KR100552300B1 - 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
절연 기판 위에 게이트 배선을 형성하고, 게이트 배선 위에 게이트 절연막, 비정질 규소층, 도핑된 비정질 규소층 및 크롬 등으로 이루어진 데이터 도체층을 차례로 증착하고, 비정질 규소층, 도핑된 비정질 규소층 및 데이터 도체층을 함께 패터닝하여 소스 전극과 드레인 전극이 연결되어 있는 형태의 데이터 배선 및 그 하부의 접촉층 패턴과 반도체층 패턴을 형성한다. 다음, IZO로 이루어진 투명 도전체층을 증착하고 패터닝하여 화소 전극과 용장 데이터 배선을 형성한다. 이 때, 그 하부의 데이터 배선도 함께 식각하여 소스 전극과 드레인 전극을 분리한다. 다음, 노출되어 있는 접촉층을 식각하여 제거하고, 그 위에 보호막을 형성한다. 이렇게 하면, 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정을 단순화하여 생산 비용을 절감할 수 있고, 다른 박막에도 큰 영향을 미치는 ITO 식각제를 사용하지 않음으로써 생산 공정을 안정화할 수 있다.
액정표시장치, 박막트랜지스터기판, IZO(indium tin oxide), 크롬, 식각제
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 대한 단면도이고,
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따라 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 과정 중에서의 기판의 배치도이고,
도 3b는 도 3a의 Ⅲb-Ⅲb'선에 대한 단면도이고,
도 4a는 도 3a와 도 3b의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,
도 4b는 도 4a의 Ⅳb-Ⅳb'선에 대한 단면도이고,
도 5a는 도 4a와 도 4b의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,
도 5b는 도 5a의 Ⅳb-Ⅳb'선에 대한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 7과 도 8은 각각 도 6의 Ⅶ-Ⅶ'선과 Ⅷ-Ⅷ'선에 대한 단면도이고,
도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따라 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 과정 중에서의 기판의 배치도이고,
도 9b와 도 9c는 각각 도 9a의 Ⅸb-Ⅸb'선과 Ⅸc-Ⅸc'선에 대한 단면도이고,
도 10a는 도 9a 내지 도 9c의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,
도 10b와 도 10c는 각각 도 10a의 Ⅹb-Ⅹb'선과 Ⅹc-Ⅹc'선에 대한 단면도이고,
도 11a는 도 10a 내지 도 10c의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,
도 11b와 도 11c는 도 11a의 XIb-XIb'선과 XIc-XIc'선에 대한 단면도이고,
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,
도 13은 도 12의 XIII-XIII'선에 대한 단면도이다.
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.
액정 표시 장치 중에서도 현재 주로 사용되는 것은 두 기판에 전극이 각각 형성되어 있고 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터를 가지고 있는 액정 표시 장치이며, 박막 트랜지스터는 두 기판 중 하나에 형성되는 것이 일반적 이다.
박막 트랜지스터가 형성되어 있는 기판은 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통하여 제조하는 것이 일반적이다. 이때, 생산 비용을 줄이기 위해서는 마스크의 수를 적게 하는 것이 바람직하며, 현재는 통상 5장 또는 6장의 마스크가 사용되고 있다. 근래 들어 4장의 마스크를 이용하여 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법에 대해서도 공개된 바 있다. 생산 비용을 줄이기 위해서는 사진 식각 공정 이외의 기타의 공정도 단순화하는 것이 필요하며, 박막간의 접촉 특성도 고려하여 박막간의 상호 반응에 의한 불량 유발을 방지하는 것도 중요하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정을 단순화하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 화소 전극과 용장 데이터 배선을 IZO(indium tin oxide)로 형성하고 화소 전극과 용장 데이터 배선을 패터닝할 때 소스 전극과 드레인 전극의 분리 공정을 함께 행한다.
