KR20000074449A - Thin film transistor and the method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로, 특히 다결정 실리콘으로 이루어지는 채널을 사용하는 스위칭 소자인 다결정 박막 트랜지스터를 이용한 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display, and more particularly, to a liquid crystal display using a polycrystalline thin film transistor, which is a switching element using a channel made of polycrystalline silicon, and a manufacturing method thereof.
일반적으로 다결정 실리콘박막을 형성하기 위해서는 순수 비정질 실리콘(intrinsic amorphous silicon)을 소정의 방법 즉, 절연 기판에 500 Å 두께의 플라즈마 기상증착법(Plasma chemical vapor deposition)이나 LPCVD(Low pressure CVD) 방법으로 비정질 실리콘 막을 증착한 후, 이를 다시 결정화 하는 방법을 사용했다.상기 결정화 방법은 다음과 같이 크게 세 가지로 분류될 수 있다.In general, in order to form a polycrystalline silicon thin film, pure amorphous silicon (intrinsic amorphous silicon) is a predetermined method, that is, amorphous silicon by plasma vapor deposition (Plasma chemical vapor deposition) or LPCVD (Low pressure CVD) method of 500 Å thickness on an insulating substrate After the film was deposited, a method of crystallizing it was used. The crystallization method can be classified into three types as follows.
첫째, 레이저 열처리(laser annealing) 방법은 비정질 실리콘 박막이 증착된 기판에 레이저를 가해서 다결정 실리콘을 성장하는 방법이다.First, laser annealing is a method of growing polycrystalline silicon by applying a laser to a substrate on which an amorphous silicon thin film is deposited.
둘째, 고상 결정화(solid phase crystallization : 이하 SPC라 칭한다) 방법은 비정질 실리콘을 고온에서 장시간 열처리하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법이다.Second, solid phase crystallization (hereinafter referred to as SPC) method is a method of forming polycrystalline silicon by heat-treating amorphous silicon for a long time at a high temperature.
셋째, 금속유도 결정화(metal induced crystallization : MIC) 방법은 비정질 실리콘 상에 금속을 증착하여 다결정 실리콘을 형성하는 방법으로, 대면적의 유리기판을 사용할 수 있다.Third, the metal induced crystallization (MIC) method is a method of forming a polycrystalline silicon by depositing a metal on amorphous silicon, a large-area glass substrate can be used.
첫번째 방법인 레이저 열처리는 현재 널리 연구되고 있는 다결정 실리콘 형성 방법으로 비정질 실리콘이 증착된 기판에 레이저 에너지를 공급하여 상기 비정질 실리콘을 용융상태로 만든후 냉각에 의해 다결정 실리콘을 형성하는 방법이다.The first method, laser heat treatment, is a method of forming polycrystalline silicon, which is currently widely studied, which supplies laser energy to a substrate on which amorphous silicon is deposited to make the amorphous silicon in a molten state, and then forms polycrystalline silicon by cooling.
두번째 방법인 고상 결정화는 600 ℃ 이상의 고온을 견딜수 있는 석영기판에 불순물의 확산을 방지하기 위해 소정의 두께로 완충층(buffer layer)을 형성하고, 상기 완충층 상에 비정질 실리콘을 증착한 후, 퍼니스에서 고온 장시간 열처리 하여 다결정 실리콘을 얻는 방법으로, 전술한 바와 같이 상기 고상 결정화는 고온에서 장시간 수행되므로 원하는 다결정 실리콘 상(phase)을 얻을 수 없으며, 그레인 성장 방향성이 불규칙하여 박막 트랜지스터로의 응용시 다결정 실리콘과 접속될 게이트 절연막이 불규칙하게 성장되어 소자의 항복전압이 낮아지는 문제점이 있고, 다결정 실리콘의 입경(grain)의 크기가 심하게 불균일하여 소자의 전기적 특성을 저하시킬뿐만 아니라, 고가의 석영기판을 사용해야 하는 문제점이 있다.The second method, solid crystallization, forms a buffer layer to a predetermined thickness to prevent diffusion of impurities on a quartz substrate that can withstand high temperatures of 600 ° C. or higher, deposits amorphous silicon on the buffer layer, and then heats the furnace at a high temperature. As a method of obtaining polycrystalline silicon by heat treatment for a long time, as described above, since the solid phase crystallization is performed for a long time at a high temperature, a desired polycrystalline silicon phase cannot be obtained, and the grain growth direction is irregular, so that polycrystalline silicon and The gate insulating film to be connected is irregularly grown, which lowers the breakdown voltage of the device, and the grain size of the polycrystalline silicon is extremely uneven, which lowers the device's electrical characteristics and requires the use of an expensive quartz substrate. There is a problem.
