KR101640812B1 - 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 사용한 바텀 게이트(bottom gate) 구조의 박막 트랜지스터에 있어서, 얇은 두께의 제 1 소오스/드레인전극 위에 상기 제 1 소오스/드레인전극보다 폭이 좁은 형태로 제 2 소오스/드레인전극을 형성하여 채널영역의 단차를 감소시키는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention is a bottom gate structure thin film transistor using an amorphous zinc oxide (ZnO) based semiconductor as an active layer. The thin film transistor has a first source / Drain electrode, and the second source / drain electrode is formed in a narrower width than the drain electrode, thereby reducing a step of the channel region.
이에 따라 본 발명은 소오스/드레인전극의 단차에 의한 액티브층의 단선을 방지하는 한편 소자의 열화 및 균일도 저하를 방지할 수 있는 효과를 제공한다.Accordingly, the present invention provides an effect of preventing the breakage of the active layer due to the step of the source / drain electrode and preventing deterioration and uniformity of the device.
또한, 상기 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 상기 제 2 소오스/드레인전극의 두께를 두껍게 할 수 있어 저저항 배선설계가 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention can increase the thickness of the second source / drain electrode and enable low-resistance wiring design.
산화물 박막 트랜지스터, 제 1, 제 2 소오스/드레인전극, 단차 Oxide thin film transistor, first and second source / drain electrodes,
Description
본 발명은 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 바텀 게이트 구조의 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 of a bottom gate structure 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 지금까지 가장 주목받는 디스플레이 소자이지만, 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.Meanwhile, since the liquid crystal display device is a light-receiving device rather than a light-emitting device and has technical limitations such as brightness, contrast ratio, and viewing angle, the liquid crystal display device is a light- 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.
이에 산화물 반도체로 액티브층을 형성한 산화물 반도체 박막 트랜지스터를 개발하고 있는데, 이때 산화물 반도체를 기존의 바텀 게이트(bottom gate) 구조의 박막 트랜지스터에 적용하는 경우 소오스/드레인전극의 식각공정 중에 산화물 반도체가 손상을 받아 변성을 일으키는 문제가 있다.An oxide semiconductor thin film transistor in which an active layer is formed of an oxide semiconductor is developed. In this case, when an oxide semiconductor is applied to a conventional thin film transistor having a bottom gate structure, the oxide semiconductor is damaged during the etching process of the source / There is a problem of causing degeneration.
도 2는 일반적인 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general oxide thin film transistor.
도면에 도시된 바와 같이, 바텀 게이트 구조의 산화물 박막 트랜지스터는 기판(10) 위에 게이트전극(21)과 게이트절연막(15)이 형성되고, 상기 게이트절연막(15) 위에 산화물 반도체로 이루어진 액티브층(24)이 형성되게 된다.The oxide thin film transistor of the bottom gate structure includes a
이후, 상기 액티브층(24) 위에 소오스/드레인전극(22, 23)이 형성되게 되는데, 이때 상기 소오스/드레인전극(22, 23)을 증착하고 식각하는 과정에서 그 하부의 액티브층(24)(특히, A부분)이 손상을 받아 변성이 되는 경우가 있다. 이에 따라 소자의 신뢰성에 문제점을 가지게 된다.The source and
즉, 소오스/드레인전극용 금속은 산화물 반도체와의 콘택저항을 고려하여 몰리브덴 계열의 금속으로 제한되게 되는데, 소오스/드레인전극을 습식식각으로 형성하는 경우에는 에천트(etchant)에 취약한 산화물 반도체의 물성(物性)으로 인해 액티브층의 유실 혹은 손상을 초래하며, 상기 소오스/드레인전극을 건식식각으로 형성하는 경우에도 산화물 반도체의 백-스퍼터링(back-sputtering) 및 산소 결핍(oxygen deficiency)으로 인해 액티브층이 변성되게 된다.That is, the metal for the source / drain electrode is limited to the metal of the molybdenum series in consideration of the contact resistance with the oxide semiconductor. When the source / drain electrode is formed by wet etching, the property of the oxide semiconductor, which is vulnerable to etchant The active layer is liable to be lost or damaged owing to the back-sputtering and the oxygen deficiency of the oxide semiconductor even when the source / drain electrode is formed by dry etching. .
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 소오스/드레인전극 위에 액티브층을 형성함으로써 상기 소오스/드레인전극 식각 시 발생하는 상기 비정질 아연 산화물계 반도체의 변성을 방지하도록 한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of fabricating an oxide thin film transistor in which an active layer is formed on a source / drain electrode to prevent denaturation of the amorphous zinc oxide based semiconductor caused by etching the source / drain electrode.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같이 소오스/드레인전극 위에 액티브층을 형성하는 경우에 있어, 상기 소오스/드레인전극의 단차에 의한 액티브층의 단선불량을 방지하고 소오스/드레인전극의 두께를 두껍게 함으로써 저저항 설계를 가능하도록 한 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of forming an active layer on a source / drain electrode, which prevents defective open-circuiting of the active layer due to a step of the source / drain electrode and increases the thickness of the source / And to provide a method of manufacturing an oxide thin film transistor capable of designing a resistance.
