KR20110075518A - Method of fabricating an array substrate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 어레이 기판에 관한 것으로, 특히 이동도 특성이 우수하고 폴리실리콘을 액티브층으로 하는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
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 voltage on and off, is realized in each pixel. 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) 제어하기 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 in order to control each pixel area on / off.
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.
이러한 스위칭 소자로서의 역할을 하는 박막트랜지스터의 단면 구조에 대해 도 1을 참조하여 설명한다.The cross-sectional structure of the thin film transistor which serves as such a switching element will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 전술한 종래의 어레이 기판 내의 박막트랜지스터가 형성된 부분을 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view of one pixel area including a portion in which a thin film transistor is formed in the above-described conventional array substrate.
투명한 절연기판(1) 상에 화소영역(P) 내의 소자영역(TrA)에 대응하여 게이트 전극(3)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(3) 상부로 전면에 게이트 절연막(6)이 형성되어 있다. 또한 상기 게이트 절연막(6) 위로 상기 게이트 전극(3)에 대응하여 순수 비정질 실리콘으로 이루어진 액티브층(10a)과, 그 위로 서로 이격하는 형태로써 불순물을 포함하는 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(10b)으로 구성된 반도체층(10)이 형성되어 있다. The
또한, 상기 서로 이격하며 그 하부의 액티브층(10a)을 노출시키며 형성된 오믹콘택층(10b) 위로는 각각 상기 오믹콘택층(10b)과 접촉하며 서로 이격하여 상기 게이트 전극(10)에 대응하는 액티브층(10a)을 노출시키며 소스 전극(13) 및 드레인 전극(16)이 형성되어 있다. In addition, the
기판(1) 위로 이렇게 순차 적층된 상기 게이트 전극(3)과 게이트 절연막(6)과 반도체층(10)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(13, 16)은 박막트랜지스터(Tr)를 이루고 있다. The
이러한 구조를 갖는 박막트랜지스터(Tr) 위로는 전면에 상기 드레인 전극(16) 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(23)을 갖는 보호층(20)이 형성되어 있으며, 상기 보호층(20) 상부에는 각 화소영역(P) 별로 상기 드레인 콘택홀(23)을 통해 상기 드레인 전극(16)과 접촉하는 화소전극(26)이 형성되고 있다. 또한, 상기 게이트 전극(3)이 형성된 동일한 층에 상기 게이트 전극(3)과 연결되는 게이트 배선(미도시)과, 상기 소스 및 드레인 전극(13, 16)이 형성된 동일한 층에 상기 소스 전극(13)과 연결되는 데이터 배선(미도시)이 더욱 형성됨으로써 어레이 기판(1)을 이루고 있다.A
하지만, 종래의 어레이 기판에 있어서 일반적으로 구성하는 박막트랜지스터의 경우, 상기 액티브층(10a)은 순수 비정질 실리콘을 이용하고 있음을 알 수 있 다. 이러한 순수 비정질 실리콘을 이용하여 액티브층(10a)을 형성할 경우, 상기 순수 비정질 실리콘은 원자 배열이 무질서하기 때문에 빛 조사나 전기장 인가 시 준 안정 상태로 변화되어 박막트랜지스터 소자로 활용 시 안정성이 문제가 되고 있으며, 채널 내부에서 캐리어의 이동도가 0.1㎠/V·s∼1.0㎠/V·s로 가 낮아 이를 구동회로용 소자로 사용하는 데는 어려움이 있다.However, it can be seen that the
이러한 문제를 해결하고자 ELA(Eximer Laser Annealing)을 통한 결정화 공정 진행에 의해 순수 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 pure amorphous silicon into a semiconductor layer of polysilicon by a crystallization process through an Eximer Laser Annealing (ELA). .
하지만, 이러한 ELA의 결정화 공정을 통한 폴리실리콘을 반도체층으로 이용하는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 기판 제조에는 도 2(종래의 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판에 있어 상기 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도)를 참조하면, 고농도의 불순물을 포함하는 n+영역(35b) 또는 p+영역(미도시)의 형성을 필요로 하는 바, 이들 n+영역(35b) 또는 p+영역(미도시) 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(30) 제조를 위해 제조 라인을 새롭게 구성해야 하는 문제가 발생하고 있다. However, in the fabrication of an array substrate including a thin film transistor using polysilicon as a semiconductor layer through the crystallization process of ELA, FIG. 2 (in the array substrate having a thin film transistor using a conventional polysilicon semiconductor layer, the thin film transistor is used. Referring to a cross-sectional view of one pixel region including the same), it is necessary to form an n +
또한, ELA을 통한 결정화 공정에 이용되는 레이저 장치는 엑시머 레이저 장치로서 가스 매질에 의해 308nm파장을 갖는 레이저 빔을 생성시키고 있다. 하지만, 레이저 빔을 발생시키는 소스 매질로 가스를 이용함으로써 비정질 실리콘을 용융시키기 위한 최적의 파워를 갖는 레이저 빔을 생성하는데, 실질적으로 생성된 레이저 빔은 그 에너지 밀도의 오차범위가 매우 커, 비정질 실리콘층에 조사 시 위치별로 조사된 레이저 빔의 에너지 밀도 차이가 많이 발생함으로써 박막트랜지스터 자체의 특성 차이에 의해 줄무늬 얼룩이 발생하여 표시품질을 저하시키는 문제가 발생하고 있다. In addition, the laser device used in the crystallization process through ELA is an excimer laser device to generate a laser beam having a 308 nm wavelength by a gas medium. However, the use of gas as the source medium for generating the laser beam produces a laser beam having an optimal power for melting the amorphous silicon, and the generated laser beam has a very large error range of its energy density. As the energy density of the laser beam irradiated for each position is increased when the layer is irradiated, streaks are generated due to the difference in characteristics of the thin film transistor itself, which causes a problem of deteriorating display quality.
