KR101172046B1 - Thin film transistor, method for manufacturing the same and array substrate for liquid crystal display using it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정 표시 장치에서 피드 쓰로우 전압(△Vp)을 줄이고, 플리커나 잔상 등을 완화하여 화질을 개선하기 위한 것으로, 투명 절연 기판 상에 형성된 게이트 전극과 이를 덮는 게이트 절연막, 게이트 절연막 상에 형성된 반도체층, 반도체층 상에 게이트 전극과 겹치도록 형성된 소스 전극, 반도체층 상에 위치하여 소스 전극과 마주보며, 게이트 전극과 겹치지 않도록 형성된 드레인 전극, 소스 전극 및 드레인 전극과 반도체층 간의 계면에 형성된 저항성 접촉층을 포함하는 박막 트랜지스터, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 액정 표시 장치용 어레이 기판을 제공한다.The present invention is to reduce the feed-through voltage (ΔVp) in the liquid crystal display device, and to improve the image quality by reducing the flicker or afterimage, the gate electrode formed on the transparent insulating substrate, the gate insulating film covering the gate insulating film, the gate insulating film A formed semiconductor layer, a source electrode formed to overlap the gate electrode on the semiconductor layer, a drain electrode formed on the semiconductor layer to face the source electrode and not overlapping the gate electrode, and formed at an interface between the drain electrode and the semiconductor layer. A thin film transistor including an ohmic contact layer, a method of manufacturing the same, and an array substrate for a liquid crystal display device using the same are provided.
액정 표시 장치, 박막 트랜지스터, 게이트 전극, 기생 커패시턴스 Liquid Crystal Display, Thin Film Transistor, Gate Electrode, Parasitic Capacitance
Description
도 1은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일부 픽셀을 도식화한 평면도이다.1 is a plan view schematically illustrating some pixels of a conventional array substrate for a liquid crystal display device.
도 2는 도 1의 박막 트랜지스터를 나타낸 평면도이다.FIG. 2 is a plan view illustrating the thin film transistor of FIG. 1.
도 3은 도 2의 Ι-Ι'면을 나타낸 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a surface of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부 픽셀을 나타낸 평면도이다.4 is a plan view illustrating some pixels of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 도 4의 박막 트랜지스터를 나타낸 평면도이다.5 is a plan view illustrating the thin film transistor of FIG. 4.
도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'면을 나타낸 단면도이다.FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the II-II 'surface of FIG. 5.
도 7은 도 5의 Ⅲ-Ⅲ'면을 나타낸 단면도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the III-III ′ surface of FIG. 5.
도 8은 도 7에서 반도체층의 채널부를 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a channel portion of a semiconductor layer in FIG. 7.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부 픽셀을 나타낸 평면도이다.10 is a plan view illustrating some pixels of a liquid crystal display according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부 픽셀을 나타낸 평면도이다.11 is a plan view illustrating some pixels of a liquid crystal display according to yet another exemplary embodiment of the present invention.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS (S)
100: 투명 절연 기판 110: 게이트 절연막100: transparent insulating substrate 110: gate insulating film
120, 121, 122: 게이트 라인 130, 131, 132: 데이터 라인120, 121, 122:
140: 박막 트랜지스터 141: 게이트 전극140: thin film transistor 141: gate electrode
142: 소스 전극 143: 드레인 전극142: source electrode 143: drain electrode
144: 반도체층 145, 146: 저항성 접촉층144:
150, 152, 154: 화소 전극 151, 153: 화소 라인150, 152, and 154:
160, 162: 공통 라인 161, 163: 공통 전극160, 162:
CH: 콘택홀CH: contact hole
본 발명은 박막 트랜지스터, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 액정 표시 장치용 어레이 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기생 커패시턴스(Cgd)를 줄여 화질을 개선할 수 있는 박막 트랜지스터, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 액정 표시 장치용 어레이 기판에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
액정 표시 장치는 상하부의 투명 절연 기판인 컬러 필터 기판과 어레이 기판 사이에 이방성 유전율을 갖는 액정 물질을 주입해 놓고, 액정 물질에 형성되는 전 계의 세기를 조정하여 액정 물질의 분자 배열을 변경시키고, 이를 통하여 투명 절연 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상을 표현하는 표시 장치이다. 액정 표시 장치로는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 스위칭 소자로 이용하는 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)가 주로 사용된다.The liquid crystal display device injects a liquid crystal material having anisotropic dielectric constant between a color filter substrate, which is a transparent insulating substrate, and an array substrate, and adjusts the intensity of an electric field formed in the liquid crystal material to change the molecular arrangement of the liquid crystal material. Through this, the display device expresses a desired image by controlling the amount of light transmitted through the transparent insulating substrate. As the liquid crystal display, a thin film transistor liquid crystal display (TFT LCD) using a thin film transistor (TFT) as a switching element is mainly used.
도 1은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일부 픽셀을 도식화한 평면도이다.1 is a plan view schematically illustrating some pixels of a conventional array substrate for a liquid crystal display device.
