KR20040056171A - 다결정 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용어레이기판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다결정 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법은 기판 상에 스위칭 영역과 스토리지 영역을 정의하는 단계와; 상기 스위칭 영역과 스토리지 영역에 다결정 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 스위칭 영역의 일부 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트 패턴이 위치한 영역을 제외한 다결정 실리콘층의 표면에 불순물 이온을 도핑하는 단계와; 상기 PR패턴을 제거한 후, 상기 다결정층과 절연막을 사이에 두고 상기 PR패턴이 위치한 자리에 이보다 넓은 면적의 게이트 전극과, 상기 스토리지 영역에 대응하여 절연막을 사이에 두고 스토리지 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극과 스토리지 전극이 형성된 기판의 전면에 제 1 보호막을 형성하고 패턴하여, 상기 게이트 전극 양측으로 불순물이 도핑된 다결정층을 노출하는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 제 1 콘택홀과 접촉하는 소스 전극과, 상기 제 2 콘택홀과 접촉하는 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 다결정 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 박막트랜지스터는 액정표시장치 또는 유기전계 발광소자의 스위칭 또는 구동소자로 사용되며, 게이트 전극과 액티브층과 소스 전극과 드레인 전극으로 구성된다.
전술한 박막트랜지스터의 구성에서 상기 액티브층은 비정질 실리콘 또는 폴리실리콘(또는 다결정 실리콘)을 사용하며, 특히 폴리실리콘은 비정질 실리콘에 비하여 결정구조가 규칙적이고 결정립의 크기가 크기 때문에, 박막트랜지스터를 형성하면 100배 이상의 높은 전계이동도를 가진다.
이러한 다결정 박막트랜지스터의 액티브층은 비정질 실리콘을 엑시머 레이저방법 또는 고상결정화 방법, 금속을 증착하고 열처리하는 방법등을 통하여 결정화할 수 있다.
도 1은 종래에 따른 다결정 실리콘 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 기판(10)상에 일 방향으로 연장되고 서로 평행하게 이격된 게이트 배선과(18) 스토리지 배선(20)이 구성된다.
상기 게이트 배선 및 스토리지 배선(18,20)과 수직하게 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(22)이 구성된다.
이때, 상기 화소영역(P)에는 게이트 전극(18, 게이트 배선의 일부임)과 다결정 액티브층(14)과 소스 전극(28)과 드레인 전극(30)을 포함하는 박막트랜지스터(T)가 구성되고, 상기 스토리지 배선(20)의 일부 상부에 보조 용량부(CST)가 구성된다.
이때, 상기 보조 용량부(CST)의 제 1 전극은 스토리지 배선(20)이고 이와는 절연막을 사이에 두고 위치하는 다결정 액티브층(14)이 제 2 전극이다.
전술한 구성에서, 상기 게이트 전극(18)의 양측과 스토리지 배선(20)에 대응하는 다결정 액티브층(14)의 표면에는 p+이온이 도핑된 상태이므로, 상기 스토리지배선(20)의 하부에 위치한 다결정층은 전극으로 사용될 수 있다.
상기 화소영역(P)에는 상기 스토리지 배선(20)의 상부로 연장되어 드레인 전극(30)과 접촉한 화소전극(36)이 구성된다.
전술한 구성에서, 상기 게이트 전극(18)의 양측과 스토리지 배선(20)에 대응하는 다결정 액티브층(14)의 표면에 p+이온을 도핑하기 위해서는 두 번의 도핑공정을 거쳐야 하는 복잡함이 있다.
이에 대해 이하 공정을 참조하여 설명한다.
도 2a 내지 도 2f는 종래에 따른 다결정 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조공정을 설명한다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 기판(10)상에 박막트랜지스터 영역(T)과 스토리지 영역(C)을 정의한다.
다음으로, 상기 영역(T,C)이 정의된 기판(10)의 전면에 질화 실리콘과 산화 실리콘을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 버퍼층(12)을 형성한다.
상기 버퍼층(12)을 상부에 비정질 실리콘(a-Si:H)을 증착하고 이를 소정의 방법으로 결정화 한 후 패턴하여, 상기 박막트랜지스터 영역(T)과 스토리지 영역(C)에 패턴된 다결정층(14)을 형성한다.
다음으로, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 박막트랜지스터 영역(T)에 대응하는 다결정층(14)의 상부에 포토레지스트(photo-resist)를 증착하고 패턴하여 PR 패턴(15)을 형성한다.
연속하여, 상기 PR패턴(15)을 포함하는 다결정층(14)의 상부에 P 이온을 다량(P+)도포하여, 상기 스토리지 영역(C)에 대응하는 다결정층(14)의 상부에 P+이온을 도핑한다.
