KR20100128751A - Method for fabricating thin film transistor and method for fabricating display device having thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 버텀 게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터 및 이를 가지는 표시장치에 관한 것으로 특히, 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터에서 결정화 공정을 실시할 수 있게 됨에 따라 박막 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 박막 트랜지스터의 제조방법 및 박막 트랜지스터를 포함하는 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
액정표시장치는 액정표시패널과, 액정표시패널을 구동시키는 구동부로 구성된다. 액정표시패널은 액정을 사이에 두고 합착된 컬러필터 어레이 기판 및 박막 트랜지스터 어레이 기판으로 구성된다. The liquid crystal display device includes a liquid crystal display panel and a driver for driving the liquid crystal display panel. The liquid crystal display panel includes a color filter array substrate and a thin film transistor array substrate bonded together with a liquid crystal interposed therebetween.
컬러필터 어레이 기판에는 컬러필터, 블랙 매트릭스 등이 포함되고, 박막 트랜지스터 어레이 기판에는 서로 교차되는 게이트 라인 및 데이터 라인, 게이트 라인과 데이터 라인 사이에 형성된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 접속된 화소전극 등을 포함한다.The color filter array substrate includes a color filter and a black matrix, and the thin film transistor array substrate includes a gate line and a data line crossing each other, a thin film transistor formed between the gate line and the data line, a pixel electrode connected to the thin film transistor, and the like. do.
유기전계발광표시장치(Organic Electro-luminescence Display Device; 이하, 전계발광을 "EL" 이라 약칭한다)는 스스로 발광하는 자발광소자로서 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다. 또한, 유기EL표시장치는 수십 볼트의 낮은 직류 전압에서 구동됨과 아울러, 빠른 응답속도를 가지고, 고휘도를 얻을 수 있으며 R, G, B의 다양한 색을 발광시킬 수 있어 차세대 평판 디스플레이장치에 적합하다. 이러한, 유기EL표시장치는 투명한 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터 어레이부와, 상기 박막 트랜지스터 어레이부 상에 위치하는 유기EL어레이부, 유기EL어레이부를 외부환경으로부터 격리시키기 위한 캡을 포함한다. 박막 트랜지스터 어레이부에는 구동 박막 트랜지스터, 스위칭 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자들을 포함한다.Organic electroluminescent display devices (hereinafter, abbreviated as "EL") are self-luminous devices that emit light by themselves, and have fast response speed, high luminous efficiency, brightness, and viewing angle. In addition, the organic EL display device is driven at a low DC voltage of several tens of volts, has a fast response speed, obtains high luminance, and emits various colors of R, G, and B, which is suitable for next-generation flat panel display devices. The organic EL display device includes a thin film transistor array portion formed on a transparent substrate, an organic EL array portion located on the thin film transistor array portion, and a cap for isolating the organic EL array portion from an external environment. The thin film transistor array unit includes switching elements such as a driving thin film transistor and a switching thin film transistor.
여기서, 액정표시패널의 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 유기EL표시장치의 박막 트랜지스터 어레이부에 포함되는 박막 트랜지스터의 구조는 크게 버텀(bottom) 게이트 형 박막 트랜지스터와 탑(top) 게이트 형 박막 트랜지스터로 구분된다. 그리고 통상적으로 탑(top) 게이트 형 박막 트랜지스터의 반도체층은 결정화 공정이 실시될 수 있게 됨에 따라 버텀(bottom) 게이트 형 박막 트랜지스터 보다 신뢰성이 좋은 장점을 갖는다. 그러나, 탑(top) 게이트 형 박막 트랜지스터는 버텀(bottom) 게이트 형 박막 트랜지스터에 비하여 제조비용이 많이 들고 제조공정이 복잡한 문제를 단점을 갖는다. 이에 따라, 버텀(bottom) 게이트 형 박막 트랜지스터에도 결정화공정이 실시될 수 있는 방안이 지속적으로 연구되고 있다.The structure of the thin film transistor included in the thin film transistor array substrate of the liquid crystal display panel and the thin film transistor array portion of the organic EL display device is largely divided into a bottom gate type thin film transistor and a top gate type thin film transistor. In general, a semiconductor layer of a top gate thin film transistor has an advantage of being more reliable than a bottom gate thin film transistor as a crystallization process may be performed. However, the top gate thin film transistor has a disadvantage in that the manufacturing cost is high and the manufacturing process is complicated compared to the bottom gate thin film transistor. Accordingly, a method of performing a crystallization process on a bottom gate type thin film transistor has been continuously studied.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안 출된 것으로서, 본 발명의 목적은 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터에서 결정화 공정을 실시할 수 있게 됨에 따라 박막 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 박막 트랜지스터의 제조방법 및 박막 트랜지스터를 포함하는 표시장치의 제조방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to perform a crystallization process in a thin film transistor having a bottom gate structure, thereby improving the reliability of the thin film transistor. And it provides a method of manufacturing a display device including a thin film transistor.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법은 기판 위에 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 기판 위에 상기 게이트 전극을 노출시키는 적어도 두 개의 제1 홀을 갖는 게이트 절연막을 형성함과 아울러 상기 게이트 절연막 위에 위치하는 반도체 패턴을 형성하는 단계와; 상기 반도체 패턴 위에 형성됨과 아울러 상기 제1 홀을 통해 상기 게이트 전극과 접촉되는 도전층을 형성하는 단계와; 상기 도전층에 전계를 인가하여 상기 반도체 패턴을 결정화시키는 단계와; 상기 도전층을 패터닝하여 상기 반도체 패턴과 접촉되는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention comprises the steps of forming a gate electrode on a substrate; Forming a gate insulating film having at least two first holes exposing the gate electrode on the substrate and forming a semiconductor pattern on the gate insulating film; Forming a conductive layer formed on the semiconductor pattern and in contact with the gate electrode through the first hole; Crystallizing the semiconductor pattern by applying an electric field to the conductive layer; Patterning the conductive layer to form a source electrode and a drain electrode in contact with the semiconductor pattern.
