KR100229609B1 - 액티브 매트릭스 액정표시장치의 제조방법 및 액티브매트릭스액정표시장치 - Google Patents

액티브 매트릭스 액정표시장치의 제조방법 및 액티브매트릭스액정표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 액티브 매트릭스 액정표시장치의 제조방법은 투명기판 위에 스위칭소자인 TFT(8)를 형성하는 공정과, 이 TFT(8)위에 SiNx, SiOx 등의 무기절연막과 BCB 등의 유기절연막과 SiNx, SiOx 등의 무기절연막 즉, 26a, 26b, 26c를 연속적층하여 3층 구조의 절연막을 갖는 보호막(26)을 형성하는 공정과, 이보호막(26) 위에 소스버스선 등과 중첩되도록 화소전극을 형성하는 공정을 포함함으로써 TFT가 안정적인 특성을 갖도록하며 화면의 깜박임이 발생하지 않는 높은 개구율의 액티브 매트릭스 액정표시장치를 제조할 수 있다.

Description

액티브 매트릭스 액정표시장치의 제조방법 및 액티브 매트릭스 액정표시장치
제1도는 일반적인 액티브 매트릭스 액정표시장치의 일부를 나타내는 기본구조 사시도.
제2도는 종래의 액티브 매트릭스 액정표시장치의 일부 평면도.
제3도는 제2도의 Ⅲ-Ⅲ선을 절단하여 나타내는 종래의 액티브 매트릭스 액정표시장치의 제1기판(3)의 단면도.
제4도는 본 발명의 액티브 매트릭스 액정표시장치의 일부 평면도.
제5도, 제6도는 제4도의 V-V선을 절단하여 나타내는 본 발명의 액티브 매트릭스 액정표시장치의 제1기판(3)의 제조공정 단면도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
(1) 편광판 (22) 반도체층
(2) 제2기판 (25) 오믹접촉층
(3) 제1기판 (26) 보호막
(4) 화소전극 (40) 액정
(15a) 소스전극 (8) TFT
(15) 데이타버스라인 (15b) 드레인전극
(17a) 게이트전극 (17) 게이트버스라인
(11)(11') 투명기판 (23) 게이트절연막
(35) 양극산화막 (31) 콘택홀
(26a), (26c) 보호막(26)의 일부를 구성하는 무기절연막
(26b)보호막(26)의 일부를 구성하는 유기절연막
본 발명은 박막 트랜지스터(이하 TFT라 칭한다)를 포함하는 액티브 매트릭스 액정표시장치의 제조방법 및 그 제조방법에 의하여 제조되는 액티브 매트릭스 액정표시장치의 구조에 관한 것으로써 특히 TFT의 제조방법 및 구조에 관한 것이다.
일반적인 액티브 매트릭스 액정표시장치의 일부를 나타내는 기본구조 사시도인 제1도에서 보는 것처럼 액정표시장치는 매트릭스상으로 복수의 화소가 배치된 기판(이하 제1기판이라 칭한다)을 갖고 있다.
제1기판(3)의 액정표시부의 각 화소전극(4)은 인접하는 2개의 게이트버스라인(17)과 인접하는 2개의 데이타버스라인(15)이 교차하여 만드는 부분에 배치된다.
상기 게이트버스라인(17)은 수평 방향으로 형성되고 상기 게이트버스라인(17)에서 분기한 게이트전극(도면에 표시되지 않음)이 종 방향으로 복수개 형성된다.
한편 상기 데이타버스라인(15)은 종 방향으로 형성되고 상기 데이타버스라인(15)에서 분기한 소스전극(도면에 표시되지 않음)이 수평 방향으로 복수개 형성된다.
상기 게이트버스라인(17)과 데이타버스라인(15)이 교차하는 부분에 TFT(8)가 형성되고 상기 TFT(8)는 화소전극(4)과 전기적으로 접촉되도록 형성되어 있다.
한편 액정표시장치는 칼라필터층(36)과 공통전극(37)이 형성된 기판(이하 제2기판이라 칭한다)이 있다.
상기 제1기판(3)과 제2기판(2)은 대향하게 배치되며 두 기판 사이에는 액정(40)이 채워진다.
제1기판(3)과 제2기판(2)에는 각각 편광판(1)이 형성되어 있다.
상기 제1도에서 설명되지 않은 (11), (11')은 투명기판이다.
상기와 같은 여러 구성요소가 결합되어 액티브 매트릭스 액정표시장치가 완성된다.