다음으로, 도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 스토리지 영역(C)에 대응하는 표면에 다량의 P+이온이 도핑된 다결정층(14)이 형성된 기판(10)의 전면에 질화 실리콘(SiNx)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 무기절연막을 형성하고, 연속하여 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 구리(Cu)등을 포함하는 도전성 금속을 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성한다.
상기 제 1 금속층(미도시)과 그 하부의 무기 절연막을 식각하여 패턴된 게이트 절연막(16)과 게이트 전극(게이트 배선의 일부를 게이트 전극으로 사용하는 구성임)(18)을 형성하고, 상기 스토리지 영역(C)에 대응하는 다결정층의 상부에 패턴된 게이트 절연막(16)과 스토리지 전극(도 1의 구성에서 상기 스토리지 캐패시터 영역을 지나가는 스토리지 배선의 일부)(20)을 형성한다.
다음으로, 상기 게이트 전극(18)과 스토리지 전극(20)이 형성된 기판(10)의 전면에 P+이온을 도핑하는 공정을 진행한다.
이와 같이 하면, 상기 박막트랜지스터 영역(T)의 액티층(14)은 불순물이 도핑되지 않은 제 1 액티브 영역(A)과 불순물이 도핑된 제 2 액티브 영역(B)으로 정이되며 특히, 게이트 전극(18) 하부의 제 1 액티브 영역(A)을 액티브 채널 영역이라 하고, 제 2 액티브 영역(B)을 오믹 콘택 영역 이라 한다.
도 2d에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전극(18)과 오믹 콘택영역(B)이 형성된 기판(10)의 전면에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 제 1 보호막(22)을 형성한 후 이를 패턴하여, 상기 게이트 전극(18) 양측의 오믹 콘택 영역(B)의 일부를 노출하는 제 1 콘택홀(24)과 제 2 콘택홀(26)을 형성한다.
다음으로, 도 2e에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(22)이 형성된 기판(10)의 전면에 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr)등을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 제 1 및 제 2 콘택홀(도 2d의 24,26)을 통해 접촉하고 서로 소정간격 이격된 소스 전극(28)과 드레인 전극(30)을 형성한다. 동시에, 상기 소스 전극(28)과 연결되는 데이터 배선(32)을 형성하다.
이때, 상기 스토리지 영역(C)에 대응하고 표면에 다량의 P이온이 도핑된 다결정층(14)을 제 1 전극으로 하고, 그 상부의 캐패시터 전극(20)을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터(CST)가 형성된다.
이와 같은 공정으로, 다결정 박막트랜지스터와, 스토리지 캐패시터를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 2f에 도시한 바와 같이, 상기 소스 전극(28)과 드레인 전극(30)이 형성된 기판(10)의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 2 보호막(34)을 형성한 후 이를 패턴하여, 상기 드레인 전극(30)을 노출하는 공정을 진행한다.
다음으로, 상기 제 2 보호막(34)의 상부에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 드레인 전극(30)과 접촉하는 화소전극(36)을 형성한다.
전술한 바와 같은 공정을 통해, 종래에 따른 다결정 박막트랜지스터와, 불순물이 도핑된 다결정층을 제 1 전극으로 하는 스토리지 캐패시터를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있다.
그러나, 전술한 종래의 공정은 상기 박막랜지스터 영역에 대응하여 오믹 영역을 형성하고, 상기 스토리지 영역에 대응하여 스토리지 제 1 전극을 형성하기 위한 다결정 실리콘층에 두 번의 불순물 도핑공정을 진행한다.
따라서, 공정이 복잡한 문제가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 박막트랜지스터의 오믹 영역과 상기 스토리지 캐패시터의 제 1 전극인 액티브층의 상부에 불순물을 도핑하는 공정을 한번의 공정으로 대체하는 방법을 제안한다.
즉, 다결정 액티브층에 P+이온을 도핑할 때, 박막트랜지스터 영역에 대응하여 PR패턴을 형성하되, 상기 PR패턴의 너비는 게이트 전극의 너비에 비해 작게 패턴하여 구성한다.
이와 같은 상태에서, 상기 박막트랜지스터 영역과 스토리지 영역에 대응하는 액티브층에 동시에 P+불순물이 도핑하는 공정을 진행하면 된다.
