KR100333980B1 - 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

기판 위에 가로 방향으로 게이트선이 형성되어 있고, 그 끝에 게이트 패드가 형성되어 있다. 또한, 서로 나란한 제1 및 제2 공통 전극선과 이들을 연결하는 다수의 공통 전극이 형성되어 있다. 그 위에 게이트 절연막이 형성되어 있고, 게이트 절연막 위에는 게이트선 상부에 반도체층이 형성되어 있으며, ITO 데이터 보조선이 게이트선과 교차하도록 세로 방향으로 형성되어 있다. ITO 데이터 보조선의 끝에는 제1 데이터 패드가 형성되어 있다. 또한, 게이트 절연막 위에 서로 나란한 제1 및 제2 화소 전극선 및 이들을 서로 연결하는 다수의 화소 전극이 ITO로 형성되어 있다. 이 다수의 화소 전극은 공통 전극과 나란히 번갈아 배열되어 있다. 크롬막/알루미늄-네오디뮴막의 데이터선이 ITO 데이터 보조선 상부에 데이터 보조선보다 좁은 폭으로 형성되어 있고, 데이터선의 끝에는 제2 데이터 패드가 형성되어 있다. 데이터선, 반도체층, 제1 및 제2 화소 전극선, 화소 전극, 패드 등은 보호막에 의해 덮여 있고, 보호막 및 게이트 절연막에는 패드를 드러내는 접촉구가 뚫려 있으며, 특히 제2 데이터 패드 부근에서는 상부막인 알루미늄-네오디뮴막은 제거되고 하부막인 크롬막이 접촉구를 통해 드러나 있다.

Description

액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법{a liquid crystal display and a manufacturing method thereof}
본 발명은 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 공통 전극과 화소 전극이 하나의 기판에 형성되어 있는 방식의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.
한 기판 위에 공통 전극과 화소 전극이 모두 형성되어 있는 방식의 액정 표시 장치에서는, 전압이 인가되면 기판에 대해 수평한 방향의 전계가 형성되고 액정 분자들은 수평 전계에 따라 기판과 평행한 면 내에서 회전하기 때문에, 거시적으로 관찰되는 액정의 굴절율이 다른 방식의 표시 장치에 비해 작아져 대비비가 향상되고 시야각이 넓어진다. 그러나, 다수의 불투명한 공통 전극과 화소 전극이 화소 영역 내에 배치되어 있는데다가, 공통 전극과 데이터선이 중첩하는 경우에 발생하는 크로스토크(cross-talk) 현상을 막기 위해 최 외곽에 위치하는 공통 전극을 화소 영역의 안쪽으로 들여 배치하기 때문에, 상대적으로 휘도는 떨어지는 단점이 있다.
이러한 액정 표시 장치를 제조함에 있어서, 기판의 대형화에 따른 데이터 신호의 지연 및 데이터선의 단선 등을 줄이기 위해, 데이터선은 알루미늄과 같은 저저항 금속으로 형성하며, 데이터선의 보조선을 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 좋은 ITO 막으로 그 상부에 형성한다. 그러나, ITO 공정을 알루미늄 배선 공정 이후에 형성하는 이러한 종래의 기술에서는 ITO 식각액에 의한 알루미늄 배선의 부식의 위험이 따를 뿐만 아니라, ITO 식각 공정용 마스크가 별도로 필요하게 된다. 또한, ITO와 알루미늄이 직접 접촉하는 구조가 형성되므로, 계면에서 산화막이 형성되어 접촉 저항이 증가하게 되고, 어닐링(anealing) 또는 베이크(bake) 등의 공정시 알루미늄의 일렉트로마이그레이션(electromigration)에 의해 배선이 끊기는 일이 발생할 수 있다.
