KR101463028B1 - Method of fabricating oxide thin film transistor - Google Patents
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Abstract
본 발명의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 비정질 아연 산화물(ZnO)계 반도체를 액티브층으로 사용하여 박막 트랜지스터를 제작할 때, 소오스/드레인영역에 회절패턴이 적용된 회절마스크를 이용하여 액티브층과 채널 보호층을 동시에 패터닝함으로써 후(後)공정에서 플라즈마에 의한 채널층의 캐리어 농도변화를 방지하는 한편 마스크수를 줄여 제조공정 및 비용을 절감하기 위한 것으로, 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 기판 전면에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연층이 형성된 기판 전면에 비정질 아연 산화물계 반도체층 및 절연층을 형성하는 단계; 액티브층의 소오스/드레인영역에 회절패턴이 적용된 회절마스크를 이용하여 상기 기판 위에 제 1 두께의 제 1 감광막패턴 및 제 2 두께의 제 2 감광막패턴과 제 3 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 감광막패턴 내지 제 3 감광막패턴을 마스크로 상기 비정질 아연 산화물계 반도체층을 선택적으로 패터닝하여 상기 게이트전극 상부에 비정질 아연 산화물계 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계; 상기 제 2 감광막패턴과 제 3 감광막패턴을 제거하는 동시에 상기 제 1 감광막패턴의 두께 일부를 제거하여 제 3 두께의 제 4 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 제 4 감광막패턴을 마스크로 상기 절연층을 선택적으로 패터닝하여 상기 액티브층의 채널영역 위에 채널 보호층을 형성하는 단계; 및 상기 액티브층 상부에 상기 소오스영역과 드레인영역에 전기적으로 접속하는 소오스전극과 드레인전극을 형성하는 단계를 포함한다.The method for fabricating an oxide thin film transistor according to the present invention is characterized in that when a thin film transistor is fabricated by using an amorphous zinc oxide (ZnO) based semiconductor as an active layer, a diffraction mask having a diffraction pattern applied to a source / The method comprising: forming a gate electrode on a substrate in order to reduce a number of masks and to reduce a manufacturing process and a cost by preventing a change in a carrier concentration of a channel layer due to plasma in a later process; Forming a gate insulating layer on the entire surface of the substrate on which the gate electrode is formed; Forming an amorphous zinc oxide based semiconductor layer and an insulating layer over the entire surface of the substrate on which the gate insulating layer is formed; Forming a first photoresist pattern of a first thickness and a second photoresist pattern and a third photoresist pattern of a second thickness on the substrate using a diffraction mask having a diffraction pattern applied to a source / drain region of the active layer; Selectively patterning the amorphous zinc oxide based semiconductor layer using the first photoresist pattern to the third photoresist pattern as a mask to form an active layer made of amorphous zinc oxide based semiconductor on the gate electrode; Removing the second photoresist pattern and the third photoresist pattern and removing a portion of the thickness of the first photoresist pattern to form a fourth photoresist pattern having a third thickness; Forming a channel protection layer on the channel region of the active layer by selectively patterning the insulating layer using the fourth photoresist pattern as a mask; And forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to the source region and the drain region on the active layer.
산화물 박막 트랜지스터, 비정질 아연 산화물계, 회절마스크, 채널 보호층 Oxide thin film transistor, amorphous zinc oxide system, diffraction mask, channel protection layer
Description
본 발명은 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an oxide thin film transistor, and more particularly, to a method of manufacturing an oxide thin film transistor using an amorphous zinc oxide based semiconductor as an active layer.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.Recently, interest in information display has increased, and a demand for using portable information media has increased, and a light-weight flat panel display (FPD) that replaces a cathode ray tube (CRT) And research and commercialization are being carried out. Particularly, among such flat panel display devices, a liquid crystal display (LCD) is an apparatus for displaying an image using the optical anisotropy of a liquid crystal, and is excellent in resolution, color display and picture quality and is actively applied to a notebook or a desktop monitor have.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.The liquid crystal display comprises a color filter substrate, an array substrate, and a liquid crystal layer formed between the color filter substrate and the array substrate.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.An active matrix (AM) method, which is a driving method mainly used in the liquid crystal display, is a method of driving a liquid crystal of a pixel portion by using an amorphous silicon thin film transistor (a-Si TFT) to be.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of a typical liquid crystal display device will be described in detail with reference to FIG.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.As shown in the figure, the liquid crystal display comprises a
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.The
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.The
상기의 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성 된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.The
한편, 전술한 액정표시장치는 가볍고 전력소모가 작아 지금가지 가장 주목받는 디스플레이 소자였지만, 상기 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 명암비(contrast ratio) 및 시야각 등에 기술적 한계가 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 디스플레이 소자에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다.However, since the liquid crystal display device is not a light emitting device but a light receiving device and has technical limitations such as brightness, contrast ratio, and viewing angle, the liquid crystal display device Development of a new display device capable of overcoming the disadvantages has been actively developed.