구체적으로는, 절연 기판 위에 제1 방향으로 길게 뻗어 있는 게이트선, 게이트선의 일부 또는 분지인 게이트 전극 및 게이트선의 일단에 연결되어 있는 게이트 패드를 포함하는 게이트 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선 위에 게이트 절연막이 형성되어 있고, 게이트 절연막 위에 제2 방향으로 길게 뻗어 있는 반도체 패턴이 형성되어 있다. 반도체 패턴 위에 제2 방향으로 길게 형성되어 있는 데이터선, 데 이터선의 일단에 형성되어 있는 데이터 패드, 데이터선의 일부 혹은 분지인 소스 전극 및 소스 전극과 분리되어 마주보고 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있고, 드레인 전극을 제외한 데이터 배선을 덮고 있으며 IZO로 이루어진 용장 데이터 배선이 형성되어 있으며, 드레인 전극을 덮고 있으며 IZO로 이루어져 있는 화소 전극이 형성되어 있고, 적어도 드레인 전극과 소스 전극 사이의 반도체 패턴을 덮고 있으며 게이트 패드와 데이터 패드 상부의 용장 데이터 배선을 노출시키는 접촉구를 가지고 있는 보호막이 형성되어 있는 박막 트랜지스터 기판을 제안한다.
이 때, 데이터 배선과 반도체 패턴 사이에 데이터 배선과 동일한 모양으로 접촉층을 더 형성하는 것이 바람직하다.
또는 절연 기판 위에 제1 방향으로 뻗어 있는 게이트선, 게이트선과 연결되어 있는 게이트 전극, 게이트선의 끝에 연결되어 있는 게이트 패드를 포함하는 게이트 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선 및 상기 기판 위에 그물 모양을 가지며 게이트 패드를 드러내는 접촉 구멍을 가지고 있는 게이트 절연막이 형성되어 있고, 게이트 절연막 위에 반도체층이 형성되어 있으며, 반도체층 위에 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터선, 게이트 전극에 인접한 소스 전극, 데이터선의 한쪽 끝에 연결되어 있는 데이터 패드, 상기 데이터선 및 소스 전극과 분리되어 있으며 게이트 전극에 대하여 소스 전극의 반대쪽에 위치하는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있고, 데이터선 및 상기 소스 전극 위에 형성되어 있는 제1 패턴, 드레인 전극 위에 형성되어 있는 제2 패턴, 제2 패턴과 연결되어 있는 화소 전극, 데이터 패드 위에 형성되어 있는 제3 패턴을 포함하며 IZO로 이루어져 있는 도전체를 포함하며, 도전체, 반도체층 및 기판 위에 화소 전극을 드러내는 제1 개구부와 이웃하는 데이터선 사이의 게이트 절연막을 드러내는 제2 개구부 및 게이트 패드 상부의 제3 개구부와 데이터 패드를 드러내는 제4 개구부를 가지고 있는 보호막을 포함하며, 데이터 배선은 도전체와 반도체층의 사이에만 형성되어 있고, 반도체층은 제2 개구부의 게이트 절연막을 제외한 모든 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 인접한 두 데이터선 하부의 반도체층은 서로 분리되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제안한다.
이러한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판은 제1 사진 식각 공정을 통하여 절연 기판 위에 게이트 배선을 형성하는 단계, 제2 사진 식각 공정을 통하여 상기 게이트 배선 및 상기 기판 위에 게이트 절연막, 반도체층, 접촉층 및 데이터 도체층을 포함하는 4중층을 형성하는 단계, 상기 데이터 도체층 상부 및 상기 데이터 도체층으로 둘러싸인 영역에 제3 사진 식각 공정을 통하여 IZO로 이루어진 도전 패턴을 형성함과 동시에 상기 데이터 도체층의 소스 전극과 드레인 전극을 분리하는 단계, 상기 도전 패턴으로 덮이지 않은 상기 접촉층을 식각하여 제거하는 단계, 제4 사진 식각 공정을 통하여 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 공정을 통하여 제조할 수 있다.
이 때, 데이터 도체층은 크롬으로 이루어지고, 제3 사진 식각 공정에서 사용하는 식각제는 CAN+HNO3+O2일 수 있다.
여기에서, 게이트 배선은 게이트선, 게이트 전극, 게이트 패드를 포함하며, 4중층은 게이트 패드를 드러내는 제1 접촉 구멍을 가지고 있고 제1 접촉 구멍 위에는 보호막의 제2 접촉 구멍이 형성되어 있을 수 있다.