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 게이트절연막 위에 제 2 도전막과 제 3 도전막을 형성하는 단계, 액티브층의 채널영역의 에지부에 회절패턴이 적용되는 회절마스크를 이용하여 상기 기판 위에 제 1 두께의 제 1 감광막패턴과 제 2 감광막패턴 및 제 2 두께의 제 3 감광막패턴과 제 4 감광막패턴을 형성하는 단계, 상기 제 1 감광막패턴 내지 상기 제 4 감광막패턴을 마스크로 이용하여 상기 제 2 도전막과 상기 제 3 도전막을 선택적으로 식각 함으로써 상기 게이트절연막 위에 상기 제 2 도전막으로 형성되며, 제 1 폭을 가진 제 1 소오스/드레인전극을 형성하는 단계, 상기 제 3 감광막패턴과 상기 제 4 감광막패턴을 제거하는 동시에 상기 제 1 감광막패턴과 상기 제 2 감광막패턴의 두께 일부를 제거하여 제 3 두께의 제 5 감광막패턴과 제 6 감광막패턴을 형성하는 단계 및 상기 제 5 감광막패턴과 상기 제 6 감광막패턴을 마스크로 이용하여 상기 제 3 도전막을 선택적으로 식각 함으로써 상기 제 1 소오스/드레인전극 위에 상기 제 3 도전막으로 형성되며, 상기 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가진 제 2 소오스/드레인전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제 1, 제 2 소오스/드레인전극의 에지부는, 상기 제 5 감광막패턴과 상기 제 6 감광막패턴을 이용하여 상기 제 3 도전막의 측면을 재차 식각 함으로써 양측 에지부 중에 상기 채널영역의 에지에 위치한 에지부에서만 계단형태를 가지도록 형성될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating an oxide thin film transistor, the method including forming a second conductive layer and a third conductive layer on a gate insulating layer, Forming a first photoresist pattern having a first thickness, a second photoresist pattern, a third photoresist pattern and a fourth photoresist pattern having a second thickness on the substrate, forming the first photoresist pattern to the fourth photoresist pattern, Forming a first source / drain electrode having a first width, which is formed of the second conductive film on the gate insulating film by selectively etching the second conductive film and the third conductive film by using the second conductive film and the third conductive film as a mask, 3 photoresist pattern and the fourth photoresist pattern are removed and a part of the thickness of the first photoresist pattern and the second photoresist pattern is removed, Forming a fifth photoresist pattern and a sixth photoresist pattern on the first source / drain electrode by selectively etching the third conductive film using the fifth photoresist pattern and the sixth photoresist pattern as a mask, 3 conductive film, and forming a second source / drain electrode having a second width narrower than the first width.
The edge portions of the first and second source / drain electrodes may be formed by etching the side surfaces of the third conductive film by using the fifth photoresist pattern and the sixth photoresist pattern so that the edge portions of the first and second source / It can be formed so as to have a stepped shape only at the edge portion where it is located.
또한, 본 발명의 산화물 박막 트랜지스터는 기판 위의 게이트전극, 상기 게이트전극이 구비된 상기 기판 위의 게이트절연막, 상기 게이트절연막 위에, 제 1 폭을 가진 제 1 소오스/드레인전극, 상기 제 1 소오스/드레인전극 위에, 상기 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가진 제 2 소오스/드레인전극 및 상기 제 2 소오스/드레인전극 상부에서부터 상기 제 1, 제 2 소오스전극과 상기 제 1, 제 2 드레인전극 사이의 상기 게이트절연막 위에 걸쳐 구비되며, 비정질 아연 산화물계 반도체로 이루어진 액티브층을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 제 1, 제 2 소오스/드레인전극의 에지부는, 양측 에지부 중에 상기 액티브층의 채널영역의 에지에 위치한 에지부에서만 계단형태를 가질 수 있다.The oxide thin film transistor of the present invention includes a first source / drain electrode having a first width and a second source / drain electrode formed on the gate insulating film, the first source / Drain electrode and a second source / drain electrode having a second width narrower than the first width and a second source / drain electrode between the first and second source electrodes and the first and second drain electrodes, And an active layer formed over the gate insulating film and made of an amorphous zinc oxide-based semiconductor.
At this time, the edge portions of the first and second source / drain electrodes may have a stepped shape only at the edge portion located at the edge of the channel region of the active layer in both edge portions.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용함에 따라 균일도가 우수하여 대면적 디스플레이에 적용 가능한 효과를 제공한다.As described above, the method for manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention provides an effect of being applicable to a large-area display by using an amorphous zinc oxide-based semiconductor as an active layer.
또한, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 소오스/드레인전극 위에 액티브층을 형성함으로써 상기 소오스/드레인전극 식각 시 발생하는 산화물 반도체의 변성 및 균일도 저하를 방지할 수 있게 된다.In addition, in the method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention, by forming an active layer on a source / drain electrode, it is possible to prevent the denaturation and the uniformity of the oxide semiconductor occurring during the etching of the source / drain electrode.
