KR101528506B1 - Array substrate and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판 상에 일방향으로 연장하는 게이트 배선과 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 게이트 전극 위로 전면에 게이트 절연막과 순수 비정질 실리콘층과 무기절연층을 순차적으로 적층하는 단계와; 상기 무기절연층과 순수 비정질 실리콘층을 패터닝함으로써 상기 게이트 전극에 대응하여 상기 게이트 절연막 상부로 순수 비정질 실리콘 패턴과 그 상부로 상기 순수 비정질 실리콘 패턴의 중앙부에 대응하여 에치스토퍼를 형성하는 단계와; 상기 에치스토퍼 및 상기 에치스토퍼 양측으로 노출된 상기 순수 비정질 실리콘 패턴 위로 전면에 불순물 비정질 실리콘층과 금속층을 순차적으로 적층한 후 패터닝함으로써 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하고, 동시에 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지며 상기 에치스토퍼 상부에서 서로 이격하며 상기 에치스토퍼 외측으로 노출된 순수 비정질 실리콘 패턴과 접촉하는 오믹콘택층과, 상기 오믹콘택층 상부로 이와 중첩하며 상기 에치스토퍼 상부에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 장치를 통해 레이저 빔을 조사함으로서 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 이격영역에 대응하는 상기 순수 비정질 실리콘 패턴을 결정화하여 폴리실리콘이 되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 양측의 결정화되지 않고 순수 비정질 실리콘 상태를 유지하는 제 2 영역으로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극 위로 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 상기 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법과 이러한 제조 방법에 의해 제조된 어레이 기판을 제공한다. The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a gate wiring and a gate electrode extending in one direction on a substrate; Depositing a gate insulating layer, a pure amorphous silicon layer, and an inorganic insulating layer all over the gate wiring and the gate electrode over the entire surface; Patterning the inorganic insulating layer and the pure amorphous silicon layer to form a pure amorphous silicon pattern on the gate insulating film in correspondence with the gate electrode and an etch stopper corresponding to a central portion of the pure amorphous silicon pattern on the pure amorphous silicon pattern; The impurity amorphous silicon layer and the metal layer are sequentially deposited on the entire surface of the pure amorphous silicon pattern exposed on both sides of the etch stopper and the etch stopper, and then patterned to form a data wire crossing the gate wiring over the gate insulating film, An ohmic contact layer made of impurity amorphous silicon and in contact with the pure amorphous silicon pattern spaced apart from the upper portion of the etch stopper and exposed to the outside of the etch stopper; Forming source and drain electrodes spaced apart from each other at an upper portion thereof; A first region which becomes polysilicon by crystallizing the pure amorphous silicon pattern corresponding to a spacing region between the source and drain electrodes by irradiating a laser beam through a Diode Pumped Solid State (DPSS) laser device, Forming an active layer consisting of a second region that is not crystallized and maintains a pure amorphous silicon state; Forming a protective layer having drain contact holes exposing the drain electrodes over the source and drain electrodes; Forming a pixel electrode on the protective layer, the pixel electrode being in contact with the drain electrode through the drain contact hole in the pixel region; and a method of manufacturing an array substrate manufactured by such a manufacturing method do.
레이저결정화, 박막트랜지스터, 에치스토퍼, DPSS, 어레이기판 Laser crystallization, thin film transistor, etch stopper, DPSS, array substrate
Description
본 발명은 어레이 기판에 관한 것이며, 특히 건식식각 진행에 의해 액티브층의 표면 손상 발생을 원천적으로 억제하며, 이동도 특성이 우수한 액티브층을 갖는 박막트랜지스터 어레이 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an array substrate, and more particularly, to a thin film transistor array substrate having an active layer which originally suppresses occurrence of surface damage of an active layer by dry etching and has excellent mobility characteristics, and a method of manufacturing the same.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 평판표시장치로서 액정표시장치 또는 유기전계 발광소자가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.Recently, the display field for processing and displaying a large amount of information has been rapidly developed as society has entered into a full-fledged information age. Recently, flat panel display devices having excellent performance such as thinning, light weight, and low power consumption have been developed A liquid crystal display or an organic electroluminescent device has been developed to replace a conventional cathode ray tube (CRT).
액정표시장치 중에서는 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on),오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 어레이 기판을 포함하는 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.Among liquid crystal display devices, an active matrix liquid crystal display device including an array substrate having a thin film transistor, which is a switching device capable of controlling voltage on and off for each pixel, The ability is excellent and is getting the most attention.
또한, 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 가지며, 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하므로 최근 평판표시장치로서 주목 받고 있다. In addition, since the organic electroluminescent device has a high luminance and a low operating voltage characteristic and is a self-luminous type that emits light by itself, it has a large contrast ratio, can realize an ultra-thin display, has a response time of several microseconds Mu s), has no limitation of viewing angles, is stable at low temperatures, and is driven at a low voltage of 5 to 15 V DC, making it easy to manufacture and design a driving circuit, and has recently attracted attention as a flat panel display device.
이러한 액정표시장치와 유기전계 발광소자에 있어서 공통적으로 화소영역 각각을 온(on)/오프(off) 제거하기 위해서 필수적으로 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판이 구비되고 있다. An array substrate having a thin film transistor, which is essentially a switching element, is provided in order to commonly turn on and off each pixel region in the liquid crystal display device and the organic electroluminescent device.
도 1은 전술한 액정표시장치 또는 유기전계 발광소자를 구성하는 종래의 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역을 박막트랜지스터를 포함하여 절단한 단면을 도시한 것이다. FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional array substrate constituting the above-described liquid crystal display device or organic electroluminescent device including one pixel region including a thin film transistor.
