KR101351403B1 - Thin Film Transtistor, Method for Manufacturing the Same and Method for Manufacturing Flat Panel Display Device Using the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소오스/드레인 전극의 형성과 별개로 채널 영역의 정의 공정을 진행하여, 탑 게이트(top gate) 구조에서 소오스/드레인 전극 상부의 게이트 절연막의 두께를 줄여 소자 특성을 향상시킨 박막 트랜지스터, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 기판 상에 제 1 비정질 실리콘층을 증착하고, 상기 기판에 자기장을 인가하여 결정화 실리콘층을 형성하는 단계와, 상기 결정화 실리콘층 상에 불순물층 및 제 2 비정질 실리콘층 차례로 증착하는 단계와, 상기 제 2 비정질 실리콘층, 불순물층 및 결정화 실리콘층을 동일폭으로 식각하여 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층의 중앙부에 채널부를 정의하도록, 상기 결정화 실리콘층, 불순물층 및 제 2 비정질 실리콘층의 일부 두께를 제거하는 단계와, 상기 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계 및 상기 반도체층 및 게이트 절연막을 포함한 전면에 금속층을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여, 상기 반도체층 양측에 상기 불순물층과 일부 접하여 형성된 소오스 전극 및 드레인 전극과, 상기 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. The present invention provides a thin film transistor which improves device characteristics by reducing the thickness of the gate insulating layer on the top of the source / drain electrodes in a top gate structure by performing a process of defining a channel region separately from the formation of the source / drain electrodes. A manufacturing method and a method of manufacturing a display device using the same, the method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes depositing a first amorphous silicon layer on a substrate and applying a magnetic field to the substrate to form a crystallized silicon layer. And sequentially depositing an impurity layer and a second amorphous silicon layer on the crystalline silicon layer, etching the second amorphous silicon layer, the impurity layer, and the crystalline silicon layer in the same width to form a semiconductor layer, and One of the crystalline silicon layer, the impurity layer and the second amorphous silicon layer so as to define a channel portion in the central portion of the semiconductor layer Removing the sub-thickness, forming a gate insulating film on the semiconductor layer, and depositing a metal layer on the entire surface including the semiconductor layer and the gate insulating film and selectively removing the impurity layer and a portion of the impurity layer on both sides of the semiconductor layer. And forming a gate electrode formed on and in contact with the source electrode and the drain electrode.
자기장 결정화(AMFC: Alternating Magnetic Field Crystallization), 박막 트랜지스터, 비정질 실리콘층, 결정질 실리콘 Alternating Magnetic Field Crystallization (AMFC), Thin Film Transistor, Amorphous Silicon Layer, Crystalline Silicon
Description
본 발명은 박막 트랜지스터에 관한 것으로 특히, 소오스/드레인 전극의 형성과 별개로 채널 영역의 정의 공정을 진행하여, 탑 게이트(top gate) 구조에서 소오스/드레인 전극 상부의 게이트 절연막의 두께를 줄여 소자 특성을 향상시킨 박막 트랜지스터, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor and more particularly to a method of forming a channel region separately from a formation of a source / drain electrode and reducing a thickness of a gate insulating film above a source / drain electrode in a top gate structure, A method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a display using the thin film transistor.
최근에 AMLCD(active matrix liquid crystal display device) 및 AMOLED(active matrix organic light emiting diode) 등의 디스플레이장치의 구동소자로서 저온 폴리실리콘 박막트랜지스터의 수요가 커지고 있다.Recently, the demand for low temperature polysilicon thin film transistors as driving elements for display devices such as active matrix liquid crystal display devices (AMLCD) and active matrix organic light emitting diodes (AMOLED) has been increasing.
디스플레이 장치를 구동하는 스위칭 소자로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)가 주로 사용되는데, 상기 박막 트랜지스터의 액티브층으로 비정질 실리콘을 주로 사용한다.A thin film transistor (TFT) is mainly used as a switching device for driving a display device, and amorphous silicon is mainly used as an active layer of the thin film transistor.
특히, 전계에 따라 일정한 방향으로 배열되는 액정을 디스플레이 장치의 구 성요소로 사용하는 액정표시장치는 스위칭 소자로 박막 트랜지스터가 채용되는데, 오늘날에는 고속의 응답속도 및 저 소비전력을 구현하기 위해 박막 트랜지스터의 액티브층으로 폴리실리콘을 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.In particular, a liquid crystal display device using a liquid crystal arranged in a predetermined direction according to an electric field as a component of a display device employs a thin film transistor as a switching device. Today, in order to realize a high response speed and low power consumption, Research on the use of polysilicon as the active layer has been actively conducted.
폴리실리콘을 채널로 사용하는 액정표시소자를 제조하는 공정은 통상, 비정질의 실리콘을 유리등의 기판상에 플라즈마 화학기상층착 방법(PECVD)방법에 의해 형성하고 증착된 상기 비정질 실리콘을 결정화하는 공정으로 진행된다.A process for producing a liquid crystal display device using polysilicon as a channel is generally a process for forming amorphous silicon on a substrate such as glass by a plasma chemical vapor deposition (PECVD) method and crystallizing the deposited amorphous silicon It proceeds.
상기 비정질 실리콘을 결정화하는 방법으로는 고온의 퍼니스(furnace)에서 장시간 비정질 실리콘을 가열 및 냉각하는 과정을 통해 결정화하는 고온 가열방법과, 고강도의 레이저 에너지를 순간적으로 조사하여 가열하고 냉각시켜 결정화하는 레이저 어닐링 방법등이 사용된다.As a method of crystallizing the amorphous silicon, there are a high temperature heating method of crystallizing the amorphous silicon through a process of heating and cooling the amorphous silicon for a long time in a high temperature furnace, a high temperature heating method of instantaneously irradiating a high intensity laser energy, An annealing method or the like is used.
상기 결정화 방법 중 고온 가열방법은 유리 전이 온도 이상의 고온에서 비정질 실리콘층이 가열되므로 유리등을 기판으로 사용하는 액정표시소자에 적용하기에 적합하지 않기 때문에 저온에서 비정질 실리콘을 결정화할 수 있는 다양한 방법들이 연구되었다.Since the amorphous silicon layer is heated at a high temperature not lower than the glass transition temperature of the crystallization method, various methods for crystallizing amorphous silicon at low temperature are not suitable because it is not suitable for application to liquid crystal display devices using glass or the like as a substrate Respectively.
그 중에서 상대적으로 낮은 온도에서 결정화가 진행되는 자기장을 인가하여 결정화를 진행하는 AMFC(Alternating Magnetic Field Crystallizaion) 방법에 제안되었다. Among them, AMFC (Alternating Magnetic Field Crystallization) method has been proposed in which crystallization proceeds by applying a magnetic field at which crystallization progresses at a relatively low temperature.
상기 AMFC 결정화 방법은 비정질 실리콘에 교번자기장을 인가하여 실리콘층 내에 유도기전력을 형성하여 결정화를 촉진시킨다. 상기 FEMIC 및 AMFC결정화에 의해 실리콘층은 500℃이하, 약 430℃에서 결정화가 진행될 수 있다. The AMFC crystallization method promotes crystallization by applying an alternating magnetic field to amorphous silicon to form an induced electromotive force in the silicon layer. By the FEMIC and AMFC crystallization, the silicon layer can undergo crystallization at about 500 ° C or about 430 ° C.
비정질 실리콘은 상온에서는 비저항인 106 ~ 1010 Ω-㎝정도로 매우 높은 비저항값을 가지지만 외부 가열에 이해 비정질 실리콘의 온도가 상승하면 비저항이 급속히 감속하게 되고 줄 히팅(joule heating)이 발생하게 되어 AMFC결정화시 결정화가 촉진되는 것으로 알려져 있다.Amorphous silicon has a very high resistivity value of about 10 6 ~ 10 10 Ω-㎝, which is a resistivity at room temperature. However, when the temperature of amorphous silicon is increased by external heating, the resistivity rapidly decelerates and joule heating occurs It is known that AMFC crystallization promotes crystallization.
