KR20100082935A - 박막트랜지스터 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 의한 박막트랜지스터는, 기판과; 상기 기판 상에 분리되어 형성된 소스 전극 및 드레인 전극과; 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 영역에 형성된 활성층과; 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 측면을 감싸는 형상으로 구현되는 덮개부와; 상기 활성층 및 덮개부를 포함한 전면에 형성되는 게이트 절연막과; 상기 활성층과 중첩되는 상기 게이트 절연막 상의 위치에 형성되는 게이트 전극이 포함됨을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 박막트랜지스터에 관한 것으로, 특히 탑 게이트 구조의 산화물 박막트랜지스터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치 또는 유기 전계발광 표시장치와 같은 액티브 매트릭스 방식의 평판 표시장치에는 각 화소별로 적어도 하나 이상의 박막트랜지스터가 구비된다.
이 때, 상기 박막트랜지스터는 채널 영역, 소스 영역 및 드레인 영역을 제공하는 활성층과, 채널 영역 상부에 형성되며 게이트 절연막에 의해 활성층과 전기적으로 절연되는 게이트 전극을 포함한다.
이와 같이 이루어진 박막트랜지스터의 활성층은 대개 비정질 실리콘(Amorphous Silicon)이나 폴리 실리콘(Poly-Silicon)과 같은 반도체층으로 형성한다.
이 때, 상기 활성층을 비정질 실리콘으로 형성하면 이동도(mobility)가 낮아 고속으로 동작되는 구동 회로의 구현이 어렵다는 단점이 있다.
반면, 활성층을 폴리 실리콘으로 형성하면 이동도는 높지만 다결정 성(polycrystalline nature)에 기인하여 문턱전압(threshold voltage)이 불균일해지는 단점이 있다.
한편, 저온 폴리 실리콘(Low Temperature Poly-Silicon; LTPS)을 이용한 종래의 박막트랜지스터 제조 방법은 레이저 열처리 등과 같은 고가의 공정이 포함되고 특성 제어가 어렵기 때문에 대면적의 기판에 적용이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 탑 게이트 구조를 갖는 산화물 박막트랜지스터에 있어서, 버퍼층 상에 형성된 소스/드레인 금속에 대하여 상기 소스/ 드레인 금속의 측면에 산화물 반도체층으로 형성되는 덮개부(cladding part)를 형성함으로써, 액티브층으로 활용되는 산화물 반도체층의 에칭 시 이에 노출된 소스/드레인 금속이 산화되는 것을 방지하는 박막트랜지스터 및 그 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 박막트랜지스터는, 기판과; 상기 기판 상에 분리되어 형성된 소스 전극 및 드레인 전극과; 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 영역에 형성된 활성층과; 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 측면을 감싸는 형상으로 구현되는 덮개부와; 상기 활성층 및 덮개부를 포함한 전면에 형성되는 게이트 절연막과; 상기 활성층과 중첩되는 상기 게이트 절연막 상의 위치에 형성되는 게이트 전극이 포함됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 활성층 및 덮개부는 산화물 반도체층으로 형성되고, 상기 산화물 반도체층은 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하며, 갈륨(Ga) 및 인듐(In)이 도핑된 GaInZnO(GIZO)층으로 구현됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 소스 및 드레인 전극은 티타늄/알루미늄/티타늄(Ti/Al/Ti) 또는 티타늄/은/티타늄(Ti/Ag/Ti)의 적층 구조로 구현됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 드레인 전극의 일부 영역이 노출되도록 이에 대응되는 상기 게이 트 절연막의 영역이 식각되며, 상기 식각된 영역에 상기 게이트 전극 물질이 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 박막트랜지스터 제조방법은, 기판 상에 서로 분리된 형상의 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되는 단계와; 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 영역에 활성층이 형성되고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 측면에 이를 감싸는 형상으로 구현되는 덮개부가 형성되는 단계와; 상기 활성층 및 덮개부를 포함한 전면에 게이트 절연막이 형성되는 단계와; 상기 활성층과 중첩되는 상기 게이트 절연막 상의 위치에 게이트 전극 형성되는 단계가 포함됨을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 탑 게이트 구조를 갖는 산화물 박막트랜지스터의 소스/드레인 금속에 대하여 상기 소스/ 드레인 금속의 측면에 산화물 반도체층으로 형성되는 덮개부(cladding part)를 형성함으로써, 액티브층으로 활용되는 산화물 반도체층의 에칭시 이에 노출된 소스/드레인 금속이 산화되는 것을 방지하여 저저항 특성을 갖는 소스/드레인 금속을 보호할 수 있게 되는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 제 1실시예에 의한 박막트랜지스터의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
먼저 도 1a를 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 의한 박막트랜지스터는, 기판(100) 상에 버퍼층(110)이 형성되고, 상기 버퍼층(110) 상에 소스/드레인 전극(122, 124)이 형성된다.
