KR20080046454A - Thin film transistor array substrate and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 통상적인 박막 트랜지스터 어레이 기판을 개략적으로 도시한 평면도이다. 1 is a plan view schematically illustrating a conventional thin film transistor array substrate.
도 2은 도 1에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다. FIG. 2 is a cross-sectional view of the thin film transistor array substrate of FIG. 1 taken along the line II ′. FIG.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법을 단계적으로 도시한 단면도이다. 3A to 3D are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing the thin film transistor array substrate illustrated in FIG. 2.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 개략적으로 도시한 평면도이다. 4 is a plan view schematically illustrating a thin film transistor array substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다. FIG. 5 is a cross-sectional view of the thin film transistor array substrate of FIG. 4 taken along a line II-II '.
도 6은 온도에 따른 상전이 반도체 패턴 내의 저항성의 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과.6 is a simulation result showing a change in resistance in a phase-transfer semiconductor pattern with temperature.
도 7은 본 발명과 종래에서의 채널에서의 누설전류 발생정도를 나타내는 시뮬레이션 결과.7 is a simulation result showing the degree of leakage current generation in the channel in the present invention and the prior art.
도 8a 내지 도 8d는 도 6에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조공정을 단계적으로 나타내는 도면이다.8A through 8D are steps illustrating a manufacturing process of the thin film transistor array substrate illustrated in FIG. 6.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 > <Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
2, 102 : 게이트 라인 4, 104 : 데이터 라인 2, 102:
6, 106 : 박막 트랜지스터 8, 108 : 게이트 전극 6, 106
10, 110 : 소스 전극 12, 112 : 드레인 전극 10, 110:
14, 114 : 활성층 16,116 : 제1 컨택홀 14, 114: active layer 16,116: first contact hole
18, 118 : 화소전극 20 : 스토리지 캐패시터 18, 118: pixel electrode 20: storage capacitor
144 : 게이트 절연막 160 : 상전이 반도체 패턴144 gate
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 표시품질을 향상시킴과 아울러 공정을 단순화할 수 있는 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법에 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 thin film transistor array substrate and a method of manufacturing the same, which can improve display quality and simplify a process.
통상의 액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여 액정표시장치는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널과, 액정패널을 구동하기 위한 구동회로를 구비한다. Conventional liquid crystal display devices display an image by adjusting the light transmittance of the liquid crystal using an electric field. To this end, the liquid crystal display includes a liquid crystal panel in which liquid crystal cells are arranged in a matrix, and a driving circuit for driving the liquid crystal panel.
액정패널은 서로 대향하는 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 칼러필터 어레이 기판과, 두 기판 사이에 일정한 셀갭 유지를 위해 위치하는 스페이서와, 그 셀갭에 채워진 액정을 구비한다. The liquid crystal panel includes a thin film transistor array substrate and a color filter array substrate facing each other, a spacer positioned to maintain a constant cell gap between the two substrates, and a liquid crystal filled in the cell gap.
박막 트랜지스터 어레이 기판은 게이트 라인들 및 데이터 라인들과, 그 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 스위치소자로 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극 등과, 그들 위에 도포된 배향막으로 구성된다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 각각의 패드부를 통해 구동회로들로부터 신호를 공급받는다. 박막 트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소전압신호를 화소 전극에 공급한다.The thin film transistor array substrate includes a gate line and a data line, a thin film transistor formed of a switch element at each intersection of the gate lines and the data lines, a pixel electrode formed of a liquid crystal cell and connected to the thin film transistor, and the like. It consists of the applied alignment film. The gate lines and the data lines receive signals from the driving circuits through the respective pad parts. The thin film transistor supplies the pixel voltage signal supplied to the data line to the pixel electrode in response to the scan signal supplied to the gate line.
칼라필터 어레이 기판은 액정셀 단위로 형성된 칼라필터들과, 칼러필터들간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스와, 액정셀들에 공통적으로 기준전압을 공급하는 공통 전극 등과, 그들 위에 도포되는 배향막으로 구성된다.The color filter array substrate includes color filters formed in units of liquid crystal cells, a black matrix for distinguishing between color filters and reflecting external light, a common electrode for supplying a reference voltage to the liquid crystal cells in common, and an alignment layer applied thereon. It consists of.
