KR100236615B1

KR100236615B1 - 액정표시장치의 제조방법

Info

Publication number: KR100236615B1
Application number: KR1019960038933A
Authority: KR
Inventors: 박재용; 정윤호
Original assignee: 구본준; 엘지.필립스 엘시디주식회사; 론 위라하디락사
Priority date: 1996-09-09
Filing date: 1996-09-09
Publication date: 2000-01-15
Also published as: KR19980020447A

Abstract

본 발명은 투명유리기판(111)의 배면쪽에 금속막(31)을 증착시키는 공정과, 금속막이 증착된 상기 투명유리기판의 윗쪽 표면에 금속층을 적층하여 게이트버스라인에서 분기하는 게이트전극(117a)을 형성하는 공정과, 상기 게이트전극위에 게이트절연막(123)을 형성하는 공정과, 상기 게이트절연막 위에 반도체층(122) 및 오믹접촉층(125)을 형성하는 공정과 상기 반도체층과 오믹접촉층이 형성된 기판 위에 금속층을 적층 형성하고 이 금속층을 에칭하여 데이타버스라인에서 분기하는 소스(115a) 및 드레인전극(115b)을 형성하면서 동시에 투명유리기판 배면에 부착된 금속막(31)을 제거하는 공정을 포함함으로써 금속막을 패터닝하여 소스 및 드레인전극, 혹은 신호선으로 만들 때에, 패턴된 금속막에 스트레스가 집중되지 않도록하여 신호선 등이 단선되는 것을 방지할 수 있으며, 마스크 수를 증가시키지 않고도 높은 수율로 제품을 확보할수 있다.

Description

액정표시장치의 제조방법

제1도는 일반적인 액정 표시장치를 나타내는 입체도면이고,

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 종래의 제1기판(3)의 일부를 나타낸 단면도이고,

제3(a)도~제3(d)도는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 제조공정도이고,

제4도는 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

4,104 : 화소전극 11,111 : 투명유리기판

15a,115a : 소스전극 15b,115b : 드레인전극

17a,117a : 게이트전극 122 : 반도체층

23,123 : 게이트절연막 26,126 : 보호막

25,125 : 오믹접촉층 31 : 투명유리기판의 배면에 형성된 금속막

본 발명은 액티브 매트리스형 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세히는 액정표시장치에서 게이트버스라인과 데이타버스라인의 교차부 및 데이타버스라인 상에서 단선이 발생하지 않도록 하는 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.

액티브 매트릭스형 액정표시장치에서는 각 화소의 구동 및 제어하기 위해 TFT(박막트랜지스터)와 같은 능동소자를 집적한 스위칭 장치가 이용되고 있다.

TFT 어레이를 갖춘 일반적인 액정표시장치의 구성을 제1도의 입체도에 의하여 설명한다.

액정표시장치는 매트릭스 상으로 복수의 화소가 배치된 제1기판(3)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 수평으로 형성되어 있고 상기 게이트버스라인(17)에서 분기한 게이트전극(17a)이 형성되어 있다. 상기 데이타버스라인(15)은 종으로 형성되어 있고 상기 데이타버스라인(15)에서 분기한 소스전극(15a)이 형성되어 있다. 상기 소스전극(15a)과 게이트전극(17a)이 교차하는 부분에 TFT(8)이 형성되어 있고 드레인전극(15b)은 화소전극(4)과 전기적으로 접촉되도록 형성되어 있다.

한편 칼라필터층(37)등이 형성된 제2기판(2)이 제1기판(3)과 대향하여 형성되어 있다.

상기 제1기판(3)과 상기 제2기판(2)사이에는 액정(40)이 체워진다. 설명되지 않은 (1,1a)는 편광판을 나타낸다.

상기와 같이 구성된 액정표시장치의 게이트버스라인(17)과 데이타버스라인(15)을 각 1개씩 선택하여 전압을 인가하면 상기 전압이 인가된 TFT(8)만이 온(ON)되고, 상기 ON된 TFT의 드레인전극에 접속된 화소전극(4)에 전하가 축적되어 액정분자의 각도를 변화시킨다. 상기 액정분자의 각도 변하를 이용하여 빛의 통과, 차단을 큰트롤 함으로써 문자나 그림 등을 표현할 수 있는 액정표시장치를 구현할 수 있다.

