KR101325666B1 - Array substrate for liquid crystal display device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판과; 상기 기판상에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 위로 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 위로 순차 적층되며, 제 1 두께의 제 1 영역과 제 2 두께의 제 2 영역을 갖는 폴리실리콘의 제 1 실리콘층과, 순수 비정질 실리콘의 제 2 실리콘층과, 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층으로 구성되는 3중층 구조의 반도체층과; 상기 오믹콘택층 위로 이와 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention is a substrate; A gate electrode formed on the substrate; A gate insulating film formed over the gate electrode; A first silicon layer of polysilicon sequentially stacked over the gate insulating film and having a first region of a first thickness and a second region of a second thickness, a second silicon layer of pure amorphous silicon, and impurity amorphous silicon spaced apart from each other A semiconductor layer having a triple layer structure composed of an ohmic contact layer; An array substrate for a liquid crystal display device including a source and a drain electrode formed on and in contact with the ohmic contact layer, respectively, and a method of manufacturing the same.
어레이 기판, 반도체층, 폴리실리콘, 교류 자기 결정화 Array Substrate, Semiconductor Layer, Polysilicon, Alternating Self Crystallization
Description
도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.1 is an exploded perspective view of a general liquid crystal display device.
도 2는 종래의 액정표시장치의 어레이 기판 내의 하나의 화소영역에 있어 박막트랜지스터를 포함하여 절단한 부분에 대한 단면도. 2 is a cross-sectional view of a portion including a thin film transistor in one pixel area of an array substrate of a conventional liquid crystal display device.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 화소영역을 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view illustrating a pixel area including a thin film transistor of an array substrate for a liquid crystal display according to a first embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 단계에 따른 공정 단면도.4A to 4G are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of an array substrate for a liquid crystal display device according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 화소영역을 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view illustrating a pixel area including a thin film transistor of an array substrate for a liquid crystal display according to a second embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 단계에 따른 공정 단면도.6A to 6G are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of an array substrate for a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 7a 와 도 7b는 각각 제 1, 2 실시예의 변형예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 화소영역을 도시한 단면도.7A and 7B are sectional views showing pixel areas including thin film transistors of an array substrate for a liquid crystal display device according to a modification of the first and second embodiments, respectively;
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제 2 실시예의 변형예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 단계에 따른 공정 단면도.8A through 8C are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of an array substrate for a liquid crystal display device according to a modification of the second exemplary embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art
201 : 기판 205 : 게이트 전극201: substrate 205: gate electrode
208 : 게이트 절연막 214 : (폴리실리콘의)제 1 실리콘층208: gate insulating film 214: first silicon layer (of polysilicon)
214a, 214b : 제 1 실리콘층의 제 1, 2 영역214a and 214b: first and second regions of the first silicon layer
219 : (순수 비정질 실리콘의) 제 2 실리콘층219: second silicon layer (of pure amorphous silicon)
225 : 오믹콘택층 244 : 소스 전극225: ohmic contact layer 244: source electrode
246 : 드레인 전극 250 : 보호층246: drain electrode 250: protective layer
253 : 드레인 콘택홀 260 : 화소전극253: drain contact hole 260: pixel electrode
299 : 플라즈마 발생장치의 챔버299: chamber of plasma generator
chA : 채널영역 t1 : 제 1 두께(제 1 영역의 두께)chA: channel region t1: first thickness (thickness of the first region)
t2 : 제 2 두께(제 2 영역의 두께)t2: second thickness (thickness of the second region)
P : 화소영역 Tr : 박막트랜지스터 P: Pixel Area Tr: Thin Film Transistor
TrA :스위칭 영역TrA: Switching Area
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 액정표시장치용 어레이 기판의 각 화소영역에 형성되는 박막트랜지스터의 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a structure of a thin film transistor formed in each pixel region of an array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다. Recently, liquid crystal displays have been spotlighted as next generation advanced display devices having low power consumption, good portability, high technology value, and high added value.
이러한 액정표시장치 중에서도 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on),오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.Of these liquid crystal display devices, an active matrix type liquid crystal display device having a thin film transistor, which is a switching device capable of controlling voltage on and off for each pixel, .
일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1을 참조하여 액정표시장치의 구조에 대해 설명하면, 도시한 바와 같이, 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 투명한 기판(12)의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.Referring to FIG. 1, which is an exploded perspective view of a general liquid crystal display device, a structure of a liquid crystal display device will be described. As illustrated, the
또한, 상기 어레이 기판과 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 투명기판(22)의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(T) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 테두리하는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 적, 녹 ,청색 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 구비되어 있다.In addition, the upper
그리고, 도면상에 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제(sealant) 등으로 봉함(封函)된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판이 구비되어 있다. Although not shown in the drawings, these two
또한, 어레이 기판의 외측면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(T)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.A back-light is provided on the outer surface of the array substrate to supply light. An on / off signal of the thin film transistor T is sequentially scanned by the
이러한 구조를 갖는 액정표시장치에 있어서 가장 중요한 구성요소로써 각 화소영역별로 형성되며 게이트 및 데이터 배선과 화소전극과 동시에 연결됨으로써 선택적, 주기적으로 신호전압을 화소전극에 인가시키는 역할을 하는 박막트랜지스터를 들 수 있다.In the liquid crystal display having the above structure, the most important component is a thin film transistor which is formed for each pixel region and is connected to the gate and data lines and the pixel electrode at the same time to selectively and periodically apply a signal voltage to the pixel electrode. Can be.
이러한 스위칭 소자로서의 역할을 하는 박막트랜지스터의 단면 구조에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.The cross-sectional structure of the thin film transistor, which serves as such a switching element, will be described with reference to FIG.
도 2는 전술한 종래의 액정표시장치의 어레이 기판 내의 박막트랜지스터가 형성된 부분을 절단한 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a portion in which a thin film transistor is formed in an array substrate of a conventional liquid crystal display.