세번째 방법인 금속유도 결정화는 저가의 대면적 유리기판을 사용하여 다결정 실리콘을 형성할 수 있으나, 상기 다결정 실리콘 내부의 네트워크(network) 속에 금속의 잔류물이 존재할 가능성이 많기 때문에 막질의 신뢰성을 보장할 수 없으나, 상기 MIC 방법을 새로이 응용하여, 결정화된 다결정 실리콘을 박막 트랜지스터 및 액정표시장치의 스위칭 소자에 적용하려는 시도가 진행중이다.The third method, metal-induced crystallization, can form polycrystalline silicon using a low-cost, large-area glass substrate. However, since metal residues are more likely to be present in the network inside the polycrystalline silicon, it is possible to ensure film quality reliability. However, attempts are being made to apply the MIC method newly to apply crystallized polycrystalline silicon to thin film transistors and switching elements of liquid crystal displays.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 이용한 액정 표시장치의 제작 공정을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, a manufacturing process of a liquid crystal display using a conventional polycrystalline silicon thin film transistor will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제작하는 공정을 도시한 도면이다.1A to 1E illustrate a process of fabricating a conventional polycrystalline silicon thin film transistor.
먼저 도 1a에 도시된 도면은 기판(1) 상에 제 1 절연물질(2)과 비정질 실리콘(4)을 연속으로 증착하는 공정이다. 상기 제 1 절연막(2)은 추후 공정에서 생성될 수 있는 기판(1) 내부의 알카리 물질의 용출을 방지하기 위함이다.First, the drawing illustrated in FIG. 1A is a process of continuously depositing the first insulating material 2 and the amorphous silicon 4 on the substrate 1. The first insulating film 2 is for preventing the elution of the alkali material in the substrate 1 which may be generated in a later process.
상기 비정질 실리콘(4)을 증착한후, 소정의 결정화 방법으로 결정화 시킨다. 상기 결정화 방법은 전기한 바 있으며, 본 설명에서는 일반적인 레이저 결정화 방법으로 설명한다.After the amorphous silicon 4 is deposited, it is crystallized by a predetermined crystallization method. The crystallization method has been described above, the description will be described by a general laser crystallization method.
이후, 도 1a 공정에서 결정화된 다결정 실리콘을 액티브층의 아일랜드(8)로 패터닝하는 단계를 도 1b에 도시하고 있다.Thereafter, the step of patterning the polycrystalline silicon crystallized in the process of FIG. 1A into the island 8 of the active layer is shown in FIG. 1B.
도 1c에 도시된 공정은 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하는 단계로, 상기 아일랜드(8) 상부에 제 2 절연층으로 게이트 절연막(10) 및 게이트 전극(12)을 형성한다. 상기 아일랜드(8)는 두 개의 영역으로 구분될 수 있으며, 제 1 액티브 영역(14)은 순수 실리콘 영역이고, 제 2 액티브 영역(16, 17)은 불순물 영역이 그것이다. 상기 제 2 액티브 영역(16, 17)은 상기 제 1 액티브 영역(14)의 양 가장자리에 위치하고 있다.The process illustrated in FIG. 1C is a step of forming a gate insulating film and a gate electrode, forming a gate insulating film 10 and a gate electrode 12 as a second insulating layer on the island 8. The island 8 may be divided into two regions, in which the first active region 14 is a pure silicon region, and the second active regions 16 and 17 are impurity regions. The second active regions 16 and 17 are located at both edges of the first active region 14.
그리고, 상기 게이트 절연막(10) 및 상기 게이트 전극(12)은 상기 제 1 액티브 영역(14) 상에 형성되게 되는 것이다.In addition, the gate insulating layer 10 and the gate electrode 12 are formed on the first active region 14.
상기 게이트 전극(12)과 게이트 절연막(10)은 마스크의 수를 절감하기위해 동일 패턴으로 형성된다. 상기 게이트 전극(12) 형성후에 상기 제 2 액티브 영역에 저항성 접촉층을 형성하기위해 이온도핑을 한다. 이 때, 상기 게이트 전극(12)은 상기 제 1 액티브(14) 영역에 도펀트가 침투하는 것을 방지하는 이온 스타퍼(Ion-stopper)의 역할을 하게 된다. 상기 이온 도핑시 도펀트의 종류에 따라 상기 실리콘 아일랜드(8)의 전기적 특성이 바뀌게 되며, 상기 도펀트가 B2H6등의 3족 원소가 도핑이 되면 P-형 반도체로, PH3등의 5족 원소가 도핑이 되면 N-형 반도체로서 동작을 하게 된다. 상기 도펀트는 반도체 소자의 사용 용도에 따라 적절한 선택이 요구된다. 상기 이온 도핑 공정후에 상기 도펀트를 활성화 하는 공정으로 진행된다.The gate electrode 12 and the gate insulating film 10 are formed in the same pattern to reduce the number of masks. After the gate electrode 12 is formed, ion doping is performed to form an ohmic contact layer in the second active region. In this case, the gate electrode 12 serves as an ion stopper to prevent the dopant from penetrating into the first active 14 region. The ions, depending on the type of dopant and the doping during changes the electrical properties of the silicon island (8), the dopant is a P- type semiconductor when doped with a Group III element such as B 2 H 6, PH 3, such as a Group 5 When the element is doped, it acts as an N-type semiconductor. The dopant needs to be appropriately selected according to the use of the semiconductor device. The ion doping process is followed by a process of activating the dopant.
도 1d는 상기 게이트 전극(12)과 제 2 액티브 영역(16, 17) 및 제 1 절연층(2)의 전면에 걸쳐 제 3 절연층인 층간 절연막(Inter layer insulator ; 18)을 증착하고 패터닝하는 단계로, 상기 제 2 액티브 영역(16, 17)에 각각 소스/드레인 콘택홀(16', 17')을 형성한다.FIG. 1D illustrates the deposition and patterning of an interlayer insulator 18, which is a third insulating layer, over the entire surface of the gate electrode 12, the second active regions 16 and 17, and the first insulating layer 2. In the step, source / drain contact holes 16 'and 17' are formed in the second active regions 16 and 17, respectively.
