KR100498158B1 - array panel for liquid crystal displays and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다결정 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터를 포함하는 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an array substrate for a liquid crystal display device including a thin film transistor using polycrystalline silicon and a method of manufacturing the same.
다결정 실리콘을 이용하여 박막 트랜지스터를 만들 경우, 이온 주입 후 주입된 이온을 활성화시키기 위해 레이저빔을 조사하는데, 이때 게이트 전극 및 게이트 배선이 금속 물질일 경우 레이저 에너지 밀도를 크게 할 수 없어 소스 및 드레인 영역의 활성화 정도가 떨어진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 게이트 전극 및 게이트 배선을 다결정 실리콘으로 할 경우, 다결정 실리콘은 비저항이 크기 때문에 신호 지연과 같은 문제가 발생할 수 있다.When the thin film transistor is made of polycrystalline silicon, the laser beam is irradiated to activate the implanted ions after the ion implantation. When the gate electrode and the gate wiring are made of a metal material, the laser energy density cannot be increased so that the source and drain regions can be increased. The degree of activation of falls. In order to solve this problem, when the gate electrode and the gate wiring are made of polycrystalline silicon, problems such as signal delay may occur because the polycrystalline silicon has a large resistivity.
본 발명에서는 게이트 전극만 다결정 실리콘으로 형성하고, 게이트 배선은 데이터 배선 형성시 형성한 다음 게이트 전극과 접촉하도록 함으로써, 불순물을 주입 후 레이저 활성화시 게이트 전극이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 레이저빔의 에너지 밀도를 크게 함으로써 소스 및 드레인 영역의 활성화 정도를 향상시킬 수 있다. 또한, 공정이 추가되지 않아, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.In the present invention, only the gate electrode is formed of polycrystalline silicon, and the gate wiring is formed when the data wiring is formed and then contacted with the gate electrode, thereby preventing the gate electrode from being damaged when the laser is activated after implanting impurities. By increasing the energy density, the degree of activation of the source and drain regions can be improved. In addition, no process is added, which can reduce manufacturing costs.
Description
본 발명은 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다결정 실리콘으로 이루어진 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an array substrate for a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an array substrate including a thin film transistor made of polycrystalline silicon and a method for manufacturing the same.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 이 중 액정 표시 장치(liquid crystal display)가 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.Recently, with the rapid development of the information society, there is a need for a flat panel display having excellent characteristics such as thinness, light weight, and low power consumption. It is excellent in color display and image quality, and is actively applied to notebooks and desktop monitors.
일반적으로 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.In general, a liquid crystal display device is formed by arranging two substrates on which electric field generating electrodes are formed so that the surfaces on which two electrodes are formed face each other, injecting a liquid crystal material between the two substrates, and then applying voltage to the two electrodes. By moving the liquid crystal molecules by an electric field, the device expresses an image by the transmittance of light that varies accordingly.
액정 표시 장치의 하부 기판은 스위칭 소자인 박막 트랜지스터를 포함하는데, 일반적으로 박막 트랜지스터에 사용되는 액티브층은 비정질 실리콘(amorphous silicon ; a-Si:H)이 주류를 이루고 있다. 이는 비정질 실리콘이 저온에서 저가의 유리 기판과 같은 대형 기판 상에 형성하는 것이 가능하기 때문이다. The lower substrate of the liquid crystal display includes a thin film transistor which is a switching element. In general, an active layer used in the thin film transistor is made of amorphous silicon (a-Si: H). This is because amorphous silicon can be formed on a large substrate such as a low cost glass substrate at low temperature.
한편, 근래에 들어 다결정 실리콘(poly-Si)을 사용하는 박막 트랜지스터를 채용한 액정 표시 장치가 연구 및 개발되고 있다. 이러한 다결정 실리콘은 비정질 실리콘에 비해 전계효과 이동도가 100 내지 200 배 정도 더 크므로 응답 속도가 빠르고, 온도와 빛에 대한 안정성이 우수하다. 또한, 구동회로를 동일 기판 상에 형성할 수 있는 장점이 있다.On the other hand, recently, liquid crystal display devices employing thin film transistors using polycrystalline silicon (poly-Si) have been researched and developed. Since the polycrystalline silicon has a field effect mobility of about 100 to 200 times greater than that of amorphous silicon, the response speed is fast and the stability to temperature and light is excellent. In addition, there is an advantage that the driving circuit can be formed on the same substrate.
다결정 실리콘을 형성하는 방법으로는 비정질 실리콘 박막에 기판 온도를 250℃ 정도로 가열하면서 엑시머 레이저를 가해서 성장시키는 레이저 열처리(laser annealing) 방법과, 비정질 실리콘 상에 금속을 증착하여 금속을 씨드로 다결정 실리콘을 형성하는 금속유도 결정화(metal induced crystallization : MIC) 방법, 비정질 실리콘을 고온에서 장시간 열처리하여 형성하는 고상 결정화(solid phase crystallization : SPC) 방법, 그리고 기판 상에 직접 다결정 실리콘을 증착하는 방법 등이 있다.As a method of forming polycrystalline silicon, a laser annealing method of growing an amorphous silicon thin film by applying an excimer laser while heating the substrate temperature to about 250 ° C., and depositing a metal on the amorphous silicon to produce polycrystalline silicon as a seed The metal induced crystallization (MIC) method to be formed, the solid phase crystallization (SPC) method of forming amorphous silicon by heat treatment for a long time at high temperature, and the method of depositing polycrystalline silicon directly on a substrate.
