KR20040061541A - The Manufacturing of Thin Film Transistors Array on Glass - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로 특히, 에치 스토퍼를 이용하여 6마스크 공정으로 폴리 실리콘형 박막 트랜지스터 어레이 기판을 형성하는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a method of manufacturing a thin film transistor array substrate in which a polysilicon thin film transistor array substrate is formed in a six mask process using an etch stopper.
근래에는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display Device)의 여러 형태 중 액티브 매트릭스(Active Matrix) 타입의 박막 트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor) 액정 표시 장치 분야의 발전이 현저하다.Recently, the development of the active matrix type thin film transistor (TFT) liquid crystal display device among the various forms of the liquid crystal display device is remarkable.
액티브 매트릭스 방식의 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)는 표시 장치의 화면을 이루는 개개 화소의 전극을 트랜지스터를 이용하여 조절하는 것으로, 이 때, 트랜지스터는 반도체 박막을 이용하여 기판상에 형성된다.In an active matrix thin film transistor liquid crystal display (TFT LCD), an electrode of an individual pixel forming a screen of a display device is controlled using a transistor. In this case, the transistor is formed on a substrate using a semiconductor thin film.
상기 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(TFT LCD)는 사용되는 반도체 박막의 특성에 따라 비정질 실리콘 타입과 폴리 실리콘 타입으로 크게 나눌 수 있다.The thin film transistor liquid crystal display (TFT LCD) may be roughly divided into an amorphous silicon type and a polysilicon type according to the characteristics of the semiconductor thin film used.
상기 두 경우 모두 공정 비용을 줄이고, 수율을 높이기 위해 공정에서의 노광 단계의 수를 줄이려는 노력이 이루어지고 있는데, 비정질 실리콘의 경우 낮은 온도에서 화학 기상 증착법(CVD: Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 형성할 수 있으므로, 유리기판을 이용하는 액정 표시 장치의 특성상 유리한 점이 있다.In both cases, efforts are being made to reduce the number of exposure steps in the process in order to reduce the process cost and increase the yield. In the case of amorphous silicon, it is formed by using chemical vapor deposition (CVD) at low temperature. In this case, there is an advantage in the characteristics of the liquid crystal display device using the glass substrate.
그러나, 비정질 실리콘의 경우 캐리어의 이동도가 낮기 때문에 빠른 동작 특성을 요하는 구동 회로의 트랜지스터 소자를 형성하는 용도로는 적합하지 않다. 이러한 사실은 액정 표시 장치의 구동을 위한 IC는 별도로 제작하여 액정 패널 주변부에 부착하여 사용해야 한다는 것을 의미하며, 구동 모듈을 위한 공정이 추가되어 액정 표시 장치의 제작비용이 상승하게 된다.However, in the case of amorphous silicon, the carrier mobility is low, and therefore, it is not suitable for forming a transistor element of a driving circuit requiring fast operating characteristics. This fact means that the IC for driving the liquid crystal display device must be manufactured separately and attached to the periphery of the liquid crystal panel, and the manufacturing cost of the liquid crystal display device is increased by adding a process for the driving module.
반면, 폴리 실리콘은 비정질 실리콘에 비해 캐리어의 이동도가 훨씬 크기 때문에 이를 구동 회로용 IC를 제작하여 사용할 수 있다. 그러므로, 폴리 실리콘을 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 형성을 위한 반도체 박막으로 사용할 경우, 일련의 공정을 통해 동일 유리기판에 화소전극을 위한 박막 트랜지스터 소자와 구동 회로용 트랜지스터 소자를 함께 형성할 수 있다.On the other hand, since polysilicon has a much higher carrier mobility than amorphous silicon, it can be used to manufacture an IC for a driving circuit. Therefore, when polysilicon is used as a semiconductor thin film for forming a thin film transistor of a liquid crystal display device, a thin film transistor element for a pixel electrode and a transistor element for a driving circuit can be formed together on a same glass substrate through a series of processes.
이는 액정 표시 장치 제작에서 모듈 공정의 비용을 절감하는 효과를 가져오며 동시에 액정 표시 장치의 소비전력을 낮출 수 있다.This may reduce the cost of the module process in manufacturing the liquid crystal display and at the same time reduce the power consumption of the liquid crystal display.
그러나, 폴리 실리콘을 사용하는 경우, 기판에 폴리 실리콘 박막을 형성하기 위해서는 먼저 비정질 실리콘 박막을 저온 CVD 공정을 통해 형성하고, 여기에 레이저 광선을 조사하는 등의 결정화를 위한 부가 공정이 필요하며, 캐리어 이동도가 높은 만큼 형성된 트랜지스터에서 게이트 전압이 OFF되는 순간 누설 전류가 과도하게 흘러 화소부에서 충분한 전계를 유지시키지 못하는 문제가 있다. 이러한, 누설 전류의 발생을 억제하는 방법으로는 박막 트랜지스터의 소오스 및 드레인 영역과 채널과의 접합부에 불순물 농도가 낮게 이온 주입한 LDD(Lightly Doped Drain) 영역 또는 불순물 이온 주입이 되지 않은 오프셋(Off set) 영역을 두어 누설 전류에 대한 배리어로 작용하도록 하는 방법을 일반적으로 사용한다.However, in the case of using polysilicon, in order to form a polysilicon thin film on a substrate, an amorphous silicon thin film is first formed through a low temperature CVD process, and an additional process for crystallization such as irradiating a laser beam is required, and a carrier The leakage current flows excessively at the moment when the gate voltage is turned off in the transistor formed by the high mobility, thereby preventing a sufficient electric field from being maintained in the pixel portion. Such a method of suppressing the occurrence of leakage current may include a lightly doped drain (LDD) region in which the impurity concentration is ion-implanted at the junction between the source and drain regions of the thin film transistor and the channel, or an offset that is not impurity ion implantation. It is common to use a method in which a region is provided to act as a barrier against leakage current.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정표시장치의 박막 트랜지스터 제조방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a thin film transistor manufacturing method of a conventional liquid crystal display device will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a 및 도 1g는 종래의 박막 트랜지스터 제조 방법을 나타낸 단면도이다.1A and 1G are cross-sectional views illustrating a conventional thin film transistor manufacturing method.