도 1e에 도시된 도면은 여러가지 공정을 복합적으로 나타내고 있다.The figure shown in FIG. 1E is a combination of several processes.
먼저, 도 1d에서 형성한 콘택홀(16', 17')을 통해 제 2 액티브 영역(16, 17)과 각각 접촉하는 소스 전극(20) 및 드레인 전극(22)을 형성한다.First, the source electrode 20 and the drain electrode 22 contacting the second active regions 16 and 17, respectively, are formed through the contact holes 16 ′ and 17 ′ formed in FIG. 1D.
이후, 상기 전극들(20, 22) 및 기판의 전면에 걸쳐 보호층(26)을 증착하고 패터닝하여 상기 드레인 전극(22) 상부 상기 보호층(26)에 콘택홀을 형성한다.Thereafter, the protective layer 26 is deposited and patterned on the electrodes 20 and 22 and the entire surface of the substrate to form a contact hole in the protective layer 26 on the drain electrode 22.
그리고, 투명 도전전극을 증착하고 패터닝하여 상기 드레인 전극(22) 상부 상기 보호층(26)에 형성된 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극(22)과 전기적으로 접촉하는 화소전극(28)을 형성한다.The transparent conductive electrode is deposited and patterned to form a pixel electrode 28 in electrical contact with the drain electrode 22 through a contact hole formed in the protective layer 26 on the drain electrode 22.
종래의 레이저 실리콘 결정화 방법에 의해 제작되는 액정 표시장치의 제작공정은 상술한 바와 같다. 즉, 다시 설명하면, 탑 게이트 방식의 코플라나(top gate coplanar) 구조의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터형 액정 표시장치가 제작되게 되는 것이다.The manufacturing process of the liquid crystal display device manufactured by the conventional laser silicon crystallization method is as above-mentioned. In other words, a polycrystalline silicon thin film transistor type liquid crystal display device having a top gate coplanar structure is manufactured.
그러나, 상술한 종래의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터 제작방법으로 박막 트랜지스터를 제작 할 경우에는 일반적으로 사용되는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 제작공정에 벗어나게 된다.However, when a thin film transistor is manufactured by the above-described conventional method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film transistor, the manufacturing process of an amorphous silicon thin film transistor liquid crystal display device which is generally used is deviated.
즉, 다시 설명하면, 일반적으로 액정 표시장치에 사용되는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터는 게이트 전극이 기판 상에 형성되는 역 스테거드형구조로 형성되나, 상술한 방법으로 박막 트랜지스터를 형성할 경우에는 게이트 전극이 액티브층 위에 형성되는 코플라나형 박막 트랜지스터 구조가 적용되기 때문에, 기존의 공정 순서를 바꾸는 등의 추가적인 생산 설비가 요구된다.That is, the thin film transistor, which is a switching element generally used in a liquid crystal display, is formed in an inverted staggered structure in which a gate electrode is formed on a substrate. However, when the thin film transistor is formed by the above-described method, the gate electrode is used. Since the coplanar thin film transistor structure formed on the active layer is applied, additional production equipment such as changing the existing process sequence is required.
또한, 상기 도펀트의 활성화 공정에서 상기 도펀트들이 제 1 액티브영역, 즉, 채널층으로 파고들어가는 문제로 인해, 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 저하될 수 있는 단점이 있다.In addition, due to a problem that the dopants penetrate into the first active region, that is, the channel layer in the activation process of the dopant, there is a disadvantage that the electrical characteristics of the thin film transistor may be degraded.
그리고, 코플라나형 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 적용한 액정 표시장치는 활성화 공정이 추가되어, 그 제작에 있어서 기존 비정질 실리콘을 사용하는 액정 표시장치보다 복잡하다는 단점이 있다.In addition, the liquid crystal display device using the coplanar polycrystalline silicon thin film transistor has a disadvantage in that an activation process is added, and thus, it is more complicated than the conventional liquid crystal display device using amorphous silicon.
따라서, 본 발명에서는 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 적용한 액정 표시장치에 있어서, 기존의 액정 표시장치의 제작 공정을 그대로 이용하는 것을 목적으로 한다.Therefore, an object of the present invention is to use a manufacturing process of an existing liquid crystal display device as it is in a liquid crystal display device employing a polycrystalline silicon thin film transistor.
또한, 활성화 공정이 불필요한 액정 표시장치 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a liquid crystal display device, in which an activation process is unnecessary.
그리고, 결정화 방법에서 MIC 방법으로 다결정 실리콘을 형성할 경우 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 채널영역에 금속 오염으로 인한 전기적 특성 감소를 방지하는데 그 목적이 있다.In addition, when polycrystalline silicon is formed by the MIC method in the crystallization method, an object of the present invention is to prevent a decrease in electrical characteristics due to metal contamination in the channel region of the polycrystalline silicon thin film transistor.
