KR100560470B1 - 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법 및 이를 이용한화상 표시 장치 - Google Patents

다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법 및 이를 이용한화상 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법은 기판 위에 실리콘층을 형성하는 단계; 실리콘층에 소스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역을 형성하는 단계; 실리콘층 위에 제1 절연막을 형성하는 단계; 제1 절연막 위에 게이트 전극을 형성하는 단계; 게이트 전극 위에 제2 절연막을 형성하는 단계; 소스 영역 및 드레인 영역에 각각 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나를 콘택홀을 통하여 게이트 전극과 접속시키는 단계를 포함하며, 콘택홀은 채널과 실질적으로 동일한 수직면상에 형성된다.
트랜지스터, 다이오드 접속, 게이트 전극, 개구율, 유기 EL 표시 장치

Description

다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법 및 이를 이용한 화상 표시 장치{METHOD FOR MANUFACTURING DIODE TRANSISTOR AND IMAGE DISPLAY APPARATUS USING THE SAME}
도 1a은 다이오드 접속된 PMOS 트랜지스터를 도시한 회로도이다.
도 1b는 다이오드 접속된 NMOS 트랜지스터를 도시한 회로도이다.
도 2는 다이오드 접속된 트랜지스터의 평면도를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 A-A' 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 유기 EL 표시 장치의 화소 회로를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보상 트랜지스터의 평면도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 보상 트랜지스터의 단면도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 보상 트랜지스터의 평면도를 도시한 것이다.
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다이오드 접속된 보상 트랜지스터의 면적을 줄임으로써, 유기 전계발광(electroluminescent, 이하 EL이라 함) 표시 장치의 개구율을 향상시키기 위한 것이다.
유기 EL 표시 장치는 형광성 유기 화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 표시 장치로서, N X M 개의 유기 발광셀들을 전압 기입 혹은 전류 기입하여 영상을 표현한다. 이러한 유기 발광셀은 애노드, 유기 박막, 캐소드 레이어의 구조를 가지고 있다. 유기 박막은 전자와 정공의 균형을 좋게 하여 발광 효율을 향상시키기 위해 발광층(emitting layer, EML), 전자 수송층(electron transport layer, ETL), 및 정공 수송층(hole transport layer, HTL)을 포함한 다층 구조로 이루어지고, 또한 별도의 전자 주입층(electron injecting layer, EIL)과 정공 주입층(hole injecting layer, HIL)을 포함하고 있다.
이와 같이 이루어지는 유기 발광셀을 구동하는 방식에는 단순 매트릭스(passive matrix) 방식과 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이용한 능동 구동(active matrix) 방식이 있다. 단순 매트릭스 방식은 양극과 음극을 직교하도록 형성하고 라인을 선택하여 구동하는데 비해, 능동 구동 방식은 박막 트랜지스터를 각 ITO(indium tin oxide) 화소 전극에 접속하고 박막 트랜지스터의 게이트에 접속된 커패시터 용량에 의해 유지된 전압에 따라 구동하는 방식이다. 이때, 커패시터에 전압을 기록하기 위해 인가되는 신호의 형태에 따라 능동 구동 방식은 전압 기입(voltage programming) 방식과 전류 기입(current programming) 방식으로 나누어진다.
종래의 전압 기입 방식의 화소 회로에서는 제조 공정의 불균일성에 의해 생기는 박막 트랜지스터의 문턱 전압(VTH) 및 캐리어의 이동도(mobility)의 편차로 인해 고계조를 얻기 어렵다는 문제점이 있다. 예를 들어, 3V로 화소의 박막 트랜지스터를 구동하는 경우 8비트(256) 계조를 표현하기 위해서는 12mV(=3V/256) 이하의 간격으로 박막 트랜지스터의 게이트에 전압을 인가해야 하는데, 만일 제조 공정의 분균일로 인한 박막 트랜지스터의 문턱 전압의 편차가 100㎷인 경우에는 고계조를 표현하기 어려워진다.