상기와 같은 여러 구성요소 중 본 발명의 목적과 관련이 있는 제1기판(3)의 제조방법을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
제2도는 종래의 액티브 매트릭스 액정표시장치의 일부 평면도이다.
제3도는 제2도의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단한 제1기판(3)의 단면도이다.
제3도에 의하여 알 수 있듯이 종래의 제조방법으로 제조된 액티브 매트릭스 액정표시장치의 제1기판(3)의 구성은 이하와 같다.
투명기판(11) 위에 횡방향으로 형성되는 게이트버스라인(17)과 상기 게이트버스라인(17)에서 종방향으로 분기하는 게이트전극(17a)이 형성된다.
상기 게이트전극(17a)은 절연성을 향상 시키고 힐락(hillock)을 방지하기 위하여 양극산화되어 있다.
게이트전극(17a)이 형성된 투명기판(11) 위에 질화실리콘(SiNx), 산화실리콘(SiOx) 등의 무기막으로 된 게이트절연막(23)이 형성된다.
상기 게이트전극(17a) 부분의 게이트절연막(23) 위에 비정질 실리콘(이하a-Si이라 칭한다) 등의 반도체층(22)이 형성된다.
상기 a=Si등의 반도체층(22)위에 오믹접촉층(25)이 형성된다.
종방향으로 형성되는 소스버스선(15)과 상기 소스버스선(15)에서 횡방향으로 분기하여 소스전극(15a)이 형성되며 소스전극(15a)과 소정의 간격을 두고 드레인전극(15b)이 형성된다.
상기 소스전극(15a) 및 드레인전극(15b)은 오믹접촉층(25)과 접촉되도록 형성된다.
상기 소스 드레인전극 등을, 덮도록 질화실리콘(SiNx)등의 무기막으로 된 보호막(26)이 형성되고, 드레인전극부의 콘택홀(31)을 통하여 드레인전극(15b)과 접촉되는 투명도전막인 ITO(Indium Tin Oxide)막이 보호막(26)위에 형성되어 화소전극(4)이 구성된다.
그런데 상기와 같은 종래의 제조방법으로 제1기판(3)을 제작하여 구성한 액티브 매트릭스 액정표시장치의 제조방법은 보호막(26)으로써 SiNx, SiOx 등의 무기절연막등을 사용하기 때문에 제3도에서 보는 것처럼 라인과 TFT등이 단차지게 형성되고 상기 단차 위에 화소전극이 형성된다.
상기 단차진 라인과 단차진 TFT는 액티브 매트릭스 액정표시장치에 여러가지 문제를 야기 시킨다.
특히 화소전극을 형성한 후 배향막을 형성할 때 단차부분에서 러빙불량이 발생하여 액정의 배향상태를 다르게하기 때문에 액정표시장치의 품질 및 콘트라스트의 저하를 야기시킨다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 단차를 타고넘는 레벨링 특성이 양호하고 단차진 막이 형성된 기판을 평탄화할 수 있는 유기절연막을 사용하여 보호막(26)을 구성하면 배향막을 형성할 때 러빙불량이 발생하지 않도록하여 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있고 높은 개구율을 갖는 액정표시장치를 구성할 수 있지만 상기 액정표시장치의 TFT의 반도체층(22)과 유기절연막이 접촉되는 계면 부분에서 전하의 차지트렙(charge trap)이 발생하여 TFT의 ON특성이 일정량만큼 쉬프트(shift)되어 TFT의 언전성이 떨어지는 문제점이 발생한다.
또한 보호막(26)즉, 유기절연막 위에 ITO막 등으로 화소전극(4)을 형성할 때 상기 ITO막의 패턴 형성공정 등에서 유기절연막이 에칭액으로 인하여 손상된거나 유기절연막과 ITO막 등은 결합력이 약하기 때문에 ITO막이 박리되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 무기절연막과 유기절연막과 무기절연막을 연속적층하여 보호막(26)을 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 무기절연막은 SiNx, SiOx 등을 사용하고, 상기 유기절연막은 표1-1에서 보는 바와 같이 비유전율이 1.0~3.0이하인 유기절연막 즉, 벤조싸이클로부텐 (Benzocyc-lobutene:BCB), F첨가 파레린 등과 상기 표1-1에는 언급되지 않은 F기가 포함된 유기물, PFCB(Perfluor-ocyclobutane) 등을 사용한다.
