KR20060089833A - 결정화용 마스크, 그를 이용하여 형성한 박막 트랜지스터표시판 및 그의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 결정화용 마스크는 비정질 규소를 결정화하는 결정화 공정에서 레이저빔을 국부적으로 조사하기 위한 결정화용 마스크로서, 마스크는 레이저빔을 투과시키는 하나 이상의 슬릿이 일정하게 배열되어 이루어진 투광 영역을 포함하며, 슬릿은 마스크의 X축에 대하여 기울어진 제1 틸트부, 제1 틸트부로부터 연장되어 있으며 마스크의 X축에 대하여 제1 틸트부와 다른 기울기로 기울어져 있는 제2 틸트부를 포함한다.
결정화, SLS, 박막트랜지스터
Description
도 1 내지 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 순차적 측면 고상화 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.
도 5 도 4의 박막 트랜지스터 표시판을 V-V'-V"선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 형성한 반도체와 돌기의 관계를 도시한 평면도이다.
도 7a는 도 4 및 도 5의 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따른 제조하는 방법의 첫 번째 단계에서의 배치도이다.
도 7b는 도 7a의 박막 트랜지스터 표시판을 VIIb-VIIb'-VIIb"선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 8a는 도 7a의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.
도 8b는 도 8a의 VIIIb-VIIIb'-VIIIb"선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 9는 도 8b의 다음 단계에서의 단면도로 도 8a의 VIIIb-VIIIb'-VIIIb"선을 따라 잘라 도시한 배치도이다.
도 10a는 도 9의 다음 단게에서의 배치도이다.
도 10b는 도 10a의 박막 트랜지스터 표시판을 Xb-Xb'-Xb"선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 11a는 도 10a의 다음 단계에서의 배치도이다.
도 11b는 도 11a의 박막 트랜지스터 표시판을 XIb-XIb'-XIb"선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조를 도시한 배치도이다.
도 13 및 14는 도 12의 박막 트랜지스터 표시판을 XIII-XIII’, XIV-XIV’선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
70: 발광층
110: 기판
121: 게이트선
133: 유지 전극
151, 151a, 151b: 반도체
171: 데이터선
190: 화소 전극
본 발명은 박막 트랜지스터 표시판에 관한 것으로 특히, 다결정 규소로 이루어지는 반도체를 가지는 박막 트랜지스터 표시판에 관한 것이다.
박막 트랜지스터 표시판은 박막 트랜지스터에 의하여 구동되는 복수의 화소를 가지는 액정 표시 장치 또는 유기 발광 표시 장치(organic light display, OLED) 등 평판 표시 장치의 한 기판으로 사용된다.
액정 표시 장치는 전기장을 생성하는 전계 생성 전극과 그 사이의 액정층을 포함한다. 이러한 액정 표시 장치에서는 두 전계 생성 전극에 전압을 인가하여 액정층에 전계를 형성함으로써 액정 분자들의 배향을 결정하고 입사광의 편광을 조절하여 영상을 표시한다. 이 경우 박막 트랜지스터는 전극에 인가되는 신호를 제어하는 데 사용된다.
유기 발광 표시 장치는 발광성 유기 물질을 여기 발광시켜 영상을 표시하는 자기 발광형 표시 장치이다. 유기 발광 표시 장치는 정공 주입 전극(애노드)과 전자 주입 전극(캐소드)과 이들 사이에 들어 있는 유기 발광층을 포함하고, 유기 발광층에 정공과 전자를 주입하면, 이들이 쌍을 이룬 후 소멸하면서 빛을 낸다.
유기 발광 표시 장치의 각각의 화소에는 두 개의 박막 트랜지스터 즉, 구동 박막 트랜지스터와 스위칭 트랜지스터가 구비되어 있는다. 발광을 위한 전류를 공급하는 구동 박막 트랜지스터의 전류량은 스위칭 트랜지스터를 통해 인가되는 데이 터 신호에 의해 제어된다. 널리 사용되는 박막 트랜지스터는 비정질 규소(amorphous silicon) 또는 다결정 규소(crystalline silicon) 등으로 이루어진다. 비정질 규소는 낮은 온도에서 증착하여 박막(thin film)을 형성하는 것이 가능하여, 주로 낮은 용융점을 가지는 유리를 기판으로 사용하는 표시 장치에 많이 사용된다.
그러나 비정질 규소 박막은 낮은 전계 효과 이동도 등의 문제점으로 표시 소자의 대면적화에 어려움이 있다. 그래서 높은 전계 효과 이동도와 고주파 동작 특성 및 낮은 누설 전류(leakage current) 의 전기적 특성을 가진 다결정 규소(poly crystalline silicon)의 응용이 요구되고 있다.
다결정 규소를 이용한 박막의 전기적 특성은 결정립(grain)의 크기 및 균일도(uniformity)에 큰 영향을 받는다. 즉, 입자의 크기 및 균일도가 증가함에 따라 전계 효과 이동도도 따라 증가한다. 따라서 입자를 크게 하면서도 균일한 다결정 규소를 형성하는 방법에 관심이 높아지고 있다.