이러한 박막 트랜지스터의 문턱 전압 편차를 보상하기 위하여 종래에는 다이오드 접속된 보상 트랜지스터를 구동 트랜지스터의 게이트에 접속하는 방식을 취하였다.
다이오드 접속된 트랜지스터란 다이오드와 실질적으로 동일한 동작을 수행하도록 접속된 트랜지스터를 말하며, 도 1a에 도시된 바와 같이, PMOS 트랜지스터의 경우에는 게이트와 드레인이 접속된 것을 의미하고, 도 1b에 도시된 바와 같이 NMOS 트랜지스터의 경우 게이트와 소스가 접속된 것을 의미한다.
도 2는 종래의 다이오드 접속된 PMOS 트랜지스터를 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2의 A-A' 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종래에는 게이트 전극(10)과 드레인 전극(31)을 접속시키기 위하여 드레인 전극(31)을 게이트 전극(10) 측으로 늘이고, 콘택홀을 통하여 게이트 전극(10)과 드레인 전극(31)을 연결하였다.
이러한 제조 방법은 다이오드 접속된 트랜지스터가 차지하는 면적을 크게함으로써, 유기 EL 표시 장치의 개구율이 감소되는 문제가 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다이오드 접속된 트랜지스터가 차지하는 면적을 감소시켜 화상 표시 장치의 개구율을 향상시키기 위한 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 하나의 특징에 따른 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법은 기판 위에 실리콘층을 형성하는 단계; 상기 실리콘층에 소스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역을 형성하는 단계; 상기 실리콘층 위에 제1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제1 절연막 위에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 위에 제2 절연막을 형성하는 단계; 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 각각 연결되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 상기 제2 절연막 위에 형성하는 단계; 및 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 중 어느 하나를 콘택홀을 통하여 상기 게이트 전극과 접속시키는 단계를 포함하며, 상기 콘택홀은 상기 채널과 실질적으로 동일한 수직면상에 형성된다.
본 발명의 하나의 특징에 따른 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극보다 폭이 넓도록 형성된다.
본 발명의 하나의 특징에 따른 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법에 있어서, 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극보 다 폭이 좁도록 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따른 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법은 실리콘층에 소스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역을 형성하는 단계; 상기 실리콘층 위에 제1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제1 절연막 위에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 위에 제2 절연막을 형성하는 단계; 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 각각 연결되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 상기 제2 절연막 위에 형성하며, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 중 어느 하나의 전극이 상기 채널 영역의 일부를 덮도록 형성하는 단계; 및 상기 채널 영역의 일부를 덮는 상기 어느 하나의 전극과 상기 게이트 전극을 콘택홀을 통하여 접속시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 하나의 특징에 따른 화상 표시 장치는 화상 신호를 나타내는 데이터 전류를 전달하는 복수의 데이터선, 선택 신호를 전달하는 복수의 주사선, 그리고 상기 데이터선과 상기 주사선에 의해 정의되는 복수의 화소에 각각 형성되는 복수의 화소 회로가 형성되어 있는 화상 표시 장치로서, 상기 화소 회로는 제1 단자 및 제2 단자 간에 커패시터가 형성되고, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 간에 인가되는 전압에 대응되는 전류를 제3 단자로 출력하는 구동 트랜지스터, 상기 구동 트랜지스터의 상기 제3 단자에 접속되고, 인가되는 전류의 양에 대응하여 화상을 표시하는 표시 소자, 상기 구동 트랜지스터의 상기 제1 단자에 접속되는 제1 단자, 제2 단자, 및 제3 단자를 구비하고, 다이오드 접속된 보상 트랜지스터, 및 상기 주사선에 인가되는 선택 신호에 응답하여 상기 데이터선에 인가되는 전압을 상기 보 상 트랜지스터의 상기 제2 단자로 전달하는 스위칭 트랜지스터를 포함하고, 상기 보상 트랜지스터의 상기 제3 단자는 상기 제1 단자와 콘택홀을 통하여 접속되고, 상기 콘택홀은 상기 채널과 실질적으로 동일한 수직면상에 형성된다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 4는 유기 EL 표시 장치의 화소 회로를 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유기 EL 표시 장치의 화소 회로는 구동 트랜지스터(M1), 보상 트랜지스터(M2), 스위칭 트랜지스터(M3, M4), 커패시터(Cst), 및 유기 EL 소자(OLED)를 포함한다.