도시한 바와 같이, 어레이 기판(11)에 있어 다수의 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(33)이 교차하여 정의되는 다수의 화소영역(P) 내의 스위칭 영역(TrA)에는 게이트 전극(15)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(15) 상부로 전면에 게이트 절연막(18)이 형성되어 있으며, 그 위에 순차적으로 순수 비정질 실리콘의 액티브층(22)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(26)으로 구성된 반도체층(28)이 형성되어 있다. 상기 오믹콘택층(26) 위로는 상기 게이트 전극(15)에 대응하여 서로 이격하며 소스 전극(36)과 드레인 전극(38)이 형성되어 있다. 이때 상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층 형성된 게이트 전극(15)과 게이트 절연막(18)과 반도체층(28)과 소스 및 드레인 전극(36, 38)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.A
또한, 상기 소스 및 드레인 전극(36, 38)과 노출된 액티브층(22) 위로 전면에 상기 드레인 전극(38)을 노출시키는 드레인 콘택홀(45)을 포함하는 보호층(42)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(42) 상부에는 각 화소영역(P)별로 독립되며, 상기 드레인 콘택홀(45)을 통해 상기 드레인 전극(38)과 접촉하는 화소전극(50)이 형성되어 있다. 이때, 상기 데이터 배선(33) 하부에는 상기 오믹콘택층(26)과 액티브층(22)을 이루는 동일한 물질로 제 1 패턴(27)과 제 2 패턴(23)의 이중층 구조를 갖는 반도체 패턴(29)이 형성되어 있다. A
전술한 구조를 갖는 종래의 어레이 기판(11)에 있어서 상기 스위칭 영역(TrA)에 구성된 박막트랜지스터(Tr)의 반도체층(28)을 살펴보면, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(22)은 그 상부로 서로 이격하는 오믹콘택층(26)이 형성된 부분의 제 1 두께(t1)와 상기 오믹콘택층(26)이 제거되어 노출된 된 부분의 제 2 두께(t2)가 달리 형성됨을 알 수 있다. 이러한 액티브층(22)의 두께 차이(t1 ≠ t2)는 제조 방법에 기인한 것이며, 상기 액티브층(22)의 두께 차이(t1 ≠ t2)에 의해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 특성 저하가 발생하고 있다.The
도 2a 내지 도 2e는 종래의 어레이 기판의 제조 단계 중 반도체층과 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 도시한 공정 단면도이다. 도면에 있어서는 설명의 편의를 위해 게이트 전극과 게이트 절연막은 생략하였다. 2A to 2E are process cross-sectional views showing steps of forming a semiconductor layer and source and drain electrodes in a manufacturing step of a conventional array substrate. In the figure, the gate electrode and the gate insulating film are omitted for convenience of explanation.
우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 기판(11) 상에 순수 비정질 실리콘층(20) 을 형성하고 그 상부로 불순물 비정질 실리콘층(24)과 금속층(30)을 순차적으로 형성한다. 이후 상기 금속층(30) 위로 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(미도시)을 형성하고, 이를 노광 마스크를 이용하여 노광하고, 연속하여 현상함으로써 상기 소스 및 드레인 전극이 형성될 부분에 대응하여 제 3 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(91)을 형성하고, 동시에 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 이격영역에 대응해서는 상기 제 3 두께보다 얇은 제 4 두께를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(92)을 형성한다. 2A, a pure
다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(91, 92) 외부로 노출된 상기 금속층(도 2a의 30)과 그 하부의 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(도 2a의 24, 20)을 식각하여 제거함으로써 최상부에 금속물질로서 소스 드레인 패턴(31)을 형성하고, 그 하부로 불순물 비정질 실리콘 패턴(25)과, 액티브층(22)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2B, the metal layer (30 in FIG. 2A) exposed at the outside of the first and
다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 애싱(ashing)을 진행함으로써 상기 제 4 두께의 제 2 포토레지스트 패턴(도 2b의 92)을 제거한다. 이 경우 상기 제 3 두께의 제 1 포토레지스트 패턴(도 2b의 91)은 그 두께가 줄어든 상태로 제 3 포토레지스트 패턴(93)을 이루며 상기 소스 드레인 패턴(31) 상에 남아있게 된다. Next, as shown in FIG. 2C, the second photoresist pattern (92 in FIG. 2B) of the fourth thickness is removed by performing ashing. In this case, the first photoresist pattern (91 of FIG. 2B) having the third thickness becomes a
다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(93) 외부로 노출된 상기 소스 드레인 패턴(도 2c의 31)을 식각하여 제거함으로써 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(36, 38)을 형성한다. 이때 상기 소스 및 드레인 전극(36, 398) 사이로 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(25)이 노출되게 된다. Next, as shown in FIG. 2D, the source and drain
다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(36, 38) 사이의 이격영역에 노출된 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25)에 대해 건식식각을 실시함으로써 상기 소스 및 드레인 전극(36, 38) 외부로 노출된 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25)을 제거함으로써 서로 이격하는 오믹콘택층(26)을 상기 소스 및 드레인 전극(36, 38) 하부에 형성한다.Next, as shown in FIG. 2E, dry etching is performed on the impurity amorphous silicon pattern (25 in FIG. 2D) exposed in the spacing region between the source and
이때, 상기 건식식각은 상기 소스 및 드레인 전극(36, 38) 외부로 노출된 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25)을 완전히 없애기 위해 충분히 오랜시간 지속되며, 이러한 과정에서 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25) 하부에 위치한 액티브층(22)까지도 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25)이 제거되는 부분에 대해서는 소정 두께 식각이 발생하게 된다. 따라서 액티브층(22)에 있어 그 상부에 오믹콘택층(26)이 형성된 부분과 노출된 부분에 있어 두께(t1 ≠ t2) 차이가 발생하게 된다. 상기 건식식각을 충분히 오랜시간 실시하지 않으면, 소스 및 드레인 전극(36, 38) 간의 이격영역에 있어 제거되어야 할 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25)이 상기 액티브층(22) 상부에 남게되므로 이를 방지하기 위함이다. At this time, the dry etching is performed for a sufficiently long time to completely eliminate the impurity amorphous silicon pattern (25 in FIG. 2D) exposed to the outside of the source and
따라서, 전술한 종래의 어레이 기판(11)의 제조 방법에 있어서는 필연적으로 액티브층(22)의 두께 차이가 발생하게 되며, 이로 인해 박막트랜지스터(도 1의 Tr)의 특성 저하가 발생하게 된다. Therefore, in the above-described conventional method of manufacturing the
또한, 액티브층(22)이 오믹콘택층(26) 형성을 위한 건식식각 진행 시 식각되어 제거되는 두께까지 고려하여 충분히 두껍게 상기 액티브층(22)을 이루는 순수 비정질 실리콘층(도 2a의 20)을 충분히 두껍게 증착해야 하는 바, 증착시간이 늘어나 생산성을 떨어뜨리는 결과를 초래하고 있다. 2A) which is thick enough to form the
한편, 어레이 기판에 있어서 가장 중요한 구성요소로는 각 화소영역별로 형성되며, 게이트 배선과 데이터 배선 및 화소전극과 동시에 연결됨으로써 선택적, 주기적으로 신호전압을 상기 화소전극에 인가시키는 역할을 하는 박막트랜지스터를 들 수 있다.The most important constituent elements of the array substrate include a thin film transistor formed for each pixel region and connected to a gate line, a data line and a pixel electrode at the same time to selectively and periodically apply a signal voltage to the pixel electrode .
