KR101255315B1 - Method For Fabricating Thin Film Transistor Array Substrate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분자 기질과 나노입자로 구성되는 복합층으로 게이트 절연막과 보호막을 형성하되, 나노입자의 종류 또는 함량으로 유전율을 적절히 제어함으로써, 서로 상이한 성능이 요구되는 게이트 절연막 및 보호막으로서의 성능이 모두 만족되는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법에 관한 것으로, 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 전면에 유전율 6~10이고 고분자 기질에 나노 입자가 분산된 구조를 가지는 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 상부의 상기 게이트 절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층 양측에 소스/드레인 전극을 각각 형성하는 단계; 상기 소스/드레인 전극을 포함한 전면에 유전율 3이하이고 고분자 기질에 나노 입자가 분산된 구조를 가지는 보호막을 형성하는 단계; 및 상기 보호막 상에 상기 드레인 전극과 콘택되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Figure R1020060061427

유전율, 게이트 절연막, 보호막

The present invention forms a gate insulating film and a protective film as a composite layer composed of a polymer substrate and nanoparticles, but by appropriately controlling the dielectric constant according to the type or content of nanoparticles, the performance as a gate insulating film and a protective film that requires different performances is satisfied. A method of manufacturing a TFT array substrate, the method comprising: forming a gate electrode on a substrate; Forming a gate insulating film having a dielectric constant of 6 to 10 and a structure in which nanoparticles are dispersed in a polymer substrate on the entire surface including the gate electrode; Forming a semiconductor layer on the gate insulating layer on the gate electrode; Forming source / drain electrodes on both sides of the semiconductor layer; Forming a protective film having a structure having a dielectric constant of 3 or less on a front surface of the source / drain electrode and having nanostructures dispersed in a polymer substrate; And forming a pixel electrode in contact with the drain electrode on the passivation layer.

Figure R1020060061427

Dielectric constant, gate insulating film, protective film

Description

TFT 어레이 기판의 제조방법{Method For Fabricating Thin Film Transistor Array Substrate}Method for manufacturing TFT array substrate {Method For Fabricating Thin Film Transistor Array Substrate}

도 1은 종래 기술에 의한 TFT 어레이 기판의 평면도.1 is a plan view of a TFT array substrate according to the prior art.

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상에서의 TFT 어레이 기판의 단면도. FIG. 2 is a cross-sectional view of the TFT array substrate on the line II ′ of FIG. 1. FIG.

도 3은 본 발명에 의한 TFT 어레이 기판의 단면도.3 is a cross-sectional view of a TFT array substrate according to the present invention.

도 4는 TiO2의 함량에 따라서 복합층의 유전율이 변화하는 정도를 나타낸 그래프. 4 is a graph showing the degree of change in permittivity of the composite layer according to the content of TiO 2 .

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings

111 : 기판 112 : 게이트 배선 111: substrate 112: gate wiring

112a : 게이트 전극 112b : 스토리지 전극 112a: gate electrode 112b: storage electrode

113 : 게이트 절연막 114 : 반도체층 113: gate insulating film 114: semiconductor layer

114a: 오믹콘택층 115 : 데이터 배선 114a: ohmic contact layer 115: data wiring

115a : 소스 전극 115b : 드레인 전극 115a: source electrode 115b: drain electrode

116 : 보호막 117 : 화소전극 116: protective film 117: pixel electrode

150 : 제 1 ,제 2 나노입자 151 : 제 1 ,제 2 고분자 기질 150: first, second nanoparticles 151: first, second polymer substrate

160 : 제 3 나노입자 161 : 제 3 고분자 기질160: third nanoparticle 161: third polymer substrate

본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 층별로 요구되는 성능에 따라 재료를 달리 디자인하여 TFT 어레이 기판의 성능을 향상시키고자 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device (LCD), and more particularly, to a method of manufacturing a TFT array substrate for improving the performance of a TFT array substrate by designing materials differently according to performance required for each layer. .

평판표시소자로서 최근 각광받고 있는 액정표시소자는 콘트라스트(contrast) 비가 크고, 계조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력소비가 작다는 장점 때문에 활발한 연구가 이루어지고 있다.BACKGROUND ART Liquid crystal display devices, which have recently been spotlighted as flat panel display devices, have been actively researched due to their high contrast ratio, suitable for gradation display or moving picture display, and low power consumption.

특히, 얇은 두께로 제작될 수 있어 장차 벽걸이 TV와 같은 초박형(超薄形) 표시장치로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 무게가 가볍고, 전력소비도 CRT 브라운관에 비해 상당히 적어 배터리로 동작하는 노트북 컴퓨터의 디스플레이, 개인 휴대폰 단말기, TV, 항공용 모니터로 사용되는 등, 차세대 표시장치로서 각광을 받고 있다.In particular, it can be manufactured with a thin thickness so that it can be used as an ultra-thin display device such as a wall-mounted TV in the future, and is light in weight and consumes significantly less power than a CRT CRT. It is being used as a next generation display device such as being used as a personal mobile phone terminal, a TV and an aviation monitor.

이와 같은 액정표시소자는 일반적으로 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 각 화소 영역에 박막트랜지스터, 화소전극, 스토리지 커패시터가 형성된 TFT 어레이 기판과, 컬러필터층과 공통전극이 형성된 컬러필터층 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정층으로 구성되어, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하여 화상을 표시한다.Such a liquid crystal display device generally includes a TFT array substrate having a thin film transistor, a pixel electrode, and a storage capacitor formed in each pixel region defined by a gate wiring and a data wiring, a color filter layer array substrate having a color filter layer and a common electrode formed thereon; It consists of a liquid crystal layer interposed between the two substrates, by applying a voltage to the electrode to rearrange the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer to adjust the amount of light transmitted to display an image.

이하, 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 액정표시소자를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 이하에서는, 액정표시소자의 TFT 어레이 기판에 한정하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a liquid crystal display device according to the related art will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, the description will be limited to the TFT array substrate of the liquid crystal display device.

도 1은 종래 기술에 의한 TFT 어레이 기판의 평면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선상에서의 TFT 어레이 기판의 단면도이다. 1 is a plan view of a TFT array substrate according to the prior art, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the TFT array substrate on the line II ′ of FIG. 1.

먼저, 액정표시소자의 TFT 어레이 기판(11)에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일렬로 배치된 게이트 배선(12)과 상기 게이트 배선(12)에 수직으로 교차 배치되는 데이터 배선(15)에 의해 단위 화소가 정의되며, 상기 게이트 배선(12) 및 데이터 배선(15)의 교차 지점에서 게이트 전극(12a), 게이트 절연막(13), 반도체층(14), 오믹콘택층(14a) 및 소스/드레인 전극(15a,15b)으로 적층되어 전압의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 박막트랜지스터(TFT)와, 빛을 투과시키는 영역으로 액정층에 신호전압을 걸어주는 화소전극(17)과, 레밸-쉬프트(Level-shift) 전압을 작게 하고 비선택 기간 동안에 화소정보를 유지해 주는 스토리지 커패시터가 구비되어 있다.First, as illustrated in FIGS. 1 and 2, the TFT array substrate 11 of the liquid crystal display device has the gate lines 12 arranged in a row and the data lines 15 vertically intersecting the gate lines 12. The unit pixel is defined by (), and the gate electrode 12a, the gate insulating layer 13, the semiconductor layer 14, the ohmic contact layer 14a, and the intersection point of the gate line 12 and the data line 15 are defined. A thin film transistor (TFT) stacked on the source / drain electrodes 15a and 15b to control the turn-on or turn-off of the voltage, and the pixel electrode 17 to apply a signal voltage to the liquid crystal layer to transmit light. And a storage capacitor for reducing the level-shift voltage and maintaining the pixel information during the non-selection period.

상기 스토리지 커패시터(Cst)는 상기 게이트 배선(12)과 동일층에 형성되어 상기 게이트 배선에 평행하는 스토리지 전극(12b)과, 화소전극(17)과, 상기 스토리지 전극(12b) 및 화소전극(17) 사이에 개재된 게이트 절연막(13) 및 보호막(16)으로 이루어져, 박막트랜지스터의 턴오프 구간동안 액정에 충전된 전하를 유지시켜준다. The storage capacitor Cst is formed on the same layer as the gate wiring 12 and is parallel to the gate wiring 12, the pixel electrode 17, the storage electrode 12b, and the pixel electrode 17. The gate insulating layer 13 and the passivation layer 16 interposed therebetween keep the charge charged in the liquid crystal during the turn-off period of the thin film transistor.

