KR20020076932A - Method for manufacturing of thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 박막 트랜지스터의 성능 및 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 트랜지스터의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor (TFT), and more particularly, to a method of manufacturing a thin film transistor capable of improving the performance and productivity of the thin film transistor.
근래에 고품위 TV(high definition TV : HDTV) 등의 새로운 첨단 영상기기가 개발됨에 따라 평판 표시기에 대한 요구가 대두되고 있다. LCD는 평판 표시기의 대표적인 기술로써 ELD(Electro Luminescence Display), VFD(Vacuum Fluorescence Display), PDP(Plasma Display Panel) 등이 해결하지 못한 저전력화, 고속화 등의 문제를 가지고 있지 않다.Recently, with the development of new high-tech video devices such as high definition TVs (HDTVs), there is a demand for flat panel displays. LCD is a representative technology of flat panel display and does not have problems such as low power and high speed which ELD (Electro Luminescence Display), VFD (Vacuum Fluorescence Display) and PDP (Plasma Display Panel) cannot solve.
이와 같은 LCD는 크게 수동형과 능동형의 두 가지 형태로 나누어지는데, 능동형 LCD는 각 화소 하나 하나를 박막트랜지스터와 같은 능동소자가 제어하도록 되어 있어 속도, 시야각 그리고 대조비(contrast)에 있어서, 수동형 LCD보다 훨씬 뛰어나 100만 화소 이상의 해상도를 필요로 하는 HDTV에 가장 적합한 표시기로 사용되고 있다. 이에 따라, TFT의 중요성이 부각되면서 이에 대한 연구개발이 심화되고 있다.These LCDs are divided into two types, passive and active. Active LCDs are controlled by active elements such as thin film transistors so that each pixel is controlled in terms of speed, viewing angle, and contrast. It is used as the best indicator for HDTV that requires excellent resolution of 1 million pixels or more. Accordingly, as the importance of TFTs is highlighted, R & D on them is intensifying.
현재 LCD 등에서 화소전극의 선택적 구동을 위해 전기적 스위칭 소자로 사용되는 TFT에 대한 연구개발은 수율 향상 및 생산성 개선에 의한 제조 코스트의 절감에 초점을 맞추어 TFT의 구조개선, 비정질 또는 다결정 실리콘의 특성향상, 전극의 오옴성 접촉저항 및 단선/단락 방지 등에 집중되고 있다. 이중, 비정질 실리콘 TFT의 기술은 대면적, 저가격, 양산성을 이유로 더 많은 연구가 이루어지고 있다.Currently, research and development on TFTs, which are used as electrical switching elements for selective driving of pixel electrodes in LCDs, focus on improving the structure of TFTs, improving the characteristics of amorphous or polycrystalline silicon, The focus is on ohmic contact resistance of electrodes and prevention of disconnection and short circuit. Of these, more research is being conducted on the technology of amorphous silicon TFT because of its large area, low cost, and mass productivity.
일반적으로 제조라인에서 사용되는 비정질 TFT는 게이트의 구조에 따라 크게 두 종류로 나누어진다. 그 하나는 역 스택형이라고도 불리 우는 바텀 게이트(bottom gate)형이며, 다른 하나는 정 스택형이라고도 불리 우는 탑 게이트(top gate)형이다.In general, amorphous TFTs used in manufacturing lines are largely divided into two types depending on the structure of the gate. One is a bottom gate type, also called reverse stack type, and the other is a top gate type, also called forward stack type.
상기 바텀 게이트형은 기판 상에 게이트 전극을 먼저 형성하는 것으로 주종을 이루고 있다. 한편, 탑 게이트형은 최초에 박막 트랜지스터의 소오스/드레인 전극을 형성하는 것으로, 현실적으로 누설전류가 크고 양산성이 결여되는 등의 이유로 많이 사용되지 않고 있다.The bottom gate type is mainly formed by first forming a gate electrode on a substrate. On the other hand, the top gate type first forms the source / drain electrodes of the thin film transistor, and is not used much because of the fact that the leakage current is large and the productivity is not sufficient.
상기 바텀 게이트형은 다시 두 종류로 구분된다. 그 하나는 BCE(Back Channel Etch) 타입의 TFT이고, 다른 하나는 ES(Etch Stopper) 타입의 TFT이다.The bottom gate type is divided into two types. One is TFT of BCE (Back Channel Etch) type and the other is TFT of ES (Etch Stopper) type.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 박막 트랜지스터의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a manufacturing method of a conventional thin film transistor will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 ES 타입의 박막 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional ES type thin film transistor.