다결정 규소를 형성하는 방법에는 엑시머 레이저 열처리(eximer laser anneal, ELA), 로 열처리(chamber anneal) 등이 있으며 최근에는 레이저로 규소 결정의 측면 성장을 유도하여 다결정 규소를 제조하는 순차적 측면 고상화(sequential lateral solidification, SLS) 기술이 제안되었다.
순차적 측면 고상화 기술은 규소 입자가 액상 규소와 고상 규소의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로, 레이저빔 에너지의 크기와 레이저빔의 조사 범위의 이동을 광계(optic system) 및 마스크를 이용하여 적절하게 조절하여 규소 입자를 소정의 길이만큼 측면 성장 시킴으로서 비정질 규소를 결정화하는 것이다.
이러한 순차적 측면 고상 결정화의 특징은 반대 방향에서 성장해오는 결정이 만나서 돌기를 형성하는데, 돌기는 전류의 흐름을 방해하여 표시 장치의 화질을 고르지 못하게 하여 사선 얼룩, 가로줄 얼룩 등을 유발한다.
본 발명의 기술적 과제는 돌기에 영향을 받지 않으면서 균일한 화질을 가질 수 있는 결정화용 마스크, 이를 이용한 박막 트랜지스터 표시판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 달성하기 위해서 본 발명에 따른 결정화용 마스크는 비정질 규소를 결정화하는 결정화 공정에서 레이저빔을 국부적으로 조사하기 위한 결정화용 마스크로서, 마스크는 레이저빔을 투과시키는 하나 이상의 슬릿이 일정하게 배열되어 이루어진 투광 영역을 포함하며, 슬릿은 마스크의 X축에 대하여 기울어진 제1 틸트부, 제1 틸트부로부터 연장되어 있으며 마스크의 X축에 대하여 제1 틸트부와 다른 기울기로 기울어져 있는 제2 틸트부를 포함한다.
여기서 슬릿의 제1 틸트부와 제2 틸트부는 마스크의 Y축에 대하여 대칭을 이루는 것이 바람직하다.
그리고 결정화용 마스크는 복수의 투광 영역을 포함하고, 복수의 투광 영역 중 서로 인접한 두 투광 영역의 슬릿은 서로 엇갈리도록 배열된 것이 바람직하다.
또한, 슬릿은 V자형인 것이 바람직하다.
상기한 다른 과제를 달성하기 위해서 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 기판, 기판 위에 형성되어 있으며 제1 및 제2 소스/드레인 영역과 채널 영역을 포함하며 다결정 규소로 이루어지는 복수의 반도체, 반도체 위에 형성되어 있는 게이트 절연막, 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 채널 영역과 중첩하는 복수의 게이트선, 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 제1 소스/드레인 영역과 연결되어 있는 복수의 데이터선, 그리고 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 제2 소스/드레인 영역과 연결되어 있는 화소 전극을 포함하고, 반도체의 표면은 직선형태로 다양한 기울기로 기울어진 복수의 돌기를 가진다.
그리고 반도체는 투광 영역을 가지는 결정화용 마스크를 이용한 순차적 측면 고상 결정화 공정으로 만들어지는 것이 바람직하다.
또한, 돌기의 길이는 다양한 것이 바람직하다.
또한, 게이트선과 나란한 유지 전극선을 더 포함할 수 있다.
또한, 절연 기판과 반도체 사이에 형성되어 있는 차단막을 더 포함할 수 있다.
또한, 게이트선 및 데이터선과 화소 전극 사이에 형성되어 있는 보호막을 더 포함할 수 있다.
또한, 게이트선과 데이터선의 사이에 형성되어 있는 층간 절연막, 그리고 층간 절연막과 보호막 사이에 형성되어 있으며 제2 소스/드레인 영역과 화소 전극에 연결되어 있는 출력 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 화소 전극 상부에 형성되어 있는 격벽, 격벽에 둘러싸진 발광층을 더 포함할 수 있다.
상기한 또 다른 과제를 달성하기 위해서 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 절연 기판 위에 비정질 규소막을 형성하는 단계, 비정질 규소막에 광마스크의 이동 방향에 대하여 기울어진 제1 틸트부 및 제1 틸트부로부터 연장되어 있으며 광마스크의 이동 방향에 대하여 제1 틸트부와 다른 기울기로 기울어진 제2 틸트부를 통해 비정질 규소막에 레이저를 조사하고 광마스크를 이동하는 단계를 반복 진행하여 다결정 규소막을 형성하는 단계, 다결정 규소막을 패터닝하여 반도체를 형성하는 단계, 반도체를 덮도록 게이트 절연막을 형성하는 단계, 게이트 절연막 위에 반도체와 일부분이 중첩하는 게이트선을 형성하는 단계, 반도체의 소정 영역에 도전형 불순물을 고농도로 도핑하여 제1 및 제2 소스/드레인 영역을 형성하는 단계, 게이트선 및 반도체를 덮도록 층간 절연막을 형성하는 단계, 층간 절연막 위에 제1소스/드레인 영역과 연결되는 데이터선 및 제2 소스/드레인 영역과 연결되는 출력 전극을 형성하는 단계, 데이터선 및 출력 전극 위에 보호막을 형성하는 단계, 보호막 위에 출력 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
여기서 다결정 규소막을 형성하는 단계는 제1 틸트부와 제2 틸트부가 Y축을 중심으로 대칭을 이루는 슬릿이 형성된 광마스크를 이용하는 것이 바람직하다.