이 때, 상기 소스/드레인 전극(122, 124)은 티타늄/알루미늄/티타늄(Ti/Al/Ti)의 3층 구조로 형성됨이 바람직하며, 이를 통해 소스/ 드레인 전극(122, 124)의 저저항 특성을 구현할 수 있게 된다.
또한, 상기 소스/ 드레인 전극(122, 124)은 상기 티타늄/알루미늄/티타늄 금속을 상기 버퍼층(110) 상에 순차적으로 증착한 뒤, 노광 및 현상, 식각 공정을 통해 도시된 바와 같은 패턴 형상으로 구현된다.
다음으로는 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(122, 124) 사이의 영역에 활성층(130)으로서의 채널 영역을 제공하는 산화물 반도체층이 형성된다. 상기 산화물 반도체층(130)은 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하며, 갈륨(Ga) 및 인듐(In)이 도핑된 GaInZnO(GIZO)층으로 형성된다.
즉, 본 발명의 실시예에 의한 박막트랜지스터는 활성층(130)이 산화물 반도체층 즉, 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하는 산화물 반도체로 구현됨을 특징으로 하는 것으로, 이는 비정질 형태이면서 안정적인 재료로 평가되고 있으며, 이러한 산화물 반도체를 활성층으로 이용하면 별도의 공정 장비를 추가적으로 구입하지 않고도 기존의 공정 장비를 이용하여 350℃ 이하의 저온에서 박막 트랜지스터를 제조할 수 있으며, 이온 주입 공정이 생략되는 등 여러 가지 장점이 있다.
단, 상기 산화물 반도체층(130)은 소스/ 드레인 전극(122, 124)이 형성된 기 판(100) 상에 상기 GaInZnO(GIZO) 물질을 전면 증착한 후, 노광 및 현상, 식각 공정을 통해 도시된 바와 같이 소스 전극(122)과 드레인 전극(124) 사이의 영역에 위치하는 패턴 형상으로 구현된다.
그러나, 이 경우 상기 소스/ 드레인 전극(122, 124)은 앞서 언급한 바와 같이 낮은 저항값을 갖도록 하기 위해 티타늄/알루미늄/티타늄(Ti/Al/Ti)의 3층 구조로 형성되는데, 도 1b에 도시된 패턴의 형상으로 산화물 반도체층(130)을 형성하기 위하여 식각 공정을 수행할 때, 상기 소스/ 드레인 전극(122, 124)의 측면에 알루미늄 금속이 노출되어 손상을 입게 되거나, 산화 현상이 발생하는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로 도 1c를 참조하면, 상기 활성층(130)이 형성된 기판 전면에 게이트 절연막(140)이 형성된다. 단, 본 발명의 실시예의 경우 상기 드레인 전극(124)의 일부 영역이 노출되도록 이에 대응되는 상기 게이트 절연막(140)의 일부 영역(142)이 식각됨을 특징으로 한다.