이러한 유기물질은 첨가물이나 유사한 유기물질의 구조에 따라 빛에 반응을 일으킬수 있다.
상기 유기절연막은 단차를 타고넘는 레벨징특성이 양호하여 액정표시장치의 기판표면을 평탄화할 수 있고 단차에 의한 액정의 배향불량을 줄일 수 있으며 또한, 유기절연막은 무기절연막에 비하여 낮은 비유전율을 갖고 있으므로 상기 유기절연막위에 데이타버스라인 등의 라인과 중첩되게 화소전극을 형성하여 높은 개구율을 갖는 액정표시장치를 구성하더라도 상기 화소전극과 라인이 중첩되는 부분에서 기생용량의 발생으로인한 전압왜곡현상이 발생하지 않기 때문에 화면 깜박임 등의 불량이 발생하지 않는 액정표시장치의 제공을 가능하게 한다.
본 발명에서 무기절연막을 유기절연막의 상하에 센드위치시킨 형태로 적층하여 3층 구조로 보호막(26)을 형성하는 것은 첫째, 반도체층과 유기절연막의 계면에서 전하의 차지트렙(charge trap)의 발생을 방지하여 스위칭소자인 TFT특성을 안정화시키기 위한 것이고 둘째, 유기절연막으로 된 보호막(26)위에 금속막이나 ITO막 등으로 화소전극(4)을 형성할 때 상기 화소전극(4)의 패턴 형성공정 등에서 유기절연막이 손상되거나 화소전극(4)이 박리되는 불량 등을 방지하기 위해서이다.
상기의 보호막(26) 구조를 갖는 본 발명의 액정표시장치의 제1기판의 구성은 기판, 기판 위에 형성된 스위칭 소자인 TFT 즉, 게이트버스라인(17)에서 분기한 게이트전극(17a)과 상기 게이트전극을 포함하여 덮는 게이트절연막(23)과 상기 게이트전극(17a)부의 게이트절연막 위에 형성된 반도체층(22)과 상기 반도체층 위에 양쪽으로 불리되어 형성된 오막접촉층(25)과 상기 오믹접촉층과 접촉되도록 데이타버스라인(15)에서 분기한 소스/드레인전극으로 구성되며 상기 스위칭 소자를 덮는 보호막(26)은 무기절연막과 유기절연막과 무기절연막이 적층되는 구조를 갖도록 형성한다.
이하 본 발명의 실시예에서는 비유전율이 1.0~3.0 이하인 유기절연막 중 Si-O결합구조를 포함하는 BCB를 예로들어 액티브 매트릭스 액정표시장치의 제1기판의 제조방법을 상세히 설명한다.
[실시예 1]
본 발명의 실시예 1은 본 발명의 액티브 매트릭스 액정표시장치의 평면도인 제4도의 V-V선을 절단하여 나타내는 제5도의 공정 단면도에 의하여 액티브 매트릭스 액정표시장치의 제조방법을 설명한다.
투명기판(11) 위에 양극산화 가능한 금속 (Al, AlTa, AlMo, Ta, Ti) 또는 양극산화가 일어나지 않는 Cr금속 등을 증착하고, 상기 금속막 위에 포토레지스트를 도표하고, 포토레지스트를 소정의 패턴이 되도록 현상하고, 상기 현상된 패턴에 따라 상기 금속막을 웨트에칭((wet에칭) 등의 방법으로 에칭하여 게이트버스라인과 게이트버스라인에서 분기하는 게이트전극(17a)을 형성한다(제5a도).
상기 기판에 남겨진 포토레지스트는 별도의 공정으로 제거한다.
이어서 상기 금속막이 양극산화 가능한 금속일 경우에는 절연성을 향상 시키고 힐락(gillock)을 방지하기 위하여 게이트버스라인(17) 및 게이트전극(17a)에 양극산화막(35)을 형성한다(제5b도).
상기 공정에 이어서 게이트절연막(23)이 되는 SiNx, SiOx 등의 무기절연막을 증착하고 상기 무기절연막 위에 반도체층(22)이 되는 a-Si층과 오믹접촉층(25)이 되는 n+형 a-Si층을 연속하여 증착한다(제5c도).
이어서 상기 n+형 a-Si층 위에 포토레지스트를 도포하고, 상기 포토레지스트를 소정의 패턴이 되도록 형성하고, 상기 현상된 패턴에 따라 n+형 a-Si층과 a-Si층을 동시에 에칭하여 오믹접촉층(25)과 반도체층(22)을 형성한다(제5d도).
