KR100241721B1 - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

액정표시소자는 기판과, 기판 위에 형성된 투명전극과, 투명전극 위에 형성된 양극산화층 및 비산화층과, 양극산화층 및 비산화층 위에 형성된 박막트랜지스터로 구성된다. 양극산화층은 투명한 절연층이고 차광층의 역할을 하는 비산화층은 불투명한 금속층으로서, 금속층을 적층한 후 일부 영역을 포토레지스트로 블로킹한 상태에서 양극산화하여 형성한다. 투명전극에 전압이 인가되면, 금속층이 균일하게, 또한 완전하게 양극산화되어 액정표시소자의 화질이 저하되는 것을 방지하게 된다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 금속층의 일부분을 양극산화하여 절연층인 양극산화층과 차광층인 비산화층을 형성함으로써 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 액정표시소자로서 주로 사용하고 있는 액티브매트릭스 액정표시소자(AM LCD)는 각 화소에 박막트랜지스터(TFT)를 형성하여, 이 TFT를 구동함으로써 LCD가 작동된다. 이러한 AM LCD은 LCD의 뒤쪽에 백라이트(back light)가 설치된 투사형 LCD로서, 실제로 화상을 제공하는 부분은 화소전극이 형성되어 있는 부분이다. 따라서, 화소전극이 형성되어 있지 않는 TFT와 주사선 및 신호선 근처로 빛이 누설되면, 화상이 선명하게 되지 않는 등 화질이 나빠지게 된다. 그러므로, 상기한 AM LCD에 있어서는 박막트랜지스터와 주사선 및 신호선 영역으로 빛이 새어 나가지 못하도록 차단할 필요가 있다.
제1도는 종래의 액정표시소자의 한 화소를 나타내는 도면이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 화소영역은 종횡으로 배열된 주사선(1) 및 신호선(2)에 의해 정의되며, 상기한 화소영역에는 화소전극(9)이 형성되어 있다. 또한, 화소영역의 주사선(1)과 신호선(2)의 교차점에는 TFT가 형성되어, 소스/드레인전극(4)이 화소전극(9)과 전기적으로 접속되며, 주사선(1)과 신호선(2) 및 TFT 영역에는 차광층(7)이 형성되어 상기한 주사선(1), 신호선(2) 및 TFT 근처로 빛이 누설되는 것을 방지한다.
차광층(7)은 일반적으로 TFT 어레이(array) 기판, 즉 TFT의 빛이 입사되는 기판에 형성되어 있는 경우와 컬러필터(color filter layer) 기판에 형성되는 경우의 2가지 종류로 분류할 수 있다.
컬러필터 기판에 차광층이 형성되어 있는 경우에는 기판의 합착시 차광층이 TFT 어레이기판의 주사선, 신호선 및 TFT 영역을 정확히 덮지 않고 화소영역을 침범하게 되면 LCD의 개구율(aperture ratio)가 저하되기 때문에 정밀한 기판의 합착이 필요하게 되지만, 이러한 정밀한 기판의 합착은 대단히 어려운 일이다.
제2도는 제1도의 A-A′선 단면도로서, TFT 어레이 기판에 차광층이 형성된 경우의 액정표시소자를 나타낸 것이다. 이러한 구성의 LCD의 장점은 기판에 형성되는 모든 구성요소가 직접 차광층(7) 위에 형성되기 때문에 개구율이 향상된다는 것이다. 기판(10) 위에는 차광층(7)이 형성되어 있으며, 그 위에 절연층(15)이 형성되어 있다. 차광층(7)은 Cr이나 CrOx등의 금속층을 스퍼터링방법에 의해 형성한 후, 포토에칭(photoetching)에 의해 형성하며 절연층(15)은 SiNx나 SiO₂등을 플라즈마 CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)방법으로 적층하여 형성한다. 절연층(15)위에는 게이트전극(5)이 형성되어 있고 그 위에 게이트절연층(16)이 형성되어 있으며, 상기한 게이트절연층(16) 위에 반도체층(5) 및 소스/드레인전극(4)이 차례로 형성되어 있다. 소스/드레인전극(4)은 기판 전체에 걸쳐서 형성된 보호층(18)에 형성된 컨택트홀(contact hole)을 통해 화소영역에 형성된 화소전극(9)에 전기적으로 접속된다.
