KR101522240B1 - Liquid crystal display device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 액정표시소자는 기생저항을 최소화하고 개구율 및 투과율을 향상시키기 위한 것으로, 기판과, 상기 기판에 형성된 반도체층과, 상기 반도체층 위에 일정 거리 이격되도록 형성된 소스전극 및 드레인전극과, 상기 소스전극 및 드레인전극 위에 형성된 게이트절연층과, 상기 게이트절연층 위에 형성된 게이트전극으로 이루어진다. 상기 반도체층은 금속산화물 반도체물질로서, 산화아연(ZnO) 또는 아연갈륨산화물(GZO)로 형성된다. 상기와 같은 구조에 의해 반도체층의 채널층은 상기 기판과 수평한 경로로 형성되어 수직방향의 기생저항을 감소할 수 있게 된다.A liquid crystal display device according to the present invention has a substrate, a semiconductor layer formed on the substrate, a source electrode and a drain electrode formed to be spaced a predetermined distance above the semiconductor layer, A gate insulating layer formed on the source electrode and the drain electrode, and a gate electrode formed on the gate insulating layer. The semiconductor layer is a metal oxide semiconductor material, and is formed of zinc oxide (ZnO) or zinc gallium oxide (GZO). According to the above structure, the channel layer of the semiconductor layer is formed in a horizontal path with the substrate, and the parasitic resistance in the vertical direction can be reduced.
박막트랜지스터, 금속산화물 반도체, 탑게이트, 기생저항, 액정 Thin film transistor, metal oxide semiconductor, top gate, parasitic resistance, liquid crystal
Description
본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 산화금속 반도체물질을 사용함과 아울러 반도체층을 소스전극 및 드레인전극 하부에 형성하여 개구율 및 투과율이 향상되고 기생저항을 최소화할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a liquid crystal display device using a metal oxide semiconductor material and forming a semiconductor layer below the source electrode and the drain electrode, thereby improving the aperture ratio and transmittance, And a manufacturing method thereof.
최근 정보표시장치에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.2. Description of the Related Art Recently, there has been a growing interest in an information display device and a demand for a portable information medium has increased, and a lightweight thin film flat panel display (FPD), which replaces a cathode ray tube (CRT) And research and commercialization of these products have been focused on. Particularly, among such flat panel display devices, a liquid crystal display (LCD) is an apparatus for displaying an image using optical anisotropy of a liquid crystal, and is excellent in resolution, color display and picture quality and is actively applied to a notebook or desktop monitor.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터기판과 어레이기판 및 상기 컬러필터기판과 어레이기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.The liquid crystal display device mainly comprises a color filter substrate and an array substrate, and a liquid crystal layer formed between the color filter substrate and the array substrate.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동방식인 능동매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질실리콘 박막트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.The active matrix (AM) method, which is a driving method mainly used in the liquid crystal display, is a method of driving a liquid crystal of a pixel portion by using an amorphous silicon thin film transistor as a switching element.
이러한 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 박막트랜지스터를 포함하는 어레이기판의 제작에 다수의 마스크공정(즉, 포토리소그래피(photolithography)공정)을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크수를 줄이는 방법이 요구되고 있다.Since a manufacturing process of such a liquid crystal display device basically requires a number of mask processes (that is, a photolithography process) in manufacturing an array substrate including thin film transistors, a method of reducing the number of masks in terms of productivity is required have.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of a typical liquid crystal display device will be described in detail with reference to FIG.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing a general liquid crystal display device.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터기판(5)과 어레이기판(10) 및 상기 컬러필터기판(5)과 어레이기판(10) 사이에 형성된 액정층(30)으로 구성된다.1, the liquid crystal display comprises a
상기 컬러필터기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.The
또한, 상기 어레이기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라 인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.The
이와 같이 구성된 상기 컬러필터기판(5)과 어레이기판(10)은 화상표시영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정패널을 구성하며, 상기 컬러필터기판(5)과 어레이기판(10)의 합착은 상기 컬러필터기판(5) 또는 어레이기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.The
상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 박막트랜지스터를 포함하는 어레이기판의 제작에 다수의 마스크공정을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크수를 줄이는 방법이 요구되고 있다. 통상적으로 액정표시소자 제조공정에 대한 마스크저감 연구는 계속되어 현재 4-마스크 공정까지 개발되었다.Since a manufacturing process of the liquid crystal display device basically requires a plurality of mask processes to fabricate an array substrate including thin film transistors, a method of reducing the number of masks in terms of productivity is required. Conventionally, a mask reduction study for a liquid crystal display device fabrication process was continued until now to a 4-mask process.