상기 기판에 남겨진 포토레지스트는 별도의 공정으로 제거한다.
이어서 Al 금속막 등을 기판의 전체면에 스퍼터링법을로 증착하고, 상기 금속막위에 포토레지스트를 도포하고, 상기 포토레지스트를 소정의 패턴이 되도록 현상하고, 상기 현상된 패턴에 따라 금속막을 에칭하여 신호선으로 기능하는 데이타버스라인(15)과 상기 데이타버스라인(15)에서 분기한 소스전극(15a) 및 출력단자로 기능하는 드레인전극(15b)을 형성한다. 이어서 상기 소스전극 및 드레인전극을 마스크로 사용하여 오믹접촉층(25)이 양쪽으로 분리 되도록 오믹접촉층(25)의 중앙부분을 에칭한다(제5e도).
이어서 보호막(26)이 되는 SiNx, SiOx 등의 무기절연막(26a) 적어도 한층 이상 증착한다. 상기 증착된 무기절연막 위에 BCB등의 유기절연막(26b)을 도포한다. 상기 유기절연막(26b)위에 SiNx, SiOx 등의 무기절연막(26c)을 증착한다( 제5f도).
상기 보호막(26)을 구성하는 (26a), (26b), (27c)는 연속적층하여 구성할 수 있다.
상기 제5f도에서 반도체층(22)과 BCB막(26b)이 직접 접촉될 경우에는 상기 반도체층과 BCB막은 서로 결합력이 약하기 때문에 상기 BCB막의 박리가 일어나고, 상기 박리된 BCB층과 반도체층(22)이 접촉되는 게면 부분에서 전하의 차지트렙(charge trap)이 발생하여 TFT의 ON특성이 일정량만큼 쉬프트(shift)된다.
결국 차지트렙은 TFT의 안정성을 저하 시키는데 이것을 방지하기 위하여 무기절연막(26a)이 형성된 것이고, 또한 무기절연막(26a)과 유기절연막(26b)만으로 구성된 보호막(26)위에 ITO막 등을 적층한 후 상기 ITO막 등을 화소전극(4)이 되도록 패터닝할 때 에칭액으로 인한 유기절연막(26B)이 손상되거나 ITO막 등이 박리되는 것을 방지하기 위하여 유기절연막(26b)위에 무기절연막(26c)이 형성된 것이다.
상기 무기절연막은 SiOx, SiNx를 단층 또는 적층하여 형성할 수 있다.
결국 상기 제5f도와 같이 보호막(26)을 무기절연막(26a), (26c)과 BCB막(26b)으로 적층하여 제1도에 나타낸 제1기판(3)을 구성함으로써 스위칭소자인 TFT의 특성을 안정적으로 유지할 수 있으며 보호막(26)위에 형성되는 화소전극(4) 등의 불량을 감소시킬 수 있다.
특히 무기절연막에 비하여 낮은 비유전율을 갖는 BCB막(26b)을 형성함으로써 데이타버스라인(15) 등의 라인과 중첩되게 화소전극을 형성하여 높은 개구율을 갖는 액정표시장치를 구성하더라도 상기 화소전극과 라인이 중첩되는 부분에서 기생용량의 발생으로 인한 전압왜곡현상이 발생하지 않기 때문에 화면 깜박임 등의 불량이 발생하지 않는다.
이어서 상기 BCB막(26b) 위에 포토레지스트를 도포하고, 상기 포토레지스트를 소정의 패턴이 되도록 현상하고, 상기 현상된 패턴에 따라 보호막 (26) 즉, (26a, 26b, 26c)을 에칭하여 드레인전극부와 통하는 콘택홀(31)을 형성한다(제5g도).
상기 기판에 남겨진 포토레지스트는 별도의 공정으로 제거한다.
이어서 상기 콘택홀이 형성된 보호막(26)위에 ITO(Indium Tin Oxide)막을 스퍼터링법으로 증착하고, 상기 ITO막 위에 포토레지스트를 도포하고, 상기 포토레지스트를 소정의 패턴이 되도록 현상하고, 상기 현상된 패턴에 따라 ITO막을 에칭하여 제4도와 같이 데이타버스라인에 중첩되도록 화소전극(4)을 형성한다(제5h도).
상기 기판에 남겨진 포토레지스트는 별도의 공정으로 제거한다.