상기 도전층 및 게이트 전극은 서로 등전위를 이루는 것을 특징으로 한다.The conductive layer and the gate electrode are characterized in that they are equipotential to each other.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 표시장치의 제조방법은 기판 위에 게이트 전극, 상기 게이트 전극과 접속된 게이트 라인, 상기 게이트 라인과 접속되는 게이트 패드 하부전극을 포함하는 게이트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 게이트 패턴 위에 상기 게이트 패턴을 노출시키는 적어도 두 개의 제1 홀을 갖는 게 이트 절연막을 형성함과 아울러 상기 게이트 절연막 위에 위치하는 반도체 패턴을 형성하는 단계와; 상기 반도체 패턴 위에 형성됨과 아울러 상기 제1 홀을 통해 상기 게이트 패턴과 접촉되는 도전층을 형성하는 단계와; 상기 도전층에 전계를 인가하여 상기 반도체 패턴을 결정화시키는 단계와; 상기 도전층을 패터닝하여 상기 게이트 라인과 교차되는 데이터 라인, 상기 데이터 라인과 접속되는 데이터 패드 하부전극을 형성함과 아울러 상기 게이트 전극, 상기 반도체 패턴을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막 트랜지스터의 일부를 노출시키는 제2 홀, 상기 게이트 패드 하부전극을 노출시키는 제3 홀, 상기 데이터 패드 하부전극을 노출시키는 제4 홀을 갖는 보호막을 형성하는 단계와; 상기 제2 홀을 통해 상기 박막 트랜지스터와 접촉되는 화소전극, 상기 제3 홀을 통해 상기 게이트 패드 하부전극과 접속되는 게이트 패드 상부전극, 상기 제4 홀을 통해 상기 데이터 패드 하부전극과 접속되는 데이터 패드 상부전극을 포함하는 투명전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a display device including a thin film transistor according to the present invention includes forming a gate pattern on a substrate, the gate pattern including a gate electrode, a gate line connected to the gate electrode, and a gate pad lower electrode connected to the gate line; Forming a gate insulating film having at least two first holes exposing the gate pattern on the gate pattern, and forming a semiconductor pattern on the gate insulating film; Forming a conductive layer formed on the semiconductor pattern and in contact with the gate pattern through the first hole; Crystallizing the semiconductor pattern by applying an electric field to the conductive layer; Patterning the conductive layer to form a data line crossing the gate line and a data pad lower electrode connected to the data line, and forming a thin film transistor including the gate electrode and the semiconductor pattern; Forming a protective film having a second hole exposing a portion of the thin film transistor, a third hole exposing the gate pad lower electrode, and a fourth hole exposing the data pad lower electrode; A pixel electrode in contact with the thin film transistor through the second hole, a gate pad upper electrode connected to the gate pad lower electrode through the third hole, and a data pad connected to the data pad lower electrode through the fourth hole Forming a transparent electrode pattern including an upper electrode characterized in that it comprises a.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터를 포함하는 표시장치의 제조방법은 기판 위에 박막 트랜지스터 어레이부를 형성하는 단계와; 상기 박막 트랜지스터 어레이부에 유기전계발광어레이부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 박막 트랜지스터 어레이부를 형성하는 단계는 기판 위에 게이트 라인, 상기 게이트 라인과 접속되는 게이트 전극을 포함하는 게이트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 기판 위에 게이트 패턴을 노출시키는 적어도 두 개의 제1 홀을 갖는 게이트 절연막을 형성함과 아울러 상기 게이트 절연막 위에 위치하는 반도체 패턴을 형성하는 단계와; 상기 반도체 패턴 위에 형성됨과 아울러 상기 제1 홀을 통해 상기 게이트 패턴과 접촉되는 도전층을 형성하는 단계와; 상기 도전층에 전계를 인가하여 상기 반도체 패턴을 결정화시키는 단계와; 상기 도전층을 패터닝하여 상기 게이트 라인과 교차되는 데이터 라인을 형성함과 아울러 상기 게이트 전극, 상기 반도체 패턴을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a display device including a thin film transistor according to the present invention includes forming a thin film transistor array unit on a substrate; And forming an organic light emitting array on the thin film transistor array, wherein forming the thin film transistor array comprises forming a gate pattern on the substrate, the gate pattern including a gate line and a gate electrode connected to the gate line; ; Forming a gate insulating film having at least two first holes exposing a gate pattern on the substrate and forming a semiconductor pattern on the gate insulating film; Forming a conductive layer formed on the semiconductor pattern and in contact with the gate pattern through the first hole; Crystallizing the semiconductor pattern by applying an electric field to the conductive layer; Patterning the conductive layer to form a data line crossing the gate line, and forming a thin film transistor including the gate electrode and the semiconductor pattern.
