KR101048707B1 - Multichannel Elements of Liquid Crystal Display and Formation Method Thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소자의 패터닝시 반도체층의 형상을 달리하여, 광 폭 소자에서 특히 문제되는 셀프 히팅(self heating)과, 플로우팅 바디 효과(floating body effect) 및 킹크 효과(kink effect)를 개선한 액정 표시 장치의 다채널 소자 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자는 기판과, 상기 기판 상에 일정 간격 이격하여 배열된 복수개의 제 1 반도체층과, 상기 제 1 반도체층들을 가로지르는 게이트 금속층과, 상기 제 1 반도체층들의 양단에 상기 게이트 금속층의 양측으로부터 이격되어 상기 게이트 금속층과 동일 방향으로 형성된 소오스 금속층 및 드레인 금속층과, 상기 게이트 금속층의 양측의 상기 제 1 반도체층에 정의된 제 1 불순물층과, 상기 게이트 금속층과 상기 소오스 금속층에 대응되어, 이격된 제 1 반도체층들 사이에 상기 제 1 반도체층들과 일체형으로 형성된 제 2 반도체층 및 상기 제 2 반도체층 내에 형성된 제 2 불순물층을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
플로우팅 바디 효과(floating body effect), 다중 채널(multi channel), TFT(Thin Film Transistor), 셀프 히팅(self-heating), 킹크 효과(kink effect), 바디 콘택(body contact), 신뢰성(reliability)
The present invention provides a liquid crystal that improves self heating, floating body effect, and kink effect, which are particularly problematic in wide devices by varying the shape of the semiconductor layer during patterning of the device. The present invention relates to a multi-channel device of a display device and a method of manufacturing the same, wherein the multi-channel device of a liquid crystal display device of the present invention includes a substrate, a plurality of first semiconductor layers arranged at regular intervals on the substrate, and the first semiconductor. A gate metal layer crossing the layers, a source metal layer and a drain metal layer spaced apart from both sides of the gate metal layer at both ends of the first semiconductor layers in the same direction as the gate metal layer, and the first semiconductor layers on both sides of the gate metal layer; An image between the first impurity layer defined in the second semiconductor layer and spaced apart from the first semiconductor layer corresponding to the gate metal layer and the source metal layer Claim it characterized by yirueojim including the second impurity layer formed in the second semiconductor layer and the second semiconductor layer formed in the first semiconductor layer and the integral.
Floating body effect, multi-channel, thin film transistor (TFT), self-heating, kink effect, body contact, reliability
Description
도 1은 일반적인 액정 패널을 나타낸 평면도1 is a plan view showing a typical liquid crystal panel
도 2a는 3터미널(3-terminal) 박막 트랜지스터를 나타낸 회로도이며, 도 2b는 도 2a의 박막 트랜지스터를 병렬 연결하여 나타낸 회로도FIG. 2A is a circuit diagram illustrating a 3-terminal thin film transistor, and FIG. 2B is a circuit diagram of the thin film transistor of FIG. 2A connected in parallel.
도 3a 및 도 3b는 각각 채널의 폭(W)과 길이(L)가 같을 경우와 폭이 상대적으로 길이에 비해 길 경우의 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화를 나타낸 그래프3A and 3B are graphs illustrating changes in drain current according to gate voltage when the widths W and lengths L of the channels are the same and the widths are relatively longer than the lengths, respectively.
도 4는 종래의 다채널 소자의 평면도4 is a plan view of a conventional multi-channel device
도 5는 도 4의 I~I' 선상의 구조 단면도5 is a structural cross-sectional view taken along line II ′ of FIG. 4.
도 6은 도 4의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도6 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG.
도 7은 도 4의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 구조 단면도FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line III-III ′ of FIG. 4;
도 8은 도 4의 Ⅳ~Ⅳ' 선상의 구조 단면도FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line IV-IV 'of FIG.
도 9는 등간격을 갖는 다채널 소자의 일 예를 나타낸 사진9 is a photograph showing an example of a multi-channel device having equal intervals
도 10은 도 9의 다채널 소자의 제 1 내지 제 5 박막 트랜지스터별로 게이트 전압에 대한 드레인 전류의 변화를 나타낸 그래프FIG. 10 is a graph illustrating a change in drain current with respect to a gate voltage for each of the first to fifth thin film transistors of the multichannel device of FIG.
도 11은 도 9의 소자의 셀프 히팅에 기인한 열 손상을 나타낸 사진 FIG. 11 is a photograph showing thermal damage due to self heating of the device of FIG.
도 12a는 일반적인 박막 트랜지스터에 바이어스 전압이 걸렸을 때, 전자 및 홀의 이동을 모식적으로 나타낸 도면 12A is a diagram schematically illustrating movement of electrons and holes when a bias voltage is applied to a general thin film transistor.
도 12b는 도 12a의 경우, 소오스 인접부에서 발생하는 홀 농도 증가를 모식적으로 나타낸 도면FIG. 12B is a diagram schematically illustrating an increase in hole concentration occurring in the source region in the case of FIG. 12A.
도 13a 및 도 13b는 바디 콘택을 갖는 4 터미널 소자를 나타낸 회로도 및 이의 모식도13A and 13B are circuit diagrams and schematic diagrams illustrating four terminal devices having body contacts;
도 14는 바디 콘택을 갖는 4 터미널 소자를 병렬로 연결한 모습을 나타낸 회로도14 is a circuit diagram showing a state in which four terminal devices having body contacts are connected in parallel;
도 15는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자를 나타낸 평면도15 is a plan view illustrating a multichannel device of a liquid crystal display according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 16은 도 15의 Ⅴ~Ⅴ' 선상의 구조 단면도16 is a cross-sectional view taken along the line VV ′ of FIG. 15.
도 17은 도 15의 Ⅵ~Ⅵ' 선상의 구조 단면도17 is a cross-sectional view taken along the line VI-VI 'of FIG. 15.
도 18은 도 15의 Ⅶ~Ⅶ' 선상의 구조 단면도18 is a cross-sectional view taken along line VII-VII 'of FIG. 15;
도 19는 도 15의 Ⅷ~Ⅷ' 선상의 구조 단면도19 is a structural cross-sectional view taken along line VII-VII ′ of FIG. 15.
도 20a 내지 도 20f는 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 평면도20A to 20F are process plan views illustrating a method of manufacturing a multichannel device of a liquid crystal display of the present invention.
도 21a 내지 도 21f는 도 20a 내지 도 20f의 각각의 공정 단면도21A-21F are cross-sectional views of respective processes of FIGS. 20A-20F.
도 22는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자를 나타낸 평면도22 is a plan view illustrating a multichannel device of a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 23은 도 22의 반도체층을 나타낸 평면도 FIG. 23 is a plan view illustrating the semiconductor layer of FIG. 22.
도 24는 도 22의 반도체층 및 이의 불순물층을 나타낸 평면도24 is a plan view illustrating the semiconductor layer and an impurity layer thereof of FIG. 22.
*도면의 주요 부분에 대한 설명** Description of the main parts of the drawings *
100 : 기판 103 : 게이트 절연막100
101 : 버퍼층 102 : 반도체층(진성 반도체층)101: buffer layer 102: semiconductor layer (intrinsic semiconductor layer)
102a : 소오스 영역(제 1 형 불순물층)102a: source region (
102b : 드레인 영역(제 1 형 불순물층) 102b: drain region (
104 : 게이트 금속층 104a, 204a : 게이트 전극104:
105 : 층간 절연막 106 : 보호막105: interlayer insulating film 106: protective film
107, 207 : 소오스 금속층 107a , 207a: 소오스 전극107 and 207
108, 208 : 드레인 금속층 108a, 208a : 드레인 전극108, 208:
110 : 제 1 반도체층 111 : 제 2 반도체층110: first semiconductor layer 111: second semiconductor layer
112 : 제 2형 불순물층 118, 218 : 제 1 콘택(바디 콘택)홀112:
119, 219 : 제 2 콘택(소오스 콘택)홀 119, 219: Second contact (source contact) hole
120, 220 : 제 3 콘택(드레인 콘택)홀120, 220: 3rd contact (drain contact) hole
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 소자의 패터닝시 반도체층의 형상을 달리하여, 광 폭 소자에서 특히 문제되는 셀프 히팅(self heating)과, 플로우팅 바디 효과(floating body effect) 및 킹크 효과(kink effect)를 개선한 액정 표시 장치의 다채널 소자(Multi-channel device) 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.As the information society develops, the demand for display devices is increasing in various forms, and in recent years, liquid crystal display devices (LCDs), plasma display panels (PDPs), electro luminescent displays (ELD), and vacuum fluorescent (VFD) Various flat panel display devices such as displays have been studied, and some of them are already used as display devices in various devices.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.Among them, LCD is the most widely used as the substitute for CRT (Cathode Ray Tube) for mobile image display device because of its excellent image quality, light weight, thinness, and low power consumption. In addition to the use of the present invention has been developed in various ways such as a television and a computer monitor for receiving and displaying broadcast signals.
이와 같은 액정 표시 장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.In order to use such a liquid crystal display as a general screen display device in various parts, it is a matter of how high quality images such as high definition, high brightness and large area can be realized while maintaining the characteristics of light weight, thinness and low power consumption. Can be.
일반적인 액정 표시 장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동 신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 제 1, 제 2 유리 기판과, 상기 제 1, 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다. A general liquid crystal display device may be largely divided into a liquid crystal panel displaying an image and a driving unit for applying a driving signal to the liquid crystal panel, wherein the liquid crystal panel includes first and second glass substrates bonded to each other with a predetermined space; It consists of a liquid crystal layer injected between the said 1st, 2nd glass substrate.
여기서, 상기 제 1 유리 기판(TFT 어레이 기판)에는 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 배선과, 상기 각 게이트 배선과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 배선과, 상기 각 게이트 배선과 데이터 배선이 교차되어 정의된 각 화소 영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 배선의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 배선의 신호를 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.The first glass substrate (TFT array substrate) may include a plurality of gate wires arranged in one direction at a predetermined interval, a plurality of data wires arranged at regular intervals in a direction perpendicular to the respective gate wires, A plurality of pixel electrodes formed in a matrix form in each pixel region defined by crossing gate lines and data lines, and a plurality of thin film transistors switched by signals of the gate lines to transfer signals of the data lines to each pixel electrode. Is formed.
그리고, 제 2 유리 기판(칼라 필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 차광층과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.The second glass substrate (color filter substrate) includes a light shielding layer for blocking light in portions other than the pixel region, an R, G, and B color filter layers for expressing color colors, and a common electrode for implementing an image. Is formed.
상기 일반적인 액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다.The driving principle of the general liquid crystal display device uses the optical anisotropy and polarization property of the liquid crystal. Since the liquid crystal is thin and long in structure, the liquid crystal has directivity in the arrangement of molecules, and the direction of the arrangement of molecules can be controlled by artificially applying an electric field to the liquid crystal.
따라서, 상기 액정의 분자 배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자 배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상 정보를 표현할 수 있다.Therefore, when the molecular arrangement direction of the liquid crystal is arbitrarily adjusted, the molecular arrangement of the liquid crystal is changed, and light is refracted in the molecular arrangement direction of the liquid crystal by optical anisotropy, thereby representing image information.
현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.Currently, an active matrix LCD, in which a thin film transistor and pixel electrodes connected to the thin film transistor are arranged in a matrix manner, is attracting the most attention due to its excellent resolution and ability to implement video.
한편, 액정 표시 장치의 구동부로는 외부의 드라이버에 패널의 패드부를 연 결시키는 외장형과, 패널에 함께 형성되는 내장형이 있다. 내장형의 경우, 기판 상에 증착되는 반도체층은 비정질 실리콘이 결정화된 폴리 실리콘이다. 이는, 폴리 실리콘이 비정질 실리콘에 비해 캐리어(carrier)의 이동도가 훨씬 커 구동 회로용 IC의 고속 및 신뢰성을 확보할 수 있기 때문이다.On the other hand, the driving unit of the liquid crystal display device is an external type to connect the pad portion of the panel to an external driver, and the built-in type is formed together with the panel. In the embedded case, the semiconductor layer deposited on the substrate is polysilicon in which amorphous silicon is crystallized. This is because polysilicon has much higher mobility of carriers than amorphous silicon, thereby ensuring high speed and reliability of the IC for driving circuits.
여기서, 액정 표시 장치는 특히, 반도체층으로 저온 공정(425℃ 이하)으로 결정화되는 폴리 실리콘을 포함하며, 이는 열에 취약한 유리 기판 상에 결정화가 이루어지기 때문이다.Here, the liquid crystal display device includes, in particular, polysilicon which is crystallized in a low temperature process (425 ° C. or lower) as a semiconductor layer, because crystallization is performed on a glass substrate susceptible to heat.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정 표시 장치의 소자의 다채널 소자를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a multichannel device of a device of a conventional liquid crystal display will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 일반적인 액정 패널을 나타낸 평면도이다.1 is a plan view illustrating a general liquid crystal panel.