상기한 바와 같이 구조의 액정표시소자에서는 차광층(7)이 빛이 누설되는 영역인 주사선(1)과 신호선(2) 및 TFT 바로 아래에 형성되어 있으므로 차광층(7)이 화소영역을 침범하는 일이 없게 된다. 따라서, 액정표시소자의 개구율이 향상된다.
그러나, 상기한 구성의 액정표시소자에서는 차광층에 의한 단차에 의해 게이트절연층이 파괴되는 문제가 있었다. 이러한 게이트절연층의 파괴는 화소전극과 게이트절연층 사이에 단락을 발생시키므로 액정표시소자의 성능이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 금속층의 일부분을 양극산화하여 양극산화된 투명한 부분은 절연층으로, 양극산화되지 않은 불투명한 부분은 차광층으로 함으로써 차광층에 의한 단차가 발생하기 않은 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자는 기판과, 기판에 형성된 투명전극과, 상기한 투명전극 위에 형성된 양극산화층 및 비산화층과, 상기한 비산화층 위에 형성된 박막트랜지스터와, 화소영역에 형성된 화소전극으로 구성된다. 양극산화층과 비산화층은 Al, Ta 또는 Al합금 등으로 이루어진 금속층을 일부분을 양극산화함으로써 형성하며, 투명전극은 ITO를 적층으로 형성한다.
이러한 액정표시소자를 제조하는 방법은 기판 위에 투명전극을 형성하는 단계와, 상기한 투명전극 위에 금속층을 형성하는 단계와, 상기한 금속층의 일부분을 포토레지스트로 블로킹한 상태에서 양극산화하여 양극산화층 및 비산화층을 형성하는 단계와, 상기한 양극산화층 및 비산화층 위에 절연층을 형성하는 단계와, 상기한 절연층 위에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 화소영역에 화소전극을 형성하는 단계로 구성된다.
금속층의 양극산화는 투명전극 및 금속층이 적층된 기판을 전해액속에 담근후, 투명전극과 음극인 대향전극에 전원을 연결하여 전압을 인가함으로써 이루어진다. 이때, 포토레지스트로 금속층의 일부를 선택적으로 블로킹함으로써 원하는 크기의 양극산화층과 비산화층을 얻을 수 있게 된다.
제1도는 종래의 액정표시소자의 평면도.
제2도는 제1도의 A-A′선 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 박막트랜지스터의 단면도.
제4도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 박막트랜지스터 제조방법을 나타내는 도면.
제5도는 본 발명에서 사용되는 양극산화장치를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 주사선 2 : 신호선
104 : 소스/드레인전극 105 : 반도체층
109 : ITO 110 : 기판
118 : 보호층 116 : 게이트절연층
119 : 투명전극 120 : 절연층
125 : 금속층 125a : 양극산화층
125b : 비산화층 130 : 포토레지스트
131 : 용기 132 : 전해액
136 : 대향전극 135 : 전원
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자에 대해 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 액정표시소자의 단면도로서, 도면에서는 설명의 편의를 위해 한 화소만을 나타낸다. 따라서, 본 발명에 따른 액정표시소자의 평면도는 제1도와 같다고 생각할 수 있으며, 결국 제3도는 제1도의 A-A′선 단면도이다. 다만, 종래와 다른 점은 차광층의 형태가 다르다는 것이다. 도면에 나타낸 바와 같이 기판(110) 위에는 ITO(indium tin oxide) 등과 같은 투명전극(119)이 형성되어 있으며, 그 위에 양극산화층(125a)과 비산화층(125b)이 형성되어 있다. 양극산화층(125a)과 비산화층(125b)은 동일한 두께를 가진 동일한 층으로서, 양극산화층(125a)은 투명한 절연층으로 비산화층(125b)은 불투명한 금속층이다. 이 불투명한 비산화층(125b)이 신호선, 주사선 및 TFT 근처로 빛이 누설되는 것을 방지하는 차광층의 역할을 한다.
