KR20120062376A - Thin film transistor for display and method of forming the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디스플레이장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 능동형 디스플레이 장치의 박막 트랜지스터의 제조방법 및 이를 통해 형성되는 박막 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a display device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a method of manufacturing a thin film transistor of an active display device and a thin film transistor formed through the same.
최근의 디스플레이 장치는 크게 액정표시장치 및 유기전계발광장치로 구분된다. Recent display apparatuses are largely classified into liquid crystal display devices and organic light emitting display devices.
액정표시장치는 능동소자를 통한 화소신호에 따라 배향을 달리하는 액정에 의해 소정의 영상이 디스플레이되는 장치이다. 특히, 액정표시장치에 사용되는 능동소자로는 박막트랜지스터가 사용된다. 박막트랜지스터는 기판의 소정영역에 패턴으로 구현되며, 채널영역은 비정질 실리콘으로 구성된다. 비정질 실리콘의 경우, 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘에 비해 전하의 이동도가 낮다는 단점을 가진다. 그러나, 비교적 저온 상태에서 형성이 용이하다는 장점을 가지며, 액정표시장치에서는 전류의 이동이 아닌 전계의 인가에 의해 디스플레이가 구현되는 특성이 있는 까닭에 액정표시장치의 박막트랜지스터로 사용된다.A liquid crystal display device is a device in which a predetermined image is displayed by liquid crystal whose orientation is changed according to a pixel signal through an active element. In particular, a thin film transistor is used as an active element used in the liquid crystal display device. The thin film transistor is implemented in a pattern on a predetermined region of the substrate, and the channel region is composed of amorphous silicon. In the case of amorphous silicon, there is a disadvantage that the mobility of charge is lower than that of monocrystalline silicon or polycrystalline silicon. However, it has the advantage of being easy to form in a relatively low temperature state, the liquid crystal display device is used as a thin film transistor of the liquid crystal display device because the display is implemented by the application of an electric field rather than the movement of current.
유기전계발광장치는 유기물로 이루어진 발광 다이오드를 다수의 트랜지스터들로 구동하는 메커니즘을 가진다. 발광 동작시, 발광 다이오드에 전류가 공급되고, 공급되는 전류량에 의해 발광 다이오드의 휘도가 결정되는 특성을 가진다. 따라서, 비정질 실리콘으로 트랜지스터를 형성하는 경우, 전류량의 정밀한 제어가 불가능해지는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 유기전계발광장치에서는 다결정 실리콘을 사용한다. The organic light emitting device has a mechanism for driving a light emitting diode made of organic material with a plurality of transistors. In the light emitting operation, a current is supplied to the light emitting diode, and the brightness of the light emitting diode is determined by the amount of current supplied. Therefore, when the transistor is formed of amorphous silicon, there is a problem that precise control of the amount of current is impossible. To solve this problem, organic electroluminescent devices use polycrystalline silicon.
상술한 2개의 디스플레이 장치는 모두 박막 트랜지스터로 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘을 사용한다는 공통점을 가진다. The two display apparatuses described above all have in common that amorphous silicon or polycrystalline silicon is used as the thin film transistor.
특히, 액정표시장치에서는 비정질 실리콘으로 구성된 박막 트랜지스터의 낮은 광투과율로 인해 개구율의 저하가 발생된다. 또한, 대부분 바텀 게이트 타입을 적용하고 있으며, 각종 요소들의 패터닝 등을 위해 다수의 마스크를 사용하고 있는 상황이다. In particular, in the liquid crystal display device, the aperture ratio decreases due to the low light transmittance of the thin film transistor made of amorphous silicon. In addition, the bottom gate type is mostly applied, and a plurality of masks are used for patterning various elements.
최근에는 5 마스크 공정 대신에 공정수가 감소될 수 있는 3 또는 4 마스크를 이용한 박막 트랜지스터의 제조공정이 대두되고 있다.Recently, a manufacturing process of a thin film transistor using a 3 or 4 mask, which can reduce the number of processes instead of a 5 mask process, has emerged.
그러나, 기존의 박막 트랜지스터 제조방법에서는 불투명한 비정질 실리콘을 활성층으로 사용하고, 소스/드레인 전극으로도 불투명한 금속을 사용하고, 화소 전극으로 투명한 ITO를 사용한다. 따라서, 소스/드레인 전극과 화소 전극을 서로 연결시켜주기 위한 별도의 포토 마스크 공정이 필요하다는 문제점이 있다.However, in the conventional thin film transistor manufacturing method, opaque amorphous silicon is used as the active layer, opaque metal is also used as the source / drain electrode, and transparent ITO is used as the pixel electrode. Accordingly, there is a problem in that a separate photo mask process for connecting the source / drain electrodes and the pixel electrodes to each other is required.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은, 투명 재질의 반도체 산화물을 이용하여 박막 트랜지스터의 활성층으로 사용하며, 3 마스크 공정을 통한 제조공정의 단순화를 달성할 수 있는 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공하는데 있다.A first object of the present invention for solving the above problems is a method of manufacturing a thin film transistor that can be used as an active layer of a thin film transistor using a semiconductor oxide of a transparent material, and can simplify the manufacturing process through a three mask process. To provide.
또한, 본 발명의 제2 목적은 상기 제1 목적의 달성을 통해 형성되는 박막 트랜지스터를 제공하는데 있다.In addition, a second object of the present invention is to provide a thin film transistor formed by achieving the first object.