액정패널은 박막 트랜지스터 어레이 기판과 칼라필터 어레이 기판을 별도로 제작하여 합착한 다음 액정을 주입하고 봉입함으로써 완성하게 된다.The liquid crystal panel is completed by separately manufacturing a thin film transistor array substrate and a color filter array substrate, and then injecting and encapsulating a liquid crystal.
도 1은 종래의 박막 트랜지스터 어레이 기판을 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.1 is a plan view illustrating a conventional thin film transistor array substrate, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the thin film transistor array substrate illustrated in FIG. 1 taken along the line II ′.
도 1 및 도 2에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판은 하부기판(42) 위에 게이트 절연막(44)을 사이에 두고 교차하게 형성된 게이트 라인(2) 및 데이터 라 인(4)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor ; 이하 "TFT"라 함)(6)와, 그 교차구조로 마련된 셀영역에 형성된 화소 전극(18)을 구비한다. 그리고, TFT 어레이 기판은 화소전극(18)과 이전단 게이트 라인(2)의 중첩부에 형성된 스토리지 캐패시터(20)를 구비한다. The thin film transistor array substrate illustrated in FIGS. 1 and 2 includes a
TFT(6)는 게이트 라인(2)에 접속된 게이트 전극(8)과, 데이터 라인(4)에 접속된 소스 전극(10)과, 화소 전극(16)에 접속된 드레인 전극(12)과, 게이트 전극(8)과 중첩되고 소스 전극(10)과 드레인 전극(12) 사이에 채널을 형성하는 활성층(14)을 구비한다. 활성층(14)은 스토리지 상부전극(22), 데이터 라인(4), 소스 전극(10) 및 드레인 전극(12)과 중첩되게 형성되고 소스 전극(10)과 드레인 전극(12) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(14) 위에는 스토리지 전극(22), 데이터 라인(4), 소스 전극(10) 및 드레인 전극(12)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(48)이 더 형성된다. 이하, 활성층(14)과 오믹접촉층(148)을 반도체 패턴(49)라 한다. The TFT 6 includes a
이러한 TFT(6)는 게이트 라인(2)에 공급되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(4)에 공급되는 화소전압 신호가 화소 전극(18)에 충전되어 유지되게 한다. The
화소전극(18)은 보호막(50)을 관통하는 제1 컨택홀(16)을 통해 TFT(6)의 드레인 전극(12)과 접속된다. 화소 전극(18)은 충전된 화소전압에 의해 도시하지 않은 상부 기판에 형성되는 공통 전극과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 TFT 어레이 기판과 컬러필터 어레이 기판 사이에 위치하는 액정이 유전 이방성에 의해 회전하게 되며 도시하지 않은 광원으로부터 화소전극(18)을 경유하여 입사되는 광을 상부 기판 쪽으로 투과시키게 된다. The
스토리지 캐패시터(20)는 전단 게이트라인(2), 그 게이트라인(2)과 게이트 절연막(44), 활성층(14) 및 오믹접촉층(48)을 사이에 두고 중첩되는 스토리지 전극(22)과, 그 스토리지 전극(22)과 보호막(50)을 사이에 두고 중첩됨과 아울러 그 보호막(50)에 형성된 제2 컨택홀(24)을 경유하여 접속된 화소전극(22)으로 구성된다. 이러한 스토리지 캐패시터(20)는 화소 전극(18)에 충전된 화소전압이 다음 화소전압이 충전될 때까지 유지되도록 도움을 주게 된다.The
이하, 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 TFT 어레이 기판의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a method of manufacturing a TFT array substrate will be described with reference to FIGS. 3A to 3D.