그리고 광마스크에 형성된 슬릿은 V자형인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기 술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제, 본 발명의 실시예에 따른 결정화용 마스크는 이를 이용한 순차적 측면 고상화 방식과 함께 도 1 내지 도 3를 참고하여 설명한다.
도 1 내지 도 3는 본 발명의 실시예에 따른 순차적 측면 고상화 방식을 설명하기 위한 도면이다.
순차적 측면 고상화 방식은 도 1 에 도시한 바와 같이, 복수의 슬릿(S)을 가지는 마스크(MP)를 통하여 비정질 규소로 이루어진 반도체막(150)에 레이저 빔을 조사하여 비정질 규소로 이루어진 반도체막(150)에 슬릿(T)과 대응하는 액상 영역(L)을 형성한다.
여기서 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 슬릿(T)은 가로 방향으로 길고 너비를 가지며, 가로 방향으로 배열되어 있는 두 개의 열(SA, SB)을 이룬다. 각 열(SA, SB)의 슬릿(T)은 소정 거리, 예를 들면 슬릿(S)의 너비와 같은 거리만큼 떨어져 있으며, 두 열(SA, SB)의 슬릿(T)은 소정 거리, 예를 들면 슬릿(S)의 너비만큼 어긋나 있다.
그리고 각각의 슬릿(T)은 X축에 대해서 일정한 각도를 가지는 제1 틸트부(S1)과 제1 틸트부(S1)의 한쪽 끝부분과 둔각을 이루며 연결되어 있는 제2 틸트부(S2)를 가진다. 그리고 제1 틸트부(S1)과 제2 틸트부(S2)는 연결되어 있는 부분을 중심으로 좌, 우 대칭을 이루며, 반복하여 연결될 수 있다. 이러한 순차적 측면 고상 결정화 공정에서 액상 영역(L)의 비정질 규소는 서서히 냉각되면서 결정화되는데 결정립은 레이저가 조사된 액상 영역(L)과 레이저가 조사되지 않은 고상 영역의 경계에서부터 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다. 그리고 반대 방향으로 성장하는 두 결정립이 액상 영역(L)의 중앙에서 만나면서 성장을 멈추는데 이때 두 결정립이 만나는 부분에 돌기(P)가 형성된다.
이상 설명한 한 번의 레이저 조사가 끝나면 도 3에 도시한 바와 같이, 마스크(MP)를 기판(110)에 대하여 Y축 또는 X축으로 이동하거나 반대로 기판(110)을 이동하면서 기판(110) 전체의 비정질 규소로 이루어진 반도체막(150)에 대해서 결정화를 진행한다.
그럼 이러한 결정화용 마스크를 이용한 순차적 측면 고상화를 이용하여 다결정 규소 박막 트랜지스터 표시판에 대하여도 4 및 도 5를 참고하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 5 도 4의 박막 트랜지스터 표시판을 V-V'-V"선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 형성한 반도체와 돌기의 관계를 도시한 평면도이다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(110) 위에 산화 규소(SiO2) 또는 질화 규소(SiNx) 등으로 이루어진 차단막(blocking film)(111)이 형성되어 있다. 차단막(111)은 복층 구조를 가질 수도 있다.
차단막(111) 위에는 다결정 규소 따위로 이루어진 복수의 섬형 반도체(151)가 형성되어 있다. 섬형 반도체(151)는 가로로 길며 그 양 쪽 끝부분은 다른 층과의 접속을 위하여 면적이 넓다.
섬형 반도체(151)는 순차적 측면 고상화를 통하여 비정질 규소를 결정화한 것으로서 도 6에 도시한 바와 같이, 그 표면에는 직선 형태의 돌기(P)가 불규칙한 방향으로 형성되어 있다.
각각의 반도체(151)는 도전성 불순물을 함유하는 불순물 영역(extrinsic region)과 도전성 불순물을 거의 함유하지 않은 진성 영역(intrinsic region)을 포함하며, 불순물 영역에는 불순물 농도가 높은 고농도 영역(heavily doped region)과 불순물 농도가 낮은 저농도 영역(lightly doped region)이 있다.
진성 영역은 서로 떨어져 있는 두 개의 채널 영역(channel region)(154a, 154b)을 포함한다. 그리고 고농도 불순물 영역은 채널 영역(154a, 154b)을 중심으로 서로 분리되어 있는 복수의 소스/드레인 영역(source/drain region)(153, 155, 157)을 포함한다.
그리고 소스/드레인 영역(153, 155, 157)과 채널 영역(154a, 154b) 사이에 위치한 저농도 불순물 영역(152a, 152b)은 저농도 도핑 드레인 영역(lightly doped drain region, LDD region)이라고 하며 그 폭이 다른 영역보다 좁다.
