KR102520574B1 - 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 기판, 상기 기판 위에 위치하는 데이터선 및 광차단막, 상기 광차단막 위에 위치하고, 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터, 상기 기판 위에 위치하고, 데이터선의 일부와 중첩하는 제1 접촉 구멍, 상기 소스 전극의 일부와 중첩하는 제2 접촉 구멍, 그리고 상기 드레인 전극의 일부와 중첩하는 제3 접촉 구멍을 가지는 절연막을 포함하고, 상기 제1 접촉 구멍, 상기 제2 접촉 구멍 및 상기 제3 접촉 구멍은 상기 데이터선이 뻗어있는 방향과 수직을 이루는 제1 방향으로 나란하게 위치한다.

Description

박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법{THIN FILM TRANSISTOR AND MANUFACTORING METHOD OF THE SAME}
본 개시는 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법에 대한 것이다.
박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)는 표시 장치 등 다양한 전자장치에 사용되고 있다. 예를 들어, 박막 트랜지스터는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Diode display, OLED Display) 등의 표시 장치에서 스위칭 소자 또는 구동 소자로 이용되고 있다.
박막 트랜지스터는 게이트 전극, 소스 전극, 소스 전극과 마주하는 드레인 전극, 그리고 소스 전극 및 드레인 전극에 전기적으로 연결되어 있는 반도체를 포함하는데, 이 중 반도체는 박막 트랜지스터의 특성을 결정하는 중요한 요소이다.
이러한 반도체로는 규소(Si)가 가장 많이 사용되고 있다. 규소는 결정 형태에 따라 비정질 규소 및 다결정 규소로 나누어지고, 비정질 규소는 제조 공정이 단순한 반면 전하 이동도가 낮아 고성능 박막 트랜지스터를 제조하는데 한계가 있고 다결정 규소는 전하 이동도가 높은 반면 규소를 결정화하는 단계가 요구되어 제조 비용 및 공정이 복잡하다.
이러한 비정질 규소와 다결정 규소를 보완하기 위하여 비정질 규소보다 전자 이동도가 높고 ON/OFF 비율이 높고, 다결정 실리콘보다 원가가 저렴하고 균일도가 높은 산화물 반도체(oxide semiconductor)를 이용하는 박막 트랜지스터에 대한 연구가 진행되고 있다.
실시예들은 개구율 및 투과율이 개선된 박막 트랜지스터 표시판 및 공정을 간소화하고 유기막의 손상을 막는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법을 제공하고자 한다.
해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 기판, 상기 기판 위에 위치하는 데이터선 및 광차단막, 상기 광차단막 위에 위치하고, 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터, 그리고 상기 기판 위에 위치하고, 상기 데이터선의 일부와 중첩하는 제1 접촉 구멍, 상기 소스 전극의 일부와 중첩하는 제2 접촉 구멍, 그리고 상기 드레인 전극의 일부와 중첩하는 제3 접촉 구멍을 가지는 절연막을 포함하고, 상기 제1 접촉 구멍, 상기 제2 접촉 구멍 및 상기 제3 접촉 구멍은 상기 데이터선이 뻗어 있는 방향과 수직을 이루는 제1 방향으로 나란하게 위치한다.
상기 박막 트랜지스터 표시판의 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층과 동일한 층에 위치하고, 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층을 중심으로 양쪽으로 연결되어 있을 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 표시판의 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 물질이 환원된 물질을 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 표시판은 제1 방향으로 뻗은 게이트선을 더 포함하고, 상기 게이트선은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 뻗은 게이트 전극을 포함할 수 있다.
상기 게이트 전극은 상기 산화물 반도체층과 중첩할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 표시판은 상기 제1 접촉구멍을 통해 데이터선과 접촉하고, 상기 제2 접촉구멍을 통해 상기 소스 전극과 접촉하는 연결 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 표시판은 상기 제3 접촉 구멍을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극을 더 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 표시판은 상기 기판과 상기 화소 전극 사이에 위치하는 컬러 필터를 더 포함하고, 상기 컬러 필터는 상기 제1 접촉구멍, 상기 제2 접촉구멍 및 상기 제3 접촉구멍과 중첩되지 않을 수 있다.