도 1과 같이, 일반적인 액정 패널은 크게 서로 대향된 상부 기판(10)과, 하부 기판(20)과, 상기 상하부 기판(10, 20) 사이에 충진된 액정층(미도시)으로 이루어진다. As shown in FIG. 1, a general liquid crystal panel includes a liquid crystal layer (not shown) filled between an
여기서, 상기 상부 기판(10)은 컬러 필터 어레이가 형성되며, 상기 하부 기판(20)에는 TFT 어레이가 형성된다. 상기 TFT 어레이는 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차부에 형성된 박막 트랜지스터 및 상기 화소 영역에 형성되는 화소 전극(TN(Twisted Nematic) 모드일 경우. IPS(In-Plane Switching) 모드일 경우, 화소 영역에 화소 전극과 교번되어 형성되는 공통 전극을 더 포함)으로 이루어지며, 상기 컬러 필터 어레이는 비화소 영역 및 박막 트랜지스터를 가리도록 형성된 블랙 매트릭스층과, 상기 화소 영역에 대응되어 형성된 컬러 필터층 및 상기 상부 기판(10) 전면에 형성된 공통 전극(TN 모드일 경우) 또는 오버코트층(IPS 모드일 경우)으로 이루어진다.Here, a color filter array is formed on the
한편, 도 1의 액정 패널의 점선 안쪽 부위는 표시 영역이며, 점선 바깥 쪽 부위는 비표시 영역이다. 여기서, 상부 기판(10)에 비해 하부 기판(20)이 주변부에 마진을 더 갖고 형성된 이유는 상기 마진 부위에 구동부를 구성하기 위함이다. 상술한 바와 같이, 외장형일 경우 구동부는 하부 기판(20)의 패드부와 연결되어 액정 패널 외측에 구성되며, 내장형일 경우 구동부는 하부 기판(20)의 상기 마진 부위(상부 기판이 덮지 않는 하부 기판의 부위)에 형성된다.Meanwhile, the dotted line inner portion of the liquid crystal panel of FIG. 1 is a display area, and the dotted line outer portion is a non-display area. Here, the reason why the
이하, 상기 구동부에 구성되는 소자에 대해 설명한다.Hereinafter, the element comprised in the said drive part is demonstrated.
도 2a는 3터미널 박막 트랜지스터를 나타낸 회로도이며, 도 2b는 도 2a의 박막 트랜지스터를 병렬 연결하여 나타낸 회로도이다.2A is a circuit diagram illustrating a three-terminal thin film transistor, and FIG. 2B is a circuit diagram of the thin film transistors of FIG. 2A connected in parallel.
도 2a와 같이, 일반적인 박막 트랜지스터는 게이트 단(G), 소오스 단(S), 드레인 단(D)의 3 터미널(3-terminal)을 구비한다.As shown in FIG. 2A, a general thin film transistor includes three terminals of a gate terminal G, a source terminal S, and a drain terminal D. FIG.
도 2b와 같이, 복수개의 박막 트랜지스터를 커몬 게이트(common gate), 커몬 드레인(common drain), 커몬 소오스(common source)를 갖도록 구성하면, 복수개의 박막 트랜지스터가 병렬 구성된 형상이 되며, 각각의 박막 트랜지스터의 채널이 병렬로 구성되고, 소오스 단 및 드레인 단에서 하나의 경로(path)로 모이게 된다. As shown in FIG. 2B, when the plurality of thin film transistors are configured to have a common gate, a common drain, and a common source, the plurality of thin film transistors have a shape in which the plurality of thin film transistors are configured in parallel. The channels of are arranged in parallel and are gathered in one path at the source and drain ends.
이와 같이, 하나의 경로가 복수개의 다중 채널(multi channel)로 나누어지는 소자를 형성한 이유는, 단일 트랜지스터로 광 폭 채널(wide width channel) 소자를 구성한 때, 소자의 구동시에 소자에 열이 집중되어 파괴되는 현상을 방지하기 위함이다. 즉, 복수개의 트랜지스터로 다중 채널을 구비한 광 폭 소자의 경우, 소자의 구동시 발생되는 열을 복수개의 트랜지스터로 나누어 분산시키며, 트랜지스터간의 이격 공간에 방출된 열이 빠져나가도록 하여, 열에 의한 소자의 열화 현상을 어느 정도 방지할 수 있기 때문이다.As such, the reason for forming an element in which one path is divided into a plurality of multi-channels is that when a wide width channel element is formed of a single transistor, heat is concentrated in the element when the element is driven. This is to prevent the phenomenon of being destroyed. That is, in the case of a wide element having multiple channels with a plurality of transistors, the heat generated when the device is driven is divided into a plurality of transistors, and the heat discharged to the spaces spaced between the transistors is released so that the element is caused by the heat. This is because the deterioration phenomenon can be prevented to some extent.
또한, 점점 작은 크기로 단일 트랜지스터가 형성되는 상황에서 TFT 공정에서 형성되는 단일 트랜지스터로 고출력 특성을 갖는 광 폭 소자를 구현하기 위해서, 이와 같이, 복수개의 단일 트랜지스터로 하나의 광 폭 소자를 형성한 것이다.In addition, in order to implement a wide element having a high output characteristic with a single transistor formed in a TFT process in a situation where a single transistor is formed with a smaller and smaller size, a single wide element is formed of a plurality of single transistors. .
도 3a 및 도 3b는 각각 채널의 폭(W)과 길이(L)가 같을 경우와 폭이 상대적으로 길이에 비해 길 경우의 게이트 전압에 따른 드레인 전류의 변화를 나타낸 그래프이다.3A and 3B are graphs illustrating changes in drain current according to gate voltages when the widths W and lengths L of the channels are the same and the widths are relatively longer than the lengths, respectively.
도 3a는 반도체층의 채널의 폭 및 길이가 모두 10㎛로 동일한 경우를 나타내며, 도 3b는 광 폭 소자와 같이, 반도체층의 채널의 폭 및 길이가 각각 100㎛, 10㎛인 경우를 나타낸다.3A shows a case where both the width and the length of the channel of the semiconductor layer are equal to 10 μm, and FIG. 3B shows the case where the width and the length of the channel of the semiconductor layer are 100 μm and 10 μm, respectively, as in the wide element.
도 3a 및 도 3b를 통해, 소자의 구비된 반도체층의 채널의 폭과 길이의 비(W/L)가 클수록, 문턱 전압의 로워링(Vth lowering) 현상이 나타나며, 드레인에 흐르는 전류(Id) 값이 커짐을 알 수 있다. 3A and 3B, as the ratio (W / L) of the channel width and length of the semiconductor layer of the device is larger, the lowering of the threshold voltage occurs, and the current Id flowing in the drain. It can be seen that the value increases.
또한, 광 폭 소자(도 3b의 경우)이며, 드레인에 인가되는 바이어스 전압(Vd)이 클 경우는 스트레스 상황으로 판단되어, 드레인에 흐르는 전류(Id)가 계속적으로 커져 새츄레이션(saturation) 상태에 도달하기 힘듦이 관찰되었다. 이와 같이, 광 폭 소자이며, 드레인에 인가되는 바이어스 전압(Vd)이 클 경우는, 게이트 전압(Vg)에 대한 드레인 전류(Id)의 특성(Vg-Id)을 나타내는 그래프의 전이 커브 이상(transfer curve split)이 심화됨을 알 수 있다.In addition, when the bias element Vd applied to the drain is large (in the case of FIG. 3B) and is large, it is determined to be a stress situation, and the current Id flowing in the drain is continuously increased, resulting in a saturation state. Difficult to reach was observed. As described above, when the bias voltage Vd applied to the drain is large and the drain element is large, the transition curve of the graph showing the characteristics Vg-Id of the drain current Id with respect to the gate voltage Vg is transferred. curve split) is intensified.
이와 같이, 광 폭 소자에서, 드레인 전류의 새츄레이션 상태가 얻어지지 않게 되면, 고출력 저항을 얻지 못해 소자의 게인(gain)을 낮추게 되는 문제점이 있다. As described above, when the saturation state of the drain current is not obtained in the wide element, there is a problem in that the gain of the element is lowered because a high output resistance is not obtained.
또한, 광폭 소자에 있어서, 소오스 배리어 로워링(source barrier lowering)에 기인한 문턱 전압(Vth)의 감소는 드레인 사태(drain avalanche)에 기여하는 전자(electron) 양을 크게 하며, 이것이 다시 홀 전류(hole current)를 증가시키고, 다시 소오스 배리어 로워링(source barrier lowering)이 가중되는 양의 피드백(positive feed back)을 유발하게 되며, 장시간 구동에 이어 소자 신뢰성 문제로 나타나게 된다. 이러한 원인에 의해 Ids-Vds 출력 특성에 의한 킹크 효과(kink effect)(게이트 전압 증가에 따라 드레인 전류가 새츄레이션(saturation)되지 못하고, 계속적으로 증가하는 현상)가 심화되어 나타나게 된다.Also, in the wide element, the reduction of the threshold voltage Vth due to source barrier lowering increases the amount of electrons contributing to the drain avalanche, which in turn causes the hole current ( Increasing the hole current, and again, source barrier lowering causes a positive feedback (positive feed back), which appears as a device reliability problem after a long drive. Due to this cause, a kink effect (a phenomenon in which the drain current does not saturate with the increase of the gate voltage and continuously increases) appears due to the Ids-Vds output characteristic.
도 4는 종래의 다채널 소자의 평면도이며, 도 5는 도 4의 I~I' 선상의 구조 단면도이고, 도 6은 도 4의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도이고, 도 7은 도 4의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 구조 단면도이고, 도 8은 도 4의 Ⅳ~Ⅳ' 선상의 구조 단면도이다.4 is a plan view of a conventional multi-channel device, FIG. 5 is a structural cross-sectional view taken along line I-I 'of FIG. 4, FIG. 6 is a structural cross-sectional view taken along line II-II' of FIG. 4, and FIG. It is structural sectional drawing of III-III 'line | wire, and FIG. 8 is a structural sectional view of IV-IV' line | wire of FIG.
일반적인 폴리실리콘형 액정 표시 장치의 구동부에 형성되는 다채널 소자(multi-channel device)는 도 2b의 회로도와 같이, 복수개의 3터미널 소자가 병렬 연결되어 구성된다. In the multi-channel device formed on the driving unit of a general polysilicon liquid crystal display, a plurality of three-terminal devices are connected in parallel, as shown in the circuit diagram of FIG. 2B.
도 4와 같이, 3터미널 소자를 병렬 구성한 종래의 액정 표시 장치의 다채널 소자는, 하부 기판(도 5 내지 8의 20참조)의 소정 부위에 소정 방향으로 서로 이격되어 배열된 복수개의 반도체층(22)과, 상기 반도체층들(22)의 중심을 가로질러 라인형으로 형성된 게이트 금속층(24)과, 상기 게이트 금속층(24)과 평행하게 상기 반도체층들(22)의 양측에 각각 형성된 소오스 금속층(27)과, 드레인 금속층(28)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 각 반도체층의 폭(W1, W2, W3, W4)은 동일하게 형성하며, 상기 각 반도체층(22)간의 간격 또한, 동일하게 하여 형성한다.As shown in FIG. 4, a multi-channel device of a conventional liquid crystal display having three terminal devices configured in parallel includes a plurality of semiconductor layers arranged to be spaced apart from each other in a predetermined direction on a predetermined portion of a lower substrate (see 20 of FIGS. 5 to 8). 22, a
이 때, 도 7과 같이, 각각의 반도체층(22)에서 해당 부위의 반도체층(22)과 오버랩되는 게이트 금속층이 게이트 전극(24a)으로 기능하고, 상기 반도체층(22)과 오버랩되는 소오스 금속층이 소오스 전극(27a)으로 기능하고, 상기 반도체층(22)과 오버랩되는 드레인 금속층이 드레인 전극(28a)으로 기능하며, 이러한 각 전극(24a, 27a, 28a)과 해당 부위의 반도체층(22)을 포함하여 박막 트랜지스터를 이룬다.In this case, as shown in FIG. 7, the gate metal layer overlapping the
이 때, 형성되는 각 박막 트랜지스터들은 일정한 너비(W)의 게이트 금속층(24)이 지나가며, 각 반도체층(22)에 대응되는 상기 게이트 금속층(24)의 크기에 대응되어 정의되는 채널 영역(22c)을 갖는다. 따라서, 각 박막 트랜지스터들에 형성되는 채널은 모두 동일한 길이(L)이다. 이 경우, 각각의 박막 트랜지스터가 병렬로 형성되어 소자의 채널의 폭은 각 박막 트랜지스터들의 폭을 합한 값, 즉, W(=W1 +W2 +W3+ W4)의 값이 된다. 이와 같이, 다중 채널을 형성시에는 와이드 채널(wide channel)이 형성되며, 이 경우에는 게이트 전압에 따른 전류의 변화 곡선(Vg-Id)의 왜곡이 발생한다. 즉, 문턱 전압(Vth)이 낮아지게 되며, 전류 새츄레이션(Ids saturation) 상태가 이루어지지 않게 된다.In this case, each of the formed thin film transistors passes through the
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여, 종래의 액정 표시 장치의 다채널 소자의 제조 방법을 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a multichannel device of a conventional liquid crystal display will be described with reference to FIGS. 4 to 8.
먼저, 기판(20) 전면에 버퍼층(buffer layer)(21)이 증착한다.First, a
이어, 상기 버퍼층(21) 전면에 비정질 실리콘층을 전면 증착한 후, 이를 레이저를 조사하여 결정화한다. Subsequently, an amorphous silicon layer is entirely deposited on the
이어, 상기 결정화된 실리콘층을 패터닝하여, 소정 방향으로 동일 간격 이격되어 배열되는 복수개의 반도체층(22)을 형성한다.Subsequently, the crystallized silicon layer is patterned to form a plurality of semiconductor layers 22 arranged at equal intervals in a predetermined direction.