특히, 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법은 얇은 두께의 제 1 소오스/드레인전극 위에 상기 제 1 소오스/드레인전극보다 폭이 좁은 형태로 제 2 소오스/드레인전극을 형성하여 채널영역의 단차를 감소시킴으로써 소오스/드레인전극의 단차에 의한 액티브층의 단선을 방지할 수 있게 된다. 그 결과 콘택불량을 방지할 수 있으며 소자 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.In particular, the method for fabricating an oxide thin film transistor according to the present invention includes forming a second source / drain electrode on a first source / drain electrode having a smaller thickness than a width of the first source / drain electrode, The disconnection of the active layer due to the step of the source / drain electrode can be prevented. As a result, the contact failure can be prevented and the device performance can be improved.
또한, 상기 제 2 소오스/드레인전극의 두께를 두껍게 할 수 있어 저저항 배선설계가 가능하여 대면적 디스플레이나 고해상도 디스플레이에 적용할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the thickness of the second source / drain electrode can be increased, and a low-resistance wiring design can be performed, thereby providing an effect applicable to a large-area display or a high-resolution display.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a method of manufacturing an oxide thin film transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 비정질 아연 산화물계 반도체를 액티브층으로 사용한 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내고 있다.FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to a first embodiment of 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 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소정의 기판(110) 위에 형성된 게이트전극(121), 상기 게이트전극(121) 위에 형성된 게이트절연막(115), 상기 게이트절연막(115) 위에 형성된 소오스/드레인전극(122, 123) 및 비정질 아연 산화물계 반도체로 형성되어 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 전기적으로 접속하는 액티브층(124)으로 이루어져 있다.The oxide thin film transistor according to the first embodiment of the present invention includes a
이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예에 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 first embodiment of the present invention forms an
상기 아연 산화물(ZnO)은 산소 함량에 따라 전도성, 반도체성 및 저항성의 3가지 성질을 모두 구현할 수 있는 물질로, 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층(124)으로 적용한 산화물 박막 트랜지스터는 액정표시장치와 유기전계발광 디스플레이를 포함하는 대면적 디스플레이에 적용될 수 있다.The oxide thin film transistor in which an amorphous zinc oxide based semiconductor material is applied to the
또한, 최근 투명 전자회로에 엄청난 관심과 활동이 집중되고 있는데, 상기 비정질 아연 산화물계 반도체 물질을 액티브층(124)으로 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 focused on transparent electronic circuits. Since the oxide thin film transistor in which the amorphous zinc oxide based semiconductor material is applied to the
특히, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 ZnO에 인듐(indium; In)과 갈륨(gallium; Ga)과 같은 중금속이 함유된 a-IGZO 반도체로 액티브층(124)을 형성하는 것을 특징으로 한다.Particularly, the oxide thin film transistor according to the first embodiment of the present invention forms an
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 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써 액티브층(124)의 캐리어 농도를 조절할 수 있어 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.The oxide thin film transistor according to the first embodiment of the present invention having such characteristics can control the carrier concentration of the
또한, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소오스/드레인전극(122, 123)을 형성한 후에 a-IGZO 산화물 반도체를 증착하여 액티브층(124)을 형성함으로써 전술한 소오스/드레인전극(122, 123) 식각시 발생하는 산화물 반도체의 변성문제를 근본적으로 해결할 수 있게 된다.The oxide thin film transistor according to the first embodiment of the present invention is formed by forming source and
즉, 산화물 반도체는 소자 제작 중의 공정, 즉 소오스/드레인전극의 건식식각과 같은 공정에 노출됨에 따라 그 특성이 변성되어 소자의 열화 또는 균일도의 저하가 발생한다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 본 발명은 소오스/드레인전극(122, 123)을 형성한 후, 그 위에 채널로 사용되는 액티브층(124)을 형성하는 구조를 적용하게 된다.That is, as oxide semiconductors are exposed to a process during fabrication of the device, that is, dry etching of the source / drain electrodes, the characteristics of the oxide semiconductor are altered, resulting in deterioration of the device or lowering of uniformity. In order to solve such a problem, the present invention applies a structure in which source /
다만, 이와 같은 구조는 소오스/드레인전극의 단차에 의해서 액티브층의 단선 및 콘택 등이 문제가 되어 실효성이 낮은 단점을 가지고 있다. 즉, 도 4를 참조 하면, 500Å 정도의 두께로 소오스/드레인전극을 형성한 후 비정질 아연 산화물계 반도체층을 증착하여 액티브층을 형성할 경우 상기 액티브층은 상기 소오스/드레인전극의 단차에 의해 상기 소오스/드레인전극의 에지부에서 단선되는 문제가 발생하게 되는데, 이에 얇은 두께의 제 1 소오스/드레인전극 위에 상기 제 1 소오스/드레인전극보다 폭이 좁은 형태로 제 2 소오스/드레인전극을 형성하여 채널영역의 단차를 감소시킴으로써 전술한 소오스/드레인전극의 단차에 의한 액티브층의 단선을 방지할 수 있게 되는데, 이를 다음의 본 발명의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.However, such a structure has disadvantages in that the active layer is disconnected due to the step difference of the source / drain electrodes, contact is a problem, and the efficiency is low. That is, referring to FIG. 4, when an active layer is formed by depositing an amorphous zinc oxide-based semiconductor layer after forming a source / drain electrode with a thickness of about 500 Å, the active layer is formed by a step of the source / The second source / drain electrode is formed on the first source / drain electrode having a smaller thickness than the first source / drain electrode, so that the second source / It is possible to prevent disconnection of the active layer due to the step of the source / drain electrode by reducing the step height of the region, which will be described in detail through the following second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도로써, 소오스/드레인전극을 이중층으로 구성하는 한편 채널영역의 단차를 감소시킨 것을 제외하고는 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터와 동일한 구성요소로 이루어져 있다.5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to a second embodiment of the present invention, except that the source / drain electrodes are formed as a double layer and the stepped portion of the channel region is reduced. The oxide thin film transistor according to one embodiment has the same components as those of the oxide thin film transistor according to one embodiment.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소정의 기판(210) 위에 형성된 게이트전극(221), 상기 게이트전극(221) 위에 형성된 게이트절연막(215), 상기 게이트절연막(215) 위에 형성된 소오스/드레인전극(222, 223) 및 비정질 아연 산화물계 반도체로 형성되어 상기 소오스/드레인전극(222, 223)과 전기적으로 접속하는 액티브층(224)으로 이루어져 있다.The oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention includes a