상기 데이터선은 다중막을 포함하고, 상기 데이터선 중 상기 절연막과 접하는 최상부막은 투명 전도성 물질일 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 표시판은 상기 화소 전극 및 상기 연결 전극 위에 위치하는 차광부재를 더 포함하고, 상기 차광부재의 일부는 상기 기판에 수직한 방향으로 돌출되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 기판 위에 데이터선을 형성하는 단계, 상기 기판 위에 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체층을 형성하는 단계, 상기 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체층 위에 절연막 및 금속 물질층을 도포하는 단계, 상기 금속 물질층 위에 제1 높이를 가지는 제1 부분과 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하는 제1 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 제1 포토 레지스트 패턴을 이용하여 상기 절연막 및 금속 물질층을 식각하여, 상기 절연막에 상기 데이터선의 일부와 중첩하는 제1 접촉 구멍, 상기 소스 전극의 일부와 중첩하는 제2 접촉 구멍, 및 상기 드레인 전극의 일부와 중첩하는 제3 접촉 구멍을 형성하는 단계, 상기 제1 포토 레지스트 패턴의 일부를 제거하여, 제2 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 그리고 상기 제2 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 상기 금속 물질층을 식각하는 단계를 포함한다.
상기 기판 위에 데이터선을 형성하는 단계에서, 상기 데이터선과 동일한 층에 위치하는 광차단막을 동시에 형성하고, 상기 광차단막은 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 산화물 반도체층 아래에 위치할 수 있다.
상기 금속 물질층을 식각하는 단계에서, 상기 데이터선이 뻗어있는 방향과 수직을 이루는 제1 방향으로 뻗은 게이트선 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 뻗으며 상기 게이트선으로부터 확장되어 있는 게이트 전극이 함께 형성될 수 있다.
상기 절연막에 상기 데이터선의 일부와 중첩하는 제1 접촉 구멍, 상기 소스 전극의 일부와 중첩하는 제2 접촉 구멍, 및 상기 드레인 전극의 일부와 중첩하는 제3 접촉 구멍을 형성하는 단계에서, 상기 절연막은 건식 식각법으로 식각될 수 있다.
상기 금속 물질층을 식각하는 단계 이후, 유기막을 적층하는 단계, 상기 유기막을 패터닝하여, 상기 절연막의 상기 제1 접촉구멍, 상기 제2 접촉 구멍, 그리고 상기 제3 접촉 구멍과 중첩하는 접촉구멍들을 상기 유기막에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 상기 제1 접촉구멍을 통해 상기 데이터선과 접촉하고, 상기 제2 접촉구멍을 통해 상기 소스 전극과 접촉하는 연결 전극을 형성하는 단계, 및 상기 제3 접촉 구멍을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법의 소스 전극 및 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층과 동일한 층에 위치하고, 상기 산화물 반도체층을 중심으로 양쪽으로 연결되어 있고, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 물질이 환원된 물질을 포함할 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 상기 제1 접촉구멍, 상기 제2 접촉구멍 및 상기 제3 접촉구멍과 중첩하는 차광 부재를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 차광 부재의 일부는 상기 기판의 표면과 수직을 이루는 방향으로 돌출되어 있을 수 있다.
상기 제1 접촉 구멍, 상기 제2 접촉 구멍 및 상기 제3 접촉 구멍은 상기 데이터선이 뻗어있는 방향과 수직을 이루는 제1 방향으로 나란하게 위치하도록 형성될 수 있다.
상기 데이터선은 다중막을 포함하도록 형성되고, 상기 데이터선 중 상기 절연막과 접촉하는 최상부막은 투명 전도성 물질로 형성될 수 있다.
실시예들에 따른 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법에 따르면, 개구율 및 투과율이 커지고, 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 마스크 수를 줄일 수 있어 제조 비용이 감소되고, 제조 공정 중 유기막의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 화소의 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 공정을 나타낸 공정 단면도이다.
도 13은 손상된 유기막의 표면을 나타낸 것이다.
도 14는 손상된 유기막의 단면을 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 기재가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~위에", "상부~", "~아래", 또는 "하부~" 라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, "평면"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이제 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참고하여, 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 화소의 평면도이고, 도 2는 도 1의 II-II선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 투명한 유리 또는 플라스틱으로 이루어진 기판(110)위에 데이터선(171) 및 광차단막(177)이 위치한다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하고, 도 1에서의 제2 방향으로 연장될 수 있다. 데이터선(171)은 단일막 또는 다중막일 수 있고 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨, 티타늄, 구리 또는 이들의 합금등의 도전성 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 데이터선(171)은 다중막 구조를 가지고, 데이터선(171) 중 기판(110)으로부터 가장 먼 최상부막은 투명 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 투명 전도성 물질은 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물일 수 있다.