상기와 같은 구성요소 중 본 발명의 목적과 관련이 있는 TFT(8)을 포함하는 제1기판(3)의 구성 등에 대하여 더 상세히 설명한다.

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 종래의 제1기판(3)의 일부를 나타낸 단면도로써 TFT를 포함하고 있다.

상기 제2도에 있어서 11은 투명유리기판, 17a는 크롬 등의 금속으로 형성된 게이트전극, 18은 양극산화막, 23은 SiNx등으로 된 게이트절연막, 22는 어몰퍼스 실리콘(a-Si)으로된 섬모양의 반도체층, 25는 섬모양의 반도체층(22)표면 위에 형성된 오믹접촉층, 15는 데이타버스라인, 15a는 소스전극, 15b는 드레인전극, 26은 SiNx 등으로 된 보호막, 4는 ITO등으로 형성된 화소전극이다.

그런데 제2도와 같은 구조로 제조되는 제1기판(3)은 기본적으로 게이트버스라인(17), 데이타버스라인(15)과, 게이트전극(17a), 게이트절연막(23), 반도체층(22), 드레인전극(15b) 및 소스전극(15a)으로 구성된 TFT(8)와 보호막(26)과 화소전극(4)을 포함하여 구성되고, 이 구성요소들은 막형성 공정 및 포토에칭공정을 반복해서 만들어진다.

이와 같은 막형성 공정 및 포토에칭공정을 반복적으로 이용한 액정표시장치의 제조방법에서, 데이타버스라인, 소스 및 드레인전극용인 금속층을 에칭하는 과정에서 물질이 갖는 고유 열팽창계수(여기서는 금속의 고유 열팽창계수)에 의해 스트레스가 발생한다. 이러한 스트레스는 백터량으로 표현되는데, 금속이 증착되어 있고 아직 패턴화되기 전의 기판에서는 벡터량인 스트레스는 여러방향으로 분산되고 어느 한지점을 향해 집중되는 스트레스는 발생하지 않는다. 그러나, 증착된 금속을 패터닝하여 소스 및 드레인전극, 혹은 데이타버스라인으로 형성할 때에, 스트레스는 패턴화된 금속방향으로 집중되어 증폭된다. 그 결과, 게이트버스라인과 데이타버스라인의 교차부에서는 게이트버스라인의 단차에 인해 스트레스가 가중되어 데이타버스라인이 오픈되거나 크랙이 발생하는 현상이 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은 기판의 라인 오픈성불량(단선불량)의 발생을 최소로 할 수 있는 새로운 액정 표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 투명유리기판의 배면쪽에 금속막을 증착시키는 공정과, 금속막이 증착된 상기 투명유리기판의 윗쪽 표면에 금속층을 적층하여 게이트버스라인에서 분기하는 게이트전극을 형성하는 공정과, 상기 게이트전극위에 게이트절연막을 형성하는 공정과, 상기 게이트절연막 위에 반도체층 및 오믹접촉층을 형성하는 공정과 상기 반도체층과 오믹접촉층이 형성된 기판 위에 금속층을 적층하고, 적층형성된 상기 금속층을 에칭하여 데이타버스라인에서 분기하는 소스 및 드레인전극을 형성하면서 동시에 투명유리기판 배면에 형성된 상기 금속막을 제거하는 공정을 포함한다.

상기 제조방법에서, 게이트전극 위에 게이트절연막을 형성하기 전에, 먼저 게이트전극을 양극산화시켜 게이트전극위에 양극산화막을 형성하는 공전을 더 포함할 수 있는데, 게이트전극의 양극산화과정을 거칠 때에는, 실질적으로 게이트절연막은 게이트전극의 양극산화막을 덮도록 형성된다. 이러한 양극산화막은 힐락(hillock)방지, 내화학성 및 내구성을 높이고, 특히 게이트절연막과 함게 2층절연층으로 되어 신호선(데이타버스라인과 게이트버스라인)간의 층간 절연성을 개선하는 역할을 한다.