도 1a에 도시한 바와 같이 투명한 하부 절연 기판(10)상에 제 1 마스크를 이용하여 게이트 전극(11)을 형성하고, 상기 게이트 전극(11)을 포함한 기판(10) 전면에 게이트 절연막(12)과 비정질 실리콘층(13)을 차례로 증착한다.As shown in FIG. 1A, the gate electrode 11 is formed on the transparent lower insulating substrate 10 by using a first mask, and the gate insulating layer 12 is formed on the entire surface of the substrate 10 including the gate electrode 11. And the amorphous silicon layer 13 are sequentially deposited.
도 1b에 도시한 바와 같이 상기 비정질 실리콘층(13)상에 SiNX재질의 에치 스토퍼층(14)을 증착한 후, 제 2 마스크를 이용한 식각공정을 통해 상기 에치 스토퍼층(14)을 선택적으로 제거하여 에치 스토퍼 패턴(14a)을 형성한다.As illustrated in FIG. 1B, an etch stopper layer 14 of SiN X material is deposited on the amorphous silicon layer 13, and then the etch stopper layer 14 is selectively subjected to an etching process using a second mask. By removing, the etch stopper pattern 14a is formed.
도 1c에 도시한 바와 같이 상기 기판(10) 전면을 HF 용액으로 세정하고, 상기 에치 스토퍼 패턴(14a)을 포함한 게이트 절연층(12)상에 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 공정으로 n+비정질 실리콘층이나 미세 결정질 실리콘층(15)을 증착한다.As shown in FIG. 1C, the entire surface of the substrate 10 is cleaned with an HF solution, and n + amorphous on the gate insulating layer 12 including the etch stopper pattern 14a by a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) process. A silicon layer or fine crystalline silicon layer 15 is deposited.
그리고 제 3 마스크를 이용한 식각공정을 통해 비정질 실리콘(13)과 n+비정질 실리콘층이나 미세 결정질 실리콘층(15)을 제거하여 반도체층(13a)과 n+반도체층(15a)을 형성한다.The semiconductor layer 13a and the n + semiconductor layer 15a are formed by removing the amorphous silicon 13 and the n + amorphous silicon layer or the microcrystalline silicon layer 15 through an etching process using a third mask.
이어, 도면에는 도시하지 않았지만 제 4 마스크를 이용한 식각공정을 통해 패드부위의 게이트 전극이 소정부분 노출되도록 콘택홀을 형성한다.Next, although not shown in the drawing, a contact hole is formed to expose a predetermined portion of the gate electrode on the pad portion through an etching process using a fourth mask.
도 1d에 도시한 바와 같이 상기 n+반도체층(115a)을 포함한 게이트 절연막(12)상에 ITO층(16)을 증착하고, 제 5 마스크를 이용한 식각공정을 통해 상기 ITO층(16)을 선택적으로 제거하여 상기 게이트 절연막(12)상에 화소전극(16a)을 형성한다.As shown in FIG. 1D, the ITO layer 16 is deposited on the gate insulating layer 12 including the n + semiconductor layer 115a, and the ITO layer 16 is selectively selected through an etching process using a fifth mask. And the pixel electrode 16a is formed on the gate insulating film 12.
도 1e에 도시한 바와 같이 상기 화소전극(16a)을 포함한 전면에 스퍼터닝 공정으로 금속층(17)을 증착한 후, 제 6 마스크를 이용한 식각 공정으로 상기 에치 스토퍼 패턴(14a)이 소정부분 노출되도록 상기 금속층(17)과 n+반도체층(5a)을 선택적으로 제거하여 소오스/드레인 전극(17a)을 형성한다.As shown in FIG. 1E, the metal layer 17 is deposited on the entire surface including the pixel electrode 16a by a sputtering process, and then a portion of the etch stopper pattern 14a is exposed by an etching process using a sixth mask. The metal layer 17 and the n + semiconductor layer 5a are selectively removed to form a source / drain electrode 17a.
도 1f에 도시한 바와 같이 상기 소오스/드레인 전극(17a)을 포함한 기판(10) 전면에 보호층(18)을 증착하고, 제 7 마스크를 이용한 식각공정을 이용하여 보호층 패턴(18)을 형성한다. 이때, 상기 보호층(18)은 PVX이다.As shown in FIG. 1F, the protective layer 18 is deposited on the entire surface of the substrate 10 including the source / drain electrodes 17a, and the protective layer pattern 18 is formed by an etching process using a seventh mask. do. At this time, the protective layer 18 is PVX.