하지만, 종래의 어레이 기판에서 일반적으로 구성하는 박막트랜지스터의 경우, 상기 액티브층은 비정질 실리콘을 이용하고 있음을 알 수 있다. 이러한 비정질 실리콘을 이용하여 액티브층을 형성할 경우, 상기 비정질 실리콘은 원자 배열이 무질서하기 때문에 빛 조사나 전기장 인가 시 준 안정 상태로 변화되어 박막트랜지스터 소자로 활용 시 안정성이 문제가 되고 있으며, 채널 내부에서 캐리어의 이동도가 0.1㎠/V·s∼1.0㎠/V·s로 가 낮아 이를 구동회로용 소자로 사용하는 데는 어려움이 있다.However, in the case of a thin film transistor generally constituted in a conventional array substrate, it can be seen that the active layer uses amorphous silicon. When the active layer is formed using such an amorphous silicon, the amorphous silicon is disordered in its atomic arrangement. Therefore, the amorphous silicon changes to a metastable state upon irradiation with light or an electric field, and stability becomes a problem when used as a thin film transistor device. The carrier mobility is as low as 0.1 cm 2 / V · s to 1.0 cm 2 / V · s and it is difficult to use it as a device for a driving circuit.
이러한 문제를 해결하고자 레이저 장치를 이용한 결정화 공정 진행에 의해 비정질 실리콘의 반도체층을 폴리실리콘의 반도체층으로 결정화함으로써 폴리실리콘을 액티브층으로 이용한 박막트랜지스터를 제조하는 방법이 제안되고 있다. In order to solve such a problem, a method of manufacturing a thin film transistor using polysilicon as an active layer by crystallizing a semiconductor layer of amorphous silicon into a semiconductor layer of polysilicon by progressing a crystallization process using a laser device has been proposed.
하지만 종래의 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판에 있어 상기 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도인 도 3을 참조하면, 레이저 결정화 공정을 통한 폴리실리콘을 반도체층(55)으로 이용하는 박막트랜지스터(Tr)를 포함하는 어레이 기판(51) 제조에는 상기 폴리실리 콘으로 이루어진 반도체층(55) 내에 고농도의 불순물을 포함하는 n+영역(55b) 또는 p+영역(미도시)의 형성을 필요로 한다. 따라서, 이들 n+ 영역(55b) 또는 p+ 형성을 위한 도핑 공정이 요구되며, 이러한 도핑공정 진행을 위해 이온 인플란트 장비가 추가적으로 필요하다. 이 경우, 제조 비용 상승을 초래하며, 신규 장비 추가에 의한 어레이 기판(51) 제조를 위해 제조 라인을 새롭게 구성해야 하는 문제가 발생하고 있다. 3, which is a cross-sectional view of one pixel region including the thin film transistor in an array substrate including a thin film transistor having a conventional polysilicon as a semiconductor layer, polysilicon is formed on the
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 액티브층이 건식식각에 노출되지 않음으로써 그 표면에 손상이 발생하지 않아 박막트랜지스터의 특성이 향상되는 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an array substrate in which the active layer is not exposed to dry etching and the surface of the active layer is not damaged so that the characteristics of the thin film transistor are improved .
나아가, 반도체층을 폴리실리콘으로 형성하면서도 도핑 공정을 필요로 하지 않으며, 이동도 특성을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing an array substrate including a thin film transistor which does not require a doping process and which can improve mobility characteristics even when the semiconductor layer is formed of polysilicon.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 어레이 기판의 제조 방법은, 기판 상에 일방향으로 연장하는 게이트 배선과 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 게이트 전극 위로 전면에 게이트 절연막과 순수 비정질 실리콘층과 무기절연층을 순차적으로 적층하는 단계와; 상기 무기절연층과 순수 비정질 실리콘층을 패터닝함으로써 상기 게이트 전극에 대응하여 상기 게이트 절연막 상부로 순수 비정질 실리콘 패턴과 그 상부로 상기 순수 비정질 실리콘 패턴의 중앙부에 대응하여 에치스토퍼를 형성하는 단계와; 상기 에치스토퍼 및 상기 에치스토퍼 양측으로 노출된 상기 순수 비정질 실리콘 패턴 위로 전면에 불순물 비정질 실리콘층과 금속층을 순차적으로 적층한 후 패터닝함으로써 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하고, 동시에 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지며 상기 에치스토퍼 상부에서 서로 이격하며 상기 에치스토퍼 외측으로 노출된 순수 비정질 실리콘 패턴과 접촉하는 오믹콘택층과, 상기 오믹콘택층 상부로 이와 중첩하며 상기 에치스토퍼 상부에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 장치를 통해 레이저 빔을 조사함으로서 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 이격영역에 대응하는 상기 순수 비정질 실리콘 패턴을 결정화하여 폴리실리콘이 되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역 양측의 결정화되지 않고 순수 비정질 실리콘 상태를 유지하는 제 2 영역으로 이루어진 액티브층을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극 위로 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 상기 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an array substrate, the method including forming gate lines and gate electrodes extending in one direction on a substrate; Depositing a gate insulating layer, a pure amorphous silicon layer, and an inorganic insulating layer all over the gate wiring and the gate electrode over the entire surface; Patterning the inorganic insulating layer and the pure amorphous silicon layer to form a pure amorphous silicon pattern on the gate insulating film in correspondence with the gate electrode and an etch stopper corresponding to a central portion of the pure amorphous silicon pattern on the pure amorphous silicon pattern; The impurity amorphous silicon layer and the metal layer are sequentially deposited on the entire surface of the pure amorphous silicon pattern exposed on both sides of the etch stopper and the etch stopper, and then patterned to form a data wire crossing the gate wiring over the gate insulating film, An ohmic contact layer made of impurity amorphous silicon and in contact with the pure amorphous silicon pattern spaced apart from the upper portion of the etch stopper and exposed to the outside of the etch stopper; Forming source and drain electrodes spaced apart from each other at an upper portion thereof; A first region which becomes polysilicon by crystallizing the pure amorphous silicon pattern corresponding to a spacing region between the source and drain electrodes by irradiating a laser beam through a Diode Pumped Solid State (DPSS) laser device, Forming an active layer consisting of a second region that is not crystallized and maintains a pure amorphous silicon state; Forming a protective layer having drain contact holes exposing the drain electrodes over the source and drain electrodes; And forming the pixel electrode in the pixel region on the protective layer, the pixel electrode being in contact with the drain electrode through the drain contact hole.