새로운 평판표시장치 중 하나인 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diode; OLED)는 자체발광형이기 때문에 액정표시장치에 비해 시야각과 명암비 등이 우수하며 백라이트(backlight)가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르다는 장점이 있으며, 특히 제조비용 측면에서도 유리한 장점을 가지고 있다.OLED (Organic Light Emitting Diode), which is one of the new flat panel display devices, has excellent viewing angle and contrast ratio compared to liquid crystal displays because it is a self-luminous type. Lightweight thin type can be used because it does not need backlight And is also advantageous in terms of power consumption. In addition, it has the advantage of being able to drive a DC low voltage and has a high response speed, and is particularly advantageous in terms of manufacturing cost.
최근 유기전계발광 디스플레이의 대면적화에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이를 달성하기 위하여 유기전계발광소자의 구동 트랜지스터로서 정전류 특성을 확보하여 안정된 작동 및 내구성이 확보된 트랜지스터 개발이 요구되고 있다.In recent years, studies have been actively made on the enlargement of an organic electroluminescent display. In order to achieve this, development of a transistor ensuring stable operation and durability by securing a constant current characteristic as a driving transistor of an organic electroluminescent device is required.
전술한 액정표시장치에 사용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 저온 공정에서 제작할 수 있지만 이동도(mobility)가 매우 작고 정전류 테스트(constant current bias) 조건을 만족하지 않는다. 반면에 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 높은 이동도와 만족스러운 정전류 테스트 조건을 가지는 반면에 균일한 특성 확보 가 어려워 대면적화가 어렵고 고온 공정이 필요하다.The amorphous silicon thin film transistor used in the above-described liquid crystal display device can be manufactured in a low temperature process, but has a very small mobility and does not satisfy a constant current bias condition. On the other hand, the polycrystalline silicon thin film transistor has a high mobility and a satisfactory constant current test condition, but it is difficult to obtain a uniform characteristic, so it is difficult to make a large area and a high temperature process is required.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an oxide thin film transistor using an amorphous zinc oxide-based semiconductor as an active layer.
본 발명의 다른 목적은 추가적인 마스크공정 없이 채널 보호층을 형성함으로써 후 공정인 플라즈마 가스에 의한 채널층의 캐리어 농도변화를 방지하도록 한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing an oxide thin film transistor in which a channel protective layer is formed without an additional mask process to prevent a change in carrier concentration of a channel layer due to a plasma gas as a post-process.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.Other objects and features of the present invention will be described in the following description of the invention and claims.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 기판 위에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 기판 전면에 게이트 절연층을 형성하는 단계; 상기 게이트 절연층이 형성된 기판 전면에 비정질 아연 산화물계 반도체층 및 절연층을 형성하는 단계; 액티브층의 소오스/드레인영역에 회절패턴이 적용된 회절마스크를 이용하여 상기 기판 위에 제 1 두께의 제 1 감광막패턴 및 제 2 두께의 제 2 감광막패턴과 제 3 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 감광막패턴 내지 제 3 감광막패턴을 마스크로 상기 비정질 아연 산화물계 반도체층을 선택적으로 패터닝하여 상기 게이트전극 상부에 비정질 아연 산화물계 반도체로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계; 상기 제 2 감광막패턴과 제 3 감광막패턴을 제거하는 동시에 상기 제 1 감광막패턴의 두께 일부를 제거하여 제 3 두께의 제 4 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 제 4 감광막패턴을 마스크로 상기 절연층을 선택적으로 패터닝하여 상기 액티브층의 채널영역 위에 채널 보호층을 형성하는 단계; 및 상기 액티브층 상부에 상기 소오스영역과 드레인영역에 전기적으로 접속하는 소오스전극과 드레인전극을 형성하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating an oxide thin film transistor including: forming a gate electrode on a substrate; Forming a gate insulating layer on the entire surface of the substrate on which the gate electrode is formed; Forming an amorphous zinc oxide based semiconductor layer and an insulating layer over the entire surface of the substrate on which the gate insulating layer is formed; Forming a first photoresist pattern of a first thickness and a second photoresist pattern and a third photoresist pattern of a second thickness on the substrate using a diffraction mask having a diffraction pattern applied to a source / drain region of the active layer; Selectively patterning the amorphous zinc oxide based semiconductor layer using the first photoresist pattern to the third photoresist pattern as a mask to form an active layer made of amorphous zinc oxide based semiconductor on the gate electrode; Removing the second photoresist pattern and the third photoresist pattern and removing a portion of the thickness of the first photoresist pattern to form a fourth photoresist pattern having a third thickness; Forming a channel protection layer on the channel region of the active layer by selectively patterning the insulating layer using the fourth photoresist pattern as a mask; And forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to the source region and the drain region on the active layer.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 비 정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용함에 따라 균일도가 우수하여 대면적 디스플레이에 적용 가능한 효과를 제공한다.As described above, the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention has an excellent uniformity due to the use of an amorphous zinc oxide-based semiconductor as an active layer, thereby providing an effect applicable to a large area display.
