KR100603927B1 - 박막트랜지스터 액정표시장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것으로, 인듐 산화물 계열로 이루어지는 투명전극층과 투광창을 가지는 알미늄 함유 반사전극층이 겹쳐서 이루어지는 화소전극을 구비하는 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서, 상기 화소전극은 상기 투명전극층과 상기 반사전극층 사이에 제 3 도전체층을 적층하고 상기 투광창 영역에서 상기 반사전극층과 상기 제 3 도전체층을 제거하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반사막층을 형성하는 알미늄 함유금속과 투명전극을 이루는 인듐 산화물 계열이 서로 닿게 형성될 경우의 문제점을 방지할 수 있고, 모두 도전층으로 되어 전기적 콘택의 형성에 큰 어려움이 없다.
Description
도1은 종래의 반사 투과 복합형 TFT LCD의 한 예에서의 TFT측 기판의 각 화소에서의 측단면도 이다.
도2부터 도7까지는 본 발명의 일 실시예에서 각 화소부 전극구조를 형성하기 위한 공정단면도이다.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 기판 11: 게이트 패턴
13: 게이트 절연막 15,17: 실리콘 반도체층
19: 드레인 전극층 21: 투명전극
23: 유기 절연막 25: 반사막
27: 투과 영역 29: 제 3 금속층
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화소전극을 이루는 반사막과 투과막이 박막트랜지스터의 드레인과콘택을 확실히 할 수 있는 반사투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것이다.
글래스 기판에 게이트를 먼저 형성하고 아몰퍼스 실리콘으로 트랜지스터 소자의 액티브 영역을 형성하는 종래의 바텀(bottom) 게이트 방식 아몰퍼스 실리콘 타입 TFT LCD의 형성과정을 간단히 살펴보면, 우선, 글래스 기판에 알미늄이나 크롬의 단일막 혹은 다중막을 적층하고 포토리소그래피와 에칭으로 구성되는 패터닝 작업을 이용하여 게이트 라인 및 게이트 패드를 포함하는 게이트 패턴을 형성한다(1st mask). 다음으로는 게이트 패턴 위로 게이트 절연막, 채널과 소오스 드레인 영역을 형성할 아몰퍼스 실리콘막을 적층하고 대개 아몰퍼스 실리콘 위쪽에는 소오스 드레인 전극과의 접촉에서 저항을 낮추는 작용을 하는 오믹 콘택(Ohmic contact)층을 인 등의 불순물이 도핑된 반도체층으로 형성한다.
그리고, 액티브 영역에 대응하는 포토마스크를 이용한 패터닝 작업으로 액티브 영역을 형성한다(2nd mask). 그리고 다시 그 위에 소오스 드레인 전극 형성을 위한 금속층을 적층하고 패터닝 작업을 통해 소오스/드레인 전극 및 데이타 라인을 형성한다(3rd mask). 경우에 따라서는 3층막에 대한 적층이 이루어지고 패턴 형성 전에 소오스 및 드레인 전극 형성을 위한 금속층을 적층한 다음 소오스 및 드레인 전극을 패터닝하면서 오믹 콘택층과 아몰퍼스 실리콘층 상부를 제거하여 채널의 형성을 하는 것으로서 2nd mask와 3rd mask 공정을 대체할 수도 있다(4 mask 공정).
이렇게 형성된 소오스, 게이트, 드레인의 트랜지스터 기본 전극 구조 위로 일종의 절연막인 보호막을 적층하게 된다. 보호막을 적층한 다음에는 게이트 패드나 데이타 라인의 패드 및 드레인 전극 위로 보호막을 제거하고 콘택을 형성하여 외부 전극이나 화소전극과의 접속을 준비한다. 보호막을 부분 제거하는 과정도 대 개 포토리소그래피와 식각 공정을 이용하게 된다(4th mask).
이 보호막 위로는 화소전극을 역시 마스크 작업을 통해 형성하게 된다. 화소전극은 반사형 액정 표시장치의 경우 주로 알미늄을 스퍼터링으로 적층하여 포토리소그래피와 식각 공정을 통해 화소 상당 부분에 형성하게 되는데 전기적으로 트랜지스터의 소오스 전극과 콘택을 통해 연결되어 있으며 반사막의 역할을 하게 된다.