액정 표시 장치용 어레이 기판에는 도 1에 도시된 것처럼, 행(row)을 이루는 게이트 라인(20)들과, 열(column)을 이루며 게이트 라인(20)들과 교차되는 데이터 라인(30)들이 매트릭스 타입으로 배열되며, 서로 교차되는 게이트 라인(20)들과 데이터 라인(30)들에 의해 구분되는 화소 영역(P)들이 모여 하나의 프레임(화면)을 이루게 된다. 게이트 라인(20)들에 순차적으로 스캔 펄스가 인가되면, 스캔 펄스에 응답하여 데이터 라인(30)들에 데이터 전압이 인가되면서, 액정 표시 장치 상에 하나의 프레임이 디스플레이 된다.As shown in FIG. 1, an array substrate for a liquid crystal display device includes a matrix of
각 화소 영역(P)에는 게이트 전극(41), 소스 전극(42) 및 드레인 전극(43)을 구비하면서 게이트 라인(20)과 데이터 라인(30)의 교차 부위에 위치하여 스위칭 소자로 동작하는 박막 트랜지스터(40)와, 박막 트랜지스터(40)의 드레인 전극(43)에 연결되는 화소 전극(50) 등이 구성된다.A thin film having a
박막 트랜지스터(40)는 게이트 라인(20)으로부터 공급되는 스캔 펄스에 응답하여 데이터 라인(30)에서 공급되는 데이터 전압을 화소 전극(50)으로 인가한다.The
게이트 라인(20)에 공급되는 스캔 펄스의 게이트 하이 전압(VGH)에 의해 박 막 트랜지스터(40)가 턴-온 되는 기간 동안 데이터 라인(30)으로부터 공급되는 데이터 전압과 공통 전압의 차전압에 해당하는 전압이 화소 전극(50)에 충전되고, 스캔 펄스의 게이트 로우 전압(VGL)에 의해 박막 트랜지스터(40)가 턴-오프되는 기간 동안 화소 전극(50)에 충전된 전압이 유지된다.It corresponds to the difference voltage between the data voltage supplied from the
이러한 경우, 게이트 하이 전압(VGH)이 게이트 로우 전압(VGL)으로 하강하는 스캔 펄스의 폴링 에지(falling edge)에서 박막 트랜지스터(40)의 게이트 전극(41)과 드레인 전극(43) 사이에 발생하는 기생 커패시터(Cgd) 등에 의해 화소 전극(50)에 충전된 전압이 피드 쓰로우(feed through) 전압 또는 킥백(kick back) 전압으로 불리는 ΔVp 만큼 감소하게 된다.In this case, the gate high voltage VGH is generated between the
피드 쓰로우 전압(ΔVp)은 액정 표시 장치로 인가되는 데이터 전압에 따라 그 크기가 변동되면서 플리커(fliker, 깜박임)나 잔상 등을 유발하여 화질을 저하시키며, 근사적으로 수학식 1과 같은 커패시턴스들의 함수로 정의된다.The feed-throw voltage ΔVp is changed in accordance with the data voltage applied to the liquid crystal display, causing flicker or afterimage, thereby degrading the image quality. It is defined as a function.
여기서, Cgd는 박막 트랜지스터(40)의 게이트 전극(41)과 드레인 전극(43) 사이에 형성되는 기생 커패시턴스이고, Clc는 액정 커패시턴스이며, Cst는 스토리지 커패시턴스이다. △Vg는 스캔 펄스를 이루는 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL)의 차전압이다.Here, Cgd is a parasitic capacitance formed between the
도 2는 도 1의 박막 트랜지스터를 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ι-Ι'면을 나타낸 단면도이다.FIG. 2 is a plan view illustrating the thin film transistor of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a plane of FIG. 2.