최근에 레이저를 이용하여 순차측면고상법(sequential lateral solidification : 이하 SLS 방법이라고 함)에 의해 결정화하는 방법이 제안되어 널리 연구되고 있는데, SLS 방법은 실리콘의 그레인이 실리콘 액상영역과 실리콘 고상영역의 경계면에서 그 경계면에 대하여 수직 방향으로 성장한다는 사실을 이용한 것으로, 레이저 에너지의 크기와 레이저빔의 조사 범위를 적절하게 이동하여 그레인을 소정의 길이만큼 측면성장시킴으로써, 실리콘 그레인의 크기를 향상시킬 수 있는 방법이다.Recently, a method of crystallizing by sequential lateral solidification (hereinafter referred to as SLS method) using a laser has been proposed and widely studied. In the SLS method, the grain of silicon is the interface between the silicon liquid region and the solid state region of the silicon. Is a method of increasing the size of silicon grain by lateral growth of grain by a predetermined length by appropriately shifting the size of laser energy and the irradiation range of the laser beam. to be.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 다결정 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an array substrate including a thin film transistor using polycrystalline silicon and a method of manufacturing the same will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 액정 표시 장치용 어레이 기판의 평면도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도이다.1 is a plan view of a conventional array substrate for a liquid crystal display device, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(10) 위에 아일랜드(island) 형태를 가지는 다결정 실리콘층(21, 22, 23)이 형성되어 있는데, 이 다결정 실리콘층은 박막 트랜지스터의 액티브층(21)과 불순물이 도핑된 소스 및 드레인 영역(22, 23)으로 나누어진다.1 and 2, polycrystalline silicon layers 21, 22, and 23 having an island shape are formed on a substrate 10, which is an active layer 21 of a thin film transistor. ) And the doped source and drain regions 22 and 23.
이어, 액티브층(21) 상부에는 게이트 절연막(30)과 게이트 전극(42)이 형성되어 있으며, 게이트 전극(42)은 가로 방향으로 연장되어 있는 게이트 배선(41)과 연결되어 있다. Subsequently, a gate insulating film 30 and a gate electrode 42 are formed on the active layer 21, and the gate electrode 42 is connected to the gate wire 41 extending in the horizontal direction.
게이트 전극(42) 및 게이트 배선(41) 위에는 층간 절연막(50)이 형성되어 이들을 덮고 있고, 층간 절연막(50)은 소스 및 드레인 영역(22, 23)의 일부를 각각 드러내는 제 1 및 제 2 콘택홀(51, 52)을 가진다.An interlayer insulating film 50 is formed on and covers the gate electrode 42 and the gate wiring 41, and the interlayer insulating film 50 first and second contacts exposing portions of the source and drain regions 22 and 23, respectively. It has holes 51 and 52.
층간 절연막(50) 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 소스 전극(62)을 포함하는 데이터 배선(61)과 드레인 전극(63)이 형성되어 있다. 여기서, 데이터 배선(61)은 세로 방향으로 연장되어 게이트 배선(41)과 교차함으로써 화소 영역을 정의하고, 소스 전극(62)은 데이터 배선(61)의 일부로 이루어지며, 드레인 전극(63)은 게이트 전극(42)을 중심으로 소스 전극(62)과 마주 대하고 있다. 소스 및 드레인 전극(62, 63)은 콘택홀(51, 52)을 통해 각각 소스 및 드레인 영역(22, 23)과 연결되어 있다.The data line 61 and the drain electrode 63 including the source electrode 62 are formed of a conductive material such as a metal on the interlayer insulating layer 50. Here, the data line 61 extends in the vertical direction and intersects with the gate line 41 to define a pixel region, the source electrode 62 is formed as part of the data line 61, and the drain electrode 63 is a gate. The electrode 42 is facing the source electrode 62. The source and drain electrodes 62 and 63 are connected to the source and drain regions 22 and 23 through the contact holes 51 and 52, respectively.
이어, 보호층(70)이 기판(10) 전면에 걸쳐 형성되어 데이터 배선(61)과 소스 및 드레인 전극(62, 63)을 덮고 있으며, 보호층(70)은 제 2 콘택홀(52) 상부의 드레인 전극(63)을 드러내는 제 3 콘택홀(71)을 가진다.Subsequently, a passivation layer 70 is formed over the entire surface of the substrate 10 to cover the data line 61 and the source and drain electrodes 62 and 63, and the passivation layer 70 is formed on the second contact hole 52. And a third contact hole 71 exposing the drain electrode 63 of.
보호층(70) 상부의 화소 영역에는 제 3 콘택홀(71)을 통해 드레인 전극(63)과 연결되어 있으며, 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(81)이 형성되어 있다.A pixel electrode 81 made of a transparent conductive material is formed in the pixel area on the passivation layer 70 through the third contact hole 71 and formed of a transparent conductive material.
이러한 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법에 대하여 도 3a 내지 도 3f를 참조하여 상세히 설명한다. 여기서, 도 3a 내지 도 3f는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면에 해당한다.A method of manufacturing the array substrate for a liquid crystal display device will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 3F. 3A to 3F correspond to a cross section taken along the line II-II of FIG. 1.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이 기판(10) 위에 아일랜드 형태의 다결정 실리콘층(20)을 형성한다. 여기서, 다결정 실리콘층(20)은 앞서 언급한 다결정 실리콘 형성 방법 중의 하나를 이용하여 형성할 수 있다.First, as shown in FIG. 3A, an island-type polycrystalline silicon layer 20 is formed on the substrate 10. Here, the polycrystalline silicon layer 20 may be formed using one of the aforementioned polycrystalline silicon forming methods.