이 때, 도전 패턴은 제1 접촉 구멍을 통하여 게이트 패드 위에 형성되어 있는 제1 도전층 패턴을 포함할 수 있다.
또한 데이터 배선은, 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터선, 데이터선의 끝에 연결되어 있으며 외부로부터의 화상 신호를 인가 받는 데이터 패드, 데이터선과 연결되어 있으며 게이트 전극에 인접하는 소스 전극, 게이트 전극에 대하여 소스 전극의 맞은 편에 위치하는 드레인 전극을 포함하고, 도전 패턴은, 데이터선과 소스 전극과 데이터 패드 위에 형성되어 있는 제1 도전층 패턴, 드레인 전극 위에 형성되어 있는 제2 도전층 패턴, 제2 도전층 패턴에 연결되어 있으며 게이트선 및 데이터선으로 둘러싸인 영역에 형성되어 있는 화소 전극을 포함하며, 보호막은 화소 전극을 노출시키는 제1 개구부와 데이터 패드 위에 형성된 상기 제1 도전층 패턴을 드러내는 제2 개구부를 가지고 있을 수 있다.
보호막은 인접하는 두 데이터선 사이의 반도체층의 일부를 드러내는 제3 개구부를 가지고 있을 수 있으며, 이때 제3 개구부의 반도체층은 제거되어 인접한 두 데이터선 하부의 반도체층은 서로 분리된다.
화소 전극은 인접하는 게이트선과 중첩되어 있을 수 있으며, 이때 화소 전극과 게이트선 사이의 반도체층은 고립되어 있는 것이 바람직하다.
그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 대한 단면도이다.
먼저, 절연 기판(10) 위에 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 금속으로 만들어진 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 두 줄의 게이트선(22), 게이트선(22)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 게이트 신호를 인가 받아 게이트선으로 전달하는 게이트 패드(24) 및 게이트선(22)의 일부인 박막 트랜지스터의 게이트 전극(26) 및 두 줄의 게이트선(22)을 연결하고 있는 게이트선 연결부(23)를 포함하며, 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 단일층으로 형성하는 경우에는 알루미늄(Al)이나 알루미늄(Al)-네오디늄(Nd) 합금으로 만들고, 이중층으로 형성하는 경우에는 아래층은 알루미늄(Al)-네오디늄(Nd) 합금으로 만들고, 위층은 몰리브덴(Mo)-텅스텐(W) 합금으로 만들 수 있다.
게이트 배선(22, 24, 26) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 게이트 패드(24) 상부를 제외하고 기판(10) 전면에 걸쳐 형성되어 있다.
게이트 절연막(30) 위에는 수소화 비정질 규소 따위의 반도체로 이루어진 반도체층(40)이 형성되어 있으며, 반도체층(40)은 세로 방향으로 길게 형성되어 있으며 박막 트랜지스터의 채널부로 사용될 가지 부분이 일정한 간격을 두고 형성되어 있다.
반도체층(40) 위에는 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 접촉층(52, 54, 55, 56)이 형성되어 있으며, 접촉층(52, 54, 55, 56) 위에는 크롬(Cr) 따위로 이루어진 데이터 배선(62, 64, 65, 66)이 형성되어 있다. 데이터 배선(62, 64, 65, 66)은 세로 방향으로 형성되어 있는 데이터선(62), 게이트 전극(26)과 중첩되어 있으며 데이터선(62)과 연결되어 있는 소스 전극(65), 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 있으며 외부로부터의 화상 신호를 인가 받는 데이터 패드(64), 데이터선(62)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)에 대하여 소스 전극의 반대쪽에 위치하는 드레인 전극(66)을 포함하고 있다. 이 때, 접촉층(52, 54, 55, 56)과 데이터 배선(62, 64, 65, 66)은 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)이 분리시키고 있는 사이 부분을 제외하고는 반도체층(40)과 동일한 모양을 가진다.
