KR100219477B1 - 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자 및 그 제조방법에 대해 기재되어 있다. 이는, 유리기판 위에 형성된 게이트전극; 게이트전극을 덮도록 형성된 게이트절연막; 게이트절연막 위에 형성된 반도체막; 반도체막 위에 소정의 패턴으로 형성된 긱각저지막; 식각저지막 위에 반도체막과 연결되도록 형성된 오믹층 패턴; 오믹층 패턴 위에 형성된 소으스전극/ 드레인정극, 및 상기 소오스정극/ 드레인전극과 동일선상의 게이트절연막 위에 형성된 게이트패드; 게이트전극 및 게이트패드의 일부분은 노출됨과 동시에 소오스전극/ 드레인전극은 덮여지도록 형성된 보호막 패턴; 및 노출된 게이트전극과 게이트패드가 연결되도록 형성된 반사판을 구비하는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자에 있어서, 반사판 하부에, 보호막 패턴과 동일한 패턴으로 형성된 차광막 패턴을 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 콘트라스트 비를 증가시킬 수 있으며, 5차의 사진식각공정을 기본 골격으로 한 제조방법으로 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 제작이 가능하여, 공정시간의 단축화와 생산비의 절감등을 성취할 수 있다.

Description

반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자 및 그 제조방법
제1도는 기출원된 5차의 사진식각공정을 통하여 제작된 반사형 TFT-LCD의 프로세스 구성을 나타낸 공정흐름도이다.
제2도 및 제3도는 본 발명에 의한 반사형 트랜지스터-액정 표시 소자의 단면도들이다.
제4도는 본 발명에 따른 5차의 사진식각공정을 통하여 제작된 반사형 TFT-LCD의 프로세스 구성을 나타낸 공정흐름도이다.
제5A도 내지 제5E도, 제6A도 내지 제6E동, 및 제7A도 내지 제7E도는 본 발명에 따른 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 제조방법을 공정순서별로 도시한 단면도들이다.
본 발명은 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)-액정 표시 소자(LCD:Liquid Crystal Display) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 투과율을 향상시킬 수 있는 TFT-LCD 및 그 제조방법에 관한 것이다.
화상정보시대에서 정보전달의 주 매개체인 표시장치의 퍼스널(personal)화, 스페이스(spacd) 절약화의 요구에 부응하여 지금까지 표시장치의 주종이었던 거대한 음극선관(CRT:Cathode-Ray Tube)을 대신하여 LCD, PDP(Plasma Display Panel), EL(Electro-Luminescence)등 각종 평판 표시장치가 개발되어 왔다. 그 중에서도 특히 LCD는 전기장에 의하여 분자의 배열이 변화하는 액정의 광학적 성질을 이용하는 액정기술과 반도체기술을 융합한 표시장치로서 평판 표시장치의 대명사로 불리고 있다. 이러한 LCD중에서 반사형 TFT-LCD는 기존의 화소전극을 반사판(알루미늄으로 구성됨)으로 대체하고, 자체광원이 없이 외부의 광원을 이용하며, FLC나 PDLC를 사용하여 버스라인(bus line)을 없앤 저소비전력을 위주로 하는 방식을 채택하고 있으며, 최근에 개발되는 추세에 있다.
상기 반사형 TFT-LCD에서의 관건은 자체광원이 없음으로써 야기되는 콘트라스트(contrast)의 저하이고, C/F의 투과율역시 기존의 투사형에 비하여 민감하게 광특성을 좌우한다.
제1도는 기출원된 5차의 사진식각공정을 통하여 제작된 반사형 TFT-LCD의 프로세스 구성을 나타낸 공정흐름도로, 본 출원인이 1995년 ..월 ..일 특허출원 제...호로 제출한 것이다(의뢰번호 IA9508-228).
제1도를 참조하면, 먼저 투광성기판인 유리기판상에 제1금속막을 소정두께로 형성한 후 1차로 사진식각하여 게이트전극을 형성하고(단계 101), 이 게이트전극이 형성된 결과물 전면에 게이트절연막, 제1반도체막 및 식각저지막을 차례로 형성한 후 2차의 사진식각공정을 통해 질화막(SiNX)으로 이루어진 식각저지막 패턴을 형성하며(단계 102), 이 식각저지막 패턴이 형성된 결과물 전면에 오믹층 및 제2금속막을 차례로 형성한 후 3차의 사진식각공정을 통하여 게이트패드 및 소오스/드레인 전극을 동시에 형성하고(단계 103), 이어서 결과물 전면에 보호막을 형성한 후 4차의 사진식각공정을 통하여 상기 게이트전극 및 게이트패드가 노출되도록 하며(단계 104), 노출된 게이트전극 및 게이트패드와 연결되도록 알루미늄(A1)으로 이루어진 반사판을 5차의 사진식각공정을 통하여 형성함으로써(단계 105), 기출원된 반사형 박막 트랜지스터-액정표시 장치를 완성한다.