상기 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 유전막, 투명 산화물 반도체로 구성된 활성층, 투명 접합층 및 전극용 금속막을 형성하는 단계; 상기 전극용 금속막 상에 멀티톤 마스크를 이용하여 소스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역에서 서로 다른 두께를 가지는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용한 순차적 식각과 애싱을 통해 상기 투명 산화물 반도체로 구성된 활성층 패턴 상에 소스 전극 및 드레인 접합층을 형성하는 단계; 및 상기 게이트 패턴의 게이트 패드 및 상기 드레인 접합층을 노출시키는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법을 제공한다.The present invention for achieving the first object, forming a gate pattern on a substrate; Forming a dielectric film, an active layer composed of a transparent oxide semiconductor, a transparent bonding layer, and a metal film for electrodes on the substrate; Forming a photoresist pattern having a different thickness in the source region, the channel region, and the drain region using a multitone mask on the electrode metal film; Forming a source electrode and a drain junction layer on the active layer pattern formed of the transparent oxide semiconductor through sequential etching and ashing using the photoresist pattern as an etching mask; And exposing the gate pad and the drain junction layer of the gate pattern.
본 발명의 상기 제1 목적은, 기판 상에 게이트 패턴을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 유전막, 투명 산화물 반도체로 구성된 활성층 및 투명 접합층을 형성하는 단계; 상기 투명 접합층 상에 멀티톤 마스크를 이용하여 소스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역에서 서로 다른 두께를 가지는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용한 순차적 식각과 애싱을 통해 상기 투명 산화물 반도체로 구성된 활성층 패턴 상에 소스 전극을 형성하고, 상기 활성층 패턴의 개질을 통해 드레인 접합층을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법의 제공을 통해서도 달성된다.The first object of the present invention, forming a gate pattern on a substrate; Forming a dielectric layer, an active layer composed of a transparent oxide semiconductor, and a transparent bonding layer on the substrate; Forming a photoresist pattern having a different thickness in the source region, the channel region, and the drain region by using a multitone mask on the transparent bonding layer; And forming a source electrode on the active layer pattern composed of the transparent oxide semiconductor through sequential etching and ashing using the photoresist pattern as an etching mask, and forming a drain junction layer through modification of the active layer pattern. It is also achieved through the provision of a method for manufacturing a transistor.
또한, 상기 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 형성된 게이트 라인; 상기 게이트 라인 상부에 형성된 유전막; 상기 유전막 상부에 형성되고, 소스 영역과 채널 영역 상부에 형성되고 투명 산화물 반도체 재질을 가진 활성층 패턴; 상기 활성층 패턴 상부에 형성되고, 소스 영역 상에 형성된 소스 전극; 및 상기 드레인 영역 및 화소 영역 상에 형성되고, 상기 활성층 패턴의 일부가 플라즈마 처리를 통해 도전성 재질로 개질된 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 제공한다.In addition, the present invention for achieving the second object, the gate line formed on the substrate; A dielectric film formed over the gate line; An active layer pattern formed on the dielectric layer and formed on the source region and the channel region and having a transparent oxide semiconductor material; A source electrode formed on the active layer pattern and formed on the source region; And a drain electrode formed on the drain region and the pixel region, wherein a part of the active layer pattern is modified with a conductive material through a plasma process.
본 발명에 따르면, 활성층은 투명 반도체 산화물로 구성된다. 또한, 3 마스크 공정을 이용하여 제조공정의 단순화를 꾀할 수 있다. 특히, 멀티톤 마스크의 도입으로 식각 및 애싱 공정의 반복을 통해 순차적으로 전극층을 형성할 수 있으며, 투명 반도체를 이용한 활성층의 패터닝을 수행할 수 있다. According to the present invention, the active layer is composed of a transparent semiconductor oxide. In addition, the manufacturing process can be simplified by using the three mask process. In particular, the electrode layer may be sequentially formed by repeating an etching and ashing process by introducing a multitone mask, and patterning of an active layer using a transparent semiconductor may be performed.
또한, 투명 반도체 산화물의 플라즈마 처리를 이용한 개질 작업을 통해 별도의 적층 구조의 도입없이 트랜지스터에 전달되는 화소 신호를 화소 영역에 전달할 수 있는 잇점이 있다.In addition, there is an advantage that the pixel signal transferred to the transistor can be transferred to the pixel region without the introduction of a separate stacked structure through the reforming operation using the plasma treatment of the transparent semiconductor oxide.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
도 9 내지 도 12, 도 14 내지 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
도 13은 플라즈마 처리시간에 따른 저항의 변화를 나타낸 그래프이다.1 to 8 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.
9 to 12 and 14 to 17 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
13 is a graph showing a change in resistance with plasma treatment time.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
제1 실시예First embodiment
도 1 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.1 to 8 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.