이와 같이 하면, 상기 도핑공정을 한번의 공정으로 진행할 수 있으므로 공정을 단순화 할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 다결정 실리콘 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판의 구성을 개략적으로 도시한 확대 평면도이고,
도 2a 내지 도 2f는 다결정 실리콘 박막트랜지스터 형성 공정을 종래의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면되고,
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 다결정 박막트랜지스터의 제조공정을 본 발명의 공정 순서로 도시한 공정 단면도이고,
도 4는 유기전계 발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 5는 다결정 박막트랜지스터를 포함하는 유기전계 발광소자의 한 화소를 확대하여 도시한 확대 평면도이고,
도 6a 내지 도 6j는 유기전계 발광소자의 제조공정을 본 발명의 공정 순서로 도시한 공정 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
100 : 기판 102 : 버퍼층
104 : 다결정층 108 : 게이트 절연막
110 : 게이트 전극 112 : 스토리지 전극
114 : 제 1 보호막 120 : 소스 전극
122 : 드레인 전극 124 : 데이터 배선
126 : 제 2 보호막 128 : 화소전극
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판은 기판 상에 스위칭 영역과 스토리지 영역을 정의하는 단계와; 상기 스위칭 영역과 스토리지 영역에 다결정 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 스위칭 영역의 일부 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트 패턴이 위치한 영역을 제외한 다결정 실리콘층의 표면에 불순물 이온을 도핑하는 단계와; 상기 PR패턴을 제거한 후, 상기 다결정층과 절연막을 사이에 두고 상기 PR패턴이 위치한 자리에 이보다 넓은 면적의 게이트 전극과, 상기 스토리지 영역에 대응하여 절연막을 사이에 두고 스토리지 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극과 스토리지 전극이 형성된 기판의 전면에 제 1 보호막을 형성하고 패턴하여, 상기 게이트 전극 양측으로 불순물이 도핑된 다결정층을 노출하는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 제 1 콘택홀과 접촉하는 소스 전극과, 상기 제 2 콘택홀과 접촉하는 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 드레인 전극과 접촉하는 투명한 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 불순물 이온은 P+이온이며, 상기 스토리지 전극을 제 1 전극으로 하고, 그 하부의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘층을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터가 구성된다.
상기 PR패턴의 너비는 게이트 전극의 너비보다 작은 너비로 패턴되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따른 유기전계 발광소자 제조방법은 기판 상에 스위칭부와 구동부와 스토리지부를 정의하는 단계와; 상기 스위칭부와 구동부와 스토리지부에 다결정 실리콘층을 형성하는 단계와; 상기 스위칭부와 구동부에 대응하는 다결정 실리콘층의 일부 영역에 PR패턴을 각각 형성하는 단계와; 상기 PR패턴이 형성된 영역을 제외한 다결정 실리콘층의 표면에 불순물 이온을 도핑하는 단계와; 상기 PR패턴을 제거한 후, 상기 스위칭부와 구동부에 대응하여 상기 다결정 실리콘층과 제 1 절연막을 사이에 두고 상기 PR패턴이 위치한 자리에 이보다 넓은 면적의 스위칭 및 구동 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 스토리지부에 대응하여, 상기 다결정 실리콘층과 제 2 절연막을 사이에 두고 위치하여 일 방향으로 연장된 전원 배선을 형성하는 단계와; 상기 전원 배선이 형성된 기판의 전면에 제 3 절연막을 형성하는 단계와; 상기 제 3 절연막과 제 2 절연막을 식각하여, 상기 스위칭 부와 구동부에 대응한 게이트 전극 양측의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘층과 상기 전원 배선을 노출하는 단계와; 상기 스위칭부와 대응하여 노출된 다결정 실리콘층과 접촉하고, 상기 구동부의 게이트 전극과 접촉하는 드레인 전극과 이와는 이격된 소스 전극과, 상기 구동부에 대응하여 노출된 다결정 실리콘층과 접촉하고, 상기 전원 배선과 접촉하고 소스 전극과 이와는 이격된 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 구동부에 대응한 드레인 전극과는 절연막을 사이에 두고 접촉하는 제 1 전극을 형성하는 단계와; 상기 제 1 전극의 상부에 발광층을 형성하는 단계와; 상기 발광층의 상부에제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
-- 제 1 실시예 --
도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 다결정 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법에 관한 것이다.
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ`를 따라 절단하여, 본 발명의 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.(평면 구성은 도 1과 같으므로 이를 참조한다.)
도 3a에 도시한 바와 같이, 기판(100)에 박막트랜지스터 영역(T)과 스토리지 영역(C)을 정의한다.
다음으로 상기 다수의 영역(T,C)이 정의된 기판(100)의 전면에 버퍼층(102)을 형성하고, 버퍼층(102)의 상부에 다결정층(104)을 형성한다.
상기 버퍼층(102)은 일반적으로 산화 실리콘(SiO2)또는 질화 실리콘(SiNX막)을 증착하여 형성한다.
