KR100600694B1 - 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

박막 트랜지스터의 게이트 절연층의 절연 파괴나 절연 누설의 발생을 방지한다. TFT(10)의 게이트 전극(20)이 게이트 절연층(66)을 개재하여 용량결합된 제1 반도체층(15)과, 보유 용량 Csc의 보유 용량 라인(42)이 게이트 절연층(66)을 개재하여 용량결합된 제2 반도체층(16)을 서로 분리함과 함께, 제1 반도체층(15)과 제2 반도체층(16)을 메탈 배선(40)으로 접속하였다. 즉, TFT(10)의 게이트 전극(20)은 제1 반도체층(15)에 용량 결합하고, 보유 용량 Csc의 보유 용량 라인(42)은 제2 반도체층(16)에 각각 용량 결합하도록 했기 때문에, 그 결합으로 각각의 반도체층의 전위가 변화하기 때문에, 게이트 절연층(66)에 큰 전위차가 발생되지 않아, 절연 파괴나 절연 누설의 발생이 방지된다.
보유 용량, 전위차, 절연 파괴, 절연 누설

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일 화소의 평면 구조를 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 X-X에 따른 위치에서의 단면 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하는 단면도.
도 4는 종래예에 따른 액정 표시 장치의 구성도.
도 5는 종래예에 따른 액정 표시 장치의 일 화소의 평면 구조를 나타내는 도면.
도 6은 도 5의 Y-Y선을 따른 위치에서의 단면 구조를 나타내는 도면.
도 7은 종래예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하는 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
15 : 제1 반도체층
16 : 제2 반도체층
20 : 게이트 라인
22 : 데이터 라인
24 : 화소 전극
42 : 보유 용량 라인
43 : 메탈 배선
본 발명은 기판 위에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터에 인접하여 형성되고, 이 박막 트랜지스터를 통해서 공급되는 전압을 보유하는 보유 용량을 포함하는 반도체 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
도 4는 종래예의 액정 표시 장치의 구성도이다. 액정 패널(100)은 n행 m열 매트릭스로 배치된 복수의 화소를 구비하고, 각 화소는 화소 선택용 박막 트랜지스터 TFT(10)(이하, TFT(10)라고 함), 액정 LC 및 보유 용량 Csc로 이루어져 있다.
TFT(10)의 게이트에는 행 방향으로 연장된 게이트 라인(20)이 접속되고, 그 드레인에는 열 방향으로 연장된 데이터 라인(22)이 접속되어 있다. 각 행의 게이트 라인(20)에는 수직 드라이브 회로(V 드라이브 회로)(130)로부터 게이트 주사 신호가 순차적으로 공급되고, 이에 따라 화소 선택 트랜지스터가 선택된다. 또한, 데이터 라인(22)에는 수평 드라이브 회로(H 드라이브 회로)(140)로부터의 드레인 주사 신호에 따라, 비디오 신호가 공급되어, TFT(10)를 통해서 액정 LC에 인가된다. 여기서, 보유 용량 Csc는 TFT(10)를 통해서 공급되는 비디오 신호를 보유하기 위해서 이용된다.
도 5는 상기 화소의 평면도를 도시한다. 또한, 도 6은 도 5에서의 Y-Y선을 따른 단면도를 도시한다. 또, 도 5는 제1 기판(100)의 이면에서 바라본 평면도이다. 이 액정 표시 장치는 유리 등의 투명 절연 재료가 이용된 제1 기판(100)과 제2 기판(500)과의 사이에 액정(200)이 끼워져 접합되어 구성되어 있다.
화소에 있어서, TFT(10)의 반도체층(14)(예를 들면, 폴리실리콘층)은 굴곡져 있으며, 행 방향으로 직선적으로 연장되는 게이트 라인(20)과 2개소에서 교차하고 있다. 이 2개의 교차 부분에서 반도체층(14)에는 채널 영역(14c)이 구성된다. 또한, 게이트 라인(20)은, 소위 더블 게이트를 구성한다.
게이트 전극과 채널 영역(14c)과의 사이에는 게이트 절연층(66)이 형성되어 있다. 반도체층(14)의 드레인 영역(14d)은 층간 절연막(68) 및 게이트 절연층(66)에 형성된 컨택트홀 C0을 통하여 열 방향으로 연장되는 데이터 라인(22)에 접속된다.
그리고, TFT(10)의 소스 영역(14s)은 층간 절연막(68) 및 게이트 절연층(66)에 형성된 컨택트홀 C1을 통하여, 메탈 배선(40)에 접속되어 있다. 이 메탈 배선(40)은 데이터 라인(22)과 동일한 층(예를 들면, 알루미늄층)으로 층간 절연막(68) 상에 형성되어 있다. 또한, 이 메탈 배선(40)은 메탈 배선(40) 상에 형성된 평탄화 절연막(72)에 형성된 컨택트홀 C2를 통하여 상층의 화소 전극(24)에 접속되어 있다.
