KR102335775B1 - Thin film transistor and method of manufacturing the same and display including the same - Google Patents
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Abstract
박막 트랜지스터 제조 방법 및 이에 의해 제조되는 박막 트랜지스터, 이를 구비하는 디스플레이가 개시된다. 개시된 박막 트랜지스터 제조 방법에 따르면, 게이트 절연층, 채널층, 제1식각 정지층을 순차로 증착하는 단계와, 제1식각 정지층상에 제1식각 정지층의 일부 영역이 노출되도록 제1부분과 이보다 작은 크기의 제2부분의 이중 구조로 된 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 포토레지스트층을 마스크로 하여 제1식각 정지층의 노출 부분을 일차로 건식 식각하는 단계와, 습식 식각에 의해 채널층을 측면으로부터 식각하고, 포토레지스트 애싱 공정으로 포토레지스트층의 일부 두께를 제거하는 단계와, 포토레지스트층을 마스크로 하여 포토레지스트층 일부 두께를 제거하여 노출된 제1식각 정지층 부분을 이차로 건식 식각하여, 제1식각 정지층이 채널층에 대해 단차지도록 형성한다.Disclosed are a method for manufacturing a thin film transistor, a thin film transistor manufactured thereby, and a display including the same. According to the disclosed method for manufacturing a thin film transistor, sequentially depositing a gate insulating layer, a channel layer, and a first etch stop layer; Forming a photoresist layer having a double structure of a small size second portion, dry etching the exposed portion of the first etch stop layer using the photoresist layer as a mask, and wet etching the channel layer etching from the side, removing a partial thickness of the photoresist layer with a photoresist ashing process, and using the photoresist layer as a mask to remove a partial thickness of the photoresist layer to dry the exposed portion of the first etch stop layer a second time By etching, the first etch stop layer is formed to be stepped with respect to the channel layer.
Description
박막 트랜지스터 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 디스플레이에 관한 것이다.It relates to a thin film transistor, a method for manufacturing the same, and a display including the same.
트랜지스터는 전자 기기 분야에서 스위칭 소자(switching devie)나 구동 소자(driving device)로 널리 사용된다. 예를 들어, 박막 트랜지스터(thin film transistor:TFT)는 유리 기판이나 플라스틱 기판 상에 제조할 수 있기 때문에, 액정디스플레이나 유기발광디스플레이 등과 같은 디스플레이 분야에서 스위칭 소자나 구동 소자로 사용되고 있다. 또한, 박막 트랜지스터는 크로스 포인트형 메모리소자의 선택 스위치로 사용되고 있다.A transistor is widely used as a switching device or a driving device in the field of electronic devices. For example, since a thin film transistor (TFT) can be manufactured on a glass substrate or a plastic substrate, it is used as a switching element or a driving element in a display field such as a liquid crystal display or an organic light emitting display. In addition, the thin film transistor is used as a selection switch of a cross-point type memory device.
디스플레이의 구동 소자 및 스위칭 소자로서 사용되는 것으로, 비정질 실리콘 박막트랜지스터(a-Si TFT)가 있다. 이러한 a-Si TFT는 저가의 비용으로 2m*2m가 넘는 대형 기판 상에 균일하게 형성될 수 있는 박막트랜지스터로서 현재 가장 널리 쓰이고 있다. 그런데, 디스플레이의 대형화 및 고화질화 추세에 따라 박막트랜지스터 성능 역시 고성능이 요구되는데, 이동도가 0.5 cm2/Vs수준인 기존의 a-Si TFT는 한계에 다다를 것으로 보여진다. An amorphous silicon thin film transistor (a-Si TFT) is used as a driving element and a switching element of a display. The a-Si TFT is currently the most widely used as a thin film transistor that can be uniformly formed on a large substrate over 2m*2m at a low cost. However, high performance is also required for thin film transistor performance according to the trend of display enlargement and high image quality, and the existing a-Si TFT with a mobility of 0.5 cm 2 /Vs is expected to reach its limit.
그러므로, 차세대 초대형, 고해상도 디스플레이 구현을 위해 현재 대부분의 액정표시소자 백플레인(backplane)에서 사용되고 있는 비정질 실리콘 대비 월등한 이동도 특성을 지닌 반도체 물질이 필요하며, 이러한 고이동도 물질로 다양한 종류의 산화물 반도체가 연구되고 있다. Therefore, in order to realize a next-generation super-large, high-resolution display, a semiconductor material having superior mobility compared to amorphous silicon currently used in most liquid crystal display backplanes is required, and various types of oxide semiconductors are required as such high-mobility materials. is being studied
이러한 산화물 반도체 소자로 최근 각광을 받는 것으로 Zn 산화물계(Zn Oxide based) 박막 트랜지스터이다. Zn 산화물계 반도체 소자는 저온 공정으로 제작이 가능하고 비정질 상이기 때문에 대면적화가 용이한 장점을 가진다. 또한, Zn 산화물계 반도체 박막은 고이동도의 재료로서 다결정 실리콘과 같은 매우 양호한 전기적 특성을 갖는다. 현재, 이동도(mobility)가 높은 산화물 반도체 재료층, 즉 Zn 산화물 계열 재료층을 박막 트랜지스터의 채널 영역에 사용하기 위한 연구가 진행되고 있으며, ZnO 계 채널층 중 질소를 포함하는 ZnON 채널층이 이동도가 높은 것으로 알려져 있다. As such an oxide semiconductor device, a Zn oxide based thin film transistor has recently been spotlighted. The Zn oxide-based semiconductor device can be manufactured by a low-temperature process and has an advantage that it is easy to enlarge the area because it is an amorphous phase. In addition, the Zn oxide-based semiconductor thin film is a high-mobility material and has very good electrical properties like polycrystalline silicon. Currently, research is being conducted to use an oxide semiconductor material layer with high mobility, ie, a Zn oxide-based material layer, in the channel region of a thin film transistor, and among the ZnO-based channel layers, a ZnON channel layer containing nitrogen is moved. known to be high.