이때, 상기의 비정질 아연 산화물계 반도체는 후(後)공정에서 플라즈마에 반응을 하여 채널층의 캐리어 농도가 변화하게 되는데, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 상기 채널층의 캐리어 농도변화를 방지하기 위한 채널 보호층을 액티브층과 동시에 패터닝함으로써 마스크수의 감소에 의한 제조공정 및 비용이 절감되는 효과를 제공한다.At this time, the amorphous zinc oxide-based semiconductor reacts with the plasma in a later process to change the carrier concentration of the channel layer. In the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention, The channel protection layer is formed on the active layer simultaneously with the active layer, thereby reducing the number of masks and reducing the manufacturing process and cost.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of an oxide thin film transistor and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내고 있다.FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to the present invention, and schematically shows the structure of an oxide thin film transistor using an amorphous zinc oxide-based semiconductor as an active layer.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소정의 기판(110) 위에 형성된 게이트전극(121), 상기 게이트전극(121) 위에 형성된 게이트 절연층(115), 상기 게이트전극(121) 상부에 비정질 아연 산화물계 반도체로 형성된 액티브층(124) 및 상기 액티브층(124)의 소오스/드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스/드레인전극(122, 123)으로 이루어져 있다.The oxide thin film transistor according to the present invention includes a
이때, 상기 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 비정질 아연 산화물계 반도체를 이용하여 액티브층(124)을 형성함에 따라 높은 이동도와 정전류 테스트 조건을 만족하는 한편 균일한 특성이 확보되어 대면적 디스플레이에 적용 가능한 장점을 가지고 있다.At this time, since the oxide thin film transistor according to the present invention is formed using the amorphous zinc oxide-based semiconductor to form the
상기 아연 산화물(ZnO)은 산소 함량에 따라 전도성, 반도체성 및 저항성의 3가지 성질을 모두 구현할 수 있는 물질로, 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 액정표시장치와 유기전계발광 디스플레이를 포함하는 대면적 디스플레이에 적용될 수 있다.The zinc oxide (ZnO) is a material that can realize all three properties of conductivity, semiconductivity, and resistance according to oxygen content. An oxide thin film transistor in which an amorphous zinc oxide based semiconductor material is applied as an active layer is a liquid crystal display device, Can be applied to a large area display including a light emitting display.
또한, 최근 투명 전자회로에 엄청난 관심과 활동이 집중되고 있는데, 상기 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 제작이 가능함에 따라 상기 투명 전자회로에 사용될 수 있는 장점이 있다.In recent years, a great deal of attention and activity have been concentrated on transparent electronic circuits. Since an oxide thin film transistor using the amorphous zinc oxide based semiconductor material as an active layer has high mobility and can be manufactured at a low temperature, There is an advantage that can be used.
특히, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 ZnO에 인듐(indium; In)과 갈륨(gallium; Ga)과 같은 중금속이 함유된 a-IGZO 반도체로 액티브층을 형성하는 것을 특징으로 한다.In particular, the oxide thin film transistor according to the present invention is characterized in that an active layer is formed of a-IGZO semiconductor containing heavy metals such as indium (In) and gallium (Ga) in the ZnO.