상기 다결정층(104)은, 비정질 선행막을 기판(100)의 전면에 형성하고, 이를 소정의 방법으로 결정화 한 후 패턴하여 형성한다.
이때, 상기 비정질 선행막을 결정화하는 방법은 도가니(furnace)에서 600도 정도의 온도로 수십 시간 동안 어닐링하거나, 레이저를 조사하여 비정질을 녹였다가 결정화하는 방법이 있다.
도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 박막트랜지스터 영역(T)의 상부에 포토레지스트(photo-resist 이하 "PR"이라 칭함)를 도포하고 패턴하여, 도핑 방지막인 PR패턴(106)을 형성하다.
상기 PR패턴(106)이 위치하는 부분은 이후 공정에서 형성되는 게이트 전극 영역이며, 상기 PR패턴의 너비(W1)는 게이트 전극의 너비(W2)보다 작은 너비로 형성하는 것을 특징으로 한다.
연속하여, 상기 PR패턴(106)이 형성된 기판(100)의 전면에 P+이온을 도핑하여, 상기 PR패턴(106)을 제외한 박막트랜지스터 영역(T)과 상기 스토리지 영역(C)에 대응하는 다결정층(104)의 표면에 P+이온을 도핑한다.
이때, 상기 PR패턴(106)을 게이트 전극(미도시)의 너비(W2)와 동일하게 형성하였다면, 이후 게이트 전극을 형성하는 공정에서 공정오차가 발생하였을 경우, 상기 게이트 전극의 일측 또는 타측 하부에는 상기 불순물이 존재하지 않을 수 있다.
이와 같은 경우에는, 소자를 완성 한 후 전압을 인가하면 상기 게이트 전극의 하부의 다결정층에 채널이 형성되지 않기 때문에 소자는 동작 불능이 된다.
따라서, 이를 방지하기 위해, 상기 PR패턴을 게이트 전극의 너비보다 작게 형성하여 불순물을 도핑하는 것이다.
전술한 공정으로, 상기 박막트랜지스터 영역(T)은 불순물이 도핑되지 않은 제 1 액티브 영역(A)과 불순물이 도핑된 제 2 액티브 영역(오믹 콘택 영역)(B)으로 정의되고, 상기 스토리지 영역(C)에 대응하여 P+ 이온이 도핑된 다결정층은 스토리지 캐패시터의 제 1 전극의 기능을 하게 된다
다음으로, 상기 PR패턴(106)을 제거하는 공정을 진행한다.
연속하여, 상기 P+이온이 도핑된 다결정층을 레이저를 이용하여 활성화 하는 공정을 진행한다. 레이저 활성화를 통해 상기 도핑된 이온이 다결정층의 표면에 고르게 분포할 수 있는 동시에, 도핑공정 중 결함이 발생했던 다결정층의 표면을 다시 회복할 수 있다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 P+불순물이 도핑된 다결정층(104)이 구성된 기판(100)의 전면에 질화 실리콘(SiNx)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 무기절연막을 형성하고, 연속하여 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 구리(Cu)등을 포함하는 도전성 금속을 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성한다.
상기 제 1 금속층(미도시)과 그 하부의 무기 절연막을 식각하여 패턴된 게이트 절연막(108)과 게이트 전극(게이트 배선의 일부를 게이트 전극으로 사용하는 구성임)(110)을 형성하고, 상기 스토리지 영역(C)에 대응하는 다결정층의 상부에 패턴된 게이트 절연막(108)과 스토리지 전극(도 1의 구성에서 상기 스토리지 캐패시터 영역을 지나가는 스토리지 배선의 일부)(112)을 형성한다.
이때, 앞서 PR패턴(도 3b의 106)의 너비(W1)를 게이트 전극의 너비(W2)보다 작게 구성하여 P+불순물을 도핑하였기 때문에, 상기 게이트 전극(110)의 일측과 타측의 안쪽으로 불순물이 도핑된 부분이 포함되어 구성될 수 있다.
따라서, 소자를 완성 한 후 전압을 인가하게 되며, 상기 게이트 전극(110)하부의 다결정층의 표면에 성공적으로 채널이 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 게이트 전극(110)과 스토리지 전극(112)이 형성된 기판(100)의 전면에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기 절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 제 1 보호막(114)을 형성한 후 이를 패턴하여, 상기 게이트 전극(110)의 양측으로 오믹 콘택 영역(B)의 일부를 노출하는 제 1 콘택홀(116)과 제 2 콘택홀(118)을 형성한다.
