KR20110010536A - 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, 나아가 결정화 공정 진행시 액티브층의 표면에 열산화막 형성을 방지하며, 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. In particular, active damage of the surface of the active layer is fundamentally suppressed by dry etching, and furthermore, thermal active film formation is prevented on the surface of the active layer during the crystallization process, and the mobility is excellent. The present invention relates to a thin film transistor array substrate having a layer and a method of manufacturing the same.
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 액티 브 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 adjusting the on / off voltage of each pixel, has a resolution and a moving picture. Its outstanding implementation ability attracts 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 서 로 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 오랜 시간 동안 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 남게 되므로 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 식각되 어 제거되는 두께까지 고려하여 충분히 두껍게 상기 액티브층(22)을 이루는 순수 비정질 실리콘층(도 2a의 20)을 1000Å 이상의 두께를 갖도록 충분히 두껍게 증착해야 하는 바, 증착시간이 늘어나 생산성을 떨어뜨리는 결과를 초래하고 있다. In addition, the pure amorphous silicon layer constituting 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 폴리실리콘으로 이루어진 반도체층(55) 내에 제 1 영역(55a) 양측으로 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, 제조비용 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 fabrication of the
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. .
또한, 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. In addition, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an array substrate having a thin film transistor capable of improving mobility characteristics without forming a semiconductor layer using polysilicon.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 어레이 기판의 제조 방법은, 화소영역과 스위칭 영역이 정의된 기판 상에 무기절연물질로 이루어진 버퍼층과, 불 순물 비정질 실리콘층과, 제 1 무기절연층과, 순수 비정질 실리콘층과, 제 2 무기절연층을 순차 적층시키는 단계와; 고상 결정화(SPC) 공정을 진행하여 상기 순수 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층 각각을 순수 폴리실리콘층과 제 1 불순물 폴리실리콘층으로 결정화시키는 단계와; 상기 버퍼층 위로 상기 스위칭 영역에 아일랜드 형태로서 동일한 평면적을 가지며 순차 적층된 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극과 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 절연막의 가장자리를 노출시키며 아일랜드 형태로서 동일한 평면적을 가지며 순차 적층된 순수 폴리실리콘의 액티브층과 무기절연패턴을 형성하는 단계와; 상기 무기절연패턴 위로 전면에 무기절연물질을 증착하여 층간절연막을 형성하고, 상기 층간절연막과 그 하부의 상기 무기절연패턴을 패터닝함으로써 상기 액티브층 중앙부를 기준으로 그 양측을 노출시키며 이격하는 액티브 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 층간절연막 위로 상기 액티브 콘택홀을 통해 각각 상기 액티브층과 접촉하며 서로 이격하는 순수 비정질 실리콘의 배리어패턴과, 상기 각각의 배리어패턴 상부에 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과, 상기 오믹콘택층 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하고, 동시에 상기 층간절연막 위로 상기 화소영역의 경계에 상기 소스 전극과 연결되는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선과 상기 소스 및 드레인 전극 위로 전면에 제 1 보호층을 형성하고, 상기 제 1 보호층과 상기 층간절연막과 상기 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 액티브층 외측으로 상기 게이트 전극을 노출시키는 게이트 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 제 1 보호층 위로 상기 화소영역의 경계에 금속물질로서 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 게이트 전극과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하는 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 위로 상기 기판 전면에 제 2 보호층을 형성하고, 상기 제 2 보호층과 그 하부의 제 1 보호층을 패터닝함으로써 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 제 2 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 무기절연층이 형성된 상태에서 고상결정화공정을 진행함으로써 상기 순수 폴리실리콘층과 상기 제 2 무기절연층과의 계면에서 열산화막이 형성되는 것을 방지하는 것이 특징이다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an array substrate, including a buffer layer made of an inorganic insulating material, an amorphous amorphous silicon layer, a first inorganic insulating layer, and a substrate on which a pixel region and a switching region are defined. Sequentially laminating a pure amorphous silicon layer and a second inorganic insulating layer; Performing a solid phase crystallization (SPC) process to crystallize each of the pure amorphous silicon layer and the impurity amorphous silicon layer into a pure polysilicon layer and a first impurity polysilicon layer; A gate electrode and a gate insulating film of impurity polysilicon, which are sequentially stacked and have the same planar area in the switching region, are formed on the switching layer, and the edges of the gate insulating film are exposed on the gate insulating layer, and the same planar area is formed sequentially Forming an active layer and an inorganic insulating pattern of stacked pure polysilicon; An active contact hole is formed by depositing an inorganic insulating material on the entire surface of the inorganic insulating pattern to form an interlayer insulating layer, and patterning the interlayer insulating layer and the inorganic insulating pattern thereunder to expose both sides of the active layer and spaced apart from each other. Forming a; A barrier pattern of pure amorphous silicon contacting the active layer and spaced apart from each other through the active contact hole on the interlayer insulating layer, an ohmic contact layer of impurity amorphous silicon on each of the barrier patterns, and an upper portion of the ohmic contact layer Forming a source and drain electrode spaced apart from each other, and simultaneously forming a data line connected to the source electrode at a boundary of the pixel region over the interlayer insulating film; A gate contact hole forming a first passivation layer over the data line and the source and drain electrodes, and patterning the first passivation layer, the interlayer insulating layer, and the gate insulating layer to expose the gate electrode outside the active layer; Forming a; Forming a gate wiring on the boundary of the pixel area over the first passivation layer, the gate wiring being in contact with the gate electrode through the gate contact hole and crossing the data wiring; Forming a drain contact hole exposing the drain electrode by forming a second passivation layer on the entire surface of the substrate over the gate wiring, and patterning the second passivation layer and a first passivation layer thereunder; Forming a pixel electrode in contact with the drain electrode through the drain contact hole in the pixel region over the second passivation layer, and performing a solid phase crystallization process in a state where the second inorganic insulating layer is formed. The thermal oxide film is prevented from being formed at the interface between the polysilicon layer and the second inorganic insulating layer.
상기 버퍼층 위로 상기 스위칭 영역에 아일랜드 형태로서 동일한 평면적을 가지며 순차 적층된 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극과, 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 절연막의 가장자리를 노출시키며 아일랜드 형태로서 동일한 평면적을 가지며 순차 적층된 순수 폴리실리콘의 액티브층과 무기절연패턴을 형성하는 단계는, 상기 제 2 무기절연층 위로 상기 스위칭 영역에 상기 액티브층이 형성되는 부분에 대응해서는 제 1 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 액티브층 외측으로 노출되는 상기 게이트 전극의 가장자리에 대응해서는 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 가지며 서로 그 폭을 달리하는 제 2 및 제 3 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 내지 제 3 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 상기 제 2 무기절연층과 그 하부의 상기 순수 폴리실리콘층과 제 1 무기절연층과 불순물 폴리실리콘층을 순차적으로 제거하여 상기 스위칭 영역에 아일랜드 형태로서 동일한 평면적을 가지며 순차 적층된 상기 불순 물 폴리실리콘의 게이트 전극과, 게이트 절연막과, 순수 폴리실리콘 패턴 및 무기절연물질패턴을 형성하는 단계와; 애싱(ashing)을 진행하여 상기 제 2 및 제 3 포토레지스트 패턴을 제거함으로써 상기 제 1 포토레지스트 패턴 외측으로 상기 무기절연물질패턴의 가장자리를 노출시키는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴 외측으로 노출된 상기 무기절연물질패턴과 그 하부의 순수 폴리실리콘 패턴을 제거함으로써 상기 게이트 절연막 상에 상기 게이트 절연막의 가장자리를 노출시키며 아일랜드 형태로서 동일한 평면적을 가지며 순차 적층된 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층 및 무기절연패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다. Forming a gate electrode of impurity polysilicon sequentially stacked on the switching region in the switching region with an island shape, and a gate insulating film, exposing the edge of the gate insulating film over the gate insulating film, and having the same planar area as an island shape. Forming an active insulating layer and an inorganic insulating pattern of pure polysilicon sequentially stacked may include a first photoresist pattern having a first thickness corresponding to a portion in which the active layer is formed in the switching region over the second inorganic insulating layer. Forming second and third photoresist patterns having a second thickness that is thinner than the first thickness and different in width from each other to correspond to edges of the gate electrode exposed to the outside of the active layer; The second inorganic insulating layer exposed to the outside of the first to third photoresist patterns, the pure polysilicon layer, the first inorganic insulating layer, and the impurity polysilicon layer are sequentially removed to form an island in the switching region. Forming a gate electrode, a gate insulating film, a pure polysilicon pattern, and an inorganic insulating material pattern having the same planar area and sequentially stacked on the impurity polysilicon; Exposing the edges of the inorganic insulating material pattern to the outside of the first photoresist pattern by removing the second and third photoresist patterns by ashing; The edges of the gate insulating layer are exposed on the gate insulating layer by removing the inorganic insulating material pattern exposed to the outside of the first photoresist pattern and the pure polysilicon pattern under the first photoresist pattern. Forming an active layer and an inorganic insulating pattern of pure polysilicon; Removing the first photoresist pattern.
또한, 상기 버퍼층과, 불순물 비정질 실리콘층과, 제 1 무기절연층과, 순수 비정질 실리콘층과, 제 2 무기절연층은 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 장비를 통해 동일한 진공 챔버내에서 연속적으로 형성하는 것이 특징이다. In addition, the buffer layer, the impurity amorphous silicon layer, the first inorganic insulating layer, the pure amorphous silicon layer, and the second inorganic insulating layer are continuously in the same vacuum chamber through chemical vapor deposition (CVD) equipment. It is characterized by forming.
또한, 상기 고상 결정화(SPC) 공정은 600℃ 내지 800℃의 온도 분위기에서 열처리를 통한 써말 결정화(Thermal Crystallization) 또는 교번자장 결정화(Alternating Magnetic Field Crystallization) 장치를 이용한 교번자장 결정화인 것이 바람직하다. In addition, the solid phase crystallization (SPC) process is preferably an alternating magnetic field crystallization using a thermal crystallization or alternating magnetic field crystallization apparatus through heat treatment in a temperature atmosphere of 600 ℃ to 800 ℃.
