KR101771251B1 - Indirect Thermal Crystalization Thin Film Transistor Substrate And Method For Manufacturing The Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 게이트 전극에는 내열성이 우수한 금속 물질을, 그리고 게이트 배선에는 표면 저항도가 낮은 금속 물질을 포함하는 이중 금속층을 사용한 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 제조 방법은 게이트 물질을 내열성이 강한 제1 금속층과 표면 저항이 낮은 제2 금속층이 차례로 적층된 이중층 구조로 증착하고 패턴하여, 게이트 전극은 제1 금속층만 존재하도록 하고, 게이트 배선은 제2 금속층이 상부에 남아 있도록 형성한다. 따라서, 게이트 전극과 게이트 배선을 동일 층에 형성할 수 있어 마스크 공정 수가 절감되는 효과를 얻을 수 있다. 그리고, 게이트 전극은 내열성이 우수한 제1 금속층만을 포함하므로 열 결정화 공정에서 열 변형이 발생하지 않고, 게이트 배선은 표면 저항이 낮은 제2 금속층을 포함하므로 대면적 표시장치에서 신호 지연이 발생하지 않는 낮은 저항 조건을 만족한다.The present invention relates to an indirect thermal crystallization thin film transistor substrate using a double metal layer including a metal material having excellent heat resistance for a gate electrode and a metal material having a low surface resistance for a gate wiring, and a manufacturing method thereof. A method of manufacturing an indirect thermal crystallization thin film transistor substrate according to the present invention includes depositing and patterning a gate material in a bilayer structure in which a first metal layer having a high heat resistance and a second metal layer having a low surface resistance are sequentially stacked, And the gate wiring is formed so that the second metal layer remains on the top. Therefore, the gate electrode and the gate wiring can be formed in the same layer, and the effect of reducing the number of mask processes can be obtained. Since the gate electrode includes only the first metal layer having excellent heat resistance, thermal deformation does not occur in the thermal crystallization process, and the gate wiring includes the second metal layer having a low surface resistance. Therefore, Resistance condition is satisfied.

Description

간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 {Indirect Thermal Crystalization Thin Film Transistor Substrate And Method For Manufacturing The Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an indirect thermal crystallization thin film transistor substrate,

본 발명은 간접 열 결정화(Indirect Thermal Crystalization: ITC) 방식을 이용한 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor: TFT) 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 게이트 전극에는 내열성이 우수한 금속 물질을, 그리고 게이트 배선에는 표면 저항도가 낮은 금속 물질을 포함하는 이중 금속층을 사용한 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor (TFT) substrate using an Indirect Thermal Crystalization (ITC) method and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to an indirect thermal crystallization thin film transistor substrate using a double metal layer including a metal material having excellent heat resistance for a gate electrode and a metal material having a low surface resistance for a gate wiring, and a manufacturing method thereof.

액정표시장치 (Liquid Crystal Display Device: LCD) 혹은 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode Display: OLED)와 같은 평판 표시장치들은 능동 표시장치로서 활용하기 위해 다수의 박막 트랜지스터를 구비한 박막 트랜지스터 기판을 포함한다. 이와 같은 평판 표시 장치들에 사용하는 박막 트랜지스터의 채널을 구성하는 활성층은 통상 기판 상에 화학 증기 증착(Chemical Vapor Deposition: CVD) 방법을 사용하여 형성한다. 이러한 방법으로 형성된 활성층은 비정질 실리콘으로서 ~ 1㎠/Vs 이하의 낮은 전자 이동도 (Electron Mobility)를 갖는다. 평판 표시장치들, 특히 유기발과 표시장치들이 점점 대형화가 요구되고, 개구율 및 휘도 향상이 요구됨에 따라서, 전자 이동도가 5㎠/Vs 이상인 (경우에 따라서는 10㎠/Vs 이상) 다결정 박막 트랜지스터의 필요성이 커지고 있다. 이를 위해, 비정질 실리콘을 열처리하여 다결정 실리콘층으로 결정화하는 기술이 사용되고 있다.Flat panel display devices such as a liquid crystal display device (LCD) or an organic light emitting diode (OLED) display device include a thin film transistor substrate having a plurality of thin film transistors for use as an active display device do. The active layer constituting the channel of the thin film transistor used in such flat panel display devices is usually formed on a substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method. The active layer formed by this method has a low electron mobility of ~ 1 cm 2 / Vs or less as amorphous silicon. As the flat panel display devices, particularly the organic foot and display devices, are required to be larger and larger in aperture ratio and luminance, it is desirable that the electron mobility of the polycrystalline thin film transistor (hereinafter, referred to as " Is increasing. For this purpose, a technique of crystallizing amorphous silicon into a polycrystalline silicon layer by heat treatment is used.

간접 열 결정화 기술은 기존의 UV 엑시머 레이저에 비해 안정적인 적외선 다이오드 레이저를 이용하여 열전이층(Heat Transition Layer: HTL)에 레이저 광을 조사하여 열로 변환하고, 이 때 발생하는 순간적인 고온의 열을 이용하여 비정질 실리콘을 결정화 실리콘으로 형성하는 기술이다. 다이오드 레이저를 이용하여 열전이층을 통해 간접적으로 실리콘 층을 결정화함으로써 균일한 소자 특성을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 도 1 및 2a 내지 2i를 참조하여, 간접 열 결정화 기술을 이용한 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법을 설명하면 다음과 같다. 도 1은 종래 기술에 의한 액정표시장치에 포함된 간접 열 결정화 기술을 이용한 다결정 박막 트랜지스터 기판 구조를 나타내는 평면도이다. 도 2a 내지 2i는 도 1의 다결정 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 공정을 나타내는 단면도들이다.Indirect thermal crystallization technology uses a stable infrared diode laser compared to conventional UV excimer laser to convert laser light to heat transfer layer (HTL) and convert it into heat. Thereby forming amorphous silicon into crystallized silicon. There is an advantage that uniform device characteristics can be obtained by crystallizing the silicon layer indirectly through the heat transfer layer by using a diode laser. The thin film transistor substrate and the manufacturing method thereof using the indirect thermal crystallization technique will be described with reference to FIGS. 1 and 2A to 2I. 1 is a plan view showing a structure of a polycrystalline thin film transistor substrate using an indirect thermal crystallization technology included in a conventional liquid crystal display device. 2A to 2I are cross-sectional views illustrating a process for manufacturing the polycrystalline thin film transistor substrate of FIG.

도 1을 참조하면, 액정표시장치의 박막 트랜지스터 기판은 유리 기판(SUB) 위에 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 교차하는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL), 그리고 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(TFT)를 구비한다. 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)의 교차 구조로 화소 영역을 정의한다. 이 화소 영역에는 화소전극(PXL)이 형성된다.  1, a thin film transistor substrate of a liquid crystal display comprises a gate wiring GL and a data wiring DL intersecting each other with a gate insulating film GI interposed therebetween on a glass substrate SUB, And a transistor (TFT). A pixel region is defined by an intersection structure of a gate wiring GL and a data wiring DL. A pixel electrode PXL is formed in this pixel region.

게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)의 일측 단부에는 각각 게이트 패드(GP)와 데이터 패드(DP)가 형성된다. 게이트 패드(GP)와 데이터 패드(DP)는 각각 게이트 패드 콘택홀(GPH)과 데이터 패드 콘택홀(DPH)을 통해 게이트 패드 단자(GPT)와 데이터 패드 단자(GPT)에 연결된다.A gate pad GP and a data pad DP are formed at one end of the gate line GL and the data line DL, respectively. The gate pad GP and the data pad DP are connected to the gate pad terminal GPT and the data pad terminal GPT via the gate pad contact hole GPH and the data pad contact hole DPH, respectively.

도 2a 내지 2i를 참조하여, 종래 기술에 의한 다결정 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 공정을 살펴보면 다음과 같다.2A to 2I, a process of manufacturing a conventional polycrystalline thin film transistor substrate will be described.