이어, 상기 복수개의 반도체층(22)을 포함한 버퍼층(21) 전면에 게이트 절연막(23)을 증착한다. Next, a
이어, 상기 게이트 절연막(23) 전면에 금속 물질을 전면 증착한 후, 이를 선택적으로 제거하여 상기 반도체층(22)의 중심을 가로지르는 방향의 게이트 금속층(24)을 형성한다.Subsequently, a metal material is entirely deposited on the entire surface of the
이어, 상기 게이트 금속층(24)을 마스크로 하여, 상기 게이트 금속층(24) 양측에 대응되는 반도체층(22)의 부위에 n+ 도핑을 실시하여 상기 반도체층(22)의 소오스 영역(22a), 드레인 영역(22b)을 정의한다. 이 때, 상기 게이트 금속층(24) 하부에 불순물 도핑이 되지 않은 진성 반도체 영역은 채널(22c)로 기능한다. 그리고, 상기 채널(22c) 상부에 대응되는 상기 게이트 금속층(24)의 부위는 게이트 전극(24a)으로 기능한다.Subsequently, n + doping is performed on portions of the
이어, 상기 게이트 금속층(24)을 포함한 버퍼층 전면에 층간 절연막(25)을 증착한 후, 이를 선택적으로 제거하여 상기 반도체층(22)의 소오스 영역(22a)과 드레인 영역(22b)의 소정 부분을 각각 노출시키는 제 1, 제 2 콘택 홀(29, 30)을 형성한다.Subsequently, an
이어, 상기 제 1, 제 2 콘택 홀(29, 30)을 포함한 층간 절연막(25) 전면에 금속 물질을 전면 증착한 후, 이를 선택적으로 제거하여 상기 게이트 금속층(24)과 평행하며, 상기 게이트 금속층(24)으로부터 동일한 간격 이격된 소오스 금속층(27) 및 드레인 금속층(28)을 형성한다. 여기서, 상기 반도체층의 소오스 영역(22a)과 대응되는 소오스 금속층(27)의 부위는 소오스 전극(27a)으로 기능하며, 상기 반도체층의 드레인 영역(22b)과 대응되는 드레인 금속층(28)의 부위는 드레인 전극(28a)으로 기능한다.Subsequently, after depositing a metal material on the entire surface of the interlayer insulating
이어, 상기 소오스/드레인 금속층(27, 28)을 포함한 층간 절연막(25) 전면에 보호막(26)을 증착한다.Next, the
이러한, 액정 표시 장치의 다채널 소자는 액정 패널의 구동부(화소의 외곽)에 위치하여 형성되며, 액정 패널의 TFT 형성 공정과 동일 공정에서 형성된다. Such a multi-channel element of the liquid crystal display device is formed in the driving portion (outside the pixel) of the liquid crystal panel, and is formed in the same process as the TFT forming process of the liquid crystal panel.
도 9는 등간격을 갖는 다채널 소자의 일 예를 나타낸 사진이다.9 is a photograph showing an example of a multi-channel device having equal intervals.
도 9와 같이, 종래의 액정 표시 장치의 다채널 소자는 복수개의 반도체층이 등간격으로 이격되어 형성된다. 도 9에서는 총 5개의 반도체층이 등간격으로 이격되어 형성되며, 각 반도체층에는 동일 폭으로 채널이 형성됨을 보여주고 있다. As illustrated in FIG. 9, in the multi-channel device of the conventional liquid crystal display, a plurality of semiconductor layers are formed at equal intervals. In FIG. 9, a total of five semiconductor layers are formed at equal intervals, and channels are formed in the same width in each semiconductor layer.
여기서는 편의상 상기 다채널 소자의 각 트랜지스터마다 왼쪽부터 차례로 제 1 박막 트랜지스터 내지 제 5 박막 트랜지스터(TFT(1), TFT(2), TFT(3), TFT(4), TFT(5))로 명명한다.For convenience, each transistor of the multi-channel device is named as first to fifth thin film transistors (TFT (1), TFT (2), TFT (3), TFT (4), and TFT (5)) in order from the left. do.
도 10은 도 9의 다채널 소자의 제 1 내지 제 5 박막 트랜지스터별로 게이트 전압에 대한 드레인 전류의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 11은 도 9의 도시된 소자의 셀프 히팅(self-heating)에 기인한 열 손상을 나타낸 사진이다.FIG. 10 is a graph illustrating a change in drain current with respect to a gate voltage for each of the first to fifth thin film transistors of the multichannel device of FIG. 9, and FIG. 11 is due to self-heating of the device of FIG. 9. Photo shows a thermal damage.
도 10 및 도 11과 같이, 도 9의 다채널 소자를 소정 시간 구동하다 보면, 소자 자체의 발열이 발생하는 셀프 히팅(self-heating) 현상이 발생한다.10 and 11, when the multi-channel device of FIG. 9 is driven for a predetermined time, a self-heating phenomenon occurs in which heat of the device itself occurs.
도 9와 같이, 각 채널을 구비한 반도체층을 동일 간격 이격하여 배치시킬 경우, 도 10 및 도 11과 같이, 다채널 소자의 중심부, 즉, 제 3 박막 트랜지스터(TFT(3)에서 열 집중이 가장 심하고, 그 주변으로 갈수록 서서히 열이 떨어지는 현상이 관찰된다. As shown in FIG. 9, when the semiconductor layers having the respective channels are arranged at equal intervals, heat concentration in the center of the multi-channel device, that is, the third thin
도 10에서는 이러한 셀프 히팅에 의해 각 박막 트랜지스터가 갖는 Vg-Id 곡선의 변화를 나타낸다. 이러한 결과로서, 셀프 히팅 현상이 심할수록 박막 트랜지스터의 게인이 떨어짐을 알 수 있다.FIG. 10 shows the change of the Vg-Id curve of each thin film transistor due to such self heating. As a result, it can be seen that the gain of the thin film transistor decreases as the self heating phenomenon increases.
도 11에서는 특히, 폭(width) 방향으로 길게 동심원을 가지는 열손상이 발생하고 있음을 알 수 있다. 이 결과는 도 10의 결과와 더불어 중앙 영역의 열 방출(heat release)이 상대적으로 어려움을 나타내는 것으로 이해할 수 있다.In FIG. 11, in particular, it can be seen that thermal damage having concentric circles in the width direction occurs. This result, together with the result of FIG. 10, can be understood as a relatively difficult heat release of the central region.
이와 같이, 열이 집중되는 부위에서는 심하게는 300℃ 이상의 온도까지 발열이 일어남이 확인되고 있으며, 이는 셀프 히팅에 기인한 폴리 실리콘층의 채널에서, 실리콘과 수소 결합(Si-H bonding)의 깨짐이나 댕글링 본딩(dangling bonding)의 재발생(re-generation)의 원인으로 보고된다. As such, it is confirmed that heat generation occurs at a temperature of more than 300 ° C. in a region where heat is concentrated, which is caused by cracking of silicon and hydrogen bonding (Si-H bonding) in the channel of the polysilicon layer due to self heating. It is reported as the cause of re-generation of dangling bonding.
소자 동작시에는 필연적으로 열이 발생되는데, 이 때 발생되는 열은 인가 파워(Ids×Vds)에 기인한 것으로 인식되고 있다. 따라서, 각각의 박막 트랜지스터에 열이 발생된 후에는, 반도체층 주위에 둘러쌓인 낮은 열 전도율을 가지는 산화막으로 인해 상기 반도체층은 열을 발산하지 못하고, 열섬을 형성하게 된다. Heat is inevitably generated during operation of the device, and it is recognized that heat generated at this time is due to the applied power (Ids × Vds). Therefore, after heat is generated in each thin film transistor, the semiconductor layer does not dissipate heat due to an oxide film having a low thermal conductivity surrounded around the semiconductor layer, thereby forming a heat island.
이와 대조적으로, 실리콘 웨이퍼(Si wafer) 상에 형성되는 반도체 소자의 경우에는, 실리콘(Si) 자체가 가지는 높은 열 전도율(thermal conductivity)에 의해 발생한 열이 쉽게 방출됨으로써 열섬의 형성이 이루어지지 않는다. 그러나, 본 명세서에서 소개하는 다채널 소자는 액정 표시 장치의 기판 상에 형성되는 소자로서, 유리 기판 상에 형성되는 소자로 열섬의 생성을 방지하지 못한다.In contrast, in the case of a semiconductor device formed on a silicon wafer (Si wafer), the heat island is not formed because heat generated by the high thermal conductivity of silicon (Si) itself is easily released. However, the multi-channel device introduced herein is an element formed on the substrate of the liquid crystal display device, and does not prevent the generation of heat island with the element formed on the glass substrate.
특히, 중심부에 위치한 제 2 내지 제 4 박막 트랜지스터(TFT(2), TFT(3), TFT(4))에서는 셀프 히팅에 의한 열화가 심하여 게이트 전압-드레인 전류(Vg-Id) 곡선이 우측으로 쉬프트(문턱 전압의 증가)되는 현상이 일어나며, 해당 박막 트랜지스터의 턴온 이후 드레인 전류(Id)가, 상대적으로 양단에 위치한 제 1, 제 5 박막 트랜지스터(TFT(1), TFT(5))에 비해 낮은 값으로 관찰된다. In particular, in the second to fourth thin film transistors TFT (2), TFT (3), and TFT (4) located at the center, deterioration due to self heating is severe, and the gate voltage-drain current (Vg-Id) curve is rightward. Shifting (increasing the threshold voltage) occurs, and the drain current Id after the turn-on of the thin film transistor is compared with the first and fifth thin film transistors TFT (1) and TFT (5) located at both ends. Observed at low values.
이와 같이, 상기 다채널 소자의 중심부인 제 2 내지 제 4 박막 트랜지스터(TFT(2), TFT(3), TFT(4))에서 열화 현상이 심한 이유는 반도체층 채널(22c) 주위에 위치한 성분이 열 전도율이 낮은 게이트 절연막(23)으로 반도체층 채널(22c)간 이격 공간을 구비한다 하더라도 쉽게 열이 빠져나가기 힘들기 때문이다. As described above, the reason why the deterioration phenomenon is severe in the second to fourth thin film transistors TFT (2), TFT (3), and TFT (4), which are the centers of the multichannel devices, is due to the component located around the
그리고, 다결정 실리콘으로 이루어진 반도체층(22)이 실리콘(Si)과 수소(H) 결합이 깨지거나, 댕글링 본딩(dangling bonding)의 재발생이 일어나기 때문에 그 열화 현상(degradation phenomena)은 심해짐을 알 수 있다.In addition, since the
도 12a는 일반적인 박막 트랜지스터에 바이어스 전압이 걸렸을 때, 전자 및 홀의 이동을 모식적으로 나타낸 도면이며, 도 12b는 도 12a의 경우, 소오스 인접부에서 발생하는 홀 농도 증가를 모식적으로 나타낸 도면이다.FIG. 12A is a diagram schematically illustrating movement of electrons and holes when a bias voltage is applied to a general thin film transistor, and FIG. 12B is a diagram schematically illustrating an increase in hole concentration occurring in a source neighborhood in FIG. 12A.
도 12a와 같이, 게이트 전극(24a)과 드레인 전극(도 4 및 7의 28a 참조)에 각각 Vg, Vd 전압이 인가되었을 경우, 반도체층(22)에 있어서 드레인 영역(22b)과 소오스 영역(22a) 사이의 진성 반도체 영역에 채널 영역(22c)이 형성되며, 상기 채널 영역(22c)에서 소오스 영역(22a)과 드레인 영역(22b)간의 홀(hole)과 전자(electron)의 교환이 있게 된다. 즉, 소오스 영역(22a)으로부터 드레인 영역(22b)으로 전자(e-)의 이동이, 드레인 영역(22b)으로부터 소오스 영역(22a)으로 홀(h+)의 이동이 발생한다. As shown in FIG. 12A, when the voltages Vg and Vd are applied to the
이 때, 바이어스 전압(Vg, Vd) 인가에 의해 전자(e-)는 가속되어 드레인 영역(22b)에서 다량의 전자(e-) 및 홀(h+)이 생성되는 드레인 사태(drain avalanche)가 발생하며, 발생된 전자(e-)는 드레인 전극(28a)으로 빠져나가고, 홀(h+)은 다시 채널을 거쳐 소오스 전극(도 4 및 도 7의 도면 27a 참조, 도 9 및 도 10에서는 미도시)으로 빠져나간다. 그런데, 이 경우, 홀(h+)은 게이트 전극(24a)에 Vg 전압 인가시 진성 반도체 영역인 채널 영역(22c)의 하층으로 이동하게 되며, 채널을 거쳐 소오스 영역(22a)으로 넘어갈 때, 도 12b와 같이, 일부는 버퍼층(21, 반도체층의 하층)의 계면에 트랩핑(trapping)되어 남아있게 된다. 이와 같은, 소오스 영역(22a) 인접부의 홀(h+) 농도 증가는, 전자(e-)가 진성 반도체 영역인 채널 영역 (22c)을 통해 소오스 영역(22a)에서 드레인 영역(22b)으로 넘어갈 때 극복해야 하는 장벽(barrier)을 낮추는 소오스 배리어 로워링(source barrier lowering) 현상을 일으킨다. 즉, 게이트 전극(24a)과 드레인 전극(28a)에 바이어스 전압을 인가한 후, 소정의 시간이 지연된 후에는 문턱 전압(Vth)이 낮아지는 현상이 발생하게 되는 것이다. 이와 같이, 반도체층(22) 하층 계면에 홀 농도가 증가하여 소오스 배리어 로워링(source barrier lowering)이 유발되고, 문턱 전압(Vth)이 낮아지는 현상을 플로우팅 바디 효과(floating body effect)라 한다.At this time, electrons e- are accelerated by applying the bias voltages Vg and Vd to generate a drain avalanche in which a large amount of electrons e- and holes h + are generated in the
또한, 소오스 배리어 로워링(source barrier lowering)에 기인한 문턱 전압(Vth) 감소는 드레인 사태(avalanche)에 기여하는 전자 양을 크게 하며, 이는 다시 홀 전류(hole current)를 증가시키고, 다시 소오스 배리어 로워링(source barrier lowering)이 가중되는 포지티브 피드 백(positive feed back)을 유발하게 되며, 장시간 구동에 있어서 소자 신뢰성(reliability) 문제로 나타나게 된다.In addition, the reduction of the threshold voltage (Vth) due to source barrier lowering increases the amount of electrons contributing to the drain avalanche, which in turn increases the hole current and again the source barrier. Source barrier lowering causes a positive feed back, which is weighted, and appears as a device reliability problem for long time driving.