높은 이동도 및 우수한 전기적 특성을 가지는 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공한다.Provided are a thin film transistor having high mobility and excellent electrical properties, and a method for manufacturing the same.
상기 박막 트랜지스터를 포함하는 디스플레이를 제공한다.A display including the thin film transistor is provided.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법은, 게이트 절연층, 채널층, 제1식각 정지층을 순차로 증착하는 단계와; 상기 제1식각 정지층상에 상기 제1식각 정지층의 일부 영역이 노출되도록 제1부분과 이보다 작은 크기의 제2부분의 이중 구조로 된 포토레지스트층을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트층을 마스크로 하여 상기 제1식각 정지층의 노출 부분을 일차로 건식 식각하는 단계와; 습식 식각에 의해 상기 채널층을 측면으로부터 식각하는 단계와; 포토레지스트 애싱 공정으로 상기 포토레지스트층의 일부 두께를 제거하는 단계와; 상기 포토레지스트층을 마스크로 하여 상기 포토레지스트층 일부 두께를 제거하여 노출된 상기 제1식각 정지층 부분을 이차로 건식 식각하여, 상기 제1식각 정지층이 상기 채널층에 대해 단차지도록 하는 단계와; 상기 포토레지스트층을 제거하는 단계;를 포함한다.A method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes sequentially depositing a gate insulating layer, a channel layer, and a first etch stop layer; forming a photoresist layer having a dual structure of a first portion and a smaller size of a second portion on the first etch stop layer to expose a portion of the first etch stop layer; dry etching the exposed portion of the first etch stop layer using the photoresist layer as a mask; etching the channel layer from the side by wet etching; removing a portion of the thickness of the photoresist layer with a photoresist ashing process; Using the photoresist layer as a mask to remove a portion of the thickness of the photoresist layer and dry etching the exposed portion of the first etch stop layer a second time so that the first etch stop layer has a step with respect to the channel layer; ; and removing the photoresist layer.
상기 이중 구조로 된 포토레지스트층은 하프톤 마스크를 적용한 노광 공정을 통해 형성될 수 있다.The photoresist layer having the double structure may be formed through an exposure process to which a halftone mask is applied.
상기 채널층은, ZnON 계열 반도체 물질을 포함할 수 있다.The channel layer may include a ZnON-based semiconductor material.
상기 채널층 및 제1식각 정지층의 층 구조는 연속 증착에 의해 형성될 수 있다.The layer structure of the channel layer and the first etch stop layer may be formed by continuous deposition.
상기 게이트 절연층은, 상기 채널층 하부영역 이외 부분의 적어도 일부 두께가 상기 채널층 하부영역의 두께보다 얇도록 형성될 수 있다.The gate insulating layer may be formed such that at least a partial thickness of a portion other than the lower region of the channel layer is thinner than a thickness of the lower region of the channel layer.
상기 게이트 절연층, 채널층 및 제1식각 정지층은 단차진 구조를 이룰 수 있다.The gate insulating layer, the channel layer, and the first etch stop layer may have a stepped structure.
상기 게이트 절연층은 상기 제1식각 정지층 이차 식각 공정시 일부 영역이 식각되어 단차지게 형성될 수 있다.A portion of the gate insulating layer may be etched during the secondary etching process of the first etch stop layer to form a stepped portion.
상기 게이트 절연층은 상기 제1식각 정지층 이차 식각 공정시 동시에 식각 가능한 물질로 형성될 수 있다.The gate insulating layer may be formed of a material that can be simultaneously etched during the secondary etching process of the first etch stop layer.
상기 게이트 절연층은 상기 제1식각 정지층 이차 식각 공정시 동시에 식각 가능한 물질로 형성될 수 있다.The gate insulating layer may be formed of a material that can be simultaneously etched during the secondary etching process of the first etch stop layer.
단차진 상기 채널층 및 제1식각 정지층을 덮도록 제2식각 정지층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.It may further include; forming a second etch stop layer to cover the stepped channel layer and the first etch stop layer.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터는, 게이트 절연층; 상기 게이트 절연층 상에 형성되며 ZnON 계열 반도체 물질을 포함하는 채널층; 상기 채널층상에 형성되는 제1식각 정지층; 상기 채널층에 각각 접촉되는 소스 전극 및 드레인 전극;을 포함하며, 상기 게이트 절연층은, 상기 채널층 하부영역 이외 부분의 적어도 일부 두께가 상기 채널층 하부영역의 두께보다 얇도록 형성될 수 있다.A thin film transistor according to an embodiment of the present invention includes a gate insulating layer; a channel layer formed on the gate insulating layer and including a ZnON-based semiconductor material; a first etch stop layer formed on the channel layer; and a source electrode and a drain electrode contacting the channel layer, respectively, and the gate insulating layer may be formed such that at least a partial thickness of a portion other than the lower region of the channel layer is thinner than a thickness of the lower region of the channel layer.