본 발명의 과제는 액정 표시 장치의 휘도를 향상시킬 수 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 향상된 특성을 가지는 액정 표시 장치를 마스크 공정을 증가시키지 않고 구현할 수 있는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 2는 도 1의 II-II' 선에 대한 단면도이고,
도 3은 도 1의 III-III' 선에 대한 단면도이고,
도 4는 도 1의 IV-IV' 선에 대한 단면도이고,
도 5a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 공정 순서에 따라 도시한 평면도 및 단면도이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에서는 ITO로 데이터 보조선과 화소 전극을 동시에 형성하고, 크롬막/알루미늄 합금막의 이중막 구조를 가지는 데이터선을 데이터 보조선 상부에 그보다 좁은 폭으로 형성한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에서는 절연 기판 위에 가로 방향으로 게이트이 형성되어 있고, 게이트선과 같은 층에 서로 나란한 다수의 공통 전극이 형성되어 있으며, 그 위에 게이트 절연막이 덮여 있다. 게이트 절연막 위에는 세로 방향으로 ITO 데이터 보조선이 형성되어 있고, 데이터 보조선의 상부에 그보다 좁은 폭으로 데이터선이 형성되어 있다. 이 데이터선은 하부 금속막과 상부 알루미늄 합금막의 이중막으로 형성되어 있다. 또한, 게이트 절연막 위에 다수의 화소 전극이 형성되어 있는데, 공통 전극과는 번갈아 배열되어 있다.
여기에서, 화소 전극은 ITO로 형성되어 있고, 데이터선의 상부막은 크롬막으로, 하부 금속막은 알루미늄-네오디뮴막으로 형성되어 있을 수 있다.
또한, 데이터선 및 화소 전극 및 게이트 절연막을 보호막이 덮고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서는 기판 위에 게이트선 및 다수의 공통 전극을 형성하고, 이 위에 게이트 절연막을 증착한 다음, 게이트선 상부의 게이트 절연막 위에 반도체층을 형성한다. 이후, 게이트 절연막 위에 ITO막을 증착하고 식각하여 데이터 보조선을 형성한 다음, 크롬막 및 알루미늄 합금막을 연속하여 증착하고 식각하여 데이터선을 형성한다.
데이터 보조선을 형성하는 단계에서 다수의 화소 전극을 동시에 형성할 수 있다.
데이터선 및 화소 전극 및 게이트 절연막 상부에 보호막을 증착하는 것이 바람직하며, ITO막을 식각하여 데이터 보조선의 끝에 연결되는 제1 데이터 패드를 형성하고, 크롬막 및 알루미늄 합금막을 식각하여 데이터선의 끝에 연결되는 제2 데이터 패드를 형성하며, 보호막을 식각하여 제2 데이터 패드의 크롬막을 드러내는 접촉구를 형성할 수 있다.
또한, 데이터선의 폭을 3 ∼ 10μm 로 형성하는 것이 바람직하다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다.
먼저, 화소 전극과 공통 전극이 하나의 기판에 형성되어 있는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 도 1 내지 도 4를 참고로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 2 내지 도 4는 각각 도 1의 II-II', III-III', IV-iV' 선에 대한 단면도로서, 데이터선 하부에 ITO로 데이터 보조선이 형성되어 있어서, 데이터선의 선폭을 종래에 비해 좁게 가져갈 수 있는 구조를 보여주고 있다. 여기에서, 화소 전극은 ITO로 형성되어 있다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 절연 기판(10) 위에 가로 방향으로 형성되어 있는 게이트선(110) 및 게이트선(110)의 끝에 형성되어 있으며 주사 신호를 인가하기 위한 게이트 패드(150)로 이루어진 게이트 배선이 형성되어 있다.
또한, 게이트선(110)과 동일한 층에 공통 배선이 형성되어 있다. 공통 배선은 게이트선(110)과 평행하게 형성되어 있는 제1 공통 전극선(120), 제1 공통 전극선(120)으로부터 세로 방향으로 연장되어 있는 다수의 공통 전극(130), 제1 공통 전극선(120)과 나란하게 형성되며 제1 공통 전극선(120)의 반대쪽에서 다수의 공통 전극(130)과 연결되어 있는 제2 공통 전극선(140), 그리고 제1 및 제2 공통 전극선(120, 140)의 끝에 연결되어 있으며 공통 전압을 인가하기 위한 공통 전극 패드(160)로 이루어져 있다.
