KR20100122390A - Array substrate and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 어레이 기판에 관한 것이며, 특히 건식식각 진행에 의해 액티브층의 표면 손상 발생을 원천적으로 억제하며, 이동도 특성이 우수한 액티브층을 갖는 박막트랜지스터 어레이 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an array substrate, and more particularly, to a thin film transistor array substrate having an active layer having excellent mobility characteristics and suppressing surface damage generation of the active layer by dry etching.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 박형화, 경량화, 저소비전력화의 우수한 성능을 지닌 평판표시장치로서 액정표시장치 또는 유기전계 발광소자가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.In recent years, as the society enters the information age, the display field for processing and displaying a large amount of information has been rapidly developed. In recent years, as a flat panel display device having excellent performance of thinning, light weight, and low power consumption, Liquid crystal displays or organic light emitting diodes have been developed to replace existing cathode ray tubes (CRTs).
액정표시장치 중에서는 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on)/오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 어레이 기판을 포함하는 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.Among the liquid crystal display devices, an active matrix liquid crystal display device including an array substrate having a thin film transistor, which is a switching element capable of controlling the voltage on / off of each pixel, realizes resolution and video. Excellent ability is attracting the most attention.
또한, 유기전계 발광소자는 높은 휘도와 낮은 동작 전압 특성을 가지며, 스스로 빛을 내는 자체발광형이기 때문에 명암대비(contrast ratio)가 크고, 초박형 디스플레이의 구현이 가능하며, 응답시간이 수 마이크로초(㎲) 정도로 동화상 구현이 쉽고, 시야각의 제한이 없으며 저온에서도 안정적이고, 직류 5 내지 15V의 낮은 전압으로 구동하므로 구동회로의 제작 및 설계가 용이하므로 최근 평판표시장치로서 주목 받고 있다. In addition, the organic light emitting diode has a high brightness and low operating voltage characteristics, and because it is a self-luminous type that emits light by itself, it has a high contrast ratio, an ultra-thin display, and a response time of several microseconds ( Iii) It is easy to implement a moving image, there is no limit of viewing angle, it is stable even at low temperature, and it is attracting attention as a flat panel display device because it is easy to manufacture and design a driving circuit because it is driven at a low voltage of DC 5 to 15V.
이러한 액정표시장치와 유기전계 발광소자에 있어서 공통적으로 화소영역 각각을 온(on)/오프(off) 제거하기 위해서 필수적으로 스위칭 소자인 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판이 구비되고 있다. In such a liquid crystal display and an organic light emitting device, an array substrate including a thin film transistor, which is essentially a switching element, is provided to remove each pixel area on / off.
도 1은 액정표시장치 또는 유기전계 발광소자를 구성하는 종래의 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역을 박막트랜지스터를 포함하여 절단한 단면을 도시한 것이다. FIG. 1 is a cross-sectional view of a pixel area including a thin film transistor in a conventional array substrate constituting a liquid crystal display device or an organic light emitting display device.
도시한 바와 같이, 어레이 기판(11)에 있어 다수의 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(33)이 교차하여 정의되는 다수의 화소영역(P) 내의 스위칭 영역(TrA)에는 게이트 전극(15)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(15) 상부로 전면에 게이트 절연막(18)이 형성되어 있으며, 그 위에 순차적으로 순수 비정질 실리콘의 액티브층(22)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(26)으로 구성된 반도체층(28)이 형성되어 있다. 상기 오믹콘택층(26) 위로는 상기 게이트 전극(15)에 대응하여 서로 이격하며 소스 전극(36)과 드레인 전극(38)이 형성되어 있다. 이때 상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층 형성된 게이트 전극(15)과 게이트 절연막(18)과 반도체층(28)과 소스 및 드레인 전극(36, 38)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.As illustrated, the
또한, 상기 소스 및 드레인 전극(36, 38)과 노출된 액티브층(22) 위로 전면에 상기 드레인 전극(38)을 노출시키는 드레인 콘택홀(45)을 포함하는 보호층(42)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(42) 상부에는 각 화소영역(P)별로 독립되며, 상기 드레인 콘택홀(45)을 통해 상기 드레인 전극(38)과 접촉하는 화소전극(50)이 형성되어 있다. 이때, 상기 데이터 배선(33) 하부에는 상기 오믹콘택층(26)과 액티브층(22)을 이루는 동일한 물질로 제 1 패턴(27)과 제 2 패턴(23)의 이중층 구조를 갖는 반도체 패턴(29)이 형성되어 있다. In addition, a
전술한 구조를 갖는 종래의 어레이 기판(11)에 있어서 상기 스위칭 영역(TrA)에 구성된 박막트랜지스터(Tr)의 반도체층(28)을 살펴보면, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(22)은 그 상부로 서로 이격하는 오믹콘택층(26)이 형성된 부분의 제 1 두께(t1)와 상기 오믹콘택층(26)이 제거되어 노출된 된 부분의 제 2 두께(t2)가 달리 형성됨을 알 수 있다. 이러한 액티브층(22)의 두께 차이(t1 ≠ t2)는 제조 방법에 기인한 것이며, 상기 액티브층(22)의 두께 차이(t1 ≠ t2)에 의해 상기 박막트랜지스터(Tr)의 특성 저하가 발생하고 있다.Referring to the
도 2a 내지 도 2e는 종래의 어레이 기판의 제조 단계 중 반도체층과 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 도시한 공정 단면도이다. 도면에 있어서는 설명의 편의를 위해 게이트 전극과 게이트 절연막은 생략하였다. 2A through 2E are cross-sectional views illustrating a process of forming a semiconductor layer, a source, and a drain electrode during a manufacturing process of a conventional array substrate. In the drawings, the gate electrode and the gate insulating film are omitted for convenience of description.