또한, 도 1d를 참조하면, 상기 활성층(130)과 중첩되는 게이트 절연막(140) 상부 영역에 게이트 전극(150)이 형성되고, 그와 함께 상기 일부 식각된 게이트 절연막의 영역(142)에 상기 게이트 전극을 구현하는 게이트 금속(152)이 형성된다.
상기와 같은 공정을 통해 탑 게이트 구조를 갖는 산화물 박막트랜지스터가 제조되는 것이며, 상기 박막트랜지스터가 액정표시장치 또는 유기 전계발광 표시장치의 화소 회로에 구비될 경우 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결된 게이트 금속이 추후 화소 전극 또는 유기발광 소자와 연결된다.
그러나, 도 1에 도시된 본 발명의 제 1실시예의 경우 상기 활성층(130) 패턴을 형성하기 위한 식각 공정 중에 상기 소스/ 드레인 전극(122, 124)의 측면이 노출되어 산화 기상 물질인 알루미늄이 손상되거나 산화되는 단점이 있으며, 이에 따라 박막트랜지스터의 성능이 저하되거나, 특성이 변경되는 문제가 발생될 수 있다.
이에 본 발명의 제 2 실시예는 이러한 단점을 극복하고자 하는 것으로, 구체적인 구조 및 제조방법은 하기된 바와 같다.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 제 2실시예에 의한 박막트랜지스터의 제조 공정을 나타내는 단면도이다.
단, 도 1에 도시된 제 1실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하며, 설명의 편의 상 이에 대한 구체적인 설명은 생략토록 한다.
먼저 도 2a를 참조하면, 기판(100) 상에 버퍼층(110)이 형성되고, 상기 버퍼층(110) 상에 소스/드레인 전극(122, 124)이 형성된다. 이 때, 상기 소스/드레인 전극(122, 124)은 티타늄/알루미늄/티타늄(Ti/Al/Ti)의 3층 구조로 형성된다.
단, 이는 하나의 실시예에 불과한 것으로 소스/드레인 전극(122, 124)의 저저항 특성을 구현할 수 있는 적층 구조의 금속 재질로 구현함을 특징으로 하며, 이에 상기 알루미늄(Al)은 은(Ag)로 대체될 수 있다.
다음으로는 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(122, 124) 사이의 영역에 활성층(130)으로서의 채널 영역을 제공하는 산화물 반도체층과, 상기 소스/ 드레인 전극(122, 124)의 측면을 덮는 덮개부(cladding part)(132)가 형성된다.
이 때, 상기 활성층(130) 및 덮개부(132)는 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하며, 갈륨(Ga) 및 인듐(In)이 도핑된 GaInZnO(GIZO)층 즉, 산화물 반도체층으로 형성된다.
즉, 본 발명의 실시예에 의한 박막트랜지스터는 활성층(130)이 산화물 반도체층 즉, 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하는 산화물 반도체로 구현됨과 동시에 상기 활성층 형성시 수행되는 식각 공정 중 상기 소스/ 드레인 전극 측면에 노출되어 발생되는 문제를 극복하기 위해 상기 소스/ 드레인 전극(122, 124)의 측면을 덮는 형상의 덮개부(132)를 추가로 형성한다.
즉, 상기 활성층(130) 및 덮개부(132)는 소스/ 드레인 전극(122, 124)이 형성된 기판(100) 상에 상기 GaInZnO(GIZO) 물질을 전면 증착한 후, 노광 및 현상, 식각 공정을 통해 도시된 바와 같이 소스 전극(122)과 드레인 전극(124) 사이의 영역에 위치하는 패턴 형상 및 상기 소스/ 드레인 전극(122, 124)의 측면을 덮는 형상으로 구현된다.
이를 통해 상기 3층 구조의 소스/ 드레인 전극(122, 124)이 상기 산화물 반도체층의 식각 공정 중 상기 소스/ 드레인 전극의 측면에 알루미늄 금속이 노출되어 손상을 입게 되거나, 산화 현상이 발생하는 문제를 극복할 수 있게 되는 것이다.