도 2a∼도 2g는 액정표시소자를 형성하는 종래 4-마스크공정을 나타내는 도면이다.2A to 2G are diagrams showing a conventional 4-mask process for forming a liquid crystal display element.
우선, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1기판(30) 상에 금속을 적층하고 에칭하여 게이트전극(32)을 형성한다. 이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1기판(30) 전체에 걸쳐 절연물질 및 반도체물질을 적층하여 게이트절연층(31) 및 반도체층(34a)을 형성한다. 그 후, 상기 반도체층(34a) 위에 금속을 적층하여 제1금속층(36a)을 형성하고 그 위에 포토레지스트를 적층하여 제1포토레지스트층(38a)을 형성한다. 그리고, 상기 제1포토레지스트층(38a) 위에 마스크(60)를 위치시킨 후, 상기 제1포토레지스트층(38a)에 광을 조사한다.First, as shown in Fig. 2A, a metal is deposited on the
상기 마스크(60)는 하프톤마스크로서 광의 투과를 차단하는 차단영역(60a) 과, 광을 전부 투과시키는 투광영역(60c) 및 일부의 광을 투과시키는 반투과영역(60b)으로 이루어진다. 따라서, 마스크(60)에 의해 블로킹된 상태에서 상기 제1포토레지스트층(38a)에 광이 조사되면, 상기 영역(60a,60b,60c)별로 조사되는 광량이 달라지게 된다.The
이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 광이 조사된 제1포토레지스트층(38a)을 현상하여 제2포토레지스트층(38b)을 형성한다. 이때, 포토마스크(60)의 투과영역(60c)에 대응하는 포토레지스트는 완전히 제거되고 반투과영역(60b)에 대응하는 포토레지스트는 일부만이 제거되며, 차단영역(60a)에 대응하는 포토레지스트는 그대로 남아 있게 된다. 상기 제2포토레지스트층(38b)으로 제1금속층(36a)을 블로킹한 상태에서 식각액을 인가하여 상기 제1금속층(36a)을 식각한다.Thereafter, as shown in FIG. 2C, the first
금속층(36a)이 에칭됨에 따라, 도 2d에 도시된 바와 같이 제1기판(30) 위에 제2금속층(36b) 및 반도체층(34)이 형성된다.As the
이어서, 상기 제2포토레지스트층(38b)을 에이싱(ashing)하면 제2포토레지스트층(38b)의 상부 일부가 제거되어, 도 2e에 도시된 바와 같이 게이트전극(32)에 대응하는 제2금속층(36b)이 외부로 노출된 제3포토레지스트층(38c)이 형성된다. 이때, 상기 제2포토레지스트층(38b)의 에이싱에 의해 상기 제2포토레지스트층(38b) 상부 일부만이 제거되는 것이 아니라 제2포토레지스트층(38b)의 측면도 제거되므로, 제2금속층(36b)의 양측단부도 일부 노출된다.Subsequently, ashing the second
따라서, 상기와 같은 제3포토레지스트층(38c)에 의해 상기 제2금속층(36b)을 블로킹한 상태에서 상기 제2금속층(36b)을 에칭하면, 도 3f에 도시된 바와 같이 상 기 반도체층(34) 위에 소스전극(36) 및 드레인전극(37)이 형성된다.Therefore, if the
이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 제1기판(30) 전체에 걸쳐 보호층(38)을 형성하고 컨택홀을 형성한 후 상기 보호층(38) 위에 컨택홀을 통해 드레인전극(37)과 접속되는 화소전극(39)을 형성한다.2G, a
그리고, 제2기판(40)에 블랙매트릭스(42) 및 컬러필터층(46)을 형성한 후, 액정층(50)을 사이에 두고 상기 제1기판(30) 및 제2기판(40)을 합착함으로써 액정표시소자를 완성한다.After the
그러나, 상기와 같은 4-마스크공정에 의해 제작된 종래 액정표시소자는 다음과 같은 문제가 있다.However, the conventional liquid crystal display device manufactured by the 4-mask process has the following problems.
첫째, 비정질반도체로 이루어진 반도체층은 액정패널에 광을 공급하는 백라이트에 노출되어 상기 백라이트로부터 입사되는 광에 의해 여기되어 누설전류를 발생시킨다. 상기 반도체층의 하부에는 불투명한 게이트전극이 형성되어 백라이트로부터 입사되는 광을 일부 블로킹하지만, 상기 게이트전극이 폭이 반도체층 보다 작기 때문에, 노출된 반도체층으로 백라이트의 광이 입사되어 누설전류가 발생하게 되는 것이다.First, a semiconductor layer made of an amorphous semiconductor is exposed to a backlight that supplies light to a liquid crystal panel, and is excited by light incident from the backlight to generate a leakage current. An opaque gate electrode is formed under the semiconductor layer to partially block the light incident from the backlight. However, since the width of the gate electrode is smaller than that of the semiconductor layer, the backlight is incident on the exposed semiconductor layer, It will be done.
