KR20080110382A - LCD and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정표시소자 및 그 제조방법에 관해 개시한다. 개시된 액정표시소자는 게이트전극이 구비된 기판과, 기판 상에 형성된 게이트 절연막과, 게이트 절연막 위에 형성되며 차례로 적층된 비정질 실리콘막 및 불순물이 도핑된 실리콘막으로 이루어진 반도체층과, 반도체층을 가진 기판 상에 형성되며 일정 간격으로 이격 배치된 소오스전극 및 드레인전극을 포함한다.The present invention relates to a liquid crystal display device and a manufacturing method thereof. The disclosed liquid crystal display device includes a substrate having a gate electrode, a gate insulating film formed on the substrate, a semiconductor layer formed on the gate insulating film, and subsequently formed of an amorphous silicon film and a silicon film doped with impurities, and a substrate having a semiconductor layer. It includes a source electrode and a drain electrode formed on and spaced apart at regular intervals.
상기한 구성에 의하면, 본 발명은 차례로 적층된 비정질 실리콘막 및 불순물이 도핑된 실리콘막으로 이루어진 반도체층을 제공한다. 따라서, 본 발명은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 선형 이동도를 증가시켜 대면적 고해상도 제품에 적용이 용이하고 회로 집적을 보다 쉽게 할 수 있는 이점이 있다.According to the above configuration, the present invention provides a semiconductor layer composed of an amorphous silicon film and a silicon film doped with impurities in order. Accordingly, the present invention increases the linear mobility of the amorphous silicon thin film transistor, thereby making it easy to apply to large-area high-resolution products and to facilitate circuit integration.
Description
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도.1 is an exploded perspective view schematically illustrating a configuration of a general liquid crystal display device.
도 2는 일반적인 역 스테거드형(inverted staggered type TFT) 구조의 비정질 박막 트랜지스터의 구성을 도시한 단면도.2 is a cross-sectional view showing the configuration of an amorphous thin film transistor having a general inverted staggered type TFT structure.
도 3은 턴-온 상태에서 반도체층의 에너지 밴드를 나타낸 도면3 illustrates an energy band of a semiconductor layer in a turn-on state.
도 4는 드레인전압에 따른 저항 간의 관계를 도시한 그래프. 4 is a graph showing a relationship between resistances according to drain voltages.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 액정표시소자를 나타낸 평면도. 5 is a plan view showing a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6f는 도 5의 Ⅱ-Ⅱ`선의 절단면을 보인 공정별 단면도.6A to 6F are cross-sectional views of processes according to the cutting line taken along the line II-II ′ of FIG. 5.
도 7은 본 발명의 제 1실시예에서, 소오스전극 및 드레인전극이 게이트 전극과 서로 중첩되지 않는 구조를 보인 액정표시소자의 단면도.7 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device in which the source electrode and the drain electrode do not overlap with the gate electrode in the first embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제 1실시예에서 불순물 도핑 농도에 대한 전도도를 나타낸 도면.8 is a diagram showing conductivity with respect to impurity doping concentration in the first embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제 1실시예에서, 소오스전극과 채널 사이의 밴드 에너지 구조를 나타낸 도면.9 is a view showing a band energy structure between a source electrode and a channel in the first embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제 1실시예에 따른 반도체층을 적용할 경우, 종래와의 비교 그래프.10 is a graph comparing with the conventional case when the semiconductor layer according to the first embodiment of the present invention is applied.
