KR101048966B1 - Array substrate for liquid crystal display device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법은 액티브층(active layer) 내에 국부적인 n-층을 형성하여 상기 액티브층의 채널층과 오믹-콘택층(ohmic contact layer) 사이의 저항을 감소시킴으로써 온 전류(on current) 및 전하 이동도(charge mobility)를 향상시키기 위한 것으로, 기판 위에 게이트전극과 게이트라인을 형성하는 단계; 상기 게이트전극과 게이트라인이 형성된 기판 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연막 위에 차례대로 제 1 비정질 실리콘, n- 비정질 실리콘 박막, 제 2 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 1 액티브층, n-층, 제 2 액티브층 및 오믹-콘택층을 형성하는 단계; 상기 오믹-콘택층 위에 소오스전극과 드레인전극을 형성하며, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계; 상기 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인이 형성된 기판 위에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 n-층은 상기 제 1 액티브층과 제 2 액티브층 사이에 형성되어 상기 제 1 액티브층의 채널층과 상기 오믹-콘택층 사이의 저항을 감소시키는 것을 특징으로 한다.An array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same of the present invention form a local n-layer in an active layer to reduce the resistance between the channel layer and the ohmic contact layer of the active layer. Thereby improving on current and charge mobility, comprising: forming a gate electrode and a gate line on the substrate; Forming a gate insulating film on the substrate on which the gate electrode and the gate line are formed; Sequentially forming a first active layer, an n-layer, a second active layer, and an ohmic contact layer formed of a first amorphous silicon, an n− amorphous silicon thin film, a second amorphous silicon thin film, and an n + amorphous silicon thin film on the gate insulating layer. step; Forming a source electrode and a drain electrode on the ohmic contact layer, and forming a data line crossing the gate line to define a pixel region; Forming a passivation layer on the substrate on which the source electrode, the drain electrode, and the data line are formed; Selectively removing the passivation layer to form a contact hole exposing the drain electrode; And forming a pixel electrode electrically connected to the drain electrode through the contact hole, wherein the n-layer is formed between the first active layer and the second active layer to form a channel of the first active layer. Reducing the resistance between the layer and the ohmic contact layer.
또한, 상기의 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법은 상기 액티브층 내에 국부적인 n-층을 형성함으로써 채널층 내에 전자밀도를 증가시켜 문턱 전압(threshold voltage)을 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the above-described array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same may form a local n-layer in the active layer to increase the electron density in the channel layer, thereby controlling the threshold voltage. .
액티브층, n-층, 채널층, 오믹-콘택층, 전하 이동도, 문턱 전압 Active layer, n-layer, channel layer, ohmic-contact layer, charge mobility, threshold voltage
Description
본 발명은 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온 전류 및 전하 이동도를 개선하여 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 향상시킨 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an array substrate for a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same for improving electrical characteristics of a thin film transistor by improving on current and charge mobility. will be.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.Recently, with increasing interest in information display and increasing demand for using a portable information carrier, a lightweight flat panel display (FPD), which replaces a conventional display device, a cathode ray tube (CRT), is used. The research and commercialization of Korea is focused on. In particular, the liquid crystal display (LCD) of the flat panel display device is an image representing the image using the optical anisotropy of the liquid crystal, is excellent in resolution, color display and image quality, and is actively applied to notebooks or desktop monitors have.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.The liquid crystal display is largely composed of a color filter substrate and an array substrate, and a liquid crystal layer formed between the color filter substrate and the array substrate.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.The active matrix (AM) method, which is a driving method mainly used in the liquid crystal display device, uses an amorphous silicon thin film transistor (a-Si TFT) as a switching device to drive the liquid crystal in the pixel portion. to be.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, a structure of a general liquid crystal display device will be described in detail with reference to FIG. 1.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically illustrating a general liquid crystal display.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.As shown in the figure, the liquid crystal display device is largely a liquid crystal layer (liquid crystal layer) formed between the
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.The
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.In addition, the
이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영 역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.The
상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 제작에 다수의 마스크공정(즉, 포토리소그래피(photolithography)공정)을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크수를 줄이는 방법이 요구되어지고 있다.Since the manufacturing process of the liquid crystal display device basically requires a plurality of mask processes (ie, photolithography process) for fabricating an array substrate including a thin film transistor, a method of reducing the number of masks in terms of productivity is required. ought.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 액정표시장치에 있어서, 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of an array substrate in the liquid crystal display shown in FIG. 1.
도 2a에 도시된 바와 같이, 어레이 기판(10) 위에 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 이용하여 도전성 금속물질로 이루어진 게이트전극(21)을 형성한다.As shown in FIG. 2A, a
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(21)이 형성된 어레이 기판(10) 전면(全面)에 차례대로 게이트 절연막(15a)과 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 이용하여 상기 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트전극(21) 위에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브층(24)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 2B, the gate
이때, 상기 액티브층(24) 위에는 상기 액티브층(24)과 동일한 형태로 패터닝된 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(25)이 형성되게 된다.In this case, the n + amorphous silicon
이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(10) 전면에 도전성 금속 물질을 증착한 후 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브층(24) 상부에 소오스전극(22)과 드레인전극(23)을 형성한다. 이때, 상기 액티브층(24) 위에 형성되어 있는 n+ 비정질 실리콘 박막패턴은 상기 제 3 마스크공정을 통해 소정영역이 제거되어 상기 액티브층(24)과 소오스/드레인전극(22, 23) 사이에서 오믹-콘택(ohmic contact)층(25n)을 형성하게 된다.Thereafter, as illustrated in FIG. 2C, a conductive metal material is deposited on the entire surface of the
다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 소오스전극(22)과 드레인전극(23)이 형성된 어레이 기판(10) 전면에 보호막(15b)을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 통해 상기 보호막(15b)의 일부 영역을 제거하여 상기 드레인전극(23)의 일부를 노출시키는 콘택홀(40)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2D, after forming the
마지막으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 투명한 도전성 금속물질을 어레이 기판(10) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 5 마스크공정)을 이용하여 선택적으로 패터닝함으로써 상기 콘택홀(40)을 통해 드레인전극(23)과 전기적으로 접속하는 화소전극(18)을 형성한다.Finally, as shown in FIG. 2E, a transparent conductive metal material is deposited on the entire surface of the
상기에 설명된 바와 같이 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 제조에는 게이트전극, 액티브층, 소오스/드레인전극, 콘택홀 및 화소전극 등을 패터닝하는데 총 5번의 포토리소그래피공정을 필요로 한다.As described above, fabrication of an array substrate including a thin film transistor requires a total of five photolithography processes to pattern a gate electrode, an active layer, a source / drain electrode, a contact hole, a pixel electrode, and the like.