상술한 바와 같은 기출원된 5차의 사진식각공정을 통해 제작된 반사형 TFT-LCD에 의하면, 상기 알루미늄으로 이루어진 반사판 하부에 투명한 질화막으로 구성된 식각저지막 패턴이 상기 반도체패턴을 보호하기 위하여 구비되었는데, 이 투명한 질화막으로 구성된 식각저지막 패턴이 상기 알루미늄 반사판에 의한 반사효과를 상대적으로 저하시킴으로써 결과적으로 콘트라스트 비(contrast ratio)를 낮게 하는 결과를 초래한다. 특히, 통상적인 반사형 TFT-LCD가 자체광원이 없이 주변광을 이용하는 관계로 기존의 투사형 TFT-LCD에 비해 콘트라스트 비가 10배 정도 떨어지는 단점이 있기 때문에, 상기에서 언급한 식각저지막 패턴을 반사형 TFT-LCD에 적용하는 경우에는 반사판이 가지는 반사율을 최대한 활용할 수 없는 문제점이 발생된다.
따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 상기 반사판 하부에 차광막을 구비함으로써 콘트라스트 비를 증가시킬 수 있는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 차광막을 구비한 새로운 구조의 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자를 5차의 사진식각공정을 통하여 효율적으로 제작할 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자는,
유리기판위에 형성된 게이트전극; 상기 게이트전극을 덮도록 형성된 게이트절연막; 상기 게이트절연막위에 형성된 반도체막; 상기 반도체막위에 소정의 패턴으로 형성된 식각저지막; 상기 식각저지막위에 상기 반도체막과 연결되도록 형성된 오믹층 패턴; 상기 오믹층 패턴위에 형성된 소오스전극/드레인전극, 및 상기 소오스전극/드레인전극과 동일선상의 상기 게이트절연막위에 형성된 게이트패드/ 상기 게이트전극 및 게이트패드의 일부분은 노출됨과 동시에 상기 소오스전극/드레인전극은 덮여지도록 형성된 보호막 패턴; 및 상기 노출된 게이트전극과 게이트패드가 연결되도록 형성된 반사판을 구비하는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자에 있어서,
상기 반사판 하부에, 상기 보호막 패턴과 동일한 패턴으로 형성된 차광막 패턴을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자에 있어서, 상기 차광막 패턴은 안트라퀴니원(anthraquinones), 질소화합물(azocompound), 프탈옥시아닌(phthaloxyanines)등을 포함한 블랙 폴리이미드(black polyimide) 계통의 유기물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기한 다른 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 의한 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 제조방법은,
유리기판상에 제1금속막을 형성한 후 1차의 사진식각공정을 통하여 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 결과물 전면에 게이트절연막 및 반도체막을 차례로 형성하는 단계; 상기 반도체막위에 제1절연막을 형성한 후 2차의 사진식각공정을 통하여 식각저지막을 형성하는 단계; 상기 식각저지막이 형성된 결과물 전면에 오믹층 및 제2금속막을 차례로 형성한 후 상기 식각저지막의 일부분이 노출되도록 3차의 사진식각공정을 실시함으로써 소오스전극, 드레인전극 및 게이트패드를 형성하는 단계; 상기 3차의 사진식각공정 후 결과물 전면에 보호막을 형성한 후, 4차의 사진식각공정을 통하여 상기 게이트전극과 게이트패드의 일부분이 노출되도록 하는 단계; 및 상기 4차의 사진식각공정 후 결과물 전면에 제3금속막을 형성한 후, 5차의 사진식각공정을 통하여 상기 노출된 게이트전극과 게이트패드를 연결시켜줌과 동시에 화소전극으로 사용되는 반사판을 형성하는 단계를 구비하는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 제조방법에 있어서,
상기 4차의 사진식각공정은, 상기 보호막위에 차광막을 더 형성한 후 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 제조방법에 있어서, 상기 차광막 패턴은 안트라퀴니원, 질소화합물, 프탈옥시아닌 등을 포함한 블랙 폴리이미드 계통의 유기물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 의한 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자 및 그 제조방법에 의하면, 반사판 하부에 차광막을 더 구비함으로써 기출원된 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자에 비하여 콘트라스트비를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기출원된 제조방법에 비해 추가된 사진식각공정 없이 5차의 사진식각공정으로 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시소자를 제작함으로써 공정시간의 단축과 더불어 생산비 절감등을 얻을 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 의한 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 구조를 설명하기로 한다.