액정 표시 장치에서는 여러 가지 타입의 박막 트랜지스터가 형성될 수 있으므로, 이를 LDD(Lightly Doped Drain) 구조의 화소부 n형 박막 트랜지스터(이하, 화소부-LDD n형 TFT), LDD 구조의 구동부 n형 박막 트랜지스터(이하, 구동부-LDD n형 TFT), 구동부 p형 박막 트랜지스터(이하, 구동부-p형 TFT)로 나누어 이들 박막 트랜지스터들이 동일 기판에 형성되는 경우를 예를 들어 설명한다.In the liquid crystal display, various types of thin film transistors may be formed, and thus, the pixel portion n-type thin film transistor (LDD n-type TFT) having a lightly doped drain (LDD) structure (hereinafter, referred to as a pixel portion-LDD n-type TFT) and an nD thin film driver having a LDD structure The case where these thin film transistors are formed on the same substrate by dividing into transistors (hereinafter referred to as driver-LDD n-type TFT) and driver-type p-type thin film transistors (hereinafter referred to as driver-p-type TFT) will be described.
이 경우 각각의 형의 박막 트랜지스터가 형성되는 영역을 먼저 구분하여 정의하고 공정을 진행한다.In this case, the regions in which the thin film transistors of each type are formed are first defined and then processed.
도 1a와 같이, 기판(11)상에 버퍼층(12)을 증착한 후, 비정질 실리콘(Amorphous Silicon: a-Si:H)을 증착한다.As shown in FIG. 1A, after the buffer layer 12 is deposited on the substrate 11, amorphous silicon (a-Si: H) is deposited.
이어, 상기 비정질 실리콘(a-Si:H)을 탈수소화하고 레이저를 통해 폴리 실리콘으로 결정화시킨다. 그리고, 반도체층 형성 영역을 정의하는 제 1 마스크(미도시)를 이용하여, 상기 폴리 실리콘을 패터닝하여 각 TFT의 활성층인 반도체층(13)을 형성한다.The amorphous silicon (a-Si: H) is then dehydrogenated and crystallized into polysilicon via a laser. Then, the polysilicon is patterned using a first mask (not shown) defining a semiconductor layer formation region to form a semiconductor layer 13 which is an active layer of each TFT.
도 1b와 같이, 상기 반도체층(13) 상에 게이트 절연막(14)을 전면 증착하고, 상기 게이트 절연막(14) 상에 금속층을 전면 증착하고, 이를 게이트 형성용 제 2 마스크(미도시)를 통해 선택적으로 제거하여 상기 반도체층(13) 상부의 소정 영역 상에 각 TFT의 게이트 전극(15)을 형성한다.As shown in FIG. 1B, the gate insulating layer 14 is entirely deposited on the semiconductor layer 13, and the metal layer is entirely deposited on the gate insulating layer 14, and the gate insulating layer 14 is deposited through a gate forming second mask (not shown). It is selectively removed to form the gate electrode 15 of each TFT on a predetermined region above the semiconductor layer 13.
이와 같이, 게이트 전극(15)을 형성하기까지는 상기 각 형의 TFT 형성 영역별로 동일한 공정을 거친다.Thus, the same process is performed for each TFT formation region of each type until the gate electrode 15 is formed.
도 1c와 같이, 전면에 제 1 감광막을 증착하고 노광 및 현상하여 고농도 n형(n+) 이온 주입을 위한 제 3 마스크(16a, 16b)를 형성한 뒤, 고농도의 n형(n+) 이온을 주입하여 n형 TFT 및 LDD n형 TFT 형성 영역의 반도체층(13)에 고농도 n형 불순물 영역(13a)을 형성한다.As illustrated in FIG. 1C, the first photoresist film is deposited on the entire surface, exposed and developed to form third masks 16a and 16b for high concentration n-type (n +) ion implantation, and then high concentration n-type (n +) ions are implanted. As a result, a high concentration n-type impurity region 13a is formed in the semiconductor layer 13 of the n-type TFT and the LDD n-type TFT formation region.
즉, p형 TFT 형성 영역에는 p형 TFT 형성 영역 전면 마스킹하는 A형 제 3 마스크(16a)가, LDD n형 TFT 형성 영역에는 게이트 전극(15)보다 폭이 넓은 B형 제 3 마스크(16b)가 형성된다. 여기서 상기 B형 제 3 마스크(16b)는 게이트 전극(15)과 이후에 형성되는 LDD 영역을 마스킹하는 길이의 폭(Width)으로 상기 게이트 절연막(14) 상에 형성된다. 이 때, n형 TFT 형성 영역에서는 상기 게이트 전극(15)이 마스크의 역할을 하며, 게이트 전극(15) 양측의 반도체층(13)에 고농도 n형 불순물 영역(13a)이 형성된다.That is, the A-type third mask 16a masking the entire p-type TFT formation region in the p-type TFT formation region, and the B-type third mask 16b having a wider width than the gate electrode 15 in the LDD n-type TFT formation region. Is formed. The B-type third mask 16b is formed on the gate insulating layer 14 with a width of a length masking the gate electrode 15 and the LDD region formed thereafter. In this case, in the n-type TFT formation region, the gate electrode 15 serves as a mask, and a high concentration n-type impurity region 13a is formed in the semiconductor layer 13 on both sides of the gate electrode 15.
여기서, n형 이온 주입 물질로는, PH3을 주로 사용한다.Here, PH 3 is mainly used as the n-type ion implantation material.