상기 포토리소그래피공정은 마스크에 그려진 패턴을 박막이 증착된 기판 위에 전사시켜 원하는 패턴을 형성하는 일련의 공정으로 감광액 도포, 노광, 현상공정 등 다수의 공정으로 이루어지며, 다수의 포토리소그래피공정은 생산 수율을 떨어뜨리는 단점이 있다.The photolithography process is a series of processes in which a pattern drawn on a mask is transferred onto a substrate on which a thin film is deposited to form a desired pattern. The photolithography process includes a plurality of processes such as photoresist coating, exposure, and development processes. It has the disadvantage of dropping.
또한, 일반적인 박막 트랜지스터의 구조를 도 3을 참조하여 보면, 액티브층(24)이 증착된 후 백 채널 에치(back channel etch)공정을 통해 채널부가 형성되게 된다. 이때, 전류의 흐름을 보면 소오스전극(22)의 금속 전극을 통해 오믹-콘택층(25n)과 액티브층(24)의 채널층을 지나서 다시 오믹-콘택층(25n)과 드레인전극(23)의 금속 전극으로 흐르게 된다(A→B→C→D). 이때, 액티브층(24)의 채널층과 오믹-콘택층(25n) 사이(A~B, C~D)에는 전기적인 장벽(barrier)이 존재해서 전자의 흐름을 방해하고 저항의 증가를 가져오게 된다.In addition, referring to FIG. 3, a structure of a general thin film transistor is formed, and a channel portion is formed through a back channel etch process after the
참고로, 도면부호 d는 백 채널 에치의 깊이를 나타내며, Vs, Vd 및 Vg는 각각 소오스전압, 드레인전압 및 게이트전압을 나타낸다.For reference, reference numeral d denotes the depth of the back channel etch, and Vs, Vd, and Vg denote source voltage, drain voltage, and gate voltage, respectively.
이와 같은 선형(linear) 영역에서의 수직 직렬(series) 저항으로 인해 박막 트랜지스터의 선형 전하 이동도가 감소하는 문제가 발생하게 된다.This vertical series resistance in the linear region causes a problem of decreasing the linear charge mobility of the thin film transistor.
또한, 액티브층은 진성(intrinsic)특성을 가지기 때문에 1V~2V 범위의 문턱전압(threshold voltage)인 Vth값을 가지게 되며 패널구동시 상기 Vth에 맞추어 게이트전압을 인가하여야 하는 한계가 있다. 현재까지 상기 Vth값을 이동시키기 위한 기술이 없는 상태이다.In addition, since the active layer has an intrinsic characteristic, the active layer has a Vth value, which is a threshold voltage in the range of 1V to 2V, and there is a limit that a gate voltage must be applied according to the Vth when driving the panel. To date, there is no technique for shifting the Vth value.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 액티브층의 채널층과 오믹-콘택층 사이의 저항을 감소시켜 박막 트랜지스터의 온 전류와 전하 이동도를 향상시킨 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. An array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, which reduce the resistance between the channel layer and the ohmic contact layer of the active layer to improve the on-current and charge mobility of the thin film transistor. The purpose is to provide.
본 발명의 다른 목적은 충전 특성에 영향을 주는 전하 이동도를 향상시켜 고주파 구동을 실현한 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, which realizes high frequency driving by improving charge mobility affecting charging characteristics.
본 발명의 또 다른 목적은 박막 트랜지스터의 문턱 전압을 제어할 수 있는 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, which can control the threshold voltage of a thin film transistor.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Other objects and features of the present invention will be described in the configuration and claims of the invention described below.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정표시장치용 어레이 기판은 기판 위에 형성된 게이트전극과 게이트라인; 상기 게이트전극과 게이트라인이 형성된 기판 위에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 위에 차례대로 형성되며, 각각 제 1 비정질 실리콘 박막, n- 비정질 실리콘 박막 및 제 2 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 1 액티브층, n-층 및 제 2 액티브층; 상기 제 2 액티브층 위에 n+ 비정질 실리콘 박막으로 형성된 오믹-콘택층; 상기 오믹-콘택층 위에 형성된 소오스전극과 드레인전극 및 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인; 상기 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인이 형성된 기판 위에 형성되며, 상기 드레인전극을 노출시키는 콘택홀이 형성된 보호막; 및 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 포함한다.In order to achieve the above object, the liquid crystal display array substrate of the present invention comprises a gate electrode and a gate line formed on the substrate; A gate insulating film formed on the substrate on which the gate electrode and the gate line are formed; A first active layer, an n-layer, and a second active layer formed in order on the gate insulating film, each of which comprises a first amorphous silicon thin film, an n- amorphous silicon thin film, and a second amorphous silicon thin film; An ohmic contact layer formed of an n + amorphous silicon thin film on the second active layer; A data line defining a pixel region crossing the source electrode, the drain electrode, and the gate line formed on the ohmic contact layer; A passivation layer formed on the substrate on which the source electrode, the drain electrode and the data line are formed, and a contact hole exposing the drain electrode; And a pixel electrode electrically connected to the drain electrode through the contact hole.