또한, 상기 배리어패턴과 상기 오믹콘택층과 상기 소스 및 드레인 전극은 동일한 마스크 공정을 진행하여 동시에 패터닝되어 형성됨으로써 평면적으로 동일한 형태 동일한 크기를 가지며 완전 중첩된 형태를 갖는 것이 특징이다. In addition, the barrier pattern, the ohmic contact layer, and the source and drain electrodes are patterned and formed at the same time by performing the same mask process.
또한, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층은 300Å 내지 1000Å 정도의 두께를 가지며, 상기 무기절연패턴은 100Å 내지 500Å 정도의 두께를 가지며, 상기 층간절연막은 그 하부에 위치한 상기 게이트 전극 및 게이트 절연막 각각의 두께를 합한 두께보다 더 두꺼운 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. In addition, the active layer of the pure polysilicon has a thickness of about 300 kPa to 1000 kPa, the inorganic insulating pattern has a thickness of about 100 kPa to 500 kPa, and the interlayer insulating film has a thickness of each of the gate electrode and the gate insulating film disposed thereunder. It is preferable to form to have a thickness thicker than the combined thickness.
또한, 상기 소스 및 드레인 전극과 상기 데이터 배선을 형성하는 단계는 상기 데이터 배선의 일끝단과 연결된 데이터 패드전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 게이트 배선을 형성하는 단계는 상기 게이트 배선의 일끝단과 연결된 게이트 패드전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 드레인 콘택홀을 갖는 상기 제 2 보호층을 형성하는 단계는 상기 게이트 패드전극을 노출시키는 게이트 패드 콘택홀과 상기 데이터 패드전극을 노출시키는 데이터 패드 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 화소전극을 형성하는 단계는 상기 게이트 패드 콘택홀을 통해 상기 게이트 패드전극과 접촉하는 게이트 보조 패드전극과, 상기 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 데이터 패드전극과 접촉하는 데이터 보조 패드전극을 형성하는 단계를 포함한다. The forming of the source and drain electrodes and the data line may include forming a data pad electrode connected to one end of the data line, and the forming of the gate line may include one end of the gate line. And forming a connected gate pad electrode, wherein forming the second protective layer having the drain contact hole comprises: a data pad contact exposing the gate pad contact hole and the data pad electrode exposing the gate pad electrode; And forming a hole, wherein forming the pixel electrode contacts a gate auxiliary pad electrode contacting the gate pad electrode through the gate pad contact hole, and contacting the data pad electrode through the data pad contact hole. Forming a data auxiliary pad electrode.
본 발명에 따른 어레이 기판은, 화소영역과 스위칭 영역이 정의된 기판 상의 전면에 무기절연물질로 형성된 버퍼층과; 상기 버퍼층 상의 상기 스위칭 영역에 아일랜드 형태로서 동일한 평면적을 가지며 순차 적층된 폴리실리콘의 게이트 전극 및 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 절연막의 가장자리를 노출시키며 아일랜드 형태로 형성된 순수 폴리실리콘의 액티브층; 상기 액티브층 위로 상기 액티브층과 동일한 평면적을 가지며 완전 중첩하며 형성되며 상기 액티브층의 계면에서 열산화막 형성을 방지하는 역할을 하는 무기절연패턴과; 상기 무 기절연패턴 위로 상기 액티브층을 노출시키며 서로 이격하는 액티브 콘택홀을 가지며 상기 액티브층의 중앙부에 대해서는 에치스토퍼의 역할을 하며 상기 기판 전면에 형성된 층간절연막과; 상기 스위칭 영역에 상기 층간절연막 위로 각각 상기 액티브 콘택홀을 통해 상기 액티브층과 접촉하며 이격하며 형성된 순수 비정질 실리콘의 배리어패턴과; 상기 이격하는 상기 배리어패턴 상부에 각각 형성된 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과; 상기 이격하는 상기 오믹콘택층 위로 각각 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극과; 상기 층간절연막 위로 상기 화소영역의 경계에 상기 소스 전극과 연결되며 형성된 데이터 배선과; 상기 데이터 배선 위로 상기 무기절연패턴 외측으로 상기 게이트 전극을 노출시키는 게이트 콘택홀을 가지며 형성된 제 1 보호층과; 상기 제 1 보호층 위로 상기 화소영역의 경계에 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 게이트 전극과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하며 형성된 게이트 배선과; 상기 게이트 배선 위로 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지며 형성된 제 2 보호층과; 상기 제 2 보호층 위로 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하며 상기 화소영역에 형성된 화소전극을 포함한다. An array substrate according to the present invention comprises: a buffer layer formed of an inorganic insulating material on a front surface of a substrate on which a pixel region and a switching region are defined; A gate electrode and a gate insulating film of polysilicon sequentially stacked in the switching region on the buffer layer in the form of islands; An active layer of pure polysilicon formed in an island shape exposing the edge of the gate insulating film over the gate insulating film; An inorganic insulating pattern having the same planar area as the active layer and completely overlapping the active layer, and preventing a thermal oxide film from forming at an interface of the active layer; An interlayer insulating film formed over the substrate, the active contact hole exposing the active layer over the inorganic insulating pattern and spaced apart from each other, and acting as an etch stopper for a central portion of the active layer; A barrier pattern of pure amorphous silicon formed in the switching region in contact with the active layer through the active contact hole and spaced apart from each other through the active contact hole; An ohmic contact layer of impurity amorphous silicon formed on the spaced apart barrier pattern, respectively; Source and drain electrodes spaced apart from each other on the spaced apart ohmic contact layer; A data line formed on a boundary of the pixel area over the interlayer insulating layer and connected to the source electrode; A first passivation layer having a gate contact hole exposing the gate electrode to the outside of the inorganic insulating pattern on the data line; A gate wiring formed on the boundary of the pixel area over the first passivation layer, the gate wiring being in contact with the gate electrode and crossing the data wiring; A second protective layer having a drain contact hole exposing the drain electrode over the gate line; And a pixel electrode formed in the pixel area in contact with the drain electrode through the drain contact hole on the second passivation layer.
이때, 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극은 그 두께가 500Å 내지 1000Å이며, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층은 그 두께가 300Å 내지 1000Å이며, 상기 무기절연패턴은 그 두께가 100Å 내지 500Å이며, 상기 배리어패턴은 그 두께가 50Å 내지 300Å이며, 상기 층간절연막은 그 하부에 위치한 상기 게이트 전극 및 게이트 절연막 각각의 두께를 합한 두께보다 더 두꺼운 두께를 갖도록 형성된 것이 특징이다. In this case, the gate electrode of the impurity polysilicon has a thickness of 500 kPa to 1000 kPa, the active layer of the pure polysilicon has a thickness of 300 kPa to 1000 kPa, and the inorganic insulating pattern has a thickness of 100 kPa to 500 kPa. The thickness of the film is 50 kPa to 300 kPa, and the interlayer insulating film is formed to have a thickness thicker than the sum of the thicknesses of each of the gate electrode and the gate insulating film disposed thereunder.