도 2 및 도 3을 참조하면, 투명 절연 기판(10) 상의 박막 트랜지스터(40)는 게이트 전극(41), 게이트 절연막(11), 반도체층(44), 저항성 접촉층(45, 46), 소스 전극(42) 및 드레인 전극(43) 등으로 구성된다.2 and 3, the
드레인 전극(43)은 I자 모양으로 형성되어 화소 전극(50)에 연결되어 있고, 소스 전극(42)은 드레인 전극(43)을 둘러싸는 U자 모양으로 형성되어 데이터 라인(30)과 연결되어 있다. 즉, 오목 형상의 홈을 가진 U자 모양의 소스 전극(42)이 형성되고, 드레인 전극(43)이 소스 전극(42)의 홈 내부에서 소스 전극(42)과 일정한 간격을 두고 위치하도록 형성된 비대칭 구조를 갖는 것이다.The
드레인 전극(43) 및 소스 전극(42)은 게이트 전극(41)과 일정한 면적(R1, R2)만큼 오버랩 된다.The
이러한 구성을 갖는 U자형의 박막 트랜지스터(40)는 오버레이 마진(overlay margin)을 좋게 하기 위해서, 또는 소스 및 드레인 전극(42, 43)이 차지하는 영역을 줄여 개구율을 개선하는 등의 목적으로 사용되고 있다.The U-shaped
그런데, 이와 같은 박막 트랜지스터(40)에서는 드레인 전극(43)과 게이트 전극(41) 간의 겹침 면적(R1)에 비례하여 기생 커패시턴스(Cgd)가 존재하며, 기생 커패시턴스(Cgd)로 인해 발생하는 피드 쓰로우 전압(△Vp)은 플리커, 잔상 등의 문제점을 일으키게 된다. 또한, 피드 쓰로우 전압(△Vp)으로 인한 영향을 줄이기 위하여 스토리지 커패시턴스를 키우면, 결과적으로 개구율이 감소하게 된다.However, in the
한편, IPS(In-Plane Switching) 구조를 갖는 액정 표시 장치의 경우에는 TN(Twisted Nematic) 구조에 비해 높은 구동 전압을 필요로 하므로, 피드 쓰로우 전압(△Vp) 역시 높아지게 되어 플리커나 잔상 등이 더 많이 유발되고, 그에 따라 화상 품질이 더욱 저하되는 문제점이 있었다.On the other hand, a liquid crystal display having an in-plane switching (IPS) structure requires a higher driving voltage than a twisted nematic (TN) structure, so that the feed through voltage (ΔVp) is also increased, resulting in flicker or afterimage. There is a problem that more is induced, and thus the image quality is further reduced.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 게이트 전극과 드레인 전극 간의 겹침 면적을 없애 기생 커패시턴스(Cgd)를 최소화하는 박막 트랜지스터를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin film transistor which minimizes parasitic capacitance Cgd by eliminating an overlap area between a gate electrode and a drain electrode.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이와 같은 박막 트랜지스터를 효율적으로 제조할 수 있는 박막 트랜지스터의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor which can efficiently manufacture such a thin film transistor.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 이와 같은 박막 트랜지스터를 이용하여 피드 쓰로우 전압(△Vp)을 줄이고, 플리커나 잔상 등을 완화하여 화질을 개선할 수 있는 액정 표시 장치용 어레이 기판을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an array substrate for a liquid crystal display device which can improve image quality by reducing a feed through voltage ΔVp and reducing flicker or afterimage by using such a thin film transistor. will be.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical problems not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. Could be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 투명 절연 기판 상에 형성된 게이트 전극과, 상기 게이트 전극을 덮는 상기 투명 절연 기판의 전면에 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 절연막 상에 형성되고, 도핑되지 않은 비정질 실리콘 물질로 이루어지며, 상기 게이트 전극과 대응되는 영역이 채널부를 이루는 반도체층과, 상기 반도체층 상에 상기 게이트 전극과 겹치도록 형성된 소스 전극과, 상기 반도체층 상에 위치하여 일정한 간격을 두고 상기 소스 전극과 마주보며, 상기 게이트 전극과 겹치지 않도록 형성된 드레인 전극과, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극과 상기 반도체층 간의 계면에 형성되며, n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘 물질로 이루어진 저항성 접촉층을 포함하는 것을 특징으로 한다.A thin film transistor according to an embodiment of the present invention for achieving the technical problem is a gate electrode formed on a transparent insulating substrate, a gate insulating film formed on the front surface of the transparent insulating substrate covering the gate electrode, and on the gate insulating film A semiconductor layer formed of an undoped amorphous silicon material and having a region corresponding to the gate electrode forming a channel portion, a source electrode formed to overlap the gate electrode on the semiconductor layer, and positioned on the semiconductor layer N +, which is formed at an interface between the source electrode and the source electrode and the source electrode, the drain electrode and the semiconductor layer, which are formed to face the source electrode at regular intervals and do not overlap the gate electrode. A resistive contact layer made of hydrogenated amorphous silicon material is included And it characterized in that.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터에 있어, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극은 서로 마주보는 대칭 형상인 것이 바람직하며, 중심부가 꺾인 막대 형상인 것이 더욱 바람직하다.In the thin film transistor according to the exemplary embodiment of the present invention, the source electrode and the drain electrode are preferably symmetrical to face each other, and more preferably a bar-shaped center portion.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법은 투명 절연 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 덮는 상기 투명 절연 기판의 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 절연막의 상부에 도핑되지 않은 비정질 실리콘층과, n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘층을 차례대로 증착한 후, 상기 게이트 전극과 대응되는 영역을 남겨두고 식각하여 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층 상에 금속층을 증착한 후, 상기 금속층을 식각하여 상기 게이트 전극과 겹치는 소스 전극 및 상기 게이트 전극과 겹치지 않는 드레인 전극이 서로 마주보도록 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극과 대응되는 일부 영역의 반도체층이 노출되도록 상기 n+ 수소화 비정질 실리 콘층을 식각하여 채널부를 정의하고, 저항성 접촉층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention includes forming a gate electrode on a transparent insulating substrate, forming a gate insulating film on an entire surface of the transparent insulating substrate covering the gate electrode, and forming the gate insulating film. Depositing an undoped amorphous silicon layer and an n + hydrogenated amorphous silicon layer heavily doped with n-type impurities, followed by etching leaving a region corresponding to the gate electrode to form a semiconductor layer And depositing a metal layer on the semiconductor layer, and etching the metal layer to form a source electrode overlapping the gate electrode and a drain electrode not overlapping the gate electrode to face each other, and a part corresponding to the gate electrode. The n + hydrogenated amorphous silicon layer is etched to expose the semiconductor layer of the region. Defined channel portion, it characterized in that it comprises the step of forming the ohmic contact layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극은 서로 마주보는 대칭 형상인 것이 바람직하며, 중심부가 꺾인 막대 형상인 것이 더욱 바람직하다.In the method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention, the source electrode and the drain electrode are preferably in a symmetrical shape facing each other, and more preferably in the shape of a bar with a central portion bent.