본 발명의 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법은 기판 위에 게이트전극과 게이트라인을 형성하는 단계; 상기 게이트전극과 게이트라인이 형성된 기판 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연막 위에 차례대로 제 1 비정질 실리콘, n- 비정질 실리콘 박막, 제 2 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 1 액티브층, n-층, 제 2 액티브층 및 오믹-콘택층을 형성하는 단계; 상기 오믹-콘택층 위에 소오스전극과 드레인전극을 형성하며, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계; 상기 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인이 형성된 기판 위에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 n-층은 상기 제 1 액티브층과 제 2 액티브층 사이에 형성되어 상기 제 1 액티브층의 채널층과 상기 오믹-콘택층 사이의 저항을 감소시키는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention includes forming a gate electrode and a gate line on the substrate; Forming a gate insulating film on the substrate on which the gate electrode and the gate line are formed; Sequentially forming a first active layer, an n-layer, a second active layer, and an ohmic contact layer formed of a first amorphous silicon, an n− amorphous silicon thin film, a second amorphous silicon thin film, and an n + amorphous silicon thin film on the gate insulating layer. step; Forming a source electrode and a drain electrode on the ohmic contact layer, and forming a data line crossing the gate line to define a pixel region; Forming a passivation layer on the substrate on which the source electrode, the drain electrode, and the data line are formed; Selectively removing the passivation layer to form a contact hole exposing the drain electrode; And forming a pixel electrode electrically connected to the drain electrode through the contact hole, wherein the n-layer is formed between the first active layer and the second active layer to form a channel of the first active layer. Reducing the resistance between the layer and the ohmic contact layer.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법은 박막 트랜지스터 제조에 사용되는 마스크수를 줄여 제조공정 및 비용을 절감시키는 효과를 제공한다.As described above, the array substrate for the liquid crystal display device and the method of manufacturing the same according to the present invention provide an effect of reducing the number of masks used for manufacturing the thin film transistor and reducing the manufacturing process and cost.
또한, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법은 선형(linear) 영역의 온 전류와 전하 이동도가 향상됨에 따라 박막 트랜지스터의 성능이 향상되는 효과를 제공한다.In addition, the array substrate for a liquid crystal display device and the method of manufacturing the same according to the present invention provide an effect of improving the performance of the thin film transistor as the on current and charge mobility in the linear region are improved.
또한, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법은 비정질 실리콘 박막과 n- 비정질 실리콘 박막을 연속 증착하여 형성하는 경우에 택 타임(tack time) 손실이 발생하지 않는 효과를 가진다.In addition, the array substrate for a liquid crystal display device and the method of manufacturing the same according to the present invention have an effect that no tack time loss occurs when the amorphous silicon thin film and the n- amorphous silicon thin film are formed by successive deposition.
또한, 본 발명에 따라 제작된 박막 트랜지스터를 구동 박막 트랜지스터로 사용하는 경우 수명이 향상되는 효과를 가지며, 하이 듀티비(high duty ratio)의 구동 소자로 적합한 이점이 있다.In addition, when the thin film transistor manufactured according to the present invention is used as a driving thin film transistor, it has an effect of improving the lifespan, and has an advantage of being suitable as a driving device having a high duty ratio.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of an array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, n-층을 액티브층 중간 영역에 국부적으로 형성한 경우를 예를 들어 나타내고 있다.4 is a cross-sectional view schematically illustrating the structure of a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention, and illustrates an example in which an n-layer is locally formed in an intermediate region of an active layer.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트전극(121) 위에 게이트 절연막(115a)을 사이에 두고 제 1 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 1 액티브층(124a)과 n- 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 n-층(135)과 제 2 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 2 액티브층(124b) 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 오믹-콘택층(125n)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 오믹-콘택층(125n) 위에는 상기 오믹-콘택층(125n)을 통해 상기 제 2 액티브층(124b)과 오믹-콘택을 형성하는 소오스전극(122)과 드레인전극(123)이 형성되어 있다.As shown in the figure, the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention includes a first
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액티브층은 n-층(135)을 사이에 두고 상기 제 1 액티브층(124a)과 제 2 액티브층(124b)으로 이루어지며, 채널층을 형성하기 위한 백 채널 에치를 진행할 때 상기 제 1 액티브층(124a)의 두께 일부까지 에치되게 된다.At this time, the active layer according to the first embodiment of the present invention is composed of the first
이와 같이 액티브층 내에 국부적인 n-층(135)을 형성함으로써 소오스/드레인전극(122, 123)과 채널층 사이의 직렬 저항이 감소되어 전도도가 증가하게 된다. 그 결과 온 전류 및 전하 이동도의 향상 등 박막 트랜지스터의 전기적인 특성이 향상되게 된다.As such, by forming the local n-
이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 n- 비정질 실리콘 박막은 n+ 비정질 실리콘 박막에서 100Å~300Å정도 떨어진 영역에 PH3 가스를 주입하여 형성하게 되는데, 상기 제 1 비정질 실리콘 박막 및 제 2 비정질 실리콘 박막과 함께 연속 증착을 통해 형성하거나 상기 제 1 비정질 실리콘 박막을 형성한 다음 추가적인 PH3 플라즈마 처리를 하여 형성할 수도 있다. 이때, PH3를 연속 증착하여 n- 비정질 실리콘 박막을 형성하는 경우에는 택 타임의 손실이 없는 이점이 있다.In this case, the n− amorphous silicon thin film according to the first embodiment of the present invention is formed by injecting PH 3 gas into a region about 100 μs to 300 μs apart from the n + amorphous silicon thin film, wherein the first amorphous silicon thin film and the second amorphous The silicon thin film may be formed by continuous deposition or the first amorphous silicon thin film may be formed by additional PH 3 plasma treatment. At this time, in the case of forming an n-amorphous silicon thin film by continuously depositing PH 3 there is an advantage that there is no loss of tack time.
여기서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 하프-톤 마스크 또는 회절마스크(이하, 하프-톤 마스크를 지칭하는 경우에는 회절마스크를 포함하는 것으로 한다)를 이용하여 한번의 마스크공정으로 액티브층과 소오스전극 및 드레인전극을 형성함으로써 총 4번의 마스크공정으로 어레이 기판을 제작할 수 있게 되는데, 이를 다음의 제조방법을 통해 상세히 설명한다.The liquid crystal display according to the first exemplary embodiment of the present invention uses a half-tone mask or a diffraction mask (hereinafter referred to as a half-tone mask to include a diffraction mask) in one mask process. By forming the active layer, the source electrode and the drain electrode, an array substrate can be manufactured by a total of four mask processes, which will be described in detail through the following manufacturing method.
도 5a 내지 도 5d는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, n- 비정질 실리콘 박막을 제 1 비정질 실리콘 박막 및 제 2 비정질 실리콘 박막과 함께 연속 증착을 통해 형성하는 경우의 어레이 기판의 제조 공정을 예를 들어 나타내고 있다.5A through 5D are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of an array substrate for a liquid crystal display device, wherein an n-amorphous silicon thin film is formed together with a first amorphous silicon thin film and a second amorphous silicon thin film by continuous deposition. The manufacturing process of a board | substrate is shown, for example.
