적용시 고른 전계 효과에 의한 결정화 양상을 보기 어려운 것으로 확인되었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하기 위해 기존의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 공정에 용이하게 적용 가능하면서도 새로운 마스크 설계에 의한 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 제조 공정에도 직접 적용 가능한 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 N형, P형, COMS 형태의 TFT로 이루어진 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하는데 효과적으로 이용될 수 있으며, 기존 양산 공정에 사용되는 비정질 실리콘 TFT(Top Gate 구조 및 Bottom Gate 구조 등)뿐만 아니라 그 밖의 임의의 형태를 갖는 비정질 실리콘 TFT에도 적용 가능한 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 전계를 인가할 전극을 따로 형성하지 않고 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 상에 배열된 각 TFT의 소스 전극에 공통으로 연결된 데이터 신호 배선과, 드레인 전극에 공통으로 연결된 ITO 공통 전극에 전압을 인가하는 동시에 열처리를 진행하는 방식의 FALC 공정을 이용함으로써, 기판 대면적 적용시에도 모든 TFT의 채널 영역 내에 고른 전계 효과에 의한 우수한 측면 결정화 양상을 가지는 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하는 방법에 있어서,
비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 후, 이 기판 상에 배열된 각 TFT의 소스 전극에 공통으로 연결된 데이터 신호 배선과, 드레인 전극에 공통으로 연결된 ITO 공통 전극을 통해 전압을 인가하는 동시에 열처리를 수행하여, 상기 각 TFT 내 비정질 실리콘 박막을 결정화시켜 제조함을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 비정질 실리콘의 결정화 방법으로서 전계 인가 및 열처리(thermal annealing, 열적 어닐링)를 동시에 진행하는 전계 유도 방향성 결정화(이하 FALC라 약칭함) 공정을 이용한 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판 상에 배열되어 개개의 단위 화소를 구성하는 각 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT, 이하 TFT라 약칭함)의 비정질 실리콘 박막을 결정화시키기 위하여, 데이터 신호 배선 및 ITO 공통 전극을 통해 비정질 실리콘 박막의 소스 영역과 드레인 영역으로 전압을 직접 인가하고 동시에 열처리를 수행하는 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 방법이다.
이러한 본 발명은, 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하기 위하여, 현재 양산 중인 기존의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판은 물론 기판 상에 배열된 각 TFT의 비정질 실리콘 박막의 소스 영역에 공통으로 연결된 데이터 신호 배선과, 드레인 영역에 공통으로 연결된 ITO 공통 전극을 구비하고 있는 모든 형태의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판에 적용 가능한 방법이고, 또한 새로운 마스크 설계에 의한 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 제조 공정에도 직접 적용 가능하다.
즉, 기존의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 공정에서 비정질 실리콘 박막의 결정화를 위해 별도의 전극 형성 과정 없이 본 발명의 제조 방법에 따라 데이터 신호 배선 및 ITO 공통 전극을 통한 직접 전계 인가 및 열처리를 동시에 진행하는 FALC 공정을 새로 추가함으로써 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 제조가 가능해지는 것이다.
우선, 본 발명의 설명에 앞서 TFT-LCD 어레이 기판의 데이터 신호 배선 및 ITO가 하는 역할에 대해 간략하게 설명하면, TFT는 액정 셀(cell)을 구동하는 스위칭 소자로서 데이터 신호 배선을 통해 인가된 전압을 ITO 화소 전극에 전달하는 역할을 한다. 여기서, 상기 ITO 화소 전극은 투명 전도막인 ITO(Indium Tin Oxide)로 형성되는데, TFT의 드레인 전극에 연결되어 데이터 전압을 인가 받도록 되어 있다. 결국, 상기 ITO 화소 전극과 칼라 필터 기판의 ITO 공통 전극 사이에 개재된 액정(liquid crystal)에 상기 데이터 전압이 인가되면서 화소의 투과율이 제어된다. 또한, 축적 용량(storage capacitor)은 ITO 화소 전극의 일부분인 게이트 신호 배선(gate line) 혹은 별도로 설치된 축적 용량 전극과 층간 절연물을 매개로 중첩된 형태로 형성되며, 화소 전압을 일정하게 유지시켜 주는 보조적인 역할을 한다.
첨부한 도 1은 바텀 게이트(Bottom Gate) 방식의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 모식도인데, TFT(10), 축적 용량(20), 화소 전극(16) 등을 포함하여 이루어진 다수의 단위 화소들이 게이트 신호 배선(12) 및 데이터 신호 배선(14) 등을 통해 매트릭스(matrix) 형태로 서로 연결 구성되어 있는 구조를 보인 등가 회로의 평면도이다.