상기 게이트 절연층, 채널층 및 제1식각 정지층은 단차진 구조를 이룰 수 있다.The gate insulating layer, the channel layer, and the first etch stop layer may have a stepped structure.
상기 게이트 절연층, 채널층 및 제1식각 정지층은 연속 증착에 의해 형성되며, 식각 공정을 통해 단차진 구조로 형성될 수 있다.The gate insulating layer, the channel layer, and the first etch stop layer may be formed by continuous deposition, and may have a stepped structure through an etching process.
상기 게이트 절연층, 채널층 및 제1식각 정지층은 연속 증착에 의해 형성되며, 식각 공정을 통해 단차진 구조로 형성될 수 있다.The gate insulating layer, the channel layer, and the first etch stop layer may be formed by continuous deposition, and may have a stepped structure through an etching process.
단차진 상기 게이트 절연층, 채널층 및 제1식각 정지층을 덮도록 형성된 제2식각 정지층;을 더 포함할 수 있다.A second etch stop layer formed to cover the stepped gate insulating layer, the channel layer, and the first etch stop layer; may further include.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이는, 상기한 박막 트랜지스터를 구동 소자나 스위칭 소자 중 적어도 어느 하나로 사용한다.The display according to an embodiment of the present invention uses the thin film transistor as at least one of a driving element and a switching element.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법에 따르면, ZnON 기반 채널층 습식 공정 전후로 식각 정지층을 2회에 걸쳐 건식 식각함으로써, 채널층과 식각 정지층의 단차 구조를 형성하므로, 채널층의 언더컷 발생이 방지될 수 있다. 또한, 채널층 증착에 연속하여 식각 정지층을 증착하고, 채널층 습식 식각시, 상기 식각 정지층은 하드 마스크로 사용하므로, 기존의 채널층에 대하여 직접적인 포토레지스트 공정 진행시와 같은, ZnON 기반 채널층의 상부가 변질되는 경우가 생기지 않게 된다. According to the method for manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention as described above, by dry etching the etch stop layer twice before and after the ZnON-based channel layer wet process, a stepped structure between the channel layer and the etch stop layer is formed, Generation of undercuts in the channel layer can be prevented. In addition, since the etch stop layer is deposited continuously to the channel layer deposition, and when the channel layer is wet etched, the etch stop layer is used as a hard mask. There is no chance that the upper part of the layer is altered.
또한, 채널층과 식각 정지층의 단차 구조가 형성되고, 채널층의 언더컷 발생이 방지되므로, 보이드 영역에 노출된 채널층의 변질에 기인한 소자 특성 열화가 방지될 수 있어, 높은 이동도 및 우수한 전기적 특성을 가지는 박막 트랜지스터를 실현할 수 있다. In addition, since a stepped structure between the channel layer and the etch stop layer is formed and the occurrence of undercut of the channel layer is prevented, deterioration of device characteristics due to deterioration of the channel layer exposed to the void region can be prevented, resulting in high mobility and excellent performance. A thin film transistor having electrical characteristics can be realized.
또한, 이러한 박막 트랜지스터를 디스플레이의 화소에 구동 소자나 스위칭 소자로 적용시, 디스플레이의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, when such a thin film transistor is applied to a pixel of a display as a driving element or a switching element, the performance of the display can be improved.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법을 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 보여준다.
도 9는 하프-톤 마스크를 적용한 노광 공정을 보여준다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법을 보여준다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 디스플레이의 일예를 개략적으로 보여준다. 1 to 7 show a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
8 schematically shows the structure of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
9 shows an exposure process to which a half-tone mask is applied.
10 to 13 show a method of manufacturing a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
14 schematically shows an example of a display including a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 디스플레이를 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 도면상에서 각 구성요소의 크기나 두께 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 이하에서 "상부"나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.Hereinafter, a thin film transistor, a method for manufacturing the same, and a display including the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same reference numerals denote the same components, and the size or thickness of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, what is described as "upper" or "upper" hereinafter may include not only those directly above in contact, but also those above in non-contact.
ZnON 기반의 반도체 층은 고이동도의 우수한 성질을 보이고 있으나 공정적인 측면에서는 약산, 약알칼리 용액 모두에 쉽게 식각되는 특성을 지니고 있다. ZnON 층의 패터닝을 위한 포토리소그래피 공정에서의 포토레지스트(PR: photo-resist) 코팅만으로도 ZnON 기반 반도체 층의 상부가 변질되는 경우가 생길 수 있다. Although the ZnON-based semiconductor layer shows excellent properties of high mobility, it has the property of being easily etched in both weak acid and weak alkali solutions in terms of process. In the photolithography process for patterning the ZnON layer, the upper portion of the ZnON-based semiconductor layer may be deteriorated only by coating a photo-resist (PR).
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법에 따르면, ZnON 기반 반도체층 상부에 직접 포토레지스트를 도포하는 대신에, ZnON 기반 반도체층 상부에 SiO2 등으로 된 식각 정지층 등을 증착하고 이 식각 정지층을 일종의 하드 마스크로 사용하여 패터닝을 실시하므로, ZnON 기반 반도체층의 상부가 변질되는 경우가 생기지 않게 된다.According to the method for manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention, instead of applying photoresist directly on the ZnON-based semiconductor layer, an etch stop layer made of SiO 2 is deposited on the ZnON-based semiconductor layer, and the etch stop Since the patterning is performed using the layer as a kind of hard mask, the upper part of the ZnON-based semiconductor layer is not deteriorated.