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 사용하는 액정 표시장치의 제작 공정을 나타내는 공정도.1A to 1E are process drawings showing a manufacturing process of a liquid crystal display device using a polycrystalline silicon thin film transistor according to the prior art.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정 표시장치의 제작 공정을 나타내는 공정도.2A to 2E are process charts showing a manufacturing process of the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3g는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시장치의 제작 공정을 나타내는 공정도.3A to 3G are process drawings showing the manufacturing process of the liquid crystal display device according to the second embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 제 2 실시예의 다른 공정을 나타내는 공정도.4A to 4B are process diagrams showing another process of the second embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따라 제작된 박막 트랜지스터의 전류-전압 특성을 나타내는 도면.5 is a diagram showing current-voltage characteristics of a thin film transistor fabricated according to embodiments of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
50 : 게이트 전극 52 : 절연막50 gate electrode 52 insulating film
54 : 순수 비정질 실리콘 56 : 불순물 비정질 실리콘54: Pure Amorphous Silicon 56: Impurity Amorphous Silicon
56 : 비정질 실리콘 60 : 소스 전극56 amorphous silicon 60 source electrode
62 : 드레인 전극 64 : 보호막62 drain electrode 64 protective film
68 : 화소전극 86 : 식각 방지막68 pixel electrode 86 etching prevention film
6 : 직류 고압전원6: DC high voltage power supply
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 상의 소정의 위치에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극과 노출된 기판 상에 절연막을 증착하는 단계와; 상기 절연막 상에 순수 비정질 실리콘을 증착하는 단계와; 상기 순수 비정질 실리콘 상에 불순물 실리콘을 형성하는 단계와; 상기 불순물 비정질 실리콘 상부에 촉매 금속을 입히는 단계와; 상기 촉매 금속이 입힌 불순물 비정질 실리콘 상부 소정 위치의 양단에 직류 전압을 인가하여 상기 순수 비정질 실리콘 및 상기 불순물 비정질 실리콘을 순수 다결정 실리콘 및 불순물 다결정 실리콘으로 결정화하는 단계와; 상기 결정화된 순수 다결정 실리콘 및 불순물 다결정 실리콘을 상기 게이트 전극을 중심으로 아일랜드로 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝된 아일랜드 상부에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극을 마스크로 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 위치하는 불순물 다결정 실리콘을 식각하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 제조방법에 관해 개시하고 있다.In order to achieve the above object, the present invention includes the steps of providing a substrate; Forming a gate electrode at a predetermined position on the substrate; Depositing an insulating film on the gate electrode and the exposed substrate; Depositing pure amorphous silicon on the insulating film; Forming impurity silicon on the pure amorphous silicon; Coating a catalyst metal on the impurity amorphous silicon; Applying a direct current voltage to both ends of a predetermined position on the impurity amorphous silicon coated with the catalytic metal to crystallize the pure amorphous silicon and the impurity amorphous silicon into pure polycrystalline silicon and impurity polycrystalline silicon; Patterning the crystallized pure polycrystalline silicon and the impurity polycrystalline silicon into an island around the gate electrode; Forming a source and a drain electrode over the patterned island; A method of fabricating a thin film transistor including etching an impurity polycrystalline silicon positioned between the source and drain electrodes using the source and drain electrodes as a mask is disclosed.
또한, 본 발명에서는 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 상의 소정의 위치에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극과 노출된 기판 상에 절연막을 증착하는 단계와; 상기 절연막 상에 순수 비정질 실리콘을 증착하는 단계와; 상기 순수 비정질 실리콘 상에 불순물 실리콘을 형성하는 단계와; 상기 불순물 비정질 실리콘 상부에 촉매 금속을 입히는 단계와; 상기 촉매금속을 입힌 불순물 비정질 실리콘 상부 소정 위치의 양단에 직류 전압을 인가하여 상기 순수 비정질 실리콘 및 상기 불순물 비정질 실리콘을 순수 다결정 실리콘 및 불순물 다결정 실리콘으로 결정화하는 단계와; 상기 결정화된 순수 다결정 실리콘 및 불순물 다결정 실리콘을 상기 게이트 전극을 중심으로 아일랜드로 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝된 아일랜드 상부에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극을 마스크로 상기 소스 및 드레인 전극 사이에 위치하는 불순물 다결정 실리콘을 식각하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극과 상기 소스 및 드레인 전극에 의해 노출된 부분의 전면에 걸쳐 보호막을 증착하고, 상기 드레인 전극의 일부분이 노출되도록 패터닝하는 단계와; 상기 보호막 상에 형성된 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시장치 제조방법에 관해 개시하고 있다.In addition, the present invention comprises the steps of providing a substrate; Forming a gate electrode at a predetermined position on the substrate; Depositing an insulating film on the gate electrode and the exposed substrate; Depositing pure amorphous silicon on the insulating film; Forming impurity silicon on the pure amorphous silicon; Coating a catalyst metal on the impurity amorphous silicon; Applying a direct current voltage to both ends of a predetermined position on the impurity amorphous silicon coated with the catalytic metal to crystallize the pure amorphous silicon and the impurity amorphous silicon into pure polycrystalline silicon and impurity polycrystalline silicon; Patterning the crystallized pure polycrystalline silicon and the impurity polycrystalline silicon into an island around the gate electrode; Forming a source and a drain electrode over the patterned island; Etching the impurity polycrystalline silicon positioned between the source and drain electrodes using the source and drain electrodes as a mask; Depositing a protective film over the entire surface of the source and drain electrodes and portions exposed by the source and drain electrodes, and patterning a portion of the drain electrode to be exposed; A method of manufacturing a liquid crystal display device including forming a pixel electrode in contact with the drain electrode through a contact hole formed on the passivation layer is disclosed.