본 발명은 액정표시소자 및 그 형성방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 박막 트랜지스터(Thin Flim Transistor)의 이동도를 높일 수 있는 액정표시소자 및 그 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device and a method of forming the same, and more particularly, to a liquid crystal display device and a method of forming the same, which can increase the mobility of a thin film transistor.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다. As the information society develops, the demand for display devices is increasing in various forms, and in recent years, liquid crystal display devices (LCDs), plasma display panels (PDPs), electro luminescent displays (ELD), and vacuum fluorescent (VFD) Various flat panel display devices such as displays have been studied, and some of them are already used as display devices in various devices.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비전 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다. Among them, LCD is the most widely used as the substitute for CRT (Cathode Ray Tube) for mobile image display device because of its excellent image quality, light weight, thinness, and low power consumption. In addition to the use of the present invention has been developed in a variety of monitors, such as television and computer for receiving and displaying broadcast signals.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이다. 이하에서는, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구성을 설명한다. 1 is an exploded perspective view schematically illustrating a configuration of a general liquid crystal display device. Hereinafter, a configuration of a general liquid crystal display device will be described with reference to FIG. 1.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 액정 표시 장치는, 화상을 표시하는 액정 패널(11)과, 상기 액정 패널(11)에 구동 신호를 인가하기 위한 구동부(미도시) 로 크게 구분될 수 있다. 여기서, 상기 액정 패널(11)은 일정 공간을 갖고 합착된 각각의 제 1, 2기판(B2)(B1)과, 상기 제 1, 제 2기판(B2)(B1)사이에 주입된 액정층(미도시)으로 구성된다. As shown in FIG. 1, a general liquid crystal display device may be classified into a
이때, 상기 제 1기판(박막 트랜지스터 어레이 기판)(B1)은 투명한 기판(22) 상에 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 라인(13)과, 상기 각 게이트 라인(13)과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 라인(15)과, 상기 각 게이트 라인(13)과 데이터 라인(15)이 교차하여 정의된 각 화소 영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극(17)과, 상기 게이트 라인(1)의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인(15)의 신호를 각 화소 전극(17)에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.In this case, the first substrate (thin film transistor array substrate) B1 is disposed on one side of the
그리고, 제 2기판(칼라 필터 어레이 기판)은 투명한 기판(5) 상에 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 차광층(6)과, 칼라 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층(8a)(8b)(8c)과, 화상을 구현하기 위한 공통 전극(18)이 형성되어 있다. In addition, the second substrate (color filter array substrate) includes a
도면에 도시되어 있지는 않지만, 이와 같은 상기 제 1, 제 2 기판(B1)(B2)은 스페이서(spacer)에 의해 일정 공간을 갖고 액정 주입구를 갖는 씨일(seal)재에 의해 합착되며, 상기 두 기판 사이에 액정이 주입되어 있다. Although not shown in the drawings, the first and second substrates B1 and B2 are bonded to each other by a seal material having a predetermined space by a spacer and having a liquid crystal injection hole. Liquid crystal is injected in between.
한편, 상기 제 1기판(B2)에 있어서, 박막 트랜지스터(T)는 활성층으로 반도체층을 이용한다. 상기 반도체층은 비정질 실리콘 또는 결정질 실리콘으로 형성된다. 이때, 상기 반도체층으로 비정질 실리콘을 이용할 경우, 저온에서 기상 퇴적법 으로 비교적 용이하게 제조되고 양산에 적합한 특징이 있다. In the first substrate B2, the thin film transistor T uses a semiconductor layer as an active layer. The semiconductor layer is formed of amorphous silicon or crystalline silicon. In this case, when amorphous silicon is used as the semiconductor layer, it is relatively easy to be produced by vapor phase deposition at a low temperature and has a feature suitable for mass production.