도 1은 본 발명의 제조 방법에 따라 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판으로 제조될 수 있는 통상의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 보여주는 것으로서, 수많은 게이트, 소스, 드레인 영역으로 정의되어 있고, 각 단위 화소 내 스위칭 소자인 TFT(10)의 게이트 전극(11)들은 게이트 신호 배선(12)에, 소스 전극(13)들은 데이터 신호 배선(14)에, 드레인 전극(15)들은 화소 전극인 ITO(16)에 연결되어 있다. 또한, 상기 각 단위 화소의 ITO 화소 전극(16)은 액정(30)을 매개로 하여 도시되지 않은 칼러 필터 기판의 ITO 공통 전극과 연결된다. 여기서, 상기 ITO 공통 전극은 액정(30)을 매개로 개개의 ITO 화소 전극(16)에 전기적으로 연결 가능하게 되어 있는 바, 전체적으로는 TFT 소자(10)의 드레인 전극(15)들이 해당 ITO 화소 전극(16)을 통해 ITO 공통 전극으로 묶여 있는 형태가 된다. 따라서, 기판 상에 배열된 각 TFT(10)의 소스 전극(13)에 공통 연결된 데이터 신호 배선(14)과, 화소 전극(16) 및 액정(30)을 매개로 각 TFT(10)의 드레인 전극(15)에 공통 연결된 ITO 공통 전극을 통해 인가된 전압은, 각 TFT(10)를 구성하는 비정질 실리콘 박막의 소스 영역과 드레인 영역으로 직접 인가된다.
이를 이용하여, 본 발명의 제조 방법에서는, 도 1에 도시한 바와 같은 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 사용하여 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하기 위해, 소스 전극(13) 및 드레인 전극(15)에 각각 연결되어 있으면서 공통으로 묶여 있는 데이터 신호 배선(14) 및 ITO 공통 전극에 전원을 인가하는 동시에 열처리를 수행하여, 비정질 실리콘 박막을 결정화하고, 이로써 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하게 된다.
물론, 본 발명에 의거, 드레인 신호 배선 및 ITO 공통 전극을 통해 기판 상에 배열된 각 TFT의 비정질 실리콘 박막의 양단에 직접 전계를 인가하면서 열처리를 수행함에 있어서, 전계 인가 및 열처리의 조건은 기 공지된 FALC 공정의 그것과 동일하게 실시 가능하다. 예를 들면, 드레인 신호 배선 및 ITO 공통 전극을 통해 5 ∼ 1000V/cm의 전계 인가와 온도 조건 150 ∼ 600℃의 열처리를 동시에 진행한다.
한편, 첨부한 도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 바텀 게이트 방식 단위 화소의 일 예를 보인 평면도 및 수직 단면도이다. 이에 도시한 바와 같이, 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판은, 두 종류 이상의 금속막, 절연막, 비정질 실리콘층(활성층), ITO 등을 유리 기판에 박막 형태로 증착하고, 이를 가공하여 TFT, 축적 용량, 화소 전극 등을 만든 후, 이들을 금속 신호 배선으로 매트릭스(matrix) 형태로 서로 연결하여서 된 것이다. 즉, 유리 기판(1) 상에 크롬(Cr) 등을 재질로 하여 게이트 전극(110)을 포함한 게이트 신호 배선(111)과 축적 용량의 역할을 하는 Cs 전극(160)을 패터닝하여 형성한 후, 그 위에 실리콘 질화막(SiNx) 등의 게이트 절연막(112)을 소정 두께로 형성하고, 그 위에 비정질 실리콘 박막(120)을 증착한 후 사진 식각하여 활성층을 형성한 다음, 금속 증착 및 불순물 도핑 후 화소 전극(Pixel ITO)(170) 및 데이터 신호 배선(크롬 등의 도전재로 형성함)(131) 그리고 소스 및 드레인 전극(크롬 등의 도전재로 형성함)(130,140)을 형성하며, 그 위에 습기 침투 방지 및 이온(ion)성 물질 보호를 위한 보호막인 SiN(150)을 증착시킨다. 도 2 내지 도 3에서 도면부호 100은 TFT를, 121은 결정화 촉매인 금속층을 나타낸다.
따라서, 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 완성하기 위해서는 도 2 및 도 3에 예시한 단위 화소의 활성층, 즉 비정질 실리콘 박막(120)을 다결정 실리콘 박막으로 결정화시켜야 하는데, 이는 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제작 후 실시되는 본 발명의 FALC 공정을 통해 가능하며, 또한 기존의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 양산 공정 중에 본 발명의 FALC 공정을 간단히 추가하는 것으로도 가능하다. 즉, 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 후, 이 기판 상에 배열된 각 TFT(100)의 소스 전극(130)에 공통으로 연결된 데이터 신호 배선(131)과, 드레인 전극(140)에 공통으로 연결된 ITO 공통 전극(도시되지 않음)을 통해 전압을 인가하는 동시에 열처리를 수행한다.
