KR100928053B1 - Crystallization Process of Thin Film Transistor for TOC LCD - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 박막트랜지스터와 화소 전극을 포함하는 어레이 소자와 컬러필터가 동일 기판에 형성되는 TOC(Thin Film Transistor on Color Filter) 구조 액정표시장치의 구조적 특성을 이용하여, 컬러필터의 제조 공정에서 얼라인 키를 동시에 형성하여, 별도의 얼라인 키 제조 공정이 생략된 공정 조건 하에서 SLS 결정화 공정을 진행함에 따라, 첫째, 얼라인 키를 이용하여 결정화 공정을 진행함에 따라, 원하는 위치만을 선택적으로 결정화시킬 수 있어, 그레인 바운더리의 위치를 제어할 수 있기 때문에 박막트랜지스터의 소자 특성을 전체 화소 영역에 걸쳐 균일하게 유지할 수 있고, 둘째 어레이 소자 하부에 컬러필터가 형성되는 구조적 특성을 이용하여 컬러필터와 동일 공정에서 동일 물질을 이용하여 얼라인 키를 형성함에 따라, 별도의 얼라인 키 제조 공정을 생략할 수 있으며, 세째, 버퍼층의 하부에 컬러필터층이 형성됨에 따라, 컬러필터층의 SLS 결정화 공정에서 열보존층으로 작용하여, 실리콘층의 결정성을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.
In the present invention, the array element including the thin film transistor and the pixel electrode and the color filter are aligned on the same substrate by using the structural characteristics of the thin film transistor on color filter (TOC) structure liquid crystal display device. As the SLS crystallization process is performed under process conditions in which a separate alignment key manufacturing process is omitted by forming keys simultaneously, firstly, only a desired position can be selectively crystallized as the crystallization process is performed using an alignment key. Since the position of grain boundary can be controlled, the device characteristics of the thin film transistor can be maintained uniformly over the entire pixel region, and secondly, in the same process as the color filter by using the structural characteristics in which the color filter is formed under the array elements. Separate alignment keymakers can be formed by using the same material to form alignment keys. Depending on the number, and, third, the color filter layer formed on the lower portion of the buffer layer to be omitted, by acting as a heat preservation layer in the SLS crystallization process of the color filter, it has the advantage to improve the crystallinity of the silicon layer.
Description
도 1a는 SLS 결정화시 사용되는 마스크의 패턴을 도시한 도면이고, 도 1b는 도 1a의 마스크 패턴에 의해 결정화된 실리콘층을 도시한 도면. 1A shows a pattern of a mask used in SLS crystallization, and FIG. 1B shows a silicon layer crystallized by the mask pattern of FIG. 1A.
도 2는 결정화된 다결정 실리콘층에 대한 평면도. 2 is a plan view of a crystallized polycrystalline silicon layer.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 SLS 결정화 공정에 대한 개략적인 단면도. 3A-3C are schematic cross-sectional views of an SLS crystallization process according to a first embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 SLS 결정화 공정을 포함하는 TOC 액정표시장치용 박막트랜지스터의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도. 4A through 4G are cross-sectional views illustrating a step of a manufacturing process of a thin film transistor for a TOC liquid crystal display including an SLS crystallization process according to a second embodiment of the present invention.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 SLS 결정화 공정을 포함하는 TOC 액정표시장치에 대한 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도. 5A through 5F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a TOC liquid crystal display including an SLS crystallization process according to a third embodiment of the present invention.
도 6a, 6b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 TOC 액정표시장치에 대한 공정 도면으로서, SLS 결정화 공정 도면을 중심으로 도시하였고, 도 6a는 공정 단면도이며, 도 6b는 SLS 결정화처리된 실리콘층에 대한 평면도. 6A and 6B are process diagrams for a TOC liquid crystal display device according to a fourth exemplary embodiment of the present invention. The SLS crystallization process is illustrated, FIG. 6A is a cross-sectional view of the process, and FIG. 6B is a SLS crystallized silicon layer. Top view for.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 TOC 액정표시장치에 대한 단면도. 7 is a cross-sectional view of a TOC liquid crystal display device according to a fifth embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
210 : 기판 212 : 컬러필터층210: substrate 212: color filter layer
214 : 얼라인 키 216 : 버퍼층214: alignment key 216: buffer layer
218 : 비정질 실리콘층 IV : 제 1 영역 218: amorphous silicon layer IV: first region
V : 제 2 영역
V: second region
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 액정표시장치용 박막트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a method of manufacturing a thin film transistor for a liquid crystal display device.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 그 중 색 재현성 등이 우수한 액정표시장치(liquid crystal display)가 활발하게 개발되고 있다.Recently, with the rapid development of the information society, there is a need for a flat panel display having excellent characteristics such as thinning, light weight, and low power consumption. Among them, a liquid crystal display having excellent color reproducibility, etc. displays are actively being developed.
일반적으로 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 삽입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직임으로써 액정 분자의 움직임에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다. In general, a liquid crystal display device is formed by arranging two substrates on which electric field generating electrodes are formed so that the surfaces on which the two electrodes are formed face each other, inserting a liquid crystal material between the two substrates, and then applying voltage to the two electrodes. It is a device that expresses an image by the transmittance of light that varies depending on the movement of liquid crystal molecules by moving the liquid crystal molecules by an electric field.