도 2는 역 스테거드형(inverted staggered type TFT) 구조의 비정질 박막 트랜지스터의 구성을 도시한 단면도이다. 이하에서는, 도 2를 통해 일반적인 액정표시소자의 비정질 박막 트랜지스터에 대해 알아본다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of an amorphous thin film transistor having an inverted staggered type TFT structure. Hereinafter, an amorphous thin film transistor of a general liquid crystal display device will be described with reference to FIG. 2.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 박막 트랜지스터는 투명한 절연기판(30)의 상에 게이트 전극(32)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극(32)은 알루미늄과 같은 저저항 금속을 이용할 수 있다. 이어, 상기 게이트 전극(32)을 가진 기판 상부에는 게이트 절연막(34)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 절연막(34)으로는 질화 실리콘 또는 산화 실리콘을 이용할 수 있다. As shown in FIG. 2, a general thin film transistor forms a
그 다음, 상기 게이트 절연막(34) 상에 비정질 실리콘막(a-Si crystalline) 및 불순물이 도핑된 실리콘막을 차례로 형성한다. 이때, 상기 비정질 실리콘막은 반도체층을 형성하기 위한 것으로서, 1500∼3000Å두께로 형성한다. Next, an amorphous silicon film (a-Si crystalline) and a silicon film doped with impurities are sequentially formed on the
이어, 상기 불순물이 도핑된 실리콘막 및 비정질 실리콘막을 패터닝하여 비정질 실리콘막으로 이루어진 반도체층(36)을 형성한다. 그 다음, 상기 반도체층(36)을 가진 기판 상에 제 2금속막을 형성한다. 이후, 상기 제 2금속막을 패터닝하여 소오스전극(40) 및 드레인전극(42)을 형성한다. 이어, 상기 소오스전극(40) 및 드레인전극(42)을 마스크로 하여 상기 반도체층(36)에 잔류된 불순물이 도핑된 실리콘막을 제거한다. 그 결과, 상기 소오스전극(40)/드레인전극(42) 및 반도체층(36) 사이에는 상기 불순물이 도핑된 실리콘막으로 이루어진 오믹콘택층(38)이 형성된다. Subsequently, the
이 후, 상기 오믹 콘택층(38)을 가진 기판 상에 이격된 소오스 전극(40)과 드레인 전극(42)을 형성한다.Thereafter, source and
이와 같이 상술한 종래기술에 따른 액정표시소자의 박막 트랜지스터에서는 반도체층으로 비정질 실리콘막을 사용하며, 반도체층과 소오스전극/드레인전극 사이에 오믹콘택층이 개재된다. 이때, 상기 오믹콘택층을 형성하는 과정에서, 상기 오믹콘택층이 채널 상에 잔류되지 않도록 하기 위해 상기 불순물이 도핑된 실리콘막을 과도하게 식각하게 된다. 따라서, 사전에 채널 두께 및 식각 마진을 고려하여 상기 반도체층 형성용 비정질 실리콘막을 충분히 두껍게 증착해야 하며, 이를 위해서 증착 시간을 오래 가져가야 한다. 그 결과, 생산성이 저하되는 문제점이 있다. As described above, in the aforementioned thin film transistor of the liquid crystal display device, an amorphous silicon film is used as the semiconductor layer, and an ohmic contact layer is interposed between the semiconductor layer and the source electrode / drain electrode. At this time, in the process of forming the ohmic contact layer, the silicon film doped with the impurity is excessively etched so that the ohmic contact layer does not remain on the channel. Therefore, the amorphous silicon film for forming the semiconductor layer should be deposited sufficiently thick in advance in consideration of the channel thickness and the etching margin, and the deposition time should be long for this purpose. As a result, there exists a problem that productivity falls.
도 3은 턴-온 상태에서 Ⅰ-Ⅰ`선 사이의 에너지 밴드를 나타낸 도면이다. 도 3에서, A영역은 소오스전극/드레인전극에 해당되고, B영역은 오믹콘택층에 해당되고 C영역은 반도체층에 해당된다. 또한, 도 4는 드레인전압에 따른 저항 간의 관계를 도시한 그래프이다. 도 4의 P부분은 비정질 실리콘인 반도체층에 의한 저항 성분에 해당된다. 3 is a diagram showing energy bands between lines I-I` in a turn-on state. In FIG. 3, region A corresponds to a source electrode / drain electrode, region B corresponds to an ohmic contact layer, and region C corresponds to a semiconductor layer. 4 is a graph showing the relationship between the resistances according to the drain voltages. Part P of FIG. 4 corresponds to a resistive component by a semiconductor layer which is amorphous silicon.
한편, 상기 채널은 게이트 절연막과 반도체층 계면 사이에 형성된다. 이러한 채널과 소오스전극 사이에는 높은 저항을 가지는 비정질의 반도체층이 위치하여 전체적인 채널 저항을 증가시키게 된다. 즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 오믹콘택층과 채널 사이에 에너지 장벽으로 작용하여 채널 저항(도 4의 P부분 참조)을 증가시키게 된다. 따라서, 박막 트랜지스터의 선형 이동도(약 0.4㎠/Vs에 해당됨)로 저하되는 문제점도 있다.Meanwhile, the channel is formed between the gate insulating film and the semiconductor layer interface. An amorphous semiconductor layer having a high resistance is positioned between the channel and the source electrode to increase the overall channel resistance. That is, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, it acts as an energy barrier between the ohmic contact layer and the channel to increase the channel resistance (see P part in FIG. 4). Therefore, there is also a problem of lowering the linear mobility (corresponding to about 0.4 cm 2 / Vs) of the thin film transistor.