한편, 식각 정지층을 일종의 하드 마스크로 사용하여 패터닝을 실시할 때, 포토리소그래피 공정을 통해 먼저 포토레지스트로 아일랜드 패턴을 형성한 후, 식각 정지층을 건식 식각하며, 이에 의해 형성된 식각 정지층의 패턴을 하드 마스크로 활용하여, 채널층인 ZnON 기반 반도체층을 습식 식각하게 되는데, 이 경우 ZnON 기반 반도체층의 식각율(etching rate)이 매우 높기 때문에 식각 정지층 하부에 ZnON 기반 반도체층의 언더컷(undercut) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 언터컷 구조가 형성되면 후속 공정 중 보이드(void) 영역에 노출된 채널층이 변질될 수 있어, 이 변질된 채널층에 의한 소자 특성 열화가 발생될 수 있다.On the other hand, when patterning is performed using the etch stop layer as a kind of hard mask, an island pattern is first formed with photoresist through a photolithography process, and then the etch stop layer is dry etched, thereby forming the pattern of the etch stop layer. is used as a hard mask to wet-etch the ZnON-based semiconductor layer, which is a channel layer. ) may occur. When such an undercut structure is formed, the channel layer exposed to the void region may be altered during a subsequent process, and device characteristics may be deteriorated due to the altered channel layer.
본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법에 따르면, ZnON 기반 반도체층을 습식 식각할 때, 식각 정지층 하부에 ZnON 기반 반도체층 언더컷(undercut)이 발생하는 것을 방지할 수 있도록, 식각 정지층을 ZnON 기반 반도체층 습식 식각 전,후로 이차에 걸쳐 건식 식각함으로써, 식각 정지층이 채널층에 대해 단차지도록 형성하므로, ZnON 기반 반도체층의 언더컷 발생이 방지될 수 있다.According to the method for manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention, when the ZnON-based semiconductor layer is wet-etched, the etch stop layer is formed to prevent undercut of the ZnON-based semiconductor layer from occurring under the etch stop layer. By dry etching the ZnON-based semiconductor layer before and after the wet etching, the etch stop layer is formed to have a step with respect to the channel layer, so that the undercut of the ZnON-based semiconductor layer can be prevented.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법을 보여준다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 보여준다. 도 8의 박막 트랜지스터는 게이트 전극이 채널층(40) 아래에 구비되는 바텀(bottom) 게이트 구조이다. 도 1 내지 도 7에서는 편의상 기판(10) 및 게이트 전극(30)의 도시를 생략한다. 1 to 7 show a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. 8 schematically shows the structure of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. The thin film transistor of FIG. 8 has a bottom gate structure in which a gate electrode is provided under the
도 1을 참조하면, 먼저, 게이트 절연층(20), 채널층(40), 식각 정지층(Etch stop layer:50)을 순차로 증착하고, 그 위에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(6')을 형성한다. Referring to FIG. 1 , first, a
상기 게이트 절연층(20)은 반도체 소자에 사용되는 절연 물질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연층(20)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물보다 유전율이 큰 고유전물질 예컨대, HfO2, Al2O3, 또는 이들의 혼합물 등으로 형성될 수 있다. 상기 게이트 절연층(20)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 고유전 물질층 중 적어도 두 층 이상이 적층된 구조로 형성될 수도 있다. The
상기 채널층(40)은 예를 들어, ZnON 계열 반도체 물질을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 채널층(40)은 ZnON층으로 이루어질 수 있다. 상기 채널층(40)은 예를 들어, 반응성 코스퍼터링(reactive co-sputtering)법과 같은 물리 기상 증착(physical vapor deposition:PVD) 방법으로 증착할 수 있다.The
상기 식각 정지층(50)은 상기 채널층(40)을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 식각 정지층(50)은, 절연 물질로 형성될 수 있다. 상기 식각 정지층(50)은 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 유기절연물 등으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이 식각 정지층(50) 이차 식각 공정시, 게이트 절연층(20)의 노출된 부분의 일부 층도 동시에 식각 가능하도록, 식각 정지층(50)은 상기 게이트 절연층(20)과 동일 물질 또는 유사한 특성의 물질로 형성될 수 있다. 상기 식각 정지층(50)은 채널층(40)의 습식 식각 공정시 하드 마스크(hard mask)로서 역할을 하며, 포토리소그래피 공정을 통해 도포되는 포토레지스트에 의해 채널층(40)이 변질되는 것을 막아줄 수 있다. The