아울러, 본 발명의 제조 방법은 탑 게이트(Top Gate) 방식의 TFT로 이루어진 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판에서도 적용 가능하다. 첨부한 도 4는 탑 게이트 방식의 단위 화소의 일 예를 보여주는 수직 단면도로서, 활성층(210)을 형성한 후 금속 증착 및 불순물 도핑을 실시하고(금속 증착 및 도핑의 순서는 바꾸어 진행할 수 있음), 이후 게이트 절연막(221)과 게이트 전극(220)을 형성한 다음, 보호막(230) 증착 후 소스 및 드레인 전극(240,250)을 형성한다. 도 4에서 미설명부호 260은 수지(resin)를 나타낸다. 여기서, 활성층 및 금속 증착의 과정을 좀 더 상세히 살펴보면, 우선 기판(1) 위에 비정질 실리콘 박막을 소정 두께로 증착한 다음, 포토레지스트(photoresist, PR)를 이용하여 사진 식각하여 활성층(210)을 형성시킨다. 이후, 결정화 촉매 역할을 하는 특정 형태의 금속 패턴(211)을 비정질 실리콘 박막(210)의 소스 및 드레인 영역에 형성하기 위해, 상기와 같이 사진 식각된 비정질 실리콘 박막 상에 PR 패턴을 형성한 후, 그 위에 니켈(Ni), 철(Fe), 코발트(Co), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 구리(Cu), 아연(Zn), 금(Au), 은(Ag), 게르마늄(Ge) 등의 금속물질 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속물질을 증착시킨다.
이러한 탑 게이트 방식의 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 완성하기 위해서는 도 4에 예시한 단위 화소의 활성층, 즉 비정질 실리콘 박막(210)을 다결정 실리콘 박막으로 결정화시켜야 하는데, 이는 바텀 게이트 방식과 마찬가지로 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제작 후 실시되는 본 발명의 FALC 공정을 통해 가능하며, 또한 기존의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 양산 공정 중에 본 발명의 FALC 공정을 간단히 추가하는 것으로도 가능하다. 즉, 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 후, 이 기판 상에 배열된 각 TFT(200)의 소스 전극(240)에 공통으로 연결된 데이터 신호 배선(도시되지 않음)과, 드레인 전극(250)에 공통으로 연결된 ITO 공통 전극(도시되지 않음)을 통해 전압을 인가하는 동시에 열처리를 수행한다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 어레이 기판은 유리, 석영 등을 포함한 모든 절연 기판 상에 형성된 비정질 실리콘을 결정화하는데 이용될 수 있고, 이러한 본 발명은 어레이 기판 상에 배열된 비정질 실리콘 박막의 결정화뿐만 아니라 비결정질의 박막을 결정화하는데에도 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세하게 설명하는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예
본 발명의 제조 방법에 따라, 기존의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 공정에서 데이터 신호 배선 및 ITO 공통 전극을 통한 전계 인가 및 열처리를 동시에 진행하는 FALC 공정을 추가하여, 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하였다.
이를 설명하면, 먼저 활성층으로 오염물질이 확산되는 것을 방지하기 위한 하부 절연층이 형성된 유리 기판 상에 플라즈마 유도 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD)법 혹은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD)법을 통해 소오스 가스로 Si2H6를 이용하여 280℃ 혹은 그 이상의 온도에서 비정질 실리콘을 증착하였으며, 이후 포토레지스트(photoresist, PR)를 이용하여 사진 식각하여 활성층을 형성시켰다. 또한, 결정화의 촉매 역할을 하는 특정 형태의 금속 패턴을 비정질 실리콘 박막의 소스 및 드레인 영역에 형성하기 위해, 사진 식각된 비정질 실리콘 박막 상에 원하는 PR 패턴을 형성한 후, 그 위에 금속물질을 증착시키고, 이후 도핑을 실시하였다. 추가적인 공정을 통해 게이트 절연막 및 게이트 전극, 이하 TFT-LCD 어레이 기판을 만드는 공정을 진행하여 탑 게이트 방식의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하고, 기판 상에 배열된 각 TFT의 소스 영역들에 공통 연결되어 있는 데이터 신호배선과, 드레인 영역들에 공통 연결되어 있는 ITO 공통 전극을 통해 전압을 인가하면서 열처리를 실시하여, 최종적으로 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 완성하였다.
비교예
한편, 상기와 같이 본 발명의 제조 방법에 의거 제조된 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 TFT 채널 영역 내 결정화 양상을 비교해 보기 위해, 비교예로서, 본 출원인에 의해 출원 후 공개된 '한국공개특허 제2000-0018565호(2000.4.6 공개)'의 제조 방법에 따라 기판 양단에 전압을 인가할 전극을 형성한 후 간접 전계 인가 및 열처리를 실시하여 다결정 실리콘 TFT를 제조하였다.