우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 기판(11) 상에 순수 비정질 실리콘층(20) 을 형성하고 그 상부로 불순물 비정질 실리콘층(24)과 금속층(30)을 순차적으로 형성한다. 이후 상기 금속층(30) 위로 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(미도시)을 형성하고, 이를 노광 마스크를 이용하여 노광하고, 연속하여 현상함으로써 상기 소스 및 드레인 전극이 형성될 부분에 대응하여 제 3 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(91)을 형성하고, 동시에 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 이격영역에 대응해서는 상기 제 3 두께보다 얇은 제 4 두께를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(92)을 형성한다. First, as shown in FIG. 2A, the pure
다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(91, 92) 외부로 노출된 상기 금속층(도 2a의 30)과 그 하부의 불순물 및 순수 비정질 실리콘층(도 2a의 24, 20)을 식각하여 제거함으로써 최상부에 금속물질로서 소스 드레인 패턴(31)을 형성하고, 그 하부로 불순물 비정질 실리콘 패턴(25)과, 액티브층(22)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2B, the metal layer (30 of FIG. 2A) exposed to the outside of the first and second
다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 애싱(ashing)을 진행함으로써 상기 제 4 두께의 제 2 포토레지스트 패턴(도 2b의 92)을 제거한다. 이 경우 상기 제 3 두께의 제 1 포토레지스트 패턴(도 2b의 91)은 그 두께가 줄어든 상태로 제 3 포토레지스트 패턴(93)을 이루며 상기 소스 드레인 패턴(31) 상에 남아있게 된다. Next, as shown in FIG. 2C, the second
다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(93) 외부로 노출된 상기 소스 드레인 패턴(도 2c의 31)을 식각하여 제거함으로써 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(36, 38)을 형성한다. 이때 상기 소스 및 드레인 전극(36, 398) 사이로 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(25)이 노출되게 된다. Next, as illustrated in FIG. 2D, the source and
다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(36, 38) 사이의 이격영역에 노출된 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25)에 대해 건식식각을 실시함으로써 상기 소스 및 드레인 전극(36, 38) 외부로 노출된 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25)을 제거함으로써 서로 이격하는 오믹콘택층(26)을 상기 소스 및 드레인 전극(36, 38) 하부에 형성한다.Next, as shown in FIG. 2E, the source and drain electrodes are dry-etched on the impurity amorphous silicon pattern (25 of FIG. 2D) exposed to the separation region between the source and
이때, 상기 건식식각은 상기 소스 및 드레인 전극(36, 38) 외부로 노출된 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25)을 완전히 없애기 위해 충분히 오랜시간 지속되며, 이러한 과정에서 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25) 하부에 위치한 액티브층(22)까지도 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25)이 제거되는 부분에 대해서는 소정 두께 식각이 발생하게 된다. 따라서 액티브층(22)에 있어 그 상부에 오믹콘택층(26)이 형성된 부분과 노출된 부분에 있어 두께(t1 ≠ t2) 차이가 발생하게 된다. 상기 건식식각을 충분히 오랜시간 실시하지 않으면, 소스 및 드레인 전극(36, 38) 간의 이격영역에 있어 제거되어야 할 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2d의 25)이 상기 액티브층(22) 상부에 남게되므로 이를 방지하기 위함이다. In this case, the dry etching is continued for a long time to completely remove the impurity amorphous silicon pattern (25 of FIG. 2D) exposed to the outside of the source and drain electrodes (36, 38), in this process the impurity amorphous silicon pattern (Fig. Even a portion of the
따라서, 전술한 종래의 어레이 기판(11)의 제조 방법에 있어서는 필연적으로 액티브층(22)의 두께 차이가 발생하게 되며, 이로 인해 박막트랜지스터(도 1의 Tr)의 특성 저하가 발생하게 된다. Therefore, in the above-described method of manufacturing the
또한, 액티브층(22)이 오믹콘택층(26) 형성을 위한 건식식각 진행 시 식각되어 제거되는 두께까지 고려하여 충분히 두껍게 상기 액티브층(22)을 이루는 순수 비정질 실리콘층(도 2a의 20)을 충분히 두껍게 증착해야 하는 바, 증착시간이 늘어나 생산성을 떨어뜨리는 결과를 초래하고 있다. In addition, the pure amorphous silicon layer (20 in FIG. 2A) forming the
한편, 어레이 기판에 있어서 가장 중요한 구성요소로는 각 화소영역별로 형성되며, 게이트 배선과 데이터 배선 및 화소전극과 동시에 연결됨으로써 선택적, 주기적으로 신호전압을 상기 화소전극에 인가시키는 역할을 하는 박막트랜지스터를 들 수 있다.On the other hand, the most important component of the array substrate is formed for each pixel region, and is connected to the gate wiring, the data wiring and the pixel electrode at the same time to selectively and periodically apply a signal voltage to the pixel electrode thin film transistor Can be mentioned.
하지만, 종래의 어레이 기판에서 일반적으로 구성하는 박막트랜지스터의 경우, 상기 액티브층은 비정질 실리콘을 이용하고 있음을 알 수 있다. 이러한 비정질 실리콘을 이용하여 액티브층을 형성할 경우, 상기 비정질 실리콘은 원자 배열이 무질서하기 때문에 빛 조사나 전기장 인가 시 준 안정 상태로 변화되어 박막트랜지스터 소자로 활용 시 안정성에 문제가 되고 있으며, 채널 내부에서 캐리어의 이동도가 0.1㎠/V·s∼1.0㎠/V·s로 낮아 이를 구동회로용 소자로 사용하는 데는 어려움이 있다.However, in the case of a thin film transistor generally constructed in a conventional array substrate, it can be seen that the active layer uses amorphous silicon. When the active layer is formed using the amorphous silicon, the amorphous silicon is changed to a quasi-stable state when irradiated with light or an electric field because the atomic arrangement is disordered, which causes a problem in stability when used as a thin film transistor element. The mobility of the carrier is low at 0.1 cm 2 / V · s to 1.0 cm 2 / V · s, which makes it difficult to use it as a driving circuit element.
이러한 문제를 해결하고자 레이저 장치를 이용한 결정화 공정 진행에 의해 비정질 실리콘의 반도체층을 폴리실리콘의 반도체층으로 결정화함으로써 폴리실리콘을 액티브층으로 이용한 박막트랜지스터를 제조하는 방법이 제안되고 있다. In order to solve this problem, a method of manufacturing a thin film transistor using polysilicon as an active layer has been proposed by crystallizing a semiconductor layer of amorphous silicon into a semiconductor layer of polysilicon by a crystallization process using a laser device.