상기 게이트 절연층(20), 채널층(40), 식각 정지층(50)은 게이트 전극(30)이 형성된 기판(10) 상에 순차로 적층 될 수 있다. The
이때, 상기 채널층(40) 및 식각 정지층(50)의 층 구조는 연속 증착에 의해 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 따르면, 채널층(40)에 대하여 직접적인 포토레지스트 공정이 진행되지 않으며, 증착된 채널층(40)에 대하여 바로 식각 정지층(50)이 증착될 수 있다. 다른 예로서, 상기 게이트 절연층(20) 까지도 연속 증착에 의해 형성될 수 있다. 즉, 상기 게이트 절연층(20), 채널층(40), 식각 정지층(50)의 층 구조는 연속 증착에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 연속 증착은 증착 공정과 증착 공정 사이에 다른 공정 예컨대, 포토리소그래피 공정이나 식각 공정이 진행되지 않음을 의미할 수 있다.In this case, the layer structure of the
상기와 같이, 채널층(40) 증착에 연속하여 식각 정지층(50)을 증착하므로, 기존의 채널층(40)에 대하여 직접적인 포토레지스트 공정 진행시와 같은, ZnON 기반 채널층의 상부가 변질되는 경우가 생기지 않게 된다. As described above, since the
도 8을 참조하면, 기판(10) 상에 게이트 전극(30)을 형성하고, 게이트 전극(30)을 덮도록 상기 게이트 절연층(20)을 형성할 수 있는데, 도 1 내지 도 7에서는 편의상 기판(10) 및 게이트 전극(30)의 도시를 생략한다. Referring to FIG. 8 , the
상기 기판(10)은 반도체 소자를 제조하는데 사용되는 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(10)은 유리 기판, 플라스틱 기판, 실리콘 기판 중 어느 하나일 수 있다. 상기 기판(10) 표면에는 산화층, 예를 들어 실리콘 기판을 열산화하여 형성된 실리콘 산화층이 더 형성될 수 있다. The
상기 게이트 전극(30)은 채널층(40)의 전기적 특성을 제어하기 위한 것으로, 전도성 물질 예컨대, 금속, 합금, 전도성 금속 산화물, 전도성 금속 질화물 등으로 형성될 수 있다. 예를 들어, Ti, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속이나 이들을 포함하는 합금, IZO(InZnO) 또는 AZO(AlZnO)와 같은 전도성 산화물 등으로 형성될 수 있다. The
도 2를 참조하면, 상기 포토레지스트층(6')을 노광하여 패터닝하는 포토리소그래피 공정을 진행함으로써, 상기 식각 정지층(50) 상에 아일랜드 패턴의 이중 구조의 포토레지스트층(6)으로 형성함으로써, 식각 정지층(50)의 외측 영역이 노출되도록 할 수 있다. 상기 포토레지스트층(6)은 제1부분(6a)과 이보다 작은 크기의 제2부분(6b)의 이중 구조로 형성된다. Referring to FIG. 2 , by performing a photolithography process of exposing and patterning the
상기 이중 구조의 포토레지스트층(6)을 형성하기 위하여, 예를 들어, 도 9에서와 같이, 하프-톤(Half Tone) 마스크(7)를 사용할 수 있다. 도 9는 하프-톤 마스크(7)를 적용한 노광 공정을 보여준다. 도 9에서와 같이, 게이트 절연층(20), 채널층(40), 식각 정지층(50)의 적층 구조 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(6')을 형성한 상태에서, 하프-톤 마스크(7)를 이용하여 노광 공정을 진행하면, 식각 정지층(50)의 외측 영역이 노출되도록 형성된 제1부분(6a)과 제1부분(6a) 상방에 이보다 작은 크기의 제2부분(6b)의 이중 구조로 형성된 포토레지스트층(6)이 형성될 수 있다.In order to form the double-structured
상기 하프-톤 마스크(7)는, 차단부(7a) 및 복수의 슬릿이 형성된 슬릿부(7b)를 가지는 구조이다. 이 하프-톤 마스크(7)를 이용하여 노광을 하면, 슬릿부(7b) 외측 영역에 대응하는 부분은, 노멀 톤(Normal Tone) 부분으로 광이 전혀 차단되지 않아 완전히 노광되므로 포토레지스트층(6)이 완전히 제거된다. 이 노멀 톤 부분에 비해, 슬릿부(7b)를 통과한 광에 의해 노광되는 부분은 하프-톤(Half Tone) 부분으로 포토레지스트층(6')의 대략 절반 정도가 제거되므로, 제1부분(6a)과 제1부분(6a) 상방에 이보다 작은 크기의 제2부분(6b)의 이중 구조로 형성된 포토레지스트층(6)이 얻어진다. 상기 노멀 톤 부분이 포토레지스트층(6)에 대하여 노출된 식각 정지층(50)의 노출 부분이며, 상기 하프-톤 부분은 제1부분(6a) 중 노출된 부분으로, 포토레지스트층(6)의 대략 절반의 두께를 가지며, 제2부분(6b) 외측에 위치한다. 따라서, 이러한 하프-톤 마스크(7)를 이용하면, 제1부분(6a)과 그 상방에 이보다 작은 크기의 제2부분(6b)의 이중 구조로 형성된 포토레지스트층(6)이 형성될 수 있다. 상기 제1부분(6a)은 제2부분(6b)에 하프-톤 부분을 더한 크기를 가질 수 있으며, 그 두께는 하프-톤 부분의 두께에 해당할 수 있다. The half-
여기서, 상기 이중 구조로 된 포토레지스트층(6)에 대해 노출된 식각 정지층(50)의 노출 영역은 이 이중 구조로 된 포토레지스트층(6)을 마스크로 이용한 일차 건식 식각에 의해 제거되는 영역에 해당할 수 있다.Here, the exposed region of the
상기와 같이 예컨대, 하프-톤 마스크(7)를 이용하여 이중 구조의 포토레지스트층(6)을 형성한 다음, 건식 식각 공정을 진행하면, 도 3에서와 같이, 상기 이중 구조의 포토레지스트층(6)을 마스크로 하여 식각 정지층(50)의 노출 영역이 식각된다.As described above, for example, when the double-structured
다음으로, 습식 식각 공정을 진행하면, 채널층(40)이 식각 정지층(50)을 하드 마스크로 사용하며 노출된 측면만이 일부 식각되므로, 도 4에서와 같이, 채널층(40)이 식각 정지층(50)보다 작은 크기로 남게 된다.Next, when a wet etching process is performed, since the
다음으로, 포토레지스트 애싱(Ashing) 공정을 진행하여, 포토레지스트층(6)의 일부 두께를 제거하면, 도 5에서와 같이, 대략 상기 제1부분(6a)의 두께를 가지면서 대략 상기 제2부분(6b)과 유사한 크기를 가지는 포토레지스트층(6)이 남게 되며, 대략적으로 하프-톤 부분에 대응하는 식각 정지층(50)의 부분이 노출되게 된다. Next, when a photoresist ashing process is performed to remove a partial thickness of the