구동 트랜지스터(M1)는 유기 EL 소자(OLED)에 흐르는 전류의 양을 제어하기 위한 것으로서, 소스가 전원(VDD)에 접속되고 드레인이 유기 EL 소자(OLED)에 접속되어 있다.
보상 트랜지스터(M2)는 구동 트랜지스터(M1)의 문턱 전압의 편차를 보상하기 위한 것으로서, 보상 트랜지스터(M2)의 게이트는 구동 트랜지스터(M1)의 게이트에 접속된다. 또한, 보상 트랜지스터(M2)는 소스 및 드레인 전극 중 어느 하나가 게이트 전극에 연결되는 다이오드 접속된 트랜지스터이다.
스위칭 트랜지스터(M3)는 주사선(Sn)으로부터의 선택 신호에 응답하여 데이 터선(Dm)의 전압을 보상 트랜지스터(M2)로 전달하고, 스위칭 트랜지스터(M4)는 주사선(Sn-1)으로부터의 선택 신호에 응답하여 프리차지 전압(Vp)을 보상 트랜지스터(M2)에 전달한다.
커패시터(Cst)는 구동 트랜지스터(M1)의 게이트 및 소스 간에 접속되어, 구동 트랜지스터(M1)의 게이트 및 소스 간 전압을 일정 전압으로 유지시킨다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 보상 트랜지스터(M2)의 제조 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 보상 트랜지스터(M2)의 평면도를 도시한 것이고, 도 6은 보상 트랜지스터(M2)의 단면도를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 트랜지스터(M2)의 게이트 전극(100) 위에 콘택홀(100a)을 형성함으로써, 게이트 전극(100)과 드레인 전극(310)을 연결한다.
구체적으로는, 도 6에 도시된 바와 같이, 투명한 절연 기판(400)위에 다결정 실리콘층(500)이 형성되어 있고, 다결정 실리콘층(500)이 형성된 위에는 실리콘 다이옥사이드(SiO2)나 실리콘 나이트라이드(SiNx) 등으로 이루어진 제1 절연막(600)이 형성되어 있다.
제1 절연막(600) 위에는 실리콘층(500)과 교차하도록 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 등으로 만들어진 게이트 전극(100)이 가로 방향으로 형성되며, 게이트 전극(100) 위에는 제2 절연막(700)이 형성된다.
여기서, 실리콘층(500) 중에서 게이트 전극(100) 하부에 놓인 영역은 도핑되어 있지 않고, 게이트 전극(100)의 양쪽 영역은 각각 p형 불순물로 도핑되어 있는데, 이러한 불순물로 도핑되어 있는 영역이 각각 소스 영역(210) 및 드레인 영역(310)을 형성하며 도핑되어 있지 않은 영역이 채널 영역(510)을 형성한다.
소스 영역(210) 위의 제1 절연막(600) 및 제2 절연막(700)을 관통하는 콘택홀(210a)을 통하여 소스 영역(210)에 접속되는 소스 전극(220)이 형성된다. 또한 드레인 영역(310) 위의 제1 절연막(600) 및 제2 절연막(700)을 관통하는 콘택홀(310a)을 통하여 드레인 영역(310)에 접속되며 채널 영역(510) 위의 제2 절연막(700)을 관통하는 콘택홀(100a)을 통하여 게이트 전극(100)에 접속되는 드레인 전극(320)이 형성된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 드레인 전극(320)은 트랜지스터(M2)의 채널 영역의 일부를 덮도록 게이트 전극(100) 측으로 뻗어 있으며, 콘택홀(100a)에 의하여 게이트 전극(100)과 연결된다. 이 때, 드레인 전극(320)과 게이트 전극(100)을 연결시키는 콘택홀(100a)은 채널과 실질적으로 동일한 수직면상에 형성되는 것이 바람직하다.