상기 유기전계발광어레이부는 매트릭스 형태로 배열된 다수의 유기발광셀들을 포함하고, 상기 박막 트랜지스터는 상기 유기발광셀에 구동 전압을 공급하는 구동 소자인 것을 특징으로 한다.The organic light emitting array includes a plurality of organic light emitting cells arranged in a matrix form, the thin film transistor is characterized in that the driving element for supplying a driving voltage to the organic light emitting cell.
상기 도전층 및 게이트 전극은 서로 등전위를 이루는 것을 특징으로 한다.The conductive layer and the gate electrode are characterized in that they are equipotential to each other.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 제조공정이 단순한 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터에서의 반도체 패턴을 결정화할 수 있게 됨에 따라 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터의 전자 이동도 및 수명을 향상시키는 등 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 액정표시패널 및 유기EL표시장치에 이용되는 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터에서도 반도체 패턴을 결정화할 수 있게 된다. 이에 따라, 박막 트랜지스터뿐만 아니라 표시장치의 신뢰성 또한 향상시킬 수 있게 된다. As described above, the manufacturing process according to the present invention enables crystallization of a semiconductor pattern in a thin film transistor having a simple bottom gate structure, thereby improving electron mobility and lifetime of the thin film transistor having a bottom gate structure. It is possible to improve the reliability of the thin film transistor. In addition, the semiconductor pattern can be crystallized in the bottom gate structure thin film transistor used in the liquid crystal display panel and the organic EL display device. Accordingly, the reliability of the display device as well as the thin film transistor can be improved.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터를 나타내는 도면이다. 1 is a view illustrating a thin film transistor having a bottom gate structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터는 박막 트랜지스터(6)는 기판(1) 위에 형성된 게이트 전극(8), 소스 전극(10), 소스 전극(10)과 마주보는 드레인 전극(12), 게이트 전극(8)과 중첩되고 소스 전극(10)과 드레인 전극(12) 사이에 채널을 포함하는 반도체 패턴(14), 반도체 패턴(14)과 게이트 전극(8) 사이에 위치하여 반도체 패턴(14)과 게이트 전극(8)를 전기적으로 절연시키는 게이트 절연막(16)을 구비한다. In the thin film transistor having a bottom gate structure shown in FIG. 1, the
반도체 패턴(14)은 활성층(11), 활성층(11) 위에 위치하여 소스 전극(10) 및 드레인 전극(12)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(9)이 더 형성된다. 이러한 박막 트랜지스터(6)는 액정표시패널에서는 게이트 라인에 공급되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소전압 신호가 화소 전극에 충전되어 유지되게 한다. 그리고, 유기전계발광표시장치에서는 박막 트랜지스터 어레이부의 구동 소자 또는 스위칭 소자로 이용된다. The
이러한, 도 1에서의 박막 트랜지스터는 버텀 게이트 구조를 갖음에도 불구하고 반도체 패턴(14)이 주울 가열 결정화(Joule Heating Crystallization) 공정에 의해 결정화된 상태이다. Although the thin film transistor of FIG. 1 has a bottom gate structure, the
이하, 아몰퍼스 실리콘이 폴리 실리콘으로 결정화되는 공정을 포함한 박막 트랜지스터의 제조공정을 도 2a 내지 도 2f를 참조하여 설명한다. Hereinafter, a manufacturing process of a thin film transistor including a process in which amorphous silicon is crystallized into polysilicon will be described with reference to FIGS. 2A to 2F.