이 상태에서, 상기 포토레지스트층(6)을 마스크로 하여 상기 식각 정지층(50)을 이차로 건식 식각하면, 도 6에서와 같이, 상기 식각 정지층(50)이 상기 채널층(40)에 대해 단차진 구조로 형성된다. In this state, when the
이와 같이, 채널층(40) 습식 공정 전후로 식각 정지층(50)을 2회에 걸쳐 건식 식각함으로써, 채널층(40)과 식각 정지층(50)의 단차 구조가 얻어지므로, 채널층(40)의 언더컷 발생이 방지될 수 있다. 이때, 식각 정지층(50)은 2회에 걸쳐 식각하지만, 이중 구조의 포토레지스트층(6)을 이용하여 일차 식각, 포토레지스트 애싱, 포토레지스트층(6)을 이용하여 이차 식각을 하므로, 채널층(40)과 식각 정지층(50)의 단차 구조를 형성하는데, 포토레지스트 도포 및 노광 공정은 각각 한번만 진행하는 것으로 충분하다.As described above, by dry etching the
한편, 상기 게이트 절연층(20)이 상기 식각 정지층(50) 식각 공정시 동시에 식각 가능한 물질로 형성되는 경우, 게이트 절연층(20)의 일부 두께도 식각되어 단차지게 형성될 수 있다. 이때, 게이트 절연층(20)에 대해서는, 대략적으로 상기 식각 정지층(50)이 마스크로 작용하므로, 상기 식각 정지층(50)의 외측에 대응하는 게이트 절연층(20) 부분이 식각될 수 있다. Meanwhile, when the
이와 같이, 게이트 절연층(20) 일부 영역의 두께가 일부 식각되어 단차지게 형성됨으로써, 예컨대, 상기 게이트 절연층(20)의 상기 채널층(40) 하부영역 이외 부분의 두께가 상기 채널층(40) 하부영역의 두께보다 얇도록 형성될 수 있다. 그러므로, 게이트 절연층(20), 채널층(40) 및 식각 정지층(50)이 단차진 구조가 얻어질 수 있다.As described above, the thickness of a partial region of the
마지막으로, 포토레지스트층(6)을 제거하면, 도 7에서와 같이, 게이트 절연층(20), 채널층(40) 및 식각 정지층(50)이 단차진 구조가 얻어진다. Finally, when the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 게이트 절연층(20), 채널층(40) 및 식각 정지층(50)의 단차진 구조를 얻은 다음, 게이트 절연층(20) 상에 채널층(40)의 양단에 각각 접촉되는 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)을 형성할 수 있다. 이때, 소스 전극(60)은 채널층(40)의 일단에 컨택하면서 식각 정지층(50)의 일단 위로 연장된 구조를 가질 수 있다. 또한, 드레인 전극(70은 채널층(40)의 타단에 컨택하면서 식각 정지층(50)의 타단 위로 연장된 구조를 가질 수 있다. Meanwhile, according to the method for manufacturing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8 , a stepped structure of the
게이트 절연층(20) 상에 채널층(40) 및 식각 정지층(50)을 덮는 소정의 도전막을 형성한 후, 상기 도전막을 패터닝하여, 상기 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)을 형성할 수 있다. 이때, 식각 정지층(50)은 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)을 형성하기 위한 식각 공정시, 식각에 의해 채널층(40)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. After forming a predetermined conductive layer covering the
상기 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)은 게이트 전극(30)과 동일한 물질로 형성되거나, 다른 물질로 형성될 수 있다. 상기 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)은 전도성 물질 예컨대, 금속, 합금, 전도성 금속 산화물 또는 전도성 금속 질화물 등으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)은 Ti, Pt, Ru, Au, Ag, Mo, Al, W 또는 Cu와 같은 금속이나 이들을 포함하는 합금, 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxde:TCO) 및 이들을 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 투명 전도성 산화물은 예를 들어, In-Sn-O(indium tin oxide:ITO), In-Zn-O(indium zinc oxide:IZO), Al-Zn-O(aluminum zinc oxide:AZO), Ga-Zn-O(gallium zinc oxide:GZO), Zn-Sn-O(zinc tin oxide:ZTO) 등일 수 있다. 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 단일층 또는 다중층 구조일 수 있다.The
한편, 게이트 절연층(20) 상에 식각 정지층(50), 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)을 덮는 보호층(passivation layer)을 더 형성할 수 있다. 상기 보호층은, 예컨대, 실리콘 산화물층, 실리콘 질산화물층, 실리콘 질화물층 또는 유기절연층 등으로 형성하거나, 이들 중 적어도 두 개 이상이 적층된 구조로 형성할 수 있다. Meanwhile, a passivation layer may be further formed on the
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터는, 게이트 절연층(20), 게이트 절연층(20) 상에 형성되며 ZnON 계열 반도체 물질을 포함하는 채널층(40), 상기 채널층(40) 상에 형성되는 식각 정지층(50), 상기 채널층(40)에 각각 접촉되는 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)을 포함한다. 상기 게이트 절연층(20)은, 대략적으로 상기 채널층 하부 영역 이외 부분의 두께가 상기 채널층(40) 하부영역의 두께보다 얇도록 형성되며, 상기 게이트 절연층(20), 채널층(40), 식각 정지층(50)은 단차진 구조를 이룬다. 이러한 단차진 구조는 게이트 절연층(20, 채널층(40), 식각 정지층(50)을 연속 증착에 의해 형성한 후, 식각 공정을 통해 형성될 수 있다.Referring to FIG. 8 , the thin film transistor according to the embodiment of the present invention includes a
