KR102259278B1 - Display device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표시장치와 그 제조 방법에 관한 것으로, 이 표시장치의 박막트랜지스터(TFT)는 게이트 라인과 연결된 게이트; 절연막을 관통하는 제1 홀; 상기 절연막을 관통하는 제2 홀, 상기 제1 홀 내에서 산화물 반도체 패턴에 접촉되고 데이터 라인에 연결된 제1 콘택 금속 패턴; 및 상기 제2 홀 내에서 상기 산화물 반도체 패턴에 접촉되고 상기 픽셀 전극에 연결된 제2 콘택 금속 패턴을 포함한다. 상기 제1 및 제2 콘택 금속 패턴과 상기 픽셀 전극이 같은 투명 전극으로 형성된다. 상기 데이터 라인이 상기 투명 전극과 다른 금속으로 형성된다. The present invention relates to a display device and a method for manufacturing the same, wherein a thin film transistor (TFT) of the display device includes: a gate connected to a gate line; a first hole passing through the insulating film; a second hole passing through the insulating layer and a first contact metal pattern in contact with the oxide semiconductor pattern and connected to the data line in the first hole; and a second contact metal pattern in contact with the oxide semiconductor pattern in the second hole and connected to the pixel electrode. The first and second contact metal patterns and the pixel electrode are formed of the same transparent electrode. The data line is formed of a metal different from that of the transparent electrode.
Description
본 발명은 산화물 반도체 박막트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)를 포함한 표시장치와 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a display device including an oxide semiconductor thin film transistor (TFT) and a method for manufacturing the same.
표시장치에는 픽셀에 인가되는 데이터 전압을 스위칭하거나 픽셀을 구동하기 위하여 매 픽셀마다 TFT가 형성되고 있다. TFT는 비정질 실리콘 TFT, 폴리 실리콘 TFT, 산화물 반도체 TFT 등이 알려져 있다. In the display device, a TFT is formed in each pixel to switch a data voltage applied to the pixel or to drive the pixel. As for TFT, amorphous silicon TFT, polysilicon TFT, oxide semiconductor TFT, etc. are known.
산화물 반도체 TFT는 이동도가 비정질 실리콘 TFT 보다 높고, 저온 공정에서 제작이 가능할 뿐 아니라 가시광을 투과하여 투명한 장점이 있다. 따라서, 고해상도 표시장치나 투명 디스플레이에는 산화물 반도체 TFT가 적합하다. Oxide semiconductor TFTs have higher mobility than amorphous silicon TFTs, can be manufactured in a low-temperature process, and are transparent through visible light. Therefore, an oxide semiconductor TFT is suitable for a high-resolution display device or a transparent display.
산화물 반도체는 산성 용액에 잘 녹는다. 따라서, 산화물 반도체 위에 적층된 금속을 습식 식각(Wet etching)할 때 식각액(etchant)에 의해 산화물 반도체가 유실될 수 있다. 산화물 반도체 위에 적층된 금속을 건식 식각(Dry etching)할 수 있으나, 건식 식각을 위해 발생되는 플라즈마에 의해 산화물 반도체의 표면에 손상(demage)이 발생될 수 있다. 산화물 반도체의 백 에칭(back etching)을 방지하기 위하여 산화물 반도체 상에 에치 스토퍼(etch stopper)가 형성되고 있다. Oxide semiconductors are soluble in acidic solutions. Accordingly, the oxide semiconductor may be lost by the etchant when wet etching the metal stacked on the oxide semiconductor. Although the metal stacked on the oxide semiconductor may be dry etched, the surface of the oxide semiconductor may be damaged by plasma generated for the dry etching. An etch stopper is formed on the oxide semiconductor to prevent back etching of the oxide semiconductor.
표시장치의 TFT 어레이 기판은 포토 마스크(Photo-mask) 공정을 이용하여 TFT, 배선, 픽셀 전극 등의 박막을 원하는 형태로 패터닝한다. 포토 마스크 공정은 박막 증착, 포토 레지스트 도포 공정, 포토 마스크 정렬, 노광, 현상, 식각 및 스트립(strip) 공정 등 일련의 공정을 차례로 실시하여 박막을 원하는 형상으로 패터닝하는 포토리소그래피(Photolithography) 공정 기술이다. 포토 마스크 공정 수를 줄이면, 제조 비용을 줄일 수 있고 수율을 높일 수 있다. The TFT array substrate of the display device uses a photo-mask process to pattern thin films such as TFTs, wirings, and pixel electrodes in a desired shape. The photomask process is a photolithography process technology in which a thin film is patterned into a desired shape by sequentially performing a series of processes such as thin film deposition, photoresist application process, photomask alignment, exposure, development, etching, and strip processes. . If the number of photomask processes is reduced, the manufacturing cost can be reduced and the yield can be increased.
TFT 어레이 기판의 제조 공정 수를 줄이기 위하여, 포토 마스크 공정에서 하프톤 마스크(half-tone mask)를 이용하여 두께 차이를 가지는 포토 레지스트를 형성할 수 있다. 이러한 하프톤 마스크를 이용하여 소스-드레인 금속과 투명 전극을 하나의 포토 마스크 공정에서 동시에 형성하는 방법이 시도되고 있다. 소스 드레인 금속은 구리(Cu)로 선택될 수 있고, 투명 전극은 일반적으로 ITO(Indium-Tin Oxide)로 선택된다. 이 방법은 식각액(Etchant)에 대한 구리(Cu)와 ITO의 식각비(etch ratio) 차이로 인하여 같은 구리(Cu)가 ITO에 비하여 더 빨리 식각되어 도 1과 같이 ITO 배선 폭이 구리(Cu) 배선 폭 보다 넓어진다. 이 방법이 데이터 라인에 적용되면 구리(Cu)의 양측 밖으로 돌출된 ITO로 인하여 데이터 라인이 넓어진다. 고온에서의 신뢰성 확보를 위하여, 데이터 라인과 픽셀 전극 간의 간격이 확보되어야 하고 이 간격은 블랙 매트릭스(Black matrix, BM)에 의해 가려진다. 데이터 라인과 픽셀 전극 간의 간격이 확보되어야 하기 때문에 데이터 라인의 ITO 돌출 부분(ITO tail) 만큼 픽셀의 개구 영역이 좁아져 픽셀의 개구율이 낮아진다.
In order to reduce the number of manufacturing processes for the TFT array substrate, a photoresist having a thickness difference may be formed by using a half-tone mask in the photomask process. A method of simultaneously forming a source-drain metal and a transparent electrode in one photomask process using such a halftone mask has been attempted. The source-drain metal may be selected from copper (Cu), and the transparent electrode may be generally selected from ITO (Indium-Tin Oxide). In this method, the same copper (Cu) is etched faster than ITO due to the difference in the etch ratio of copper (Cu) and ITO to the etchant, so that the ITO wiring width is copper (Cu) as shown in FIG. wider than the wiring width. When this method is applied to the data line, the data line is widened due to the ITO protruding out of both sides of the copper (Cu). In order to ensure reliability at high temperatures, a gap between the data line and the pixel electrode must be secured, and the gap is covered by a black matrix (BM). Since the gap between the data line and the pixel electrode must be secured, the aperture area of the pixel is narrowed by the ITO tail of the data line, so that the aperture ratio of the pixel is lowered.
본 발명은 픽셀의 개구율을 높일 수 있는 표시장치와 그 제조 방법을 제공한다.
The present invention provides a display device capable of increasing an aperture ratio of a pixel and a method of manufacturing the same.