그러나 상기 AMFC결정화 방법은 저온에서 결정화가 가능하다는 장점은 있으나, 결정화된 실리콘의 전압특성이 양호하지 못한 단점이 있다. 즉, AMFC결정화에 의해 형성된 채널층은 양호한 결정질이 아니며, 상기 결정질실리콘을 구비하는 박막 트랜지스터는 문턱전압(threshold voltage,Vth)이 음의 값으로 많이 이동되어 소자로 사용하기에 적합하지 않은 문제점이 있다.However, the AMFC crystallization method has an advantage that crystallization is possible at a low temperature, but has a disadvantage in that the voltage characteristics of the crystallized silicon are not good. That is, the channel layer formed by the AMFC crystallization is not a good crystalline material, and the thin film transistor including the crystalline silicon has a problem that the threshold voltage (Vth) is shifted to a negative value, have.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 박막 트랜지스터를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a conventional thin film transistor will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a은 종래의 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 나타낸 단면도이며, 도 1b는 도 1a의 반도체층의 구조를 나타낸 단면도이다.1A is a cross-sectional view of a conventional amorphous silicon thin film transistor, and FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor layer of FIG. 1A.
도 1a 및 도 1b와 같이, 종래의 비정질 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터는 게이트 절연막(3)과, 비정질 실리콘층(4a)과 n+층(4b)을 연속으로 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법으로 적층하여 형성하며, 이 때, 반도체층(4)은 상기 비정질 실리콘층(4a) 및 n+층(4b)으로 이루어진다.1A and 1B, a conventional thin film transistor using amorphous silicon has a structure in which a gate
즉, 종래의 비정질 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터는, 기판(1) 상의 소정 부위에 형성된 게이트 전극(2)과, 상기 게이트 전극(2)을 포함한 상기 기판(1) 전면에 형성된 게이트 절연막(3)과, 상기 게이트 절연막(3) 상에 상기 비정질 실리콘층(4a) 및 n+층(4b)이 적층되어 이루어지며, 상기 게이트 전극(2)을 덮는 섬상으로 형성된 반도체층(4)과, 상기 반도체층(4)의 양측에 형성된 소오스/드레인 전극(5a/5b)을 포함하여 이루어진다.That is, a conventional thin film transistor using amorphous silicon has a
그리고, 이러한 박막 트랜지스터를 이용하는 표시 장치에 있어서는, 상기 소오스/드레인 전극(5a/5b)을 포함한 상기 게이트 절연막(3) 상에 형성되며, 상기 드레인 전극(5b)의 일부를 노출하는 콘택홀을 구비한 층간 절연막(6)과, 상기 콘택홀을 매립하여 상기 드레인 전극(5b)과 콘택하여 형성된 화소 전극(7)을 더 포함한다. In a display device using such a thin film transistor, a contact hole is formed on the
여기서, 상기 반도체층(4)은, 상기 소오스/드레인 전극(5a/5b) 사이의 영역을 채널로 정의하며, 이 때, 상기 채널에 대응되는 상기 n+층(4b)과 상기 비정질 실리콘층(4a)의 상부 일부 두께가 제거된다. The
이하에서는 상술한 비정질 실리콘층을 대체하여 AMFC(Alternating Magnetic Field Crystallization) 방법에 의해 결정화된 반도체층을 이용하는 예에 대하여 살펴본다. Hereinafter, an example in which a semiconductor layer crystallized by an AMFC (Alternating Magnetic Field Crystallization) method is used instead of the amorphous silicon layer will be described.
도 2a는 자기 결정화(AMFC)된 반도체층을 구비한 박막 트랜지스터를 나타낸 단면도이며, 도 2b는 도 2a의 반도체층의 구조를 나타낸 단면도이다.FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a thin film transistor having a self-crystallized (AMFC) semiconductor layer, and FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating the structure of the semiconductor layer of FIG.
도 2a 및 도 2b와 같이, 자기 결정화된 반도체층을 이용한 박막 트랜지스터 는 산화막(SiO2)로 이루어진 버퍼층(11)과 제 1 비정질 실리콘층을 일차로 연속하여 증착하고, 이를 자기장을 걸어주어 소정 온도에서 상기 제 1 비정질 실리콘층을 결정화하여 결정질 실리콘층(12a)을 형성한 후, 다시 연속하여 제 2 비정질 실리콘층(12b) 및 n+층(12c)을 차례로 증착한다. 2A and 2B, a thin film transistor using a self-crystallized semiconductor layer is formed by sequentially depositing a
즉, 자기 결정화된 반도체층을 이용한 박막 트랜지스터는, 기판(10)과, 상기 기판(10) 전면에 형성된 버퍼층(11)과, 상기 버퍼층(11) 상에 결정질 실리콘층(12a)과, 제 2 비정질 실리콘층(12b)과, n+층(12c)의 적층체로 이루어지며, 상기 기판(10) 상에 소정 부위에 패터닝된 반도체층(12)과, 상기 반도체층(12)의 양측에 형성된 소오스 전극(13b) 및 드레인 전극(13a)과, 상기 소오스/드레인 전극(13b/13a)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(14)과, 상기 게이트 절연막(14)의 중앙에 대응되어 상기 게이트 절연막(14) 상에 형성된 게이트 전극(15)으로 이루어진다. That is, the thin film transistor using the self-crystallized semiconductor layer comprises a
그리고, 이러한 박막 트랜지스터를 이용하는 표시 장치에 있어서는, 상기 게이트 전극(15)을 포함한 상기 게이트 절연막(14) 상에 형성된 보호막(16)과, 상기 보호막(16) 및 게이트 절연막(14)의 소정 부분을 제거하여 상기 드레인 전극(13a)의 일부가 노출된 콘택홀과 상기 콘택에 매립되어 상기 드레인 전극(13a)과 콘택하는 화소 전극(17)을 더 포함하여 이루어진다.In a display device using such a thin film transistor, a
여기서, 상기 반도체층(12)은, 상기 소오스/드레인 전극(13b/13a) 사이의 영역을 채널로 정의하며, 이 때, 상기 채널에 대응되는 상기 n+층(12c)과 상기 제 2 비정질 실리콘층(12b)이 제거된다. The
자기 결정화 방법을 이용한 반도체층의 형성시, AMFC 결정화 이후 제 2 비정질 실리콘층(12b)과 n+층(12c)을 계속적으로 더 증착하게 된다.During the formation of the semiconductor layer using the self-crystallization method, the second
소오스/드레인 전극의 형성 후 도 2a 및 도 2b와 같은 양호한 스텝 커버리지(step coverage)를 형성하기 위해 상기 게이트 절연막(14) 두께는 하부층인 소오스/드레인 전극(13b/13a), n+층(불순물층)(12c), 제2 비정질 실리콘층(12b), 자기장 결정화 방법에 결정화된 결정질 실리콘층(12a)의 두께에 의해 좌우되기 때문에 박막 트랜지스터의 게이트 절연막(14) 유전율 관점에서, 상기 자기장 결정화 반도체층을 포함한 소자의 게이트 절연막(14) 두께는 다른 방법에 의해 형성된 반도체층을 포함한 박막 트랜지스터 소자에 비해 상대적으로 높아지는 단점을 가진다. 즉, 자기장 결정화 반도체층을 이용하는 박막 트랜지스터의 경우, 상기 게이트 절연막의 두께를 줄이는 데는 어느 정도 한계가 있다. After the formation of the source / drain electrodes, the thickness of the
도 3a 및 도 3b는 자기 결정화 반도체층의 게이트 절연막 두께에 따른 박막 트랜지스터의 소자 특성을 나타낸 그래프이다.3A and 3B are graphs showing device characteristics of the thin film transistor according to the thickness of the gate insulating film of the self-crystallizing semiconductor layer.