상기 a-IGZO 반도체는 가시광선을 통과시킬 수 있어 투명하며, 또한 상기 a-IGZO 반도체로 제작된 산화물 박막 트랜지스터는 1~100cm2/Vs의 이동도를 가져 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 높은 이동도 특성을 나타낸다.The a-IGZO semiconductor is transparent because it can transmit visible light, and the oxide thin film transistor fabricated from the a-IGZO semiconductor has a mobility of 1 to 100 cm 2 / Vs, and has a higher mobility characteristic than the amorphous silicon thin film transistor .
또한, 상기 a-IGZO 반도체는 넓은 밴드 갭을 가져 높은 색 순도를 갖는 UV 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED), 백색 LED와 그밖에 다른 부품들을 제작할 수 있으며, 저온에서 공정이 가능하여 가볍고 유연한 제품을 생산할 수 있는 특징을 가지고 있다.In addition, the a-IGZO semiconductor can produce UV light emitting diode (LED), white LED and other components having a wide band gap and high color purity and can be processed at a low temperature, It has the characteristics to produce.
더욱이 상기 a-IGZO 반도체로 제작된 산화물 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터와 비슷한 균일한 특성을 나타냄에 따라 부품 구조도 비정질 실리콘 박막 트랜지스터처럼 간단하며, 대면적 디스플레이에 적용할 수 있는 장점을 가지고 있다.Moreover, since the oxide thin film transistor fabricated from the a-IGZO semiconductor exhibits a uniform characteristic similar to that of an amorphous silicon thin film transistor, the structure of the oxide thin film transistor is as simple as an amorphous silicon thin film transistor and has advantages of being applicable to a large area display.
이와 같은 특징을 가진 상기 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 액티브층(124)의 채널영역 상부의 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 사이에 소정의 절연물질로 이루어진 채널 보호층(135)이 추가로 형성되어 있는데, 상기 채널 보호층(135)은 후(後)공정의 플라즈마 처리에 의해 채널층의 캐리어 농도가 변화하는 것을 방지하는 역할을 한다.The oxide thin film transistor according to the present invention having such a characteristic is formed between the
즉, 상기 a-IGZO 반도체는 후공정의 플라즈마 가스에 반응을 하여 캐리어 농도가 변하는 특성을 가지고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 상기 액티브층(124)의 채널영역 상부에 절연물질로 이루어진 채널 보호층(135)을 형성하는데, 본 발명의 경우에는 상기 소오스/드레인영역에 회절패턴이 적용된 회절마스크(이하, 회절마스크를 지칭하는 경우에는 하프-톤 마스크를 포함하는 것으로 한다)를 이용하여 액티브층(124)과 채널 보호층(135)을 동시에 패터닝함으로써 마스크수를 줄여 제조공정 및 비용을 절감할 수 있게 되는데, 이를 다음의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 통해 상세히 설명한다.That is, the a-IGZO semiconductor reacts with a plasma gas in a subsequent process to change the carrier concentration. Therefore, in order to solve such a problem, a
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views sequentially illustrating the manufacturing process of the oxide thin film transistor shown in FIG.