전술한 액정표시장치로는, 화면을 표시하는 최소 단위인 화소별로 전압을 온/오프(on/off)하는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비되는 액티브 매트릭스형(active matrix type) 액정표시장치가 주류를 이루고 있는데, 최근에는다결정 실리콘(poly-Si)을 이용한 박막트랜지스터를 채용하는 액정표시장치가 널리 연구 및 개발되고 있다. 다결정 실리콘을 이용한 액정표시장치에서는 박막트랜지스터와 구동 회로를 동일 기판 상에 형성할 수 있으며, 박막트랜지스터와 구동 회로를 연결하는 과정이 불필요하므로 공정이 간단해진다. 또한, 다결정 실리콘은 비정질 실리콘에 비해 전계효과 이동도가 100 내지 200 배 정도 더 크므로 응답 속도가 빠르고, 온도와 빛에 대한 안정성도 우수한 장점이 있다.In the above-described liquid crystal display device, an active matrix type liquid crystal display device having a thin film transistor, which is a switching element for turning on / off a voltage for each pixel that is a minimum unit for displaying a screen, is mainly used. Recently, a liquid crystal display device employing a thin film transistor using poly-silicon (poly-Si) has been widely researched and developed. In a liquid crystal display using polycrystalline silicon, the thin film transistor and the driving circuit can be formed on the same substrate, and the process of connecting the thin film transistor and the driving circuit is unnecessary, thereby simplifying the process. In addition, since polycrystalline silicon has a field effect mobility of about 100 to 200 times larger than amorphous silicon, the response speed is fast and the stability of temperature and light is excellent.
다결정 실리콘으로의 결정화 공정은 레이저빔 조사를 통한 레이저 열처리 공정이 주류를 이루고 있다. 그러나, 레이저빔이 조사된 실리콘막의 표면 온도는 약 1400 ℃ 정도가 되므로, 실리콘막의 표면은 산화되기가 쉽다. 특히, 이러한 레이저 열처리 결정화 방법에서는 레이저빔의 조사가 다수 회 이루어지기 때문에, 대기 중에서 레이저 열처리를 실시할 경우 레이저빔이 조사된 실리콘막의 표면이 산화되어 SiO2가 생성된다. 따라서, 레이저 열처리는 약 10-7 내지 10-6 torr 정도의 진공에서 실시해야 한다.Crystallization to polycrystalline silicon is the mainstream of the laser heat treatment process through the laser beam irradiation. However, since the surface temperature of the silicon film irradiated with the laser beam is about 1400 ° C., the surface of the silicon film is easily oxidized. In particular, in the laser heat treatment crystallization method, since the laser beam is irradiated many times, when the laser heat treatment is performed in the air, the surface of the silicon film irradiated with the laser beam is oxidized to generate SiO 2 . Therefore, laser heat treatment should be carried out in a vacuum of about 10 -7 to 10 -6 torr.
이러한 레이저 열처리에 의한 결정화 벙법의 단점을 보완하기 위해, 최근 레이저를 이용하여 순차측면고상법(sequential lateral solidification : 이하 SLS 방법이라고 함)에 의해 결정화하는 방법이 제안되어 널리 연구되고 있다. In order to make up for the shortcomings of the crystallization method by laser heat treatment, a method of crystallizing by sequential lateral solidification (hereinafter referred to as SLS method) using a laser has recently been proposed and widely studied.
SLS 방법은 실리콘의 그레인(grain)이 실리콘 액상영역과 실리콘 고상영역의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로, 레이저 에너지의 크기와 레이저빔의 조사 범위를 적절하게 이동하여 그레인을 소정의 길이만큼 측면성장시킴으로써, 실리콘 그레인의 크기를 향상시킬 수 있는 비정질 실리콘 박막의 결정화 방법(Robert S. Sposilli, M. A. Crowder, and James S. Im, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 452, 956∼957, 1997)이다. SLS 방법은 기판 상에 실리콘 그레인의 크기가 획기적으로 큰 SLS 실리콘 박막을 형성함으로써, 단결정 실리콘 채널 영역을 가지는 박막트랜지스터의 제조를 가능하게 한다.The SLS method takes advantage of the fact that the grain of silicon grows in the direction perpendicular to the interface at the interface between the silicon liquid region and the solid state region of the silicon, and moves the grain according to the size of the laser energy and the irradiation range of the laser beam. Crystallization method of the amorphous silicon thin film which can improve the size of the silicon grain by lateral growth by a predetermined length (Robert S. Sposilli, MA Crowder, and James S. Im, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 452, 956 to 957, 1997). The SLS method enables the fabrication of a thin film transistor having a single crystal silicon channel region by forming an SLS silicon thin film on the substrate with a large size of silicon grains.
이러한 SLS 결정화 방법에 대하여 이하 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.This SLS crystallization method will be described below with reference to the accompanying drawings.
도 1a는 SLS 결정화시 사용되는 마스크의 패턴을 도시한 도면이고, 도 1b는 도 1a의 마스크 패턴에 의해 결정화된 실리콘층을 도시한 도면이다. FIG. 1A illustrates a pattern of a mask used in SLS crystallization, and FIG. 1B illustrates a silicon layer crystallized by the mask pattern of FIG. 1A.