상기 게이트 배선의 끝단과 연결된 게이트 패드전극과, 상기 데이터 배선의 끝단과 연결된 데이터 패드전극을 포함하며, 상기 제 2 보호층은 상기 게이트 패드전극을 노출시키는 게이트 패드 콘택홀을 구비하고, 상기 제 2 및 제 1 보호층은 상기 데이터 패드전극을 노출시키는 데이터 패드 콘택홀을 구비하며, 상기 제 2 보호층 위로 상기 화소전극을 이루는 동일한 물질로 상기 게이트 패드 콘택홀을 통해 상기 게이트 패드전극과 접촉하는 게이트 보조 패드전극과, 상기 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 데이터 패드전극과 접촉하는 데이터 보조 패드전극을 포함한다. And a gate pad electrode connected to an end of the gate line, and a data pad electrode connected to an end of the data line, wherein the second passivation layer has a gate pad contact hole exposing the gate pad electrode. And a data pad contact hole exposing the data pad electrode, wherein the first passivation layer has a gate contacting the gate pad electrode through the gate pad contact hole with the same material forming the pixel electrode on the second passivation layer. An auxiliary pad electrode and a data auxiliary pad electrode contacting the data pad electrode through the data pad contact hole.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 어레이 기판의 제조 방법은, 화소영역과 스위칭 영역이 정의된 기판 상에 무기절연물질로 이루어진 버퍼층과, 불순물 비정질 실리콘층과, 제 1 무기절연층과, 순수 비정질 실리콘층을 순차 적층시키는 단계와; 고상 결정화(SPC) 공정을 진행하여 상기 순수 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층 각각을 순수 폴리실리콘층과 제 1 불순물 폴리실리콘층으로 결정화하는 동시에 상기 순수 폴리실리콘층 상부에 제 1 두께를 갖는 열산화막을 형성시키는 단계와; 상기 버퍼층 위로 상기 스위칭 영역에 아일랜드 형태로서 동일한 평면적을 가지며 순차 적층된 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극과 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 절연막의 가장자리를 노출시키며 아일랜드 형태로서 동일한 평면적을 가지며 순차 적층된 순수 폴리실리콘의 액티브층과 열산화막 패턴을 형성하는 단계와; 상기 열산화막 패턴 위로 전면에 무기절연물질을 증착하여 층간절연막을 형성하고, 상기 층간절연막과 그 하부의 상기 열산화막 패턴을 패터닝함으로써 상기 액티브층 중앙부를 기준으로 그 양측을 노출시키며 이격하는 액티브 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 층간절연막 위로 상기 액티브 콘택홀을 통해 각각 상기 액티브층과 접촉하며 서로 이격하는 순수 비정질 실리콘의 배리어패턴과, 상기 각각의 배리어패턴 상부에 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과, 상기 오믹콘택층 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하고, 동시에 상기 층간절연막 위로 상기 화소영역의 경계에 상기 소스 전극과 연결되는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선과 상기 소스 및 드레인 전극 위로 전면에 제 1 보호층을 형성하고, 상기 제 1 보호층과 상기 층간절연막과 상기 게이트 절연막을 패터닝하여 상기 액티브층 외측으로 상기 게이트 전극을 노출시키는 게이트 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 제 1 보호층 위로 상기 화소영역의 경계에 금속물질로서 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 게이트 전극과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하는 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 위로 상기 기판 전면에 제 2 보호층을 형성하고, 상기 제 2 보호층과 그 하부의 제 1 보호층을 패터닝함으로써 상기 드레인 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 제 2 보호층 위로 상기 화소영역에 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating an array substrate, including a buffer layer made of an inorganic insulating material, an impurity amorphous silicon layer, a first inorganic insulating layer, and a pure amorphous layer on a substrate on which a pixel region and a switching region are defined. Sequentially depositing silicon layers; A solid oxide crystallization (SPC) process is performed to crystallize each of the pure amorphous silicon layer and the impurity amorphous silicon layer into a pure polysilicon layer and a first impurity polysilicon layer, and a thermal oxide film having a first thickness on the pure polysilicon layer. Forming a; A gate electrode and a gate insulating film of impurity polysilicon, which are sequentially stacked and have the same planar area in the switching region, are formed on the switching layer, and the edges of the gate insulating film are exposed on the gate insulating layer, and the same planar area is sequentially formed in the island shape. Forming an active layer and a thermal oxide film pattern of stacked pure polysilicon; An active contact hole is formed by depositing an inorganic insulating material on the entire surface of the thermal oxide layer pattern to form an interlayer dielectric layer, and patterning the interlayer dielectric layer and the thermal oxide layer pattern thereunder to expose both sides of the active layer and spaced apart from each other. Forming a; A barrier pattern of pure amorphous silicon contacting the active layer and spaced apart from each other through the active contact hole on the interlayer insulating layer, an ohmic contact layer of impurity amorphous silicon on each of the barrier patterns, and an upper portion of the ohmic contact layer Forming a source and drain electrode spaced apart from each other, and simultaneously forming a data line connected to the source electrode at a boundary of the pixel region over the interlayer insulating film; A gate contact hole forming a first passivation layer over the data line and the source and drain electrodes, and patterning the first passivation layer, the interlayer insulating layer, and the gate insulating layer to expose the gate electrode outside the active layer; Forming a; Forming a gate wiring on the boundary of the pixel area over the first passivation layer, the gate wiring being in contact with the gate electrode through the gate contact hole and crossing the data wiring; Forming a drain contact hole exposing the drain electrode by forming a second passivation layer on the entire surface of the substrate over the gate wiring, and patterning the second passivation layer and a first passivation layer thereunder; Forming a pixel electrode on the second protective layer in contact with the drain electrode through the drain contact hole in the pixel area.
이때, 상기 고상 결정화(SPC) 공정은 600℃ 내지 800℃의 온도 및 산소(O2) 가스 분위기에서 열처리를 통한 써말 결정화(Thermal Crystallization)이거나 또는 600℃ 내지 700℃의 온도 및 산소(O2) 가스 분위기에서 교번자장 결정화(Alternating Magnetic Field Crystallization) 장치를 이용한 교번자장 결정화 인 것이 바람직하다. In this case, the solid phase crystallization (SPC) process is a thermal crystallization (Thermal Crystallization) through a heat treatment in a temperature of 600 ℃ to 800 ℃ and oxygen (O 2 ) gas atmosphere or a temperature and oxygen (O 2 ) of 600 ℃ to 700 ℃. It is preferable that it is an alternating magnetic field crystallization using an alternating magnetic field crystallization apparatus in a gas atmosphere.
또한, 상기 제 1 두께는 50Å 내지 100Å인 것이 특징이다.In addition, the first thickness is characterized in that 50 ~ 100Å.
또한, 상기 배리어패턴과 상기 오믹콘택층과 상기 소스 및 드레인 전극은 동일한 마스크 공정을 진행하여 동시에 패터닝하여 형성함으로써 평면적으로 동일한 형태 동일한 크기를 가지며 완전 중첩된 형태를 갖도록 형성하는 것이 특징이다. In addition, the barrier pattern, the ohmic contact layer, the source and the drain electrode may be formed to have the same shape and the same shape in planar shape by completely patterning the same pattern by performing the same mask process.
또한, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층은 300Å 내지 1000Å 정도의 두께를 가지며, 상기 층간절연막은 그 하부에 위치한 상기 게이트 전극 및 게이트 절연막 각각의 두께를 합한 두께보다 더 두꺼운 두께를 갖도록 형성하는 것이 특징이다. In addition, the active layer of the pure polysilicon has a thickness of about 300 kPa to 1000 kPa, and the interlayer insulating film is formed to have a thickness thicker than the sum of the thicknesses of each of the gate electrode and the gate insulating film disposed thereunder. .
또한, 상기 소스 및 드레인 전극과 상기 데이터 배선을 형성하는 단계는 상기 데이터 배선의 일끝단과 연결된 데이터 패드전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 게이트 배선을 형성하는 단계는 상기 게이트 배선의 일끝단과 연결된 게이트 패드전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 드레인 콘택홀을 갖는 상기 제 2 보호층을 형성하는 단계는 상기 게이트 패드전극을 노출시키는 게이트 패드 콘택홀과 상기 데이터 패드전극을 노출시키는 데이터 패드 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 화소전극을 형성하는 단계는 상기 게이트 패드 콘택홀을 통해 상기 게이트 패드전극과 접촉하는 게이트 보조 패드전극과, 상기 데이터 패드 콘택홀을 통해 상기 데이터 패드전극과 접촉하는 데이터 보조 패드전극을 형성하는 단계를 포함한다. The forming of the source and drain electrodes and the data line may include forming a data pad electrode connected to one end of the data line, and the forming of the gate line may include one end of the gate line. And forming a connected gate pad electrode, wherein forming the second protective layer having the drain contact hole comprises: a data pad contact exposing the gate pad contact hole and the data pad electrode exposing the gate pad electrode; And forming a hole, wherein forming the pixel electrode contacts a gate auxiliary pad electrode contacting the gate pad electrode through the gate pad contact hole, and contacting the data pad electrode through the data pad contact hole. Forming a data auxiliary pad electrode.
본 발명에 따른 어레이 기판은, 패터닝되어 액티브층을 형성하게 되는 비정질 실리콘층 상부에 무기절연층을 형성한 후 결정화 공정을 진행하여 상기 결정화된 액티브층 표면에 열산화막이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 상기 열산화막 제거를 위한 BOE 공정을 생략할 수 있으므로 재료비 저감 및 공정 단순화에 의해 단위 시간당 생산성을 향상시킬 수 있다. In the array substrate according to the present invention, an inorganic insulating layer is formed on the amorphous silicon layer which is patterned to form the active layer, and then a crystallization process is performed to prevent the thermal oxide film from being formed on the surface of the crystallized active layer. . Therefore, since the BOE process for removing the thermal oxide film can be omitted, productivity per unit time can be improved by reducing the material cost and simplifying the process.
또한, 본 발명에 따른 어레이 기판의 제조방법에 의해 액티브층이 건식식각에 노출되지 않음으로써 그 표면 손상이 발생하지 않아 박막트랜지스터 특성이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.In addition, since the active layer is not exposed to dry etching by the method of manufacturing the array substrate according to the present invention, surface damage does not occur and thus the thin film transistor characteristics are prevented 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 투자비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.Since the active layer of polysilicon is used as a 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 금속 물질의 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.