그리고, 본 발명에서는 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 상의 소정의 위치에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극과 노출된 기판 상에 절연막 및 순수 비정질 실리콘을 연속으로 증착하는 단계와; 상기 게이트 전극 상부 상기 순수 비정질 실리콘 상에 식각 방지막을 형성하는 단계와; 상기 식각 방지막 및 순수 비정질 실리콘 상에 불순물 비정질 실리콘을 형성하는 단계와; 상기 불순물 비정질 실리콘 상부 소정 위치의 양단에 직류 전압을 인가하여 상기 순수 비정질 실리콘 및 상기 불순물 비정질 실리콘을 순수 다결정 실리콘 및 불순물 다결정 실리콘으로 결정화하는 단계와; 상기 순수 비정질 실리콘을 증착하는 단계와 상기 전압을 인가하는 단계 사이에 촉매 금속을 입히는 단계와; 상기 결정화된 순수 다결정 실리콘 및 불순물 다결정 실리콘을 상기 게이트 전극을 중심으로 아일랜드로 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝된 아일랜드 상부에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 제조방법에 관해 개시하고 있다.In addition, the present invention comprises the steps of providing a substrate; Forming a gate electrode at a predetermined position on the substrate; Continuously depositing an insulating film and pure amorphous silicon on the gate electrode and the exposed substrate; Forming an etch stop layer on the pure amorphous silicon on the gate electrode; Forming impurity amorphous silicon on the etch stop layer and pure amorphous silicon; Applying a DC voltage to both ends of a predetermined position on the impurity amorphous silicon to crystallize the pure amorphous silicon and the impurity amorphous silicon into pure polycrystalline silicon and impurity polycrystalline silicon; Coating a catalytic metal between depositing said pure amorphous silicon and applying said voltage; Patterning the crystallized pure polycrystalline silicon and the impurity polycrystalline silicon into an island around the gate electrode; A method of fabricating a thin film transistor including forming a source and a drain electrode on the patterned island is disclosed.
이하, 첨부된 도면과 실시예들을 참조하여 본발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and embodiments will be described the present invention in detail.
제 1 실시예First embodiment
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 1 실시예에 따라 제작된 액정 표시장치의 제작 공정을 도시한 도면이다.2A through 2E are diagrams illustrating a manufacturing process of a liquid crystal display device manufactured according to a first embodiment of the present invention.
도 2a에 도시된 도면부터 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail from the drawing shown in Figure 2a as follows.
먼저 기판(1) 상의 소정의 위치에 게이트 전극(50)을 형성한후, 절연막(52)과 순수 비정질 실리콘(54) 및 불순물 비정질 실리콘(56)을 소정의 두께로 연속 증착한다. 상기 절연막(52)은 실리콘 질화막(SiNx), TEOS(Tetra Ethoxy Silane) 등이 사용될 수 있고, 바람직 하게는 실리콘 산화막(SiO2)이 사용된다.First, the gate electrode 50 is formed at a predetermined position on the substrate 1, and then the insulating film 52, pure amorphous silicon 54 and impurity amorphous silicon 56 are continuously deposited to a predetermined thickness. The insulating film 52 may be a silicon nitride film (SiN x ), TEOS (Tetra Ethoxy Silane), or the like, and preferably, a silicon oxide film (SiO 2 ) is used.
또한, 상기 불순물 비정질 실리콘(56)은 상기 순수 비정질 실리콘(54) 증착후에, 상기 순수 비정질 실리콘 증착시에 3족 내지 5족의 원소를 포함하는 가스, 즉, PH3, 내지 B2H6를 미량 첨가하여 형성한다.In addition, the impurity amorphous silicon 56 is a gas containing elements of Groups 3 to 5 at the time of the pure amorphous silicon deposition, after deposition of the pure amorphous silicon 54, that is, PH 3 , to B 2 H 6 It is formed by adding a small amount.
이후, 상기 불순물 비정질 실리콘(56) 상부에 금속(미도시) 처리를 한다. 상기 금속 처리는 스퍼터(sputter), 진공 증발 증착기(evaporater), 또는, 금속 용액(metal solution) 등으로 가능하다.Thereafter, a metal (not shown) treatment is performed on the impurity amorphous silicon 56. The metal treatment may be performed by a sputter, a vacuum evaporator, a metal solution, or the like.
바람직 하게는, 상기 금속 처리에 사용되는 금속물질은 니켈(Ni), 납(Pb), 코발트(Co) 등이 가능하다.Preferably, the metal material used for the metal treatment may be nickel (Ni), lead (Pb), cobalt (Co) and the like.
도 2b는 본 발명에서 가장 핵심적인 부분이다. 즉, 상기 도 2a 공정에서 연속 증착된 상기 순수 비정질 실리콘(54)과 불순물 비정질 실리콘(56)을 결정화 하는 단계인 것이다.2b is the most essential part of the present invention. That is, the pure amorphous silicon 54 and the impurity amorphous silicon 56 continuously deposited in the process of FIG. 2A are crystallized.