투명한 절연기판(59) 상에 게이트 전극(60)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(60) 상부로 전면에 게이트 절연막(68)이 형성되어 있다. 또한 상기 게이트 절 연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하여 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(70a)과, 그 위로 서로 이격하는 형태로써 불순물을 포함하는 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(70b)으로 구성된 반도체층(70)이 형성되어 있다. The
또한, 상기 서로 이격하며 그 하부의 액티브층(70a)을 노출시키며 형성된 오믹콘택층(70b) 위로는 각각 상기 오믹콘택층(70b)과 접촉하며 서로 이격하여 상기 게이트 전극(60)에 대응하는 액티브층(70a)을 노출시키며 소스 전극(76) 및 드레인 전극(78)이 형성되어 있다. In addition, the
기판(59) 위로 이렇게 순차 적층된 상기 게이트 전극(60)과 게이트 절연막(68)과 반도체층(70)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(76, 78)을 구성요소로 하여 박막트랜지스터(Tr)를 이루고 있다. The thin film transistor Tr includes the
이러한 구조를 갖는 박막트랜지스터(Tr) 위로는 전면에 상기 드레인 전극(78) 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(80)을 갖는 보호층(86)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(86) 상부에는 각 화소영역(P) 별로 상기 드레인 콘택홀(80)을 통해 상기 드레인 전극(78)과 접촉하는 화소전극(88)이 형성되고 있으며, 상기 게이트 전극(60)이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 전극(60)과 연결되는 게이트 배선(미도시)과, 상기 소스 및 드레인 전극(76, 78)이 형성된 동일한 층에 상기 소스 전극(76)과 연결되는 데이터 배선(미도시)이 더욱 형성됨으로써 어레이 기판(59)을 이루고 있다.A
하지만, 종래의 액정표시장치용 어레이 기판에서 일반적으로 구성하는 박막트랜지스터의 경우 반도체층은 비정질 실리콘을 이용하고 있음을 알 수 있으며, 이 러한 비정질 실리콘을 이용하여 반도체층을 형성할 경우, 상기 비정질 실리콘(a-Si:H)은 원자 배열이 무질서하기 때문에 약한 결합(weak Si-Si bond) 및 댕글링 본드(dangling bond)가 존재하여 빛 조사나 전기장 인가 시 준 안정 상태로 변화되어 박막트랜지스터 소자로 활용 시 안정성이 문제가 되고 있으며, 전계효과 이동도가 0.1∼1.0㎠/V·s로 가 낮아 전기적 특성이 좋지 않으므로 구동회로로 사용하는데에도 문제가 되고 있다.However, in the case of a thin film transistor which is generally configured in a conventional array substrate for a liquid crystal display device, it can be seen that the semiconductor layer uses amorphous silicon. When the semiconductor layer is formed using the amorphous silicon, the amorphous silicon Since (a-Si: H) has a disordered atomic arrangement, weak Si-Si bonds and dangling bonds exist, and thus change into a quasi-stable state when irradiating light or applying an electric field to a thin film transistor device. When it is used, stability is a problem, and the electric field effect mobility is low, such as 0.1 ~ 1.0 ㎠ / V · s, so that the electrical characteristics are not good, it is also a problem to use as a driving circuit.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 비정질 실리콘을 단순한 공정에 의해 결정화함으로써 우수한 소자 성능과 신뢰성을 갖는 박막트랜지스터를 구비한 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an array substrate for a liquid crystal display device having a thin film transistor having excellent device performance and reliability by crystallizing amorphous silicon by a simple process and a method of manufacturing the same.
나아가, 이동도 특성을 현저히 향상시킴으로써 구동회로로 이용할 수 있도록 하여 외부 구동회로 기판의 부착없이 구동이 가능하도록 함으로써 비용을 저감시키며, 동시에 구동소자의 집적도를 높일 수 있도록 함으로써 네로우 베젤 구현을 통해 제품을 컴팩트화 할 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Furthermore, by significantly improving the mobility characteristics, it can be used as a driving circuit and can be driven without the attachment of an external driving circuit board, thereby reducing costs and increasing the integration of the driving device. Another aim is to make it compact.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은, 기판과; 상기 기판상에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 위로 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 위로 순차 적층되며, 결정화된 폴리실리콘으로 이루어지며 제 1 두께의 제 1 영역과 제 2 두께의 제 2 영역을 갖는 제 1 실리콘층과, 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 제 2 실리콘층과, 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층으로 구성되는 3중층 구조의 반도체층과; 상기 오믹콘택층 위로 이와 각각 접촉하며 형성된 소스 및 드레인 전극을 포함한다.An array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention for achieving the above object is a substrate; A gate electrode formed on the substrate; A gate insulating film formed over the gate electrode; A first silicon layer formed of crystallized polysilicon sequentially stacked over the gate insulating film, the first silicon layer having a first region of a first thickness and a second region of a second thickness, and a second silicon layer made of pure amorphous silicon; A semiconductor layer having a triple layer structure composed of an ohmic contact layer of impurity amorphous silicon spaced apart; And source and drain electrodes formed on and in contact with the ohmic contact layer, respectively.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극 위로 상기 드레인 전극을 노출시키며 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 노출된 드레인 전극과 접촉하며 형성된 화소전극을 더욱 포함하며, 또한 상기 게이트 전극과 연결되며 형성된 게이트 배선과; 상기 소스 전극과 연결되며 상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선을 더욱 포함한다. In this case, a protective layer formed by exposing the drain electrode over the source and drain electrodes; A gate electrode formed on the protective layer and in contact with the exposed drain electrode, the gate wire being connected to the gate electrode; And a data line connected to the source electrode and crossing the gate line.
또한, 상기 제 1 두께와 제 2 두께는 동일하게 1200Å 내지 2000Å인 것이 특징이다.In addition, the first thickness and the second thickness is characterized in that it is 1200 kPa to 2000 kPa.
또한, 상기 제 1 두께는 제 2 두께보다 더 큰 값을 가지며, 상기 제 2 영역은 상기 오믹콘택층의 이격영역에 대응하는 것이 특징이며, 이때, 상기 제 1 두께는 1200Å 내지 2000Å이며, 상기 제 1 두께와 상기 제 2 두께의 차이는 200Å 내지 400Å인 것이 특징이며, 또한 상기 제 2 실리콘층은 상기 오믹콘택층과 동일한 형태를 가지며 형성된 것이 특징이다.In addition, the first thickness has a larger value than the second thickness, wherein the second region is characterized in that corresponding to the separation region of the ohmic contact layer, wherein the first thickness is 1200 ~ 2000Å, The difference between the first thickness and the second thickness is 200 kPa to 400 kPa, and the second silicon layer is formed to have the same shape as the ohmic contact layer.
또한, 상기 소스 및 드레인 전극은 상기 반도체층의 양 끝단을 그 측면까지 완전히 덮는 형태로 형성된 것이 특징이며, 상기 소스 및 드레인 전극과 상기 반도체층의 양 끝단은 서로 일치하도록 형성된 것이 특징이다.The source and drain electrodes may be formed to completely cover both ends of the semiconductor layer to their side surfaces, and both ends of the source and drain electrodes and the semiconductor layer may be formed to coincide with each other.
또한, 상기 제 2 실리콘층과 상기 오믹콘택층은 300Å 내지 500Å의 두께를 갖는 것이 특징이다. In addition, the second silicon layer and the ohmic contact layer is characterized in that it has a thickness of 300 kPa to 500 kPa.
본 발명의 제 1 특징에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법은, 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 위로 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 제 1 두께의 제 1 순수 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와; 교류 자기 결정화(alternating magnetic field crystallization)를 진행함으로써 상기 제 1 순수 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층으로 결정화하는 단계와; 상기 폴리실리콘층 위로 순차적으로 제 2 순수 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 불순물 비정질 실리콘층과 제 2 순수 비정질 실리콘층 및 폴리실리콘층을 동시에 패터닝함으로써 상기 게이트 전극 상부에 순차적인 제 1, 2 실리콘층과 오믹콘택층을 형성하는 단계와; 상기 오믹콘택층 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극 사이로 노출된 오믹콘택층을 제거하여 서로 이격하는 형태의 오믹콘택층을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device according to a first aspect of the present invention includes forming a gate electrode on the substrate; Forming a gate insulating film over the gate electrode; Forming a first pure amorphous silicon layer of a first thickness over said gate insulating film; Crystallizing the first pure amorphous silicon layer into a polysilicon layer by performing alternating magnetic field crystallization; Sequentially forming a second pure amorphous silicon layer and an impurity amorphous silicon layer on the polysilicon layer; Simultaneously forming the impurity amorphous silicon layer, the second pure amorphous silicon layer, and the polysilicon layer to form a sequential first and second silicon layer and an ohmic contact layer on the gate electrode; Forming source and drain electrodes spaced apart from each other on the ohmic contact layer; And removing the ohmic contact layer exposed between the source and drain electrodes to form an ohmic contact layer spaced apart from each other.