본 발명의 표시장치의 TFT는 게이트 라인과 연결된 게이트; 절연막을 관통하는 제1 홀; 상기 절연막을 관통하는 제2 홀, 상기 제1 홀 내에서 산화물 반도체 패턴에 접촉되고 데이터 라인에 연결된 제1 콘택 금속 패턴; 및 상기 제2 홀 내에서 상기 산화물 반도체 패턴에 접촉되고 상기 픽셀 전극에 연결된 제2 콘택 금속 패턴을 포함한다. The TFT of the display device of the present invention includes a gate connected to a gate line; a first hole passing through the insulating film; a second hole passing through the insulating layer and a first contact metal pattern in contact with the oxide semiconductor pattern and connected to the data line in the first hole; and a second contact metal pattern in contact with the oxide semiconductor pattern in the second hole and connected to the pixel electrode.
상기 제1 및 제2 콘택 금속 패턴과 상기 픽셀 전극이 같은 투명 전극으로 형성된다. 상기 데이터 라인이 상기 투명 전극과 다른 금속으로 형성된다. The first and second contact metal patterns and the pixel electrode are formed of the same transparent electrode. The data line is formed of a metal different from that of the transparent electrode.
상기 제2 콘택 금속 패턴과 상기 픽셀 전극이 일체화된다. The second contact metal pattern and the pixel electrode are integrated.
상기 데이터 라인에 상기 드레인이 일체화된다. 별도의 소스 금속 패턴이 상기 제2 콘택 금속 패턴과 상기 픽셀 전극을 연결한다. The drain is integrated with the data line. A separate source metal pattern connects the second contact metal pattern and the pixel electrode.
상기 제1 및 제2 콘택 금속 패턴들 사이의 간격이 상기 TFT의 드레인과 상기 소스 금속 패턴 사이의 간격 보다 좁다. A gap between the first and second contact metal patterns is smaller than a gap between the drain of the TFT and the source metal pattern.
상기 표시장치의 제조 방법은 상기 게이트 절연막 상에 산화물 반도체 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 산화물 반도체를 덮도록 절연막 형성하고 상기 절연막 위에 제1 포토 레지스트 패턴을 형성한 후 상기 제1 포토 레지스트 패턴 아래의 절연막에 언더 컷 구조를 가지며 상기 산화물 반도체를 노출하는 제1 및 제2 홀들을 형성한 상태에서 콘택홀 필링 공정을 실시하여 상기 제1 홀 내에서 상기 산화물 반도체 패턴에 접촉된 제1 콘택 금속 패턴, 상기 제2 홀 내에서 상기 산화물 반도체 패턴에 접촉되는 제2 콘택 금속 패턴, 및 픽셀 전극을 동시에 형성하는 단계를 포함한다.
The method of manufacturing the display device may include forming an oxide semiconductor pattern on the gate insulating layer; and forming an insulating layer to cover the oxide semiconductor, forming a first photoresist pattern on the insulating layer, and then forming first and second holes having an undercut structure in the insulating layer under the first photoresist pattern and exposing the oxide semiconductor. A first contact metal pattern in contact with the oxide semiconductor pattern in the first hole by performing a contact hole filling process in the formed state, a second contact metal pattern in contact with the oxide semiconductor pattern in the second hole, and and simultaneously forming the pixel electrodes.
본 발명은 언더 컷 구조의 ESL 홀들이 형성된 상태에서 콘택홀 필링 공정을 수행하여 콘택 금속 패턴들과 픽셀 전극을 같은 투명 전극으로 동시에 형성하고, 소스-드레인 금속을 별도의 포토 마스크 공정으로 형성한다. 그 결과, 본 발명은 산화물 반도체 TFT의 숏 채널을 구현하고 콘택홀 필링 공정의 안정성을 높일 수 있을 뿐 아니라 픽셀의 개구율을 현저히 높일 수 있다.
In the present invention, contact metal patterns and a pixel electrode are simultaneously formed as the same transparent electrode by performing a contact hole filling process in a state in which ESL holes having an undercut structure are formed, and a source-drain metal is formed by a separate photomask process. As a result, according to the present invention, it is possible to realize a short channel of the oxide semiconductor TFT and increase the stability of the contact hole filling process, as well as significantly increase the aperture ratio of the pixel.
도 1은 하프톤 마스크를 이용한 포토 마스크 공정에서 소스-드레인 금속 밖으로 투명 전극이 돌출되는 예를 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 픽셀을 보여 주는 평면도이다.
도 3a 내지 도 9b는 도 2에 도시된 픽셀의 제조 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 10a 내지 도 10e는 콘택홀 필링 공정의 불량을 보여 주는 단면도들이다.
도 11a 내지 도 11b는 픽셀 전극 패턴의 다른 예를 보여 주는 도면들이다.
도 12는 ESL 홀의 언더컷 구조를 보여 주는 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 보여 주는 도면이다.
도 13은 본 발명의 표시장치에서 개구율 개선 효과를 보여 주는 도면이다. 1 is a diagram illustrating an example in which a transparent electrode protrudes out of a source-drain metal in a photomask process using a halftone mask.
2 is a plan view illustrating a pixel of a display device according to an exemplary embodiment of the present invention.
3A to 9B are diagrams illustrating a method of manufacturing the pixel illustrated in FIG. 2 .
10A to 10E are cross-sectional views illustrating defects in a contact hole filling process.
11A to 11B are diagrams illustrating another example of a pixel electrode pattern.
12 is a view showing a scanning electron microscope (SEM) image showing an undercut structure of an ESL hole.
13 is a view showing an effect of improving the aperture ratio in the display device of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numbers throughout the specification mean substantially the same elements. In the following description, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 픽셀은 데이터 라인들(DL), 데이터 라인들(DL)과 직교되는 게이트 라인들(GL), 데이터 라인들(DL)과 게이트 라인들(GL)의 교차 부분에 형성된 TFT, TFT에 연결된 픽셀 전극(PIX), 공통 전극(COM), 공통 전극(COM)에 공통 전압(Vcom)을 공급하기 위한 Vcom 버스 라인(CBUS) 등을 포함한다. Referring to FIG. 2 , pixels of a display device according to an exemplary embodiment of the present invention have data lines DL, gate lines GL orthogonal to the data lines DL, data lines DL and a gate line. a TFT formed at the intersection of the GLs, a pixel electrode PIX connected to the TFT, a common electrode COM, a Vcom bus line CBUS for supplying a common voltage Vcom to the common electrode COM, etc. do.
TFT는 산화물 반도체 TFT이다. 산화물 반도체 TFT는 채널비(W/L)에서 채널 길이(L)가 짧은 숏 채널(Short Chanel)로 구현되면 픽셀의 충전율을 높일 수 있다. 포토 마스크 공정은 TFT의 드레인과 소스가 합선되는 불량으로 인하여 숏 채널을 구현하기가 어렵다. 본 발명은 드레인과 소스의 합선 없이 산화물 반도체 TFT의 숏 채널을 구현하기 위하여 콘택홀 필링 공정(Contact Hole Filling, CHF)을 적용한다. The TFT is an oxide semiconductor TFT. When the oxide semiconductor TFT is implemented as a short channel having a short channel length (L) at a channel ratio (W/L), the filling rate of the pixel may be increased. In the photomask process, it is difficult to implement a short channel due to a short circuit between the drain and the source of the TFT. The present invention applies a contact hole filling process (CHF) to implement a short channel of an oxide semiconductor TFT without a short circuit between the drain and the source.