도 1a에 도시한 바와 같이, SLS 결정화에 사용되는 마스크(10)는 수 ㎛의 슬릿 패턴(12)을 가지고 있어, 레이저 빔이 수 ㎛의 폭을 가지고 실리콘층에 입사되도록 한다. 여기서, 슬릿 패턴(12) 사이의 간격도 수 ㎛가 되며, 슬릿 패턴(12)의 폭은 2 ~ 3 ㎛일 수 있다. As shown in Fig. 1A, the
이러한 마스크(10)의 슬릿 패턴(12)을 통해 도 1b의 비정질 실리콘층(20)에 레이저 빔을 조사하면, 레이저 빔이 조사된 비정질 실리콘층(22)은 완전히 용융된 후 응고함으로써 결정이 성장되는데, 이때 레이저 빔이 조사된 영역(22)의 양끝에서부터 그레인(24a, 24b)이 측면으로 성장되어 그레인(24a, 24b)이 만나는 부분에서 성장을 멈춘다. 이러한 결정이 만나는 부분은 그레인 바운더리(28b ; grain boundary)가 된다.When the laser beam is irradiated to the
여기서, 마스크(10)는 슬릿 패턴(12)을 다수 개 가지고 있으며, 마스크(10)의 크기에 대응하여 결정화되는 영역을 단위 영역이라고 한다.Here, the
이어, 결정화된 영역을 포함하여 레이저 빔을 다시 조사함으로써, 같은 과정을 반복하여 비정질 실리콘층을 모두 결정화한다.Then, by irradiating the laser beam again including the crystallized region, the same process is repeated to crystallize all of the amorphous silicon layer.
상기한 방법에 의해 결정화된 다결정 실리콘층의 일부를 도 2에 도시하였다.A part of the polycrystalline silicon layer crystallized by the above method is shown in FIG.
도시한 바와 같이, 다결정 실리콘층은 여러 개의 단위 영역(30)을 포함하며, 이웃하는 단위 영역(30)의 사이에는 레이저 빔의 조사가 중첩되는 제 1 및 제 2 중첩 영역(40, 50)이 생긴다. 제 1 중첩 영역(40)은 가로 방향으로 인접한 단위 영역(30) 사이에 위치하며, 제 2 중첩 영역(50)은 세로 방향으로 인접한 단위 영역(30) 사이에 위치한다. As illustrated, the polycrystalline silicon layer includes a plurality of
여기서, 제 1 및 제 2 중첩 영역(40, 50)은 레이저 빔이 여러 번 조사되므로 불균일한 부분을 가지게 되는데, 이러한 영역이 액정표시장치의 화소 영역에 위치할 경우 화질이 저하되는 문제가 있었다.
Here, since the laser beam is irradiated several times, the first and second overlapping
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 그레인 바운더리의 위치를 정확하게 제어할 수 있는 SLS 결정화 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다. In order to solve this problem, it is an object of the present invention to provide an SLS crystallization process that can accurately control the position of the grain boundary.
이를 위하여, 본 발명에서는 얼라인 키를 이용하여 설계 상의 위치에 정확히 결정화를 진행시킴에 따라 그레인 바운더리의 위치를 정확하게 제어함에 따라 기판 전체적으로 소자 특성이 균일한 박막트랜지스터를 제공하고자 한다. To this end, the present invention is to provide a thin film transistor having a uniform device characteristics as a whole by controlling the position of the grain boundary as the crystallization proceeds precisely to the position in the design using the align key.
본 발명의 또 하나의 목적에서는, 박막트랜지스터와 화소 전극을 포함하는 어레이 소자와 컬러필터가 동일 기판에 형성되는 TOC(Thin Film Transistor on Color Filter) 구조 액정표시장치의 구조적 특성을 이용하여, 컬러필터의 제조 공정에서 얼라인 키를 동시에 형성하여, 별도의 얼라인 키 제조 공정이 생략된 공정 조건 하에서 SLS 결정화 공정을 진행하고자 한다. In still another object of the present invention, a color filter is utilized by utilizing the structural characteristics of a thin film transistor on color filter (TOC) structure liquid crystal display in which an array element including a thin film transistor and a pixel electrode and a color filter are formed on the same substrate. By forming the alignment key at the same time in the manufacturing process of, the SLS crystallization process to proceed under the process conditions that the separate alignment key manufacturing process is omitted.
상기 TOC 액정표시장치는, 컬러필터와 어레이 소자를 동일 기판에 형성함에 따라 미스 얼라인(mis-align)에 따른 개구율 손실을 방지할 수 있고, 컬러필터가 어레이 소자 하부에 위치함에 따라, 어레이 소자에 형성되는 배선부(게이트 배선, 데이터 배선)가 컬러필터의 컬러별 경계부에 위치하게 되어, 별도의 블랙매트릭스 제조 공정을 생략할 수 있는 장점을 가진다. The TOC liquid crystal display device can prevent the aperture ratio loss due to mis-alignment by forming the color filter and the array element on the same substrate, and as the color filter is positioned under the array element, the array element Wiring portions (gate wirings, data wirings) formed at the upper portion of the color filter are positioned at color boundaries, and thus, an additional black matrix manufacturing process can be omitted.
또한, 상기 TOC 액정표시장치에서는 컬러필터층이 기판의 최하부층에 위치하여, SLS 결정화 공정에서 컬러필터층이 열보존층으로 작용할 수 있으므로, 결정성이 향상되는 부가적인 효과를 가질 수 있다.