고상 결정화 공정을 산소(O2) 가스 분위기에서 진행하여 순수 폴리실리콘층 상부에 50Å 내지 100Å 정도의 두께를 갖는 열산화막이 형성되도록 하여 상기 순수 폴리실리콘층이 공기 중에 노출되어 발생하는 오염 등에 의한 불량을 방지하기 위한 별도의 무기절연층 형성을 생략함으로써 공정을 더욱 단순화하는 효과가 있다. The solid crystallization process is performed in an oxygen (O 2 ) gas atmosphere so that a thermal oxide film having a thickness of about 50 kPa to 100 kPa is formed on the pure polysilicon layer so that the pure polysilicon layer is exposed to air. By omitting the formation of a separate inorganic insulating layer to prevent the effect is further simplified the process.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<제 1 실시예><First Embodiment>
도 4a 내지 도 4m은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역과 게이트 패드부 및 데이터 패드부에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내의 게이트 및 데이터 배선과 연결되는 박막트랜지스터(Tr)가 형성될 부분을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다. 4A through 4M are cross-sectional views illustrating manufacturing processes of one pixel area, a gate pad part, and a data pad part including a thin film transistor of an array substrate according to the first exemplary embodiment of the present invention. In this case, for convenience of description, a portion in which the thin film transistor Tr, which is 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 절연기판(101) 예를들면 유리기판 상에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 1000Å 내지 3000Å 정도의 두께를 갖는 버퍼층(102)을 형성한다. 본 발명의 특징 상 추후 공정에서 고상 결정화(Solid Phase Crystallization : SPC) 공정을 진행하는데, 이러한 고상 결정화(SPC) 공정은 600℃ 내지 800℃의 고온의 분위기가 요구되고 있다. 이 경우 상기 기판(101)이 고온의 분위기에 노출되면 기판(10) 표면으로부터 알카리 이온이 용출되어 폴리실리콘으로 이루어진 구성요소의 특성을 저하시킬 수 있으므로 이러한 문제를 방지하기 위해 상기 버퍼층(102)을 형성하는 것이다.First, as shown in FIG. 4A, a thickness of about 1000 kV to 3000 kPa is obtained by depositing an inorganic insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx) on a transparent insulating
다음, 상기 버퍼층(102) 위로 불순물 비정질 실리콘을 증착함으로써 500Å 내지 1000Å 정도의 두께를 갖는 제 1 불순물 비정질 실리콘층(103)을 형성한다. 이후, 상기 제 1 불순물 비정질 실리콘층(103) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 500Å 내지 4000Å 정도의 두께를 갖는 제 1 무기절연층(108)을 형성하고, 연속하여 상기 제 1 무기절연층(108) 상부로 순수 비정질 실리콘을 증착함으로써 300Å 내지 1000Å 정도의 두께를 갖는 순수 비정질 실리콘층(111)을 형성한다. Next, the impurity amorphous silicon is deposited on the
상기 순수 비정질 실리콘층(111)은, 종래의 경우 서로 이격하는 오믹콘택층 형성을 위해 진행하는 건식식각에 노출됨으로써 식각되어 그 표면으로부터 일부 두께가 제거되는 것을 고려하여 1000Å 이상의 두께로 형성하였다. 하지만, 본 발명의 실시예의 경우, 상기 순수 비정질 실리콘층(111)을 통해 최종적으로 구현되는 폴리실리콘의 액티브층(도 4m의 115)은 건식식각에 노출되지 않으므로 상기 건식식각에 의해 그 두께가 얇아지게 되는 등의 문제는 발생하지 않는다. 따라서 상기 순수 비정질 실리콘층(111)은 액티브층으로서의 역할을 할 수 있는 두께인 300Å 내지 1000Å로 형성해도 무방하며, 이 경우 재료비 저감 및 단위 공정 시간 단축의 효과를 얻을 수 있는 것이 특징이다. The pure
다음, 본 발명의 실시예에 따른 제조 방법에 있어서 특징적인 것으로 상기 순수 비정질 실리콘층(111) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 100Å 내지 500Å 정도의 두께를 갖는 제 2 무기절연층(116)을 형성한다. 이렇게 상기 순수 비정질 실리콘층 위로 제 2 무기절연층(116)을 형성하는 이유는 상기 순수 비정질 실리콘층(111)이 600℃ 내지 800℃의 고온의 분위기를 요구하는 결정화 공정 시 대기에 노출되지 않도록 하여 그 표면에 열산화막 형성을 방지하기 위함이다. Next, as a characteristic of the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the inorganic insulating material, for example, silicon oxide (SiO 2 ) is deposited on the pure
한편, 전술한 제 2 무기절연층(116)을 형성하는 단계까지 진행하게 되면 상기 기판(101)상에는 총 5중층의 물질층(102, 103, 108, 111, 116)이 형성되게 된다. 이때, 본 발명의 또 다른 특징으로써 이러한 5중층의 물질층(102, 103, 108, 111, 116)은 모두 반도체 물질 또는 무기절연물질이 되고 있으므로 이들 물질은 모두 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 장비(미도시)를 통해 모두 동일한 하나의 진공챔버(195) 내에서 반응가스만을 바꿔줌으로써 대기 중에 노출없이 연속적으로 형성된다는 것이다. 이렇게 5중층의 물질층(102, 103, 108, 111, 116) 을 하나의 진공챔버(195)내에서 연속하여 증착하는 경우, 추후 액티브층을 이룰 상기 순수 비정질 실리콘층(111)의 표면이 대기 중에 노출되지 않음으로써 액티브층의 표면 오염에 의한 박막트랜지스터의 특성 저하를 원천적으로 방지할 수 있는 것이 특징이다. On the other hand, if the process proceeds to the above-mentioned step of forming the second inorganic insulating
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 순수 비정질 실리콘층(도 4a의 111)의 이동도 특성 등을 향상시키기 위해 고상 결정화(SPC) 공정을 진행함으로써 상기 순수 비정질 실리콘층(도 4a의 111)이 결정화되어 순수 폴리실리콘층(112)을 이루도록 한다. 이때, 상기 고상 결정화(SPC) 공정은 일례로 600℃ 내지 800℃의 분위기에서 열처리를 통한 써말 결정화(Thermal Crystallization) 공정이거나, 또는 교번자장 결정화 장치를 이용한 600℃ 내지 700℃의 온도 분위기에서의 교번자장 결정화(Alternating Magnetic Field Crystallization) 공정인 것이 바람직하다. Next, as shown in FIG. 4B, the pure amorphous silicon layer (111 of FIG. 4A) is subjected to a solid phase crystallization (SPC) process in order to improve mobility characteristics of the pure amorphous silicon layer (111 of FIG. 4A). The crystallization is performed to form the
이때, 이러한 고상 결정화(SPC) 공정 진행에 의해 상기 순수 비정질 실리콘층(도 4a 111) 뿐만 아니라 상기 제 1 불순물 비정질 실리콘층(도 4a의 103) 또한 결정화되어 불순물 폴리실리콘층(104)을 이루게 된다. At this time, as a result of the solid state crystallization (SPC) process, not only the pure amorphous silicon layer (FIG. 4A 111) but also the first impurity amorphous silicon layer (103 of FIG. 4A) are crystallized to form the
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 무기절연층(117) 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)보다는 큰 반투과영역(미도시)으로 구성된 노광 마스크(미도시)를 이용하여 회절노광 또는 하프톤 노광을 실시한다. Next, as shown in FIG. 4C, a photoresist is formed on the second inorganic insulating
이후, 노광된 포토레지스트층(미도시)을 현상함으로써 상기 제 2 무기절연층 (116) 위로 상기 스위칭 영역(TrA)에 대응하여 게이트 전극(도 4m의 105)이 형성되어야 할 부분 중 일부(추후 형성되는 순수 폴리실리콘의 액티브층(도 4m의 115)과 중첩하지 않는 부분)에 대응해서는 제 1 두께를 갖는 제 1 및 2 포토레지스트 패턴(191a, 191b)을 형성하고, 상기 게이트 전극(도 4m의 105)이 형성되어야 할 부분 중 순수 폴리실리콘의 액티브층(도 4m의 115)이 형성되어야 할 부분에 대응해서는 상기 제 1 두께보다 더 두꺼운 제 2 두께를 갖는 제 3 포토레지스트 패턴(191c)을 형성한다. 따라서 게이트 전극(도 4m의 105)이 형성될 부분 중 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(도 4m의 115)과 중첩하며 형성되는 부분에 대응해서는 제 2 두께의 제 3 포토레지스트 패턴(191c)이 형성되고, 상기 게이트 전극(도 4m의 105)이 형성될 부분 중 순수 폴리실리콘의 액티브층(도 4m의 115)이 형성되지 않는 영역은 상기 제 1 두께의 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(191a, 191b)이 형성되며, 상기 게이트 전극(도 4m의 105)이 형성되지 않는 기판(101)상의 모든 영역에 대해서는 상기 포토레지스트층(미도시)이 제거됨으로써 상기 제 2 무기절연층(116)을 노출시킨 상태를 이룬다. Thereafter, the exposed photoresist layer (not shown) is developed to partially form a portion of the portion where the
이때 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어 상기 제 3 포토레지스트 패턴(191c) 외측으로 상기 제 1 및 2 포토레지스트 패턴(191a, 191b)이 노출된 상태가 되며, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(191c) 외측으로 노출된 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(191a, 191b)은 그 폭을 달리하는 것이 특징이다. 이는 추후에 패터닝 되어 형성 되는 불순물 비정질 실리콘의 게이트 전극(도 4m의 105)과 그 상부의 게이트 절연막(도 4m의 109) 및 순수 폴리실리콘의 액티브층(도 4m의 115)과 무기절연패턴(도 4m의 118)의 그 테두리부가 계단 형태를 이루도록 하여 이후 형성되는 층간절연막(도 4m의 122)의 끊김 또는 들뜸을 방지하고, 나아가 추후 형성되는 게이트 배선(도 4m의 145)과 상기 무기절연패턴(도 4m의 118) 외측으로 노출되는 상기 게이트 전극(도 4m의 114)과의 접촉을 위한 게이트 콘택홀(도 4m의 142)을 형성할 면적을 확보하기 위함이다. At this time, the first and