더욱이, 유기전계 발광소자에 이용되는 어레이기판의 경우 액정표시장치의 전압 구동과는 달리 박막트랜지스터 특히, 구동 박막트랜지스터에 흐르는 전류에 의해 구동된다. 따라서 유기전계 발광소자의 구동을 위한 소자인 구동 박막트랜지스터의 경우 특히, 안정성(stability)이 요구되며, 이를 충족시키기 위해서는 폴리실리콘을 반도체층으로 하여 박막트랜지스터를 제조하는 것이나, ELA 결정화를 포함하는 제조 방법에 제조되는 경우 박막트랜지스터의 균일성(uniformity)에 많은 오차가 발생하게 된다. In addition, the array substrate used in the organic light emitting diode is driven by a current flowing through the thin film transistor, in particular, the driving thin film transistor, unlike the voltage driving of the liquid crystal display device. Therefore, in the case of a driving thin film transistor, which is a device for driving an organic light emitting device, stability is required, and in order to satisfy this, a thin film transistor is manufactured using polysilicon as a semiconductor layer, or fabrication including ELA crystallization. When manufactured in the method, many errors occur in the uniformity of the thin film transistor.
따라서 비록 이동도와 소자 안정성이 쳐지지만 제조공정이 간단하고 제조 시 균일성이 우수한 비정질 실리콘을 액티브층으로 하는 박막트랜지스터와, 소자 안정성 및 이동도 특성은 우수하나 제조 공정이 복잡하고 제조 비용이 높은 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 박막트랜지스터의 장점을 갖는 새로운 형태의 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 기판이 요구되고 있다. Therefore, a thin film transistor using amorphous silicon as an active layer, which has a simple manufacturing process and excellent uniformity in manufacturing, although the mobility and device stability are slowed down, and a polysilicon having high manufacturing stability and mobility characteristics but high manufacturing cost and high manufacturing cost. There is a need for an array substrate including a new type of thin film transistor having the advantages of a thin film transistor having silicon as a semiconductor layer.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 추가적인 이온 인플란트 장비 도입없이 비정질 실리콘을 레이저 빔의 에너지 밀도 오차범위가 작은 상대적으로 안정적인 레이저 장치를 이용하여 결정화함으로써 우수한 소자 특성과 높은 이동도 및 신뢰성을 갖고 그 구조가 단순한 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. In order to solve the above problems, the present invention crystallizes amorphous silicon using a relatively stable laser device having a small energy density error range of the laser beam without introducing additional ion implantation equipment, thereby having excellent device characteristics, high mobility, and reliability. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an array substrate having a thin film transistor having a simple structure.