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판은 투명 절연 기판과, 상기 투명 절연 기판 상에 배열된 게이트 라인과, 상기 게이트 라인과 직교하여 화소 영역을 정의하는 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 연결된 게이트 전극, 상기 게이트 전극 상에 형성된 반도체층, 상기 데이터 라인으로부터 분기되고, 상기 반도체층 상에 상기 게이트 전극과 겹치도록 형성된 소스 전극, 상기 반도체층 상에 위치하여 일정한 간격을 두고 상기 소스 전극과 마주보며, 상기 게이트 전극과 겹치지 않도록 형성된 드레인 전극을 구비하며, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 부위에 위치하는 박막 트랜지스터와, 상기 화소 영역에 형성되며, 상기 드레인 전극과 접촉되는 화소 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.An array substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention includes a transparent insulating substrate, a gate line arranged on the transparent insulating substrate, a data line defining a pixel region orthogonal to the gate line, and the gate line. A gate electrode connected to the gate electrode, a semiconductor layer formed on the gate electrode, a source electrode branched from the data line, and overlapping the gate electrode on the semiconductor layer, and positioned on the semiconductor layer at regular intervals. A thin film transistor facing the gate electrode, the drain electrode formed to not overlap the gate electrode, the thin film transistor positioned at an intersection of the gate line and the data line, and a pixel electrode formed in the pixel area and in contact with the drain electrode. It is characterized by including.
본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판은 투명 절연 기판과, 상기 투명 절연 기판 상에 배열된 게이트 라인과, 상기 게이트 라인과 직교하여 화소 영역을 정의하는 데이터 라인과, 상기 게이트 라인과 평행하도록 형성되며, 상기 화소 영역을 사이에 두고 상기 게이트 라인과 마주보는 공통 라인과, 상기 게이트 라인과 연결된 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 상부에 형성된 반도체층, 상기 데이터 라인으로부터 분기되고, 상기 반도체층 상에 상기 게이트 전극 과 겹치도록 형성된 소스 전극, 상기 반도체층 상에 위치하여 일정한 간격을 두고 상기 소스 전극과 마주보며, 상기 게이트 전극과 겹치지 않도록 형성된 드레인 전극을 구비하며, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 부위에 위치하는 박막 트랜지스터와, 상기 게이트 라인과 평행하게 배열되면서 상기 드레인 전극에 접촉하도록 형성된 화소 라인과, 상기 화소 라인으로부터 분기되며, 상기 화소 영역 상에 상기 데이터 라인과 평행하도록 형성된 화소 전극과, 상기 공통 라인에서 분기되며, 상기 화소 영역 상에 상기 화소 전극과 서로 엇갈리도록 형성된 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.An array substrate for a liquid crystal display device according to another embodiment of the present invention includes a transparent insulating substrate, a gate line arranged on the transparent insulating substrate, a data line defining a pixel region orthogonal to the gate line, and the gate line. And a common line facing the gate line with the pixel region interposed therebetween, a gate electrode connected to the gate line, a semiconductor layer formed on the gate electrode, and branched from the data line. A source electrode formed on the layer to overlap the gate electrode, a source electrode disposed on the semiconductor layer to face the source electrode at regular intervals and not to overlap the gate electrode, wherein the gate line and the data A thin film transistor positioned at an intersection of the lines and the crab A pixel line arranged to be in contact with the drain electrode while being arranged in parallel with a line, a pixel electrode which is branched from the pixel line, and which is formed to be parallel to the data line on the pixel area, and is branched from the common line, And a common electrode formed on the region to cross the pixel electrode.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판은 투명 절연 기판과, 상기 투명 절연 기판 상에 행을 이루며 배열된 게이트 라인과, 중심부가 꺾인 형상을 가지며, 상기 게이트 라인과 열을 이루며 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 라인과, 상기 화소 영역을 둘러싸도록 형성된 공통 라인과, 상기 게이트 라인과 연결된 게이트 전극, 상기 게이트 전극의 상부에 형성된 반도체층, 상기 데이터 라인으로부터 분기되고, 상기 반도체층 상에 상기 게이트 전극과 겹치도록 형성된 소스 전극, 상기 반도체층 상에 위치하여 일정한 간격을 두고 상기 소스 전극과 마주보며, 상기 게이트 전극과 겹치지 않도록 형성된 드레인 전극을 구비하며, 상기 게이트 라인과 상기 데이터 라인의 교차 부위에 위치하는 박막 트랜지스터와, 상기 게이트 라인과 평행하도록 배열되며, 상기 드레인 전극에 접촉하도록 형성된 화소 라인과, 상기 화소 라인으로부터 분기되며, 상기 화소 영역 상에 상기 데이터 라인과 평행하도록 형성된 화소 전극과, 상기 공통 라인에서 분기되며, 상 기 화소 영역 상에 상기 화소 전극과 서로 엇갈리도록 형성된 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.An array substrate for a liquid crystal display device according to another exemplary embodiment of the present invention has a transparent insulating substrate, a gate line arranged in rows on the transparent insulating substrate, and a central portion thereof bent, and form a column with the gate line. A data line crossing and defining a pixel region, a common line formed to surround the pixel region, a gate electrode connected to the gate line, a semiconductor layer formed on the gate electrode, and branched from the data line, A source electrode formed on the semiconductor layer to overlap the gate electrode, a drain electrode disposed on the semiconductor layer to face the source electrode at regular intervals, and not to overlap the gate electrode, wherein the gate line and the data line are provided. A thin film transistor positioned at an intersection of the gate and the gate la A pixel line arranged to be in contact with the drain electrode, the pixel line formed to contact the drain electrode; And a common electrode formed on the region to cross the pixel electrode.