둘째, 박막트랜지스터의 반도체층에 의해 개구율 및 투과율이 감소한다. 상술한 4-마스크공정에서는 포토레지스트층을 에이싱할 때 제2포토레지스트층(38b) 상부 일부만이 제거되는 것이 아니라 포토레지스트층의 상부 일부 뿐만 아니라 포토레지스트층의 측면도 일부 제거되어 제2금속층(36b)의 양측단부도 일부 노출된다. 따라서, 제2금속층의 중앙영역을 에칭할 때 노출된 제2금속층(36b)의 일부도 에칭되어 상기 반도체층(34)의 일부 영역(A)가 소스전극(36) 및 드레인전극(37)의 외부로 연장되는데, 상기 반도체층이 불투명한 비정질실리콘을 이루어지기 때문에 상기 연장영역(A)은 액정표시장치의 개구율 및 투과율을 감소시키는 원인이 된다.Second, the aperture ratio and transmittance are reduced by the semiconductor layer of the thin film transistor. In the 4-mask process described above, not only a part of the upper portion of the second
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 개구율 및 투과율이 향상되고 기생저항을 최소화할 수 있는 박막트랜지스터 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a thin film transistor which can improve an aperture ratio and a transmittance and minimize a parasitic resistance and a manufacturing method thereof.
본 발명의 다른 목적은 상기 박막트랜지스터가 구비된 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having the thin film transistor and a method of manufacturing the same.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 박막트랜지스터는 복수의 화소영역을 포함하는 제1기판 및 제2기판; 설정된 폭으로 상기 제1기판의 상면에 직접 배치된 반도체층; 상기 반도체층 위의 양측면에 일정 거리 이격되도록 배치된 소스전극 및 드레인전극; 화소영역의 제1기판 위 및 드레인전극 위에 직접 구비되며, 상기 드레인전극과 전기적으로 접속되는 화소전극; 상기 소스전극 및 드레인전극 위에 배치된 게이트절연층; 상기 게이트절연층 위에 배치된 게이트전극; 제2기판에 구비된 블랙매트릭스 및 컬러필터층; 및 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 구비된 액정층으로 이루어지며, 상기 반도체층은 하면이 제1기판의 상면과 직접 접촉하고 상면이 소스전극 및 드레인전극의 하면과 직접 접촉하며, 상기 게이트절연층은 화소전극의 일부 영역 위에 배치된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a thin film transistor including: a first substrate and a second substrate including a plurality of pixel regions; A semiconductor layer directly disposed on an upper surface of the first substrate with a predetermined width; A source electrode and a drain electrode spaced apart from each other by a predetermined distance on both sides of the semiconductor layer; A pixel electrode directly provided on the first substrate and the drain electrode of the pixel region and electrically connected to the drain electrode; A gate insulating layer disposed on the source electrode and the drain electrode; A gate electrode disposed on the gate insulating layer; A black matrix and a color filter layer provided on the second substrate; And a liquid crystal layer provided between the first substrate and the second substrate, wherein the semiconductor layer directly contacts the upper surface of the first substrate and the upper surface thereof is in direct contact with the lower surface of the source electrode and the drain electrode, The insulating layer is disposed over a partial area of the pixel electrode.
상기 반도체층은 금속산화물 반도체물질로서, 산화아연(ZnO) 또는 아연갈륨산화물(GZO)로 형성된다. 상기와 같은 구조에 의해 반도체층의 채널층은 상기 기판과 수평한 경로로 형성되어 수직방향의 기생저항을 감소할 수 있게 된다.The semiconductor layer is a metal oxide semiconductor material, and is formed of zinc oxide (ZnO) or zinc gallium oxide (GZO). According to the above structure, the channel layer of the semiconductor layer is formed in a horizontal path with the substrate, and the parasitic resistance in the vertical direction can be reduced.
또한, 본 발명에 따른 박막트랜지스터 제조방법은 기판상에 반도체층과 금속층을 형성하는 단계와, 하프톤 마스크를 이용하여 상기 반도체층과 금속층을 식각하여 기판상의 반도체층 및 반도체층상의 소스전극 및 드레인전극을 형성하는 단계와, 상기 반도체층, 소스전극 및 드레인전극 위에 게이트절연층을 형성하는 단계와, 상기 게이트절연층 위에 게이트전극을 형성하는 단계로 구성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a thin film transistor, comprising: forming a semiconductor layer and a metal layer on a substrate; etching the semiconductor layer and the metal layer using a halftone mask to form a source electrode and a drain Forming a gate insulating layer on the semiconductor layer, the source electrode, and the drain electrode; and forming a gate electrode on the gate insulating layer.