이때, 도전성 불순물로는 붕소(B), 갈륨(Ga) 등의 P형 불순물과 인(P), 비소(As) 등의 N형 불순물을 들 수 있다. 저농도 도핑 영역(152a, 152b)은 박막 트랜지스터의 누설 전류(leakage current)나 펀치스루(punch through) 현상이 발생하는 것을 방지하며, 저농도 도핑 영역(152a, 152b)은 불순물이 들어있지 않은 오프셋(offset) 영역으로 대체할 수 있다.
여기에서 반도체(151)에 포함되는 돌기(P)는 다양한 방향으로 기울어져 있으며, 이웃 하는 반도체(151)와도 동일하지 않을 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 기판 전체에 형성되어 있는 복수의 채널 영역(154a, 154b) 및 저농도 도핑 영역(152a, 152b)에 포함되는 돌기(P)의 수와 배치가 다양하며 불규칙적으로 분포한다.
박막 트랜지스터는 꺼져 있을 때도 누설 전류를 흘릴 수 있는데, 채널 영역 및 저농도 도핑 영역에 존재하는 돌기는 박막 트랜지스터의 전류 흐름에 영향을 주어 누설 전류를 달라지게 하여 박막 트랜지스터의 전기적 특성을 변화시킨다. 그리고 반도체(151)에 포함되는 돌기(P)의 수 및 배치는 표시 장치에 들어온 빛이 돌기에 의해 반사되거나 산란과 같은 광학적 특성을 변화시킨다.
그래서 본 발명의 실시예에서와 같이 다양한 기울기의 돌기(P)를 형성하면 박막 트랜지스터의 전기적 특성 및 광학적 특성이 다양해진다. 이러한 다양한 전기 적, 광학적 특성을 불규칙하게 분포하도록 함으로써 얼룩 등이 발생하지 않는 균일한 박막 트랜지스터 표시판을 제공할 수 있다.
반도체(151) 및 차단막(111) 위에는 질화 규소 또는 산화 규소로 이루어진 수백 두께의 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 주로 가로 방향으로 뻗은 복수의 게이트선(gate line)(121)과 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며, 반도체(151)의 일부분은 위로 돌출하여 반도체(151)의 채널 영역(154a, 154b)과 중첩하는 복수의 돌출부를 포함한다. 이처럼 채널 영역 (154a, 154b)과 중첩하는 게이트선(121)의 일부분은 박막 트랜지스터의 게이트 전극(124a, 124b)으로 사용된다. 게이트 전극(124a, 124b)은 저농도 도핑 영역(152a, 152b)과도 중첩될 수 있다.
게이트선(121)의 한 쪽 끝 부분은 다른 층 또는 외부의 구동 회로와 접속하기 위하여 면적이 넓을 수 있으며, 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)가 기판(110) 위에 집적되는 경우 게이트선(121)이 게이트 구동 회로에 바로 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 두 게이트선(121)의 사이에 위치하며 두 게이트선(121) 중 아래 쪽에 인접해 있다. 유지 전극선(131)은 위쪽의 게이트선(121) 부근까지 세로 방향으로 뻗은 유지 전극(133)을 포함하며, 공통 전극(도시하지 않음)에 인가되는 공통 전압(common voltage) 등 소정의 전압을 인가 받는다.
게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 이루어질 수 있다. 그러나 게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 ??음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 이중 한 도전막은 게이트선(121)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열의 금속, 은 계열의 금속, 구리 계열의 금속으로 이루어진다. 다른 하나의 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 또는 티타늄 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 및 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막을 들 수 있다.
이들 도전막 중 하나는 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열의 금속, 은 계열의 금속, 구리 계열의 금속으로 이루어질 수 있다. 다른 하나의 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 접촉 특성이 우수한 물질, 이를 테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 또는 티타늄 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 및 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막을 들 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 상부의 박막이 부드럽게 연결될 수 있도록 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있다.
게이트선(121), 유지 전극선(131) 및 게이트 절연막(140) 위에는 층간 절연막(interlayer insulating film)(160)이 형성되어 있다. 층간 절연막(160)은 평탄화 특성이 우수하며 감광성(photosensitivity)을 가지는 유기 물질, 플라스마 화학 기상 증착으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질, 또는 무기 물질인 질화 규소 따위로 형성할 수 있다. 층간 절연막(160) 및 게이트 절연막(140)에는 가장 바깥 쪽에 위치한 소스/드레인 영역(153, 155)을 각각 노출하는 복수의 접촉 구멍(163, 165)이 형성되어 있다.
층간 절연막(160) 위에는 게이트선(121)과 교차하는 복수의 데이터선(date line)(171) 및 복수의 출력 전극(175)이 형성되어 있다.
각각의 데이터선(171)은 접촉 구멍(163)을 통해 소스/드레인 영역(153)과 연결되어 있는 입력 전극(173)을 포함한다. 데이터선(171)의 한쪽 끝 부분은 다른 층 또는 외부의 구동 회로와 접속하기 위하여 면적이 넓을 수 있으며, 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)가 기판(110) 위에 집적되는 경우 데이터선(171)이 데이터 구동 회로에 바로 연결될 수 있다. 인접한 두 데이터선(171) 사이에는 유지 전극(133)이 위치한다.