예를 들어, 데이터선(171)은 티타늄/ 구리/ 투명 전도성 물질의 3중막 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 데이터선(171)의 최상부막이 투명 전도성 물질을 포함하는 경우, 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 과정에서 데이터선(171)의 손상을 막을 수 있다. 이에 대하여, 뒤에서 구체적으로 설명한다.
광차단막(177)은 후술할 산화물 반도체층(154)에 빛이 도달하는 것을 막아 누설 전류 등 박막 트랜지스터의 채널 특성 저하를 방지한다. 이를 위해 본 실시예에 따른 광차단막(177)은 박막 트랜지스터(Q)와 중첩할 수 있다.
광차단막(177)은 데이터선(171)과 동일한 층에 위치하고, 데이터선(171)과 동일 물질을 포함할 수 있다. 제조 공정 시, 데이터선(171)과 광차단(177) 막은 함께 형성될 수 있고, 데이터선(171)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
그러나 광차단막(177)은 데이터선(171)과 다른 물질을 포함할 수 있고, 광을 투과시키지 않는 어떠한 재료도 가능함은 물론이고, 데이터선(171)과 상이한 유기 절연 물질, 무기 절연 물질 등 어떠한 물질로 이루어질 수 있다.
광차단막(177)의 일부는 제2 방향으로 연장되어, 화소 전극(191)의 세로 줄기부(193)와 중첩할 수도 있다.
데이터선(171) 및 광차단막(177) 위에는 데이터 절연막(160)이 위치한다. 데이터 절연막(160)은 유기 절연물질 또는 무기 절연물질로 이루어질 수 있다.
데이터 절연막(160)위에, 산화물 반도체층(154), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 위치한다. 산화물 반도체층(154), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은, 데이터 절연막(160)을 사이에 두고, 광차단막(177)과 중첩할 수 있다.
산화물 반도체층(154)은 산화물 반도체 물질을 포함하는 단일막 또는 다중막일 수 있다. 산화물 반도체 물질은 금속 산화물 반도체로서, 아연(Zn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 주석(Sn), 티타늄(Ti) 등의 금속의 산화물 또는 아연(Zn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 주석(Sn), 티타늄(Ti) 등의 금속과 이들의 산화물의 조합으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 산화물 반도체 물질은 산화아연(ZnO), 아연-주석산화물(ZTO), 아연-인듐산화물(ZIO), 인듐산화물(InO), 티타늄산화물(TiO), 인듐-갈륨-아연산화물(IGZO), 인듐-아연-주석산화물(IZTO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 산화물 반도체층(154)을 중심으로 양쪽에 각각 위치하고 산화물 반도체층(154)과 연결되어 있다.
소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 산화물 반도체층(154)과 동일한 물질 및 환원된 반도체 물질을 포함할 수 있다. 즉, 산화물 반도체층(154)의 일부가 환원되어 각각 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 이룰 수 있다.
산화물 반도체층(154), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에는 게이트 절연막(140)이 위치한다. 게이트 절연막(140)은 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx)로 이루어질 수 있다. 게이트 절연막(140)은 데이터선(171)의 일부와 중첩하는 제1 접촉구멍(184a), 소스 전극(173)의 일부와 중첩하는 제2 접촉구멍(185a), 그리고 드레인 전극(175)의 일부와 중첩하는 제3 접촉구멍(186a)을 가진다.
게이트 절연막(140) 위에 게이트선(121) 및 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트 도전체가 위치한다. 게이트 도전체는 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열의 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열의 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열의 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti)으로 이루어질 수 있다. 그러나 게이트 도전체는 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체를 포함할 수 있다. 게이트 도전체는 다중막 구조를 가질 수 있다.
게이트선(121)은 제1 방향으로 연장되어, 데이터선(171)과 교차한다. 게이트선(121)의 일부는 제1 방향에 대해 수직한 제2 방향으로 확장되어 게이트 전극(124)이 된다. 게이트 전극(124)은 산화물 반도체층(154) 및 광차단막(177)과 중첩한다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 산화물 반도체층(154)과 함께 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)(Q)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 산화물 반도체층(154)에 위치한다.
게이트 절연막(140) 위에는 컬러 필터(230)가 위치할 수 있다. 컬러 필터(230)는 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시할 수 있으며, 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색 또는 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta) 등을 들 수 있다.