본 실시예에서와 같이 바텀 게이트 구조인 경우, 게이트 전극(30)은 기판(10) 상에 형성되고, 게이트 전극(30) 상에 게이트 절연층(20)이 형성되며, 채널층(40)은 게이트 절연층(20) 상에 게이트 전극(30)에 대응되게 게이트 전극(30) 위쪽에 위치하도록 형성될 수 있다. In the case of the bottom gate structure as in the present embodiment, the
상기 기판(10) 상에 게이트 전극(30)을 형성하고, 이 게이트 전극(30)을 덮도록 상기 게이트 절연층(20)을 형성할 수 있다. A
채널층(40)의 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)과의 컨택을 위한 부분을 제외한 영역 상에 식각 정지층(55)이 존재할 수 있다. 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)은 채널층(40) 양단부에 컨택되도록 형성될 수 있다. 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)은 식각 정지층(50) 양단에도 컨택되도록 형성될 수 있다. 상기 식각 정지층(50)은 전술한 바와 같이, ZnON 기반 반도체 물질을 포함하는 채널층(40)의 손상을 방지함과 아울러, 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)을 형성하기 위한 식각 공정에서, 식각에 의해 채널층(40)이 손상되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. An etch stop layer 55 may be present on a region of the
한편, 게이트 절연층(20) 상에 식각 정지층, 소스 전극 및 드레인 전극을 덮는 보호층(passivation layer)을 더 형성할 수 있다. 상기 보호층은, 예컨대, 실리콘 산화물층, 실리콘 질산화물층, 실리콘 질화물층 또는 유기절연층 등으로 형성하거나, 이들 중 적어도 두 개 이상이 적층된 구조로 형성할 수 있다. Meanwhile, a passivation layer may be further formed on the
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 박막 트랜지스터는 2층 구조의 식각 정지층을 가지도록 형성될 수도 있다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, the thin film transistor may be formed to have an etch stop layer having a two-layer structure.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법을 개략적으로 보여준다.10 to 13 schematically show a method of manufacturing a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
먼저, 도 10를 참조하면, 게이트 절연층(20), 채널층(40) 및 식각 정지층(50)이 단차진 구조를 형성한다. First, referring to FIG. 10 , the
상기 단차진 구조는, 기판(10)에 게이트 전극(30)을 형성하고, 게이트 전극(30)을 덮도록 게이트 절연층(20)을 형성한 다음 도 1 내지 도 7, 도 9를 참조로 전술한, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 제조 방법에 따라 형성할 수 있다.The stepped structure is described above with reference to FIGS. 1 to 7 and 9 after forming the
다음으로, 도 11에서와 같이 게이트 절연층(20) 상에 채널층(40) 및 식각 정지층(50)을 덮도록 2차 식각 정지층(80)을 더 증착할 수 있다. 이 식각 정지층(80)은 식각 정지층(50)과 마찬가지로 절연 물질로 형성될 수 있다. Next, as shown in FIG. 11 , a secondary
상기 식각 정지층(80)은 이후의 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)을 형성하기 위한 식각 공정에서, 식각 정지층(50)에 대해 노출되어 있는 채널층(40) 부분 예컨대, 양단이나 및 게이트 절연층(20) 부분이 손상되는 것을 방지할 수 있다.In the subsequent etching process for forming the
다음으로, 도 12에서와 같이, 2층의 식각 정지층(50)(80)에 채널층(40)의 노출되도록 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)과 채널층(40)의 컨택을 위한 컨택 홀(91)(95)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 12 , the contact between the
다음으로, 도 13을 참조하면, 상기 컨택 홀(91)(95)을 통하여, 채널층(40)에 컨택되게, 식각 정지층(80) 상에 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)을 형성하면, 2층 구조의 식각 정지층(50)(80)을 가지며, 컨택 홀(91)(95)을 통하여 채널층(40)에 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)이 컨택되는 구조의 박막 트랜지스터가 얻어질 수 있다.Next, referring to FIG. 13 , the
한편, 게이트 절연층(20) 상에 식각 정지층(80), 소스 전극(60) 및 드레인 전극(70)을 덮는 보호층(passivation layer)을 더 형성할 수 있다. 상기 보호층은, 예컨대, 실리콘 산화물층, 실리콘 질산화물층, 실리콘 질화물층 또는 유기절연층 등으로 형성하거나, 이들 중 적어도 두 개 이상이 적층된 구조로 형성할 수 있다. Meanwhile, a passivation layer may be further formed on the
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 디스플레이의 일예를 개략적으로 보여준다. 본 실시예의 디스플레이는 액정 디스플레이일 수 있다.14 schematically shows an example of a display including a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. The display of this embodiment may be a liquid crystal display.