그리고, 이러한 본 발명의 박막트랜지스터는 4-마스크공정에 의해 제작될수 있다.The thin film transistor of the present invention can be manufactured by a 4-mask process.
상술한 바와 같이, 본 발명의 박막트랜지스터는 반도체층이 금속산화물 반도체물질로 이루어진 투명한 박막트랜지스터이기 때문에, 상기 반도체층에 의해 개구율 및 투과율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 되며, 백라이트의 광이 반도체층에 입사되는 경우에도 반도체층이 여기되지 않기 때문에 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.As described above, since the thin film transistor of the present invention is a transparent thin film transistor in which the semiconductor layer is made of a metal oxide semiconductor material, the opening ratio and the transmittance can be prevented from being lowered by the semiconductor layer, It is possible to prevent leakage current from occurring because the semiconductor layer is not excited.
또한, 본 발명에서는 소스전극 및 드레인전극이 반도체층 위에 형성되어 채널층이 상기 반도체층에 직선의 경로로 형성되므로, 기생저항을 최소화할 수 있게 된다.Further, in the present invention, since the source electrode and the drain electrode are formed on the semiconductor layer and the channel layer is formed as a straight path to the semiconductor layer, the parasitic resistance can be minimized.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a structure of a liquid crystal display element according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자는 제1기판(130) 및 제2기판(140)과, 상기 제1기판(130) 및 제2기판(140) 사이에 형성된 액정층(150)으로 이루어진다.3, the liquid crystal display according to the present invention includes a
상기 제1기판(130)에는 반도체층(134)이 형성되어 있으며, 그 위에 소스전극(136) 및 드레인전극(137)이 형성된다. 상기 반도체층(134)은 산화아연(ZnO) 또 는 아연갈륨산화물(GZO)과 같은 금속산화 반도체물질로 이루어지며, 상기 소스전극(136) 및 드레인전극(137)은 Mo, Cu, MoTi, Al, Cr 등과 같은 전도성이 좋은 금속으로 이루어진다.A
또한, 상기 드레인전극(137) 및 제1기판(130) 상부에는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 도전물질로 이루어진 화소전극(139)이 형성되며, 반도체층(134)과 소스전극(136) 및 드레인전극(137), 화소전극(139) 위에 게이트절연층(131)이 형성된다. 상기 게이트절연층(131) 위에는 Mo, Cu, MoTi, Al, Cr 등으로 이루어진 게이트전극(132)이 형성되고 그 위에 상기 제1기판(130) 전체에 걸쳐서 보호막(138)이 형성된다.A
한편, 제2기판(140)에는 블랙매트릭스(142)와 컬러필터층(142)이 형성된다. 상기 블랙매트릭스(142)는 화상비표시영역으로 광이 누설되어 화질이 저하되는 것을 방지하기 위한 것으로, CrO나 CrO2 등과 같은 불투명한 물질로 이루어져 해당 영역으로 광이 투과하는 것을 차단한다. 컬러필터층(142)은 적(Red), 녹(Green) 청(Blue)의 서브-컬러필터로 이루어져 실제 컬러를 구현한다. 한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 블랙매트릭스(144) 위에는 투명한 도전물질로 이루어진 공통전극이 형성된다. 그리고, 상기 블랙매트릭스(144) 위에는 평탄화막이 형성될 수도 있으며, 이 경우 공통전극은 상기 평탄화막 위에 형성된다.On the other hand, a
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1기판(130) 및 제2기판(140)에는 배향막이 형성되어 액정층(150)의 액정분자를 일정 방향으로 배열시킨다. Although not shown in the figure, alignment layers are formed on the
상기와 같이 구성된 액정표시소자에서는 외부로부터 게이트전극(132)에 주사신호가 입력되면, 하부의 반도체층(134)에 채널층이 형성되어, 외부로부터 소스전극(136)에 입력된 화상신호가 상기 반도체층(134)에 형성된 채널층을 통해 드레인전극(137)으로 인가된 후 화소전극(139)으로 공급됨으로써 화상을 구현할 수 있게 된다.When a scanning signal is inputted to the
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자의 박막트랜지스터는 탑게이트(top gate)방식 박막트랜지스터이다. 그러나, 본 발명에 따른 탑게이트방식 박막트랜지스터는 종래 탑게이트방식 박막트랜지스터와는 다음과 같은 차이가 있다.As shown in FIG. 3, the thin film transistor of the liquid crystal display according to the present invention is a top gate thin film transistor. However, the top gate type thin film transistor according to the present invention has the following differences from the conventional top gate type thin film transistor.