양극산화층(125a)과 비산화층(125b) 위에는 SiNx나 SiO₂등으로 이루어진 절연층(120)이 형성되어 있으며, 그 위의 비산화층(125b) 영역에 Al, Mo, Ta 또는 Al합금으로 이루어진 게이트전극(103)이 형성되어 있다. 또한, 상기한 게이트전극(103)에는 힐록을 방지하기 위해서 양극산화막(도면표시하지 않음)이 형성되어 있다. 게이트전극(103) 위에는 역시 SiNx나 SiO₂등으로 이루어진 게이트절연층(116)이 형성되어 있고, 그 위의 비산화층(125b) 영역에 비정질실리콘(a-Si)으로 이루어진 반도체(105)이 형성되어 있다. 금속으로 이루어진 소스/드레인전극(104)은 반도체층 위 양쪽에 형성되어 있고, 상기한 소스/드레인전극(104) 및 게이트절연층(116) 위에 컨텍트홀을 보유하는 보호층(118)이 형성되어 있다. 한쪽의 소스/드레인전극(104)은 상기한 컨텍트홀을 통해 화소영역에 형성된 화소전극(109)에 전기적으로 접속된다. 화소전극(109)은 상기한 투명전극과 마찬가지로 ITO와 같은 투명한 금속으로 이루어진다.
따라서 상기한 바와 같은 구성의 액정표시소자에서는 차광층인 비산화층(125b)이 일정한 폭을 가지고 양극산화층(125a)가 동일한 두께의 연속적인 층으로 형성되어 있으므로 차광층(125b)에 의한 단차가 발생하지 않게 된다.
제4도는 제3도의 액정표시소자의 제조공정을 나타내는 도면이다. 우선, 제4(a)도에 나타낸 바와 같이 기판(110)위에 ITO와 같은 투명전극(109)과 금속층(125)을 스퍼터링방법에 의해 연속 적층한다. 금속층(125)은 양극산화되면 투명한 절연층이 되는 Al, Ta 또는 Al합금 등을 사용한다. 이어서, 제4(b)도에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(130)를 도포하고 패터닝하여 일정한 영역의 금속층(125)을 블로킹한 상태에서 양극산화한다.
제5도는 상기한 금속층(125)을 양극산화하는 방법을 나타내는 도면이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 용기(131)의 한쪽에는 기판(110)이 배치되어 있고 상기한 기판(110) 위에는 투명전극(119)과 금속층(125)이 적층되어 있으며, 금속층(125) 위에 일정한 폭의 포토레지스트(130)가 도포되어 있다. 기판(110)의 반대편에는 금속으로 이루어진 대향전극(136)이 형성되어 있다. 상기한 투명전극(119)과 대향전극(136)은 각각 전원(135)의 양극과 음극에 연결선(137)을 통해 연결된다. 전원(135)에서는 금속층(125)이 충분히 양극산화될 정도의 전력이 공급된다.
일반적인 양극산화공정에서는 기판(110) 위에 직접 금속층(125)이 형성되어 있으며, 이 금속층(125)에 전원(135)이 직접 연결되어 시간이 지남에 따라 금속층(125)의 윗부분부터 차례로 아래쪽으로 산화된다. 그러나, 이때 양극산화가 금속층(125)의 전체에 걸쳐서 균일하게 일어나는 것이 아니라 국부적으로 일어나기 때문에, 금속층(125)에는 산화되지 않은 영역이 국부적으로 존재하게 된다. 더욱이, 금속층(125)의 두께가 일정하지 않을 경우에는 양극산화 도중에 전류의 단절로 인해 산화되지 않는 영역이 발생하기도 한다. 이러한 불투명한 비산화영역의 존재는 액정표시소자에 적용했을 때 화질이 저하되는 매우 중요한 요인이 된다.
하지만, 본 발명에서와 같이 투명전극(119)을 기판(110)과 금속층(125) 사이에 형성하여 전원을 이 투명전극(119)에 연결하는 경우에는 투명전극(119)과 대향전극(136) 사이에서 전압이 걸리기 때문에, 금속층(125)에 국부적으로 존재하게 되는 비산화영역까지 모두 산화시키게 되며 일정하지 않은 두께의 금속층(125)으로 인한 전류의 단절이 생기지 않게 된다. 따라서, 금속층(125)의 원하는 부분, 즉 포토레지스트에 의해 블로킹된 영역을 제외한 모든 영역이 완전하게 양극산화된다.