종래의 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판의 제조 방법 대비 이온 도핑 단계를 생략함으로써 제조 공정을 단순화하여 생산성을 향상시키며, 이온 도핑을 위한 별도의 추가적인 이온 인플란트 장비를 도입하지 않음으로 제조비용을 절감하는 것을 또 다른 목적으로 한다.By eliminating the ion doping step as compared to the conventional method of manufacturing an array substrate having a thin film transistor using polysilicon as a semiconductor layer, the production process is simplified and the productivity is improved, and no additional ion implant equipment for ion doping is introduced. Another aim is to reduce manufacturing costs.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 어레이 기판의 제조 방법은, 화소영역이 정의된 기판 상에 일방향으로 연장하는 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 연결된 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 게이트 전극 위로 상기 기판 전면에 순차적으로 게이트 절연막과 순수 비정질 실리콘층을 형성하는 단계와; 산소(O2) 플라즈마 공정을 진행하여 상기 순수 비정질 실리콘층 표면에 산화실리콘(SiO2)의 배리어막을 형성하는 단계와; 상기 산화실리콘(SiO2)의 배리어막 위로 금속재질의 광열변환층을 형성하는 단계와; 상기 광열변환층에 대해 레이저 빔을 조사함으로써 상기 순수 비정질 실리콘층을 폴리실리콘층으로 미세결정화하는 단계와; 상기 광열변환층을 제거하는 단계와; BOE(buffered oxide etchant)를 이용한 1차 세정을 실시하여 상기 산화실리콘(SiO2)의 배리어막을 제거하는 단계와; 상기 폴리실리콘층을 패터닝하여 상기 게이트 전극에 대응하는 상기 게이트 절연막 상에 폴리실리콘의 액티브층을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선과, 폴리실리콘의 액티브층 위로 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극과 상기 데이터 배선 위로 상기 드레인 전극을 노출시키는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an array substrate, the method including: forming a gate wiring extending in one direction on a substrate on which a pixel region is defined, and forming a gate electrode connected to the gate wiring; Sequentially forming a gate insulating film and a pure amorphous silicon layer on the entire surface of the substrate over the gate wiring and the gate electrode; Performing an oxygen (O 2 ) plasma process to form a barrier film of silicon oxide (SiO 2 ) on the surface of the pure amorphous silicon layer; Forming a photothermal conversion layer of a metal material on the barrier film of silicon oxide (SiO 2 ); Microcrystalline crystallizing the pure amorphous silicon layer into a polysilicon layer by irradiating a laser beam to the photothermal conversion layer; Removing the photothermal conversion layer; Performing a first cleaning using a buffered oxide etchant (BOE) to remove the barrier layer of silicon oxide (SiO 2 ); Patterning the polysilicon layer to form an active layer of polysilicon on the gate insulating film corresponding to the gate electrode; Forming a data line over the gate insulating layer to define the pixel region crossing the gate line, and a source and drain electrode spaced apart from each other over an active layer of polysilicon and an ohmic contact layer of impurity amorphous silicon; Forming a protective layer exposing the drain electrode over the source and drain electrodes and the data line; Forming a pixel electrode contacting the drain electrode through the drain contact hole on the passivation layer.
이때, 상기 게이트 절연막은 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 단일층 구조를 갖거나 또는 이중층 구조를 갖도록 형성하는 것이 특징이며, 이때, 상기 게이트 절연막은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor depdsition) 장치를 이용하여 320℃ 내지 450℃의 온도 분위기에서 2000℃ 내지 4500℃의 두께를 갖도록 형성하는 것이 특징이다. In this case, the gate insulating film is characterized in that it has a single layer structure or a double layer structure made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx), wherein the gate insulating film is plasma enhanced chemical vapor depdsition (PECVD) It is characterized in that it is formed to have a thickness of 2000 ℃ to 4500 ℃ in a temperature atmosphere of 320 ℃ to 450 ℃ using the device.
또한, 상기 산화실리콘(SiO2)의 배리어막은 100Å 내지 500Å 정도의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.In addition, the silicon oxide (SiO 2 ) barrier film is preferably formed to have a thickness of about 100 ~ 500Å.
또한, 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역 을 정의하는 데이터 배선과, 폴리실리콘의 액티브층 위로 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계는, 상기 폴리실리콘의 액티브층 위로 순차적으로 상기 기판 전면에 불순물 비정질 실리콘층과 금속층을 형성하는 단계와; 상기 금속층을 패터닝함으로서 상기 불순물 비정질 실리콘층 상에 상기 데이터 배선과, 상기 소자영역에 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극 외측으로 노출된 상기 순수 비정질 실리콘층을 제거함으로서 상기 소스 및 드레인 전극 하부로 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층을 형성하는 단계를 포함하며, 이때, 상기 폴리실리콘의 액티브층 위로 상기 불순물 비정질 실리콘층을 형성하기 전에 상기 폴리실리콘의 액티브층이 형성된 기판에 대해 BOE(buffered oxide etchant)를 이용한 2차 세정을 실시하는 단계를 포함한다. The method further includes forming a data line defining the pixel region on the gate insulating layer and crossing the gate line, and a source and drain electrode spaced apart from the ohmic contact layer of impurity amorphous silicon spaced apart from each other on an active layer of polysilicon. Forming an impurity amorphous silicon layer and a metal layer on the entire surface of the substrate sequentially over the active layer of polysilicon; Forming the data line and the source and drain electrodes spaced apart from each other in the device region on the impurity amorphous silicon layer by patterning the metal layer; Removing the pure amorphous silicon layer exposed to the outside of the data line and the source and drain electrodes to form an ohmic contact layer of impurity amorphous silicon spaced apart from each other under the source and drain electrodes, wherein the polysilicon And performing a secondary cleaning using a buffered oxide etchant (BOE) on the substrate on which the active layer of polysilicon is formed before forming the impurity amorphous silicon layer over the active layer of the film.
또한, 상기 레이저 빔은 고체 매질을 이용한 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 장치에 의해 발생되는 레이저 빔인 것이 특징이다. In addition, the laser beam is characterized in that the laser beam generated by a DPOD (Diode Pumped Solid State) laser apparatus using a solid medium.
