KR20150079217A - 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법 - Google Patents
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- H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
- H01L29/78606—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device
- H01L29/78633—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device with a light shield
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Abstract
본 발명은 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 개시된 발명은 기판상에 형성되고, 소스영역과 채널영역 및 드레인영역으로 구성된 활성층; 상기 활성층의 상기 채널영역 상에 적층된 게이트 절연막과 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 형성되고, 상기 활성층의 소스영역과 드레인 영역을 노출시키는 층간 절연막; 상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 게이트 전극과 오버랩되며 상기 소스영역과 접촉하는 소스전극 또는 상기 드레인 영역과 접촉하는 드레인 전극; 상기 드레인 전극을 포함한 상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 화소전극을 포함하여 구성된다.
Description
본 발명은 표시장치용 박막 트랜지스터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표시장치에서 광 신뢰성에 문제가 있는 산화물 박막 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
비약적으로 성장하고 있는 평판디스플레이 시장에서 가장 큰 응용 대상으로 TV(Television) 제품이 있다. 현재 TV용 패널로서 액정디스플레이(LCD; Liquid Crystal Display)가 주축을 이루고 있는 가운데, 유기발광디스플레이도 TV로의 응용을 위해 많은 연구가 진행되고 있다.
현재의 TV 용 디스플레이 기술의 방향을 시장에서 요구하는 주요 항목에 초점을 맞추고 있는데, 시장에서 요구하는 사항으로는 대형 TV 또는 DID(Digital Information Display), 저가격, 고화질(동영상 표현력, 고해상도, 밝기, 명암비, 새재현력)이 있다.
이러한 요건에 부합되게 하기 위해서는 유리 등의 기판의 대형화와 함께, 비용 증가 없이 우수한 성능을 갖는 디스플레이 스위칭 및 구동소자로 적용될 박막 트랜지스터(TFT; Thin Film Transistor)가 필요하다.
따라서, 향후의 기술개발은 이러한 추세에 맞게 저가격으로 우수한 성능의 디스플레이 패널을 제작할 수 있는 TFT 제작 기술 확보에 초점이 맞춰져야 할 것이다.
디스플레이의 구동 및 스위칭 소자로서 대표적인 비정질 실리콘 박막트랜지스터(a-Si TFT)는 저가의 비용으로 2m가 넘는 대형 기판상에 균일하게 형성될 수 있는 소자로서 현재 널리 쓰이는 소자이다.
그러나, 디스플레이의 대형화 및 고화질화 추세에 따라 소자 성능 역시 고성능이 요구되어, 이동도 0.5 cm2/Vs 수준의 기존의 비정질 실리콘 박막 트랜지스터 (a-Si TFT)는 한계에 다다를 것으로 판단된다.
따라서, a-Si TFT보다 높은 이동도를 갖는 고성능 TFT 및 제조 기술이 필요하다. 또한, a-Si TFT는 최대의 약점으로서 동작을 계속함에 따라 소자 특성이 계속 열화되어 초기의 성능을 유지할 수 없는 신뢰성 상의 문제를 내포하고 있다.
이것은 a-Si TFT가 교류 구동의 LCD보다는 지속적으로 전류를 흘려 보내면서 동작하는 유기발광디스플레이(OLED; Organic Luminescene Emitted Diode)로 응용되기 힘든 주된 이유이다.
a-Si TFT 대비 월등히 높은 성능을 갖는 다결정 실리콘 박막트랜지스터 (poly-Si TFT)는 수십에서 수백 cm2/Vs의 높은 이동도를 갖기 때문에, 기존 a-Si TFT에서 실현하기 힘들었던 고화질 디스플레이에 적용할 수 있는 성능을 지닐 뿐만 아니라, a-Si TFT 대비 동작에 따른 소자특성 열화 문제가 매우 적다. 그러나, poly-Si TFT를 제작하기 위해서는 a-Si TFT에 비해 많은 수의 공정이 필요하고, 그에 다른 추가 장비 투자 역시 선행되어야 한다.
따라서, p-Si TFT는 디스플레이의 고화질화나 OLED와 같은 제품에 응용되기 적합하지만, 비용 면에서는 기존 a-Si TFT에 비해 열세이므로 응용이 제한적일 수 밖에 없다.
특히, p-Si TFT 의 경우, 제조장비의 한계나 균일도 불량과 같은 기술적인 문제로 현재까지는 1m가 넘는 대형 기판을 이용한 제조 공정이 실현되고 있지 않기 때문에, TV 제품으로의 응용이 어려운 것도, 고성능의 p-Si TFT가 쉽게 시장에 자리 잡기 힘들게 하는 요인이 되고 있다.
따라서, a-Si TFT의 장점(대형화, 저가격화, 균일도)과 poly-Si TFT의 장점(고성능, 신뢰성)을 모두 취할 수 있는 새로운 TFT기술에 대한 요구가 어느 때보다도 크며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 그 대표적인 것으로 산화물 반도체가 있다.
이러한 산화물 반도체인 경우 비정질 실리콘(a-Si) TFT에 비해 이동도 (mobility)가 높고, 다결정 실리콘(poly-Si) TFT에 비해서는 제조 공정이 간단하고 제작 비용이 낮다는 장점이 있어, 액정디스플레이(LCD) 및 유기전계발광소자(OLED)로서의 이용 가치가 높다.
이러한 관점에서, 산화물 반도체를 이용한 종래기술에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 구조에 대해 도 1 및 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 A부를 확대 도시한 평면도이다.
종래기술에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(10)은, 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 기판(미도시)의 일면에 일 방향으로 형성된 게이트 배선(23)과; 상기 게이트 배선(23)과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터배선(29)과; 상기 게이트 배선(23)과 데이터배선(29)의 교차 지점에 형성된 산화물 박막 트랜지스터(T)와; 상기 기판의 화소 영역에 형성된 대면적의 공통전극(35)과; 상기 화소 영역에 형성되고, 상기 박막 트랜지스터(T)의 드레인 전극(29b)과 전기적으로 연결된 다수 개의 화소 전극(41)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 데이터 배선(29)으로부터 소스전극(29a)이 연장되어 있으며, 상기 게이트 전극(23a)을 기준으로 상기 소스전극(29a)과 이격되어 드레인 전극 (29b)이 형성되어 있다.
이때, 상기 소스전극(29a)과 드레인 전극(29b)은 상기 게이트 전극(23a)과 오버랩되어 있지 않으며, 일정 폭(w)만큼 이격되어 있다.
상기 일정 폭(w)만큼 이격된 상기 소스전극(29a) 및 드레인 전극(29b)과 상기 게이트 전극(23a) 사이로 외부 광이 투과되어 활성층(19)의 채널영역(미도시)으로 침투하게 된다.
종래기술에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(10)에 대해 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도로서, 종래기술에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(10)은 기판(11) 상에 블랙매트릭스(13)가 형성되고, 상기 블랙매트릭스 (13)을 포함한 기판 전면에 적색, 녹색 및 청색 칼라필터층(15)이 형성되어 있으며, 상기 칼라필터층(15) 상에는 버퍼층(17)이 형성되어 있다.
또한, 상기 블랙매트릭스(13) 상부의 상기 버퍼층(17) 상에는 채널영역(19c)과 이 채널영역(19c) 양측에 형성된 소스영역(19a) 및 드레인영역(19b)으로 구성된 활성층(19)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 활성층(19)의 채널영역(19c) 상에는 게이트 절연막(21)과 게이트 전극(23a)이 적층되어 있으며, 상기 게이트 전극(23a)을 포함한 기판 전면에는 층간 절연막(25)이 형성되어 있다.
더욱이, 상기 층간 절연막(25)에는 상기 소스영역(19a) 및 드레인영역(19b)을 각각 노출시키는 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)이 형성되어 있다.
상기 층간 절연막(25) 상에는 상기 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)을 통해 상기 소스영역(19a) 및 드레인영역(19b)과 접촉되는 소스전극(29a) 및 드레인 전극(29b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스전극(29a) 및 드레인 전극(29b)은 상기 게이트 전극(23a)과 오버랩되어 있지 않으며, 일정 폭(w)만큼 이격되어 있다. 이렇게 일정 폭(w)만큼 이격된 상기 소스전극(29a) 및 드레인 전극 (29b)과 상기 게이트 전극(23a) 사이로는 외부 광이 투과되어 상기 활성층(19)의 채널영역(미도시)으로 침투하는 현상이 발생하게 된다.