도 5a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(110)의 화소부에 게이트전극(121)과 게이트라인(미도시)을 형성한다.As shown in FIG. 5A, a
이때, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인은 제 1 도전막을 상기 어레이 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.In this case, the
여기서, 상기 제 1 도전막으로 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 상기 저저항 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.The first conductive layer may include aluminum (Al), aluminum alloy (Al alloy), tungsten (W), copper (Cu), chromium (Cr), molybdenum (Mo), or the like. The same low resistance opaque conductive material can be used. In addition, the first conductive film may be formed in a multilayer structure in which two or more low-resistance conductive materials are stacked.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 게이트 절연막(115a), 제 1 비정질 실리콘 박막, n- 비정질 실리콘 박막, 제 2 비정질 실리콘 박막, n+ 비정질 실리콘 박막 및 제 2 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 제 1 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 1 액티브층(124a), 상기 n- 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 n-층(135), 상기 제 2 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 2 액티브층(124b) 및 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 오믹-콘택층(125n)을 형성하며, 상기 제 2 도전막으로 이루어지며 상기 제 2 액티브층(124b)의 일부와 전기적으로 접속하는 소오스전극(122)과 드레인전극(123)을 형성한다. 이때, 상기 제 1 비정질 실리콘 박막과 제 2 비정질 실리콘 박막은 실질적으로 동일한 비정질 실리콘으로 형성할 수 있으며, 또한 다른 조건의 비정질 실리콘으로 형성할 수도 있다.Next, as shown in FIG. 5B, the
또한, 상기 제 2 마스크공정을 통해 상기 제 2 도전막으로 이루어지며, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인(미도시)을 형성한다.In addition, a data line (not shown) formed of the second conductive layer through the second mask process and defining a pixel area is formed to cross the gate line.
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예의 경우에는 상기 제 1 액티브층(124a) 상부에 차례대로 각각 n- 비정질 실리콘 박막, 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 동일한 형태로 패터닝된 n-층(135), 제 2 액티브층(124b) 및 오믹-콘택층(125n)이 형성되게 된다.As described above, in the case of the first embodiment of the present invention, the source /
이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예의 경우에는 상기 게이트 절연막(115a) 위에 상기 제 1 비정질 실리콘 박막을 형성하는 과정 중에 추가로 PH3 가스를 주입하여 n- 비정질 실리콘 박막을 연속적으로 형성하게 되는데, 이와 같이 n- 비정질 실리콘 박막을 연속 증착하여 상기 n-층(135)을 형성하는 경우에는 택 타임의 손실이 없는 이점이 있다.In this case, in the case of the first embodiment of the present invention, during the process of forming the first amorphous silicon thin film on the
여기서, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상기 제 1 액티브층(124a), n-층(135), 제 2 액티브층(124b), 오믹-콘택층(124b), 소오스/드레인전극(122, 123) 및 데이터라인은 하프-톤 마스크를 이용하여 한번의 마스크공정(제 2 마스크공정)으로 동시에 형성하게 되는데, 이하 도면을 참조하여 상기 제 2 마스크공정을 상세히 설명한다.Here, the first
도 6a 내지 도 6h는 도 5b에 도시된 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도이다.6A to 6H are cross-sectional views specifically illustrating the second mask process illustrated in FIG. 5B.
도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 실리콘질화막과 같은 절연물질로 이루어진 게이트 절연막(115a)을 형성한다.As shown in FIG. 6A, a
이후, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막(115a)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 1 비정질 실리콘을 증착하여 600Å~1600Å 두께로 제 1 비정질 실리콘 박막(120a)을 형성한다. 그리고, 상기 제 1 비정질 실리콘 박막(120a) 위에 n- 비정질 실리콘으로 이루어진 n- 비정질 실리콘 박막(130)을 소정 두께(~100Å)로 형성한다. 이때, 상기 n- 비정질 실리콘 박막(130)은 상기 제 1 비정질 실리콘 박막(120a)을 형성하는 과정 중에 저농도의 PH3 가스를 추가로 주입하여 형성하게 되는데, 이와 같이 PH3 가스의 주입 이외의 공정조건은 실질적으로 동일하게 하여 상기 제 1 비정질 실리콘 박막(120a)과 함께 상기 n- 비정질 실리콘 박막(130)을 연속적으로 형성하게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 6B, the first amorphous silicon
이후, PH3 가스의 주입을 차단한 상태에서 계속하여 제 2 비정질 실리콘을 증착함으로써 상기 n- 비정질 실리콘 박막(130) 위에 100Å~300Å 두께로 제 2 비정질 실리콘 박막(120b)을 형성한다. 그리고, 동일한 방식으로 상기 제 2 비정질 실리콘 박막(120b) 위에 n+ 비정질 실리콘으로 이루어진 n+ 비정질 실리콘 박막(125)을 소정 두께(~300Å)로 형성한다. 이때, 상기 n+ 비정질 실리콘 박막(125)은 상기 제 2 비정질 실리콘 박막(120b)을 형성하는 과정 중에 고농도의 PH3 가스를 추가로 주입하여 형성하게 되는데, 이와 같이 PH3 가스의 주입 이외의 공정조건은 실질적으로 동일하게 하여 상기 제 1 비정질 실리콘 박막(120a), n- 비정질 실리콘 박막(130), 제 2 비정질 실리콘 박막(120b)과 함께 상기 n+ 비정질 실리콘 박막(125)을 연속적으로 형성함으로써 택 타임의 손실이 발생하지 않게 된다.Subsequently, the second amorphous silicon
다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 비정질 실리콘 박막(120a), n- 비정질 실리콘 박막(130), 제 2 비정질 실리콘 박막(120b) 및 n+ 비정질 실리콘 박막(125)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 2 도전막(150)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 6C, an array substrate on which the first amorphous silicon