또한, 보유 용량 라인(42)은 게이트 라인(20)과 동일한 층(예를 들면, 몰리브덴막, 크롬막)으로 구성되고, 행 방향으로 직선적으로 연장되어, 반도체층(14)의 일부와 게이트 절연층(66)을 사이에 두고 중첩되어 있으며, 이 중첩 부분은 보유 용량 Csc로 구성되어 있다.
또, 상술한 액정 표시 장치에 대해서는, 예를 들면 이하의 특허 문헌 1에 기재되어 있다.
[특허 문헌 1]
일본 특개평1-129234호 공보
그러나, 상기한 액정 표시 장치의 제조 공정에서, TFT(10)의 게이트 전극 아래의 게이트 절연층(66)이 절연 파괴나 절연 누설 불량이 발생하는 경우가 있었다. 그 원인에 대하여 이하에 설명한다.
도 7은 액정 표시 장치의 제조 공정을 나타내는 단면도로서, 도 5의 Y-Y선을 따른 단면도에 대응하고 있다. 게이트 라인(20) 및 보유 용량 라인(42)의 가공에는 드라이 에칭이 이용되지만, 그 때에 게이트 라인(20) 및 보유 용량 라인(42)에 정전기가 축적된다. 또한, 그 후 게이트 라인(20)을 마스크로 하여, 반도체층(14)에 비소나 인과 같은 N형 불순물을 이온 주입하여 소스 영역(14s) 및 드레인 영역(14d)을 형성할 때에도, 차지 업 현상이 발생하여, 게이트 라인(20) 및 보유 용량 라인(42)에 정전기가 축적된다. 게이트 라인(20) 및 보유 용량 라인(42)은 액정 패널(100)을 횡단하도록 연장되어 있기 때문에, 특히 정전기를 띠기 쉽다.
그러면, 게이트 라인(20) 및 보유 용량 라인(42)의 전위는 상승하고, 이들과 용량결합되어 있는 반도체층(14)의 전위도 상승한다. 이 상태에서, 예를 들면 보유 용량 라인(42)이 방전된다. 이러한 방전은 보유 용량 라인(42)과 근접한 V 드라이브 회로(130)의 패턴과의 사이에서 일어나기 쉽다. 그러면, 보유 용량 라인(42)의 전위가 급격히 저하되고, 이와 용량결합되어 있는 반도체층(14)의 전위도 급격히 저하된다. 그리고, 게이트 라인(20)과 반도체층(14) 사이의 게이트 절연층(66)에 큰 전위차가 발생하여, 예를 들면 도 7의 A 점에서, 절연 파괴나, 절연 누설 불량을 발생하기에 이른다. 이 때문에, 완성 후의 액정 표시 장치로 표시를 행할 때에, 선 결함이나 점 결함이라는 표시 불량을 발생하고 있었다.
따라서, 본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이, TFT(10)의 게이트 전극(20)이 게이트 절연층(66)을 개재하여 용량결합된 제1 반도체층(15)과, 보유 용량 Csc의 보유 용량 라인(42)이 게이트 절연층(66)을 개재하여 용량결합된 제2 반도체층(16)을 서로 분리함과 함께, 제1 반도체층(15)과 제2 반도체층(16)을 메탈 배선(40)으로 접속한 것을 특징으로 한다.
즉, 종래예에서는 TFT(10)의 게이트 전극(20) 및 보유 용량 라인(42)의 양방이 1개의 반도체층(14)에 용량 결합하는 반면, 본 발명에서는 TFT(10)의 게이트 전극(20)은 제1 반도체층(15)에 용량 결합하고, 보유 용량 Csc의 보유 용량 라인(42)은 제2 반도체층(16)에 각각 용량 결합하도록 했기 때문에, 그 결합으로 각각의 반도체층의 전위가 변화하므로, 게이트 절연층(66)에 큰 전위차가 발생되지 않아, 절연 파괴나 절연 누설의 발생이 방지된다.
〈실시예〉
다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예의 액정 표시 장치는, 기본적으로는 도 4와 동일한 전체 구성을 이루고 있다. 도 1은 액정 표시 장치의 일 화소의 평면도를 도시한다. 또한, 도 2는 도 1에서의 X-X에 따른 단면도를 도시한다. 도 1은 제1 기판(100)의 이면에서 바라본 평면도이다. 도 5 및 도 6과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
TFT(10)의 제1 반도체층(15)(예를 들면, 폴리실리콘층)은 행 방향으로 직선적으로 연장되는 게이트 라인(20)과 2개소에서 교차하도록 절첩되어 있다. 이 2개의 교차 부분에서 제1 반도체층(15)에는 채널 영역(15c)이 구성된다. 또한, 게이트 라인(20)은 소위 더블 게이트를 구성한다. 여기서, 제1 반도체층(15)은 도 1의 절첩(반환)선 P-P에 대하여 좌우 대칭이 되도록 절첩되어 있다.