본 발명에 사용된 결정화 방법은 종래의 MIC(metal induced crystallization) 방법에서 진보된 방법으로, 상기 MIC 방법에 의해 결정화를 진행할 경우 고온, 장시간의 열처리 시간이 소요되는 단점을 보완하기 위해, 본 발명에서는 직류의 고 전압(6)을 상기 금속 처리된 박막에 인가함으로서, 결정화 시간 및 결정화에 필요한 온도를 낮추는 것이다. 상기 금속 처리에 사용되는 금속을 촉매 금속이라 부르기도 한다.The crystallization method used in the present invention is an advanced method in the conventional MIC (metal induced crystallization) method, in order to compensate for the disadvantage that takes a high temperature, a long heat treatment time when the crystallization by the MIC method, in the present invention By applying a high voltage 6 of direct current to the metallized thin film, the crystallization time and the temperature required for crystallization are lowered. The metal used for the metal treatment is also called a catalytic metal.
이하, 상기의 본 발명에 따른 결정화 방법을 전계 인가 금속 유도 결정화 방법(Field Enhanced MIC : FE-MIC)이라 칭한다.Hereinafter, the crystallization method according to the present invention is referred to as a field applied metal induced crystallization method (Field Enhanced MIC: FE-MIC).
또한, 종래는 다결정 실리콘을 사용하여 박막 트랜지스터를 제작할 경우에 그 구성이 매우 복잡한 공면형의 구조를 선택 하였으나, 본 발명에서는 그 구성이 매우 간단하고, 제조 공정이 수월한 역 스태거드형으로 박막 트랜지스터를 제작하였다.In addition, conventionally, when fabricating a thin film transistor using polycrystalline silicon, a coplanar structure having a very complicated structure was selected. However, in the present invention, the thin film transistor is a reverse staggered type which is very simple in structure and easy to manufacture. Produced.
즉, 상기 FE-MIC 방법에 의해 상기 순수 비정질 실리콘(54) 및 상기 불순물 비정질 실리콘(56)을 동시에 결정화 하여, 순수 다결정 실리콘(54') 및 불순물 다결정 실리콘(56')을 형성한다.That is, the pure amorphous silicon 54 and the impurity amorphous silicon 56 are simultaneously crystallized by the FE-MIC method to form pure polycrystalline silicon 54 'and impurity polycrystalline silicon 56'.
도 2c는 상기 도 2b에서 형성한 다결정 실리콘(54'. 56')을 아일랜드(58)로 패터닝 하는 단계이다. 상기 아일랜드(58)는 상기 게이트 전극(50)을 덮는 형태로 구성된다.FIG. 2C is a step of patterning the polycrystalline silicon 54 '. 56' formed in FIG. 2B with an island 58. Referring to FIG. The island 58 is configured to cover the gate electrode 50.
도 2d는 상기 아일랜드(58)에 전극을 형성하는 단계로, 소스 및 드레인 전극(60, 62)을 형성한다. 상기 소스 및 드레인 전극(60, 62) 형성후에, 소스 및 드레인 전극(60, 62)을 마스크로 하여, 상기 상기 소스 전극(60)과 상기 드레인 전극(62) 사이(A)에 존재하는 불순물 다결정 실리콘(57)을 제거한다. 이는 상기 소스 전극(60)과 상기 드레인 전극(62) 사이에 흐르는 누설전류를 막기 위함이다. 상기와 같이 백 채널(back channel)부분 A를 식각하는 박막 트랜지스터의 구조를 흔히 백 채널 식각형 박막 트랜지스터(back channel etching TFT ; BCE TFT)라고 부른다.FIG. 2D illustrates forming electrodes on the islands 58 to form source and drain electrodes 60 and 62. After the source and drain electrodes 60 and 62 are formed, the impurity polycrystal existing between the source electrode 60 and the drain electrode 62 (A) using the source and drain electrodes 60 and 62 as a mask. Silicon 57 is removed. This is to prevent leakage current flowing between the source electrode 60 and the drain electrode 62. As described above, the structure of the thin film transistor which etches the back channel portion A is commonly referred to as a back channel etching TFT (BCE TFT).
상술한 도 2d 공정에서 역 스테거드형 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 완성되게 된다.In the above-described FIG. 2D process, the inverted staggered polycrystalline silicon thin film transistor is completed.
도 2e에 도시된 도면은 상기 박막 트랜지스터를 적용한 액정 표시장치를 나타내는 단면도 이다. 상기 도 2d에서 형성된 박막 트랜지스터와 기판 상의 전면에 걸쳐 보호막(64)을 증착한후, 상기 드레인 전극(62)의 일부가 노출되도록 콘택홀(65)을 형성한다. 그리고, 상기 콘택홀(65)을 통해 상기 드레인 전극(62)과 접촉하는 화소전극(68)을 형성한다.2E is a cross-sectional view illustrating a liquid crystal display device to which the thin film transistor is applied. After the deposition of the passivation layer 64 over the entire surface of the thin film transistor and the substrate formed in FIG. 2D, a contact hole 65 is formed to expose a portion of the drain electrode 62. The pixel electrode 68 is formed to contact the drain electrode 62 through the contact hole 65.