각각의 도면들은 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하기 위한 평면도 및 이를 A-A'방향 내지 H-H'방향으로 절단한 단면도로 구성된다. 이러한 구성은 본 실시예에 걸쳐 모든 도면에 동일하게 적용된다.Each drawing is composed of a plan view for forming a thin film transistor on a substrate and a cross-sectional view cut in the A-A 'direction to the H-H' direction. This configuration is equally applied to all the drawings throughout this embodiment.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 게이트 패턴이 형성된다. 상기 게이트 패턴은 게이트 라인(110) 및 게이트 패드(115)로 구성된다. 게이트 패드(115)는 게이트 라인(110)에 전압을 공급하기 위해 구비되며, 게이트 라인(110)과 일체로 연결되어 구비된다. 또한, 상기 게이트 패턴은 기판(100) 상에 도전성 물질인 Cr, Mo, Al 또는 Cu를 포함할 수 있다. 또한, 상기 게이트 패턴은 도전성 물질의 합금의 형태로 형성될 수도 있다. 이외에도 상기 게이트 패턴은 도전성 물질이라면 어느 것이나 가능할 수 있으므로, 다결정 실리콘 재질로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 1, a gate pattern is formed on the
게이트 패턴은 금속막을 형성한 후, 제1 마스크를 이용한 패터닝을 통해 형성된다. 예컨대, 금속막 상부에 포토레지스트를 도포하고, 제1 마스크를 이용한 포토리소그래피 공정을 통해 게이트 패턴이 형성될 수 있다.The gate pattern is formed by patterning using a first mask after forming a metal film. For example, a photoresist may be coated on the metal layer, and a gate pattern may be formed through a photolithography process using a first mask.
도 2를 참조하면, 기판(100) 및 게이트 패턴 상부에 유전막(120), 활성층(130), 투명 접합층(140) 및 전극용 금속막(150)을 순차적으로 형성한다. 이어서, 전극용 금속막(150) 상부에 포토레지스트 패턴이 형성된다.Referring to FIG. 2, the
먼저, 유전막(120)은 Si3N4, SiO2 또는 HfO2 등의 소정의 유전율을 가진 물질로 구성된다. 또한, 상기 유전막(120)은 비정질 구조로 비화학양론적인 조성을 가질 수 있다.First, the
활성층(130)은 ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)를 가지며, 소정의 광투과율을 가지는 투명 반도체층임이 바람직하다. The
이어서, 투명 접합층(140)은 활성층(130) 상부에 형성되며, 투명한 도전성 물질이라면 어느 것이나 사용가능할 것이다. 따라서, ITO(Indium tin oxide), FTO(Fluorine doped tin oxide) 또는 도핑된 ZnO일 수 있으며, 필요에 따라서는 그래핀 또는 CNT 등이 사용될 수 있다.Subsequently, the
상기 투명 접합층(140) 상부에 형성되는 전극용 금속막(150)은 Cr, Mo, Al 또는 Cu를 포함하거나, 이들의 합금으로 구성될 수 있다.The
계속해서 전극용 금속막(150) 상부에는 포토레지스트 패턴이 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴은 멀티톤 마스크인 제2 마스크에 의해 구현된다. 예컨대, 제2 마스크는 소스 영역 상부의 제1 패턴(161)이 형성되는 부분에서는 가장 낮은 제1 광투과율을 보이고, 드레인 영역 및 화소 영역의 상부의 제2 패턴(163)이 형성되는 부분에는 제1 광투과율보다 높은 제2 광투과율을 보인다. 또한, 제2 마스크는 채널 영역 상부의 제3 패턴(165)이 형성되는 부분에는 제2 광투과율보다 높은 제3 광투과율을 나타낸다. 이외의 영역에 해당하는 부분에서는 제2 마스크는 제3 광투과율보다 높은 제4 광투과율을 보인다.Subsequently, a photoresist pattern is formed on the
따라서, 소스 영역 상부의 제1 패턴(161) 및 이와 일체로 연결된 소스 패드 영역 상부의 패드 패턴(162)은 가장 큰 제1 두께를 가지며, 드레인 영역 및 화소 영역 상부에 형성되는 제2 패턴(163)은 제1 두께보다 작은 제2 두께를 가진다. 또한, 채널 영역 상부의 제3 패턴(165)은 제2 두께보다 작은 제3 두께를 가지도록 구비된다. 또한, 상기 패드 패턴(162)은 제1 패턴(161)과 일체로 형성되므로, 이후의 식각 또는 애싱 공정에서 제1 패턴(161)과 동일하게 처리된다.Accordingly, the
또한, 제1 패턴(161)과 이와 교차하는 게이트 라인(110)에 의해 화소 영역은 정의된다.In addition, the pixel region is defined by the
상술한 제2 마스크는 크롬 산화막의 두께 조절을 통해 광투과율을 조절할 수 있다. 즉, 크롬 산화막의 두께를 크게 하여, 낮은 광투과율을 구현할 수 있으며, 다양한 두께의 패턴을 형성하여, 하부에 형성되는 포토레지스트 패턴에 적용할 수 있다. 멀티톤을 구현하는 제2 마스크를 이용하여 포토레지스트 패턴은 박막 트랜지스터가 형성되는 영역 및 화소 영역 상에 서로 다른 두께를 가지는 패턴을 구현할 수 있다.The second mask may control light transmittance through thickness control of the chromium oxide layer. That is, by increasing the thickness of the chromium oxide film, it is possible to implement a low light transmittance, to form a pattern of various thickness, it can be applied to the photoresist pattern formed on the lower. The photoresist pattern may implement a pattern having a different thickness on the region where the thin film transistor is formed and the pixel region by using the second mask that implements the multitone.