기판(SUB) 위에 게이트 금속 물질을 증착하고, 제1 마스크로 패턴하여 게이트 전극(G)를 형성한다. 이 때, 게이트 전극(G)만을 형성하거나, 혹은 필요한 경우 보조용량전극(도시하지 않음)만을 더 포함하여 형성할 수 있다. 그러나, 게이트 전극(G)을 연결하는 게이트 배선(GL) 혹은 게이트 패드(GP)는 형성하지 않는다. 이것은, 추후에 수행하는 결정화 공정에서 발생하는 고온의 열로 인해 저항이 낮지만 용융점이 낮은 게이트 배선이 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 게이트 전극(G)은 비저항은 높지만, 내열성이 좋은 금속 물질인 몰리브덴-티타늄(Mo-Ti) 합금을 사용하여 형성한다. (도 2a)A gate metal material is deposited on the substrate SUB, and the gate electrode G is formed by patterning with a first mask. At this time, only the gate electrode G may be formed, or if necessary, a storage capacitor electrode (not shown) may be additionally formed. However, the gate wiring GL or the gate pad GP connecting the gate electrode G is not formed. This is to prevent damage to the gate wiring having a low melting point but a low resistance due to heat at a high temperature generated in a crystallization process performed later. That is, the gate electrode G is formed using a molybdenum-titanium (Mo-Ti) alloy, which is a metal material having a high resistivity but a good heat resistance. (Fig. 2A)

게이트 전극(G)이 형성된 기판(SUB) 전면에 SiNx 혹은 SiOx와 같은 절연물질을 전면 증착하여 게이트 절연막(GI)을 형성한다. 연속 공정으로 비정질 실리콘과 같은 반도체 물질을 증착하여 반도체 층(A)을 형성한다. 그 위에, 연속 공정으로 SiNx 혹은 SiOx와 같은 절연물질을 전면 증착하여 에치 스토퍼층(ESL)을 형성한다. 그리고, 다시 연속 공정으로 열 전이성이 좋은 금속 물질을 증착하여 열 전이층을 형성한다. 그리고, 제2 마스크로 열 전이층을 패턴하여, 열 전이 패턴(HTL)을 형성한다. 열 전이 패턴(HTL)은 그 하부에 있는 비정질 반도체 물질을 결정화하기 위해 열을 전달하기 위한 것이므로, 반도체 층(A)의 일부, 특히 채널층이 형성될 게이트 전극(G)과 중첩되는 부분에 상응하는 형태를 갖도록 패턴하는 것이 바람직하다. 열 전이 패턴(HTL) 위에 적외선 다이오드 레이저(IR)를 스캐닝 방식으로 조사하여 열 에너지를 반도체 층(A)의 일부, 특히 채널층이 형성될 게이트 전극(G)과 중첩되는 부분에 가한다. 그러면, 반도체 층(A)의 비정질 반도체 물질이 결정화되어, 다결정 반도체 물질로 변환된다. (도 2b)An insulating material such as SiNx or SiOx is entirely deposited on the entire surface of the substrate SUB on which the gate electrode G is formed to form the gate insulating film GI. A semiconductor material such as amorphous silicon is deposited in a continuous process to form the semiconductor layer (A). On top of that, an etch stopper layer (ESL) is formed by continuously depositing an insulating material such as SiNx or SiOx on a continuous process. Then, a metal material having good thermal conductivity is deposited again by a continuous process to form a heat transfer layer. Then, the thermal transfer layer is patterned with the second mask to form a thermal transfer pattern (HTL). Since the heat transfer pattern HTL is for transferring heat to crystallize the amorphous semiconductor material underlying the gate electrode G, a part of the semiconductor layer A, particularly, the portion overlapping with the gate electrode G, It is preferable that the pattern is formed so as to have a shape of " An infrared diode laser (IR) is irradiated onto the thermal transfer pattern (HTL) by a scanning method to apply heat energy to a portion of the semiconductor layer (A), particularly to a portion overlapping the gate electrode (G) Then, the amorphous semiconductor material of the semiconductor layer (A) is crystallized and converted into a polycrystalline semiconductor material. (Figure 2b)

간접적으로 열을 전달하는 목적이 채널층을 형성하는 반도체 층(A)의 비정질 반도체 물질을 결정화하는 것이 목적이므로, 필요한 부분에만 열이 가해 질 수 있도록 열 전이막을 패턴하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 열 전이막을 패턴하지 않고, 열 전이막 전체에 적외선 다이오드 레이저를 조사할 수도 있다. 이 경우에는 마스크 공정수가 1회 감소하는 장점이 있을 수 있다. 그러나, 열 전이막을 패턴하지 않는 경우, 결정화 공정 중에 기판(SUB) 전체 면적에 열이 흡수되기 때문에 기판이 휘는 문제가 발생할 수 있다. 특히 이런 문제는 평판 표시장치와 같은 대면적 기판의 경우 더욱 심각해지므로, 액정표시장치와 같은 대면적 박막 트랜지스터 기판의 경우에는 열 전이막을 패턴하여야 한다.The purpose of indirectly transferring heat is to crystallize the amorphous semiconductor material of the semiconductor layer (A) forming the channel layer, so that it is preferable to pattern the heat transfer film so that heat can be applied only to the necessary portion. In some cases, an infrared diode laser may be irradiated to the entire thermal transfer film without patterning the thermal transfer film. In this case, the mask process number may be advantageously reduced by one. However, when the heat transfer film is not patterned, since heat is absorbed in the entire area of the substrate SUB during the crystallization process, the substrate may warp. Particularly, such a problem becomes more serious in the case of a large-area substrate such as a flat panel display. Therefore, in the case of a large-area thin film transistor substrate such as a liquid crystal display, a thermal transfer film must be patterned.

반도체 층(A)을 결정화한 후에, 습식 식각 공정으로 열 전이 패턴(HTL)을 제거한다. 그리고, 제3 마스크 공정으로 노출된 에치 스토퍼 층(ESL)을 패턴하여, 에치 스토퍼(ES)를 형성한다. 에치 스토퍼(ES)는 게이트 전극(G) 위에 중첩된 반도체 층(A)의 일부분과 중첩되도록 형성하는 것이 바람직하다. 에치 스토퍼(ES)는 이 후에 형성할 소스-드레인 전극 (S-D)과 오믹층(n)을 패턴할 때, 소스-드레인 전극(S-D) 사이의 오믹층(n)을 제거하는 과정에서 반도체 층(A)이 식각되는 것을 방지하기 위한 것이다. 비정질 반도체 층을 사용하는 박막 트랜지스터 기판의 경우에는, 비정질 반도체 층이 수천 Å 단위로 형성되기 때문에, 에치 스토퍼를 사용하지 않고, 오믹 접촉층을 제거하면서 반도체 층이 어느 정도 (수백 Å 정도) 식각을 하더라도 반도체 층이 충분한 두께를 가질 수 있었다. 그러나, 다결정 반도체 층을 사용하는 경우 반도체 층(A)의 두께는 수백 Å 단위로 형성되기 때문에, 에치 스토퍼를 사용하지 않으면, 오믹 접촉층(n')을 형성하는 과정에서 반도체 층(A')이 모두 식각되어 없어지는 결과가 발생할 수 있다. 따라서, 다결정 반도체 층을 사용하는 경우에는 에치 스토퍼를 포함하는 것이 바람직하다. (도 2c)After crystallizing the semiconductor layer (A), the thermal transfer pattern (HTL) is removed by a wet etching process. Then, the etch stopper layer (ESL) exposed in the third mask process is patterned to form an etch stopper ES. It is preferable that the etch stopper ES is formed so as to overlap with a part of the semiconductor layer A superimposed on the gate electrode G. [ The etch stopper ES is formed in the process of removing the ohmic layer n between the source and drain electrodes SD when patterning the source-drain electrode SD and the ohmic layer n to be formed later. A) from being etched. In the case of a thin film transistor substrate using an amorphous semiconductor layer, since the amorphous semiconductor layer is formed in units of several thousands of angstroms, the semiconductor layer is etched to some extent (several hundred angstroms) while removing the ohmic contact layer without using an etch stopper The semiconductor layer could have a sufficient thickness. However, when the polycrystalline semiconductor layer is used, the thickness of the semiconductor layer A is formed in units of several hundreds of angstroms. Therefore, if the etch stopper is not used, the semiconductor layer A ' All of which may be etched away. Therefore, when a polycrystalline semiconductor layer is used, it is preferable to include an etch stopper. (Fig. 2C)

에치 스토퍼(ES)가 형성된 기판(SUB) 위에 n+ 불순물이 고농도로 도핑된 n+ 실리콘과 같은 불순물 반도체 물질을 전면 증착하여 오믹층(n)을 도포한다. 오믹층(n)은 에치 스토퍼(ES) 위에서 일정 거리를 이격하여 서로 마주보며 형성될 소스-드레인 전극(S-D) 각각이 반도체 층(A)과 오믹 접촉을 이루도록 하기 위한 계면층이다. (도 2d)An impurity semiconductor material such as n + silicon doped with n + impurity at high concentration is deposited on the substrate SUB on which the etch stopper ES is formed to coat the ohmic layer n. The ohmic layer n is an interface layer for allowing the source-drain electrodes S-D, which are spaced apart from each other by a predetermined distance above the etch stopper ES, to be formed in ohmic contact with the semiconductor layer A, (Figure 2d)