도 4에 도시된 바와 같이, 통상적인 탑게이트방식 박막트랜지스터는 기판(230)에 광차단층(239)이 형성되고 그 위에 절연층(238)이 형성되어 있다. 즉, 통상적인 탑게이트방식 박막트랜지스터는 절연층(238) 위에 소스전극(236) 및 드레인전극(237)이 일정 거리 이격된 상태로 형성되고 상기 소스전극(236) 및 드레인전극(237)의 상부 및 절연층(238) 위에 반도체층(234)이 형성된다. 또한, 상기 반도체층(234) 위에 게이트절연층(232)이 형성되고 그 위에 게이트전극(231)이 형성된다. 이와 같이 반도체층(234)의 하부에 광차단층(239)을 형성함에 따라 백라이트로부터 광이 반도체층(234)으로 입사되어 반도체층(234)의 여기에 의해 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.4, a typical top gate type thin film transistor has a
이러한 통상적인 탑게이트방식 박막트랜지스터와 본 발명의 탑게이트방식 박막트랜지스터의 가장 중요한 차이는 통상적인 탑게이트방식 박막트랜지스터에서 반 도체층(234)이 소스전극(236) 및 드레인(237) 위에 형성되는데 반해, 본 발명의 탑게이트방식 박막트랜지스터에서는 반도체층(134)이 소스전극(136) 및 드레인전극(137) 하부에 형성된다는 것이다. 이러한 차이에 의해 본 발명의 탑게이트방식 박막트랜지스터는 통상의 탑게이트방식 박막트랜지스터에 비해 기생저항을 최소화할 수 있게 된다. 즉, 통상의 탑게이트방식 박막트랜지스터에서는 반도체층의 채널층(c)이 소스전극(236)의 상부, 절연층(238)의 상부 및 드레인전극(237)의 상부를 따라 복수의 굴곡진 경로를 따라 형성되지만, 본 발명의 탑게이트방식 박막트랜지스터에서는 소스전극(136) 및 드레인전극(137)이 반도체층(134) 위에 형성되므로 채널층의 경로가 상기 제1기판(130)의 표면을 따라 직선으로 형성한다.The most significant difference between this conventional top gate type thin film transistor and the top gate type thin film transistor of the present invention is that in a conventional top gate type thin film transistor, a
다시 말해서, 본 발명의 탑게이트방식 박막트랜지스터에서는 채널층이 기판의 표면과 수평한 경로로만 형성되고 통상의 탑게이트방식 박막트랜지스터에서는 채널층이 평행한 경로뿐만 아니라 수직한 경로로도 형성된다. 따라서, 통상의 탑게이트방식 박막트랜지스터에 비해 본 발명의 탑게이트방식 박막트랜지스터에서의 채널층의 기생저항이 감소하게 되며, 그 결과 채널층을 통한 전자의 이동도가 향상되어 박막트랜지스터의 스위칭 속도를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.In other words, in the top gate type thin film transistor of the present invention, the channel layer is formed only in a horizontal path with the surface of the substrate, and in a normal top gate type thin film transistor, the channel layer is formed not only in a parallel path but also in a vertical path. Therefore, the parasitic resistance of the channel layer in the top gate type thin film transistor of the present invention is reduced as compared with the conventional top gate type thin film transistor. As a result, the mobility of electrons through the channel layer is improved, It can be improved.
또한, 본 발명에서는 반도체층(134)이 산화아연(ZnO) 또는 아연갈륨산화물(GZO)과 같은 금속산화 반도체물질로 형성된다. 상기 산화아연(ZnO) 또는 아연갈륨산화물(GZO)은 Si과 같은 일반적인 반도체물질에 비해 밴드갭(band gap)이 크다(Si의 밴드갭은 1.12eV이고 ZnO의 밴드갭은 3.35eV). 따라서, Si에서는 백라이트로부터 입사되는 가시광선의 광자가 원자의 격자(lattice) 사이에 들어오는 경우 전자가 상기 광자를 흡수하여 가전자대(valence band)의 전자가 전도대(conduction band)로 여기되는데 반해, ZnO에서는 가시광선의 광자가 전자에 흡수되지 않고 그대로 ZnO를 투과하게 된다. 따라서, 본 발명의 박막트랜지스터에서는 가시광선이 그대로 반도체층(134)을 투과하게 되므로 반도체층(134)이 투명게 되는 것이다.In addition, in the present invention, the
이와 같이, 반도체층(134)이 투명하게 형성되므로, 종래 박막트랜지스터와는 달리 상기 반도체층(134)이 소스전극(136) 및 드레인전극(137)의 폭보다 큰 경우에도(즉, 도 2g에 도시된 종래 구조와 마찬가지로 반도체층의 일부가 소스전극 및 드레인전극 보다 연장되는 경우에도) 상기 반도체층(134)에 의한 개구율저하나 투과율저하는 발생하지 않게 된다. 또한, 산화아연(ZnO) 또는 아연갈륨산화물(GZO)은 백라이트에서 입사되는 가시광선을 흡수하지 않고 그대로 투과시키기 때문에, 광에 의한 반도체층(134)의 여기에 의해 누설전류가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. 따라서, 종래 탑게이트방식 박막트랜재스터에 비해 광차단층을 형성할 필요가 없게 된다.Unlike the conventional thin film transistor, even when the
이하, 도 5a∼5h를 참조하여 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5A to 5H.