본 발명은 하프톤 마스크를 사용하지 않고 일반적인 포토 마스크를 이용하여 투명 전극과 소스-드레인 금속을 분리하여 패터닝함으로써 하프톤 마스크를 사용할 때 초래되는 투명 전극의 돌출을 방지한다. 하프톤 마스크는 일반적인 포토 마스크에 비하여 고가이기 때문에 하프톤 마스크를 일반적인 포토 마스크로 대체하면 제조 비용을 낮출 수 있다. 본 발명은 하프톤 마스크를 사용하지 않고 종래 기술과 같은 제조 공정 수로 TFT 어레이를 제작할 수 있다. The present invention prevents protrusion of the transparent electrode caused by using the halftone mask by separately patterning the transparent electrode and the source-drain metal using a general photomask without using the halftone mask. Since the halftone mask is more expensive than a general photomask, the manufacturing cost can be lowered by replacing the halftone mask with a general photomask. The present invention can fabricate a TFT array with the same number of manufacturing steps as in the prior art without using a halftone mask.
도 3a 내지 도 9b는 도 2에 도시된 픽셀의 제조 방법을 보여 주는 도면들이다. 도 2a 내지 도 9b는 도 1에서 선 "Ⅰ-Ⅰ'"를 따라 절취하여 TFT와 픽셀의 픽셀의 개구 영역을 보여 준다. 3A to 9B are diagrams illustrating a method of manufacturing the pixel illustrated in FIG. 2 . 2A to 9B show the TFT and the pixel opening area of the pixel taken along the line "I-I" in Fig. 1;
제1 포토 마스크 공정에 대하여 도 3a 및 도 3b를 결부하여 설명하기로 한다. 도 3a는 단면도이고, 도 3b는 평면도이다. The first photomask process will be described with reference to FIGS. 3A and 3B . 3A is a cross-sectional view, and FIG. 3B is a plan view.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 기판(SUBS) 상에 게이트 금속이 증착되고 제1 포토 마스크 공정에 의해 게이트 금속이 부분적으로 식각된다. 제1 포토 마스크 공정의 결과로, 기판(SUBS) 상에 게이트 금속 패턴이 형성된다. 게이트 금속은 구리(Cu)로 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 게이트 금속 패턴은 게이트 라인(GL), Vcom 버스 라인(CBUS) 등을 포함한다. 게이트 라인(GL)은 TFT의 게이트와 일체화된다. TFT는 게이트 라인(GL) 상에 형성된다. 이어서, 게이트 금속 패턴을 덮도록 게이트 절연막(GI)이 형성된다. 게이트 절연막(GI)은 산화물 반도체 TFT의 특성 변화를 방지할 수 있는 산화 실리콘(SiOx)으로 형성될 수 있다. 3A and 3B , a gate metal is deposited on a substrate SUBS and the gate metal is partially etched by a first photomask process. As a result of the first photomask process, a gate metal pattern is formed on the substrate SUBS. The gate metal may be selected from copper (Cu), but is not limited thereto. The gate metal pattern includes a gate line GL, a Vcom bus line CBUS, and the like. The gate line GL is integrated with the gate of the TFT. The TFT is formed on the gate line GL. Next, a gate insulating layer GI is formed to cover the gate metal pattern. The gate insulating layer GI may be formed of silicon oxide (SiOx) capable of preventing a change in characteristics of the oxide semiconductor TFT.
Vcom 버스 라인(CBUS)은 게이트 라인(GL)과 같은 게이트 금속으로 게이트 라인(GL)과 동일층에 형성된다. Vcom 버스 라인(CBUS)은 무기 절연막과 보호막을 관통하는 콘택홀(CNT)을 통해 공통 전극(COM)과 접촉된다. The Vcom bus line CBUS is the same gate metal as the gate line GL and is formed on the same layer as the gate line GL. The Vcom bus line CBUS is in contact with the common electrode COM through a contact hole CNT penetrating the inorganic insulating layer and the protective layer.
제2 포토 마스크 공정에 대하여 도 4a 및 도 4b를 결부하여 설명하기로 한다. 도 4a는 단면도이고, 도 4b는 평면도이다. The second photomask process will be described with reference to FIGS. 4A and 4B . 4A is a cross-sectional view, and FIG. 4B is a plan view.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명은 게이트 절연막(GI) 상에 산화물 반도체를 전면 증착하고 제2 포토 마스크 공정을 실시하여 산화물 반도체를 부분적으로 식각하여 산화물 반도체 패턴(ACT)을 형성한다. 산화물 반도체는 인듐-갈륨-아연 산화물4(Indium-Galium-Zinc Oxide, IGZO)으로 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 산화물 반도체 패턴(ACT)은 TFT 상에 형성된다. 산화물 반도체 패턴(ACT)은 TFT의 숏 채널 영역, 숏 채널 영역을 사이에 두고 분리된 드레인 콘택 영역 및 소스 콘택 영역을 포함한다. 드레인 콘택 영역은 TFT의 드레인이 산화물 반도체 패턴(ACT)과 접촉되는 부분이다. 소스 콘택 영역은 TFT의 소스가 산화물 반도체 패턴과 접촉되는 부분이다. 4A and 4B , in the present invention, an oxide semiconductor pattern ACT is formed by depositing an oxide semiconductor on the gate insulating layer GI and performing a second photomask process to partially etch the oxide semiconductor. The oxide semiconductor may be selected from Indium-Galium-Zinc Oxide (IGZO), but is not limited thereto. The oxide semiconductor pattern ACT is formed on the TFT. The oxide semiconductor pattern ACT includes a short channel region of the TFT, a drain contact region and a source contact region separated with the short channel region interposed therebetween. The drain contact region is a portion in which the drain of the TFT is in contact with the oxide semiconductor pattern ACT. The source contact region is a portion where the source of the TFT is in contact with the oxide semiconductor pattern.
제3 포토 마스크 공정에 대하여 도 5a 및 도 5b를 결부하여 설명하기로 한다. 도 5a는 단면도이고, 도 5b는 평면도이다. The third photomask process will be described with reference to FIGS. 5A and 5B . 5A is a cross-sectional view, and FIG. 5B is a plan view.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명은 에치 스토퍼(etch stopper)로 사용되는 무기 절연막을 증착하고, 그 위에 제1 포토 레지스트를 도포한다. 이어서, 본 발명은 제3 포토 마스크 공정을 실시한다. 제3 포토 마스크 공정은 제1 포토 레지스트를 부분적으로 제거하여 제1 포토 레지스트 패턴(PR1)을 형성하고, 그 포토 레지스트 패턴(PR1)의 홀 내에서 노출된 무기 절연막을 식각하여 산화물 반도체 패턴(ACT)을 노출하는 ESL 홀들(EHOLE)을 형성한다. ESL 홀들(EHOLE)은 무기 절연막을 관통하여 TFT의 산화물 반도체 패턴(ACT)에서 드레인 콘택 영역을 노출하는 제1 ESL 홀과, 소스 콘택 영역을 노출하는 제2 ESL 홀로 나뉘어진다. 무기 절연막은 SiOx로 형성될 수 있다. 후술하는 콘택 금속 패턴의 습식 식각 시에 산화물 반도체 패턴(ACT)이 식각되어 유실되는 문제를 방지하기 위하여, 제1 포토 레지스트 패턴(PR1) 아래의 에치 스토퍼 패턴(ESL)의 측면은 언더 컷(undercut, UC) 구조가 되도록 과식각되어야 한다.5A and 5B, in the present invention, an inorganic insulating film used as an etch stopper is deposited, and a first photoresist is applied thereon. Next, the present invention performs a third photomask process. In the third photomask process, the first photoresist is partially removed to form the first photoresist pattern PR1 , and the inorganic insulating layer exposed in the hole of the photoresist pattern PR1 is etched to form the oxide semiconductor pattern ACT. ) to form ESL holes EHOLE. The ESL holes EHOLE pass through the inorganic insulating layer and are divided into a first ESL hole exposing a drain contact region and a second ESL hole exposing a source contact region in the oxide semiconductor pattern ACT of the TFT. The inorganic insulating layer may be formed of SiOx. In order to prevent the oxide semiconductor pattern ACT from being etched and lost during wet etching of the contact metal pattern to be described later, the side surface of the etch stopper pattern ESL under the first photoresist pattern PR1 is undercut. , UC) structure should be overetched.