상기 문제점을 해결하고자, 본 발명의 목적은 반도체층으로 차례로 적층된 비정질 실리콘막 및 불순물이 도핑된 실리콘막 구조를 적용함으로써, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 선형 이동도를 증가시키고 생산성을 확보할 수 있는 액정표시소자 및 그 형성방법을 제공하려는 것이다. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to apply an amorphous silicon film and an impurity doped silicon film structure sequentially stacked in a semiconductor layer, thereby increasing the linear mobility of the amorphous silicon thin film transistor and to ensure productivity SUMMARY To provide a display device and a method of forming the same.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명에 따른 액정표시소자는 게이트전극이 구비된 기판과, 기판 상에 형성된 게이트 절연막과, 게이트 절연막 위에 형성되며 차례로 적층된 비정질 실리콘막 및 불순물이 도핑된 실리콘막으로 이루어진 반도체층과, 반도체층을 가진 기판 상에 형성되며, 일정 간격으로 이격 배치된 소오스전극 및 드레인전극을 포함한다.In order to achieve the above object, the liquid crystal display device according to the present invention comprises a substrate having a gate electrode, a gate insulating film formed on the substrate, an amorphous silicon film formed on the gate insulating film and sequentially stacked and a silicon film doped with impurities And a source electrode and a drain electrode formed on the substrate having the semiconductor layer and the semiconductor layer and spaced apart at regular intervals.
상기 소오스전극 및 드레인전극은 일부위가 상기 게이트전극과 중첩되도록 형성되거나, 상기 게이트전극과 일정 간격으로 이격되도록 형성된다. The source electrode and the drain electrode are formed so that a portion thereof overlaps with the gate electrode, or is spaced apart from the gate electrode at a predetermined interval.
상기 불순물은 N2인 것이 바람직하다. It is preferable that the said impurity is N2.
상기 반도체층과 상기 소오스전극/드레인전극 사이에 개재된 오믹콘택층과, 소오스전극 및 드레인전극을 가진 기판 상에 형성되며 상기 드레인전극을 노출하는 콘택홀을 가진 보호막과, 보호막 상에 형성되며 상기 콘택홀을 덮는 화소전극을 더 포함한다. A protective film having an ohmic contact layer interposed between the semiconductor layer and the source electrode / drain electrode, a substrate having a source electrode and a drain electrode, and having a contact hole exposing the drain electrode; The semiconductor device may further include a pixel electrode covering the contact hole.
상기 게이트전극은 제 1게이트전극 및, 상기 제 1게이트전극과 병렬로 배치된 제 2게이트전극을 포함한다.The gate electrode includes a first gate electrode and a second gate electrode disposed in parallel with the first gate electrode.
본 발명에 따른 액정표시소자의 제조방법은 기판을 제공하는 단계와, 기판 상에 게이트전극을 형성하는 단계와, 게이트전극을 가진 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 게이트 절연막 위에 비정질 실리콘막 및 불순물이 도핑된 실리콘막을 차례로 형성하는 단계와, 불순물이 도핑된 실리콘막 및 비정질 실리콘막을 패터닝하여 반도체층을 형성하는 단계와, 반도체층을 가진 기판 상에 일정간격으로 이격 배치된 소오스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention comprises the steps of providing a substrate, forming a gate electrode on the substrate, forming a gate insulating film on the substrate having the gate electrode, an amorphous silicon film on the gate insulating film And sequentially forming an impurity doped silicon film, patterning an impurity doped silicon film and an amorphous silicon film, and forming a semiconductor layer at a predetermined interval on the substrate having the semiconductor layer. Forming an electrode.
상기 불순물이 도핑된 실리콘막 형성 단계는, 상기 실리콘막을 성장하면서 인-시튜로 상기 불순물을 도핑하는 것이 바람직하다. In the forming of the silicon film doped with the impurity, the dopant may be doped in-situ while growing the silicon film.
상기 불순물은 0.1∼10%로 도핑하는 것이 바람직하다. The impurity is preferably doped at 0.1 to 10%.
상기 비정질 실리콘막은 100∼800Å두께로 형성하고, 상기 불순물이 도핑된 실리콘막은 500∼2000Å두께로 형성하는 것이 바람직하다.Preferably, the amorphous silicon film is formed to have a thickness of 100 to 800 GPa, and the silicon film doped with the impurity is formed to have a thickness of 500 to 2000 GPa.
상기 불순물은 N2인 것이 바람직하다.It is preferable that the said impurity is N2.