게이트 전극과 채널 영역(15c)과의 사이에는 게이트 절연층(66)이 형성되어 있다. 제1 반도체층(15)의 드레인 영역(15d)은 층간 절연막(68) 및 게이트 절연층(66)에 형성된 컨택트홀 C0을 통하여 열 방향으로 연장되는 데이터 라인(22)에 접속된다.
그리고, TFT(10)의 소스 영역(15s)은 층간 절연막(68) 및 게이트 절연층(66)에 형성된 컨택트홀 C1을 통하여, 메탈 배선(43)에 접속되어 있다. 이 메탈 배선(43)은 데이터 라인(22)과 동일한 층(예를 들면, 알루미늄층)으로 층간 절연막(68) 상에 형성되어 있다. 또한, 이 메탈 배선(43)은 메탈 배선(43) 상에 형성된 평탄화 절연막(72)에 형성된 컨택트홀 C3을 통하여 상층의 화소 전극(24)에 접속되어 있다.
또한, 보유 용량 라인(42)은 게이트 라인(20)과 동일한 층(예를 들면, 몰리브덴막, 크롬막)으로 구성되고, 행 방향으로 직선적으로 연장되어 있다. 그리고, 보유 용량 라인(42)은 제1 반도체층(15)과는 서로 분리된 제2 반도체층(16)과 게이트 절연층(66)을 사이에 두고 중첩되어 있으며, 이 중첩 부분은 보유 용량 Csc로서 구성되어 있다.
또한, 제2 반도체층(16)은 층간 절연막(68) 및 게이트 절연층(66)에 형성된 컨택트홀 C2를 통하여, 메탈 배선(43)에 접속되어 있다. 즉, 제1 반도체층(15)과 제2 반도체층(16)은 서로 분리되어 있지만, 메탈 배선(43)에 의해 접속되어 있다.
도 3은 이 액정 표시 장치의 제조 공정을 나타내는 단면도이다. 이 도면은 도 2의 X-X를 따른 단면도에 대응하고 있다. 도 1∼도 3을 참조하면서, 이 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 제1 기판(100) 상에, 서로 분리된 제1 반도체층(15) 및 제2 반도체층(16)을 인접하여 형성한다. 이 공정에서는, 제1 기판(100) 상에 예를 들면 비정질 실리콘층을 형성하여, 이것을 레이저 어닐링으로 다결정화한 후에, 패터닝함으로써 형성된다.
다음으로, 제1 반도체층(15) 및 제2 반도체층(16) 상에, 예를 들면 CVD법에 의해 SiO2층으로 이루어지는 게이트 절연층(66)을 형성한다. 그리고, 제1 반도체층(15) 상에 게이트 절연층(66)을 개재하여 게이트 전극(20)(게이트 라인)을 형성하고, 제2 반도체층(16) 상에 게이트 절연층(66)을 개재하여 보유 용량 전극(42)(보유 용량 라인)을 형성한다. 이 공정에서는, 게이트 절연층(66) 상에 몰리브덴막 또는 크롬막을 형성하여, 이것을 드라이 에칭하고, 게이트 전극(20)(게이트 라인) 및 보유 용량 전극(42)(보유 용량 라인)을 형성한다.
다음으로, 이온 주입에 의해, 제1 반도체층(15) 내에 소스 영역(15s) 및 드레인 영역(15d)을 형성한다. 여기서, 소위 LDD 구조로 하는 경우에는, 우선 게이트 전극(20)을 마스크로 하여 이온 주입을 하여 저농도의 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하고, 그 후 게이트 전극(20)의 측벽에 측벽 스페이서를 형성하여, 게이트 전극(20) 및 이 측벽 스페이서를 마스크로 하여 이온 주입을 하여 고농도의 소스 영역 및 드레인 영역을 형성한다.
상기 드라이 에칭 공정 및 이온 주입 공정에서, 게이트 라인(20) 및 보유 용량 라인(42)에 정전기가 축적되지만, 본 발명에서는 TFT(10)의 게이트 전극(20)은 제1 반도체층(15)에 용량 결합하고, 보유 용량 Csc의 보유 용량 라인(42)은 제2 반도체층(16)에 각각 용량 결합하도록 했기 때문에, 그 결합으로 각각의 반도체층의 전위가 변화되므로, 게이트 절연층(66)에 큰 전위차가 발생되지 않아, 절연 파괴나 절연 누설의 발생이 방지된다.