제2도 및 제3도는 본 발명에 의한 반사형 박막 트랜지스터-액정표시 소자의 단면도를 나타낸 것으로, 상기 제2도는 TFT 부분을, 제3도는 게이트패드 부분을 중심으로 도시한 것이다.
제2도 및 제3도를 참조하면, 먼저 유리기판(100)위에 게이트전극(10)이 형성되어 있고, 이 게이트전극(10)이 형성된 결과물 전면에 게이트절연막(12) 및 제1반도체막(14)이 차례로 형성되어 있으며, 이 제1반도체막(14)위에 소정패턴의 식각저지막(16)이 형성되어 있고, 이 식각저지막 패턴(16)을 중심으로 양쪽에 상기 제1반도체막(14)과 연결되는 오믹층(18)과 소으스전극/드레인전극(20A, 20B)이 형성되어 있으며, 이 소오스전극/드레인전극(20A, 20B)과 동일선상의 게이트절연막(12)위에 게이트패드(20C)가 형성되어 있다.
제2도에서 도시된 바와 같이 TFT 부분에서 상기 소오스전극/드레인전극(20A, 20B)위에 보호막(22)가 차광막(23) 패턴을 개재하여 반사판 패턴(23)이 형성되어 있다. 도시되지는 않았으나 드레인전극(20B)에 연장되는 일부분을 노출하는 별도의 콘택트홀을 상기 반사판 패턴(23)이 채워 접촉함으로써, 반사판 패턴(23)이 TFT부에 전기적으로 연결되어 화소 전극으로 역할한다. 그리고, 게이트패드 부분에서 제3도에 도시된 바와 같이 상기 게이트전극(10)과 게이트패드(20C)가 연결되도록 보호막(22)과 차광막(23) 패턴을 개재하여 반사판 패턴(24)이 또한 함께 형성되어 있다.
다음으로, 본 발명에 의한 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 제조방법을 공정흐름도를 참조하면서, 개략적으로 설명하기로 한다.
제4도는 본 발명에 따른 5차의 사진식각공정을 통하여 제작된 반사형 TFT-LCD의 프로세스 구성을 나타낸 공정흐름도로, 기출원된 공정흐름도를 그 골격으로 한다.
제4도를 참조하면, 먼저 유리기판상에 소정의 금속물질을 형성한 후 1차의 사진식각공정을 통하여 게이트전극을 형성하고(단계 201), 이 게이트전극이 형성된 결과물 전면에 소정의 물질층들을 형성한 후 2차의 사진식각공정을 통하여 식각저지막 패턴을 형성하며(단계 202), 이 식각저지막 패턴이 형성된 결과물 전면에 소정의 물질층들을 형성한 후 3차의 사진식각공정을 통하여 게이트패드 및 소오스/드레인전극을 동시에 형상하고(단계 203), 이어서 결과물 전면에 보호막 및 차광막을 차례로 형성한 후 4차의 사진식각공정을 통하여 상기 게이트전극 및 게이트패드가 노출되도록 하며(단계 204), 노출된 게이트전극 및 게이트패드와 연결되도록 반사판을 형성함으로써(단계 205), 본 발명에 따른 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자를 완성한다. 여기서, 상기 제4차 사진식각공정에서 TFT 부분의 소오스/드레인전극에 연장되는 일부도 함께 노출되어, 상기 반사판을 형성하는 단계에서 반사판이 상기 소오스/드레인전극, 예컨대, 드레인전극에 전기적으로 연결됨으로써 TFT 부분에 연결된다.
이와같은 프로세스 구성을 기초로 하여 5차의 사진식각공정을 통해 제작되는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 구체적인 제조방법을 살표보기로 한다.
제5A도 내지 제5E도 , 제6A도 내지 제6E도, 및 제7A도 및 제7E도는 본 발명에 따른 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 제조방법을 나타낸 공정순서도로, 상기 제5A도 내지 제5E도는 TFT 부분을 나타낸 단면도들이고, 제6A도 내지 제6E도는 게이트패드 부분을 나타낸 단면도들이며, 제7A도 내지 제7E도는 화소(pixel) 영역을 나타낸 평면도들이다. 따라서, 제5A도 내지 도 5E도는 각각 제7A도 내지 제7E도의 일부에 나타나지만, 제6A도 내지 제6E도는 제7A도 내지 제7E도의 범위에서 벗어난 영역을 나타낸다.