상기 무기절연층은 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 단일층 구조로 형성하거나 또는 산화실리콘(SiO2)의 하부층과 질화실리콘(SiNx)의 상부층으로 이루어진 이중층 구조를 갖도록 형성하는 것이 특징이다. The inorganic insulating layer may be formed to have a single layer structure by depositing silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiN x) or may be formed to have a bilayer structure of a lower layer of silicon oxide (SiO 2 ) and an upper layer of silicon nitride .
상기 순수 비정질 실리콘 패턴과 그 상부로 상기 순수 비정질 실리콘 패턴의 중앙부에 대응하여 에치스토퍼를 형성하는 단계는, 상기 무기절연층 위로 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트층에 대해 하프톤 노광 또는 회절 노광을 실시하고, 현상 공정을 진행함으로써 상기 에치스토퍼가 형성될 부분에 대응하여 제 1 두께의 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 에치스토퍼 외측으로 노출되는 순수 비정질 실리콘 패턴에 대응해서는 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 부분의 상기 무기절연층과 그 하부의 상기 순수 비정질 실리콘을 제거함으로써 상기 순수 비정질 실리콘 패턴과 그 상부로 무기절연패턴을 형성하는 단계와; 애싱(ashing)을 진행하여 상기 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴을 제거함으로써 상기 제 1 포토레지스트 패턴 외측의 상기 무기절연패턴 양측부를 노출시키는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 상기 무기절연패턴을 제거하는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다. The step of forming the etch stopper corresponding to the center portion of the pure amorphous silicon pattern and the upper portion of the pure amorphous silicon pattern includes forming a photoresist layer on the inorganic insulating layer; The photoresist layer is subjected to halftone exposure or diffraction exposure to form a first photoresist pattern having a first thickness corresponding to a portion where the etch stopper is to be formed by performing a developing process, Forming a second photoresist pattern having a second thickness thinner than the first thickness, corresponding to a pure amorphous silicon pattern to be formed; Forming an inorganic insulating layer on the pure amorphous silicon pattern and an upper portion of the pure amorphous silicon pattern by removing the inorganic insulating layer and the pure amorphous silicon below the inorganic insulating layer in a portion exposed outside the first and second photoresist patterns; Exposing both sides of the inorganic insulating pattern outside the first photoresist pattern by ashing and removing the second photoresist pattern of the second thickness; Removing the inorganic insulating pattern exposed outside the first photoresist pattern; And removing the first photoresist pattern.
상기 데이터 배선과, 소스 및 드레인 전극 및 오믹콘택층을 형성하는 단계는, 상기 금속층을 패터닝함으로써 상기 데이터 배선과, 상기 에치스토퍼에 대응하는 상기 불순물 비정질 실리콘층 상부에서 서로 이격하는 상기 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극 외측으로 노출된 상기 불순물 비정질 실리콘층을 건식식각을 진행하여 제거함으로서 상기 소스 및 드레인 전극 하부에 상기 오믹콘택층을 형성하고, 상기 데이터 배선 하부에 불순물 비정질 실리콘 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. The step of forming the data line, the source and drain electrodes, and the ohmic contact layer may include patterning the metal layer to form the data line and the source and drain electrodes spaced apart from each other above the impurity amorphous silicon layer corresponding to the etch stopper, ; ≪ / RTI > The impurity amorphous silicon layer exposed to the outside of the data line and the source and drain electrodes is removed by dry etching to form the ohmic contact layer under the source and drain electrodes and an impurity amorphous silicon pattern is formed under the data line .
상기 레이저 빔은 상기 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 장치에 15.4W 내지 16.2W의 파워를 인가하여 발생되는 것이 특징이다. The laser beam is generated by applying a power of 15.4 W to 16.2 W to the DPSS (Diode Pumped Solid State) laser device.
상기 액티브층은 그 두께가 400Å 내지 600Å인 것이 바람직하다. The thickness of the active layer is preferably 400 to 600 angstroms.
상기 게이트 절연막과 순수 비정질 실리콘층과 무기절연층은 화학기상증착 장비의 챔버내에서 반응가스만을 바꾸어가며 연속적으로 증착 형성되는 것이 특징이다. The gate insulating layer, the pure amorphous silicon layer, and the inorganic insulating layer are continuously deposited by changing only the reaction gas in the chamber of the chemical vapor deposition apparatus.
본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판은, 기판과; 상기 기판 상에 일방향으로 연장하는 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 연결된 게이트 전극과; 상기 게이트 배선 및 게이트 전극을 덮으며 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하며 형성된 데이터 배선과; 상기 화소영역 내의 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 전극에 대응하며, 폴리실리콘으로 이루어진 제 1 영역과, 상기 제 1 영역의 양측으로 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 제 2 영역으로 구성된 액티브층과; 상기 액티브층 위로 상기 제 1 영역을 완전히 덮으며 형성된 에치스토퍼와; 상기 에치스토퍼 상부에서 서로 이격하며 상기 액티브층의 제 2 영역에 대응하여 형성된 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층 과; 상기 오믹콘택층 위로 상기 제 1 영역에 대응하는 에치스토퍼를 노출시키며 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극과; 상기 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선 위로 상기 드레인 전극을 노출시키는 콘택홀을 가지며 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역에 형성된 화소전극을 포함한다. An array substrate according to an embodiment of the present invention includes a substrate; A gate wiring extending in one direction on the substrate; a gate electrode connected to the gate wiring; A gate insulating film formed to cover the gate wiring and the gate electrode; A data line formed on the gate insulating film and defining a pixel region intersecting the gate line; An active layer corresponding to the gate electrode over the gate insulating film in the pixel region, the active layer comprising a first region of polysilicon and a second region of pure amorphous silicon on both sides of the first region; An etch stopper formed to completely cover the first region over the active layer; An ohmic contact layer of impurity amorphous silicon spaced apart from the upper portion of the etch stopper and corresponding to a second region of the active layer; Source and drain electrodes formed on the ohmic contact layer and spaced apart from each other to expose an etch stopper corresponding to the first region; A protective layer formed on the source and drain electrodes and the data line, the protective layer having a contact hole exposing the drain electrode; And a pixel electrode formed in the pixel region in contact with the drain electrode through the contact hole over the protective layer.
이와 같이, 본 발명에 따른 어레이 기판 제조방법에 의해 액티브층이 건식식각에 노출되지 않음으로써 그 표면 손상이 발생하지 않고, 스위칭 영역 전체에 있어서 일정한 두께를 가짐으로써 박막트랜지스터 특성이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.As described above, according to the method of manufacturing an array substrate according to the present invention, since the active layer is not exposed to dry etching, its surface damage does not occur, and the thin film transistor characteristics are prevented from being degraded by having a constant thickness throughout the switching region It is effective.