표시패널의 외곽에서 게이트 금속 패턴 일부를 노출하기 위하여 제3 포토 마스크 공정에 앞서 포토 마스크 공정을 실시하여 게이트 절연막(GI)을 부분적으로 식각할 수 있다.The gate insulating layer GI may be partially etched by performing a photomask process prior to the third photomask process in order to expose a portion of the gate metal pattern at the periphery of the display panel.
ESL 홀들(EHOLE)의 언더 컷 구조(UC)는 습식 식각과 건식 식각을 연속 실시하는 방법으로 구현된다. ESL 홀들(EHOLE)의 언더 컷 구조(UC)에서, 도 12와 같이 제1 포토 레지스트 패턴(PR1) 아래의 안쪽으로부터 에치 스토퍼 패턴(ESL)의 측면이 낮은 기울기로 점차 낮아지는 테이퍼(taper) 면으로 형성된다. 습식 식각만 실시하면, 무기 절연막을 녹이는 식각액으로 인하여 산화물 반도체 패턴(ACT)도 녹아 산화물 반도체 패턴(ACT)이 유실될 수 있다. 이 문제를 방지하기 위하여, 제3 포토 마스크 공정은 습식 식각 공정 시간을 줄이고 습식 식각 공정에 이어서 건식 식각 공정으로 에치 스토포 막(ESL)을 더 식각하여 산화물 반도체 패턴(ACT)의 손상 없이 에치 스토퍼 패턴(ESL)을 언더 컷 구조로 패터닝한다. The undercut structure UC of the ESL holes EHOLE is implemented by continuously performing wet etching and dry etching. In the undercut structure UC of the ESL holes EHOLE, as shown in FIG. 12 , the side surface of the etch stopper pattern ESL from the inside under the first photoresist pattern PR1 gradually decreases with a low slope. is formed with If only wet etching is performed, the oxide semiconductor pattern ACT may also be melted due to the etchant that melts the inorganic insulating layer, and the oxide semiconductor pattern ACT may be lost. In order to prevent this problem, the third photomask process reduces the wet etch process time and further etches the etch stop layer ESL by a dry etch process following the wet etch process to prevent damage to the oxide semiconductor pattern ACT without damaging the etch stopper. The pattern ESL is patterned into an undercut structure.
언더 컷 구조(UC)로 ESL 홀들(EHOLE)이 형성된 상태에서, TFT의 숏 채널을 구현하기 위한 콘택홀 필링 공정이 실시된다. 콘택홀 필링 공정은 TFT의 숏 채널을 사이에 두고 분리된 ESL 홀(EHOLE) 내에 콘택 금속을 형성함과 동시에 픽셀 전극(PXL)을 형성한다. 콘택 금속은 ITO(Indium-Tin Oxide)로 형성될 수 있다. In a state in which the ESL holes EHOLE are formed with the undercut structure UC, a contact hole filling process for realizing a short channel of the TFT is performed. In the contact hole filling process, the contact metal is formed in the ESL hole EHOLE separated with the short channel of the TFT interposed therebetween, and the pixel electrode PXL is formed at the same time. The contact metal may be formed of indium-tin oxide (ITO).
콘택홀 필링 공정은 먼저, 도 6a와 같이 제1 포토 레지스트 패턴(PR1)과 게이트 절연막(GI)을 덮도록 콘택 금속(CM)을 증착하고 그 위에 제2 포토 레지스트를 도포한다. 이어서, 콘택홀 필링 공정은 애싱(ashing) 공정을 실시하여 제2 포토 레지스트의 두께를 낮추어 제2 포토 레지스트 패턴(PR2)을 형성한다. 제2 포토 레지스트 패턴(PR2)은 ESL 홀들 내에서 콘택 금속을 덮고 픽셀의 개구 영역에서 콘택 금속으로 된 픽셀 전극(PXL)을 덮는다. 언더 컷 구조의 ESL 홀들(EHOLE) 내에 제2 포토 레지스트 패턴(PR2)이 충진되어 그 아래의 콘택 금속(CM)을 보호한다(도 6b). 이어서, 콘택홀 필링 공정은 콘택 금속(CM)을 습식 식각하여 노출된 콘택 금속(CM)을 제거한다(도 6c). 그 결과, 콘택 금속 패턴은 ESL 홀들(EHOLE) 내에서 언더 컷 구조(UC)의 하단 오목한 부분의 측면으로 연장된 그릇 형태로 잔류한다. 픽셀의 개구 영역에서 잔류하는 콘택 금속 패턴은 픽셀 전극(PXL)으로서 잔류한다(도 6d 및도 6e). 도 6d 및 도 6e는 콘택 금속 패턴들은 픽셀 전극(PXL)과 TFT의 콘택 금속 패턴이 분리된 예의 단면도와 평면도이다. In the contact hole filling process, first, as shown in FIG. 6A , a contact metal CM is deposited to cover the first photoresist pattern PR1 and the gate insulating layer GI, and a second photoresist is applied thereon. Subsequently, in the contact hole filling process, an ashing process is performed to lower the thickness of the second photoresist to form the second photoresist pattern PR2 . The second photoresist pattern PR2 covers the contact metal in the ESL holes and covers the pixel electrode PXL made of the contact metal in the opening region of the pixel. The second photoresist pattern PR2 is filled in the ESL holes EHOLE of the undercut structure to protect the contact metal CM thereunder ( FIG. 6B ). Subsequently, the contact hole filling process removes the exposed contact metal CM by wet etching the contact metal CM ( FIG. 6C ). As a result, the contact metal pattern remains in the shape of a bowl extending to the side of the lower concave portion of the undercut structure UC in the ESL holes EHOLE. The contact metal pattern remaining in the opening region of the pixel remains as the pixel electrode PXL ( FIGS. 6D and 6E ). 6D and 6E are a cross-sectional view and a plan view of an example in which the contact metal pattern of the pixel electrode PXL and the contact metal pattern of the TFT are separated.
ESL 홀들(EHOLE)이 언더 컷 구조(UC)로 되어야만 제2 포토 레지스트 패턴(PR2)이 콘택 금속(CM)의 과식각을 방지할 수 있고 식각액으로부터 산화물 반도체 패턴(ACT)을 보호할 수 있다.Only when the ESL holes EHOLE have the undercut structure UC, the second photoresist pattern PR2 can prevent over-etching of the contact metal CM and protect the oxide semiconductor pattern ACT from the etchant.
제2 포토 레지스트의 애싱 불균형에 관계 없이 콘택 금속으로 이용되는 ITO가 ESL 홀들(EHOLE) 내에서 적게 노출된 부분을 기준으로 습식 식각 공정 시간을 길게적용할 수 있다. 습식 식각 공정 시간이 길어져도, 언더 컷 구조(UC)의 하단 오목한 부분에 충진된 제2 포토 레지스트 패턴(PR2)으로 인하여 식각액의 침투 경로가 길어져 습식 식각 공정이 길어져도, ITO가 과식각되거나 산화물 반도체 패턴(ACT)이 유실되지 않는다. 스트립 공정을 실시하여 제2 포토 레지스트 패턴(PR2)을 제거하면 불필요한 ITO가 제거된다. 스트립 공정에서 리프트 오프(Lift off) 공정과 같은 방법으로 제2 포토 레지스트 패턴과 함께 ITO 막이 함께 제거되어 불필요한 ITO 전막이 남지 않는다. 기판 상에서 부분적으로 포토 레지스트와 콘택 금속이 리프트 오프되기 때문에 기판 전면에서 리프트 오프 공정이 실시될 때 초래되는 ITO 잔막에 의해 PR 스트립 노즐이 막히는 문제가 없다. Regardless of the ashing imbalance of the second photoresist, a long wet etching process time may be applied based on a portion where ITO used as a contact metal is less exposed in the ESL holes EHOLE. Even if the wet etching process time is prolonged, the penetration path of the etchant is lengthened due to the second photoresist pattern PR2 filled in the lower concave portion of the undercut structure UC, so even if the wet etching process is prolonged, the ITO may be overetched or oxide The semiconductor pattern ACT is not lost. When the second photoresist pattern PR2 is removed by performing a strip process, unnecessary ITO is removed. In the strip process, the ITO film is removed together with the second photoresist pattern by the same method as the lift off process, so that an unnecessary entire ITO film is not left. Since the photoresist and the contact metal are partially lifted off on the substrate, there is no problem that the PR strip nozzle is clogged by the remaining ITO film caused when the lift-off process is performed on the entire substrate.