본 발명의 제 2 특징에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법은, 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 위로 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 제 1 두께의 제 1 순수 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와; 교류 자기 결정화(alternating magnetic field crystallization)를 진행함으로써 상기 제 1 순수 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층으로 결정화하는 단계와; 상기 폴리실리콘층 위로 순차적으로 제 2 순수 비정질 실 리콘층과 불순물 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 불순물 비정질 실리콘층 위로 금속층을 형성하는 단계와; 상기 금속층과 불순물 및 제 2 순수 비정질 실리콘층과 폴리실리콘층을 동시에 패터닝함으로써 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극과, 그 하부로 순차적으로 서로 이격하는 오믹콘택층과, 제 2 및 제 1 실리콘층을 형성하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device according to a second aspect of the present invention includes forming a gate electrode on the substrate; Forming a gate insulating film over the gate electrode; Forming a first pure amorphous silicon layer of a first thickness over said gate insulating film; Crystallizing the first pure amorphous silicon layer into a polysilicon layer by performing alternating magnetic field crystallization; Sequentially forming a second pure amorphous silicon layer and an impurity amorphous silicon layer over the polysilicon layer; Forming a metal layer over the impurity amorphous silicon layer; Source and drain electrodes spaced apart from each other by simultaneously patterning the metal layer, the impurity, the second pure amorphous silicon layer, and the polysilicon layer, ohmic contact layers sequentially spaced apart from each other, and second and first silicon layers It includes a step.
제 1, 2 특징에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 교류 자기 결정화(alternating magnetic field crystallization)는 700℃ 내지 750℃의 분위기를 갖는 챔버내에서 진행되는 것이 특징이며, 상기 교류 자기 결정화는, 상기 챔버 내에 위치한 상기 기판에 대해 교류 자기장 발생 장치가 상기 기판 상하로 위치하며 수평으로 직선 왕복 운동하는 형태로 진행되는 것이 특징이며, 또한 상기 교류 자기 결정화는, 1초 내지 60초동안 진행되는 것이 특징이다. In the manufacturing method according to the first and second aspects, the alternating magnetic field crystallization is performed in a chamber having an atmosphere of 700 ° C. to 750 ° C., and the alternating magnetic crystallization is performed in the chamber. The AC magnetic field generating device is positioned above and below the substrate and linearly reciprocates horizontally, and the AC magnetic crystallization is performed for 1 to 60 seconds.
또한, 제 1, 2 특징에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 서로 이격하는 오믹콘택층 사이로 노출된 상기 제 2 실리콘층을 완전히 제거하고, 동시에 그 하부의 상기 제 1 실리콘층에 대해서는 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 갖는 상태가 되도록 하는 드라이 에칭을 실시하는 단계를 더욱 포함하며, 이때, 상기 드라이 에칭은 상기 제 1 두께 및 제 2 두께의 차이가 200Å 내지 400Å 되도록 진행하는 것이 특징이며, 상기 드라이 에칭을 실시한 후에는 수소(H2) 분위기의 플라즈마에 노출시키는 수소화 처리를 진행하는 단계를 더욱 포함하며, 이때, 상기 수소화 처리는 300초 내지 600초 진행되는 것이 특징이다.Further, in the manufacturing method according to the first and second aspects, the second silicon layer exposed between the spaced apart ohmic contact layers is completely removed, and at the same time, the first silicon layer below the first silicon layer is smaller than the first thickness. The method further includes performing a dry etching to a state having a thin second thickness, wherein the dry etching is performed such that a difference between the first thickness and the second thickness is 200 kPa to 400 kPa. After etching, the method may further include performing a hydrogenation process of exposing the plasma to hydrogen (H 2 ) atmosphere, wherein the hydrogenation process is performed for 300 to 600 seconds.
또한, 제 1, 2 특징에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 소스 및 드레인 전극 위로 상기 드레인 전극을 노출시키는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 노출된 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계를 더욱 포함하며, 또한, 상기 게이트 전극을 형성하는 단계는 상기 게이트 전극과 연결되는 게이트 배선을 형성하는 단계를 더욱 포함하며, 상기 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계는, 상기 소스 전극과 연결되며 상기 게이트 배선과 교차하는 데이트 배선을 형성하는 단계를 더욱 포함한다. 또한, 상기 게이트 전극 형성 전에는, 상기 기판을 700℃ 내지 750℃의 분위기에서 30분 내지 60분동안 열처리하는 단계를 더욱 포함한다. Further, the manufacturing method according to the first and second features, the method comprising: forming a protective layer exposing the drain electrode over the source and drain electrodes; The method may further include forming a pixel electrode in contact with the exposed drain electrode over the passivation layer. The forming of the gate electrode may further include forming a gate wiring connected to the gate electrode. The forming of the source and drain electrodes may further include forming a data line connected to the source electrode and crossing the gate line. In addition, before the gate electrode is formed, the substrate may further include a heat treatment for 30 minutes to 60 minutes in an atmosphere of 700 ° C to 750 ° C.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 화소영역을 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a pixel area including a thin film transistor of an array substrate for a liquid crystal display according to a first embodiment of the present invention.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판(101)의 경우, 투명한 절연기판(101) 상에 게이트 전극(105)과 이와 연결되는 게이트 배선(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(105) 위로 게이트 절연막(108)이 형성되어 있다.As shown, in the case of the
또한 상기 게이트 절연막(108) 위로 순수 비정질 실리콘이 교류 자기장에 의해 결정화된 것을 특징으로 하는 제 1 실리콘층(114)과 그 상부로 순수 비정질 실리콘의 제 2 실리콘층(119)과 그 상부로 서로 이격하며 형성된 불순물 비정질 실리 콘의 오믹콘택층(125)으로 이루어진 3중층 구조의 반도체층(130)이 형성되어 있다.In addition, the
또한, 이러한 구조를 갖는 반도체층(130)의 상기 오믹콘택층(125) 위로 서로 이격하며 소스 및 드레인 전극(144, 146)이 형성되어 있으며, 이러한 반도체층(130) 상에 형성된 상기 소스 전극(144)과 연결되며 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하며 상기 게이트 절연막(108) 위로 데이터 배선(미도시)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(105)과 게이트 절연막(108)과 제 1, 2 실리콘층(114, 119)과 오믹콘택층(125)과, 소스 및 드레인 전극(144, 146)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.In addition, source and drain
또한, 상기 소스 및 드레인 전극(144, 146)과 데이터 배선(미도시) 위로 상기 드레인 전극(146) 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(153)을 갖는 보호층(150)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(150) 위로 상기 드레인 콘택홀(153)을 통해 상기 드레인 전극(146)과 접촉하는 화소전극(160)이 형성되어 있다.In addition, a