플로우팅 바디 효과(floating body effect)에 기인하는 소자 특성의 열화는 쇼트 채널(short channel)로 이루어진 소자의 경우에 그 문제점이 가중되며, 폴리 실리콘 패널 구현을 위해서는 반드시 극복되어야 할 중요한 신뢰성 요소이다.The deterioration of device characteristics due to the floating body effect is exacerbated in the case of a short channel device, and is an important reliability factor that must be overcome in order to implement polysilicon panels.
한편, 근래에는 상술한 플로우팅 바디 효과(floating body effect)를 억제하게 위해 바디 콘택(body contact)을 형성하는 구조가 제시되고 있다.On the other hand, in recent years, a structure for forming a body contact (body contact) has been proposed to suppress the above-mentioned floating body effect (floating body effect).
이하에서는 도면을 참조하여 바디 콘택을 이루는 소자의 구성을 살펴본다.Hereinafter, a configuration of a device forming a body contact will be described with reference to the drawings.
도 13a 및 도 13b는 바디 콘택을 갖는 4 터미널 소자를 나타낸 회로도 및 이의 모식도이다. 13A and 13B are circuit diagrams and schematic diagrams illustrating four terminal devices having body contacts.
도 13a 및 도 13b는 소오스 단(S), 드레인 단(D), 게이트 단(G), 바디 단(B)으로 총 4개의 터미널(terminal)을 갖는 4 터미널 소자를 나타낸다. 여기서, 상기 바디 단(B)은 소오스 단(S)과 콘택(body contact)되어 있다.13A and 13B illustrate four terminal devices having a total of four terminals as a source terminal S, a drain terminal D, a gate terminal G, and a body terminal B. FIGS. In this case, the body end B is in contact with the source end S.
이러한 소오스 단(S)과 바디 콘택을 갖는 이유는 쇼트 채널(short channel)의 소자 구동시 반도체층(22)의 소오스 영역(22a)에 홀 농도가 증가함으로 인해 플로우팅 바디 효과(floating body effect)가 일어남을 방지하기 위함이며, 이와 같은 바디 콘택으로 상기 소오스 영역(22a)에 과잉된 홀(hole)이 바디(Body)로 빠져나가게 된다.The reason for having such a source terminal S and a body contact is a floating body effect due to an increase in hole concentration in the
그러나, 이러한 바디 콘택(body contact)을 형성하기 위해서는 반도체층을 형성시에 소오스 영역(22a), 드레인 영역(22b) 및 채널 영역(22c)과, 상기 채널 영역(22c)과 연결되어 바디 영역(22d)으로 정의될 소정의 영역을 더 포함하도록 패터닝하기 때문에 3터미널 구성의 박막 트랜지스터에 비해, 바디 영역(22d)을 더 구비하여야 하므로, 반도체층(22)의 총 면적이 크게 된다. However, in order to form such a body contact, the
그리고 이와 같이 반도체층(22)을 패터닝한 후, 상기 소오스 영역(22a) 및 드레인 영역(22b)에는 n+ 불순물을 도핑하고, 이어, 상기 바디 영역(22d)에는 이형의 p+ 영역을 도핑하여, 각 터미널(게이트, 드레인, 소오스)에 전압 인가시 소오스 영역(22a)에 과잉된 홀(h+)을 바디 영역(22d)으로 빼주게 된다.After the
그러나, 이러한 4 터미널 바디 콘택 구조는 바디 부분이 3 터미널 구조의 외부에 위치하기 때문에, 종래의 3 터미널 소자 대비 필연적으로 면적이 증가하게 되어, 문제점으로 지적된다. However, such a four-terminal body contact structure is pointed out as a problem because the body portion is located outside of the three-terminal structure, which inevitably increases in area compared to conventional three-terminal elements.
이러한 다중 채널 구조의 소자는 폴리 실리콘형 박막 트랜지스터에서 문제가 되는 플로우팅 바디 효과(floating body effect) 및 킹크(kink) 현상을 방지하기 위한 구조이나, 면적 증가의 문제점이 있는 구조이다.The device of the multi-channel structure is a structure for preventing floating body effects and kinks, which are problematic in polysilicon thin film transistors, or a structure having an area increase problem.
상기와 같은 종래의 액정 표시 장치의 다채널 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.The multi-channel device of the conventional liquid crystal display device as described above has the following problems.
일반적으로 저온 공정 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(poly-Si TFTs)는 대면적 글래스 기판에 집적 회로(드라이버)를 갖는 액정 표시 장치(LCDs)를 제조하기 위해 발견되었다. In general, low temperature process polycrystalline silicon thin film transistors (poly-Si TFTs) have been found for manufacturing liquid crystal displays (LCDs) having integrated circuits (drivers) on large area glass substrates.
이러한 저온 공정 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 글래스 기판의 화소부와 구동부에 모두 형성되며, 상기 구동부에 형성되는 액정 표시 장치는 다채널 소자로 형성하여, 광 폭 소자에서 하나의 반도체층에 열이 집중되는 현상을 방지한다.The low-temperature process polycrystalline silicon thin film transistor is formed in both the pixel portion and the driving portion of the glass substrate, and the liquid crystal display device formed in the driving portion is formed of a multi-channel element, so that heat is concentrated on one semiconductor layer in the wide element. To prevent.
한편, 이러한 대면적 기판에 있어서, 다채널 소자로 이루어진 액정 표시 장치의 구동부의 효율을 향상시키기 위해서는, 상기 다채널 소자를 이루는 각 박막 트랜지스터의 이동도를 향상시켜야 하고, 문턱 전압(Vth)을 감소시켜야 하며, 박막 트랜지스터의 크기를 줄여야 한다.On the other hand, in such a large-area substrate, in order to improve the efficiency of the driving unit of the liquid crystal display including the multi-channel elements, the mobility of each thin film transistor constituting the multi-channel element should be improved, and the threshold voltage Vth is reduced. The size of the thin film transistor should be reduced.
그런데, 박막 트랜지스터의 크기를 줄일 경우, 게이트 전압 및 드레인 전압으로 고전압이 인가되는 스트레스 상태에서, 상기 박막 트랜지스터의 반도체층이 셀프 히팅(self heating)되는 현상이 일어난다. 심할 경우에는 300℃ 이상으로 관찰되며, 특히, 이러한 셀프 히팅은 다채널 소자의 중심부에 더 심하게 관찰된다. However, when the size of the thin film transistor is reduced, a phenomenon in which the semiconductor layer of the thin film transistor is self heating occurs under a stress state in which a high voltage is applied to the gate voltage and the drain voltage. Severe cases are observed above 300 ° C., in particular, such self heating is more severely observed in the center of the multichannel device.
종래의 액정 표시 장치의 다채널 소자를 구성하는 박막 트랜지스터의 반도체층은 열 전도율(thermal conductivity)이 매우 낮은 SiO2 로 둘러쌓여 있다.The semiconductor layer of the thin film transistor constituting the multichannel device of the conventional liquid crystal display device is surrounded by SiO 2 having a very low thermal conductivity.
다채널 소자가 동작을 하게 되면, 필연적으로 열이 발생하는데, 이 때 발생한 열은 인가 파워(Ids×Vds)에 기인한 것으로 인식되고 있다. 따라서, 낮은 열 전도율을 가지는 산화막(SiO2)으로 둘러쌓인 박막 트랜지스터의 반도체층은 열이 외부로 빠져나가지 못하고, 스스로 열섬을 형성하게 된다. When the multi-channel device is operated, heat is inevitably generated, and it is recognized that the heat generated at this time is due to the applied power (Ids × Vds). Therefore, the semiconductor layer of the thin film transistor surrounded by the oxide film (SiO 2 ) having low thermal conductivity does not escape heat to form a heat island by itself.
이와 같이, 박막 트랜지스터의 반도체층에서 발생한 열은 심하게는 300℃ 이상으로 확인되고 있으며, 이는 실리콘-수소 결합(Si-H Bonding)의 깨짐을 포함한 소자 열화가 원인으로 알려져 있다.As described above, heat generated in the semiconductor layer of the thin film transistor is severely identified as 300 ° C. or higher, which is known to be caused by device degradation including cracking of silicon-hydrogen bonding (Si-H bonding).
특히, 다채널 소자의 중심부은 다채널 소자의 양단부에 비해 열이 집중되어, 가장 높은 온도로 관찰되며, 이 부위에서 폭 방향으로 길게 동심원을 갖는 열 손상이 발생한다. 이로써 다채널 소자의 중심부의 열 방출이 어려움을 알 수 있다.In particular, the center of the multi-channel device heat is concentrated compared to both ends of the multi-channel device, the highest temperature is observed, the heat damage with concentric circles long in the width direction occurs at this site. As a result, it is known that heat dissipation at the center of the multichannel device is difficult.
종래의 다채널 소자를 구성하는 각 박막 트랜지스터는 일반적인 3터미널(게이트, 드레인, 소오스)의 박막 트랜지스터이며, 이러한 3터미널 박막 트랜지스터는 소오스 영역 근처에 홀 농도가 증가함으로 인해 문턱 전압(Vth)이 낮아지는 플로우팅 바디 효과(floating body effect)라는 새로운 문제점을 유발한다. Each thin film transistor constituting a conventional multichannel device is a thin film transistor of a general three terminals (gate, drain, source), and the three terminal thin film transistor has a low threshold voltage (Vth) due to an increase in the hole concentration near the source region. Loss introduces a new problem, the floating body effect.
또한, 문턱 전압(Vth) 감소는 드레인 사태(drain avalanche)에 기여하는 전자 양을 크게 하며, 이는 다시 홀 발생을 증가시키고, 다시 소오스 배리어 로워링(source barrier lowering)이 가중되는 포지티브 피드 백(positive feed back)을 유발하게 되며, 이는 장시간 구동에 있어서 소자 신뢰성 문제로 나타나게 된다.In addition, reducing the threshold voltage (Vth) increases the amount of electrons contributing to the drain avalanche, which in turn increases the generation of holes and, in turn, increases the positive feed back with source barrier lowering. feed back), which presents a problem of device reliability in long time operation.
이러한 플로우팅 바디 효과에 기인하는 소자 특성의 열화 등의 극복은 쇼트 채널(short channel) 장치의 적용의 경우에 그 문제점이 가중되며, 폴리 실리콘 패널 구현을 위해서는 반드시 극복되어야 할 중요한 신뢰성 항목이다.Overcoming such deterioration of device characteristics due to the floating body effect is a problem in the case of application of a short channel device, and is an important reliability item that must be overcome in order to implement a polysilicon panel.