도 1d와 같이, 상기 A형 및 B형 제 3 마스크(16a, 16b)를 제거하고, 전면에 제 2 감광막을 증착하고 노광 및 현상하여 고농도 p형(p+) 이온 주입을 위한 제 4 마스크(17)를 형성한 뒤, 고농도의 p형(p+) 이온을 주입함으로써, p형 TFT 형성 영역의 반도체층(13)에 p형 불순물 영역(13b)을 형성한다.As shown in FIG. 1D, the A-type and B-type third masks 16a and 16b are removed, and a second photosensitive film is deposited, exposed and developed on the entire surface to form a fourth mask 17 for implanting high concentration p-type (p +) ions. ), And then a high concentration of p-type (p +) ions are implanted to form the p-type impurity region 13b in the semiconductor layer 13 of the p-type TFT formation region.
상기 제 4 마스크(17)는 상기 n형 TFT 형성 영역 및 LDD n형 TFT 형성 영역 전면을 마스킹하고, 상기 p형 TFT 형성 영역에서는 상기 게이트 전극(15)을 마스크로 이용하여 고농도 p형의 이온 주입 공정을 진행한다.The fourth mask 17 masks the entire surface of the n-type TFT forming region and the LDD n-type TFT forming region, and in the p-type TFT forming region, a high concentration p-type ion implantation is performed using the gate electrode 15 as a mask. Proceed with the process.
p형 이온 주입 물질로는 B2H6을 주로 사용한다.B 2 H 6 is mainly used as the p-type ion implantation material.
이어, 도 1e와 같이, 상기 제 4 마스크(17)를 제거하고, 각 TFT 형성 영역의 게이트 전극(15)을 마스크로 이용하여 저농도 n형(n-)의 이온 주입을 진행한다. 이 때, 상기 LDD n형 TFT 형성 영역의 게이트 전극(15) 양측의 반도체층(13)에 저농도 n형 불순물 영역(13c)이 형성된다. n형 TFT 형성 영역이나 p형 TFT 형성 영역에서는 이전에 진행되던 고농도 이온 주입 공정을 통해, 고농도의 불순물 영역이 형성된 영역으로 상기 저농도 n형 이온 주입을 하더라도 불순물 농도의 큰 영향을 주지 않는다.Next, as shown in FIG. 1E, the fourth mask 17 is removed, and ion implantation of low concentration n-type (n−) is performed using the gate electrode 15 of each TFT formation region as a mask. At this time, the low concentration n-type impurity region 13c is formed in the semiconductor layer 13 on both sides of the gate electrode 15 of the LDD n-type TFT formation region. In the n-type TFT formation region or the p-type TFT formation region, the low concentration n-type ion implantation into the region where the high concentration impurity region is formed through the high concentration ion implantation process previously performed does not significantly affect the impurity concentration.
저농도 이온 주입 공정과, 고농도 이온 주입 공정을 그 순서를 바꾸어 진행할 수 있다. 어느 경우나 저농도 이온 주입 공정은 상기 게이트 전극을 마스크로 이용하여 진행하고, 고농도 이온 주입 공정은 LDD 영역이 생성되는 부위를 가리는 마스크를 이용한다.The low concentration ion implantation process and the high concentration ion implantation process can be reversed in order. In any case, the low concentration ion implantation process proceeds using the gate electrode as a mask, and the high concentration ion implantation process uses a mask covering a portion where the LDD region is formed.
도 1f와 같이, 층간 절연막(18)을 전면에 증착한 후, 제 5 마스크(미도시)를 통해 상기 반도체층(13)의 각 고농도 불순물 영역(13a, 13b)과의 콘택을 위해 상기 층간 절연막(18) 및 상기 게이트 절연막(14)을 선택적으로 제거한다.1F, after the interlayer insulating film 18 is deposited on the entire surface, the interlayer insulating film 18 is contacted to contact the high concentration impurity regions 13a and 13b of the semiconductor layer 13 through a fifth mask (not shown). 18 and the gate insulating film 14 are selectively removed.
이어, 상기 콘택 영역을 포함한 층간 절연막 상에 금속층을 전면 증착하고, 이를 제 6 마스크(미도시)를 통해 패터닝하여 소오스/드레인 전극(19)을 형성한다.Subsequently, a metal layer is entirely deposited on the interlayer insulating layer including the contact region, and patterned through a sixth mask (not shown) to form a source / drain electrode 19.
도 1g와 같이, 상기 소오스/드레인 전극(19)을 포함한 기판 전면에보호막(20)을 전면 증착한 후, 이를 제 7 마스크(미도시)를 통해 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극(19)을 소정 부분 노출한다.As illustrated in FIG. 1G, the protective film 20 is entirely deposited on the entire surface of the substrate including the source / drain electrodes 19, and then selectively removed through a seventh mask (not shown) to remove the drain electrode 19. Partial exposure.
이어, 전면에 투명 전극을 증착한 후, 제 8마스크(미도시)를 통해 상기 투명 전극을 선택적으로 제거하여 화소 전극(21)을 형성한다. 이 때, 상기 화소 전극(21)은 상기 드레인 전극(19)과 연결되도록 형성한다.Subsequently, after the transparent electrode is deposited on the entire surface, the pixel electrode 21 is formed by selectively removing the transparent electrode through an eighth mask (not shown). In this case, the pixel electrode 21 is formed to be connected to the drain electrode 19.
그러나, 상기와 같은 종래의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the conventional method of manufacturing the thin film transistor array substrate has the following problems.