하지만 종래의 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판에 있어 상기 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도인 도 3을 참조하면, 레이저 결정화 공정을 통한 폴리실리콘을 반도체층(55)으로 이용하는 박막트랜지스터(Tr)를 포함하는 어레이 기판(51) 제조에는 상기 폴리실리 콘으로 이루어진 반도체층(55) 내에 고농도의 불순물을 포함하는 n+영역(55b) 또는 p+영역(미도시)의 형성을 필요로 한다. 따라서, 이들 n+ 영역(55b) 또는 p+ 형성을 위한 도핑 공정이 요구되며, 이러한 도핑공정 진행을 위해 이온 인플란트 장비가 추가적으로 필요하다. 이 경우, 제조 비용 상승을 초래하며, 신규 장비 추가에 의한 어레이 기판(51) 제조를 위해 제조 라인을 새롭게 구성해야 하는 문제가 발생하고 있다. However, referring to FIG. 3, which is a cross-sectional view of one pixel region including the thin film transistor in an array substrate having a thin film transistor including a polysilicon semiconductor layer, the polysilicon may be formed using a semiconductor layer ( In the manufacturing of the array substrate 51 including the thin film transistor (Tr) used as a 55) of the n + region 55b or the p + region (not shown) containing a high concentration of impurities in the polysilicon semiconductor layer 55 Requires formation. Therefore, a doping process for forming these n + regions 55b or p + is required, and ion implantation equipment is additionally required for the doping process. In this case, the manufacturing cost is increased, and a problem arises in that a manufacturing line must be newly configured to manufacture the array substrate 51 by adding new equipment.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 액티브층이 건식식각에 노출되지 않음으로써 그 표면에 손상이 발생하지 않아 박막트랜지스터의 특성이 향상되는 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a method of manufacturing an array substrate in which the active layer is not exposed to dry etching, thereby preventing damage to the surface thereof, thereby improving characteristics of the thin film transistor. .
나아가, 반도체층을 폴리실리콘으로 형성하면서도 도핑 공정을 필요로 하지 않으며, 이동도 특성을 향상시킬 수 있는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. Furthermore, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an array substrate having a thin film transistor capable of improving a mobility property while forming a semiconductor layer using polysilicon, without requiring a doping process.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 어레이 기판의 제조 방법은, 화소영역과, 상기 화소영역에 스위칭 영역이 정의된 기판 상의 상기 스위칭 영역에 아일랜드 형태로서 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극과 상기 게이트 전극의 일측부 를 노출시키며 순차 적층된 형태의 게이트 절연막과 순수 폴리실리콘의 액티브층을 형성하는 단계와; 금속물질로서 상기 액티브층 외측으로 노출된 상기 게이트 전극과 접촉하며 상기 화소영역의 경계에 일방향으로 연장하는 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 액티브층과 게이트 배선 위로 전면에 무기절연물질을 증착하고 패터닝함으로써 상기 액티브층을 노출시키며 이격하는 액티브 콘택홀을 가지며 상기 게이트 배선을 덮는 층간절연막을 형성하는 단계와; 상기 층간절연막 위로 상기 액티브 콘택홀을 통해 상기 액티브층과 접촉하며 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과, 상기 오믹콘택층 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하고, 동시에 상기 층간절연막 위에 상기 소스 전극과 연결되며 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선과 상기 소스 및 드레인 전극 위로 전면에 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating an array substrate, wherein a gate region of an impurity polysilicon and an gate of an impurity polysilicon are formed in an island form in a pixel region and the switching region on a substrate in which the switching region is defined in the pixel region. Forming a gate insulating film and an active layer of pure polysilicon sequentially stacked while exposing one side; Forming a gate wiring as a metal material and in contact with the gate electrode exposed to the outside of the active layer and extending in one direction at a boundary of the pixel region; Depositing and patterning an inorganic insulating material over the active layer and the gate wiring to form an interlayer insulating film covering the gate wiring, the active contact hole exposing and spaced apart from the active layer; Forming an ohmic contact layer of impurity amorphous silicon in contact with the active layer and spaced apart from the active layer through the active contact hole, and a source and a drain electrode spaced apart from each other over the ohmic contact layer, and simultaneously on the interlayer insulating layer Forming a data line connected to a source electrode and crossing the gate line to define the pixel area; Forming a protective layer having a drain contact hole exposing the drain electrode on a front surface of the data line and the source and drain electrodes; Forming a pixel electrode on the protective layer in contact with the drain electrode through the drain contact hole in the pixel region.
상기 기판 상의 상기 스위칭 영역에 아일랜드 형태로서 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극과 상기 게이트 전극의 일측부를 노출시키며 순차 적층된 형태의 게이트 절연막과 순수 폴리실리콘의 액티브층을 형성하는 단계는, 상기 기판 위로 불순물 비정질 실리콘층과 제 2 무기절연층과 순수 비정질 실리콘층을 순차 적층시키는 단계와; 고상 결정화 공정을 진행하여 상기 순수 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층을 각각 순수 폴리실리콘층과 불순물 폴리실리콘층으로 결정화하는 단계 와; 상기 순수 폴리실리콘층 위로 상기 스위칭 영역에 상기 액티브층이 형성되는 부분에 대응해서는 제 1 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 액티브층 외측으로 노출되는 상기 게이트 전극에 대응해서는 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 및 2 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 상기 순수 폴리실리콘층과 그 하부의 상기 제 2 무기절연층 및 상기 불순물 폴리실리콘층을 순차적으로 제거하여 상기 기판상의 상기 스위칭 영역에 순차 적층된 형태로 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극과 무기절연패턴과 순수 폴리실리콘 패턴을 형성하는 단계와; 애싱을 진행하여 상기 제 2 포토레지스트 패턴을 제거함으로써 상기 제 1 포토레지스트 패턴 외측으로 상기 순수 폴리실리콘 패턴 일측부를 노출시키는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 상기 순수 폴리실리콘 패턴과 그 하부의 무기절연패턴을 제거함으로써 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극의 일측부를 노출시키는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하며, 이때 상기 고상 결정화 공정은 열처리를 통한 결정화 또는 교번자장 결정화(Alternating Magnetic Field Crystallization : AMFC) 장치를 이용한 교번자장 결정화인 것이 특징이다. The step of forming a gate insulating film and an active layer of pure polysilicon sequentially stacked while exposing a gate electrode of impurity polysilicon and one side of the gate electrode in an island form in the switching region on the substrate may include an impurity amorphous layer over the substrate. Sequentially stacking a silicon layer, a second inorganic insulating layer, and a pure amorphous silicon layer; Performing a solid phase crystallization process to crystallize the pure amorphous silicon layer and the impurity amorphous silicon layer into a pure polysilicon layer and an impurity polysilicon layer, respectively; A first photoresist pattern having a first thickness is formed on the pure polysilicon layer to correspond to a portion where the active layer is formed in the switching region, and the first to correspond to the gate electrode exposed to the outside of the active layer. Forming a second photoresist pattern having a second thickness thinner than the thickness; The pure polysilicon layer exposed to the outside of the first and second photoresist patterns, the second inorganic insulating layer and the impurity polysilicon layer underneath are sequentially removed and sequentially stacked in the switching region on the substrate. Forming a gate electrode, an inorganic insulating pattern, and a pure polysilicon pattern of the impurity polysilicon; Exposing the one side of the pure polysilicon pattern to the outside of the first photoresist pattern by removing the second photoresist pattern by ashing; Exposing one side of the gate electrode of the impurity polysilicon by removing the pure polysilicon pattern exposed to the outside of the first photoresist pattern and the inorganic insulating pattern thereunder; And removing the first photoresist pattern, wherein the solid phase crystallization process is alternating magnetic field crystallization using crystallization or alternating magnetic field crystallization (AMFC) device through heat treatment.