이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 전술한 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터와 동일하게 비정질 아연 산화물계 반도체를 이용하여 액티브층(224)을 형성함에 따라 높은 이동도와 정전류 테스트 조 건을 만족하는 한편 균일한 특성이 확보되어 대면적 디스플레이에 적용 가능한 장점을 가지고 있다.As the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention forms an
특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 ZnO에 인듐과 갈륨과 같은 중금속이 함유된 a-IGZO 반도체로 액티브층(224)을 형성하는 것을 특징으로 한다.In particular, the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention is characterized in that an
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써 액티브층(224)의 캐리어 농도를 조절할 수 있어 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.The oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention can adjust the carrier concentration of the
또한, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소오스/드레인전극(222, 223)을 형성한 후에 a-IGZO 산화물 반도체를 증착하여 채널용 액티브층(224)을 형성함으로써 전술한 소오스/드레인전극(222, 223) 식각시 발생하는 산화물 반도체의 변성문제를 근본적으로 해결할 수 있게 된다.In addition, the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention forms the
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 산화물 반도체, 즉 액티브층(224)과 소오스/드레인전극(222, 223) 사이의 오믹접촉 특성을 향상시키기 위해 상기 소오스/드레인전극(222, 223)을 이중층으로 형성하는데, 상기 소오스/드레인전극(222, 223)은 게이트절연막(215)과 접촉하는 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a) 및 상기 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a) 위에 형성되어 상기 액티브층(224)과 접촉하는 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)으로 이루어진다.The oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention includes the source and drain
이때, 상기 액티브층(224)과 직접 접촉하는 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)은 산소와의 결합력이 우수한 티타늄(titanium; Ti), 티타늄 합금(Ti alloy) 또는 상기 a-IGZO 산화물 반도체와 오믹접촉 특성이 우수한 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO), 몰리브덴(molybdenum; Mo) 등의 금속으로 이루어질 수 있다.The second source /
특히, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 얇은 두께로 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)을 형성하고 그 위에 상기 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)보다 폭이 줄어든 형태로 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)을 형성하여 채널영역의 단차를 감소시킴으로써 상기 소오스/드레인전극(222, 223)의 단차에 의한 액티브층(224)의 단선을 방지할 수 있게 되는데, 이를 다음의 산화물 박막 트랜지스터의 제조방법을 통해 상세히 설명한다.Particularly, the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention has the first source /
도 6a 내지 도 6c는 상기 도 5에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views sequentially illustrating the manufacturing process of the oxide thin film transistor shown in FIG.
도 6a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연물질로 이루어진 기판(210) 위에 소정의 게이트전극(221)을 형성한다.As shown in FIG. 6A, a
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(210)을 사용할 수 있다. 또한, 비정질 특성을 나타냄으로 인해 대면적 디스플레이용 기판(210)의 사용이 가능하다.At this time, the amorphous zinc oxide-based compound 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(221)은 제 1 도전막을 상기 기판(210) 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 투명한 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 a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), or the like. Layer structure.
다음으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221)이 형성된 기판(210) 전면에 게이트절연막(215)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6B, a
그리고, 상기 게이트절연막(215)이 형성된 기판(210) 전면에 제 2 도전막 및 제 3 도전막을 형성한 후 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 상기 제 2 도전막과 제 3 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트절연막(215) 상부에 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)과 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)으로 이루어진 이중층 구조의 소오스/드레인전극(222, 223)을 형성하게 된다.A second conductive film and a third conductive film are formed on the entire surface of the
이때, 상기 게이트절연막(215)과 접촉하는 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)은 두께를 얇게 하여 형성하고 그 위에 상기 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)보다 폭이 줄어든 형태로 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)을 형성함으로써 채널영역의 단차를 감소시킬 수 있게 된다.At this time, the first source /
이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 먼저 제 2 도전막과 3 도전막을 식각하여 제 1 폭을 가진 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)을 형성한 다음 애싱(ashing)된 감광막패턴을 이용하여 상기 제 3 도전막을 재차 식각함으로써 상기 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭을 가진 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)을 형성하게 되는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.At this time, the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention firstly forms the first source /
도 7a 내지 도 7e는 상기 도 6b에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도이다.7A to 7E are cross-sectional views illustrating a second mask process according to a second embodiment of the present invention shown in FIG. 6B.