먼저, 하부기판(42) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착방법을 통해 게이트 금속층이 형성된다. 이어서, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 게이트 금속층이 패터닝됨으로써 도 3a에 도시된 바와 같이, 게이트라인(2), 게이트전극(8)을 포함하는 게이트 패턴들이 형성된다. 게이트 금속으로는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄계 금속 등이 단일층 또는 이중층 구조로 이용된다. First, a gate metal layer is formed on the
게이트 패턴들이 형성된 하부기판(42) 상에 PECVD, 스퍼터링 등의 증착방법을 통해 게이트 절연막(44)이 형성된다. 게이트 절연막(44)의 재료로는 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기 절연물질이 이용된다. The
게이트 절연막(44)이 형성된 하부기판(42) 상에 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층, 그리고 소스/드레인 금속층이 순차적으로 형성된다. An amorphous silicon layer, an n + amorphous silicon layer, and a source / drain metal layer are sequentially formed on the
소스/드레인 금속층 위에 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정으로 포토레지스트 패턴을 형성하게 된다. 이 경우 마스크로는 TFT(6)의 채널부에 회절 노광부 를 갖는 회절 노광 마스크를 이용함으로써 채널부의 포토레지스트 패턴이 다른 소스/드레인 패턴부 보다 낮은 높이를 갖게 한다.A photoresist pattern is formed on the source / drain metal layer by a photolithography process using a mask. In this case, by using a diffraction exposure mask having a diffraction exposure portion in the channel portion of the
이어서, 포토레지스트 패턴을 이용한 습식 식각공정으로 소스/드레인 금속층이 패터닝됨으로써 데이터 라인(4), 소스 전극(10), 그 소스 전극(10)과 일체화된 드레인 전극(12), 스토리지 전극(22)을 포함하는 소스/드레인 패턴들이 형성된다.Next, the source / drain metal layer is patterned by a wet etching process using a photoresist pattern, so that the
그 다음, 동일한 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각공정으로 n+ 비정질 실리콘층과 비정질(amorphous) 실리콘층이 동시에 패터닝됨으로써 오믹접촉층(48)과 활성층(14)으로 이루어지는 반도체 패턴(49)이 형성된다.Next, the n + amorphous silicon layer and the amorphous silicon layer are simultaneously patterned by a dry etching process using the same photoresist pattern to form a
그리고, 채널부에서 상대적으로 낮은 높이를 갖는 포토레지스트 패턴이 애싱(Ashing) 공정으로 제거된 후 건식 식각공정으로 채널부의 소스/드레인 패턴 및 오믹접촉층(48)이 식각된다. 이에 따라, 도 3b에 도시된 바와 같이 채널부의 활성층(14)이 노출됨과 아울러 소스 전극(10)과 드레인 전극(12)이 전기적으로 분리된다. The photoresist pattern having a relatively low height in the channel portion is removed by an ashing process, and then the source / drain pattern and the
이어서, 스트립 공정으로 소스/드레인 패턴부 위에 남아 있는 포토레지스트 패턴이 제거된다. 소스/드레인 금속으로는 몰리브덴(Mo), 티타늄, 탄탈륨, 몰리브덴 합금(Mo alloy), 구리(Cu), 알루미늄계 금속 등이 이용된다. Subsequently, the photoresist pattern remaining on the source / drain pattern portion is removed by a stripping process. As the source / drain metal, molybdenum (Mo), titanium, tantalum, molybdenum alloy (Mo alloy), copper (Cu), aluminum-based metal and the like are used.
소스/드레인 패턴들이 형성된 게이트 절연막(44) 상에 PECVD 등의 증착방법으로 보호막(50)이 전면 형성된다. 보호막(50)은 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 패터닝됨으로써 도 3c에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 컨택홀들(16, 24)이 형성된다. 제1 컨택홀(16)은 보호막(50)을 관통하여 드레인 전 극(12)이 노출되게 형성되고, 제2 컨택홀(24)은 보호막(50)을 관통하여 스토리지 전극(22)이 노출되게 형성된다. The
보호막(50)의 재료로는 게이트 절연막(44)과 같은 무기 절연물질이나 유전상수가 작은 아크릴(acryl)계 유기화합물, BCB 또는 PFCB 등과 같은 유기 절연물질이 이용된다.As the material of the