폴리 실리콘형 박막 트랜지스터 어레이 기판을 형성할 경우, '반도체층 형성용, 게이트 전극 형성용, 고농도 p형 불순물 영역 정의용, 고농도 n형 불순물 영역 정의용, 층간 절연막 콘택용, 소오스/드레인 전극 형성용, 보호막 콘택용, 화소 전극 형성용'의 총 8회의 마스크 공정이 요구되는데, 1회의 마스크 공정이 진행될 때마다 수율이 감소하며, 식각 용액 등에 의해 손상을 된다.When forming a polysilicon thin film transistor array substrate, the semiconductor layer formation, the gate electrode formation, the high concentration p-type impurity region definition, the high concentration n-type impurity region definition, the interlayer insulating film contact, the source / drain electrode formation, the protective film A total of eight mask processes are required, one for contact and one for forming a pixel electrode. The yield decreases with each mask process and is damaged by an etching solution or the like.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 에치 스토퍼를 이용하여 6마스크 공정으로 폴리 실리콘형 박막 트랜지스터 어레이 기판을 형성하는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film transistor array substrate in which a polysilicon thin film transistor array substrate is formed in a six-mask process using an etch stopper.
도 1a 내지 도 1g는 종래의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도1A to 1G are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional thin film transistor array substrate.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor array substrate according to a first embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor array substrate according to a second embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *
31 : 기판 32 : 버퍼층31 substrate 32 buffer layer
33 : 게이트 전극 34 : 게이트 절연막33 gate electrode 34 gate insulating film
35 :반도체층 35a : 고농도 n형 불순물 영역35 semiconductor layer 35a high concentration n-type impurity region
35b : LDD 영역 35c : 고농도 p형 불순물 영역35b: LDD region 35c: high concentration p-type impurity region
36 : 에치 스토퍼층 37a, 37b, 37c : 제 1 이온 주입 마스크36: etch stopper layer 37a, 37b, 37c: 1st ion implantation mask
38a, 38b : 제 2 이온 주입 마스크38a, 38b: second ion implantation mask
39a, 39b : 소오스/드레인 전극39a, 39b: source / drain electrodes
40 : 화소 전극40: pixel electrode
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법은 n형 및 p형 소자 영역이 정의된 기판 상의 소정 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 포함한 전면에 게이트 절연막, 반도체층, 에치 스토퍼층을 차례로 형성하는 단계와, 상기 에치 스토퍼층 상에 제 1, 제 2 이온 주입 마스크를 각각 형성하여, 상기 에치 스토퍼층을 선택적으로 제거한 후, 상기 에치 스토퍼층을 하드 마스크로 하여 n형 및 p형 불순물 영역을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 및 그에 인접한 게이트 절연막 상에만 남도록 상기 반도체층을 선택적으로 제거하는 단계와, 상기 불순물 영역에 연결되는 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계와, 상기 드레인 전극에 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.A method of manufacturing a thin film transistor array substrate of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a gate electrode in a predetermined region on a substrate in which n-type and p-type device regions are defined, the gate on the front surface including the gate electrode Forming an insulating film, a semiconductor layer, and an etch stopper layer in sequence, and forming first and second ion implantation masks on the etch stopper layer, respectively, selectively removing the etch stopper layer, and then hardening the etch stopper layer. Forming n-type and p-type impurity regions as a mask, selectively removing the semiconductor layer so as to remain only on the gate electrode and a gate insulating film adjacent thereto, and forming a source / drain electrode connected to the impurity region And forming a pixel electrode connected to the drain electrode. It is characterized.
상기 n형 및 p형 불순물 영역을 형성하는 단계는 상기 에치 스토퍼층 상에 제 1 이온 주입 마스크를 형성하는 단계와, 상기 제 1 이온 주입 마스크를 이용하여 상기 에치 스토퍼층을 선택적으로 제거하고 전면에 n형 고농도 불순물 이온을 주입하여 n형 고농도 불순물 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 이온 주입 마스크의 선폭을 줄이는 단계와, 상기 제 1 이온 주입 마스크를 이용하여 전면에 n형 저농도 불순물 이온을 주입하여 LDD 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 이온 주입 마스크를 제거하는 단계와, 상기 에치 스토퍼층을 포함한 반도체층 상에 제 2 이온 주입 마스크를 형성하는 단계와, 상기 제 2 이온 주입 마스크를 이용하여 상기 에치 스토퍼층을 선택적으로 제거하고 전면에 p형 고농도 불순물 이온을 주입하여 p형 고농도 불순물 영역을 형성하는 단계 및 상기 제 2 이온 주입 마스크 및 에치 스토퍼층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.The forming of the n-type and p-type impurity regions may include forming a first ion implantation mask on the etch stopper layer, selectively removing the etch stopper layer by using the first ion implantation mask, and forming a front surface of the etch stopper layer. implanting n-type high concentration impurity ions to form an n-type high concentration impurity region, reducing a line width of the first ion implantation mask, and implanting n-type low concentration impurity ions onto the entire surface using the first ion implantation mask Forming an LDD region, removing the first ion implantation mask, forming a second ion implantation mask on the semiconductor layer including the etch stopper layer, and using the second ion implantation mask. To selectively remove the etch stopper layer and implant p-type high concentration impurity ions into the entire surface to form a p-type high concentration impurity region. This step is preferred and yirueojim including the step of removing the second ion implantation mask, and etch stopper layer.
상기 제 1 이온 주입 마스크는 p형 소자 영역 전면과, n형 소자 영역의 채널 및 LDD 영역을 가리도록 형성함이 바람직하다.The first ion implantation mask may be formed to cover the entire surface of the p-type device region and the channel and the LDD region of the n-type device region.
상기 제 2 이온 주입 마스크는 n형 소자 영역 전면 및 p형 소자 영역의 채널 영역을 가리도록 형성함이 바람직하다.The second ion implantation mask may be formed to cover the entire area of the n-type device region and the channel region of the p-type device region.
상기 반도체층은 기판 상에 비정질 실리콘을 증착한 후, 이를 탈수소화하여 형성함이 바람직하다.The semiconductor layer is preferably formed by depositing amorphous silicon on a substrate and then dehydrogenating it.
상기 반도체층을 선택적으로 제거한 후, 결정화함을 진행함이 바람직하다.After selectively removing the semiconductor layer, it is preferable to proceed with crystallization.