도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221)이 형성된 기판(210) 전면에 실리콘질화막(SiNx), 실리콘산화막(SiO2)과 같은 무기절연막 또는 하프늄(hafnium; Hf) 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 이루어진 게이트절연막(215)을 형성한다.7A, 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 게이트절연막(215)은 화학기상증착(Chemical Vapour Deposition; CVD) 또는 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition; PECVD)으로 형성할 수 있다.At this time, the
그리고, 상기 게이트절연막(215)이 형성된 기판(210) 전면에 소정의 제 2 도전막(230) 및 제 3 도전막(240)을 형성한다.A predetermined second
이때, 상기 제 2 도전막(230)은 상기 게이트절연막(215) 위에 제 1 소오스/드레인전극을 형성하기 위해 금속 종류에 관계없이 사용할 수 있으며, 상기 제 3 도전막(240)은 산소와의 결합력이 우수한 티타늄, 티타늄 합금 또는 상기 a-IGZO 산화물 반도체와 오믹접촉 특성이 우수한 인듐-틴-옥사이드, 몰리브덴 등의 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 소오스/드레인전극은 이중층 이상의 다층구조로 형성할 수도 있다.Here, the second
또한, 상기 제 2 도전막(230)은 채널영역에서의 소오스/드레인전극의 단차에 의한 액티브층의 단선불량을 방지하기 위해 얇은 두께로 형성할 수 있다.Also, the second
그리고, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(210) 전면에 포토레지스트와 같은 감광성물질로 이루어진 감광막을 형성한 후, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 통해 소정의 제 1 감광막패턴(270)을 형성한다.7B, a photoresist layer made of a photosensitive material such as a photoresist is formed on the entire surface of the
다음으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 제 1 감광막패턴(270)을 마스크로 하여, 그 하부에 형성된 제 2 도전막과 제 3 도전막을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 게이트절연막(215) 상부에 제 1 폭을 가진 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)이 형성되게 된다.Next, as shown in FIG. 7C, when the second conductive film and the third conductive film are selectively removed using the first
이때, 상기 제 2 도전막과 제 3 도전막의 식각은 습식식각을 이용할 수 있으며, 상기 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)의 상부에는 상기 제 3 도전막으로 이루어지며 실질적으로 상기 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)과 동일한 형태로 패터닝된 제 3 도전막패턴(222b', 223b')이 형성되게 된다.At this time, the second conductive layer and the third conductive layer may be etched using wet etching, and the third conductive layer may be formed on the first source /
이후, 상기 제 1 감광막패턴(270)의 일부를 제거하는 애싱공정을 진행하게 되면, 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 도전막패턴(222b', 223b') 위에 소정의 제 2 감광막패턴(270')이 형성되게 된다.7D, a predetermined
이때, 상기 제 2 감광막패턴(270')은 애싱공정을 통해 폭과 두께 일부가 제 거됨에 따라 상기 제 1 감광막패턴보다 폭이 줄어든 형태로 제 2 소오스/드레인전극영역에만 남아있게 된다.At this time, the second photoresist pattern 270 'remains only in the second source / drain electrode region in a form that has a width smaller than that of the first photoresist pattern as a part of the width and thickness are removed through the ashing process.
이후, 도 7e에 도시된 바와 같이, 상기 남아있는 제 2 감광막패턴(270')을 마스크로 하여 상기 제 3 도전막패턴의 일부를 선택적으로 제거함으로써 상기 기판(210)에 상기 제 3 도전막으로 이루어진 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)이 형성되게 된다.7E, a portion of the third conductive film pattern is selectively removed using the remaining second photoresist pattern 270 'as a mask, thereby forming a third conductive film on the
이때, 상기 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)은 그 하부의 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)보다 폭이 줄어든 제 2 폭을 가지게 되며, 그에 따라 채널영역에서 상기 소오스/드레인전극(222, 223)의 에지부는 계단형태를 가져 실질적으로 단차가 감소하는 효과를 얻게 된다.At this time, the second source /
다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 이중층의 소오스/드레인전극(222, 223)이 형성된 기판(210) 전면에 비정질 아연 산화물계 반도체를 증착하여 소정의 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝함으로써 상기 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)과 전기적으로 접속하는 액티브층(224)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6C, amorphous zinc oxide based semiconductor is deposited on the entire surface of the
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.
또한, 상기 a-IGZO 반도체는 갈륨, 인듐 및 아연의 원자비가 각각 1:1:1, 2:2:1, 3:2:1, 4:2:1 등의 복합 산화물 타겟을 사용하여 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성할 수 있다.The a-IGZO semiconductor may be formed by using a complex oxide target of an atomic ratio of gallium, indium and zinc of 1: 1: 1, 2: 2: 1, 3: 2: 1, 4: An oxide-based semiconductor layer can be formed.