이때, 상기 제 2 도전막(150)은 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인을 구성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 크롬, 몰리브덴 등과 같은 저저항 불투명 도전물질로 이루어질 수 있다.In this case, the second
그리고, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 포토레지스트와 같은 감광성물질로 이루어진 감광막(170)을 형성한 후, 하프-톤 마스크(180)를 통해 상기 감광막(170)에 선택적으로 광을 조사한다.6D, after the
이때, 상기 하프-톤 마스크(180)에는 조사된 광을 모두 투과시키는 제 1 투과영역(I)과 광의 일부만 투과시키고 일부는 차단하는 제 2 투과영역(II) 및 조사된 모든 광을 차단하는 차단영역(III)이 마련되어 있으며, 상기 하프-톤 마스크(180)를 투과한 광만이 감광막(170)에 조사되게 된다.In this case, the half-
이어서, 상기 하프-톤 마스크(180)를 통해 노광된 감광막(170)을 현상하고 나면, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역(III)과 제 2 투과영역(II)을 통해 광이 모두 차단되거나 일부만 차단된 영역에는 소정 두께의 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 3 감광막패턴(170c)이 남아있게 되고, 모든 광이 투과된 제 1 투과영역(I)에는 상기 감광막이 완전히 제거되어 상기 제 2 도전막(150) 표면이 노출되게 된다.Subsequently, after the
이때, 상기 차단영역(III)에 형성된 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 2 감광막패턴(170b)은 제 2 투과영역(II)을 통해 형성된 제 3 감광막패턴(170c)보다 두껍게 형성된다. 또한, 상기 제 1 투과영역(I)을 통해 광이 모두 투과된 영역에는 상기 감광막이 완전히 제거되는데, 이것은 포지티브 타입의 포토레지스트를 사용했기 때문이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 네거티브 타입의 포토레지스트를 사용하여도 무방하다.In this case, the
다음으로, 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 3 감광막패턴(170c)을 마스크로 하여, 그 하부에 형성된 제 1 비정질 실리콘 박막, n- 비정질 실리콘 박막, 제 2 비정질 실리콘 박막, n+ 비정질 실리콘 박막 및 제 2 도전막을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 제 1 비정질 실리콘 박막, n- 비정질 실리콘 박막, 제 2 비정질 실리콘 박막, n+ 비정질 실리콘 박막 및 제 2 도전막으로 이루어진 제 1 비정질 실리콘 박막패턴(120a'), n- 비정질 실리콘 박막패턴(130'), 제 2 비정질 실리콘 박막패턴(120b'), n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125') 및 제 2 도전막패턴(150')이 형성되게 된다. 이때, 상기 어레이 기판(110)의 데이터라인부에는 상기 제 2 도전막 으로 이루어지며, 상기 게이트라인과 실질적으로 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인(미도시)이 형성되게 된다.Next, as shown in FIG. 6F, the first amorphous silicon thin film and the n− amorphous silicon thin film formed below the first
이후, 상기 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 3 감광막패턴(170c)의 일부를 제거하는 애싱(ashing)공정을 진행하게 되면, 도 6g에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 투과영역(II)의 제 3 감광막패턴이 완전히 제거되게 된다.Subsequently, when an ashing process of removing a portion of the
이때, 상기 제 1 감광막패턴 및 제 2 감광막패턴은 상기 제 3 감광막패턴의 두께만큼이 제거된 제 4 감광막패턴(170a') 및 제 5 감광막패턴(170b')으로 상기 차단영역(III)에 대응하는 소오스전극영역과 드레인전극영역에만 남아있게 된다.In this case, the first photoresist pattern and the second photoresist pattern correspond to the blocking region III by the
이후, 도 6h에 도시된 바와 같이, 상기 남아있는 제 4 감광막패턴(170a') 및 제 5 감광막패턴(170b')을 마스크로 하여 상기 제 1 비정질 실리콘 박막패턴, n- 비정질 실리콘 박막패턴, 제 2 비정질 실리콘 박막패턴, n+ 비정질 실리콘 박막패턴 및 제 2 도전막패턴의 일부를 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 각각 상기 제 1 비정질 실리콘 박막, n- 비정질 실리콘 박막, 제 2 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 1 액티브층(124a), n-층(135), 제 2 액티브층(124b) 및 오믹-콘택층(125n)이 형성되게 된다. 또한, 상기 제 2 도전막으로 이루어지며 상기 제 2 액티브층(124b)의 일부와 전기적으로 접속하는 소오스전극(122)과 드레인전극(123)이 형성되게 된다.6H, the first amorphous silicon thin film pattern, the n− amorphous silicon thin film pattern, and the first
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예는 하프-톤 마스크를 이용함으로써 상기 제 1 액티브층(124a), n-층(135), 제 2 액티브층(124b), 오믹-콘택층(125n), 소오스/드레인전극(122, 123) 및 데이터라인을 한번의 마스크공정을 통해 형성할 수 있게 된다.As described above, according to the first embodiment of the present invention, the first
다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 절연물질로 이루어진 보호막(115b)을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 상기 보호막(115b)의 일부 영역을 선택적으로 제거함으로써 상기 드레인전극(123)의 일부를 노출시키는 콘택홀(140)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 5C, after forming the
그리고, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 제 3 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 이용하여 상기 제 3 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 콘택홀(140)을 통해 상기 드레인전극(123)과 전기적으로 접속하는 화소전극(118)을 형성한다.As shown in FIG. 5D, after forming a third conductive film on the entire surface of the
이와 같이 구성된 상기 본 발명의 어레이 기판은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트에 의해 컬러필터 기판과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 컬러필터 기판에는 상기 박막 트랜지스터와 게이트라인 및 데이터라인으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스와 적, 녹 및 청색의 컬러를 구현하기 위한 컬러필터가 형성되어 있다.The array substrate of the present invention configured as described above is bonded to the color filter substrate by a sealant formed on the outside of the image display area, wherein the color filter substrate is exposed to the thin film transistors, the gate lines, and the data lines. The black matrix to prevent and the color filter to implement the colors of red, green and blue are formed.