제5A도, 제6A도 및 제7A도는 1차의 사진식각공정을 통한 게이트전극(10)의 형성공정을 도시한 것으로, 유리기판(100)상에 제1금속막 예컨대 A1-네오디뮴(Nd) 합금을 소정두께로 형성한 후 1차의 사진식각을 통하여 게이트전극(10)을 형성한다.
제5B도, 제6B도 및 제7B도는 2차의 사진식각공정을 통한 식각저지막 패턴(16)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상기 게이트전극(10)이 형성된 결과물 전면에 소정두께의 게이트절연막(12) 예컨대 산화막 또는 질화막, 및 제1반도체막(14) 예컨대 비정실리콘막을 차례로 적층하여 형성한다. 이어서, 이 제1반도체막(14)위에 식각저지막 예컨대 질화막(SiNX)을 소정두께로 형성한 후 2차의 사진식각을 통하여 식각저지막 패턴(16)을 형성한다.
제5C도, 제6C도 및 제7C도는 3차의 사진식각공정을 통한 소오스/드레인전극(20A, 20B)의 형성공정을 도시한 것을로, 상기 식각저지막패턴(16)이 형성된 결과물 전면에 오믹층(18) 예컨대 n+-Si과, 제2금속막 예컨대 Cr을 소정두께로 차례로 적층한 후 3차의 사진식각을 통하여 상기 제2금속막을 패터닝함으로써 소오스/드레인전극(20A, 20B)을 형성한다. 이때, 제6C도에 도시된 바와 같이 게이트패드 부분에서는 소오스/드레인전극(20A, 20B)와 함께 형성되어 Cr으로 구성된 게이트패드(20C)가 형성된다. 계속해서, 상기 소오스/드레인전극(20A, 20B)을 식각마스크로 사용하여 상기 오믹층(18)과 식각저지막 패턴(16)의 일부분을 식각한다.
제5D도, 제6D도 및 제7D도는 4차의 사진식각공정을 통한 제1콘택트 홀(CH1) 및 제2콘택트 홀(CH2)의 형성공정을 도시한 것으로, 먼저 상기 제5C도, 제6C도 및 제7C도 공정 후 결과물 전면에 TFT를 보호하기 위하여 보호막(22) 예컨대 질화막(SiNX) 또는 아크릴수지를 소정두께로 형성하고, 이어서 이 보호막(22)위에 차광막(23) 예컨대 안트라퀴니원, 질소화합물, 프탈옥시아닌등을 포함한 블랙 폴리이미드 계통의 유기물질을 소정두께로 형성한다. 다음으로, 상기 차광막(23)에 대하여 4차의 사진식각공정을 실시함으로써, 제6D도에 도시된 바와 같이 게이트패드 부분에서, A1-Nd 합금으로 구성된 게이트전극(10)을 노출하는 제1콘택트 홀(CH1)과 상기 Cr으로 구성된 게이트패드(20C)를 노출하는 제2콘택트 홀(CH2)를 가지도록 차광막 패턴(23)을 형성한다. 이때, 제7D도에 도시된 바와 같이 TFT 부분에서 드레인전극(20B)에 연장되는 일부를 노출하는 별도의 제3콘택트 홀(CH3)을 상기 차광막 패턴(23)은 가진다. 계속해서, 상기 4차 사진식각공정에 사용된 식각마스크 및 차광막 패턴(23)을 적용하여 상기 보호막(22)과 게이트절연막(12)을 식각함으로써 도시된 바와 같은 제1콘택트 홀(CH1) 및 제2콘택트 홀(CH2)과 제3콘택트 홀(CH3)이 형성된다. 여기서, 상기 차광막 패턴(23)은 전반적으로 모든 패널(panel)을 덮는 것과 반사판이 고개구율을 얻기 위해서 전 화소영역을 커버(cover)하는 것이 특징이며, TFT구조나 액티브내의 변화는 없다. 또한, 상기 차광막을 이루는 유기물질은 투사형 LCD에서 처럼 직접적으로 빛을 차단하는 효과를 주는 것은 아니고, 반사판의 하부에서 존재하면서 입사광을 흡수하여 반사판의 효율을 향상시키는 역할을 수행, 결과적으로 콘트라스트 비를 증대시키는 결과를 가져올 수 있다.