게이트 배선(110, 150) 및 공통 배선(120, 130, 140, 160) 위에는 게이트 절연막(20)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(20) 위에는 게이트선(110) 상부에 비정질 규소와 같은 반도체로 반도체층(210)이 형성되어 있고, 게이트선(110)과 제1 및 제2 공통 전극선(120, 140)과 교차하도록 세로 방향으로 데이터 보조선(310)이 형성되어 있으며, 데이터 보조선(310)의 끝에 제1 데이터 패드(350)가 형성되어 있다. 이때, 데이터 보조선(310)과 제1 데이터 패드(350)는 ITO (indium-tin-oxide)와 같은 투명한 도전 물질로 형성되어 있다. 또한, 게이트 절연막(20) 위에는 제1 및 제2 화소 전극선(320, 340) 및 다수의 화소 전극(330)이 ITO로 형성되어 있다. 제1 화소 전극선(320) 및 제2 화소 전극선(340)은 제1 공통 전극선(120) 및 제2 공통 전극선(140)과 중첩되도록 가로 방향으로 형성되어 있고, 다수의 화소 전극(330)이 제1 및 제2 화소 전극선(340)을 세로 방향으로 연결하고 있으며 공통 전극(130)과 번갈아 배열되어 있다. 여기에서, 화소 전극(330)은 투명한 ITO로 형성되어 있으므로 화소 전극(330)이 차지하는 면적에 따라 표시 장치의 개구율이 그다지 영향을 받지 않는다. 따라서, 화소 전극(330)의 폭(W)을 증가시켜 공통 전극(130)과의 간격(d)을 좁힘으로써, 액정의 응답 속도를 줄일 수 있다
또한, 데이터선(410), 제2 데이터 패드(440), 소스 및 드레인 전극(420, 430)과 같은 데이터 배선이 데이터 보조선(310) 상부, 반도체층(210) 및 게이트 절연막(20) 위에 형성되어 있다. 이러한 데이터 배선은 크롬막(Cr)/알루미늄-네오디뮴막(AlNd)의 이중막(411, 412; 421, 422; 431, 432; 441, 442)으로 형성되어 있다.
좀 더 상세하게 살펴보면, 데이터선(410)은 데이터 수리선의 역할을 하는 데이터 보조선(310)을 따라 그 상부에 세로 방향으로 형성되어 있고, 제2 데이터 패드(440)가 데이터선(410)의 끝에 형성되어 있다. 여기에서, 데이터선(410) 하부에 데이터 보조선(310)이 형성되어 있기 때문에, 데이터선(410)의 폭을 상대적으로 좁게 가져가고, 공통 전극(130)을 데이터선(410) 쪽, 즉 화소 영역 바깥쪽으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 화소 영역 내에서 전극(130)이 차지하는 면적이 상대적으로 줄어들어 개구율이 향상된다. 이때, 데이터선(410)의 폭은 대략 3 ∼ 10 μm 이 적당하다.
또한, 소스 전극(420)이 데이터선(410)으로부터 연장되어 반도체층(210)의 한쪽 가장자리와 중첩되어 있고, 드레인 전극(430)이 소스 전극(420)의 반대쪽에서 반도체층(210)의 가장자리와 중첩되어 있으며, 드레인 전극(430)의 다른 한 쪽은 연장되어 제1 화소 전극선(320)과 접촉된다.
소스 및 드레인 전극(420, 430)이 반도체층(210)과 접촉하는 면에는 접촉 특성을 향상시키기 위해 도핑된 비정질 규소 등의 물질로 접촉층(211)이 형성되어 있다.
데이터 배선(410, 420, 430, 440), 반도체층(210), 제1 및 제2 화소 전극선(320, 340)과 화소 전극(330) 위에는 보호막(30)이 덮여 있다. 이 보호막(30)은 이후 주입될 액정으로부터 데이터 배선(410, 420, 430, 440), 반도체층(210), 제1 및 제2 화소 전극선(320, 340), 화소 전극(330) 등을 보호하기 때문에, 표시 장치를 구조적으로 안정화시킬 수 있다.
또한, 보호막(30) 및 게이트 절연막(20)에는 게이트 패드(150), 공통 전극 패드(160), 그리고 제2 데이터 패드(440)를 각각 드러내는 접촉구(C1, C3, C2)가뚫려 있다. 또한, 제2 데이터 패드(440) 부근에서는 접촉구(C2)를 통해 드러나 있는 알루미늄-네오디뮴막(442)이 제거되어 있어서 패드부의 부식에 의한 특성 저하를 막을 수 있으며, 제1 데이터 패드(350) 및 제2 데이터 패드(440)의 적층 순서가 ITO막(350)/크롬막(441)/알루미늄막(442)의 순서이므로, ITO와 알루미늄의 접촉 저항의 문제가 해결될 수 있다.