출력 전극(175)은 입력 전극(173)과 떨어져 있으며 접촉 구멍(165)을 통해 소스/드레인 영역(155)과 연결되어 있다.
데이터선(171) 및 출력 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 따위의 내화성 금속(refratory metal) 또는 이들의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나 이들 또한 게이트선(121)과 같이 저항이 낮은 도전막과 접촉 특성이 좋은 도전막을 포함하는 다층막 구조를 가질 수 있다. 다층막 구조의 예로는 앞서 설명한 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 또는 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막의 이중막 외에도 몰리브덴막-알루미늄막-몰리브덴막의 삼중막을 들 수 있다.
데이터선(171) 및 출력 전극(175)의 측면 또한 기판(110) 면에 대하여 경사진 것이 바람직하다.
데이터선(171), 출력 전극(175) 및 층간 절연막(160) 위에는 평탄화 특성이 우수한 유기물 따위로 만들어진 보호막(passivation)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 감광성(photosensitivity)을 가지는 물질로 사진 공정만으로 만들어질 수도 있다. 보호막(180)은 또한 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등 유전 상수 4.0 이하의 저유전율 절연 물질 또는 질화 규소 따위의 무기물로 이루어질 수도 있으며, 무기물로 이루어진 하부막과 유기물로 이루어진 상부막을 포함할 수도 있다.그리고 보호막(180)은 출력 전극(175)을 노출하는 복수의 접촉 구멍(185) 및 데이터선(171)의 한쪽 끝부분을 노출하는 복수의 접촉 구멍(182)을 가진다.
보호막(180b) 위에는 IZO(indium zinc oxide) 또는 ITO(indium tin oxide) 등과 같이 투명한 도전 물질 또는 알루미늄이나 은 등 불투명한 반사성 도전 물질로 이루어지는 화소 전극(pixel electrode)(190) 및 접촉 보조 부재(82)가 형성되어 있다.
화소 전극(190)은 접촉 구멍(185)을 통해 소스/드레인 영역(155)에 연결된 출력 전극(175)과 연결되어 소스/드레인 영역(155) 및 출력 전극(175)으로부터 데 이터 전압을 인가 받는다.
접촉 보조 부재(82)는 데이터선(171)의 끝 부분과 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 한다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(190)은 공통 전압을 인가 받는 공통 전극과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층(도시하지 않음)의 액정 분자들의 방향을 결정한다.
액정 표시 장치의 경우, 화소 전극(190)과 공통 전극은 축전기[이하 '액정 축전기(liquid crystal capacitor)라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하는데, 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 축전기와 병렬로 연결된 다른 축전기를 두며, 이를 유지 축전기(storage capacitor)라 한다. 유지 축전기는 화소 전극(190)과 유지 전극(133)을 비롯한 유지 전극선(131)의 중첩으로 만들어진다. 필요로 하는 유지 축전량에 따라서 유지 전극(133)을 형성하지 않을 수 있다.
화소 전극(190)은 데이터선(171)과 중첩할 수 있으며 이는 개구율을 향상하기 위한 것이다.
그러면 도 1 내지 도 3에 도시한 순차적 측면 고상화 공정을 이용하여 도 4 및 도 5에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 방법에 대하여 도 7a 내지 도 12b와 함께 설명한다.
도 7a는 도 4 및 도 5의 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따른 제조하는 방법의 첫 번째 단계에서의 단면도이고, 도 7b는 도 7a의 박막 트랜지스터 표시판을 VIIb-VIIb'-VIIb"선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 8a는 도 7a의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 8b는 도 8a의 VIIIb-VIIIb'-VIIIb"선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 9는 도 8b의 다음 단계에서의 단면도로 도 8a의 VIIIb-VIIIb'-VIIIb"선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 10a는 도 9의 다음 단게에서의 배치도이고, 도 10b는 도 10a의 박막 트랜지스터 표시판을 Xb-Xb'-Xb"선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 11a는 도 10a의 다음 단계에서의 배치도이고, 도 11b는 도 11a의 박막 트랜지스터 표시판을 XIb-XIb'-XIb"선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
먼저 도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(110) 위에 차단막(111)을 형성한 다음, 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD), 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 비정질 규소로 이루어진 반도체막을 형성한다.
다음 도 1 내지 도 3에 도시한 순차적 측면 고상화 방식으로 반도체막를 결정화한다. 그런 다음 반도체막을 패터닝하여 섬형 반도체(151)를 형성한다.
섬형 반도체(151)의 표면에는 돌기(P)가 형성되어 있으며 도 6에 도시한 바와 같이, 돌기(P)는 다양한 크기의 직선 형태로 형성되며 불규칙적으로 배치되어 있다.
다음 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 기판 위에 화학 기상 증착 방법으로 게이트 절연막(140)을 형성한다.
이후 게이트 절연막(140) 위에 스퍼터링 따위로 금속막을 적층하고 감광막 패턴(PR)을 형성한다. 감광막 패턴(PR)을 식각 마스크로 금속막을 식각하여 게이트 전극(124)을 포함하는 복수의 게이트선(121) 및 유지 전극(133)을 포함하는 복수의 유지 전극선(131)을 형성한다.