제4 포토 마스크 공정에 대하여 도 7a 및 도 7b를 결부하여 설명하기로 한다. 도 7a는 단면도이고, 도 7b는 평면도이다. The fourth photomask process will be described with reference to FIGS. 7A and 7B . 7A is a cross-sectional view, and FIG. 7B is a plan view.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제4 포토 마스크 공정은 소스-드레인 금속을 기판 상에 증착하고, 그 소스-드레인 금속을 부분적으로 식각하여 소스-드레인 금속 패턴을 형성한다. 소스-드레인 금속은 구리(Cu)일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 소스- 드레인 금속 패턴은 데이터 라인(DL), TFT의 소스 금속 패턴(S), 및 Vcom 콘택 전극(C) 등을 포함한다. 데이터 라인(DL)은 TFT의 드레인과 일체화된다. Vcom 콘택 전극(C)은 Vcom 버스 라인(CBUS)과 공통 전극(COM)을 연결한다. TFT의 드레인과 소스는 각각 콘택 금속 패턴(CM)을 통해 산화물 반도체 패턴(ACT)과 접촉된다. 콘택 금속 패턴(CM)은 제1 ESL 홀(EHOLE)에 의해 정의된 산화물 반도체 패턴(ACTG)의 드레인 콘택 영역에 형성된 제1 콘택 금속 패턴, 제2 ESL 홀(EHOLE)에 의해 정의된 산화물 반도체 패턴(ACTG)의 소스 콘택 영역에 형성된 제2 콘택 금속 패턴으로 나뉘어진다. Referring to FIGS. 7A and 7B , in the fourth photomask process, a source-drain metal is deposited on a substrate, and the source-drain metal is partially etched to form a source-drain metal pattern. The source-drain metal may be copper (Cu), but is not limited thereto. The source-drain metal pattern includes a data line DL, a source metal pattern S of the TFT, and a Vcom contact electrode C, and the like. The data line DL is integrated with the drain of the TFT. The Vcom contact electrode C connects the Vcom bus line CBUS and the common electrode COM. The drain and the source of the TFT are in contact with the oxide semiconductor pattern ACT through the contact metal pattern CM, respectively. The contact metal pattern CM is an oxide semiconductor pattern defined by the first contact metal pattern formed in the drain contact region of the oxide semiconductor pattern ACTG defined by the first ESL hole EHOLE and the second ESL hole EHOLE. It is divided into a second contact metal pattern formed in the source contact region of (ACTG).
제4 포토 마스크 공정은 하프톤 마스크를 사용하지 않고 일반 포토 마스크를 사용하여 소스-드레인 금속만을 패터닝한다. 따라서, 소스 드레인 금속 패턴 아래에 ITO가 없으므로 소스-드레인 금속 패턴 밖으로 돌출되는 ITO tail이 없다.In the fourth photomask process, only the source-drain metal is patterned using a general photomask without using a halftone mask. Therefore, since there is no ITO under the source-drain metal pattern, there is no ITO tail protruding out of the source-drain metal pattern.
현재의 포토 마스크 공정 기술에 의하면, TFT의 소스 및 드레인이 합선되는 불량을 방지하기 위하여 드레인과 소스 사이의 간격을 최소 7μm 이상의 마진(Margin, MG) 길이 이상으로 하여야 한다. 따라서, 현재의 포토 마스크 공정 기술은 TFT의 채널 길이를 7μm 보다 작게 하기가 곤란하므로 TFT의 숏 채널 구현이 불가능하다. 본 발명은 콘택홀 필링 공정으로 무기 절연막에 에치 스토퍼 패턴(ESL)을 사이에 두고 근접한 ESL 홀들(EHOLE)을 형성하고 그 안에 콘택 금속 패턴들(CM)을 형성함으로써 마진(MG) 보다 작은 길이(L)을 구현할 수 있다. TFT의 숏 채널 길이(L)는 ESL 홀들(EHOLE) 간의 간격과 같으며 콘택홀 필링 공정으로 가능한 5~6μm 정도로 짧게 형성될 수 있다. According to the current photomask process technology, in order to prevent a defect in which the source and drain of the TFT are short-circuited, the distance between the drain and the source must be at least 7 μm or more and the margin (MG) length must be greater than or equal to 7 μm. Therefore, the current photomask process technology makes it difficult to make the channel length of the TFT smaller than 7 μm, so that it is impossible to implement a short channel of the TFT. According to the present invention, a length smaller than the margin MG by forming adjacent ESL holes EHOLE with an etch stopper pattern ESL interposed therebetween and forming contact metal patterns CM therein through a contact hole filling process L) can be implemented. The short channel length L of the TFT is equal to the distance between the ESL holes EHOLE, and may be formed as short as 5 to 6 μm as possible through the contact hole filling process.
제5 포토 마스크 공정에 대하여 도 8a 및 도 8b를 결부하여 설명하기로 한다. 도 8a는 단면도이고, 도 8b는 평면도이다. The fifth photomask process will be described with reference to FIGS. 8A and 8B . 8A is a cross-sectional view, and FIG. 8B is a plan view.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제5 포토 마스크 공정은 소스-드레인 금속 패턴과 픽셀 전극(PXL)을 덮도록 보호막 재료를 기판 전면에 증착하고, 그 보호막 재료를 부분적으로 식각한다. 보호막 재료는 SiOx일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 제5 포토 마스크 공정의 결과, 보호막(PAS)에 Vcom 콘택 전극(C)을 노출하는 콘택홀(CNT)이 형성된다. Referring to FIGS. 8A and 8B , in the fifth photomask process, a passivation layer material is deposited on the entire substrate to cover the source-drain metal pattern and the pixel electrode PXL, and the passivation layer material is partially etched. The passivation layer material may be SiOx, but is not limited thereto. As a result of the fifth photomask process, a contact hole CNT exposing the Vcom contact electrode C is formed in the passivation layer PAS.