상기 게이트 전극을 형성하기 이전에 상기 기판상에 무기절연물질로서 전면에 버퍼층을 형성하는 단계를 포함한다. Forming a buffer layer over the substrate as an inorganic insulating material on the substrate before forming the gate electrode.
상기 액티브 콘택홀을 갖는 상기 층간절연막 위로 상기 오믹콘택층 하부에 순수 비정질 실리콘으로 이루어지며 50Å 내지 100Å의 두께를 가지며 상기 액티브 콘택홀을 통해 상기 액티브층과 접촉하는 배리어층을 형성하는 단계를 포함한다. Forming a barrier layer formed of pure amorphous silicon under the ohmic contact layer having the active contact hole and having a thickness of 50 μs to 100 μm and contacting the active layer through the active contact hole. .
상기 배리어층과 상기 오믹콘택층과 소스 및 드레인 전극을 동일한 마스크 공정을 진행하여 동시에 패터닝되어 형성됨으로써 동일한 형태 동일한 크기로 순차 적층된 형태를 갖는 것이 특징이며, 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극은 500Å 내지 1000Å 정도의 두께를 가지며, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층은 400Å 내지 600Å 정도의 두께를 갖도록 형성하는 것이 특징이다. The barrier layer, the ohmic contact layer, and the source and drain electrodes are patterned and formed at the same time by performing the same mask process. The barrier layer, the ohmic contact layer, and the gate electrode of the impurity polysilicon are sequentially stacked in the same size. It has a thickness of about 1000 kPa, and the active layer of the pure polysilicon is characterized in that it is formed to have a thickness of about 400 kPa to 600 kPa.
본 발명에 따른 어레이 기판은, 화소영역과, 상기 화소영역에 스위칭 영역이 정의된 기판 상의 상기 스위칭 영역에 아일랜드 형태로 형성된 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극과; 상기 게이트 전극 상부로 그 일측을 노출시키며 순차 적층 형성된 게이트 절연막 및 순수 폴리실리콘의 액티브층과; 금속물질로 이루어지며 상기 액티브층 외측으로 노출된 상기 게이트 전극과 접촉하며 상기 화소영역의 경계에 형성된 게이트 배선과; 상기 액티브층과 상기 게이트 배선 위로 전면에 상기 액티브층을 노출시키며 서로 이격하는 액티브 콘택홀을 가지며 상기 액티브층의 중앙부에 대해서는 에치스토퍼의 역할을 하는 층간절연막과; 상기 스위칭 영역에 상기 층간절연막 위로 각각 상기 액티브 콘택홀을 통해 상기 액티브층과 접촉하며 이격하며 형성된 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과; 상기 스위칭 영역에 상기 오믹콘택층 위로 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극과; 상기 층간절연막 위로 상기 화소영역의 경계에 상기 소스 전극과 연결되며 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하며 형성된 데이터 배선과; 상기 데이터 배선과 상기 소스 및 드레인 전극 위로 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 구비하며 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역에 형성된 화소전극을 포함한다. An array substrate according to the present invention includes a pixel region and a gate electrode of impurity polysilicon formed in an island shape in the switching region on a substrate on which a switching region is defined in the pixel region; An active layer of a gate insulating film and pure polysilicon formed sequentially stacked to expose one side of the gate electrode; A gate wiring made of a metal material and in contact with the gate electrode exposed to the outside of the active layer and formed at a boundary of the pixel region; An interlayer insulating layer having an active contact hole spaced apart from each other and exposing the active layer over the active layer and the gate line, and having an center portion of the active layer serving as an etch stopper; An ohmic contact layer of impurity amorphous silicon formed in the switching region and spaced apart from the active layer through the active contact hole, respectively, in the switching region; Source and drain electrodes spaced apart from each other on the ohmic contact layer in the switching region; A data line connected to the source electrode at a boundary of the pixel area over the interlayer insulating layer and defining the pixel area to cross the gate line; A protective layer having a drain contact hole exposing the drain electrode over the data line and the source and drain electrodes; And a pixel electrode formed on the protective layer and in contact with the drain electrode through the drain contact hole.
상기 순수 폴리실리콘의 액티브층과 상기 불순물 폴리실리콘의 오믹콘택층 사이에 순수 비정질 실리콘으로 이루어지며 그 두께가 50Å 내지 100Å인 배리어층을 포함하며, 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극과 상기 기판 사이의 전면에 무기절연물질로 이루어진 버퍼층을 포함한다. A barrier layer made of pure amorphous silicon and having a thickness of 50 GPa to 100 GPa between the active layer of the pure polysilicon and the ohmic contact layer of the impurity polysilicon, the front surface between the gate electrode of the impurity polysilicon and the substrate It includes a buffer layer made of an inorganic insulating material.
상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극은 그 두께가 500Å 내지 1000Å 이며, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층은 그 두께가 400Å 내지 600Å인 것이 특징이다. The gate electrode of impurity polysilicon has a thickness of 500 kPa to 1000 kPa, and the active layer of pure polysilicon has a thickness of 400 kPa to 600 kPa.
본 발명에 따른 어레이 기판 제조방법에 의해 액티브층이 건식식각에 노출되지 않음으로써 그 표면 손상이 발생하지 않아 박막트랜지스터 특성이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.By the method of manufacturing the array substrate according to the present invention, the active layer is not exposed to dry etching, and thus, surface damage does not occur, thereby preventing the thin film transistor characteristic from deteriorating.