여기서, 상기 ES 타입은 백 채널(Back Channel)부의 열화 요소가 없어 TFT 특성면에서 우수하고, 반도체층으로 이용되는 비정질 실리콘을 얇게 형성할 수 있다.Here, the ES type is excellent in TFT characteristics because there is no deterioration element in the back channel portion, and thus, an amorphous silicon used as a semiconductor layer can be formed thinly.
도 2a 내지 도 2d는 종래의 BCE 타입의 박막 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional BCE type thin film transistor.
도 2a에 도시한 바와 같이 투명한 하부 절연 기판(20)상에 제 1 마스크를 이용하여 게이트 전극(21)을 형성하고, 상기 게이트 전극(21)을 포함한 기판(20) 전면에 제 2 마스크를 이용한 식각 공정을 이용하여 게이트 절연층(22), 비정질 실리콘 재질의 반도체층(23)과 n+반도체층(예컨대, n+비정질 실리콘층이나 미세 결정질 실리콘층)(24)을 순차적으로 증착한다. 이때, 상기 n+반도체층(24)은 PECVD 공정을 이용한다.As shown in FIG. 2A, the gate electrode 21 is formed on the transparent lower insulating substrate 20 by using the first mask, and the second mask is used on the entire surface of the substrate 20 including the gate electrode 21. By using an etching process, the gate insulating layer 22, the semiconductor layer 23 made of amorphous silicon, and the n + semiconductor layer (eg, an n + amorphous silicon layer or a microcrystalline silicon layer) 24 are sequentially deposited. In this case, the n + semiconductor layer 24 uses a PECVD process.
도 2b에 도시한 바와 같이 상기 n+반도체층(24)상에 금속층(25)을 증착한 후, 제 3 마스크를 이용하여 상기 금속층(25)을 식각하여 소오스/드레인 전극(25a)을 형성한다. 그리고 상기 반도체층(23)이 소정부분 노출되도록 n+반도체층(24)을 선택적으로 제거한다.As shown in FIG. 2B, after depositing the metal layer 25 on the n + semiconductor layer 24, the metal layer 25 is etched using a third mask to form a source / drain electrode 25a. . The n + semiconductor layer 24 is selectively removed so that the semiconductor layer 23 is exposed to a predetermined portion.
도 2c에 도시한 바와 같이 상기 소오스/드레인 전극(25a)을 포함한 기판(10) 전면에 보호층(26)을 증착한 후, 제 4 마스크를 이용하여 상기 소오스/드레인 전극(25a)중 어느 하나가 소정부분 노출되도록 보호층(26)을 제거하여 콘택홀(27)을 형성한다.As shown in FIG. 2C, after the protective layer 26 is deposited on the entire surface of the substrate 10 including the source / drain electrodes 25a, any one of the source / drain electrodes 25a may be formed using a fourth mask. The protective layer 26 is removed to form a contact hole 27 to expose the predetermined portion.
도 2d에 도시한 바와 같이 상기 콘택홀(27)을 포함한 보호층(26)상에 ITO(28)을 증착한 후, 제 5 마스크를 이용하여 상기 보호층(26)상의 소정부분에 픽셀 전극(28a)을 형성한다.As shown in FIG. 2D, the ITO 28 is deposited on the protective layer 26 including the contact hole 27, and then a pixel electrode (or a pixel electrode) is formed on a predetermined portion of the protective layer 26 using a fifth mask. 28a).
따라서, BCE 타입은 제 5 마스크 공정을 이용하므로 생산성 측면에서 ES 타입보다 우수하다.Therefore, the BCE type is superior to the ES type in terms of productivity since it uses the fifth mask process.
그러나 상기와 같은 박막 트랜지스터의 제조방법에 있어서는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the manufacturing method of the thin film transistor as described above has the following problems.
ES 타입의 박막 트랜지스터는 7개의 마스크를 이용하여 공정을 진행하므로 공정 수가 늘고, 공정 진행상의 여러 가지 문제점으로 인해 양산 기술로 적용하는데 많은 제약이 있다.Since the ES type thin film transistor processes the process using seven masks, the number of processes increases, and there are many limitations in application to the mass production technology due to various problems in the process progress.