액티브층이 건식식각에 영향을 받지 않게 되므로 식각되어 없어지는 두께를 고려하지 않아도 되므로 상기 액티브층의 두께를 줄임으로써 증착 시간을 단축시켜 생산성을 향상시키는 효과가 있다. Since the active layer is not affected by the dry etching, it is not necessary to consider the thickness of the active layer to be etched away. Thus, the thickness of the active layer is reduced to shorten the deposition time and improve the productivity.
본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 어레이 기판은 비정질 실리콘층을 DPSS 레이저 장치를 이용한 결정화 공정에 의해 폴리실리콘층으로 결정화하고 이를 반도체층으로 하여 박막트랜지스터를 구성함으로써 비정질 실리콘층의 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판 대비 이동도 특성을 수십 내지 수 백배 향상시키는 효과가 있다.The array substrate manufactured by the manufacturing method according to the present invention includes a semiconductor layer of an amorphous silicon layer by crystallizing an amorphous silicon layer into a polysilicon layer by a crystallization process using a DPSS laser device, The mobility characteristics of the array substrate having the thin film transistor are improved by several tens to several hundreds.
폴리실리콘의 액티브층을 박막트랜지스터의 반도체층으로 이용하면서도 불순 물의 도핑은 필요로 하지 않으므로 도핑 공정 진행을 위한 신규 장비 투자를 실시하지 않아도 되므로 초기 투자 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다 Since the active layer of polysilicon is used as a semiconductor layer of a thin film transistor, doping of impurities is not required, and thus it is not necessary to invest new equipment to proceed the doping process, which is advantageous in reducing initial investment cost
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 4a 내지 도 4k는 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내의 게이트 및 데이터 배선과 연결되는 박막트랜지스터가 형성될 부분을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다. 4A to 4K are cross-sectional views illustrating a pixel region including a thin film transistor of an array substrate according to an exemplary embodiment of the present invention. Here, for convenience of description, a portion where a thin film transistor connected to the gate and data lines in each pixel region P is to be formed is defined as a switching region TrA.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(101) 상에 저저항 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 및 크롬(Cr) 중 어느 하나의 금속물질을 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 이에 대해 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립 등의 단위공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 상기 제 1 금속층(미도시)을 패터닝함으로써 일 방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 상기 스위칭 영역(TrA)에 상기 게이트 배선(미도시)과 연결된 게이트 전극(105)을 형성한다. 4A, a low resistance metal material such as aluminum (Al), an aluminum alloy (AlNd), copper (Cu), a copper alloy, and chromium (Cr) is formed on a transparent substrate 101 (Not shown) to form a first metal layer (not shown), and a mask process including a photoresist application, exposure using an exposure mask, development of exposed photoresist, and a unit process such as etching and stripping is performed (Not shown) extending in one direction by patterning the first metal layer (not shown), and a
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(105) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증 착하여 게이트 절연막(108)을 형성한다. 이후 연속하여 상기 게이트 절연막(108) 위로 순수 비정질 실리콘을 증착하여 순수 비정질 실리콘층(110)을 형성한다. 상기 순수 비정질 실리콘층(110)은 종래의 경우 식각되는 것을 고려하여 800Å 내지 1000Å 정도의 두께로 형성하였지만, 본 발명의 실시예의 경우 상기 순수 비정질 실리콘층(110)을 이용하여 구현되는 액티브층(도 4k의 121)은 건식식각에 노출되지 않으므로 400Å 내지 600Å정도의 비교적 얇은 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.Next, as shown in Fig. 4b, the gate wiring (not shown) and a
다음, 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 위로 전면에 무기절연물질을 증착함으로써 무기절연층(113)을 형성한다. 이때, 상기 무기절연층(113)은 이중층 구조를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 폴리실리콘 패턴(110)과 접촉하는 하부층(113a)은 산화실리콘(SiO2)으로 50Å 내지 500Å 정도의 두께를 갖도록 형성하며, 상기 하부층(113a) 상부에 위치하는 상부층(113b)은 질화실리콘(SiNx)으로 50Å 내지 500Å 정도의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 무기절연층(113)을 서로 다른 무기절연물질로써 이중층으로 형성하는 이유는 산화실리콘(SiO2)과 순수 비정질 실리콘의 접합 특성 및 이종 물질간의 접합면에 형성되는 계면에 있어서의 특성이 질화실리콘(SiNx)과 순수 비정질 실리콘과의 접합특성 및 계면특성보다 우수하며, 나아가 이러한 무기절연층(113)의 패터닝 시 이용되는 포토레지스트와의 접합특성은 질화실리콘(SiNx)이 산화실리콘(SiO2)보다 우수하기 때문이다. Next, the inorganic insulating
하지만, 상기 무기절연층(113)은 반드시 이중층 구조를 갖도록 형성할 필요는 없으며 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx) 중 어느 하나의 물질로 단일층 구조를 갖도록 형성할 수도 있다. However, the inorganic insulating