도 3a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연물질로 이루어진 기판(110) 위에 소정의 게이트전극(121)을 형성한다.As shown in FIG. 3A, a predetermined
이때, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터에 적용되는 비정질 아연 산화물계 복합 반도체는 저온 증착이 가능하여, 플라스틱 기판, 소다라임 글라스 등의 저온 공정에 적용이 가능한 기판(110)을 사용할 수 있다. 또한, 비정질 특성을 나타냄으로 인해 대면적 디스플레이용 기판(110)의 사용이 가능하다.At this time, the amorphous zinc oxide-based composite semiconductor to be applied to the oxide thin film transistor of the present invention can be used for low-temperature deposition such as a plastic substrate and a soda lime glass. In addition, since the amorphous characteristics are exhibited, it is possible to use the
또한, 상기 게이트전극(121)은 위에 제 1 도전막을 상기 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.The
여기서, 상기 제 1 도전막으로 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 니켈(nickel; Ni), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo), 티타늄(titanium; Ti), 백금(platinum; Pt), 탄탈(tantalum; Ta) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막은 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 불투명한 도전물질을 사용할 수 있으며, 상기 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.Here, the first conductive layer may be formed of one selected from the group consisting of aluminum (Al), aluminum alloy (Al alloy), tungsten (W), copper (Cu), nickel (Ni), chromium A low resistance opaque conductive material such as molybdenum (Mo), titanium (Ti), platinum (Pt), tantalum (Ta) The first conductive layer may be formed of an opaque conductive material such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or the like. Or may be formed as a laminated multilayer structure.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 전면에 상기 게이트 전극(121)을 덮도록 게이트 절연층(115)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3B, a
그리고, 상기 게이트 절연층(115)이 형성된 기판(110) 전면에 비정질 아연 산화물계 반도체층과 소정의 절연층을 형성한 후, 본 발명의 실시예에 따른 회절마 스크(제 2 마스크공정)를 이용하여 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트전극(121) 상부에 상기 비정질 아연 산화물계 반도체로 이루어진 액티브층(124)을 형성하는 동시에 상기 액티브층(124) 위에 상기 절연층으로 이루어진 채널 보호층(135)을 형성한다.After the amorphous zinc oxide based semiconductor layer and the predetermined insulating layer are formed on the entire surface of the
이때, 상기 제 2 마스크공정은 소오스/드레인영역에 회절패턴이 적용된 회절마스크를 이용하여 먼저 액티브층을 형성한 다음 애싱(ashing)공정을 통해 상기 소오스/드레인영역의 감광막을 제거하는 방법으로 채널 보호층을 형성하게 되는데, 이하 도면을 참조하여 상기 제 2 마스크공정을 상세히 설명한다.In the second mask process, an active layer is first formed using a diffraction mask having a diffraction pattern applied to a source / drain region, and then a photoresist layer of the source / drain region is removed through an ashing process. The second mask process will be described in detail with reference to the drawings.
도 4a 내지 도 4f는 도 3b에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도이다.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a second mask process according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 3B.
도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)이 형성된 기판(110) 전면에 실리콘질화막(SiNx), 실리콘산화막(SiO2)과 같은 무기절연막 또는 하프늄(hafnium; Hf) 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 이루어진 게이트 절연층(115)을 형성한다.4A, an inorganic insulating film such as a silicon nitride film (SiNx), a silicon oxide film (SiO 2 ), hafnium (Hf) oxide, aluminum oxide and the like are formed on the entire surface of the
이때, 상기 게이트 절연층(115)은 화학기상증착(Chemical Vapour Deposition; CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition; PECVD)으로 형성할 수 있다.At this time, the
이후, 상기 게이트 절연층(115)이 형성된 기판(110) 전면에 비정질 아연 산화물계 반도체를 증착하여 소정의 비정질 아연 산화물계 반도체층(120)을 형성한 다. 그리고, 상기 비정질 아연 산화물계 반도체층(120) 위에 실리콘질화막, 실리콘산화막과 같은 무기절연막으로 이루어진 소정의 절연층(130)을 형성한다.The amorphous zinc oxide based
이때, 상기 비정질 아연 산화물계 복합 반도체, 특히 a-IGZO 반도체는 갈륨산화물(Ga2O3), 인듐산화물(In2O3) 및 아연산화물(ZnO)의 복합체 타겟을 이용하여 스퍼터링(sputtering) 방법에 의해 형성될 수 있으며, 이 이외에도 화학기상증착이나 원자증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 등의 화학적 증착방법을 이용하는 것도 가능하다.At this time, the amorphous zinc oxide based composite semiconductor, particularly a-IGZO semiconductor, is formed by a sputtering method using a composite target of gallium oxide (Ga 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO) Alternatively, a chemical vapor deposition method such as chemical vapor deposition or atomic layer deposition (ALD) may be used.
