KR100483526B1 - Thin film transistor and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 알루미늄 합금막과 접촉하는 접촉층을 미세결정 실리콘층으로 형성하여 소스 및 드레인 전극을 저저항의 단일막으로 형성하고 스파이크 현상을 방지한다. 또한, 알루미늄 합금막과 ITO와의 접촉 특성이 좋지 않기 때문에 알루미늄 합금막과 ITO막 사이에 상부에 알루미늄-실리콘 합금막을 추가한다.The present invention relates to a thin film transistor and a method of manufacturing the same, wherein a contact layer in contact with an aluminum alloy film is formed of a microcrystalline silicon layer to form a source and drain electrode as a single film having a low resistance and to prevent spike phenomenon. In addition, since the contact characteristics between the aluminum alloy film and ITO are not good, an aluminum-silicon alloy film is added between the aluminum alloy film and the ITO film.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)을 이용한 박막 트랜지스터에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor, and more particularly, to a thin film transistor using aluminum (Al) or an aluminum alloy (Al alloy).
일반적으로 액정 표시 장치의 배선은 신호가 전달되는 수단으로 사용되므로 신호 지연 및 단선을 억제하는 것이 요구된다.In general, since the wiring of the liquid crystal display device is used as a means for transmitting a signal, it is required to suppress signal delay and disconnection.
일반적으로 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(thin film transistor liquid crystal display)가 고정세, 대면적화에 대응하기 위해서는 저저항 금속을 이용하여 배선 및 박막 트랜지스터를 형성하는 것이 중요한 과제이다. In general, in order to cope with high definition and large area of a thin film transistor liquid crystal display, it is an important problem to form a wiring and a thin film transistor using a low resistance metal.
현재까지 가장 많이 사용되고 있는 금속으로는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo alloy), 타이타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등이 있으며, 이 중에서 가장 낮은 비저항을 가지는 알루미늄, 또는 알루미늄 합금을 사용하는 것이 일반적이다. The most used metals to date include aluminum (Al), aluminum alloy (Al alloy), chromium (Cr), molybdenum (Mo), molybdenum alloy (Mo alloy), titanium (Ti), tantalum (Ta), and the like. It is common to use aluminum or aluminum alloy which has the lowest specific resistance among these.
그러나, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)을 사용하는 경우에는 결정이 성장하는 힐록(hillock) 현상이 나타난다. 또한, 액정 표시 장치에서와 같이 ITO(indium tin oxide)와 접촉이 있는 경우에는 ITO 식각액에 의해 배터리 효과(battery effect) 현상이 발생하게 되거나 비정질 실리콘층과 접촉하게 되면 스파이크(spike) 현상이 발생하여 보호용 금속막을 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 상부 또는 하부에 형성한다.However, in the case of using aluminum (Al) or aluminum alloy (Al alloy), a hillock phenomenon in which crystal grows appears. In addition, when there is contact with indium tin oxide (ITO) as in a liquid crystal display, a battery effect may occur due to the ITO etchant, or a spike may occur when contacted with an amorphous silicon layer. A protective metal film is formed on top or bottom of aluminum or aluminum alloy.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 기술에 따른 박막 트랜지스터의 구조에 대하여 설명하면 다음과 같다.Next, a structure of a thin film transistor according to the related art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 기술에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a thin film transistor according to the prior art.
도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 박막 트랜지스터는 기판(1)의 상부에는 알루미늄 합금(Al-Nd)막으로 이루어진 게이트 전극(2)과 게이트 전극(2)을 덮는 게이트 절연막(3)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(3)의 상부에는 비정질 실리콘층으로 이루어진 반도체층(4) 및 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 접촉층(5)이 차례로 형성되어 있다. 접촉층(5)은 게이트 전극(2)에 대응하는 부분에서 두 부분으로 분리되어 있으며, 각각의 접촉층(5) 및 게이트 절연막(3) 상부에는 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막으로 이루어진 소스 및 드레인 전극(7, 8)이 차례로 형성되어 있다. 기판(1)의 상부에는 소스 및 드레인 전극(7, 8)을 덮으며, 드레인 전극(8)의 상부에 개구부(9)를 가지는 보호막(11)이 형성되어 있다. 보호막(11)의 상부에는 개구부(9)를 통하여 드레인 전극(8)과 연결되어 있는 화소 전극(12)이 형성되어 있다.As shown in FIG. 1, in the conventional thin film transistor, a
이러한 종래의 박막 트랜지스터에서는 소스 및 드레인 전극(7, 8)의 알루미늄 합금막이 접촉층(5)의 비정질 실리콘층과 접촉하여 스파이크 현상이 발생하는 것을 방지하기 금속으로 이루어진 보호용 막(6)이 형성되어 있다.In such a conventional thin film transistor, a
따라서, 이러한 박막 트랜지스터의 제조 방법에서는 보호용 막(6)을 형성해야하는 공정이 추가된다.Therefore, in the manufacturing method of such a thin film transistor, the process which should form the
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소스 및 데이터 전극을 단일막으로 형성하여 박막 트랜지스터의 제조 공정을 단순화하고 제품의 특성을 향상시키는 것이 그 과제이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve this problem, and the problem is to simplify the manufacturing process of the thin film transistor and improve the product characteristics by forming the source and data electrodes in a single layer.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터는 기판의 상부에 게이트 전극이 형성되어 있고, 게이트 전극을 덮는 게이트 절연막의 상부에 형성된 반도체층이 미세결정 실리콘층으로 형성되어 있다. 반도체층의 상부에는 소스 및 드레인 전극이 형성되어 있다.In the thin film transistor according to the present invention, a gate electrode is formed on the substrate, and a semiconductor layer formed on the gate insulating film covering the gate electrode is formed of a microcrystalline silicon layer. Source and drain electrodes are formed on the semiconductor layer.