도 3을 참조하면, 제1 내지 제3 패턴(161, 163, 165)을 식각마스크로 이용하여 식각공정이 진행된다. 식각 공정을 통해 제1 내지 제3 패턴(161, 163, 165) 이외의 영역의 전극용 금속막(150), 투명 접합층(140) 및 활성층(130)은 순차적으로 제거된다. 상기 식각 공정은 습식 식각 또는 건식 식각으로 진행될 수 있다. 또한, 식각되는 막질의 특성에 따라 습식 식각과 건식 식각이 병행될 수도 있다. 따라서, 특정의 막질의 제거를 위해서는 습식 식각이 진행되고, 그 하부의 막질의 제거를 위해서는 건식 식각이 진행될 수도 있다.Referring to FIG. 3, an etching process is performed using the first to
식각 공정을 통해 제1 내지 제3 패턴(161, 163, 165) 하부에는 활성층 패턴(131), 투명 접합층 패턴(141) 및 전극 패턴(151)이 형성된다. 또한, 제1 내지 제3 패턴(161, 163, 165) 이외의 영역에서는 유전막(120)이 개방된다.An
계속해서 제1 내지 제3 패턴(161, 163, 165)을 애싱(ashing) 처리하여 채널 영역 상부의 제3 패턴(165)을 제거한다. 상기 애싱은 O2 플라즈마에 의해 수행될 수 있다. 또한, 애싱을 통해 제1 패턴(161) 및 제2 패턴(163)은 그 두께가 저감된 형태로 나타나며, 제3 패턴(165)의 제거에 따라 채널 영역 상부의 전극 패턴(151)의 일부 표면은 노출된다.Subsequently, the first to
도 4를 참조하면, 각각 일정하게 두께가 감소된 도 3의 제1 패턴(161) 및 제2 패턴(163)을 식각 마스크로 하여 식각 공정이 진행된다. 식각 공정을 통해 채널 영역 상의 전극 패턴(151) 및 투명 접합층 패턴(141)은 제거되고, 잔류하는 전극 패턴(151) 및 투명 접합층 패턴(141)에 의해 각각 소스 전극(153), 드레인 전극(155), 소스 접합층(143) 및 드레인 접합층(145)이 형성된다. 또한, 활성층 패턴(131)의 채널 영역은 노출된다. 즉, 전극 패턴(151)의 식각을 통해 채널 영역의 양측으로 소스 전극(153) 및 드레인 전극(155)이 형성되고, 투명 접합층 패턴(141)의 식각을 통해 채널 영역의 양측으로 소스 접합층(143) 및 드레인 접합층(145)이 형성된다.Referring to FIG. 4, an etching process is performed by using the
드레인 전극(155) 및 드레인 접합층(145)은 활성층 패턴(131)의 드레인 영역 및 화소 영역을 커버하면서 형성된다.The
이어서, 잔류하는 제1 패턴(161) 및 제2 패턴(163)에 대한 에싱공정이 진행된다. 애싱을 통해 상대적으로 높은 두께를 가진 제1 패턴(161)은 저감된 두께를 가지고 잔류하며, 낮은 두께를 가진 제2 패턴(163)은 제거된다. 제2 패턴(163)의 제거를 통해 드레인 영역 및 화소 영역 상에 형성된 드레인 전극(155)은 노출된다.Subsequently, an ashing process is performed on the remaining
도 5를 참조하면, 상기 도 4에서 잔류하는 제1 패턴(161)을 식각 마스크로 하여 식각 공정이 진행된다. 식각 공정에 의해 노출된 드레인 전극(155)은 제거되고, 하부의 투명재질을 가진 드레인 접합층(145)이 노출된다. Referring to FIG. 5, an etching process is performed using the
또한, 애싱 공정을 통해 잔류하는 제1 패턴(161)은 제거된다. 따라서, 소스 영역에서는 소스 전극(153)이 노출되고, 활성층 패턴(131)에서는 채널 영역이 노출되며, 드레인 영역 및 화소 영역에서는 드레인 접합층(145)이 노출된다. 또한, 패드 패턴(162) 하부에 형성된 소스 패드 영역의 소스 패드(156)가 노출된다. 상기 소스 패드(156)는 소스 전극(153)과 일체로 구비된다.In addition, the
도 6을 참조하면, 상기 도 5에 개시된 구조물의 전면에 패시베이션 막(170)을 도포한다. 상기 패시베이션 막(170)은 Si3N4, SiO2 또는 HfO2 등의 소정의 유전율을 가지면서 절연 특성이 우수한 물질로 구성된다. 또한, 상기 패시베이션 막(170)은 비정질 구조로 비화학양론적인 조성을 가질 수 있다.Referring to FIG. 6, a
이어서 도 7에 도시된 바와 같이 포토레지스트를 도포하고, 통상의 포토리소그래피를 통해 포토레지스트 패턴(180)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴에 의해 화소 영역 상부, 게이트 패드 상부 및 소스 패드 상부의 패시베이션 막(170)은 노출된다. 상술한 포토레지스터 패턴의 형성을 위해서는 포토리소그래피 공정에서 제3 마스크가 이용된다.Subsequently, a photoresist is applied as shown in FIG. 7, and a
도 8을 참조하면, 도 7에 개시된 포토레지스트 패턴(180)을 식각 마스크로 이용하여 식각 공정이 진행된다. 식각 공정에 의해 노출된 패시베이션 막(170)의 하부는 제거된다. 계속해서 식각 공정의 진행을 통해 게이트 패드(115) 상부의 유전막(130)은 제거되고, 하부의 게이트 패드(115)은 노출된다. 또한, 노출된 패시베이션 막(170)의 식각에 의해 화소 영역의 드레인 접합층(145)이 노출되며, 소스 패드(156)의 표면이 노출된다. Referring to FIG. 8, an etching process is performed using the
상술한 과정을 통해 소스 영역은 금속 재질의 게이트 패드(115), 드레인 접합층(145) 및 소스 패드(156)는 노출된다. 이후에는 별도의 배선 과정을 통해 드레인 게이트 패드 및 소스 패드에 전압이 공급되는 구조가 형성된다.Through the above-described process, the
상술한 과정을 통하여, 박막 트랜지스터의 활성층을 투명 산화물 계열로 이용할 수 있으며, 3개의 포토 마스크를 이용하여 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다. 또한, 이를 구현하기 위해 멀티톤 마스크를 이용하여 소스 영역, 드레인 영역 및 채널 영역에서의 선택적 식각이 가능하게 된다.