이어, 도 3b에 도시한 바와 같이 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 같은 절연막과 금속층을 차례로 증착한 후, 금속층 및 절연막을 패터닝하여 다결정 실리콘층(20) 상부에 게이트 전극(42)과 그 하부의 게이트 절연막(30)을 각각 형성한다. 다음, 게이트 전극(42)에 의해 드러난 다결정 실리콘층(20)에 이온 도핑(ion doping)을 실시한다. 이때, 게이트 전극(42) 형성시 게이트 배선(도시하지 않음)도 함께 형성된다.Subsequently, as illustrated in FIG. 3B, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film and a metal layer are sequentially deposited, and then the metal layer and the insulating film are patterned to form a gate electrode 42 and a gate insulating film below the polycrystalline silicon layer 20. 30) respectively. Next, ion doping is performed on the polycrystalline silicon layer 20 exposed by the gate electrode 42. At this time, a gate wiring (not shown) is also formed when the gate electrode 42 is formed.
다음, 도 3c에 도시한 바와 같이 이온 도핑 후 다결정 실리콘층은 이온이 도핑된 소스 및 드레인 영역(22, 23)과 이온이 도핑되지 않은 액티브층(21)으로 나뉘어진다. 여기서, 소스 및 드레인 영역(22, 23)에 도핑된 이온을 활성화시키기 위한 과정이 필요한데, 일반적으로 열처리(annealing) 방법이 이용된다.Next, as shown in FIG. 3C, the polycrystalline silicon layer after ion doping is divided into ion-doped source and drain regions 22 and 23 and an ion-doped active layer 21. Here, a process for activating the doped ions in the source and drain regions 22 and 23 is required, and generally, an annealing method is used.
한편, 앞서 도 3b의 이온 도핑시 이온 도핑 에너지로 인해 소스 및 드레인 영역(22, 23)의 반도체 구조가 다결정질에서 비정질로 변하는 경우가 있으므로, 이를 다결정 상태로 복원시키는 과정 또한 필요하다. Meanwhile, since the semiconductor structure of the source and drain regions 22 and 23 may change from polycrystalline to amorphous due to the ion doping energy in the ion doping of FIG. 3B, a process of restoring it to the polycrystalline state is also required.
그런데, 이렇게 비정질화된 소스 및 드레인 영역을 다시 다결정 상태로 복원하기 위해서 일반적인 열처리 방법을 이용할 경우, 고온에서 장시간의 열처리가 이루어져야 하므로 기판의 변형을 초래하게 된다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 레이저를 이용하여 열처리를 수행한다.However, when the general heat treatment method is used to restore the amorphous source and drain regions back to the polycrystalline state, a long time heat treatment must be performed at a high temperature, resulting in deformation of the substrate. Therefore, in order to solve this problem, heat treatment is performed using a laser.
이와 같이, 레이저를 이용하여 열처리함으로써 도핑된 이온을 활성화시킬 뿐만 아니라, 비정질화된 소스 및 드레인 영역(22, 23)을 다결정 상태로 복원시킬 수도 있다.In this manner, heat treatment using a laser may not only activate doped ions, but also restore the amorphous source and drain regions 22 and 23 to a polycrystalline state.
다음, 도 3d에 도시한 바와 같이 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막으로 층간 절연막(50)을 형성하고, 이를 패터닝하여 소스 및 드레인 영역(22, 23)을 각각 드러내는 제 1 및 제 2 콘택홀(51, 52)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 3D, an interlayer insulating film 50 is formed of a silicon oxide film or a silicon nitride film and patterned to expose the first and second contact holes 51 and 52 to expose the source and drain regions 22 and 23, respectively. ).
이어, 도 3e에 도시한 바와 같이 금속과 같은 물질을 증착하고 패터닝하여 소스 및 드레인 전극(62, 63)을 형성한다. 이때, 데이터 배선(도시하지 않음)도 함께 형성하며, 소스 및 드레인 전극(62, 63)은 제 1 및 제 2 콘택홀(51, 52)을 통해 소스 및 드레인 영역(22, 23)과 각각 접촉하도록 한다.Subsequently, as shown in FIG. 3E, a material such as a metal is deposited and patterned to form source and drain electrodes 62 and 63. In this case, a data line (not shown) is also formed, and the source and drain electrodes 62 and 63 contact the source and drain regions 22 and 23 through the first and second contact holes 51 and 52, respectively. Do it.
다음, 도 3f에 도시한 바와 같이 소스 및 드레인 전극(62, 63)이 형성되어 있는 기판(10) 상의 전면에 걸쳐 보호막(70)을 형성하고 패터닝하여 드레인 전극(63)을 드러내는 제 3 콘택홀(71)을 형성한 후, 그 위에 투명 도전 물질로 화소 전극(81)을 형성한다. 이때, 화소 전극(81)은 제 3 콘택홀(71)을 통해 드레인 전극(63)과 연결된다.Next, as shown in FIG. 3F, a third contact hole exposing the drain electrode 63 by forming and patterning the passivation layer 70 over the entire surface of the substrate 10 on which the source and drain electrodes 62 and 63 are formed. After the 71 is formed, the pixel electrode 81 is formed on the transparent conductive material thereon. In this case, the pixel electrode 81 is connected to the drain electrode 63 through the third contact hole 71.