여기서, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성하기 위한 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써 액티브층(224)의 캐리어 농도를 조절할 수 있는데, 이때 산소 농도 1 ~ 10% 및 두께 500 ~ 1000Å 조건에서 소자특성의 확보가 가능하다.Here, the oxide thin film transistor according to the second embodiment of the present invention can control the carrier concentration of the
이때, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상기 액티브층(224)은 계단형태의 단차를 가진 소오스/드레인전극(222, 223)과 넓은 영역에서 콘택 됨으로써 단선이나 들뜸과 같은 상기 액티브층(224)의 콘택불량을 방지할 수 있게 된다.At this time, the
또한, 이와 같이 하부 제 1 소오스/드레인전극(222a, 223a)으로 콘택영역을 확보함에 따라 제 2 소오스/드레인전극(222b, 223b)의 두께를 두껍게 할 수 있어 저저항 배선설계가 가능하게 된다. 그 결과 대면적 디스플레이나 고해상도 디스플레이에 적용할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the second source /
한편, 상기의 이중층 구조의 소오스/드레인전극은 회절마스크 또는 하프-톤 마스크(이하, 회절마스크를 지칭하는 경우에는 하프-톤 마스크를 포함하는 것으로 한다)를 이용하여 형성할 수도 있는데, 이를 다음의 본 발명의 제 3 실시예를 통해 상세히 설명한다.On the other hand, the source / drain electrodes of the above-described two-layer structure may be formed using a diffraction mask or a half-tone mask (hereinafter, referred to as a half-tone mask when referring to a diffraction mask) The third embodiment of the present invention will be described in detail.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개 략적으로 나타내는 단면도이다.8 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to a third embodiment of the present invention.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소정의 기판(310) 위에 형성된 게이트전극(321), 상기 게이트전극(321) 위에 형성된 게이트절연막(315), 상기 게이트절연막(315) 위에 형성된 소오스/드레인전극(322, 323) 및 비정질 아연 산화물계 반도체로 형성되어 상기 소오스/드레인전극(322, 323)과 전기적으로 접속하는 액티브층(324)으로 이루어져 있다.The oxide thin film transistor according to the third embodiment of the present invention includes a
이때, 상기 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 전술한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터와 동일하게 비정질 아연 산화물계 반도체를 이용하여 액티브층(324)을 형성함에 따라 높은 이동도와 정전류 테스트 조건을 만족하는 한편 균일한 특성이 확보되어 대면적 디스플레이에 적용 가능한 장점을 가지고 있다.At this time, the oxide thin film transistor according to the third embodiment of the present invention forms an
특히, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 ZnO에 인듐과 갈륨과 같은 중금속이 함유된 a-IGZO 반도체로 액티브층(324)을 형성하는 것을 특징으로 한다.In particular, the oxide thin film transistor according to the third embodiment of the present invention is characterized in that an
또한, 상기 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써 액티브층(324)의 캐리어 농도를 조절할 수 있어 박막 트랜지스터의 소자특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.The oxide thin film transistor according to the third embodiment of the present invention can adjust the carrier concentration of the
또한, 상기 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 소오스/드레인전극(322, 323)을 형성한 후에 a-IGZO 산화물 반도체를 증착하여 채널용 액 티브층(324)을 형성함으로써 전술한 소오스/드레인전극(322, 323) 식각시 발생하는 산화물 반도체의 변성문제를 근본적으로 해결할 수 있게 된다.In the oxide thin film transistor according to the third embodiment of the present invention, source /
여기서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 산화물 반도체, 즉 액티브층(324)과 소오스/드레인전극(322, 323) 사이의 오믹접촉 특성을 향상시키기 위해 상기 소오스/드레인전극(322, 323)을 이중층으로 형성하는데, 상기 소오스/드레인전극(322, 323)은 게이트절연막(315)과 접촉하는 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a) 및 상기 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a) 위에 형성되어 상기 액티브층(324)과 접촉하는 제 2 소오스/드레인전극(322b, 323b)으로 이루어진다.The oxide thin film transistor according to the third embodiment of the present invention includes the source and drain
이때, 상기 액티브층(324)과 직접 접촉하는 제 2 소오스/드레인전극(322b, 323b)은 산소와의 결합력이 우수한 티타늄, 티타늄 합금 또는 상기 a-IGZO 산화물 반도체와 오믹접촉 특성이 우수한 인듐-틴-옥사이드, 몰리브덴 등의 금속으로 이루어질 수 있다.At this time, the second source /
특히, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 전술한 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터와 동일하게 얇은 두께로 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)을 형성하고 그 위에 상기 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)보다 폭이 줄어든 형태로 제 2 소오스/드레인전극(322b, 323b)을 형성하여 채널영역의 단차를 감소시킴으로써 상기 소오스/드레인전극(322, 323)의 단차에 의한 액티브층(324)의 단선을 방지할 수 있게 된다.In particular, the oxide thin film transistor according to the third embodiment of the present invention is formed by forming the first source /
도 9a 내지 도 9c는 상기 도 8에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정 을 순차적으로 나타내는 단면도이다.9A to 9C are cross-sectional views sequentially illustrating the manufacturing process of the oxide thin film transistor shown in FIG.