한편, 이러한 플로우팅 바디 효과를 해결하기 위해 소오스와 바디를 콘택시키고, 이를 접지시키는 구조를 택하는 4 터미널 박막 트랜지스터 구조를 택하기도 하는데, 이와 같은 경우 대면적의 박막 트랜지스터가 형성된다. 특히, 히팅 현상을 방지하기 위해 이러한 4 터미널 박막 트랜지스터를 병렬 구성하여 소자를 형성할 경우, 대면적으로 인한 문제는 심해진다.In order to solve the floating body effect, a four-terminal thin film transistor structure in which a source and a body are contacted and grounded is selected. In this case, a large area thin film transistor is formed. In particular, when the four-terminal thin film transistors are formed in parallel to form a device to prevent heating, the problem due to the large area becomes worse.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 소자의 패터닝시 반도체층의 형상을 달리하여, 광 폭 소자에서 특히 문제되는 셀프 히팅(self heating)과, 플로우팅 바디 효과(floating body effect) 및 킹크 효과(kink effect)를 개선한 액정 표시 장치의 다채널 소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by changing the shape of the semiconductor layer when the device is patterned, self heating (floating body effect), floating body effect (particularly a problem in the wide width device) And a multi-channel element of a liquid crystal display device having improved kink effect, and a method of manufacturing the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자는 기판과, 상기 기판 상에 일정 간격 이격하여 배열된 복수개의 제 1 반도체층과, 상기 제 1 반도체층들을 가로지르는 게이트 금속층과, 상기 제 1 반도체층들의 양단에 상기 게이트 금속층의 양측으로부터 이격되어 상기 게이트 금속층과 동일 방향으로 형성된 소오스 금속층 및 드레인 금속층과, 상기 게이트 금속층의 양측의 상기 제 1 반도체층에 정의된 제 1 불순물층과, 상기 게이트 금속층의 일부와 소오스 금속층에 대응되어, 이격된 제 1 반도체층들 사이에 상기 제 1 반도체층들과 일체형으로 형성된 제 2 반도체층 및 상기 제 2 반도체층 내에 형성된 제 2 불순물층을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.The multi-channel device of the liquid crystal display device of the present invention for achieving the above object is a substrate, a plurality of first semiconductor layers arranged at regular intervals on the substrate, and a gate metal layer across the first semiconductor layers And source and drain metal layers spaced apart from both sides of the gate metal layer at both ends of the first semiconductor layers in the same direction as the gate metal layer, and first impurities defined in the first semiconductor layers on both sides of the gate metal layer. A second semiconductor layer integrally formed with the first semiconductor layers between the layer, a portion of the gate metal layer, and a source metal layer, and the second impurity layer formed in the second semiconductor layer. Its features are made to include.
상기 제 1 반도체층들은 동일 폭을 갖는다.The first semiconductor layers have the same width.
상기 제 2 반도체층들은 다채널 소자의 중심부에서 가장 넓은 폭을 갖고 외곽부에서 상대적으로 좁은 폭을 갖는다.The second semiconductor layers have the widest width at the center of the multichannel device and the relatively narrow width at the outer portion.
상기 제 2 반도체층들 중 다채널 소자의 중심부에 위치한 제 2 반도체층의 폭은 상기 제 1 반도체층의 폭보다 크다.The width of the second semiconductor layer positioned at the center of the multichannel device among the second semiconductor layers is larger than the width of the first semiconductor layer.
상기 제 2 반도체층들은 동일한 폭이다.The second semiconductor layers are the same width.
상기 제 2 반도체층들은 상기 제 1 반도체층들의 일측 제 1 불순물층과 같거나 크고, 상기 제 1 반도체층의 제 1 불순물층 및 게이트 금속층의 세로 길이의 합과 같거나 작다.The second semiconductor layers are the same as or larger than the first impurity layer on one side of the first semiconductor layers, and are equal to or smaller than the sum of the longitudinal lengths of the first impurity layer and the gate metal layer of the first semiconductor layer.
상기 제 2 반도체층들은 상기 제 1 반도체층들의 1/2의 길이를 갖는다.The second semiconductor layers have a length of one half of the first semiconductor layers.
상기 제 1 불순물층은 n+형 도핑층이며, 제 2 불순물층은 p+ 도핑층이다.The first impurity layer is an n + type doped layer, and the second impurity layer is a p + doped layer.
상기 제 1 불순물층은 p+형 도핑층이며, 제 2 불순물층은 n+형 도핑층이다.The first impurity layer is a p + type doping layer, and the second impurity layer is an n + type doping layer.
상기 제 1 불순물층은 상기 소오스/드레인 금속층과 콘택되며, 상기 제 2 불순물층은 상기 소오스 금속층과 콘택된다.The first impurity layer is in contact with the source / drain metal layer, and the second impurity layer is in contact with the source metal layer.
상기 제 2 불순물층과 상기 제 1 불순물층의 간격은 제 2 반도체층의 간격의 1/2보다 작다. An interval between the second impurity layer and the first impurity layer is smaller than 1/2 of an interval between the second semiconductor layer.
상기 제 2 불순물층과 상기 게이트 금속층 사이의 간격은 3㎛ 이하이다.An interval between the second impurity layer and the gate metal layer is 3 μm or less.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자는 기판과, 상기 기판 상에, 양측에 비해 중심부에 상대적으로 넓은 간격을 갖도록 이격하여 배열된 복수개의 제 1 반도체층과, 상기 제 1 반도체층들을 가로지르는 게이트 금속층과, 상기 게이트 금속층의 양측에 상기 제 1 반도체층들을 가로질러 형성된 소오스 금속층 및 드레인 금속층과, 상기 게이트 금속층의 양측의 상기 제 1 반도체층에 정의된 제 1 불순물층과, 상기 게이트 금속층의 일부와 소오스 금속층에 대응되어, 이격된 제 1 반도체층들 사이에 상기 제 1 반도체층들과 일체형으로 형성된 제 2 반도체층 및 상기 제 2 반도체층 내에 형성된 제 2 불순물층을 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.In addition, the multi-channel device of the liquid crystal display device of the present invention for achieving the same object includes a substrate, a plurality of first semiconductor layers arranged to be spaced apart from each other with a relatively large distance from the center portion, A gate metal layer crossing the first semiconductor layers, a source metal layer and a drain metal layer formed across the first semiconductor layers on both sides of the gate metal layer, and a first semiconductor layer defined on both sides of the gate metal layer A second semiconductor layer integrally formed with the first semiconductor layers between the impurity layer, a portion of the gate metal layer, and a source metal layer and spaced apart from the first semiconductor layers, and a second impurity formed in the second semiconductor layer Another feature is that it comprises a layer.
상기 제 1 반도체층들은 동일 폭으로 형성된다.The first semiconductor layers are formed to have the same width.
상기 제 1 불순물층은 상기 소오스 금속층 및 드레인 금속층과 각각 콘택되며, 상기 제 2 불순물층은 상기 소오스 금속층과 콘택된다.The first impurity layer is in contact with the source metal layer and the drain metal layer, respectively, and the second impurity layer is in contact with the source metal layer.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자의 제조 방법은 기판 상에 소정 방향으로 각각 양측에 제 1 영역과 제 2 영역으로 구분되어 정의되며, 서로 이격된 복수개의 제 1 반도체층과, 상기 제 1 반도체층들의 제 1 영역과 일체형의 제 2 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 제 1, 제 2 반도체층을 포함한 기판 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 반도체층의 중심을 가로지르는 방향으로 게이트 금속층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 반도체층의 제 1 및 제 2 영역에 제 1 형의 이온을 주입하여 제 1 불순물층을 형성 하는 단계와, 상기 제 2 반도체층의 소정 영역에 제 2 형의 이온을 주입하여 제 2 불순물층을 형성하는 단계와, 상기 게이트 금속층을 포함한 게이트 절연막 전면에 층간 절연막을 증착하는 단계와, 상기 제 1, 제 2 영역의 제 1 불순물층 및 제 2 불순물층의 소정 부분을 노출하도록 상기 층간 절연막을 제거하여 콘택 홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택 홀을 채우며 상기 게이트 금속층과 평행하게 상기 반도체층들의 양측을 지나도록 상기 층간 절연막 상에 소오스 금속층 및 드레인 금속층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.In addition, a method of manufacturing a multi-channel device of a liquid crystal display of the present invention for achieving the same object is defined by being divided into a first region and a second region on both sides of the substrate in a predetermined direction, respectively, Forming a first semiconductor layer, a second semiconductor layer integral with the first region of the first semiconductor layers, forming a gate insulating film on the entire surface of the substrate including the first and second semiconductor layers, and Forming a gate metal layer in a direction crossing the center of the first semiconductor layer, implanting first type ions into the first and second regions of the first semiconductor layer to form a first impurity layer, and Implanting ions of a second type into a predetermined region of the second semiconductor layer to form a second impurity layer, depositing an interlayer insulating film over the gate insulating film including the gate metal layer; Forming a contact hole by removing the interlayer insulating layer to expose predetermined portions of the first impurity layer and the second impurity layer in the first and second regions, and filling the contact hole and paralleling the gate metal layer. Another feature is that the method includes forming a source metal layer and a drain metal layer on the interlayer insulating layer so as to pass through both sides of the layers.
상기 제 1 반도체층들은 동일 폭을 갖도록 형성한다.The first semiconductor layers are formed to have the same width.
상기 제 2 반도체층들은 다채널 소자의 중심부에서 가장 넓은 폭을 갖고 외곽부에서 상대적으로 좁은 폭을 갖도록 형성한다.The second semiconductor layers are formed to have the widest width at the center of the multi-channel device and the relatively narrow width at the outer portion.
상기 제 2 반도체층들 중 다채널 소자의 중심부에 위치한 제 2 반도체층의 폭은 상기 제 1 반도체층의 폭보다 크도록 형성한다.The width of the second semiconductor layer positioned at the center of the multichannel device among the second semiconductor layers is greater than the width of the first semiconductor layer.
상기 제 2 반도체층들은 동일한 폭으로 형성한다.The second semiconductor layers are formed to have the same width.
상기 제 2 반도체층들은, 상기 제 1 반도체층들의 일측 제 1 불순물층과 같거나 크고, 상기 제 1 반도체층의 제 1 불순물층 및 게이트 금속층의 세로 길이의 합과 같거나 작도록 형성한다.The second semiconductor layers may be formed to be equal to or larger than a first impurity layer on one side of the first semiconductor layers, and to be equal to or smaller than the sum of the longitudinal lengths of the first impurity layer and the gate metal layer of the first semiconductor layer.
상기 제 2 반도체층들은 상기 제 1 반도체층들의 1/2의 길이를 갖는다.The second semiconductor layers have a length of one half of the first semiconductor layers.
상기 제 1 반도체층의 제 1 및 제 2 영역은 상기 게이트 금속층의 양측에 정의된다.First and second regions of the first semiconductor layer are defined at both sides of the gate metal layer.
상기 제 2 불순물층은 상기 제 1 반도체층과 상기 제 2 반도체층 폭의 1/2보 다 작은 간격 이격되며, 상기 게이트 금속층으로부터 3㎛ 이하로 이격되어 형성된다.The second impurity layer is spaced apart from each other by less than 1/2 of the width of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and is spaced apart from the gate metal layer by 3 μm or less.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자 및 이의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a multichannel device and a manufacturing method thereof of the liquid crystal display of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 14는 바디 콘택을 갖는 4 터미널 소자를 병렬로 연결한 모습을 나타낸 회로도이다.14 is a circuit diagram illustrating a state in which four terminal devices having a body contact are connected in parallel.
본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자는 도 14와 같이, 4 터미널 박막 트랜지스터이며, 따라서, 게이트(Gate), 드레인(Drain), 소오스(Source), 바디(Body)의 4 터미널로 소자를 형성하고, 소오스(Source)를 바디(Body)에 콘택시킨다.The multi-channel device of the liquid crystal display of the present invention is a four-terminal thin film transistor, as shown in FIG. 14, thus forming the device with four terminals of a gate, a drain, a source, and a body. The source is contacted to the body.
여기서, 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자는, 바디 영역을 소자 외부의 임의의 공간을 정의하지 않고, 다채널 소자의 사이사이, 즉, 소오스 영역의 제 1 반도체층 사이에 제 2 반도체층을 더 형성하여 두어, 이 부위의 제 1 반도체층에 주입된 불순물과 다른 형의 불순물을 주입함으로써, 정의하여, 소자의 면적을 늘리지 않고, 플로우팅 바디 효과(floating body effect) 및 킹크 효과(kink effect)를 억제할 수 있는 다채널 소자를 형성하게 된다.Here, in the multi-channel device of the liquid crystal display of the present invention, the second semiconductor layer is formed between the multi-channel devices, that is, between the first semiconductor layer of the source region, without defining an arbitrary space outside the device in the body region. Is further formed to define, by injecting impurities of a different type from the impurities injected into the first semiconductor layer in this region, to define the floating body effect and the kink effect without increasing the area of the device. It is possible to form a multi-channel device that can suppress the effect).
이와 같이, 본 발명에서 액정 표시 장치의 소자를 복수개의 다중 채널(multi channel)을 갖도록 형성한 이유는, 단일 트랜지스터로 소자로 광폭(wide width) 소자를 구성하였을 때, 소자의 구동시 채널(channel)에 열이 집중되는 셀프 히팅(self heating) 현상을 방지하고, 액정 패널 내에 형성되는 작은 크기의 단위 트랜지스터를 이용하여 광폭 소자를 구현하기 위해서이다. 이 때, 경우에 따라 상기 다 채널 소자의 중앙 부위에서 셀프 히팅이 심화되는 현상을 방지하기 위해 중앙 부위에서 박막 트랜지스터간의 이격 공간을 충분히 확보하여, 열의 방출 경로를 넓혀 셀프 히팅으로 인한 소자의 손상을 방지할 수 있다.As described above, the reason why the device of the liquid crystal display is formed to have a plurality of multi-channels in the present invention is that when a wide width device is composed of a single transistor, In order to prevent a self heating phenomenon in which heat is concentrated on the panel, and to implement a wide device using a small size unit transistor formed in the liquid crystal panel. In this case, in order to prevent deepening of self-heating in the central portion of the multi-channel device, sufficient space between the thin film transistors is secured in the central portion, thereby widening the heat emission path to prevent damage to the device due to self-heating. You can prevent it.