이러한 구조를 갖는 액정표시장치용 어레이 기판(101)에 있어서, 특히 제 1, 2 실리콘층(114, 119) 및 오믹콘택층(125)을 갖는 박막트랜지스터(Tr)는 상기 제 1 실리콘층(114)이 특정 온도를 갖는 진공 챔버내에서 교류 자기장에 노출되도록 하는 교류 자기 결정화 공정을 통해 상기 순수 비정질 실리콘이 폴리실리콘으로 결정화됨으로써 그 이동도 특성이 월등히 향상된 것이 특징이다. In the
이때, 상기 결정화된 제 1 실리콘층(114) 위에 형성된 순수 비정질 실리콘의 제 2 실리콘층(119)은 폴리실리콘 특성상 이동도(mobility)가 월등히 향상됨으로써 부가적으로 오프 전류(Ioff) 또한 커지게 되는데, 이는 불순물을 포함하는 오믹콘택층(125)과 결정화된 제 1 실리콘층(114) 간의 경계에서 누설전류가 증가함으로써 발생하게 된다. 따라서 이러한 누설전류의 증가를 줄이기 위해 순수 비정질 실리콘의 제 2 실리콘층(119)을 형성하는 것이다.In this case, the
이러한 구조를 갖는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명한다. A method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention having such a structure will be described.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 단계에 따른 공정 단면도이다. 4A to 4G are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of an array substrate for a liquid crystal display device according to a first exemplary embodiment of the present invention.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(101)에 금속물질 예를들면 녹는점이 비교적 높은 금속으로 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo)을 스퍼터 장치를 이용하여 증착한 후, 이를 패터닝함으로써 게이트 전극(105)과 이와 연결되어 일방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)을 형성한다.First, as shown in FIG. 4A, a chromium (Cr) or molybdenum (Mo) is deposited on a transparent insulating
이후, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(105)이 형성된 기판(101)을 화학적 기상 증착(CVD :chemical vapor deposition) 장비의 챔버(190)로 이동 시킨 후, 증착하고자 하는 물질에 따라 다른 종류의 가스 분위기를 조성하고 예를들어 질화실리콘(SiNx)층을 형성하고자 할 경우 SiH4 / N2 의 혼합가스 또는 SiH4 / NH3 혼합가스 분위기를 조성하고, 산화실리콘(SiO2)층을 형성하고자 할 경우는 SiH4 / N2O 혼합가스 분위기를 조성한 후, 상기 챔버(190)내에서 플라즈마를 형성함으로써 상기 게이트 전극(105)이 형성된 기판(101)상에 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)의 게이트 절연막(108)을 전면에 형성한다.Subsequently, the
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 절연막(108)이 형성된 후, 동일한 챔버(190)내에서 전술한 게이트 절연막(108)을 형성하기 위한 혼합가스 분위기를 SiH4 / H2 의 혼합가스 분위기로 바꾼 후, 상기 챔버(190)내에 플라즈마를 형성함으로써 상기 게이트 절연막(108) 위로 1200Å 내지 2000Å 정도의 제 1 두께(t1)를 갖는 제 1 순수 비정질 실리콘층(112)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4B, after the
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 두께(t1)의 제 1 순수 비정질 실리콘층(도 4c의 112)을 형성한 기판(101)을 상기 화학적 기상 증착 장비의 챔버(도 4b의 190)내에서 자기 결정화 공정 챔버(193)로 이동시킨다.Next, as shown in FIG. 4C, the
상기 자기 결정화 공정 챔버(193)는 500℃ 내지 1000℃정도의 고온 분위기 형성이 가능하며, 그 챔버(193)의 내부에 있어서 더욱 정확히는 상기 기판(101)이 높여진 스테이지(미도시)를 중심으로 그 상하로 교류 자기장을 형성시킬 수 있는 것이 특징이다. The self-
이러한 특성을 갖는 자기 결정화 공정 챔버(193)내의 스테이지(미도시) 상에 상기 제 1 순수 비정질 실리콘층(도 4c의 112)이 형성된 기판(101)을 위치시킨 후, 상기 챔버(193) 내 분위기를 700℃ 내지 750℃가 되도록 가온시킨 뒤 이러한 가온된 분위기에서 상기 기판(101)에 대해 수직한 자기장(AMF)을 인가한다. After placing the
이때, 도시한 바와 같이 상기 기판(101) 상하에 위치한 교류 자기장 발생장 치(195)가 직선 왕복 운동을 하도록 하는 방식으로 상기 기판(101)의 표면이 자기장에 1초 내지 60초동안 노출되도록 하는 것이 바람직하다. 즉 스캔형태로 상기 제 1 순수 비정질 실리콘층(도 4c의 112)이 교류 자기장에 노출되도록 한다. 이러한 공정을 진행하게 되면 상기 제 1 순수 비정질 실리콘층(도 4c의 112)이 결정화됨으로써 폴리실리콘층(113)으로 변하게 된다. At this time, the surface of the
이러한 교류 자기 결정화의 원리에 대해 설명하면, 결정화의 주요 에너지 원은 열이고, 교류 자기장은 보조 역할을 하게 된다. 이때, 교류 자기장에 의해 순수 비정질 실리콘층 내부에 전류가 유도되고 이러한 유도된 내부 전류에 의해 줄(joule)열을 발생시켜 결정화를 더욱 가속시키게 되며, 상기 교류 자기장에 의해 원자를 이동시키는 힘을 가하여 결정화를 촉진시키게 되는 것이다. When explaining the principle of alternating current self-crystallization, the main energy source of the crystallization is heat, the alternating magnetic field plays an auxiliary role. At this time, a current is induced inside the pure amorphous silicon layer by the alternating magnetic field, and the joule heat is generated by the induced internal current to accelerate the crystallization, and by applying the force to move the atoms by the alternating magnetic field It will promote crystallization.
이러한 교류 자기 결정화 공정에 의해 형성된 폴리실리콘층(113)은 그 이동도가 20㎠/V·s 내지 30㎠/V·s가 되며 이는 0.1㎠/V·s 내지 1㎠/V·s 정도의 이동도를 갖는 순수 비정질 실리콘층(도 4c의 112) 대비 수십 내지 수백 배가 됨을 알 수 있다. The
이러한 고온의 분위기에서 교류 자기장에 노출시켜 결정화하는 공정을 AMFC(alternating magnetic field crystallization)라 칭한다.The process of crystallizing by exposing to an alternating magnetic field in such a high temperature atmosphere is called alternating magnetic field crystallization (AMFC).
이러한 AMFC 공정 진행 시 기판(101)이 비록 매우 짧은 시간(1분이하)이지만 700℃ 내지 750℃ 정도의 고온에 노출됨으로써 상기 기판(101)에 변형 더욱 정확히는 수축(shrinkage)이 발생할 수 있으므로, 이러한 변형에 의해 추후 공정에의 영향을 방지하기 위해 상기 기판(101)상에 아무것도 형성되지 않는 상태를 갖는 단계 즉 도 4a에 도시한 게이트 전극(105) 및 게이트 배선(미도시) 형성 단계 이전에 상기 기판을 700℃ 내지 750℃ 정도의 고온의 분위기에서 열처리하는 단계를 더욱 진행한 후 상기 AMFC 공정을 진행하는 것이 바람직하며, 이때 상기 열처리는 30분 내지 60분정도로 가온 및 감온을 적절히 조절하여 진행하는 것이 바람직하다. During the AMFC process, although the
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, AMFC공정을 마친 기판(101)을 상기 자기 결정화 공정 챔버(도 4c의 193) 내에서 다시 화학적 기상 증착 장비의 챔버(190)로 이동시킨 후, 상기 화학적 기상 증착 장비의 챔버(190)내 분위기를 SiH4 / H2 의 혼합가스 분위기로 조성한 후 플라즈마를 형성함으로써 상기 폴리실리콘층(113) 상에 제 2 순수 비정질 실리콘층(118)을 300Å 내지 500Å정도의 두께를 갖도록 형성한다. Next, as shown in FIG. 4D, the
다음, 연속하여 상기 챔버(190)내 분위기를 SiH4 / PH3 / H2 의 혼합가스 분위로 바꾼 후, 플라즈마를 형성함으로써 상기 제 2 순수 실리콘층(118) 위로 불순물 비정질 실리콘층(123)을 300Å 내지 500Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. Subsequently, after changing the atmosphere in the
다음, 도 4e에 도시한 바와같이, 상기 불순물 비정질 실리콘층(123)이 형성된 기판(101)에 대해 마스크 공정을 진행함으로써 상기 불순물 비정질 실리콘층(도 4d의 123)과 그 하부의 제 2 순수 비정질 실리콘층(도 4d의 118)과 폴리실리콘층(도 4d의 113)을 동시에 패터닝하여 폴리실리콘의 제 1 실리콘층(114)과 순수 비정질 실리콘의 제 2 실리콘층(119)과, 상기 제 2 실리콘층 위로 불순물 비정질 실리콘의 연결된 상태의 오믹콘택 패턴(124)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4E, a mask process is performed on the
다음, 도 4f에 도시한 바와 같이, 상기 연결된 상태의 오믹콘택 패턴(도 4e의 124) 위로 제 2 금속물질을 증착하고 이를 패터닝함으로써 상기 오믹콘택 패턴(도 4e의 124) 상에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(144, 146)과, 상기 게이트 절연막(108) 위로 상기 소스 전극(144)과 연결되며 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하는 데이터 배선(미도시)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4F, a source spaced apart from each other on the ohmic contact pattern (124 of FIG. 4E) by depositing and patterning a second metal material over the ohmic contact pattern (124 of FIG. 4E) in the connected state.