상기 반도체층의 결정화는 활성화와 동시에 진행함이 바람직하다.Crystallization of the semiconductor layer preferably proceeds simultaneously with activation.
상기 기판 상에 버퍼층을 더 형성함이 바람직하다.It is preferable to further form a buffer layer on the substrate.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법의 n형 및 p형 소자 영역이 정의된 기판 상의 소정 영역에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극의 양측단과 오버랩되도록 상기 게이트 절연막 상에 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계와, 상기 기판 전면에 반도체층 및 에치 스토퍼층을 차례로 형성하는 단계와, 상기 에치 스토퍼층 상에 제 1, 제 2 이온 주입 마스크를 각각 형성하여, 상기 에치 스토퍼층을 선택적으로 제거한 후, 상기 에치 스토퍼층을 하드 마스크로 하여 n형 및 p형 불순물 영역을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 및 그에 인접한 게이트 절연막 상에만 남도록 상기 반도체층을 선택적으로 제거하는 단계와, 상기 드레인 전극에 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐에 또 다른 특징이 있다.In addition, forming a gate electrode in a predetermined region on the substrate defined in the n-type and p-type device region of the method for manufacturing a thin film transistor array substrate of the present invention for achieving the same object, the gate on the front surface including the gate electrode Forming an insulating film, forming a source / drain electrode on the gate insulating film so as to overlap both ends of the gate electrode, sequentially forming a semiconductor layer and an etch stopper layer on the entire surface of the substrate, and the etch stopper Forming first and second ion implantation masks on the layer to selectively remove the etch stopper layer, and then form n-type and p-type impurity regions using the etch stopper layer as a hard mask; Selectively removing the semiconductor layer so as to remain only on an electrode and a gate insulating film adjacent thereto; In the yirueojim and forming a pixel electrode connected to the drain electrode has a further feature.
여기서, 상기 n형 및 p형 불순물 영역을 형성하는 단계는 상기 에치 스토퍼층 상에 제 1 이온 주입 마스크를 형성하는 단계와, 상기 제 1 이온 주입 마스크를이용하여 상기 에치 스토퍼층을 선택적으로 제거하고 전면에 n형 고농도 불순물 이온을 주입하여 n형 고농도 불순물 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 이온 주입 마스크의 선폭을 줄이는 단계와, 상기 제 1 이온 주입 마스크를 이용하여 전면에 n형 저농도 불순물 이온을 주입하여 LDD 영역을 형성하는 단계와, 상기 제 1 이온 주입 마스크를 제거하는 단계와, 상기 에치 스토퍼층을 포함한 반도체층 상에 제 2 이온 주입 마스크를 형성하는 단계와, 상기 제 2 이온 주입 마스크를 이용하여 상기 에치 스토퍼층을 선택적으로 제거하고 전면에 p형 고농도 불순물 이온을 주입하여 p형 고농도 불순물 영역을 형성하는 단계 및 상기 제 2 이온 주입 마스크 및 에치 스토퍼층을 제거하는 단계를 포함하여 이루어짐이 바람직하다.The forming of the n-type and p-type impurity regions may include forming a first ion implantation mask on the etch stopper layer, selectively removing the etch stopper layer by using the first ion implantation mask, and Implanting n-type high concentration impurity ions onto the entire surface to form n-type high concentration impurity regions, reducing the line width of the first ion implantation mask, and n-type low concentration impurity ions on the front surface using the first ion implantation mask Forming an LDD region by implanting the oxide, removing the first ion implantation mask, forming a second ion implantation mask on the semiconductor layer including the etch stopper layer, and forming the second ion implantation mask. Selectively remove the etch stopper layer and implant p-type high concentration impurity ions into the And forming the second ion implantation mask and the etch stopper layer.
상기 제 1 이온 주입 마스크는 p형 소자 영역 전면과, n형 소자 영역의 채널 및 LDD 영역을 가리도록 형성함이 바람직하다.The first ion implantation mask may be formed to cover the entire surface of the p-type device region and the channel and the LDD region of the n-type device region.
상기 제 2 이온 주입 마스크는 n형 소자 영역 전면 및 p형 소자 영역의 채널 영역을 가리도록 형성함이 바람직하다.The second ion implantation mask may be formed to cover the entire area of the n-type device region and the channel region of the p-type device region.
상기 반도체층은 기판 상에 비정질 실리콘을 증착한 후, 이를 탈수소화하여 형성함이 바람직하다.The semiconductor layer is preferably formed by depositing amorphous silicon on a substrate and then dehydrogenating it.
상기 반도체층을 선택적으로 제거한 후, 결정화함을 진행함이 바람직하다.After selectively removing the semiconductor layer, it is preferable to proceed with crystallization.
상기 반도체층의 결정화는 활성화와 동시에 진행함이 바람직하다.Crystallization of the semiconductor layer preferably proceeds simultaneously with activation.
상기 기판 상에 버퍼층을 더 형성함이 바람직하다.It is preferable to further form a buffer layer on the substrate.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a manufacturing method of a thin film transistor array substrate of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법을 나타낸 구조 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor array substrate according to a first embodiment of the present invention.
액정 표시 장치에서는 여러 가지 타입의 박막 트랜지스터가 형성될 수 있으므로, LDD(Lightly Doped Drain) 구조의 n형 박막 트랜지스터(이하, 화소부 및 구동부 LDD n형 TFT), p형 박막 트랜지스터(이하, 구동부 p형 TFT)로 나누어 이들 박막 트랜지스터들이 동일 기판에 형성되는 경우를 예를 들어 설명한다.In the liquid crystal display, various types of thin film transistors may be formed, and thus, n-type thin film transistors having a lightly doped drain (LDD) structure (hereinafter, referred to as a pixel portion and a driver LDD n-type TFT) and p-type thin film transistors (hereinafter, referred to as a driver p) The case where these thin film transistors are formed on the same substrate by dividing into a type TFT) will be described with an example.