이때, 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판의 합착은 상기 컬러필터 기판 또는 어레이 기판에 형성된 합착키를 통해 이루어진다.At this time, the bonding of the color filter substrate and the array substrate is made through a bonding key formed on the color filter substrate or the array substrate.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, n-층을 오믹-콘택층 바로 아래에 형성한 경우를 예를 들어 나타내고 있다.FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating a structure of a thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention, and illustrates an example in which an n-layer is formed directly under an ohmic contact layer.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트전극(221) 위에 게이트 절연막(215a)을 사이에 두고 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브층(224)과 n- 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 n-층(235) 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 오믹-콘택층(225n)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 오믹-콘택층(225n) 위에는 상기 오믹-콘택층(225n)을 통해 상기 액티브층(224)과 오믹-콘택을 형성하는 소오스전극(222)과 드레인전극(223)이 형성되어 있다.As shown in the figure, the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention is an n-amorphous silicon thin film and an
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 n-층(235)은 오믹-콘택층(225n) 바로 아래에 위치하며, 채널층을 형성하기 위한 백 채널 에치를 진행할 때 상기 액티브층(224)의 두께 일부까지 에치되게 된다.In this case, the n-
이와 같이 액티브층(224)과 오믹-콘택층(225n) 사이에 국부적인 n-층(235)을 형성함으로써 소오스/드레인전극(222, 223)과 채널층 사이의 직렬 저항이 감소되어 전도도가 증가하게 된다. 그 결과 온 전류 및 전하 이동도의 향상 등 박막 트랜지스터의 전기적인 특성이 향상되게 된다.As such, by forming a local n-
이때, 전술한 바와 같이 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 n-층(235)은 오믹-콘택층(225n) 바로 아래 영역에 PH3 가스를 주입하여 형성하게 되는데, 전술한 본 발명의 제 1 실시예의 경우와 동일하게 상기 액티브층(224)과 함께 연속 증착을 통해 형성하거나 상기 액티브층(224)을 형성한 다음 추가적인 PH3 플라즈마 처리를 하여 형성할 수도 있다. 이때, PH3를 연속 증착하여 n-층(235)을 형성하는 경우에는 택 타임의 손실이 없는 이점이 있다.In this case, as described above, the n-
도 8은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따라 제작된 박막 트랜지스 터의 전기적 특성을 나타내는 그래프로써, 드레인전압이 1V인 경우의 게이트전압에 따른 드레인전류를 나타내고 있다.FIG. 8 is a graph showing the electrical characteristics of the thin film transistors manufactured according to the first and second embodiments of the present invention, and shows the drain current according to the gate voltage when the drain voltage is 1V.
이때, 상기 도 8은 n-층이 형성되지 않은 기본조건과 상기 제 1 실시예에 따라 n-층이 액티브층 내에 스텝 증착된 경우 및 상기 제 2 실시예에 따라 n-층이 오믹-콘택층 바로 아래에 증착된 경우를 함께 나타내고 있다.8 illustrates the basic condition in which the n-layer is not formed and the n-layer is deposited in the active layer according to the first embodiment, and the n-layer is the ohmic contact layer according to the second embodiment. The case where it is deposited directly below is shown together.
도면에 도시된 바와 같이, n-증착과 n-스텝 증착의 경우에 기본조건 보다 온 전류가 높은 것을 알 수 있으며, 이 중에서도 n-스텝 증착의 경우에서 온 전류가 가장 높은 것을 알 수 있다.As shown in the figure, it can be seen that the on-current is higher than the basic conditions in the case of n-deposition and n-step deposition, and among them, it can be seen that the on-current is the highest in the case of n-step deposition.
이는 액티브층 내 수직부 저항의 감소로 상기 액티브층의 채널과 오믹-콘택층 사이의 전도도가 증가하였기 때문이며, 또한 선형 영역의 전하 이동도도 n-증착과 n-스텝 증착의 경우에 기본조건 보다 증가한 것으로 측정되어 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 우수하다는 것을 알 수 있다.This is because the conductivity between the channel and the ohmic contact layer of the active layer is increased due to the decrease of the vertical resistance in the active layer, and also the charge mobility in the linear region is higher than the basic condition in the case of n-deposition and n-step deposition. It can be seen that the electrical properties of the thin film transistor are excellent due to the increase in measurement.
도 9a 내지 도 9g는 액정표시장치용 어레이 기판의 다른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 제 1 비정질 실리콘 박막을 형성한 다음 추가적인 PH3 플라즈마 처리를 하여 n- 비정질 실리콘 박막을 형성하는 경우의 어레이 기판의 제조공정을 예를 들어 나타내고 있다.9A to 9G are cross-sectional views sequentially illustrating another manufacturing process of an array substrate for a liquid crystal display device, in which an n-amorphous silicon thin film is formed by forming a first amorphous silicon thin film and then performing an additional PH 3 plasma treatment. The manufacturing process of a board | substrate is shown, for example.
도 9a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(110)의 화소부에 게이트전극(121)과 게이트라인(미도시)을 형성한다.As shown in FIG. 9A, a
이때, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인은 제 1 도전막을 상기 어레이 기 판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.In this case, the
다음으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 게이트 절연막(115a)을 형성한 다음, 상기 게이트 절연막(115a)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 1 비정질 실리콘을 증착하여 제 1 비정질 실리콘 박막(120a)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 9B, a
그리고, 도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 PH3 플라즈마 처리를 실시하여 소정 두께의 n- 비정질 실리콘 박막(160)을 형성한다.As shown in FIG. 9C, an n − amorphous silicon
이와 같이 PH3 플라즈마 처리를 실시하여 n- 비정질 실리콘 박막(160)을 형성한 다음, 도 9d에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 다시 제 2 비정질 실리콘과 n+ 비정질 실리콘을 증착하여 각각 제 2 비정질 실리콘 박막(120b)과 n+ 비정질 실리콘 박막(125)을 소정 두께로 형성한다.As described above, after forming the n− amorphous silicon
계속하여, 도 9e에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 비정질 실리콘 박막(120a), n- 비정질 실리콘 박막(160), 제 2 비정질 실리콘 박막(120b) 및 n+ 비정질 실리콘 박막(125)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 2 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝함으로써 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 각각 상기 제 1 비정질 실리콘 박막, n- 비정질 실리콘 박막, 제 2 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 1 액티브층(124a), n-층(165), 제 2 액티브층(124b) 및 오믹-콘택층(125n)이 형성되게 된 다. 또한, 상기 제 2 도전막으로 이루어지며 상기 제 2 액티브층(124b)의 일부와 전기적으로 접속하는 소오스전극(122)과 드레인전극(123)이 형성되게 된다.Subsequently, as shown in FIG. 9E, an array substrate on which the first amorphous silicon
다음으로, 도 9f에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 절연물질로 이루어진 보호막(115b)을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 상기 보호막(115b)의 일부 영역을 선택적으로 제거함으로써 상기 드레인전극(123)의 일부를 노출시키는 콘택홀(140)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 9F, a
그리고, 도 9g에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 제 3 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 이용하여 상기 제 3 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 콘택홀(140)을 통해 상기 드레인전극(123)과 전기적으로 접속하는 화소전극(118)을 형성한다.As shown in FIG. 9G, after forming a third conductive film on the entire surface of the
도 10은 도 9a 내지 도 9g에 따라 제작된 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타내는 그래프로써, 드레인전압이 15V인 경우의 게이트전압에 따른 드레인전류를 나타내는 트랜스퍼 곡선(transfer curve)이다.FIG. 10 is a graph showing electrical characteristics of the thin film transistor fabricated according to FIGS. 9A to 9G, and illustrates a transfer curve representing a drain current according to a gate voltage when the drain voltage is 15V.