보호막(50) 상에 스퍼터링 등의 증착방법으로 투명전극 물질이 전면 증착된다. 이어서 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정을 통해 투명전극 물질이 패텅님됨으로써 도 3d에 도시된 바와 같이 화소전극(18)을 포함하는 투명전극 패턴들이 형성된다. 화소 전극(18)은 제1 컨택홀(16)을 통해 드레인 전극(12)과 전기적으로 접속되고, 제2 컨택홀(24)을 통해 전단 게이트라인(2)과 중첩되는 스토리지 전극(22)과 전기적으로 접속된다. 투명전극 물질로는 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO)이나 주석산화물(Tin Oxide : TO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO)이 이용된다. The transparent electrode material is entirely deposited on the
이러한, TFT 어레이 기판에서는 활성층(14)과 오믹접촉층(48) 사이의 계면 불안정, n+ 비정질 실리콘층 형성 후 비정질(amorphous) 실리콘층 형성 전 사이의 외부환경에 따른 오염 등의 원인에 의해 채널의 온(on)/오프(off) 특성이 저하되는 문제가 발생 된다. 특히, 드레인 전극(12)에서 소스전극(10)으로 흐르는 누설전류(off current)가 발생됨으로써 화소전극(18)에의 화소전압이 한 프레임 동안 균일하게 유지되지 않으며 정상적인 충방전이 이루어지지 않게 된다. 이에 따라, 콘트라스트비가 저하되고 잔상이 나타나는 등 표시품질이 저하되는 문제가 발생된다.In the TFT array substrate, the channel is unstable due to interfacial instability between the
또한, 도 1 및 2에서의 반도체 패턴(49)을 형성하려면 n+ 비정질 실리콘층과 비정질(amorphous) 실리콘층을 각각 형성함과 아울러 각각을 식각해야 하며 채널부에서는 n+ 비정질 실리콘층 만을 선택적으로 식각하는 공정이 추가되는 등 공정이 복잡해지고 길어지는 문제가 있다.In addition, in order to form the
따라서, 본 발명의 목적은 표시품질을 향상시킴과 아울러 공정을 단순화할 수 있는 박막트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin film transistor array substrate and a method of manufacturing the same, which can improve display quality and simplify the process.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판은 게이트 절연막을 사이에 두고 서로 교차되게 형성된 게이트 라인 및 데이터 라인과; 상기 데이터 라인과 접속되며 상기 게이트 라인으로부터의 게이트 전압에 의해 구동되는 박막 트랜지스터와; 상기 박막 트랜지스터와 접속된 화소전극을 구비하고, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트 전압의 크기에 따라 전기적 특성이 달라지는 상전이 반도체 패턴을 포함한다.In order to achieve the above object, a thin film transistor array substrate according to the present invention includes a gate line and a data line formed to cross each other with a gate insulating film therebetween; A thin film transistor connected to the data line and driven by a gate voltage from the gate line; The thin film transistor includes a pixel electrode connected to the thin film transistor, and the thin film transistor includes a phase change semiconductor pattern whose electrical characteristics vary according to the magnitude of the gate voltage.
상기 상전이 반도체 패턴은 상기 게이트 라인에 게이트 하이 전압이 공급되면 저항성이 작아지고, 상기 게이트 라인에 게이트 로우 전압이 공급되면 저항성이 커진다.The phase change semiconductor pattern has a low resistivity when a gate high voltage is supplied to the gate line, and a high resistivity when a gate low voltage is supplied to the gate line.
상기 게이트 하이 전압은 상기 박막 트랜지스터의 턴-온 전압이고, 상기 게 이트 로우 전압은 상기 박막 트랜지스터의 턴-오프 전압인 것을 특징으로 한다.The gate high voltage is a turn-on voltage of the thin film transistor, and the gate low voltage is a turn-off voltage of the thin film transistor.
상기 상전이 반도체 패턴은 단일층으로 구성된다.The phase change semiconductor pattern is composed of a single layer.
상기 상전이 반도체 패턴은 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 텔루륨(Te)을 포함한다.The phase change semiconductor pattern includes germanium (Ge), antimony (Sb), and tellurium (Te).