우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 물질로 이루어진 제1기판(130)에 스퍼터링법(supptering process)이나 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 산화아연(ZnO) 또는 아연갈륨산화물(GZO)을 적층하여 제1반도체층(134a)을 형성한 후 그 위에 Mo, Cu, MoTi, Al, Cr 등과 같은 금속층을 증착법(evaporation)이나 스퍼터링법에 의해 적층하여 제1금속층(136a)을 형성한다.5, a
이어서, 상기 제1금속층(136a) 위에 포토레지스트를 스핀코팅법(spin coating process) 등에 의해 도포하여 제1포토레지스트층(138a)을 형성하고 그 위에 마스크(160)를 위치시킨 후, 상기 마스크(160)에 의해 제1포토레지스트층(138a)을 블로킹한 상태에서 UV(Ulatraviolet)과 같은 광을 조사하여 상기 제1포토레지스트층(138a)을 노광한다.Next, a photoresist is coated on the
이때, 상기 마스크(160)는 회절마스크 또는 하프톤(half tone)마스크로서, 광을 차단하는 차단영역(160a)과, 광을 전부 투과시키는 투과영역(160c) 및 일부의 광을 투과시키는 반투과영역(160b)으로 이루어진다. 이때, 상기 반투과영역(160b)은 설정된 투과율을 갖는 물질로 이루어져 입사되는 광의 일부를 흡수함으로써 원하는 세기의 광이 투과되도록 할 수 있으며, 복수의 슬릿으로 이루어져 입사되는 광을 회절시킴으로써 원하는 세기의 광이 투과되도록 할 수도 있을 것이다.At this time, the
한편, 상기 반도체층(134a)에는 별도의 처리가 실시되지 않을 수도 있으며, 열처리될 수도 있을 것이다. 상기 반도체층(134a)이 열처리되는 경우, 상기 열처리는 약 150℃ 이상의 온도에서 이루어지는데, 이러한 열처리에 의해 상기 산화아연(ZnO) 또는 아연갈륨산화물(GZO)과 같은 금속산화 반도체물질이 결정화되어 박막트랜지스터의 특성을 향상시킬 수 있게 된다.On the other hand, the
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 노광된 제1포토레지스트층(138a)을 현상하여 제2포토레지스트층(138b)을 형성한다. 이때, 마스크(160)의 투과영역에 대응하는 제1포토레지스트층은 완전히 제거되어 제1금속층(136a)이 외부로 노출되고 마스크(160)의 반투과영역영역에 대응하는 제1포토레지스트층은 일부만이 제거되며, 마스크(160)의 차단영역에 대응하는 제1포토레지스트층은 제거되지 않고 전부 남아 있게 되어 된다.Then, as shown in FIG. 5B, the exposed
그 후, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제2포토레지스트층(138b)으로 상기 제1금속층(136a) 및 제1반도체층(134a)을 블로킹한 상태에서 상기 상기 제1금속층(136a) 및 제1반도체층(134a)을 식각하여 제1기판(130) 상에 반도체층(134)과 제1금속층(136b)을 형성한다. 이때, 상기 제1금속층(136a) 및 반도체층(134a)의 식각은 습식식각(wet etching)에 의해 이루어질 수 있다. 5C, the
도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 식각에 의해 외부로 노출된 제1금속층(136)이 식각되어 상기 반도체층(134) 위에는 제2금속층(136b)이 형성된다. 그리고, 상기 제2포토레지스트층(138b)을 에이싱(ashing)하여 제3포토레지스트층(138c)을 형성한다. 상기 에이싱에 의해 제2포토레지스트층(138b)의 상부 일부가 제거되어 포토마스크(160)의 차단영역에 대응하는 제2포토레지스트층(138b)은 완전히 제거된다. 이에 따라, 상기 제3포토레지스트층(138c)은 상기 제2금속층(136b) 위에 서로 일정 간격으로 이격된 복수의 패턴으로 형성된다. 즉, 제2금속층(136b)의 중앙영역이 외부로 노출되는 것이다.As shown in FIG. 5D, the
또한, 상기 제2포토레지스트층(139b)의 에이싱에 의해 제2포토레지스트층(139b)의 상부만이 제거되는 것이 아니라 제2포토레지스트층(139b)의 측면도 제거되므로, 상기 제2금속층(136b)의 양측단부도 일부 외부로 노출된다.In addition, since the upper portion of the second photoresist layer 139b is not removed by the ashing of the second photoresist layer 139b but the side surface of the second photoresist layer 139b is also removed, 136b are also partially exposed to the outside.