이때, 상기 도 10은 PH3 플라즈마 처리를 실시하지 않은 기본조건과 PH3 플라즈마 처리를 실시하여 제 1 액티브층과 제 2 액티브층 사이에 n-층이 위치하는 경우를 함께 나타내고 있다. 여기서, 600, 800, 1000, 1200 및 1400Å은 도 4를 참조하면, 상기 제 1 액티브층의 하부면으로부터 n-층이 위치하는 높이를 나타내는데, 즉 제 1 액티브층의 두께를 나타낸다.In this case, the Fig. 10 shows a case in which the n- layer located between the first active layer and the second active layer subjected to basic conditions, and PH 3 plasma treatment is not conducted with PH 3 plasma treatment. Here, referring to FIG. 4, 600, 800, 1000, 1200, and 1400 μs represent a height at which an n-layer is positioned from a lower surface of the first active layer, that is, a thickness of the first active layer.
또한, 도 11은 상기 제 1 액티브층의 두께에 따른 전하 이동도를 나타내는 그래프로써, A 부분은 상기 기본조건의 일반적인 박막 트랜지스터의 채널 내에서의 전하 이동도를 나타내며, B 부분은 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 내에서 n-층이 형성된 위치(600Å~1600Å)에 따른 전하 이동도를 각각 나타내고 있다.FIG. 11 is a graph showing charge mobility according to the thickness of the first active layer, in which part A represents charge mobility in a channel of a general thin film transistor having the basic conditions, and part B represents a semiconductor device according to the present invention. The charge mobility according to the position (600 kPa to 1600 kPa) where the n-layer is formed in the thin film transistor is shown, respectively.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막트랜지스터는 일반적인 박막트랜지스터의 전하 이동도(~0.42cm2/Vs) 보다 50~60% 정도의 전하 이동도(~0.68cm2/Vs)가 향상된 것을 알 수 있다. 특히, 상기 n-층이 1200Å~1600Å의 범위 내에 위치할 때, 박막 트랜지스터의 전하 이동도(~0.7cm2/Vs) 특성이 가장 우수함을 알 수 있다.10 and 11, the TFT according to aspects of the present invention is a charge transfer of 50 to 60% than that of a general charge transfer TFTs (~ 0.42cm 2 / Vs) even (~ 0.68cm 2 / Vs It can be seen that) is improved. In particular, when the n-layer is located in the range of 1200 Å to 1600 Å, it can be seen that the charge mobility (˜0.7 cm 2 / Vs) characteristics of the thin film transistor are the best.
이와 같이 본 발명에서는 제 1 액티브층과 제 2 액티브층 사이에 n-층을 개재함으로써, 전하 이동도의 향상에 따른 충전 시간(charging time)의 개선으로 고주파 구동을 구현할 수 있는 장점이 있다.As described above, in the present invention, the n-layer is interposed between the first active layer and the second active layer, and thus, the high frequency driving can be realized by improving the charging time according to the improvement of the charge mobility.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 백 채널 에치를 제 2 액티브층의 두께 일부까지 실시한 경우를 예를 들어 나타내고 있다.12A and 12B are cross-sectional views schematically illustrating structures of the thin film transistors according to the third and fourth exemplary embodiments of the present invention, for example, in which a back channel etch is performed to a part of the thickness of the second active layer. have.
먼저, 도 12a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트전극(321) 위에 게이트 절연막(315a)을 사이에 두고 제 1 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 1 액티브층(324a), n- 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 n-층(335), 제 2 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 2 액티브층(324b) 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 오믹-콘택층(325n)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 오믹-콘택층(325n) 위에는 상기 오믹-콘택층(325n)을 통해 상기 액티브층(324)과 오믹-콘택을 형성하는 소오스전극(322)과 드레인전극(323)이 형성되어 있다.First, as shown in FIG. 12A, the thin film transistor according to the third exemplary embodiment of the present invention includes a first active layer 324a formed of a first amorphous silicon thin film with a
이때, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 n-층(335)은 상기 제 1 액티브층(324a)과 제 2 액티브층(324b) 사이에 위치하며, 채널층을 형성하기 위한 백 채널 에치를 진행할 때 상기 제 2 액티브층(324b)의 두께 일부까지 에치되게 된다.In this case, the n-
그리고, 본 발명의 제 3 실시예의 경우에는 제 1 비정질 실리콘을 300Å~400Å정도 증착하여 상기 제 1 비정질 실리콘 박막을 형성한 후 PH3 플라즈마 처리를 실시하여 상기 제 1 비정질 실리콘 박막 표면에 P원자를 도핑하게 된다. 다음으로, 다시 제 2 비정질 실리콘과 n+ 비정질 실리콘을 증착하여 제 2 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막을 형성한다. 이후 공정은 전술한 바와 실질적으로 동일하며, 이와 같이 PH3 플라즈마 처리를 통해 상기 제 1 비정질 실리콘 박막 표면에 도핑된 P원자는 실리콘(Si)보다 전자가 하나 더 많은 5족 원소이기 때문에 이 잉여 전자들은 박막 트랜지스터가 동작할 때 영향을 미치게 된다. 즉, 기존구조대비 전자 캐리어(carrier)의 수가 증가하였기 때문에 문턱전압 Vth는 음의 값을 가지게 된다. 이때, 상기 PH3 플라즈마 처리의 시간을 조절하게 되면 상기 Vth 이동정도를 조절할 수 있으며, 이를 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes; OLED)의 구동 박막 트랜지스터와 하이 듀티비(high duty ratio)의 박막 트랜지스터에 적용할 경우 수명이 향상되는 효과를 기대할 수 있다.In the third embodiment of the present invention, the first amorphous silicon is deposited by about 300 kPa to 400 kPa to form the first amorphous silicon thin film, followed by PH 3 plasma treatment to form P atoms on the surface of the first amorphous silicon thin film. Doping. Next, the second amorphous silicon and the n + amorphous silicon are further deposited to form the second amorphous silicon thin film and the n + amorphous silicon thin film. Subsequently, the process is substantially the same as described above, and the P atoms doped onto the surface of the first amorphous silicon thin film by PH 3 plasma treatment are surplus electrons because they are a
상기 제 3 실시예와 같이 PH3 플라즈마 처리를 한번 실시할 경우 PH3 유량을 증가시키는 한편 플라즈마 처리시간을 늘려도 더 이상 Vth가 이동하지 않고 포화(saturation)되는 결과를 볼 수 있다. 이에 상기 제 3 실시예와는 달리 PH3 플라즈마 처리를 비정질 실리콘 박막의 증착 중간 중간에 여러 회 실시함으로써 Vth 이동 정도를 더 크게 할 수 있는데, 이를 도 12b의 제 4 실시예를 통해 나타내고 있다.When the PH 3 plasma treatment is performed once, as in the third embodiment, the result is that Vth does not move any longer but saturates even if the PH 3 flow rate is increased while the plasma treatment time is increased. Thus, unlike the third embodiment, the degree of Vth shift can be increased by performing the PH 3 plasma treatment several times in the middle of the deposition of the amorphous silicon thin film, which is illustrated through the fourth embodiment of FIG. 12B.