도 13을 참조하면, 제1기판(100)과 제2기판(200) 사이에 액정층(150)이 구비될 수 있다. 제1기판(100)은 도 1 내지 도 7을 참조로 설명한 제조 방법이나 도 10 내지 도 13를 참조로 설명한 제조 방법에 의해 제조된 박막 트랜지터를 스위칭 소자나 구동소자로 포함하는 어레이 기판(array substrate)일 수 있다. 제1기판(100)은 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극을 포함할 수 있다. 제2기판(200)은 상기 화소 전극에 대응하는 상대전극을 포함할 수 있다. 제1기판(100)과 제2기판(200) 사이에 인가되는 전압에 따라, 액정층(150)의 액정 배열상태가 달라질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 디스플레이의 구성은 도 13의 구조에 한정되지 않고, 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 디스플레이는 유기 발광 디스플레이일 수 있다.Referring to FIG. 13 , a
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 7, 도 10 내지 도 13를 참조로 설명한 제조 방법에 의해 얻어지는 박막 트랜지스터의 구성요소 및 구조는 다양하게 변형될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 채널층(40)은 다층 구조로 형성될 수 있다. 또한 박막 트랜지스터는 더블 게이트 구조를 가질 수도 있다. Although many matters have been specifically described in the above description, they should be construed as examples of specific embodiments rather than limiting the scope of the invention. For example, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Components and structures of thin film transistors obtained by the manufacturing method described with reference to FIGS. 1 to 7 and 10 to 13 may be variously modified. you will see that you can As a specific example, the
10...기판 20...게이트 절연층
30...게이트 전극 40...채널층
50...식각 정지층 60,70...소스 전극 및 드레인 전극10...
30...
50...
Claims (15)
상기 제1식각 정지층상에 상기 제1식각 정지층의 일부 영역이 노출되도록 제1부분과 이보다 작은 크기의 제2부분의 이중 구조로 된 포토레지스트층을 형성하는 단계와;
상기 포토레지스트층을 마스크로 하여 상기 제1식각 정지층의 노출 부분을 일차로 건식 식각하는 단계와;
습식 식각에 의해 상기 채널층을 측면으로부터 식각하는 단계와;
포토레지스트 애싱 공정으로 상기 포토레지스트층의 일부 두께를 제거하는 단계와;
상기 포토레지스트층을 마스크로 하여 상기 포토레지스트층 일부 두께를 제거하여 노출된 상기 제1식각 정지층 부분을 이차로 건식 식각하여, 상기 제1식각 정지층이 상기 채널층에 대해 단차지도록 하는 단계와;
상기 포토레지스트층을 제거하는 단계;를 포함하며,
상기 게이트 절연층이 상기 제1식각 정지층 이차 식각 공정시 일부 영역이 식각되어 단차지게 형성되어, 상기 게이트 절연층, 채널층 및 제1식각 정지층은 단차진 구조를 이루는 박막 트랜지스터 제조 방법.sequentially depositing a gate insulating layer, a channel layer, and a first etch stop layer;
forming a photoresist layer having a dual structure of a first portion and a smaller size of a second portion on the first etch stop layer to expose a portion of the first etch stop layer;
dry etching the exposed portion of the first etch stop layer using the photoresist layer as a mask;
etching the channel layer from the side by wet etching;
removing a portion of the thickness of the photoresist layer with a photoresist ashing process;
Using the photoresist layer as a mask to remove a portion of the thickness of the photoresist layer and dry etching the exposed portion of the first etch stop layer a second time so that the first etch stop layer has a step with respect to the channel layer; ;
Including; removing the photoresist layer;
A method of manufacturing a thin film transistor in which the gate insulating layer is formed to have a stepped structure by etching a portion of the gate insulating layer during the secondary etching process of the first etch stop layer, so that the gate insulating layer, the channel layer, and the first etch stop layer have a stepped structure.
상기 게이트 절연층 상에 형성되며 ZnON 계열 반도체 물질을 포함하는 채널층;
상기 채널층상에 형성되는 제1식각 정지층;
상기 채널층에 각각 접촉되는 소스 전극 및 드레인 전극;을 포함하며,
상기 게이트 절연층은, 상기 채널층 하부영역 이외 부분의 적어도 일부 두께가 상기 채널층 하부영역의 두께보다 얇도록 형성되며,
상기 게이트 절연층에 대해 상기 채널층이 단차지고, 상기 채널층에 대해 상기 제1식각 정지층이 단차진 구조를 이루며,
단차진 상기 게이트 절연층, 채널층 및 제1식각 정지층을 덮도록 형성된 제2식각 정지층;을 더 포함하는 박막 트랜지스터.gate insulating layer;
a channel layer formed on the gate insulating layer and including a ZnON-based semiconductor material;
a first etch stop layer formed on the channel layer;
a source electrode and a drain electrode respectively contacting the channel layer; and
The gate insulating layer is formed such that at least a partial thickness of a portion other than the lower region of the channel layer is thinner than a thickness of the lower region of the channel layer;
The channel layer is stepped with respect to the gate insulating layer, and the first etch stop layer has a stepped structure with respect to the channel layer,
The thin film transistor further comprising a; second etch stop layer formed to cover the stepped gate insulating layer, the channel layer, and the first etch stop layer.
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