이러한 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자는, 폴리실리콘층이 증착되어, 폴리 실리콘을 반도체층으로 이용한 액정 표시 장치에 있어서, 액정 패널의 화소부의 외곽에 구동부, 즉, 게이트 구동부 및 데이터 구동부에 형성된다. 이는 보다 빠른 이동도를 갖고 보다 안정적으로 구동시키기 위한 소자의 요구에 부응하기 위해서이다.In the multi-channel device of the liquid crystal display device of the present invention, a polysilicon layer is deposited, and in the liquid crystal display device using polysilicon as a semiconductor layer, a driving part, that is, a gate driving part and a data driving part is formed outside the pixel part of the liquid crystal panel. Is formed. This is to meet the demand of the device for driving with higher mobility and more stable.
이하에서는 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자를 여러 가지 실시예에 따라 도면을 참조하여 설명한다.
Hereinafter, the multichannel device of the liquid crystal display of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
- 제 1 실시예 -First Embodiment
도 15는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자를 나타낸 평면도이며, 도 16은 도 15의 Ⅴ~Ⅴ' 선상의 구조 단면도이며, 도 17은 도 15의 Ⅵ~Ⅵ' 선상의 구조 단면도이며, 도 18은 도 15의 Ⅶ~Ⅶ' 선상의 구조 단면도이며, 도 19는 도 15의 Ⅷ~Ⅷ' 선상의 구조 단면도이다.FIG. 15 is a plan view illustrating a multi-channel device of a liquid crystal display according to a first exemplary embodiment of the present invention, FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line VV ′ of FIG. 15, and FIG. 17 is a line VI-VI ′ of FIG. 15. Fig. 18 is a structural cross sectional view taken along the line 'VIII' of Fig. 15, and Fig. 19 is a structural cross sectional view taken along the line XVIII 'of Fig. 15.
도 15와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자는 복수개의 박막 트랜지스터가 병렬 연결되고, 각각의 박막 트랜지스터에서 채널이 형성되며, 각 박막 트랜지스터는 4터미널(게이트(Gate), 소오스(Source), 드레인(Drain), 바디(Body))을 갖는다. As shown in FIG. 15, in the multi-channel device of the liquid crystal display according to the first exemplary embodiment of the present invention, a plurality of thin film transistors are connected in parallel, a channel is formed in each thin film transistor, and each thin film transistor has four terminals (gates). It has a gate, a source, a drain, and a body.
각각의 박막 트랜지스터를 커몬 게이트(common gate), 커몬 드레인(common drain), 커몬 소오스(common source)를 갖도록 구성하면, 복수개의 박막 트랜지스터가 병렬 구성된 형상이 된다. 그리고, 각 박막 트랜지스터의 바디(Body)를 각각의 소오스(Source)와 전기적으로 연결시키고, 상기 소오스(Source)를 접지시키면 상기 소오스측에 몰려있던 홀들이 바디(Body)를 통해 빠져나가 플로우팅 바디 효과(floating body effect)가 억제된다.When each of the thin film transistors is configured to have a common gate, a common drain, and a common source, the plurality of thin film transistors are configured in parallel. In addition, when the body of each thin film transistor is electrically connected to each source, and the source is grounded, holes in the source side exit through the body to float the floating body. Floating body effect is suppressed.
도 15 내지 도 19에서 도시된 바와 같이, 4터미널 소자를 병렬 구성한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자는 기판(미도시) 상에 소정 방향으로 서로 이격하여 형성된 복수개의 제 1 반도체층(도 20a의 110참조)과, 서로 인접한 제 1 반도체층들(110) 사이에 상기 제 1 반도체층(110)의 일측으로부터 상기 제 1 반도체층(110)의 1/2 길이로 형성된 제 2 반도체층(도 20a의 111참조)과, 상기 제 1 반도체층들(110)의 중심을 가로지르는 게이트 금속층(104)과, 상기 게이트 금속층(104)과 평행하게 상기 게이트 금속층(104)으로부터 양측으로 소정 간격 이격된 소오스 금속층(107) 및 드레인 금속층(108)을 포함하여 이루어진다. As shown in FIGS. 15 to 19, a plurality of channel elements of the liquid crystal display according to the first exemplary embodiment in which four terminal elements are configured in parallel are spaced apart from each other in a predetermined direction on a substrate (not shown). Between the first semiconductor layer (see 110 in FIG. 20A) and the first semiconductor layers 110 adjacent to each other, one half of the
여기서, 상기 제 1 반도체층(110) 내에는 게이트 금속층(104) 양측에 각각 제 1형 불순물층(102a-소오스 영역, 102b-드레인 영역)이 정의되며, 상기 제 2 반도체층(111) 내에는 소정 부위에 정의된 제 2형 불순물층(112)을 포함하여 이루어진다. 이 때, 제 1, 제 2 반도체층(110, 111)의 도핑되지 않은 나머지 반도체층의 영역은 진성 반도체 영역(102)으로 남아있다. 이 경우, 상기 제 1 반도체층(110)에 있어서는 채널 영역이 진성 반도체 영역(102)이 되며, 제 2 반도체층(111)에서는 제 2 형 불순물층(112)을 제외한 영역이다.In the
제 1 실시예에서는 상기 각 제 1 반도체층(110)들은 동일한 폭으로 형성되며, 또한, 상기 각 제 2 반도체층(111) 역시 동일 폭으로 형성된다.In the first embodiment, each of the first semiconductor layers 110 is formed to have the same width, and each of the second semiconductor layers 111 is also formed to have the same width.
그리고, 여기서, 상기 제 2 반도체층(111)의 길이는 상기 제 1 반도체층(110)의 대략 1/2이며, 정확히 1/2로 정해지는 것은 아니고 상기 제 1 반도체층(110)의 소오스 영역(102a)과 같거나 크고, 상기 제 1 반도체층(110)의 소오스 영역(102a)과 게이트 금속층(104)을 합한 길이와 같거나 작은 수준에서 결정된다.In this case, the length of the
상기 제 1 불순물층(102a, 102b)과 제 2 불순물층(112)은 서로 다른 형의 이온이 도핑된 불순물층이다. 상기 제 1 불순물층(102a, 102b)이 n+형 도핑층이며, 제 2 불순물층은 p+ 도핑층일 때는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자가 n-채널 소자로 형성되며, 상기 제 제 1 불순물층(102, 120b)이 p+형 도핑층이며, 제 2 불순물층(112)이 n+형 도핑층일 때는, p-채널 소자로 형성된다.The
여기서, 상기 소오스 금속층(107)과 드레인 금속층(108)은 상기 게이트 금속층(104)으로 동일 간격 이격되어 형성된다. 그리고, 상기 소오스 금속층(107)은 상기 제 1 반도체층(110)의 소오스 영역(102a)과 제 2 반도체층(111)의 제 2 불순물층(112)에 각각 콘택되며, 상기 드레인 금속층(108)은 상기 제 1 반도체층(110)의 드레인 영역(102b)에 콘택된다. 이 때, 상기 제 2 반도체층(111)의 제 2 불순물층(112)과 상기 소오스 금속층(107)이 콘택되는 것을 바디 콘택(body contact)이라 한다. 그리고, 각각 콘택이 되는 부위의 금속층은 전극으로 명명된다. 따라서, 상기 제 1 반도체층(110)의 소오스 영역(102a)과 콘택되는 소오스 금속층은 소오스 전극(107a), 상기 제 1 반도체층(110)의 드레인 영역(102b)과 콘택되는 드레인 금속층은 드레인 전극(108a)이 된다.Here, the
도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널의 소자의 바디 콘택을 다채널 소자의 외부가 아니라, 내부, 즉, 다채널 소자를 이루는 각 박막 트랜지스터의 사이 공간에 형성한다. 따라서, 별도의 면적 증가없이 바디 콘택이 이루어져 플로우팅 바디 효과(floating body effect) 및 킹크 효과(kink effect)를 억제하고 있다.As shown, the body contact of the multi-channel device of the liquid crystal display according to the first embodiment of the present invention is not in the outside of the multi-channel device, but in the space between the thin film transistors forming the multi-channel device. Form. Therefore, the body contact is made without increasing the area to suppress the floating body effect and the kink effect.
한편, 상기 제 2 불순물층(112)과 상기 소오스 영역(102a)의 간격은 제 2 반도체층(111)의 간격의 1/2보다 작으며, 상기 제 2 불순물층(112)과 상기 게이트 금속층(104) 사이의 간격은 3㎛ 이하이다. 따라서, 상기 제 2 불순물층(112)은 상기 제 2 반도체층(111) 내에 상기 게이트 금속층(104)과 오버랩하지 않으며 형성된다.
Meanwhile, an interval between the
이러한 상기 소오스 영역의 제 1 형 불순물층(102a)은 상기 소오스 금속층(107)과 콘택되어 소오스 콘택(source contact, 119)을 이루며, 상기 드레인 영역의 제 1 형 불순물층(102b)은 상기 드레인 금속층(108)과 콘택되어 드레인 콘택(drain contact, 120)을 이루며, 상기 제 2 불순물층(112)은 상기 소오스 금속층과 각각 콘택되어 바디 콘택(body contact, 118)을 이룬다.The first
상기 제 1 반도체층(110)의 소오스 영역(102a)과 드레인 영역(102b)의 사이 에는 채널로 기능하는 진성 반도체 영역(102)이 위치한다. 이러한 복수개의 제 1 반도체층(110)의 채널의 폭을 합한 값이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자의 총 폭이 된다.An
그리고, 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자는 TFT 어레이 형성 공정에서 동시에 형성되는 것으로, 별도의 공정을 추가하지 않고, 일반적인 TFT 어레이 형성 공정에 층간의 패터닝을 변경함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다. 여기서, TFT 어레이 형성시 제조되는 박막 트랜지스터(TFT)는 반도체층이 레이저를 통해 결정화된 폴리실리콘형으로, 구동부의 소자가 어레이 내의 소자와 함께 패널 내에 형성되는 형태이다. The multi-channel elements of the liquid crystal display of the present invention are formed at the same time in the TFT array forming process, and the above-described object can be achieved by changing the patterning between layers in a general TFT array forming process without adding a separate process. Can be. Here, the TFT manufactured during TFT array formation is a polysilicon type in which a semiconductor layer is crystallized through a laser, and the elements of the driving unit are formed in the panel together with the elements in the array.
여기서, 상기 제 1 반도체층들(110) 및 제 2 반도체층(111)들은 모두 1회의 패터닝 공정으로 형성되는 것이며, 각각 게이트 금속층(104) 및 소정의 마스크를 이용하여 제 1 불순물층(102a, 102b)과 제 2 불순물층(112)을 형성한다.Here, the first semiconductor layers 110 and the second semiconductor layers 111 are all formed by one patterning process, and the
여기서, 상기 기판(100) 상의 제 1, 제 2 반도체층(110, 111)의 하부에는 버퍼층(101)이 형성된다. 상기 제 1 반도체층(111)은 중앙에 채널로 기능하는 진성 반도체 영역(102)을 기준으로 양측에 제 1 불순물층의 소오스 영역(102a), 드레인 영역(102b)을 정의하여 구비하며, 상기 제 2 반도체층(112)은 소정 영역에 제 2 불순물층(112)을 정의하여 구비한다.Here, the
상기 제 1, 제 2 반도체층(110, 111)과 게이트 금속층(104) 사이에는 전면 게이트 절연막(103)이 개재되어 증착되며, 상기 게이트 금속층(104)과 상기 소오스/드레인 금속층(107, 108) 사이에는 층간 절연막(105)이 개재되어 증착되며, 상기 소오스/드레인 금속층(107, 108) 상부에는 보호막이 전면 증착된다.A front
여기서, 상기 제 1 반도체층과 오버랩되는 게이트 금속층(104)과, 소오스 금속층(107), 드레인 금속층(108)의 각각의 영역을 게이트 전극(104a), 소오스 전극(107a), 드레인 전극(108a)이라 한다.The
상제 1 반도체층(110)과, 이와 오버랩된 각각의 전극(104a, 107a, 108a)은 함께 박막 트랜지스터를 이루며, 이러한 박막 트랜지스터는 복수개 서로 병렬로 연결된다.The
한편 제 1, 제 1 반도체층(110, 111)에서 제 1, 제 2 불순물층(102a, 102b, 112)이 정의되지 않은 부위는 불순물 도핑이 이루어지지 않아 진성 반도체층(102) 영역으로 남아있다.Meanwhile, regions in which the first and
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자의 제조 방법을 살펴본다.Hereinafter, a method of manufacturing a multichannel device of a liquid crystal display according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 20a 내지 도 20f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자의 제조 방법을 나타낸 공정 평면도이며, 도 21a 내지 도 21f는 도 20a 내지 도 20f의 각각의 공정 단면도이다.20A to 20F are process plan views illustrating a method of manufacturing a multichannel device of a liquid crystal display according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 21A to 21F are cross-sectional views of respective processes of FIGS. 20A to 20F.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자의 제조 방법은 먼저, 도 20a 및 도 21a와 같이, 기판(100) 상에 버퍼층(101)을 전면 증착한다.In the method of manufacturing a multi-channel device of the liquid crystal display according to the first exemplary embodiment of the present invention, first, as shown in FIGS. 20A and 21A, the
이어, 상기 버퍼층(101) 상에 비정질 실리콘층을 전면 증착한 후, 이를 레이저로 결정화 등에 의해 폴리 실리콘층을 형성한다. Subsequently, after depositing an amorphous silicon layer on the
이어, 상기 폴리 실리콘층을 선택적으로 제거하여, 소정 방향으로 서로 이격 하는 복수개의 제 1 반도체층(110)과, 상기 제 1 반도체층(111)과 일측과 일체형의 제 2 반도체층(111)을 형성한다. 여기서, 상기 복수개의 제 1 반도체층(110)의 폭은 W로 동일하게 하며, 이러한 제 1 반도체층(110)의 폭을 합한 값(4W)이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자의 총 폭에 해당된다. 경우에 따라, 상기 제 1 반도체층(111)의 폭을 다르게 형성할 수도 있으며, 이 경우에도 상기 제 1 반도체층(111)의 각 폭을 합한 값이 다채널 소자의 총 폭에 해당된다. 그러나, 상기 제 1 반도체층의 폭을 달리 형성할 경우에는 각 소자별로 셀프 히팅이 나타나며, 중앙 부위에서 셀프 히팅이 심한 점을 고려하여, 외곽 부위에 위치하는 제 1 반도체층에 비해 중앙 부위의 제 1 반도체층의 폭은 크게 형성하지 않도록 한다.Subsequently, the polysilicon layer may be selectively removed to separate the plurality of first semiconductor layers 110 spaced apart from each other in a predetermined direction, and the
여기서, 상기 제 2 반도체층(111)은 상기 제 1 반도체층(111)들의 사이사이에 형성되며, 그 길이는 상기 제 1 반도체층(111)들에 반분된 값이며, 상기 제 1 반도체층(111)의 일측에 치우쳐서 형성된다.Here, the
이어, 도 21b와 같이, 상기 제 1, 제 2 반도체층(110, 111)을 포함한 기판(100) 전면에 게이트 절연막(103)을 형성한다. 그리고, 상기 제 1, 제 2 반도체층(110, 111)은 모두 불순물의 주입이 없는 진성 반도체(intrinsic poly-Silicon) 영역이다.Next, as shown in FIG. 21B, the
이어, 도 20b와 같이, 상기 제 1 반도체층들(110)을 포함한 기판(100) 전면에 금속층을 전면 증착한 후, 이를 선택적으로 제거하여 상기 제 1 반도체층(110)의 중심을 가로지르는 방향으로 게이트 금속층(104)을 형성한다.