오믹층(n)이 도포된 기판(SUB) 전면에 금속 물질을 도포하고, 제4 마스크 공정으로 패턴하여 데이터 라인(DL), 데이터 라인(DL)의 일측 단부에 형성된 데이터 패드(DP), 데이터 라인(DL)에서 분기되어 게이트 전극(G)의 일측면과 중첩하는 소스 전극(S), 그리고, 소스 전극(S)과 일정 거리 이격하여 대향하는 드레인 전극(D)을 형성한다. 소스-드레인 전극(S-D)의 모양을 마스크로 하여, 오믹층(n)과 반도체 층(A)을 계속 패턴하여, 오믹 접촉층(n')과 반도체 채널층(A')을 완성한다. 이로써, 소스 전극(S), 드레인 전극(D), 결정화 반도체 채널층(A'), 그리고 게이트 전극(G)과 함께 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT) 를 구성한다. 이 때, 데이터 패드(DP) 및 데이터 라인(DL)의 하부에도 오믹층(n)과 반도체 층(A)이 그대로 남아 있는 적층 구조를 갖는다. (도 2e)A metal material is applied to the entire surface of the substrate SUB to which the ohmic layer n is applied and patterned in the fourth mask process to form the data line DL and the data pad DP formed at one end of the data line DL, A source electrode S that branches from the line DL and overlaps with one side of the gate electrode G and a drain electrode D that faces the source electrode S and faces the source electrode S with a certain distance are formed. The ohmic contact layer n 'and the semiconductor channel layer A' are completed by continuously patterning the ohmic layer n and the semiconductor layer A using the shape of the source-drain electrode S-D as a mask. This forms a thin film transistor (TFT) as a switching element together with the source electrode S, the drain electrode D, the crystallization semiconductor channel layer A ', and the gate electrode G. At this time, the ohmic layer (n) and the semiconductor layer (A) remain in the lower part of the data pad (DP) and the data line (DL). (Figure 2E)

소스-드레인 전극(S-D)이 형성된 기판(SUB) 전면에 SiNx 혹은 SiOx와 같은 절연물질을 전면 증착하여 제1 보호막(PAS1)을 형성한다. 제5 마스크 공정으로 제1 보호막(PAS1)을 패턴하여, 게이트 전극(G)의 일부, 특히 반도체 채널층(A')을 사이에 두고 소스-드레인 전극(S-D)이 형성된 일측부을 제외한 타측부를 노출하는 게이트 콘택홀(GH)를 형성한다. 여기서, 게이트 전극(G)을 형성하는 과정에서 보조 용량 전극(도시하지 않음)을 형성한 경우라면, 보조 용량 전극의 일부를 노출하는 보조 용량 콘택홀(도시하지 않음)을 더 형성할 수도 있다. (도 2f)An insulating material such as SiNx or SiOx is entirely deposited on the entire surface of the substrate SUB on which the source-drain electrode S-D is formed to form the first protective film PAS1. The first passivation film PAS1 is patterned by the fifth mask process so that the other side except the one side where the source-drain electrode SD is formed with a part of the gate electrode G, in particular, the semiconductor channel layer A ' Thereby forming a gate contact hole GH to be exposed. Here, if a storage capacitor electrode (not shown) is formed in the process of forming the gate electrode G, an auxiliary capacity contact hole (not shown) may be formed to expose a part of the storage capacitor electrode. (Figure 2f)

게이트 콘택홀(GH)이 형성된 기판(SUB) 전면에 구리 합금과 같이 비저항이 낮은 금속 물질을 전면 증착하고, 제6 마스크 공정으로 패턴하여 게이트 전극(G)과 전기적으로 연결되며 데이터 배선(DL)과는 교차하는 게이트 배선(GL)을 형성한다. 그리고, 게이트 배선(GL)의 일측 단부에는 게이트 패드(GP)를 형성한다. 여기서, 도면으로 나타내지는 않았으나, 게이트 전극(G)을 형성하는 과정에서 보조 용량 전극을 형성한 경우라면, 게이트 배선(GL)은 보조 용량 콘택홀을 통해 보조 용량 전극과도 전기적으로 접촉할 수 있다. (도 2g)A metal material having a low resistivity such as a copper alloy is deposited on the entire surface of the substrate SUB on which the gate contact hole GH is formed and the data line DL is electrically connected to the gate electrode G by patterning in the sixth mask process. And a gate wiring line GL intersecting with the gate line GL. A gate pad GP is formed at one end of the gate line GL. Here, although not shown, if the auxiliary capacitance electrode is formed in the process of forming the gate electrode G, the gate wiring GL may be in electrical contact with the auxiliary capacitance electrode through the auxiliary capacitance contact hole . (Figure 2g)

게이트 배선(GL) 및 게이트 패드(GP)가 형성된 기판(SUB) 전면에 SiNx 혹은 SiOx와 같은 절연물질을 전면 증착하여 제2 보호막(PAS2)을 형성한다. 제7 마스크 공정으로 제2 보호막(PAS2)를 패턴하여, 드레인 전극(D)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(DH), 게이트 패드(GP)의 일부를 노출하는 게이트 패드 콘택홀 (GPH), 그리고 데이터 패드(DP)의 일부를 노출하는 데이터 패드 콘택홀 (DPH)을 형성한다. (도 2h)An insulating material such as SiNx or SiOx is entirely deposited on the entire surface of the substrate SUB on which the gate wiring GL and the gate pad GP are formed to form the second protective film PAS2. A drain contact hole DH exposing a part of the drain electrode D and a gate pad contact hole GPH exposing a part of the gate pad GP are formed by patterning the second protective film PAS2 by a seventh mask process, And a data pad contact hole (DPH) exposing a part of the data pad (DP). (Fig. 2H)

제2 보호막(PAS2) 위에 ITO 혹은 IZO와 같은 투명 도전성 물질을 증착한다. 그리고, 투명 도전성 물질을 제8 마스크로 패턴하여 드레인 전극(D)과 접촉하는 화소 전극(PXL), 게이트 패드(GP)와 접촉하는 게이트 패드 단자(GPT), 그리고 데이터 패드(DP)와 접촉하는 데이터 패드 단자(DPT)를 형성한다. (도 2i)A transparent conductive material such as ITO or IZO is deposited on the second protective film PAS2. The pixel electrode PXL which contacts the drain electrode D by patterning the transparent conductive material with the eighth mask, the gate pad terminal GPT which contacts the gate pad GP, Thereby forming a data pad terminal (DPT). (Figure 2i)

이와 같은 간접 열 결정화 기술에 의한 박막 트랜지스터 기판은 비정질 반도체를 증착한 후에 적외선 다이오드 레이저로 열 결정화 시켜 다결정 반도체 층을 포함하는 박막 트랜지스터 기판을 얻을 수 있다. 즉, 대면적 표시 장치 제조 방법에서 안정적으로 기술적 성과를 얻은 비정질 실리콘 제조 공정에서 간단한 가열 공정을 통해 비정질 반도체 박막 트랜지스터 기판보다 전자 이동도 및 ON-Current가 우수한 다결정 혹은 결정화 반도체 박막 트랜지스터 기판을 얻을 수 있다.After the amorphous semiconductor is deposited on the thin film transistor substrate by the indirect thermal crystallization technique, the thin film transistor substrate including the polycrystalline semiconductor layer can be obtained by thermal crystallization with an infrared diode laser. That is, in the amorphous silicon manufacturing process, which has obtained stable technical results in the large-area display device manufacturing method, a polycrystalline or crystallized semiconductor thin film transistor substrate having better electron mobility and ON-current than the amorphous semiconductor thin film transistor substrate can be obtained through a simple heating process have.

그러나, 앞에서 설명하였듯이, 간접 열 결정화 기술은 적외선 파장의 레이저를 이용하여 결정화를 실시하므로, 적외선(IR) 파장을 흡수할 수 있는 금속층이 필요하다. 이 열 전이 금속층(HTL)에 흡수된 적외선 에너지는 열로 전환하여 비정질 반도체 층에 전달된다.. 이 때 상당한 열 에너지가 비정질 반도체 층 하부에 있는 물질층에도 전달된다. 특히, 반도체 층 바로 아래에 있는 게이트 물질은 결정화 과정의 고온에 직접 노출된다. 따라서, 게이트 물질은 고열에 잘 견디는 금속을 사용하여야 한다. 예를 들어, 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 또는 텅스텐(W) 등을 생각할 수 있다. 그러나, 이들 금속물질은 게이트 전극에는 사용할 수 있으나 표면 저항이 커서 대면적 표시장치를 가로지르는 게이트 배선에는 신호 지연문제가 발생하여 부적합하다. 반면에, 알루미늄(Al), 알루미늄-네오듐(AlNd), 또는 구리(Cu)와 같은 금속 물질은 낮은 표면 저항으로 게이트 배선으로는 적합하지만 결정화 공정에서 발생하는 열에 녹거나 석출되는 등 내열 특성이 좋지 않다.However, as described above, the indirect thermal crystallization technique requires a metal layer capable of absorbing an infrared (IR) wavelength since crystallization is performed using a laser having an infrared wavelength. The infrared energy absorbed in this heat transfer metal layer (HTL) is converted into heat and transferred to the amorphous semiconductor layer. At this time, considerable heat energy is also transferred to the material layer under the amorphous semiconductor layer. In particular, the gate material directly under the semiconductor layer is directly exposed to the high temperature of the crystallization process. Therefore, the gate material should be made of a metal that can withstand high temperatures. For example, molybdenum (Mo), titanium (Ti), or tungsten (W) can be considered. However, although these metal materials can be used for the gate electrode, since the surface resistance is large, a problem of signal delay occurs in the gate wiring traversing the large area display device, which is unsuitable. On the other hand, metal materials such as aluminum (Al), aluminum-neodymium (AlNd), or copper (Cu) are suitable for gate wiring with low surface resistance, Not good.