상기 게이트 라인, 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 라인과 중첩되는 스토리지 전극, 상기 스토리지 전극 하부에 위치하는 상기 상전이 반도체 패턴 및 상기 스토리지 전극을 노출시키는 접촉홀을 통해 상기 스토리지 전극과 접촉되는 화소전극으로 구성되는 스토리지 캐패시터를 더 포함한다.A pixel electrode in contact with the storage electrode through the storage electrode overlapping the gate line with the gate line and the gate insulating layer interposed therebetween, the phase change semiconductor pattern disposed under the storage electrode, and a contact hole exposing the storage electrode. The storage capacitor further comprises.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법은 기판 위에 박막 트랜지스터의 게이트 전극, 상기 게이트 전극과 접속된 게이트 라인을 포함하는 게이트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 게이트 패턴 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위에 상기 게이트 라인과 접속된 데이터 라인, 상기 데이터 라인과 접속된 소스전극, 상기 소스전극과 마주보는 드레인 전극을 포함하는 소스/드레인 패턴을 형성함과 아울러 상기 소스/드레인 패턴 하부에 위치하며 상기 게이트 전극에 공급되는 게이트 전압의 크기에 따라 전기적 특성이 달라지는 상전이 반도체 패턴을 형성하는 단계와; 상기 드레인 전극을 노출시키는 제1 접촉홀을 가지는 보호막을 형성하는 단계와; 상기 제1 접촉홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a thin film transistor array substrate according to the present invention includes forming a gate pattern including a gate electrode of a thin film transistor and a gate line connected to the gate electrode on a substrate; Forming a gate insulating film on the gate pattern; A source / drain pattern including a data line connected to the gate line, a source electrode connected to the data line, and a drain electrode facing the source electrode is formed on the gate insulating layer, and is positioned below the source / drain pattern. Forming a phase change semiconductor pattern whose electrical characteristics vary depending on the magnitude of the gate voltage supplied to the gate electrode; Forming a protective film having a first contact hole exposing the drain electrode; Forming a pixel electrode in contact with the drain electrode through the first contact hole.
상기 게이트 라인, 상기 게이트 절연막을 사이에 두고 상기 게이트 라인과 중첩되는 스토리지 전극, 상기 스토리지 전극 하부에 위치하는 상기 상전이 반도체 패턴 및 상기 스토리지 전극을 노출시키는 제2 접촉홀을 통해 상기 스토리지 전극과 접촉되는 상기 화소전극으로 구성되는 스토리지 캐패시터를 형성하는 단계를 더 포함한다. Contacting the storage electrode through the gate line, the storage electrode overlapping the gate line with the gate insulating layer interposed therebetween, the phase change semiconductor pattern positioned below the storage electrode, and a second contact hole exposing the storage electrode. The method may further include forming a storage capacitor including the pixel electrode.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. Other objects and advantages of the present invention in addition to the above object will be apparent from the description of the preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도 4 내지 도 8d를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 8D.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 TFT 어레이 기판을 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 TFT 어레이 기판을 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다. 4 is a plan view illustrating a TFT array substrate according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the TFT array substrate illustrated in FIG. 4 taken along a line II-II '.