Through the above-described process, the active layer of the thin film transistor may be used as a transparent oxide series, and the thin film transistor may be manufactured using three photo masks. In addition, in order to implement this, selective etching in the source region, the drain region, and the channel region may be performed using a multitone mask.
제2 실시예Second Embodiment
도 9 내지 도 12, 도 14 내지 도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법을 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.9 to 12 and 14 to 17 are plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to a second exemplary embodiment of the present invention.
상기 도면들의 각각은 평면도와 이를 I-I'방향 내지 P-P'방향으로 절단한 단면도로 구성된다.Each of the figures consists of a plan view and a cross-sectional view cut in the I-I 'direction to the P-P' direction.
또한, 기판(200) 상에 게이트 라인(210) 및 게이트 패드(215)로 구성되는 게이트 패턴의 형성방법 및 재질은 상기 제1 실시예의 도 1에서 설명된 바와 동일하다. 따라서, 제1 마스크를 이용하여 게이트 패턴 형성공정이 수행된다. 이는 도 1에서 설명된 바와 동일하다.In addition, the method and material for forming the gate pattern including the
이어서, 도 9를 참조하면, 게이트 패턴이 형성된 기판(200) 상에 유전막(220), 활성층(230) 및 투명 접합층(240)이 순차적으로 형성된다.Next, referring to FIG. 9, the
상기 유전막(220)은 Si3N4, SiO2 또는 HfO2 등의 소정의 유전율을 가진 물질로 구성된다. 또한, 상기 유전막(220)은 비정질 구조로 비화학양론적인 조성을 가질 수 있다.The
활성층(230)은 ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide) 또는 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)를 가지며, 소정의 광투과율을 가지는 투명 반도체층임이 바람직하다. The
이어서, 투명 접합층(240)은 활성층(230) 상부에 형성되며, 투명한 도전성 물질이라면 어느 것이나 사용가능할 것이다. 따라서, ITO(Indium tin oxide), FTO(Fluorine doped tin oxide) 또는 도핑된 ZnO일 수 있으며, 필요에 따라서는 그래핀 또는 CNT 등이 사용될 수 있다.Subsequently, the
이어서, 최상부에 형성된 투명 접합층(240) 상부에는 포토레지스트 패턴이 형성된다. 상기 포토레지스트 패턴은 제1 패턴(261), 제2 패턴(263) 및 제3 패턴(265)으로 구성된다. 상기 제1 패턴(261)은 게이트 패턴을 가로질러 형성되며, 박막 트랜지스터의 소스 영역에 걸쳐서 형성된다. 또한, 이를 통해 화소 영역이 정의된다. 즉, 화소영역은 서로 상하에 걸쳐 교차되는 게이트 패턴 및 제1 패턴(261)에 의해 정의된다. Subsequently, a photoresist pattern is formed on the
또한, 상기 제1 패턴(261)은 제1 두께를 가진다. 또한, 상기 제1 패턴(261)은 패드 패턴(262)과 일체화되어 형성된다. 따라서, 제1 패턴(261)에 대한 애싱 등의 공정은 패드 패턴(262)에도 동일하게 적용되며, 패드 패턴(262)은 제1 패턴(261)과 동일한 두께를 유지한다. 제2 패턴(263)은 박막 트랜지스터의 드레인 영역 및 화소 영역에 걸쳐 형성되며, 제1 두께보다 작은 제2 두께를 가진다. 또한, 제3 패턴(265)은 박막 트랜지스터의 채널 영역 상부에 형성되며, 제1 패턴(261)과 제2 패턴(263) 사이에 배치된다. 또한, 제3 패턴(265)은 제1 두께보다 작고, 제2 두께보다 큰 제3 두께를 가진다. 따라서, 포토레지스트 패턴의 두께의 크기는 제1 패턴(261), 제3 패턴(265) 및 제2 패턴(263) 순으로 나타난다.In addition, the
또한, 상기 제1 패턴 내지 제3 패턴(261, 263, 265) 이외의 영역에서는 투명 접합층(240)이 개방된다.In addition, the
상술한 서로 다른 두께를 가지는 패턴의 형성은 멀티톤 마스크인 제2 마스크의 도입을 통해 실현된다. 즉, 제1 실시예에서 설명된 바와 유사하게 제1 패턴(261)이 형성되는 영역에 상응하는 제2 마스크의 영역에는 가장 낮은 투과율인 제1 광투과율을 가지도록 구비된다. 또한, 제2 패턴(263)에 상응하는 제2 마스크의 영역에는 제1 광투과율보다 높은 제2 광투과율을 가지도록 구비된다. 또한, 제3 패턴(265)에 상응하는 제2 마스크의 영역에는 제1 광투과율보다 높고, 제2 광투과율보다 낮은 제3 광투과율을 가지도록 구비된다. 제1 내지 제3 패턴(261, 263, 265) 이외의 영역에 상응하는 제2 마스크의 영역에는 가장 높은 투과율인 제4 광투과율을 가지도록 구비된다.The formation of patterns having different thicknesses described above is realized through the introduction of a second mask, which is a multitone mask. That is, similarly to the description of the first embodiment, the region of the second mask corresponding to the region where the
도 9에서 개시된 포토레지스트는 포지티브 타입이다. 따라서, 조사된 광의 세기가 높을수록 포토레지스트 패턴의 두께는 감소하는 특징을 가진다. 물론, 포토레지스트는 네거티브 타입일 수 있다. 네거티브 타입이 적용되는 경우, 조사되는 광의 세기가 높을수록 포토레지스트 패턴의 두께는 증가하는 특징을 가진다.The photoresist disclosed in FIG. 9 is of positive type. Therefore, as the intensity of the irradiated light increases, the thickness of the photoresist pattern decreases. Of course, the photoresist may be of negative type. When the negative type is applied, the thickness of the photoresist pattern increases as the intensity of the irradiated light increases.