이상에서와 같이, 데이터선(410) 하부에 ITO 데이터 보조선(310)이 형성되어 있는 본 발명의 실시예에서는, 데이터선(410)의 선폭을 줄여 화소의 최 외각 공통 전극(130)의 위치를 화소 영역 바깥쪽으로 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라 화소 영역 내의 화소 전극(330)이 투명한 ITO로 형성되어 있기 때문에 개구율 측면에서 유리하다. 또한, 화소 전극(330)의 폭을 넓혀 공통 전극(130)과의 간격을 좁힐 수 있기 때문에, 액정의 응답 속도를 증가시킬 수 있다.
도시하지는 않았지만, 본 발명의 실시예에서는 다수의 게이트선(110)을 기판(10)의 한쪽 가장자리에서 하나로 연결하는 게이트 쇼팅바와 데이터선(410)을 기판(10)의 한쪽 가장자리에서 연결하는 데이터 쇼팅바가 형성되어 있고, 게이트 쇼팅바와 데이터 쇼팅바는 게이트 절연막(20)에 뚫린 접촉구를 통해서 서로 전기적으로 연결되어 있다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법에 대하여 도 5a 내지 도 8c를 참고로 하여 다음에서 설명한다.
도 5a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 공정 순서에 따라 도시한 평면도 및 단면도이다.
먼저, 도 5a 내지 도 5d에 도시한 바와 같이, 절연 기판(10) 위에 게이트 배선용 금속막을 증착하고 제1 마스크를 사용하여 패터닝하여, 게이트선(110), 제1 및 제2 공통 전극선(120, 140), 공통 전극(330), 게이트 패드(150), 공통 전극 패드(160) 및 게이트 쇼팅바(도시하지 않음)를 형성한다.
다음, 그 위에 질화 규소막인 게이트 절연막(20), 비정질 규소막 및 도핑된 비정질 규소막을 연속하여 증착한 후, 제2 마스크를 사용하여 도핑된 비정질 규소막과 비정질 규소막을 패터닝하여, 도 6a 및 도 6b에 도시한 바와 같이 반도체층(210) 및 접촉층(211)을 형성한다.
이어, ITO막을 증착하고 이를 제3 마스크를 사용하여 패터닝하여, 도 7a 내지 도 7c에 도시한 바와 같이 데이터 보조선(410), 제1 데이터 패드(35), 제1 및 제2 화소 전극선(320, 340) 및 화소 전극(330)을 형성한다.
다음, 게이트 절연막(20)을 제4 마스크를 사용하여 식각하여 게이트 쇼팅바의 한쪽 끝을 드러내는 접촉구(도시하지 않음)을 형성한다.
다음, 크롬막 및 알루미늄-네오디뮴막을 연속하여 증착하고 제5 마스크를 사용하여 패터닝하여, 도 8a 내지 도 8c에 도시한 바와 같이 데이터선(410), 소스 전극(420), 드레인 전극(430), 제2 데이터 패드(440) 등의 데이터 배선과 데이터선(410)을 하나로 연결하며 게이트 절연막(20)에 뚫려 있는 접촉구를 통해 게이트 쇼팅바와 연결되는 데이터 쇼팅바(도시하지 않음)를 형성한다. 이때, 데이터선(410)의 폭은 3 ∼10μm 정도로 형성한다. 이어, 데이터 배선 외부로 노출된 접촉층(211)을 데이터 배선을 마스크로 하여 식각한다.
마지막으로, 질화 규소막을 증착하여 보호막(30)을 형성하고, 제6 마스크를 사용하여 보호막(30) 및 게이트 절연막(20)을 식각하여, 게이트 패드(150), 제2 데이터 패드(440)의 하부 크롬막(441), 공통 전극 패드(160)를 각각 드러내는 접촉구(C1, C2, C3)를 형성함으로써, 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같은 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 완성한다.