게이트 전극과 소스 및 드레인 전극은 알루미늄 합금막 또는 몰리브덴 합금막의 단일막이거나 알루미늄 합금막의 상부에 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금막을 추가한 이중막으로 형성할 수 있다.The gate electrode and the source and drain electrodes may be formed as a single film of an aluminum alloy film or a molybdenum alloy film or as a double film in which a molybdenum film or a molybdenum alloy film is added on top of the aluminum alloy film.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법에서는 미세결정 실리콘을 증착하고 패터닝하여 반도체층을 형성한다.In the method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention, microcrystalline silicon is deposited and patterned to form a semiconductor layer.
이러한 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에서는 소스 및 드레인 전극의 알루미늄 합금막과 미세결정 실리콘층의 반도체층이 집적 접촉해도 스파이크 현상을 발생하지 않는다.In the thin film transistor and the manufacturing method thereof according to the present invention, the spike phenomenon does not occur even when the aluminum alloy film of the source and drain electrodes and the semiconductor layer of the microcrystalline silicon layer are integrated into contact.
여기서, 스파이크 현상을 본 발명에 따른 실시예에서 상세하게 설명하기로 한다. Here, the spike phenomenon will be described in detail in the embodiment according to the present invention.
또한, 미세결정 실리콘은 비정질 실리콘보다 전자 이동도가 좋다.Microcrystalline silicon also has better electron mobility than amorphous silicon.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.Then, embodiments of the thin film transistor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can be easily implemented.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 도시한 단면도이다. 2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
기판(100) 위에 게이트 전극(200) 및 그 상부에 보호용 막(600)이 형성되어 있다. 게이트 전극(200)은 알루미늄 합금막 또는 몰리브덴 합금막의 단일막 또는 알루미늄 합금막을 하부막으로 하고 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금막을 상부막으로 하는 이중막으로 형성할 수 있다.The
게이트 전극(200) 위에는 산화막 또는 질화막으로 이루어진 게이트 절연층(300)이 형성되어 있다. A
게이트 전극(200) 상부의 게이트 절연층(300) 위에는 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)층의 반도체층(400) 및 n+ 불순물로 고농도로 도핑된 미세결정 실리콘층의 접촉층(510, 520)이 게이트 전극(200)을 중심으로 양쪽에 형성되어 있다.The
게이트 절연층(300) 및 한 쪽 도핑된 미세결정 실리콘층(510) 위에는 소스 전극(700)이 형성되어 있으며, 소스 전극(700)의 맞은 편에 위치한 도핑된 미세결정 실리콘층(520) 위에는 드레인 전극(800)이 형성되어 있다. 여기서, 소스 및 드레인 전극(700, 800)은 알루미늄 합금막 또는 몰리브덴 합금막의 단일막 또는 알루미늄 합금막을 하부막으로 하고 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금막을 상부막으로 하는 이중막으로 형성할 수 있다.A
기판(100) 상부에는 소스 및 드레인 전극(700, 800)을 덮는 보호막(110)이 형성되어 있으며, 이 보호막(110)에는 드레인 전극(800)을 노출시키는 개구부(900)가 형성되어 있다.A
마지막으로, 보호막(110) 위에는 개구부(900)를 통하여 드레인 전극(800)과 연결되어 있으며 ITO로 만들어진 화소 전극(120)이 형성되어 있다.Finally, a
여기서, 소스 및 드레인 전극(700, 800)을 네오비듐(Nd)을 포함하는 알루미늄 합금(Al-Nd)막으로 형성하는 경우에는, 알루미늄 합금(Al-Nd)막이 화소 전극(120)의 ITO와 접촉하여 배터리 효과를 발생시킬 수 있으므로 실리콘(Si)을 포함하는 알루미늄-실리콘 합금(Al-Si alloy)막을 알루미늄 합금(Al-Nd)막의 상부에 형성하거나, 알루미늄 합금(Al-Nd)을 제외한 알루미늄-실리콘 합금(Al-Si alloy)막의 단일막만을 사용하여 배터리 효과를 방지한다.Here, in the case where the source and
이렇게, 알루미늄 합금막의 소스 및 드레인 전극(700, 800)의 하부에 미세결정 실리콘층(510, 520)을 형성하면 종래의 기술에서 접촉층(5)을 비정질 실리콘층으로 형성하는 경우에 발생하던 스파이크 현상을 방지할 수 있다.As such, when the
여기서, 스파이크 현상이란 실리콘층의 상부에 알루미늄과 같은 금속층을 형성하고 열처리하면 실리콘이 알루미늄에 용해되고 냉각시킬 때 두 층의 계면에 접촉층인 재결정층을 형성되는데, 재결정이 국부적으로 깊게 또는 넓게 형성되어 소자의 불량이 야기되는 것을 말한다.Here, the spike phenomenon is that when a metal layer such as aluminum is formed on top of the silicon layer and heat treated, a recrystallized layer, which is a contact layer at the interface between the two layers when silicon is dissolved and cooled in aluminum, is formed deeply or broadly. It means that the failure of the device is caused.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터를 제조하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Next, a method of manufacturing a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention will be described.