이러한 다결정 실리콘을 이용한 박막 트랜지스터는 전계 효과 이동도가 높아 응답 속도가 빠르며, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 액정 표시 장치에 이용할 경우에는 구동 회로를 동일 기판 위에 형성할 수 있으므로, 액정 표시 장치의 제조 공정 및 비용을 감소시킬 수 있다.Such a thin film transistor using polycrystalline silicon has a high field effect mobility and a fast response speed. When the polycrystalline silicon thin film transistor is used in a liquid crystal display device, a driving circuit can be formed on the same substrate, thus manufacturing process and cost of the liquid crystal display device. Can be reduced.
그런데, 이러한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조하는 데 있어서, 앞서 언급한 바와 같이 게이트 전극 및 게이트 배선을 금속 물질로 형성할 경우, 도 3c의 레이저 활성화 과정시 레이저 에너지 밀도가 너무 크면 게이트 전극이 손상을 입을 수 있다. 따라서, 레이저 에너지의 밀도를 어느 정도 이상 크게 하지 못하는데, 이러한 경우 소스 및 드레인 영역(도 3c의 22, 23)이 완전히 용융되지 못하여 활성화 정도가 낮아질 수 있다. 특히, 다결정 실리콘은 열전도도가 높기 때문에 액티브층(도 3c의 21)과 인접한 소스 및 드레인 영역(22, 23)에서는 열손실이 심하게 되어, 이 부분에서의 활성화 정도가 더욱 낮아지게 된다.However, in manufacturing such a polycrystalline silicon thin film transistor, as described above, when the gate electrode and the gate wiring are formed of a metal material, the gate electrode may be damaged if the laser energy density is too large during the laser activation process of FIG. 3C. Can be. Therefore, the density of the laser energy is not increased to some extent. In this case, the source and drain regions 22 and 23 of FIG. 3C may not be completely melted, and thus the degree of activation may be lowered. In particular, since polycrystalline silicon has high thermal conductivity, heat loss is severe in the source and drain regions 22 and 23 adjacent to the active layer (21 in FIG. 3C), and the activation degree in this portion is further lowered.
이러한 문제를 방지하기 위해 게이트 전극 및 게이트 배선을 다결정 실리콘으로 형성할 경우, 레이저 에너지의 밀도를 높임으로써 소스 및 드레인 영역의 활성화도를 높일 수 있다. 그러나, 다결정 실리콘은 금속 물질에 비해 비저항이 크기 때문에 신호 지연과 같은 문제가 발생할 수 있으므로, 대면적을 가지는 표시 장치에는 적용하기 어려운 단점이 있다. In order to prevent such a problem, when the gate electrode and the gate wiring are formed of polycrystalline silicon, the activation of the source and drain regions can be increased by increasing the density of laser energy. However, since polycrystalline silicon has a larger resistivity than metal materials, problems such as signal delay may occur, which makes it difficult to apply to a display device having a large area.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 제조하는 데 있어서, 소스 및 드레인 영역의 활성화 공정시 배선의 손상을 방지할 수 있는 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to manufacture a polycrystalline silicon thin film transistor, and a liquid crystal display device capable of preventing damage to wiring during an activation process of a source and a drain region. The present invention provides an array substrate and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명의 다른 목적은 박막 트랜지스터의 특성을 향상시키면서도, 공정수가 늘어나지 않는 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. Further, another object of the present invention relates to an array substrate for a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, in which the number of steps does not increase while improving the characteristics of the thin film transistor.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 기판 상에 다결정 실리콘 물질로 이루어진 액티브층과; 상기 액티브층과 일체형 패턴으로, 상기 액티브층의 양측에 위치하며 불순물 도핑된 소스 및 드레인 영역과; 상기 소스 영역과 연결되고, 제 1 방향으로 형성된 데이터 배선과; 상기 액티브층과 절연된 상태에서, 상기 액티브층 영역과 중첩되게 위치하는 제 1 전극부와, 상기 데이터 배선과 절연된 상태에서 중첩되게 위치하는 제 2 전극부로 구성되고, 다결정 실리콘 물질로 이루어진 게이트 전극과; 상기 데이터 배선과 동일 공정에서 동일 물질로 형성되며, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 데이터 배선 간 이격 영역에 분리된 패턴으로 형성되고, 상기 데이터 배선과의 교차 영역에서는 상기 게이트 전극의 제 2 전극부와 연결되는 게이트 배선과; 상기 드레인 영역과 연결되는 화소 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 어레이 기판을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an active layer comprising a polycrystalline silicon material on a substrate; An impurity doped source and drain region on both sides of the active layer in an integrated pattern with the active layer; A data line connected to the source region and formed in a first direction; A gate electrode made of a polycrystalline silicon material, comprising a first electrode portion positioned to overlap with the active layer region in an insulated state from the active layer, and a second electrode portion positioned overlapping in an insulated state from the data line. and; It is formed of the same material in the same process as the data line, and is formed in a pattern separated in the spaced apart area between the data lines in a second direction crossing the first direction, and in the cross region with the data line, A gate wiring connected to the two electrode portions; An array substrate for a liquid crystal display device including a pixel electrode connected to the drain region is provided.