먼저, 기판(1) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착방법을 통해 게이트 금속층이 형성된다. 이어서, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 게이트 금속층이 패터닝됨으로써 도 2a에 도시된 바와 같이 게이트 전극(8)이 형성된다. 게이트 금속으로는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄계 금속 등이 단일층 또는 이중층 구조로 이용된다. First, a gate metal layer is formed on the
게이트 패턴들이 형성된 기판(1) 상에 PECVD 등의 증착방법을 통해 게이트 절연막(16), 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층이 형성된다. 이어서, 마스크 공정을 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층이 패터닝됨으로써 도 2b에 도시된 바와 같이 게이트 절연막(16) 위에 오믹접촉층(9)과 활성층(11)을 포함하는 반도체 패턴(14)이 형성된다.The
이후, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 게이트 절연막(16)을 패터닝함으로써 도 2c에 도시된 바와 같이 게이트 전극(8)을 노출시키는 적어도 두 개의 제1 홀(18)이 형성된다. Thereafter, the
반도체 패턴(14) 및 제1 홀(18)이 형성된 기판(1) 상에 스퍼터링 등의 증착방법을 통해 도 2d에 도시된 바와 같이 도전층(10a)이 형성된다. 여기서, 도전층(10a)은 적어도 두 개의 제1 홀(18)들을 통해 게이트 전극(8)과 접촉된다. The
이후, 도 2e에 도시된 바와 같이 도전층(10a)에 강한 전계가 인가됨으로써 주울 가열에 의해 고열이 순간적으로 발생하게 된다. 고열은 도전층에 전류가 흐를 때 저항으로 인해 발생 되는 열이다. Thereafter, as shown in FIG. 2E, a strong electric field is applied to the
전계에 인가로 인한 주울 가열에 의해 도전층(10a)에 가해지는 단위 시간 당에너지량은 하기식으로 표시될 수 있다. The amount of energy per unit time applied to the
W는 단위 시간당 에너지량을 나타내고, V는 도전층의 양단에 걸리는 전압을 나타내며, I는 전류를 나타낸다. 수학식 1을 통해 도전층(10a)에 강한 전계가 인가됨으로써 주울 가열에 의해 고열이 순간적으로 발생함을 알 수 있다. W represents the amount of energy per unit time, V represents the voltage across the conductive layer, and I represents the current. It can be seen from
이 고열은 도전층(10a) 하부에 위치하는 반도체 패턴(14)에 전도됨으로써 열처리가 빠르게 진행됨에 따라 반도체 패턴(14)이 결정화되게 된다. The high heat is conducted to the
여기서, 도전층(10a)은 두 개의 제1 홀(18)들을 통해 게이트 전극(8)과 접촉됨에 따라 도전층(10a)과 게이트 전극(8)은 전위차가 발생하지 않게 등전위가 형성되게 된다. 그 결과, 열처리 과정에서 아크가 발생 되지 않게 된다. Here, as the
이를 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다. This will be described in more detail as follows.
도전층(10a)과 게이트 전극(8)이 전기적으로 등전위를 형성하지 않게 되면, 도전층에 인가되는 전계의 수직 방향으로 도전층과 도전층 주변 재료 사이에 전위 차이가 발생하게 된다. 이러한 전위차가 게이트 절연막(16)의 절연 파괴 전압을 초과하게 되는 경우에는 게이트 절연막(16)에 전류가 흐르게 되고 아크가 발생 된다. 그 결과, 게이터 절연막(16) 뿐만 아니라 게이트 전극(80) 까지 손상되는 일이 발생 된다.When the
이를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 게이트 절연막(16)을 관통하여 게이트 전극(8)을 노출시키는 제1 홀(18)들을 형성하고, 그 제1 홀(18)들을 통해 도전층(10a)과 게이트 전극(8)을 접촉시킨다. 이에 따라, 도전층(10a)과 게이트 전 극(8)은 등전위를 형성할 수 있게 됨으로써 아크 발생을 방지할 수 있게 된다. 이러한 구조적인 변형을 통해 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터(6)에도 반도체 패턴(14)을 결정화시킬 수 있게 된다.In order to prevent this, in the present invention,
이후, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 도전층(10a)이 패터닝됨으로써 도 2f에 도시된 바와 같이 소스 전극(10), 드레인 전극(12)이 형성됨과 아울러 소스 전극(10)과 드레인 전극(12) 사이에 오믹접촉층(12)이 제거됨에 따라 채널영역의 활성층(14)이 노출된다. 여기서, 소스 전극(10) 및 드레인 전극(12)은 게이트 전극(8)과 전기적으로 분리된다. Subsequently, the
이와 같이, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 제조방법은 제조공정이 단순한 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터에서의 반도체 패턴을 결정화할 수 있게 된다. 이에 따라, 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터의 전자 이동도 및 수명을 향상시키는 등 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. As described above, the method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention enables crystallization of a semiconductor pattern in a thin film transistor having a bottom gate structure with a simple manufacturing process. Accordingly, it is possible to improve the reliability of the thin film transistor having the bottom gate structure, such as to improve the electron mobility and the lifetime of the thin film transistor having the bottom gate structure.
도 3은 상술한 도 2a 내지 도 2f에 도시된 제조방법에 의해 형성된 박막 트랜지스터를 포함하는 표시장치 중 액정표시패널의 박막 트랜지스터 어레이 기판을 나타내는 단면도를 나타내는 도면이다. 3 is a cross-sectional view illustrating a thin film transistor array substrate of a liquid crystal display panel among display devices including a thin film transistor formed by the manufacturing method illustrated in FIGS. 2A to 2F.