도 9a에 도시된 바와 같이, 투명한 절연물질로 이루어진 기판(310) 위에 소정의 게이트전극(321)을 형성한다.As shown in FIG. 9A, a
이때, 상기 게이트전극(321)은 제 1 도전막을 상기 기판(310) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝하여 형성하게 된다.At this time, the
다음으로, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(321)이 형성된 기판(310) 전면에 게이트절연막(315)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 9B, a
그리고, 상기 게이트절연막(315)이 형성된 기판(310) 전면에 제 2 도전막 및 제 3 도전막을 형성한 후 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 통해 상기 제 2 도전막과 제 3 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트절연막(315) 상부에 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)과 제 2 소오스/드레인전극(322b, 323b)으로 이루어진 이중층 구조의 소오스/드레인전극(322, 323)을 형성하게 된다.Then, a second conductive film and a third conductive film are formed on the entire surface of the
이때, 상기 게이트절연막(315)과 접촉하는 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)은 두께를 얇게 하여 형성하고 그 위에 상기 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)보다 폭이 줄어든 형태로 제 2 소오스/드레인전극(322b, 323b)을 형성함으로써 채널영역의 단차를 감소시킬 수 있게 된다.At this time, the first source /
이때, 상기 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 채널영역의 에지부에 회절패턴을 적용함으로써 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a) 위에 상기 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)보다 폭이 좁은 형태로 제 2 소오스/드레 인전극(322b, 323b)을 형성할 수 있게 되는데, 이를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.In the oxide thin film transistor according to the third embodiment of the present invention, the first source /
도 10a 내지 도 10f는 상기 도 9b에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도이다.10A to 10F are cross-sectional views illustrating a second mask process according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 9B.
도 10a에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(321)이 형성된 기판(310) 전면에 실리콘질화막, 실리콘산화막과 같은 무기절연막 또는 하프늄) 옥사이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 고유전성 산화막으로 이루어진 게이트절연막(315)을 형성한다.10A, a
그리고, 상기 게이트절연막(315)이 형성된 기판(310) 전면에 소정의 제 2 도전막(330) 및 제 3 도전막(340)을 형성한다.A predetermined second
이때, 상기 제 2 도전막(330)은 상기 게이트절연막(315) 위에 제 1 소오스/드레인전극을 형성하기 위해 금속 종류에 관계없이 사용할 수 있으며, 상기 제 3 도전막(340)은 산소와의 결합력이 우수한 티타늄, 티타늄 합금 또는 상기 a-IGZO 산화물 반도체와 오믹접촉 특성이 우수한 인듐-틴-옥사이드, 몰리브덴 등의 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 소오스/드레인전극은 이중층 이상의 다층구조로 형성할 수도 있다.In this case, the second
또한, 상기 제 2 도전막(330)은 채널영역에서의 소오스/드레인전극의 단차에 의한 액티브층의 단선불량을 방지하기 위해 얇은 두께로 형성할 수 있다.In addition, the second
그리고, 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(310) 전면에 포토레지스트와 같은 감광성물질로 이루어진 감광막(370)을 형성한 후, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 회절마스크(380)를 통해 상기 감광막(370)에 선택적으로 광을 조사한다.10B, a
이때, 상기 회절마스크(380)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(380)를 투과한 광만이 감광막(370)에 조사되게 된다.At this time, the
이어서, 상기 회절마스크(380)를 통해 노광된 감광막(370)을 현상하고 나면, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역(III)과 제 2 투과영역(II)을 통해 광이 모두 차단되거나 일부만 차단된 영역에는 소정 두께의 제 1 감광막패턴(370a) 내지 제 4 감광막패턴(370d)이 남아있게 되고, 모든 광이 투과된 제 1 투과영역(I)에는 상기 감광막이 완전히 제거되어 상기 제 3 도전막(340) 표면이 노출되게 된다.Then, after the exposed
이때, 상기 차단영역(III)에 형성된 제 1 감광막패턴(370a)과 제 2 감광막패턴(370b)은 제 2 투과영역(II)을 통해 형성된 제 3 감광막패턴(370c)과 제 4 감광막패턴(370d)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
다음으로, 도 10d에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 제 1 감광막패턴(370a) 내지 제 4 감광막패턴(370d)을 마스크로 하여, 그 하부에 형성된 제 2 도전막과 제 3 도전막을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 게이트절연막(315) 상부에 제 1 폭을 가진 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)이 형성되게 된다.Next, as shown in FIG. 10D, using the
이때, 상기 제 2 도전막과 제 3 도전막의 식각은 습식식각을 이용할 수 있으 며, 상기 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)의 상부에는 상기 제 3 도전막으로 이루어지며 실질적으로 상기 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)과 동일한 형태로 패터닝된 제 3 도전막패턴(322b', 323b')이 형성되게 된다.At this time, the second conductive layer and the third conductive layer may be etched using wet etching, and the third conductive layer may be formed on the first source /
이후, 상기 제 1 감광막패턴(370a) 내지 제 4 감광막패턴(370d)의 일부를 제거하는 애싱공정을 진행하게 되면, 도 10e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 투과영역(II)의 제 3 감광막패턴과 제 4 감광막패턴이 완전히 제거되게 된다.Then, ashing process for removing a portion of the
이때, 상기 제 1 감광막패턴과 제 2 감광막패턴은 상기 제 3 감광막패턴과 제 4 감광막패턴의 두께만큼이 제거된 제 5 감광막패턴(370a')과 제 6 감광막패턴(370b')으로 상기 차단영역(III)에 대응하는 제 2 소오스/드레인영역에만 남아있게 된다.At this time, the first photoresist pattern and the second photoresist pattern are formed by the