In addition, in the TOC liquid crystal display, since the color filter layer is positioned on the lowermost layer of the substrate, the color filter layer may act as a heat preservation layer in the SLS crystallization process, and thus may have an additional effect of improving crystallinity.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는, 표시영역과 상기 표시영역 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 기판 상에 컬러레진(color resin)을 이용하여, 상기 표시영역에 컬러필터층과, 상기 비표시영역에 얼라인 키를 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 및 얼라인 키 위로 상기 기판 전면에 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 위로 상기 기판 전면에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 비정질 실리콘층을 완전 용융시키는 에너지 밀도를 이용하여, 상기 얼라인 키를 기준으로 상기 비정질 실리콘층의 제 1 영역을 선택적으로 결정화시키는 단계와; 상기 얼라인 키를 기준으로 상기 결정화처리된 실리콘층을 반도체층으로 패터닝(patterning)하는 단계와; 상기 얼라인 키를 기준으로 하여 상기 반도체층의 중앙부에 대응하여 순차 적층된 게이트 절연막과 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극을 블록킹 마스크로 이용하여 상기 게이트 전극 외측으로 노출된 상기 결정화된 실리콘층을 도핑처리하여 각각 소스 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 상기 소스 영역 및 드레인 영역을 각각 노출시키는 제 1 및 제 2 콘택홀을 갖는 층간절연막을 형성하는 단계와; 상기 층간절연막 위로 상기 소스 영역 및 드레인 영역과 각각 접촉하며 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 결정화 단계에서 상기 컬러필터층은 열보존층으로 이용되는 액정표시장치용 기판의 제조 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, in the first aspect of the present invention, a color resin is used on a display area and a substrate on which a non-display area is defined outside the display area, and color is displayed in the display area. Forming an alignment key in the filter layer and the non-display area; Forming a buffer layer over the substrate over the color filter layer and the alignment key; Forming an amorphous silicon layer over the buffer layer over the substrate; Selectively crystallizing a first region of the amorphous silicon layer with respect to the alignment key using an energy density that completely melts the amorphous silicon layer; Patterning the crystallized silicon layer into a semiconductor layer based on the alignment key; Forming a gate insulating film and a gate electrode sequentially stacked on the center of the semiconductor layer based on the alignment key; Doping the crystallized silicon layer exposed to the outside of the gate electrode using the gate electrode as a blocking mask to form a source region and a drain region, respectively; Forming an interlayer insulating film having first and second contact holes exposing the source and drain regions, respectively, over the gate insulating film; Forming a source and a drain electrode on the interlayer insulating layer, the source and drain electrodes being in contact with and spaced apart from the source and drain regions, respectively, wherein the color filter layer is used as a heat preservation layer in the crystallization step. To provide.
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본 발명의 제 2 특징에서는, 표시영역과 상기 표시영역 외측으로 비표시영역이 정의(定義)된 기판 상에 컬러레진(color resin)을 이용하여, 상기 표시영역에 컬러필터층과, 상기 비표시영역에 얼라인 키를 형성하는 단계와; 상기 컬러필터층 및 얼라인 키 위로 상기 기판 전면에 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층 위로 상기 기판 전면에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 얼라인 키를 기준으로, 상기 비정질 실리콘층 상의 제 1 영역에 더미 패턴을 형성하는 단계와; 상기 더미 패턴을 마스크로 이용하여, 노출된 비정질 실리콘층 영역을 도핑처리하는 단계와; 상기 더미 패턴을 제거하는 단계와; 상기 얼라인 키를 기준으로, 상기 도핑처리된 실리콘층을 완전 용융시킬 수 있는 에너지 밀도를 이용하여 상기 제 1 영역을 포함하여 이의 양측의 도핑된 영역 중 폴리실리콘의 반도체층을 이룰 부분에 대해서만 선택적으로 폴리실리콘층으로 결정화시키는 단계와; 상기 얼라인 키를 기준으로, 상기 폴리실리콘층을 패터닝하여 도핑되지 않은 상기 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 양측으로 불순물이 도핑된 소스 및 드레인 영역을 갖는 상기 폴리실리콘의 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 폴리실리콘의 반도체층 위로 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 상기 제 2 영역에 대응하여 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 위로 층간절연막을 형성하고, 상기 층간절연막과 하부의 상기 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 소스 및 드레인 영역을 노출시키는 제 1 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 층간절연막 위로 상기 제 1 콘택홀을 통해서 상기 소스 및 드레인 영역과 각각 접촉하며 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 결정화 단계에서 상기 컬러필터층은 열보존층으로 이용되는 액정표시장치용 기판의 제조 방법을 제공한다. In the second aspect of the present invention, a color filter layer and the non-display area are used for the display area by using a color resin on a display area and a substrate on which a non-display area is defined outside the display area. Forming an alignment key in the; Forming a buffer layer over the substrate over the color filter layer and the alignment key; Forming an amorphous silicon layer over the buffer layer over the substrate; Forming a dummy pattern in a first region on the amorphous silicon layer based on the alignment key; Doping the exposed amorphous silicon layer region using the dummy pattern as a mask; Removing the dummy pattern; Based only on the alignment key, only the portion of the doped regions including the first region, including the first region, to form a semiconductor layer of polysilicon, using an energy density capable of completely melting the doped silicon layer Crystallizing with a polysilicon layer; Patterning the polysilicon layer based on the alignment key to form a semiconductor layer of polysilicon having the first undoped first region and a source and drain region doped with impurities on both sides of the first region Wow; Forming a gate insulating film over the semiconductor layer of polysilicon; Forming a gate electrode on the gate insulating layer corresponding to the second region; Forming an interlayer insulating layer over the gate electrode, and patterning the interlayer insulating layer and the lower gate insulating layer to form a first contact hole exposing the source and drain regions; Forming a source and a drain electrode on the interlayer insulating layer through the first contact hole, the source and drain electrodes being in contact with and spaced apart from each other, wherein in the crystallization step, the color filter layer is used as a heat preservation layer. A method of manufacturing a substrate for a display device is provided.