상기 반도체층과 상기 소오스전극/드레인전극 사이에 오믹콘택층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 소오스전극 및 드레인전극을 가진 기판 상에 상기 드레인전극을 노출하는 콘택홀을 가진 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막 상에 상기 콘택홀을 덮는 화소전극을 형성하는 단계를 더 포함한다. Forming an ohmic contact layer between the semiconductor layer and the source electrode / drain electrode, and forming a passivation layer having a contact hole exposing the drain electrode on a substrate having the source electrode and the drain electrode; The method may further include forming a pixel electrode covering the contact hole on the passivation layer.
상기 게이트전극은 상기 기판 상에 금속막을 형성하는 단계와, 금속막을 패터닝하여 제 1게이트전극 및, 상기 제 1게이트전극과 병렬로 배치된 제 2게이트전극을 형성하는 단계를 포함한다.The gate electrode may include forming a metal film on the substrate, and patterning the metal film to form a first gate electrode and a second gate electrode disposed in parallel with the first gate electrode.
(실시예)(Example)
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described embodiments of the present invention.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 액정표시소자를 나타낸 평면도이다. 5 is a plan view illustrating a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 액정표시소자는 제 1기판(미도시)상에 화소영역을 정의하기 위하여 일정한 간격을 갖고 일 방향으로 복수개의 게이트 라인(121)이 배열되고, 상기 게이트 라인(121)에 수직한 방향으로 일정한 간격을 갖고 복수개의 데이터 라인(131)이 배열된다. As shown in FIG. 5, the liquid crystal display according to the first exemplary embodiment of the present invention has a plurality of
그리고 상기 게이트 라인(121)과 데이터 라인(131)이 교차되어 정의된 각 화소영역에는 매트릭스 형태로 형성되는 화소전극(119)과, 상기 게이트 라인(121)의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인(131)의 신호를 상기 각 화소전극(119)에 전달하는 복수 개의 박막 트랜지스터(T1)가 형성된다. Each pixel region defined by crossing the
여기서, 상기 박막 트랜지스터(T1)는 상기 게이트 라인(121)으로부터 돌출되어 형성되는 게이트 전극(103)과, 게이트전극(103)을 가진 기판 전면에 형성된 게이트 절연막(도면에는 도시되지 않음)과, 상기 게이트 전극(103) 상측의 게이트 절연막 위에 형성되는 반도체층(108)과, 상기 데이터 라인(131)으로부터 돌출되어 형성되는 소오스 전극(113S)과, 상기 소오스 전극(113S)에 일정한 간격을 갖고 형성되는 드레인 전극(113D)을 포함하여 구성되어 있다. 이때, 상기 반도체층(108)은 차례로 적층된 비정질 실리콘막 및 불순물이 도핑된 실리콘막으로 이루어진다. 여기서, 상기 불순물이 도핑된 실리콘막에는 불순물로서 질소가 도핑되어 있다. The thin film transistor T1 may include a
한편, 상기 박막 트랜지스터(T1)를 가진 기판 상에는 보호막(미도시)이 형성 된다. 상기 보호막에는 상기 드레인전극(113D)을 노출하는 콘택홀(117H)이 형성된다. 그리고, 상기 보호막 위에는 상기 콘택홀(117H)을 통해 상기 드레인 전극(113D)과 전기적으로 연결되는 화소전극(119)이 형성된다.On the other hand, a protective film (not shown) is formed on the substrate having the thin film transistor T1. A
상기와 같이 구성된 제 1기판은 제 2기판(미도시)과 합착된다. 이때, 상기 제 2기판은, 도시되지 않았지만, 기판에 형성된 화소영역과 각각 대응되는 개구부를 가지며 광 차단 역할을 수행하는 차광층(블랙 매트릭스(black matrix)에 해당됨)과, 칼라 색상을 구현하기 위한 적/녹/청(R/G/B) 컬러 필터층 및 공통전극을 포함하여 구성되어 있다. The first substrate configured as described above is bonded to the second substrate (not shown). At this time, although not shown, the second substrate has a light blocking layer (corresponding to a black matrix) and an opening to correspond to the pixel regions formed on the substrate and serves as a light blocking layer, and to implement color. It is composed of a red / green / blue (R / G / B) color filter layer and a common electrode.