이후, 도 10f에 도시된 바와 같이, 상기 남아있는 제 5 감광막패턴(370a')과 제 6 감광막패턴(370b')을 마스크로 하여 상기 제 3 도전막패턴의 일부를 선택적으로 제거함으로써 상기 기판(310)에 상기 제 3 도전막으로 이루어진 제 2 소오스/드레인전극(322b, 323b)이 형성되게 된다.10F, a portion of the third conductive film pattern is selectively removed by using the remaining
이때, 상기 제 2 소오스/드레인전극(322b, 323b)은 그 하부의 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)보다 채널영역에서 폭이 줄어든 제 2 폭을 가지게 되며, 그에 따라 채널영역에서 상기 소오스/드레인전극(322, 323)의 에지부는 계단형태를 가져 실질적으로 단차가 감소하는 효과를 얻게 된다.At this time, the second source /
다음으로, 도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 이중층의 소오스/드레인전극(322, 323)이 형성된 기판(310) 전면에 비정질 아연 산화물계 반도체를 증착하여 소정의 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 통해 선택적으로 패터닝함으로써 상기 제 2 소오스/드레인전극(322b, 323b)과 전기적으로 접속하는 액티브층(324)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 9C, a predetermined amorphous zinc oxide based semiconductor layer 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, and in addition, It is also possible to use a chemical vapor deposition method.
또한, 상기 a-IGZO 반도체는 갈륨, 인듐 및 아연의 원자비가 각각 1:1:1, 2:2:1, 3:2:1, 4:2:1 등의 복합 산화물 타겟을 사용하여 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성할 수 있다.The a-IGZO semiconductor may be formed by using a complex oxide target of an atomic ratio of gallium, indium and zinc of 1: 1: 1, 2: 2: 1, 3: 2: 1, 4: An oxide-based semiconductor layer can be formed.
여기서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터는 상기 비정질 아연 산화물계 반도체층을 형성하기 위한 스퍼터링 중의 반응 가스 내의 산소 농도를 조절함으로써 액티브층(324)의 캐리어 농도를 조절할 수 있는데, 이때 산소 농도 1 ~ 10% 및 두께 500 ~ 1000Å 조건에서 소자특성의 확보가 가능하다.Here, the oxide thin film transistor according to the third embodiment of the present invention can control the carrier concentration of the
이때, 상기 본 발명의 제 3 실시예에 따른 상기 액티브층(324)은 계단형태의 단차를 가진 소오스/드레인전극(322, 323)과 넓은 영역에서 콘택 됨으로써 단선이나 들뜸과 같은 상기 액티브층(324)의 콘택불량을 방지할 수 있게 된다.At this time, the
또한, 이와 같이 하부 제 1 소오스/드레인전극(322a, 323a)으로 콘택영역을 확보함에 따라 제 2 소오스/드레인전극(322b, 323b)의 두께를 두껍게 할 수 있어 저저항 배선설계가 가능하게 된다. 그 결과 대면적 디스플레이나 고해상도 디스플 레이에 적용할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the second source /
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 일반적인 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a general oxide thin film transistor.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 상기 도 3에 도시된 산화물 박막 트랜지스터에 있어서, 소오스/드레인전극의 단차에 의한 액티브층의 단선을 나타내는 SEM 사진.FIG. 4 is a SEM photograph showing the disconnection of the active layer due to the step of the source / drain electrode in the oxide thin film transistor shown in FIG. 3; FIG.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.5 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to a second embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6c는 상기 도 5에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.6A to 6C are cross-sectional views sequentially showing the manufacturing process of the oxide thin film transistor shown in FIG.
도 7a 내지 도 7e는 상기 도 6b에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도.7A to 7E are cross-sectional views illustrating a second mask process according to a second embodiment of the present invention shown in FIG. 6B.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 산화물 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도.8 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an oxide thin film transistor according to a third embodiment of the present invention.
도 9a 내지 도 9c는 상기 도 8에 도시된 산화물 박막 트랜지스터의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.9A to 9C are cross-sectional views sequentially showing the manufacturing process of the oxide thin film transistor shown in FIG.
도 10a 내지 도 10f는 상기 도 9b에 도시된 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 2 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도.10A to 10F are cross-sectional views illustrating a second mask process according to a third embodiment of the present invention shown in FIG. 9B.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS
110,210,310 : 기판 115,215,315 : 게이트절연막110, 210, 310:
121,221,321 : 게이트전극 122,222,322 : 소오스전극121, 221, 321:
123,223,323 : 드레인전극 124,224,324 : 액티브층123, 223, 323:
222a,322a : 제 1 소오스전극 222b,322b : 제 2 소오스전극222a, 322a:
223a,323a : 제 1 드레인전극 223b,323b : 제 2 드레인전극223a, 323a:
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