다른 측면에서, 본 발명은, 기판 상에, 다결정 실리콘 물질을 이용하여 아일랜드 형태의 다결정 실리콘층을 형성하는 단계; 상기 다결정 실리콘층의 양측을 노출시키는 영역 상에, 게이트 절연막과, 비정질 실리콘으로 이루어지며, 제 1 방향으로 위치하는 제 1 전극부와, 상기 제 1 방향과 교차되는 제 2 방향으로 위치하는 제 2 전극부로 구성된 게이트 전극을 차례대로 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극을 마스크로 이용하여, 상기 다결정 실리콘층의 노출된 양측을 불순물 처리하여, 상기 다결정 실리콘층을, 상기 게이트 전극과 대응되게 위치하는 액티브층과, 상기 불순물 처리된 소스 및 드레인 영역으로 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 영역을 활성화시키고, 상기 활성화 단계에서 게이트 전극을 결정화처리하는 단계와; 상기 제 1 방향으로, 상기 소스 영역과 연결되는 데이터 배선을 형성하고, 상기 데이터 배선과 동일한 물질을 이용하여 상기 제 2 방향으로, 상기 데이터 배선 간 이격 구간에 분리된 패턴 구조로, 상기 게이트 전극의 제 2 전극부와 연결되는 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 드레인 영역과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for forming a polycrystalline silicon layer on a substrate, the method comprising: forming a polycrystalline silicon layer in island form using a polycrystalline silicon material; On a region exposing both sides of the polycrystalline silicon layer, a gate insulating film, a first electrode part made of amorphous silicon, positioned in a first direction, and a second located in a second direction crossing the first direction Sequentially forming a gate electrode composed of an electrode portion; By using the gate electrode as a mask, impurity treatment is performed on both exposed sides of the polycrystalline silicon layer to form the polycrystalline silicon layer as an active layer positioned corresponding to the gate electrode, and the source and drain regions treated with the impurity. Making a step; Activating the source and drain regions and crystallizing a gate electrode in the activation step; Forming a data line connected to the source region in the first direction, and having a pattern structure separated in the interval between the data lines in the second direction by using the same material as the data line; Forming a gate wiring connected to the second electrode portion; A method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device, the method including forming a pixel electrode connected to the drain region.
이와 같이, 본 발명에서는 다결정 실리콘을 액티브층으로 하여 박막 트랜지스터를 형성하는데 있어서, 게이트 배선은 금속 물질로 형성하고 게이트 전극은 실리콘으로 형성하여, 레이저 활성화시 게이트 전극이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 소스 및 드레인 영역의 활성화 정도를 향상시킬 수 있다.As described above, in the present invention, in forming a thin film transistor using polycrystalline silicon as an active layer, the gate wiring is formed of a metal material and the gate electrode is formed of silicon, thereby preventing the gate electrode from being damaged during laser activation. The degree of activation of the source and drain regions can be improved.
또한, 게이트 배선이 금속 물질로 이루어지므로 배선의 신호 지연을 방지하면서도, 게이트 배선을 데이터 배선 형성시 형성하므로 공정이 추가되지 않아, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.In addition, since the gate wiring is made of a metal material, while preventing signal delay of the wiring, the gate wiring is formed when the data wiring is formed, so that a process is not added, thereby reducing manufacturing costs.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an array substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 평면도이고, 도 5는 도 4에서 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 자른 단면도이다.4 is a plan view of an array substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 기판(110) 위에 아일랜드 모양의 다결정 실리콘으로 이루어진 박막 트랜지스터의 액티브층(121)과 액티브층(121) 양쪽에 위치하는 소스 및 드레인 영역(122, 123)이 형성되어 있다. 여기서, 소스 및 드레인 영역(122, 123)은 불순물로 도핑되어 있다.As shown in FIGS. 4 and 5, the active layer 121 and the source and drain regions 122 and 123 positioned on both sides of the active layer 121 of the thin film transistor made of island-shaped polycrystalline silicon are disposed on the substrate 110. Formed. Here, the source and drain regions 122 and 123 are doped with impurities.
박막 트랜지스터의 액티브층(121) 상부에는 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막으로 이루어진 게이트 절연막(130)이 형성되어 있고, 그 위에 다결정 실리콘으로 이루어진 게이트 전극(141, 142)이 형성되어 있다. 게이트 전극(141, 142)은 가로 방향으로 연장된 제 1 전극부(141)와 세로 방향으로 연장된 제 2 전극부(142)로 이루어져 'ㄱ'자형을 이루고 있으며, 도시하지 않았지만 게이트 절연막(130)은 게이트 전극(141, 142)과 동일한 모양을 가진다.A gate insulating film 130 made of a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the active layer 121 of the thin film transistor, and gate electrodes 141 and 142 made of polycrystalline silicon are formed thereon. The gate electrodes 141 and 142 consist of a first electrode part 141 extending in the horizontal direction and a second electrode part 142 extending in the vertical direction to form a '-' shape. Although not shown, the gate insulating layer 130 is formed. ) Has the same shape as the gate electrodes 141 and 142.
이어, 그 위에 게이트 전극(141, 142)을 덮는 층간 절연막(150)이 형성되어 있다. 층간 절연막(150)은 게이트 절연막(130)과 마찬가지로 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 중의 어느 하나로 형성할 수 있으며 소스 및 드레인 영역(122, 123)을 각각 드러내는 제 1 및 제 2 콘택홀(151, 152)과, 게이트 전극의 제 1 전극부(141) 양끝단을 드러내는 제 3 콘택홀(153)을 가지고 있다.Next, an interlayer insulating film 150 covering the gate electrodes 141 and 142 is formed thereon. Like the gate insulating layer 130, the interlayer insulating layer 150 may be formed of any one of a silicon oxide layer and a silicon nitride layer, and the first and second contact holes 151 and 152 exposing the source and drain regions 122 and 123, respectively. And a third contact hole 153 exposing both ends of the first electrode portion 141 of the gate electrode.