본 발명의 일 실시예, 다른 실시예, 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판에 있어, 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극은 서로 마주보는 대칭 형상인 것이 바람직하며, 중심부가 꺾인 막대 형상인 것이 더욱 바람직하다.In an array substrate for a liquid crystal display device according to an embodiment, another embodiment, or another embodiment of the present invention, the source electrode and the drain electrode preferably have a symmetrical shape facing each other, and the center of the liquid crystal display device may have a bar shape having a centered shape. More preferred.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 트랜지스터, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 액정 표시 장치용 어레이 기판에 대하여 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a thin film transistor, a manufacturing method thereof, and an array substrate for a liquid crystal display device using the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부 픽셀을 나타낸 평면도로서, TN 구조에 적용되는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 화소 영역(P)을 도시하고 있다.FIG. 4 is a plan view illustrating some pixels of the liquid crystal display according to the exemplary embodiment, and illustrates the pixel region P of the array substrate for the liquid crystal display device applied to the TN structure.
도 4를 참조하면, 화소 영역(P)은 게이트 라인(120)과 데이터 라인(130)이 교차하여 정의되는 영역이 되며, 게이트 라인(120) 및 데이터 라인(130)의 교차 지점에는 박막 트랜지스터(140)가 구성된다.Referring to FIG. 4, the pixel region P is a region where the
화소 영역(P)에는 인듐-틴-옥사이드(ITO; indium-tin-oxide) 등 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성 금속으로 이루어져 콘택홀(CH)을 통해 박막 트랜지 스터(140)와 접촉하는 화소 전극(150)이 구성된다.The pixel area P is made of a transparent conductive metal having a relatively high transmittance of light such as indium-tin-oxide (ITO) to contact the
박막 트랜지스터(140)의 세부적인 구성은 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명한다.The detailed configuration of the
도 5는 도 4의 박막 트랜지스터를 나타낸 평면도이고, 도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ'면을 나타낸 단면도이며, 도 7은 도 5의 Ⅲ-Ⅲ'면을 나타낸 단면도이다.FIG. 5 is a plan view illustrating the thin film transistor of FIG. 4, FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the II-II 'surface of FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing the III-III' surface of FIG. 5.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 박막 트랜지스터(140)는 투명 절연 기판(100) 상에 형성된 게이트 전극(141)과, 게이트 전극(141)의 상부에 형성된 게이트 절연막(110), 반도체층(144), 저항성 접촉층(145, 146), 소스 전극(142) 및 드레인 전극(143) 등으로 구성된다.5 to 7, the
반도체층(144)은 게이트 절연막(110) 상에 형성되고, 도핑되지 않은 비정질 실리콘 물질로 이루어진다.The
소스 전극(142)은 반도체층(144) 상에 게이트 전극(141)의 일부 영역(R3, R5)과 겹치도록 형성되고, 드레인 전극(143)은 반도체층(144)의 채널부(144_1)를 사이에 두고 일정한 간격으로 소스 전극(142)과 마주보면서 게이트 전극(141)과 겹치지 않도록 형성된다(R4, R6 참조).The
여기서, 게이트 전극(141)은 도 5에 나타나 있는 게이트 라인(120)의 일부로서 형성되고, 게이트 전극(141) 부근의 데이터 라인(130)에서 분기되는 소스 전극(142)이 게이트 전극(141)과 일정 면적(R3, R5)만큼 오버랩 되도록 형성되며, 소스 전극(141)과 마주보는 위치에 드레인 전극(143)이 형성된다. Here, the
게이트 전극(141) 상에서 드레인 전극(143)과 겹쳐지게 되는 부분은 식각하 여 제거함으로써 게이트 전극(141)이 소스 전극(142)과는 일정 면적(R3, R5)만큼 오버랩 되면서 드레인 전극(143)과는 오버랩되지 않도록 한다(R4, R6 참조).The portion overlapping with the