도 2a와 같이, 기판(31)을 세정한 후, 버퍼층(32)을 전면 증착한다. 상기 버퍼층(32)은 상기 기판(31)에 함유된 나트륨 이온(Na+)이나 칼륨(K+) 등의 알칼리 이온 등이 이후에 형성되는 반도체층에 침투되는 것을 방지하는 기능을 한다.As shown in FIG. 2A, after the substrate 31 is cleaned, the buffer layer 32 is entirely deposited. The buffer layer 32 serves to prevent alkali ions such as sodium ions (Na +), potassium (K +), and the like contained in the substrate 31 from penetrating into the subsequently formed semiconductor layer.
이어, 전면에 게이트 형성용 금속층을 증착한 후, 이를 제 1 마스크(미도시)를 통해 선택적으로 제거하여 게이트 전극(33)을 형성한다.Subsequently, the gate forming metal layer is deposited on the entire surface, and then selectively removed through the first mask (not shown) to form the gate electrode 33.
도 2b와 같이, 상기 제 1 마스크를 제거한 후, 상기 게이트 전극(33)을 포함한 버퍼층(32) 전면에 게이트 절연막(34), 반도체층(35), 에치 스토퍼층(36)을 차례로 증착한다.As shown in FIG. 2B, after the first mask is removed, the gate insulating layer 34, the semiconductor layer 35, and the etch stopper layer 36 are sequentially deposited on the entire buffer layer 32 including the gate electrode 33.
여기서, 상기 반도체층(35)은 비정질 실리콘(Amorphous Silicon: a-Si:H)을 먼저 증착하고, 이를 탈수소화하여 형성한 것이다.Here, the semiconductor layer 35 is formed by first depositing amorphous silicon (a-Si: H) and dehydrogenating it.
상기 에치 스토퍼층(36)은 산화막 등의 절연막으로 형성한다.The etch stopper layer 36 is formed of an insulating film such as an oxide film.
이어, 상기 에치 스토퍼층(36) 상에 p형 TFT 형성 영역을 전면 마스킹하고, 고농도 n형 불순물 영역을 정의하는 제 2 마스크(37a, 37b)를 형성하고, 제 2 마스크(37a, 37b)를 통해 상기 에치 스토퍼층(36)을 선택적으로 제거한 후, 고농도 n형이온을 주입하여 상기 반도체층(35)의 고농도 n형 불순물 영역(35a)을 형성한다.Subsequently, the p-type TFT formation region is masked entirely on the etch stopper layer 36, second masks 37a and 37b defining a high concentration n-type impurity region are formed, and second masks 37a and 37b are formed. After the etch stopper layer 36 is selectively removed, high concentration n-type ions are implanted to form a high concentration n-type impurity region 35a of the semiconductor layer 35.
여기서, n형 이온 주입 물질로는 PH3을 주로 사용한다.Here, PH 3 is mainly used as the n-type ion implantation material.
도 2c와 같이, 상기 LDD n형 TFT 형성 영역 중 LDD 영역을 정의하도록 상기 제 2 마스크(37a)를 애슁 등의 공정으로 선택적으로 제거하여 상기 제 2 마스크(37a)보다 작은 폭을 갖는 제 2 마스크(37c)를 형성한 후, 이를 마스크로 상기 에치 스토퍼층(36)을 선택적으로 제거하고, 계속하여 저농도 n형의 이온을 주입하여 상기 반도체층(35)의 LDD 영역(35b)을 형성한다. 이어, 남아있는 상기 제 2 마스크(37b, 37c)를 제거한다.2C, a second mask having a width smaller than that of the second mask 37a by selectively removing the second mask 37a by an ashing process to define an LDD region among the LDD n-type TFT forming regions. After forming 37c, the etch stopper layer 36 is selectively removed using a mask, followed by implantation of low concentration n-type ions to form the LDD region 35b of the semiconductor layer 35. Next, the remaining second masks 37b and 37c are removed.
도 2d와 같이, n형 TFT 형성 영역 전면을 마스킹하고, 고농도 p형 불순물 영역을 정의하는 제 3 마스크(38a, 38b)를 형성한 후, 이를 마스크로 이용하여 상기 에치 스토퍼층(36)을 선택적으로 제거하고, 계속하여 고농도 p형 이온을 주입하여 상기 반도체층(35)의 고농도 p형 불순물 영역(35c)을 형성한다.As shown in FIG. 2D, after masking the entire n-type TFT formation region and forming third masks 38a and 38b defining high concentration p-type impurity regions, the etch stopper layer 36 is selectively used as a mask. And the high concentration p-type ions are subsequently implanted to form the high concentration p-type impurity region 35c of the semiconductor layer 35.
여기서, p형 이온 주입 물질로는, B2H6을 주로 사용한다.Here, B 2 H 6 is mainly used as the p-type ion implantation material.
이어, 상기 제 3 마스크(38a, 38b)를 제거한 후, 남아있는 에칭 스토퍼층(36)을 제거한다.Subsequently, after the third masks 38a and 38b are removed, the remaining etching stopper layer 36 is removed.
상기 에칭 스토퍼층(36)을 제거한 후, 노출된 반도체층(35)은 결정화 및 활성화를 동시에 진행하여 폴리 실리콘화한다.After the etching stopper layer 36 is removed, the exposed semiconductor layer 35 proceeds to crystallization and activation simultaneously to polysiliconize.
도 2e와 같이, 제 4 마스크(미도시)를 이용하여 상기 반도체층(35)을 선택적으로 제거함으로써, 박막 트랜지스터 형성 영역의 반도체층(35)만을 남긴다.As shown in FIG. 2E, the semiconductor layer 35 is selectively removed using a fourth mask (not shown), thereby leaving only the semiconductor layer 35 in the thin film transistor formation region.