이후, 상기 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(144, 146)을 마스크로 하여 드라이 에칭을 실시함으로써 상기 소스 및 드레인 전극(144, 146) 사이로 노출된 오믹콘택 패턴(도 4e의 124)을 제거함으로써 각각 상기 소스 및 드레인 전극(144, 146) 하부에 위치하며 분리된 상태의 오믹콘택층(125)을 형성한다.Thereafter, dry etching is performed using the source and drain
도 4g에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(144, 146)과 서로 이격하는 상태의 오믹콘택층(125)이 형성된 기판(101)에 대해 무기절연물질 예를들면 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO2)을 증착하고 이를 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(146) 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(153)을 갖는 보호층(150)을 형성한다.As shown in FIG. 4G, an inorganic insulating material, such as silicon nitride (SiNx) or the like, may be formed on the
이후 이러한 상태에서 상기 기판을 플라즈마 발생장치(미도시) 예를들면 화학기상 증착장치의 챔버로 이동시킨 후, 플라즈마에 300초 내지 600초 정도 노출시키는 수소화 공정을 진행시킨다. 이 경우 상기 수소화 공정은 생략할 수 있다. Then, in this state, the substrate is moved to a chamber of a plasma generator (eg, a chemical vapor deposition apparatus), and then a hydrogenation process is performed to expose the plasma for about 300 seconds to 600 seconds. In this case, the hydrogenation process can be omitted.
이후, 상기 드레인 콘택홀(153)을 갖는 보호층(150) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하고 이를 패터닝함으로써 상기 드레인 콘택홀(153)을 통해 상기 드레인 전극(146)과 접촉하는 화소전극(160)을 형성함으로써 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이동도 특성이 우수한 액정표시장치용 어레이 기판(101)을 완성할 수 있다.The drain contact hole is then deposited by depositing and patterning a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) on the
<제 2 실시예>≪ Embodiment 2 >
본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 경우는, 이동도 특성뿐 아니라 박막트랜지스터의 트랜스퍼 커브(I-V curve) 특성 또한 향상시킨 것이 특징이다.The array substrate for a liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention is characterized in that not only mobility characteristics but also transfer curve characteristics of the thin film transistor are improved.
전술한 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판에 형성된 AMFC 처리된 반도체층을 갖는 박막트랜지스터는 이동도 특성이 향상되었지만, 게이트 전압 변화에 대한 드레인 전류 변화를 나타낸 곡선 그래프를 살펴보면 스위칭 소자로 동작이 가능한 영역에서의 곡선이 완만하게 형성됨으로써 실질적으로 스위칭 소자로 이용하기에는 어려움이 있다. Although the thin film transistor having the AMFC-treated semiconductor layer formed on the array substrate for a liquid crystal display according to the first embodiment is improved in mobility characteristics, a curved graph showing a drain current change with respect to a gate voltage change is a switching element. Since the curve is formed smoothly in the region where the operation is possible, it is difficult to use as a switching element substantially.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에서는 이동도 특성 이외에 트랜스퍼 커브 특성 또한 향상시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법을 제공한다.Accordingly, the second embodiment of the present invention provides an array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, wherein the transfer curve characteristics are also improved in addition to the mobility characteristics.
도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 화소영역을 도시한 단면도이다. 이때, 제 2 실시예에 따른 구조는 전술한 제 1 실시예 대비 반도체층의 구조만을 달리하며 그 외의 구성요소는 전술한 제 1 실시예와 동일하므로 상기 반도체층의 구조에 대해서만 설명하고 그 외의 구성요소 에 대해서는 그 설명을 생략한다. 5 is a cross-sectional view illustrating a pixel area including a thin film transistor of an array substrate for a liquid crystal display according to the present invention. At this time, the structure according to the second embodiment is different only from the structure of the semiconductor layer compared to the first embodiment described above, and other components are the same as the first embodiment described above, only the structure of the semiconductor layer will be described and other configurations The description of the elements is omitted.