특히 금속층을 에칭하여 소스전극과 드레인전극을 형성하면서 동시에 투명유리기판 배면에 형성된 금속막을 제거하는 공정은, 투명유리기판의 배면에 형성된 금속막이 제거되는 동안, 소스전극 및 드레인전극이 되는 금속막이 너무 많이 에칭되는 것을 방지하기 위해 엎플로워(UP FLOW) 에칭방식에 의한 에칭을 수행하는 것이 효율적이다. 또 이를 위해 투명유리기판의 배면에 형성된 금속막과 소스전극 및 드레인전극이 되는 금속막은 동일한 재료를 사용하는 것이 효과적이다.

이하, 이러한 목적을 달성하는 본 발명에 따르는 제1기판의 제조방법을 하나의 예를들어 도면을 참조하여 설명한다.

제3(a)~제3(d)도는 액정표시장치에서 박막트랜지스터를 포함하는 제1기판의 제조공정도이다.

본 발명의 제조과정은 먼저, 투명유리기판(111)의 배면쪽에 소스 및 드레인전극을 형성하는 금속과 동일한 재료의 금속막(31)을 증착한다. 이때 증착되는 두께는 나중에 적층되어 소스 및 드레인전극이 되는 금속층의 두께 보다 작게 한다. 그리고 기판 앞면에 세정한다.(제3(a)도)

투명유리기판(111)의 앞면(위쪽) 표면에, Al, Al-Pd, Al-Si, Al-Si-Ti, Al-Si-Cu 또는 Al합금 등으로 된 금속층을 스퍼터링법에 의해 막두께 2000-4000Å로 증착하고, 포토공정을 거친 후, 금속층을 선택적으로 에칭하여 게이트전극(117a)을 형성한다. 힐락(hillock)방지, 내화학성 및 내열성, 특히 다음에 형성되는 게이트절연막과의 결합성 등을 높이기 위해 게이트전극(117a)을 양극산화시켜, 게이트전극 위에 양극산화막(180)을 형성하는데, 이 양극산화막(180)은 뒤에 형성되는 게이트절연막의 SiNx와 함께 2층 절연층으로 되어 신호선간의 층간절연을 개선하는 역할을 한다. 이때 기판 배면쪽은 양극산화 가능한 금속일 경우에는 양극산화가 일어나지 않도록 감광막으로 블로킹한다. 그리고 게이트전극을 양극산화한 후 감광막을 제거한다. 절연막 성장공정에 의해 상기 투명유리기판(111)에 CVD장치(프라즈마, LP, AP 등과 같은 CVD장치)를 사용, 막두께 2000Å의 질화 또는 산화 실리콘막 등으로 된 게이트절연막(123)을 형성한다. CVD장치로 암모니아가스, 실란가스, 수소가스 등을 도입하여, 막두께 2000Å의 i형 반도체층을 게이트절연막 위에 증착한다. 프라즈마 CVD장치로 수소가스, 포스핀가스를 도입하여, 막두께 300Å의 n+형 불순물 반도체층을 i형 반도체층 위에 형성한 후 사진식각 공정에 의해 n+형 불순물 반도체층과 i형 반도체층을 패턴하여 오믹접촉층(125)과 반도체층(122)을 형성한다(제3(b)도).

이어서 소스전극(115a)과 드레인전극(115b) 등으로 형성되는 Cr, Al, Al-Pd, Al-Si, Al-Si-Ti, Al-Si-Cu 또는 Al합금 등의 금속층을 스퍼터링에 의해 막두께 4000Å로 설치한다. 사진처리후 에칭액을 투명유리기판(111)의 배면에 형성된 금속막(31)쪽에서 상기 투명유리기판(111)의 앞면쪽으로 불어올리는 엎플로워(UP FLOW)방식으로 에칭하여 금속막(31)을 제거하면서 동시에 투명유리기판(111)의 앞면에 형성된 금속층을 에칭하여 소스전극(115a)과 드레인전극(115b)을 형성한다(제3(c)도).

이어서 드라이 에칭장치에 CCL₄, SF₆를 도입해서, 소스 및 드레인전극을 마스크로 사용하여 n+형 불순물 반도체층(오믹접촉층:125)의 중앙부분을 에칭한다. 프라즈마 CVD장치에 암모니아가스, 실란가스, 질소가스를 도입해서 0.3㎛의 질화Si막으로 된 보호막(126)을 형성한다. 사진처리후 드라이에칭 가스로 SF₆를 사용한 사진식각 공정으로 보호막(126)을 선택적으로 에칭하여 콘택홀을 형성한 후, ITO를 스퍼터링으로 증착하고 패터닝하여 화소전극(104)을 형성한다(제3(d)도).