데이터 배선(62, 64, 65, 66)의 위에는 화소 전극(71)과 용장 데이터 배선(72, 74, 75)이 형성되어 있다. 이 때, 화소 전극(71)과 용장 데이터 배선(72, 74, 75)은 IZO(indium zinc oxide)로 이루어져 있으며, 용장 데이터 배선(72, 74), 75)은 드레인 전극(66)을 제외한 데이터 배선(62, 64, 65)을 완전히 덮고 있으며, 화소 전극(71)은 게이트선(22) 및 게이트선 연결부(23)와 일부가 중첩되어 있으며 드레인 전극(66)을 완전히 덮고 있다. 여기서, IZO는 데이터 배선(62, 64, 65, 66)의 재료인 크롬과의 접촉 특성이 ITO에 비하여 우수하며, 크롬을 식각할 수 있는 식각제를 사용하여 패터닝할 수 있어서 후술하는 바와 같이 공정 단순화에 유리하다.
용장 데이터 배선(72, 74, 75)의 위에는 질화규소 따위로 이루어진 보호막(80)이 형성되어 있다. 보호막(80)에는 화소 전극(71)을 노출시키는 개구부가 형성되어 있으며, 게이트 패드(24)와 데이터 패드(64)를 각각 노출시키는 두 종류의 접촉구(83, 84)가 형성되어 있다.
이러한 구조의 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법을 도 3a 내지 도 6c와 도 1 및 도2를 참고로 하여 설명한다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따라 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 과정 중에서의 기판의 배치도이고, 도 3b는 도 3a의 Ⅲb-Ⅲb'선에 대한 단면도이고, 도 4a는 도 3a와 도 3b의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고, 도 4b는 도 4a의 Ⅳb-Ⅳb'선에 대한 단면도이고, 도 5a는 도 4a와 도 4b의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고, 도 5b는 도 5a의 Ⅳb-Ⅳb'선에 대한 단면도이다.
먼저, 도 3a 내지 3c에 도시한 바와 같이, 게이트 금속을 증착하고 첫째 마스크를 이용하여 기판(10) 위에 게이트선(22), 게이트선 연결부(23), 게이트 전극(26) 및 게이트 패드(24)를 포함하는 게이트 배선을 가로 방향으로 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 게이트 배선(22, 23, 24, 26)은 알루미늄-네오디늄 합금막과 몰리브덴-텅스텐 합금막의 이중층으로 만들 수 있으며, 이 경우 건식 식각을 이용하는 것이 바람직하다. 이외에도, 약 500Å 두께의 크롬(Cr)막과 약 2,500Å 두께의 알루미늄막의 이중막으로 할 수 있으며 이 경우에는 습식 식각을 이용한다.
다음, 도 4a 내지 4c에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(30), 비정질 규소 층, 인(P) 등의 N형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 n+ 비정질 규소층 및 크롬 등으로 이루어진 데이터 도체층의 4중층을 연속하여 적층하고 둘째 마스크를 이용하여 건식 식각 방법으로 패터닝하여 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)이 연결되어 있는 형태의 데이터 배선(62, 64, 65, 66)과 그 하부의 접촉층(52, 54, 55, 56) 및 반도체층(40)을 형성한다. 이 때, 데이터 도체층은 크롬을 약 1,500Å 정도의 두께로 증착하여 형성할 수 있다.
다음, 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, IZO를 약 1,200Å 두께로 증착하고 세 번째 마스크를 사용하여 패터닝함으로써 화소 전극(71)과 용장 데이터 배선(72, 74, 75)을 형성한다. 이 때, 식각제로 크롬도 식각할 수 있는 CAN+HNO3+O2 등을 사용하여 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 사이의 크롬층을 함께 제거한다. 즉, IZO는 크롬을 식각할 수 있는 식각제에 의하여 약 10Å/s 의 식각률로 식각되므로 별도의 식각제를 필요로 하지 않는 이점이 있으며, 또한 IZO 패터닝과 크롬 식각을 함께 할 수 있어서 공정을 단순화할 수 있다. 이어서, 노출되어 있는 채널부 상부의 접촉층을 식각하여 제거한다.