도 3a는 게이트 절연막의 두께가 1500Å인 경우, 도 3b는 게이트 절연막의 두께가 2500Å인 경우의 박막 트랜지스터의 소자 특성을 나타낸 그래프이다. FIG. 3A is a graph showing the device characteristics of the thin film transistor when the thickness of the gate insulating film is 1500 ANGSTROM, and FIG. 3B is a graph showing the device characteristics of the thin film transistor when the gate insulating film is 2500 ANGSTROM.
그래프들에서 살펴볼 수 있듯이, 상대적으로, 게이트 절연막 두께가 얇은 경우 두꺼운 경우에 비해, 서브 문턱 전압 (sub-threshold)의 영역이 작게 분포된 것으로, 소자 두께가 두꺼운 경우, 박막 트랜지스터의 소자 특성이 안정화되는 경향을 보임을 알 수 있다. As can be seen from the graphs, when the gate insulating film thickness is thin, the area of the sub-threshold voltage is smaller than that of the thick gate insulating film. When the device thickness is thick, the device characteristics of the thin film transistor are stabilized The results are shown in Fig.
상술한 그래프들에서, 자기장 결정화 반도체층(AMFC)은 게이트 절연막 두께 에 특성 의존성이 매우 높은 소자이며, 특히, 서브 문턱 전압(sub-threshold) 영역에서는 극단적인 소자 성능 차이를 가짐을 알 수 있다. 특히, 이러한 박막 트랜지스터를 구동 전류가 큰 유기 전계 발광 소자의 구동용 박막 트랜지스터에 이용할 경우, 상술한 게이트 절연막의 두께가 소자 특성에 큰 영향을 미침을 고려해볼 수 있다. 따라서, 공정 문제를 발생시키지 않고 게이트 절연막 두께를 낮추는 소자 구조 개발이 필요한 실정이다.In the above-mentioned graphs, the magnetic field crystallization semiconductor layer (AMFC) has a very characteristic dependency on the gate insulating film thickness, and in particular, it has an extreme device performance difference in the sub-threshold region. Particularly, when such a thin film transistor is used for a thin film transistor for driving an organic electroluminescent element having a large driving current, it can be considered that the thickness of the above-described gate insulating film greatly affects the device characteristics. Therefore, it is necessary to develop a device structure for lowering the thickness of the gate insulating film without causing process problems.
그러나, 상기와 같은 종래의 자기 결정화로 결정화된 반도체층을 이용하는 박막 트랜지스터 형성 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional method of forming a thin film transistor using the semiconductor layer crystallized by the self-crystallization has the following problems.
AMFC(Alternating Magnetic Field Crystallization) 결정화 이후 오프셋 배리어(offset barrier)로 이용되는 비정질 실리콘층과 불순물층을 증착하게 된다. An amorphous silicon layer and an impurity layer to be used as an offset barrier are deposited after AMFC (Alternating Magnetic Field Crystallization) crystallization.
이와 같이, 결정화가 이루어진 AMFC층 상부에 다시 오프셋(offset)을 방지하기 위해 형성하는 비정질 실리콘층과 그 하부에 결정화된 AMFC층 사이 계면의 불연속 계면이 존재하며, 이로 인하여 반도체층의 전자 이동도 등 이를 이용하는 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 떨어지게 된다. As described above, there is a discontinuous interface at the interface between the amorphous silicon layer formed to prevent offsetting again and the crystallized AMFC layer below the crystallized AMFC layer. As a result, the electron mobility of the semiconductor layer And the electrical characteristics of the thin film transistor using the thin film transistor are deteriorated.
또한, 자기장 결정화 반도체층(AMFC)은 게이트 절연막 두께에 특성 의존성이 매우 높은 소자이며, 특히, 서브 문턱 전압(sub-threshold) 영역에서는 극단적인 소자 성능 차이를 가짐을 알 수 있다. 특히, 이러한 박막 트랜지스터를 구동 전류가 큰 유기 전계 발광 소자의 구동용 박막 트랜지스터에 이용할 경우, 게이트 절연막의 두께가 소자 특성에 큰 영향을 미침을 고려해볼 수 있다. 그러나, 일반적인 자기 결정화 방법에 의해 결정화된 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터의 경우, 게이트 절연막 하부 구조가, 반도체층, 소오스/드레인 전극 등을 포함하고 있어, 충분한 스텝 커버리지를 확보하기 위하여는 상기 게이트 절연막 두께를 줄임에는 한계가 있다. 따라서, 공정 문제를 발생시키지 않고 게이트 절연막 두께를 낮추는 소자 구조 개발이 필요한 실정이다. 종래에는 상기 게이트 절연막의 두께를 스텝 커버리지 안정화를 위해 하부 구조물의 두께의 약 1.5배만큼 설정해야 하므로, 약 3000Å이하로 낮추기가 힘들었다. 이에 따라 상승된 게이트 절연막 두께만큼 박막 트랜지스터 특성의 저하가 발생하였다. In addition, the magnetic field crystallization semiconductor layer (AMFC) has a very characteristic dependence on the thickness of the gate insulating film. Particularly, in the sub-threshold region, the AMFC has extreme device performance differences. Particularly, when such a thin film transistor is used for a thin film transistor for driving an organic electroluminescence element having a large driving current, it can be considered that the thickness of the gate insulating film greatly affects the device characteristics. However, in the case of a thin film transistor including a semiconductor layer crystallized by a general self-crystallization method, the gate insulating film substructure includes a semiconductor layer, a source / drain electrode, and the like. In order to ensure sufficient step coverage, There is a limit to reducing the thickness. Therefore, it is necessary to develop a device structure for lowering the thickness of the gate insulating film without causing process problems. Conventionally, since the thickness of the gate insulating film has to be set to about 1.5 times the thickness of the lower structure for stabilizing step coverage, it has been difficult to lower the thickness to about 3000 ANGSTROM or less. As a result, the characteristics of the thin film transistor were lowered by the increased gate insulating film thickness.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 소오스/드레인 전극의 형성과 별개로 채널 영역의 정의 공정을 진행하여, 탑 게이트(top gate) 구조에서 소오스/드레인 전극 상부의 게이트 절연막의 두께를 줄여 소자 특성을 향상시킨 박막 트랜지스터의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device, which comprises the steps of defining a channel region separately from formation of a source / drain electrode, The present invention also provides a method of manufacturing a thin film transistor and a method of manufacturing the same using the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 트랜지스터는, 기판 상에, 자기장 결정화법으로 형성된 결정질 실리콘층 및 상기 결정질 실리콘층 양측 상부에 형성된 불순물층으로 이루어진 반도체층;과, 상기 반도체층의 불순물층과 접하여 형성된 소오스/드레인 전극; 및 상기 반도체층 중앙 상부에 형성되며, 게이트 절연막을 개재하여 상기 소오스/드레인 전극과 동일층에 형성된 게이트 전극을 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다. The thin film transistor of the present invention for achieving the above object, a semiconductor layer comprising a crystalline silicon layer formed on the substrate by a magnetic field crystallization method and an impurity layer formed on both sides of the crystalline silicon layer; and the impurities of the semiconductor layer Source / drain electrodes formed in contact with the layer; And a gate electrode formed on the center of the semiconductor layer and formed on the same layer as the source / drain electrode through a gate insulating layer.