Subsequently, as shown in FIG. 20B, the metal layer is entirely deposited on the entire surface of the
이어, 도 20c 및 도 21c와 같이, 상기 게이트 절연막(103) 상에 감광막을 증착하고, 이를 노광 및 현상하여 상기 제 2 반도체층(111)을 가리는 형상의 제 1 감광막 패턴(121)을 형성한다. 상기 제 1 감광막 패턴(121)을 마스크로 이용하여 상기 제 1 반도체층(110)의 제 1 및 제 2 영역에 제 1 형의 이온을 주입하여 각각 소오스 영역(102a), 드레인 영역(102b)으로 정의되는 제 1 형 불순물층을 형성한다.20C and 21C, a photoresist layer is deposited on the
이어, 상기 제 1 감광막 패턴(121)을 벗겨낸다.Next, the first
이어, 도 20d 및 도 21d와 같이, 상기 게이트 절연막(103) 상에 감광막을 증착하고, 이를 노광 및 현상하여 상기 제 1 반도체층(110) 및 상기 제 2 반도체층(111)의 소정 부분을 가리는 형상의 제 2 감광막 패턴(122)을 형성한다. 이어, 상기 제 2 감광막 패턴(122)을 마스크로 이용하여 상기 제 2 반도체층(111)에 제 2 형의 이온을 주입하여 제 2 형 불순물층(112)을 형성한다. 여기서, 상기 제 1형 불순물층(102a, 102b)은 n+형이며, 제 2형 불순물층(112)은 p+형이다.Next, as shown in FIGS. 20D and 21D, a photoresist is deposited on the
이어, 상기 제 2 감광막 패턴(122)을 벗겨낸다.Next, the
도 20e 및 도 21e와 같이, 상기 게이트 금속층(104)을 포함한 상기 게이트 절연막(103) 상에 층간 절연막(105)을 증착한다.20E and 21E, an
이어, 상기 층간 절연막(105) 및 게이트 절연막(103)을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 반도체층(110)의 소오스 영역(102a) 및 드레인 영역(102b) 각각의 소정 영역을 노출하는 제 2 콘택홀(119), 제 3 콘택홀(120)과, 상기 제 2 반도체층(111)의 제 2 불순물층(112)의 소정 부분을 노출하는 제 1 콘택홀(118)을 형성한다.Next, second contact holes exposing predetermined regions of the
도 20f 및 도 21f와 같이, 상기 제 1 내지 제 3 콘택 홀(118, 119, 120)을 채우며 상기 층간 절연막(105)을 포함한 기판(100) 전면에 금속층을 전면 증착하고 이를 선택적으로 제거하여, 상기 게이트 금속층(104)과 평행한 방향으로 상기 게이트 금속층(104)의 양측을 가로지르는 소오스 금속층(107) 및 드레인 금속층(108)을 형성한다.20F and 21F, by depositing a metal layer on the entire surface of the
이어, 상기 소오스 금속층(107) 및 드레인 금속층(108)이 포함된 상기 층간 절연막(105) 상에 보호막(106)을 형성한다.Next, a
상기 제 2 반도체층(111)의 제 2형 불순물층(112)은 상기 제 1 반도체층(110)에 대해 상기 제 2 반도체층(111)의 너비의 1/2보다 작은 간격 이격되며, 상기 게이트 금속층(104)으로부터 3㎛ 이내로 이격된다. 이 경우, 상기 제 2형 불순물층(112)이 최대로 클 경우는 상기 제 2 반도체층(111)의 면적과 일치한다.The second
이와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자는 각각 게이트 전극(104a)과 드레인 전극(108a)에 각각 Vg, Vd 전압이 인가되었을 경우, 반도체층(102)의 드레인 영역(102b)과 소오스 영역(102a) 사이의 진성 반도체 영역(102)에 채널이 형성된다. 즉, 소오스 영역(102a)으로부터 드레인 영역(102b)으로 전자(e-)의 이동이, 드레인 영역(102b)으로부터 소오스 영역(102a)으로 홀(h+)의 이동이 발생한다. In the multi-channel device of the liquid crystal display of the present invention manufactured by the above method, when the voltages Vg and Vd are applied to the
이 때, 바이어스 전압(Vg, Vd) 인가에 의해 전자(e-)는 가속되어 드레인 영역(102b)에서 다량의 전자(e-) 및 홀(h+)이 생성되는 드레인 사태(drain avalanche)가 발생하며, 발생된 전자(e-)는 드레인 전극(108a)으로 빠져나가고, 홀(h)은 다시 채널을 거쳐 소오스 전극(107a)으로 빠져나간다.
At this time, the electrons e- are accelerated by applying the bias voltages Vg and Vd to generate a drain avalanche in which a large amount of electrons e- and holes h + are generated in the
이 경우, 소오스 전극(107a)에 인접한 제 2 반도체층(111)인 바디(Body)는 n+형의 소오스 영역(102a)의 측부와 접하여 형성하고, 상기 제 2 반도체층(111)의 상기 소오스 영역(102a)과 이형인 p+형으로 도핑된 제 2 불순물층(112)은 상기 소오스 금속층(107)과 콘택되어, 상기 소오스 전극(107a)과 전기적으로 연결되며, 상기 소오스 전극(107a)을 접지시 바디에 쌓이는 홀들을 소오스 전극(107a)을 통해 접지부로 빼주도록 한다. In this case, a body, which is the
이 경우, 상기 바디와 소오스 전극(107a)의 콘택으로 소오스 영역(102a)의 인접 부분에 잉여 홀이 축적되지 않고, 소오스 전극(107a) 측으로 빠져나가 플로우팅 바디 효과(floating body effect)가 발생하지 않게 되며, 플로우팅 바디 효과로 유발되는 킹크 효과(kink effect) 또한 방지된다.In this case, excess holes do not accumulate in adjacent portions of the
따라서, 소자 신뢰성이 향상되고, 소자를 장시간 구동할 수 있게 된다.
Therefore, device reliability is improved and the device can be driven for a long time.
- 제 2 실시예 -Second Embodiment
도 22는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자를 나타낸 평면도이며, 도 23은 도 22의 반도체층을 나타낸 평면도이며, 도 24는 도 22의 반도체층 및 이의 불순물층을 나타낸 평면도이다.FIG. 22 is a plan view illustrating a multi-channel device of a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention, FIG. 23 is a plan view showing the semiconductor layer of FIG. 22, and FIG. 24 is a view showing the semiconductor layer and impurity layer thereof of FIG. 22. It is the top view shown.
도 22 및 도 23과 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자는, 제 1 실시예와 같이, 동일 폭 및 동일 간격의 박막 트랜지스터를 병렬로 복수개 연결하여 다채널 소자를 장시간 구동시에 열 방출 경로를 조성하기 힘든 중앙부위에서 셀프 히팅 현상이 심화되는 현상을 해결하기 위한 구조로, 제 2 반도체층(211)의 폭, 즉, 제 1 반도체층(210) 사이의 이격 거리를 중앙부와 외곽부에서 다르게 하여 형성한다.As shown in FIGS. 22 and 23, the multichannel device of the liquid crystal display according to the second exemplary embodiment of the present invention, as in the first embodiment, connects a plurality of thin film transistors having the same width and the same spacing in parallel to the multichannel device. Is a structure to solve the phenomenon in which the self heating phenomenon is intensified in the central part where heat dissipation paths are difficult to form during long time driving, and the width of the
이 경우, 상기 제 2 반도체층들(211)은 중앙 부위에서 보다 넓은 폭(D2)으로 형성하고, 외곽 부위에서는 상대적으로 작은 폭(D1<D2)으로 형성한다. 이 때, 복수개의 제 1 반도체층들(210)은 각각 동일 폭으로 형성되며, 중앙부위의 제 2 반도체층(211)은 상기 제 1 반도체층(210) 하나의 폭보다는 큰 폭으로 형성된다. In this case, the second semiconductor layers 211 are formed to have a wider width D 2 at the central portion and a relatively smaller width D 1 <D 2 at the outer portion. In this case, each of the plurality of first semiconductor layers 210 is formed to have the same width, and the
그 밖에 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자는 제 2 반도체층의 폭 조건 외에는 제 1 실시예와 동일 조건을 따른다.In addition, the multi-channel device of the liquid crystal display according to the second embodiment follows the same conditions as the first embodiment except for the width condition of the second semiconductor layer.
이하, 도면을 참조하여 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자를 자세히 설명한다.Hereinafter, a multichannel element of the liquid crystal display according to the second embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
도 22 내지 도 24에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자는 기판(미도시) 상에 소정 방향으로 서로 이격하여 형성된 복수개의 제 1 반도체층(도 23의 210참조)과, 서로 인접한 제 1 반도체층들(210) 사이에 상기 제 1 반도체층(210)의 일측으로부터 상기 제 1 반도체층(210)의 1/2 길이로 형성되며 중심부에서 상대적으로 넓은 폭으로 형성되며, 외곽에서는 상대적으로 좁은 폭으로 형성된 제 2 반도체층(도 23의 211참조)과, 상기 제 1 반도체층들(210)의 중심을 가로지르는 게이트 금속층(204)과, 상기 게이트 금속층(204)과 평행하게 상기 게이트 금속층(204)으로부터 양측으로 소정 간격 이격된 소오스 금속층(207) 및 드레인 금속층(208)을 포함하여 이루어진다.
As shown in FIGS. 22 to 24, a multi-channel device of a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention may include a plurality of first semiconductor layers formed on a substrate (not shown) and spaced apart from each other in a predetermined direction. 23, 210) and between the adjacent first semiconductor layers 210 are formed to have a
여기서, 상기 제 1 반도체층(210) 내에는 게이트 금속층(204) 양측에 각각 제 1형 불순물층(202a-소오스 영역, 202b-드레인 영역)이 정의되며, 상기 제 2 반도체층(211) 내에는 소정 부위에 정의된 제 2형 불순물층(212)을 포함하여 이루어진다. 이 때, 제 1, 제 2 반도체층(210, 211)의 도핑되지 않은 나머지 반도체층의 영역은 진성 반도체 영역(202)으로 남아있다. 이 경우, 상기 제 1 반도체층(210)에 있어서는 채널 영역이 진성 반도체 영역(202)이 되며, 제 2 반도체층(211)에서는 제 2 형 불순물층(212)을 제외한 영역이다.Here, first
본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자는 제 1, 제 2 반도체층의 패터닝 직후에는 도 23과 같이, 전체적으로 진성 반도체층이다. 이어, 도 24와 같이, 상기 제 1 반도체층의 중심을 가로지르는 방향으로 게이트 금속층을 증착한 후, 소정의 감광막 패턴과 함께 상기 게이트 금속층을 이용하여 상기 제 1 반도체층에는 제 1 불순물을 주입하여 소오스 영역(202a) 및 드레인 영역(202b)을 정의하고, 상기 제 2 반도체층에는 제 2 불순물을 주입하여 제 2 불순물층(212, 바디 영역)을 정의한 후에는 각 반도체층에 제 1, 제 2 불순물층이 각각 형성된다.The multichannel device of the liquid crystal display according to the second exemplary embodiment of the present invention is an intrinsic semiconductor layer as shown in FIG. 23 immediately after patterning of the first and second semiconductor layers. Subsequently, as shown in FIG. 24, after depositing a gate metal layer in a direction crossing the center of the first semiconductor layer, a first impurity is implanted into the first semiconductor layer using the gate metal layer together with a predetermined photoresist pattern. After the
제 2 실시예에서는 상기 각 제 1 반도체층(210)들은 동일한 폭으로 형성되나, 상기 각 제 2 반도체층(211) 외곽과 중심부 영역에서 서로 다른 폭으로 형성된다.In the second embodiment, each of the first semiconductor layers 210 is formed to have the same width, but are formed to have different widths in the outer and central regions of each of the second semiconductor layers 211.