제6 포토 마스크 공정에 대하여 도 9a 및 도 9b를 결부하여 설명하기로 한다. 도 9a는 단면도이고, 도 9b는 평면도이다. The sixth photomask process will be described with reference to FIGS. 9A and 9B . 9A is a cross-sectional view, and FIG. 9B is a plan view.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명은 기판(SUBS) 상에 투명 전극 재료를 증착하고 제6 포토 마스크 공정을 실시하여 투명 전극 재료를 부분적으로 식각하여 공통 전극(COM)을 형성한다. 공통 전극(COM)은 콘택홀(CNT)을 통해 Vcom 콘택 전극(C)과 Vcom 버스 라인(CBUS)에 연결된다. 투명 전극 재료는 ITO로 선택될 수 있다. 픽셀 전극(PIX)은 TFT의 소스에 연결되고 픽셀의 개구 영역에 형성되어 공통 전극(COM)과 함께 전계를 형성한다. 픽셀 전극(PIX)는 소스-드레인 금속 패턴으로 형성된 TFT의 소스 금속 패턴(S)을 통해 콘택 금속 패턴(CM)에 직접 연결되거나 도 11a 및 도 11b와 같이 콘택 금속 패턴(CM)과 일체화된다. 9A and 9B , in the present invention, a common electrode COM is formed by depositing a transparent electrode material on a substrate SUBS and performing a sixth photomask process to partially etch the transparent electrode material. The common electrode COM is connected to the Vcom contact electrode C and the Vcom bus line CBUS through the contact hole CNT. The transparent electrode material may be selected as ITO. The pixel electrode PIX is connected to the source of the TFT and is formed in the opening region of the pixel to form an electric field together with the common electrode COM. The pixel electrode PIX is directly connected to the contact metal pattern CM through the source metal pattern S of the TFT formed of the source-drain metal pattern, or is integrated with the contact metal pattern CM as shown in FIGS. 11A and 11B .
본원 발명자들은 실험을 통해 콘택홀 필링 공정에서 ESL 홀들(EHOLE)을 언더 컷 구조로 형성하지 않으면 콘택 금속의 습식 식각 과장에서 ESL 홀들이 불균일하게 되고 산화물 반도체가 손상되는 문제를 발견하였다. 이하에서, 언더 컷 구조 없이 콘택홀 필링 공정을 실시한 예를 비교예로서 설명하기로 한다. The inventors of the present invention discovered a problem in that, if the ESL holes (EHOLE) are not formed as an undercut structure in the contact hole filling process through experiments, the ESL holes become non-uniform and the oxide semiconductor is damaged during wet etching of the contact metal. Hereinafter, an example in which a contact hole filling process is performed without an undercut structure will be described as a comparative example.
도 10a 내지 도 10e를 참조하면, 비교예는 제1 포토 레지스트 패턴(PR1)에서 노출된 무기 절연막을 식각하여 언더 컷 구조가 없는 ESL 홀을 형성한 후, 제1 포토 레지스트 패턴(PR1)과 ESL 홀들을 덮도록 콘택 금속(CM)을 기판 전면에 증착한다. 이어서, 비교예는 콘택 금속(CM) 상에 제2 포토 레지스트를 도포한 다음, 애싱 공정을 실시하여 제2 포토 레지스트의 두께를 낮추어 제2 포토 레지스트 패턴(PR2)을 형성한다. 제2 포토 레지스트는 제1 포토 레지스트 패턴(PR1)에 의해 정의된 ESL 홀들 내에 충진되어 그 아래의 콘택 금속(CM)을 보호한다. 10A to 10E , in the comparative example, an ESL hole having no undercut structure is formed by etching the inorganic insulating layer exposed in the first photoresist pattern PR1 , and then the first photoresist pattern PR1 and the ESL are formed. A contact metal (CM) is deposited on the entire surface of the substrate to cover the holes. Next, in Comparative Example, a second photoresist is coated on the contact metal CM and then an ashing process is performed to lower the thickness of the second photoresist to form a second photoresist pattern PR2 . The second photoresist is filled in the ESL holes defined by the first photoresist pattern PR1 to protect the contact metal CM thereunder.
제2 포토 레지스트의 두께와 애싱 공정은 기판 전면에서 균일하게 되기가 어렵다. 애싱 차이에 따라 ESL 홀들 내의 제2 포토 레지스트 패턴(PR2) 두께가 기판 상의 위치에 따라 달라질 수 있다. 도 10c의 (a)는 ESL 홀들 내에서 콘택 전극(CM)이 많이 노출된 예이고, 도 10c의 (b)는 ESL 홀들 내에서 제2 포토 레지스트패턴(PR2)의 두께가 상대적으로 두꺼워 콘택 전극(CM)의 노출 부분이 작은 예를 나타낸다. The thickness of the second photoresist and the ashing process are difficult to be uniform across the entire substrate. Due to the difference in ashing, the thickness of the second photoresist pattern PR2 in the ESL holes may vary depending on the position on the substrate. (a) of FIG. 10C is an example in which a large amount of the contact electrode CM is exposed in the ESL holes, and (b) of FIG. 10C shows that the thickness of the second photoresist pattern PR2 is relatively thick in the ESL holes. (CM) shows an example where the exposed portion is small.
도 10c의 (b)를 기준으로 콘택 금속(CM)을 습식 식각하면, ESL 홀 내에서 노출된 부분이 많은 콘택 금속(CM)이 과식각되어 도 10d의 (a)와 같이 식각액으로 산화물 반도체 패턴(ACT)이 유실될 수 있다. 도 10c의 (a)를 기준으로 콘택 금속(CM)을 습식 식각하면, ESL 홀 내에서 노출된 작은 콘택 금속(CM)이 도 10d의 (b)와 같이 그릇 형태로 잔류한다. 따라서, ESL 홀을 언더 컷 구조로 하지 않은 상태에서 콘택홀 필링 공정을 실시하면, 공정 불량 수준이 제2 포토 레지스트의 두께 차이와 애싱 공정 불균일에 영향을 많이 받게 된다. 비교예는 식각액의 침투 경로가 짧아 산화물 반도체의 손상이 쉽게 일어날 수 있다. 이에 비하여, 본 발명은 콘택홀 필링 공정에서 ESL 홀을 언더 컷 구조로 형성하여 식각액의 침투 경로를 길게 함으로써 제2 포토 레지스트의 두께 차이와 애싱 공정 불균일이 있더라도 ESL 홀 내의 콘택 금속을 균일하게 잔류시킬 수 있고 산화물 반도체 패턴(ACT)의 유실도 방지할 수 있다. When the contact metal (CM) is wet-etched based on (b) of FIG. 10C, the contact metal (CM) with many exposed portions in the ESL hole is over-etched, so that an oxide semiconductor pattern with an etchant as shown in (a) of FIG. 10D (ACT) may be lost. When the contact metal CM is wet-etched based on (a) of FIG. 10C , the small contact metal CM exposed in the ESL hole remains in a bowl shape as shown in FIG. 10D (b). Therefore, if the contact hole filling process is performed in a state in which the ESL hole is not formed into an undercut structure, the level of process defect is greatly affected by the thickness difference of the second photoresist and the non-uniformity of the ashing process. In Comparative Example, since the penetration path of the etchant is short, the oxide semiconductor may be easily damaged. In contrast, in the present invention, in the contact hole filling process, the ESL hole is formed into an undercut structure to lengthen the penetration path of the etchant, so that the contact metal in the ESL hole can be uniformly retained even if there is a difference in the thickness of the second photoresist and uneven ashing process. Also, the loss of the oxide semiconductor pattern ACT may be prevented.