상기 게이트 절연막은 상기 게이트 전극보다 큰 폭으로 형성되며, 상기 게이트 전극은 상기 게이트 절연막 상부에 형성된다. The gate insulating film is formed to have a larger width than the gate electrode, and the gate electrode is formed on the gate insulating film.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 기판 상에 제 1 비정질 실리콘층을 증착하고, 상기 기판에 자기장을 인가하여 결정화 실리콘층을 형성하는 단계;와, 상기 결정화 실리콘층 상에 불순물층 및 제 2 비정질 실리콘층 차례로 증착하는 단계;와, 상기 제 2 비정질 실리콘층, 불순물층 및 결정화 실리콘층을 동일폭으로 식각하여 반도체층을 형성하는 단계;와, 상기 반도체층의 중앙부에 채널부를 정의하도록, 상기 결정화 실리콘층, 불순물층 및 제 2 비정질 실리콘층의 일부 두께를 제거하는 단계;와, 상기 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 반도체층 및 게이트 절연막을 포함한 전면에 금속층을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여, 상기 반도체층 양측에 상기 불순물층과 일부 접하여 형성된 소오스 전극 및 드레인 전극과, 상기 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것에 그 특징이 있다. In addition, the manufacturing method of the thin film transistor of the present invention for achieving the same object, the step of depositing a first amorphous silicon layer on a substrate, and applying a magnetic field to the substrate to form a crystallized silicon layer; and the crystallized silicon Depositing an impurity layer and a second amorphous silicon layer on the layer in turn; and forming a semiconductor layer by etching the second amorphous silicon layer, the impurity layer, and the crystalline silicon layer in the same width; and Removing portions of the crystallized silicon layer, the impurity layer, and the second amorphous silicon layer to define a channel portion in a central portion thereof; and forming a gate insulating layer on the semiconductor layer; And depositing a metal layer on the entire surface including the semiconductor layer and the gate insulating layer and selectively removing the metal layer to form a source electrode and a drain electrode partially contacting the impurity layer on both sides of the semiconductor layer, and forming a gate electrode on the gate insulating layer. It is characterized by what is done including the steps.
여기서, 상기 게이트 절연막은 1000~2000Å이하이다. Here, the gate insulating film is 1000 ~ 2000Å or less.
상기 게이트 절연막은 SiO2로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제 2 비정질 실리콘층, 불순물층 및 결정화 실리콘층을 동일폭으로 식각하여 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층의 중앙부에 채널부를 정의하도록, 상기 결정화 실리콘층, 불순물층 및 제 2 비정질 실리콘층의 일부 두께를 제거하는 단계는 동일 마스크를 이용하여 이루어지는 것을 통해 공정에서 마스크를 감소시킬 수 있다. The gate insulating film is preferably SiO2. And etching the second amorphous silicon layer, the impurity layer, and the crystallized silicon layer with the same width to form a semiconductor layer, and defining the channel portion in the center of the semiconductor layer, wherein the crystallized silicon layer, the impurity layer, and the second layer are defined. Removing a portion of the thickness of the amorphous silicon layer may be performed using the same mask to reduce the mask in the process.
상기 게이트 절연막을 형성하는 단계는, 상기 소오스/드레인 전극의 사이의 간격보다 작은 폭으로 형성하여 이루어진다. The forming of the gate insulating layer is performed by forming a width smaller than a gap between the source / drain electrodes.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시 장치의 제조 방법은, 기판 상에 제 1 비정질 실리콘층을 증착하고, 상기 기판에 자기장을 인가하여 결정화 실리콘층을 형성하는 단계;와, 상기 결정화 실리콘층 상에 불순물층 및 제 2 비정질 실리콘층 차례로 증착하는 단계;와, 상기 제 2 비정질 실리콘층, 불순물층 및 결정화 실리콘층을 동일폭으로 식각하여 반도체층을 형성하는 단계;와, 상기 반도체층의 중앙부에 채널부를 정의하도록, 상기 결정화 실리콘층, 불순물층 및 제 2 비정질 실리콘층의 일부 두께를 제거하는 단계;와, 상기 반도체층 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;와, 상기 반도체층 및 게이트 절연막을 포함한 전면에 금속층을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여, 상기 반도체층 양측에 상기 불순물층과 일부 접하여 형성된 소오스 전극 및 드레인 전극과, 상기 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;와, 상기 게이트 전극과 소오스/드레인 전극을 포함한 상기 게이트 절연막 상에 보호막을 형성하는 단계;와, 상기 보호막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극을 노출하는 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 콘택홀을 매립하며, 상기 드레인 전극과 접속되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것에 또 다른 특징이 있다. In addition, the manufacturing method of the display device of the present invention for achieving the same object, the step of depositing a first amorphous silicon layer on a substrate, and applying a magnetic field to the substrate to form a crystallized silicon layer; and the crystallized silicon Depositing an impurity layer and a second amorphous silicon layer on the layer in turn; and forming a semiconductor layer by etching the second amorphous silicon layer, the impurity layer, and the crystalline silicon layer in the same width; and Removing partial thicknesses of the crystalline silicon layer, the impurity layer, and the second amorphous silicon layer to define a channel portion in a central portion thereof; forming a gate insulating film on the semiconductor layer; and forming the semiconductor layer and the gate insulating film. Deposition of a metal layer on the front surface including and selectively remove it, so formed in contact with the impurity layer on both sides of the semiconductor layer Forming a gate electrode on the gate insulating film including an electrode and a drain electrode and the gate insulating film; and forming a protective film on the gate insulating film including the gate electrode and a source / drain electrode; and selectively removing the protective film. Forming a contact hole exposing the drain electrode; And filling the contact hole, and forming a pixel electrode connected to the drain electrode.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시 장치의 제조 방법은, 기판 상에 제 1 비정질 실리콘층을 증착하고, 상기 기판에 자기장을 인가하여 결정화 실리콘층을 형성하는 단계;와, 상기 결정화 실리콘층 상에 불순물층 및 제 2 비정질 실리콘층 차례로 증착하는 단계;와, 상기 제 2 비정질 실리콘층, 불순물층 및 결정화 실리콘층을 동일폭으로 식각하여 반도체층을 형성하는 단계;와, 상기 반도체층의 중앙부에 채널부를 정의하도록, 상기 결정화 실리콘층, 불순물층 및 제 2 비정질 실리콘층의 일부 두께를 제거하는 단계;와, 상기 반도체층 상부 및 상기 반도체층을 제외한 상기 기판 상에 게이트 절연막 및 제 1, 제 2 투명 전극 패턴을 형성하는 단계;와, 상기 반도체층 및 게이트 절연막을 포함한 전면에 금속층을 증 착하고 이를 선택적으로 제거하여, 상기 반도체층 양측에 상기 불순물층과 일부 접하여 형성된 소오스 전극 및 드레인 전극과, 상기 반도체층의 중앙 상부의 게이트 절연막 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;와, 상기 게이트 전극과 소오스/드레인 전극을 포함한 상기 게이트 절연막 상에 보호막을 형성하는 단계;와, 상기 보호막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극을 노출하는 제 1 콘택홀과, 상기 기판 상의 제 2 투명 전극 패턴을 노출하는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접속되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것에 또 다른 특징이 있다. In addition, the manufacturing method of the display device of the present invention for achieving the same object, the step of depositing a first amorphous silicon layer on a substrate, and applying a magnetic field to the substrate to form a crystallized silicon layer; and the crystallized silicon Depositing an impurity layer and a second amorphous silicon layer on the layer in turn; and forming a semiconductor layer by etching the second amorphous silicon layer, the impurity layer, and the crystalline silicon layer in the same width; and Removing portions of the crystallized silicon layer, the impurity layer, and the second amorphous silicon layer to define a channel portion in a central portion thereof; Forming a second transparent electrode pattern; and depositing a metal layer on the entire surface including the semiconductor layer and the gate insulating layer and selectively removing the metal layer. Forming a source electrode and a drain electrode on both sides of the semiconductor layer in contact with the impurity layer, and forming a gate electrode on the gate insulating layer at the center of the semiconductor layer; and forming the gate electrode and the source / drain electrode Forming a protective film on the gate insulating film, the first contact hole exposing the drain electrode by selectively removing the protective film, and forming a second contact hole exposing a second transparent electrode pattern on the substrate; Making; And forming a pixel electrode connected to the drain electrode through the first contact hole.
상기와 같은 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The method of manufacturing a thin film transistor of the present invention and the method of manufacturing a display using the same have the following effects.