마지막으로 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 질화규소로 만들어진 보호막(80)을 약 2,000Å 두께로 적층하고 넷째 마스크를 이용하여 패터닝하여 화소 전극(71)을 노출시키는 개구부 및 게이트 패드(24)와 데이터 패드(64)를 노출시키는 접촉구(83, 84)를 형성한다. 이 때, 개구부는 채널부와 인접한 부분을 제외하고 화소 전극(71)을 완전히 노출시킬 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 7과 도 8은 각각 도 6의 Ⅶ-Ⅶ'선과 Ⅷ-Ⅷ'선에 대한 단면도이다.
먼저, 절연 기판(10) 위에 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 금속으로 만들어진 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(22), 게이트선(22)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 게이트 신호를 인가 받아 게이트선으로 전달하는 게이트 패드(26) 및 게이트선(22)의 분지인 박막 트랜지스터의 게이트 전극(24)을 포함하며, 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 단일층으로 형성하는 경우에는 알루미늄(Al)이나 알루미늄(Al)-네오디늄(Nd) 합금으로 만들고, 이중층으로 형성하는 경우에는 아래층은 알루미늄(Al)-네오디늄(Nd) 합금으로 만들고, 위층은 몰리브덴(Mo)-텅스텐(W) 합금으로 만들 수 있다.
게이트 배선(22, 24, 26) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 있는데, 게이트 절연막(30)은 게이트 배선(22, 24, 26) 위뿐 아니라 세로 방향을 따라서도 쭉 연장되어 그물 모양을 이루고 있다.
게이트 절연막(30) 위에는 수소화 비정질 규소 따위의 반도체로 이루어진 반도체층(42, 47)이 형성되어 있으며, 반도체층(42, 47)은 세로 방향으로 길게 형성되어 있으며 서로 분리되어 있는 다수의 제1 부분(42)과 제1 부분(42) 사이의 게이 트선(22) 상부에 위치하며 제1 부분(42)과 분리되어 고립된 다수의 제2 부분(47)으로 나뉘어 있으며, 게이트 패드(26)에 인접한 제1 부분(42)은 게이트 패드(26) 부분까지 연장되어 있다.
반도체층(42, 47) 위에는 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 접촉층(52, 54, 56, 57, 58)이 형성되어 있으며, 접촉층(52, 54, 56, 57, 58) 위에는 크롬(Cr)이나 몰리브덴-텅스텐 합금 따위로 이루어진 데이터 배선(62, 64, 66, 67, 68)이 형성되어 있다. 데이터 배선(62, 64, 66, 67, 68)은 세로 방향으로 형성되어 있으며 게이트 전극(24)에 인접한 소스 전극을 포함하는 데이터선(62), 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 있으며 외부로부터의 화상 신호를 인가 받는 데이터 패드(66), 데이터선(62)과 분리되어 있으며 게이트 전극(24)에 대하여 소스 전극의 반대쪽에 위치하는 드레인 전극(64), 게이트 패드(26) 부근에 형성되어 있는 제1 고립 데이터 도체(68), 그리고 반도체층의 제2 부분(47) 위에 형성되어 있는 제2 고립 데이터 도체(67)를 포함한다. 접촉층(52, 54, 56, 57, 58)은 반도체층(42, 47)과 데이터 배선(62, 64, 66, 67, 68) 사이에 형성되어 있고, 데이터 배선(62, 64, 66, 67, 68)과 동일한 형태를 지닌다.
한편, 게이트 패드(26) 위에 형성된 게이트 절연막(30), 반도체층(42), 접촉층(58) 및 제1 고립 데이터 도체(68)는 게이트 패드(26)를 드러내는 접촉 구멍을 가지고 있다.