도 12b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트전극(421) 위에 게이트 절연막(415a)을 사이에 두고 제 1 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 1 액티브층(424a), 제 1 n- 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 1 n-층(435a), 제 2 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 2 액티브층(424b), 제 2 n- 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 2 n-층(435b), 제 3 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 제 3 액티브층(424c) 및 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 오믹-콘택층(425n)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 오믹-콘택층(425n) 위에는 상기 오믹-콘택층(425n)을 통해 상기 액티브층(424)과 오믹-콘택을 형성하는 소오스전극(422)과 드레인전극(423)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 12B, the thin film transistor according to the fourth embodiment of the present invention may include a first
이때, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 n-층은 상기 제 1 액티브층(424a)과 제 2 액티브층(424b) 사이에 위치하는 제 1 n-층(435a)과 상기 제 2 액티브층(424b)과 제 3 액티브층(424c) 사이에 위치하는 제 2 n-층(435b)으로 이루어지며, 채널층을 형성하기 위한 백 채널 에치를 진행할 때 상기 제 3 액티브층(324c)의 두께 일부까 지 에치되게 된다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 PH3 플라즈마 처리를 비정질 실리콘 박막의 증착 중간 중간에 3회 이상 진행하는 경우에도 적용된다. In this case, the n-layer according to the fourth embodiment of the present invention may include a first n-
그리고, 본 발명의 제 4 실시예의 경우에는 기존구조와 상기 제 3 실시예의 경우에 비해 전자 캐리어의 수가 증가하였기 때문에 Vth의 이동 정도를 더 크게 할 수 있다.In the case of the fourth embodiment of the present invention, the number of electron carriers is increased compared to the existing structure and the third embodiment, and thus the degree of movement of Vth can be increased.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타내는 그래프로써, 플라즈마 상태의 PH3 가스 처리시간을 0에서 30초까지 변화시켰을 경우의 전류 및 Vth의 변화를 나타내는 그래프이다.13A and 13B are graphs showing electrical characteristics of a thin film transistor according to a third exemplary embodiment of the present invention, and show changes in current and Vth when the PH 3 gas treatment time in a plasma state is changed from 0 to 30 seconds. It is a graph.
도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, Vth의 크기는 플라즈마 처리시간과 횟수에 비례하여 감소하게 되는 것을 알 수 있다.As shown in FIGS. 13A and 13B, it can be seen that the size of Vth decreases in proportion to the plasma processing time and the number of times.
이때, 상기 Vth의 크기가 1V∼2V 범위 내로 일정하게 유지되도록 하기 위해서는 상기 플라즈마 상태의 PH3 가스의 처리시간을 20초 이내로 유지하여야 한다.At this time, in order to maintain the size of the Vth constant within the range of 1V to 2V, the treatment time of the PH 3 gas in the plasma state should be maintained within 20 seconds.
본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.The present invention can be used not only in liquid crystal display devices, but also in other display devices fabricated using thin film transistors, for example, organic light emitting display devices in which organic light emitting elements are connected to driving transistors.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.Many details are set forth in the foregoing description but should be construed as illustrative of preferred embodiments rather than to limit the scope of the invention. Therefore, the invention should not be defined by the described embodiments, but should be defined by the claims and their equivalents.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 액정표시장치에 있어서, 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.2A to 2E are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of an array substrate in the liquid crystal display shown in FIG.
도 3은 일반적인 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general thin film transistor.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.4 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5d는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.5A through 5D are cross-sectional views sequentially illustrating a manufacturing process of an array substrate for a liquid crystal display device.
도 6a 내지 도 6h는 도 5b에 도시된 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도.6A to 6H are cross-sectional views illustrating the second mask process shown in FIG. 5B in detail.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.7 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따라 제작된 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타내는 그래프.8 is a graph showing electrical characteristics of thin film transistors manufactured according to the first and second embodiments of the present invention.
도 9a 내지 도 9g는 액정표시장치용 어레이 기판의 다른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.9A to 9G are cross-sectional views sequentially showing another manufacturing process of an array substrate for a liquid crystal display device.
도 10은 도 9a 내지 도 9g에 따라 제작된 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타내는 그래프.10 is a graph illustrating electrical characteristics of a thin film transistor manufactured according to FIGS. 9A to 9G.
도 11은 제 1 액티브층의 두께에 따른 전하 이동도를 나타내는 그래프.11 is a graph showing the charge mobility according to the thickness of the first active layer.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 3 실시예 및 제 4 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.12A and 12B are cross-sectional views schematically showing the structure of a thin film transistor according to a third embodiment and a fourth embodiment of the present invention.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 나타내는 그래프.13A and 13B are graphs showing electrical characteristics of a thin film transistor according to a third embodiment of the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
121~421 : 게이트전극 122~422 : 소오스전극121 to 421:
123~423 : 드레인전극 124a,324a,424a : 제 1 액티브층123 to 423:
124b,324b,424b : 제 2 액티브층 125n~425n : 오믹-콘택층124b, 324b, 424b: second
135~335,435a,435b : n-층 224 : 액티브층135-335,435a, 435b: n-layer 224: active layer
424c : 제 3 액티브층424c: third active layer
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