첫째, 소오스/드레인 전극과 게이트 전극을 동일층에 형성하고, 상기 게이트 절연막을 게이트 전극 하부의 단차가 없는 반도체층 상에 형성하여, 게이트 절연막의 형성시 작은 두께에 의해서도 스텝 커버리지 확보가 가능하게 된다. 이에 따라 게이트 절연막 두께를 2000Å 이하, 바람직하게는 1500Å이하까지 줄일 수 있다. 이에 따라 박막 트랜지스터의 특성 향상을 꾀할 수 있다. First, a source / drain electrode and a gate electrode are formed on the same layer, and the gate insulating film is formed on a semiconductor layer without a step below the gate electrode, so that step coverage can be secured even by a small thickness when forming the gate insulating film. . As a result, the thickness of the gate insulating film can be reduced to 2000 GPa or less, preferably 1500 GPa or less. As a result, the characteristics of the thin film transistor can be improved.
둘째, 표시 장치에 이용시 상기 게이트 절연막과 함께 투명 전극 패턴을 함께 패터닝하여, 화소 영역에 드레인 전극을 생략하고, 투명 전극 패턴을 형성하고, 개구 폭을 늘릴 수 있다. Second, when used in a display device, the transparent electrode pattern may be patterned together with the gate insulating layer to omit a drain electrode in the pixel area, form a transparent electrode pattern, and increase an opening width.
셋째, 상기 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극의 형성을 동일층에 하 여 마스크의 사용 회수를 절감할 수 있다. Third, the number of times of use of the mask can be reduced by forming the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode on the same layer.
도 4a 및 도 4b는 일예의 자기 결정화 반도체층의 채널 형성과 게이트 전극 형성 방법을 나타낸 단면도이며, 도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b의 평면도이다.FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating a channel forming method and a gate electrode forming method of an example self-crystallizing semiconductor layer, and FIGS. 5A and 5B are plan views of FIGS. 4A and 4B.
도 4a 및 도 5a와 같이, 일예의 자기 결정화 방법에 의해 반도체층의 형성 은, 기판(50) 상에 버퍼층(51)과, 제 1 비정질 실리콘층을 일차로 연속하여 증착하고, 이를 자기장을 걸어주어 소정 온도에서 상기 제 1 비정질 실리콘층을 결정화하여 결정질 실리콘층(52a)을 형성한 후, 다시 연속하여 제 2 비정질 실리콘층(52b) 및 n+층(52c)을 차례로 증착한다. As shown in FIGS. 4A and 5A, the semiconductor layer is formed by an example of the self-crystallization method. The
이어, 상기 n+층(52c), 제 2 비정질 실리콘층(52b), 결정질 실리콘층(52a)을 선택적으로 제거하여 반도체층(53, 52b, 52a)을 정의한다.Next, the semiconductor layers 53, 52b, and 52a are defined by selectively removing the n +
이어, 상기 반도체층(53, 52b, 52a)을 포함을 버퍼층(51) 상에 금속층을 증착하고, 상기 금속층을 상부에 감광막을 전면 증착하고, 이를 노광 및 현상하여 감광막 패턴(55)을 형성한다. Next, a metal layer is deposited on the
상기 감광막 패턴(55)을 마스크로 이용하여, 상기 금속층을 선택적으로 제거하여 상기 반도체층의 양측에 대응되며 상기 n+층(52c)과 접하는 소오스/드레인 전극 소오스/드레인 전극(54a/54b)을 형성한다. Using the
이어, 상기 소오스/드레인 전극(54a/54b)의 하부에 노출된 반도체층의 n+층(53), 제 2 비정질 실리콘층(52b) 및 결정질 실리콘층(52a)의 상부 일부 두께를 제거하여 'L'의 폭을 갖는 채널을 형성한다. 여기서, 상기 채널 폭은 상기 소오스 전극(52a)과 드레인 전극(52b)의 이격 간격과 동일하다. 이 때, 설명하지 않은 부호 63은 완전히 채널이 정의되어 패터닝된 반도체층을 의미한다.Then, the thickness of the upper part of the n + layer 53, the second
도 4b 및 도 5b와 같이, 상기 소오스/드레인 전극(54a/54b) 및 반도체층(63)을 포함한 버퍼층(51) 전면에 게이트 절연막(56)을 전면 형성한다.The
이어, 상기 게이트 절연막(56) 상에 금속층을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여, 상기 소오스/드레인 전극(54a/54b)과 부분적으로 오버랩하는 게이트 전극(57)을 형성한다.Subsequently, a metal layer is deposited on the
즉, 이러한 제조 방법이 박막 트랜지스터는 상기 소오스/드레인 전극(54a/54b)의 형성시 채널이 함께 정의되기 때문에, 채널과 채널 양측의 경계부에서, 채널 양측의 위치한 결정질 실리콘층(52a)의 일부 두께, 제 2 비정질 실리콘층(52b), n+층(53) 및 소오스/드레인 전극(54a/54b)을 모두 합한 두께만큼 단차가 발생하기 때문에, 이에 의해 게이트 절연막(56)을 충분한 두께로 형성하여야 하고, 또한, 그 상부에서 패터닝되는 게이트 전극(57)에 있어서, 충분하고 안정적인 패터닝을 위해 상기 단차부를 지나 일부 소오스/드레인 전극(54a/54b)과 오버랩되어 형성하는 것이 필요하였다. That is, in this manufacturing method, since the thin film transistor is defined with the channels at the time of forming the source / drain electrodes 54a / 54b, the thickness of the
본 발명의 박막 트랜지스터, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법은, 소오스/드레인 전극과 게이트 전극을 서로 동일층에 형성하고, 이들이 오버랩되지 않으며, 게이트 절연막을 상기 게이트 전극 하측 평탄한 반도체층에 한하여 형성하여, 게이트 절연막을 작은 두께로 증착하여도 안정적인 스텝 커버리지 구조를 가질 수 있는 구조를 제안한다.In the thin film transistor of the present invention, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a display device using the same, a source / drain electrode and a gate electrode are formed on the same layer, and they do not overlap, and a gate insulating film is formed on the flat semiconductor layer under the gate electrode. The present invention proposes a structure capable of having a stable step coverage structure even when the gate insulating film is deposited to a small thickness.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 박막 트랜지스터, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a thin film transistor of the present invention, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a display using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
- 제 1 실시예 -First Embodiment
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, 자기 결정화 반도체층의 채널 형성과 게이트 전극 형성 방법을 나타낸 단면도이며, 도 7a 및 도 7b는 도 6a 및 도 6b의 평면도이다.FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views illustrating a channel forming method and a gate electrode forming method of a self-crystallizing semiconductor layer in a method for manufacturing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention. FIGS. 7A and 7B are cross- Fig.