제5E도, 제6E도 및 제7E도는 5차의 사진식각공정을 통한 반사판 패턴(24)의 형성공정을 도시한 것으로, 상기 제1콘택트 홀, 제2콘택트 홀 및 제3콘택트 홀이 형성된 결과물 전면에 화소전극으로 사용되는 반사판 물질 예컨대 A1을 소정두께로 형성한 후, 이 물질층에 대하여 5차의 사진식각공정을 실시함으로써, 제5E도, 제6E도 및 제7E도에 도시된 바와 같은 반사판 패턴(24)을 형성하여 본 발명에 따른 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자를 완성한다. 여기서, 스위치소자인 TFT의 게이트라인에 인가되는 신호는, 먼저 Cr으로 구성된 게이트패드(20C)에 인가된 후 반사판 패턴(24)인 A1을 거쳐 A1-Nd 합금으로 구성된 게이트전극(10)으로 전달된다.
따라서, 본 발명에 의한 액정 표시 소자 및 그 제조방법에 의하면, 반사판 하부에 유기물질의 차광막 패턴을 구비함으로써 기출원된 투명한 질화막으로 이루어진 식각저지막으로 인한 알루미늄 반사판의 반사효과가 저하되는 문제점을 해결할 수 있게 되어 콘트라스트 비의 증가를 꾀할 수 있다.
또한, 기출원된 제조방법에 추가의 사진식각공정 없이 5차의 사진식각공정을 적용하여 차광막 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 사진 식각공정의 추가로 인한 어려움을 해소할 수 있다.

Claims (4)

  1. 유리가판 위에 형성된 게이트전극;
    상기 게이트전극 을 덮도록 형성된 게이트절연막;
    상기 게이트절연막 위에 형성된 반도체막;
    상기 반도체막 위에 소정의 패턴으로 형성된 식각저지막;
    상기 식각저지막 위에 상기 반도체막과 연결되도록 형성된 오믹층 패턴;
    상기 오믹층 패턴 위에 형성된 소오스전극/ 드레인전극 및 상기 소오스전극/ 드레인전극과 동일선상의 상기 게이트절연막 위에 형성된 게이트패드;
    상기 게이트전극 및 게이트패드의 일부분은 노출됨과 동시에 상기 소오스전극/ 드레인 전극은 덮여지도록 형성된 보호막 패턴;
    및 상기 노출된 게이트전극과 게이트패드가 연결되도록 형성된 반사판을 구비하는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자에 있어서,
    상기 반사판 하부에, 상기 보호막 패턴과 동일한 패턴으로 형성된 차광막 패턴을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 차광막 패턴은 안트라퀴니원, 질소화합물, 프탈옥시아닌등을 포함한 블랙 폴리이미드 계통의 유기물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자.
  3. 유리기판 상에 제 1 금속막을 형성한 후 1차의 사진식각공정을 통하여 게이트전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트전극이 형성된 결과물 전면에 게이트절연막 및 반도체막을 차례로 형성하는 단계;
    상기 반도체막 위에 제 1 절연막을 형성한 후 2차의 사진식각공정을 통하여 식각저지막을 형성하는 단계;
    상기 식각저지막이 형성된 결가물 전면에 오믹층 및 제 2 금속막을 차례로 형성한 후 상기 식각저지막의 일부분이 노출되도록 3차의 사진식각공정을 실시함으로써 소오스전극, 드레인전극 및 게이트패드를 형성하는 단계;
    상기 3차의 사진식각공정 후 결과물 전면에 보호막을 형성한 후, 4차의 사진식각공정을 통하여 상기 게이트전극과 게이트패드의 일부분이 노출되도록 하는 단계; 및
    상기 4차의 사진식각공정 후 결과물 제3금속막을 형성한 후, 5차의 사진식각공정을 통하여 상기 노출된 게이트전극과 게이트패드를 연결시켜 줌과 동시에 화소전극으로 사용되는 반사판을 형성하는 단계를 구비하는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 제조방법에 있어서,
    상기 4차의 사진식각공정은, 상기 보호막위에 차광막을 더 형성한 후 실시하는 것을 특징으로 하는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 차광막 패턴은 안트라퀴니원, 질소화합물, 프탈옥시아닌등을 포함한 블랙 폴리이미드 계통의 유기물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 박막 트랜지스터-액정 표시 소자의 제조방법.
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