이 양극산화에 의해 제4(b)도에 나타낸 바와 같이 금속층(125)에는 양극산화층(125a)과 비산화층(125b)이 생기는데, 양극산화층(125a)은 투명한 절연층이고 비산화층(125b)은 불투명한 금속층이다. 따라서, 상기한 비산화층(125b)은 차광층으로서의 역할을 한다.
그후, 제4(c)도에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(130)를 제거하고 SiNx나 SiO₂와 같은 절연층(120)을 플라즈마 CVD방법으로 적층한 후, Al, Mo, Cr 또는 Al합금을 적층하고 포토에칭하여 게이트절연층(120) 위의 비산화층(125b) 영역에 게이트전극(103)을 형성한다. 이후, 도면에 표시하지 않았지만, 게이트전극(103)의 힐록을 방지하기 위해 상기한 게이트전극(103)을 양극산화하여 양극산화막을 형성한다. 이어서, 제4(d)도에 나타낸 바와 같이 SiNx나 SiO₂와 a-Si를 플라즈마 CVD방법으로 연속 적층하고, 상기한 a-Si를 에칭하여 게이트절연층(116) 및 반도체층(105)을 형성한다. 이 반도체층(105) 위의 양쪽에 Al, Mo, Cr 또는 Al합금 등과 같은 금속을 스퍼터링방법으로 적층하고 포토에칭하여 소스/드레인전극(104)을 형성한다.
또한, 도면에 표시하지 않았지만, 소스/드레인전극(104)과 반도체층(105) 사이에는 n+이온을 반도체층(105)에 도핑하거나 n+불순물 비정질실리콘을 직접 적층하여 오우믹컨택트층인 n+층을 형성한다.
이후, 제4(e)도에 나타낸 바와 같이 소스/드레인전극(104) 위에 SiNx나 SiO₂등을 플라즈마 CVD방법으로 적층한 후, 에칭하여 컨택트홀을 형성한다. 이어서, 화소영역에 ITO와 같은 투명전극을 스퍼터링방법으로 적층하여 화소전극(109)을 형성한다. 상기한 화소전극(109)은 컨택트홀을 통해 소스/드레인전극(104)과 전기적으로 접속된다.
본 발명에 따른 액정표시소자는 상기한 바와 같이 절연층인 양극산화층과 차광층의 역할을 하는 비산화층인 금속층이 동일한 두께의 동일층으로 형성되어 있기 때문에, 차광층에 의한 게이트절연층의 단차가 발생하지 않게 된다. 따라서, 게이트절연층의 파괴가 일어나지 않게 되어 화소전극과 게이트전극 사이에 단락이 발생하는 것을 방지하게 되어 수율이 향상된 액정표시소자를 제공할 수 있게 된다.

Claims (34)

  1. 절연기판상에 투명전극을 형성하는 단계와; 상기한 투명전극 위에 금속층을 형성하는 단계와; 대향전극을 준비하는 단계와; 전해액 속에서 상기한 투명전극 및 대향전극에 전압을 인가하는 단계로 구성된 금속층의 양극산화방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 투명전극이 ITO(indium tin oxide)인 것을 특징으로 하는 금속층의 양극산화방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 금속층이 Al, Ta 또는 Al합금으로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속층의 양극산화방법.