또한, 상기 광열변환층은 빛을 열에너지로 바꾸는 능력이 우수한 금속물질인 크롬(Cr), 크롬합금, 티타늄(Ti), 티타늄 합금 중 어느 하나를 증착하여 800Å 내지 1200Å의 두께를 갖도록 형성하는 것이 특징이다.In addition, the photo-thermal conversion layer is formed to have a thickness of 800 Å to 1200 하여 by depositing any one of chromium (Cr), chromium alloy, titanium (Ti), titanium alloy, which is a metal material having excellent ability to convert light into thermal energy. to be.
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은 비정질 실리콘층을 열변환층을 매개로 하여 고체 레이저 결정화 공정에 의해 폴리실리콘층으로 결정화하고 이 를 반도체층으로 하여 박막트랜지스터를 구성함으로써 비정질 실리콘층의 반도체층을 구비한 박막트랜지스터 대비 이동도 특성을 수십 내지 수 백배 향상시키는 효과가 있다.In the array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention, the amorphous silicon layer is crystallized into a polysilicon layer by a solid laser crystallization process through a heat conversion layer, and a thin film transistor is used as the semiconductor layer to form a semiconductor of the amorphous silicon layer. Compared to the thin film transistor having a layer, the mobility property is improved by several tens to several hundred times.
또한, 이온 인플란트 장비를 통한 도핑 공정없이 안정적인 박막트랜지스터 특성을 갖게 됨으로써 신규 장비 투자 억제를 통해 제조비용을 저감시키는 효과가 있다.In addition, by having a stable thin film transistor characteristics without the doping process through the ion implant equipment has the effect of reducing the manufacturing cost through the suppression of new equipment investment.
또한, 일반적인 폴리실리콘을 이용한 박막트랜지스터 대비 그 적층 구조가 비정질 실리콘층을 이용한 박막트랜지스터와 같이 단순하여 비교적 간단한 제조 공정을 통해 제조됨으로써 생산성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, compared to a general thin film transistor using polysilicon, the laminated structure thereof is simple like a thin film transistor using an amorphous silicon layer, and is manufactured through a relatively simple manufacturing process, thereby improving productivity.
또한, 열변환층을 매개로하여 레이저를 이용하여 결정화 공정을 진행하면서도 채널이 형성되는 부분에 대응해서는 금속 실리사이드가 완벽하게 제거됨으로써 박막트랜지스터의 소자 특성을 향상시키고, 소자 불량을 억제하는 효과가 있다. In addition, while the crystallization process is performed by using a laser through the heat conversion layer, the metal silicide is completely removed to correspond to the portion where the channel is formed, thereby improving device characteristics of the thin film transistor and suppressing device defects. .
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 3a 내지 3n은 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘의 액티브층을 갖는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역 내에 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 소자영역(TrA)이라 정의한다. 3A to 3N are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of one pixel area of an array substrate including a thin film transistor having an active layer of polysilicon according to an exemplary embodiment of the present invention. In this case, for convenience of description, an area in which the thin film transistor Tr is formed in each pixel area is defined as an element area TrA.
우선, 도 3a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(101) 상에 제 1 금속물질 예 를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 및 크롬(Cr) 중 선택된 하나의 물질을 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성한다. 이후, 포토레지스트의 도포, 마스크를 이용한 노광, 포토레지스트의 현상, 식각, 포토레지스트의 스트립(strip) 등 일련의 단위공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 상기 제 1 금속층(미도시)을 패터닝함으로써 일 방향으로 연장하는 게이트 배선(미도시)을 형성하고, 동시에 상기 각 소자영역(TrA)에 상기 게이트 배선(미도시)과 연결된 게이트 전극(108)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, a selected one of a first metal material such as aluminum (Al), aluminum alloy (AlNd), copper (Cu), copper alloy, and chromium (Cr) on the