이로써, 다이오드 접속된 트랜지스터(M2)가 차지하는 면적이 감소하게 되어, 유기 EL 표시 장치의 개구율을 확보할 수 있다.
도 5에서는 소스 및 드레인 영역(210, 310)의 폭이 소스 및 드레인 전극(220, 320)보다 더 넓게 형성된 것으로 도시하였으나, 실시예에 따라서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 소스 및 드레인 전극(220, 320)의 폭이 소스 및 드레인 영역(210, 310) 보다 더 넓게 형성될 수도 있음은 물론이다.
도 5에서는 보상 트랜지스터(M2)가 P 채널을 갖는 트랜지스터로 구현된 경우를 도시하였으나, 실시예에 따라서는 구동 트랜지스터(M1)와 보상 트랜지스터(M2)가 N 채널을 갖는 트랜지스터로 구현될 수 있으며, 이 때에는 소스 전극이 채널 영역의 일부를 덮도록 형성되며, 소스 전극과 게이트 전극을 연결시키기 위한 콘택홀이 트랜지스터의 채널과 실질적으로 동일한 수직면상에 형성된다.
이상으로 본 발명이 최적으로 적용된 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 개 념이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명을 그대로 이용하여 여러 다른 실시예를 형성할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
구체적으로는, 본 발명의 일실시예에 따른 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법은 유기 EL 표시 장치뿐만 아니라, 다이오드 접속된 트랜지스터를 이용하는 모든 회로에 적용될 수 있으며, 본 발명의 개념이 특정 회로에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따르면, 다이오드 접속된 트랜지스터가 차지하는 면적을 감소시켜 화상 표시 장치의 개구율을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. a) 기판 위에 실리콘층을 형성하는 단계;
    b) 상기 실리콘층에 소스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 형성하는 단계;
    c) 상기 실리콘층 위에 제1 절연막을 형성하는 단계;
    d) 상기 제1 절연막 위에 게이트 전극을 형성하는 단계;
    e) 상기 게이트 전극 위에 제2 절연막을 형성하는 단계; 및
    f) 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 각각 연결되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 상기 제2 절연막 위에 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 f) 단계에서 상기 채널 영역과 실질적으로 동일한 수직면상에 상기 제2 절연막을 관통하는 콘택홀이 형성되고, 상기 콘택홀을 통하여 상기 소스 전극 또는 상기 드레인 전극 중 어느 하나가 상기 게이트 전극과 접속되는 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극보다 폭이 넓도록 형성된 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소스 영역 및 드레인 영역은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극보다 폭이 좁도록 형성된 다이오드 접속된 트랜지스터의 제조 방법.
  4. 실리콘층에 소스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역을 형성하는 단계;
    상기 실리콘층 위에 제1 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제1 절연막 위에 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트 전극 위에 제2 절연막을 형성하는 단계;
    상기 소스 영역, 상기 드레인 영역 및 상기 게이트 전극에 각각 이르는 제1 콘택홀, 제2 콘택홀 및 제3 콘택홀을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 콘택홀 및 제2 콘택홀을 통하여 상기 소스 영역 및 드레인 영역에 각각 접속되는 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나를 상기 제3 콘택홀을 통하여 상기 게이트 전극에 전기적으로 연결되도록 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 게이트 전극에 전기적으로 연결되는 상기 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나는 상기 채널 영역의 일부를 덮도록 형성되는 트랜지스터의 제조 방법.