시험예
실시예로서 위에서 설명한 바와 같이 제조된 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 TFT 채널 영역 내 결정화 양상을 관찰하기 위해, 에칭 공정을 실시한 후 채널 영역 내의 결정화 거동을 현미경을 통해 관찰하였는 바, 동일한 방법으로 관찰한 비교예의 TFT에 비해, 본 발명의 실시예에서는 대면적에 적용되었음에도 모든 TFT 내에서, 첨부한 도 5에 나타낸 바와 같이, 고른 측면 결정화가 관찰되었다. 즉, 비교예에서는 채널 영역 내에서의 결정화가 전반적으로는 전계 (-)에서 (+)로 한쪽 방향으로 진행됨을 볼 수는 있었지만 고르지 못한 결정화 양상을 볼 수 있었으며, 이는 기판 양단을 통한 간접 전계 인가 방식에 따른 고르지 못한 전계 분포에 기인한 것으로 판단된다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예에서는 기판 상에 배열된 모든 TFT의 채널 영역 내에서 도 5에 나타낸 바와 같은 고른 측면 결정화를 확인할 수 있었으며, 이러한 결정화 양상은 데이터 신호 배선 및 ITO 공통 전극을 통한 직접 전계 인가 방식에 따른 고른 전계 분포에 기인하는 것이다.
이와 같이 하여, 본 발명은 FALC 공정을 이용한 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판에 데이터 신호 배선 및 ITO 공통 전극을 통한 전계 인가 및 열처리를 동시에 진행하는 방식으로 FALC(전계 유도 방향성 결정화)를 실시하여 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하는 방법이며, 이러한 본 발명에 따르면, 모든 TFT의 채널 영역 내에 우수한 측면 결정화 양상을 가지는 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조함에 있어서, 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 후, 이 기판 상에 배열된 각 TFT 내 비정질 실리콘 박막의 결정화를 위해 각 TFT의 소스 전극에 공통으로 연결된 데이터 신호 배선과, 화소 전극 및 액정을 매개로 각 TFT의 드레인 전극에 공통으로 연결된 ITO 공통 전극을 통해 전압을 인가하는 동시에 열처리를 수행하는 방식의 FALC 공정을 이용함으로써, 다음과 같은 장점이 있게 된다.
1) 기존의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 공정에서 데이터 신호 배선 및 ITO 공통 전극을 통한 전계 인가 및 열처리를 동시에 진행하는 본 발명의 FALC 공정만을 새로 추가할 경우 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 제조가 가능해진다. 기존의 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 공정과 기술 친화적이어서 수율이 높고 원가가 절감되는 효과를 기대할 수 있다.
2) 기판 상에 배열된 각 TFT 내 비정질 실리콘 박막의 결정화를 위해, 데이터 신호 배선 및 ITO 공통 전극을 통한 각 비정질 실리콘 박막으로의 직접적인 전계 인가 방식이 채용됨으로써, 기판 대면적 적용시에도 배열된 모든 TFT의 채널 영역 내에서 고른 전계 효과에 의한 우수한 측면 결정화 양상을 얻을 수 있다.
3) FALC 공정의 이용으로 기존의 다른 결정화 방법에 비해 저온으로 나노 제어 기술 및 전계 인가를 통해 원하는 형태와 크기의 결정질 실리콘을 형성할 수 있고, 높은 전계 효과와 이동도를 가지고 있어 빠른 응답속도와 고해상도의 구현이 가능한 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 제조가 가능해진다.
도 1은 바텀 게이트 방식의 통상적인 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 일 예를 보인 등가 회로도이고,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 바텀 게이트 방식 단위 화소의 일 예를 보인 평면도 및 수직 단면도이며,
도 4는 탑 게이트 방식 단위 화소의 일 예를 보인 수직 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따라 제조된 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판의 탑 게이트 방식 TFT의 활성층에서 채널 영역 내 측면 결정화를 보여주고 있는 현미경 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : TFT 11 : 게이트 전극
12 : 게이트 신호 배선 13 : 소스 전극
14 : 데이터 신호 배선 15 : 드레인 전극
16 : 화소 전극

Claims (1)

  1. 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    비정질 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 후, 이 기판 상에 배열된 각 TFT의 소스 전극에 공통으로 연결된 데이터 신호 배선과, 드레인 전극에 공통으로 연결된 ITO 공통 전극을 통해 전압을 인가하여 비정질 실리콘 박막에 대한 열처리를 수행함으로써, 상기 각 TFT 내 비정질 실리콘 박막을 동시에 결정화시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 FALC 공정을 이용한 다결정 실리콘 TFT-LCD 어레이 기판 제조 방법.
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