도 4 및 도 5에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판은 하부기판(142) 위에 게이트 절연막(144)을 사이에 두고 교차하게 형성된 게이트 라인(102) 및 데이터 라인(104)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor ; 이하 "TFT"라 함)(106)와, 그 교차구조로 마련된 셀영역에 형성된 화소 전극(118)을 구비한다. 그리고, TFT 어레이 기판은 화소전극(118)과 이전단 게이트 라인(102)의 중첩부에 형성된 스토리지 캐패시터(120)를 구비한다. The thin film transistor array substrate illustrated in FIGS. 4 and 5 includes a
화소전극(118)은 보호막(150)을 관통하는 제1 컨택홀(116)을 통해 TFT(106)의 드레인 전극(112)과 접속된다. 화소 전극(118)은 충전된 화소전압에 의해 도시하지 않은 상부 기판에 형성되는 공통 전극과 전위차를 발생시키게 된다. The
스토리지 캐패시터(120)는 전단 게이트라인(102)과, 그 게이트라인(102)과 게이트 절연막(144), 상전이 반도체 패턴(160)을 사이에 두고 중첩되는 스토리지 전극(122)과, 그 스토리지 전극(122)과 보호막(150)을 사이에 두고 중첩됨과 아울러 그 보호막(150)에 형성된 제2 컨택홀(124)을 경유하여 접속된 화소전극(122)으로 구성된다. 이러한 스토리지 캐패시터(120)는 화소 전극(118)에 충전된 화소전압이 다음 화소전압이 충전될 때까지 유지되도록 도움을 주게 된다.The
TFT(106)는 게이트 라인(102)에 접속된 게이트 전극(108)과, 데이터 라인(104)에 접속된 소스 전극(110)과, 화소 전극(116)에 접속된 드레인 전극(112)과, 게이트 전극(108)과 중첩되고 소스 전극(110)과 드레인 전극(112) 사이에 채널을 형성하는 상전이 반도체 패턴(160)을 포함한다. 상전이 반도체 패턴(160)은 누설전류(off current)를 최소화시킴에 따라 표시품질을 향상시킨다. The
상전이 반도체 패턴(160)은 게이트 전극(8)에 게이트 하이 전압이 공급될 때는 결정질 실리콘과 유사한 전기적 특징을 나타내고 게이트 전극(8)에 게이트 로우 전압이 공급될 때는 비정질 실리콘과 유사한 특성을 나타낸다. 특히, 게이트 전극(8)에 게이트 로우 전압이 공급될 때에 상전이 반도체 패턴(160) 내의 저항성이 매우 높아지게 된다. 이에 따라, 박막 트랜지스터(106)의 온(on)/오프(off) 특성이 향상될 수 있게 됨으로써 누설전류(off current)가 발생되지 않게 된다. 그 결과, 각 화소전극(18)에의 충방전이 정상적으로 이루어지게 됨으로써 종래 대비 표시품질이 향상되게 된다. The phase
이하, 도 6 내지 도 7을 참조하여 상전이 반도체 패턴(160) 및 그에 따른 작용 효과에 대해 좀더 상세히 설명한다. Hereinafter, the phase
상전이 반도체 패턴(160)은 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 텔루륨(Te)이 혼합된 반도체 물질로써 도 6에 도시된 바와 같은 온도에 따른 저항성을 가지게 된다.The phase
도 6에서의 곡선 A,B,C는 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 텔루륨(Te) 혼합비율을 달리하는 상전이 반도체 물질이 온도가 높아짐에 따른 저항성의 변화를 나타내는 시뮬레이션 결과이다. 특히, 도 6에서의 온도는 액정표시패널의 게이트 전극(108)에 공급되는 게이트 전압에 크기와 비례하는 수치를 나타내고 있다. Curves A, B, and C in FIG. 6 are simulation results showing a change in resistance of a phase-transfer semiconductor material having different mixing ratios of germanium (Ge), antimony (Sb), and tellurium (Te) as the temperature increases. In particular, the temperature in FIG. 6 represents a numerical value proportional to the magnitude of the gate voltage supplied to the
곡선 A,B,C는 각각 Ge1Sb2Te4 의 비율로 혼합된 경우, Ge2Sb2Te5 의 비율로 혼합된 경우, Ge4Sb1Te5 의 비율로 혼합된 경우 온도가 증가함에 따른 저항값을 나타내고 있다. 도 6에서의 곡선 A,B,C는 공통적으로 저온에서는 높은 저항값을 나타냄에 비하여 고온에서는 낮은 저항값을 나타냄을 알 수 있다. 즉, GeSbTe으로 구성되는 반도체 물질은 저온에서 높은 저항성을 나타내고 고온에서는 낮은 저항성을 나타내는 특성을 갖는다. Curves A, B, and C are respectively mixed at the ratio of Ge 1 Sb 2 Te 4 , and are mixed at the ratio of Ge 2 Sb 2 Te 5 , and increased at the ratio of Ge 4 Sb 1 Te 5 . The resistance value is shown. It can be seen that the curves A, B, and C in FIG. 6 commonly exhibit high resistance values at low temperatures, whereas low curves are shown at high temperatures. That is, the semiconductor material composed of GeSbTe has a property of showing high resistance at low temperatures and low resistance at high temperatures.