도 3에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판은 기판(1) 위에 게이트 절연막(16)을 사이에 두고 교차하게 형성된 게이트 라인(2) 및 데이터 라인(미도시)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(6)와, 그 교차구조로 마련된 셀 영역에 형성된 화소 전극(19)을 구비한다. 그리고, 박막 트랜지스터 어레이 기판은 화소 전 극(19)과 전단 게이트 라인(2)의 중첩부에 형성된 스토리지 캐패시터(20)와, 게이트 라인(2)에 접속되는 게이트 패드부(26)와, 데이터 라인에 접속되는 데이터 패드부(34)를 구비한다. The thin film transistor array substrate illustrated in FIG. 3 includes a
박막 트랜지스터(6)는 기판(1) 위에 형성된 게이트 전극(8), 소스 전극(10), 소스 전극(10)과 마주보는 드레인 전극(12), 게이트 전극(8)과 중첩되고 소스 전극(10)과 드레인 전극(12) 사이에 채널을 포함하는 반도체 패턴(14), 반도체 패턴(14)과 게이트 전극(8) 사이에 위치하여 반도체 패턴(14)과 게이트 전극(8)를 전기적으로 절연시키는 게이트 절연막(16)을 구비한다.The
반도체 패턴(14)은 활성층(11), 활성층(11) 위에 위치하여 소스 전극(10) 및 드레인 전극(12)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(9)이 더 형성된다. 이러한 박막 트랜지스터(6)는 액정표시패널에서는 게이트 라인(2)에 공급되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소전압 신호가 화소 전극에 충전되어 유지되게 한다.The
화소 전극(19)은 보호막(50)을 관통하는 제2 홀(21)을 통해 박막 트랜지스터(6)의 드레인 전극(12)과 접속된다. 화소 전극(19)은 충전된 화소전압에 의해 도시하지 않은 상부 기판에 형성되는 공통 전극과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 박막 트랜지스터 기판과 상부 기판 사이에 위치하는 액정이 유전 이방성에 의해 회전하게 되며 도시하지 않은 광원으로부터 화소 전극(19)을 경유하여 입사되는 광을 상부 기판 쪽으로 투과시키게 된다. The pixel electrode 19 is connected to the
스토리지 캐패시터(20)는 전단 게이트 라인(2), 전단 게이트 라인(20)과 게 이트 절연막(16) 및 보호막(50)을 사이에 두고 중첩되는 화소전극(19)으로 구성된다. 이러한 스토리지 캐패시터(20)는 화소 전극(19)에 충전된 화소 전압이 다음 화소전압이 충전될 때까지 안정적으로 유지되게 한다. The storage capacitor 20 includes the
게이트 라인(2)은 게이트 패드부(26)를 통해 게이트 드라이버(도시하지 않음)와 접속된다. 게이트 패드부(26)는 게이트 라인(2)으로부터 연장되는 게이트 패드 하부전극(28)과, 게이트 절연막(16) 및 보호막(50)을 관통하는 제3 홀(30)을 통해 게이트 패드 하부전극(28)에 접속된 게이트 패드 상부전극(32)으로 구성된다. The
데이터 라인(도시하지 않음)은 데이터 패드부(34)를 통해 데이터 드라이버(도시하지 않음)와 접속된다. 데이터 패드부(34)는 데이터 라인(4)으로부터 연장되는 데이터 패드 하부전극(36)과, 보호막(50)을 관통하는 제4 홀(38)을 통해 데이터 패드 하부전극(36)과 접속된 데이터 패드 상부전극(40)으로 구성된다. The data line (not shown) is connected to a data driver (not shown) through the data pad unit 34. The data pad part 34 is connected to the data pad lower electrode 36 through the data pad lower electrode 36 extending from the data line 4 and the fourth hole 38 penetrating through the
이러한 도 3에서의 박막 트랜지스터 어레이 기판에서 박막 트랜지스터(6)는 버텀 게이트 구조임에도 불구하고 반도체 패턴(14)이 주울 가열 결정화(Joule Heating Crystallization) 공정에 의해 결정화된 상태이다. In the thin film transistor array substrate of FIG. 3, although the
이하, 아몰퍼스 실리콘이 폴리 실리콘으로 결정화되는 공정을 포함하여 도 3의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조공정을 도 4a 내지 도 4h를 참조하여 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of the thin film transistor array substrate of FIG. 3 including a process in which amorphous silicon is crystallized into polysilicon will be described with reference to FIGS. 4A to 4H.
먼저, 기판(1) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착방법을 통해 게이트 금속층이 형성된다. 이어서, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 게이트 금속층이 패터닝됨으로써 도 4a에 도시된 바와 같이 게이트 라인(2), 게이트 전 극(8), 게이트 패드 하부전극(28)을 포함하는 게이트 패턴들이 형성된다. First, a gate metal layer is formed on the
게이트 금속으로는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄계 금속 등이 단일 층 또는 이중 층 구조로 이용된다. As the gate metal, chromium (Cr), molybdenum (Mo), aluminum-based metal, etc. are used in a single layer or double layer structure.