액티브층이 건식식각에 영향을 받지 않게 되므로 식각되어 없어지는 두께를 고려하지 않아도 되므로 상기 액티브층의 두께를 줄임으로써 증착 시간을 단축시켜 생산성을 향상시키는 효과가 있다. Since the active layer is not affected by dry etching, it is not necessary to consider the thickness lost by etching, thereby reducing the thickness of the active layer, thereby reducing the deposition time, thereby improving productivity.
본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 어레이 기판은 비정질 실리콘층을 결정화 공정에 의해 폴리실리콘층으로 결정화하고 이를 반도체층으로 하여 박막트랜지스터를 구성함으로써 비정질 실리콘층의 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판 대비 이동도 특성을 수십 내지 수 백배 향상시키는 효과가 있다.The array substrate manufactured by the manufacturing method according to the present invention comprises a thin film transistor including a semiconductor layer of an amorphous silicon layer by crystallizing an amorphous silicon layer into a polysilicon layer by a crystallization process and forming a thin film transistor using the semiconductor layer as a semiconductor layer. There is an effect of improving the mobility characteristics by several tens to several hundred times compared to one array substrate.
폴리실리콘의 액티브층을 박막트랜지스터의 반도체층으로 이용하면서도 불순물의 도핑은 필요로 하지 않으므로 도핑 공정 진행을 위한 신규 장비 투자를 실시하지 않아도 되므로 초기 투자 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.Since the active layer of polysilicon is used as the semiconductor layer of the thin film transistor, doping of impurities is not necessary, and thus, the initial investment cost can be reduced because new equipment investment for the doping process is not required.
또한, 게이트 전극을 불순물을 포함하는 폴리실리콘으로 형성함으로써 금속물질의 게이트 전극을 형성한 종래의 어레이 기판의 결정화 공정 진행 시 발생되는 게이트 전극의 변형 또는 게이트 전극과 반도체층과의 쇼트 등의 문제를 원천적으로 해결하는 효과가 있다. In addition, by forming the gate electrode made of polysilicon containing impurities, problems such as deformation of the gate electrode generated during the crystallization process of the conventional array substrate in which the gate electrode of the metal material is formed or short circuit between the gate electrode and the semiconductor layer are eliminated. There is an effect to solve at the source.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 4a 내지 도 4l은 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내의 게이트 및 데이터 배선과 연결되는 박막트랜지스터가 형성될 부분을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다. 4A to 4L are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of one pixel area including a thin film transistor of an array substrate according to an exemplary embodiment of the present invention. In this case, for convenience of description, a portion in which the thin film transistor connected to the gate and the data line in each pixel region P is to be formed is defined as a switching region TrA.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(101) 상에 불순물 비정질 실리콘을 증착함으로써 500Å 내지 1000Å 정도의 두께를 갖는 제 1 불순물 비정질 실리콘층(105)을 형성한다. 이후 연속하여 상기 제 1 불순물 비정질 실리콘층(105) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 1000Å 내지 4000Å 정도 의 두께를 갖는 제 1 무기절연층(108)을 형성하고, 그 상부로 순수 비정질 실리콘을 증착함으로써 400Å 내지 600Å 정도의 두께를 갖는 순수 비정질 실리콘층(110)을 형성한다. First, as shown in FIG. 4A, by depositing impurity amorphous silicon on the
이 경우, 상기 제 1 불순물 비정질 실리콘층(105)과 상기 제 1 무기절연층(108)과 상기 순수 비정질 실리콘층(110)의 형성은 모두 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 장비(미도시)를 통해 이루어진다. 따라서, 이들 3개의 층(105, 108, 110)은 상기 화학기상증착(CVD) 장비(미도시)의 챔버(미도시)내에 주입되는 반응 가스만을 바꿈으로써 연속적으로 형성되는 것이 특징이다. 이때, 상기 순수 비정질 실리콘층(110)은, 종래의 경우 건식식각에 노출됨으로써 식각되어 그 표면으로부터 일부 두께가 제거되는 것을 고려하여 800Å 내지 1000Å 정도의 두께로 형성하였지만, 본 발명의 실시예의 경우, 상기 순수 비정질 실리콘층(110)을 통해 최종적으로 구현되는 폴리실리콘의 액티브층(도 4l의 115)은 건식식각에 노출되지 않으므로 상기 순수 비정질 실리콘층(110)은 재료비 저감 및 단위 공정 시간 단축을 위해 400Å 내지 600Å정도의 비교적 얇은 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. In this case, the formation of the first impurity
한편, 도면에는 나타내지 않았지만, 상기 기판(101)상에 제 1 불순물 비정질 실리콘층(105)을 형성하기 전에 우선적으로 상기 기판(101) 상에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 버퍼층(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다. 이 경우 상기 버퍼층(미도시)의 형성도 상기 화학기상증 착(CVD) 장비를 이용하므로 상기 버퍼층(미도시)을 포함하여 상기 제 1 불순물 비정질 실리콘층(105)과 제 1 무기절연층(108)과 순수 비정질 실리콘층(110)은 모두 화학기상증착(CVD) 장비의 동일한 챔버내에서 공기 중에 노출없이 연속적으로 적층 형성할 수 있다. Although not shown in the drawings, an inorganic insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ) or nitride is preferentially formed on the
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 순수 비정질 실리콘층(도 4a의 110)의 이동도 특성 등을 향상시키기 위해 고상 결정화(Solid Phase Crystallization : SPC) 공정을 진행함으로써 상기 순수 비정질 실리콘층(도 4a의 110)이 결정화되어 순수 폴리실리콘층(111)을 이루도록 한다. 이때, 상기 고상 결정화(SPC)는 일례로 열처리를 통한 결정화 또는 교번자장 결정화(Alternating Magnetic Field Crystallization : AMFC) 장치를 이용한 교번자장 결정화인 것이 바람직하다. Next, as shown in FIG. 4B, the pure amorphous silicon layer (SPC) process is performed to improve the mobility characteristics of the pure amorphous silicon layer (110 of FIG. 4A) and the like. 110 of 4a is crystallized to form the