다음으로, 도 3d에 도시한 바와 같이, 보호막(114)이 형성된 기판(100)의 전면에 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr)등을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 제 1 및 제 2 콘택홀(도 3c의 116,118)을 통해 접촉하고 서로 소정간격 이격된 소스 전극(120)과 드레인 전극(122)을 형성한다. 동시에, 상기 소스 전극(122)과 연결되는 데이터 배선(124)을 형성하다.
이때, 상기 스토리지 영역(C)에 대응하고 표면에 다량의 P이온이 도핑된 다결정층(104)을 제 1 전극으로 하고, 그 상부의 캐패시터 전극(112)을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터(CST)가 형성된다.
이와 같은 공정으로, 다결정 박막트랜지스터와, 스토리지 캐패시터를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 소스 전극(120)과 드레인 전극(122)이 형성된 기판(100)의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계수지(resin)를 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 2 보호막(126)을 형성한 후 이를 패턴하여, 상기 드레인 전극(122)을 노출하는 공정을 진행한다.
다음으로, 상기 제 2 보호막(126)의 상부에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 드레인 전극(122)과 접촉하는 화소전극(128)을 형성한다.
전술한 바와 같은 공정을 통해, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다결정 박막트랜지스터를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있다.
상기 공정은 P+이온을 도핑하는 공정을 한번의 공정을 완료할 수 있으므로 공정을 단순화 할 수 있는 장점이 있다.
상기 다결정 박막트랜지스터와 스토리지 캐패시터의 구성은 앞서 설명한 액정표시장치용 어레이기판에만 적용하는 것이 아니라, 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부에도 적용 될 수 있다.
이하, 제 2 실시예를 통해 이를 설명한다.
-- 제 2 실시예 --
일반적으로, 유기전계 발광소자는 전자(electron) 주입전극(cathode)과 정공(hole) 주입전극(anode)으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
이러한 원리로 인해 종래의 박막 액정표시소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이해를 돕기 위해 이하, 도 4과 도 5를 통해 유기전계 발과소자의 개략적인 구성과 이를 포함하는 박막트랜지스터 어레이부의 구성을 설명한다.(능동매트릭스형 유기전계 발광소자의 구성이다.)
도 4는 유기전계 발광소자의 개략적인 구성을 도시한 확대 단면도이다.
도시한 바와 같이, 유기전계 발광소자(100)는 투명한 제 1 기판(200)의 상부에 박막트랜지스터(T)어레이부(214)와, 상기 박막트랜지스터 어레이부(214)의 상부에 제 1 전극(254)과 유기 발광층(280)과 제 2 전극(288)이 구성된다.
이때, 상기 발광층(280)은 적(R),녹(G),청(B)의 컬러를 표현하게 되는데, 일반적인 방법으로는 상기 각 화소(P)마다 적,녹,청색을 발광하는 별도의 유기물질을 패턴하여 사용한다.
상기 제 1 기판(200)이 흡습제(302)가 부착된 제 2 기판(300)과 실런트(400)를 통해 합착되므로서 캡슐화된 유기전계 발광소자(199)가 완성된다.
이때, 상기 흡습제(302)는 캡슐내부에 침투할 수 있는 수분과 산소를 제거하기 위한 것이며, 기판(300)의 일부를 식각하고 식각된 부분에 흡습제(22)를 채우고 테이프(304)로 고정한다.
이하, 도 5를 참조하여 유기전계 발광소자의 한 화소에 대응하는 어레이부를 개략적으로 설명한다.
도 5는 종래의 유기전계 발광소자에 포함되는 박막트랜지스터 어레이부를 개략적으로 도시한 평면도이다.
일반적으로, 능동 매트릭스형 박막트랜지스터 어레이부는 기판(200)에 정의된 다수의 화소마다 스위칭 소자(TS)와 구동 소자(TD)와 스토리지 캐패시터(storage capacitor : CST)가 구성되며, 동작의 특성에 따라 상기 스위칭 소자(TS) 또는 구동 소자(TD)는 각각 하나 이상의 박막트랜지스터의 조합으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 기판(200)은 투명한 절연 기판을 사용하며, 그 재질로는 유리나 플라스틱을 예를 들 수 있다.
도시한 바와 같이, 기판(200)상에 서로 소정 간격 이격 하여 일 방향으로 구성된 게이트 배선(224)과, 상기 게이트 배선(224)과 절연막을 사이에 두고 서로 교차하는 데이터 배선(248)이 구성된다.
동시에, 상기 데이터 배선(248)과 평행하게 이격된 위치에 일 방향으로 전원 배선(228)이 구성된다.
상기 스위칭 소자(TS)와 구동 소자(TD)로 각각 게이트 전극(220,222)과 액티브층(204a,206)과 소스 전극(240,244) 및 드레인 전극(242,246)을 포함하는 박막트랜지스터가 사용된다.