이때 식각 시간을 충분히 길게 하여 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 경계선이 감광막 패턴(PR)의 안쪽에 위치하게 한다.
이어 감광막 패턴(PR)을 이온 주입 마스크로 삼아 섬형 반도체(151)에 N형 또는 P형 불순물 이온을 고농도로 주입하여 소스/드레인 영역(153, 155, 157)을 포함하는 복수의 고농도 불순물 영역을 형성한다.
다음 도 9에 도시한 바와 같이, 감광막 패턴(PR)을 제거한 후 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)을 이온 주입 마스크로 섬형 반도체(151)에 N형 또는 P형 불순물 이온을 저농도로 도핑하여 복수의 저농도 불순물 영역(152a, 152b)을 형성한다. 이와 같이 하면, 소스 영역(153)과 드레인 영역(155) 사이에 위치하는 게이트 전극(124) 아래 영역은 채널 영역(154)이 되고 유지 전극선(131) 아래 영역은 유지 영역(157)이 된다.
저농도 불순물 영역(152a, 152b)은 이상에서 설명한 감광막 패턴 이외에 서로 다른 식각 비를 가지는 금속막을 이용하거나, 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측벽에 스페이서(spacer) 등을 만들어 형성할 수 있다.
이후 도 10a 및 도 10b에서와 같이, 기판(110) 전면에 층간 절연막(160)을 적층하고 사진 식각하여 소스 영역 및 드레인 영역(153, 155)을 각각 노출하는 복수의 접촉 구멍(163, 165)을 형성한다.
다음 층간 절연막(160) 위에 접촉 구멍(163, 165)을 통해 각각 소스 영역(153) 및 드레인 영역(155)과 연결되는 입력 전극(173)을 가지는 복수의 데이터선 (171) 및 복수의 출력 전극(175)을 형성한다.
도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 보호막(180)을 적층하고 사진 공정으로 보호막(180)의 일부를 제거하여 출력 전극(175) 및 데이터선(171)의 끝부분을 각각 노출하는 접촉 구멍(185, 182)을 형성한다.
마지막으로 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 보호막(180) 위에 IZO, ITO 등과 같은 투명한 도전 물질로 접촉 구멍(185)을 통해 출력 전극(175)과 연결되는 복수의 화소 전극(190)을 형성한다.
다음 도 12 내지 도 14를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 상세하게 설명한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 발광 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 구조를 도시한 배치도이고, 도 13 및 14는 도 12의 박막 트랜지스터 표시판을 XIII-XIII’, XIV-XIV’선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 12 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 절연 기판(110) 위에는 산화 규소 또는 질화 규소 등으로 이루어진 차단막(111)이 형성되어 있다. 그리고, 차단막(111) 위에 제1 및 제2 반도체(151a, 151b)가 형성되어 있고, 제2 반도체(151b)에는 축전기용 반도체(157)가 연결되어 있다. 제1 반도체(151a)는 제1 소스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역(153a, 154a, 155a)을 포함하고 있으며, 제2 반도체(151b)는 제2 소스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역(153b, 154b, 155b)을 포함한다.
제1 소스 영역(153a)과 제1 드레인 영역(155a)은 n형 불순물로 도핑되어 있 고, 제2 소스 영역(153b)과 제2 드레인 영역(155b)은 p형 불순물로 도핑되어 있다. 구동 조건에 따라서는 제1 소스 영역(153a) 및 제1 드레인 영역(155a)이 p형 불순물로 도핑되고 제2 소스 영역(153b) 및 제2 드레인 영역(155b)이 n형 불순물로 도핑될 수도 있다.
그리고 제1 반도체(151a) 및 제2 반도체(151b)는 순차적 측면 고상화를 통하여 비정질 규소를 결정화한 것으로서 도 6에 도시한 바와 같이, 그 표면에는 직선 형태의 돌기(P)가 형성되어 있다. 이때 돌기(P)는 다양한 방향으로 기울어진 직선 형태로 형성되어 있으며 불규칙적으로 분포한다. 여기서, 제1 반도체(151a)는 스위칭 박막 트랜지스터의 반도체이며, 제2 반도체(152b)는 구동 박막 트랜지스터의 반도체이다.
반도체(151a, 151b, 157) 위에는 산화 규소 또는 질화 규소로 이루어진 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140) 위에는 게이트선(121) 및 유지 전극(133)이 형성되어 있다. 제1 게이트 전극(124a)은 게이트선(121)에 연결되어 가지 모양으로 형성되어 있고 제1 반도체의 채널 영역(154a)과 중첩하고 있으며, 제2 게이트 전극(124b)은 게이트선(121)과는 분리되어 있고 제2 반도체(151b)의 채널 영역(제2 채널 영역, 154b)과 중첩하고 있다. 유지 전극(133)은 제2 게이트 전극(124b)과 연결되어 있고, 반도체의 유지 전극부(157)와 중첩되어 있다.