  4. 기판 위에 투명전극을 형성하는 단계와; 상기한 투명전극 위에 양극산화층과 비산화층을 형성하는 단계와; 상기한 양극산화층 및 비산화층 위에 절연층을 형성하는 단계와; 상기한 절연층 위에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 기판 전체에 걸쳐서 보호층을 형성하는 단계와; 상기한 보호층 위에 화소전극을 형성하는 단계로 구성된 액정표시소자 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기한 투명전극이 ITO인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기한 양극산화층과 비산화층을 형성하는 단계가, 금속층을 형성하는 단계와; 상기한 금속층 위에 포토레지스트를 선택적으로 형성하는 단계와; 상기한 금속층을 양극산화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기한 금속층이 Al, Ta 또는 Al합금으로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기한 화소전극이 ITO인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기한 박막트랜지스터를 형성하는 단계가, 게이트전극을 형성하는 단계와; 상기한 게이트전극 위에 게이트절연층을 형성하는 단계와; 상기한 게이트절연층 위에 반도체층을 형성하는 단계와; 반도체층 위에 소스/드레인전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기한 게이트전극을 양극산화하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  11. 기판 위에 투명전극을 형성하는 단계와; 상기한 투명전극 위에 금속층을 형성하는 단계와; 상기한 금속층 위에 포토레지스트를 선택적으로 형성하는 단계와; 상기한 금속층을 양극산화하는 단계와; 상기한 포토레지스트를 제거한 후, 상기한 금속층 위에 절연층을 형성하는 단계와; 상기한 절연층 위에 게이트전극을 형성하는 단계와; 상기한 게이트전극 및 절연층위에 게이트절연층을 형성하는 단계와; 상기한 게이트절연층 위에 반도체층을 형성하는 단계와; 반도체층 위에 소스/드레인전극을 형성하는 단계와; 소스/드레인전극 및 게이트절연층 위에 보호층을 형성하는 단계와; 보호층 위에 화소전극을 형성하는 단계로 구성된 액정표시소자 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기한 게이트전극을 양극산화하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기한 투명전극이 ITO인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기한 금속층이 Al, Ta 또는 Al합금으로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기한 화소전극이 ITO인 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  16. 기판과; 기판 위에 형성된 투명전극과; 투명전극 위에 형성된 양극산화층 및 차광층의 역할을 하는 비산화층과; 상기한 양극산화층 및 비산화층 위에 형성된 절연층과; 상기한 절연층 위에 형성된 박막트랜지스터와; 상기한 박막트랜지스터 및 절연층 위에 형성된 보호층과; 보호층 위에 형성된 화소전극으로 구성된 액정표시소자.
  17. 제16항에 있어서, 상기한 투명전극이 ITO인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  18. 제17항에 있어서, 상기한 양극산화층이 투명한 절연층인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  19. 제16항에 있어서, 상기한 비산화층이 불투명한 금속층인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  20. 제19항에 있어서, 상기한 금속층이 Al, Ta 또는 Al합금으로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  21. 제16항에 있어서, 상기한 박막트랜지스터가, 게이트전극과; 상기한 게이트전극 위에 형성된 게이트절연층과; 게이트절연층 위에 형성된 반도체층과; 반도체층 위에 형성된 소스/드레인전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  22. 제21항에 있어서, 상기한 게이트전극 위에 양극산화층이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는액정표시소자.
  23. 제16항에 있어서, 상기한 화소전극이 ITO인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  24. 제16항에 있어서, 상기한 보호층에 컨택트홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  25. 제24항에 있어서, 상기한 화소전극이 컨택트홀을 통해 소스/드레인전극에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  26. 기판과; 기판 위에 형성된 투명전극과; 투명전극 위에 형성된 양극산화층 및 차광층의 역할을 하는 비산화층과; 상기한 양극산화층 및 비산화층 위에 형성된 절연층과; 상기한 절연층 위에 형성된 게이트전극과; 게이트전극 및 절연층 위에 형성된 게이트절연층과; 게이트절연층 위에 형성된 반도체층과; 반도체층 위에 형성된 소스/드레인전극과; 상기한 소스/드레인전극 및 절연층 위에 형성된 보호층과; 보호층 위에 형성된 화소전극으로 구성된 액정표시소자.
  27. 제26항에 있어서, 상기한 게이트전극 위에 양극산화층이 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  28. 제26항에 있어서, 상기한 투명전극이 ITO인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  29. 제26항에 있어서, 상기한 양극산화층이 투명한 절연층인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  30. 제26항에 있어서, 상기한 비산화층이 불투명한 금속층인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  31. 제30항에 있어서, 상기한 금속층이 Al, Ta 또는 Al합금으로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  32. 제26항에 있어서, 상기한 화소전극이 ITO인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  33. 제26항에 있어서, 상기한 보호층에 컨택트홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  34. 제33항에 있어서, 상기한 화소전극이 컨택트홀을 통해 소스/드레인전극에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
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