이에 따라, 본원발명에서는 GeSbTe으로 구성되는 반도체 물질을 이용하여 박막 트랜지스터(106)의 채널을 형성함에 따라, 게이트 전극(108)에 게이트 하이 전압이 공급되는 경우에는 GeSbTe으로 구성되는 반도체물질의 전기적 특성이 결정질 반도체와 유사한 특성을 나타낸다. 이와 달리, 게이트 전극(108)에 게이트 로우 전압이 공급되면 GeSbTe으로 구성되는 반도체 물질의 전기적 특성이 저항성이 높은 비결정질 반도체와 유사한 특성을 나타낸다. Accordingly, in the present invention, as the channel of the
게이트 로우 전압이 공급될 때 상전이 반도체 패턴(160)의 주변 온도저하에 따른 저항값과 게이트 하이 전압이 공급될 때 상전이 반도체 패턴(160)의 주변 온도상승에 따른 저항값 간의 차이는 106~107(Ω㎝)이다. The difference between the resistance value of the phase
이에 따라, GeSbTe으로 이루어지는 상전이 반도체 패턴(160)을 포함하는 박막 트랜지스터(106)는 스위칭 턴-온과 턴-오프 간의 저항값의 차이를106~107(Ω㎝) 정도로 유지시킬 수 있게 된다.Accordingly, the
도 7은 통상의 박막 트랜지스터(106)와 상전이 반도체 패턴(160)을 채용한 박막 트랜지스터(106)에서의 누설전류 발생 정도를 나타내는 시뮬레이션 결과이다. 7 is a simulation result showing the degree of leakage current generation in the
도 7에서의 P2는 상전이 반도체 패턴(160)을 채용한 박막 트랜지스터에서의 누설전류를 나타내고, P1은 통상의 박막 트랜지스터에서의 누설전류를 나타낸다. In FIG. 7, P2 represents a leakage current in the thin film transistor employing the phase
도 7을 참조하면, 약 2V 정도의 문턱전압(Vth) 이하에서, 상전이 반도체 패턴(160)을 채용한 박막 트랜지스터의 누설전류 값은 0.0004 A 이하이지만, 통상의 박막 트랜지스터의 누설전류 값은 0.7V 정도에서 0.0016 A 정도임을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, at or below a threshold voltage (Vth) of about 2V, the leakage current value of the thin film transistor employing the phase
즉, 박막 트랜지스터의 턴-오프 동안에는 채널의 저항이 크게 작용하게 됨으로써 드레인 전극(112)에서 소스전극(110)으로의 누설전류 발생을 최소화할 수 있게 된다.That is, since the resistance of the channel is large during turn-off of the thin film transistor, leakage current from the
그 결과, 화소전극(18)에의 화소전압이 한 프레임 동안 균일하게 유지될수 있게 되고 충방전이 정상적으로 이루어질 수 있게 됨으로써 잔상이 없어지게 되고 콘트라스트비가 증가하는 등 표시품질이 향상된다.As a result, the pixel voltage to the
이하, 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 TFT 어레이 기판의 제조방법을 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a method of manufacturing a TFT array substrate will be described with reference to FIGS. 8A to 8D.
먼저, 하부기판(142) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착방법을 통해 게이트 금속층이 형성된다. 이어서, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 게이트 금속층이 패터닝됨으로써 도 8a에 도시된 바와 같이, 게이트 라인(102), 게이트 전극(108)을 포함하는 게이트 패턴들이 형성된다. 게이트 금속으로는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄계 금속 등이 단일층 또는 이중층 구조로 이용된다. First, a gate metal layer is formed on the
게이트 패턴들이 형성된 하부기판(142) 상에 PECVD, 스퍼터링 등의 증착방법을 통해 게이트 절연막(144)이 형성된다. 게이트 절연막(144)의 재료로는 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기 절연물질이 이용된다. The
게이트 절연막(144)이 형성된 하부기판(142) 상에 게르마늄(Ge), 안티모니(Sb), 텔루륨(Te)이 혼합된 반도체층 및 소스/드레인 금속층이 순차적으로 형성된다. On the
소스/드레인 금속층 위에 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정으로 포토레지스트 패턴을 형성하게 된다. 이 경우 마스크로는 TFT(106)의 채널부에 회절 노광부를 갖는 회절 노광 마스크를 이용함으로써 채널부의 포토레지스트 패턴이 다른 소스/드레인 패턴부 보다 낮은 높이를 갖게 한다.A photoresist pattern is formed on the source / drain metal layer by a photolithography process using a mask. In this case, by using a diffraction exposure mask having a diffraction exposure portion in the channel portion of the
이어서, 포토레지스트 패턴을 이용한 습식 식각공정으로 소스/드레인 금속층이 패터닝됨으로써 데이터 라인(104), 소스 전극(110), 그 소스 전극(110)과 일체화된 드레인 전극(112), 스토리지 전극(122)을 포함하는 소스/드레인 패턴들이 형성된다.Subsequently, the source / drain metal layer is patterned by a wet etching process using a photoresist pattern, so that the data line 104, the
그 다음, 동일한 포토레지스트 패턴을 이용한 식각공정으로 반도체층이 패터닝됨으로써 상전이 반도체 패턴(160)이 형성된다.Next, the phase
그리고, 채널부에서 상대적으로 낮은 높이를 갖는 포토레지스트 패턴이 애싱(Ashing) 공정으로 제거된 후 건식 식각공정으로 채널부의 소스/드레인 패턴이 식각된다. 이에 따라, 도 8b에 도시된 바와 같이 채널부의 상전이 반도체 패턴(165)이 노출됨과 아울러 소스 전극(110)과 드레인 전극(112)이 전기적으로 분리된다. The photoresist pattern having a relatively low height in the channel portion is removed by an ashing process, and then the source / drain pattern of the channel portion is etched by a dry etching process. Accordingly, as shown in FIG. 8B, the phase transition semiconductor pattern 165 of the channel portion is exposed and the
이어서, 스트립 공정으로 소스/드레인 패턴부 위에 남아 있는 포토레지스트 패턴이 제거된다. 소스/드레인 금속으로는 몰리브덴(Mo), 티타늄, 탄탈륨, 몰리브덴 합금(Mo alloy), 구리(Cu), 알루미늄계 금속 등이 이용된다. Subsequently, the photoresist pattern remaining on the source / drain pattern portion is removed by a stripping process. As the source / drain metal, molybdenum (Mo), titanium, tantalum, molybdenum alloy (Mo alloy), copper (Cu), aluminum-based metal and the like are used.