이때, 상기 제 1 금속층(미도시)을 전술한 제 1 금속물질 중 서로 다른 2개 이상의 금속물질을 연속 증착하여 이중층 이상으로 형성함으로써, 이중충 또는 다중층 구조의 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(미도시)을 형성할 수도 있다. 도면에서는 편의상 단일층 구조를 갖는 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(108)으로 나타내었다. At this time, the first metal layer (not shown) by continuously depositing two or more different metal materials among the above-described first metal material to form a double layer or more, the gate wiring (not shown) and the gate of the double-filled or multilayer structure An electrode (not shown) may be formed. In the drawings, a gate wiring (not shown) and a
다음, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 배선(미도시)과 게이트 전극(108)이 형성된 상기 기판(101)의 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 장치(미도시)를 이용하여 증착함으로써 게이트 절연막(112)을 형성 한다. Next, as shown in FIG. 3B, an inorganic insulating material, such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx), is formed on the entire surface of the
이 경우, 상기 게이트 절연막(112)은 2개의 무기절연물질 모두를 이용하여 이중층 구조를 갖도록 형성할 수도 있다. 이때 상기 게이트 절연막(112)은 320℃ 내지 450℃ 정도의 온도 분위기에서 2000Å 내지 4000Å 정도의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 게이트 절연막(112)은 상기 320℃보다 낮은 온도에서 상기 2000Å보다 낮은 두께를 갖도록 형성되는 경우 추후 진행되는 레이저 빔 조사를 통한 결정화 공정 진행 후 그 표면에 마이크로 보이드(micro void)를 형성하게 됨으로서 박막트랜지스터(도 3n의 Tr)의 반도체층(도 3n의 131)에 채널 형성에 악영향을 끼쳐 박막트랜지스터(도 3n의 Tr)의 소자 특성을 저하시키게 되는 것을 실험을 통해 알 수 있었다.In this case, the
따라서 이러한 마이크로 보이드(micro void)가 형성되는 것을 방지하기 위해 상기 게이트 절연막(112)은 PECVD 장치(미도시)를 이용한 증착 시 챔버(193) 내부를 320℃ 내지 450℃ 정도의 온도 분위기를 유지하도록 한 상태에서 2000Å 내지 4000Å 정도의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. Accordingly, in order to prevent the formation of such micro voids, the
이후, 상기 게이트 절연막(112) 위로 순수 비정질 실리콘을 증착함으로써 순수 비정질 실리콘층(116)을 형성 한다. 이때 상기 순수 비정질 실리콘층(116)은 300Å 내지 1000Å 정도의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하며, 이후 형성될 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(도 3c의 125)보다는 더 두꺼운 두께를 갖는 것이 특징이다. Thereafter, the pure
다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 본 발명의 가장 특징적인 구성으로서 상기 순수 비정질 실리콘층(116)이 형성된 기판(101)에 대해 상기 순수 비정질 실리콘층(116)을 형성한 PECVD 장치(미도시)의 챔버(193) 내 분위기를 산소(O2) 분위기로 바꾼 뒤, 플라즈마(plasma) 공정을 실시하여 상기 순수 비정질 실리콘층(116) 표면이 상기 산소(O2) 플라즈마(plasma)에 반응하여 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(125)이 형성되도록 한다.Next, as shown in FIG. 3C, a PECVD apparatus (not shown) in which the pure
이러한 산소(O2) 플라즈마 처리는 전술한 바와 같이, 상기 순수 비정질 실리콘층(116)을 형성한 PECVD 장치(미도시)의 챔버(193) 내부에서 연속적으로 이루어질 수도 있으며, 또는 드라이 에칭 장비(미도시)의 챔버(미도시) 내부로 이동시킨 후 상기 드라이 에칭 장비(미도시)의 챔버(미도시)내에서 이루어질 수도 있다. As described above, the oxygen (O 2 ) plasma treatment may be continuously performed in the
한편, 이렇게 상기 순수 비정질 실리콘층(116)에 대해 산소(O2) 플라즈마 공정을 진행하여 최상부의 두께 일부가 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(125)을 이루도록 한 것은 박막트랜지스터(도 3n의 Tr)의 소자 특성 저하 및 구동불량 발생을 방지하기 위함이다. Meanwhile, the oxygen (O 2 ) plasma process is performed on the pure
이후 공정을 통해 형성될 광열변환층(도 3d의 190)과 상기 순수 비정질 실리콘층(116)이 직접 접촉하는 경우 추후 결정화 공정 진행 후에 상기 순수 비정질 실리콘층(116)과 상기 광열변환층(도 3d의 190)이 반응하여, 더욱 정확히는 상기 광열변환층(도 3d의 190)을 이루는 금속물질이 순수 비정질 실리콘층(116)으로 확산함으로써 금속 실리사이드(metal silicide)가 형성되는데, 이러한 금속 실리사이드는 상기 광열변환층(도 3d의 190)을 제거하기 위한 식각 진행시에도 여전히 남아있게 된다. After the direct contact between the photothermal conversion layer (190 of FIG. 3d) and the pure