데이터 배선(62, 64, 66, 67, 68)의 위, 그리고 게이트선(22)과 데이터선(62)으로 둘러싸인 화소 영역의 기판(10) 위에는 IZO로 이루어진 도전체 패턴(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78)이 형성되어 있다. 도전체 패턴(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78)은 제1 내지 제4 패턴으로 나눌 수 있다. 데이터선(62) 및 데이터 패드(66) 위에 형성되어 있는 제1 패턴(72)은 데이터선(62)의 소스 전극 상부에 형성된 부분(73)과 그 외 부분 위에 형성된 부분(71)으로 이루어진다. 제2 패턴(74)은 드레인 전극(64) 위에 형성되어 있는 부분(75)과 화소 영역에 형성되어 있는 화소 전극(77)으로 이루어지며 화소 전극(77)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 고립 데이터 도체(67) 위에 형성되어 그 아래에 위치한 전단 게이트선(22)과 중첩됨으로써 유지 축전기를 이룬다. 제3 패턴(76)은 데이터 패드(66) 위에 형성되어 데이터 패드(66)와 외부와의 전기적 접촉을 보완하는 역할을 하며, 제4 패턴(78)은 접촉구를 통하여 노출된 게이트 패드(26) 위에 형성되어 게이트 패드(26)와 외부와의 전기적 접촉을 보완하는 역할을 한다. 여기에서 제1 패턴(72)과 제3 패턴(76)은 서로 연결되어 있지만, 나머지 패턴(74, 78)과는 분리되어 있으며, 제4 패턴(78)은 생략할 수도 있다.
마지막으로 이러한 구조 전면에 질화규소 따위로 이루어진 보호막(80)이 형성되어 있으며, 보호막(80)에는 화소 전극(77), 제3 및 제4 투명 도전체 패턴(76, 78)을 드러내는 개구부(81, 82, 83)와 게이트 절연막(30)을 드러내는 두 개의 개구부(84, 85)가 형성되어 있다. 개구부(84, 85)는 반도체층을 두 개의 부분(42, 47)으로 분리하는 역할을 하는 것으로서, 특히 본 실시예와 같이 화소 전극(77)이 전단 게이트선과 중첩되는 전단 게이트 방식의 경우, 도 8에 도시한 바와 같이 게이 트선(22)을 게이트로 하고, 데이터선(62)을 소스로 하며 화소 전극(77)을 드레인으로 하는 기생 트랜지스터가 생기지 않도록 하는 것이다. 그러나, 이렇게 반도체층을 두 부분으로 분리하는 것은 전단 게이트 방식에서만 필요한 것은 아니다. 즉, 반도체층은 게이트 전압이 인가되는 경우 채널을 형성하기 때문에 이웃하는 두 데이터선이 반도체층을 통하여 연결되어 있으면 두 데이터선 사이에 신호의 간섭이 생기므로 이와 같이 이웃하는 두 데이터선 사이의 반도체층을 분리할 필요가 있다.
그러면, 이러한 구조의 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법에 대하여 도 6 내지 도 8과 도 9a 내지 도 11c를 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따라 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 과정 중에서의 기판의 배치도이고, 도 9b와 도 9c는 각각 도 9a의 Ⅸb-Ⅸb'선과 Ⅸc-Ⅸc'선에 대한 단면도이고, 도 10a는 도 9a 내지 도 9c의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고, 도 10b와 도 10c는 각각 도 10a의 Ⅹb-Ⅹb'선과 Ⅹc-Ⅹc'선에 대한 단면도이고, 도 11a는 도 10a 내지 도 10c의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고, 도 11b와 도 11c는 도 11a의 XIb-XIb'선과 XIc-XIc'선에 대한 단면도이다.
먼저, 도 9a 내지 9c에 도시한 바와 같이, 첫째 마스크를 이용하여 기판(10) 위에 게이트선(22), 게이트 전극(24) 및 게이트 패드(26)를 포함하는 게이트 배선을 가로 방향으로 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 게이트 배선(22, 24, 26)은 알루미늄-네오디늄 합금막과 몰리브덴-텅스텐 합금막의 이중층으로 만들 수 있으며, 이 경우 건식 식각을 이용하는 것이 바람직하다. 이외에도, 크롬(Cr)막/알루 미늄-네오디늄 합금막의 이중막으로 할 수 있으며 이 경우에는 습식 식각을 이용한다.