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본 발명의 제 1, 2 특징에서는, 상기 컬러필터층을 형성하는 단계는, 적, 녹, 청 컬러필터를 차례대로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 결정화처리된 실리콘층은 다수 개의 그레인과, 상기 그레인 간 경계부에 위치하는 서브 그레인 바운더리와, 상기 그레인 그룹간 경계부에 위치하는 그레인 바운더리로 이루어지며, 상기 결정화 단계에서 컬러필터층은 상기 그레인 사이즈를 성장시키는데 이용되는 것을 특징으로 한다. In the first and second aspects of the present invention, the forming of the color filter layer may include forming red, green, and blue color filters in order, wherein the crystallized silicon layer includes a plurality of grains and the grains. And a sub-grain boundary located at the boundary between the grains, and a grain boundary located at the boundary between the grain groups, wherein the color filter layer is used to grow the grain size in the crystallization step.
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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 3a 내지 3c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 SLS 결정화 공정에 대한 개략적인 단면도이다. 3A to 3C are schematic cross-sectional views of an SLS crystallization process according to a first embodiment of the present invention.
도 3a는 제 1 영역(I)과, 제 1 영역(I)의 양측에 위치하는 제 2 영역(II)이 정의된 기판(110) 상에 버퍼층(112)을 형성하는 단계와, 버퍼층(112) 상부의 제 2 영역(II)에 얼라인 키(114)를 형성하는 단계이다. 3A illustrates forming a
상기 버퍼층(112)은 얼라인 키(114)와 대응된 위치에서 단차를 가질 수 있는 두께치로 형성되고, 실리콘 절연물질에서 선택되며, 한 예로 실리콘 산화막(SiO2)으로 이루어진다. The
상기 얼라인 키(114)는 크롬(Cr)을 이용한 사진식각(photolithography) 공정에 의해 형성할 수 있다. The
도 3b에서는, 상기 얼라인 키(114)를 덮는 영역에 비정질 실리콘층(116)을 형성하는 단계이고, 도 3c에서는 얼라인 키(114)를 기준으로 제 1 영역(I)의 제 3 영역(III) 만을 선택적으로 SLS 결정화하는 단계이다. In FIG. 3B, the
상기 제 3 영역(III)은 반도체층 형성영역에 해당된다. The third region III corresponds to a semiconductor layer formation region.
이와 같이, 본 실시예에 따른 SLS 결정화 공정에 의하면 얼라인 키를 이용하여 원하는 영역만을 선택적으로 결정화할 수 있기 때문에 공정 효율을 높일 수 있고, 그레인 바운더리의 위치를 용이하게 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다. As described above, according to the SLS crystallization process according to the present embodiment, since only the desired region can be selectively crystallized using the alignment key, the process efficiency can be increased, and the position of the grain boundary can be easily controlled. do.
그러나, 본 실시예에서는 얼라인 키를 형성하기 위한 별도의 공정이 추가되는 단점을 가지고 있다. However, this embodiment has a disadvantage in that a separate process for forming an alignment key is added.
이러한 단점을 개선하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 컬러필터층과 어레이 소자를 동일 기판에 형성하는 TOC 액정표시장치의 SLS 결정화 공정에 관한 것이며, TOC 구조의 경우 컬러필터층이 어레이 소자층 하부에 위치하기 때문에, 하기 실시예에서는 컬러필터층의 제조 공정에서 얼라인 키를 동시에 형성함으로써 별도의 얼라인 키 제조 공정을 생략할 수 있다.
In order to improve this disadvantage, another embodiment of the present invention relates to an SLS crystallization process of a TOC liquid crystal display device in which a color filter layer and an array element are formed on the same substrate, and in the case of the TOC structure, the color filter layer is disposed under the array element layer. In the following embodiment, the separate alignment key manufacturing process may be omitted by simultaneously forming the alignment key in the manufacturing process of the color filter layer.
-- 제 2 실시예 --Second Embodiment
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 SLS 결정화 공정을 포함하는 TOC 액정표시장치용 박막트랜지스터의 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도로서, SA(self-align) 구조 박막트랜지스터를 일 예로 하여 제시한다. 4A through 4G are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film transistor for a TOC liquid crystal display including an SLS crystallization process according to a second exemplary embodiment of the present invention, and a SA (self-aligned) structure thin film transistor is an example. Present it.
도 4a에서는, 제 1 영역(IV)과, 상기 제 1 영역(IV)의 양측에 위치하는 제 2 영역(V)이 정의된 기판(210) 상에 컬러레진을 이용하여, 제 1 영역(IV)에 컬러필터층(212)을 형성하고, 제 2 영역(V)에 얼라인 키(214)를 형성하는 단계이다. In FIG. 4A, a first region IV is formed on a
도면으로 상세히 제시하지 않았지만, 상기 컬러레진은 적, 녹, 청 컬러레진에 해당되고, 상기 컬러필터층(212)을 형성하는 단계에서는 적, 녹, 청 컬러필터를 차례대로 형성하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 얼라인 키(214)는 단일 컬러레진 물질로 이루어지거나 또는 다수 개의 컬러레진이 조합된 패턴으로 형성될 수도 있다. Although not shown in detail in the drawings, the color resin corresponds to red, green, and blue color resins, and the forming of the
한 예로, 상기 컬러레진은 적, 녹, 청 컬러레진 중 어느 한 컬러를 띠는 컬러레진에 해당되고, 상기 컬러필터층 및 얼라인 키는 단일컬러 컬러레진으로 이루 어진 각각의 패턴에 해당될 수 있다. For example, the color resin may correspond to a color resin having any one of red, green, and blue color resins, and the color filter layer and the alignment key may correspond to each pattern formed of a single color color resin. .