본 발명의 액티브 매트릭스 액정표시장치의 일부 평면도를 나타내는 제4도에서는 화소전극(4)이 데이터버스라인(15)에만 중첩되어 있지만 다른 부분 즉, 게이트버스라인(17) 및 TFT부분 등에도 선택적으로 중첩되도록 하여 개구율을 극대화 할 수 있다.
일반적으로 게이트버스라인(17)과 중첩되는 화소전극 부분은 보조용량전극이 되는 부분이나 상기 보조용량전극의 형성과정에 대한 설명은 생략하였다.
이상 설명한 실시예 이외에 제6a도에 나타낸 스테거형(stagger)형 TFT나 제6b도에 나타낸 코플레너(coplanar)형 TFT 등에도 1.0~3.0 이하의 비유전율을 갖는 유기절연막을 무기절연막 사이에 샌드위치된 모양으로 적층하여 보호막(26)을 구성할 수 있다.
본 발명은 화소전극이 보호막 위에 형성되는 IOP(ITO On Passivation)구조에 적용된 것만을 설명하였지만 화소전극이 형성되는 위치에 관계없이 본 발명의 적용이 가능하다.
예를들면 반도체층-오믹접촉층을 형성하기 전 또는 후에 화소전극이 형성될 수 있다.
그리고 공통전극은 화소전극이 형성된 동일 기판 위에 형성될 수 있고, 공통전극은 화소전극이 형성된 기판과 대향하는 기판에 형성될 수도 있다.
상기 공통전극과 화소전극이, 동일 기판에 형성되는 구조 즉, IPS(In-Plane Switching)모드는 광시야각 구현에 유리하다.
상기 실시예의 효과는 무기절연막과 유기절연막과 무기절연막의 3층 구조로써 보호막을 구성함으로써 쇼트불량이 줄어들며, 또한 액티브 매트릭스 액정표시장치의 표면단차를 더 평탄화 할 수 있고, 액정의 배향 불량을 줄일 수 있기 때문에 도메인현상 등으로 인한 액정표시장치의 화질 불량을 방지 할 수 있고, 그만큼의 수율 향상을 기대할 수 있다.
또한, TFT의 안정적인 특성을 갖도록하며 화면의 깜박임이 발생하지 않는 높은 개구율의 액티브 매트릭스 액정표시장치를 제공할 수 있고 유기절연막(26B)위에 바로 ITO막을 증착하여 화소전극(4)을 형성할 때 발생되는 여러 문제점 등이 해결된다.

Claims (16)

  1. 게이트버스라인에서 분기하는 게이트전극, 반도체층, 오믹접촉층, 데이타버스라인에서 분기하는 소스/드레인전극과, 보호막과, 화소전극을 포함하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서, 상기 보호막은 무기절연막과, 비유전율이 1.0~3.0이하의 BCB 또는 F기가 포함된 유기절연막과, 무기절연막을 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화소전극은 상기 데이타버스라인에 선택적으로 중첩되도록 상기 보호막 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 화소전극은 상기 게이트버스라인의 이웃하는 게이트버스라인과 상기 데이타버스라인에 선택적으로 중첩되도록 상기 보호막 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반도체층을 형성하기 전에 상기 화소전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반도체층을 형성한 후에 상기 화소전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반도체층과 오믹접촉층 사이에 에치스토퍼층이 더 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 무기절연막은 적어도 한층 이상의 무기절연막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유기절연막은 감광성 유기물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  9. 게이트버스라인에서 분기하는 게이트전극, 반도체층, 오믹접촉층, 데이타버스라인에서 분기하는 소스/드레인전극과, 보호막과, 화소전극을 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 보호막은 무기절연막과, 비유전율이 1.0~3.0 이하의 BCB 또는 F기가 포함된 유기절연막과 , 무기절연막을 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 화소전극은 상기 데이타버스라인에 선택적으로 중첩되도록 상기 보호막 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 화소전극은 상기 게이트버스라인의 이웃하는 게이트버스라인과 상기 데이타버스라인에 선택적으로 중첩되도록 상기 보호막 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 반도체층을 형성하기 전에 상기 화소전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 반도체층을 형성한 후에 상기 화소전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 반도체층과 오믹접촉층 사이에 에치스토퍼층이 더 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 제9항에 있어서, 상기 무기절연막은 적어도 한층 이상의 무기절연막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제9항에 있어서, 상기 유기절연막은 감광성 유기물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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