이와 같은 구조를 통하여, 게이트 전극(141)과 드레인 전극(143) 간의 기생 커패시턴스(Cgd)를 최소화하여 피드 쓰로우 전압(△Vp)을 낮출 수 있다.Through this structure, the parasitic capacitance Cgd between the
즉, 화소 전극(150)에 연결되는 드레인 전극(143)의 하단에는 도 6 및 도 7에 도시된 것처럼, 게이트 전극(141)이 존재하지 않으므로, 게이트 절연막(110)을 사이에 둔 게이트 전극(141) 및 드레인 전극(143)으로 형성되는 기생 커패시턴스(Cgd)가 생성되지 않게 된다.That is, since the
기생 커패시턴스(Cgd)의 값이 0이면, 수학식 1에 따라 피드 쓰로우 전압(△Vp)의 값이 결과적으로 0이 되므로, 액정 표시 장치 내에 잔류하는 직류 전압이 적어지게 되어 잔상을 개선할 수 있다.When the value of the parasitic capacitance Cgd is 0, the value of the feed through voltage DELTA Vp becomes 0 as a result of
이와 같이, 드레인 전극(143)과 게이트 전극(141)의 겹침 면적을 없애 겹침 면적에서 발생하는 기생 커패시턴스(Cgd)가 0의 값을 갖도록 유도하고, 기생 커패시턴스(Cgd)에 의한 ΔVp를 줄여 선명한 화질을 구현하는 것이다.In this way, the overlap area between the
저항성 접촉층(ohmic contact layer)(145, 146)은 소스 전극(142) 및 드레인 전극(143)과 반도체층(144) 간의 계면에 형성되며, n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘 물질로 이루어진다.Ohmic contact layers 145 and 146 are formed at the interface between the
도시되지는 않았지만, 박막 트랜지스터(140)의 상부에는 실리콘 질화막(SiNx) 등의 무기 절연 물질이나 유기 절연 물질로 이루어진 보호막이 형성되고, 드레인 전극(143)을 노출시키는 콘택홀(CH)이 이러한 보호막 상에 형성되어 화소 전극(150)이 콘택홀(CH)을 통해 드레인 전극(143)에 접촉할 수 있도록 구성되어 있다.Although not shown, a protective film made of an inorganic insulating material or an organic insulating material such as silicon nitride film (SiNx) is formed on the
여기에서, 소스 전극(142)과 드레인 전극(143)은 도 5에서와 같이 서로 마주보는 대칭 형상으로 구성함으로써, 두 전극(142, 143)이 차지하는 면적을 줄일 수 있도록 최적화하는 것이 바람직하며, 중심부가 꺾인 막대 형상으로 구성하는 것이 더욱 바람직하다.Here, the
보다 구체적으로, 소스 전극(142)과 드레인 전극(143)은 데이터 라인(130)과 화소 전극(150)에 각각 연결되는 부분을 제외한 마주보는 부분이 서로 대칭적인 형상을 갖도록 구성한다. 드레인 전극(143)은 게이트 라인(120) 측으로 형성되는 부분은 꺾여진 막대 형상으로 형성하고, 화소 전극(150) 측으로 형성되는 부분은 보다 넓은 면적을 갖도록 확장하여 콘택홀(CH)을 형성하기 위한 범위를 확보할 수 있도록 한다.More specifically, the
이와 같은 대칭 구조는 소스 전극(142) 및 드레인 전극(143)의 대칭 형상을 통하여 데이터 라인(130)에서 화소 전극(150) 쪽으로 캐리어(Carrier)가 전달될 때와 화소 전극(150)에서 데이터 라인(130) 쪽으로 캐리어가 전달될 때, 채널부(144_1)를 이루게 되는 전극 간 거리나 전극 폭에 있어서 기하학적으로 동일한 조건이 되도록 한다.Such a symmetrical structure is obtained when a carrier is transferred from the
전극 간 거리를 줄이고 전극 폭을 확장함으로써, 반도체층(144) 상에서 채널부(144_1)의 길이를 짧게 하고, 채널부(144_1)의 폭을 크게 하면 화상 품질에 중요한 영향을 미치는 박막 트랜지스터(140)의 동작이 개선되므로, 소스 전극(142) 및 드레인 전극(143)의 형상을 대칭 구조로 변형하여 길이가 짧고 너비가 큰 채널부(144_1)를 구성하면 박막 트랜지스터의 동작을 개선할 수 있다.By reducing the distance between the electrodes and extending the width of the electrodes, shortening the length of the channel portion 144_1 on the
한편, 전압이 인가되었을 때 흐르는 전류는 전극 폭 대 전극 간 거리에 비례하기 때문에, 전극 폭을 일정한 정도로 유지하여 소스 전극(142)으로부터 드레인 전극(143)으로 흐르는 전류를 일정량 이상 확보할 수 있도록 한다.On the other hand, since the current flowing when the voltage is applied is proportional to the electrode width to the distance between the electrodes, the electrode width is maintained to a certain degree to ensure a certain amount or more of the current flowing from the
도 8은 도 7에서 반도체층의 채널부를 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a channel portion of a semiconductor layer in FIG. 7.