이러한 금속 실리사이드(미도시)가 최종적으로 반도체층(도 3n의 131) 상부 에 남게 되어 박막트랜지스터(도 3n의 Tr)를 이루게 되면, 상기 박막트랜지스터(도 3n의 Tr)는 채널부에 악영향을 주어 게이트 전극에 문턱전압보다 작은 전압이 인가되어도 상기 박막트랜지스터(도 3n의 Tr)는 온(on) 상태를 갖게 되며, 이러한 박막트랜지스터(도 3n의 Tr)는 스위칭 소자로서 역할 수행이 제대로 되지 않아 최종적으로 이를 구비한 어레이 기판(101)의 구동 불량을 유발시키게 된다.When the metal silicide (not shown) is finally left over the semiconductor layer (131 in FIG. 3n) to form a thin film transistor (Tr in FIG. 3n), the thin film transistor (Tr in FIG. 3n) adversely affects the channel portion. Even when a voltage smaller than the threshold voltage is applied to the gate electrode, the thin film transistor (Tr of FIG. 3n) is in an on state. Such a thin film transistor (Tr of FIG. 3n) does not perform a proper role as a switching device. As a result, the driving failure of the
따라서 본 발명의 실시예에 있어서는, 추후 공정 진행에 의해 금속 실리사이드 형성을 방지하기 위해 전술한 바와 같이, 순수 비정질 실리콘층(116) 표면에 산소(O2) 플라즈마 처리를 통해 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(125)을 형성한 것이다. 이때 상기 순수 비절질 실리콘층(116)이 상기 산소(O2) 플라즈마에 노출되는 시간(일례로 30초 내지 120초) 및 상기 PECVD 장치(미도시)의 챔버내에 유입되는 산소(O2)량(일례로 200sccm 내지 400sccm) 및 상기 산소(O2) 플라즈마의 자장 세기(일례로 150mT 내지 250mT) 등을 적절히 조절함으로써 상기 비정질 실리콘층(116)이 산소 플라즈마와 반응하여 생성되는 상기 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(125)이 100Å 내지 500Å 정도의 두께를 갖도록 하는 것이 바람직하다. Therefore, in the embodiment of the present invention, silicon oxide (SiO 2 ) through oxygen (O 2 ) plasma treatment on the surface of the pure
상기 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(125)이 100Å보다 작은 두께를 가질 경우 결정화시 확산에 의해 금속 실리사이드가 형성될 수 있으며, 500Å보다 더 두꺼운 두께를 가질 경우, 이후 상기 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(131)을 제거 시 상대적으로 많은 시간이 걸리므로 단위 시간당 생산성이 저하된다. 따라서 상기 산화실리 콘(SiO2)의 배리어막(131)은 100Å 내지 500Å정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.If the
다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 산소(O2) 플라즈마 처리에 의해 형성된 상기 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(131) 위로 레이저 빔 흡수하여 이를 열에너지로 바꾸는 특성이 우수한 금속물질 예를들면 크롬(Cr), 크롬합금, 티타늄(Ti), 티타늄 합금 중 어느 하나를 스퍼터(sputter) 장치를 이용하여 증착함으로써 결정화 공정 진행 시 상기 순수 비정질 실리콘층(116)에 고른 열전달을 위한 광열변환층(190)을 형성 한다. Next, as illustrated in FIG. 3D, a metal material having excellent characteristics of absorbing a laser beam onto the
이때, 상기 광열변환층(190)은 800Å 내지 1200Å정도의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 광열변환층(190)이 800Å보다 작은 두께를 가질 경우, 레이저 장치(도 3e의 195)를 이용한 레이저 빔 조사시 광열변환능력이 저하되며, 1200Å보다 큰 두께를 가질 경우 레이저 빔 조사 시 광열변환능력이 저하되며, 단위 면적당 더 큰 에너지 밀도를 갖는 레이저 빔이 조사되어야 하므로 비용 상승을 초래하기 때문이다. In this case, the light-to-
다음, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 광열변환층(190)이 형성된 기판(101)에 레이저 장치(195)를 이용하여 레이저 빔(LB)을 조사함으로써 상기 순수 비정질 실리콘층(도 3d의 116)을 결정화하여 미세 결정화된 폴리실리콘층(118)을 이루도록 한다. 3E, the pure
이때, 상기 레이저 장치(195)는 레이저 빔(LB)을 발생시키는 매질 소스로 고 체 상태의 물질을 이용한 것을 특징으로 하는 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 장치인 것이 바람직하다. In this case, the
이렇게 본 발명의 실시예에 있어서, 고체를 매질 소스로 이용한 DPSS 레이저 장치(195)를 이용하는 것은, 고체를 매질 소스로 이용한 DPSS 레이저 장치(195)는 발생되는 레이저 빔(LB)의 단위 면적당 에너지 밀도의 오차가 기체를 매질 소스로서 이용하는 엑시머 레이저 장치를 통해 발생되는 레이저 빔(LB) 대비 월등히 작아 결정화 공정 시 조사된 레이저 빔(LB)의 위치별 에너지 밀도 차이가 거의 발생하지 않기 때문이다. 이때, 상기 고체 매질을 이용하여 발생한 레이저 빔(LB)은 700nm 내지 1300nm 파장을 가지며, 상기 광열변환층(190)에 조사됨으로써 상기 광열변환층(190) 및 그 하부에 위치하는 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(125)의 의해 열에너지가 고르게 상기 순수 비정질 실리콘층(도 3d의 116)으로 균일하게 전달됨으로써 상기 순수 비정질 실리콘층(도 3d의 116)이 미세 결정화되어 최종적으로 폴리실리콘층(118)을 이루게 된다. Thus, in the embodiment of the present invention, using the
다음, 도 3f에 도시한 바와 같이, 레이저 빔(도 3e의 LB) 조사에 의해 상기 폴리실리콘층(118)이 형성된 기판(101)에 대해 식각을 진행하여 상기 광열변환층(도 3e의 190)을 제거함으로써 상기 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(125)을 노출시킨다.Next, as shown in FIG. 3F, the