한편, 상기 게이트 절연막(108)과 순수 비정질 실리콘층(110)과 무기절연층(113)의 형성은 모두 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 장비(미도시)를 통해 이루어지므로, 이러한 화학기상증착(CVD) 장비(미도시)의 챔버(미도시)내에 주입되는 반응가스만을 바꿈으로써 동일한 챔버(미도시)내에서 연속적으로 이루어지는 것이 특징이다. 따라서 게이트 절연막(108) 형성 후, 공기 중에 노출됨없이 순수 비정질 실리콘층(110)이 연속하여 형성됨으로써 상기 게이트 절연막(108)의 오염 등이 발생하지 않아 상기 게이트 절연막(108)과 순수 비정질 실리콘층(110)간의 계면 특성이 향상되며, 나아가 오염된 게이트 절연막 표면의 세정 등을 필요로 하지 않으므로 공정 생략에 의한 공정 단순화의 장점이 있다. 또한, 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 상부에 형성되는 상기 무기절연층(113) 또한 상기 순수 비정질 실리콘층(110) 형성 후 화학기상증착(CVD) 장비(미도시)의 동일한 챔버(미도시)내에서 연속적으로 형성된다. 따라서 상기 순수 비정질 실리콘층(110)이 공기중 노출에 의한 표면의 오염이 발생하지 않게 되므로 이러한 오염이 전혀 발생하지 않는 순수 비정질 실리콘층(110)을 이용하여 액티브층(도 4k의 121)을 형성함으로써 이를 포함하는 박막트랜지스터의 특성을 향상시키는 장점을 갖는다.Since the
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 무기절연층(113) 상부로 포토레지스 트를 도포하여 포토레지스트층(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트층(미도시)에 대해 빛의 투과영역과 차단영역, 그리고 슬릿형태로 구성되거나 또는 다중의 코팅막을 더욱 구비하여 통과되는 빛량을 조절함으로써 그 빛 투과도가 상기 투과영역보다는 작고 상기 차단영역보다는 큰 반투과영역으로 구성된 노광 마스크(미도시)를 이용하여 노광을 실시한다.Next, as shown in FIG. 4C, a photoresist layer (not shown) is formed by applying a photoresist on the inorganic insulating
이후, 상기 노광된 포토레지스트층(미도시)을 현상함으로써 상기 무기절연층(113) 위로 상기 게이트 전극(105)에 대응하여 그 중앙부에 대해서는 제 1 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(191a)을 형성하고, 상기 게이트 전극(105)의 중앙부를 기준으로 그 양측부의 소정폭에 대응해서는 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴(191b)을 형성한다. 이때, 그 이외의 영역에 대응해서는 상기 포토레지스트층(미도시)은 제거되어 상기 무기절연층(113)을 노출시키는 상태가 된다. Thereafter, the exposed photoresist layer (not shown) is developed to form a
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(191a, 191b) 외부로 노출된 상기 무기절연층(도 4c의 113)과, 그 하부의 상기 순수 비정질 실리콘층(도 4c의 110)을 식각하여 제거함으로써 상기 스위칭 영역(TrA)에 아일랜드 형태의 순수 비정질 실리콘 패턴(120)과 그 상부로 무기절연패턴(125)을 형성한다. 이때 상기 무기절연패턴(125)은 이전단계에서 일례로서 이중층 구조의 무기절연층(도 4c의 113)을 형성하였으므로 산화실리콘(SiO2)의 하부층(125a)과 질화실리콘(SiNx)의 상부층(125b)의 이중층 구조를 가짐을 보이고 있 다. Next, as shown in FIG. 4D, the inorganic insulating layer (113 in FIG. 4C) exposed to the outside of the first and
다음, 도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(120)과 무기절연패턴(125)이 형성된 기판(101)에 대해 애싱(ashing)을 진행하여 상기 제 2 두께를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(도 4d의 191b)을 제거함으로써 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어 상기 무기절연패턴(125)의 양측부를 노출시킨다. 이때, 상기 애싱(ashing) 진행에 의해 상기 제 1 포토레지스트 패턴(191a) 또한 그 두께가 줄어들지만 여전히 상기 무기절연패턴(125)의 중앙부 상에 남아있게 된다. As shown in FIG. 4E, ashing is performed on the
다음, 도 4f에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(191a) 외부로 노출된 상기 무기절연패턴(도 4e의 125)을 식각하여 제거함으로써 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(120)의 양측부를 노출시킨다. 이때, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(191a)에 의해 식각되지 않고 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(120) 중앙부에 대응하여 남아있게 되는 무기절연패턴은 에치스토퍼(126)를 이루게 된다. Next, as shown in FIG. 4F, the inorganic insulating pattern (125 in FIG. 4E) exposed to the outside of the
다음, 도 4g에 도시한 바와 같이, 스트립(strip)을 진행하여 상기 에치스토퍼(126) 상부에 남아있는 상기 제 1 포토레지스트 패턴(도 4f의 191a)을 제거한다. 이후, 상기 에치스토퍼(126)와 이의 양측으로 노출된 순수 비정질 실리콘 패턴(120) 상부로 불순물 비정질 실리콘을 증착함으로써 불순물 비정질 실리콘층(130)을 형성하고, 연속하여 상기 불순물 비정질 실리콘층(130) 위로 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나의 물질을 증착하여 제 2 금속층(135)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 4G, the strip is moved to remove the first photoresist pattern (191a in FIG. 4F) remaining on the
이후, 도 4h에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 금속층(도 4g의 135)과 그 하부 에 위치한 상기 불순물 비정질 실리콘층(도 4g의 130)을 마스크 공정을 실시하여 패터닝함으로써 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(140)을 형성하고, 동시에 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어서는 상기 에치스토퍼(126) 상부에서 서로 이격하며 상기 노출된 순수 비정질 실리콘 패턴(120)의 양측부를 각각 덮는 형태로서 소스 및 드레인 전극(143, 146)을 형성한다. 이때, 상기 데이터 배선(140)과 상기 스위칭 영역(TrA)에 형성된 상기 소스 전극(143)은 서로 연결되도록 형성한다. 한편, 상기 소스 및 드레인 전극(143, 146)의 하부에는 상기 불순물 비정질 실리콘층(도 4g의 130)이 패터닝됨으로써 각각 상기 소스 및 드레인 전극(143, 146)과 동일한 형태로써 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(120)의 측부와 각각 접촉하며 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(132)이 형성된다. Then, as shown in FIG. 4H, the impurity amorphous silicon layer (130 in FIG. 4G) located at the lower portion of the second metal layer (135 in FIG. 4G) And the