이러한 문제로 인해, 앞에서 설명한 종래 기술에서는 열 결정화 과정에서 발생하는 고온의 열로 인해 게이트 금속물질이 변성될 수 있는 문제를 방지하기 위해, 고융점을 갖는 몰리브덴-티타늄 합금으로 게이트 전극을 먼저 형성한다. 그리고, 열 결정화 공정을 수행한 후에 저 저항성을 갖는 (그러나 융점이 낮아서 열 결정화 과정에서 손상될 수 있는) 구리를 포함하는 게이트 배선을 형성하여 게이트 전극과 연결 시킨다. 즉, 고융점 특성을 갖는 금속은 비저항이 크기 때문에 대면적 패널에서 배선으로 사용하기에 적합하지 않고, 저저항성을 갖는 금속들은 고온에서 변성되기 쉬우므로 결정화 공정에 노출되지 않는 것이 바람직하다. 이와 같은 이유로 해서, 게이트 물질인 게이트 전극과 게이트 배선이 서로 다른 공정에서, 서로 다른 층에 형성되어야 하므로 마스크 공정이 최소 7 내지 8공정이 필요하다.
Due to such a problem, the gate electrode is first formed of a molybdenum-titanium alloy having a high melting point in order to prevent the gate metal material from being denatured due to the heat at high temperature generated in the thermal crystallization process. Then, after the thermal crystallization process is performed, a gate interconnection including low-resistance copper (which has a low melting point and can be damaged in the thermal crystallization process) is formed and connected to the gate electrode. That is, metals having high melting point characteristics are not suitable for use as wiring in a large-area panel because of their large specific resistances, and metals having low resistance are likely to be denatured at high temperatures, so that they are preferably not exposed to the crystallization process. For this reason, the mask process requires a minimum of 7 to 8 steps since the gate electrode and the gate wiring, which are gate materials, must be formed in different layers in different processes.

본 발명의 목적은 게이트 전극에는 고온에 대한 내열성이 우수한 금속 물질을, 그리고 게이트 배선에는 표면 저항이 낮은 금속 물질을 포함하는 이중층 구조의 게이트 물질을 이용한 대면적 평판 표시장치용 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an indirect thermal crystallization thin film transistor substrate for a large area flat panel display using a gate material of a double layer structure including a metal material having excellent heat resistance against high temperature and a metal material having a low surface resistance And a manufacturing method thereof.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 제조 방법은, 기판 위에 제1 금속층과 제2 금속층을 적층하고 패턴하여, 게이트 배선, 상기 게이트 배선의 일측 단부에 연결된 게이트 패드, 및 상기 게이트 배선에서 분기하는 게이트 전극을 포함하는 게이트 요소들을 패턴하는 단계와; 상기 게이트 요소들이 형성된 기판 위에 절연막, 비정질 반도체 층, 에치 스토퍼 층, 및 열 전이 금속층을 연속으로 증착하고, 상기 열 전이 금속층을 패턴하여 열 전이 패턴을 형성하는 단계와; 상기 열 전이 패턴의 표면에 적외선 레이저를 조사하여, 상기 비정질 반도체 층을 다결정 반도체 층으로 형성하는 단계와; 상기 열 전이 패턴을 모두 제거하고, 상기 에치 스토퍼 층을 패턴하여 에치 스토퍼를 형성하는 단계와; 상기 에치 스토퍼 위에 비정질 불순물 반도체 층과 소스-드레인 금속을 연속으로 증착하고, 상기 소스-드레인 금속을 패턴하여 소스-드레인 요소를 형성하고, 상기 소스-드레인 요소를 마스크로 하여 상기 다결정 반도체 층과 상기 비정질 불순물 반도체 층을 패턴하여, 각각 다결정 반도체 채널층과 오믹 접촉층을 완성하여 박막 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an indirect thermal crystallization thin film transistor substrate, comprising the steps of: laminating and patterning a first metal layer and a second metal layer on a substrate, And patterning gate elements including a gate electrode that branches off from the gate wiring; Continuously depositing an insulating layer, an amorphous semiconductor layer, an etch stopper layer, and a heat transfer metal layer on the substrate on which the gate elements are formed, and patterning the heat transfer metal layer to form a thermal transfer pattern; Irradiating a surface of the heat transfer pattern with an infrared laser to form the amorphous semiconductor layer into a polycrystalline semiconductor layer; Removing all of the thermal transfer patterns and patterning the etch stopper layer to form an etch stopper; Drain metal on the etch stopper; patterning the source-drain metal to form a source-drain element; forming the source-drain metal layer on the etch stopper using the source- And patterning the amorphous impurity semiconductor layer to complete the polycrystalline semiconductor channel layer and the ohmic contact layer, respectively, to form the thin film transistor.

상기 게이트 요소들을 패턴하는 단계는, 하프톤 마스크로 적층된 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층을 패턴하여, 상기 게이트 전극은 상기 제1 금속층만을 포함하고, 상기 게이트 배선은 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층이 적층된 구조를 갖도록 패턴하는 것을 특징으로 한다.Wherein patterning the gate elements comprises patterning the first metal layer and the second metal layer stacked with a halftone mask, wherein the gate electrode comprises only the first metal layer, And the second metal layer is patterned so as to have a laminated structure.

상기 제1 금속층은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 몰리브덴-티타늄 합금(Mo-Ti), 및 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함하고; 상기 제2 금속층은 알루미늄(Al), 알루미늄-네오듐(AlNd) 합금, 구리(Cu), 및 구리 합금(Cu Alloy) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wherein the first metal layer comprises at least one of molybdenum (Mo), titanium (Ti), molybdenum-titanium alloy (Mo-Ti), and tungsten (W) The second metal layer may include at least one of aluminum (Al), aluminum-neodymium (AlNd) alloy, copper (Cu), and copper alloy (Cu alloy).

상기 열 전이 패턴은 이웃하는 열 전이 패턴과 적어도 10㎛ 이상 이격하도록 형성하는 것을 특징으로 한다.And the heat transfer pattern is formed to be at least 10 mu m apart from the neighboring thermal transfer pattern.

상기 소스-드레인 요소는 상기 게이트 배선과 직교하는 데이터 배선, 상기 데이터 배선의 일측 단부에 연결된 데이터 패드, 상기 데이터 배선에서 분기하여 상기 게이트 전극의 일측부와 중첩하는 소스전극, 그리고 상기 소스 전극과 일정 거리 이격하여 상기 게이트 전극의 타측부와 중첩하는 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.A source electrode which is branched from the data line and overlaps with one side of the gate electrode, and a source electrode which is connected to the source electrode and the source electrode, And a drain electrode spaced apart from the gate electrode and overlapping the other side of the gate electrode.

상기 소스-드레인 요소 위에 보호막을 전면 증착하고 패턴하여, 상기 드레인의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀과 상기 데이터 패드를 노출하는 데이터 패드 콘택홀을 형성하고, 상기 게이트 절연막을 더 패턴하여 상기 게이트 패드를 노출하는 게이트 패드 콘택홀을 형성하는 단계와; 그리고, 상기 보호막 위에 투명 도전 물질을 전면 증착하고 패턴하여, 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극, 상기 게이트 패드 콘택홀을 통해 상기 게이트 패드와 접촉하는 게이트 패드 전극, 그리고 상기 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 데이터 패드와 접촉하는 데이터 패드 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Forming a drain contact hole exposing a part of the drain and a data pad contact hole exposing the data pad, and further patterning the gate insulator to form the gate pad, Forming an exposed gate pad contact hole; A pixel electrode that contacts the drain electrode through the drain contact hole, a gate pad electrode that contacts the gate pad through the gate pad contact hole, And forming a data pad electrode in contact with the data pad through the pad contact hole.