다음, 도 10a 내지 10c에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(30), 반도체층(40), 접촉층(50) 및 크롬이나 알루미늄-네오디늄 합금으로 이루어진 데이터 도체층(60)의 4중층을 연속하여 적층하고 둘째 마스크를 이용하여 건식 식각 방법으로 패터닝한다. 이때, 패턴은 도 5a에 도시한 바와 같이 가로 및 세로 방향으로 길게 뻗도록 하여 행렬 또는 그물 형태로 만들며, 4중층은 모든 게이트 배선(22, 24, 26)을 덮으며, 화소 영역에는 기판(10)을 드러내는 개구부(220)가 형성된다. 이와 더불어, 게이트 패드(26)를 드러내는 접촉 구멍(210)을 형성한다.
다음, 도 11a 내지 11c에 도시한 바와 같이, IZO막을 적층하고 셋째 마스크를 이용하여 건식 식각 방법으로 패터닝하여 투명 도전체 패턴(71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78)을 형성한다. 이 때, 데이터 도체의 소스 전극과 드레인 전극(64)의 사이의 데이터 도체층(60)을 함께 식각하여 제거함으로써 소스 전극과 드레인 전극(64)을 분리한다. 이어서, 투명 도전체 패턴을 덮이지 않은 접촉층(50)을 건식 식각한다.
마지막으로 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 질화규소로 만들어진 보호막(80)을 적층하고 넷째 마스크를 이용하여 패터닝하여 개구부(81, 82, 83, 84, 85)를 형성하고, 개구부(84, 85) 아래로 드러난 반도체층(40)을 식각하여 두 부분(42, 47)으로 분리한다. 이때, 보호막(80)과 반도체층(40)의 식각은 건식 식각을 이용하면 연속적으로 이루어질 수 있으며, 식각 기체로는 질화규소 대 비정질 규소의 식각비가 약 10:1인 염소(Cl2)/산소(O2) 기체를 사용할 수 있다.
이러한 박막 트랜지스터 기판은 이외에도 여러 가지 변형된 형태 및 방법으로 제조할 수 있다.
예를 들면, 이 실시예에서는 게이트 절연막(30), 반도체층(40), 접촉층(50) 및 데이터 도체층(60)의 4중층의 패턴을 각 패드 사이에는 형성하지 않지만, 각 패드 사이에 4중층 패턴을 형성하고 후에 각 패드 사이에 형성된 반도체층을 보호막의 패터닝을 통하여 제거하는 방법이 가능하다.
한편, 제2 실시예에서는 화소 전극(77) 가장자리가 보호막(80)으로 덮여 있으나, 그렇지 않을 수도 있다. 이를 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 구조를 나타낸 도 12 및 도 13을 참고로 하여 상세히 설명한다. 여기에서 도 13은 도 12에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 ⅩⅢ-ⅩⅢ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 보호막(80)의 개구부(81)가 화소 전극(77)의 가장자리를 드러내고 있다. 따라서, 보호막(80)과 화소 전극(77) 사이에는 기판(10)이 노출된다. 나머지 구조는 제1 실시예와 거의 동일하다.
이러한 구조는 화소 전극(77)과 데이터선(62) 또는 데이터선(62) 상부의 도전체 패턴(72)이 반도체층(42)을 통하여 단락되는 것을 방지하기 위한 것이다. 즉, 오정렬이 발생하여 화소 전극(77)이 데이터선(62) 바깥으로 나와 있는 데이터선(62) 아래의 반도체층(42) 위에 얹히게 되더라도, 보호막(80)에 개구부를 형성하 고 반도체층(42)을 식각할 때 개구부에 의해 노출된 반도체층이 제거되므로 화소 전극(77) 하부의 반도체층과 데이터선(62) 하부의 반도체층이 분리된다.
본 발명에 따르면 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정을 단순화하여 생산 비용을 절감할 수 있고, 다른 박막에도 큰 영향을 미치는 ITO 식각제를 사용하지 않음으로써 생산 공정을 안정화할 수 있다.