그리고 BCE 타입의 박막 트랜지스터는 제 5 마스크 공정을 이용하므로 에치 스토퍼 타입의 박막 트랜지스터보다 생산성 측면에서 우수한 장점이 있으나 n+반도체층 식각시 백 채널부위의 반도체층으로 이용되는 비정질 실리콘이 열화되므로 박막 트랜지스터의 성능이 떨어진다.And since the BCE type thin film transistor uses the fifth mask process, there is an advantage in terms of productivity compared to the etch stopper type thin film transistor, but since the amorphous silicon used as the semiconductor layer of the back channel portion during n + semiconductor layer etching is degraded, the thin film transistor Performance drops.
또한, 비정질 실리콘층의 두께를 두껍게 형성해야하므로 광투과율이 낮아 후면 노광 진행시 어려움이 있다.In addition, since the thickness of the amorphous silicon layer must be formed thick, the light transmittance is low, so that there is a difficulty in proceeding the rear exposure.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, ES 타입의 박막 트랜지스터 형성시 마스크 공정 수를 줄여 성능과 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor which can improve the performance and productivity by reducing the number of mask processes when forming an ES type thin film transistor.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 ES 타입의 박막 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정 단면도1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional ES type thin film transistor.
도 2a 내지 도 2d는 종래의 BCE 타입의 박막 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정 단면도2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional BCE type thin film transistor.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정 단면도3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 패트 부위를 나타낸 단면도Figure 4 is a cross-sectional view showing the pad portion according to an embodiment of the present invention
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 기판 101 : 게이트 전극100 substrate 101 gate electrode
102 : 게이트 절연막 103 : 반도체층102 gate insulating film 103 semiconductor layer
104a : 에치 스토퍼 패턴 105 : 콘택홀104a: etch stopper pattern 105: contact hole
106 : n+반도체층 107a : 보호막106: n + semiconductor layer 107a: protective film
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조방법은 기판에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극상에 액티브층으로서 게이트 절연막, 반도체층, 에치 스토퍼층을 순차적으로 형성하는 공정과, 상기 반도체층이 소정부분 노출되도록 에치 스토퍼층을 선택적으로 제거하여 비아홀을 형성하는 공정과, 상기 비아홀을 포함한 에치 스토퍼층상에 선택적으로 n+반도체층과 소오스/드레인 전극을 형성하는 전극과, 상기 소오스/드레인 전극과 연결되도록 선택적으로 픽셀 전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a thin film transistor of the present invention for achieving the above object is a step of forming a gate electrode on a substrate, and sequentially forming a gate insulating film, a semiconductor layer, an etch stopper layer as an active layer on the gate electrode Selectively removing an etch stopper layer to expose a predetermined portion of the semiconductor layer to form a via hole, an electrode for selectively forming an n + semiconductor layer and a source / drain electrode on the etch stopper layer including the via hole; And selectively forming a pixel electrode to be connected to the source / drain electrode.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.Hereinafter, a process cross-sectional view showing a method of manufacturing a thin film transistor of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 패트 부위를 나타낸 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a pad portion according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3a에 도시한 바와 같이 투명한 하부 절연 기판(100)상에 제 1 마스크를이용하여 게이트 전극(101)을 형성하고, 상기 게이트 전극(101)을 포함한 기판(100) 전면에 제 2 마스크를 이용하여 액티브층으로서 게이트 절연막(102), 비정질 실리콘 재질의 반도체층(103) 그리고 PVX 재질의 에치 스토퍼층(104)을 순차적으로 형성한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았지만 오밋 콘택(Ohmi Contact) 부분만을 제외하고 상기 PVX 재질의 에치 스토퍼층(104) 형성하므로 채널 부위를 평탄화할 수 있다.As shown in FIG. 3A, the gate electrode 101 is formed on the transparent lower insulating substrate 100 by using the first mask, and the second mask is used on the entire surface of the substrate 100 including the gate electrode 101. As an active layer, the gate insulating film 102, the semiconductor layer 103 made of amorphous silicon, and the etch stopper layer 104 made of PVX are sequentially formed. In this case, although not shown, the etch stopper layer 104 of the PVX material is formed except for an ohmic contact portion, so that the channel portion may be planarized.