컬러 필터(230)는 적색 색필터, 녹색 색필터 및 청색 색필터가 제1 방향 또는 제2 방향을 따라 반복될 수 있다. 적색 색필터, 녹색 색필터 및 청색 색필터 각각은 하나의 단위 화소를 구성하고, 하나의 단위 화소는 색필터를 투과하여 방출되는 광을 통해 소정의 컬러 영상을 표시한다. 실시예에 따라 컬러 필터(230)는 생략될 수 있다.
컬러 필터(230)는 게이트 절연막(140)의 제1 접촉 구멍(184a), 제2 접촉 구멍(185a) 및 제3 접촉 구멍(186a)과 중첩되지 않을 수 있다.
컬러 필터(230) 및 게이트 절연막(140), 게이트 도전체 위에는 유기막(180)이 위치한다. 유기막(180)은 박막 트랜지스터 표시판의 단차를 평탄화 할 수 있다.
게이트 절연막(140)과 유사하게, 유기막(180)은 데이터선(171)의 일부와 중첩하는 제4 접촉구멍(184b), 소스 전극(173)의 일부와 중첩하는 제5 접촉구멍(185b) 및 드레인 전극(175)의 일부와 제6 접촉구멍(186b)을 가진다.
도면에서, 제1 접촉구멍(184a)과 제4 접촉구멍(184b)이 일렬 정렬되고, 제2 접촉구멍(185a)과 제5 접촉구멍(185b)이 일렬 정렬되고, 제3 접촉구멍(186a)과 제6 접촉구멍(186b)이 일렬 정렬된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 제4 내지 제6 접촉구멍(184b, 185b, 186b)이 각각 제1 내지 제3 접촉구멍(184a, 185a, 186a)의 일부와 중첩하는 모든 형태 또한 가능하다.
유기막(180) 위에는 화소 전극(191) 및 연결 전극(197)이 위치한다. 화소 전극(191) 및 연결 전극(197)은 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은 또는 그 합금 등의 반사성 금속을 포함할 수 있다.
화소 전극(191)은 제3 접촉구멍(186a) 및 제6 접촉 구멍(186b)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있다.
화소 전극(191)은 가로 줄기부(192) 및 이와 교차하는 세로 줄기부(193)로 이루어진 십자형 줄기부를 포함한다. 또한 가로 줄기부(192) 및 세로 줄기부(193)에 의해 네 개의 부영역으로 나누어지며, 각 부영역은 복수의 미세 가지부(194)를 포함한다. 또한, 본 실시예에서 화소 전극(191)의 세로 줄기부(193)와 나란하게 가로 줄기부(192)의 양 끝단에 위치하는 세로 외곽 줄기부(195)를 더 포함할 수 있다. 또한 도면에 도시하지는 않았지만, 세로 줄기부(193)의 양 끝단에 가로 줄기부(192)와 나란하게 위치하는 가로 외곽 줄기부를 더 포함할 수 있다.
화소 전극(191)의 미세 가지부(194)는 게이트선(121) 또는 가로 줄기부와 대략 40도 내지 45도의 각을 이룬다. 또한, 이웃하는 두 부영역의 미세 가지부는 서로 직교할 수 있다. 또한, 미세 가지부의 폭은 점진적으로 넓어지거나 미세 가지부(194)간의 간격이 다를 수 있다.
다만, 상기 화소 전극(191)에 관한 설명은 하나의 예시이고, 실시예에 따라 화소 전극 디자인을 변형할 수 있다.
연결 전극(197)은 화소 전극(191)과 분리된 섬형으로, 데이터선(171) 및 소스 전극(173)과 중첩된다. 연결 전극(197)은 제1 접촉구멍(184a) 및 제4 접촉구멍(184b)을 통해 데이터선(171)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있다. 또한 연결 전극(197)은 제2 접촉구멍(185a) 및 제5 접촉구멍(185b)을 통해 소스 전극(173)과 물리적, 전기적으로 연결되어 있다.
따라서 연결 전극(197)은 데이터선(171)과 소스 전극(173)을 서로 연결하여, 데이터선(171)으로부터 인가된 데이터 신호를 소스 전극(173)으로 전달한다.
화소 전극(191) 및 연결 전극(197) 위에는 차광 부재(220)가 위치할 수 있다. 차광 부재(220)는 게이트선(121)과 나란한 제1 방향으로 뻗어 제1 내지 제3 접촉구멍(184a, 185a, 186a) 및 제4 내지 제6 접촉구멍(184b, 185b, 186b)과 중첩할 수 있다. 또한, 차광 부재(220)의 일부는 기판의 표면과 수직을 이루는 방향으로 돌출되어 간격재(250)를 이룰 수 있다. 이러한 간격재(250)는 이후 박막 트랜지스터 표시판을 이용하여 표시 장치를 제조하는 경우, 박막 트랜지스터 표시판과 상부 표시판의 간격을 유지해준다.