게이트 패턴들이 형성된 기판(1) 상에 PECVD 등의 증착방법을 통해 게이트 절연막(16), 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층이 형성된다. 이어서, 마스크 공정을 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층이 패터닝됨으로써 도 4b에 도시된 바와 같이 게이트 절연막(16) 위에 오믹접촉층(9)과 활성층(11)을 포함하는 반도체 패턴(14)이 형성된다.The
이후, 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 게이트 절연막(16)을 패터닝함으로써 도 4c에 도시된 바와 같이 게이트 전극(8)을 노출시키는 적어도 두 개의 제1 홀(18)들이 형성된다. Thereafter, the
반도체 패턴(14) 및 제1 홀(18)들이 형성된 기판(1) 상에 스퍼터링 등의 증착 방법을 통해 도 4d에 도시된 바와 같이 도전층(10a)이 형성된다. 여기서, 도전층(10a)은 적어도 두 개의 제1 홀(18)들을 통해 게이트 전극(8)과 접촉된다. The
이후, 도 4e에 도시된 바와 같이 도전층(10a)에 강한 전계가 인가됨으로써 주울 가열에 의해 고열이 순간적으로 발생하게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 4E, a strong electric field is applied to the
이 고열은 도전층(10a) 하부에 위치하는 반도체 패턴(14)에 전도됨으로써 열처리가 빠르게 진행됨에 따라 반도체 패턴(14)이 결정화되게 된다.The high heat is conducted to the
여기서, 도전층(10a)은 두 개의 제1 홀(18)들을 통해 게이트 전극(8)과 접촉됨에 따라 도전층(10a)과 게이트 전극(8)은 전위차가 발생하지 않게 등전위가 형성 되게 된다. 그 결과, 열처리 과정에서 아크가 발생 되지 않게 된다.Here, as the
이후 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 습식 식각공정으로 도전층(10a)이 패터닝됨으로써 도 4f에 도시된 바와 같이 소스 전극(10), 드레인 전극(12), 데이터 라인 및 데이터 패드 하부전극(36)을 포함하는 소스/드레인 패턴이 형성됨과 아울러 소스 전극(10)과 드레인 전극(12) 사이에 오믹접촉층(9)이 제거됨에 따라 채널영역의 활성층(11)이 노출된다. 여기서, 소스 전극(10) 및 드레인 전극(12)은 게이트 전극(8)과 전기적으로 분리된다. Then, the
이후, 도 4g에 도시된 바와 같이, 소스/드레인 패턴들이 형성된 게이트 절연막(16) 상에 마스크를 이용한 포토리쏘그래피공정 및 식각공정에 의해 제2 내지 제4 홀들(21,30,38)을 포함하는 보호막(50)이 형성된다. 여기서, 제2 홀(21)은 박막 트랜지스터(60)의 드레인 전극(12)을 노출시키고, 제3 홀(30)은 게이트 패드 하부전극(28)을 노출시키고, 제4 홀(38)은 데이터 패드 하부전극(36)을 노출시킨다.Then, as illustrated in FIG. 4G, the second to fourth holes 21, 30, and 38 are included on the
이후, 도 4h에 도시된 바와 같이, 보호막(50)이 형성된 기판(1) 상에 스퍼터링 등의 증착방법으로 투명전극 물질이 전면 증착된 후 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정을 통해 투명전극 물질이 패텅닝됨으로써 화소전극(19), 게이트 패드 상부 전극(32), 데이터 패드 상부전극(40)을 포함하는 투명전극 패턴들이 형성된다. Subsequently, as shown in FIG. 4H, the transparent electrode material is entirely deposited on the
이와 같이, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법은 제조공정이 단순한 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터에서의 반도체 패턴을 결정화할 수 있게 된다. 이에 따라, 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터의 전자 이동도 및 수명을 향상시키는 등 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. As described above, the method of manufacturing a thin film transistor array substrate according to the present invention enables crystallization of a semiconductor pattern in a thin film transistor having a bottom gate structure with a simple manufacturing process. Accordingly, it is possible to improve the reliability of the thin film transistor having the bottom gate structure, such as to improve the electron mobility and the lifetime of the thin film transistor having the bottom gate structure.
도 5는 상술한 도 2a 내지 도 2f에 도시된 제조방법에 의해 형성된 박막 트랜지스터를 포함하는 표시장치 중 유기EL표시장치를 나타내는 단면도를 나타내는 도면이고, 도 6은 유기EL표시장치의 하나의 화소(P)를 개략적으로 나타내는 회로도이다. FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an organic EL display device among display devices including a thin film transistor formed by the manufacturing method illustrated in FIGS. 2A to 2F. FIG. A circuit diagram schematically showing P).
먼저, 도 6을 참조하면, 유기EL표시장치는 게이트라인(GL)과 데이터라인(DL)의 교차로 정의된 영역에 각각 마련되는 화소(P)들이 매트릭스 형태로 배열된 구조를 가진다. 각각의 화소(P)들은 게이트라인(GL)에 게이트펄스가 공급될 때 데이터라인(DL)으로부터의 데이터신호를 공급받아 그 데이터신호에 상응하는 빛을 발생하게 된다. First, referring to FIG. 6, the organic EL display device has a structure in which pixels P, which are respectively provided in regions defined by intersections of the gate line GL and the data line DL, are arranged in a matrix form. Each pixel P receives a data signal from the data line DL when a gate pulse is supplied to the gate line GL, and generates light corresponding to the data signal.