다음, 도 3g에 도시한 바와 같이, 상기 광열변환층(도 3e의 190)이 제거됨으로써 노출된 상기 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(도 3f의 125)을 BOE(Buffered Oxide Etchant)를 이용한 1차 세정 공정을 진행함으로서 제거한다. 이때 상기 BOE를 이용한 제 1 차 세정에 의해서는 상기 폴리실리콘층(118)은 전혀 영향을 받지 않으며, 상기 폴리실리콘층(118)은 상기 BOE를 이용한 1차 세정에 의해 오염물질 등이 제거됨으로써 깨끗한 표면 상태를 갖게 된다.Next, as shown in FIG. 3G, the barrier layer (125 of FIG. 3F) of the silicon oxide (SiO 2 ) exposed by removing the photothermal conversion layer (190 of FIG. 3E) is removed using BOE (Buffered Oxide Etchant). It removes by carrying out a primary washing process. In this case, the
다음, 도 3h에 도시한 바와 같이, 상기 BOE 1차 세정에 의한 산화실리콘(SiO2)의 배리어막(도 3f의 125)이 제거됨으로써 노출된 상기 폴리실리콘층(도 3g의 118)에 대해 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 소자영역(TrA)의 상기 게이트 전극(108)의 중앙부에 대응하여 상기 게이트 전극(108)과 중첩하는 섬 형태의 폴리실리콘의 액티브층(120)을 형성 한다. Next, as shown in FIG. 3H, a mask is applied to the polysilicon layer (118 in FIG. 3G) exposed by removing the barrier film (125 in FIG. 3F) of silicon oxide (SiO 2 ) by the BOE primary cleaning. By performing the process and patterning, an
한편, 이러한 공정 진행에 의해 상기 폴리실리콘의 액티브층(120) 외측으로 상기 게이트 절연막(112)이 노출되게 된다.In the meantime, the
다음, 도 3i에 도시한 바와 같이, 상기 폴리실리콘의 액티브층(120) 위로 상기 기판(101) 전면에 불순물 비정질 실리콘을 증착함으로써 불순물 비정질 실리콘층(128)을 형성 한다. Next, as shown in FIG. 3I, the impurity
한편, 상기 폴리실리콘의 액티브층(120) 위로 상기 불순물 비정질 실리콘층(128)을 형성하기 전에 BOE를 이용한 2차 세정을 더욱 실시할 수도 있다. 이렇게 BOE를 이용한 2차 세정을 실시하는 이유는 상기 폴리실리콘층(도 3g의 118)을 패터닝하여 상기 폴리실리콘의 액티브층(120)을 형성하는 과정에서 동안 상기 폴리실리콘의 액티브층(120)이 공기 중에 노출됨으로써 상기 폴리실리콘의 액티브층(120) 표면에 자연산화막(미도시)이 생성될 수도 있으며, 이러한 자연산화막(미도시)은 폴리실리콘의 액티브층(120)과 그 상부에 구비되는 오믹콘택층(도 3n의 130)과의 접촉 시 오믹 특성을 저하시키는 요소로 작용하여 박막트랜지스터(도 3n의 Tr)의 특성을 저하시키는 요소로 작용할 수도 있으며, 따라서 이를 제거시키기 위함이다. Meanwhile, before the impurity
다음, 도 3j에 도시한 바와 같이, 상기 불순물 비정질 실리콘층(128) 위로 상기 기판(101) 전면에 제 2 금속물질 몰리브덴(Mo), 몰리티타늄(MoTi), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 중 어느 하나를 증착함으로써 제 2 금속층(132)을 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 3J, the second metal material molybdenum (Mo), molybdenum (MoTi), aluminum (Al), and aluminum alloy (AlNd) are disposed on the entire surface of the
다음, 도 3k에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 금속층(도 3j의 132) 위로 포토레지스트층(미도시)을 형성하고 이를 노광 및 현상함으로서 상기 소자영역(TrA)에 대응하여 상기 폴리실리콘의 액티브층(120)을 기준으로 그 상부에서 서로 이격하는 형태의 제 1 포토레지스트 패턴(181)을 형성하고, 동시에 화소영역(P)의 경계 더욱 정확히는 데이터 배선(134)이 형성되어야 할 부분에 대응하여 제 2 포토레지스트 패턴(182)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3K, a photoresist layer (not shown) is formed on the second metal layer (132 of FIG. 3J), and the photoresist layer is exposed and developed to correspond to the device region TrA. The
이후, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(181, 182) 외부로 노출된 상기 제 2 금속층(도 3j의 132)을 제거함으로서 상기 불순물 비정질 실리콘층(128) 상에 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하는 상기 데이터 배선(134)을 형성하고, 동시에 상기 소자영역(TrA)에는 상기 불순물 비정질 실리콘층(128) 상에 상기 데이터 배선(134)과 연결된 소스 전극(136)과 이와 이격하는 드레인 전극(138)을 형성 한다.Subsequently, the gate wiring (not shown) is formed on the impurity
다음, 도 3l에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(134)과 소스 및 드레인 전극(136, 138) 외측으로 노출된 상기 불순물 비정질 실리콘층(도 3k의 128)을 건식식각을 통해 제거함으로써 상기 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(136, 138) 하부로 각각 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(129)을 형성 한다. 이때, 상기 소자영역(TrA)에 있어서는 상기 소스 및 드레인 전극(136, 138) 사이로 상기 폴리실리콘의 액티브층(120)이 노출된 상태가 된다. Next, as shown in FIG. 3L, the impurity amorphous silicon layer (128 of FIG. 3K) exposed to the outside of the
한편, 전술한 바와 같이 진행되는 제조 공정 특성상 상기 데이터 배선(134) 하부에는 상기 불순물 비정질 실리콘 재질로 이루어진 더미패턴(130)이 형성된다. 이때, 상기 폴리실리콘의 액티브층(120)과 상기 서로 이격하는 오믹콘택층(129)은 반도체층(131)을 이루며, 상기 소자영역(TrA)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(108)과, 게이트 절연막(112)과, 폴리실리콘의 액티브층(120)과 서로 이격하는 오믹콘택층(129)으로 구성된 반도체층(131)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(136, 138)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.On the other hand, a