도 10을 참조하면, 상기 도 9에서 형성된 제1 내지 제3 패턴(261, 263, 265)을 식각 마스크로 이용하여 노출된 투명 접합층(240)에 대한 식각 공정이 수행된다. 식각 공정을 통해 트랜지스터 영역, 화소 영역 및 패드 패턴 이외의 투명 접합층(240) 및 활성층(230)은 제거되고, 하부의 유전막(220)이 노출된다. 이를 통해 트랜지스터 영역 및 화소 영역 상의 활성층 패턴(231)이 정의되고, 활성층 패턴(231) 상부의 투명 접합층 패턴(241)이 정의된다.Referring to FIG. 10, an etching process is performed on the exposed
계속해서 잔류하는 제1 내지 제3 패턴(261, 263, 265)에 대한 애싱 공정이 수행된다. 상기 애싱 공정은 두께가 가장 작은 제2 패턴(263)의 제거될 수 있도록 진행된다. 따라서, 제1 패턴(261) 및 제3 패턴(265)은 두께가 감소된 상태로 잔류한다. 또한, 제거된 제2 패턴(263) 하부의 투명 접합층 패턴(241)은 노출된다.An ashing process is then performed on the remaining first to
도 11을 참조하면, 상기 도 10에서 잔류하는 제1 패턴(261) 및 제3 패턴(265)을 식각 마스크로 하여 식각 공정이 수행된다. 식각 공정을 통해 노출된 투명 접합층 패턴(241)은 제거된다. 따라서, 드레인 영역 및 화소 영역 상의 투명 접합층 패턴(241)은 제거되고, 소스 접합층(243)이 잔류하게 된다. 상기 소스 접합층(243)은 투명 접합층 패턴(241)과 동일 재질이며, 투명 접합층 패턴(241)의 일부 제거에 의해 잔류에 의해 정의되는 요소이다. 또한, 투명 접합층 패턴(241)의 일부 제거에 의해 드레인 영역 및 화소 영역 상의 활성층 패턴(231)은 노출된다.Referring to FIG. 11, an etching process is performed using the
계속해서 제1 패턴(261) 및 제3 패턴(265)에 대한 애싱 공정이 수행된다. 상기 애싱 공정은 상대적으로 작은 두께를 가지는 제3 패턴(265)이 제거될 수 있도록 진행된다. 이를 통해 제3 패턴(265)은 제거되고, 제1 패턴(261)은 두께가 저감된 상태로 잔류하게 된다.Subsequently, an ashing process is performed on the
도 12를 참조하면, 드레인 영역 및 화소 영역 상에 노출된 활성층 패턴(231)에 대한 플라즈마 처리가 수행된다. 활성층 패턴(231)은 투명 산화물 반도체 재질을 가지므로 플라즈마 처리를 통해 반도체 재질은 도체로 개질된다. 바람직하기로는 수소 또는 아르곤 플라즈마가 사용된다. Referring to FIG. 12, plasma processing is performed on the
예컨대, 실리콘 기판 상에 RF 스퍼터링을 통해 IZO 재질의 활성층 패턴을 형성한다. 형성된 IZO의 두께는 17±2nm 이다. 아르곤/산소의 비율이 87/13 vol %의 조건에서 PECVD 공정을 이용하여 아르곤 플라즈마 또는 수소 플라즈마 처리가 수행된다. For example, an active layer pattern of an IZO material is formed on the silicon substrate through RF sputtering. The thickness of the formed IZO is 17 ± 2 nm. Argon plasma or hydrogen plasma treatment is performed using a PECVD process at an argon / oxygen ratio of 87/13 vol%.
도 13은 상술한 조건 하에서 플라즈마 처리시간에 따른 저항의 변화를 나타낸 그래프이다. 13 is a graph showing a change in resistance with plasma treatment time under the above-described conditions.
도 13을 참조하면, 플라즈마 처리에 의해 반도체 재질을 가지는 활성층 패턴은 낮은 저항값을 가지는 도체로 개질됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 13, it can be seen that an active layer pattern having a semiconductor material is modified to a conductor having a low resistance value by plasma treatment.