도 8을 참조하면, 반도체층(144)은 게이트 전극(141)에 인가되는 전압에 의하여 형성되는 1차 채널 영역(144_2)과, 하부에 설치되는 백라이트 유닛(BL)으로부터 나오는 빛에 의해 캐리어가 생성되는 2차 채널 영역(144_3)으로 구분될 수 있다.Referring to FIG. 8, the
2차 채널 영역(144_3)은 게이트 전극(141)과 오버랩 되지 않는 부분으로, 드레인 전극(143)의 하단에 게이트 전극(141)이 없어서 종래보다 반도체층(144)의 1차 채널 영역(144_2)이 드레인 전극(143)의 하부까지 크게 열리지 않아도, 하단의 백라이트 유닛(BL)으로 인하여 형성되는 2차 채널 영역(144_3)에 위치하는 실리콘 내의 캐리어가 그것을 보상해 준다.The secondary channel region 144_3 is a portion which does not overlap with the
종래에는 백라이트 유닛으로 인하여 발생하는 광 누설 전류 때문에 박막 트랜지스터의 정확한 스위칭 제어가 어려웠으나, 본 발명에서는, 게이트 전극(141)과 드레인 전극(143) 간의 겹침 면적을 없애고, 그에 따라 감소되는 전류를 광 누설 전류로 대체함으로써, 종래 광 누설 전류로 인한 오동작을 최소화할 수 있다.Conventionally, accurate switching control of the thin film transistor has been difficult due to the light leakage current generated by the backlight unit. However, in the present invention, the overlap area between the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.9 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
우선, S100 단계에서, 투명 절연 기판(100) 상에 게이트 전극층을 증착한 후, 제 1 마스크를 이용하는 사진 공정과 에칭 공정으로 증착된 게이트 전극층을 패터닝함으로써 게이트 전극(141)을 형성한다.First, in step S100, after the gate electrode layer is deposited on the transparent insulating
다음으로, S110 단계에서, 게이트 전극(141)을 포함한 투명 절연 기판(100)의 전면에 게이트 절연막(110)을 형성한다.Next, in step S110, the
다음으로, S120 단계에서, 게이트 절연막(110)의 상부에 도핑되지 않은 비정질 실리콘 물질의 반도체층(144)과 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 실리콘 물질의 저항성 접촉층(145, 146)을 증착하고, 제 2 마스크를 이용하여 게이트 전극(141)에 대응되는 영역과 소스 및 드레인 전극(142, 143)이 형성될 영역을 제외하고, 반도체층(144)과 저항성 접촉층(145, 146)을 식각하여 패터닝한다.Next, in step S120, the
다음으로, S130 단계에서, 금속층을 증착한 후, 제 3 마스크를 이용해 증착된 금속층을 식각하여 일부 영역이 게이트 전극(141)과 오버랩 되는 소스 전극(142)과, 게이트 전극(141)에 겹치지 않는 드레인 전극(143)이 서로 마주보도록 형성한다. Next, in step S130, after depositing the metal layer, a portion of the region overlaps with the
다음으로, S140 단계에서, 이러한 소스 및 드레인 전극(142, 143)을 마스크로 해서 게이트 전극(141)과 대응되는 영역의 저항성 접촉층(145, 146)을 백 채널 에칭(BCE; Back Channel Etching) 공정으로 제거하여 반도체층(144)의 일부를 노출시킴으로써 반도체층(144)의 채널부(144_1)를 정의하고, 저항성 접촉층(145, 146) 을 완성한다.Next, in step S140, back channel etching (BCE) is performed on the
이후, 절연 물질을 도포하여 보호막을 형성하고, 제 4 마스크를 이용하여 보호막에 드레인 전극(143)을 노출시키는 콘택홀(CH)을 형성한다. 그리고, 투명 도전층을 증착하고, 제 5 마스크를 이용하여 콘택홀(CH)을 통해서 드레인 전극(143)에 연결되는 화소 전극(150)을 형성한다.Thereafter, an insulating material is coated to form a protective film, and a contact hole CH exposing the
도 5 내지 도 9를 통해 설명된 박막 트랜지스터(140)는 도 4와 같은 TN 구조뿐만 아니라, IPS(In-Plane Switching)나 S-IPS Ⅱ(Super In-Plane Switching Ⅱ) 구조 등 다양한 구조의 액정 표시 장치로 확대 적용될 수 있다.The
IPS나 S-IPS Ⅱ 구조의 경우, TN 구조보다 비교적 높은 구동 전압을 사용하게 되어 피드 쓰로우 전압(△Vp) 역시 높아지게 되므로, 본 발명의 박막 트랜지스터(140)를 적용하여 기생 커패시턴스(Cgd)로 인한 피드 쓰로우 전압(△Vp)의 상승을 보다 효율적으로 억제할 수 있다.In the case of the IPS or S-IPS II structure, since the driving voltage is relatively higher than that of the TN structure, and the feed through voltage ΔVp is also increased, the
도 10 및 도 11은 이러한 박막 트랜지스터(140)가 적용된 액정 표시 장치용 어레이 기판의 변형 예이다.10 and 11 are modified examples of the array substrate for the liquid crystal display device to which the
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부 픽셀을 나타낸 평면도로서, IPS 구조에 적용되는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 화소 영역(P)을 도시하고 있다.FIG. 10 is a plan view illustrating some pixels of a liquid crystal display according to another exemplary embodiment, and illustrates a pixel area P of an array substrate for a liquid crystal display device applied to an IPS structure.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판에는 게이트 라인(121)과 공통 라인(160)이 가로 방향으로 평행을 이루며 배열되고, 세로 방향으로 데이터 라인(131)이 게이트 라인(121) 및 공통 라인(160)과 수직으로 배열된다.Referring to FIG. 10, in an array substrate for a liquid crystal display according to another exemplary embodiment, the