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1, 2 및 3 포토레지스트 패턴(191a, 191b, 191c) 외부로 노출된 상기 제 2 무기절연층(도 4c의 116)과 그 하부에 순차적으로 위치한 상기 순수 폴리실리콘층(도 4c의 112)과 상기 제 1 무기절연층(도 4c의 108)과 상기 불순물 폴리실리콘층(도 4c의 104)을 순차적으로 식각하여 제거함으로써 상기 스위칭 영역(TrA)에 상기 버퍼층(102) 위로 아일랜드 형태로서 순차 적층된 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(114)과 게이트 절연막(109)과 순수 폴리실리콘 패턴(113) 및 무기절연물질패턴(117)을 형성한다. 이때 상기 스위칭 영역(TrA) 이외의 영역에 대해서는 상기 제 2 무기절연층(도 4c의 116)과 순수 폴리실리콘층(도 4c의 112)과 제 1 무기절연층(도 4c의 108) 및 상기 불순물 폴리실리콘층(도 4c의 104)이 모두 제거되어 상기 버퍼층(102)이 노출된 상태가 된다. Next, as shown in FIG. 4D, the second inorganic insulating
한편, 본 발명의 실시예에 있어서, 상기 게이트 전극(105)을 금속물질이 아닌 불순물 폴리실리콘으로 형성하는 것은, 상기 게이트 전극(105) 상부에 위치하는 순수 폴리실리콘 패턴(113) 형성 시 발생하는 문제를 해결하기 위함이다. 보텀 게 이트 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. Meanwhile, in the embodiment of the present invention, forming the
따라서, 본 발명의 실시예에 있어서는 이러한 금속물질의 게이트 전극을 형성함으로써 결정화 공정 진행 시 발생하는 문제를 해결하고자 이러한 고온의 분위기 노출되어도 전술한 문제를 일으키지 않는 불순물 폴리실리콘을 이용하여 게이트 전극(105)을 형성한 것이다. Accordingly, in the embodiment of the present invention, in order to solve the problem occurring during the crystallization process by forming the gate electrode of the metal material, the
한편, 불순물 폴리실리콘으로 이루어진 게이트 전극(105)의 경우, 전도성이 금속물질보다는 낮지만, 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(105)의 두께가 500Å 내지 1000Å인 경우, 단위 면적당 저항치가 150Ω/sq(□) ~ 230Ω/sq(□) 정도가 되며, 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 문제 되지 않는다. On the other hand, in the case of the
다음, 도 4e에 도시한 바와 같이, 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(105)과 게이트 절연막(109)과 순수 폴리실리콘 패턴(113) 및 무기절연물질패턴(117)이 형성된 기판(101)에 대해 애싱(ashing)을 진행하여 상기 제 1 두께를 갖는 제 1 및 2 포토레지스트 패턴(도 4d의 191a, 191b)을 제거함으로써 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어 상기 제 3 포토레지스트 패턴(191c) 외측으로 상기 무기절연물질패턴(117)의 양측 표면을 노출시킨다. 이때, 상기 애싱(ashing) 진행에 의해 상기 제 3 포토레지스트 패턴(191c) 또한 그 두께가 줄어들지만 여전히 상기 무기절연물질패턴(117) 상부에 남아있게 된다. Next, as shown in FIG. 4E, the
다음, 도 4f에 도시한 바와 같이, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(191c) 외부로 노출된 상기 무기절연물질패턴(도 4e의 117)과 그 하부의 순수 폴리실리콘 패턴(도 4e의 113)을 식각하여 제거함으로써 상기 게이트 전극(105)에 대응하는 상기 게이트 절연막(109)의 가장자리를 노출시킨다. 이때 상기 제 3 포토레지스트 패턴(191c) 외측으로 노출된 상기 게이트 절연막(109)은 상기 제 3 포토레지스트 패턴(191c)을 기준으로 각각 그 폭을 달리하는 것이 특징이다. 넓은 폭을 가지며 상기 제 3 포토레지스트 패턴(191c) 외측으로 노출된 게이트 절연막(109)에 대응해서는 추후 상기 게이트 전극(105)과 접촉하는 게이트 배선(도 4m의 145)이 형성되어야 하므로 이를 반영하기 위함이다. 이때, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(191c)에 의해 식각되지 않고 상기 게이트 절연막(109) 상에 남아있게 되는 상기 순수 폴리실리콘 패턴(도 4e의 113)은 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)을 이룬다. 이때 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115) 상부에는 그 면적이 줄어든 상태로 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 동일한 평면적을 가지며 완전 중첩하며 무기절연패 턴(118)이 형성된다. Next, as illustrated in FIG. 4F, the inorganic insulating
다음, 도 4g에 도시한 바와 같이, 스트립(strip)을 진행하여 상기 무기절연패턴(118) 상부에 남아있는 상기 제 3 포토레지스트 패턴(도 4f의 191c)을 제거함으로써 상기 무기절연패턴(118)을 노출시킨다.Next, as shown in FIG. 4G, the inorganic
다음, 도 4h에 도시한 바와 같이, 상기 무기절연패턴(118) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx) 중 하나를 증착하여 단일층 구조의 제 3 무기절연층(미도시)을 형성하거나 또는 상기 2개의 물질을 연속하여 증착함으로써 이중층 구조의 제 3 무기절연층(미도시)을 형성한다. 이때 상기 제 3 무기절연층(미도시)은 서로 동일한 평면적을 가지며 완전 중첩하며 형성된 상기 게이트 전극(105) 및 게이트 절연막(109) 각각의 두께를 합한 두께보다는 더 큰 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. Next, as illustrated in FIG. 4H, an inorganic insulating material, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx), is deposited on the inorganic
상기 제 3 무기절연층(미도시)을 그 하부에 위치한 패턴된 상태의 게이트 전극(105) 및 게이트 절연막(109) 각각의 두께를 합한 두께보다 큰 두께를 갖도록 형성하는 이유는 상기 버퍼층(102)을 기준으로 상기 게이트 전극(105) 및 게이트 절연막(109)이 단차를 이루는 부분에서 끊김없이 잘 형성되도록 하기 위함이다. 이때 상기 게이트 전극(105)과 게이트 절연막(109)을 합한 두께가 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 그 상부의 무기절연패턴(118)의 두께를 합한 두께보다는 크므로 상기 게이트 전극(105) 및 게이트 절연막(109) 각각의 두께를 합한 두께보다 상기 제 3 무기절연층(122)을 두껍게 형성하면 상기 게이트 절연막(109)을 기준으로 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 무기절연패턴(118)에 의해 단차진 부분에서는 문제되지 않는다. The third inorganic insulating layer (not shown) is formed to have a thickness larger than the sum of the thicknesses of the
상기 게이트 전극(105)은 그 두께가 500Å 내지 1000Å이며, 상기 게이트 절연막(109)의 두께는 500Å 내지 4000Å이므로 상기 제 3 무기절연층(미도시)의 두께는 1000Å 내지 5000Å 보다는 더 두꺼운 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 일례로 상기 게이트 전극(105)기 1000Å정도의 두께를 갖고, 상기 게이트 절연막(109)이 2000Å정도의 두께를 가지며 형성되었다면, 상기 제 3 무기절연층(미도시)은 그 두께가 상기 3000Å보다 큰 두께를 갖도록 예를들면 3100Å 정도의 두께를 갖도록 형성함으로써 단차가 발생한 부분에서의 끊김 발생을 방지할 수 있다.The
이후, 상기 기판(101) 전면에 형성된 상기 제 3 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 중앙부를 기준으로 이의 양측으로 상기 무기절연패턴(118)을 노출시키는 2개의 콘택홀(미도시)을 구비한 층간절연막(122)을 형성한다. 연속하여 상기 2개의 콘택홀(미도시)에 대응하여 노출된 상기 무기절연패턴(118)을 건식식각을 진행하여 제거함으로써 최종적으로 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)을 노출시키는 2개의 액티브 콘택홀(123)을 형성한다. Thereafter, the third inorganic insulating layer (not shown) formed on the entire surface of the
이때, 상기 층간절연막(122)은 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)의 중앙부에 대응해서는 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)을 덮어 에치 스토퍼로서의 역할을 하며, 그 외의 영역에 대응해서는 절연층의 역할을 하는 것이 특징이다. In this case, the
다음, 도 4i에 도시한 바와 같이, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)에 대응하여 이를 노출시키는 액티브 콘택홀(123)을 가지며, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)의 중앙부에 대해서는 에치스토퍼의 역할을 하는 상기 층간절연막(122) 위로 전면에 순수 비정질 실리콘을 증착하여 50Å 내지 300Å 정도 두께의 배리어층(미도시)을 더욱 형성하고, 연속하여 불순물 비정질 실리콘을 증착하여 100Å 내지 300Å 정도의 두께를 갖는 제 2 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 형성한다. 이때, 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 배리어층(미도시)을 형성하는 이유는, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과의 접합력은 불순물 비정질 실리콘보다는 순수 비정질 실리콘이 더욱 우수하기 때문에 상기 배리어층(미도시)을 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 상기 불순물 비정질 실리콘층(미도시)의 사이에 개재되도록 함으로써 이들 두 층(115, 미도시)간의 접합력을 향상시키고 나아가 접촉저항을 낮추기 위함이다. Next, as shown in FIG. 4I, the
이후, 상기 제 2 불순물 비정질 실리콘층(미도시) 위로 제 2 금속물질 예를들면, 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 및 몰리티타늄(MoTi) 중 어느 하나를 증착함으로써 제 1 금속층(미도시)을 형성한다. Subsequently, a first metal layer (not shown) is deposited on the second impurity amorphous silicon layer (not shown) by depositing any one of a second metal material, for example, molybdenum (Mo), chromium (Cr), and molybdenum (MoTi). To form.