또한, 본 발명에 의한 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판은, 기판; 상기 기판 위에 차례로 적층된 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하는 게이트 배선 및 상기 게이트 배선의 일측 단부에 연결된 게이트 패드, 그리고 상기 제1 금속층만을 포함하고 상기 게이트 배선에서 분기하는 게이트 전극을 포함하는 게이트 요소; 상기 게이트 요소 위에 형성된 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 중첩하는 다결정 반도체 채널층; 상기 다결정 반도체 채널층의 일측면에 접촉하며 상기 게이트 전극과 중첩하는 소스 전극; 그리고 상기 소스 전극과 일정 간격 이격하여 대향하고 상기 게이트 전극과 중첩하며 상기 다결정 반도체 채널층의 타측면에 접촉하는 드레인 전극을 포함한다.
Also, an indirect thermal crystallization thin film transistor substrate according to the present invention includes: a substrate; A gate pad including a first metal layer and a second metal layer sequentially stacked on the substrate, a gate pad connected to one end of the gate wiring, and a gate electrode including only the first metal layer and branched from the gate wiring, Element; A gate insulating film formed on the gate element; A polycrystalline semiconductor channel layer overlapping the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween; A source electrode in contact with one side of the polycrystalline semiconductor channel layer and overlapping the gate electrode; And a drain electrode which is spaced apart from the source electrode by a predetermined distance and overlaps the gate electrode and contacts the other side of the polycrystalline semiconductor channel layer.

본 발명에 의한 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 제조 방법은 게이트 물질을 내열성이 강한 제1 금속층과 표면 저항이 낮은 제2 금속층이 차례로 적층된 이중층 구조로 형성한다. 그리고 이중층 구조의 게이트 물질을 패턴하여, 게이트 전극은 제1 금속층만 존재하도록 하고, 게이트 배선은 제2 금속층이 상부에 남아 있도록 형성한다. 따라서, 게이트 전극과 게이트 배선을 동일 층에 형성할 수 있어 마스크 공정 수가 절감되는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 게이트 전극은 내열성이 우수한 제1 금속층만을 포함하므로 열 결정화 공정에서 열 변형이 발생하지 않는다. 그리고, 게이트 배선은 표면 저항이 낮은 제2 금속층을 포함하므로 대면적 표시장치에서 신호 지연이 발생하지 않는 낮은 저항 조건을 만족한다.A method of manufacturing an indirect thermal crystallization thin film transistor substrate according to the present invention comprises forming a gate material in a bilayer structure in which a first metal layer having high heat resistance and a second metal layer having low surface resistance are sequentially stacked. Then, the gate electrode of the double layer structure is patterned so that only the first metal layer is present, and the gate wiring is formed so that the second metal layer remains on the top. Therefore, the gate electrode and the gate wiring can be formed in the same layer, and the effect of reducing the number of mask processes can be obtained. In addition, since the gate electrode includes only the first metal layer having excellent heat resistance, thermal deformation does not occur in the thermal crystallization process. Since the gate wiring includes the second metal layer having a low surface resistance, it satisfies a low resistance condition in which no signal delay occurs in the large area display device.

도 1은 종래 기술에 의한 액정표시장치에 포함된 간접 열 결정화 기술을 이용한 다결정 박막 트랜지스터 기판 구조를 나타내는 평면도.
도 2a 내지 2i는 도 1의 다결정 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 공정을 나타내는 단면도들.
도 3은 본 발명에 의한 평판 표시장치에 포함된 간접 열 결정화 기술을 이용한 다결정 박막 트랜지스터 기판의 구조를 나타내는 평면도.
도 4a 내지 4g는 도 3의 다결정 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 공정도면들.
1 is a plan view showing a structure of a polycrystalline thin film transistor substrate using an indirect thermal crystallization technique included in a conventional liquid crystal display device.
2A to 2I are cross-sectional views illustrating a process for manufacturing the polycrystalline thin film transistor substrate of FIG.
3 is a plan view showing a structure of a polycrystalline thin film transistor substrate using an indirect thermal crystallization technology included in a flat panel display device according to the present invention.
4A to 4G are process drawings for manufacturing the polycrystalline thin film transistor substrate of FIG.

상기 본 발명의 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예의 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 이하 첨부된 도 3 및 도 4a 내지 4g를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 의한 평판 표시장치에 포함된 간접 열 결정화 기술을 이용한 다결정 박막 트랜지스터 기판의 구조를 나타내는 평면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects and features of the present invention will become more apparent from the following description of the embodiments with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4A to 4G attached hereto. 3 is a plan view showing a structure of a polycrystalline thin film transistor substrate using an indirect thermal crystallization technique included in a flat panel display device according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 평판표시장치(액정 표시장치 혹은 유기전계발광 표시장치)용 박막 트랜지스터 기판은 유리 기판(SUB) 위에 게이트 절연막(GI)을 사이에 두고 교차하는 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL), 그리고 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(TFT)를 구비한다. 게이트 배선(GL) 및 데이터 배선(DL)의 교차 구조로 화소 영역을 정의한다. 이 화소 영역에는 화소전극(PXL)이 형성된다. 박막 트랜지스터(TFT)는 게이터 배선(GL)에서 분기한 게이트 전극(G), 게이트 전극(G)의 일측면과 중첩되고 데이터 배선(DL)에서 분기한 소스 전극(S), 그리고 게이트 전극(G)의 타측면과 중첩되고 소스 전극(S)과 일정 거리 이격하여 대향하는 드레인 전극(D)을 포함한다.Referring to FIG. 3, a thin film transistor substrate for a flat panel display (liquid crystal display or organic light emitting display) according to the present invention includes a gate line GL intersecting a gate insulating layer GI on a glass substrate SUB ), A data line DL, and a thin film transistor (TFT) formed at each of the intersections. A pixel region is defined by an intersection structure of a gate wiring GL and a data wiring DL. A pixel electrode PXL is formed in this pixel region. The thin film transistor TFT includes a gate electrode G branched from the gate wiring GL and a source electrode S branched from the data line DL and overlapped with one side of the gate electrode G and a gate electrode G And a drain electrode D overlapping the other side of the source electrode S and spaced apart from the source electrode S by a predetermined distance.

게이트 배선(GL)과 데이터 배선(DL)의 일측 단부에는 각각 게이트 패드(GP)와 데이터 패드(DP)가 형성된다. 게이트 패드(GP)와 데이터 패드(DP)는 각각 게이트 패드 콘택홀(GPH)과 데이터 패드 콘택홀(DPH)을 통해 게이트 패드 단자(GPT)와 데이터 패드 단자(GPT)에 연결된다.A gate pad GP and a data pad DP are formed at one end of the gate line GL and the data line DL, respectively. The gate pad GP and the data pad DP are connected to the gate pad terminal GPT and the data pad terminal GPT via the gate pad contact hole GPH and the data pad contact hole DPH, respectively.

도 4a 내지 4h를 참조하여, 본 발명에 의한 다결정 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 공정을 살펴보면 다음과 같다. 도 4a 내지 4g는 도 3의 절취선 II-II'로 자른 단면으로 표시한 제조 공정도면들이다.4A to 4H, a process for fabricating the polycrystalline thin film transistor substrate according to the present invention will be described. Figs. 4A to 4G are manufacturing process drawings in cross section taken along the perforated line II-II 'in Fig. 3.

기판(SUB) 위에 게이트 금속 물질을 증착한다. 특히, 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 또는 몰리브덴-티타늄(Mo-Ti) 합금을 포함하는 제1 금속층(G1)을 약 300Å 두께로 먼저 증착한다. 그리고, 연속 공정으로, 알루미늄(Al), 알루미늄-네오듐(AlNd), 구리(Cu), 또는 구리 합금(Cu Alloy)을 포함하는 제2 금속층(G2)를 약 2000Å 두께로 적층 시킨다. 그리고, 제1 마스크로 패턴하여 게이트 배선(GL), 게이트 배선의 일측 단부에 연결된 게이트 패드(GP) 및 게이트 배선에서 화소 영역으로 분기된 게이트 전극(G)을 포함하는 게이트 요소들을 형성한다. 이 때, 게이트 배선(GL)과 게이트 패드(GP)는 상부 층인 제2 금속층(G2)를 포함하지만, 게이트 전극(G)은 하부 층인 제1 금속층(G1)만을 남도록 상부의 제2 금속층(G2)을 선택적으로 제거하기 위해서 하프톤 마스크를 사용한다. (도 4a)A gate metal material is deposited on the substrate (SUB). Particularly, a first metal layer G1 including molybdenum (Mo), titanium (Ti), or molybdenum-titanium (Mo-Ti) alloy is first deposited to a thickness of about 300 Å. A second metal layer G2 including aluminum (Al), aluminum-neodymium (AlNd), copper (Cu), or copper alloy (Cu Alloy) is laminated to a thickness of about 2000 Å in a continuous process. Then, gate patterns including the gate wiring GL, the gate pad GP connected to one end of the gate wiring, and the gate electrode G branched to the pixel region in the gate wiring are formed by patterning with the first mask. At this time, the gate line GL and the gate pad GP include the second metal layer G2 as the upper layer, but the gate electrode G is formed in the upper second metal layer G2 so that only the first metal layer G1, ) Is selectively removed using a halftone mask. (Fig. 4A)