상기 스토리지 커패시터(Cst)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 단위 화소 중간 에 형성되기도 하지만, 게이트 배선의 소정 영역을 커패시터 전극으로 활용하여 게이트 배선에 형성되기도 한다. As illustrated in FIG. 1, the storage capacitor Cst may be formed in the middle of a unit pixel, but may be formed in the gate wiring by utilizing a predetermined region of the gate wiring as a capacitor electrode.

그리고, 상기 게이트 배선(12)과 데이터 배선(15) 사이에는 절연막인 게이트 절연막(13)이 더 구비되고, 상기 박막트랜지스터와 화소전극 사이에는 보호막(16)이 더 구비된다. A gate insulating layer 13, which is an insulating layer, is further provided between the gate line 12 and the data line 15, and a passivation layer 16 is further provided between the thin film transistor and the pixel electrode.

상기 게이트 절연막(13) 및 보호막(16)은 유전율이 7.5 정도의 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기재료를 통상, 플라즈마 강화형 화학 증기 증착(PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법으로 증착하여 형성한다. The gate insulating layer 13 and the protective layer 16 may be formed of an inorganic material such as silicon nitride (SiNx) or silicon oxide (SiOx) having a dielectric constant of about 7.5, and typically, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). It forms by vapor deposition by the method.

그러나, 게이트 절연막 및 보호막을 상기와 같은 무기재료를 증착하여 형성하는 경우, 다음과 같은 문제점이 있었다. However, when the gate insulating film and the protective film are formed by depositing the above inorganic materials, there are the following problems.

먼저, 게이트 절연막을 무기재료로 형성하는 경우, 시간을 충분히 길게 한다고 하더라도 1회의 증착공정만으로 균일한 두께의 게이트 절연막을 형성할 수 없는바, 2회로 나누어 증착공정을 수행하여야 하므로 공정이 번거로워진다는 단점이 있었다. 그리고, 증착 장비의 경우 고가의 장비이므로 장비 관리비용 및 투자비용이 많이 소모된다는 문제점이 있었다. 이에 따라서, 공정이 용이하고 다소 저가의 장비를 사용하여 형성할 수 있는 유전율 3~4의 유기물질로 게이트 절연막을 형성하는 기술이 제안되었다. First, when the gate insulating film is formed of an inorganic material, even if the time is sufficiently long, the gate insulating film having a uniform thickness cannot be formed by only one deposition process. There was a downside. And, in the case of deposition equipment is expensive equipment has a problem that a lot of equipment management costs and investment costs are consumed. Accordingly, a technique of forming a gate insulating film using an organic material having a dielectric constant of 3 to 4, which can be easily formed using a relatively inexpensive equipment, has been proposed.

유기 게이트 절연막은 무기 게이트 절연막과 달리, PECVD 방법이 아닌 스핀 코팅, 슬릿 코팅 등의 코팅방법에 의해 형성되므로 제조공정이 보다 용이해지며 장 비 비용면에서도 이익이 된다. 그리고, 게이트 배선 및 게이트 전극의 단차응 제거하여 표면을 평탄화할 수 있다. Unlike the inorganic gate insulating film, the organic gate insulating film is formed by a coating method such as spin coating or slit coating rather than a PECVD method, thereby making the manufacturing process easier and advantageous in terms of equipment cost. The surface can be planarized by removing the step difference between the gate wiring and the gate electrode.

그러나, 이러한 유기 게이트 절연막은 무기 게이트 절연막에 비해 동일 두께 대비 유전율 수치가 작은데, 유전율이 작으면 게이트 배선층과 데이터 배선층 사이에 형성되는 기생 커패시턴스(Cgs) 값이 작아지게 된다. 일반적으로, 대향하는 전극과 그 사이에 구비되어 있는 절연막의 경우, 그 커패시턴스 값은 절연막의 유전율, 절연막의 두께에 비례하고, 대향하는 전극의 면적에 반비례하기 때문이다. However, the organic gate insulating layer has a smaller dielectric constant value compared with the inorganic gate insulating layer. If the dielectric constant is small, the parasitic capacitance Cgs formed between the gate wiring layer and the data wiring layer is reduced. In general, in the case of the opposite electrode and the insulating film provided therebetween, the capacitance value is proportional to the dielectric constant of the insulating film and the thickness of the insulating film, and is inversely proportional to the area of the opposite electrode.

이와같이, 기생 커패시턴스(Cgs) 값이 작아지면, 하기의 수학식 1에서와 같이, 전압 강하 △△Vp가 더 증가하게 되는데, 이에 따라 화면의 깜빡임(flicker), 이미지 고착(image sticking), 화면 밝기의 뷸균일성 등이 좋지 않게 된다. As such, when the parasitic capacitance Cgs becomes small, the voltage drop ΔΔp increases further, as shown in Equation 1 below, thereby flickering, image sticking, and screen brightness. The uniformity of the block becomes poor.

Figure 112006047416619-pat00001
Figure 112006047416619-pat00001

이때, Cgs는 TFT 게이트 전극과 소스 전극(또는 드레인 전극) 사이에 형성되는 기생 커패시턴스이고, Clc는 액정셀에 축적되는 정전 커패시턴스이며, Cst는 스토리지 커패시터에 형성되는 커패시턴스이다. 그리고, △Vp는 소스전극에 인가되는 데이터 전압(Vd)과 액정셀에 충전되는 전압(Vlc)의 차전압이고, △Vg는 하리레밸의 게이트 전압(Vgh)과 로우레밸의 게이트 전압(Vgl)의 차전압이다. In this case, Cgs is a parasitic capacitance formed between the TFT gate electrode and the source electrode (or drain electrode), Clc is an electrostatic capacitance accumulated in the liquid crystal cell, and Cst is a capacitance formed in the storage capacitor. ΔVp is the difference voltage between the data voltage Vd applied to the source electrode and the voltage Vlc charged to the liquid crystal cell, and ΔVg is the gate voltage Vgh of the low level and the gate voltage Vgl of the low level. Is the difference voltage.

즉, 기생 커패시턴스(Cgs)는 상기의 수학식 1에서와 같이, △Vp에 가장 크게 영향을 미치는 항목으로서, 패널 특성 및 화질 특성과 아주 밀접한 관련을 가지게 된다. 이때, △Vp를 낮추기 위해서는 상기 기생 커패시턴스(Cgs) 값이 커지면 되고, 상기 기생 커패시턴스(Cgs) 값을 크게 하기 위해서는 게이트 절연막의 유전율 값을 크게 하면되므로 결국, 게이트 절연막은 유전율이 큰 물질로 형성하는 것이 바람직할 것이다. That is, the parasitic capacitance Cgs is an item that most affects ΔVp as in Equation 1, and is closely related to the panel characteristics and the image quality characteristics. In this case, the parasitic capacitance Cgs may be increased to decrease ΔVp, and the dielectric constant of the gate insulating layer may be increased to increase the parasitic capacitance Cgs. Thus, the gate insulating layer may be formed of a material having a high dielectric constant. It would be desirable.

한편, 보호막을 무기재료로 형성하는 경우, 소자의 개구율을 떨어뜨리는 원인이 되었다.On the other hand, when the protective film was formed of an inorganic material, it was a cause of lowering the aperture ratio of the device.

구체적으로, 보호막을 유전율 6~8의 무기재료로 형성하는 경우, 유전율이 높아 데이터 배선과 화소전극 사이에 기생 커패시턴스(Cdp)가 발생한다는 단점이 있었다. 화소전극과 데이터 배선 사이에 형성되는 기생 커패시턴스(Cdp)은 데이터 전압 레벨이 감소되는 소스 딜레이(source delay)를 발생시키며, 소스 딜레이에 따른 휘도 변화가 발생하는 수직 크로스 토크 현상을 발생시켜 화상품질을 떨어뜨리는 원인이 되었다. Specifically, when the protective film is formed of an inorganic material having a dielectric constant of 6 to 8, there is a disadvantage in that parasitic capacitance (Cdp) is generated between the data line and the pixel electrode due to the high dielectric constant. The parasitic capacitance Cdp formed between the pixel electrode and the data line generates a source delay in which the data voltage level decreases, and generates a vertical crosstalk phenomenon in which the luminance change according to the source delay causes an image quality. It caused dropping.