층간 절연막(150) 상부에는 금속과 같은 도전 물질로 소스 전극(162)을 포함하는 데이터 배선(161)과 드레인 전극(163), 그리고 게이트 배선(165)이 형성되어 있다. 데이터 배선(161)은 세로 방향으로 연장되어 게이트 전극의 제 1 전극부(141)와 중첩되어 있고, 소스 전극(162)은 데이터 배선(161)의 일부로 이루어지며 제 1 콘택홀(151)을 통해 소스 영역(122)과 연결되어 있고, 드레인 전극(163)은 제 2 콘택홀(152)을 통해 드레인 영역(123)과 연결되어 있다. 한편, 게이트 배선(165)은 가로 방향으로 연장되어 이웃하는 데이터 배선(161) 사이에 위치하며, 양단이 게이트 전극의 제 1 전극부(141) 양끝단과 중첩되어 있어 제 3 콘택홀(153)을 통해 게이트 전극의 제 1 전극부(141)와 연결되어 있다. 여기서, 소스 전극(162)은 데이터 배선(161)의 일부로 이루어지나, 데이터 배선(161)에서 연장되어 있을 수 있으며, 드레인 전극(163)은 생략할 수도 있다.The data line 161 including the source electrode 162, the drain electrode 163, and the gate line 165 are formed of a conductive material such as a metal on the interlayer insulating layer 150. The data line 161 extends in the vertical direction to overlap the first electrode portion 141 of the gate electrode, and the source electrode 162 is formed as part of the data line 161 and is formed through the first contact hole 151. The drain electrode 163 is connected to the source region 122, and the drain electrode 163 is connected to the drain region 123 through the second contact hole 152. On the other hand, the gate wiring 165 extends in the horizontal direction and is positioned between the neighboring data wirings 161, and both ends thereof overlap with both ends of the first electrode portion 141 of the gate electrode, thereby forming the third contact hole 153. It is connected to the first electrode portion 141 of the gate electrode through. Here, the source electrode 162 may be part of the data line 161, but may extend from the data line 161, and the drain electrode 163 may be omitted.
다음, 보호층(170)이 기판(110) 전면에 걸쳐 형성되어 있고, 보호층(170)은 드레인 전극(163)을 드러내는 제 4 콘택홀(171)을 가진다.Next, a protective layer 170 is formed over the entire surface of the substrate 110, and the protective layer 170 has a fourth contact hole 171 exposing the drain electrode 163.
보호층(170) 상부에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(181)이 형성되어 있는데, 화소 전극(181)은 게이트 배선(165)과 데이터 배선(161)에 의해 정의되는 화소 영역에 위치하며, 제 4 콘택홀(171)을 통해 드레인 전극(163)과 연결되어 있다.A pixel electrode 181 made of a transparent conductive material is formed on the passivation layer 170. The pixel electrode 181 is positioned in a pixel area defined by the gate line 165 and the data line 161. It is connected to the drain electrode 163 through four contact holes 171.
이와 같이, 본 발명에서는 게이트 배선을 금속 물질로 하고, 박막 트랜지스터의 게이트 전극 부분만을 다결정 실리콘으로 함으로써, 배선의 신호 지연을 방지할 수 있다.As described above, in the present invention, the signal wiring of the wiring can be prevented by using the gate wiring as a metal material and only the gate electrode portion of the thin film transistor as polycrystalline silicon.
이하, 도 6a 내지 도 6g와 도 7a 내지 도 7g를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 여기서, 도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 따른 어레이 기판의 제조 과정을 도시한 평면도이고, 도 7a 내지 도 7g는 본 발명에 따른 어레이 기판의 제조 과정을 도시한 단면도로서, 각각 도 6a 내지 도 6g의 Ⅶa-Ⅶa 내지 Ⅶg-Ⅶg선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.Hereinafter, a method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6A to 6G and 7A to 7G. 6A to 6G are plan views illustrating the manufacturing process of the array substrate according to the present invention, and FIGS. 7A to 7G are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the array substrate according to the present invention, and FIGS. 6A to 6G, respectively. Fig. 1 shows a cross section taken along the lines VIIa-VIIa to VIIg-VIIg.
먼저, 도 6a 및 도 7a에 도시한 바와 같이 기판(110) 위에 아일랜드 모양을 가지는 다결정 실리콘층(120)을 형성한다. First, as shown in FIGS. 6A and 7A, a polycrystalline silicon layer 120 having an island shape is formed on the substrate 110.
앞서 언급한 바와 같이, 다결정 실리콘층(120)의 형성은 여러 가지 방법으로 이루어질 수 있는데, 특히 비정질 실리콘층을 증착하고 이를 재결정화하는 방법으로서, 레이저 어닐링 방법이나 SLS 방법에 의해 이루어질 수도 있다.As mentioned above, the polycrystalline silicon layer 120 may be formed in various ways. In particular, as the method of depositing and recrystallizing the amorphous silicon layer, the polycrystalline silicon layer 120 may be formed by a laser annealing method or an SLS method.