그리고, 여기서, 상기 제 2 반도체층(211)의 길이는 상기 제 1 반도체층(210)의 대략 1/2이나, 정확히 1/2로 정해지는 것은 아니고 상기 제 1 반도체층(210)의 소오스 영역(202a)과, 상기 제 1 반도체층(110)의 소오스 영역(102a)과 게 이트 금속층(104)을 합한 길이 사이에서 결정된다.In this case, the length of the
또한, 상기 제 1 불순물층(202a, 202b)과 제 2 불순물층(212)은 서로 다른 형의 이온이 도핑된 불순물층이다. 상기 제 1 불순물층(202a, 202b)이 n+형 도핑층이며, 제 2 불순물층은 p+ 도핑층일 때는, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자가 n채널 소자로 형성되며, 상기 제 1 불순물층(202a, 202b)이 p+형 도핑층이며, 제 2 불순물층(212)은 n+형 도핑층이 때는, p채널 소자로 형성된다.In addition, the
여기서, 상기 소오스 금속층(207)과 드레인 금속층(208)은 상기 게이트 금속층(204)으로 동일 간격 이격되어 형성된다. 그리고, 상기 소오스 금속층(207)은 상기 제 1 반도체층(210)의 소오스 영역(202a)과 제 2 반도체층(211)의 제 2 불순물층(212)에 각각 콘택되며, 상기 드레인 금속층(208)은 상기 제 1 반도체층(110)의 드레인 영역(102b)에 콘택된다. 이 때, 상기 제 2 반도체층(211)의 제 2 불순물층(212)과 상기 소오스 금속층(207)이 콘택되는 것을 바디 콘택(body contact)이라 한다. Here, the
제 2 실시예 역시, 제 1 실시예와 마찬가지로, 액정 표시 장치의 다채널의 소자의 바디 콘택을 다채널 소자의 외부가 아니라, 내부, 즉, 다채널 소자를 이루는 각 박막 트랜지스터의 사이 공간에 형성한다. 따라서, 별도의 면적 증가없이 바디 콘택이 이루어져 플로우팅 바디 효과(floating body effect) 및 킹크 효과(kink effect)를 억제하고 있다.In the second embodiment, like the first embodiment, the body contact of the multichannel elements of the liquid crystal display device is formed not in the outside of the multichannel elements, but in the interspace of each thin film transistor constituting the multichannel elements. do. Therefore, the body contact is made without increasing the area to suppress the floating body effect and the kink effect.
한편, 상기 제 2 불순물층(212)과 상기 소오스 영역(202a)의 간격은 제 2 반 도체층(211)의 간격의 1/2보다 작으며, 상기 제 2 불순물층(212)과 상기 게이트 금속층(204) 사이의 간격은 3㎛ 이하이다. 따라서, 상기 제 2 불순물층(212)은 상기 제 2 반도체층(211) 내에 상기 게이트 금속층(204)과 오버랩하지 않으며 형성된다.Meanwhile, an interval between the
이러한 상기 소오스 영역(202a)은 상기 소오스 금속층(207)과 콘택되어 소오스 콘택(source contact, 219)을 이루며, 상기 드레인 영역(202b)은 상기 드레인 금속층(208)과 콘택되어 드레인 콘택(drain contact, 220)을 이루며, 상기 제 2 불순물층(212)은 상기 소오스 금속층(207)과 각각 콘택되어 바디 콘택(body contact, 218)을 이룬다.The
불순물 이온 도핑 후에는 도 24와 같이, 상기 제 1 반도체층(210)의 소오스 영역(202a)과 드레인 영역(202b)의 사이에는 채널로 기능하는 진성 반도체 영역(202)이 위치한다. 이러한 복수개의 제 1 반도체층(210)의 채널의 폭을 합한 값이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자의 총 폭이 된다. 상기 복수개의 제 1 반도체층(210)의 각각의 폭을 제 1 실시예와 같이 형성하며, 상기 제 2 반도체층(211)의 영역별 폭을 달리하여, 제 2 실시예의 액정 표시 장치의 다채널 소자를 형성할 수 있다.After the impurity ion doping, as shown in FIG. 24, an
그리고, 제 1 실시예와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자는 TFT 어레이 형성 공정에서 동시에 형성되는 것으로, 별도의 공정을 추가하지 않고, 일반적인 TFT 어레이 형성 공정에 층간의 패터닝을 변경함으로써, 상술한 목적을 달성할 수 있다. 여기서, TFT 어레이 형성시 제조되는 박막 트랜지스터(TFT)는 반도체층이 레이저를 통해 결정화된 폴리실리콘형으로, 구동부의 소자가 어레이 내의 소자와 함께 패널 내에 형성되는 형태이다. And, as in the first embodiment, the multichannel elements of the liquid crystal display according to the second embodiment of the present invention are formed at the same time in the TFT array forming process. By changing the patterning between the layers, the above object can be achieved. Here, the TFT manufactured during TFT array formation is a polysilicon type in which a semiconductor layer is crystallized through a laser, and the elements of the driving unit are formed in the panel together with the elements in the array.
여기서, 상기 제 1 반도체층들(210) 및 제 2 반도체층(211)들은 모두 1회의 패터닝 공정을 형성되는 것이며, 각각 게이트 금속층(204) 및 소정의 마스크를 이용하여 제 1 불순물층(202a, 202b)과 제 2 불순물층(212)을 형성한다. 즉, 불순물 도핑 공정은 2회의 마스크 공정을 통해 이루어진다.Here, the first semiconductor layers 210 and the second semiconductor layers 211 are all formed in one patterning process, and the
본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자의 제조 방법은 상기 제 2 반도체층(211)의 폭의 조건 외에는 상술한 제 1 실시예에 따른 액정 표시 장치의 다채널 소자의 제조 방법을 따른다.
In the method for manufacturing a multi-channel device of the liquid crystal display according to the second embodiment of the present invention, the multi-channel device of the liquid crystal display according to the first embodiment is manufactured except for the width of the
이상의 실시예에서 설명한 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자는, 폴리 실리콘층이 증착된 액정 패널의 구동부에 형성되는 소자로서, 빠른 속도를 구현하기 위한 대폭 소자(wide width transistor)이다.The multi-channel device of the liquid crystal display of the present invention described in the above embodiments is a device formed in the driving unit of the liquid crystal panel on which the polysilicon layer is deposited, and is a wide width transistor for implementing a high speed.
이러한 대폭 소자는 장시간 동작 중 발생하는 줄(Joule) 열에 의해 전기적 특성이 열화되는 문제를 안고 있다. 이를 소자 자체에서 발생되는 열이라 하여 셀프 히팅(self heating)이라 한다.Such large devices have a problem in that electrical characteristics are deteriorated by Joule heat generated during long time operation. This is called heat generated by the device itself and is called self heating.
상술한 셀프 히팅을 해결하기 위해 본 발명에서는 복수개의 소자를 소정 간격으로 이격시켜 형성하여, 소자와 소자간 열이 빠져나갈 공간을 형성하여, 그 외에 소자와 소자간 불순물층을 포함한 반도체층으로 이루어진 바디 영역을 정의하여 열전도율이 높게 하여 열이 빠져나가는 시간을 신속히 하였으며, 또한, 특히 셀프 히팅이 다채널 소자의 중심부에서 심화됨을 감안하여 바디 영역을 중심부에서 상대 적으로 큰 면적으로 형성하여 셀프 히팅에 의한 열화를 최소화한다.In order to solve the above self-heating, in the present invention, a plurality of devices are formed to be spaced apart at predetermined intervals to form a space in which heat between the devices and the elements escape, and in addition, a semiconductor layer including an impurity layer between the devices and the devices. By defining the body region, the thermal conductivity is high, so that the heat escapes quickly. In addition, the self-heating is intensified in the center of the multi-channel device. Minimize degradation.
또한, 바디 영역을 갖는 구조를 통해 드레인 사태(drain avalanche)에 의해 플로우팅 바디 효과 및 킹크 효과를 최소화하는 효과도 얻을 수 있다. 이 경우, 상기 바디 영역은 다채널 소자로 정의되는 영역 내부, 즉, 다채널 소자를 이루는 단위 트랜지스터의 사이에 정의됨으로써, 별도의 면적 증가없이 상술한 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.In addition, through the structure having the body region, the effect of minimizing the floating body effect and the kink effect by the drain avalanche can also be obtained. In this case, the body region is defined inside the region defined as the multichannel device, that is, between the unit transistors constituting the multichannel device, thereby obtaining the above-described effect without increasing the area.
상기와 같은 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the multichannel device and the manufacturing method thereof of the liquid crystal display of the present invention have the following effects.
첫째, 본 발명의 액정 표시 장치의 다채널 소자는 복수개의 박막 트랜지스터를 병렬로 연결시켜 다중 채널을 형성하고, 각 박막 트랜지스터를 4터미널로 형성하며, 각 박막 트랜지스터의 소오스와 바디를 콘택하고, 상기 바디에 소오스와 이형(異形)의 불순물을 주입함으로써, 소오스측을 접지시킬 때 바디에 쌓이는 잉여 홀을 신속히 빼주도록 하여 플로우팅 바디 효과(floating body effect) 억제할 수 있으며, 이로써 문턱 전압(Vth) 저하 현상을 방지할 수 있다. First, in the multi-channel device of the liquid crystal display of the present invention, a plurality of thin film transistors are connected in parallel to form multiple channels, each thin film transistor is formed into four terminals, and the source and body of each thin film transistor are contacted. By injecting source and heterogeneous impurities into the body, it is possible to quickly remove excess holes accumulated in the body when the source side is grounded, thereby suppressing the floating body effect, thereby allowing a threshold voltage (Vth). The fall phenomenon can be prevented.
둘째, 문턱 전압 값이 소정 값 이상의 게이트 전압을 인가할 시에는 새튜레이션 상태를 유지할 수 있어, 종래에 박막 트랜지스터가 일정 시간이 지난 후, 게인이 계속 떨어져 출력 임피던스가 떨어지는 바에 비해, 박막 트랜지스터의 일정 게인 유지가 가능하여, 킹크 효과가 원천적으로 방지되며, 출력 임피던스(output impedance)의 증가 등의 효과를 얻을 수 있다. Second, when the threshold voltage value is applied to the gate voltage of a predetermined value or more can be maintained in the saturation state, the conventional thin film transistor is a constant time of the thin film transistor, as compared with the gain is continuously dropped after a certain time, the output impedance is lowered The gain can be maintained, the kink effect is prevented at the source, and the effect of increasing the output impedance can be obtained.
셋째, 소자를 이루는 4터미널 박막 트랜지스터를 구성하기 위해 별도의 마스크 공정의 추가 없이, 반도체층을 일부 확장하고, 확장된 영역의 소정 부위에 박막 트랜지스터의 형(type)과 다른 형의 이온을 주입함으로써, 바디 콘택을 꾀할 수 있어, 공정이 단순하다.Third, by partially expanding the semiconductor layer and injecting ions of a type different from the type of the thin film transistor to a predetermined portion of the extended region without the addition of a separate mask process to form a 4-terminal thin film transistor constituting the device. The body contact can be made, and the process is simple.
넷째, 일반적인 다채널 소자 구조와는 달리, 다채널 소자를 이루는 각 소자의 이격 공간에 소자를 이루는 제 1 반도체층과 일체형의 제 2 반도체층을 더 형성하고, 이에 바디 영역을 정의함으로써, 일반적인 다채널 소자 구조에서 소자와 소자 사이에 산화막이 위치한 구조에 비해 열 전도율이 높은 반도체층이 위치하게 되어 셀프 히팅의 방지가 현저히 이루어진다.Fourth, unlike a general multichannel device structure, a second semiconductor layer integral with a first semiconductor layer constituting an element is further formed in a space between each device constituting the multichannel element, and a body region is defined thereby. In the channel device structure, a semiconductor layer having a high thermal conductivity is positioned as compared with a structure in which an oxide film is disposed between the device and the device, thereby preventing self heating.
다섯째, 셀프 히팅이 다채널 소자의 중심부에서 특히 심함을 고려하여 상기 다채널 소자의 중심부에서 바디 영역, 즉, 제 2 반도체층의 폭을 넓게 형성하여, 열 방출 경로를 확장시켜 셀프 히팅에 의해 효율적으로 열화를 방지할 수 있어, 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Fifth, considering that the self heating is particularly severe in the center of the multichannel device, the body region, i.e., the width of the second semiconductor layer is formed in the center of the multichannel device, and the heat dissipation path is extended so that the self heating is effective. This can prevent deterioration and improve the reliability of the device.
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