이를 위하여, 화소(P)들 각각은 기저 전압원(GND)에 음극이 접속된 유기EL셀(EL)과, 게이트라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 공급 전압원(VDD)에 접속되고 유기EL셀(EL)의 양극에 접속되어 그 유기EL셀(EL)을 구동하기 위한 셀 구동부(60)를 구비한다. 셀구동부(152)는 스위칭용 박막트랜지스터(T1), 구동용 박막트랜지스터(T2) 및 캐패시터(C)를 구비한다. For this purpose, each of the pixels P is connected to an organic EL cell EL having a cathode connected to a base voltage source GND, a gate line GL, a data line DL, and a supply voltage source VDD, and an organic EL. It is provided with the cell drive part 60 connected to the anode of the cell EL, and for driving the organic EL cell EL. The
스위칭용 박막 트랜지스터(T1)는 게이트 라인(GL)에 스캔 펄스가 공급되면 턴-온되어 데이터 라인(DL)에 공급된 데이터 신호를 제1 노드(N1)에 공급한다. 제1 노드(N1)에 공급된 데이터 신호는 캐패시터(C)에 충전됨과 아울러 구동용 박막 트랜지스터(T2)의 게이트 단자로 공급된다. 구동용 박막 트랜지스터(T2)는 게이트 단 자로 공급되는 데이터 신호에 응답하여 공급 전압원(VDD)으로부터 유기EL셀(EL)로 공급되는 전류량(I)을 제어함으로써 유기EL셀(EL)의 발광량을 조절하게 된다. 그리고, 스위칭용 박막 트랜지스터(T1)가 턴-오프되더라도 캐패시터(C)에서 데이터 신호가 방전되므로 구동용 박막 트랜지스터(T2)는 다음 프레임의 데이터 신호가 공급될 때까지 공급 전압원(VDD)으로부터의 전류(I)를 유기EL셀(EL)에 공급하여 유기EL셀(EL)이 발광을 유지하게 한다. The switching thin film transistor T1 is turned on when a scan pulse is supplied to the gate line GL, and supplies the data signal supplied to the data line DL to the first node N1. The data signal supplied to the first node N1 is charged to the capacitor C and supplied to the gate terminal of the driving thin film transistor T2. The driving thin film transistor T2 controls the amount of light emitted from the organic EL cell EL by controlling the amount of current I supplied from the supply voltage source VDD to the organic EL cell EL in response to a data signal supplied to the gate terminal. Done. Since the data signal is discharged from the capacitor C even when the switching thin film transistor T1 is turned off, the driving thin film transistor T2 is a current from the supply voltage source VDD until the data signal of the next frame is supplied. (I) is supplied to the organic EL cell EL so that the organic EL cell EL maintains light emission.
이러한 유기EL표시장치는 도 5에 도시된 바와 같이 투명기판(102) 상에 형성된 박막트랜지스터 어레이부(115)와, 상기 박막트랜지스터 어레이부(115) 상에 위치하는 유기EL어레이부(120), 유기EL어레이부(120)를 외부환경으로부터 격리시키기 위한 글래스(glass) 캡(152)을 포함한다. As shown in FIG. 5, the organic EL display device includes a thin film
박막 트랜지스터 어레이부(115)는 도 1 또는 도 5에서의 게이트 라인, 데이터 라인, 셀구동부(160) 등 유기EL셀(EL)을 구동하기 위한 구동 소자들로 구성된다. The thin film
유기EL어레이부(120)는 박막 트랜지스터 어레이부(115)의 구동용 박막 트랜지스터(T)와 접속되는 유기EL셀(EL)들이 매트릭스 형태로 배열된다. The
유기EL셀(EL)은 구동용 박막 트랜지스터(T2)와 접속된 제1 전극(또는 "애노드 전극" 이라 한다)(104), 각 픽셀(pixel)을 분리하기 위한 뱅크(또는 "절연막")(6), 유기 발광층(10) 및 제 2 전극(또는 "캐소드 전극" 이라 한다)(112)으로 구성된다. 이때, 유기 발광층(110)은 전자 주입층, 전자 수송층, 발광층, 정공 수송층, 정공 주입층을 구비하고, 발광층은 의해 적(R), 녹(G), 청(B) 중 어느 하나 의 색을 구현하게 된다. The organic EL cell EL is a first electrode (or "anode electrode") 104 connected to the driving thin film transistor T2, and a bank (or "insulating film") for separating each pixel ( 6) an organic
유기EL어레이부(120)의 유기EL셀(EL)들은 수분 및 산소에 쉽게 열화되는 특성을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 봉지(Encapsulation) 공정이 실시됨으로써 유기EL어레이부(120)가 형성된 기판(102)과 글래스 캡(152)이 실런트(126)를 통해 합착된다. 글래스 캡(152)은 발광시 발생하는 열을 방출함과 아울러 외력이나 대기중의 산소 및 수분으로부터 유기EL어레이부(120)를 보호하게 된다. The organic EL cells EL of the
글래스 캡(152)에는 유기EL어레이부(120)와 마주보는 면에 홈(152a)이 마련되고, 홈(152a) 내에는 흡습제(154)가 위치하게 된다. The
이러한 구성을 갖는 유기EL표시장치에서의 스위칭용 박막 트랜지스터(T1), 구동용 박막 트랜지스터(T2) 등의 박막 트랜지스터(T)는 도 2a 내지 도 2f에 도시된 제조방법에 의해 형성된다. In the organic EL display device having such a configuration, the thin film transistors T such as the switching thin film transistor T1 and the driving thin film transistor T2 are formed by the manufacturing method shown in Figs. 2A to 2F.
이하, 도 5에 도시된 유기EL표시장치의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a manufacturing method of the organic EL display device illustrated in FIG. 5 will be described.