그리고, 이 단계에서는 컬러별 경계부에 별도의 블랙매트릭스를 형성하는 단계의 생략이 가능하다. In this step, it is possible to omit the step of forming a separate black matrix on each color boundary.
도 4b에서는 컬러필터층(212) 및 얼라인 키(214)를 덮는 영역에 버퍼층(216)을 형성하는 단계와, 버퍼층(216)을 덮는 영역에 비정질 실리콘층(218)을 형성하는 단계이다. In FIG. 4B, the
도 4c에서는, 상기 얼라인 키(214)를 기준으로 제 1 영역(IV)에 위치하는 비정질 실리콘층(218)을 선택적으로 SLS 결정화시키는 단계이고, 도 4d는 결정화처리된 실리콘층을 패터닝하여 반도체층(220)을 형성하는 단계이다. In FIG. 4C, a step of selectively SLS crystallizing the
도 4e에서는, 상기 얼라인 키(214)를 기준으로 반도체층(220)의 중앙부에 게이트 절연막(222), 게이트 전극(224)을 차례대로 형성하는 단계이고, 도 4f에서는 게이트 전극(224)을 마스크로 이용하여 노출된 반도체층(220) 영역을 도핑처리하는 단계이다. In FIG. 4E, the
이 단계를 거쳐, 상기 반도체층(220)은 게이트 전극(224)과 대응되게 위치하는 액티브 영역(VI)과, 도핑처리된 영역인 소스 영역(VII) 및 드레인 영역(VIII)으로 이루어진다. Through this step, the
도 4g에서는, 상기 게이트 전극(224)을 덮는 영역에 위치하며, 상기 반도체층(220)의 소스 영역(VII) 및 드레인 영역(VIII)을 일부 노출시키는 제 1, 2 콘택홀(226, 228)을 가지는 층간 절연막(230)을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연막(230) 상부에서 제 1 콘택홀(226)을 통해 반도체층(220)의 소스 영역(VII)과 연결되는 소스 전극(232)과, 제 2 콘택홀(228)을 통해 반도체층(220)의 드레인 영역(VIII)과 연결되는 드레인 전극(234)을 형성하는 단계를 포함한다. In FIG. 4G, first and second contact holes 226 and 228 positioned in a region covering the
상기 반도체층(220), 게이트 전극(224), 소스 전극(232) 및 드레인 전극(234)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다.
The
-- 제 3 실시예 --Third Embodiment
도 5a 내지 5f는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 SLS 결정화 공정을 포함하는 TOC 액정표시장치에 대한 제조 공정을 단계별로 나타낸 단면도로서, NSA(non self-align) 구조 박막트랜지스터를 일 예로 하여 도시하였다. 5A through 5F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a TOC liquid crystal display including an SLS crystallization process according to a third embodiment of the present invention. FIG. 5A through 5F illustrate a non self-aligned thin film transistor as an example. It was.
도 5a, 5b는 상기 도 4a, 4b에서와 같이, 기판(310) 상에 컬러레진을 이용하여 제 1 영역(IV)에 컬러필터층(312)을 형성하고, 제 2 영역(V)에 얼라인 키(314)를 형성하는 단계(도 5a)와, 컬러필터층(312) 및 얼라인 키(314)를 덮는 영역에 버퍼층(316) 및 비정질 실리콘층(318)을 차례대로 형성하는 단계(도 5b)이다. 5A and 5B, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
다음, 도 5c에서는 제 1 영역(IV)의 액티브 영역(VI)에 더미 패턴(320)을 형성하는 단계와, 상기 더미 패턴(320)을 마스크로 이용하여 노출된 비정질 실리콘층(318) 영역을 도핑처리하는 단계이다. Next, in FIG. 5C, the
상기 액티브 영역(VI)은 캐리어의 이동통로로 정의되는 채널 영역에 해당된다. The active area VI corresponds to a channel area defined as a movement path of a carrier.
도 5d에서는, 더미 패턴(320)을 제거하는 단계와, 상기 얼라인 키(314)를 기준으로 제 1 영역(IV)을 SLS 결정화하여 결정질 실리콘층(322)을 이루도록 하는 단계이다. In FIG. 5D, the
도 5e에서는, 상기 얼라인 키(314)를 기준으로 반도체층(324)을 형성하는 단계이다. In FIG. 5E, the
이 단계에서, 제 3 영역(VI)과 대응된 영역은 전술한 액티브 영역(VI)을 이루고, 액티브 영역(VI)의 양측부는 소스 영역(VII) 및 드레인 영역(VIII)을 이룬다. In this step, the region corresponding to the third region VI forms the active region VI described above, and both sides of the active region VI form the source region VII and the drain region VIII.