이와 같은 제 1기판과 제 2기판은 스페이서(spacer)(미도시)에 의해 일정 공간을 가지며, 액정 주입구(미도시)를 갖는 실(seal)재(미도시)에 의해 합착된다. 한편, 기판과 제 2기판 사이에는 상기 액정 주입구를 통해 액정이 주입된다. The first substrate and the second substrate have a predetermined space by a spacer (not shown), and are bonded by a seal member (not shown) having a liquid crystal injection hole (not shown). Meanwhile, liquid crystal is injected between the substrate and the second substrate through the liquid crystal injection hole.
도 6a 내지 도 6f는 도 5의 Ⅱ-Ⅱ`선의 절단면을 보인 공정별 단면도이다. 여기서, 도 6a 내지 도 6e는 역 스테거드형 구조의 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 예로 하여 본 발명의 제 1실시예에 따른 액정표시소자의 형성을 도시한 것이다. 도 6a 내지 도 6f를 참고로 하여 상기 구성을 가진 본 발명의 제 1실시예에 따른 액정표시소자의 박막 트랜지스터 형성방법을 설명하면 다음과 같다.6A to 6F are cross-sectional views of processes according to the cutting line taken along the line II-II ′ of FIG. 5. 6A to 6E illustrate the formation of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention by using an amorphous silicon thin film transistor having an inverted staggered structure as an example. 6A to 6F, a method of forming a thin film transistor of a liquid crystal display device according to a first exemplary embodiment of the present invention having the above configuration will be described below.
도 6a에 도시한 바와 같이, 제 1기판(100)상에 제 1 금속막을 형성하고, 포토리쏘그라피 공정에 의해 상기 제 1금속막을 패터닝하여 게이트 전극(103)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극(103)과 함께 게이트 라인도 형성된다. 또한, 상기 제 1기판(100)과 상기 게이트 전극(103) 사이에 완충막(101)을 더 형성할 수 있다. As shown in FIG. 6A, a first metal film is formed on the
이어, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(103)을 가진 제 1기판 상에 게이트 절연막(105)을 형성한다. 이때, 상기 게이트 절연막(105)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막을 이용할 수 있다.Subsequently, as illustrated in FIG. 6B, a
그 다음, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막(105) 상에 비정질 실리콘막(107) 및 제 1불순물이 도핑된 실리콘막(109)을 연속 증착한다. 이때, 상기 비정질 실리콘막(107)은 100∼800Å 두께로 형성하고, 상기 WP1불순물이 도핑된 실리콘막(109)은 500∼2000Å 두께로 형성한다. 또한, 상기 제1불순물이 도핑된 실리콘막(109)은 실리콘을 성장하면서 인-시튜(in-situ)로 불순물을 도핑처리하여 형성한다. 한편, 상기 불순물 도핑 처리 공정에서, 상기 불순물 도핑농도는 0.1∼10%로 한다. 여기서, 상기 불순물은 질소를 이용한다.6C, an
상기 비정질 실리콘막(107) 및 상기 제 1불순물이 도핑된 실리콘막(109) 형성 공정에 대해 알아보면 다음과 같다. A process of forming the
실제로, 증착장비 내로 상기 N2 와 SiH4를 공급하되, 상기 [N2]/[SiH4]의 비율이 20%가 되도록 가스를 공급하여 상기 비정질 실리콘막(107)을 형성한 결과, 선형 이동도가 0.55㎠/Vs로 증가되었다.In fact, while supplying the N2 and SiH4 into the deposition equipment, by supplying a gas such that the ratio of [N2] / [SiH4] to 20% to form the
이 후, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 제 1불순물이 도핑된 실리콘막 상에 제 2불순물이 도핑된 실리콘막(111)을 형성한다. 이때, 상기 제 2불순물이 도핑된 실리콘막(111)은 오믹콘택층 형성을 위한 것이다.Thereafter, as illustrated in FIG. 6D, the
이어, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2불순물이 도핑된 실리콘막, 제 1 불순물이 도핑된 실리콘막 및 비정질 실리콘막을 패터닝하여 반도체층(108)을 형성한다. 여기서, 상기 반도체층(108)은 차례로 적층된 제 1불순물이 도핑된 실리콘막 및 비정질 실리콘막으로 구성된다.6E, the