도시한 바와 같이, 게이트 절연막(208) 위로 순수 비정질 실리콘이 AMFC 처리함으로써 결정화된 것을 특징으로 하는 폴리실리콘으로 이루어지며, 제 1 두께(t1)를 가지며 소스 및 드레인 전극(244, 246)과 중첩하는 제 1 영역(214a)과, 상기 제 1 영역(214a) 사이에 위치하며 즉 상기 소스 및 드레인 전극(244, 246)의 이격영역(이하 채널영역(chA)이라 칭함)에 대응하여 형성되며 상기 제 1 두께(t1)보다 얇은 제 2 두께(t2)를 갖는 제 2 영역(214b)으로 구성된 제 1 실리콘층(214)이 형성되어 있다. As shown, pure silicon is made of polysilicon over the
또한, 상기 제 1 실리콘층(214) 상부로 서로 상기 제 1 영역(214a)에 대응하여 서로 이격하며 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 제 2 실리콘층(220)이 300Å 내지 500Å 정도의 두께를 가지며 형성되어 있으며, 상기 서로 이격하는 제 2 실리콘층(220) 위로는 상기 제 1 실리콘층(214)의 제 2 영역(214b)을 노출시키며 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(225)이 300Å 내지 500Å 정도의 두께를 가지며 형성되어 있다.In addition, a
이때, 상기 제 1 및 제 2 실리콘층(214, 220)과 그 상부에 형성된 오믹콘택층(225)은 3중층 구조의 반도체층(231)을 이루게 되며, 이러한 구조를 갖는 반도체층(231) 상부 더욱 정확히는 상기 서로 이격하는 오믹콘택층(225) 상부에는 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(244, 246)이 형성되어 있다. In this case, the first and second silicon layers 214 and 220 and the
전술한 구조를 갖는 반도체층(231)에 있어서 상기 제 1 두께(t1)는 1200Å 내지 2000Å이 되며, 상기 제 2 두께(t2)는 상기 제 1 두께(t1)보다는 200Å 내지 400Å 정도가 얇은 800Å 내지 1800Å이 되고 있는 것이 특징이다. In the
AMFC 공정을 진행하여 결정화됨으로써 폴리실리콘으로 이루어진 제 1 실리콘층(214)에 있어 상기 소스 및 드레인 전극(244, 246)과 중첩되는 제 1 영역(214a)은 제 1 두께(t1)를 갖도록 그리고 이들 두 전극(244, 246) 사이의 이격영역에 대응하여 노출된 제 2 영역(214b)은 상기 제 1 영역(214a)의 표면으로부터 200Å 내지 400Å이 식각되어 상기 제 1 두께(t1)보다 200Å 내지 400Å정도 얇은 제 2 두께(t2)를 가지며 형성되고 있다. The
따라서 제조 공정상 오염된 부분(제 1 실리콘층(214)과 제 2 실리콘층(220)은 교류 자기 결정화 공정을 진행하기 위해 챔버간 이동됨으로써 오염된 부분이 발생할수 있음)이 제거되며, 이러한 상태에서 구조상으로는 나타나지 않지만 수소화 처리를 더욱 실시함으로써 상기 제 1 실리콘층(214)과 게이트 절연막(208)과의 계면 및 상기 제 1 실리콘층(214)과 제 2 실리콘층(220)과의 계면에서의 특성이 향상되어 최종적으로 트랜스퍼 커브 특성이 향상된 것이라 판단된다. Therefore, the contaminated portion of the manufacturing process (the
더욱이 상기 제 1 실리콘층(214)을 각각 제 1 두께(t1)와 제 2 두께(t2)를 갖도록 형성한 것 또한 실험적으로 최적화 된 결과이다. 제 1 두께(t1, 1200Å 내지 2000Å)로 제 1 실리콘층(214)을 형성한 후 이를 200Å 내지 400Å 정도 식각하여 상기 제 2 영역(214b)이 제 2 두께(t2, 800Å 내지 1800Å)를 갖도록 한 것은 이보다 더 식각되거나 또는 이보다 덜 식각된 경우 대비 트랜스퍼 커브 특성이 훨씬 우수한 결과를 나타내었다. In addition, forming the
따라서, 이러한 제 1 실리콘층(214)의 두께(t1, t2) 또한 큰 특징적 구성이 라 할 수 있다.Therefore, the thicknesses t1 and t2 of the
이후에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명한다. 이 경우 게이트 절연막의 형성까지의 단계는 제 1 실시예와 동일하므로 그 설명은 생략한다. Hereinafter, a method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention will be described. In this case, the steps up to the formation of the gate insulating film are the same as in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 단계에 따른 공정 단면도이다. 6A through 6G are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of an array substrate for a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention.
우선, 도 6a에 도시한 바와같이, 화학기상 증착 장비의 챔버(290)내에서 게이트 절연막(208)을 형성한 후, 챔버(290)내 분위기를 SiH4 / H2 의 혼합가스 분위기로 바꾼 후, 상기 챔버(290)내에 플라즈마를 형성함으로써 상기 게이트 절연막(208) 위로 1200Å 내지 2000Å 정도의 제 1 두께(t1)를 갖는 제 1 순수 비정질 실리콘층(212)을 형성한다.First, as shown in FIG. 6A, after the
다음, 도 6b에 도시한 바와같이, 상기 제 1 두께(t1)의 제 1 순수 비정질 실리콘층(212)을 형성한 기판(201)을 상기 화학적 기상 증착 장비의 챔버(도 6a의 290)내에서 자기 결정화 공정 챔버(293)로 이동시킨 후, 상기 자기 결정화 공정 챔버(293) 내 분위기를 700℃ 내지 750℃가 되도록 가온시킨 뒤 이러한 가온 된 분위기에서 상기 기판(201)에 대해 수직한 교류 자기장을 1초 내지 60초 인가한다. Next, as shown in FIG. 6B, the
이때, 도시한 바와 같이 기판(201) 상하에 위치한 교류 자기장 발생장치(295)가 직선 왕복 운동을 하도록 하는 방식으로 상기 기판(201)을 교류 자기장(AMF)에 노출되도록 하는 것이 바람직하다. 즉 스캔형태로 상기 기판(201)상의 제 1 순수 비정질 실리콘층(도 6a의 212)이 교류 자기장(AMF)에 노출되도록 한다. 이러한 공정을 진행하게 되면 상기 제 1 순수 비정질 실리콘층(도 6a의 212)이 결정화됨으로써 폴리실리콘층(213)으로 변하게 된다. At this time, it is preferable to expose the
이러한 AMFC 공정 진행시 기판(201)이 700℃ 내지 750℃ 정도의 고온에 노출됨으로써 변형(특히 수축(shrinkage))이 발생할 수 있으므로, 이러한 변형에 의해 추후 공정에의 영향을 방지하기 위해 상기 기판(201)상에 게이트 전극(205) 및 게이트 배선(미도시) 형성하기 전에 700℃ 내지 750℃ 정도의 고온의 분위기에서 30분 내지 60분 정도 그 가온 온도를 변화시켜 가며 열처리를 더욱 진행하도록 한 후 상기 AMFC 공정을 진행하는 것이 바람직하다. Since the
다음, 도 6c에 도시한 바와 같이, AMFC공정을 마친 기판(201)을 상기 자기 결정화 공정 챔버(도 6b의 293) 내에서 다시 화학적 기상 증착 장비의 챔버(290)로 이동시킨 후, 상기 화학적 기상 증착 장비의 챔버(290)내 분위기를 SiH4 / H2 의 혼합가스 분위기로 바꾼 후 플라즈마를 형성함으로써 상기 폴리실리콘층(213) 상에 제 2 순수 비정질 실리콘층(218)을 300Å 내지 500Å의 두께를 갖도록 형성한다. Next, as shown in FIG. 6C, the
다음, 연속하여 상기 챔버(290)내 분위기를 SiH4 / PH3 / H2 의 혼합가스 분위로 바꾼 후, 플라즈마를 형성함으로써 상기 제 2 순수 실리콘층(218) 위로 불순물 비정질 실리콘층(223)을 300Å 내지 500Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. Subsequently, after changing the atmosphere in the
다음, 도 6d에 도시한 바와 같이, 상기 불순물 비정질 실리콘층(도 6c의 223)이 형성된 기판(201)에 대해 마스크 공정을 진행함으로써 상기 불순물 비정질 실리콘층(도 6c의 223)과 그 하부의 제 2 순수 비정질 실리콘층(도 6c의 218)과 폴리실리콘층(도 6c의 213)을 동시에 패터닝하여 폴리실리콘의 제 1 실리콘층(214)과 그 상부로 순수 비정질 실리콘의 제 2 실리콘층(219)과, 상기 제 2 실리콘층(219) 위로 불순물 비정질 실리콘의 연결된 상태의 오믹콘택 패턴(224)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6D, a mask process is performed on the
다음, 도 6e에 도시한 바와 같이, 상기 연결된 상태의 오믹콘택 패턴(도 6d의 224) 위로 제 2 금속물질을 증착하고 이를 패터닝함으로써 상기 연결된 상태의 오믹콘택 패턴(도 6d의 224) 상에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(244, 246)과, 상기 게이트 절연막(208) 위로 상기 소스 전극(244)과 연결되며 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하는 데이터 배선(미도시)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6E, the second metal material is deposited on the