이어, 상기 반도체층(35)을 포함한 게이트 절연막(34) 전면에 소오스/드레인 전극 형성용 금속층을 전면 증착한다.Subsequently, a source / drain electrode forming metal layer is deposited on the entire surface of the gate insulating layer 34 including the semiconductor layer 35.
이어, 상기 소오스/드레인 전극 형성용 금속층을 제 5 마스크(미도시)를 통해 선택적으로 제거하여 상기 반도체층(35)의 불순물 영역(35a, 35b, 35c)과 연결되는 소오스/드레인 전극(39a, 39b)을 형성한다.Subsequently, the source / drain electrode forming metal layer may be selectively removed through a fifth mask (not shown) to connect the source / drain electrodes 39a to the impurity regions 35a, 35b, and 35c of the semiconductor layer 35. 39b).
도 2f와 같이, 상기 소오스/드레인 전극(39a, 39b)을 포함한 상기 게이트 절연막(34) 전면에 투명 전극을 형성한 후, 이를 제 6 마스크(미도시)를 통해 패터닝하여 화소 전극(40)을 형성한다.As shown in FIG. 2F, a transparent electrode is formed on the entire surface of the gate insulating layer 34 including the source / drain electrodes 39a and 39b, and then patterned through a sixth mask (not shown) to form the pixel electrode 40. Form.
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법은 LDD 영역의 형성을 패터닝된 에치 스토퍼층을 이용하여 진행하였고, 반도체층 상에 직접 인접하여 소오스/드레인 전극을 형성하고, 화소 전극을 상기 드레인 전극에 바로 인접하여 형성함으로써, 마스크 공정을 6 회로 박막 트랜지스터 어레이 기판의 형성이 가능하다.As described above, in the method of manufacturing the thin film transistor array substrate according to the first embodiment of the present invention, the LDD region is formed by using the patterned etch stopper layer, and the source / drain electrodes are directly formed on the semiconductor layer. By forming the pixel electrode immediately adjacent to the drain electrode, the mask process can be formed on a six-circuit thin film transistor array substrate.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor array substrate according to a second embodiment of the present invention.
도 3a와 같이, 기판(41)을 세정한 후, 버퍼층(42)을 전면 증착한다. 상기 버퍼층(42)은 상기 기판(41)에 함유된 나트륨 이온(Na+)이나 칼륨(K+) 등의 알칼리 이온 등이 이후에 형성되는 반도체층(46)에 침투되는 것을 방지하는 기능을 한다.As shown in FIG. 3A, after the substrate 41 is cleaned, the buffer layer 42 is deposited on the entire surface. The buffer layer 42 serves to prevent penetration of alkali ions such as sodium ions (Na +), potassium (K +), and the like contained in the substrate 41 into the semiconductor layer 46 formed later.
이어, 전면에 게이트 형성용 금속층을 증착한 후, 이를 제 1 마스크(미도시)를 통해 선택적으로 제거하여 게이트 전극(43)을 형성한다.Subsequently, the gate forming metal layer is deposited on the entire surface, and then selectively removed through the first mask (not shown) to form the gate electrode 43.
도 3b와 같이, 상기 제 1 마스크를 제거한 후, 상기 게이트 전극(43)을 포함한 버퍼층(42) 전면에 게이트 절연막(44)을 증착한다.As shown in FIG. 3B, after the first mask is removed, the gate insulating layer 44 is deposited on the entire buffer layer 42 including the gate electrode 43.
이어, 상기 게이트 절연막(44) 상에 소오스/드레인 전극 형성용 금속층을 전면 증착한 후, 제 2 마스크(미도시)를 통해 이를 선택적으로 제거하여 소오스/드레인 전극(45a, 45b)을 형성한다.Subsequently, a source / drain electrode forming metal layer is entirely deposited on the gate insulating layer 44, and then selectively removed through a second mask (not shown) to form source / drain electrodes 45a and 45b.
도 3c와 같이, 상기 소오스/드레인 전극(45a, 45b)을 포함한 기판 전면에 반도체층(46) 및 에칭 스토퍼층(47)을 차례로 증착한다.As illustrated in FIG. 3C, the semiconductor layer 46 and the etching stopper layer 47 are sequentially deposited on the entire surface of the substrate including the source / drain electrodes 45a and 45b.
여기서, 상기 반도체층(46)은 비정질 실리콘(Amorphous Silicon: a-Si:H)을 먼저 증착한 후, 이를 탈수소화하여 형성한 것이다.Here, the semiconductor layer 46 is formed by first depositing amorphous silicon (a-Si: H) and then dehydrogenating it.
상기 에치 스토퍼층(47)은 산화막 등의 절연막으로 형성한다.The etch stopper layer 47 is formed of an insulating film such as an oxide film.
도 3d와 같이, 상기 에치 스토퍼층(47) 상에 p형 TFT 형성 영역을 전면 가리우고, 고농도 n형 불순물 영역을 정의하는 제 3 마스크(48a, 48b)를 형성한 후, 고농도 n형 이온을 주입하여 상기 반도체층의 고농도 n형 불순물 영역(46a)을 형성한다.As shown in FIG. 3D, after covering the entire p-type TFT formation region on the etch stopper layer 47 and forming the third masks 48a and 48b defining the high concentration n-type impurity regions, high concentration n-type ions are implanted. As a result, a high concentration n-type impurity region 46a of the semiconductor layer is formed.
여기서, n형 이온 주입 물질로는 PH3을 주로 사용한다.Here, PH 3 is mainly used as the n-type ion implantation material.