도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 제3포토레지스트층(138c)으로 상기 제2금속층(136b)을 블로킹한 상태에서 상기 제2금속층(136b)를 식각함에 따라 외부로 노출 된 제2금속층(136b)의 중앙영역 및 양측단부가 식각되어, 반도체층(134) 위에 서로 일정 간격으로 이격된 소스전극(136) 및 드레인전극(137)이 형성된다.As shown in FIG. 5E, the
이어서, 도 5f에 도시된 바와 같이, 소스전극(136) 및 드레인전극(137)이 형성된 제1기판(130) 전체에 걸쳐 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxite)와 같은 투명한 전도성 금속산화물을 증착이나 스퍼터링법에 의해 적층한 후, 마스크와 식각액을 이용한 사진식각공정에 의해 식각하여 상기 제1기판(130)에 화소전극(139)을 형성한다. 이때, 상기 화소전극(139)은 상기 드레인전극(137)의 상부 및 액정표시소자의 화소영역에 형성되어 상기 드레인전극(137)과 화소전극(139)이 전기적으로 접속되므로, 상기 드레인전극(137)을 통해 입력되는 화상신호가 상기 화소전극(139)에 공급되는 것이다.. 그 후, 상기 제1기판(130)에 SiO2나 SiN2와 같은 절연물질을 플라즈마화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법에 의해 적층한 후 식각하여, 상기 반도체층(134), 소스전극(136), 드레인전극(137) 및 화소전극(139) 위에 게이트절연층(131)을 형성한다.5F, a transparent conductive metal such as ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide) is deposited over the entire surface of the
그리고, 상기 제1기판(130)에 증착이나 스퍼터링법에 의해 Mo, Cu, MoTi, Al, Cr 등의 금속을 적층한 후 사진식각공정에 의해 식각하여 상기 게이트절연층(131) 위에 게이트금속(132)을 형성하다.Metal such as Mo, Cu, MoTi, Al, or Cr is deposited on the
이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트금속(132)의 형성시 축적용량(storage capacitance)용 전극을 형성할 수도 있을 것이다. 상기 축적용량용 전극의 하부에는 게이트절연층(131)의 형성시 형성된 절연층이 구비되어, 상기 축적 용량용 전극과 화소전극(139) 사이에 축적용량을 형성한다.At this time, although not shown in the drawing, an electrode for storage capacitance may be formed when the
또한, 액정패널의 단부의 외곽영역, 즉 액정패널의 게이트라인 및 데이터라인의 단부에는 상기 게이트라인 및 데이터라인을 외부와 접속시키는 게이트패드 및 데이터패드가 형성된다.A gate pad and a data pad for connecting the gate line and the data line to the outside are formed at the edge of the end portion of the liquid crystal panel, that is, at the end of the gate line and the data line of the liquid crystal panel.