다시 도 12를 참조하면, 플라즈마 처리를 통해 드레인 및 화소 영역의 활성층 패턴(231)은 도전체로 개질된다. 이를 드레인 전극(233)으로 명명한다. 따라서, 드레인 전극(233)은 활성층 패턴 일부의 플라즈마 처리를 통해 개질된 상태가 된다.Referring back to FIG. 12, the
도 14를 참조하면, 도 12에서 개시된 제1 패턴(261)을 식각 마스크로 이용한 식각공정이 수행된다. 식각공정의 수행으로 인해 제1 패턴(261) 하부의 소스 접합층(243)은 소스 전극(245)으로 잔류하고, 채널 영역 상의 소스 접합층(243)은 제거된다. 채널 영역 상의 소스 접합층(243)의 제거를 통해 활성층 패턴(231)의 채널 영역은 오픈된다. 또한, 제1 패턴과 일체로 연결된 패드 패턴의 제거에 의해 소스 패드(246)은 노출된다. 따라서, 소스 영역의 상부에는 소스 전극(245)이 형성되고, 활성층 패턴(231)은 채널 영역 상에 배치되고, 플라즈마 처리를 통해 투명 도전체로 개질된 드레인 전극(233)이 드레인 영역 및 화소 영역 상에 형성된다.Referring to FIG. 14, an etching process using the
이어서, 잔류하는 제1 패턴(261)을 애싱 공정을 통해 제거한다. 이를 통해 제1 패턴(261) 하부의 소스 전극(245)은 오픈된다.Subsequently, the remaining
도 15를 참조하면, 상기 도 14에 개시된 구조물의 전면에 패시베이션 막(270)이 형성된다. 상기 패시베이션 막(270)은 Si3N4, SiO2 또는 HfO2 등의 소정의 유전율을 가지면서 절연 특성이 우수한 물질로 구성된다. 또한, 상기 패시베이션 막(270)은 비정질 구조로 비화학양론적인 조성을 가질 수 있다.Referring to FIG. 15, a
도 16을 참조하면, 패시베이션 막(270) 상부에 포토레지스트를 도포하고, 제3 마스크를 이용하여 포토레지스트 패턴(280)을 형성한다. 포토레지스트 패턴(280)에 의해 게이트 패드(215) 상부의 패시베이션 막(270)은 노출되고, 화소 영역 상의 패시베이션 막(270)도 노출된다. 또한, 소스 패드(246) 상부의 패시베이션 막(270)도 노출된다.Referring to FIG. 16, a photoresist is coated on the
도 17을 참조하면, 포토레지스트 패턴(280)을 식각 마스크로 이용하여 식각 공정이 수행된다. 식각 공정을 통해 포토레지스트 패턴(280)에 의해 차폐된 영역 이외의 개방된 영역에서는 순차적인 식각이 진행된다.Referring to FIG. 17, an etching process is performed using the
따라서, 게이트 패드(215) 상부의 유전막(210)은 제거되고, 게이트 패드(215)의 표면이 노출된다. 또한, 화소 영역 상부의 드레인 전극(233)도 노출되며, 소스 패드(246)도 노출된다.Thus, the
상술한 과정을 통해 투명 재질의 산화물 반도체를 이용한 박막 트랜지스터가 형성된다. 또한, 본 실시예에서는 산화물 반도체의 플라즈마 처리를 통해 드레인 전극을 형성할 수 있으며, 이를 통해 공정의 단순화와 생산성 향상을 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 화소 영역에 별도의 투명 전극을 도입하지 않고, 플라즈마 처리를 통해 반도체 재질을 도체 재질로 개질한다. 이를 통해 반도체 활성층과 전극 사이의 접촉저항을 감소시킬 수 있으며, 화소 신호를 디스플레이 등에 손실없이 전달할 수 있다.Through the above process, a thin film transistor using an oxide semiconductor of a transparent material is formed. In addition, in the present embodiment, the drain electrode may be formed through the plasma treatment of the oxide semiconductor, and thus, the process may be simplified and the productivity may be improved. In addition, in the present embodiment, the semiconductor material is modified into a conductor material through plasma treatment without introducing a separate transparent electrode into the pixel region. As a result, contact resistance between the semiconductor active layer and the electrode can be reduced, and the pixel signal can be transmitted without loss to the display.
100, 200 : 기판 110, 210 : 게이트 라인
120, 220 : 유전막 130, 230 : 활성층
140, 240 : 투명접합층100, 200:
120, 220:
140, 240: transparent bonding layer
Claims (15)
상기 기판 상에 유전막, 투명 산화물 반도체로 구성된 활성층, 투명 접합층 및 전극용 금속막을 형성하는 단계;
상기 전극용 금속막 상에 멀티톤 마스크를 이용하여 소스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역에서 서로 다른 두께를 가지는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용한 순차적 식각과 애싱을 통해 상기 투명 산화물 반도체로 구성된 활성층 패턴 상에 소스 전극 및 드레인 접합층을 형성하는 단계; 및
상기 게이트 패턴의 게이트 패드 및 상기 드레인 접합층을 노출시키는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법.Forming a gate pattern on the substrate;
Forming a dielectric film, an active layer composed of a transparent oxide semiconductor, a transparent bonding layer, and a metal film for electrodes on the substrate;
Forming a photoresist pattern having a different thickness in the source region, the channel region, and the drain region using a multitone mask on the electrode metal film;
Forming a source electrode and a drain junction layer on the active layer pattern formed of the transparent oxide semiconductor through sequential etching and ashing using the photoresist pattern as an etching mask; And
Exposing the gate pad and the drain junction layer of the gate pattern.
상기 소스 영역 상부에 형성되고, 제1 두께를 가지는 제1 패턴;
상기 드레인 영역 및 화소 영역 상에 형성되고, 상기 제1 두께보다 작은 제2 두께를 가지는 제2 패턴; 및
상기 채널 영역 상에 형성되고, 상기 제2 두께보다 작은 제3 두께를 가지는 제3 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 1, wherein the photoresist pattern,
A first pattern formed on the source region and having a first thickness;
A second pattern formed on the drain region and the pixel region, the second pattern having a second thickness smaller than the first thickness; And
And a third pattern formed on the channel region, the third pattern having a third thickness smaller than the second thickness.