상술한 방법에 의해 박막 트랜지스터 및 액정 표시장치를 제작할 경우에, 상기 순수 비정질 실리콘 및 불순물 비정질 실리콘을 동시에 결정화 할 수 있기 때문에 제작 공정이 간단한 장점이 있다.When the thin film transistor and the liquid crystal display are manufactured by the above-described method, since the pure amorphous silicon and the impurity amorphous silicon can be simultaneously crystallized, the manufacturing process is simple.
또한, 역 스테거드형 박막 트랜지스터를 액정 표시장치에 적용함으로써, 기존의 생산 설비를 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다.In addition, by applying an inverted staggered thin film transistor to a liquid crystal display, there is an advantage that the existing production equipment can be used as it is.
제 2 실시예Second embodiment
제 1 실시예에서 상술한 바와 같이 박막 트랜지스터에서 백 채널 식각형 박막 트랜지스터(이하 BCE TFT라 칭함)는 절연막과 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘을 연속으로 증착하기 때문에, 대기에 의한 오염을 최소화 할 수 있는 구조이나, 백 채널의 식각시에 실제적으로 전류가 흐르는 채널부분이 과식각 될 수 있는 가능성이 높다.As described above in the first embodiment, the back channel etch thin film transistor (hereinafter referred to as a BCE TFT) in the thin film transistor continuously deposits an insulating film, amorphous silicon, and impurity amorphous silicon, thereby minimizing air pollution. When etching the back channel, the structure, or the portion of the channel where the current actually flows, is likely to be overetched.
따라서, 상술한 본 발명의 제 1 실시예는 역 스테거드형 구조의 BCE TFT를 사용하는 액정 표시장치에 관해 기술하였으나, 본 발명의 제 2 실시예에서는 식각 방지형 박막 트랜지스터(Etch-stopper TFT : 이하 ES TFT라 칭함)를 적용한 액정 표시장치에 관해 상세히 설명한다.Therefore, the above-described first embodiment of the present invention describes a liquid crystal display device using a BCE TFT having an inverted staggered structure, but in the second embodiment of the present invention, an etch-stopper TFT: Hereinafter, a liquid crystal display device to which an ES TFT is applied will be described in detail.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정 표시장치의 제조공정을 나타내는 단면도 있다.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 3a에 도시된 도면은 기판(1) 상에 게이트 전극(80)을 형성하고 연속으로 절연막(82)과 순수 비정질 실리콘(84)을 형성한다.3A forms a gate electrode 80 on the substrate 1 and subsequently forms an insulating film 82 and pure amorphous silicon 84.
이후, 도 3b와 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 순수 비정질 실리콘(84) 상부에 식각 방지막(86)을 형성한후, 상기 순수 비정질 실리콘(84)을 금속 처리한다.3B and 3C, after the etch stop layer 86 is formed on the pure amorphous silicon 84, the pure amorphous silicon 84 is subjected to metal treatment.
다음 공정으로, 도 3d에 도시된 바와 같이 상기 금속 처리된 순수 비정질 실리콘(84)과 상기 식각 방지막(86) 상부에 불순물 비정질 실리콘을 증착한 후, 직류 고전압(6)을 상기 불순물 비정질 실리콘(88) 표면에 인가하여 결정화한다.Next, as shown in FIG. 3D, impurity amorphous silicon is deposited on the metal-treated pure amorphous silicon 84 and the etch stop layer 86, and then a DC high voltage 6 is applied to the impurity amorphous silicon 88. ) Crystallized by application to the surface.
상기 금속 처리공정은 대표적으로 상기 순수 비정질 실리콘(84) 상의 상기 식각 방지막(86) 형성 이후에 실시 하였으나, 상기 식각 방지막(86) 형성 전이나, 상기 불순물 비정질 실리콘(88) 형성후에도 가능하다. 즉, 상기 금속 처리공정은 상기 순수 비정질 실리콘(84) 증착 공정과 상기 불순물 비정질 실리콘(88) 증착 이후 전압 인가공정 사이의 공정에서 모두 가능하다.The metal treatment process is typically performed after the formation of the etch stop layer 86 on the pure amorphous silicon 84, but may be performed before the formation of the etch stop layer 86 or after the formation of the impurity amorphous silicon 88. In other words, the metal treatment may be performed in a process between the pure amorphous silicon deposition process and the impurity amorphous silicon deposition process, followed by a voltage application process.
이 때, 상기 불순물 비정질 실리콘(88)을 이온 도핑으로 대처할 수 있다.At this time, the impurity amorphous silicon 88 can be coped with by ion doping.
도 4a는 상기 도 3c에 도시된 식각 방지막(86) 형성후에 이온 도핑하는 공정을 도시한 도면이다. 여기서 상기 도 3c의 식각 방지막(86)은 도 4a에서는 도핑 방지막(ion stopper)으로 기능을 하게 된다.FIG. 4A is a view illustrating a process of ion doping after the formation of the etch stop layer 86 shown in FIG. 3C. Here, the etch stop layer 86 of FIG. 3C functions as an anti-doping layer in FIG. 4A.