상기 데이터패드는 소스전극(136) 및 드레인전극(137)과 동일한 공정, 즉 금속의 적층 및 사진식각공정에 의해 형성되는데, 소스전극(136) 및 드레인전극(137)과 동일한 금속으로 이루어진 금속층 위에 ITO나 IZO와 같은 금속산화물을 형성함으로써 형성된다(화소전극을 형성할 때 형성된다). 또한, 게이트패드는 게이트전극을 형성할 때 동시에 형성된다.The data pad is formed on the metal layer made of the same metal as the
도 5h에 도시된 바와 같이, 반도체층(134), 소스전극(136) 및 드레인전극(137), 게이트전극(132)으로 이루어진 박막트랜지스터가 형성된 제1기판(130) 전체에 걸쳐 보호층(138)이 형성되며, 상기 제1기판(130)과 블랙매트릭스(142)와 컬러필터층(144)이 형성된 제2기판(140)이 서로 합착되고 상기 제1기판(130)과 제2기판(140) 사이에 액정층(150)을 구비함으로써 액정표시소자가 완성된다.A
보호층(138)은 SiO2나 SiN2와 같은 무기물을 PECVD법에 의해 적층하거나 포토아크릴이나 BCB(Benzo Cyclo Butene)과 같은 유기물을 스핀코팅법에 의해 도포함으로써 형성된다. 또한, 블랙매트릭스(142)는 CrO이나 CrO2와 같은 산화금속을 적층한 후 사진식각공정에 의해 식각함으로써 형성되며, 상기 컬러필터층은 상기 블랙매트릭스(142)를 경계로 적,녹,청의 잉크나 레지스트를 적층함으로써 형성된다.The
상기 제1기판(130) 및 제2기판(140)은 제1기판(130) 또는 제2기판(140)의 외곽영역에 형성된 실런트(sealant)에 의해 접착됨으로써 합착된다. 또한, 액정층(150)은 상기 제1기판(130) 및 제2기판(140)을 합착한 후 그 사이에 액정을 주입함으로써 형성할 수도 있고 제1기판(130) 또는 제2기판(140) 상에 액정을 적하한 후 제1기판(130) 및 제2기판(140)의 합착시 압력에 의해 적하된 액정을 제1기판(130) 및 제2기판(140) 전체에 걸쳐 균일하게 퍼트림으로써 형성할 수도 있을 것이다.The
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자는 반도체층으로 산화아연(ZnO) 또는 아연갈륨산화물(GZO)과 같은 산화금속 반도체물질을 사용하여 투명한 박막트랜지스터를 형성함으로써 백라이트의 광에 의해 박막트랜지스터의 특성이 저하되는 것을 방지하며, 반도체층을 소스전극 및 드레인전극 하부에 형성함으로써 반도체층에 발생하는 기생저항을 최소화할 수 있게 된다.As described above, in the liquid crystal display according to the present invention, a transparent thin film transistor is formed by using a metal oxide semiconductor material such as zinc oxide (ZnO) or zinc gallium oxide (GZO) as a semiconductor layer, And the parasitic resistance generated in the semiconductor layer can be minimized by forming the semiconductor layer under the source electrode and the drain electrode.
또한, 이러한 본 발명에 따른 액정표시소자의 박막트랜지스터는 반도체층 및 소스전극, 드레인전극 형성용 마스크, 화소전극 형성용 마스크, 게이트절연층 형성용 마스크, 게이트전극 형성용 마스크 등 총 4개의 마스크가 사용되는 4-마스크공정에 의해 제작되므로, 단순화된 공정에 의해 제작이 가능하게 된다.The thin film transistor of the liquid crystal display element according to the present invention has a total of four masks including a semiconductor layer and a source electrode, a mask for forming a drain electrode, a mask for forming a pixel electrode, a mask for forming a gate insulating layer, Since it is manufactured by the used 4-mask process, it can be manufactured by a simplified process.
한편, 상술한 설명에서는 새로운 구조의 박막트랜지스터가 액정표시소자에 적용된 구조만이 개시되어 있지만 본 발명은 이러한 액정표시소자에만 한정되는 것이 아니라 박막트랜지스터가 구비되는 다른 표시소자, 예를 들면 구동용 박막트랜지스터나 스위칭용 박막트랜지스터를 구비하는 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes; OLED)에도 적용될 수 있을 것이다.In the above description, only a structure in which a thin film transistor of a new structure is applied to a liquid crystal display element is disclosed. However, the present invention is not limited to such a liquid crystal display element but may be applied to other display elements provided with a thin film transistor, The present invention may be applied to an organic light emitting diode (OLED) including a transistor or a switching thin film transistor.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.While a great many are described in the foregoing description, it should be construed as an example of preferred embodiments rather than limiting the scope of the invention. Therefore, the invention should not be construed as limited to the embodiments described, but should be determined by equivalents to the appended claims and the claims.
도 1은 일반적인 액정표시소자의 구조를 나타내는 분해사시도.1 is an exploded perspective view showing a structure of a general liquid crystal display element.
도 2a∼도 2g는 종래 액정표시소자 제조방법을 나타내는 도면.2A to 2G are views showing a conventional method of manufacturing a liquid crystal display element.
도 3은 본 발명에 따른 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면.3 is a view showing a structure of a liquid crystal display element according to the present invention.
도 4는 통상적인 탑게이트방식 박막트랜지스터의 구조를 나타내는 도면.4 is a diagram showing the structure of a typical top gate type thin film transistor.
도 5a∼도 5h는 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법을 나타내는 도면.5A to 5H are views showing a method of manufacturing a liquid crystal display element according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Description of the Related Art [0002]
130,140 : 기판 131 : 게이트절연층130, 140: substrate 131: gate insulating layer
132 : 게이트전극 134 : 반도체층132: gate electrode 134: semiconductor layer
136 : 소스전극 137 : 드레인전극136: source electrode 137: drain electrode
138 : 보호층 142 : 블랙매트릭스138: protective layer 142: black matrix
144 : 컬러필터층 150 : 액정층144: color filter layer 150: liquid crystal layer
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