한편, 이러한 고상 결정화 공정 진행에 의해 상기 순수 비정질 실리콘층(도 4a의 110) 뿐만 아니라 상기 제 1 무기절연층(도 4a의 108) 하부에 위치한 상기 불순물 비정질 실리콘층(도 4a의 105) 또한 결정화되어 불순물 폴리실리콘층(106)을 이루게 된다. On the other hand, as a result of the solid phase crystallization process, not only the pure amorphous silicon layer (110 of FIG. 4A) but also the impurity amorphous silicon layer (105 of FIG. 4A) disposed under the first inorganic insulating layer (108 of FIG. 4A) is also crystallized. As a result, the
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 고상 결정화(SPC) 공정 진행에 의해 순수 비정질 실리콘층(도 4a의 110)이 결정화되어 형성된 상기 순수 폴리실리콘층(111) 위로 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트층(미도시)에 대해 빛의 투과영역과 차단영역(미도시), 그리고 슬릿형태로 구성되거나 또는 다중의 코팅막을 더욱 구비하여 통과되는 빛량을 조절함으로써 그 빛 투과도가 상기 투과영역(미도시)보다는 작고 상기 차단영역(미도시)보다 는 큰 반투과영역(미도시)으로 구성된 노광 마스크(미도시)를 이용하여 회절노광 또는 하프톤 노광을 실시한다. Next, as shown in FIG. 4C, a photoresist is applied onto the
이후, 노광된 포토레지스트층(미도시)을 현상함으로써 상기 순수 폴리실리콘층(111) 위로 상기 스위칭 영역(TrA)에 대응하여 게이트 전극(도 4l의 107)이 형성되어야 할 부분 중 일부(추후 형성되는 순수 폴리실리콘의 액티브층(도 4l의 115)과 중첩하지 않는 부분)에 대응해서는 제 1 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(191a)을 형성하고, 상기 게이트 전극(도 4l의 107)이 형성되어야 할 부분 중 순수 폴리실리콘의 액티브층(도 4l의 115)이 형성되어야 할 부분에 대응해서는 상기 제 1 두께보다 더 두꺼운 제 2 두께를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(191b)을 형성한다. 따라서 게이트 전극(도 4l의 107)이 형성될 부분 중 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(도 4l의 115)과 중첩하며 형성되는 부분에 대응해서는 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴(191b)이 형성되고, 게이트 전극(도 4l의 107)이 형성될 부분 중 순수 폴리실리콘의 액티브층(도 4l의 115)이 형성되지 않는 영역은 상기 제 1 두께의 제 1 포토레지스트 패턴(191a)이 형성되며, 상기 게이트 전극(도 4l의 107)이 형성되지 않는 기판(101)상의 모든 영역에 대해서는 상기 포토레지스트층(미도시)이 제거됨으로써 상기 순수 폴리실리콘층(111)을 노출시킨 상태를 이룬다. Thereafter, by developing the exposed photoresist layer (not shown), a part of the portion where the
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(191a, 191b) 외부로 노출된 상기 순수 폴리실리콘층(도 4c의 111)과, 그 하부에 위치한 상기 제 1 무기절연층(도 4c의 108) 및 상기 불순물 폴리실리콘층(도 4c의 106)을 순차적으로 식각하여 제거함으로써 상기 스위칭 영역(TrA)에 아일랜드 형태 로서 순차 적층된 불순물 폴리실리콘으로 이루어진 게이트 전극(107)과 그 상부로 게이트 절연막(109)과 순수 폴리실리콘 패턴(112)을 형성한다. 이때 상기 스위칭 영역(TrA) 이외의 영역에 대해서는 상기 기판(101)의 표면 또는 버퍼층(미도시)이 형성된 경우 상기 버퍼층(미도시)이 노출된 상태가 된다. Next, as shown in FIG. 4D, the pure polysilicon layer (111 of FIG. 4C) exposed to the outside of the first and
한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 이렇게 게이트 전극(107)을 금속물질이 아닌 순수 불순물 폴리실리콘으로 형성하는 것은, 상기 게이트 전극(107) 상부에 위치하는 폴리실리콘 패턴(112) 형성 시 발생하는 문제를 해결하기 위함이다. 보텀 게이트 구조를 갖는 박막트랜지스터를 형성하는 경우, 기판 상에는 금속물질로 게이트 전극을 형성하고 그 상부에 반도체층 형성을 위해 게이트 절연막을 개재하여 순수 비정질 실리콘층을 형성하는데, 상기 순수 비정질 실리콘층을 순수 폴리실리콘층으로 고상 결정화하는데 있어 600℃ 이상의 비교적 높은 온도를 필요로 하고 있다. 따라서, 이러한 비교적 높은 온도를 요구하는 고상 결정화 공정 진행 시, 금속물질로 이루어진 게이트 전극은 변형이 발생하거나 또는 상기 게이트 절연막을 뚫고 상기 결정화된 순수 폴리실리콘층과 접촉하게 되는 스파이크가 발생하는 등의 문제를 일으킨다. 따라서, 본 발명의 실시예에 있어서는 이러한 금속물질의 게이트 전극을 형성함으로써 결정화 공정 진행시 발생하는 문제를 해결하고자 이러한 고온에서 전술한 문제를 일으키지 않는 불순물 폴리실리콘을 이용하여 게이트 전극(107)을 형성한 것이다. 불순물 폴리실리콘으로 이루어진 게이트 전극(107)의 경우 전도성이 금속물질보다는 낮지만, 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(107)의 두께가 500Å 내지 1000Å인 경우, 단위 면적당 저항치가 150Ω/sq(□) ~ 230Ω /sq(□) 정도가 되었으며, 이는 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)와 유사한 수준이 된다. 따라서, 불순물 폴리실리콘으로써 게이트 전극을 형성하여도 충분히 액티브층 내에 채널을 형성하는 등의 게이트 전극으로서의 역할을 수행하는데 아무런 문제가 없음을 실험적으로 알 수 있었다.Meanwhile, in the embodiment of the present invention, forming the
다음, 도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(107)과 게이트 절연막(109)과 순수 폴리실리콘 패턴(112)이 형성된 기판(101)에 대해 애싱(ashing)을 진행하여 상기 제 1 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(도 4d의 191a)을 제거함으로써 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어 상기 제 2 포토레지스트 패턴(191b) 외측으로 상기 순수 폴리실리콘 패턴(112)의 일측을 노출시킨다. 상기 애싱(ashing) 진행에 의해 상기 제 2 포토레지스트 패턴 또한 그 두께가 줄어들지만, 여전히 상기 순수 폴리실리콘 패턴(112) 상부에 남아있게 된다. Next, as illustrated in FIG. 4E, ashing is performed on the
다음, 도 4f에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(도 4e의 191b) 외부로 노출된 상기 순수 폴리실리콘 패턴(도 4e의 112)과 그 하부에 위치한 게이트 절연막(109)을 식각하여 제거함으로써 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(107)의 일부를 노출시킨다. 이때, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(도 4e의 191b)에 의해 식각되지 않고 남아있게 되는 상기 순수 폴리실리콘 패턴(도 4e의 112)은 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)을 이룬다. 이때 공정적인 특징에 의해 본 발명에 따른 실시예의 경우, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 그 하부에 위치하는 게이트 절연막(109)은 기판(101) 전면에 대해 동일한 형태와 크기를 가지며 중첩 형성되는 것이 특징이다. Next, as shown in FIG. 4F, the pure polysilicon pattern (112 in FIG. 4E) and the
다음, 도 4g에 도시한 바와같이, 스트립(strip)을 진행하여 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115) 상부에 남아있는 상기 제 2 포토레지스트 패턴(도 4f의 191b)을 제거함으로써 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)을 노출시킨다.Next, as shown in FIG. 4G, the pure polysilicon is removed by performing a strip to remove the second photoresist pattern (191b of FIG. 4F) remaining on the