여기서, 본 발명의 제 1 실시예의 경우에는 갈륨, 인듐, 아연의 원자비가 각각 1:1:1, 2:2:1, 3:2:1 및 4:2:1인 복합 산화물 타겟을 사용하여 비정질 아연 산화물계 반도체층(120)을 형성할 수 있으며, 이때 상기 갈륨, 인듐, 아연의 원자비가 2:2:1인 복합 산화물 타겟을 사용하는 경우 상기 갈륨, 인듐, 아연의 당량(equivalent weight)비는 대략 2.8:2.8:1을 가지는 것을 특징으로 한다.In the case of the first embodiment of the present invention, a composite oxide target having atomic ratios of gallium, indium and zinc of 1: 1: 1, 2: 2: 1, 3: 2: 1 and 4: 2: An amorphous zinc oxide based
그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 전면에 포토레지스트와 같은 감광성물질로 이루어진 감광막(170)을 형성한 후, 본 발명의 회절마스크(180)를 통해 상기 감광막(170)에 선택적으로 광을 조사한다.4B, a
이때, 상기 회절마스크(180)에는 조사된 광을 모두 투과시키는 제 1 투과영역(I)과 회절패턴이 적용되어 광의 일부만 투과시키고 일부는 차단하는 제 2 투과영역(II) 및 조사된 모든 광을 차단하는 차단영역(III)이 마련되어 있으며, 상기 회절마스크(180)를 투과한 광만이 감광막(170)에 조사되게 된다.At this time, the
이어서, 상기 회절마스크(180)를 통해 노광된 감광막(170)을 현상하고 나면, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역(III)과 제 2 투과영역(II)을 통해 광이 모두 차단되거나 일부만 차단된 영역에는 소정 두께의 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 3 감광막패턴(170c)이 남아있게 되고, 모든 광이 투과된 제 1 투과영역(I)에는 상기 감광막이 완전히 제거되어 상기 절연층(130) 표면이 노출되게 된다.4C, after the
이때, 상기 차단영역(III)에 형성된 제 1 감광막패턴(170a)은 제 2 투과영역(II)을 통해 형성된 제 2 감광막패턴(170b)과 제 3 감광막패턴(170c)보다 두껍게 형성된다. 또한, 상기 제 1 투과영역(I)을 통해 광이 모두 투과된 영역에는 상기 감광막이 완전히 제거되는데, 이것은 포지티브 타입의 포토레지스트를 사용했기 때문이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 네거티브 타입의 포토레지스트를 사용하여도 무방하다.The
특히, 본 발명의 경우에는 후에 패터닝될 액티브층의 소오스영역과 드레인영역에 상기 본 발명의 회절마스크의 제 2 투과영역(II)이 적용되고 상기 액티브층의 채널영역에 상기 차단영역(III)이 적용되는 것을 특징으로 한다.Particularly, in the case of the present invention, the second transmission region II of the diffraction mask of the present invention is applied to the source region and the drain region of the active layer to be patterned later, and the blocking region III is formed in the channel region of the active layer Is applied.
다음으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 3 감광막패턴(170c)을 마스크로 하여, 그 하부에 형성된 비정질 아연 산화물계 반도체층과 절연층을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 기판(110)의 게이트전극(121) 상부에 상기 비정질 아연 산화물계 반도체로 이루어진 액티브층(124)이 형성되게 된다. 이때, 상기 액티브층(124)의 상부에는 상기 절연층으로 이루어지며, 상기 액티브층(124)과 실질적으로 동일하게 패터닝된 절연막패 턴(130')이 형성되게 된다.Next, as shown in FIG. 4D, using the
이후, 상기 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 3 감광막패턴(170c)의 일부를 제거하는 애싱공정을 진행하게 되면, 도 4e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 투과영역(II)의 제 2 감광막패턴과 제 3 감광막패턴이 완전히 제거되게 된다.As shown in FIG. 4E, when the ashing process for removing a portion of the
이때, 상기 제 1 감광막패턴은 상기 제 2 감광막패턴과 제 3 감광막패턴의 두께만큼이 제거된 제 4 감광막패턴(170a')으로 상기 차단영역(III)에 대응하는 채널영역에만 남아있게 된다.At this time, the first photoresist pattern is a
이후, 도 4f에 도시된 바와 같이, 상기 남아있는 제 4 감광막패턴(170a')을 마스크로 하여 상기 절연막패턴의 일부를 선택적으로 제거함으로써 상기 기판(110)에 상기 절연층으로 이루어진 채널 보호층(135)이 형성되게 된다.4F, a part of the insulating film pattern is selectively removed using the remaining
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예의 경우에는 소오스/드레인영역에 회절패턴이 적용된 회절마스크를 이용하여 액티브층과 채널 보호층을 한번의 마스크공정을 통해 형성함으로써 추가적인 마스크공정 없이 플라즈마에 의한 채널층의 캐리어 농도변화를 방지할 수 있게 된다.As described above, in the first embodiment of the present invention, the active layer and the channel protective layer are formed through a single mask process using a diffraction mask having a diffraction pattern applied to the source / drain regions, thereby forming a channel layer It is possible to prevent a change in carrier concentration.