도시하지는 않았지만, 게이트선(110), 제1 및 제2 공통 전극선(120, 140), 공통 전극(130), 게이트 패드(150), 공통 전극 패드(160) 등의 게이트 배선도 크롬막/알루미늄-네오디뮴막 구조의 이중막으로 형성할 수 있다. 이 경우, 패드(150, 160) 부에서의 알루미늄-네오디뮴막은 제거한다.
이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기 의 제조 방법에서는 ITO 막을 식각하여 화소 전극(330)과 데이터 보조선(310)을 동시에 형성하기 때문에 마스크 수를 줄일 수 있다. 또한, ITO 공정 이후에 데이터선(410) 형성을 위한 크롬막/알루미늄 합금막 식각 공정을 실시함으로써, ITO 공정을 나중에 실시할 때에 발생할 수 있는 알루미늄 배선의 부식을 방지할 뿐만 아니라, ITO막/크롬막/알루미늄 합금막의 순으로 데이터 보조선(310)과 데이터선(410)이 접촉하게 되어 ITO막과 알루미늄막이 직접 접촉할 때에 나타나는 접촉 저항의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 배선의 가장 상부에 보호막(30)을 형성하여 화소 전극(330)과 공통 전극(130)이 한 기판에 형성되어 있는 표시 장치의 배선을 보호함으로써, 구조적 안정화를 꾀할수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 의하면, 액정 표시 장치의 휘도를 향상시킬 수 있으며, 접촉 저항, 데이터 수리 특성 및 배선의 보호 등의 양호한 특성이 확보될 뿐 아니라, 보조 수리선을 형성하기 위한 마스크 공정이 별도로 필요하지 않다.

Claims (10)

  1. (정정) 절연 기판,
    상기 기판 위에 가로 방향으로 형성되어 있는 게이트선,
    상기 게이트선과 같은 층에 서로 나란하게 배열되어 있으며 전기적으로는 분리되어 있는 다수의 공통 전극,
    상기 게이트선과 상기 공통 전극 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,
    상기 게이트 절연막 위에 세로 방향으로 형성되어 있는 ITO 데이터 보조선,
    상기 데이터 보조선의 상부에 세로 방향으로 형성되어 있고, 하부막인 제1 금속막 및 상부막인 알루미늄 합금막의 이중막으로 형성되어 있는 데이터선, 및
    상기 게이트 절연막 위에 다수개로 형성되어 있으며 상기 공통 전극과 번갈아 배열되어 있는 화소 전극
    을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  2. 제1항에서,
    상기 화소 전극은 ITO로 형성되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  3. 제1항에서,
    상기 데이터선 및 상기 화소 전극 및 상기 게이트 절연막을 덮고 있는 보호막을 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  4. 제1항에서,
    상기 데이터선의 상기 제1 금속막은 크롬막으로 형성되어 있으며, 상기 하부막은 알루미늄-네오디뮴막으로 형성되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  5. 제1항에서,
    상기 데이터선의 폭은 3 ∼ 10μm 인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
  6. 절연 기판 위에 게이트선 및 다수의 공통 전극을 형성하는 단계,
    상기 게이트선 및 상기 공통 전극 위에 게이트 절연막을 증착하는 단계,
    상기 게이트선 상부의 게이트 절연막 위에 반도체층을 형성하는 단계,
    상기 게이트 절연막 위에 ITO막을 증착하는 단계,
    상기 ITO막을 식각하여 데이터 보조선을 형성하는 단계,
    크롬막 및 알루미늄 합금막을 연속하여 증착하는 단계, 및
    상기 크롬막 및 알루미늄 합금막을 식각하여 데이터선을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 ITO막을 식각하여 상기 데이터 보조선을 형성하는 단계에서 다수의 화소 전극을 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 데이터선 및 상기 화소 전극 및 상기 게이트 절연막 상부에 보호막을 증착하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  9. 제7항에서,
    상기 ITO막을 식각하여 상기 데이터 보조선의 끝에 연결되는 제1 데이터 패드를 형성하는 단계, 상기 크롬막 및 상기 알루미늄 합금막을 식각하여 상기 데이터선의 끝에 연결되는 제2 데이터 패드를 형성하는 단계, 및 상기 보호막을 식각하여 상기 제2 데이터 패드의 상기 크롬막을 드러내는 접촉구를 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  10. 제6항에서,
    상기 데이터선의 폭을 3 ∼ 10 μm 로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
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