다음, 도 4h에 도시한 바와 같이, 상기 노출된 순수 폴리실리콘의 액티브층(115) 및 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(107) 위로 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo) 및 크롬(Cr)을 증착하여 제 1 금속층을 형성하고, 이를 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립 등 일련의 단위공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 노출된 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(107)과 접촉하며 각 화소영역(P)의 경계에 일방향으로 연장하는 게이트 배선(118)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 배선(118)은 전술한 금속물질 중 하나의 금속물질만으로 이루어져 단일층 구조를 이룰 수도 있으며, 또는 서로 다른 2개 이상의 금속물질을 증착함으로서 이중층 또는 3중층 구조를 이룰 수도 있다. 일례로 이중층 구조의 경우 알루미늄 합금(AlNd)/몰리브덴(Mo)로 이루어질 수 있으며, 3중층의 경우 몰리브덴(Mo)/알루미늄 합금(AlNd)/몰리브덴(Mo)로 이루어질 수 있다. 도면에 있어서는 단일층 구조의 게이트 배선(118)을 도시하였다.Next, as shown in FIG. 4H, a metal material such as aluminum (Al), aluminum alloy (AlNd), copper is formed on the exposed
다음, 도 4i에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 배선(118)과 순수 폴리실리콘의 액티브층(115) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 제 2 무기절연층(미도시)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 4I, an inorganic insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx) is deposited on the
이후, 상기 제 2 무기절연층(미도시)을 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립(strip) 등 일련의 단위공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)의 중앙부에 대응해서는 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)을 덮어 에치스토퍼로서의 역할을 하며, 그 외의 영역에 대응해서는 절연층의 역할을 하는 층간절연막(122)을 형성한다. 이때, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115) 상부에 형성된 상기 층간절연막(122)은 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)의 중앙부를 기준으로 그 양측에 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)을 노출시키는 액티브 콘택홀(125)이 형성되는 것이 특징이다. Subsequently, the second inorganic insulating layer (not shown) is subjected to a mask process including a series of unit processes such as application of photoresist, exposure using an exposure mask, development of exposed photoresist, etching and stripping, and the like. By patterning, the center portion of the
다음, 도 4j에 도시한 바와 같이, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층에 대응하여 이를 노출시키는 액티브 콘택홀(125)을 가지며 그 중앙부에 대해서는 에치스토퍼의 역할을 하는 상기 층간절연막(122) 위로 전면에 불순물 비정질 실리콘을 증착하여 100Å 내지 300Å 정도의 두께를 갖는 제 2 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 형성한다. 이후, 상기 제 2 불순물 비정질 실리콘층(미도시) 위로 금속물질 예를들면, 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나를 증착함으로써 제 2 금속층(미도시)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 4J, an
한편, 상기 액티브 콘택홀(125)을 갖는 층간절연막(122) 위로 상기 제 2 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 형성하기 전에 기판(101) 전면에 순수 비정질 실리콘을 우선 증착하여 50Å 내지 100Å 정도 두께의 배리어층(미도시)을 더욱 형성할 수도 있다. 이때, 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 배리어층(미도시)을 형성하 는 이유는 상기 배리어층(미도시)이 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 상기 불순물 비정질 실리콘층(미도시)의 사이에 개재됨으로써 이들 두 층(115, 미도시)간의 접합력을 향상시키기 위함이다. 즉, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과의 접합력은 불순물 비정질 실리콘보다는 순수 비정질 실리콘이 더욱 우수하기 때문이다. 하지만, 상기 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 배리어층(미도시)은 반드시 형성할 필요는 없으며 생략할 수 있다. Meanwhile, before forming the second impurity amorphous silicon layer (not shown) on the
다음, 상기 제 2 금속층(미도시)과 그 하부에 위치한 제 2 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 층간절연막(122) 위로 각 화소영역(P)의 경계에 상기 게이트 배선(118)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)을 형성한다. 동시에 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어서는 상기 층간절연막(122) 상부에 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성하고, 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)의 하부에 불순물 비정질 실리콘으로 이루어지며 각각 상기 액티브 콘택홀(125)을 통해 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 접촉하는 오믹콘택층(127)을 형성한다. 이때, 스위칭 영역(TrA)에 형성된 상기 소스 전극(133)과 상기 데이터 배선(130)은 서로 연결되도록 형성한다. Next, the second metal layer (not shown) and the second impurity amorphous silicon layer (not shown) disposed thereunder are patterned by performing a mask process so that the boundary between the pixel regions P is disposed on the
한편, 배리어층(미도시)이 형성되는 경우는, 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136) 하부에 구성된 상기 오믹콘택층(127) 하부에 상기 배리어층(미도시)이 형성되며, 상기 배리어층(미도시)이 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 액티브 콘택홀(125)을 통해 접촉하는 구조를 이루게 된다.On the other hand, when a barrier layer (not shown) is formed, the barrier layer (not shown) is formed under the
또한, 전술한 바와 같은 공정 진행에 의해 상기 데이터 배선(130)의 하부에도 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 제 1 더미패턴(128)이 형성되며, 나아가 배리어층(미도시)이 형성되는 경우 상기 제 1 더미패턴(128) 하부에 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 제 2 더미패턴(미도시)이 형성된다.In addition, a
이렇게 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성하는 과정에서 본 발명의 경우, 채널 영역을 이루는 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)의 중앙부에 대응해서는 애치스토퍼(120)가 형성되어 있으므로 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136) 형성 시 더욱 정확히는 상기 오믹콘택층(127) 패터닝을 위한 식각, 예를들면 건식식간 진행 시 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)은 전혀 영향을 받지 않게된다. 따라서 종래기술에서 언급한 문제 건식식각 진행에 의한 액티브층의 표면 손상 등은 발생하지 않음을 알 수 있다. 즉, 상기 제 2 금속층(미도시)을 패터닝하여 상기 데이터 배선(130)과 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 형성한 후, 상기 데이터 배선(130)과 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136) 외부로 노출된 상기 불순물 비정질 실리콘층(미도시)의 제거는 건식식각(dry etching)에 의해 이루어지며, 이 경우 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어서는 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136) 사이에 에치스토퍼의 역할을 하는 층간절연막(122)이 형성되어 있으므로 상기 건식식각에 의해 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)은 전혀 영향을 받지 않는다. 따라서, 종래의 어레이 기판 제조와는 달리 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 패터닝하여 오믹콘택층(127) 형성 시 건식식각에 의한 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)의 표면 손상이 발생하지 않으며, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브 층(115)의 두께 또한 줄어들지 않아 스위칭 영역(TrA) 전체에 있어 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)이 일정한 두께를 갖게 되는 것이 특징이다. In the process of forming the