Claims (5)
- 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 방향으로 길게 형성되어 있는 게이트선, 상기 게이트선의 분지인 게이트 전극 및 상기 게이트선의 일단에 연결되어 있는 게이트 패드를 포함하는 게이트 배선,상기 게이트 배선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 제2 방향으로 길게 형성되어 있는 반도체 패턴,상기 반도체 패턴 위에 형성되어 있으며 상기 제2 방향으로 길게 형성되어 있는 데이터선, 상기 데이터선의 일단에 형성되어 있는 데이터 패드, 상기 데이터선의 분지인 소스 전극 및 상기 소스 전극과 분리되어 마주보고 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선,상기 데이터 배선과 반도체 패턴 사이에 형성되어 있으며 상기 데이터 배선과 동일한 모양으로 형성되어 있는 접촉층,상기 드레인 전극을 제외한 상기 데이터 배선을 덮고 있으며 IZO로 형성되어 있는 용장 데이터 배선,상기 드레인 전극을 덮고 있으며 상기 IZO로 형성되어 있는 화소 전극,적어도 상기 드레인 전극과 소스 전극 사이의 반도체 패턴을 덮고 있으며 상기 게이트 패드와 상기 데이터 패드 상부의 상기 용장 데이터 배선을 노출시키는 접촉구를 가지고 있는 보호막을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 절연 기판 위에 형성되어 있으며 제1 방향으로 뻗어 있는 게이트선, 상기 게이트선과 연결되어 있는 게이트 전극, 상기 게이트선의 끝에 연결되어 있는 게이트 패드를 포함하는 게이트 배선,상기 게이트 배선 및 상기 기판 위에 그물 모양으로 형성되어 있으며 상기 게이트 패드를 드러내는 접촉 구멍을 가지고 있는 게이트 절연막,상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체층,상기 반도체층 위에 형성되어 있으며 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 뻗어 있는 데이터선, 상기 게이트 전극에 인접한 소스 전극, 상기 데이터선의 한쪽 끝에 연결되어 있는 데이터 패드, 상기 데이터선 및 소스 전극과 분리되어 있으며 상기 게이트 전극에 대하여 상기 소스 전극의 반대쪽에 위치하는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선,상기 데이터 배선과 반도체 패턴 사이에 형성되어 있으며 상기 데이터 배선과 동일한 모양으로 형성되어 있는 접촉층,상기 데이터선 및 상기 소스 전극 위에 형성되어 있는 제1 패턴, 상기 드레인 전극 위에 형성되어 있는 제2 패턴, 상기 제2 패턴과 연결되어 있는 화소 전극, 상기 데이터 패드 위에 형성되어 있는 제3 패턴을 포함하며 IZO로 이루어져 있는 도전체,상기 도전체, 반도체층 및 기판 위에 형성되어 있으며 상기 화소 전극을 드 러내는 제1 개구부와 이웃하는 데이터선 사이의 게이트 절연막을 드러내는 제2 개구부 및 상기 게이트 패드 상부의 제3 개구부와 상기 데이터 패드를 드러내는 제4 개구부를 가지고 있는 보호막을 포함하며,상기 데이터 배선은 상기 도전체와 상기 반도체층의 사이에만 형성되어 있고, 상기 반도체층은 상기 제2 개구부의 게이트 절연막을 제외한 모든 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 인접한 두 데이터선 하부의 반도체층은 서로 분리되어 있는액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제2항에서,상기 제1 개구부는 상기 화소 전극의 가장자리를 노출시키는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1 사진 식각 공정을 통하여 절연 기판 위에 게이트 배선을 형성하는 단계,제2 사진 식각 공정을 통하여 상기 게이트 배선 및 상기 기판 위에 게이트 절연막, 반도체층, 접촉층 및 데이터 도체층을 포함하는 4중층을 형성하는 단계,상기 데이터 도체층 상부 및 상기 데이터 도체층으로 둘러싸인 영역에 제3 사진 식각 공정을 통하여 IZO로 이루어진 도전 패턴을 형성함과 동시에 상기 데이터 도체층의 소스 전극과 드레인 전극을 분리하는 단계,상기 도전 패턴으로 덮이지 않은 상기 접촉층을 식각하여 제거하는 단계,제4 사진 식각 공정을 통하여 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제4항에서,상기 데이터 도체층은 크롬으로 이루어져 있으며, 상기 제3 사진 식각 공정에서 사용하는 식각제는 CAN+HNO3+O2인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
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