예를 들면, 정전기에 의해 게이트 라인(20) 및 보유 용량 라인(42)의 전위는 상승하고, 이와 용량결합되어 있는 제1 반도체층(15) 및 제2 반도체층(16)의 전위도 상승한다. 이 상태에서, 보유 용량 라인(42)이 방전된다. 그러면, 보유 용량 라인(42)의 전위가 급격히 저하되고, 이와 용량결합되어 있는 제2 반도체층(16)의 전위도 급격히 저하된다.
그러나, 제1 반도체층(15)은 제2 반도체층(16)과 분리되어 있기 때문에, 제2 반도체층(16)의 전위가 저하되지 않는다. 따라서, 게이트 절연층(66)에 큰 전위차가 발생되지 않아, 절연 파괴나 절연 누설의 발생이 방지된다.
그 후, 전면에 층간 절연막(68)을 형성한다. 그리고, 제1 반도체층(15) 및 제2 반도체층(16) 상에 각각 제1 컨택트홀 C1 및 제2 컨택트홀 C2을 형성한다. 그리고, 이들 컨택트홀을 통하여 제1 반도체층(15) 및 제2 반도체층(16)을 접속하는 메탈 배선(43)을 형성한다.
또한, 전면에 평탄화 절연막(72)을 형성한다. 그리고, 메탈 배선(43) 상에 제3 컨택트홀 C3을 형성하고, 이 제3 컨택트홀 C3을 통하여 메탈 배선(43)과 접속하는 화소 전극(24)을 형성한다. 상기 층간 절연막(68)의 형성 공정, 컨택트홀의 형성 공정에서도 게이트 라인(20) 및 보유 용량 라인(42)에 정전기가 축적되지만, 상기한 바와 마찬가지의 메카니즘에 의해, 게이트 절연층(66)의 절연 파괴나 절연 누설의 발생이 방지된다.
또한, 상술한 바와 같이, 제1 반도체층(15)은 도 1의 절첩(반환)선 P-P에 대하여 좌우 대칭이 되도록 절첩되어 있다. 이것은 전하 축적의 밸런스를 취하기 위함이며, 이에 의해 더욱 효과적으로 게이트 절연층(66)의 절연 파괴 등을 방지할 수 있다.
이와 같이, 게이트 절연층(66)의 정전 파괴가 일어나기 쉬운 공정은 게이트 전극 형성 시부터 컨택트홀 형성 시까지이며, 구체적으로는 게이트 전극(20) 형성 시, 이온 주입 시, 층간 절연막 형성 시, 컨택트홀 형성 시이지만, 본 발명은 이들 공정에서의 정전기 대책으로서 유효하다.
또한, 본 실시예에서는 액정 표시 장치를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 박막 트랜지스터와, 이 박막 트랜지스터를 통해서 공급되는 전압을 보유하는 보유 용량을 갖는 반도체 장치에 널리 적용할 수 있는 것이다. 예를 들면, 액정 표시 장치 외에, 구동용 박막 트랜지스터와 보유 용량을 갖는 유기 EL 표시 장치에 적용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 박막 트랜지스터의 게이트 전극은 제1 반도체층에 용량 결합하고, 보유 용량의 보유 용량 전극은 제2 반도체층에 각각 용량 결합하는 것으로 하였기 때문에, 그 결합으로 각각의 반도체층의 전위가 변화하기 때문에, 게이트 절연층에 큰 전위차가 발생되지 않아, 절연 파괴나 절연 누설의 발생이 방지된다.

Claims (8)

  1. 기판상에 형성된 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터에 인접하여 형성되고, 이 박막 트랜지스터를 통해서 공급되는 전압을 보유하는 보유 용량을 포함하는 반도체 장치로서,
    행 방향으로 접속하는 화소를 구동하는 게이트 라인 및 보유 용량 라인을 병행하여 배치하고,
    상기 게이트 라인 및 상기 보유 라인 라인은 열 방향으로 인접하는 양 화소 간에는 모두 공용되지 않고,
    상기 박막 트랜지스터의 게이트 전극 및 상기 게이트 라인에 절연층을 개재하여 용량결합된 제1 반도체층과, 상기 보유 용량의 보유 용량 전극 및 상기 보유 용량 라인에 절연층을 개재하여 용량결합된 제2 반도체층을 서로 분리하고,
    상기 제1 및 제2 반도체층은 메탈 배선으로 접속되고,
    상기 메탈 배선은 화소 전극에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 p형 채널 또는 n형 채널을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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