비교예는 도 10a와 같이 하프톤 마스크를 이용하여 하나의 포토 마스크 공정에서 소스-드레인 금속과 픽셀 전극을 패터닝할 수 있다. 이 경우에, 식각비의 차이로 인하여 픽셀 전극이 소스-드레인 금속 패턴 밖으로 돌출된다. 피셀 전극의 돌출 부분(ITO tail) 만큼 픽셀의 개구 영역이 감소된다. 비교예는 콘택 금속 패턴을 형성한 후에 소스-드레이 금속과 픽셀 전극을 하나의 포토 마스크 공정에서 형성하기 때문에 ESL 홀 내에 콘택 금속 패턴과 그 위에 픽셀 전극의 일부가 적층되어 있다. 본 발명은 ESL 홀 내의 콘택 금속과 픽셀 전극을 콘택홀 필링 공정으로 패터닝하고, 일반 포토 마스크를이용한 포토 마스크 공정으로 소스-드레인 금속을 패터닝하여 소스-드레인 금속 패턴 밖으로 픽셀 전극이 돌출되는 현상을 방지한다. 본 발명은 포토 마스크 없이 콘택 금속과 픽셀 전극을 동시에 패터닝하므로 비교예에 비하여 제조 공정 수가 많아지지 않는다. 또한, 본 발명은 콘택 금속과 픽셀 전극을 동시에 패터닝하므로 ESL 홀 내에 단층 콘택 금속 패턴 만이 형성되어 있다. 발명의 콘택홀 필링 공정은 도 11a 및 도 11b와 같이 콘택 금속 패턴(CM)과 픽셀 전극(PXL)을 일체화할 수도 있다. 픽셀 전극(PXL)의 목단부(PXL_neck)가 콘택 금속 패턴(CM)에 연결된다. 이 경우에, 소스-드레인 금속 패턴 없이 TFT의 소스를 픽셀 전극(PXL)에 연결할 수 있다. 도 6a 및 도 6e는 콘택홀 필링 공정에서 콘택 금속 패턴(CM)과 픽셀 전극(PXL)이 동시에 형성되지만 픽셀 전극 패턴이 콘택 금속 패턴(CM)과 분리되어 그 패턴들이 소스-드레인 금속 패턴으로 상호 연결된 예를 보여 준다.In the comparative example, as shown in FIG. 10A , the source-drain metal and the pixel electrode may be patterned in one photomask process using a halftone mask. In this case, the pixel electrode protrudes out of the source-drain metal pattern due to the difference in the etch rate. The opening area of the pixel is reduced by the protruding portion (ITO tail) of the pixel electrode. In the comparative example, since the source-dray metal and the pixel electrode are formed in one photomask process after the contact metal pattern is formed, the contact metal pattern and a portion of the pixel electrode are stacked in the ESL hole. The present invention prevents the pixel electrode from protruding out of the source-drain metal pattern by patterning the contact metal and the pixel electrode in the ESL hole by the contact hole filling process and patterning the source-drain metal by the photomask process using a general photomask. do. In the present invention, since the contact metal and the pixel electrode are simultaneously patterned without a photomask, the number of manufacturing steps is not increased compared to the comparative example. In addition, since the present invention simultaneously patterns the contact metal and the pixel electrode, only a single-layered contact metal pattern is formed in the ESL hole. The contact hole filling process of the present invention may integrate the contact metal pattern CM and the pixel electrode PXL as shown in FIGS. 11A and 11B . A neck end PXL_neck of the pixel electrode PXL is connected to the contact metal pattern CM. In this case, the source of the TFT may be connected to the pixel electrode PXL without the source-drain metal pattern. 6A and 6E show that the contact metal pattern CM and the pixel electrode PXL are simultaneously formed in the contact hole filling process, but the pixel electrode pattern is separated from the contact metal pattern CM so that the patterns are mutually formed as a source-drain metal pattern. A linked example is shown.
도 13은 본 발명의 표시장치에서 개구율 개선 효과를 보여 주는 도면이다. 13 is a view showing an effect of improving the aperture ratio in the display device of the present invention.
도 13을 참조하면, 좌측 도면은 비교예(Ref.)로서 Cu(소스-드레인 금속 패턴)과 ITO(픽셀 전극)이 하프톤 마스크를 이용한 포토 마스크 공정으로 동시에 형성되고, 언더 컷 구조 없이 콘택홀 필링 공정을 실시하여 콘택 금속 패턴들을 형성한 예이다. 우측 도면은 언더 컷 구조의 ESL 홀들이 형성된 상태에서 콘택홀 필링 공정을 수행하여 콘택 금속 패턴들과 픽셀 전극을 ITO로 동시에 형성하고, 소스-드레인 금속으로 선택된 Cu를 별도의 포토 마스크 공정으로 형성한 본 발명의 실시예이다. 본 발명은 ITO tail이 없어 비교예(Ref.) 대비 픽셀의 개구율을 12.3% 정도 넓어진다. Referring to FIG. 13 , the figure on the left is a comparative example (Ref.) in which Cu (source-drain metal pattern) and ITO (pixel electrode) are simultaneously formed by a photomask process using a halftone mask, and contact holes without undercut structures This is an example in which contact metal patterns are formed by performing a peeling process. In the figure on the right, contact metal patterns and pixel electrodes are simultaneously formed of ITO by performing a contact hole filling process in a state in which ESL holes having an undercut structure are formed, and Cu selected as a source-drain metal is formed by a separate photomask process. It is an embodiment of the present invention. In the present invention, since there is no ITO tail, the aperture ratio of the pixel is widened by 12.3% compared to the comparative example (Ref.).
본 발명의 표시장치는 픽셀 마다 TFT가 형성되는 어떠한 평판 표시장치에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 전술한 실시예의 TFT 어레이 기판은 IPS(In-Plane Switching) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드의 액정표시장치에 적용될 수 있다. 전술한 실시예에서 픽셀 전극(PXL)을 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)의 애노드에 연결하면 유기 발광 다이오드 표시장치OLED Display)로 응용될 수 있다.The display device of the present invention can be applied to any flat panel display device in which a TFT is formed for each pixel. For example, the TFT array substrate of the above-described embodiment may be applied to a liquid crystal display of an In-Plane Switching (IPS) mode or a Fringe Field Switching (FFS) mode. In the above embodiment, when the pixel electrode PXL is connected to the anode of an organic light emitting diode (OLED), it can be applied as an organic light emitting diode display (OLED Display).
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
Those skilled in the art from the above description will be able to see that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Accordingly, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
SUBS : 기판 GI : 게이트 절연막
GE, GL : 게이트 금속 패턴 ACT : 산화물 반도체 패턴
DL, C, S : 소스-드레인 금속 패턴 ESL : 에치 스토퍼 패턴
EHOLE : ESL 홀 PR1, PR2 : 포토 레지스트 패턴
CM : 콘택 금속 패턴 PAS : 보호막
COM : 공통 전극 PXL : 픽셀 전극 SUBS: Substrate GI: Gate Insulation Film
GE, GL: Gate metal pattern ACT: Oxide semiconductor pattern
DL, C, S: source-drain metal pattern ESL: etch stopper pattern
EHOLE: ESL hole PR1, PR2: photoresist pattern
CM: contact metal pattern PAS: protective film
COM: common electrode PXL: pixel electrode
Claims (12)
상기 박막트랜지스터는,
상기 게이트 라인과 연결된 게이트;
상기 게이트를 커버하는 제1 절연막;
상기 제1 절연막 상에서 상기 게이트와 중첩하도록 배치되는 산화물 반도체 패턴;
상기 산화물 반도체 패턴의 드레인 영역과 소스 영역의 상면을 각각 노출시키는 제1 홀 및 제2 홀을 갖는 제2 절연막;
상기 제1 홀 내에 위치하며 상기 산화물 반도체 패턴의 드레인 영역 상면 및 상기 제2 절연막의 측벽에 접촉되고 상기 데이터 라인에 연결된 제1 콘택 금속 패턴; 및
상기 제2 홀 내에 위치하며 상기 산화물 반도체 패턴의 소스영역 상면 및 상기 제2 절연막의 다른 측벽에 접촉되고 상기 픽셀 전극에 연결된 제2 콘택 금속 패턴을 포함하고,상기 제1 및 제2 콘택 금속 패턴과 상기 픽셀 전극이 같은 투명 전극으로 형성되고, 상기 데이터 라인이 상기 투명 전극과 다른 금속으로 형성된 표시장치.A display device comprising: a thin film transistor formed at an intersection of a gate line and a data line; and a pixel electrode connected to the thin film transistor;
The thin film transistor,
a gate connected to the gate line;
a first insulating film covering the gate;
an oxide semiconductor pattern disposed on the first insulating layer to overlap the gate;
a second insulating layer having first and second holes exposing top surfaces of the drain region and the source region of the oxide semiconductor pattern, respectively;
a first contact metal pattern located in the first hole, in contact with an upper surface of a drain region of the oxide semiconductor pattern and a sidewall of the second insulating layer, and connected to the data line; and
a second contact metal pattern located in the second hole, in contact with an upper surface of the source region of the oxide semiconductor pattern and another sidewall of the second insulating layer, and connected to the pixel electrode, the first and second contact metal patterns; A display device in which the pixel electrode is formed of the same transparent electrode, and the data line is formed of a metal different from that of the transparent electrode.