게이트 요소들이 형성된 기판(SUB) 위에 SiNx 혹은 SiOx와 같은 절연물질을 1000Å 두께로 전면 증착하여 게이트 절연막(GI)을 형성한다. 연속 공정으로 비정질 실리콘과 같은 반도체 물질을 300Å 두께로 전면 증착하여 반도체 층(A)을 도포한다. 또한, 연속 공정으로 SiNx 혹은 SiOx와 같은 절연물질을 2000Å 두께로 전면 증착하여 에치 스토퍼 층(ESL)을 도포한다. 그리고, 연속 공정으로 에치 스토퍼 층(ESL) 위에 열 전이성이 좋은 몰리브덴과 같은 금속물질을 1000Å 두께로 전면 증착하여 열 전이층을 형성한다. 제2 마스크 공정으로 열 전이층을 패턴하여, 열 전이패턴(HTL)을 형성한다. 열 전이 패턴(HTL)은 그 하부에 있는 비정질 반도체 물질을 결정화하기 위해 열을 전달하기 위한 것이므로, 반도체 층(A)의 일부, 특히 채널층이 형성될 게이트 전극(G)과 중첩되는 부분에 상응하는 형태를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 박막 트랜지스터를 여러 개 형성하는 경우 열 전이 패턴(HTL)도 박막 트랜지스터의 배열에 따라 여러 개가 이웃하여 존재하게 된다. 이 때, 이웃하는 열 전이 패턴(HTL) 사이에 게이트 배선(GL)이 존재할 경우 게이트 배선(GL)에 고온이 가해질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 이웃하는 열 전이 패턴(HTL)은 적어도 10㎛ 이상 떨어지도록 설계하는 것이 바람직하다. 열 전이 패턴(HTL) 위에 적외선 다이오드 레이저(IR)를 스캐닝 방식으로 조사하여 열 에너지를 반도체 층(A)의 일부, 특히 채널층이 형성될 게이트 전극(G)과 중첩되는 부분에 가한다. 그러면, 반도체 층(A)의 비정질 반도체 물질이 결정화되어, 다결정 반도체 물질로 변환된다. (도 4b)An insulating material such as SiNx or SiOx is deposited on the substrate SUB on which the gate elements are formed to a thickness of 1000 A to form a gate insulating film GI. In a continuous process, a semiconductor material such as amorphous silicon is entirely deposited to a thickness of 300 占 to apply the semiconductor layer (A). In addition, an etch stopper layer (ESL) is applied by continuously depositing an insulating material such as SiNx or SiOx to a thickness of 2000 A in a continuous process. Then, in a continuous process, a metal material such as molybdenum having good thermal conductivity is deposited on the etch stopper layer (ESL) to a thickness of 1000 Å to form a thermal transfer layer. The thermal transfer layer is patterned by a second mask process to form a thermal transfer pattern (HTL). Since the heat transfer pattern HTL is for transferring heat to crystallize the amorphous semiconductor material underlying the gate electrode G, a part of the semiconductor layer A, particularly, the portion overlapping with the gate electrode G, And the like. Further, when a plurality of thin film transistors are formed, a plurality of thermal transition patterns (HTL) exist adjacent to each other in accordance with the arrangement of the thin film transistors. At this time, when the gate line GL exists between the neighboring thermal transition patterns HTL, a high temperature may be applied to the gate line GL. In order to prevent this, it is desirable that the adjacent thermal transfer pattern (HTL) is designed to be at least 10 mu m or more apart. An infrared diode laser (IR) is irradiated onto the thermal transfer pattern (HTL) by a scanning method to apply heat energy to a portion of the semiconductor layer (A), particularly to a portion overlapping the gate electrode (G) Then, the amorphous semiconductor material of the semiconductor layer (A) is crystallized and converted into a polycrystalline semiconductor material. (Figure 4b)

간접적으로 열을 전달하는 목적이 채널층을 형성하는 반도체 층(A)의 비정질 반도체 물질을 결정화하는 것이 목적이므로, 필요한 부분에만 열이 가해 질 수 있도록 열 전이막을 패턴하는 것이 바람직하다. 경우에 따라서는, 열 전이막을 패턴하지 않고, 열 전이막 전체에 적외선 다이오드 레이저를 조사할 수도 있다. 이 경우에는 마스크 공정 수가 1회 감소하는 장점이 있을 수 있다. 그러나, 열 전이막을 패턴하지 않는 경우, 결정화 공정 중에 기판(SUB) 전체 면적에 열이 흡수되기 때문에 기판이 휘는 문제가 발생할 수 있다. 특히 이런 문제는 평판 표시장치와 같은 대면적 기판의 경우 더욱 심각해지므로, 액정표시장치와 같은 대면적 박막 트랜지스터 기판의 경우에는 열 전이막을 패턴하여야 한다.The purpose of indirectly transferring heat is to crystallize the amorphous semiconductor material of the semiconductor layer (A) forming the channel layer, so that it is preferable to pattern the heat transfer film so that heat can be applied only to the necessary portion. In some cases, an infrared diode laser may be irradiated to the entire thermal transfer film without patterning the thermal transfer film. In this case, the mask process number may be advantageously reduced by one. However, when the heat transfer film is not patterned, since heat is absorbed in the entire area of the substrate SUB during the crystallization process, the substrate may warp. Particularly, such a problem becomes more serious in the case of a large-area substrate such as a flat panel display. Therefore, in the case of a large-area thin film transistor substrate such as a liquid crystal display, a thermal transfer film must be patterned.

반도체 층(A)을 결정화한 후에, 습식 식각 공정으로 열 전이 패턴(HTL)을 제거한다. 그리고, 제3 마스크 공정으로 노출된 에치 스토퍼 층(ESL)을 패턴하여, 에치 스토퍼(ES)를 형성한다. 에치 스토퍼(ES)는 게이트 전극(G) 위에 중첩된 반도체 층(A)의 일부분과 중첩되도록 형성하는 것이 바람직하다. 에치 스토퍼(ES)는 이 후에 형성할 소스-드레인 전극(S-D)과 오믹층(n)을 패턴할 때, 소스-드레인 전극(S-D) 사이의 오믹층(n)을 제거하는 과정에서 반도체 층(A)이 식각되는 것을 방지하기 위한 것이다. 비정질 반도체 층을 사용하는 박막 트랜지스터 기판의 경우에는, 비정질 반도체 층이 수천 Å 단위로 형성되기 때문에, 에치 스토퍼를 사용하지 않고, 오믹 접촉층을 제거하면서 반도체 층이 어느 정도 (수백 Å 정도) 식각을 하더라도 반도체 층이 충분한 두께를 가질 수 있었다. 그러나, 다결정 반도체 층을 사용하는 경우 반도체 층(A)의 두께는 수백 Å 단위로 형성되기 때문에, 에치 스토퍼를 사용하지 않으면, 오믹 접촉층(n')을 형성하는 과정에서 반도체 채널층(A')이 모두 식각되어 없어지는 결과가 발생할 수 있다. 따라서, 다결정 반도체 층을 사용하는 경우에는 에치 스토퍼를 포함하는 것이 바람직하다. (도 4c)After crystallizing the semiconductor layer (A), the thermal transfer pattern (HTL) is removed by a wet etching process. Then, the etch stopper layer (ESL) exposed in the third mask process is patterned to form an etch stopper ES. It is preferable that the etch stopper ES is formed so as to overlap with a part of the semiconductor layer A superimposed on the gate electrode G. [ The etch stopper ES is formed in the process of removing the ohmic layer n between the source and drain electrodes SD when patterning the source-drain electrode SD and the ohmic layer n to be formed later. A) from being etched. In the case of a thin film transistor substrate using an amorphous semiconductor layer, since the amorphous semiconductor layer is formed in units of several thousands of angstroms, the semiconductor layer is etched to some extent (several hundred angstroms) while removing the ohmic contact layer without using an etch stopper The semiconductor layer could have a sufficient thickness. However, when the polycrystalline semiconductor layer is used, the thickness of the semiconductor layer A is formed in units of several hundreds of angstroms. Therefore, if the etch stopper is not used, the semiconductor channel layer A ' ) May all be etched away. Therefore, when a polycrystalline semiconductor layer is used, it is preferable to include an etch stopper. (Figure 4c)