한편, 상기 불순물 비정질 실리콘층(도 4g의 130)은 그 상부에 위치한 제 2 금속층(도 4g의 135)과 함께 연속적으로 패터닝됨으로써 상기 데이터 배선(140) 하부에 대해서도 남게되어 불순물 비정질 패턴(133)을 형성하게 된다. 즉, 상기 제 2 금속층(도 4g의 135)을 패터닝함으로써 상기 데이터 배선(140)과 소스 및 드레인 전극(143, 146)을 형성하고, 이후 상기 데이터 배선(140)과 소스 및 드레인 전극(143, 146) 외측으로 노출된 상기 불순물 비정질 실리콘층(도 4g의 130)의 패터닝은 건식식각(dry etching)에 의해 이루어지는데, 상기 건식식각 진행 시 순수 비정질 실리콘 패턴(120)은 그 상부에 에치스토퍼(126)가 형성됨으로써 상기 건식식각에 전혀 노출되지 않는다. 따라서 종래의 어레이 기판 제조와는 달리 불순물 비정질 실리콘층(도 4g의 130)을 패터닝하여 오믹콘택층(132) 형성 시 건식식각에 의 한 순수 비정질 실리콘 패턴(120)의 표면 손상이 발생하지 않으며, 그 두께 또한 줄어들지 않아 스위칭 영역(TrA) 전체에 있어 일정한 두께를 갖게 되는 것이 특징이다. Meanwhile, the impurity amorphous silicon layer 130 (FIG. 4G) is continuously patterned together with the second metal layer 135 (FIG. 4G) located thereon, so that the impurity
다음, 도 4i에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(143, 146)과 데이터 배선(140)이 형성된 기판(101)에 대응하여 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 장치(180)를 이용하여 레이저 빔(LB)을 조사함으로써 상기 소스 및 드레인 전극(143, 146) 사이영역에 대응하여 상기 에치스토퍼(126)에 하부에 위치하는 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 120)의 중앙 부분을 결정화하여 부분적으로 폴리실리콘으로 이루어진 제 1 영역(121a)이 형성되도록 한다. Next, as shown in FIG. 4I, by using a DPSS (Diode Pumped Solid State)
이때, 상기 DPSS 레이저 장치(180)는 레이저 빔(LB)을 발생시키는 매질 소스로 고체 상태의 물질을 이용한 것을 특징으로 한다. 이러한 고체를 소스로 이용한 레이저 장치는 발생되는 레이저 빔(LB)의 단위 면적당 에너지 밀도의 오차가 기체를 매질 소스로서 이용하는 엑시머 레이저 장치를 통해 발생되는 레이저 빔 대비 월등히 작아 결정화 공정 시 조사된 레이저 빔(LB)의 위치별 에너지 밀도 차에 의해 발생하는 줄무늬 얼룩 불량이 거의 발생하지 않는 것이 특징이다. In this case, the
본 발명에 따른 어레이 기판(101)의 제조에 이용되는 DPSS 레이저 장치(180)의 구성에 대해 간단히 설명한다. DPSS 레이저 장치(180)는 적외선 형태로 빛 에너지를 공급하는 다이오드와 상기 다이오드로부터 나온 빛 에너지를 집진시켜 실질적인 레이저 빔(LB)을 발생시키는 YAG(Yttrium Aluminum Garnet) 봉(rod)과 제2차 고조파 발생(SHG : Second-Harmonic Generation) 광학계와 파장 분리 거울(WSM : Wavelength Separation Mirror)로 구성된다. 이때, 상기 다이오드는 적외선 형태로 상기 YAG 봉에 빛 에너지를 공급하는 역할을 하며, 상기 YAG 봉은 그 내부로 입사된 빛 에너지를 통해 상기 YAG 봉을 이루는 원자들이 고에너지 상태로 되었다가 원래 상태로 돌아오면서 레이저 빔(LB)을 발생시키는 역할을 한다. 또한, 제2차 고조파 발생 광학계는 상기 YAG 봉으로부터 나온 레이저 빔(LB)의 파장을 배가시키는 역할을 하는 것으로 상기 다이오드로부터 상기 YAG 봉으로 입사된 후 이를 통해 나오는 레이저 빔(LB)은 여전히 1064nm 파장을 갖지만, 상기 제2차 고조파 발생 광학계를 지나면서, 이의 작용에 의해 그 일부는 여전히 1064nm 파장을 가지며, 또 다른 일부는 그 길이가 반으로 줄어든 532nm의 파장을 갖는 레이저 빔(LB)이 만들어지게 된다. 또한, 상기 제2차 고조파 발생 광학계를 통과하여 2개의 파장대를 갖는 레이저 빔(LB)은 파장 분리 거울을 통해 532nm 파장의 레이저 빔(LB)과 1064nm 파장의 적외선으로 분리되게 된다. 이때, 본 발명에 있어서는 이렇게 파장 분리 거울을 통해 분리되어 나온 532nm 파장의 레이저 빔(LB)을 결정화에 이용하는 것이다. 이렇게 에너지원으로 다이오드를 이용하고 레이저 빔(LB) 발생 매질로서 고체인 YAG 봉을 이용한 것을 특징으로 하는 DPSS 레이저 장치(180)는 가스 또는 액체를 레이저 빔 발생 매질로 이용한 레이저 장치(미도시) 대비 최종적으로 기판에 조사되는 레이저 빔의 밀도가 균일하여 결정화의 균일성을 향상시키게 된다.The configuration of the
한편, 상기 소스 및 드레인 전극(143, 146)이 형성된 기판(101)에 대해 전술한 구성을 갖는 DPSS 레이저 장치(180)를 통해 전면에 대해 스캔 타입으로 또는 상기 스위칭 영역(TrA)에만 선택적으로 레이저 빔(LB)을 조사한다. 이때 상기 DPSS 레이저 장치(180)의 파워는 15.4W 내지 16.2W의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 크기의 파워를 레이저 빔을 기판에 조사함에 있어 상기 레이저 빔의 포커싱을 에치스토퍼(126)의 두께를 감안하여 그 하부에 위치하도록 조절한 후 상기 레이저 빔(LB)을 조함함으로써 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 120)에 대해서만 에너지가 집중하게 되어 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 120)만을 용융시켜 결정화가 이루어지게 된다. 상기 소스 및 드레인 전극(143, 146)이 형성된 부분으로 입사되는 레이저 빔(LB)은 반사됨으로써 레이저 빔(LB)이 상기 소스 및 드레인 전극(143, 146) 하부에 위치하는 순수 비정질 실리콘 패턴(121b)에는 도달하지 않게 되며, 따라서 상기 소스 및 드레인 전극(143, 146) 하부에 위치하는 오믹콘택층(132)과 순수 비정질 실리콘 패턴(121b)은 순수 및 불순물의 비정질 실리콘 상태를 그대로 유지하게 된다. On the other hand, with respect to the
전술한 구조를 갖는 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 120)의 결정화는 레이저 빔(LB)의 포커싱과 에너지 밀도에 큰 영향을 받는다. 포커싱의 경우 그 상부에 위치하는 에치스토퍼(126)의 두께를 안다면 문제되지 않는다. 하지만 레이저 빔(LB)의 파워는 매우 민감한 요소가 된다. 전술한 범위보다 더 큰 파워가 상기 DPSS 레이저 장치(180)에 인가되는 경우, 레이저 빔(LB) 자체의 단위 면적당 에너지 밀도가 너무 커 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 120)이 너무 급격히 용융되어 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 120) 내부의 수소가 한꺼번에 급격히 빠져나오는 현상이 발생한다. 따라서, 이렇게 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 120)으로부터 한꺼번에 발산되는 수소가 그 상부에 위치하는 에치스토퍼(126)를 밀어냄으로써 상기 에치스토퍼(126)의 들뜸, 터짐 또는 크렉(crack)을 유발시키는 불량이 발생하거나, 또는 상기 수소가 한꺼번에 발산됨으로써 상기 폴리실리콘으로 결정화된 제 1 영역(121a)의 표면에 음푹 패인 듯한 다수의 요부를 형성하게 되어 그 표면이 매끄럽지 못하게 된다. 따라서 이 경우 그 상부에 위치하는 상기 에치스토퍼(126)와의 계면 특성 저하로 박막트랜지스터의 특성을 저하시키며 각 화소영역(P) 별로 박막트랜지스터 특성을 달리하게 됨을 알 수 있었다.The crystallization of the pure amorphous silicon pattern (120 in FIG. 4H) having the above structure is greatly influenced by the focusing and the energy density of the laser beam LB. In the case of focusing, it is not a problem if the thickness of the
하지만, 전술한 범위의 파워가 DPSS 레이저 장치(180)에 인가되는 경우, 전술한 불량은 발생되지 않음을 알 수 있었다. However, when the power in the above-described range is applied to the