그 다음, 상기 반도체층(108)을 가진 제 1기판 상에 제 2금속막을 형성한다. 이때, 상기 제 2금속막은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등의 도전성 금속을 이용한다. 그 다음, 상기 제 2금속막을 패터닝하여 소오스전극(113S) 및 드레인전극(113D)을 형성한다. 이때, 상기 소오스전극(113S) 및 드레인전극(113D)은, 일부위가 상기 게이트전극(103)과 중첩되도록 형성될 수 있다.Next, a second metal film is formed on the first substrate having the
도 7은 본 발명의 제 1실시예 중에서, 상기 소오스전극(113S) 및 드레인전극(113D)이 게이트 전극(103)과 서로 중첩되지 않는 구조를 보인 액정표시소자의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device having a structure in which the
상술한 것 이외에도, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 소오스전극(113S) 및 드레인전극(113D)은 상기 게이트전극(103)과 중첩되지 않고 일정 간격으로 이격되도록 형성할 수도 있다. 이 경우, 게이트 전극(103)과 소오스전극(113S) 간의 캐패시턴스(Cgs)가 없어 킥백(kickback)전압이 생기지 않는다.In addition to the above, as shown in FIG. 7, the
이어, 상기 소오스전극(113S) 및 드레인전극(113D)을 마스크로 하여 상기 반도체층(108) 상에 잔류된 제 2불순물이 도핑된 실리콘막을 제거한다. 그 결과, 상기 소오스전극(113S)/드레인전극(113D)과 반도체층(108) 사이에는 상기 제 2불순물이 도핑된 실리콘막으로 이루어진 오믹콘택층(112)이 형성된다. Subsequently, the silicon film doped with the second impurity remaining on the
그 다음, 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 오믹콘택층(112)을 가진 제 1기판 상에 보호막(117)을 형성한다. 이때, 상기 보호막(117)은 무기보호막 또는 유기보호막일 수 있다. 이어, 상기 보호막(117)을 패터닝하여 상기 드레인전극(113D)을 노출하는 콘택홀(117H)을 형성한다. 이 후, 상기 콘택홀(117H)을 가진 제 1기판 위에 투명도전막을 형성한다. 이때, 상기 투명도전막은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 이용한다. 이어, 상기 투명도전막을 패터닝하여 콘택홀(117H)을 덮는 화소전극(119)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 6F, the
상술한 방법에 의해 얻어지는 본 발명의 제 1실시예에 따른 액정표시소자는, 도 5 및 도 6f에 도시된 바와 같이, 게이트전극(55)이 구비된 제 1기판(100)과, 제 1기판(100) 상에 형성된 게이트 절연막(101)과, 게이트 절연막(101) 위에 형성되며 차례로 적층된 비정질 실리콘막 및 제 1불순물이 도핑된 실리콘막으로 이루어진 반도체층(108)과, 상기 반도체층(108)을 가진 제 1기판 상에 형성되며 일정 간격으로 이격 배치된 소오스전극(113S1) 및 드레인전극(113D1)과, 상기 반도체층(108)과 상기 소오스전극/드레인전극(113S)(113D) 사이에 개재된 오믹콘택층(112)을 포함하여 구성된다.In the liquid crystal display device according to the first embodiment of the present invention obtained by the above-described method, as shown in FIGS. 5 and 6F, the
이때, 상기 소오스전극(113S) 및 드레인전극(113D)은 일부위가 상기 게이트전극(103)과 중첩되도록 형성될 수도 있고, 또는 상기 게이트전극(103)과 일정 간격으로 이격되도록 형성될 수도 있다. In this case, a portion of the
상기 비정질 실리콘막은 100∼800Å두께를 가지고, 상기 제 1불순물이 도핑된 실리콘막은 500∼2000Å두께를 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 제 1불순 물은 질소일 수 있다. Preferably, the amorphous silicon film has a thickness of 100 to 800 GPa, and the silicon film doped with the first impurity has a thickness of 500 to 2000 GPa. Here, the first impurity may be nitrogen.
한편, 상기 소오스전극/드레인전극(113S)(113D)을 가진 제 1기판 상에 형성된 보호막(117)과, 상기 보호막(117)을 관통하여 상기 드레인전극(113D)을 노출하는 콘택홀(117H)과, 상기 보호막(117) 상에 형성되며 상기 콘택홀(117H)을 덮는 화소전극(119)을 더 포함한다.Meanwhile, a
도 8은 본 발명의 제 1실시예에서 처럼, 차례로 적층된 비정질 실리콘막 및 제 1불순물이 도핑된 실리콘막으로 구성된 반도체층을 적용할 경우, 불순물 도핑 농도에 대한 전도도를 나타낸 것이다. 도 8에서, rp(P도핑 레벨)= [PH3]/[SiH4], rN (N도핑 레벨)=[N2]/[SiH4]이다. FIG. 8 shows the conductivity with respect to the impurity doping concentration when applying a semiconductor layer composed of an amorphous silicon film and a first impurity doped silicon film, which are sequentially stacked as in the first embodiment of the present invention. In Fig. 8, r p (P doping level) = [PH3] / [SiH4] and r N (N doping level) = [N2] / [SiH4].