다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(124)과 채널 보호층(135)이 형성된 기판(110) 전면에 제 2 도전막을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3C, a second conductive layer is formed on the entire surface of the
이때, 상기 제 2 도전막은 소오스전극과 드레인전극을 형성하기 위해 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴, 티타늄, 백금, 탄탈 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 2 도전막은 인듐-틴-옥사이드, 인듐-징크-옥사이드와 같은 불투명한 도전물질을 사용할 수 있으 며, 상기 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.The second conductive layer may be formed of a low resistance opaque conductive material such as aluminum, aluminum alloy, tungsten, copper, nickel, chromium, molybdenum, titanium, platinum or tantalum to form a source electrode and a drain electrode. The second conductive layer may be formed of an opaque conductive material such as indium-tin-oxide or indium-zinc-oxide, and may be formed of a multilayer structure in which two or more conductive materials are stacked.
그리고, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 통해 상기 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브층(124)의 소오스영역 및 드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극(122) 및 드레인전극(123)을 형성하게 된다.The
한편, 상기 채널 보호층을 형성하는 절연층으로 감광성(photosensitive)의 유기물질, 예를 들어 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone; PVP), 포토 아크릴(acryl) 등을 사용하는 경우에는 상기 유기물질 자체를 감광막으로 사용함으로써 공정이 단순화되는데, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.Meanwhile, a photosensitive organic material such as polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), photo acryl, or the like is used as the insulating layer forming the channel protective layer. Or the like is used, the process is simplified by using the organic material itself as a photoresist, which will be described in detail through the following second embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도이다.5A to 5E are cross-sectional views illustrating a second mask process according to a second embodiment of the present invention.
도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221)이 형성된 기판(210) 전면에 실리콘질화막, 실리콘산화막과 같은 무기절연막 또는 하프늄 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 이루어진 게이트 절연층(215)을 형성한다.An inorganic insulating layer such as a silicon nitride layer or a silicon oxide layer or a
이후, 상기 게이트 절연층(215)이 형성된 기판(210) 전면에 비정질 아연 산화물계 반도체를 증착하여 소정의 비정질 아연 산화물계 반도체층(220)을 형성한다. 그리고, 상기 비정질 아연 산화물계 반도체층(220) 위에 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 포토 아크릴과 같은 유기물질로 이루어진 소정의 절연층(230)을 형성한다.The amorphous zinc oxide based semiconductor layer 220 is formed by depositing an amorphous zinc oxide based semiconductor on the entire surface of the
이때, 상기 비정질 아연 산화물계 복합 반도체, 특히 a-IGZO 반도체는 갈륨산화물, 인듐산화물 및 아연산화물의 복합체 타겟을 이용하여 스퍼터링 방법에 의해 형성될 수 있으며, 이 이외에도 화학기상증착이나 원자증착 등의 화학적 증착방법을 이용하는 것도 가능하다.At this time, the amorphous zinc oxide-based composite semiconductor, particularly a-IGZO semiconductor, may be formed by a sputtering method using a composite target of gallium oxide, indium oxide and zinc oxide. In addition, the amorphous zinc oxide based composite semiconductor may be formed by chemical vapor deposition It is also possible to use a deposition method.