소스/드레인 패턴들이 형성된 게이트 절연막(144) 상에 PECVD 등의 증착방법으로 보호막(150)이 전면 형성된다. 보호막(150)은 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 패터닝됨으로써 도 8c에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 컨택홀들(116, 124)이 형성된다. 제1 컨택홀(116)은 보호막(150)을 관통하여 드레인 전극(112)이 노출되게 형성되고, 제2 컨택홀(124)은 보호막(150)을 관통하여 스토리지 전극(122)이 노출되게 형성된다. The
보호막(150)의 재료로는 게이트 절연막(144)과 같은 무기 절연물질이나 유전상수가 작은 아크릴(acryl)계 유기화합물, BCB 또는 PFCB 등과 같은 유기 절연물질이 이용된다.As the material of the
보호막(150) 상에 스퍼터링 등의 증착방법으로 투명전극 물질이 전면 증착된 다. 이어서 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정을 통해 투명전극 물질이 패텅님됨으로써 도 8d에 도시된 바와 같이 화소전극(118)을 포함하는 투명전극 패턴들이 형성된다. 화소 전극(118)은 제1 컨택홀(116)을 통해 드레인 전극(112)과 전기적으로 접속되고, 제2 컨택홀(124)을 통해 전단 게이트라인(102)과 중첩되는 스토리지 전극(122)과 전기적으로 접속된다. 투명전극 물질로는 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO)이나 주석산화물(Tin Oxide : TO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO)이 이용된다. The transparent electrode material is deposited on the entire surface of the
이와 같이 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법은 제2 마스크 공정에서 종래와 달리 반도체 패턴을 단일층으로 형성함에 따라 구조 및 공정이 단순해지고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.As described above, in the method of manufacturing the thin film transistor array substrate according to the present invention, as the semiconductor pattern is formed as a single layer in the second mask process, the structure and the process may be simplified and the manufacturing cost may be reduced.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조 방법은 게이트 하이 전압 및 게이트 로우 전압에 따라 전기적 특성이 달라지는 상전이 반도체 패턴을 형성한다. 이에 따라, 박막 트랜지스터의 턴-오프를 유지하는 기간 동안 채널 내의 저항성이 크게 작용함으로써 누설전류 발생이 최소화된다. 그 결과, 잔상이 제거되고 콘트라스트비의 저하가 방지되는 등 종래 대비 표시품질이 향상된다.As described above, the thin film transistor array substrate and the method of manufacturing the same according to the present invention form a phase-transfer semiconductor pattern whose electrical characteristics vary depending on the gate high voltage and the gate low voltage. Accordingly, the resistance in the channel is large during the period of maintaining the turn-off of the thin film transistor, thereby minimizing leakage current. As a result, the display quality is improved compared to the conventional art, such that afterimages are eliminated and the lowering of the contrast ratio is prevented.
뿐만 아니라, 상전이 반도체 패턴은 단일층으로 이루어짐에 따라 종래 2중층의 반도체 패턴의 제조공정에 비하여 공정이 단순해지고 제조 비용을 절감할 수 있 게 된다. In addition, since the phase-transfer semiconductor pattern is composed of a single layer, the process is simplified and the manufacturing cost can be reduced as compared with the manufacturing process of the conventional double layer semiconductor pattern.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
Claims (12)
Priority Applications (1)
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