도 6a 및 도 7a와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 자기 결정화 방법에 의해 반도체층을 구비한 박막 트랜지스터의 형성은, 기판(100) 상에 버퍼층(101)과, 비정질 실리콘층(102a과 동일층)을 일차로 연속하여 증착하고, 이를 자기장을 걸어주어 소정 온도에서 상기 비정질 실리콘층을 결정화하여 결정질 실리콘층(102a)을 형성한 후, n+층(102b)을 차례로 증착한다. 6A and 7A, the formation of a thin film transistor having a semiconductor layer by a self-crystallization method according to the first embodiment of the present invention is performed by forming a
이어, 상기 n+층(102b), 결정질 실리콘층(102a)을 선택적으로 제거하여 반도체층(102)을 정의한다.Next, the
이어, 상기 반도체층(102)의 채널 길이 'L'을 갖도록, 상기 반도체층(102)을 포함한 버퍼층(101) 상에 감광막을 도포하고, 이를 노광 및 현상하여, 상기 채널에 대응되는 'L' 폭이 제거된 감광막 패턴(103)을 형성한다. Subsequently, a photosensitive film is coated on the
이어, 상기 감광막 패턴(103)을 마스크로 하여 상기 n+층(102b) 및 결정질 실리콘층(102a)의 일부 두께를 제거한다.Subsequently, partial thicknesses of the n +
도 6b 및 도 7b와 같이, 상기 반도체층(102)을 포함을 버퍼층(101) 상에 절연막을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 상기 반도체층(102)의 중앙 상부에만 부분적으로 남도록 게이트 절연막(104)을 형성한다. As shown in FIGS. 6B and 7B, an insulating film is deposited on the
이어, 상기 게이트 절연막(104) 및 반도체층(102)을 포함한 버퍼층(101) 상에 금속층을 증착하고, 상기 금속층을 상부에 감광막을 전면 증착하고, 이를 노광 및 현상하여 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. Subsequently, a metal layer is deposited on the
상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로 이용하여, 상기 금속층을 선택적으로 제거하여 상기 게이트 절연막(104) 상측에 게이트 전극(105a)을 형성하고, 상기 반도체층(102)의 n+층(102b)과 접하는 소오스/드레인 전극(102a/102b)을 형성한다. By using the first photoresist pattern as a mask, the metal layer is selectively removed to form a
즉, 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 상기 소오스/드레인 전극과 게이트 전극을 동일층의 동일 마스크를 이용하여 형성하고, 상기 게이트 절연막이 선택적으로 반도체층 중앙 상부에만 형성되어, 상대적으로 상술한 구조에 비해 스텝 커버 리지(step coverage) 확보가 가능하고, 이에 의해 게이트 절연막(106)을 낮은 두께로 형성할 수 있게 된다. That is, in the method for manufacturing the thin film transistor of the present invention, the source / drain electrodes and the gate electrode are formed using the same mask of the same layer, and the gate insulating film is selectively formed only on the center of the semiconductor layer. Compared to the structure, it is possible to secure step coverage, whereby the
이하, 구체적으로 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 포함한 표시 장치의 제조 방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a method of manufacturing a display device including a method of manufacturing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention will be described in detail.
도 8a 내지 도 8l는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다. 그리고, 도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜 지스터를 포함한 표시 장치의 평면도이다.8A to 8L are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a display device according to a first embodiment of the present invention. 9 is a plan view of a display device including a thin film transistor according to a first exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은, 다음의 순서로 이루어진다. The manufacturing method of the display device according to the first embodiment of the present invention is performed in the following procedure.
먼저, 도 8a와 같이, 기판(100) 상에 차례로 산화막(SiO2)으로 이루어진 버퍼층(101), 비정질 실리콘층(112)을 증착한다. 여기서, 상기 기판(100) 상에 버퍼층(101) 및 비정질 실리콘층(112)을 차례로 증착하는 것은, 플라즈마 증착(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비에 의해 연속하여 증착한다. First, as shown in FIG. 8A, a
도 8b와 같이, 상기 기판(100)에 자기장을 인가하여 상기 비정질 실리콘층(112)을 결정화하여 결정질 실리콘층(112a)으로 형성한다.As shown in FIG. 8B, a magnetic field is applied to the
도 8c와 같이, 상기 결정질 실리콘층(112a) 상에 n+층(113)을 형성한다. 여기서, 상기 결정질 실리콘층(112a) 상부에 비정질 실리콘층을 더 증착한 후 상기 n+층(113)을 형성할 수도 있다. As illustrated in FIG. 8C, an n +
도 8d와 같이, 상기 n+층(113) 및 결정질 실리콘층(112a) 상에 감광막을 도포하고, 이를 제 1 마스크(미도시)에 의해 현상 노광하여 제 1 감광막 패턴(123)으로 형성하고, 이를 마스크로 하여 상기 n+층(113) 및 결정질 실리콘층(112a)을 선택적으로 제거하여 동일폭의 n+층패턴(113a) 및 결정질 실리콘층 패턴(112b)을 형성한다.As shown in FIG. 8D, a photoresist film is coated on the n +
이어, 상기 제 1 감광막 패턴(123)을 제거한다.Next, the
도 8e와 같이, n+층 패턴(113a) 및 결정질 실리콘층 패턴(112b)를 포함한 상 기 버퍼층(101) 상부에 전면 감광막을 도포하고 이를 선택적으로 제거하고, 상기 n+층패턴(113a)의 중앙부를 노출하는 제 2 감광막 패턴(103)을 형성한다. As shown in FIG. 8E, a front photosensitive film is coated on the
이어, 상기 제 2 감광막 패턴(103)을 마스크로 이용하여 상기 n+층패턴(113a) 및 결정질 실리콘층패턴(112b)의 일부두께를 제거하도록 건식각한다. 이로써 채널에 대응되는 상부 두께가 일부 제거된 결정질 실리콘층 패턴(102a)과 오믹콘택층(102b)의 적층체의 반도체층(102)이 형성된다.Subsequently, the second
도 8f와 같이, 상기 반도체층(102)을 포함을 버퍼층(101) 상에 절연막(104a)을 증착하고 이를 선택적으로 제거하여 도 8g와 같이, 상기 반도체층(102)의 중앙 상부에만 부분적으로 남도록 게이트 절연막(104)을 형성한다. 이 때, 상기 게이트 절연막(104)은 바람직하게는 SiO2 로 이루어지는 것이 좋고, 약 1000~2000Å의 두께로 형성한다.As shown in FIG. 8F, an insulating
도 8h와 같이, 상기 게이트 절연막(104) 및 반도체층(102)을 포함한 버퍼층(101) 상에 금속층(105)을 증착하고, 상기 금속층을 상부에 감광막을 전면 증착하고, 이를 노광 및 현상하여 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. As shown in FIG. 8H, a
상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여, 상기 금속층을 선택적으로 제거하여 상기 게이트 절연막(104) 상측에 게이트 전극(105a)을 형성하고, 상기 반도체층(102)의 n+층(102b)과 접하는 소오스/드레인 전극(105b/105c)을 형성한다.Using the photoresist pattern as a mask, the metal layer is selectively removed to form a
이와 같은 공정에서 의해 게이트 전극(105a), 소오스/드레인 전극(105b/105c) 및 AMFC 방법에 의해 결정화된 반도체층(102)을 포함한 제 1 실시예 에 따른 박막 트랜지스터가 정의된다. In this process, the thin film transistor according to the first embodiment including the
여기서, 상기 박막 트랜지스터는 액정 표시 장치 또는 유기 발광 소자 등의 각 화소를 구동하기 위한 구동 소자로 이용될 수 있으며, 상기 박막 트랜지스터와 연결된 화소 전극을 통해 표시를 행하게 된다.Here, the thin film transistor may be used as a driving device for driving each pixel such as a liquid crystal display device or an organic light emitting device, and display is performed through a pixel electrode connected to the thin film transistor.
이후에는, 상술한 공정에 별도 공정을 더 부가하여 표시 장치의 각 화소를 구동하기 위한 화소 전극을 형성하기 위한 방법을 살펴본다.Hereinafter, a method for forming a pixel electrode for driving each pixel of a display device by adding another process to the above-described process will be described.
도 8j와 같이, 상기 게이트 전극(105a), 소오스 전극(105b) 및 드레인 전극(105c)을 포함한 전면에 보호막(106)을 전면 형성한다.As shown in FIG. 8J, the
도 8k와 같이, 상기 보호막(106) 전면에 감광막을 도포한 후, 제 5 마스크(미도시)를 이용하여 이를 선택적으로 제거하여 감광막 패턴을 형성하고, 상기 감광막 패턴을 이용하여, 상기 보호막(106)을 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극(105c)의 일부를 노출하도록 보호막 패턴(106a)을 형성하고, 상기 드레인 전극(105c)의 노출부에 콘택홀(C)을 정의한다. As shown in FIG. 8K, after the photoresist is coated on the entire surface of the
도 8l과 같이, 상기 콘택홀(C)을 매립하며, 상기 보호막 패턴(106a) 전면에 투명 전극 물질을 증착한 후, 그 상부에 감광막을 도포하고, 이를 제 6 마스크(미도시)에 의해 패터닝한 후, 이에 따라 상기 투명 전극 물질을 패터닝하여 상기 드레인 전극(105c)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(107)을 형성한다. As shown in FIG. 8L, the contact hole C is filled, a transparent electrode material is deposited on the entire surface of the
도 9는 상술한 표시 장치의 제조 방법을, 유기 발광 소자에 적용한 것으로, I~I' 선상에서 이루어지는 구동 박막 트랜지스터 제조 방법에 이용한 것이다. FIG. 9 applies the above-described method for manufacturing a display device to an organic light emitting element, and is used for a method for manufacturing a driving thin film transistor formed on a line I to I '.