이후, 상기 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(244, 246)을 마스크로 하여 드라이 에칭을 실시함으로써 상기 소스 및 드레인 전극(244, 246) 사이로 노출된 연결된 상태의 오믹콘택 패턴(도 6d의 224)과 그 하부의 제 2 실리콘층(도 6d의 219)을 제거함과 동시에 더욱 드라이 에칭을 진행하여 제 2 실리콘층(도 6d의 219)이 제거됨으로서 노출된 상기 제 1 두께(t1)의 제 1 실리콘층(214)에 대해 그 노출된 표면을 기준으로 200Å 내지 400Å 정도의 두께를 제거함으로써 800Å 내지 1800Å 정도의 제 2 두께(t2)를 갖도록 한다. Thereafter, dry etching is performed using the source and drain
이때, 상기 소스 및 드레인 전극(244, 246)에 의해 제거되지 않아 최초 형성 두께인 제 1 두께(t1)를 그대로 유지하는 제 1 실리콘층(214)을 제 1 영역(214a), 상기 소스 및 드레인 전극(244, 246) 사이로 노출되어 얇아진 제 2 두께(t2)를 갖는 제 1 실리콘층(214)을 제 2 영역(214b)이라 정의한다. In this case, the
또한 이때, 상기 오믹콘택 패턴(도 6d의 224) 및 그 하부의 제 2 실리콘층(도 6e의 219)은 그 일부가 제거됨으로써 각각 서로 이격하는 형태를 갖는 오믹콘택층(225) 제 2 실리콘층(220)을 형성하게 된다.In addition, at this time, the
다음, 도 6f에 도시한 바와 같이, 각각 그 두께(t1, t2)를 달리함으로써 제 1, 2 영역(214a, 214b)으로 나뉘어진 폴리실리콘의 제 1 실리콘층(214)을 갖는 기판(201)을 플라즈마 발생장치(299) 예를들면 화학기상 증착장치의 챔버로 이동시킨 후, 수소(H2)가스 분위기에서 플라즈마에 300초 내지 600초 정도 노출시키는 수소화 공정을 진행시킨다. Next, as shown in FIG. 6F, the
상기 AMFC 진행을 위해 화학적 기상 증착 장치의 챔버에서 자기 결정화 챔버로 이동하는 등에 의해 그 표면이 오염된 상태가 되며, 이러한 상태에서 제 2 비정질 실리콘층이 형성됨으로써 이들 계면특성의 저하가 발생하게 되는데, 본 발명의 제 2 실시예의 경우, 채널을 형성하는 영역 즉 제 2 영역(214b)에 대해서는 식각되어 그 표면이 제거됨과 동시에 수소화 처리됨으로써 상기 제 1 실리콘층(214)과 제 2 실리콘층(219)간의 계면과, 상기 제 1 실리콘층(214)과 게이트 절연막(208)과의 계면에서 손상되거나 또는 오염된 부분이 어느 정도 안정화되거나 제거됨으로써 그 계면 특성이 향상되게 된다. The surface becomes contaminated by moving from the chamber of the chemical vapor deposition apparatus to the self-crystallization chamber for the progress of the AMFC, and in this state, the second amorphous silicon layer is formed, thereby deteriorating these interfacial properties. In the second embodiment of the present invention, the
따라서, 이러한 구조의 반도체층(231)을 갖는 어레이 기판(201)의 경우, 이동도 특성도 우수하고, 또한 트랜스퍼 커브 특성에 있어서도 양호하게 되는 바, 스위칭 소자로써 또는 구동소자로써 역할을 할 수 있게 된다.Therefore, in the case of the
다음, 이러한 수소화 공정을 진행을 마친후에는 도 6g에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(244, 246) 위로 무기절연물질 예를들면 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO2)을 증착하고 이를 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(246) 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(253)을 갖는 보호층(250)을 형성한다.Next, after the hydrogenation process is completed, an inorganic insulating material such as silicon nitride (SiNx) or silicon oxide (SiO 2 ) is deposited on the source and drain
이후, 상기 드레인 콘택홀(253)을 갖는 보호층(250) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하고 이를 패터닝함으로써 상기 드레인 콘택홀(253)을 통해 상기 드레인 전극(246)과 접촉하는 화소전극(260)을 형성함으로써 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이동도 특성 및 트랜스퍼 커브 특성이 우수한 액정표시장치용 어레이 기판(201)을 완성할 수 있다.The drain contact hole is then deposited by depositing and patterning a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) on the
전술한 제 1, 2 실시예에 따른 AMFC 처리되어 폴리실리콘의 반도체층을 구비한 액정표시장치용 어레이 기판의 경우, 그 단면 구조에 있어 상기 소스 및 드레인 전극이 채널이 형성되는 영역을 제외한 그 하부에 위치한 오믹콘택층과 제 1, 2 실리콘층을 완전히 덮는 구조가 되고 있음을 보이고 있지만, 그 구조를 달리하여 변형예로서 도 7a 와 7b에 도시한 바와 같이, 서로 마주하는 끝단 이외의 타끝단에 대해 그 하부의 다층으로 이루어진 반도체층(330, 431) 끝단이 일치하도록 형성될 수도 있다. 이 경우 데이터 배선(미도시) 하부에도 상기 소스 전극(344, 444) 하부에 위치한 반도체층(330, 431)과 동일한 구조를 갖는 배선형태의 반도체 패턴(미도시)이 형성되게 된다. In the case of the AMFC-treated array substrate for a liquid crystal display device having the polysilicon semiconductor layer according to the first and second embodiments described above, the source and drain electrodes of the cross-sectional structure except for the region where the channel is formed are lower in the cross-sectional structure. Although it has been shown that the structure completely covers the ohmic contact layer and the first and second silicon layers located on the other end, as shown in FIGS. 7A and 7B as modifications, the other ends other than the ends facing each other are shown. For example, the ends of the semiconductor layers 330 and 431 formed of a lower multilayer may be formed to coincide with each other. In this case, a wiring pattern semiconductor pattern (not shown) having the same structure as that of the semiconductor layers 330 and 431 disposed below the
이러한 변형예의 따른 액정표시장치용 어레이 기판(301, 401)의 경우 그 외의 구성요소는 전술한 제 1, 2 실시예와 동일하므로 더 이상의 설명은 생략한다. In the case of the liquid crystal
소스 및 드레인 전극과 그 하부의 반도체층의 단면구조의 형태는 반도체층과 소스 및 드레인 전극을 각각 서로 다른 마스크 공정을 통해 각각 패터닝하는 5마스크 공정을 통해 제조하느냐 아니면 상기 반도체층과 소스 및 드레인 전극을 회절노광 또는 하프톤 노광을 포함하는 하나의 마스크 공정을 통해 패터닝하는 4마스크 공정에 의해 제조하느냐에 따라 달라질 수 있으며, 이는 본 발명의 특성 상, 채널영역을 제외한 소스 및 드레인 전극 하부의 반도체층 구조가 3중층 구조(제 1, 2 영역을 갖는 폴리실리콘의 제 1 실리콘층/ 순수 비정질 실리콘의 제 2 실리콘층/ 불순물이 섞인 비정질 실리콘의 오믹콘택층)를 갖는 한 본 발명의 범위내에 속한다 할 것이다. The cross-sectional structure of the source and drain electrodes and the underlying semiconductor layer is manufactured through a five mask process in which the semiconductor layer and the source and drain electrodes are respectively patterned through different mask processes, or the semiconductor layer, the source and drain electrodes May be produced by a four mask process patterning through one mask process including diffraction exposure or halftone exposure, which is a semiconductor layer structure under the source and drain electrodes except for the channel region. As long as it has a triple layer structure (a first silicon layer of polysilicon having a first and a second region / a second silicon layer of pure amorphous silicon / an ohmic contact layer of amorphous silicon mixed with impurities), it will fall within the scope of the present invention. .