그리고, 상기 소스전극(29a) 및 드레인 전극(29b)을 포함한 층간 절연막(25) 상에는 상기 드레인 전극(29b)을 노출시키는 패시베이션막(31)이 형성되어 있다.
더욱이, 상기 패시베이션막(31) 상에는 대면적의 공통전극(35)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(35)을 포함한 상기 패시베이션막(31) 상에는 평탄화막(37)이 형성되어 있다.
상기 평탄화막(37)에는 상기 드레인 전극(29b)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 평탄화막(37) 상에는 상기 드레인 전극(29b)과 전기적으로 연결되며, 상기 공통전극(35)과 대향되게 일정 간격 이격된 다수 개의 화소전극(41)이 형성되어 있다.
도 4는 종래기술에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판에 외부 광이 소스전극 및 드레인 전극과 게이트 전극 사이의 틈을 통해 활성층의 채널영역으로 투과되는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 소스전극(29a) 및 드레인 전극(29b)은 상기 게이트 전극(23a)과 오버랩되어 있지 않으며, 일정 폭(w)만큼 이격되어 있다.
이렇게 일정 폭(w)만큼 이격된 상기 소스전극(29a) 및 드레인 전극(29b)과 상기 게이트 전극(23a) 사이로는 외부 광이 투과되는 경우에, 외부 광이 상기 활성층(19)의 채널영역(미도시)으로 침투하는 현상이 발생하게 된다.
이와 같이, 종래기술에 따른 티오씨 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판에 따르면, 외부 광의 대부분은 게이트 전극(23a)에 의해 반사되지만, 그 일부는 일정 폭(w)만큼 이격된 상기 소스전극(29a) 및 드레인 전극(29b)과 상기 게이트 전극 (23a) 사이로 투과되어 상기 활성층(19)의 채널영역(미도시)으로 침투하는 현상이 발생하게 된다.
따라서, 상기 소스전극(29a) 및 드레인 전극(29b)과 상기 게이트 전극(23a) 사이로 침투되는 광 차단이 완벽하게 이루어지지 않게 됨으로써 신뢰성에 악 영향을 주게 된다. 특히, 산화물 반도체 박막 트랜지스터의 경우에는 광에 대해 매우 민감하기 때문에 광의 침투를 차단시키는 문제가 매우 중요하게 대두된다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 게이트 전극 상부에 데이터 라인으로부터 연장된 소스전극 또는 화소전극과 연결된 드레인 전극을 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되도록 형성함으로써 활성층의 채널영역에 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 확보할 수 있는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판은 기판상에 형성되고, 소스영역과 채널영역 및 드레인영역으로 구성된 활성층; 상기 활성층의 상기 채널영역 상에 적층된 게이트 절연막과 게이트 전극; 상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 형성되고, 상기 활성층의 소스영역과 드레인 영역을 노출시키는 층간 절연막; 상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 게이트 전극과 오버랩되며 상기 소스영역과 접촉하는 소스전극 또는 상기 드레인 영역과 접촉하는 드레인 전극; 상기 드레인 전극을 포함한 상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 화소전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법은 기판상에 소스영역과 채널영역 및 드레인 영역으로 구성된 활성층을 형성하는 단계; 상기 활성층의 상기 채널영역 상에 게이트 절연막과 게이트 전극을 적층하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 상기 활성층의 소스영역과 드레인 영역을 노출시키는 층간 절연막을 형성하는 단계; 상기 층간 절연막 상에 상기 소스영역과 드레인 영역과 접촉하는 소스전극 및 드레인 전극을 형성하되, 상기 소스전극 또는 드레인 전극을 상기 게이트 전극과 오버랩되도록 형성하는 단계; 및 상기 드레인 전극을 포함한 상기 층간 절연막 상에 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법은 게이트 전극 상부에 데이터 라인으로부터 연장된 소스전극 또는 화소전극과 연결되는 드레인 전극을 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되도록 형성함으로써 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법은 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 개선시켜 줌으로써, 고해상도 유기전계 발광소자 TV와 티오씨 구조의 액정표시장치를 포함한 표시장치 제품에 적용이 가능하다.
도 1은 종래기술에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 A부를 확대 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도로서, 종래기술에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
도 4는 종래기술에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판에 외부 광이 소스전극 및 드레인 전극과 게이트 전극 사이의 틈을 통해 활성층의 채널영역으로 투과되는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 5의 B부를 확대 도시한 평면도이다.
도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
도 8a 내지 8n는 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 공정 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 평면도이다.
도 10은 도 9의 C부를 확대 도시한 평면도이다.
도 11은 도 9의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 따른 단면도로서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 이용한 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 이용한 유기전계 발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부를 확대 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도로서, 종래기술에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
도 4는 종래기술에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판에 외부 광이 소스전극 및 드레인 전극과 게이트 전극 사이의 틈을 통해 활성층의 채널영역으로 투과되는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 5의 B부를 확대 도시한 평면도이다.
도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
도 8a 내지 8n는 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 공정 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 평면도이다.
도 10은 도 9의 C부를 확대 도시한 평면도이다.
도 11은 도 9의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 따른 단면도로서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 이용한 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 이용한 유기전계 발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 5의 B부를 확대 도시한 평면도이다.
도 5 및 6을 참조하면, 본 발명에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(100)은 기판(101)의 일면에 일 방향으로 형성된 게이트 배선(113)과 이 게이트 배선(113)으로부터 연장된 게이트 전극(113a)과; 상기 게이트 배선(113)과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터배선(121)과; 상기 게이트 배선(113)과 데이터배선(121)의 교차 지점에 형성된 박막 트랜지스터(T)와; 상기 기판의 화소 영역에 형성된 대면적의 공통전극(127)과; 상기 화소 영역에 형성되고, 상기 박막 트랜지스터(T)의 드레인 전극(121b)과 전기적으로 연결된 다수 개의 화소 전극(133)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 데이터 배선(121)으로부터 소스전극(121a)이 연장되어 있으며, 상기 소스전극(121a)과 이격되어 드레인 전극(121b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 드레인 전극(121b)은 상기 게이트 전극(113a)과 일정 폭(X1)만큼 오버랩되어 있다. 또한, 상기 게이트 전극(113a)과 오버랩되는 드레인 전극(121b)의 폭(X1)은 상기 게이트 전극(113a)의 선 폭과 동일하거나 더 크게 형성된다.
또한, 상기 소스전극(121a)의 일단은 상기 게이트 전극(113a)의 가장자리부와 일치하거나 오버랩되지 않도록 형성되어 있다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(113a) 하부에는 블랙매트릭스(미도시)가 형성되어 있어, 하부에서 입사되는 광이 상기 활성층(109)의 채널영역으로 투과되는 것이 방지된다.
따라서, 상기 드레인 전극(121b)이 상기 게이트 전극(113)과 완전 오버랩되어 있음으로써, 상기 소스전극(121a) 및 드레인 전극(121b)과 상기 게이트 전극 (113a) 사이로는 광이 투과되지 않고 차단되어 활성층(109)의 채널영역(미도시)으로 침투될 수 없게 되므로 광 신뢰성이 확보된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(100)에 대해 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 단면도로서, 본 발명에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
여기서, 상기 본 발명의 일 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 (100)은 탑 게이트(Top gate), 바텀 게이트(Bottom gate) 방식 등을 포함하여 구동 가능한 박막 트랜지스터 구조를 모두 포함한다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판(100)은 액정표시장치 (Liquid Crystal Display; 이하 LCD라 함), 유기발광 다이오드(Organic Luminescence Emitted Diode; 이하 OLED라 함) 등 평판 디스플레이의 구동 소자 또는 스위칭 소자나, 메모리 소자의 주변 회로 구성을 위한 소자 등 다양한 전자 소자에 적용될 수 있다.
상기 기판(101)은 실리콘, 유리, 플라스틱 또는 다른 적절한 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
도 7을 참조하면, 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(100)은 기판(101) 상에 화소영역을 제외한 지역으로 광이 투과되는 것을 차단시켜 주기 위한 블랙매트릭스(103)가 형성되고, 상기 블랙매트릭스 (103)을 포함한 기판 전면에 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 색상의 칼라필터층(105)이 형성되어 있으며, 상기 칼라필터층(105) 상에는 버퍼층(107)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(113a) 하부에는 블랙매트릭스(103)가 형성되어 있어, 하부에서 입사되는 광이 상기 활성층(109)의 채널영역으로 투과되는 것이 방지된다.
또한, 상기 블랙매트릭스(103) 상부의 상기 버퍼층(107) 상에는 채널영역 (109c)과 이 채널영역(109c) 양측에 형성된 소스영역(109a) 및 드레인 영역(109b)으로 구성된 활성층(109)이 형성되어 있다. 이때, 상기 활성층(109a)은 소스전극 (121a)과 드레인 전극(121b) 사이에 전자가 이동하는 채널을 형성하기 위한 층으로서, 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly Silicon; 이하 LTPS라 함) 또는 비정질 실리콘(a-Si) 재질 대신에 실리콘(Si) 계열의 반도체 막, IGZO 계열의 산화물 반도체막, 화합물 반도체, 카본 나노 튜브(Carbon nano tube), 그라핀(graphene)을 사용한다.
이때, 상기 산화물 반도체로는, 게르마늄 (Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인듐 (In), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물 반도체에 실리콘(Si)이 첨가된 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 활성층(109)은 인듐아연 복합 산화물 (InZnO)에 실리콘 이온이 첨가된 실리콘 산화인듐아연(Si-InZnO: SIZO)으로 이루어질 수도 있다.
상기 활성층(109)이 SIZO로 이루어지는 경우, 활성층에서 아연(Zn), 인듐 (In) 및 실리콘(Si) 원자의 전체 함량 대비 실리콘(Si) 원자 함량의 조성비는 약 0.001 중량%(wt%) 내지 약 30 wt%일 수도 있다. 실리콘(Si) 원자 함량이 높아질수록 전자 생성을 제어하는 역할이 강해져서, 이동도가 낮아질 수 있으나, 그 소자의 안정성은 더 좋아질 수 있다.
한편, 상기 활성층(109)으로는, 전술한 물질 외에 리튬(Li) 또는 칼륨(K)과 같은 I족 원소, 마그네?(Mg), 칼슘(Ca) 또는 스트론튬(Sr)과 같은 Ⅱ족 원소, 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 인듐(In) 또는 이트륨(Y)과 같은 Ⅲ족 원소, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si), 주석(Sn) 또는 게르마늄(Ge)과 같은 Ⅳ족 원소, 탄탈륨 (Ta), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 또는 안티몬(Sb)과 같은 Ⅴ족 원소, 또는 란티늄 (La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨 (Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리듐(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨 (Tm), 이터븀(Yb) 또는 루테듐(Lu)과 같은 란탄(Ln) 계열 원소 등이 더 포함될 수도 있다.
그리고, 상기 활성층(109)의 채널영역(109c) 상에는 게이트 절연막(111)과 게이트 전극(113a)이 적층되어 있으며, 상기 게이트 전극(113a)을 포함한 기판 전면에는 층간 절연막(115)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(103a)으로는, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금 (Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금(Ti alloy), 몰리텅스텐(MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
더욱이, 상기 층간 절연막(115)에는 상기 소스영역(109a) 및 드레인 영역 (109b)을 각각 노출시키는 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)이 형성되어 있다.
상기 층간 절연막(115) 상에는 상기 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)을 통해 상기 소스영역(109a) 및 드레인 영역(109b)과 접촉되는 소스전극(121a) 및 드레인 전극(121b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스전극(121a) 및 드레인 전극(121b)으로는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금(Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금 (Ti alloy), 몰리텅스텐 (MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 데이터 배선 (121)으로부터 소스전극(121a)이 연장되어 있으며, 상기 소스전극(121a)과 이격되어 드레인 전극(121b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 드레인 전극(121b)은 상기 게이트 전극(113a)과 일정 폭(X1)만큼 오버랩되어 있다. 상기 게이트 전극(113a)과 오버랩되는 드레인 전극(121b)의 폭 (X1)은 상기 게이트 전극(113a)의 선 폭과 동일하거나 더 크게 형성된다.
또한, 상기 소스전극(121a)의 일단은 상기 게이트 전극(113a)의 가장자리부와 일치하도록 형성되거나 오버랩되지 않도록 형성될 수도 있다.
따라서, 상기 드레인 전극(121b)이 상기 게이트 전극(113)과 완전 오버랩되어 있음으로써, 상기 소스전극(121a) 및 드레인 전극(121b)과 상기 게이트 전극 (113a) 사이로는 광이 투과되지 않고 차단되어 활성층(109)의 채널영역(미도시)으로 침투될 수 없게 되므로 광 신뢰성이 확보된다.
그리고, 상기 소스전극(121a) 및 드레인 전극(121b)을 포함한 층간 절연막 (115) 상에는 상기 드레인 전극(121b)을 노출시키는 패시베이션막(123)이 형성되어 있다.
더욱이, 상기 패시베이션막(123) 상에는 대면적의 공통전극(127)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(127)을 포함한 상기 패시베이션막(123) 상에는 평탄화막 (129)이 형성되어 있다.
상기 평탄화막(129)에는 상기 드레인 전극(121b)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 평탄화막(129) 상에는 상기 드레인 전극 (121b)과 전기적으로 연결되며, 상기 공통전극(127)과 대향되게 일정 간격 이격된 다수 개의 화소 전극(133)이 형성되어 있다.
이렇게 하여, 상기 대면적의 공통전극(127)으로는 액정 구동을 위한 기준 전압, 즉 공통전압을 각 화소에 공급한다. 상기 공통전극(127)은 각 화소 영역에서 평탄화막(129)을 사이에 두고 상기 다수 개의 화소전극(133)과 중첩되어 프린지 필드(fringe field)를 형성한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 표시장치용 산화물 박막 트랜지스터 어레이 기판 은 게이트 전극 상부에 화소 전극과 연결되는 드레인 전극을 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되도록 형성함으로써 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판은 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 개선시켜 줌으로써, 고해상도 유기전계 발광소자 TV와 티오씨 구조의 액정표시장치를 포함한 표시장치 제품에 적용이 가능하다.
상기 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 티오씨 구조의 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판에 대해 도 8a 내지 도 8n를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 8a 내지 8n는 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 공정 단면도들이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 기판(101) 상에 화소 영역을 제외한 지역으로 광이 투과되는 것을 차단시켜 주기 위해 블랙매트릭스(BM; black matrix) (103)를 형성한다.
그 다음, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(101)의 화소 영역에 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 색상의 컬러필터층(105)을 형성한다. 이때, 상기 적색(Red), 녹색 (Green), 청색(Blue) 색상의 컬러필터층들(105) 사이에는 상기 블랙매트릭스(103)가 위치한다.
상기 블랙매트릭스(143)는, 상기 기판(101)의 화소 영역을 제외한 지역, 예를 들어 박막 트랜지스터(T), 게이트배선(미도시) 및 데이터배선(미도시) 상부와 오버랩되게 배치한다.
이어서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 칼라필터층(105) 상에 무기 절연물질로 구성된 버퍼층(107)을 형성한다.
그 다음, 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 버퍼층(107) 상에 산화물 반도체로 구성된 활성층(109)을 형성한다. 이때, 상기 활성층(109a)은 소스전극(121a)과 드레인 전극(121b) 사이에 전자가 이동하는 채널을 형성하기 위한 층으로서, 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly Silicon; 이하 LTPS라 함) 또는 비정질 실리콘(a-Si) 재질 대신에 실리콘(Si) 계열의 반도체 막, IGZO 계열의 산화물 반도체막, 화합물 반도체, 카본 나노 튜브(Carbon nano tube), 그라핀(graphene)을 사용한다.
이때, 상기 산화물 반도체로는, 게르마늄 (Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인듐 (In), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물 반도체에 실리콘(Si)이 첨가된 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 활성층(109a)은 인듐아연 복합 산화물 (InZnO)에 실리콘 이온이 첨가된 실리콘 산화인듐아연(Si-InZnO: SIZO)으로 이루어질 수도 있다.
상기 활성층(109)이 SIZO로 이루어지는 경우, 활성층에서 아연(Zn), 인듐 (In) 및 실리콘(Si) 원자의 전체 함량 대비 실리콘(Si) 원자 함량의 조성비는 약 0.001 중량%(wt%) 내지 약 30 wt%일 수도 있다. 실리콘(Si) 원자 함량이 높아질수록 전자 생성을 제어하는 역할이 강해져서, 이동도가 낮아질 수 있으나, 그 소자의 안정성은 더 좋아질 수 있다.
한편, 상기 활성층(109)으로는, 전술한 물질 외에 리튬(Li) 또는 칼륨(K)과 같은 I족 원소, 마그네?(Mg), 칼슘(Ca) 또는 스트론튬(Sr)과 같은 Ⅱ족 원소, 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 인듐(In) 또는 이트륨(Y)과 같은 Ⅲ족 원소, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si), 주석(Sn) 또는 게르마늄(Ge)과 같은 Ⅳ족 원소, 탄탈륨 (Ta), 바나듐(V), 니오븀(Nb) 또는 안티몬(Sb)과 같은 Ⅴ족 원소, 또는 란티늄 (La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨 (Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리듐(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨 (Tm), 이터븀(Yb) 또는 루테듐(Lu)과 같은 란탄(Ln) 계열 원소 등이 더 포함될 수도 있다.
이어서, 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 활성층(109) 상에 게이트 절연막 (111)과 게이트 전극(113a)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 절연막(111)으로는 실리콘(Si) 계열의 산화막, 질화막, 또는 이를 포함하는 화합물과, Al2O3를 포함하는 금속산화막(metal oxide), 유기절연막, 낮은 유전 상수(low-k) 값을 갖는 재료를 포함한다. 예를 들어, 상기 게이트절연막(107)으로는, 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(SiNx), 산화지르코늄(ZrO2), 산화하프늄(HfO2), 산화티타늄(TiO2), 산화탄탈륨 (Ta2O5), 바륨-스트론튬-티타늄-산소화합물(Ba-Sr-Ti-O) 및 비스머스-아연-니오븀-산소 화합물(Bi-Zn-Nb-O)로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 게이트 전극(113a)으로는, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금(Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금(Ti alloy), 몰리텅스텐(MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
그 다음, 상기 게이트 전극(113a) 양측 아래의 활성층(109)에 불순물을 주입하여 소스영역(109a)과 드레인 영역(109b)을 정의하고, 이들 사이에는 채널영역 (109c)을 정의한다.
이어서, 도 8f에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(113a)을 포함한 기판 전면에 무기 절연물질을 증착하여 층간 절연막(115)을 형성한다.
그 다음, 도 8g에 도시된 바와 같이, 상기 층간 절연막(115)을 마스크 공정을 통해 선택적으로 패터닝하여, 상기 소스영역(109a)과 드레인 영역(109b)을 각각 노출시키는 소스영역 콘택홀(117b) 및 드레인 영역 콘택홀(117b)을 형성한다.
이어서, 도 8h에 도시된 바와 같이, 상기 층간 절연막(115) 상에 제2 금속층 (미도시)을 증착한 후 마스크 공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 상기 소스영역 (109a)과 드레인 영역(109b)과 접촉하는 소스전극(121a) 및 드레인 전극(121b)을 형성한다. 이때, 상기 소스전극(121a) 및 드레인 전극(121b)용 제2 금속층으로는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금(Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금 (Ti alloy), 몰리텅스텐 (MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 소스전극(121a)은 데이터 배선(미도시)으로부터 연장되어 있으며, 상기 소스전극(121a)과 이격되어 드레인 전극(121b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 드레인 전극(121b)은 상기 게이트 전극(113a)과 일정 폭(X1)만큼 오버랩되어 있다. 상기 게이트 전극(113a)과 오버랩되는 드레인 전극(121b)의 폭(X1)은 상기 게이트 전극(113a)의 선 폭과 동일하거나 더 크게 형성된다.
또한, 상기 소스전극(121a)의 일단은 상기 게이트 전극(113a)의 가장자리부와 일치하도록 형성되거나 오버랩되지 않도록 형성될 수도 있다.
따라서, 상기 드레인 전극(121b)이 상기 게이트 전극(113)과 완전 오버랩되어 있음으로써, 상기 소스전극(121a) 및 드레인 전극(121b)과 상기 게이트 전극 (113a) 사이로는 광이 투과되지 않고 차단되어 활성층(109)의 채널영역(미도시)으로 침투될 수 없게 되므로 광 신뢰성이 확보된다.
그 다음, 도 8i에 도시된 바와 같이, 상기 소스전극(121a) 및 드레인 전극 (121b)을 포함한 층간 절연막(115) 상에 무기 절연물질로 구성된 패시베이션막 (123)을 형성한다.
이어서, 도 8j에 도시된 바와 같이, 마스크 공정을 통해 상기 패시베이션막 (123)을 선택적으로 패터닝하여 상기 드레인 전극(121b) 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(125)을 형성한다.
그 다음, 도 8k에 도시된 바와 같이, 상기 패시베이션막(123) 상에 ITO, IZO와 같은 투명 도전물질층(미도시)을 증착한 후 마스크 공정을 통해 상기 투명 도전물질층을 선택적으로 패터닝하여 대면적의 공통전극(127)을 형성한다.
이어서, 도 8k에 도시된 바와 같이, 상기 공통전극(127)을 포함한 상기 패시베이션막(123) 상에 무기 절연물질 또는 유기 절연물질을 증착하여 평탄화막(129)을 형성한다.
그 다음, 도 8m에 도시된 바와 같이, 마스크 공정을 통해 상기 평탄화막 (129)을 선택적으로 패터닝하여 상기 드레인 전극(121b) 일부를 노출시키는 화소전극 콘택홀(131)을 형성한다.
이어서, 도 8n에 도시된 바와 같이, 상기 화소전극 콘택홀(131)을 포함한 평탄화막(129) 상에 ITO, IZO와 같은 투명 도전물질층(미도시)을 증착한 후 마스크 공정을 통해 상기 투명 도전물질층을 선택적으로 패터닝하여 대면적의 공통전극 (127)과 대향하여 일정 간격 이격된 다수 개의 화소전극(133)을 형성함으로써 본 발명에 따른 티씨오(TFT on color filter) 구조의 산화물 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조공정을 완료한다.
이렇게 하여, 상기 대면적의 공통전극(127)으로는 액정 구동을 위한 기준 전압, 즉 공통전압을 각 화소에 공급한다. 상기 공통전극(127)은 각 화소 영역에서 평탄화막(129)을 사이에 두고 상기 다수 개의 화소전극(133)과 중첩되어 프린지 필드(fringe field)를 형성한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법은 화소전극과 연결되는 드레인 전극을 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되도록 형성함으로써 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법은 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 개선시켜 줌으로써, 고해상도 유기전계 발광소자 TV와 티오씨(TOC) 구조의 액정표시장치를 포함한 표시장치 제품에 적용이 가능하다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시장치용 티오씨(TOC) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 평면도이다.
도 10은 도 9의 C부를 확대 도시한 평면도이다.
도 11은 도 9의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 따른 단면도로서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(200)의 경우는, 본 발명의 일 실시 예와 같이 화소전극을 전기적으로 연결되는 드레인 전극이 게이트 전극 상부에 오버랩되는 구조가 아니라, 데이터 배선으로부터 연장된 소스 전극이 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되는 구조를 예로 든 것이다.
도 9 및 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(200)은 기판(201)의 일면에 일 방향으로 형성된 게이트 배선(213)과 이 게이트 배선(213)으로부터 연장된 게이트 전극(213a)과; 상기 게이트 배선(213)과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터배선(221)과; 상기 게이트 배선(213)과 데이터배선(221)의 교차 지점에 형성된 박막 트랜지스터(T)와; 상기 기판의 화소 영역에 형성된 대면적의 공통전극(227)과; 상기 화소 영역에 형성되고, 상기 박막 트랜지스터(T)의 드레인 전극(221b)과 전기적으로 연결된 다수 개의 화소 전극(233)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 데이터 배선(221)으로부터 소스전극(221a)이 연장되어 있으며, 상기 소스전극(221a)과 이격되어 드레인 전극(221b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스 전극(221a)은 상기 게이트 전극(213a)과 일정 폭(X2)만큼 오버랩되어 있다.
상기 게이트 전극(113a)과 오버랩되는 소스 전극(121a)의 폭(X2)은 상기 게이트 전극(113a)의 선 폭과 동일하거나 더 크게 형성된다.
또한, 상기 드레인 전극(221b)의 일단은 상기 게이트 전극(213a)의 가장자리부와 일치하거나 오버랩되지 않도록 형성될 수도 있다.
그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트 전극(213a) 하부에는 블랙매트릭스(미도시; 도 11의 203 참조)가 형성되어 있어, 하부에서 입사되는 광이 상기 활성층(209)의 채널영역으로 투과되는 것이 방지된다.
따라서, 상기 소스 전극(221a)이 상기 게이트 전극(213)과 완전 오버랩되어 있음으로써, 상기 소스전극(221a) 및 드레인 전극(221b)과 상기 게이트 전극(213a) 사이로는 광이 투과되지 않고 차단되어 활성층(209)의 채널영역(미도시)으로 침투될 수 없게 되므로 광 신뢰성이 확보된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(200)에 대해 도 11을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 11은 도 9의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선에 따른 단면도로서, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
여기서, 상기 본 발명의 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 (100)은 탑 게이트(Top gate), 바텀 게이트(Bottom gate) 방식 등을 포함하여 구동 가능한 박막 트랜지스터 구조를 모두 포함한다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판(200)은 액정표시장치 (Liquid Crystal Display; 이하 LCD라 함), 유기발광 다이오드(Organic Luminescence Emitted Diode; 이하 OLED라 함) 등 평판 디스플레이의 구동 소자 또는 스위칭 소자나, 메모리 소자의 주변 회로 구성을 위한 소자 등 다양한 전자 소자에 적용될 수 있다.
상기 기판(201)은 실리콘, 유리, 플라스틱 또는 다른 적절한 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
도 11을 참조하면, 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(200)은 기판(201) 상에 화소 영역을 제외한 지역으로 광이 투과되는 것을 차단시켜 주기 위한 블랙매트릭스(203)가 형성되고, 상기 블랙매트릭스 (203)을 포함한 기판 전면에 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 색상의 칼라필터층(105)이 형성되어 있으며, 상기 칼라필터층(205) 상에는 버퍼층(207)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(213a) 하부에는 블랙매트릭스(203)가 형성되어 있어, 하부에서 입사되는 광이 상기 활성층(209)의 채널영역으로 투과되는 것이 방지된다.
또한, 상기 블랙매트릭스(203) 상부의 상기 버퍼층(207) 상에는 채널영역 (209c)과 이 채널영역(209c) 양측에 형성된 소스영역(209a) 및 드레인 영역(209b)으로 구성된 활성층(209)이 형성되어 있다. 이때, 상기 활성층(209a)은 소스전극 (221a)과 드레인 전극(221b) 사이에 전자가 이동하는 채널을 형성하기 위한 층으로서, 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly Silicon; 이하 LTPS라 함) 또는 비정질 실리콘(a-Si) 재질 대신에 실리콘(Si) 계열의 반도체 막, IGZO 계열의 산화물 반도체막, 화합물 반도체, 카본 나노 튜브(Carbon nano tube), 그라핀(graphene)을 사용한다.
이때, 상기 산화물 반도체로는, 게르마늄 (Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인듐 (In), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물 반도체에 실리콘(Si)이 첨가된 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 활성층(209)은 인듐아연 복합 산화물 (InZnO)에 실리콘 이온이 첨가된 실리콘 산화인듐아연(Si-InZnO: SIZO)으로 이루어질 수도 있다.
상기 활성층(209)이 SIZO로 이루어지는 경우, 활성층에서 아연(Zn), 인듐 (In) 및 실리콘(Si) 원자의 전체 함량 대비 실리콘(Si) 원자 함량의 조성비는 약 0.001 중량%(wt%) 내지 약 30 wt%일 수도 있다. 실리콘(Si) 원자 함량이 높아질수록 전자 생성을 제어하는 역할이 강해져서, 이동도가 낮아질 수 있으나, 그 소자의 안정성은 더 좋아질 수 있다.
그리고, 상기 활성층(209)의 채널영역(209c) 상에는 게이트 절연막(211)과 게이트 전극(213a)이 적층되어 있으며, 상기 게이트 전극(213a)을 포함한 기판 전면에는 층간 절연막(215)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(203a)으로는, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금 (Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금(Ti alloy), 몰리텅스텐(MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
더욱이, 상기 층간 절연막(215)에는 상기 소스영역(209a) 및 드레인 영역 (209b)을 각각 노출시키는 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)이 형성되어 있다.
상기 층간 절연막(215) 상에는 상기 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)을 통해 상기 소스영역(209a) 및 드레인 영역(209b)과 접촉되는 소스전극(221a) 및 드레인 전극(221b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스전극(221a) 및 드레인 전극(221b)으로는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금(Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금 (Ti alloy), 몰리텅스텐 (MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 데이터 배선(221)으로부터 소스전극(221a)이 연장되어 있으며, 상기 소스전극(221a)과 이격되어 드레인 전극(221b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스 전극(221a)은 상기 게이트 전극(213a)과 일정 폭(X2)만큼 오버랩되어 있다. 상기 게이트 전극(213a)과 오버랩되는 소스 전극(221a)의 폭(X2)은 상기 게이트 전극(213a)의 선 폭과 동일하거나 크게 형성된다.
또한, 상기 드레인 전극(221b)의 일단은 상기 게이트 전극(213a)의 가장자리부와 일치하도록 형성되거나 오버랩되지 않도록 형성될 수도 있다.
따라서, 상기 소스전극(221a)이 상기 게이트 전극(213a)과 완전 오버랩되어 있음으로써, 상기 소스전극(221a) 및 드레인 전극(221b)과 상기 게이트 전극(213a) 사이로는 광이 투과되지 않고 차단되어 활성층(209)의 채널영역(미도시)으로 침투될 수 없게 되므로 광 신뢰성이 확보된다.
그리고, 상기 소스전극(221a) 및 드레인 전극(221b)을 포함한 층간 절연막 (215) 상에는 상기 드레인 전극(221b)을 노출시키는 패시베이션막(223)이 형성되어 있다.
더욱이, 상기 패시베이션막(223) 상에는 대면적의 공통전극(227)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(227)을 포함한 상기 패시베이션막(223) 상에는 평탄화막 (229)이 형성되어 있다.
상기 평탄화막(229)에는 상기 드레인 전극(221b)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 평탄화막(229) 상에는 상기 드레인 전극 (221b)과 전기적으로 연결되며, 상기 공통전극(227)과 대향되게 일정 간격 이격된 다수 개의 화소 전극(233)이 형성되어 있다.
이렇게 하여, 상기 대면적의 공통전극(227)으로는 액정 구동을 위한 기준 전압, 즉 공통전압을 각 화소에 공급한다. 상기 공통전극(227)은 각 화소 영역에서 평탄화막(229)을 사이에 두고 상기 다수 개의 화소전극(233)과 중첩되어 프린지 필드(fringe field)를 형성한다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 티오씨(TOC) 구조의 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판은 게이트 전극 상부에 데이터 라인으로부터 연장된 소스전극을 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되도록 형성함으로써 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판은 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 개선시켜 줌으로써, 고해상도 유기전계 발광소자 TV와 티오씨 구조의 액정표시장치를 포함한 표시장치 제품에 적용이 가능하다.
또 한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 반도체 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 액정표시장치에 대해 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 액정표시장치의 경우는, 데이터 배선으로부터 연장된 소스 전극 또는 화소전극과 연결되는 드레인 전극이 게이트 전극 상부에 오버랩되는 경우를 포함하지만, 여기서는 드레인 전극이 상기 게이트 전극 상부에 오버랩되는 구조에 대해 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 이용한 액정표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 이용한 유기전계 발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판(300)은 탑 게이트(Top gate), 바텀 게이트(Bottom gate) 방식 등을 포함하여 구동 가능한 박막 트랜지스터 구조를 모두 포함한다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판은 액정표시장치(Liquid Crystal Display; 이하 LCD라 함) 이외에, 유기발광 다이오드(Organic Luminescence Emitted Diode; 이하 OLED라 함) 등 평판 디스플레이의 구동 소자 또는 스위칭 소자나, 메모리 소자의 주변 회로 구성을 위한 소자 등 다양한 전자 소자에 적용될 수 있다.
상기 기판(301)은 실리콘, 유리, 플라스틱 또는 다른 적절한 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
도 12를 참조하면, 티오씨(TFT on color filter) 구조의 박막 트랜지스터 어레이 기판(300)은 기판(301) 상에 채널영역(309c)과 이 채널영역(309c) 양측에 형성된 소스영역(309a) 및 드레인 영역(209b)으로 구성된 활성층(209)이 형성되어 있다. 이때, 상기 활성층(309a)은 소스전극(321a)과 드레인 전극(321b) 사이에 전자가 이동하는 채널을 형성하기 위한 층으로서, 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly Silicon; 이하 LTPS라 함) 또는 비정질 실리콘(a-Si) 재질 대신에 실리콘(Si) 계열의 반도체 막, IGZO 계열의 산화물 반도체막, 화합물 반도체, 카본 나노 튜브 (Carbon nano tube), 그라핀(graphene)을 사용한다.
이때, 상기 산화물 반도체로는, 게르마늄 (Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인듐 (In), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물 반도체에 실리콘(Si)이 첨가된 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 활성층(309)은 인듐아연 복합 산화물 (InZnO)에 실리콘 이온이 첨가된 실리콘 산화인듐아연(Si-InZnO: SIZO)으로 이루어질 수도 있다.
상기 활성층(309)이 SIZO로 이루어지는 경우, 활성층에서 아연(Zn), 인듐 (In) 및 실리콘(Si) 원자의 전체 함량 대비 실리콘(Si) 원자 함량의 조성비는 약 0.001 중량%(wt%) 내지 약 30 wt%일 수도 있다. 실리콘(Si) 원자 함량이 높아질수록 전자 생성을 제어하는 역할이 강해져서, 이동도가 낮아질 수 있으나, 그 소자의 안정성은 더 좋아질 수 있다.
그리고, 상기 활성층(309)의 채널영역(309c) 상에는 게이트 절연막(311)과 게이트 전극(313a)이 적층되어 있으며, 상기 게이트 전극(313a)을 포함한 기판 전면에는 층간 절연막(315)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(313a)으로는, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금 (Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금(Ti alloy), 몰리텅스텐(MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
더욱이, 상기 층간 절연막(315)에는 상기 소스영역(309a) 및 드레인 영역 (309b)을 각각 노출시키는 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)이 형성되어 있다.
상기 층간 절연막(315) 상에는 상기 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)을 통해 상기 소스영역(309a) 및 드레인 영역(309b)과 접촉되는 소스전극(321a) 및 드레인 전극(321b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스전극(321a) 및 드레인 전극(321b)으로는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금(Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금 (Ti alloy), 몰리텅스텐 (MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 데이터 배선(미도시)으로부터 소스전극(321a)이 연장되어 있으며, 상기 소스전극(321a)과 이격되어 드레인 전극(321b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 드레인 전극(321b)은 상기 게이트 전극(313a)과 일정 폭(X3)만큼 오버랩되어 있다. 상기 게이트 전극(313a)과 오버랩되는 드레인 전극(221b)의 폭(X3)은 상기 게이트 전극(313a)의 선 폭과 동일하거나 크게 형성된다.
또한, 상기 소스 전극(321a)의 일단은 상기 게이트 전극(313a)의 가장자리부와 일치하도록 형성되거나 오버랩되지 않도록 형성될 수도 있다.
따라서, 상기 드레인 전극(321b)이 상기 게이트 전극(313a)과 완전 오버랩되어 있음으로써, 상기 소스전극(321a) 및 드레인 전극(321b)과 상기 게이트 전극 (313a) 사이로는 광이 투과되지 않고 차단되어 활성층(309)의 채널영역(미도시)으로 침투될 수 없게 되므로 광 신뢰성이 확보된다.
그리고, 상기 소스전극(321a) 및 드레인 전극(321b)을 포함한 층간 절연막 (315) 상에는 상기 드레인 전극(321b)을 노출시키는 패시베이션막(323)이 형성되어 있다.
더욱이, 상기 패시베이션막(323) 상에는 대면적의 공통전극(327)이 형성되어 있으며, 상기 공통전극(327)을 포함한 상기 패시베이션막(323) 상에는 평탄화막 (329)이 형성되어 있다.
상기 평탄화막(329)에는 상기 드레인 전극(321b)을 노출시키는 드레인 콘택홀(미도시)이 형성되어 있으며, 상기 평탄화막(329) 상에는 상기 드레인 전극 (321b)과 전기적으로 연결되며, 상기 공통전극(327)과 대향되게 일정 간격 이격된 다수 개의 화소 전극(333)이 형성되어 있다.
이렇게 하여, 상기 대면적의 공통전극(327)으로는 액정 구동을 위한 기준 전압, 즉 공통전압을 각 화소에 공급한다. 상기 공통전극(327)은 각 화소 영역에서 평탄화막(329)을 사이에 두고 상기 다수 개의 화소전극(333)과 중첩되어 프린지 필드(fringe field)를 형성한다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 액정표시장치는 게이트 전극 상부에 드레인 전극을 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되도록 형성함으로써 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 액정표시장치는 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 개선시켜 줌으로써, 고해상도 유기전계 발광소자 TV와 티오씨 구조의 액정표시장치를 포함한 표시장치 제품에 적용이 가능하다.
또 한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 반도체 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 유기전계 발광장치에 대해 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 유기전계 발광장치의 경우도, 데이터 배선으로부터 연장된 소스 전극 또는 화소전극과 연결되는 드레인 전극이 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되는 경우를 포함하지만, 여기서는 드레인 전극이 상기 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되는 구조에 대해 예로 들어 설명하기로 한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 이용한 유기전계 발광표시장치의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판은 탑 게이트(Top gate), 바텀 게이트(Bottom gate) 방식 등을 포함하여 구동 가능한 박막 트랜지스터 구조를 모두 포함한다.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판은 액정표시장치(Liquid Crystal Display; 이하 LCD라 함) 이외에, 유기발광 다이오드(Organic Luminescence Emitted Diode; 이하 OLED라 함) 등 평판 디스플레이의 구동 소자 또는 스위칭 소자나, 메모리 소자의 주변 회로 구성을 위한 소자 등 다양한 전자 소자에 적용될 수 있다.
상기 기판(401)은 실리콘, 유리, 플라스틱 또는 다른 적절한 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
도 13을 참조하면, 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 유기전계 발광장치(400)는 기판(401) 상에 채널영역(409c)과 이 채널영역(409c) 양측에 형성된 소스영역(409a) 및 드레인 영역(409b)으로 구성된 활성층(409)이 형성되어 있다. 이때, 상기 활성층(409a)은 소스전극(421a)과 드레인 전극(421b) 사이에 전자가 이동하는 채널을 형성하기 위한 층으로서, 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly Silicon; 이하 LTPS라 함) 또는 비정질 실리콘(a-Si) 재질 대신에 실리콘(Si) 계열의 반도체 막, IGZO 계열의 산화물 반도체막, 화합물 반도체, 카본 나노 튜브(Carbon nano tube), 그라핀(graphene)을 사용한다.
이때, 상기 산화물 반도체로는, 게르마늄 (Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인듐 (In), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물 반도체에 실리콘(Si)이 첨가된 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 활성층(409)은 인듐아연 복합 산화물 (InZnO)에 실리콘 이온이 첨가된 실리콘 산화인듐아연(Si-InZnO: SIZO)으로 이루어질 수도 있다.
상기 활성층(409)이 SIZO로 이루어지는 경우, 활성층에서 아연(Zn), 인듐 (In) 및 실리콘(Si) 원자의 전체 함량 대비 실리콘(Si) 원자 함량의 조성비는 약 0.001 중량%(wt%) 내지 약 30 wt%일 수도 있다. 실리콘(Si) 원자 함량이 높아질수록 전자 생성을 제어하는 역할이 강해져서, 이동도가 낮아질 수 있으나, 그 소자의 안정성은 더 좋아질 수 있다.
그리고, 상기 활성층(409)의 채널영역(409c) 상에는 게이트 절연막(411)과 게이트 전극(413a)이 적층되어 있으며, 상기 게이트 전극(413a)을 포함한 기판 전면에는 층간 절연막(415)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(413a)으로는, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금 (Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금(Ti alloy), 몰리텅스텐(MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
더욱이, 상기 층간 절연막(415)에는 상기 소스영역(409a) 및 드레인 영역 (409b)을 각각 노출시키는 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)이 형성되어 있다.
상기 층간 절연막(415) 상에는 상기 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)을 통해 상기 소스영역(409a) 및 드레인 영역(409b)과 접촉되는 소스전극(421a) 및 드레인 전극(421b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스전극(421a) 및 드레인 전극(321b)으로는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금(Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금 (Ti alloy), 몰리텅스텐 (MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 데이터 배선(미도시)으로부터 소스전극(421a)이 연장되어 있으며, 상기 소스전극(421a)과 이격되어 드레인 전극(421b)이 형성되어 있다. 이때, 상기 드레인 전극(421b)은 상기 게이트 전극(413a)과 일정 폭(X4)만큼 오버랩되어 있다. 상기 게이트 전극(413a)과 오버랩되는 드레인 전극(421b)의 폭(X4)은 상기 게이트 전극(413a)의 선 폭과 동일하거나 더 크게 형성된다.
또한, 상기 소스 전극(421a)의 일단은 상기 게이트 전극(413a)의 가장자리부와 일치하도록 형성되거나 오버랩되지 않도록 형성될 수도 있다.
따라서, 상기 드레인 전극(421b)이 상기 게이트 전극(413a)과 완전 오버랩되어 있음으로써, 상기 소스전극(421a) 및 드레인 전극(421b)과 상기 게이트 전극 (413a) 사이로는 광이 투과되지 않고 차단되어 활성층(409)의 채널영역(미도시)으로 침투될 수 없게 되므로 광 신뢰성이 확보된다.
그리고, 상기 소스전극(421a) 및 드레인 전극(421b)을 포함한 층간 절연막 (415) 상에는 상기 드레인 전극(421b)을 노출시키는 평탄화막(423)이 적층되어 있다. 이때, 상기 평탄화막(423)으로는 포토 아크릴(Photo Acryl)을 포함하는 유기 물질 군에서 선택하여 사용한다.
상기 평탄화막(423) 위로는 상기 박막 트랜지스터(T)의 드레인 전극(421b)과 상기 드레인 콘택홀(미도시)을 통해 접촉되며, 각 화소영역 별로 분리된 형태를 가지는 제1 전극(431)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제1 전극(431)은 투명 전극 또는 반사형 전극으로 구비될 수 있는데, 투명전극으로 사용될 경우에는 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 로 구비될 수 있고, 반사형 전극으로 사용될 때에는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr, 및 이들의 화합물 등으로 반사막을 형성한 후, 그 위에 ITO, IZO, ZnO, 또는 In2O3 를 형성할 수도 있다.
그리고, 상기 제1 전극(431) 위로는 각 화소영역의 경계 지역에는 절연물질 특히 예를 들어 벤소사이클로부텐 (BCB), 폴리 이미드 (Poly-Imide) 또는 포토아크릴 (photo acryl)로 이루어진 화소 정의막(433)이 형성되어 있다. 이때, 상기 화소 정의막(433)은 각 화소영역(미도시)을 둘러싸는 형태로 상기 제1 전극(431)의 테두리와 중첩되도록 형성되어 있으며, 표시영역(AA) 전체적으로는 다수의 개구부를 갖는 격자 형태를 이루고 있다.
상기 화소 정의막(433)으로 둘러싸인 각 화소영역 내의 상기 제1 전극(431) 위로는 각각 적, 녹 및 청색을 발광하는 유기 물질로 구성된 유기 발광층(435)이 형성되어 있다. 상기 유기 발광층(435)은 유기 발광물질로 이루어진 단일층으로 구성될 수도 있으며, 또는 도면에 나타나지 않았지만 발광 효율을 높이기 위해 정공주입층(hole injection layer), 정공수송층(hole transporting layer), 발광층 (emitting material layer), 전자 수송층 (electron transporting layer) 및 전자 주입층(electron injection layer)의 다중층으로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 유기 발광층(435)과 상기 화소 정의막(433)을 포함한 상기 표시영역(AA) 전면에 제2 전극(437)이 형성되어 있다. 이때, 상기 제1 전극(431)과 제2 전극(437) 및 이들 두 전극(431, 437) 사이에 개재된 유기 발광층(435)은 유기전계 발광 소자(E)를 구성한다.
따라서, 상기 유기전계 발광 소자(E)는 선택된 색 신호에 따라 제1 전극 (431)과 제2 전극(437)으로 소정의 전압이 인가되면, 제1 전극(431)으로부터 주입된 정공과 제2 전극(437)으로부터 제공된 전자가 유기 발광층(435)으로 수송되어 엑시톤(exciton)을 이루고, 이러한 엑시톤이 여기 상태에서 기저 상태로 천이 될 때 빛이 발생되어 가시광선 형태로 방출된다. 이때, 발광된 빛은 투명한 제2 전극 (437)을 통과하여 외부로 나가게 되므로, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 표시산화물 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 유기전계 발광장치(400)는 임의의 화상을 구현하게 된다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제2 전극(437) 전면에 보호막과 유기막 및 보호필름(Barrier film) (미도시)을 적층하여 패널 상태를 이룸으로써 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 표시산화물 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 유기전계 발광장치(400)가 구성된다.
이와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 유기전계 발광장치는 게이트 전극 상부에 드레인 전극을 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되도록 형성함으로써 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 유기전계 발광장치는 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 개선시켜 줌으로써, 고해상도 유기전계 발광소자 TV와 티오씨 구조의 액정표시장치를 포함한 표시장치 제품에 적용이 가능하다.
또 한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 표시장치용 반도체 박막 트랜지스터 구조에 대해 도 14를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 표시장치용 박막 트랜지스터의 경우도, 데이터 배선으로부터 연장된 소스 전극 또는 화소전극과 연결되는 드레인 전극이 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되는 경우를 포함하지만, 여기서는 드레인 전극이 상기 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되는 구조에 대해 예로 들어 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터는 탑 게이트(Top gate), 바텀 게이트(Bottom gate) 방식 등을 포함하여 구동 가능한 박막 트랜지스터 구조를 모두 포함한다.
본 발명에 따른 산화물 박막 트랜지스터(500)는 액정표시장치(Liquid Crystal Display; 이하 LCD라 함) 이외에, 유기발광 다이오드(Organic Luminescence Emitted Diode; 이하 OLED라 함) 등 평판 디스플레이의 구동 소자 또는 스위칭 소자나, 메모리 소자의 주변 회로 구성을 위한 소자 등 다양한 전자 소자에 적용될 수 있다.
상기 기판(501)은 실리콘, 유리, 플라스틱 또는 다른 적절한 물질을 포함하여 이루어질 수 있다.
도 14를 참조하면, 박막 트랜지스터 어레이 기판을 적용한 유기전계 발광장치(500)는 기판(501) 상에 채널영역(509c)과 이 채널영역(509c) 양측에 형성된 소스영역(509a) 및 드레인 영역(509b)으로 구성된 활성층(509)이 형성되어 있다. 이때, 상기 활성층(509a)은 소스전극(521a)과 드레인 전극(521b) 사이에 전자가 이동하는 채널을 형성하기 위한 층으로서, 저온 다결정 실리콘(Low Temperature Poly Silicon; 이하 LTPS라 함) 또는 비정질 실리콘(a-Si) 재질 대신에 실리콘(Si) 계열의 반도체 막, IGZO 계열의 산화물 반도체막, 화합물 반도체, 카본 나노 튜브(Carbon nano tube), 그라핀(graphene)을 사용한다.
이때, 상기 산화물 반도체로는, 게르마늄 (Ge), 주석(Sn), 납(Pb), 인듐 (In), 티타늄(Ti), 갈륨(Ga) 및 알루미늄(Al)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물 반도체에 실리콘(Si)이 첨가된 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 활성층(409)은 인듐아연 복합 산화물 (InZnO)에 실리콘 이온이 첨가된 실리콘 산화인듐아연(Si-InZnO: SIZO)으로 이루어질 수도 있다.
상기 활성층(509)이 SIZO로 이루어지는 경우, 활성층에서 아연(Zn), 인듐 (In) 및 실리콘(Si) 원자의 전체 함량 대비 실리콘(Si) 원자 함량의 조성비는 약 0.001 중량%(wt%) 내지 약 30 wt%일 수도 있다. 실리콘(Si) 원자 함량이 높아질수록 전자 생성을 제어하는 역할이 강해져서, 이동도가 낮아질 수 있으나, 그 소자의 안정성은 더 좋아질 수 있다.
그리고, 상기 활성층(509)의 채널영역(509c) 상에는 게이트 절연막(511)과 게이트 전극(513)이 적층되어 있으며, 상기 게이트 전극(513)을 포함한 기판 전면에는 층간 절연막(515)이 형성되어 있다. 이때, 상기 게이트 전극(513)으로는, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴 (Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금 (Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄 (Ti), 티타늄 합금(Ti alloy), 몰리텅스텐(MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
더욱이, 상기 층간 절연막(515)에는 상기 소스영역(509a) 및 드레인 영역 (509b)을 각각 노출시키는 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)이 형성되어 있다.
상기 층간 절연막(515) 상에는 상기 소스영역 콘택홀(미도시) 및 드레인영역 콘택홀(미도시)을 통해 상기 소스영역(509a) 및 드레인 영역(509b)과 접촉되는 소스전극(521) 및 드레인 전극(523)이 형성되어 있다. 이때, 상기 소스전극(521) 및 드레인 전극(523)으로는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(W), 구리(Cu), 구리 합금, 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 금(Au), 금 합금(Au alloy), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 티타늄 합금 (Ti alloy), 몰리텅스텐 (MoW), 몰리티타늄 (MoTi), 구리/몰리티타늄 (Cu/MoTi)을 포함하는 도전성 금속 그룹 중에서 선택된 적어도 어느 하나 또는 이들의 2 이상의 조합 또는 다른 적절한 물질을 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 드레인 전극(523)은 상기 게이트 전극(513)과 일정 폭(X5)만큼 오버랩되어 있다. 상기 게이트 전극(513)과 오버랩되는 드레인 전극(523)의 폭(X5)은 상기 게이트 전극(513)의 선 폭과 동일하거나 또는 더 크게 형성된다.
또한, 상기 소스 전극(521)의 일단은 상기 게이트 전극(513)의 가장자리부와 일치하도록 형성되거나 오버랩되지 않도록 형성될 수도 있다.
따라서, 상기 드레인 전극(523)이 상기 게이트 전극(513)과 오버랩되어 있음으로써, 상기 소스전극(521) 및 드레인 전극(523)과 상기 게이트 전극(513) 사이로는 광이 투과되지 않고 차단되어 활성층(509)의 채널영역(미도시)으로 침투될 수 없게 되므로 광 신뢰성이 확보된다.
이와 같이, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 박막 트랜지스터는 게이트 전극 상부에 드레인 전극을 게이트 전극 상부에 완전 오버랩되도록 형성함으로써 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터는 활성층의 채널영역으로 투과되는 광을 완전하게 차단시켜 광 신뢰성을 개선시켜 줌으로써, 고해상도 유기전계 발광소자 TV와 티오씨 구조의 액정표시장치를 포함한 표시장치 제품에 적용이 가능하다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시 예의 예시로서 해석되어야 한다. 예를 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 박막트랜지스터의 구성 요소는 다양화할 수 있을 것이고, 구조 또한 다양한 형태로 변형할 수 있을 것이다.
본 발명의 표시장치용 산화물 박막 트랜지스터 어레이 기판은 액정표시장치나 유기발광표시장치뿐만 아니라 메모리소자 및 논리 소자 분야에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
100: 산화물 박막 트랜지스터 어레이 기판
103: 블랙매트릭스
1035: 칼라필터층 107: 버퍼층
109: 활성층 111: 게이트 절연막
113a: 게이트 전극 115: 층간 절연막
121a: 소스 전극 121b: 드레인 전극
123: 패시베이션막 127: 공통전극
129: 평탄화막 133: 화소전극
1035: 칼라필터층 107: 버퍼층
109: 활성층 111: 게이트 절연막
113a: 게이트 전극 115: 층간 절연막
121a: 소스 전극 121b: 드레인 전극
123: 패시베이션막 127: 공통전극
129: 평탄화막 133: 화소전극
Claims (12)
- 기판상에 형성되고, 소스영역과 채널영역 및 드레인 영역으로 구성된 활성층;
상기 활성층의 상기 채널영역 상에 적층된 게이트 절연막과 게이트 전극;
상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 형성되고, 상기 활성층의 소스영역과 드레인 영역을 노출시키는 층간 절연막;
상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 게이트 전극과 오버랩되며 상기 소스영역과 접촉하는 소스전극 또는 상기 게이트 전극과 오버랩되며 상기 드레인 영역과 접촉하는 드레인 전극;
상기 드레인 전극을 포함한 상기 층간 절연막 상에 형성되고, 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 화소전극을 포함하여 구성되는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판. - 제1항에 있어서, 상기 소스전극 또는 드레인 전극은 상기 게이트 전극과 오버랩되되, 상기 게이트 전극의 선 폭과 동일하거나 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 소스전극 및 드레인 전극 중 하나가 상기 게이트 전극과 오버랩되는 경우에, 다른 하나의 일단은 상기 게이트 전극의 가장자리부와 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 기판상에 블랙매트릭스와 칼라필터층이 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판.
- 제4항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 상기 활성층 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판.
- 제1항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판은 액정표시장치 (LCD) 및 유기전계 발광표시장치를 포함한 표시장치에 적용되는 것을 특징으로 하는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판.
- 기판상에 소스영역과 채널영역 및 드레인 영역으로 구성된 활성층을 형성하는 단계;
상기 활성층의 상기 채널영역 상에 게이트 절연막과 게이트 전극을 적층하는 단계;
상기 게이트 전극을 포함한 기판 전면에 상기 활성층의 소스영역과 드레인 영역을 노출시키는 층간 절연막을 형성하는 단계;
상기 층간 절연막 상에 상기 소스영역과 드레인 영역과 접촉하는 소스전극 및 드레인 전극을 형성하되, 상기 소스전극 또는 드레인 전극을 상기 게이트 전극과 오버랩되도록 형성하는 단계; 및
상기 드레인 전극을 포함한 상기 층간 절연막 상에 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법. - 제7항에 있어서, 상기 소스전극 또는 드레인 전극은 상기 게이트 전극과 오버랩되되, 상기 게이트 전극의 선 폭과 동일하거나 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 소스전극 및 드레인 전극 중 하나가 상기 게이트 전극과 오버랩되는 경우에, 다른 하나는 상기 게이트 전극의 가장자리부와 이격된 것을 특징으로 하는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 활성층을 형성하기 전에 상기 기판상에 블랙매트릭스와 칼라필터층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법.
- 제10항에 있어서, 상기 블랙매트릭스는 상기 활성층 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법.
- 제7항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터 어레이 기판은 액정표시장치 (LCD) 및 유기전계 발광표시장치를 포함한 표시장치에 적용되는 것을 특징으로 하는 표시장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법.
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| US20210327868A1 (en) * | 2020-04-16 | 2021-10-21 | Samsung Display Co., Ltd. | Display device |
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