한편, 통상적으로는 상기 층간절연막(122) 상에 상기 베리어층(미도시)을 형성하기 전에 BOE(bufferd oxide etchant)를 이용한 세정공정(이하 BOE세정이라 칭함)을 실시함으로써 상기 액티브 콘택홀(123)을 통해 노출된 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115) 표면에 결정화 공정 진행시 자연적으로 형성된 열산화막을 제거 해야 하지만, 본 발명에 실시예에 따른 어레이 기판(101)의 제조에 있어서는 이러한 BOE 세정을 실시하지 않아도 무방하다. 본 발명에 따른 어레이 기판(101)은 상기 순수 비정질 실리콘층(도 4a의 111) 위로 대기중에 노출없이 화학기상증착(CVD) 장비의 진공챔버(도 4a의 195) 내부에서 연속적으로 제 2 무기절연층(도 4a의 116)이 형성되었으며, 상기 제 2 무기절연층(도 4a의 116)이 상기 순수 비정질 실리콘층(도 4a의 111)을 덮고 있는 상태에서 고상 결정화(SPC) 공정이 진행되었으므로 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)의 표면 더욱 정확히는 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 상기 무기절연패턴(118)의 계면에는 열산화막이 전혀 생성되지 않았다. On the other hand, before forming the barrier layer (not shown) on the
따라서 이러한 열산화막 제거를 위한 BOE(bufferd oxide etchant) 세정은 별도로 진행할 필요가 없는 것이다. 만약 순수 폴리실리콘의 액티브층 표면에 열산화막이 형성되었다면, 이는 반드시 제거되어야 한다. 열산화막(미도시)은 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 상기 배리어층(미도시)의 접촉 시 오믹 특성을 저하시키는 요소로 작용하기 때문이다. 나아가, 상기 열산화막을 제거하지 않고 박막트랜지스터를 형성하게 되면 그 특성이 매우 저하되거나 또는 아예 박막트랜지스터로서의 동작을 하지 않을 수도 있으므로 상기 열산화막은 반드시 제거된 상태에서 배리어층(미도시)을 형성하여야 한다. Therefore, BOE (buffered oxide etchant) cleaning to remove the thermal oxide film does not need to proceed separately. If a thermal oxide film is formed on the surface of the active layer of pure polysilicon, it must be removed. This is because the thermal oxide film (not shown) acts as an element that degrades ohmic properties when the
다음, 상기 제 1 금속층(미도시)과 그 하부에 위치한 제 2 불순물 비정질 실리콘층(미도시) 및 상기 배리어층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 층간절연막(122) 위로 각 화소영역(P)의 경계에 데이터 배선(130)을 형성 하고, 상기 데이터 배선(130)의 일끝단이 위치한 데이터 패드부(DPA)에 상기 데이터 배선(130)의 일끝단과 연결된 데이터 패드전극(138)을 형성한다. Next, each pixel is formed on the
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 이루어진 오믹콘택층(127)과 그 하부로 순수 비정질 실리콘의 배리어 패턴(125)을 형성한다. 이때, 상기 순수 비정질 실리콘의 배리어 패턴(125)은 각각 상기 액티브 콘택홀(123)을 통해 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과 접촉하도록 한다. At the same time, in the switching region TrA, source and drain
또한, 상기 스위칭 영역(TrA)에 형성된 상기 소스 전극(133)과 상기 데이터 배선(130)은 서로 연결되도록 형성하며, 이때 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136) 각각의 하부에 형성되는 상기 오믹콘택층(127)과 상기 배리어패턴(125)은 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136) 각각과 동일한 평면형태 및 평면적을 가지고 완전 중첩하며 형성되는 것이 특징이다. In addition, the
전술한 바와 같은 공정 진행에 의해 상기 데이터 배선(130)과 상기 데이터 패드전극(138)의 하부에도 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 제 1 더미패턴(128)과 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 제 2 더미패턴(126)이 형성되게 된다. As described above, the
한편, 본 발명의 실시예의 경우, 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 오믹콘택층(127) 및 배리어패턴(125)을 형성하는 과정에서 채널 영역을 이루는 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)의 중앙부에 대응해서는 에치스토퍼로서 역할을 하는 무기절연패턴(118)과 층간절연막(122)이 형성되어 있으므로 상 기 소스 및 드레인 전극(133, 136) 형성 후 상기 오믹콘택층(127)과 배리어패턴(125)의 패터닝을 위한 건식식각 진행 시 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)은 전혀 영향을 받지 않게 되는 것이 특징이다. Meanwhile, in the exemplary embodiment of the present invention, pure polysilicon forming a channel region in the process of forming the
따라서 종래기술에서 언급한 문제점인 건식식각 진행에 의한 액티브층의 표면 손상 등은 발생하지 않음을 알 수 있으며, 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)의 두께 또한 줄어들지 않으므로 스위칭 영역(TrA) 전체에 있어 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)은 일정한 두께를 갖게 됨을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the surface damage of the active layer due to the dry etching process, which is a problem mentioned in the related art, does not occur. Since the thickness of the
한편, 전술한 단계까지의 공정 진행에 의해 상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(105)과, 게이트 절연막(109)과, 순수 폴리실리콘의 액티브층(115)과, 무기절연패턴(118)과, 층간절연막(122)과, 순수 비정질 실리콘의 배리어패턴(125)과, 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(127)과, 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다. On the other hand, the
한편, 도면에 나타나지는 않았지만, 전술한 어레이 기판(101)을 유기전계 발광소자용 어레이 기판으로 제조하는 경우, 상기 데이터 배선(130)과 나란하게 상기 데이터 배선(130)이 형성된 동일한 층에 상기 데이터 배선(130)과 소정간격 이격하며 전원배선(미도시)을 더욱 형성할 수 있으며, 각 화소영역(P) 내에는 상기 데이터 배선(130) 및 추후 공정에서 제조될 게이트 배선(도 4m의 145)과 연결된 상기 박막트랜지스터(Tr)(이는 스위칭 박막트랜지스터를 이룸) 이외에 이와 동일한 구조를 가지며 상기 전원배선 및 상기 스위칭 박막트랜지스터(Tr)와 연결된 구동 박막트랜지스터(미도시)를 더욱 형성할 수도 있다. On the other hand, although not shown in the drawings, when the above-described
다음, 도 4j에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(130) 및 데이터 패드전극(138)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 오믹콘택층(127) 및 배리어패턴(125)이 형성된 기판(101)에 대해 상기 소스 및 드레인 전극(133, 136)과 데이터 배선(130) 및 데이터 패드전극(138) 위로 무기절연물질 예를들어 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 제 1 보호층(140)을 형성하고, 마스크 공정을 진행하여 상기 제 1 보호층(140)과 상기 층간절연막(122)과 게이트 절연막(109)을 패터닝함으로써 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(115) 외측으로 상기 게이트 전극(105)을 노출시키는 게이트 콘택홀(142)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 4J, a substrate on which the
다음, 도 4k에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 콘택홀(142)이 구비된 상기 제 1 보호층(140) 위로 제 2 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo) 및 크롬(Cr)을 증착하여 제 2 금속층(미도시)을 형성한다. 이후, 상기 제 2 금속층(미도시)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 제 1 보호층(140) 위로 각 화소영역(P)의 경계에 상기 노출된 게이트 전극(105)과 접촉하며 상기 데이터 배선(130)과 교차하는 게이트 배선(145)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 4K, a second metal material such as aluminum (Al), aluminum alloy (AlNd), and copper (Cu) is disposed on the first
또한 동시에 상기 게이트 배선(145)의 일끝단이 위치한 게이트 패드부(GPA)에 있어 상기 게이트 배선(145)의 일끝단과 연결된 게이트 패드전극(147)을 형성한다. At the same time, a
이때, 상기 게이트 배선(145)과 상기 게이트 패드전극(147)은 전술한 제 2 금속물질 중 하나의 금속물질만으로 이루어져 단일층 구조를 이루도록 할 수도 있으며, 또는 서로 다른 2개 이상의 상기 제 2 금속물질을 증착함으로서 이중층 또는 3중층 구조를 이루도록 할 수도 있다. 일례로 상기 게이트 배선(145)과 게이트 패드전극(147)이 이중층 구조를 이루도록 할 경우, 알루미늄 합금(AlNd)/몰리브덴(Mo)으로 이루어질 수 있으며, 3중층 구조를 이루도록 할 경우, 몰리브덴(Mo)/알루미늄 합금(AlNd)/몰리브덴(Mo)로 이루어질 수 있다. 도면에 있어서는 단일층 구조를 갖는 게이트 배선(145) 및 게이트 패드전극(147)을 도시하였다.In this case, the
다음, 도 4l에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 배선(145)과 게이트 패드전극(147) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 제 2 보호층(150)을 형성한다. 이후, 마스크 공정을 진행하여 상기 제 2 보호층(150)과 그 하부의 제 1 보호층(140)을 패터닝함으로써 상기 각 스위칭 영역(TrA)에는 상기 드레인 전극(136)을 노출시키는 드레인 콘택홀(152)을 형성하고, 상기 게이트 패드부(GPA)에 있어서는 상기 게이트 패드전극(147)을 노출시키는 게이트 패드 콘택홀(154)을 형성한다. 동시에 상기 데이터 패드부(DPA)에 있어서는 상기 데이터 패드전극(138)을 노출시키는 데이터 패드 콘택홀(156)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 4L, the second protection is performed by depositing an inorganic insulating material, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx), on the entire surface of the
다음, 도 4m에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(152)과 게이트 및 데이터 패드 콘택홀(154, 156)을 구비한 상기 제 2 보호층(150) 위로 전면에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착 하여 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 화소영역(P)에 상기 드레인 콘택홀(152)을 통해 상기 드레인 전극(136)과 접촉하는 화소전극(170)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 4M, a transparent conductive material such as indium is formed on the entire surface of the second
동시에, 상기 게이트 패드부(GPA)에 있어서는 상기 제 2 보호층(150) 위로 상기 게이트 패드 콘택홀(154)을 통해 상기 게이트 패드전극(147)과 접촉하는 게이트 보조 패드전극(172)을 형성하고, 상기 데이터 패드부(DPA)에 있어서도 상기 제 2 보호층(150) 위로 상기 데이터 패드 콘택홀(156)을 통해 상기 데이터 패드전극(138)과 접촉하는 데이터 보조 패드전극(174)을 형성함으로써 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판(101)을 완성한다. At the same time, in the gate pad part GPA, a gate
한편, 도면에 나타나지 않았지만, 상기 각 화소영역(P)에 구동 박막트랜지스터(미도시)가 구성되는 경우, 상기 스위칭 영역(TrA)에 형성되는 상기 박막트랜지스터(Tr)(스위칭 박막트랜지스터를 이룸)는 상기 화소전극(170)과 접촉하지 않고, 대신 상기 구동 박막트랜지스터(미도시)의 드레인 전극(미도시)이 상기 화소전극(170)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(152)이 형성되지 않고 상기 제 1 및 제 2 보호층(140, 150)에 의해 완전히 덮힌 형태가 된다. 이렇게 스위칭 영역(TrA)에 상기 게이트 및 데이터 배선(145, 130)과 연결된 박막트랜지스터(Tr)(스위칭 박막트랜지스터를 이룸)와 화소영역(P)에 구동 박막트랜지스터(미도시)가 형성되는 경우 이는 액정표시장치용 어레이 기판이 아닌 유기전계 발광 소자용 어레이 기판을 이루게 된다. Meanwhile, although not shown in the drawings, when a driving thin film transistor (not shown) is formed in each pixel region P, the thin film transistor Tr (which forms a switching thin film transistor) formed in the switching region TrA is formed. The drain electrode (not shown) of the driving thin film transistor (not shown) does not contact the
<제 2 실시예>≪ Embodiment 2 >
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역과 게이트 패드부 및 데이터 패드부에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내의 게이트 및 데이터 배선과 연결되는 박막트랜지스터(Tr)가 형성될 부분을 스위칭 영역(TrA)이라 정의하였으며, 제 1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 100을 더하여 도면부호를 부여하였다. 5A through 5F are cross-sectional views illustrating manufacturing processes of one pixel region, a gate pad portion, and a data pad portion including a thin film transistor of an array substrate according to a second exemplary embodiment of the present invention. In this case, for convenience of description, a portion in which the thin film transistor Tr, which is connected to the gate and data lines in each pixel region P, is to be formed is defined as a switching region TrA. 100 is added to refer to reference numerals.