간단히 4마스크 공정에 따른 본 발명의 제 2 실시예의 변형예(도 7b 참조)에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 대해 제 2 실시예에 제시된 제조방법과 차별점이 있는 부분에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.The manufacturing method of the array substrate for a liquid crystal display device according to the modified example of the second embodiment of the present invention (see FIG. 7B) according to the four-mask process is simply different from the manufacturing method shown in the second embodiment. It demonstrates with reference.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제 2 실시예의 변형예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다.8A through 8C are cross-sectional views illustrating manufacturing processes of one pixel area of an array substrate for a liquid crystal display according to a modification of the second exemplary embodiment of the present invention.
우선 도 8a에 도시한 바와 같이, 제 2 실시예에 제시된 공정 단계를 진행하여, 제 1 두께(1200Å 내지 2000Å)의 제 1 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 형성한 후, AMFC 공정을 진행하여 폴리실리콘층(413)으로 결정화 한다.First, as shown in FIG. 8A, the process steps shown in the second embodiment are carried out to form a first pure amorphous silicon layer (not shown) having a first thickness (1200 Å to 2000 AM), followed by an AMFC process. Crystallization is performed by the
이후 상기 폴리실리콘층(413) 상부로 순차적으로 제 2 순수 비정질 실리콘 층(418)과 불순물 비정질 실리콘층(423)을 형성한다.Thereafter, a second pure
이후, 상기 불순물 비정질 실리콘층(423) 위로 제 2 금속물질을 증착하여 금속층(438)을 형성한다. Thereafter, a second metal material is deposited on the impurity
다음, 상기 금속층(438) 위로 포토레지스트층을 형성하고 이를 노광 마스크를 이용하여 회절노광 또는 하프톤 노광을 실시함으로써 게이트 전극(205)에 대응하여 채널이 형성될 영역에 대응해서는 제 3 두께(t3)의 제 1 포토레지스트 패턴(481a)을 형성하고, 데이터 배선(미도시)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(미도시)이 형성될 부분에 대응해서는 상기 제 3두께(t3)보다 두꺼운 제 4 두께(t4)의 제 2 포토레지스트 패턴(481b)을 형성한다. Next, by forming a photoresist layer on the
도 8b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 2 포토레지스트 패턴(481a, 481b) 외부로 노출된 상기 금속층(도 8a의 438)과 그 하부의 불순물 및 제 2 순수 비정질 실리콘층(도 8a의 423 및 418)과 결정화된 폴리실리콘층(도 8a의 413)을 연속하여 제거함으로써 데이터 배선(미도시)과 그 하부로 3중층 구조의 반도체 패턴(미도시)과, 상기 데이터 배선(미도시)과 연결되며 연결된 상태의 소스 드레인 패턴(439)과 그 하부로 3중층 구조의 반도체 패턴(430)을 형성한다.As shown in FIG. 8B, the
다음, 도 8c에 도시한 바와 같이, 애싱(ahing)을 실시하여 상기 채널영역(chA)에 대응하는 제 3 두께(도 8b t3)의 제 1 포토레지스트 패턴(도 8b의 481a)을 제거함으로써 상기 연결된 상태의 소스 드레인 패턴(도 8b의 439)을 노출시킨다. Next, as shown in FIG. 8C, the ashing is performed to remove the first photoresist pattern (481a in FIG. 8B) having a third thickness (FIG. 8B t3) corresponding to the channel region chA. The source drain pattern (439 of FIG. 8B) in the connected state is exposed.
이후, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(481b) 외부로 상기 노출된 소스 드레인 패턴(도 8b의 439)을 식각하여 제거함으로써 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(444, 446)을 형성한다. 이후, 상기 소스 및 드레인 전극(444, 446)을 마스크로 하여 이들 두 전극(444, 446) 사이로 노출된 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 8b의 424)과 그 하부의 제 2 순수 비정질 실리콘패턴(419) 및 폴리실리콘 패턴(도 8b의 414)을 드라이 에칭을 실시함으로써 서로 이격하는 오믹콘택층(424) 및 제 2 실리콘층(420)과 제 1 두께(t1)의 제 1 영역(414a)과 제 2 두께(t2)의 제 2 영역(414b)을 갖는 폴리실리콘의 제 1 실리콘층(414)으로 구성된 반도체층(431)을 형성한다.Subsequently, the source and drain
이 경우, 상기 소스 및 드레인 전극(441, 446)과 하부의 반도체층(431)은 전술한 바와같이 하나의 마스크 공정을 통해 동시에 형성되므로 그 끝단이 일치하도록 형성되는 것이다.In this case, the source and drain
이후 공정에 대해서는 전술한 제 1 실시예의 도 6e 내지 6g를 통해 설명한 제조 방법과 동일하게 진행되는 바, 그 설명은 생략한다.Since the process proceeds in the same manner as the manufacturing method described with reference to FIGS. 6E to 6G of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은 순수 비정질 실리콘층을 AMFC 처리를 함으로써 이동도 특성을 수십 내지 수백배 향상시키는 효과가 있다.The array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention has an effect of improving the mobility characteristics by several tens to several hundred times by AMFC treatment of a pure amorphous silicon layer.
따라서, 이러한 AMFC 처리된 반도체층을 구비한 박막트랜지스터를 스위칭 소자 뿐 아니라 구동소자로 활용할 수 있는 바, 외부 구동회로를 따로 구비하지 않아도 되므로 비용을 저감시키는 효과가 있으며, 동시에 구동소자의 집적도를 높일 수 있음으로서 제품을 컴팩트화 할 수 있는 장점을 갖는다. Therefore, the thin film transistor having the AMFC-treated semiconductor layer can be used as a driving device as well as a switching device. Since the external driving circuit is not provided separately, the cost can be reduced and the integration of the driving device can be increased. As a result, the product can be made compact.
또한 종래의 폴리실리콘을 이용한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 있어서는 도핑 등을 실시함으로써 통상적으로 7-9마스크 공정을 진행하여 제품을 완성하고 있으나 전술한 바와같이 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 경우, 폴리실리콘을 반도체층으로 하면서 도핑등의 공정을 별도로 필요로 하지 않으며 이로인해 4-5 마스크 공정에 의해 제품을 완성할 수 있는 바 공정 단축화를 통해 생산성을 향상시키는 효과가 있다. In addition, in the conventional method for manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device using polysilicon, a 7-9 mask process is typically performed by doping or the like, but the product is completed as described above. In the case of an array substrate, polysilicon is used as a semiconductor layer and does not require a separate process such as doping, and thus a product can be completed by a 4-5 mask process, thereby reducing productivity.
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020060125569A KR101325666B1 (en) | 2006-12-11 | 2006-12-11 | Array substrate for liquid crystal display device and method of fabricating the same |
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KR (1) | KR101325666B1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050069536A (en) * | 2003-12-31 | 2005-07-05 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | Array substrate for liquid crystal display device and fabricating method for the same |
-
2006
- 2006-12-11 KR KR1020060125569A patent/KR101325666B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20050069536A (en) * | 2003-12-31 | 2005-07-05 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | Array substrate for liquid crystal display device and fabricating method for the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR20080053697A (en) | 2008-06-16 |
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