도 3e와 같이, 상기 LDD n형 TFT 형성 영역 중 LDD 영역을 정의하도록 상기 제 3 마스크(48a)를 애슁 등의 공정으로 소정 폭 제거한 후, 저농도 n형의 이온을 주입하여 상기 반도체층의 LDD 영역(46b)을 형성한다. 이어, 남아있는 상기 제 3 마스크(48b, 48c)를 제거한다.As shown in FIG. 3E, the third mask 48a is removed by a process such as ashing to define an LDD region among the LDD n-type TFT forming regions, and then a low concentration n-type ion is implanted to inject the LDD region of the semiconductor layer. It forms 46b. Next, the remaining third masks 48b and 48c are removed.
도 3f와 같이, n형 TFT 형성 영역을 전면 가리우고, 고농도 p형 불순물 영역을 정의하는 제 4 마스크(49a, 49b)를 형성한 후, 고농도 p형 이온을 주입하여 상기 반도체층의 고농도 p형 불순물 영역(46c)을 형성한다.As shown in FIG. 3F, after forming the fourth masks 49a and 49b which cover the entire n-type TFT formation region and define the high concentration p-type impurity regions, the high concentration p-type impurities of the semiconductor layer are implanted by implanting high concentration p-type ions. The region 46c is formed.
여기서, p형 이온 주입 물질로는, B2H6을 주로 사용한다.Here, B 2 H 6 is mainly used as the p-type ion implantation material.
이어, 상기 제 4 마스크(49a, 49b)를 제거한 후, 남아있는 에칭 스토퍼층(47)을 제거한다.Subsequently, after the fourth masks 49a and 49b are removed, the remaining etching stopper layer 47 is removed.
상기 에칭 스토퍼(47)의 제거로 노출된 반도체층(46)은 결정화 및 활성화를 동시에 진행하여 폴리 실리콘화한다.The semiconductor layer 46 exposed by the removal of the etching stopper 47 is simultaneously polycrystallized by crystallization and activation.
도 3g와 같이, 제 5 마스크(미도시)를 이용하여 상기 반도체층(46)을 선택적으로 제거함으로써, 박막 트랜지스터 형성 영역의 반도체층(50a, 50b)만을 남긴다.As shown in FIG. 3G, the semiconductor layer 46 is selectively removed using a fifth mask (not shown), thereby leaving only the semiconductor layers 50a and 50b of the thin film transistor formation region.
도 3h와 같이, 상기 반도체층(50a, 50b)을 포함한 상기 게이트 절연막(44) 전면에 투명 전극을 형성한 후, 이를 제 6 마스크(미도시)를 통해 패터닝하여 화소 전극(51)을 형성한다.As shown in FIG. 3H, a transparent electrode is formed on the entire surface of the gate insulating layer 44 including the semiconductor layers 50a and 50b and then patterned through a sixth mask (not shown) to form the pixel electrode 51. .
이와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법은 LDD 영역의 형성을 패터닝된 에치 스토퍼층을 이용하여 진행하였고, 소오스/드레인 전극 상에 직접 인접하여 반도체층을 형성하고, 화소 전극을 상기 드레인 전극에 바로 인접하여 형성함으로써, 마스크 공정을 6 회로 박막 트랜지스터 어레이 기판의 형성이 가능하다.As described above, in the method of manufacturing the thin film transistor array substrate according to the second embodiment of the present invention, the LDD region is formed using a patterned etch stopper layer, and a semiconductor layer is directly formed on the source / drain electrodes. By forming the pixel electrode immediately adjacent to the drain electrode, the mask process can be formed on a six-circuit thin film transistor array substrate.
또한, 제 1, 제 2 실시예에 따라 형성된 박막 트랜지스터 어레이 기판은 반도체층의 도핑을 진행한 후, 결정화와 활성화 공정을 동시에 진행할 수 있으므로, 공정이 간소화되고, 택트 타임(tact time)이 감소된다.In addition, since the thin film transistor array substrate formed in accordance with the first and second embodiments can proceed with crystallization and activation at the same time after the semiconductor layer is doped, the process is simplified and the tact time is reduced. .
또한, 결정화 영역의 에너지대에서 활성화가 진행되기 때문에, 전반적인 활성화 효율이 향상되며, 정크션 부위에서 활성화 효율 증대로 소자 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the activation proceeds in the energy band of the crystallization region, the overall activation efficiency is improved, and the device characteristics can be improved by increasing the activation efficiency at the junction region.
상기와 같은 본 발명의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The method of manufacturing the thin film transistor array substrate of the present invention as described above has the following effects.
첫째, 본 발명은 게이트 전극 형성용, p형 불순물 영역 형성용, n형 불순물 영역 형성용, 박막 트랜지스터의 반도체층 정의용, 소오스/드레인 전극 형성용, 화소 전극 형성용의 총 6회의 마스크 공정으로 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조가 완료된다.First, the present invention is a thin film in six mask processes for forming a gate electrode, forming a p-type impurity region, forming an n-type impurity region, defining a semiconductor layer of a thin film transistor, forming a source / drain electrode, and forming a pixel electrode. Fabrication of the transistor array substrate is complete.
따라서, 종래의 박막 트랜지스터 어레이 기판을 제조하는 공정에서 8회의 마스크 공정이 요구되는 바에 비해, 2회의 마스크 공정 감소로 수율 향상을 기대할 수 있고, 또한, 공정을 단순화할 수 있다.Therefore, as compared with eight mask processes required in a conventional thin film transistor array substrate manufacturing process, yield reduction can be expected by reducing two mask processes, and the process can be simplified.
둘째, 반도체층의 도핑을 한 후에 결정화 공정 및 활성화 공정을 동시 진행하므로, 결정화 이 후 또는 이전에 추가적인 활성화 공정이 요구되지 않고, 결정화와 동시에 활성화가 진행됨에 의해 도핑 데미지가 보상되어, 소자 특성의 향상을 기대할 수 있다.Secondly, since the crystallization process and the activation process are simultaneously performed after the semiconductor layer is doped, no additional activation process is required after or before crystallization, and the doping damage is compensated by activation at the same time as crystallization, thereby improving device characteristics. You can expect an improvement.
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