추가적으로 도시되는 125는 스캔 라인, 125c 는 스캔 게이트 전극을 나타내 고, 상기 스캔 게이트 전극(125c)의 주변에 선택 박막 트랜지스터가 더 형성된다. 이 때, 선택 박막 트랜지스터의 소오스 측은 소오스 전극(133a)을 통해 전압 인가 라인(127)과 콘택(C4)되고, 드레인측은 드레인 전극 및 연결 패턴(137)을 통해 상술한 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극(105a)과 전기적으로 접속된다. 125 is a scan line, 125c represents a scan gate electrode, and a select thin film transistor is further formed around the
- 제 2 실시예 -- Second Embodiment -
이하, 구체적으로 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 포함한 표시 장치의 제조 방법에 대하여 살펴본다.Hereinafter, a method of manufacturing a display device including a method of manufacturing a thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention will be described.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 포함한 표시 장치의 평면도이며, 도 11은 도 10의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도이다.10 is a plan view of a display device including a thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line II to II 'of FIG. 10.
도 10 및 도 11과 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 포함한 표시 장치는, 기판(200) 상에, 자기장 결정화법으로 형성된 결정질 실리콘층(202a) 및 상기 결정질 실리콘층(202a) 양측 상부에 형성된 불순물층(202b)으로 이루어진 반도체층(202)과, 상기 반도체층(202)의 불순물층(202b)과 접하여 형성된 소오스/드레인 전극(205b, 205c) 및 상기 반도체층(202) 중앙 상부에 형성되며, 게이트 절연막(203)을 개재하여 상기 소오스/드레인 전극(205b/205c)과 동일층에 형성된 게이트 전극(205a)을 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 드레인 전극(205c)은 그 폭을 줄여 형성되고, 상기 제 2 투명 전극 패턴(204a)은 화소 영역에 형성되고, 상기 드레인 전극(205c)과 상기 화소 전극(207)은 제 1 보호막 홀(CC1)의 상부 일부에만 콘택을 갖는다.10 and 11, in the display device including the thin film transistor according to the second exemplary embodiment of the present invention, the
도 11은, 도 10의 상술한 표시 장치 구조를, 유기 발광 소자에 적용한 것으로, Ⅱ~Ⅱ' 선상에서 이루어지는 구동 박막 트랜지스터 제조 방법에 이용한 것이다. 에 추가적으로 도시되는 225는 스캔 라인, 225a 는 스캔 게이트 전극을 나타내고, 상기 스캔 게이트 전극(225c)의 주변에 선택 박막 트랜지스터가 더 형성된다. 이 때, 선택 박막 트랜지스터의 소오스 측은 소오스 전극(233a)을 통해 전압 인가 라인(227)과 콘택(CC3)되고, 드레인측은 드레인 전극(233b) 및 연결 패턴을 통해 제 1, 제 2 콘택(CC1, CC2)을 가지며, 도 11에 도시되는 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극(205a)과 전기적으로 접속된다. FIG. 11 applies the above-described display device structure of FIG. 10 to an organic light emitting element, and is used in a method of manufacturing a driving thin film transistor formed on a line II to II '.
도 12a 및 도 12o는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이며, 도 13a 내지 도 13k는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 평면도이다.12A and 12O are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a display device according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 13A to 13K are process plan views illustrating a manufacturing method of a display apparatus according to a second exemplary embodiment of the present invention. to be.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은, 다음의 순서로 이루어진다. A manufacturing method of a display device according to a second embodiment of the present invention is performed in the following procedure.
먼저, 도 12a 및 도 13a와 같이, 기판(200) 상에 차례로 산화막(SiO2)으로 이루어진 버퍼층(201), 비정질 실리콘층(212)을 증착한다. 여기서, 상기 기판(200) 상에 버퍼층(201) 및 비정질 실리콘층(212)을 차례로 증착하는 것은, 플라즈마 증착(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비에 의해 연속하여 증착한다. First, as shown in FIGS. 12A and 13A, a
도 12b 및 도 13b와 같이, 상기 기판(200)에 자기장을 인가하여 상기 비정질 실리콘층(212)을 결정화하여 결정질 실리콘층(212a)으로 형성한다.12B and 13B, a magnetic field is applied to the
도 12c 및 도 13c와 같이, 상기 결정질 실리콘층(212a) 상에 n+층(213)을 형성한다. 여기서, 상기 결정질 실리콘층(212a) 상부에 비정질 실리콘층을 더 증착한 후 상기 n+층(213)을 형성할 수도 있다. 12C and 13C, an n +
도 12d 및 도 13d와 같이, 상기 n+층(213) 및 결정질 실리콘층(212a) 상에 감광막을 도포하고, 이를 제 1 마스크(미도시)에 의해 현상 노광하여 제 1 감광막 패턴(222)으로 형성한다. 12D and 13D, a photoresist film is coated on the n +
여기서, 상기 제 1 감광막 패턴(222)은 반도체층의 채널 정의부를 제 1 높이부 및 그 양측의 소오스/드레인 전극 정의부를 제 2 높이부(>제 1 높이부)로 갖는 제 1 감광막 패턴(222)을 형성한다.The first
도 12e 및 도 13e와 같이, 상기 제 1 감광막 패턴(222)을 마스크로 하여 일차로, 상기 n+층(213) 및 결정질 실리콘층(212a)을 선택적으로 제거하여 동일폭의 n+층패턴(213a) 및 결정질 실리콘층 패턴(212b)을 형성한다.12E and 13E, the n +
도 12f 및 도 13f와 같이, 상기 제 1 높이부가 제거될 정도로, 상기 제 1 감광막 패턴(222)을 애슁하여, 제 2 감광막 패턴(222a)을 형성한다.12F and 13F, the first
도 12g 및 도 13g와 같이, 상기 제 2 감광막 패턴(222a)을 마스크로 하여, 상기 n+층 패턴(213a) 및 결정질 실리콘층 패턴(212b)의 일부 두께를 제거하여, 반도체층(202)의 오믹 콘택층(202b)과 결정질 실리콘층 패턴(202a)을 형성한다.12G and 13G, by using the second
도 12h 및 도 13h와 같이, 상기 제 2 감광막 패턴(222a)을 스트립하여 제거한다.12H and 13H, the second
도 12i 및 도 13i와 같이, 상기 반도체층(202)을 포함한 상기 버퍼층(201) 상에 절연막(223) 및 투명 전극층(204)을 차례로 증착한다.12I and 13I, an insulating film 223 and a
도 12j 및 도 13j와 같이, 상기 투명 전극층(204) 및 절연막(223)을 동일 폭으로 제거하여 상기 반도체층(202) 상부에 섬상으로 형성된 게이트 절연막(203) 및 제 1 투명 전극 패턴(204b)을 형성한다. 이 때, 상기 반도체층(202)을 제외한 상기 버퍼층(201) 상부에 게이트 절연막(203) 및 제 2 투명 전극 패턴(204a)을 형성한다. 이 때, 상기 제 2 투명 전극 패턴(204a)이 형성되는 부위가 표시 장치에 있어서, 화소 전극이 형성되는 부위이다.12J and 13J, the
도 12j와 같이, 상기 제1, 제 2 투명 전극 패턴(204b, 204a) 및 반도체층(202)을 포함한 버퍼층(201) 상에 금속층(205)을 증착하고, 상기 금속층을 상부에 감광막을 전면 증착하고, 이를 노광 및 현상하여 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. As shown in FIG. 12J, a
도 12k와 같이, 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여, 상기 금속층을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 투명 전극 패턴(204b)와 콘택되는 게이트 전극(205a)을 형성하고, 상기 반도체층(202)의 n+층(202b)과 접하는 소오스/드레인 전극(205b/205c)을 형성한다.As shown in FIG. 12K, the metal layer is selectively removed using the photoresist pattern as a mask to form a
이와 같은 공정에서 의해 게이트 전극(205a), 소오스/드레인 전극(205b/205c) 및 AMFC 방법에 의해 결정화된 반도체층(202)을 포함한 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터가 정의된다. In this process, the thin film transistor according to the second embodiment including the
여기서, 상기 박막 트랜지스터는 액정 표시 장치 또는 유기 발광 소자 등의 각 화소를 구동하기 위한 구동 소자로 이용될 수 있으며, 상기 박막 트랜지스터와 연결된 화소 전극을 통해 표시를 행하게 된다.Here, the thin film transistor may be used as a driving device for driving each pixel such as a liquid crystal display device or an organic light emitting device, and display is performed through a pixel electrode connected to the thin film transistor.