이때, 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어 순차 적층된 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(107)과, 게이트 절연막(109)과, 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과, 층간절연막(122)과, 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(127)과, 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다. At this time, the
한편, 도면에 나타나지는 않았지만, 유기전계 발광소자용 어레이 기판으로 이용하는 경우, 상기 데이터 배선(130)과 나란하게 상기 데이터 배선(130)이 형성된 동일한 층에 상기 데이터 배선(130)과 소정간격 이격하며 전원배선(미도시)이 더욱 형성될 수 있으며, 각 화소영역(P) 내에는 전술한 게이트 배선(118) 및 데이터 배선(130)과 연결된 상기 박막트랜지스터(Tr) 이외에 이와 동일한 구조를 갖는 다수의 구동 박막트랜지스터(미도시)가 더욱 형성될 수도 있다. Although not shown in the drawing, when used as an array substrate for an organic light emitting device, the
다음, 도 4k에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 오믹콘택층(127)이 형성된 기판(101)에 대해 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 데이터 배선(130) 위로 무기절연물질 예를들어 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 보호층(140)을 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(143)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 4K, the source and drain
다음, 도 4l에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(143)을 구비한 상기 보호층(140) 위로 투명 도전성 물질 예를들면 금속물질 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 전면에 증착하여 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성한다. 이후, 상기 투명 도전성 물질층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 화소영역(P)별로 상기 드레인 콘택홀(143)을 통해 상기 드레인 전극(136)과 접촉하는 화소전극(150)을 형성함으로써 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판(101)을 완성한다. Next, as shown in FIG. 4L, a transparent conductive material such as a metal material, indium-tin-oxide (ITO) or indium-ink-oxide, is disposed on the
한편, 도면에 나타나지 않았지만, 상기 각 화소영역(P)에 구동 박막트랜지스터(미도시)가 구성되는 경우, 상기 스위칭 영역(TrA)에 형성되는 상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 화소전극(150)과 접촉하지 않고, 대신 상기 구동 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)이 상기 화소전극(150)과 상기 구동 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)을 노출시키며 형성된 드레인 콘택홀(미도시)을 통해 접촉하여 전기적으로 연결되도록 형성한다. 이때, 상기 스위칭 영역(TrA)에 형성된 박막트랜지스터(Tr)는 상기 드레인 콘택홀(143)이 형성되지 않고 상기 보호층(140)에 의해 완전히 덮힌 형태가 된다. 또한, 상기 스위칭 영역(TrA)의 박막트랜지스터(Tr)와 상기 구동 박막트랜지스터(미도시)는 서로 전기적으로 연결되도록 구성한다. 이렇게 스위칭 영역(TrA)에 상기 게이트 및 데이터 배선(118, 130)과 연결된 박막트랜지스터(Tr)와 화소영역(P)에 구동 박막트랜지스터(미도시)가 형성되는 어레이 기판의 경우 유기전계 발광 소자용 어레이 기판을 이루게 된다. Although not shown in the drawings, when a driving thin film transistor (not shown) is formed in each of the pixel regions P, the thin film transistor Tr formed in the switching region TrA is connected to the
도 1은 액정표시장치 또는 유기전계 발광소자를 구성하는 종래의 어레이 기판에 있어 하나의 화소영역을 박막트랜지스터를 포함하여 절단한 단면을 도시한 도면.1 is a cross-sectional view of a pixel region including a thin film transistor in a conventional array substrate constituting a liquid crystal display device or an organic light emitting device.
도 2a 내지 도 2e는 종래의 어레이 기판의 제조 단계 중 반도체층과 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 도시한 공정 단면도.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a step of forming a semiconductor layer, a source and a drain electrode during a manufacturing step of a conventional array substrate;
도 3은 종래의 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판에 있어 상기 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.3 is a cross-sectional view of one pixel area including the thin film transistor in an array substrate having a thin film transistor having a polysilicon semiconductor layer in the related art.
도 4a 내지 도 4l은 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도.4A to 4L are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of one pixel region including a thin film transistor of an array substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
101 : 기판 107 : 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극101
109 : 게이트 절연막 115 : 순수 폴리실리콘의 액티브층109: gate insulating film 115: active layer of pure polysilicon
118 : 게이트 배선 122 : 층간절연막 118
125 : 액티브 콘택홀 127 : 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층125: active contact hole 127: ohmic contact layer of impurity amorphous silicon
128 : 제 1 더미패턴 130 : 데이터 배선 128: first dummy pattern 130: data wiring
133 : 소스 전극 136 : 드레인 전극 133: source electrode 136: drain electrode
P : 화소영역 Tr : 박막트랜지스터 P: Pixel Area Tr: Thin Film Transistor
TrA : 스위칭 영역 TrA: switching area
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |