KR0168700B1 - 박막반도체소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제조공정을 복잡하게 하는 일 없이, 광조사에 의한 리크전류를 작게할 수 있는 박막반도체소자를 제공하기 위한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 역스태거형 TFT에 있어서, 소오스 및 드레인이 각각 채널보호층상에 겹쳐지는 영역을 갖추고, 겹쳐지는 영역에 있어서 채널보호층의 폭방향의 적어도 한쪽의 폭면보다도 소오스 및 드레인의 폭면이 겹쳐지는 영역의 바깥쪽에 있으면서 소오스 및 드레인과 채널보호층의 겹쳐지는 교점에 있어서 반도체층과도 겹쳐지는 교점은 갖춘 것을 특징으로 하는 박막반도체소자를 제공한다.
Description
제1도는 본 발명의 TFT를 나타낸 도면으로, 제1도(a)는 평면도, 제1도(b)는 제1도(a)의 I-I단면도를, 제1도(c)는 제1도(a)의 II-II단면도를, 제1도(d)는 제1도(a)의 IV-IV단면도를 각각 나타낸 것.
제2도는 종래의 TFT를 나타낸 단면으로, 제2도(a)는 평면도를, 제2도(b)는 제2도(a)의 II-II단면도를, 제2도(c)는 제2도(a)의 IV-IV단면도를 각각 나타낸 것.
제3도는 리크전류경로를 설명하기 위한 도면으로, 제3도(a)와 제3도(b)는 종래의 TFT의 평면구조를, 제3도(c)는 본 발명의 TFT의 평면도를 각각 나타낸 것.
제4도는 TFT의 Id-Vg특성을 나타낸 도면으로, 제4도(a)는 실시예1을, 제4도(b)는 종래예를 각각 나타낸 것.
제5도는 실시예1의 TFT구조의 특별한 예를 나타낸 도면으로, 제5도(a)는 평면도를, 제5도(b)는 제5도(a)의 I-I단면도를 각각 나타낸 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 채널보호층 2 : 소오스 및 드레인
3 : 게이트전극층 4 : 게이트절연층
5 : 반도체층 6 : 접촉층
7 : 기판
[산업상의 이용분야]
본 발명은 박막반도체소자(薄膜半導體素子)에 관한 것으로, 특히 액티브 매트릭스형(Active Matrix型) 액정표시장치 등에 이용하여 박막반도체소자 구조에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
근년, 박막반도체소자(이하, TFT라 약칭한다)는 액티브 매트릭스형 액정표시장치나 이미지 센서 등의 소자로서 많이 사용되고 있는 바, 그와 더불어 액정표시장치 등에 사용할 때의 반도체 특성의 향상이 요망되고 있다.
종래의 TFT의 구성에 대해 역스태거형 TFT를 예로 들어 제2도를 참조하여 설명한다. 제2도(a)는 평면도를, 제2도(b)는 제2도(a)의 II-II단면도를, 제2도(c)는 제2도(a)의 IV-IV단면도를 나타낸 것이다.
유리 등으로 이루어진 절연기판(7)상에 게이트전극층(3)을 형성하고, 또한 게이트절연층(4), 반도체층(5), 채널보호층(1)을 차례차례 형성한다. 소정의 채널길이를 얻을 수 있도록 채널보호층(1)을 형성한 후, 접촉층(6; Contact層), 소오스(2), 드레인(2)을 형성한다. 여기까지는 소오스와 드레인을 접촉층(6)에 의해 단락되어 있다. 그리고 채널보호층(1)상의 접촉층(6)을 소오스(2)와 드레인(2)을 마스크로 이용하여 제거한다. 여기서 소오스(2) 및 드레인(2)의 폭은 채널보호층(1)의 폭보다도 넓게 형성된다. 즉 소오스 또는 드레인의 폭을 W1, 채널보호층(1)의 폭을 W0로 한다면, W0W1이다. 이는 채널층의 폭을 넓게 함으로써 소오스와 드레인간의 저항을 낮출 필요가 있기 때문이다. 또한, 채널층의 보호를 확실히 하기 위해서도 채널보호층의 폭을 넓게 하여 배열을 용이하게 할 필요가 있었다.
액티브 매트릭스형 액정표시장치에 이용한 경우를 예로 들어, 이러한 TFT의 문제점에 대해 설명하면 다음과 같다.
TFT는 매트릭스형상으로 형성된 각 화소에 선택적으로 전하를 기입하기 위한 스위칭소자로서 기능하고 있다. 이 때문에, 온상태인 때에 전하를 충분히 기입할 수 있고, 오프상태인 때에는 필요한 시간만큼 화소에 기입된 전하를 유지하는 특성이 요구된다. 따라서, 스위칭기능을 달성한 다음에는 온/오프비(on/off比)가 충분히 확보되어 있는가가 중요하게 된다. 원리상, 투과광을 이용하여 액정표시장치에 이용되는 TFT는 광조사(光照射)를 받는 것을 피할 수 없다. 이 때문에 비정질실리콘이나 다결정실리콘을 이용하고 있는 TFT에는 광에 의해 여기(勵起)된 캐리어가 발생하여 특히 오프상태인 때에 리크전류가 생기기 쉬워진다. 이 오프상태인 때에 발생하는 드레인 리크전류치를 낮추고, 온/오프비를 충분히 확보하는 것이 TFT에 필속적인 기술로 되어 있다. 온/오프비를 크게 확보하지 않으면, 예컨대 노멀리 화이트(Normally White)의 액정재료를 사용한 경우, 화소가 하얗게 되어 표시장치의 결함으로 인식된다. 액정표시장치용과 같이 구조상 또는 사용환경상 광이 조사되는 상황하에서 사용되는 경우, 이와 같이 TFT의 온/오프비의 저하에 기인하는 표시불량이 발생하기 쉬웠다.
드레인 리크전류치를 낮추고 온/오프비를 충분히 확보하기 위한 대책으로서, TFT로의 광조사를 회피하기 위해 블랙 매트릭스나 차폐막의 배설(配設)이 고려되고 있다. 또한, TFT의 리크전류를 무시할 수 있도록 화소전극의 보조용량을 크게 하는 방법도 고려되고 있다. 더욱이, 소오스 및 드레인을 차폐층으로 하여 반도체층으로의 광조사를 회피하는 방법도 제안되어 있다(미국특허 제 5,051,800호).
그런데, 대향전극측에 통상 형성되어 있는 블랙 매트릭스를 배설하는 경우에는 블랙 매트릭스와 TFT의 사이가 수㎛이고 그 사이에 액정조성물이 끼워져 있기 때문에, 백 라이트 및 사용환경으로부터의 광은 액정장치내의 난반사에 의해 TFT로 조사되어 버린다. 블랙 매트릭스의 면적을 크게 하는 방법도 있지만, 액정표시장치의 개구율(開口率)이 저하되어 화질이 열화되어 버린다. 또한, TFT상에 직접 광의 차폐막을 배설하는 방법은, 차폐막의 전위가 TFT의 동작에 영향을 주어 전위결정을 곤란하게 하는 것이나, 층간 쇼트의 우려 등과 같은 문제가 있다. 또한, 제조공정수가 증가하여 복잡하게 된다. 따라서, TFT를 사용하는 장치의 제조수율이 저하되는 등의 문제가 있다.
화소전극의 보조용량을 크게 하는 방법은, 액정표시장치의 개구율을 저하시켜 버리는 것이나, 큰 보조용량만큼 전하를 화소에 기입할 수 있는 이동도(移動度)가 높은 TFT가 필요하게 되는 등의 문제가 있다.
소오스 및 드레인을 차폐층으로 하여 반도체층으로의 광조사를 회피하는 방법은, 채널영역의 차폐층 선단에 있어서 반도체층과 소오스 및 드레인이 접촉층을 매개하여 접촉부분을 갖기 때문에, 드레인 리크전류를 충분히 낮출 수 없다는 문제가 있다.
이상과 같이, 종래의 기술에서는 TFT의 리크전류를 효율좋게 낮추기가 곤란하다는 문제가 있었다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 과제에 대처하기 위해 이루어진 것으로, 제조공정을 복잡하게 하지 않고, 또한 TFT를 사용하는 장치의 성능을 열화시키기 않고 광조사에 의한 TFT의 리크전류를 작게 할 수 있는 TFT를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
본 발명의 TFT는, 기판과, 이 기판상에 배설된 게이트전극층, 절연층을 매개하여 게이트전극층상에 배설된 반도체층으로 이루어진 채널영역, 채널영역상에 배설된 채널보호층 및, 채널영역을 매개하여 전기적으로 접속된 소오스 및 드레인으로 이루어진 TFT에 있어서, 소오스 및 드레인이 각각 채널보호층상에 겹쳐지는 영역을 갖추고, 겹쳐지는 영역에 있어서 채널보호층의 폭방향의 적어도 한쪽의 폭면보다도 소오스 및 드레인의 폭면이 겹쳐지는 영역의 바깥쪽에 있으면서 소오스 및 드레인과 채널보호층의 겹쳐지는 교점에 있어서 반도체층과도 겹쳐지는 교점을 갖춘 것을 특징으로 한다.
제1도를 이용하여 본 발명의 TFT를 설명한다. 제1도(a)는 평면도를, 제1도(b)는 제1도(a)의 I-I단면도를, 제1도(c)는 제1도(a)의 II-II단면도를, 제1도(d)는 제1도(a)의 IV-IV단면도를 각각 나타낸 것이다.
투명기판(7)상에 게이트전극층(3), 게이트절연층(4), 반도체층(5), 채널보호층(1)이 배설되어 있다. 더욱이, 그 위에 접촉층(6)을 매개하여 반도체층(5)과 전기적으로 접속된 소오스 및 드레인(2)이 배설되어 있다.
소오스 및 드레인(2)은 채널보호층(1)상에 겹쳐지는 영역(중첩영역)을 갖추고 있다. 더욱이, 채널보호층(1)의 폭방향의 적어도 한쪽의 폭면(幅面)보다도 소오스 및 드레인(2)의 폭면이 바깥쪽에 있도록 겹쳐진다. 따라서, 채널보호층(1)의 한쪽의 폭면만을 덮도록 겹쳐 놓아도, 또한 양쪽의 폭면을 덮도록 겹쳐 놓아도 된다. 소오스 및 드레인(2)의 전극폭 W1은 채널보호층(1)의 폭 W0보다도 큰 바, 양쪽의 폭면을 덮도록 겹쳐 놓는 때에는 TFT의 리크전류를 작게 할 수 있으므로 보다 좋아진다. 한편, 한쪽의 폭면만을 덮도록 겹쳐 놓는 때에는 TFT의 기생용량을 낮출 수 있다.
소오스 및 드레인(2)과 채널보호층(1)의 겹쳐지는 교점에 있어서 반도체층(5)과도 겹쳐지는 교점을 갖는다는 것은, 제1도에 나타낸 것처럼 소오스 및 드레인(2)과 채널보호층(1)의 겹쳐지는 교점(III)에 있어서, 소오스 및 드레인(2)이 직접 반도체층(5)과 접촉하고 있고, 접촉층(6)을 매개하고 있지 않다는 것을 말한다[제1도(c) 및 제1도(d)]. 이러한 구조로 함으로써 리크전류를 대폭 낮출 수 있다. 여기에서, 소오스 및 드레인(2)은 저저항 반도체층(低抵抗 半導體層) 혹은 금속으로 이루어져 있어도 되고, 또한 이들을 포개 놓은 것이어도 된다.
[작용]
본 발명의 구조로 함으로써 리크전류가 대폭 저하되는 것을 제3도(a), 제3도(b), 제3도(c)를 이용하여 설명한다. 제3도(a), 제3도(b)는 종래의 TFT의 평면구조를, 제3도(c)는 본 발명의 TFT의 평면구조를 나타낸다. 한편, 제3도(b)는 반도체층(5)이 채널영역 이외는 에칭으로 제거되어 있는 것이 제3도(a)와 다르다.
본 발명은 광조사에 의해 생기는 리크전류경로의 유무가 리크전류치에 크게 영향을 끼치는 것에 주목한 결과로 이루어진 것이다. 따라서, 본 발명의 TFT는 광조사에 의해 생기는 리크전류경로를 차단시키는 구조로 한다.
액정표시장치나 이미지 센서 등에서는 큰 면적에 낮은 코스트로 퇴적가능한 반도체층으로서 비정질실리콘이 사용되는 일이 많다. 비정질실리콘은 그 성질상 광이 조사되면 전기전도성을 띠게 된다. 이 때문에 소오스 및 드레인간에 리크전류경로가 존재한다면, 본래라면 게이트전위에 의해 제어되어야 할 채널 영역에 리크전류가 흐른다. 예컨대, 제3도(a)의 TFT의 경우, 광조사에 의해 생기는 리크전류경로는 A⇒B, A'⇒B' 및 C⇒D, C'⇒D'이다 또한, 제3도(b)의 경우, 리크전류경로는 A⇒B, A'⇒B' 이다, 리크전류경로 A⇒B, A'⇒B'에 있어서, 점 A(또는 A') 및 점 B(또는 B')는 광조사에 의해 높은 전기전도성으로 되어 있는 영역(해칭되어 있는 영역)과 접촉층(6)이 접하고 있는 점이기 때문에, 소오스 및 드레인간에 전위차가 있다면 리크전류가 흘러 버린다. 더욱이, 제3도(a)의 경우, 리크전류경로 C⇒D에서 볼 수 있듯이 반도체층(5)이 채널영역 이외에 잔류하고 있다면, 반도체층과 접촉영역은 AC나 BD와 같이 선으로 접해 있으므로, 리크전류는 제3도(b)의 경우보다도 더욱이 커진다. 본 발명의 TFT의 평면구조를 나타낸 제3도(c)에 있어서는 광조사에 의해 해칭부로 나타낸 영역의 높은 전기전도성으로 되지만, 이 영역과 접촉층이 접하고 있는 장소는 존재하지 않는다. 따라서 본 발명의 구조로 함으로써 리크전류경로를 차단할 수 있다.
[실시예]
[실시예 1]
이하, 본 발명의 TFT를 전술한 제1도를 참조하여 구체적으로 설명한다.
기판(7)상에 게이트전극층(3)을 형성한다. 예컨대, TFT를 액정표시장치에 사용하는 경우에는 유리, 석영 등의 투명기판을 기판(7)의 재료로 사용한다. 또한, 게이트전극층(3)에는 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al) 단독층 또는 이들 금속의 적층막이 재료로 사용되고, 플라즈마 에칭이나 웨트 에칭을 이용하여 소망하는 형상으로 형성된다.
다음에는, 게이트절연층(4), 반도체층(5), 채널보호층(1)을 차례차례 퇴적시킨다. 구체적으로는 이하의 예를 들 수 있다. 게이트절연층(4)으로는 실리콘질화막(SiXX), 실리콘산화막(SiOX) 또는 실리콘실화막과 실리콘산화막의 적층막 등의 재료를 사용하며, 퇴적방법으로는 CVD법 등을 사용한다. 반도체층(5)으로는 비정질실리콘 등을, 채널보호층(1)으로는 실리콘실화막이나 실리콘산화막 등의 재료를 사용한다. 적층막이 퇴적된 후에는 채널보호층(1)을 소망하는 채널길이가 얻어지도록 형성한다. 다음에는 접촉층(6)으로서 예컨대 인(P) 등의 불순물을 도핑한 n+접촉층을 퇴적시킨다. 그 후, 소자분리를 위해 반도체층(5)과 접촉층(6)을 패터닝한다. 이 패터닝시에 TFT의 채널폭을 결정한다. 따라서, 패터닝의 정합 정밀도를 완화시키는 것을 고려하여 채널보호층(1)을 형성할 때에, 실제의 폭보다도 크게 형성해 놓는 것이 바람직하다. 채널보호층(1)을 소망하는 채널폭보다도 크게 형성해 놓으므로, 소자분리의 에칭공정에서 채널보호층(1)의 에칭을 동시에 행한다. 이러한 에칭은 채널보호층(1)과 반도체층(5)의 사이에 선택성이 없는 에칭방법을 이용하면 용이하게 실현할 수 있다. 예컨대, 채널보호층(1)에 실리콘질화막을, 반도체층(5)에 비정질실리콘을 이용한 경우, 에칭방법으로 p-플루오로메탄(CF4)과 산소(O2)계의 혼합가스를 이용한 건식에칭법이 바람직하다.
이어서, 소오스(2) 및 드레인(2)을 형성한다. 전극재료로는 예컨대 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 또는 이의 적층막을 사용할 수 있다. 이 전극층을 형성할 때, 채널보호층(1)의 채널폭방향에 대해 소오스(2) 및 드레인(2)의 폭을 제1도(a)에 나타낸 것처럼 W0W1으로 되도록 형성한다. 그 후, 접촉층(6)을 소오스(2) 및 드레인(2)을 마스크로 이용하여 에칭한다.
이와 같이 하여 형성된 본 실시예의 TFT구조는 제2도에 나타낸 종례예의 TFT와 비교하여 소오스(2) 및 드레인(2)이 채널폭 방향에 관해 채널보호층(1), 반도체층(5) 및 접촉층(6)보다도 그 폭이 넓은 것이 특징이다. 즉, 종래예는 W0W1임에 대해, 본 실시예는 W0W1이다. 여기에서 TFT의 제조공정을 증가시킨다거나 복잡하게 하는 일이 없다.
본 실시예의 TFT의 특성을 종래예와 비교하여 제4도에 나타냈다. 제4도는 TFT의 Id-Vg특성을 나타낸 것으로, 제4도(a)는 본 실시예를, 제4도(b)는 종래예를 각각 나타낸 것이다. 한편, Id-Vg특성은 TFT의 소오스 및 드레인측으로부터 광을 각각 70 lx, 250lx, 750lx 조사한 경우와 광조사가 없는 경우를 나타낸 것이다. 예컨대, 게이트전압 0[V]에서의 전류치를 비교하면, 각각의 광조사량에 대해 본 실시예의 TFT는 리크전류치가 분명히 작아져 있다. 이러한 TFT를 이용하면, 표시품위에서 우수한 액정표시장치를 얻을 수 있다.
한편, 본 실시예의 TFT구조의 특별한 예로서, 제5도를 고려할 수 있다. 제5도(a)는 평면도를, 제5도(b)는 제5도(a)의 I-I단면도를 각각 나타낸 것이다. 제5도에 있어서는 W0=W1이다. 따라서 접촉층(6) 및 반도체층(5)은 끝면에서 노출되고 있다. 이때문에, 소오스(2) 및 드레인(2)간의 접촉층(6)을 에칭할 때에 접촉층(6) 및 반도체층(5)이 끝부분으로부터 에칭되어 TFT의 소오스·드레인 접촉부를 열화시키므로 양호한 TFT특성을 얻을 수 없다. 이상으로부터, W0=W1는 바람직하지 않고, W0W1인 것이 중요하게 된다.
[실시예 2]
제조공정을 간략화 할 수 있는 실시예에 대해 설명한다.
투명절연기판상에 게이트전극층을 형성하고, 게이트절연층, 반도체층, 채널보호층을 차례차례 퇴적시킨다. 채널보호층의 패터닝공정에 있어서, 레지스트를 도포한 후, 게이트전극층을 마스크로 이용하여 기판측으로부터 노광시키는 이면노광법으로 채널보호층을 자기정합적으로 형성한다. 이 방법을 이용함으로써 게이트전극층패턴과 소오스·드레인 패턴의 겹쳐지는 영역을 정밀도 좋게 제어할 수 있다. 또한, 채널보호층을 패터닝하기 위한 트렌치가 불필요하게 되어 제조 코스트를 낮출 수 있다. 채널폭에 관해서는 실시예1에 나타낸 것처럼 소자분리를 도모하기 위한 마스크를 이용하여 소망하는 채널폭을 결정할 수 있으므로, 실시예1의 공정의 변경이 불필요하다. 그 후의 제조공정은 실시예1과 동일하다.
이 실시예 2에 의하면, 자기정합적인 제조공정을 받아 들임으로써, 제조공정을 간략화하고 또한 제조 코스크를 낮출 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명의 TFT는 채널보호층상에 그 채널보호층과 반도체층 및 접촉층의 폭보다도 넓은 소오스 및 드레인을 형성하므로, 광조사에 의한 리크전류를 낮출 수 있다.
또한, 이러한 제조로 함으로써, 종래의 제조공정수를 늘린다거나 제조공정을 복잡하게 한다거나 하지 않고 TFT를 제조할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 TFT를 액정표시장치에 사용하면, 표시품위에서 우수한 액정표시장치를 얻을 수 있다.
Claims (1)
- 기판과, 이 기판상에 배설된 게이트전극층, 절연층을 매개하여 상기 게이트전극층상에 배설된 반도체층으로 이루어진 채널영역, 상기 채널영역상에 배설된 채널보호층 및, 상기 채널영역을 매개하여 전기적으로 접속된 소오스 및 드레인으로 이루어진 박막반도체소자에 있어서, 상기 소오스 및 드레인이 각각 상기 채널보호층상에 겹쳐지는 영역을 갖추고, 상기 겹쳐지는 영역에 있어서 상기 채널보호층의 폭방향의 적어도 한쪽의 폭면보다도 상기 소오스 및 드레인의 폭면이 상기 겹쳐지는 영역의 바깥쪽에 있으면서 상기 소오스 및 드레인과 상기 채널보호층의 겹쳐지는 교점에 있어서 상기 반도체층과도 겹쳐지는 교점을 갖춘 것을 특징으로 하는 박막반도체소자.
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