다음, 도 3m에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(136, 138)과 상기 데이터 배선(134) 상부에 남아있는 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(도 3k의 181, 182)을 스트립(strip)을 실시하여 제거한다.Next, as shown in FIG. 3M, the first and second photoresist patterns (181 and 182 of FIG. 3K) remaining on the source and drain
다음, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(도 3k의 181, 182)이 제거됨으로써 노출된 상기 소스 및 드레인 전극(136, 138)과 데이터 배선(134) 위로 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 도포하거 나, 또는 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 보호층(140)을 형성한다. 도면에 있어서는 무기절연물질을 이용하여 상기 보호층(140)을 형성한 것을 일례로 나타내었다.Next, an organic insulating material, such as benzocyclobutene, is disposed on the source and drain
이후, 상기 보호층(140)을 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로서 상기 드레인 전극(138)을 노출시키는 드레인 콘택홀(142)을 형성한다.Thereafter, the
다음, 도 3n에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(142)을 갖는 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 형성하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 화소영역(P)별로 상기 드레인 콘택홀(142)을 통해 상기 드레인 전극(138)과 접촉하는 화소전극(150)을 형성함으로써 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판(101)을 완성한다.Next, as shown in FIG. 3N, a transparent conductive material such as a metal material indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) is disposed on the
전술한 바와 같이, 완성된 어레이 기판(101)은 폴리실리콘으로 이루어진 액티브층(120)과 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(129)을 구성된 반도체층(131)을 갖는 보텀 게이트 타입의 박막트랜지스터(Tr)를 이룸으로써 도핑 공정을 필요로 하지 않는 것이 특징이다. 따라서 종래의 도핑 공정을 실시하는 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판의 제조 방법 대비 마스크 공정이 단순화되는 장점을 갖는다.As described above, the completed
또한, 폴리실리콘을 액티브층(120)으로 함으로써 비정질 실리콘을 액티브층으로 하는 종래의 어레이 기판 대비 이동도 특성이 매우 향상되는 장점이 있다.In addition, the polysilicon as the
나아가, 결정화 공정 진행시 금속물질의 비정질 실리콘층으로의 확산에 의해 형성되는 금속 실리사이드의 형성을 방지함으로써 박막트랜지스터(Tr)의 구동 불량을 억제시키는 효과를 갖는 것이 특징이다.In addition, the metal silicide formed by the diffusion of the metal material into the amorphous silicon layer during the crystallization process is prevented, thereby reducing the driving failure of the thin film transistor (Tr).
도 1은 종래의 어레이 기판 내의 박막트랜지스터가 형성된 부분을 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.1 is a cross-sectional view of one pixel area including a portion where a thin film transistor is formed in a conventional array substrate.
도 2는 종래의 폴리실리콘을 반도체층으로 하는 박막트랜지스터를 구비한 어레이 기판에 있어 상기 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view of one pixel area including the thin film transistor in an array substrate having a thin film transistor including a polysilicon semiconductor layer.
도 3a 내지 3n은 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘의 액티브층을 갖는 박막트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도.3A to 3N are cross-sectional views of manufacturing steps of one pixel region of an array substrate including a thin film transistor having an active layer of polysilicon according to an embodiment of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
101 : 기판 108 : 게이트 전극101
110 : 게이트 절연막 119 : 순수 비정질 실리콘층110: gate insulating film 119: pure amorphous silicon layer
190 : 산화실리콘(SiO2)의 배리어막 190: barrier film of silicon oxide (SiO 2 )
193 : PECVD장치의 챔버193: chamber of PECVD apparatus
P : 화소영역 TrA : 소자영역P: pixel area TrA: device area
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2009
- 2009-12-28 KR KR1020090131989A patent/KR101599280B1/en active IP Right Grant
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