본 발명의 특징은 투명유리기판 배면에 금속막을 형성한 후 투명기판 앞면에 금속으로 된 신호선(데이타버스라인, 게이트버스라인)과 TFT를 형성하여 가는 공정단계 중 어느 선택되는 공정단계에서 형성된 금속막을 에칭할 때 투명기판의 배면에 형성된 금속막을 동시에 에칭하여 제거함으로써 금속막을 패터닝하여 소스 및 드레인전극, 혹은 신호선으로 만들 때에, 스트레스가 패턴화된 금속방향으로 집중되지 않도록 하여 신호선 등이 단선되는 것을 방지할 수 있으며, 마스크 수를 증가시키지 않고도 높은 수율로 제품을 확보할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 투명유리기판(111)의 배면에 Cr, Al, Al-Pd, Al-Si, Al-Si-Ti, Al-Si-Cu등의 금속막(31)을 형성하는 공정과, 상기 금속막이 형성된 금속막의 앞면에 SiOx 또는 SiNx 등으로 된 버퍼층(41)을 형성하는 공정과, 상기 버퍼층 위에 a-Si층(100)을 증착하는 공정과, 350℃이상의 고온 열처리에 의해 상기 a-Si층에 포함된 수소를 제거하는 공정과, 상기 수소가 제거된 a-Si층을 소정의 모양으로 패터닝하는 공정 등을 거쳐 제4도와 같은 구조의 기판을 구성할 수 있다.

상기와 같은 공정을 거침으로써 350℃이상의 고온 열처리 공정에 의해 a-Si층에 포함되어 있는 수소를 제거할 때 투명유리기판(111)의 배면에 형성된 금속막(31)은 기판의 수축 또는 기판이 변형되는 것을 방지하는 역할을 한다.

또한 기판 이동(loding, unloding)시에도 금속막(31)은 기판의 휨 방지역할을 한다.

상기 투명유리기판의 배면에 형성된 금속막(31)은 차후에 에칭 등으로 제거할수 있다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정하지 않고, 단차로 인한 스트레스에 의해 단선이 발생할 수 있는 모든 박막트렌지스터의 구조에 적용가능한 것은 당연하다.

Claims

투명기판의 배면에 금속막을 형성하는 공정, 상기 투명기판의 앞면에 게이트전극, 게이트절연막, 반도체층, 소스·드레인전극을 소정의 패턴 모양으로 적층하여 상기 스위칭소자를 형성하는 공정. 상기 스위칭소자의 선택되는 전극을 패턴할 때 상기 투명기판의 배면에 형성된 금속막을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로하는 액정표시장치의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 스위칭소자를 형성하는 공정은 상기 투명기판의 앞면에 상기 게이트전극을 형성하는 공정과; 상기 게이트전극을 덮도록 상기 게이트절연막을 형성하는 공정과; 상기 게이트전극부의 상기 게이트절연막 위에 상기 반도체층 및 오믹접촉을 형성하는 공정과; 상기 오믹접촉층 위에 금속막을 형성한 후 에칭하여 상기 소스·드레인전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 게이트절연막을 형성하기 전에 상기 게이트전극을 양극산화시켜 양극산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제2항에 있어서, 상기 소스·드레인전극이 되는 금속막을 에칭할 때 상기 투명기판의 배면에 형성된 금속막이 동시에 제거되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 투명기판의 배면에 형성된 금속막과 상기 소스·드레인전극이 되는 금속막은 엎플로워(UP FLOW)방식으로 에칭되는 것을 특징으로하는 액정표시장치의 제조방법.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 투명기판의 배면에 형성된 금속막과 상기 소스·드레인전극이 되는 금속막은 동일한 재질의 금속막인 것을 특징으로하는 액정표시장치의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 투명기판의 앞면과 상기 스위칭소자의 반도체층 사이에 적어도 버퍼층이 추가로 형성되어 개재되는 것을 특징으로하는 액정표시장치의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 투명기판의 배면에 형성되는 금속막은 상기 스위칭소자를 형성한 후, 별도의 공정에 의하여 제거되는 것을 특징으로하는 액정표시장치의 제조방법.