다음으로 도 2c를 참조하면, 상기 활성층(130) 및 덮개부(132)가 형성된 기판 전면에 게이트 절연막(140)이 형성된다. 단, 본 발명의 실시예의 경우 상기 드레인 전극(124)의 일부 영역이 노출되도록 이에 대응되는 상기 게이트 절연막의 영 역(142)이 식각됨을 특징으로 한다.
또한, 도 2d를 참조하면, 상기 활성층(130)과 중첩되는 게이트 절연막(140) 상부 영역에 게이트 전극(150)이 형성되고, 그와 함께 상기 일부 식각된 게이트 절연막의 영역(142)에 상기 게이트 전극을 구현하는 게이트 금속(152)이 형성된다.
상기와 같은 공정을 통해 탑 게이트 구조를 갖는 산화물 박막트랜지스터가 제조되는 것이며, 상기 박막트랜지스터가 액정표시장치 또는 유기 전계발광 표시장치의 화소 회로에 구비될 경우 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결된 게이트 금속이 추후 화소 전극 또는 유기발광 소자와 연결된다.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 제 1실시예에 의한 박막트랜지스터의 제조 공정을 나타내는 단면도.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 제 2실시예에 의한 박막트랜지스터의 제조 공정을 나타내는 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
122: 소스 전극 124: 드레인 전극
130: 활성층(산화물 반도체층) 132: 덮개부
140: 게이트 절연막 150: 게이트 전극
Claims (10)
- 기판과;상기 기판 상에 분리되어 형성된 소스 전극 및 드레인 전극과;상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 영역에 형성된 활성층과;상기 소스 전극 및 드레인 전극의 측면을 감싸는 형상으로 구현되는 덮개부와;상기 활성층 및 덮개부를 포함한 전면에 형성되는 게이트 절연막과;상기 활성층과 중첩되는 상기 게이트 절연막 상의 위치에 형성되는 게이트 전극이 포함됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 제 1항에 있어서,상기 활성층 및 덮개부는 산화물 반도체층으로 형성됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 제 2항에 있어서,상기 산화물 반도체층은 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하며, 갈륨(Ga) 및 인듐(In)이 도핑된 GaInZnO(GIZO)층으로 구현됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 제 1항에 있어서,상기 소스 및 드레인 전극은 티타늄/알루미늄/티타늄(Ti/Al/Ti) 또는 티타늄/은/티타늄(Ti/Ag/Ti)의 적층 구조로 구현됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 제 1항에 있어서,상기 드레인 전극의 일부 영역이 노출되도록 이에 대응되는 상기 게이트 절연막의 영역이 식각되며, 상기 식각된 영역에 상기 게이트 전극 물질이 형성됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터.
- 기판 상에 서로 분리된 형상의 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되는 단계와;상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이 영역에 활성층이 형성되고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 측면에 이를 감싸는 형상으로 구현되는 덮개부가 형성되는 단계와;상기 활성층 및 덮개부를 포함한 전면에 게이트 절연막이 형성되는 단계와;상기 활성층과 중첩되는 상기 게이트 절연막 상의 위치에 게이트 전극 형성되는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.
- 제 6항에 있어서,상기 활성층 및 덮개부는 산화물 반도체층으로 형성됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.
- 제 7항에 있어서,상기 산화물 반도체층은 산화아연(ZnO)을 주성분으로 하며, 갈륨(Ga) 및 인듐(In)이 도핑된 GaInZnO(GIZO)층으로 구현됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.
- 제 6항에 있어서,상기 소스 및 드레인 전극은 티타늄/알루미늄/티타늄(Ti/Al/Ti) 또는 티타늄/은/티타늄(Ti/Ag/Ti)의 적층 구조로 구현됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.
- 제 6항에 있어서,상기 드레인 전극의 일부 영역이 노출되도록 이에 대응되는 상기 게이트 절연막의 영역이 식각되는 단계와;상기 식각된 영역에 상기 게이트 전극 물질이 형성되는 단계가 더 포함됨을 특징으로 하는 박막트랜지스터 제조방법.
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