상기 제1 패턴 내지 제3 패턴을 식각마스크로 하여 상기 활성층, 상기 투명 접합층 및 상기 전극용 금속막을 식각하여 활성층 패턴, 투명 접합층 패턴 및 전극 패턴을 형성하는 단계;
상기 제2 패턴을 제거하고, 상기 전극 패턴을 식각하여 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고, 상기 투명 접합층 패턴을 식각하여 소스 접합층과 상기 드레인 접합층을 형성하는 단계; 및
상기 제3 패턴을 제거하고, 상기 드레인 전극을 제거하여 상기 드레인 접합층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 4, wherein the forming of the source electrode and the drain junction layer comprises:
Etching the active layer, the transparent bonding layer, and the electrode metal film using the first to third patterns as etch masks to form an active layer pattern, a transparent bonding layer pattern, and an electrode pattern;
Removing the second pattern, etching the electrode pattern to form the source electrode and the drain electrode, and etching the transparent bonding layer pattern to form a source junction layer and the drain junction layer; And
And removing the third pattern and removing the drain electrode to form the drain junction layer.
상기 기판 상에 유전막, 투명 산화물 반도체로 구성된 활성층 및 투명 접합층을 형성하는 단계;
상기 투명 접합층 상에 멀티톤 마스크를 이용하여 소스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역에서 서로 다른 두께를 가지는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용한 순차적 식각과 애싱을 통해 상기 투명 산화물 반도체로 구성된 활성층 패턴 상에 소스 전극을 형성하고, 상기 활성층 패턴의 개질을 통해 드레인 접합층을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 제조방법.Forming a gate pattern on the substrate;
Forming a dielectric layer, an active layer composed of a transparent oxide semiconductor, and a transparent bonding layer on the substrate;
Forming a photoresist pattern having a different thickness in the source region, the channel region, and the drain region by using a multitone mask on the transparent bonding layer; And
Forming a source electrode on the active layer pattern composed of the transparent oxide semiconductor through sequential etching and ashing using the photoresist pattern as an etching mask, and forming a drain junction layer by modifying the active layer pattern Manufacturing method.
상기 소스 영역 상부에 형성되고, 제1 두께를 가지는 제1 패턴;
상기 드레인 영역 및 화소 영역 상에 형성되고, 상기 제1 두께보다 작은 제2 두께를 가지는 제2 패턴; 및
상기 채널 영역 상에 형성되고, 상기 제1 두께보다 작고 상기 제2 두께보다 큰 제3 두께를 가지는 제3 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 9, wherein the photoresist pattern,
A first pattern formed on the source region and having a first thickness;
A second pattern formed on the drain region and the pixel region, the second pattern having a second thickness smaller than the first thickness; And
And a third pattern formed on the channel region and having a third thickness smaller than the first thickness and larger than the second thickness.
상기 제1 내지 제3 패턴을 식각마스크로 하여 상기 투명 접합층과 상기 활성층을 식각하여 투명 접합층 패턴과 활성층 패턴을 형성하는 단계;
상기 제2 패턴을 제거하고 잔류하는 제1 패턴 및 상기 제3 패턴을 식각마스크로 하여 상기 투명 접합층 패턴을 식각하여 소스 접합층을 형성하고, 상기 드레인 영역 및 화소 영역 상부의 상기 활성층 패턴을 노출시키는 단계;
상기 노출된 활성층 패턴을 플라즈마 처리하여 반도체 재질을 도전성 재질인 드레인 전극으로 개질하는 단계; 및
상기 제3 패턴을 제거하고 잔류하는 제1 패턴을 식각마스크로 하여 상기 소스 접합층을 식각하여 상기 소스 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조방법.The method of claim 11, wherein the forming of the source electrode and the drain junction layer comprises:
Etching the transparent bonding layer and the active layer using the first to third patterns as an etching mask to form a transparent bonding layer pattern and an active layer pattern;
The transparent bonding layer pattern is etched by removing the second pattern and using the remaining first pattern and the third pattern as an etching mask to form a source bonding layer, and expose the active layer pattern on the drain region and the pixel region. Making a step;
Plasma processing the exposed active layer pattern to modify a semiconductor material into a drain electrode of a conductive material; And
And removing the third pattern and etching the source junction layer using the remaining first pattern as an etch mask to form the source electrode.
상기 게이트 라인 상부에 형성된 유전막;
상기 유전막 상부에 형성되고, 소스 영역과 채널 영역 상부에 형성되고 투명 산화물 반도체 재질을 가진 활성층 패턴;
상기 활성층 패턴 상부에 형성되고, 소스 영역 상에 형성된 소스 전극; 및
상기 드레인 영역 및 화소 영역 상에 형성되고, 상기 활성층 패턴의 일부가 플라즈마 처리를 통해 도전성 재질로 개질된 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터.A gate line formed on the substrate;
A dielectric film formed over the gate line;
An active layer pattern formed on the dielectric layer and formed on the source region and the channel region and having a transparent oxide semiconductor material;
A source electrode formed on the active layer pattern and formed on the source region; And
And a drain electrode formed on the drain region and the pixel region, wherein a portion of the active layer pattern is modified with a conductive material through a plasma process.
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