상기 제2 콘택 금속 패턴과 상기 픽셀 전극이 일체화된 표시장치. The method of claim 1,
A display device in which the second contact metal pattern and the pixel electrode are integrated.
상기 박막트랜지스터는,
상기 데이터 라인과 일체화되고, 상기 산화물 반도체 패턴의 일단부와 접촉하는 드레인 금속 패턴; 및
상기 데이터 라인과 같은 금속으로 형성되며, 상기 산화물 반도체 패턴의 타단부와 접촉하는 소스 금속 패턴을 더 포함하고,
상기 소스 금속 패턴은 상기 제2 콘택 금속 패턴과 상기 픽셀 전극을 연결하며,
상기 제1 및 제2 콘택 금속 패턴들 사이의 간격이 상기 박막트랜지스터의 드레인과 상기 소스 금속 패턴 사이의 간격 보다 좁은 표시장치. The method of claim 1,
The thin film transistor,
a drain metal pattern integrated with the data line and in contact with one end of the oxide semiconductor pattern; and
and a source metal pattern formed of the same metal as the data line and contacting the other end of the oxide semiconductor pattern,
the source metal pattern connects the second contact metal pattern and the pixel electrode;
A gap between the first and second contact metal patterns is narrower than a gap between the drain of the thin film transistor and the source metal pattern.
상기 제1 절연막 상에 산화물 반도체 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 산화물 반도체를 덮도록 제2 절연막 형성하고 상기 제2 절연막 위에 제1 포토 레지스트 패턴을 형성한 후 상기 제1 포토 레지스트 패턴 아래의 상기 제2절연막에 언더 컷 구조를 가지며 상기 산화물 반도체의 드레인 영역 및 소스 영역의 상면을 각각 노출하는 제1 및 제2 홀들을 형성한 상태에서 콘택홀 필링 공정을 실시하여 상기 제1 홀 내에서 상기 산화물 반도체 패턴에 접촉된 제1 콘택 금속 패턴, 상기 제2 홀 내에서 상기 산화물 반도체 패턴에 접촉되는 제2 콘택 금속 패턴, 및 픽셀 전극을 동시에 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제1 콘택 금속패턴은 상기 제1 홀 내에 위치하며 상기 산화물 반도체 패턴의 드레인 영역 상면 및 상기 제2 절연막의 측벽에 접촉되며,
상기 제2 콘택 금속 패턴은 상기 제2 홀 내에 위치하며 상기 산화물 반도체 패턴의 소스영역 상면 및 상기 제2 절연막의 다른 측벽에 접촉되고 상기 픽셀 전극에 연결된
상기 제1 및 제2 콘택 금속 패턴과 상기 픽셀 전극이 같은 투명 전극으로 형성된 표시장치의 제조 방법. forming a gate metal pattern including a gate line and a Vcom bus line on a substrate and forming a first insulating layer covering the gate metal pattern on the substrate;
forming an oxide semiconductor pattern on the first insulating layer; and
A second insulating layer is formed to cover the oxide semiconductor, a first photoresist pattern is formed on the second insulating layer, and an undercut structure is formed in the second insulating layer under the first photoresist pattern, a drain region of the oxide semiconductor and A first contact metal pattern in contact with the oxide semiconductor pattern in the first hole and a first contact metal pattern in the second hole by performing a contact hole filling process in a state in which first and second holes respectively exposing the upper surface of the source region are formed and simultaneously forming a second contact metal pattern in contact with the oxide semiconductor pattern, and a pixel electrode,
the first contact metal pattern is located in the first hole and is in contact with an upper surface of a drain region of the oxide semiconductor pattern and a sidewall of the second insulating layer;
The second contact metal pattern is located in the second hole, is in contact with an upper surface of the source region of the oxide semiconductor pattern and the other sidewall of the second insulating layer, and is connected to the pixel electrode.
A method of manufacturing a display device in which the first and second contact metal patterns and the pixel electrode are formed of the same transparent electrode.
상기 제1 및 제2 홀들의 언더컷 구조가 상기 제2 절연막을 습식 식각한 후에 건식 식각하는 방법으로 형성되는 표시장치의 제조 방법. The method of claim 4,
The method of manufacturing a display device, wherein the undercut structure of the first and second holes is formed by wet etching the second insulating layer and then dry etching the second insulating layer.
상기 콘택홀 필링 공정은,
상기 제1 포토 레지스트 패턴과 상기 제1 절연막을 덮도록 콘택 금속을 증착하는 단계;
상기 제1 및 제2 홀들 내의 콘택 금속을 덮고 픽셀의 개구 영역을 덮는 제2 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
상기 제1 및 2 포토 레지스트 패턴 위로 노출된 콘택 금속을 습식 식각하는 단계;
상기 제1 및 2 포토 레지스트 패턴을 제거하여 불필요한 콘택 금속을 제거하고 상기 제1 콘택 금속 패턴, 상기 제2 콘택 금속 패턴 및 상기 픽셀 전극을 동시에 형성하는 단계를 포함하는 표시장치의 제조 방법. The method of claim 5,
The contact hole filling process,
depositing a contact metal to cover the first photoresist pattern and the first insulating layer;
forming a second photoresist pattern covering the contact metal in the first and second holes and covering the opening area of the pixel;
wet etching the exposed contact metal over the first and second photoresist patterns;
and removing unnecessary contact metal by removing the first and second photoresist patterns, and simultaneously forming the first contact metal pattern, the second contact metal pattern, and the pixel electrode.
상기 제2 콘택 금속 패턴과 상기 픽셀 전극이 일체화된 표시장치의 제조 방법. The method of claim 4,
A method of manufacturing a display device in which the second contact metal pattern and the pixel electrode are integrated.
상기 픽셀 전극과 상기 제2 콘택 금속 패턴은 서로 분리되는 표시장치.The method of claim 1,
The pixel electrode and the second contact metal pattern are separated from each other.
상기 픽셀 전극은 픽셀 영역에서 상기 제2 절연막에 형성된 제3 홀 내에 위치하며, 상기 제1 절연막의 상면 및 상기 제2 절연막의 측벽과 접촉하는 표시장치.The method of claim 9,
The pixel electrode is positioned in a third hole formed in the second insulating layer in a pixel region, and is in contact with an upper surface of the first insulating layer and a sidewall of the second insulating layer.
상기 픽셀 전극과 상기 제2 콘택 금속 패턴은 서로 분리되는 표시장치의 제조 방법. The method of claim 4,
The pixel electrode and the second contact metal pattern are separated from each other.
상기 픽셀 전극은 픽셀 영역에서 상기 제2 절연막에 형성된 제3 홀 내에 위치하며, 상기 제1 절연막의 상면 및 상기 제2 절연막의 측벽과 접촉하는 표시장치의 제조 방법..The method of claim 11,
The pixel electrode is positioned in a third hole formed in the second insulating layer in a pixel region, and is in contact with an upper surface of the first insulating layer and a sidewall of the second insulating layer.
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