도 9는 본 발명의 제 1실시예에서, 소오스전극과 채널 사이의 밴드 에너지 구조를 나타낸 것이다. 도 9에서, A`영역은 소오스전극/드레인전극에 해당되고, B`영역은 오믹콘택층에 해당되고 C`영역은 반도체층에 해당된다. 9 illustrates a band energy structure between a source electrode and a channel in the first embodiment of the present invention. In FIG. 9, the region A ′ corresponds to a source electrode / drain electrode, the region B ′ corresponds to an ohmic contact layer, and the region C ′ corresponds to a semiconductor layer.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예 처럼 반도체층으로 차례로 적층된 비정질 실리콘막 및 제 1불순물이 도핑된 실리콘막 구조를 적용하고, 상기 제 1불순물로 질소를 이용할 경우, 질소 도핑에 의해 소오스전극에 주입된 전자는 기존의 도 2와 비교하여 에너지벽이 낮으며, 이러한 낮은 에너지벽을 쉽게 넘어 전도가 될 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 9, when the amorphous silicon film and the first impurity doped silicon film structure are sequentially applied to the semiconductor layer as in the first embodiment of the present invention, nitrogen is used as the first impurity. Electrons injected into the source electrode by doping have a lower energy wall than that of FIG. 2 and can be easily conducted beyond the low energy wall.
도 10은 본 발명의 제 1실시예에 따른 반도체층을 적용할 경우, 종래와의 전달특성을 비교한 그래프로서, 종래과 대비하여 전달특성이 우수해짐을 알 수 있다.10 is a graph comparing the transfer characteristics with the conventional case when the semiconductor layer according to the first embodiment of the present invention is applied, and it can be seen that the transfer characteristics are excellent as compared with the conventional one.
이와 같이, 본 발명의 제 1실시예에서는 반도체층으로 차례로 적층된 비정질 실리콘막 및 제 1불순물이 도핑된 실리콘막 구조를 적용함으로써, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 선형 이동도를 증가시켜 대면적 고해상도 제품에 적용이 가능하며, 회로 집적을 보다 쉽게 할 수 있다. As described above, in the first embodiment of the present invention, by applying the amorphous silicon film and the first impurity doped silicon film structure sequentially stacked in the semiconductor layer, the linear mobility of the amorphous silicon thin film transistor is increased to provide a large-area high-resolution product. It is possible to apply and make the circuit integration easier.
본 발명에 따르면, 차례로 적층된 비정질 실리콘막 및 불순물이 도핑된 실리콘막으로 이루어진 반도체층을 제공한다. 따라서, 본 발명은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터의 선형 이동도를 증가시켜 대면적 고해상도 제품에 적용이 용이하고 회로 집적을 보다 쉽게 할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, there is provided a semiconductor layer comprising an amorphous silicon film and a silicon film doped with impurities in order. Accordingly, the present invention increases the linear mobility of the amorphous silicon thin film transistor, thereby making it easy to apply to large-area high-resolution products and to facilitate circuit integration.
또한, 본 발명은, 반도체층 형성 시에, 비정질 실리콘막 위에 불순물이 도핑된 실리콘막을 한층 더 형성함으로써, 이후의 오믹콘택층 형성을 위한 식각 공정에서 비정질 실리콘막의 식각 마진을 고려할 필요가 없다. 즉, 기존에 비해 비정질 실리콘막을 얇게 형성할 수 있으므로, 증착에 따른 공정 시간을 단축시켜 생산성이 증대된다.In addition, in the present invention, when the semiconductor layer is formed, an impurity doped silicon film is further formed on the amorphous silicon film, so that the etching margin of the amorphous silicon film need not be considered in the subsequent etching process for forming the ohmic contact layer. That is, since the amorphous silicon film can be formed thinner than the conventional one, the productivity is increased by shortening the process time due to the deposition.
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