이후에는, 상술한 공정에 별도 공정을 더 부가하여 표시 장치의 각 화소를 구동하기 위한 화소 전극을 형성하기 위한 방법을 살펴본다.Hereinafter, a method for forming a pixel electrode for driving each pixel of a display device by adding another process to the above-described process will be described.
도 12m과 같이, 상기 게이트 전극(205a), 소오스 전극(205b) 및 드레인 전극(205c)을 포함한 전면에 보호막(216)을 전면 형성한다.As shown in FIG. 12M, the
도 12n과 같이, 상기 보호막(216) 전면에 감광막을 도포한 후, 제 4 마스크(미도시)를 이용하여 이를 선택적으로 제거하여 감광막 패턴을 형성하고, 상기 감광막 패턴을 이용하여, 상기 보호막(216)을 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극(205c)의 일부를 노출하도록 제 1 보호막홀(CC1)과 상기 드레인 전극(105c)의 노출부에 제2 콘택홀(C)을 구비한 보호막 패턴(206)을 형성한다. As shown in FIG. 12N, after the photoresist is coated on the entire surface of the
도 12o와 같이, 상기 제 1 보호막홀(CC1)을 매립하며, 상기 보호막 패턴(206) 전면에 투명 전극 물질을 증착한 후, 그 상부에 감광막을 도포하고, 이를 제 5 마스크(미도시)에 의해 패터닝한 후, 이에 따라 상기 투명 전극 물질을 패터닝하여 상기 드레인 전극(205c)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(207)을 형성한다. As shown in FIG. 12O, the first passivation layer hole CC1 is buried, a transparent electrode material is deposited on the entire
상술한 박막 트랜지스터의 구조는 탑 게이트 방식으로 이루어진 것으로, 탑 게이트 방식의 AMFC(자기 결정화 반도체층)는 비정질 실리콘 형성 공정에서, 단순 히 자기장 결정화 공정만을 추가하여, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 대비 우수한 소자 성능과 신뢰성을 가는 소자를 구현할 수 있다. The top gate type AMFC (self-crystallizing semiconductor layer) is formed in the amorphous silicon forming process by merely adding a magnetic field crystallization process to the amorphous silicon thin film transistor. It is possible to realize a device with high reliability.
이와 같이, 자기장 결정화된 반도체층을 통해 레이저 결정화된 반도체층 대비 우수한 균일성을 확보할 수 있고, 이는 액티브 매트릭스 유기 발광 소자 혹은 드라이브 IC 를 패널 내에 구성할 경우 이에 이용할 수 있다. 이에 따라 기존의 비정질 실리콘층으로 이루어진 반도체층을 이용한 박막 트랜지스터에 비해 우수한 소자 성능과 신뢰성으로 좁은 베젤(narrow bezel)을 구현할 수 있고, 더 많은 회로의 집적화가 가능하다.As described above, it is possible to ensure excellent uniformity over the laser crystallized semiconductor layer through the magnetic-field-crystallized semiconductor layer, which can be used when an active matrix organic light-emitting device or a drive IC is formed in the panel. As a result, a narrow bezel can be realized with superior device performance and reliability as compared with a thin film transistor using a semiconductor layer made of a conventional amorphous silicon layer, and more circuits can be integrated.
또한, 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 비정질 실리콘층을 자기장 결정화에 결정화한 후, 불순물층을 증착하고 반도체층으로 패터닝한 후, 소오스/드레인 전극과 게이트 전극을 동시에 동일층에 패터닝하고, 상기 게이트 전극 하측의 반도체층 상부에만 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막의 형성 부위에 단차를 줄여 상기 게이트 절연막을 낮은 두께로 증착하여도 스텝 커버리지의 안정이 가능하도록 한다. In addition, in the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, after crystallizing an amorphous silicon layer for magnetic field crystallization, depositing an impurity layer and patterning the semiconductor layer, patterning a source / drain electrode and a gate electrode on the same layer at the same time, The gate insulating film is formed only on the semiconductor layer below the gate electrode, and the step coverage is reduced even when the gate insulating film is deposited to a low thickness by reducing the step in the formation region of the gate insulating film.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.
도 1a은 종래의 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 나타낸 단면도1A is a cross-sectional view of a conventional amorphous silicon thin film transistor
도 1b는 도 1a의 반도체층의 구조를 나타낸 단면도1B is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor layer of FIG. 1A
도 2a는 자기 결정화 반도체층을 구비한 박막 트랜지스터를 나타낸 단면도2A is a cross-sectional view showing a thin film transistor having a self-crystallizing semiconductor layer
도 2b는 도 2a의 반도체층의 구조를 나타낸 단면도FIG. 2B is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor layer of FIG. 2A
도 3a 및 도 3b는 자기 결정화 반도체층의 게이트 절연막 두께에 따른 박막 트랜지스터의 소자 특성을 나타낸 그래프3A and 3B are graphs showing the device characteristics of the thin film transistor according to the thickness of the gate insulating film of the self-crystallizing semiconductor layer
도 4a 및 도 4b는 일예의 자기 결정화 반도체층의 채널 형성과 게이트 전극 형성 방법을 나타낸 단면도FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views showing a channel forming process and a gate electrode forming process of an example self-crystallizing semiconductor layer
도 5a 및 도 5b는 도 4a 및 도 4b의 평면도Figs. 5A and 5B are plan views of Figs. 4A and 4B
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, 자기 결정화 반도체층의 채널 형성과 게이트 전극 형성 방법을 나타낸 단면도6A and 6B are cross-sectional views illustrating a channel formation process and a gate electrode formation process of a self-crystallizing semiconductor layer in a method of manufacturing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention
도 7a 및 도 7b는 도 6a 및 도 6b의 평면도Figs. 7A and 7B are plan views of Figs. 6A and 6B
도 8a 내지 도 8l는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도 8A to 8L are cross-sectional views showing the manufacturing method of the display device according to the first embodiment of the present invention
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 포함한 표시 장치의 평면도9 is a plan view of a display device including a thin film transistor according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 포함한 표시 장치의 평면도10 is a plan view of a display device including a thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 11은 도 10의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도FIG. 11 is a structural cross-sectional view taken along line II-II ′ of FIG. 10.
도 12a 및 도 12o는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도12A and 12O are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a display device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 13a 내지 도 13k는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 나타낸 공정 평면도13A to 13K are process plan views illustrating a method of manufacturing a display device according to a second exemplary embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분을 나타내는 부호의 설명*DESCRIPTION OF THE REFERENCE CHARACTERS
100, 200 : 기판 101, 201 : 버퍼층100, 200:
102, 202 : 반도체층 104 : 게이트 절연막102, 202: semiconductor layer 104: gate insulating film
105a, 205a : 게이트 전극 105b, 205b : 소오스 전극105a, 205a:
105c, 205c : 드레인 전극 104, 203 : 게이트 절연막105c and 205c:
106, 206 : 보호막 107, 207 : 화소 전극106 and 206:
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