먼저, 기판(102) 위에 스위칭용 박막 트랜지스터(T1), 구동용 박막 트랜지스터(T2) 등의 박막 트랜지스터(T)를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이부(115)가 형성된다. 여기서, 스위칭용 박막 트랜지스터(T1), 구동용 박막 트랜지스터(T2) 등의 박막 트랜지스터(T)는 도 2a 내지 도 2f에 도시된 방법과 동일한 방법 형성된다. First, a thin film
도 5, 도6, 도 2a 내지 도 2f을 참조하면, 유기EL표시장치의 제조방법은 기판(102) 위에 게이트 라인(GL), 게이트 라인(GL)과 접속되는 게이트 전극(8)을 포 함하는 게이트 패턴을 형성하는 단계, 기판(102) 위에 게이트 패턴을 노출시키는 적어도 두 개의 제1 홀(18)을 갖는 게이트 절연막(16)을 형성함과 아울러 상기 게이트 절연막(16) 위에 위치하는 반도체 패턴(14)을 형성하는 단계, 반도체 패턴(14) 위에 형성됨과 아울러 상기 제1 홀(18)을 통해 게이트 패턴과 접촉되는 도전층(10a)을 형성하는 단계, 도전층(10a)에 전계를 인가하여 반도체 패턴(14)을 결정화시키는 단계, 도전층(10a)을 패터닝하여 상기 게이트 라인(GL)과 교차되는 데이터 라인(DL)을 형성함과 아울러 게이트 전극(8), 반도체 패턴(14)을 포함하는 박막 트랜지스터(6)를 형성하는 단계를 포함한다.5, 6, and 2A to 2F, a method of manufacturing an organic EL display device includes a gate line GL and a
여기서, 박막 트랜지스터(6)는 스위칭용 박막 트랜지스터(T1), 구동용 박막 트랜지스터(T2)이다.Here, the
이후, 유기EL어레이부(120)가 형성된 후, 봉지(Encapsulation) 공정이 실시됨으로써 유기EL어레이부(120)가 형성된 기판(102)과 글래스 캡(152)이 실런트(126)를 통해 합착된다. 이에 따라, 유기EL표시장치는 제조공정이 단순한 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터에서의 반도체 패턴을 결정화할 수 있게 된다. 이에 따라, 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터의 전자 이동도 및 수명을 향상시키는 등 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다. Subsequently, after the
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 제조공정이 단순한 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터에서의 반도체 패턴을 결정화할 수 있게 된다. 그리고, 액정표시패널 및 유기EL표시장치에 이용되는 버텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터에서의 반도체 패턴을 결정화할 수 있게 된다.As described above, in the present invention, the semiconductor pattern in the thin-film transistor having a simple bottom gate structure can be crystallized. The semiconductor pattern in the bottom gate structure thin film transistor used in the liquid crystal display panel and the organic EL display device can be crystallized.
이에 따라, 박막 트랜지스터뿐만 아니라 표시장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.Accordingly, the reliability of the display device as well as the thin film transistor can be improved.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Will be clear to those who have knowledge of.
도 1 본 발명에 따른 박막 트랜지스터를 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing a thin film transistor according to the present invention.
도 2a 내지 도 2f는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도들.2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the thin film transistor illustrated in FIG. 1 in steps.
도 3은 도 1에 도시된 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판을 나타내는 단면도.3 is a cross-sectional view illustrating a thin film transistor array substrate including the thin film transistor illustrated in FIG. 1.
도 4a 내지 도 4h는 도 3에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도들.4A through 4H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the thin film transistor array substrate illustrated in FIG. 3.
도 5는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터를 포함하는 유기전계발광표시장치를 나타내는 단면도.FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an organic light emitting display device including the thin film transistor illustrated in FIG. 1.
도 6은 도 5의 유기전계발광표시장치에서의 하나의 화소를 나타내는 회로도.FIG. 6 is a circuit diagram illustrating one pixel in the organic light emitting display device of FIG. 5. FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명* * Brief description of symbols for the main parts of the drawings.
8 : 게이트 전극 10 : 소스전극 8
12 : 드레인 전극 18 : 제1 홀12
16 : 게이트 절연막 1,102 : 기판16 gate insulating film 1102 substrate
6 : 박막 트랜지스터 14 : 반도체 패턴6: thin film transistor 14: semiconductor pattern
9 : 오믹접촉층 11 : 활성층9: ohmic contact layer 11: active layer
10a : 도전층 28 : 게이트 패드 하부전극10a: conductive layer 28: gate pad lower electrode
2 : 게이트 라인 26 : 게이트 패드부2 gate line 26 gate pad portion
32 : 게이트 패드 상부전극 21 : 제2 홀32: gate pad upper electrode 21: second hole
34 : 데이터 패드부 40 : 데이터 패드 상부전극34: data pad portion 40: data pad upper electrode
30 : 제3 홀 38 : 제4 홀30: third hole 38: fourth hole
50 : 보호막 19 : 화소전극50: protective film 19: pixel electrode
20 : 스토리지 캐패시터 152 : 캡20: storage capacitor 152: cap
126 : 실런트 115 : 박막 트랜지스터 어레이부126: sealant 115: thin film transistor array unit
120 : 유기EL어레이부 104 : 제1 전극120: organic EL array 104: first electrode
110 : 유기발광층 112 : 제2 전극 110: organic light emitting layer 112: second electrode
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