전술한 구성에서, 상기 스위칭 소자(TS)의 게이트 전극(220)은 상기 게이트 배선(224)과 연결되고, 상기 소스 전극(240)은 상기 데이터 배선(248)과 연결된다.
상기 스위칭 소자(TS)의 드레인 전극(242)은 상기 구동 소자(TD)의 게이트 전극(222)과 연결된다.
상기 구동 소자(TD)의 소스 전극(244)은 상기 전원 배선(228)과 연결된다.
또한, 상기 구동 소자(TD)의 드레인 전극(246)은 화소부(P)에 구성된 제 1 전극(254)과 접촉하도록 구성된다.
이때, 상기 전원 배선(228)과 그 하부의 다결정 실리콘층인 제 1 전극(204b)은 절연막을 사이에 두고 겹쳐져 스토리지 캐패시터(CST)를 형성한다.
전술한 바와 같은 구성에서, 상기 박막트랜지스터의 액티브층과 스토리지 캐패시터의 제 1 전극은 P+불순물이 도핑 되어 있는 구성이다.
이하, 도 6a 내지 도 6j를 참조하여, 전술한 바와 같이 구성된 박막트랜지스터 어레이부를 포함하는 유기전계 발광소자의 제조 공정을 설명한다.
도 6a 내지 도 6j는 도 5의 Ⅴ-Ⅴ`,Ⅵ-Ⅵ`를 따라 절단하여, 본 발명에 따른 공정 순서로 도시한 공정 단면도이다.
먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 기판(200)상에 스위칭부(S)와 구동부(D)와 스토리지부(C)를 정의한다.
상기 다수의 영역이 정의된 기판의 전면에 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 실리콘 절연물질을 증착하여 버퍼층(202)을 형성한다.
연속하여, 상기 기판(200)의 전면에 비정질 실리콘(a-Si:H)을 증착한 후, 탈수소화 공정과 열을 이용한 결정화 공정을 통해 폴리 실리콘층(미도시)을 형성한다.
상기 폴리 실리콘 층을 패턴하여, 상기 스위칭부(S)와 스토리지부(C)와 구동부(D)에 대응하여 패턴된 다결정 실리콘층(204a,204b,206)을 형성하다.
이때, 상기 구동부(D)에 대응하여 형성된 다결정 실리콘층(206)은 독립적으로 패턴한다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 다결정 실리콘층(204a,204b,206)이 형성된 기판(200)의 전면에 포토레지스트를 도포하고 패턴하여, 상기 스위칭부(S)와 구동부(D)에 대응하는 다결정 실리콘층(204a,206)의 상부에 PR패턴(208)을 형성한다.
이때, 상기 PR 패턴이 형성되는 부분은 각각 게이트 전극이 형성될 부분이며 상기 PR패턴의 너비(W1)는 이후 공정에서 형성될 각 게이트 전극의 너비(W2,W3)보다 작은 너비로 형성한다.
다음으로, 상기 스위칭부(S)와 구동부(D)에 대응하여 구성된 PR패턴(208)을 포함한 다결정층(204a,204b,206)의 표면에 P+도핑공정을 진행한다.
다음으로, 상기 PR패턴(208)을 제거한 후, 상기 다결정 실리콘층(204a,204b,206)의 표면을 레이저를 이용하여 활성화하는 공정을 진행한다.
활성화 공정을 통해, 상기 도핑된 불순물이 다결정층의 표면으로 고르게 확산되고, 도핑공정 중 결함이 발생하였던 다결정층의 표면이 회복될 수 있다.
도 6c에 도시한 바와 같이, 전술한 바와 같은 공정으로 상기 스위칭부(S) 및 구동부(D)에 대응하여 위치하는 다결정 실리콘층은 불순물이 도핑되지 않은 제 1액티브 영역(A)과 불순물이 도핑된 제 2 액티브 영역(B)으로 정의되고, 상기 스토리지부(C)에 대응한 다결정 실리콘층(206)은 불순물이 도핑되므로서 저항이 낮은 전극의 기능을 할 수 있게 된다.
상기 다결정 실리콘층(204a,204b)이 형성된 기판(200)의 전면에 절연물질을 증착하여, 제 1 절연막인 게이트 절연막(216)과 제 1 금속층(218)을 차례로 형성한다.
도 6d에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 금속층을 패턴하여, 상기 스위칭부(S)와 구동부(D)의 각 제 1 액티브 영역(A)에 게이트 전극(220,222)과 상기 스위칭 부(S)의 게이트 전극(220)에 연결된 게이트 배선(도 5의 224)을 형성한다.