여기에서 반도체(151a, 151b)에 포함되는 돌기(P)는 다양한 기울기로 불규칙적으로 분포하기 때문에 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 반도체(151a, 151b)에 포함되는 돌기(P)의 수와 배치도 다양하며 불규칙적으로 분포한다. 이처럼 다양한 기울기의 돌기를 형성하면 박막 트랜지스터의 전기적 특성 및 광학적 특성이 다양해진다. 그리고 이러한 다양한 전기적, 광학적 특성을 불규칙하게 분포하도록 함으로써 얼룩 등이 발생하지 않는 균일한 박막 트랜지스터 표시판을 제공할 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(133)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 이루어질 수 있다. 그러나 게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 ??음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 이중 한 도전막은 게이트선(121)의 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄 계열의 금속, 은 계열의 금속, 구리 계열의 금속으로 이루어진다. 다른 하나의 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 또는 티타늄 등으로 이루어질 수 있다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 상부막 및 알루미늄 하부막과 몰리브덴 상부막을 들 수 있다.
게이트선(121)과 제1 및 제2 게이트 전극(124a, 124b) 및 유지 전극(133)의 위에는 제1 층간 절연막(801)이 형성되어 있고, 제1 층간 절연막(801) 위에는 데이터 신호를 전달하는 데이터선(171), 전원 전압을 공급하는 선형의 전원 전압용 전 극(172), 제1 및 제2 입력 전극(173a, 173b) 및 제1 및 제2 출력 전극(175a, 175b)이 형성되어 있다.
제1 입력 전극(173a)은 데이터선(171)의 일부이며 분지의 형태를 취하고 있으며 제1 층간 절연막(801)과 게이트 절연막(140)을 관통하고 있는 접촉구(181)를 통하여 제1 소스 영역(153a)과 연결되어 있고, 제2 소스 영역(173b)은 전원 전압용 전극(172)의 일부로 분지의 형태를 취하고 있으며 제1 층간 절연막(801)과 게이트 절연막(140)을 관통하고 있는 접촉구(184)를 통하여 제2 소스 영역(153b)과 연결되어 있다.
제1 드레인 영역(175a)은 제1 층간 절연막(801)과 게이트 절연막(140)을 관통하고 있는 접촉구(182, 183)를 통하여 제1 드레인 영역(155a) 및 제2 게이트 전극(124b)과 접촉하여 이들을 서로 전기적으로 연결하고 있다. 제2 출력 전극(175b)은 제1 층간 절연막(801)과 게이트 절연막(140)을 관통하고 있는 접촉구(186)를 통하여 제2 드레인 영역(155b)과 연결되어 있으며, 데이터선(171)과 동일한 물질로 이루어져 있다.
데이터선(171), 전원 전압용 전극(172) 및 제1 및 제2 출력 전극(175a, 175b) 위에는 질화 규소 또는 산화 규소 또는 유기 절연 물질 등으로 이루어진 제2 층간 절연막(802)이 형성되어 있으며, 제2 층간 절연막(802)은 제2 출력 전극(175b)을 드러내는 접촉구(185)를 가진다.
제2 층간 절연막(802) 상부에는 접촉구(185)를 통하여 제2 출력 전극(175b)과 연결되어 있는 화소 전극(190)이 형성되어 있다. 화소 전극(190)은 알루미늄 또는 은 합금 등의 반사성이 우수한 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
그러나, 필요에 따라서는 화소 전극(190)을 ITO (Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium zinc Oxide) 등의 투명한 절연 물질로 형성할 수도 있다. 투명한 도전 물질로 이루어진 화소 전극(190)은 표시판의 아래 방향으로 화상을 표시하는 바텀 방출(bottom emission) 방식의 유기 발광에 적용한다. 불투명한 도전 물질로 이루어진 화소 전극(190)은 표시판의 상부 방향으로 화상을 표시하는 탑 방출(top emission) 방식의 유기 발광에 적용한다.
제2 층간 절연막(802) 상부에는 유기 절연 물질로 이루어져 있으며, 유기 발광 셀을 분리시키기 위한 격벽(803)이 형성되어 있다. 격벽(803)은 화소 전극 (190) 주변을 둘러싸서 유기 발광층(70)이 채워질 영역을 한정하고 있다. 격벽(803)은 검정색 안료를 포함하는 감광제를 노광, 현상하여 형성함으로써 차광막의 역할을 하도록 하고, 동시에 형성 공정도 단순화할 수 있다. 격벽(803)에 둘러싸인 화소 전극(190) 위의 영역에는 유기 발광층(70)이 형성되어 있다. 유기 발광층(70)은 적색, 녹색, 청색 중 어느 하나의 빛을 내는 유기 물질로 이루어지며, 적색, 녹색 및 청색 유기 발광층(70)이 순서대로 반복적으로 배치되어 있다.
유기 발광층(70)과 격벽(803) 위에는 버퍼층(804)이 형성되어 있다. 버퍼층(804)은 필요에 따라서는 생략될 수 있다.
버퍼층(804) 위에는 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어져 있다. 만약 화소 전극(190)이 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질로 이루어지는 경우에는 공통 전극(270)은 알 루미늄 등의 반사성이 좋은 금속으로 이루어질 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나 공통 전극(270)의 전도성을 보완하기 위하여 저항이 낮은 금속으로 보조 전극을 형성할 수도 있다. 보조 전극은 공통 전극(270)과 버퍼층(804) 사이 또는 공통 전극(270) 위에 형성할 수 있으며, 유기 발광층(70)과는 중첩하지 않도록 격벽(803)을 따라 매트릭스 모양으로 형성하는 것이 바람직하다.