이때, 비정질 실리콘층을 다결정 실리콘층으로 재결정화할 경우, 열에 의해 기판(110) 내부에 존재하는 알칼리 이온, 예를 들면 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+) 등이 발생할 수 있는데, 이러한 알칼리 이온에 의해 다결정 실리콘층(120)의 막질 특성이 저하되는 것을 방지하기 위해, 기판(110)과 다결정 실리콘층(120) 사이에 완충층을 더 형성할 수도 있다.In this case, when the amorphous silicon layer is recrystallized into a polycrystalline silicon layer, alkali ions, for example, potassium ions (K +), sodium ions (Na +), etc. present in the substrate 110 may be generated by heat. In order to prevent the film quality of the polycrystalline silicon layer 120 from deteriorating, a buffer layer may be further formed between the substrate 110 and the polycrystalline silicon layer 120.
이어, 도 6b 및 도 7b에 도시한 바와 같이 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 등의 절연막을 증착하고, 그 위에 비정질 실리콘을 증착한 다음, 비정질 실리콘과 절연막을 패터닝하여 다결정 실리콘층(120) 상부에 비정질 실리콘으로 이루어진 게이트 전극(141, 142)과 게이트 절연막(130)을 형성한다. 다음, 게이트 전극(141, 142)을 마스크로 이온 도핑을 실시하여 다결정 실리콘층(120)에 불순물을 주입하는데, 이때 게이트 전극(141, 142)에도 불순물이 주입된다. 여기서, 게이트 전극(141, 142)은 가로 방향의 제 1 전극부(141)와 세로 방향의 제 2 전극부(142)로 이루어져 'ㄱ'자 모양을 가진다.6B and 7B, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited, amorphous silicon is deposited thereon, and then the amorphous silicon and the insulating film are patterned to form the amorphous silicon on the polycrystalline silicon layer 120. The gate electrodes 141 and 142 and the gate insulating layer 130 are formed. Next, an impurity is implanted into the polycrystalline silicon layer 120 by ion doping the gate electrodes 141 and 142 using a mask. At this time, impurities are also implanted into the gate electrodes 141 and 142. Here, the gate electrodes 141 and 142 are formed of a first electrode portion 141 in the horizontal direction and a second electrode portion 142 in the vertical direction to have a '-' shape.
이와 같이, 다결정 실리콘층(120)에 이온 도핑을 하는 이유는 이후 공정에서 형성될 소스 및 드레인 전극과 다결정 실리콘층(120)과의 접촉 저항을 낮추면서 다결정 실리콘층(120)에 전기적인 특성을 부여하기 위한 것이다.As such, the reason for the ion doping of the polycrystalline silicon layer 120 is to reduce the contact resistance between the source and drain electrodes and the polycrystalline silicon layer 120 to be formed in a later process, while providing electrical characteristics to the polycrystalline silicon layer 120. It is to give.
이온 도핑은 3족이나 5족의 원소를 이용하며, 소스 및 드레인 영역(32, 33)에 5족 원소가 도핑되면 n-형 반도체가, 3족 원소가 도핑되면 p-형 반도체가 형성된다.Ion doping uses elements of Groups 3 and 5, and an n-type semiconductor is formed when the Group 5 elements are doped in the source and drain regions 32 and 33, and a p-type semiconductor is formed when the Group 3 elements are doped.
도핑된 다결정 실리콘층은 도 6c 및 도 7c에 도시한 바와 같이, 불순물 영역(122, 123)과 진성영역(121)으로 나누어지는데, 불순물 영역(122, 123)에 도핑된 이온을 활성화시키며 결정성을 복원시키기 위해, 레이저빔을 조사한다. 여기서, 불순물 영역(122, 123)은 각각 소스 및 드레인 영역이 되고 진성 영역(121)은 박막 트랜지스터의 액티브층이 된다.As shown in FIGS. 6C and 7C, the doped polycrystalline silicon layer is divided into impurity regions 122 and 123 and intrinsic region 121. The doped polycrystalline silicon layer activates doped ions in the impurity regions 122 and 123 and is crystalline. In order to recover the laser beam, the laser beam is irradiated. Here, the impurity regions 122 and 123 become source and drain regions, respectively, and the intrinsic region 121 becomes an active layer of the thin film transistor.
한편, 이 과정에서 비정질 실리콘으로 이루어진 게이트 전극(141, 142)은 레이저에 의해 결정화되어 다결정 실리콘이 된다. 이때, 게이트 전극(141, 142)의 결정성을 향상시키기 위해 레이저빔의 조사는 SLS 결정화 방법을 이용할 수 있다.In this process, the gate electrodes 141 and 142 made of amorphous silicon are crystallized by a laser to become polycrystalline silicon. In this case, in order to improve crystallinity of the gate electrodes 141 and 142, the laser beam irradiation may use an SLS crystallization method.
다음, 도 6d 및 도 7d에 도시한 바와 같이 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막을 증착하여 층간 절연막(150)을 형성하고, 이를 패터닝하여 소스 및 드레인 영역(122, 123)을 각각 드러내는 제 1 및 제 2 콘택홀(151, 152)과 제 1 게이트 배선(141)의 양끝단을 드러내는 제 3 콘택홀(153)을 형성한다.Next, as illustrated in FIGS. 6D and 7D, a silicon oxide film or a silicon nitride film is deposited to form an interlayer insulating film 150, and patterned to form first and second contacts exposing source and drain regions 122 and 123, respectively. Third contact holes 153 exposing both ends of the holes 151 and 152 and the first gate wiring 141 are formed.
이어, 도 6e 및 도 7e에 도시한 바와 같이 금속층을 증착하고 패터닝하여 소스 전극(162)을 포함하는 데이터 배선(161)과 드레인 전극(163), 그리고 게이트 배선(165)을 형성한다. 이때, 데이터 배선(161)은 세로 방향으로 연장되어 게이트 전극의 제 1 전극부(141)와 교차하고, 게이트 배선(165)과 함께 화소 영역을 정의하며, 소스 전극(162)은 제 1 콘택홀(151)을 통해 소스 영역(122)과 접촉하고, 드레인 전극(163)은 제 2 콘택홀(152)을 통해 드레인 영역(123)과 접촉한다. 한편, 가로 방향의 게이트 배선(165)은 이웃하는 두 데이터 배선(161) 사이에 위치하며, 게이트 전극의 제 1 전극부(141)와 양끝단이 중첩되어 제 3 콘택홀(153)을 통해 연결되어 있다. 여기서, 드레인 전극(163)은 생략할 수도 있다.6E and 7E, the metal layer is deposited and patterned to form the data line 161 including the source electrode 162, the drain electrode 163, and the gate line 165. In this case, the data line 161 extends in the vertical direction to intersect the first electrode portion 141 of the gate electrode, define a pixel region together with the gate line 165, and the source electrode 162 may have a first contact hole. The source region 122 is contacted through the 151, and the drain electrode 163 is in contact with the drain region 123 through the second contact hole 152. Meanwhile, the horizontal gate line 165 is positioned between two neighboring data lines 161, and both ends of the first electrode part 141 of the gate electrode overlap each other and are connected through the third contact hole 153. It is. Here, the drain electrode 163 may be omitted.
다음, 도 6f 및 도 7f에 도시한 바와 같이 소스 및 드레인 전극(162, 163)이 형성되어 있는 기판(110) 상의 전면에 걸쳐 보호막(170)을 형성하고, 이를 패터닝하여 제 2 콘택홀(152) 상부의 드레인 전극(163)을 드러내는 제 4 콘택홀(171)을 형성한다. 보호막(170)은 평탄화도가 우수한 유기 절연물질을 이용할 수도 있다.Next, as shown in FIGS. 6F and 7F, the passivation layer 170 is formed over the entire surface of the substrate 110 on which the source and drain electrodes 162 and 163 are formed, and then patterned to form the second contact hole 152. A fourth contact hole 171 exposing the upper drain electrode 163 is formed. The passivation layer 170 may use an organic insulating material having excellent flatness.
이어, 도 6g 및 도 7g에 도시한 바와 같이 보호막(170) 상부의 화소 영역에 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide)와 같은 투명 도전 물질로 화소 전극(181)을 형성한다. 이때, 화소 전극(181)은 제 4 콘택홀(171)을 통해 드레인 전극(163)과 접촉하도록 한다.6G and 7G, the pixel electrode 181 is formed of a transparent conductive material such as indium-tin-oxide in the pixel area on the passivation layer 170. In this case, the pixel electrode 181 is in contact with the drain electrode 163 through the fourth contact hole 171.
이와 같이 본 발명에서는 다결정 실리콘을 액티브층으로 하는 박막 트랜지스터를 형성하는데 있어서, 게이트 전극이 손상되는 것을 방지하면서 소스 및 드레인 영역의 활성화도를 향상시킬 수 있으며, 공정이 추가되지 않는다.As described above, in forming the thin film transistor including polycrystalline silicon as an active layer, the activation degree of the source and drain regions can be improved while preventing the gate electrode from being damaged, and no process is added.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
본 발명에 의한 액정 표시 장치용 어레이 기판에서는 다결정 실리콘을 액티브층으로 하여 박막 트랜지스터를 형성하는데 있어서, 게이트 배선은 금속 물질로 형성하고 게이트 전극은 실리콘으로 형성하여, 불순물을 주입 후 레이저 활성화시 게이트 전극이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 레이저빔의 에너지 밀도를 크게 함으로써 모든 소스 및 드레인 영역이 용융되어 활성화 정도를 향상시킬 수 있다.In the array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention, in forming a thin film transistor using polycrystalline silicon as an active layer, the gate wiring is formed of a metal material and the gate electrode is formed of silicon. This damage can be prevented, and by increasing the energy density of the laser beam, all source and drain regions can be melted to improve the degree of activation.
또한, 게이트 배선이 금속 물질로 이루어지므로 배선의 신호 지연을 방지하면서도, 게이트 배선을 데이터 배선 형성시 형성하므로 공정이 추가되지 않아, 제조 비용을 감소시킬 수 있다.In addition, since the gate wiring is made of a metal material, while preventing signal delay of the wiring, the gate wiring is formed when the data wiring is formed, so that a process is not added, thereby reducing manufacturing costs.
도 1은 종래의 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일부를 도시한 평면도.1 is a plan view showing a part of a conventional array substrate for a liquid crystal display device;
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 자른 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1. FIG.
도 3a 내지 도 3f는 종래의 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 과정을 도시한 단면도.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a conventional array substrate for a liquid crystal display device.
도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일부를 도시한 평면도.4 is a plan view showing a part of an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention;
도 5는 도 4에서 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 자른 단면도.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4. FIG.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 과정을 도시한 평면도.6A to 6G are plan views illustrating a manufacturing process of an array substrate for a liquid crystal display according to the present invention.
도 7a 내지 도 7g는 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 과정을 도시한 단면도.7A to 7G are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention.
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