따라서, 기생 커패시턴스(Cdp)를 발생시키지 않기 위해서, 데이터 배선과 화소전극이 오버랩되지 않도록 일정 간격 이상 이격되도록 형성하였는데, 결국, 화소전극의 면적이 작아져 소자의 개구율이 작아지게 되는 것이다. Therefore, in order not to generate the parasitic capacitance Cdp, the data lines and the pixel electrodes are formed to be spaced apart by a predetermined interval so as not to overlap each other. As a result, the area of the pixel electrodes becomes small and the aperture ratio of the device becomes small.

따라서, 화소전극을 최대 면적으로 형성하여 소자의 개구율을 향상시키기 위해서는 화소전극을 데이터 배선에 오버랩되도록 형성할 수 있는 정도에 이르러야 하며, 이를 위해서는 결국 보호막의 유전율 값이 작을수록 바람직할 것이다. 이에 따라서, 유전율 3~4의 유기물질로 보호막을 형성하는 기술이 제안되었다. Therefore, in order to form the pixel electrode to the maximum area and to improve the aperture ratio of the device, the pixel electrode should be formed to overlap the data line. Therefore, the smaller the dielectric constant value of the passivation layer, the better. Accordingly, a technique of forming a protective film from an organic material having a dielectric constant of 3 to 4 has been proposed.

그러나, 유기 보호막은 무기 보호막과 달리, PECVD 방법이 아닌 스핀 코팅, 슬릿 코팅 등의 코팅방법에 의해 형성되므로 제조공정이 보다 용이해지며 장비 비용면에서도 이익이 되고, 기생 커패시턴스(C에) 발생억제에도 효과가 있으나, 보호막의 두께가 두꺼워져 경량화에 한계가 있다. However, unlike the inorganic protective film, the organic protective film is formed by a coating method such as spin coating or slit coating rather than a PECVD method, thereby making the manufacturing process easier and profitable in terms of equipment cost, and suppressing occurrence of parasitic capacitance (C). Although effective, but the thickness of the protective film has a limit in weight reduction.

일예로, 유전율이 6∼8 정도의 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기재료를 사용하여 보호막을 형성하는 경우 1500∼5000Å의 두께로 형성하는 반면, 유전율이 3∼4 정도의 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴계 물질 등의 유기재료를 사용하여 보호막을 형성하는 경우 3㎛ 정도 두께로 형성한다. For example, when the protective film is formed using inorganic materials such as silicon nitride (SiNx) and silicon oxide (SiOx) having a dielectric constant of about 6 to 8, the thickness is formed to have a thickness of 1500 to 5000Å, while the dielectric constant is about 3 to 4 When the protective film is formed using organic materials such as benzocyclobutene (BCB) and acrylic materials, the thickness is about 3 μm.

전술한 바와 같이, 상기와 같은 종래 기술에 의한 TFT 어레이 기판은 다음과 같은 문제점이 있다.As described above, the TFT array substrate according to the related art as described above has the following problems.

먼저, 실리콘 질화물 등으로 형성되는 무기 게이트 절연막의 경우 PECVD 등의 증착공정이 어렵고 증착장비의 비용이 높다는 문제점이 있었고, PGMEA(Poly glycol mono ethyl acetate) 등으로 형성되는 유기 게이트 절연막의 경우 유전율이 낮아 △Vp가 더 증가하는 문제점이 있었다. First, the inorganic gate insulating film formed of silicon nitride has a problem that the deposition process such as PECVD is difficult and the cost of the deposition equipment is high, while the organic gate insulating film formed of poly glycol mono ethyl acetate (PGMEA) has a low dielectric constant. There was a problem that ΔVp was further increased.

그리고, 실리콘 질화물 등으로 형성되는 무기 보호막의 경우 소자의 개구율이 저하된다는 문제점이 있었고, BCB 등으로 형성되는 유기 보호막의 경우 소자를 경량 박형화시키는데 한계가 있다는 문제점이 있었다. In addition, in the case of the inorganic protective film formed of silicon nitride or the like, there is a problem in that the opening ratio of the device is lowered, and in the case of the organic protective film formed of BCB or the like, there is a problem in that the device is limited in weight and thickness.

결국, 게이트 절연막은 공정이 용이하며 유전율이 높은 물질로 형성하는 것이 바람직하고, 보호막은 얇은 두께로 형성이 가능하며 유전율이 높은 물질로 형성하는 것이 바람직한 바, 본발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 제안된 것 으로, 특히, 게이트 절연막은 고유전율의 복합층으로 형성하고 보호막은 저유전율의 복합층으로 형성하는 TFT 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다. As a result, it is preferable that the gate insulating film is formed of a material having a high permittivity and easy to process, and a protective film can be formed with a thin thickness and a material having a high dielectric constant, and the present invention achieves the above object. In particular, the present invention relates to a method of manufacturing a TFT array substrate in which a gate insulating film is formed of a high dielectric constant composite layer and a protective film is formed of a low dielectric constant composite layer.

이때, 게이트 절연막 및 보호막용으로 사용되는 복합층(composite thin film)은 고분자 기질과 나노 입자의 혼합에 의해 형성되며, 상기 나노 입자의 함량비 또는 종류를 취사선택하여 절연막의 유전율을 제어하는 것을 그 특징으로 한다. In this case, the composite thin film used for the gate insulating film and the protective film is formed by mixing the polymer substrate and the nanoparticles, and controlling the dielectric constant of the insulating film by selecting and selecting the content ratio or type of the nanoparticles. It features.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 TFT 어레이 기판의 제조방법은 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 포함한 전면에 유전율 6~10이고 고분자 기질에 나노 입자가 분산된 구조를 가지는 제 1 복합층을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 상부의 상기 제 1 복합층 상에 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층 양측에 소스/드레인 전극을 각각 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. The method of manufacturing a TFT array substrate of the present invention for achieving the above object is a step of forming a gate electrode on the substrate, the structure having a dielectric constant of 6 to 10 on the front surface including the gate electrode and nano particles dispersed in a polymer substrate Forming a first composite layer having a semiconductor layer, forming a semiconductor layer on the first composite layer above the gate electrode, and forming source / drain electrodes on both sides of the semiconductor layer, respectively. It is characterized by.

또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 TFT 어레이 기판의 제조방법은 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 포함한 전면에 고분자 기질에 유전율이 9이상이고 밴드갭이 3이상인 제 1 나노입자를 분산시킨 구조를 가지는 제 1 복합층을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극 상부의 상기 제 1 복합층 상에 반도체층을 형성하는 단계와, 상기 반도체층 양측에 소스/드레인 전극을 각각 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. In addition, the method of manufacturing a TFT array substrate of the present invention for achieving another object of the present invention comprises the steps of forming a gate electrode on the substrate, the dielectric constant of the polymer substrate on the front surface including the gate electrode is 9 or more and the band gap Forming a first composite layer having a structure in which at least three first nanoparticles are dispersed, forming a semiconductor layer on the first composite layer above the gate electrode, and source / drain on both sides of the semiconductor layer It characterized in that it comprises a step of forming each electrode.

이와같이, 고분자 기질과 나노입자의 복합층으로 게이트 절연막을 형성함으로써 유전율을 높일 수 있는 것은 물론, PECVD와 같은 증착공정으로 형성하지 않고 코팅공정으로 형성하므로 공정이 보다 용이하고 간소해진다. As such, the dielectric constant can be increased by forming the gate insulating film with the composite layer of the polymer substrate and the nanoparticles, as well as the coating process is not formed by the deposition process such as PECVD, so the process becomes easier and simpler.

이때, 상기 소스/드레인 전극을 포함한 전면에 유전율 3이하이고 고분자 기질에 나노 입자가 분산된 구조를 가지는 제 2 복합층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 복합층 상에 상기 드레인 전극에 콘택되는 화소전극을 형성하는 단계를 더 수행할 수 있는데, 고분자 기질과 나노입자의 복합층으로 보호막을 형성함으로써 유전율을 낮출 수 있는 것은 물론, PECVD와 같은 증착공정으로 형성하지 않고 코팅공정으로 형성하므로 공정이 보다 용이하고 간소해진다. 그리고, 보호막의 유전율이 낮으므로 후속공정에서 화소전극 형성시 데이터 배선에 오버랩시킬 수 있고, 결국, 화소전극의 면적이 넓어지므로 소자의 개구율이 향상된다.In this case, forming a second composite layer having a structure having a dielectric constant of 3 or less on the entire surface including the source / drain electrodes and having a structure in which nanoparticles are dispersed in a polymer substrate, and contacting the drain electrode on the second composite layer. The electrode forming step may be further performed. The protective film may be formed of a composite layer of a polymer substrate and nanoparticles to reduce the dielectric constant, and may be formed by a coating process instead of a deposition process such as PECVD. It is easy and simple. In addition, since the dielectric constant of the protective film is low, it is possible to overlap the data wirings during the formation of the pixel electrode in a subsequent step. As a result, the area of the pixel electrode is increased, so that the aperture ratio of the device is improved.