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판의 제조 방법은 고상 결정화공정 진행 이후의 단계는 전술한 제 1 실시예와 동일하게 진행되므로 차별점이 있는 단계 위주로 설명한다.At this time, in the method of manufacturing the array substrate according to the second embodiment of the present invention, since the step after the solid phase crystallization process proceeds in the same manner as the first embodiment described above, the description will be mainly focused on the steps having different points.
우선, 도 5a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(101) 예를들면 유리기판 상에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 1000Å 내지 3000Å 정도의 두께를 갖는 버퍼층(202)을 형성한다. First, as shown in FIG. 5A, a thickness of about 1000 kV to 3000 kPa is obtained by depositing an inorganic insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx) on a transparent insulating
다음, 상기 버퍼층(202) 위로 불순물 비정질 실리콘을 증착함으로써 500Å 내지 1000Å 정도의 두께를 갖는 제 1 불순물 비정질 실리콘층(203)을 형성한다. 이후, 상기 제 1 불순물 비정질 실리콘층(203) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2)을 증착하여 500Å 내지 4000Å 정도의 두께를 갖는 제 1 무기절연 층(208)을 형성하고, 연속하여 상기 제 1 무기절연층(208) 상부로 순수 비정질 실리콘을 증착함으로써 300Å 내지 1000Å 정도의 두께를 갖는 순수 비정질 실리콘층(211)을 형성한다. Next, the impurity amorphous silicon is deposited on the
본 발명의 제 2 실시예의 경우, 상기 순수 비정질 실리콘층(211)을 통해 최종적으로 구현되는 폴리실리콘의 액티브층(도 5f의 215)은 건식식각에 노출되지 않으므로 상기 건식식각에 의해 그 두께가 얇아지게 되는 등의 문제는 발생하지 않는다. 따라서 상기 순수 비정질 실리콘층(211)은 액티브층으로서의 역할을 할 수 있는 두께인 300Å 내지 1000Å로 형성해도 무방하며, 이 경우 재료비 저감 및 단위 공정 시간 단축의 효과를 갖는다.In the second embodiment of the present invention, since the active layer of polysilicon (215 of FIG. 5F) finally implemented through the pure
한편, 전술한 바와 같이 기판(201)상에 순차적으로 형성된 버퍼층(202)과, 불순물 비정질 실리콘층(203)과, 제 1 무기절연층(208)과, 순수 비정질 실리콘층(211)으로 이루어진 4중층의 물질층은 모두 반도체 물질 또는 무기절연물질이 되고 있음을 알 수 있으며, 이들 물질은 모두 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 장비(미도시)를 통해 모두 동일한 하나의 진공챔버(295) 내에서 반응가스만을 바꿔줌으로써 대기 중에 노출없이 연속적으로 형성되는 것이 특징이다. Meanwhile, as described above, a
다음, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 순수 비정질 실리콘층(도 5a의 211)의 이동도 특성 등을 향상시키기 위해 고상 결정화(SPC) 공정을 진행함으로써 상기 순수 비정질 실리콘층(도 5a의 211)이 결정화되어 순수 폴리실리콘층(212)을 이루도록 한다. Next, as shown in FIG. 5B, the pure amorphous silicon layer (211 of FIG. 5A) is subjected to a solid phase crystallization (SPC) process in order to improve mobility characteristics and the like of the pure amorphous silicon layer (211 of FIG. 5A). The crystallization is performed to form the
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 있어서 가장 특징적인 것으로서, 상기 고상 결정화(SPC) 공정은 일례로 600℃ 내지 800℃의 온도 및 산소(O2) 가스 분위기에서 열처리를 통한 써말 결정화(Thermal Crystallization) 공정이거나, 또는 교번자장 결정화 장치를 이용한 600℃ 내지 700℃의 온도 및 산소(O2) 가스 분위기에서의 교번자장 결정화(Alternating Magnetic Field Crystallization) 공정인 것이 바람직하다. In this case, as the most characteristic in the second embodiment of the present invention, the solid phase crystallization (SPC) process is a thermal crystallization through heat treatment in an oxygen (O 2 ) gas atmosphere and temperature of 600 ℃ to 800 ℃, for example. ) Or an alternating magnetic field crystallization (Alternating Magnetic Field Crystallization) process in an oxygen (O 2 ) gas atmosphere at a temperature of 600 ° C. to 700 ° C. using an alternating magnetic field crystallization apparatus.
이렇게 산소(O2) 가스 분위기에서 써말 결정화 또는 교번자장 결정화 공정을 진행하게 되면, 상기 순수 비정질 실리콘층(도 5a의 211)이 결정화되어 순수 폴리실리콘층(212)으로 변화되는 동시에 그 표면에는 상기 산소(O2) 가스와 반응하여 50Å 내지 100Å 정도의 두께를 갖는 열산화막(291)이 형성된다. 이 경우, 상기 열산화막(291)은 일반 대기에 존재하는 오염원이 포함되지 않은 순수한 산소(O2)가스와 반응하여 형성된 것이므로 매우 우수한 막질을 갖는 것이 특징이다.When the thermal crystallization or the alternating magnetic field crystallization process is performed in an oxygen (O 2 ) gas atmosphere, the pure amorphous silicon layer (211 of FIG. 5A) is crystallized to be changed to
일반적으로 행해지는 써말 결정화는 통상 일반적인 대기 분위기를 갖는 챔버 또는 퍼나스 내에서 600℃ 내지 800℃ 온도로 가열함으로써 진행된다. 이 경우, 일반 대기 속에 포함된 산소와 반응하여 형성되는 열산화막은 오염물질이 포함되어 있으며, 대기 중에 포함된 산소는 그 밀도가 상대적으로 희박함으로 상기 순수 폴리실리콘층 표면에 형성되는 열산화막의 두께는 10Å 이하가 되고 있으므로, 상기 순수 폴리실리콘층(212)의 보호를 위한 역할을 하기에는 너무 얇아 그 역할 수행을 하지 못하게 된다. Thermal crystallization which is generally performed is usually carried out by heating to a temperature of 600 ° C. to 800 ° C. in a chamber or furnace having a general atmospheric atmosphere. In this case, the thermal oxide film formed by reacting with oxygen contained in the general atmosphere contains contaminants, and the oxygen oxide contained in the atmosphere has a relatively low density, and thus the thickness of the thermal oxide film formed on the surface of the pure polysilicon layer. Since it is less than 10Å, it is too thin to play a role for the protection of the
또한, 교번자장 결정화(Alternating Magnetic Field Crystallization)는 통상 불활성 기체인 질소(N2) 가스 분위기에서 진행되거나 또는 상기 써말 결정화와 같이 일방 대기 분위기에서 진행되므로 질소(N2) 가스 분위기에서 진행할 경우 상기 순수 폴리실리콘층(212) 상부에는 열산화막이 거의 생성되지 않으며, 일반 대기 분위기에서 진행할 경우 오염물질을 포함하거나 또는 열산화막의 두께가 10Å 이하가 되어 상기 순수 폴리실리콘층의 보호의 역할 수행을 하지 못하게 된다.In addition, the alternating magnetic field crystallization is usually carried out in an inert gas (N 2 ) gas atmosphere or in one atmosphere atmosphere as in the thermal crystallization, and thus the pure water when proceeding in a nitrogen (N 2 ) gas atmosphere. Almost no thermal oxide film is generated on the
하지만, 본 발명의 제 2 실시예의 경우, 써말 결정화 또는 교번자장 결정화 공정 진행은 산소(O2) 가스 분위기가 조성된 챔버(297)내에서 진행되는 것이 특징이다. 따라서 이 경우 상기 산소(O2) 가스는 상기 챔버(297)내에서 일정한 밀도를 갖도록 지속적으로 공급됨으로써 고온 분위기에서 상기 순수 폴리실리콘층(212)의 표면에 50Å 내지 100Å정도의 두께를 가져 순수 폴리실리콘층(212)의 보호의 역할 수행을 원만히 진행할 수 있는 열산화막(291)이 형성되게 되며, 이 경우 상기 열산화막(291)에는 오염물질이 포함되지 않으므로 순수 폴리실리콘층(212)의 표면을 오염시키는 등의 문제는 발생하지 않는 것이 특징이다.However, in the second embodiment of the present invention, the thermal crystallization or the alternating magnetic field crystallization process is performed in the
한편, 이러한 순수 산소(O2) 가스 분위기에서의 고상 결정화(SPC) 공정 진행에 의해 상기 순수 비정질 실리콘층(도 5a 211) 뿐만 아니라 상기 제 1 불순물 비정질 실리콘층(도 5a의 203) 또한 결정화되어 불순물 폴리실리콘층(204)을 이루게 된다. Meanwhile, as a result of the solid state crystallization (SPC) process in the pure oxygen (O 2 ) gas atmosphere, not only the pure amorphous silicon layer (FIG. 5A 211) but also the first impurity amorphous silicon layer (203 of FIG. 5A) are crystallized. An