그리고 백라이트형 혹은 투과형 LCD의 화소전극은 화소전극을 통해 빛이 통과하여 사용자의 눈에 들어오게 되므로 투명한 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등으로 형성된다 (5th mask).
이상의 기본적인 5매 마스크 공정 외에도 액정표시장치의 제작방법은 공정 마스크의 매수에 따라 트랜지스터의 구조에 따라 다양한 변형이 있을 수 있다.
그런데, 반사형 액정표시장치는 판넬 내면에 반사막을 두고 외광을 반사하여 화상을 표시하는 방식이며, 투과형 액정표시장치는 판넬 뒤에 독립적인 광원인 백라이트를 설치하고 이 광원의 빛이 판넬을 통과하거나 통과하지 않도록 액정의 배열을 조절하여 화상을 구현하는 방식이 된다. 초기의 액정표시장치로서 시계나 계산기 같이 전력소모를 극소화해야 하는 용도의 기기에서는 반사형을 많이 사용하였으나 대화면 고품위의 화상표시를 요하는 노트북 컴퓨터용의 특히 TFT LCD 등에서는 투과형을 사용하는 경우가 일반적이다.
현재의 한 추세를 보면, 노트북 컴퓨터와 같이 대화면 고품위의 화상을 요구하는 곳에서도 외광을 이용하여 최대한 고품위의 화상을 구현할 수 있는 반사형도 모색이 되고 있으며, 반사형과 투과형 두 가지 형태의 장점을 살려서 주변 광도의 변화에도 불구하고 사용 환경에 맞게 적절한 시인성을 확보할 수 있는 반사 투과 복합형 LCD가 이미 LCD 제작회사인 샤프사를 통해 소개된 바 있다.
소개된 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 LCD는 기존의 TFT측 기판의 전극형성과정에서 유기 절연막(23) 위에 화소전극을 형성할 때 일단 화소전극 패턴을 투명전극층으로 스퍼터링 등을 통해 형성하고, 그 위에 알미늄이나 크롬 등의 금속막 즉 반사막층을 다시 스퍼터링 등의 방법으로 형성한 다음 원하는 반사막(25) 패턴을 형성하는 패터닝 방법 즉, 노광과 식각 공정을 이용하여 형성하는 방법을 사용하고 있다. 이런 방법을 통해 절연막 위에는 반사막(25)이나 투명전극(21)으로 된 화소전극이 전혀 남아있지 않은 화소전극 외부영역, 투명전극(21)만 남아있는 투과영역, 투명전극(21) 위에 반사막(25)이 남아있는 반사영역이 구분 형성된다. 투과영역(27)은 대개 창의 개념으로 형성되며 투광창이라 할 수 있다. 도1은 종래의 반사 투과 복합형 TFT LCD의 한 예에서의 TFT측 기판의 각 화소에서의 측단면도 이다. 단, 도1에서는 유기 절연막(23) 형성전에 투명전극(21)을 먼저 형성한 상태를 나타낸다.
그러나, 이러한 반사투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법에는 재질상의 문제가 생기는 경우가 있다. 즉 투명전극으로 투명도에 비해 상대적으로 높은 전도성 때문에 가장 많이 사용되는 ITO가 반사성과 전도성에서 뛰어나 반사형 화소전극으로 가장 많이 사용하는 알미늄과 접하게 되면 혹은 알미늄을 함유한 알미늄 네디뮴 같은 합금과 만나게 되면 계면에 절연성의 산화막이 형성되기 쉽고 따라서 알미늄 반사전극판에는 전압이 제대로 걸리지 않아 반사투과 복합형 액 정표시장치가 개구율이 낮아진 투과형 액정표시장치화 할 수 있다는 것이다. 또한, 두 도전층이 연속적으로 만나게 되면 에천트 및 세정액 등과 같은 전해질 물질에 함께 접할 때 화학전지와 같은 반응을 하여 부식이 발생하는 문제도 있었다.
ITO를 투명 전극으로 사용하는 경우의 이런 문제를 없애기 위해 IZO 투명전극을 사용하는 방법도 있다. 그러나 이 경우에도 ITO에 비해 정도는 작지만 알미늄 함유 금속층과 IZO 사이에는 절연성 알미늄 산화막이 형성되어 콘택저항을 높일 수 있으므로 신뢰성 측면의 문제가 잔존하게 된다.
이런 문제를 해결하기 위해서는 반사영역과 투과영역의 반사전극과 투명전극에 드레인 전극을 전기적으로 연결하기 위해 별도의 콘택을 형성하는 방법을 들 수 있다. 이 경우 반사전극과 투명전극은 겹치지 않고 별도의 패턴을 형성하게 될 수 있다. 그러나, 화소전극은 넓은데 비해 드레인 전극은 비교적 한정된 영역에 형성되므로 투명 영역과 반사 영역의 배치가 최적화되기 어려운 문제가 있다.
본 발명에서는 반사투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치에서 화소전극으로 ITO, IZO 같은 인듐 산화물 계열의 투명전극층과 반사전극인 알미늄 함유 금속을 사용하는 경우에 두 금속층이 평면적으로는 겹치게 구성되면서도 패턴 형성과정이나 세정과정에서 화학전지와 같은 작용으로 부식이 발생하지 않고 계면에 절연성 물질이 생성되어 반사막에 전위가 제대로 형성되지 못하는 현상을 막을 수 있는 반사투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치는 인듐 산화물 계열로 이루어지는 투명전극층과 투광창을 가지는 알미늄 함유 반사전극층이 겹쳐서 이루어지는 화소전극을 구비하는 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서, 상기 화소전극은 상기 투명전극층과 상기 반사전극층 사이에 제 3 도전체층을 적층하고 상기 투광창 영역에서 상기 반사전극층과 상기 제 3 도전체층을 제거하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제 3 도전체층으로 사용할 수 있는 것은 상기 알미늄 함유 반사전극층과 상기 투명전극층 모두에 대해서 적어도 하나씩의 에천트에 대한 식각 선택성을 가질 수 있는 것이 바람직하다. 제 3 도전체층으로 크롬이나 텅스텐 몰리브덴 합금 등을 예로 들 수 있다. 텅스텐 몰리브덴 합금의 경우 알미늄과 동일 에천트에 대한 식각 선택비가 현저한 것은 아니기 때문에 오히려 이를 이용하여 알미늄 반사막층과 텅스텐 몰리브덴 합금층을 동일 에천트를 사용하여 연속하여 식각으로 제거할 수도 있다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예에 대한 제조 공정을 통해 본 발명을 좀 더 살펴보기로 한다.
도2는 유리 기판(10)에 알미늄이나 알미늄 함유금속으로 게이트 패턴(11)을 형성한 상태를 나타낸다. 게이트 패드부에도 게이트막이 적층되어 게이트 패턴(11)이 잔류하고 있다. 게이트 막은 대개 알미늄이나 알미늄 내드뮴 같은 알미늄 함유 금속을 사용한다. 대개 게이트 패턴(11)을 형성하기 전에 실리콘 산화막으로 블로킹층을 적층하여 사용하기도 한다.
도3은 도2의 상태에서 기판(10) 전면에 실리콘 질화막으로 이루어진 게이트 절연막(13)을 CVD(Chemical Vapour Deposition)로 적층하고 아몰퍼스 실리콘 반도체층(15,17)으로 이루어지는 액티브 패턴을 형성한 상태를 나타낸다. 반도체층은 단순 CVD 실리콘층으로 이루어질 수 있으나 대개 순수한 실리콘 반도체층(15) 위에 인 등의 불순물이 도핑된 실리콘 반도체층(17)을 적층하여 금속 소오스/드레인 전극층(19)과의 오믹 콘택을 이루도록 한다.
도4는 도3의 상태에서 크롬 등의 도전체층인 드레인 전극층(19)을 이용하여 소오스/드레인 전극과 데이타 라인을 형성한 상태를 나타낸다. 따라서 데이타 패드 영역에는 데이타 라인을 형성한 것과 동일한 드레인 전극층(19)이 적층된 상태이다. 그리고 소오스/드레인 전극을 에칭마스크로 불순물이 도핑된 반도체층을 식각하여 채널 위쪽의 오믹 콘택층을 제거하여 소오스/드레인 전극 분리가 이루어진다.