그리고, 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회절마스크(280)를 통해 상기 감광성을 가진 유기물질로 이루어진 소정의 절연층(230)에 선택적으로 광을 조사한다.As shown in FIG. 5B, light is selectively irradiated through a
이때, 전술한 바와 같이 상기 회절마스크(280)에는 조사된 광을 모두 투과시키는 제 1 투과영역(I)과 회절패턴이 적용되어 광의 일부만 투과시키고 일부는 차단하는 제 2 투과영역(II) 및 조사된 모든 광을 차단하는 차단영역(III)이 마련되어 있으며, 상기 회절마스크(280)를 투과한 광만이 상기 절연층(230)에 조사되게 된다.In this case, as described above, the
이어서, 상기 회절마스크(280)를 통해 노광된 절연층(230)을 현상하고 나면, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역(III)과 제 2 투과영역(II)을 통해 광이 모두 차단되거나 일부만 차단된 영역에는 소정 두께의 제 1 절연막패턴(270a) 내지 제 3 절연막패턴(270c)이 남아있게 되고, 모든 광이 투과된 제 1 투과영역(I)에는 상기 절연층이 완전히 제거되어 상기 비정질 아연 산화물계 반도체층(220) 표면이 노출되게 된다.Then, after the insulating
이때, 상기 차단영역(III)에 형성된 제 1 절연막패턴(270a)은 제 2 투과영역(II)을 통해 형성된 제 2 절연막패턴(270b)과 제 3 절연막패턴(270c)보다 두껍게 형성된다. 또한, 상기 제 1 투과영역(I)을 통해 광이 모두 투과된 영역에는 상기 절연층이 완전히 제거되는데, 이것은 포지티브 타입의 포토레지스트를 사용했기 때문이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 네거티브 타입의 포토레지스트를 사용하여도 무방하다.At this time, the first insulating layer pattern 270a formed in the blocking region III is formed thicker than the second insulating layer pattern 270b formed through the second transmitting region II and the third insulating layer pattern 270c. In addition, the insulating layer is completely removed in the region through which the light is completely transmitted through the first transmission region I because the positive type photoresist is used, and the present invention is not limited to this, A resist may be used.
특히, 본 발명의 경우에는 후에 패터닝될 액티브층의 소오스영역과 드레인영역에 상기 본 발명의 회절마스크의 제 2 투과영역(II)이 적용되고 상기 액티브층의 채널영역에 상기 차단영역(III)이 적용되는 것을 특징으로 한다.Particularly, in the case of the present invention, the second transmission region II of the diffraction mask of the present invention is applied to the source region and the drain region of the active layer to be patterned later, and the blocking region III is formed in the channel region of the active layer Is applied.
다음으로, 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 제 1 절연막패턴(270a) 내지 제 3 절연막패턴(270c)을 마스크로 하여, 그 하부에 형성된 비정질 아연 산화물계 반도체층을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 기판(210)의 게이트전극(221) 상부에 상기 비정질 아연 산화물계 반도체로 이루어진 액티브층(224)이 형성되게 된다.Next, as shown in FIG. 5D, using the first insulating film pattern 270a to the third insulating film pattern 270c formed as described above as a mask, the amorphous zinc oxide based semiconductor layer formed thereunder is selectively removed An
이후, 상기 제 1 절연막패턴(270a) 내지 제 3 절연막패턴(270c)의 일부를 제거하는 애싱공정을 진행하게 되면, 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 투과영역(II)의 제 2 절연막패턴과 제 3 절연막패턴이 완전히 제거되게 된다.5E, when the ashing process for removing a portion of the first insulating layer pattern 270a to the third insulating layer pattern 270c is performed, The pattern and the third insulating film pattern are completely removed.
이때, 상기 제 1 절연막패턴은 상기 제 2 절연막패턴과 제 3 절연막패턴의 두께만큼이 제거된 채널 보호층(235)으로 상기 차단영역(III)에 대응하는 채널영역에 남아있게 된다.At this time, the first insulating film pattern is left in the channel region corresponding to the blocking region III as the channel
전술한 바와 같이 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.As described above, the present invention can be applied not only to liquid crystal display devices but also to other display devices manufactured using thin film transistors, for example, organic electroluminescent display devices in which organic electroluminescent devices are connected to driving transistors.
또한, 본 발명은 높은 이동도를 가지는 한편 저온에서 공정이 가능한 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층으로 적용함에 따라 투명 전자회로나 플렉서블(flexible) 디스플레이에 사용될 수 있는 장점이 있다.Further, the present invention has an advantage that it can be used in a transparent electronic circuit or a flexible display by applying an amorphous zinc oxide-based semiconductor material having high mobility and being processable at a low temperature as an active layer.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.While a great many are described in the foregoing description, it should be construed as an example of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. Therefore, the invention should not be construed as limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims and the claims.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.
도 2는 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to the present invention.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views sequentially showing the manufacturing process of the oxide thin film transistor shown in FIG. 2. FIG.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a second mask process according to the first embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도.5A to 5E are cross-sectional views illustrating a second mask process according to a second embodiment of the present invention.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
110,210 : 어레이 기판 121,221 : 게이트전극110, 210:
122,222 : 소오스전극 123,223 : 드레인전극122, 222:
124,224 : 액티브층 135,235 : 채널 보호층124,224 active layer 135,235 channel protective layer
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