이때, 상기 스위칭부(S)와 구동부(D)에 대응하는 게이트 전극(220,222)의 너비(W2,W3)는 앞선 공정에서 PR패턴(W1)의 너비보다 크게 형성되기 때문에, 게이트 전(220,222)극을 형성하는 공정 중 공정오차가 발생하더라도 게이트 전극(220.222)의 일측과 타측의 하부로 불순물이 도핑된 영역이 포함될 수 있다.
연속하여, 상기 게이트 전극(220,222)과 게이트 배선(도 5의 224)이 형성된 기판(200)의 전면에 제 2 절연막인 층간 절연막(226)을 형성한다.
도 6e에 도시한 바와 같이, 상기 층간 절연막(226)이 형성된 기판(200)의 전면에 제 2 금속층을 형성한 후 패턴하여, 상기 게이트 배선(도 5의 224)과 교차하면서, 상기 스토리지부(C)에 대응하는 다결정층(206)의 상부를 지나 일 방향으로 연장된 전원 배선(228)을 형성한다.
다음으로, 도 6f에 도시한 바와 같이, 상기 전원 배선(228)이 형성된기판(200)의 전면에 제 3 절연막인 보호막(230)을 형성한 후 패턴하여, 상기 스위칭부(S) 및 구동부에 대응하는 제 2 액티브영역(B)을 노출하는 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 콘택홀(232a,232b,234a,234b)을 형성한다.
동시에, 상기 구동영역(D)에 대응하는 상기 전원 배선(228)과 상기 구동부에 대응하고 상기 스위칭 부에 근접한 게이트 전극(222)의 끝단 일부를 각각 노출하는 제 5 , 제 6 콘택홀(236,238)을 형성한다.
도 6g에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 콘택홀이 형성된 제 3 절연막(230)이 형성된 기판(미도시)의 전면에 제 3 금속층을 형성하고 패턴하여, 상기 스위칭부(S)의 노출된 제 2 액티브 영역(B)과 각각 연결되는 소스 전극(240)과 드레인 전극(242)과, 상기 소스 전극(240)과 연결된 데이터 배선(248)을 형성한다.
상기 구동부(D)의 노출된 제 2 액티브 영역(B)과 각각 연결되는 소스 전극(244)과 드레인 전극(246)을 형성한다.
이때, 상기 스위칭부(S)의 드레인 전극(242)은 상기 구동부(D)의 게이트 전극(222)과 접촉하면서 구성되고, 상기 구동부(D)의 소스 전극(244)은 상기 전원 배선(228)과 접촉하면서 구성된다.
전술한 바와 같은 공정으로, 상기 스위칭 부에는 스위칭 박막트랜지스터(TS)가 상기 구동부에는 구동 박막트랜지스터(TD)가 형성된다.
그리고, 상기 스토리지부(C)에는 상기 불순물이 도핑된 다결정층(204b)을 제 1 전극으로 하고, 그 상부의 전원 배선(228)을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터(CST)가 형성된다.
도 6h에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 소자 및 구동소자(TS,TD)의가 형성된 기판(200)의 전면에 질화 실리콘(SiO2)과 산화 실리콘(SiNX)을 포함하는 유기절연 물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 4 절연막인 제 2 보호막(250)을 형성한다.
상기 보호막(250)을 패턴하여, 상기 구동 소자(TD)의 드레인 전극(246)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(252)을 형성한다.
도 6i에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 보호막(250)이 형성된 기판(200)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명 도전성 금속 물질 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 노출된 드레인 전극(246)과 접촉하면서 화소영역(P)에 형성되는 제 1 전극(254)을 형성한다.
다음으로, 도 6j에 도시한 바와같이, 상기 제 1 전극(254)의 상부에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연 물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 5 절연막인 제 3 보호막(256)을 형성한다.
연속하여, 상기 제 3 보호막(256)을 패턴하여, 상기 제 1 전극(254)을 노출하는 공정을 진행한다.
이때, 상기 제 3 보호막(256)은 이웃하는 화소의 제 1 전극(254) 사이를 절연하고, 도시하지는 않았지만 상기 각 배선의 일 끝단에 형성된 각 패드전극의 투명 단자 전극간의 절연을 목적으로 형성한다.
도시하지는 않았지만, 연속하여 상기 제 5 절연막 사이로 노출된 제 1 전극(54)의 상부에 발광층(미도시)과 제 2 전극(미도시)을 형성한다.
상기 제 2 전극은 전자 주입전극으로 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 선택된 하나로 형성하거나 리튬플루오린/알루미늄(LIF/Al)의 이중 금속층으로 형성할 수 있다.
전술한 공정을 통해 종래에 따른 능동 매트릭스형 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부를 형성할 수 있다.