도 3b에 도시한 바와 같이 상기 에치 스토퍼층(104)에 제 3 마스크를 이용하여 후면 노광 공정을 통해 상기 반도체층(103)이 소정부분 노출되도록 콘택홀(105)을 형성함과 동시에 에치 스토퍼 패턴(104a)을 형성한다. 이때, 상기 에치 스토퍼층(104)은 습식식각 공정을 이용하여 선택적으로 제거한다.As shown in FIG. 3B, a contact hole 105 is formed to expose a predetermined portion of the semiconductor layer 103 through a backside exposure process by using a third mask on the etch stopper layer 104 and an etch stopper pattern. Form 104a. In this case, the etch stopper layer 104 is selectively removed using a wet etching process.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이 패드 부위는 게이트 전극(101)과 후 공정에서 형성될 ITO 재질의 픽셀 전극(108a)을 콘택시킨다.Meanwhile, as shown in FIG. 4, the pad portion contacts the gate electrode 101 and the pixel electrode 108a of ITO material to be formed in a later process.
도 3c에 도시한 바와 같이 상기 기판(100) 전면에 HF 용액으로 세정한 후, 상기 콘택홀(105)을 포함한 에치 스토퍼 패턴(104a)상에 n+반도체층(106)을 증착하고, 상기 n+반도체층(106)상에 금속배선층(107)을 순차적으로 증착한다.As shown in FIG. 3C, the entire surface of the substrate 100 is cleaned with an HF solution, and then n + semiconductor layer 106 is deposited on the etch stopper pattern 104a including the contact hole 105. The metallization layer 107 is sequentially deposited on the semiconductor layer 106.
이어, 상기 n+반도체층(106)과 금속배선층(107)에 제 4 마스크 공정을 이용하여 상기 에치 스토퍼 패턴(104a)이 선택적으로 소정부분 노출되도록 상기 금속배선층(107)과 n+반도체층(106)을 동시에 식각하여 소오스/드레인 전극(107a)을 형성하고, 상기 반도체층(103)의 양 에지부상에 n+반도체층(106)을 형성한다.Then, the n + semiconductor layer 106 and the metal wiring layer 107, a fourth mask process using the etch stopper pattern (104a) is selective to the metal wiring layer 107 to expose a predetermined portion of the n + semiconductor layer ( 106 is simultaneously etched to form source / drain electrodes 107a and n + semiconductor layers 106 are formed on both edge portions of the semiconductor layer 103.
도 3d에 도시한 바와 같이 상기 소오스/드레인 전극(107a)을 포함한 기판(100) 전면에 ITO(108)을 증착하고, 제 5 마스크 공정을 이용하여 상기 ITO(108)를 선택적으로 제거하여 상기 소오스/드레인 전극(107a)상의 소정부분에 픽셀 전극(108a)을 형성한다.As shown in FIG. 3D, an ITO 108 is deposited on the entire surface of the substrate 100 including the source / drain electrodes 107a, and the ITO 108 is selectively removed using a fifth mask process to remove the source. The pixel electrode 108a is formed in a predetermined portion on the drain electrode 107a.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 박막 트랜지스터의 제조방법에 의하면, 에치 스토퍼 패턴 형성시 콘택 부위를 동시에 형성하므로 5개 마스크를 이용한 ES 타입의 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다.As described above, according to the method of manufacturing the thin film transistor of the present invention, since the contact portion is formed at the time of forming the etch stopper pattern, an ES type thin film transistor using five masks can be formed.
따라서, 5개의 마스크를 이용하여 에치 스토퍼를 형성하므로 BEC 타입에서 발생하는 백 채널의 열화 포커스를 제거할 수 있고, 박막 트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있다.Therefore, since the etch stopper is formed using five masks, the deterioration focus of the back channel generated in the BEC type can be eliminated, and the characteristics of the thin film transistor can be improved.
또한, 채널부위의 오밋 콘택 부위를 제외한 부분에 PVX 재질을 형성하여 기판을 평탄화할 수 있어 박막 트랜지스터의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the substrate may be planarized by forming a PVX material on a portion other than the ohmic contact portion of the channel portion, thereby improving performance of the thin film transistor.
그리고 에치 스토퍼 형성으로 인해 반도체층으로 이용되는 비정질 실리콘의 두께를 감소시킬 수 있으므로 광투과율을 향상시킬 수 있다.In addition, since the thickness of the amorphous silicon used as the semiconductor layer may be reduced due to the formation of the etch stopper, the light transmittance may be improved.
또한, 종래의 ES 타입의 박막 트랜지스터보다 공정 수를 감소시키므로 생산성을 향상시킬 수 있고, 소오스/드레인 전극상에 선택적으로 ITO 재질을 사용하므로 데이터 오픈(Data Open)을 방지할 수 있다.In addition, productivity can be improved by reducing the number of processes compared to the conventional ES type thin film transistor, and data open can be prevented by selectively using an ITO material on the source / drain electrodes.
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