전술한 더미 패턴(상기 도 5c의 320)을 이용하여 도핑처리된 실리콘층 영역은 상기 도 5c 단계에서 더미 패턴(상기 도 5c의 320)과 얼라인 키(314)를 기준으로 형성되었기 때문에, 본 단계에서 얼라인 키(314)를 기준으로 결정질 실리콘층(도 5d의 322)을 패터닝하게 되면, 정확하게 도핑 영역을 소스 영역(VII) 및 드레인 영역(VIII)으로 정의할 수 있다. Since the silicon layer region doped using the above-described dummy pattern (320 of FIG. 5C) is formed based on the dummy pattern (320 of FIG. 5C) and the
도 5f에서는 상기 반도체층(324)의 중앙부에 게이트 절연막(326), 게이트 전극(328)을 차례대로 형성하는 단계이다. In FIG. 5F, the
도 5g에서는 상기 게이트 전극(328) 상부에 소스 전극(330) 및 드레인 전극(332)을 형성하는 단계이며, 상기 반도체층(324), 게이트 전극(328), 소스 전극(330) 및 드레인 전극(332)은 박막트랜지스터(T)를 이룬다. In FIG. 5G, the
본 실시예는 기존의 SLS 결정화 공정과 비교시 다음과 같은 장점을 가진다. This embodiment has the following advantages compared to the existing SLS crystallization process.
첫째, 얼라인 키를 이용하여 결정화 공정을 진행함에 따라, 원하는 위치만을 선택적으로 결정화시킬 수 있어, 그레인 바운더리의 위치를 제어할 수 있기 때문에 박막트랜지스터의 소자 특성을 전체 화소 영역에 걸쳐 균일하게 유지할 수 있다. First, as the crystallization process is performed using the align key, only the desired position can be crystallized selectively, and thus the grain boundary can be controlled to maintain the device characteristics of the thin film transistor uniformly over the entire pixel region. have.
둘째, TOC 액정표시장치에서 SLS 결정화 공정을 진행할 경우, 어레이 소자 하부에 컬러필터층이 형성되기 때문에, 컬러필터층과 동일 공정에서 동일 물질을 이용하여 얼라인 키를 형성함에 따라, 별도의 얼라인 키 제조 공정을 생략할 수 있다. Second, when the SLS crystallization process is performed in the TOC liquid crystal display, since the color filter layer is formed under the array element, an alignment key is manufactured by forming an alignment key using the same material in the same process as the color filter layer. The process can be omitted.
셋째, 버퍼층의 하부에 컬러필터층이 형성됨에 따라, 컬러필터층의 SLS 결정화 공정에서 열보존층으로 작용하여, 실리콘층의 결정성을 향상시킬 수 있다.
Third, as the color filter layer is formed under the buffer layer, it acts as a heat preservation layer in the SLS crystallization process of the color filter layer, thereby improving the crystallinity of the silicon layer.
-- 제 4 실시예 --Fourth Embodiment
도 6a, 6b는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 TOC 액정표시장치에 대한 공정 도면으로서, SLS 결정화 공정 도면을 중심으로 도시하였고, 도 6a는 공정 단면도이며, 도 6b는 SLS 결정화처리된 실리콘층에 대한 평면도이다. 6A and 6B are process diagrams for a TOC liquid crystal display device according to a fourth exemplary embodiment of the present invention. The SLS crystallization process is illustrated, FIG. 6A is a cross-sectional view of the process, and FIG. 6B is a SLS crystallized silicon layer. This is a plan view of the.
도 6a에서와 같이, 기판(410) 상에 컬러필터층(412)이 형성되어 있고, 컬러필터층(412) 상부에는 버퍼층(414)이 형성되어 있으며, 버퍼층(414) 상부에는 SLS 결정화 공정을 통해 결정화처리된 결정질 실리콘 영역(IX)을 포함하는 실리콘층(416)이 형성되어 있다. As shown in FIG. 6A, a
상기 컬러필터층(412)은 버퍼층(414)의 하부에 위치하여, SLS 결정화 공정시 일종의 열보존층으로 이용되어 실리콘층에 조사된 열 에너지가 외부로 빠져나가는 것을 방지하는 역할을 하여, 실리콘층의 결정성을 향상시키는 역할을 하는 것을 특징으로 한다. The
도 6b를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 결정질 실리콘층(418)은 다수 개의 그레인(420 ; grain)과, 그레인(420) 간 경계부에 위치하는 서브 그레인 바운더 리(422 ; sub grain boundary)와, 그레인(420) 그룹간 경계부에 위치하는 그레인 바운더리(424 ; grain boundary)로 이루어진다. 6B, the
상기 결정질 실리콘층(418)은 용융, 응고 공정을 거쳐 결정화되는데, 이때 그레인 사이즈(X)는 응고 속도에 의해 결정된다. 만약, 응고속도가 빠르면 그레이 사이즈(X)가 작아지고, 응고속도를 늦추게 되면 그레인 사이즈(X)를 증가시킬 수 있다. The
이러한 실리콘의 결정화 원리에 의해, 본 실시예에서는 TOC 구조 특성 상 기판의 최하부층에 위치하는 컬러필터층의 SLS 결정화 공정에서 일종의 열보존층으로 이용하는 것을 특징으로 한다. 즉, SLS 결정화 공정에서 실리콘층에 조사된 열 에너지가 외부로 전달되는 속도가 컬러필터층에 의해 억제되는 효과에 의해 결정성을 향상시키는 역할을 하게 되는 것이다. According to such a crystallization principle of silicon, the present embodiment is characterized in that it is used as a kind of heat preservation layer in the SLS crystallization process of the color filter layer located in the lowermost layer of the substrate due to the TOC structure characteristic. That is, in the SLS crystallization process, the rate at which heat energy radiated to the silicon layer is transferred to the outside is suppressed by the color filter layer, thereby improving crystallinity.