다결정 박막트랜지스터와 다결정 실리콘층을 제 1 전극으로 스토리지 캐패시터를 포함하는 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판과 유기전계 발광소자의 박막트랜지스터 어레이부의 제조방법은, 상기 박막트랜지스터 및 스토리지 캐패시터에 대응하는 다결정층에 불순물을 도핑하는 공정을 종래와는 달리 한번의 공정으로 진행할 수 있으므로 공정을 단순화하여 수율을 개선하는 효과가 있다.
Claims (11)
- 기판 상에 스위칭 영역과 스토리지 영역을 정의하는 단계와;상기 스위칭 영역과 스토리지 영역에 다결정 실리콘층을 형성하는 단계와;상기 스위칭 영역의 일부 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트 패턴이 위치한 영역을 제외한 다결정 실리콘층의 표면에 불순물 이온을 도핑하는 단계와;상기 PR패턴을 제거한 후, 상기 다결정층과 절연막을 사이에 두고 상기 PR패턴이 위치한 자리에 이보다 넓은 면적의 게이트 전극과, 상기 스토리지 영역에 대응하여 절연막을 사이에 두고 스토리지 전극을 형성하는 단계와;상기 게이트 전극과 스토리지 전극이 형성된 기판의 전면에 제 1 보호막을 형성하고 패턴하여, 상기 게이트 전극 양측으로 불순물이 도핑된 다결정층을 노출하는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 형성하는 단계와;상기 제 1 콘택홀과 접촉하는 소스 전극과, 상기 제 2 콘택홀과 접촉하는 드레인 전극을 형성하는 단계와;상기 드레인 전극과 접촉하는 투명한 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 불순물 이온은 P+이온인 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 스토리지 전극을 제 1 전극으로 하고, 그 하부의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘층을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터가 구성된 액정표시장치용 어레이기판.
- 제 1 항에 있어서,상기 PR패턴의 너비는 게이트 전극의 너비보다 작은 너비로 패턴되는 액정표시장치용 어레이기판.
- 기판 상에 스위칭부와 구동부와 스토리지부를 정의하는 단계와;상기 스위칭부와 구동부와 스토리지부에 다결정 실리콘층을 형성하는 단계와;상기 스위칭부와 구동부에 대응하는 다결정 실리콘층의 일부 영역에 PR패턴을 각각 형성하는 단계와;상기 PR패턴이 형성된 영역을 제외한 다결정 실리콘층의 표면에 불순물 이온을 도핑하는 단계와;상기 PR패턴을 제거한 후, 상기 스위칭부와 구동부에 대응하여 상기 다결정 실리콘층과 제 1 절연막을 사이에 두고 상기 PR패턴이 위치한 자리에 이보다 넓은 면적의 스위칭 및 구동 게이트 전극을 형성하는 단게와;상기 스토리지부에 대응하여, 상기 다결정 실리콘층과 제 2 절연막을 사이에 두고 위치하여 일 방향으로 연장된 전원 배선을 형성하는 단계와;상기 전원 배선이 형성된 기판의 전면에 제 3 절연막을 형성하는 단계와;상기 제 3 절연막과 제 2 절연막을 식각하여, 상기 스위칭 부와 구동부에 대응한 게이트 전극 양측의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘층과 상기 전원 배선을 노출하는 단계와;상기 스위칭부와 대응하여 노출된 다결정 실리콘층과 접촉하고, 상기 구동부의 게이트 전극과 접촉하는 드레인 전극과 이와는 이격된 소스 전극과, 상기 구동부에 대응하여 노출된 다결정 실리콘층과 접촉하고, 상기 전원 배선과 접촉하고 소스 전극과 이와는 이격된 드레인 전극을 형성하는 단계와;상기 구동부에 대응한 드레인 전극과는 절연막을 사이에 두고 접촉하는 제 1 전극을 형성하는 단계와;상기 제 1 전극의 상부에 발광층을 형성하는 단계와;상기 발광층의 상부에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 불순물 이온은 P+이온인 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 전원 배선을 제 1 전극으로 하고, 그 하부의 불순물이 도핑된 다결정 실리콘층을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터가 구성된 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 PR패턴의 너비는 게이트 전극의 너비보다 작은 너비로 패턴되는 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상가 제 1 전극은 양극전극이고, 상기 제 2 전극은 음극 전극인 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 1 전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 형성된 유기전계 발광소자 제조방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 제 2 전극은 일함수가 낮은 알루미늄(Al)과 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)중 선택된 하나로 형성하거나 리튬플루오린/알루미늄(LIF/Al)의 이중 금속층으로 형성된 유기전계 발광소자 제조방법.
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-
2002
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