즉, 고분자 기질에 나노입자를 분산시킨 구조의 복합층을 게이트 절연막 또는 보호막으로 형성하되, 나노입자의 종류 또는 함량으로 유전율을 적절히 제어한 후 도포함으로써, 서로 상이한 성능이 요구되는 게이트 절연막 및 보호막으로서의 성능이 모두 만족되는 것을 특징으로 한다. That is, a composite layer having a structure in which nanoparticles are dispersed in a polymer substrate is formed as a gate insulating film or a protective film, and the dielectric constant is appropriately controlled according to the type or content of the nanoparticles and then applied, thereby serving as a gate insulating film and a protective film requiring different performances. It is characterized in that all of the performance is satisfied.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자의 TFT 어레이 기판의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, a method of manufacturing a TFT array substrate of a liquid crystal display device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 의한 TFT 어레이 기판의 단면도이고, 도 4는 TiO2의 함량에 따라서 복합층의 유전율이 변화하는 정도를 나타낸 그래프이다. 3 is a cross-sectional view of a TFT array substrate according to the present invention, and FIG. 4 is a graph showing the degree of change in permittivity of the composite layer depending on the content of TiO 2 .

도 3을 참고로 하여 살펴보면, 먼저, 기판(111) 상에 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd : Aluminum Neodymium), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티 타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 등의 비저항이 낮은 금속을 고온의 스퍼터링 기술에 의해 증착한 후 포토식각기술로 패터닝하여 게이트 배선(도시하지 않음), 게이트 전극(112a) 및 스토리지 전극(112b)을 형성한다. Referring to FIG. 3, first, copper (Cu), aluminum (Al), aluminum alloy (AlNd: Aluminum Neodymium), molybdenum (Mo), chromium (Cr), and titanium (Ti) on the substrate 111 are described. , Low-resistance metals such as tantalum (Ta) and molybdenum-tungsten (MoW) are deposited by high-temperature sputtering, and then patterned by photolithography to form gate wiring (not shown), gate electrode 112a, and storage electrodes. To form 112b.

이후, 상기 게이트 전극(112a)을 포함한 전면에 유전율 6~10인 제 1 복합층을 도포하여 게이트 절연막(113)을 형성한다. 이때, 상기 제 1 복합층은 제 1 고분자 기질(151)과 제 1 나노 입자(150)의 혼합으로 형성하는데, 제 1 나노입자(150)가 제 1 고분자 기질(151) 상에 분산되어 있는 형태로 존재한다. 상기 나노 입자의 종류 또는 함량에 따라서 제 1 복합층의 유전율을 변화시킬 수 있으며, 이를 이용하여 게이트 절연막(제 1 복합층)의 유전율이 6~10이 되도록 할 수 있다. Thereafter, a first composite layer having a dielectric constant of 6 to 10 is coated on the entire surface including the gate electrode 112a to form a gate insulating layer 113. In this case, the first composite layer is formed by mixing the first polymer substrate 151 and the first nanoparticles 150, wherein the first nanoparticles 150 are dispersed on the first polymer substrate 151. Exists as. The dielectric constant of the first composite layer may be changed according to the type or content of the nanoparticles, and the dielectric constant of the gate insulating layer (first composite layer) may be 6 to 10 using the nanoparticles.

상기 제 1 고분자 기질(151)은 폴리포스파젠(Polyphosphazene), 폴리실록산(Polysiloxane), 폴리실란(Polysilane)의 무기 고분자, 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에스테르(Polyester)의 유기 고분자 및 유/무기 하이브리드(Hybrid) 고분자로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 형성할 수 있으며, 단일 종류의 단량체로 이루어진 단독 고분자 형태를 사용하거나 또는 서로 다른 종류의 단량체로 이루어진 공중합 고분자(Copolymer) 형태를 사용할 수 있다. The first polymer substrate 151 is an organic polymer of polyphosphazene, polysiloxane, polysilane, polyacrylate, polyimide, and polyester. At least one selected from the group consisting of a polymer and an organic / inorganic hybrid polymer may be selected, and may be formed using a single polymer of a single type of monomer or a copolymer of different monomers. ) Can be used.

그리고, 상기 제 2 나노 입자(150)는 바륨 스트론티움 티타네이트(Barium strontium titanate), 바륨 지르코네이트 티타네이트(Barium zirconate titanate), 리드 지르코네이트 티타네이트(Lead zirconate titanate), 리드 란타늄 티타네이트(Lead lanthanum titanate), 스트론티움 티타네이트(Strontium titanate), 바륨 티나네이트(Barium titanate), 바륨 마그네슘 플루오리드(Barium magnesium fluoride), 비스무스 티타네이트(Bismuth titanate), 스트론티움 비스무스 탄탈레이트(Strontium bismuth tantalate), 스트론티움 비스무스 탄탈레이트 니오베이트(Strontium bismuth tanalate niobate) 및 금속 산화계 물질로 이루어지는 그룹 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. The second nanoparticles 150 may include barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, and lead lanthanum titanate. Lead lanthanum titanate, Strontium titanate, Barium titanate, Barium magnesium fluoride, Bismuth titanate, Strontium bismuth tantalate At least one selected from the group consisting of strontium bismuth tantalate, strontium bismuth tantalate niobate, and metal oxide materials may be used.

여기서, 금속 산화계 물질은 알루미늄 산화물(Aluminum oxide, Al2O3), 마그네슘 산화물(Magnesium oxide, MgO), 칼슘 산화물(Calcium oxide, CaO), 지르코늄 산화물(Zirconium oxide, ZrSiO4 또는 ZrO2), 티타늄 산화물(Titanium oxide, TiO2), 하프늄 산화물(Hafnium oxide, HfSiO4 또는 HfO2), 이트륨 산화물(Yttrium oxide, Y2O3), 스트론튬 산화물(Strontium oxide, SrO), 탄탈륨 산화물(Tantalum oxide, Ta2O5), 란탄늄 산화물(Lanthanum oxide, La2O3), 바륨 산화물(Barium oxide, BaO)으로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나이다. Here, the metal oxide-based material may be aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (Calcium oxide, CaO), zirconium oxide (Zirconium oxide, ZrSiO 4 or ZrO 2 ), titanium Titanium oxide, TiO 2 , Hafnium oxide, HfSiO 4 or HfO 2 , Yttrium oxide, Y 2 O 3 , Strontium oxide, SrO, Tantalum oxide, Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (Lanthanum oxide, La 2 O 3 ), barium oxide (Barium oxide, BaO) is at least one of the group consisting of.

이때, 제 1 고분자 기질과 제 1 나노 입자를 혼합함에 있어서, 단순히 교반하는 정도의 물리적 힘(Physical force)에 의해서 제 1 나노입자를 제 1 고분자 기질 상에 분산시킬 수도 있으나, 제 1 나노입자의 말단 또는 측쇄에 구비되어 있는 작용기(functional group)의 반응에 의하는 등 화학적 힘(Chemical force)에 의해서 제 1 나노입자를 제 1 고분자 기질 상에 분산시킬 수도 있다. 전자의 방법은 혼합된 이후, 서로 분리될 가능성이 크므로, 안정성 등을 고려할 때 후자의 방법이 보다 바람직할 것이다. In this case, in mixing the first polymer substrate and the first nanoparticles, the first nanoparticles may be dispersed on the first polymer substrate by simply stirring the physical force, but the The first nanoparticle may be dispersed on the first polymer substrate by chemical force, such as by reaction of a functional group provided at the terminal or side chain. Since the former method is likely to be separated from each other after being mixed, the latter method will be more preferable in consideration of stability and the like.

이와같이, 제 1 고분자 기질과 제 1 나노입자의 제 1 복합층으로 게이트 절연막을 형성함으로써 유전율을 높일 수 있는 것은 물론, PECVD와 같은 증착공정으로 형성하지 않고 코팅공정으로 형성하므로 공정이 보다 용이하고 간소해진다. In this way, the dielectric constant can be increased by forming the gate insulating film with the first composite layer of the first polymer substrate and the first nanoparticles, and the coating process is easier and simpler than the deposition process such as PECVD. Become.

한편, 제 1 고분자 기질과 제 1 나노입자를 혼합하여 형성된 유전율이 6~10인 복합층으로 게이트 절연막을 형성하는 이외에, 제 2 고분자 기질과 유전율이 9이상이고 밴드갭이 3이상인 제 2 나노입자를 혼합한 제 2 복합층을 형성하여 게이트 절연막으로 사용할 수도 있다. 이때, 제 1 복합층은 제 1 복합층 자체의 유전율이 6~10이어야 하는 반면, 제 2 복합층은 제 2 나노입자의 유전율이 9이상이고 밴드갭이 3이상이어야 하는 것에 차이가 있다. Meanwhile, in addition to forming a gate insulating film with a composite layer having a dielectric constant of 6 to 10 formed by mixing the first polymer substrate and the first nanoparticle, the second nanoparticle having a dielectric constant of 9 or more and a band gap of 3 or more is formed. It is also possible to form a second composite layer in which the mixture is mixed and use it as a gate insulating film. In this case, the first composite layer has a dielectric constant of 6 to 10, while the second composite layer has a difference in that the dielectric constant of the second nanoparticles is 9 or more and the band gap is 3 or more.

이때, 상기 제 2 고분자 기질은 폴리포스파젠(Polyphosphazene), 폴리실록산(Polysiloxane), 폴리실란(Polysilane)의 무기 고분자, 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에스테르(Polyester)의 유기 고분자 및 유/무기 하이브리드(Hybrid) 고분자로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 형성할 수 있으며, 단일 종류의 단량체로 이루어진 단독 고분자 형태를 사용하거나 또는 서로 다른 종류의 단량체로 이루어진 공중합 고분자(Copolymer) 형태를 사용할 수 있다. In this case, the second polymer substrate is an organic polymer of polyphosphazene, polysiloxane, polysilane, inorganic polymer, polyacrylate, polyimide, and polyester. And at least one selected from the group consisting of organic / inorganic hybrid polymers, and may be formed using a single polymer of a single type of monomer or a copolymer of different monomers. Forms can be used.

그리고, 상기 제 2 나노 입자(150)는 알루미늄 산화물(Aluminum oxide, Al2O3), 마그네슘 산화물(Magnesium oxide, MgO), 칼슘 산화물(Calcium oxide, CaO), 지르코늄 산화물(Zirconium oxide, ZrSiO4 또는 ZrO2), 티타늄 산화물(Titanium oxide, TiO2), 하프늄 산화물(Hafnium oxide, HfSiO4 또는 HfO2), 이트륨 산화물(Yttrium oxide, Y2O3), 스트론튬 산화물(Strontium oxide, SrO), 탄탈륨 산화물(Tantalum oxide, Ta2O5), 란탄늄 산화물(Lanthanum oxide, La2O3), 바륨 산화물(Barium oxide, BaO)으로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나인 금속 산화계 물질을 사용할 수 있다. The second nanoparticles 150 may include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), zirconium oxide (ZrSiO 4 ), or ZrO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), hafnium oxide (Hafnium oxide, HfSiO 4 or HfO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), strontium oxide (SrO), tantalum oxide (Tantalum oxide, Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (Lanthanum oxide, La 2 O 3 ), barium oxide (Barium oxide, BaO) may be used at least any one of the metal oxide-based material.

이러한 밴드갭(Band gap)이 3이상인 물질로 게이트 절연막의 복합층을 형성함으로써 게이트 절연막에 인가되는 전류의 양을 충분히 작게 조절할 수 있다. 실질적으로 밴드갭과 유전율은 반비례 관계이므로 밴드갭이 증가할수록 유전율이 감소하는 경향을 보이므로, 유전율이 최소 9이상이면서 밴드갭이 3이상인 금속산화물의 선정이 소자의 성능 향상에 무엇보다 중요하다. By forming a composite layer of the gate insulating film with a material having a band gap of 3 or more, the amount of current applied to the gate insulating film can be controlled to be sufficiently small. Since the band gap and the dielectric constant are inversely related to each other, the dielectric constant decreases as the band gap increases. Therefore, the selection of a metal oxide having a dielectric constant of at least 9 and a band gap of 3 or more is important for improving device performance.

이때, 제 2 고분자 기질과 제 2 나노 입자를 혼합함에 있어서도, 단순히 교반하는 정도의 물리적 힘(Physical force)에 의해서 제 1 나노입자를 제 1 고분자 기질 상에 분산시킬 수도 있으나, 제 1 나노입자의 말단 또는 측쇄에 구비되어 있는 작용기(functional group)의 반응에 의하는 등 화학적 힘(Chemical force)에 의해서 제 1 나노입자를 제 1 고분자 기질 상에 분산시킬 수도 있다. 전자의 방법은 혼합된 이후, 서로 분리될 가능성이 크므로, 안정성 등을 고려할 때 후자의 방법이 보다 바람직할 것이다. In this case, even when the second polymer substrate and the second nanoparticles are mixed, the first nanoparticles may be dispersed on the first polymer substrate by a physical force of agitation. The first nanoparticle may be dispersed on the first polymer substrate by chemical force, such as by reaction of a functional group provided at the terminal or side chain. Since the former method is likely to be separated from each other after being mixed, the latter method will be more preferable in consideration of stability and the like.

또한, 사용되는 반도체 층과의 계면 및 제 2 복합층(게이트 절연막)의 밴드 갭 등의 조정을 통하여 종래의 무기 게이트 절연막을 사용한 TFT-LCD에 비하여 ION 및 이동도(Mobility) 등 TFT 특성이 더 우수한 소자의 제작도 가능하다. In addition, the TFT characteristics such as I ON and mobility are improved compared to the TFT-LCD using the inorganic gate insulating film by adjusting the interface with the semiconductor layer used and the band gap of the second composite layer (gate insulating film). Better device fabrication is also possible.

상기에서와 같이, 제 1 복합층 또는 제 2 복합층으로 게이트 절연막을 형성한 이후에는, 게이트 절연막을 포함한 전면에 비정질 실리콘(a-Si)을 고온에서 500Å 이하의 얇은 두께로 증착하여 반도체층(114)을 형성한 후 n형 불순물을 주입함과 동시에 비정질 실리콘(a-Si)을 고온에서 300∼700Å 정도의 두께로 증착하여 n+a-Si의 오믹콘택층을 형성한다. 상기 a-Si증착과 n+a-Si증착은 동일 공정챔버 내에서 연속적으로 이루어진다. 물론, 별도의 공정챔버 내에서 각각 형성할 수도 있다. As described above, after the gate insulating film is formed of the first composite layer or the second composite layer, amorphous silicon (a-Si) is deposited on the entire surface including the gate insulating film to a thin thickness of 500 Å or less at a high temperature to form a semiconductor layer ( 114) and then implanting n-type impurities and depositing amorphous silicon (a-Si) at a thickness of about 300 to 700 Å at high temperature to form an n + a-Si ohmic contact layer. The a-Si deposition and the n + a-Si deposition are performed continuously in the same process chamber. Of course, they may be formed in separate process chambers, respectively.

그리고, 상기 오믹콘택층(114a)을 포함한 전면에 구리(Cu), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd : Aluminum Neodymium), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 등의 비저항이 낮은 금속을 고온의 스퍼터링 기술에 의해 증착한 후 포토식각기술로 패터닝하여 데이터 배선(115) 및 소스/드레인 전극(115a,115b)을 형성한다. Further, copper (Cu), aluminum (Al), aluminum alloy (AlNd: Aluminum Neodymium), molybdenum (Mo), chromium (Cr), titanium (Ti), tantalum (Ta) on the front surface including the ohmic contact layer 114a. Metal having low resistivity, such as molybdenum-tungsten (MoW), is deposited by high-temperature sputtering, and then patterned by photolithography to form data lines 115 and source / drain electrodes 115a and 115b.

이로써, 서로 수직교차하여 화소를 정의하는 게이트 배선과 데이터 배선이 형성되고, 두 배선의 교차지점에는 게이트전극(112a), 게이트 절연막(113), 반도체층(114), 오믹콘택층(114a) 및 소스/드레인 전극(115a, 115b)으로 이루어진 박막트랜지스터(TFT)가 구비된다. As a result, gate wirings and data wirings defining pixels are perpendicularly intersected with each other, and the gate electrode 112a, the gate insulating film 113, the semiconductor layer 114, the ohmic contact layer 114a, and the intersection of the two wirings are formed. A thin film transistor TFT formed of the source / drain electrodes 115a and 115b is provided.

계속하여, 상기 박막트랜지스터를 포함한 전면에 보호막을 형성한다. 이때, 종래에서와 같이, 보호막으로 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴계 물질과 같은 유기재료를 사용하거나 또는 SiNx, SiOx와 같은 무기재료를 사용할 수 있으나, 상기 소스/드레인 전극을 포함한 전면에 유전율 3이하인 제 3 복합층을 도포하여 보호막(116)을 형성하는 것이 바람직할 것이다. Subsequently, a protective film is formed on the entire surface including the thin film transistor. In this case, as in the related art, an organic material such as BCB (Benzocyclobutene), an acrylic material, or an inorganic material such as SiNx or SiOx may be used as the protective layer, but a third dielectric having a dielectric constant of 3 or less on the entire surface including the source / drain electrode It may be desirable to apply the composite layer to form the protective film 116.

이때, 상기 제 3 복합층은, 상기 제 1 복합층과 동일 또는 유사하게, 제 3 고분자 기질(161)과 제 3 나노 입자(160)의 혼합으로 형성하는데, 제 3 나노입자(160)가 제 3 고분자 기질(161) 상에 분산되어 있는 형태로 존재한다. 상기 제 3 나노 입자의 종류 또는 함량에 따라서 제 3 복합층의 유전율을 변화시킬 수 있으며, 이를 이용하여 보호막(제 3 복합층)의 유전율이 3이하가 되도록 할 수 있다. In this case, the third composite layer is formed by mixing the third polymer substrate 161 and the third nanoparticles 160, similarly or similarly to the first composite layer, wherein the third nanoparticles 160 are formed of a third composite layer. 3 is present in a form dispersed on the polymer substrate 161. The dielectric constant of the third composite layer may be changed according to the type or content of the third nanoparticle, and the dielectric constant of the protective layer (third composite layer) may be 3 or less using this.

상기 제 3 고분자 기질(161)은 폴리포스파젠(Polyphosphazene), 폴리실록산(Polysiloxane), 폴리실란(Polysilane)의 무기 고분자, 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에스테르(Polyester)의 유기 고분자 및 유/무기 하이브리드(Hybrid) 고분자로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 형성할 수 있으며, 단일 종류의 단량체로 이루어진 단독 고분자 형태를 사용하거나 또는 서로 다른 종류의 단량체로 이루어진 공중합 고분자(Copolymer) 형태를 사용할 수 있다. The third polymer substrate 161 is an organic polymer of polyphosphazene, polysiloxane, polysilane, polyacrylate, polyimide, and polyester. At least one selected from the group consisting of a polymer and an organic / inorganic hybrid polymer may be selected, and may be formed using a single polymer of a single type of monomer or a copolymer of different monomers. ) Can be used.

그리고, 상기 제 3 나노 입자(160)는 바륨 스트론티움 티타네이트(Barium strontium titanate), 바륨 지르코네이트 티타네이트(Barium zirconate titanate), 리드 지르코네이트 티타네이트(Lead zirconate titanate), 리드 란타늄 티타네이트(Lead lanthanum titanate), 스트론티움 티타네이트(Strontium titanate), 바륨 티나네이트(Barium titanate), 바륨 마그네슘 플루오리드(Barium magnesium fluoride), 비스무스 티타네이트(Bismuth titanate), 스트론티움 비스무스 탄탈레이트(Strontium bismuth tantalate), 스트론티움 비스무스 탄탈레이트 니오베이트(Strontium bismuth tanalate niobate) 및 금속 산화계 물질로 이루어지는 그룹 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있다. The third nanoparticles 160 may include barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, and lead lanthanum titanate. Lead lanthanum titanate, Strontium titanate, Barium titanate, Barium magnesium fluoride, Bismuth titanate, Strontium bismuth tantalate At least one selected from the group consisting of strontium bismuth tantalate, strontium bismuth tantalate niobate, and metal oxide materials may be used.

여기서, 금속 산화계 물질은 알루미늄 산화물(Aluminum oxide, Al2O3), 마그네슘 산화물(Magnesium oxide, MgO), 칼슘 산화물(Calcium oxide, CaO), 지르코늄 산화물(Zirconium oxide, ZrSiO4 또는 ZrO2), 티타늄 산화물(Titanium oxide, TiO2), 하프늄 산화물(Hafnium oxide, HfSiO4 또는 HfO2), 이트륨 산화물(Yttrium oxide, Y2O3), 스트론튬 산화물(Strontium oxide, SrO), 탄탈륨 산화물(Tantalum oxide, Ta2O5), 란탄늄 산화물(Lanthanum oxide, La2O3), 바륨 산화물(Barium oxide, BaO)으로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나이다. Here, the metal oxide-based material may be aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (Calcium oxide, CaO), zirconium oxide (Zirconium oxide, ZrSiO 4 or ZrO 2 ), titanium Titanium oxide, TiO 2 , Hafnium oxide, HfSiO 4 or HfO 2 , Yttrium oxide, Y 2 O 3 , Strontium oxide, SrO, Tantalum oxide, Ta 2 O 5 ), lanthanum oxide (Lanthanum oxide, La 2 O 3 ), barium oxide (Barium oxide, BaO) is at least one of the group consisting of.

이때, 제 3 고분자 기질과 제 3 나노 입자를 혼합함에 있어서, 단순히 교반하는 정도의 물리적 힘(Physical force)에 의해서 제 3 나노입자를 제 3 고분자 기질 상에 분산시킬 수도 있으나, 제 3 나노입자의 말단 또는 측쇄에 구비되어 있는 작용기(functional group)의 반응에 의하는 등 화학적 힘(Chemical force)에 의해서 제 3 나노입자를 제 3 고분자 기질 상에 분산시킬 수도 있다. 전자의 방법은 혼합된 이후, 서로 분리될 가능성이 크므로, 안정성 등을 고려할 때 후자의 방법이 보다 바람직할 것이다. At this time, in mixing the third polymer substrate and the third nanoparticles, the third nanoparticles may be dispersed on the third polymer substrate by a physical force of agitation, but the The third nanoparticle may be dispersed on the third polymer substrate by chemical force, such as by reaction of a functional group provided at the terminal or side chain. Since the former method is likely to be separated from each other after being mixed, the latter method will be more preferable in consideration of stability and the like.

이와같이, 제 3 고분자 기질과 제 3 나노입자의 복합층으로 보호막을 형성함으로써 유전율을 낮출 수 있는 것은 물론, PECVD와 같은 증착공정으로 형성하지 않고 코팅공정으로 형성하므로 공정이 보다 용이하고 간소해진다. 그리고, 보호막의 유전율이 낮으므로 후속공정에서 화소전극 형성시 데이터 배선(115)에 오버랩시킬 수 있게 된다. 결국, 화소전극의 면적이 넓어지므로 소자의 개구율이 향상된다. As described above, the dielectric constant can be lowered by forming a protective film with the composite layer of the third polymer substrate and the third nanoparticle, and, as a result of the coating process, not formed by a deposition process such as PECVD, the process becomes easier and simpler. In addition, since the dielectric constant of the protective film is low, it is possible to overlap the data line 115 when forming the pixel electrode in a subsequent process. As a result, the area of the pixel electrode is increased, so that the aperture ratio of the device is improved.

상기와 같이, 보호막을 형성한 후에는, 상기 드레인 전극(115b)의 일부가 노출되도록 보호막(116)을 제거하여 콘택홀을 형성하고, 상기 콘택홀을 포함한 보호막(116) 전면에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)의 투명도전물질을 증착하고 패터닝하여 상기 드레인 전극(115b)에 콘택되는 화소전극(117)을 형성한다. 화소전극 형성시 데이터 배선의 모서리에 오버랩되도록 형성하여 단위 화소 내의 개구영역을 최대한으로 확보한다. As described above, after forming the passivation layer, the passivation layer 116 is removed to expose a portion of the drain electrode 115b to form a contact hole, and an ITO (Indium Tin) is formed on the entire surface of the passivation layer 116 including the contact hole. A transparent conductive material of oxide or indium zinc oxide (IZO) is deposited and patterned to form a pixel electrode 117 contacting the drain electrode 115b. In forming the pixel electrodes, the edges of the data lines are formed to overlap each other to ensure the maximum opening area in the unit pixel.

즉, 본 발명은 동일 또는 유사한 물질로 구성되는 복합층으로 게이트 절연막과 보호막을 형성하되, 나노입자의 종류 또는 함량으로 유전율을 적절히 제어한 후 도포함으로써, 서로 상이한 성능을 요구하는 게이트 절연막 및 보호막으로서 모두 만족될 수 있는 것을 특징으로 한다.That is, the present invention provides a gate insulating film and a protective film as a composite layer composed of the same or similar materials, but by applying and controlling the dielectric constant appropriately according to the type or content of nanoparticles, thereby providing a different gate insulating film and a protective film. All of them can be satisfied.

일예로, 상기 제 1 복합층 또는 제 3 복합층을 폴리실록산계 고분자 기질과 TiO2의 나노입자의 혼합으로 형성할 수 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이, TiO2의 함량에 따라서 복합층의 유전율이 변화하는 것을 확인할 수 있다. For example, the first composite layer or the third composite layer may be formed by mixing a polysiloxane-based polymer substrate and nanoparticles of TiO 2. As shown in FIG. 4, the dielectric constant of the composite layer depends on the content of TiO 2 . You can see this change.

이때, 게이트 절연막으로 사용되는 제 1 복합층은 유전율이 6~10이어야 하므로 폴리실록산계 고분자 기질에 35mol% 이상의 TiO2를 혼합시켜 형성하면 되고, 보호막으로 사용되는 제 3 복합층은 유전율이 3이하이어야 하므로 폴리실리록산계 고분자 기질에 10mol% 이하의 TiO2를 혼합시켜 형성하면 된다. 이와같이, 복합층의 유전율은 나노입자의 함량에 따라서 달라지고 나노입자의 종류에 따라서도 달라지는 특징이 있다. In this case, the first composite layer used as the gate insulating film has to have a dielectric constant of 6 to 10, and thus, a polysiloxane-based polymer substrate may be formed by mixing 35 mol% or more of TiO 2 , and the third composite layer used as the protective film has a dielectric constant of 3 or less. it may be formed by mixing a TiO 2 of less than 10mol% in poly Roxanne silica-based polymer substrate. As such, the dielectric constant of the composite layer is characterized by the content of the nanoparticles and also depends on the type of nanoparticles.

상기와 같이 형성된 TFT 어레이 기판은, 도시하지는 않았으나, 대향기판에 대향합착되고 두 기판 사이에 액정층이 구비하는데, 상기 대향기판에는 빛의 누설을 방지하는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스 사이에 R,G,B의 컬러 레지스트가 일정한 순서대로 형성된 컬러필터층과, 상기 컬러필터층 상부에서 상기 컬러필터층을 보호하고 컬러필터층의 표면을 평탄화하기 위한 오버코트층과, 상기 오버코트층 상에 형성되어 TFT 어레이 기판의 화소전극과 더불어 전계를 형성하는 공통전극이 형성되어 있다.Although not shown, the TFT array substrate formed as described above is provided with a liquid crystal layer between the two substrates that is oppositely bonded to the opposing substrate, and the opposing substrate includes a black matrix for preventing light leakage and an R, A color filter layer having G and B color resists formed in a predetermined order, an overcoat layer for protecting the color filter layer on the color filter layer and planarizing the surface of the color filter layer, and a pixel on a TFT array substrate formed on the overcoat layer In addition to the electrodes, a common electrode forming an electric field is formed.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.On the other hand, the present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, it is possible that various substitutions, modifications and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.

상기와 같은 본 발명의 TFT 어레이 기판의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.The method of manufacturing a TFT array substrate of the present invention as described above has the following effects.

첫째, 고분자 기질과 나노입자의 복합층으로 게이트 절연막을 형성함으로써 유전율을 높일 수 있는 것은 물론, PECVD와 같은 증착공정으로 형성하지 않고 코팅공정으로 형성하므로 공정이 보다 용이하고 간소해진다. First, the dielectric constant can be increased by forming a gate insulating film with a composite layer of a polymer substrate and nanoparticles, and a coating process is formed without using a deposition process such as PECVD, thereby making the process easier and simpler.

둘째, 고분자 기질과 나노입자의 복합층으로 보호막을 형성함으로써 유전율을 낮출 수 있는 것은 물론, PECVD와 같은 증착공정으로 형성하지 않고 코팅공정으로 형성하므로 공정이 보다 용이하고 간소해진다. 그리고, 보호막의 유전율이 낮으므로 후속공정에서 화소전극 형성시 데이터 배선에 오버랩시킬 수 있고, 결국, 화소전극의 면적이 넓어지므로 소자의 개구율이 향상된다.Second, the dielectric constant can be lowered by forming a protective film with a composite layer of a polymer substrate and nanoparticles, and is formed by a coating process instead of a deposition process such as PECVD, thereby making the process easier and simpler. In addition, since the dielectric constant of the protective film is low, it is possible to overlap the data wirings during the formation of the pixel electrode in a subsequent step. As a result, the area of the pixel electrode is increased, so that the aperture ratio of the device is improved.

셋째, 동일 또는 유사한 물질로 구성되는 복합층으로 게이트 절연막과 보호막을 형성하되, 나노입자의 종류 또는 함량으로 유전율을 적절히 제어한 후 도포함으로써, 서로 상이한 성능이 요구되는 게이트 절연막 및 보호막으로서의 성능이 모두 만족된다. Third, the gate insulating film and the protective film are formed of a composite layer composed of the same or similar materials, but by appropriately controlling the dielectric constant according to the type or content of the nanoparticles and applying the same, the performances of the gate insulating film and the protective film are different. Are satisfied.

Claims (23)

기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode on the substrate; 상기 게이트 전극을 포함한 전면에 유전율 6~10이고 고분자 기질에 나노 입자가 분산된 구조를 가지는 게이트 절연막을 형성하는 단계; Forming a gate insulating film having a dielectric constant of 6 to 10 and a structure in which nanoparticles are dispersed in a polymer substrate on the entire surface including the gate electrode; 상기 게이트 전극 상부의 상기 게이트 절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계; Forming a semiconductor layer on the gate insulating layer on the gate electrode; 상기 반도체층 양측에 소스/드레인 전극을 각각 형성하는 단계;Forming source / drain electrodes on both sides of the semiconductor layer; 상기 소스/드레인 전극을 포함한 전면에 유전율 3이하이고 고분자 기질에 나노 입자가 분산된 구조를 가지는 보호막을 형성하는 단계; 및Forming a protective film having a structure having a dielectric constant of 3 or less on a front surface of the source / drain electrode and having nanostructures dispersed in a polymer substrate; And 상기 보호막 상에 상기 드레인 전극과 콘택되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.And forming a pixel electrode in contact with the drain electrode on the passivation layer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 게이트 절연막은 폴리실록산계 고분자 기질에 TiO2의 나노입자가 분산된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.And the gate insulating film has a structure in which nanoparticles of TiO 2 are dispersed in a polysiloxane-based polymer substrate. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 게이트 절연막은 폴리실록산계 고분자 기질에 35mol% 이상의 TiO2를 혼합시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.And the gate insulating film is formed by mixing 35 mol% or more of TiO 2 with a polysiloxane-based polymer substrate. 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 나노 입자의 함량 또는 종류에 따라서 상기 게이트 절연막 및 상기 보호막의 유전율이 달라지는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.A method of manufacturing a TFT array substrate, characterized in that the dielectric constant of the gate insulating film and the protective film varies according to the content or type of the nanoparticles. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고분자 기질은 폴리포스파젠(Polyphosphazene), 폴리실록산(Polysiloxane), 폴리실란(Polysilane)의 무기 고분자, 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에스테르(Polyester)의 유기 고분자 및 유/무기 하이브리드(Hybrid) 고분자로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.The polymer substrate may be an organic polymer of polyphosphazene, polysiloxane, polysilane, inorganic polymer of polysilane, polyacrylate, polyimide, polyester, and organic / inorganic materials. A method of manufacturing a TFT array substrate, characterized in that at least one selected from the group consisting of a hybrid polymer is used. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 고분자 기질은 단독 고분자이거나 또는 공중합 고분자(Copolymer)인 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법. The method of manufacturing a TFT array substrate, characterized in that the polymer substrate is a single polymer or a copolymer (Copolymer). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 나노 입자는 바륨 스트론티움 티타네이트(Barium strontium titanate), 바륨 지르코네이트 티타네이트(Barium zirconate titanate), 리드 지르코네이트 티타네이트(Lead zirconate titanate), 리드 란타늄 티타네이트(Lead lanthanum titanate), 스트론티움 티타네이트(Strontium titanate), 바륨 티나네이트(Barium titanate), 바륨 마그네슘 플루오리드(Barium magnesium fluoride), 비스무스 티타네이트(Bismuth titanate), 스트론티움 비스무스 탄탈레이트(Strontium bismuth tantalate), 스트론티움 비스무스 탄탈레이트 니오베이트(Strontium bismuth tanalate niobate) 및 금속 산화계 물질로 이루어지는 그룹 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.The nanoparticles are barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate, Strontium titanate, Barium titanate, Barium magnesium fluoride, Bismuth titanate, Strontium bismuth tantalate, Strontium A method for manufacturing a TFT array substrate, characterized in that at least one selected from the group consisting of titanium bismuth tanalate niobate and a metal oxide-based material is used. 제 8 항에 있어서, 9. The method of claim 8, 상기 금속 산화계 물질은 Al2O3, MgO, CaO, ZrSiO4, HfSiO4, Y2O3, ZrO2, HfO2, SrO, La2O3, Ta2O5, BaO, TiO2으로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.The metal oxide-based material is composed of Al 2 O 3 , MgO, CaO, ZrSiO 4 , HfSiO 4 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , SrO, La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , BaO, TiO 2 At least one of the group, the manufacturing method of the TFT array substrate. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 게이트 절연막 또는 상기 보호막은 폴리실록산계 고분자 기질에 TiO2의 나노입자가 분산된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.And the gate insulating film or the protective film has a structure in which nanoparticles of TiO 2 are dispersed in a polysiloxane-based polymer substrate. 제 10 항에 있어서, 11. The method of claim 10, 상기 게이트 절연막은 폴리실록산계 고분자 기질에 35mol% 이상의 TiO2를 혼합시켜 형성하고, 상기 보호막은 10mol% 이하의 TiO2를 혼합시켜 형성하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.Wherein the gate insulating film is formed by mixing 35 mol% or more of TiO 2 with a polysiloxane-based polymer substrate, and the protective film is formed by mixing 10 mol% or less of TiO 2 . 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 게이트 전극을 형성하는 단계에서, 게이트 배선을 동시에 형성하고, In the step of forming the gate electrode, the gate wiring is formed at the same time, 상기 소스/드레인 전극을 형성하는 단계에서, 상기 게이트 배선에 수직교차하는 데이터 배선을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.And in the step of forming the source / drain electrodes, simultaneously forming data lines perpendicular to the gate lines. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 게이트 절연막 및 상기 보호막은 코팅법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.And the gate insulating film and the protective film are formed by a coating method. 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;Forming a gate electrode on the substrate; 상기 게이트 전극을 포함한 전면에 고분자 기질에 유전율이 9이상이고 밴드갭이 3이상인 제 1 나노입자를 분산시킨 구조를 가지는 게이트 절연막을 형성하는 단계; Forming a gate insulating film having a structure in which a first nanoparticle having a dielectric constant of 9 or more and a bandgap of 3 or more is dispersed on a polymer substrate on the entire surface including the gate electrode; 상기 게이트 전극 상부의 상기 게이트 절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계; Forming a semiconductor layer on the gate insulating layer on the gate electrode; 상기 반도체층 양측에 소스/드레인 전극을 각각 형성하는 단계;Forming source / drain electrodes on both sides of the semiconductor layer; 상기 소스/드레인 전극을 포함한 전면에 고분자 기질에 제 2 나노 입자가 분산된 구조를 가지는 보호막을 형성하는 단계; 및Forming a protective film having a structure in which second nanoparticles are dispersed in a polymer substrate on the entire surface including the source / drain electrodes; And 상기 보호막 상에 상기 드레인 전극과 콘택되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.And forming a pixel electrode in contact with the drain electrode on the passivation layer. 제 14 항에 있어서, 15. The method of claim 14, 상기 제 1 나노입자는 Al2O3, MgO, CaO, ZrSiO4, HfSiO4, Y2O3, ZrO2, HfO2, SrO, La2O3, Ta2O5, BaO, TiO2으로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.The first nanoparticles are composed of Al 2 O 3 , MgO, CaO, ZrSiO 4 , HfSiO 4 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , SrO, La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , BaO, TiO 2 At least one of the group of the manufacturing method of the TFT array substrate characterized in that. 삭제delete 제 14 항에 있어서, 15. The method of claim 14, 상기 제 2 나노 입자는 바륨 스트론티움 티타네이트(Barium strontium titanate), 바륨 지르코네이트 티타네이트(Barium zirconate titanate), 리드 지르코네이트 티타네이트(Lead zirconate titanate), 리드 란타늄 티타네이트(Lead lanthanum titanate), 스트론티움 티타네이트(Strontium titanate), 바륨 티나네이트(Barium titanate), 바륨 마그네슘 플루오리드(Barium magnesium fluoride), 비스무스 티타네이트(Bismuth titanate), 스트론티움 비스무스 탄탈레이트(Strontium bismuth tantalate), 스트론티움 비스무스 탄탈레이트 니오베이트(Strontium bismuth tanalate niobate) 및 금속 산화계 물질로 이루어지는 그룹 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.The second nanoparticles are barium strontium titanate, barium zirconate titanate, lead zirconate titanate, lead lanthanum titanate ), Strontium titanate, Barium titanate, Barium magnesium fluoride, Bismuth titanate, Strontium bismuth tantalate, A method of manufacturing a TFT array substrate, characterized in that at least one selected from the group consisting of strontium bismuth tanalate niobate and a metal oxide-based material is used. 제 17 항에 있어서, The method of claim 17, 상기 금속 산화계 물질은 Al2O3, MgO, CaO, ZrSiO4, HfSiO4, Y2O3, ZrO2, HfO2, SrO, La2O3, Ta2O5, BaO, TiO2으로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.The metal oxide-based material is composed of Al 2 O 3 , MgO, CaO, ZrSiO 4 , HfSiO 4 , Y 2 O 3 , ZrO 2 , HfO 2 , SrO, La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , BaO, TiO 2 At least one of the group, the manufacturing method of the TFT array substrate. 제 14 항에 있어서, 15. The method of claim 14, 상기 제 1 ,제 2 나노 입자의 함량 또는 종류에 따라서 상기 게이트 절연막 및 상기 보호막의 유전율이 달라지는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.A method of manufacturing a TFT array substrate, characterized in that the dielectric constants of the gate insulating film and the protective film vary according to the content or type of the first and second nanoparticles. 제 14 항에 있어서, 15. The method of claim 14, 상기 고분자 기질은 폴리포스파젠(Polyphosphazene), 폴리실록산(Polysiloxane), 폴리실란(Polysilane)의 무기 고분자, 폴리아크릴레이트(Polyacrylate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리에스테르(Polyester)의 유기 고분자 및 유/무기 하이브리드(Hybrid) 고분자로 구성되는 그룹 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.The polymer substrate may be an organic polymer of polyphosphazene, polysiloxane, polysilane, inorganic polymer of polysilane, polyacrylate, polyimide, polyester, and organic / inorganic materials. A method of manufacturing a TFT array substrate, characterized in that at least one selected from the group consisting of a hybrid polymer is used. 제 20 항에 있어서, 21. The method of claim 20, 상기 고분자 기질은 단독 고분자이거나 또는 공중합 고분자(Copolymer)인 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.The method of manufacturing a TFT array substrate, characterized in that the polymer substrate is a single polymer or a copolymer (Copolymer). 제 14 항에 있어서, 15. The method of claim 14, 상기 게이트 전극을 형성하는 단계에서, 게이트 배선을 동시에 형성하고, In the step of forming the gate electrode, the gate wiring is formed at the same time, 상기 소스/드레인 전극을 형성하는 단계에서, 상기 게이트 배선에 수직교차하는 데이터 배선을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.And in the step of forming the source / drain electrodes, simultaneously forming data lines perpendicular to the gate lines. 제 14 항에 있어서, 15. The method of claim 14, 상기 게이트 절연막 및 상기 보호막은 코팅법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 TFT 어레이 기판의 제조방법.And the gate insulating film and the protective film are formed by a coating method.
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