  5. 화상 신호를 나타내는 데이터 전류를 전달하는 복수의 데이터선, 선택 신호를 전달하는 복수의 주사선, 그리고 상기 데이터선과 상기 주사선에 의해 정의되는 복수의 화소에 각각 형성되는 복수의 화소 회로가 형성되어 있는 화상 표시 장치에 있어서,
    상기 화소 회로는
    제1 단자 및 제2 단자 간에 커패시터가 형성되고, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 간에 인가되는 전압에 대응되는 전류를 제3 단자로 출력하는 구동 트랜지스터,
    상기 구동 트랜지스터의 상기 제3 단자에 접속되고, 인가되는 전류의 양에 대응하여 화상을 표시하는 표시 소자,
    상기 구동 트랜지스터의 상기 제1 단자에 접속되는 제1 단자, 제2 단자, 및 제3 단자를 구비하고, 다이오드 접속된 보상 트랜지스터, 및
    상기 주사선에 인가되는 선택 신호에 응답하여 상기 데이터선에 인가되는 전압을 상기 보상 트랜지스터의 상기 제2 단자로 전달하는 스위칭 트랜지스터를 포함하고,
    상기 보상 트랜지스터의 상기 제3 단자는 상기 보상 트랜지스터의 제1 단자에 접속되는 콘택홀을 통하여 전기적으로 연결되고, 상기 콘택홀은 상기 보상 트랜지스터의 채널영역과 실질적으로 동일한 수직면상에 형성되는 화상 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 화소 회로는 인가되는 제어 신호에 응답하여 프리차지 전압을 상기 보상 트랜지스터의 상기 제3 단자로 전달하는 스위칭 트랜지스터를 더 포함하는 화상 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어 신호는 상기 화소 회로에 선택 신호가 인가되기 직전에 인가되는 선택 신호인 화상 표시 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 보상 트랜지스터는 상기 구동 트랜지스터와 실질적으로 동일한 특성을 갖도록 형성된 화상 표시 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 보상 트랜지스터는 P 타입의 채널을 갖는 트랜지스터로 구현되고, 상기 제1 단자는 게이트, 상기 제2 단자는 소스, 상기 제3 단자는 드레인인 화상 표시 장치.
  10. 복수의 화소 회로를 포함하는 화상 표시 장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 화소 회로는, 인가되는 전류의 양에 대응하여 화상을 표시하는 표시 소자, 화상 신호에 대응되는 전류를 상기 표시 소자로 출력하는 제1 트랜지스터, 및 게이트가 상기 제1 트랜지스터의 게이트에 접속되고, 다이오드 접속된 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터는 P 타입의 채널을 갖는 트랜지스터이고, 상기 제2 트랜지스터의 제조 방법은,
    기판 위에 반도체층을 형성하는 단계,
    상기 반도체층에 소스 영역, 채널 영역, 드레인 영역을 형성하는 단계,
    상기 채널 영역 위에 제1 절연막을 사이에 두고 게이트 전극을 형성하는 단계,
    상기 게이트 전극 위에 제2 절연막을 형성하는 단계, 및
    상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 각각 연결되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터의 상기 드레인 전극이 상기 채널 영역의 일부를 덮도록 형성되는 화상 표시 장치의 제조 방법.
  11. 복수의 화소 회로를 포함하는 화상 표시 장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 화소 회로는, 인가되는 전류의 양에 대응하여 화상을 표시하는 표시 소자, 화상 신호에 대응되는 전류를 상기 표시 소자로 출력하는 제1 트랜지스터, 및 게이트가 상기 제1 트랜지스터의 게이트에 접속되고, 다이오드 접속된 제2 트랜지스터를 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터는 N 타입의 채널을 갖는 트랜지스터이고, 상기 제2 트랜지스터의 제조 방법은
    기판 위에 반도체층을 형성하는 단계,
    상기 반도체층에 소스 영역, 채널 영역, 드레인 영역을 형성하는 단계,
    상기 채널 영역 위에 제1 절연막을 사이에 두고 게이트 전극을 형성하는 단계,
    상기 게이트 전극 위에 제2 절연막을 형성하는 단계, 및
    상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 각각 연결되도록 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 트랜지스터의 상기 소스 전극이 상기 채널 영역의 일부를 덮도록 형성되는 화상 표시 장치의 제조 방법.
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