그리고, 상기 도 4b는 상기 이온 도핑공정 이후 전압을 인가하는 공정을 도시한 도면으로, 상기의 공정에서 결정화는 이루어진다.4B illustrates a process of applying a voltage after the ion doping process, and crystallization is performed in the above process.
즉, 상술한 불순물 비정질 실리콘(88)과 상기 이온 도핑 공정은 공정상의 다른점은 있으나, 그 기능적인 면에서는 이후 형성될 전극과 반도체층과의 저항 접촉(ohmic contact)으로서 기능을 하게 된다.That is, the above-described impurity amorphous silicon 88 and the ion doping process have a difference in process, but in terms of their function, they function as ohmic contacts between the electrode to be formed and the semiconductor layer.
도 3e는 상기 결정화 공정(도 3d, 도 4b)에서 결정화된 다결정 실리콘을 아일랜드로 패터닝한후, 박막 트랜지스터(S)를 형성하는 공정이다.3E is a step of forming the thin film transistor S after patterning the polycrystalline silicon crystallized in the crystallization process (FIGS. 3D and 4B) with an island.
즉, 상기 결정화 공정에서 형성된 순수 다결정 실리콘을 액티브층(84')으로 하고, 불순물 다결정 실리콘을 저항 접촉층(88')하는 아일랜드 형성후, 소스 전극(90) 및 드레인 전극(92)을 각각 형성한다. 이후 상기 식각 방지막(86) 상에 존재하는 불순물 다결정 실리콘을 제거함으로서 박막 트랜지스터는 형성되게 되게되는 것이다.That is, the source electrode 90 and the drain electrode 92 are formed, respectively, after forming islands in which the pure polycrystalline silicon formed in the crystallization process is the active layer 84 'and the impurity polycrystalline silicon is formed in the ohmic contact layer 88'. do. Thereafter, the thin film transistor is formed by removing the impurity polycrystalline silicon existing on the etch stop layer 86.
도 3f 내지 도 3g는 상기 박막 트랜지스터(S) 형성후에 액정 표시장치를 제조하는 공정을 도시한 도면이다.3F to 3G illustrate a process of manufacturing a liquid crystal display after forming the thin film transistor S. Referring to FIG.
즉, 도 3f는 상기 박막 트랜지스터(S) 상부에 보호막(94)을 증착하고, 상기 드레인 전극(92)의 일부가 노출되도록 콘택홀을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.That is, FIG. 3F illustrates a step of depositing a passivation layer 94 on the thin film transistor S and forming a contact hole to expose a portion of the drain electrode 92.
이후, 도 3g에 나타낸 바와 같이 투명한 도전전극을 증착하고, 패터닝하여 상기 드레인 전극(92) 상부 보호막(94)에 형성된 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극(92)과 접촉하는 화소전극(96)을 형성함으로서, 액정 표시장치는 형성되게 된다.Thereafter, as illustrated in FIG. 3G, a transparent conductive electrode is deposited and patterned to form the pixel electrode 96 contacting the drain electrode 92 through a contact hole formed in the upper passivation layer 94 of the drain electrode 92. By doing so, a liquid crystal display device is formed.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 FE-MIC의 다결정 실리콘 박막 트랜지스터의 전류-전압 특성을 나타내는 도면이다.5 is a diagram showing current-voltage characteristics of a polycrystalline silicon thin film transistor of FE-MIC fabricated according to an embodiment of the present invention.
도 5에서 나타난 바와 같이 FE-MIC 방법의 결정화로 박막 트랜지스터를 형성할 경우 온/오프의 스위칭 동작이 뚜렸히 구분되는 특성을 보이고 있다.As shown in FIG. 5, when the thin film transistor is formed by crystallization of the FE-MIC method, switching on / off is clearly distinguished.
즉, 역 스테거드형 다결정 박막 트랜지스터를 액정 표시장치에 적용 가능하다는 결론을 얻을 수 있다.That is, it can be concluded that the inverted staggered polycrystalline thin film transistor can be applied to the liquid crystal display.
본 발명의 실시예들에 따른 박막 트랜지스터 및 상기 박막 트랜지스터를 액정 표시장치에 적용할 경우 다음과 같은 특징이 있다.When the thin film transistor and the thin film transistor according to the embodiments of the present invention are applied to a liquid crystal display, the following features are provided.
첫째, 순수 비정질 실리콘 및 불순물 비정질 실리콘을 동시에 결정화 할 수 있으므로, 결정화 시간을 단축 할 수 있는 장점이 있다.First, since pure amorphous silicon and impurity amorphous silicon can be crystallized at the same time, there is an advantage that the crystallization time can be shortened.
둘째, 다결정 실리콘으로의 결정화와 동시에 활성화가 이루어지기 때문에 공정시간이 단축되는 장점이 있다.Second, since the activation is made at the same time as the crystallization to polycrystalline silicon, there is an advantage that the process time is shortened.
셋째, 역 스테거드형 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 액정 표시장치에 적용할 경우, 생산 설비의 추가없이 기존 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 액정 표시장치의 공정 설비를 그대로 이용하여 제작할 수 있는 장점이 있다.Third, when the inverted staggered polycrystalline silicon thin film transistor is applied to the liquid crystal display device, there is an advantage that it can be manufactured using the process equipment of the existing amorphous silicon thin film transistor liquid crystal display device without additional production equipment.
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