도5는 도4의 상태에서 유기 절연막(23)층을 형성하고 드레인 전극 위로 콘택홀을 형성한 상태를 나타내는 것이다. 이때 패드부에도 게이트 패턴(11)이나 드레인 전극층(19)을 이루는 도전체층이 드러나도록 콘택홀을 형성한다. 동시에 유기절연막(23)층 상부를 부분 식각하여 이후 반사막(25)이 형성될 경우 반사막(25)이 집광 역할을 하도록 집광렌즈 패턴을 이루기도 한다. 유기 절연막(23)은 감광성 투명 유기절연막을 사용하는 것이 포토리소그래피만으로도 패터닝이 가능하므로 많이 사용된다.
도6은 도5의 상태에서 투명전극(21)층을 적층, 패터닝하여 각 화소부에 화소 전극 일부를 형성한 상태를 나타낸다. 투명전극(21)으로 이루어지는 화소전극은 적어도 평면적으로 투광창 영역을 커버하여야 하며, 드레인 전극 위로 형성된 콘택홀에 적층되어 드레인 전극과 화소전극 사이의 콘택이 이루어지도록 한다. 그리고 패드부에는 투명전극이 남지 않도록 한다.
도7은 도6의 상태에서 본 발명의 특징인 제 3 금속층(29)과 알미늄 함유금속층인 반사막층을 차례로 적층하고 투과영역 즉, 투광창 영역에서 두 층을 차례로 식각하는 패터닝 작업을 통해서 투과 반사 복합형 박막트랜지스터 전극 구조를 완성한 상태를 나타낸다. 제 3 금속층(29)은 텅스텐 몰리브덴의 합금으로 이루어지며 반사막(25)을 이루는 알미늄층과 식각율의 차이는 있지만 동일 에천트로 식각이 가능하므로 함께 식각할 수 있다. 단 이때 하층 투명전극(21)이 식각되지 않도록 조건조절을 정확히 하여야 한다. 이런 조절이 잘 이루어질 수 없다면 제 3 금속층(29)으로 크롬을 사용할 수 있다. 그리고 먼저 알미늄 반사막(25)층을 식각하고 에천트를 바꾸어 크롬층을 식각한다. 크롬층 에천트는 투명전극(21)층에 대한 식각이 매우 적게 가져갈 수 있으므로 투명전극(21)층이 손상되는 것을 막을 수 있다. 화소전극을 이루는 각 층 사이에는 절연물이 없으므로 화소전극을 이루는 3개층 사이에 하전 입자는 자연스럽게 유동될 수 있고, 드레인 전극의 전압이 큰 전압강하 없이 자연스럽게 화소전극의 각 층에 인가된다. 이때, 패드부도 제 3 금속층(29)과 반사막(25)층을 차례로 적층하고 패드 영역 패터닝을 하여 게이트 및 데이타 패드를 완성하게 된다. 본 실시예에서는 투광창 부분에 유기 절연막이 형성된 그대로 존재하는 형태이나 백라이트의 투과 효율을 높이기 위해 드레인 전 극과 화소전극 사이의 콘택홀을 형성하는 단계에서 투광창 부분의 유기 절연막을 식각으로 제거할 수도 있다.
이상의 실시예에서는 아몰퍼스 실리콘형 박막트랜지스터에 대한 반사 투과 복합형 액정표시장치에 대해서 설명하고 있으나 폴리실리콘형 박막트랜지스터 액정표시장치에서도 동일한 원리로 본 발명을 적용할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치를 형성함에 있어서, 반사막층을 형성하는 알미늄 함유금속과 투명전극을 이루는 인듐 산화물 계열이 서로 닿게 형성될 경우의 문제점을 방지할 수 있고 모두 도전층으로 되어 전기적 콘택의 형성에 큰 어려움이 없다.
Claims (5)
- 인듐 산화물 계열로 이루어지는 투명전극층과 투광창을 가지는 알미늄 함유 반사전극층이 겹쳐서 이루어지는 화소전극을 구비하는 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치에 있어서,상기 화소전극은 상기 투명전극층과 상기 반사전극층 사이에 제 3 도전체층이 적층되고, 상기 투광창 영역에서 상기 반사전극층과 상기 제 3 도전체층이 제거되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 도전체층은 상기 투명전극층 및 상기 반사전극층과 식각 선택비가 크게 형성될 수 있는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 금속은 크롬인 것을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 도전체층은 상기 반사전극층과 함께 식각될 수 있는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 금속은 몰리브덴 텅스텐 합금인 것을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치.
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