이처럼, 본 발명에서와 같이 반도체, 특히 채널 영역 또는 저농도 도핑 영역에 위치하는 돌기를 다양한 방향으로 기울어지도록 하고 불규칙적으로 분포시킴으로써 돌기에 의한 전기적 특성 및 광학적 특성이 불규칙하게 분포하도록 하여 균일한 화질의 박막 트랜지스터 표시판을 제공할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (15)
- 비정질 규소를 결정화하는 결정화 공정에서 레이저빔을 국부적으로 조사하기 위한 결정화용 마스크로서,상기 마스크는 상기 레이저빔을 투과시키는 하나 이상의 슬릿이 일정하게 배열되어 이루어진 투광 영역을 포함하며,상기 슬릿은 상기 마스크의 X축에 대하여 기울어진 제1 틸트부,상기 제1 틸트부로부터 연장되어 있으며 상기 마스크의 X축에 대하여 상기 제1 틸트부와 다른 기울기로 기울어져 있는 제2 틸트부를 포함하는 결정화용 마스크.
- 제1항에서,상기 슬릿의 제1 틸트부와 제2 틸트부는 상기 마스크의 Y축에 대하여 대칭을 이루는 결정화용 마스크.
- 제1항에서,상기 결정화용 마스크는 복수의 상기 투광 영역을 포함하고,상기 복수의 투광 영역 중 서로 인접한 두 투광 영역의 슬릿은 서로 엇갈리도록 배열된 결정화용 마스크.
- 제1항에서,상기 슬릿은 V자형인 결정화용 마스크.
- 기판,상기 기판 위에 형성되어 있으며 제1 및 제2 소스/드레인 영역과 채널 영역을 포함하며 다결정 규소로 이루어지는 복수의 반도체,상기 반도체 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 상기 채널 영역과 중첩하는 복수의 게이트선,상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 상기 제1 소스/드레인 영역과 연결되어 있는 복수의 데이터선, 그리고상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 상기 제2 소스/드레인 영역과 연결되어 있는 화소 전극을 포함하고,상기 반도체의 표면은 직선형태로 다양한 기울기로 기울어진 복수의 돌기를 가지는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제5항에서,상기 반도체는 투광 영역을 가지는 결정화용 마스크를 이용한 순차적 측면 고상 결정화 공정으로 만들어지는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제5항에서,싱기 돌기의 길이는 다양한 박막 트랜지스터 표시판.
- 제5항에서,상기 게이트선과 나란한 유지 전극선을 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제5항에서,상기 절연 기판과 상기 반도체 사이에 형성되어 있는 차단막을 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제5항에서,상기 게이트선 및 상기 데이터선과 상기 화소 전극 사이에 형성되어 있는 보호막을 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 제5항에서,상기 게이트선과 상기 데이터선의 사이에 형성되어 있는 층간 절연막, 그리고상기 층간 절연막과 상기 보호막 사이에 형성되어 있으며 상기 제2 소스/드레인 영역과 상기 화소 전극에 연결되어 있는 출력 전극을 더 포함하는 박막 트랜 지스터 표시판.
- 제5항에서,상기 화소 전극 상부에 형성되어 있는 격벽,상기 격벽에 둘러싸진 발광층을 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
- 절연 기판 위에 비정질 규소막을 형성하는 단계,상기 비정질 규소막에 광마스크의 이동 방향에 대하여 기울어진 제1 틸트부 및 상기 제1 틸트부로부터 연장되어 있으며 상기 광마스크의 이동 방향에 대하여 상기 제1 틸트부와 다른 기울기로 기울어진 제2 틸트부를 통해 상기 비정질 규소막에 레이저를 조사하고 상기 광마스크를 이동하는 단계를 반복 진행하여 다결정 규소막을 형성하는 단계,상기 다결정 규소막을 패터닝하여 반도체를 형성하는 단계,상기 반도체를 덮도록 게이트 절연막을 형성하는 단계,상기 게이트 절연막 위에 상기 반도체와 일부분이 중첩하는 게이트선을 형성하는 단계,상기 반도체의 소정 영역에 도전형 불순물을 고농도로 도핑하여 제1 및 제2 소스/드레인 영역을 형성하는 단계,상기 게이트선 및 반도체를 덮도록 층간 절연막을 형성하는 단계,상기 층간 절연막 위에 상기 제1소스/드레인 영역과 연결되는 데이터선 및 상기 제2 소스/드레인 영역과 연결되는 출력 전극을 형성하는 단계,상기 데이터선 및 출력 전극 위에 보호막을 형성하는 단계,상기 보호막 위에 상기 출력 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제13항에서,상기 다결정 규소막을 형성하는 단계는 상기 제1 틸트부와 상기 제2 틸트부가 Y축을 중심으로 대칭을 이루는 슬릿이 형성된 광마스크를 이용하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제13항에서,상기 광마스크에 형성된 슬릿은 V자형인 것을 사용하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
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