기존에는, 열 보존력을 향상시키는 방법으로 결정성을 향상시키기 위하여 버퍼층을 복수층으로 형성하는 적층 구조에 대해서 제안되기도 했으나, 본 발명에서는 별도의 공정추가없이 컬러필터층을 열보존층으로 겸용하는 효과가 부가되는 이점을 가지게 된다. Conventionally, a stack structure in which a plurality of buffer layers are formed in order to improve crystallinity by a method of improving thermal preservation has been proposed, but in the present invention, the effect of using a color filter layer as a heat preservation layer without any additional process is provided. It has the added advantage.
결론적으로, 본 발명에서는 TOC 구조 특성 상 컬러필터가 버퍼층 하부에 위치하게 되므로, TOC 구조가 가지는 장점 + 열보존 능력을 가지는 효과가 부가되는 잇점을 가지게 된다.
In conclusion, in the present invention, since the color filter is located under the buffer layer due to the characteristic of the TOC structure, the advantage that the TOC structure has the advantage of having the + preservation ability is added.
-- 제 5 실시예 -- Fifth Embodiment
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 TOC 액정표시장치에 대한 단면도로서, 7 is a cross-sectional view of a TOC liquid crystal display according to a fifth embodiment of the present invention.
도시한 바와 같이, 제 1, 2 기판(510, 550)이 서로 대향되게 배치되어 있고, 제 1 기판(510) 상에 컬러필터층(512)이 형성되어 있으며, 컬러필터층(512)의 컬러별 경계부 및 상부에는 평탄화층(514)이 형성되어 있다. 상기 평탄화층(514)은 컬러필터층(512)의 평탄화 특성을 높이기 위한 패턴에 해당되며, 경우에 따라서는 생략가능하다. As illustrated, the first and
도면으로 상세히 제시하지 않았지만, 상기 컬러필터층(512)은 적, 녹, 청 컬러필터가 차례대로 반복배열된 구조로 이루어지며, 도면 상에는 청, 적 컬러필터를 포함하는 영역을 중심으로 도시하였다. Although not shown in detail in the drawings, the
상기 평탄화층(514) 상부에는 버퍼층(518)이 형성되어 있고, 버퍼층(518) 상부에는 반도체층(520), 게이트 전극(522), 소스 전극(524) 및 드레인 전극(526)으로 이루어진 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터(T)를 덮는 위치에는 드레인 전극(526)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀(528)을 가지는 보호층(530)이 형성되어 있고, 보호층(530) 상부에는 드레인 콘택홀(528)을 통해 드레인 전극(526)과 연결되는 화소 전극(532)이 형성되어 있고, 화소 전극(532)을 덮는 영역에는 제 1 배향막(534)이 형성되어 있다. A
상기 반도체층(520)은 게이트 전극(522)과 대응되게 위치하는 액티브 영역(VI)과, 액티브 영역(VI)의 양측에 위치하는 소스 영역(VII) 및 드레인 영역(VIII)으로 이루어지며, 상기 소스 영역(VII) 및 드레인 영역(VIII)은 도핑처리된 영역으로써, 도면으로 제시하지 않았지만 상기 컬러필터층(512)과 동일 공정 에서 동일 물질로 이루어진 얼라인 키를 이용한 NSA 공정에 의해 도핑처리된 것을 특징으로 한다. The
그리고, 제 2 기판(550)의 내부면에는 공통 전극(552) 및 제 2 배향막(554)이 차례대로 형성되어 있고, 제 1, 2 배향막(534, 554) 사이에는 액정층(560)이 개재되어 있다. The
본 발명은 상기 실시예 들로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
The present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
이와 같이, 본 발명에 따른 TOC 액정표시장치용 SLS 결정화 공정에 의하면, 첫째, 얼라인 키를 이용하여 결정화 공정을 진행함에 따라, 원하는 위치만을 선택적으로 결정화시킬 수 있어, 그레인 바운더리의 위치를 제어할 수 있기 때문에 박막트랜지스터의 소자 특성을 전체 화소 영역에 걸쳐 균일하게 유지할 수 있고, 둘째 어레이 소자 하부에 컬러필터가 형성되는 구조적 특성을 이용하여 컬러필터와 동일 공정에서 동일 물질을 이용하여 얼라인 키를 형성함에 따라, 별도의 얼라인 키 제조 공정을 생략할 수 있으며, 세째, 버퍼층의 하부에 컬러필터층이 형성됨에 따라, 컬러필터층의 SLS 결정화 공정에서 열보존층으로 작용하여, 실리콘층의 결정성을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the SLS crystallization process for the TOC liquid crystal display according to the present invention, first, as the crystallization process is performed by using an alignment key, only a desired position can be selectively crystallized, thereby controlling the position of the grain boundary. Therefore, the device characteristics of the thin film transistor can be maintained uniformly over the entire pixel region, and secondly, by using the structural characteristic of forming a color filter under the array element, an alignment key is used using the same material in the same process as the color filter. As a result, a separate alignment key manufacturing process can be omitted. Third, as the color filter layer is formed under the buffer layer, the crystal layer of the silicon layer acts as a heat preservation layer in the SLS crystallization process of the color filter layer. Can be improved.
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