에치 스토퍼(ES)가 형성된 기판(SUB) 위에 n+ 불순물이 고농도로 도핑된 n+ 실리콘과 같은 불순물 반도체 물질을 전면 증착하여 오믹층(n)을 도포한다. 오믹층(n)은 에치 스토퍼(ES) 위에서 일정 거리를 이격하여 서로 마주보며 형성될 소스-드레인 전극(S-D) 각각이 반도체 층(A)과 오믹 접촉을 이루도록 하기 위한 계면층이다. (도 4d)An impurity semiconductor material such as n + silicon doped with n + impurity at high concentration is deposited on the substrate SUB on which the etch stopper ES is formed to coat the ohmic layer n. The ohmic layer n is an interface layer for allowing the source-drain electrodes S-D, which are spaced apart from each other by a predetermined distance above the etch stopper ES, to be formed in ohmic contact with the semiconductor layer A, (Figure 4d)

오믹층(n)이 도포된 기판(SUB) 전면에 금속 물질을 도포하고, 제4 마스크 공정으로 패턴하여 데이터 라인(DL), 데이터 라인(DL)의 일측 단부에 형성된 데이터 패드(DP), 데이터 라인(DL)에서 분기되어 게이트 전극(G)의 일측면과 중첩하는 소스 전극(S), 그리고, 소스 전극(S)과 일정 거리 이격하여 대향하는 드레인 전극(D)을 형성한다. 소스-드레인 전극(S-D)의 모양을 마스크로 하여, 오믹층(n)과 반도체 층(A)을 계속 패턴하여, 오믹 접촉층(n')과 반도체 채널층(A')을 완성한다. 이로써, 소스 전극(S), 드레인 전극(D), 결정화 반도체 채널층(A'), 그리고 게이트 전극(G)과 함께 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(TFT) 를 구성한다. 이 때, 데이터 패드(DP) 및 데이터 라인(DL)의 하부에도 오믹층(n)과 반도체 층(A)이 그대로 남아 있는 적층 구조를 갖는다. 열 결정화 과정에서 주로 열 전이 패턴(HTL)이 형성된 부분인 채널층(A')에 에너지가 집중되기 때문에, 열 전이 패턴(HTL)이 형성되지 않았던 데이터 패드(DP) 및 데이터 라인(DL)의 하부에 있는 오믹층(n)과 반도체 층(A)은 다결정 반도체로 변화되지않고 비정질 반도체 상태로 남아 있을 수 있다. (도 4e)A metal material is applied to the entire surface of the substrate SUB to which the ohmic layer n is applied and patterned in the fourth mask process to form the data line DL and the data pad DP formed at one end of the data line DL, A source electrode S that branches from the line DL and overlaps with one side of the gate electrode G and a drain electrode D that faces the source electrode S and faces the source electrode S with a certain distance are formed. The ohmic contact layer n 'and the semiconductor channel layer A' are completed by continuously patterning the ohmic layer n and the semiconductor layer A using the shape of the source-drain electrode S-D as a mask. This forms a thin film transistor (TFT) as a switching element together with the source electrode S, the drain electrode D, the crystallization semiconductor channel layer A ', and the gate electrode G. At this time, the ohmic layer (n) and the semiconductor layer (A) remain in the lower part of the data pad (DP) and the data line (DL). Energy is concentrated on the channel layer A ', which is a portion where a thermal transition pattern HTL is mainly formed in the thermal crystallization process. Therefore, the data pad DP and the data line DL, which are not formed with the thermal transition pattern HTL, The underlying ohmic layer (n) and the semiconductor layer (A) may remain in the amorphous semiconductor state without being changed into the polycrystalline semiconductor. (Fig. 4E)

소스-드레인 요소들(소스 전극(S), 드레인 전극(D), 데이터 라인(DL), 데이터 패드(DP))이 형성된 기판(SUB) 전면에 SiNx 혹은 SiOx와 같은 절연물질을 전면 증착하여 보호막(PAS)을 형성한다. 제5 마스크 공정으로 보호막(PAS)을 패턴하여, 드레인 전극(D)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(DH)과 데이터 패드(DP)의 일부를 노출하는 데이터 패드 콘택홀(DPH)을 형성한다. 이와 동시에, 보호막(PAS)와 게이트 절연막(GI)를 계속 패턴하여, 게이트 패드(GP)의 일부를 노출하는 게이트 패드 콘택홀(GPH)을 형성한다. (도 4f)An insulating material such as SiNx or SiOx is entirely deposited on the entire surface of the substrate SUB on which the source-drain elements (the source electrode S, the drain electrode D, the data line DL and the data pad DP) (PAS). A passivation film PAS is patterned by a fifth mask process to form a drain contact hole DH exposing a part of the drain electrode D and a data pad contact hole DPH exposing a part of the data pad DP . At the same time, the protective film PAS and the gate insulating film GI are continuously patterned to form a gate pad contact hole GPH exposing a part of the gate pad GP. (Figure 4f)

보호막(PAS) 위에 ITO 혹은 IZO와 같은 투명 도전성 물질을 증착한다. 그리고, 투명 도전성 물질을 제6 마스크 공정으로 패턴하여 드레인 전극(D)과 접촉하는 화소 전극(PXL), 게이트 패드(GP)와 접촉하는 게이트 패드 단자(GPT), 그리고 데이터 패드(DP)와 접촉하는 데이터 패드 단자(DPT)를 형성한다. (도 4g)A transparent conductive material such as ITO or IZO is deposited on the protective film (PAS). The transparent conductive material is patterned by a sixth mask process to form a pixel electrode PXL in contact with the drain electrode D, a gate pad terminal GPT in contact with the gate pad GP, To form a data pad terminal (DPT). (Figure 4g)

본 발명에 의한 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판은 게이트 물질을 내열성이 강한 제1 금속층과 표면 저항이 낮은 제2 금속층이 차례로 적층된 이중층 구조로 형성한다. 그리고 이중층 구조의 게이트 물질을 패턴하여, 게이트 전극은 내열성이 우수한 제1 금속층만 존재하도록 하고, 게이트 배선은 표면 저항이 낮은 제2 금속층이 상부에 그대로 남아 있도록 형성한다. 또한, 열 결정화 과정에서 열 에너지가 게이트 배선으로 가급적 적게 전달되도록 하기 위해 결정화가 필요한 반도체 채널 층에 대응하는 부분에만 열 전이층을 형성한다. 이로써, 게이트 배선과 게이트 전극을 동일 층에 형성할 수 있으므로, 종래 기술에 비해 두 개의 마스크 공정이 줄어든 단순한 공정으로 결정화 박막 트랜지스터 기판을 얻을 수 있다.
The indirect thermal crystallization thin film transistor substrate according to the present invention has a bilayer structure in which a gate material is formed by sequentially stacking a first metal layer having high heat resistance and a second metal layer having low surface resistance. Then, the gate electrode of the double layer structure is patterned so that only the first metal layer having excellent heat resistance is present, and the gate wiring is formed so that the second metal layer having a low surface resistance remains on the top. In addition, in order to minimize thermal energy transfer to the gate wiring in the thermal crystallization process, a thermal transfer layer is formed only in a portion corresponding to the semiconductor channel layer which needs to be crystallized. Thus, since the gate wiring and the gate electrode can be formed on the same layer, the crystallized thin film transistor substrate can be obtained by a simple process in which two mask processes are reduced as compared with the conventional technique.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

TFT: 박막 트랜지스터 G: 게이트 전극
S: 소스 전극 D: 드레인 전극
A: 반도체 층 n: 오믹층
A': 반도체 채널층 n': 오믹 접촉층
ESL: 에치 스토퍼 층 ES: 에치 스토퍼
GL: 게이트 라인 GP: 게이트 패드
GPH: 게이트 패드 콘택홀 GPT: 게이트 패드 단자
GH: 게이트 콘택홀 GI: 게이트 절연막
DH: 드레인 콘택홀 PXL: 화소 전극
DL: 데이터 라인 DP: 데이터 패드
DPH: 데이터 패드 콘택홀 DPT: 데이터 패드 단자
SUB: 기판 IR: 적외선
TFT: thin film transistor G: gate electrode
S: source electrode D: drain electrode
A: semiconductor layer n: ohmic layer
A ': semiconductor channel layer n': ohmic contact layer
ESL: etch stopper layer ES: etch stopper
GL: gate line GP: gate pad
GPH: Gate pad contact hole GPT: Gate pad terminal
GH: gate contact hole GI: gate insulating film
DH: drain contact hole PXL: pixel electrode
DL: Data line DP: Data pad
DPH: Data pad contact hole DPT: Data pad terminal
SUB: Substrate IR: Infrared