다음, 상기 50Å 내지 100Å 정도의 두께를 갖는 순수 열산화막(212)이 형성된 기판(201)에 대해 제 1 실시예의 도 4c 내지 도 4g를 통해 동일한 공정을 진행함으로서 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 기판(201)상의 스위칭 영역(TrA)에 상기 버퍼층(202) 위로 아일랜드 형태로서 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(205)과 이와 동일한 평면적을 가지며 완전 중첩하는 게이트 절연막(209)과, 상기 게이트 절연막(209)의 가장자리를 노출시키는 순수 폴리실리콘의 액티브층(215)과, 상기 액티브층(215)과 동일한 평면적을 가지며 완전 중첩하는 형태의 열산화막 패턴(292)을 형성한다.Next, the same process is performed on the
이러한 과정에서 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(215)은 50Å 내지 100Å 정도의 두께를 갖는 상기 열산화막 패턴(292)에 의해 덮혀진 상태가 되므로 공기중에 노출되지 않아 오염 등으로부터 보호되게 된다. In this process, since the
다음, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 열산화막 패턴(292) 위로 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx) 중 하나를 증착하여 단일층 구조의 제 3 무기절연층(미도시)을 형성하거나 또는 상기 2개의 물질을 연속하여 증착함으로써 이중층 구조의 제 3 무기절연층(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 제 3 무기절연층(미도시)은 서로 동일한 평면적을 가지며 완전 중첩하며 형성된 상기 게이트 전극(205) 및 게이트 절연막(209) 각각의 두께를 합한 두께보다는 더 큰 두께를 갖도록 형성한다. 이렇게 형성하는 이유에 대해서는 제 1 실시예에서 이미 언 급하였으므로 생략한다. Next, as shown in FIG. 5D, the inorganic insulating material, for example, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx) is deposited on the
이후, 상기 기판(201) 전면에 형성된 상기 제 3 무기절연층(미도시)을 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트의 현상, 식각 및 스트립(strip) 등 일련의 단위공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(215)의 중앙부를 기준으로 이의 양측으로 상기 열산화막 패턴(292)을 노출시키는 2개의 홀(hl)을 구비한 층간절연막(222)을 형성한다. Subsequently, the third inorganic insulating layer (not shown) formed on the entire surface of the
다음, 도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 2개의 홀(도 5d의 hl)에 대응하여 노출된 상기 열산화막 패턴(292)을 건식식각을 진행하여 제거함으로써 최종적으로 각 스위칭 영역(TrA) 내에 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(215)을 노출시키는 2개의 액티브 콘택홀(223)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 5E, the
이때, 상기 층간절연막(222)과 그 하부에 남아있는 상기 열산화막 패턴(292)은 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(215)의 중앙부에 대응해서는 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(215)을 덮어고 있으므로 에치스토퍼로서의 역할을 하며, 그 외의 영역에 대응해서는 절연층의 역할을 하는 것이 특징이다. In this case, the
이때, 상기 층간절연막(222) 내에 상기 열산화막 패턴(292)을 노출시키는 홀(도 5d의 hl)을 형성하는 것과, 상기 홀(도 5d의 hl) 내부에 노출된 상기 열산화막 패턴(292)을 제거하여 상기 액티브층(215)을 노출시키는 액티브 콘택홀(223)을 형성하는 단계는 도면에 있어서는 분리되어 진행된 것처럼 도시되고 있지만, 실질적으로는 연속적으로 진행된다. 즉, 상기 층간절연막(222) 또한 무기절연물질로 이 루어지고 있으므로, 상기 층간절연막(222)의 패터닝 또한 건식식각을 통해 이루어진다. 따라서, 건식식각 진행을 위한 챔버(미도시) 내에서 별도의 이동없이 연속적으로 상기 홀(도 5d의 hl)과 액티브 콘택홀(223)이 형성되게 된다. 이때, 층간절연막(222)과 상기 열산화막 패턴(292)을 이루는 물질이 다른 경우 상기 챔버(미도시)내의 반응가스 만을 바뀌어 주면 되며, 이러한 이유로 상기 홀(도 5d의 hl) 형성 및 액티브 콘택홀(223)의 형성은 연속적으로 건식식각을 통해 진행될 수 있다. In this case, a hole (hl of FIG. 5D) is formed in the
다음, 도 4i 내지 4m에 언급한 제 1 실시예에 따른 공정 진행과 동일하게 진행함으로써 도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 영역(TrA)에 상기 층간절연막(222) 위로 상기 액티브 콘택홀(223)을 통해 각각 상기 액티브층(215)과 접촉하는 서로 이격하는 순수 비정질 실리콘의 배리어 패턴(225)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(227)과 소스 및 드레인 전극(233, 236)을 형성한다. 이때, 상기 스위칭 영역(TrA)에 순차 적층된 상기 불순물 폴리실리콘의 게이트 전극(205)과, 게이트 절연막(209)과, 순수 폴리실리콘의 액티브층(215)과, 무기절연패턴(218)과, 층간절연막(222)과, 순수 비정질 실리콘의 배리어패턴(225)과, 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(227)과, 소스 및 드레인 전극(233, 236)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다. Next, as in FIG. 5F, the
또한, 상기 층간절연막(222) 위로 각 화소영역(P)의 경계에 데이터 배선(230)을 형성하고, 상기 데이터 배선(230)의 일끝단이 위치한 데이터 패드부(DPA)에 상기 데이터 배선(230)의 일끝단과 연결된 데이터 패드전극(238)을 형성한다. In addition, a
또한, 상기 데이터 배선(230) 및 데이터 패드전극(238)과 소스 및 드레인 전극(233, 236)과 오믹콘택층(227) 및 배리어패턴(225)이 형성된 기판(201)에 대해 상기 소스 및 드레인 전극(233, 236)과 데이터 배선(230) 및 데이터 패드전극(238) 위로 무기절연물질 예를들어 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 제 1 보호층(240)을 형성하고, 마스크 공정을 진행하여 상기 제 1 보호층(240)과 상기 층간절연막(222)과 게이트 절연막(209)을 패터닝함으로써 상기 순수 폴리실리콘의 액티브층(215) 외측으로 상기 게이트 전극(205)을 노출시키는 게이트 콘택홀(242)을 형성한다.In addition, the source and drain of the
또한, 상기 게이트 콘택홀(242)이 구비된 상기 제 1 보호층(240) 위로 각 화소영역(P)의 경계에 상기 노출된 게이트 전극(205)과 접촉하며 상기 데이터 배선(230)과 교차하는 게이트 배선(245)을 형성한다. In addition, the
또한, 동시에 상기 게이트 배선(245)의 일끝단이 위치한 게이트 패드부(GPA)에 있어 상기 게이트 배선(245)의 일끝단과 연결된 게이트 패드전극(247)을 형성한다. At the same time, a
다음, 상기 게이트 배선(245)과 게이트 패드전극(247) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 제 2 보호층(250)을 형성한다. 이후, 마스크 공정을 진행하여 상기 제 2 보호층(250)과 그 하부의 제 1 보호층(240)을 패터닝함으로써 상기 각 스위칭 영역(TrA)에는 상기 드레인 전극(236)을 노출시키는 드레인 콘택홀(252)을 형성하고, 상기 게이트 패드 부(GPA)에 있어서는 상기 게이트 패드전극(247)을 노출시키는 게이트 패드 콘택홀(254)을 형성한다. 동시에 상기 데이터 패드부(DPA)에 있어서는 상기 데이터 패드전극(238)을 노출시키는 데이터 패드 콘택홀(256)을 형성한다. Next, a second
다음, 상기 드레인 콘택홀(252)과 게이트 및 데이터 패드 콘택홀(254, 256)을 구비한 상기 제 2 보호층(250) 위로 전면에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 화소영역(P)에 상기 드레인 콘택홀(252)을 통해 상기 드레인 전극(236)과 접촉하는 화소전극(270)을 형성한다. Next, a transparent conductive material such as indium-tin-oxide (ITO) on the front surface of the second
동시에, 상기 게이트 패드부(GPA)에 있어서는 상기 제 2 보호층(250) 위로 상기 게이트 패드 콘택홀(254)을 통해 상기 게이트 패드전극(247)과 접촉하는 게이트 보조 패드전극(272)을 형성하고, 상기 데이터 패드부(DPA)에 있어서도 상기 제 2 보호층(250) 위로 상기 데이터 패드 콘택홀(256)을 통해 상기 데이터 패드전극(238)과 접촉하는 데이터 보조 패드전극(274)을 형성함으로써 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판(201)을 완성한다. At the same time, in the gate pad part GPA, a gate
이러한 단계에 의해 제조되는 제 2 실시예에 따른 어레이 기판(201)은 고상 결정화(SPC) 공정을 산소(O2) 가스 분위기에서 진행하도록 하여 순수 폴리실리콘층(도 5b의 212) 상부에 의도적으로 절연층으로서의 역할을 할 수 있을 정도의 두께를 갖는 열산화막(도 5b의 291)을 형성함으로써 제 1 실시예 대비 별도의 추가적인 제 2 무기절연층 형성을 삭제하여 제조 공정을 더욱 단순화하는 효과를 갖는 것이 특징이다. 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 4m은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역과 게이트 패드부 및 데이터 패드부에 대한 제조 단계별 공정 단면도.4A through 4M are cross-sectional views illustrating manufacturing processes of one pixel area, a gate pad part, and a data pad part including a thin film transistor of an array substrate according to a first exemplary embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역과 게이트 패드부 및 데이터 패드부에 대한 제조 단계별 공정 단면도.5A through 5F are cross-sectional views illustrating manufacturing processes of one pixel area, a gate pad part, and a data pad part including a thin film transistor of an array substrate according to a second exemplary embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
101 : 기판 102 : 버퍼층101
104 : 불순물 폴리실리콘층 108 : 제 1 무기절연층104
112 : 순수 폴리실리콘층 116 : 제 2 무기절연층 112: pure polysilicon layer 116: second inorganic insulating layer
DPA : 데이터 패드부 GPA : 게이트 패드부DPA: Data Pad Section GPA: Gate Pad Section
P : 화소영역 Tr : 박막트랜지스터 P: Pixel Area Tr: Thin Film Transistor
TrA : 스위칭 영역 TrA: switching area
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