한편, 전술한 DPSS 레이저 장치(180)를 이용한 결정화 공정 진행에 의해 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 120)은 그 중앙부가 폴리실리콘으로 결정화된 제 1 영역(121a)과 상기 제 1 영역(121a) 양측으로 상기 오믹콘택층(132)과 각각 접촉하며 순수 비정질 실리콘 상태를 유지하는 제 2 영역(121b)으로 구성된 액티브층(121)을 이루게 된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 영역(121a, 121b)으로 구성된 액티브층(121)과 그 상부에서 이격하며 형성된 오믹콘택층(132)은 반도체층(134)을 이루게 된다. 이때, 상기 액티브층(121)은 그 내부에 정공 또는 전자의 이동통로가 되는 채널을 이루는 영역 대부분이 폴리실리콘으로 이루어짐으로써 일반적인 순수 비정질 실리콘만으로 이루어지 액티브층(도 1의 20a) 대비 월등히 우수한 이동도 특성을 갖게 되는 것이 특징이다. On the other hand, as the crystallization process using the
전술한 단계까지의 공정 진행에 의해 각 스위칭 영역(TrA)에는 게이트 전극(105)과, 게이트 절연막(108)과, 반도체층(134)과, 에치스토퍼(126)와, 소스 및 드레인 전극(143, 146)으로 구성되는 박막트랜지스터(Tr)가 형성되게 된다. The
한편, 도면에 나타내지 않았지만, 이 어레이 기판(101)이 유기전계 발광소자용 어레이 기판으로 이용하는 경우, 상기 소스 및 드레인 전극(143, 146)과 데이터 배선(140)을 형성하는 단계에서 상기 데이터 배선(140)과 나란하게 소정간격 이격하며 전원배선(미도시)이 더욱 형성될 수 있으며, 각 화소영역(P) 내에는 전술한 데이터 배선(140)과 연결된 박막트랜지스터(Tr) 이외에 이와 동일한 구조를 갖는 다수의 구동 박막트랜지스터(미도시)가 더욱 형성될 수도 있다. Although not shown in the drawing, in the case where the
다음, 도 4j에 도시한 바와 같이, 상기 결정화가 이루어진 기판(101)에 대해 상기 소스 및 드레인 전극(143, 146) 위로 전면에 무기절연물질 예를들어, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하거나, 또는 유기절연물질 예를들어, 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 도포함으로써 전면에 보호층(150)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 4J, an inorganic insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiO 2 ) is deposited on the entire surface of the
이후, 상기 보호층(150)을 패터닝함으로써 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어서 상기 드레인 전극(146)을 노출시키는 드레인 콘택홀(153)을 형성한다. Then, the
다음, 도 4k에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(153)을 구비한 보호층(150) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 전면에 증착함으로써 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성한다. 이후 상기 투명 도전성 물질층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 각 화소영역(P)에는 상기 드레인 콘택홀(153)을 통해 상기 드레인 전극(146)과 접촉하 는 화소전극(160)을 형성함으로써 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판(101)을 완성한다. Next, as shown in FIG. 4K, a transparent conductive material such as indium-tin-oxide (ITO) or indium-zinc-oxide (IZO) is deposited on the
한편, 상기 각 화소영역(P)에 구동 박막트랜지스터(미도시)가 구성될 경우, 상기 스위칭 영역(TrA)에 형성되는 박막트랜지스터(Tr)는 상기 화소전극(160)과 접촉하지 않고, 대신 상기 구동 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)이 도면에 도시된 바와 같이 상기 화소전극(160)과 연결되도록 형성하며, 상기 스위칭 영역(TrA)의 박막트랜지스터(Tr)와 상기 구동 박막트랜지스터(미도시)는 서로 전기적으로 연결되도록 구성한다. 이렇게 스위칭 영역(TrA)에 상기 게이트 및 데이터 배선(미도시, 140)과 연결된 박막트랜지스터(Tr)와 화소영역(P)에 구동 박막트랜지스터(미도시)가 형성되는 어레이 기판의 경우 유기전계 발광 소자용 어레이 기판을 이루게 된다. When a driving thin film transistor (not shown) is formed in each pixel region P, the thin film transistor Tr formed in the switching region TrA does not contact the
도 1은 액정표시장치 또는 유기전계 발광소자를 구성하는 종래의 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역을 박막트랜지스터를 포함하여 절단한 단면을 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a cross-sectional view of a conventional array substrate constituting a liquid crystal display device or an organic electroluminescent device, including one pixel region including a thin film transistor. Fig.
도 2a 내지 도 2e는 종래의 어레이 기판의 제조 단계 중 반도체층과 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 도시한 공정 단면도.FIGS. 2A to 2E are process cross-sectional views showing steps of forming a semiconductor layer and source and drain electrodes in a manufacturing step of a conventional array substrate; FIGS.
도 3은 종래의 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판에 있어 상기 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.3 is a cross-sectional view of a pixel region including the thin film transistor in an array substrate having a thin film transistor having a conventional polysilicon semiconductor layer.
도 4a 내지 도 4k는 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도.4A to 4K are cross-sectional views illustrating a pixel region including a thin film transistor of an array substrate according to an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art
101 : 기판 105 : 게이트 전극101: substrate 105: gate electrode
108 : 게이트 절연막 121 : 액티브층108: gate insulating film 121: active layer
121a : (액티브층의)제 1 영역 121b : (액티브층의)제 2 영역121a: first region (of active layer) 121b: second region (of active layer)
126 : 에치스토퍼 126a : (산화실리콘의)하부층126:
126b : (질화실리콘의)상부층 132 : 오믹콘택층 126b: upper layer (of silicon nitride) 132: ohmic contact layer
133 : 불순물 비정질 패턴 134 : 반도체층 133: impurity amorphous pattern 134: semiconductor layer
140 : 데이터 배선 143 : 소스 전극 140: data wiring 143: source electrode
146 : 드레인 전극 146: drain electrode
P : 화소영역 TrA : 스위칭 영역 P: pixel region TrA: switching region
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