투명한 절연 기판(100) 위에 알루미늄 합금막 또는 몰리브덴 합금막을 적층하고 마스크를 이용하여 사진 식각하여 단일막의 게이트 전극(200)을 형성한다. 이중막으로 게이트 전극(200)을 형성하는 경우에는 알루미늄 합금막을 하부막으로 하부막으로 하고 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금막을 상부막으로 형성할 수 있다. 여기서, 게이트 전극(200)의 상부에 보호용 막(600)을 형성하는 방법으로는 양극 산화 방법을 이용하거나 앞에서 설명한 이중막을 형성한다.An aluminum alloy layer or a molybdenum alloy layer is stacked on the transparent
질화규소로 이루어진 게이트 절연층(300), 수소화된 비정질 실리콘층 및 N형의 불순물로 고농도로 도핑된 수소화된 미세결정 실리콘층을 차례로 적층한 후, 도핑된 미세결정 실리콘층의 접촉층(510, 520) 및 비정질 실리콘층의 반도체층(400)을 마스크로 이용하여 사진 식각한다.The
알루미늄 합금막을 적층한 후, 마스크를 이용하여 식각하여 소스 전극(700) 및 드레인 전극(800)은 데이터 패턴을 형성한다. After the aluminum alloy layer is stacked, the
소스 및 드레인 전극(700, 800)은 몰리브덴 합금의 단일막으로 형성할 수 있으며, 종래의 기술과 다르게 접촉층(510, 520)을 미세결정 실리콘층으로 형성함으로써 단일막으로도 스파이크 현상을 방지할 수 있는 동시에 저저항을 기지는 소스 및 드레인 전극(700, 800)을 형성함으로 대면적 및 고정세화에 대응할 수 있다.The source and
이어, 소스 및 드레인 전극(700, 800)을 마스크로 삼아 노출된 도핑된 미세결정 실리콘층(510, 520)을 식각하여 게이트 전극(200)을 중심으로 양쪽으로 분리시키는 한편, 양 도핑된 미세결정 실리콘층의 접촉층(510, 520) 사이의 비정질 실리콘층의 반도체층(400)을 노출시킨다.Subsequently, the exposed doped
보호막(110)을 적층한 후 마스크를 이용하여 사진 식각하여 드레인 전극(800) 상부를 노출시키는 개구부(900)를 형성한다.After the
이때, 드레인 전극(800)을 알루미늄 합금(Al-Nd)막으로 형성하는 경우에는 알루미늄 합금(Al-Nd)막의 상부에 알루미늄-실리콘 합금(Al-Si-alloy)을 형성하거나 알루미늄-실리콘 합금의 단일막을 사용하도록 한다. In this case, when the
마지막으로, ITO를 적층하고 마스크를 이용하여 식각하여, 개구부(900)를 통하여 드레인 전극(800)과 접속되는 화소 전극(120)을 형성한다.Finally, ITO is stacked and etched using a mask to form the
드레인 전극(800)의 알루미늄 합금(Al-Nd)막 상부에 알루미늄-실리콘 합금(Al-Si-alloy)을 형성하여 ITO와 알루미늄 합금막의 접촉으로 인하여 발생하는 배터리 효과를 방지할 수 있다. By forming an aluminum-silicon alloy (Al-Si-alloy) on the aluminum alloy (Al-Nd) film of the
따라서, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법에서는 접촉층을 미세결정 실리콘층으로 형성함으로써 소스 및 드레인 전극을 알루미늄 합금막으로 형성하더라도 스파이크 현상을 방지할 수 있는 동시에 단일막 형성으로서 제조 공정을 단순화할 수 있다. 또한, ITO와의 접촉을 방지하기 위하여 알루미늄 합금막의 상부에 알루미늄-실리콘 합금막을 형성하여 배터리 효과를 방지할 수 있다. Therefore, in the thin film transistor and the manufacturing method according to the present invention, by forming the contact layer as a microcrystalline silicon layer, even if the source and drain electrodes are formed of an aluminum alloy film, the spike phenomenon can be prevented and the manufacturing process is simplified as a single film formation. can do. In addition, in order to prevent contact with ITO, an aluminum-silicon alloy film may be formed on the aluminum alloy film to prevent battery effects.
도 1은 종래의 기술에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 도시한 단면도이고,1 is a cross-sectional view showing the structure of a thin film transistor according to the prior art,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 구조를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a structure of a thin film transistor according to an exemplary embodiment of the present invention.
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