화소 영역(P) 상에는 공통 라인(160)에서 분기된 공통 전극(161)들과, 박막 트랜지스터(140)에 접촉된 화소 라인(151)으로부터 분기되는 화소 전극(152)들이 서로 엇갈리게 구성되어 있다.On the pixel area P, the
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 일부 픽셀을 나타낸 평면도로서, S-IPS Ⅱ 구조에 적용되는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 화소 영역(P)을 도시하고 있다.FIG. 11 is a plan view illustrating some pixels of a liquid crystal display according to another exemplary embodiment, and illustrates a pixel region P of an array substrate for a liquid crystal display device applied to an S-IPS II structure.
게이트 라인(122)과 데이터 라인(132)은 서로 교차하도록 형성되어 화소 영역(P)을 정의하며, 두 라인(122, 132)의 교차 지점에는 박막 트랜지스터(140)가 형성된다. 공통 라인(162)은 게이트 라인(122)과 평행하도록 배치된 가로 방향의 두 라인과, 꺾인 구조로 형성되어 이를 연결하는 세로 방향의 두 라인으로 이루어져 화소 영역(P)을 둘러싸게 되며, 화소 영역(P) 상에는 화소 전극(154)과 공통 전극(163)이 서로 엇갈리도록 형성되어 광시야각을 구현한다.The
보다 구체적으로 살펴보면, 게이트 라인(122)과, 공통 라인(162)의 두 라인이 서로 평행을 이루고, 꺾인 형상의 데이터 라인(132)이 공통 라인(162)의 다른 두 라인과 평행을 이룬다. 그리고, 공통 라인(162)에서는 공통 전극(163)이, 게이트 라인(122)과 평행하게 배치되는 화소 라인(153)으로부터는 화소 전극(154)이 각각 분기된다.In more detail, the
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수 적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. You will understand that.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are provided so that those skilled in the art can fully understand the scope of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, The invention is only defined by the scope of the claims.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트 전극과 드레인 전극 간의 겹침 면적이 없으므로 그로 인한 기생 커패시턴스(Cgd)를 최소화할 수 있다.Since the thin film transistor according to the preferred embodiment of the present invention has no overlapping area between the gate electrode and the drain electrode, the parasitic capacitance Cgd may be minimized.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법은 이와 같은 박막 트랜지스터를 효율적으로 제조할 수 있다.The method for manufacturing a thin film transistor according to a preferred embodiment of the present invention can efficiently manufacture such a thin film transistor.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판은 이와 같은 박막 트랜지스터를 이용하여 피드 쓰로우 전압(△Vp)을 줄이고, 플리커나 잔상 등을 해결하여 화질을 개선할 수 있다.The array substrate for a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention may improve the image quality by reducing the feed through voltage ΔVp and resolving flicker or afterimage using the thin film transistor.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020050134986A KR101172046B1 (en) | 2005-12-30 | 2005-12-30 | Thin film transistor, method for manufacturing the same and array substrate for liquid crystal display using it |
Applications Claiming Priority (1)
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KR1020050134986A KR101172046B1 (en) | 2005-12-30 | 2005-12-30 | Thin film transistor, method for manufacturing the same and array substrate for liquid crystal display using it |
Publications (2)
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KR20070071486A KR20070071486A (en) | 2007-07-04 |
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ID=38506611
Family Applications (1)
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Country Status (1)
Country | Link |
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-
2005
- 2005-12-30 KR KR1020050134986A patent/KR101172046B1/en active IP Right Grant
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ibaraki, N., "The Recent Trends in a-Si:H Thin-Film Transistors Technology," Proceedings of the 26th European Solid State Device Research Conference(ESSDERC),1996, pp 1033-1040 (1996.09.30.)* |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20070071486A (en) | 2007-07-04 |
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