Claims (9)

기판 위에 제1 금속층과 제2 금속층을 적층하고 하프톤 마스크로 패턴하여, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층이 적층된 구조를 갖는 게이트 배선, 상기 게이트 배선의 일측 단부에 연결된 게이트 패드, 및 상기 게이트 배선에서 분기하되, 상기 제1 금속층만을 구비하는 게이트 전극을 포함하는 게이트 요소들을 패턴하는 단계와;
상기 게이트 요소들이 형성된 기판 위에 절연막, 비정질 반도체 층, 에치 스토퍼 층, 및 열 전이 금속층을 연속으로 증착하고, 상기 열 전이 금속층을 패턴하여 열 전이 패턴을 형성하는 단계와;
상기 열 전이 패턴의 표면에 적외선 레이저를 조사하여, 상기 비정질 반도체 층을 다결정 반도체 층으로 형성하는 단계와;
상기 열 전이 패턴을 모두 제거하고, 상기 에치 스토퍼 층을 패턴하여 에치 스토퍼를 형성하는 단계와;
상기 에치 스토퍼 위에 비정질 불순물 반도체 층과 소스-드레인 금속을 연속으로 증착하고, 상기 소스-드레인 금속을 패턴하여 소스-드레인 요소를 형성하고, 상기 소스-드레인 요소를 마스크로 하여 상기 다결정 반도체 층과 상기 비정질 불순물 반도체 층을 패턴하여, 각각 다결정 반도체 채널층과 오믹 접촉층을 완성하여 박막 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 제조 방법.
A gate wiring having a structure in which a first metal layer and a second metal layer are laminated on a substrate and patterned with a halftone mask and the first metal layer and the second metal layer are stacked; a gate pad connected to one end of the gate wiring; Comprising the steps of: patterning gate elements in a gate wiring, the gate elements including a gate electrode comprising only the first metal layer;
Continuously depositing an insulating layer, an amorphous semiconductor layer, an etch stopper layer, and a heat transfer metal layer on the substrate on which the gate elements are formed, and patterning the heat transfer metal layer to form a thermal transfer pattern;
Irradiating a surface of the heat transfer pattern with an infrared laser to form the amorphous semiconductor layer into a polycrystalline semiconductor layer;
Removing all of the thermal transfer patterns and patterning the etch stopper layer to form an etch stopper;
Drain metal on the etch stopper; patterning the source-drain metal to form a source-drain element; forming the source-drain metal layer on the etch stopper using the source- And patterning the amorphous impurity semiconductor layer to complete a polycrystalline semiconductor channel layer and an ohmic contact layer, respectively, to form a thin film transistor.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제1 금속층은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 몰리브덴-티타늄 합금(Mo-Ti), 및 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함하고;
상기 제2 금속층은 알루미늄(Al), 알루미늄-네오듐(AlNd) 합금, 구리(Cu), 및 구리 합금(Cu Alloy) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first metal layer comprises at least one of molybdenum (Mo), titanium (Ti), molybdenum-titanium alloy (Mo-Ti), and tungsten (W)
Wherein the second metal layer comprises at least one of aluminum (Al), an aluminum-neodymium (AlNd) alloy, copper (Cu), and a copper alloy (Cu Alloy) .
제 1 항에 있어서,
상기 열 전이 패턴은 이웃하는 열 전이 패턴과 적어도 10㎛ 이상 이격하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the thermal transfer pattern is formed to be at least 10 mu m apart from the adjacent thermal transition pattern.
제 1 항에 있어서,
상기 소스-드레인 요소는 상기 게이트 배선과 직교하는 데이터 배선, 상기 데이터 배선의 일측 단부에 연결된 데이터 패드, 상기 데이터 배선에서 분기하여 상기 게이트 전극의 일측부와 중첩하는 소스전극, 그리고 상기 소스 전극과 일정 거리 이격하여 상기 게이트 전극의 타측부와 중첩하는 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 제조 방법.
The method according to claim 1,
A source electrode which is branched from the data line and overlaps with one side of the gate electrode, and a source electrode which is connected to the source electrode and the source electrode, And a drain electrode spaced apart from the gate electrode and overlapping with the other side of the gate electrode.
제 5 항에 있어서,
상기 소스-드레인 요소 위에 보호막을 전면 증착하고 패턴하여, 상기 드레인의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀과 상기 데이터 패드를 노출하는 데이터 패드 콘택홀을 형성하고, 상기 절연막을 더 패턴하여 상기 게이트 패드를 노출하는 게이트 패드 콘택홀을 형성하는 단계와; 그리고,
상기 보호막 위에 투명 도전 물질을 전면 증착하고 패턴하여, 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극, 상기 게이트 패드 콘택홀을 통해 상기 게이트 패드와 접촉하는 게이트 패드 전극, 그리고 상기 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 데이터 패드와 접촉하는 데이터 패드 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판 제조 방법.
6. The method of claim 5,
Forming a drain contact hole exposing a portion of the drain and a data pad contact hole exposing the data pad; patterning the insulating layer to expose the gate pad; Forming a gate pad contact hole to form a gate pad contact hole; And,
A gate electrode pad contacting the gate pad through the gate pad contact hole, and a gate pad electrode contacting the drain pad through the drain contact hole, Forming a data pad electrode in contact with the data pad through the hole. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
기판;
상기 기판 위에 차례로 적층된 제1 금속층 및 제2 금속층을 포함하는 게이트 배선 및 상기 게이트 배선의 일측 단부에 연결된 게이트 패드, 그리고 상기 제1 금속층만을 구비하고 상기 게이트 배선에서 분기하는 게이트 전극을 포함하는 게이트 요소;
상기 게이트 요소 위에 형성된 게이트 절연막;
상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 전극과 중첩하는 다결정 반도체 채널층;
상기 다결정 반도체 채널층의 일측면에 접촉하며 상기 게이트 전극과 중첩하는 소스 전극; 그리고
상기 소스 전극과 일정 간격 이격하여 대향하고 상기 게이트 전극과 중첩하며 상기 다결정 반도체 채널층의 타측면에 접촉하는 드레인 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판.
Board;
A gate pad including a first metal layer and a second metal layer sequentially stacked on the substrate and a gate pad connected to one end of the gate wiring and a gate electrode including only the first metal layer and branched at the gate wiring, Element;
A gate insulating film formed on the gate element;
A polycrystalline semiconductor channel layer overlapping the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween;
A source electrode in contact with one side of the polycrystalline semiconductor channel layer and overlapping the gate electrode; And
And a drain electrode which is spaced apart from the source electrode by a predetermined distance and which overlaps with the gate electrode and contacts the other side of the polycrystalline semiconductor channel layer.
제 7 항에 있어서,
상기 소스 전극을 연결하며 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 배선과 직교하는 데이터 배선;
상기 데이터 배선의 일측 단부에 연결된 데이터 패드;
상기 데이터 배선, 상기 데이터 패드, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 덮는 보호막;
상기 게이트 패드를 노출하는 게이트 패드 콘택홀, 상기 데이터 패드를 노출하는 데이터 패드 콘택홀, 및 상기 드레인 전극을 노출하는 드레인 콘택홀; 그리고
상기 보호막 위에 형성되며, 상기 게이트 패드와 접촉하는 게이트 패드 단자, 상기 데이터 패드와 접촉하는 데이터 패드 단자, 및 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판.
8. The method of claim 7,
A data line which connects the source electrode and is orthogonal to the gate line with the gate insulating film therebetween;
A data pad connected to one end of the data line;
A protective layer covering the data line, the data pad, the source electrode, and the drain electrode;
A gate pad contact hole exposing the gate pad, a data pad contact hole exposing the data pad, and a drain contact hole exposing the drain electrode; And
Further comprising: a gate pad terminal formed on the protective film, the gate pad terminal contacting the gate pad, the data pad terminal contacting the data pad, and the pixel electrode contacting the drain electrode.
제 7 항에 있어서,
상기 제1 금속층은 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 몰리브덴-티타늄 합금(Mo-Ti), 및 텅스텐(W) 중 적어도 어느 하나를 포함하고;
상기 제2 금속층은 알루미늄(Al), 알루미늄-네오듐(AlNd) 합금, 구리(Cu), 및 구리 합금(Cu Alloy) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 간접 열 결정화 박막 트랜지스터 기판.
8. The method of claim 7,
Wherein the first metal layer comprises at least one of molybdenum (Mo), titanium (Ti), molybdenum-titanium alloy (Mo-Ti), and tungsten (W)
Wherein the second metal layer comprises at least one of aluminum (Al), an aluminum-neodymium (AlNd) alloy, copper (Cu), and a copper alloy (Cu Alloy).
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