이상과 같이 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 기판(110)의 표면을 기준으로, 데이터선(171)이 기판(110)과 가장 가깝게 위치하고, 데이터선(171)을 덮는 데이터 절연막(160) 위에 산화물 반도체층(154)이 위치하고, 산화물 반도체(154) 위에 게이트 전극(124)이 위치한다.
또한 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제1 접촉구멍(184a) 및 제4 접촉구멍(184b), 제2 접촉구멍(185a) 및 제5 접촉구멍(185b), 및 제3 접촉구멍(186a) 및 제6 접촉구멍(186b)은 제1 방향으로 나란하게 위치한다. 따라서, 각 접촉구멍이 제2 방향으로 나란하게 위치하는 표시판 구조에 비하여 화소 전극(191)이 위치하는 영역을 넓게 할 수 있고, 이에 따라 표시 장치의 개구율이 증가할 수 있다.
그러면 이하에서 도 3 내지 도 12를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 3 내지 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 공정을 나타낸 공정 단면도이다.
먼저, 데이터 금속층을 기판 위에 증착하고, 그 위에 감광성 물질을 적층한 후, 제1 마스크를 이용하여 사진 식각하여, 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(110)위에 데이터선(171) 및 광차단막(177)을 형성한다. 데이터선(171)은 다중막으로 이루어질 수 있고, 데이터선(171)의 최상부막은 투명 전도성 물질을 포함할 수 있다. 광차단막(177)은 데이터선(171)과 동시에 형성되고, 데이터선(171)과 동일한 물질을 포함할 수 있다. 그러나 광차단막(177)은 데이터선(171)과 상이한 유기물 또는 무기물로 형성될 수도 있다.
일 실시예에서, 데이터선(171)은 티타늄/ 구리/ 인듐주석산화물 또는 티타늄/ 구리/ 인듐아연산화물의 3중막 구조를 가질 수 있다.
도 4를 참고하면, 데이터 도전체 위에 데이터 절연막(160)을 적층하고, 데이터 절연막(160) 위에 데이터 절연막(160)을 사이에 두고 광차단막(177)과 중첩하는 산화물 반도체층(154) 및 이와 연결된 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)을 형성한다. 이러한 산화물 반도체층(154), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)의 형성은 산화물 반도체 물질을 기판 위에 증착하고, 그 위에 감광성 물질을 적층한 후, 제2 마스크를 이용하여 사진 식각하여 형성할 수 있다. 상기 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 산화물 반도체층(154)과 동일한 물질로 이루어질 수 있고, 산화물 반도체층(154)을 구성하는 물질이 환원된 물질을 포함할 수 있다.
다음, 도 5를 참고하면 산화물 반도체층(154), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175) 위에 게이트 절연막(140) 및 게이트 금속층(120)을 형성한다.
다음, 도 6을 참고하면, 게이트 금속층(120) 위에 위치에 따라 서로 다른 높이를 갖는 제1 포토 레지스트 패턴(400)을 형성한다. 뒤에서 접촉구멍들이 형성될 영역에는 제1 포토 레지스트 패턴(400)이 형성되지 않고, 뒤에서 게이트 전극이 형성될 영역에는 제1 높이를 갖는 제1 부분(410)이 형성되고, 이 외의 영역에는 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 갖는 제2 부분(420)이 형성된다. 이와 같이, 위치에 따라 감광막의 두께를 다르게 형성하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있는데, 노광 마스크에 투명 영역(transparent area)과 차광 영역(light blocking area) 뿐 아니라 반투명 영역(semi-transparent area)을 두는 것이 그 예이다. 반투명 영역에는 슬릿(slit) 패턴, 격자 패턴(lattice pattern) 또는 투과율이 중간이거나 두께가 중간인 박막이 구비된다. 슬릿 패턴을 사용할 때에는, 슬릿의 폭이나 슬릿 사이의 간격이 사진 공정에 사용하는 노광기의 분해능(resolution)이 보다 작은 것이 바람직하다. 다른 예로는 리플로우(reflow)가 가능한 감광막을 사용하는 것이다. 즉, 투명 영역과 차광 영역만을 지닌 통상의 마스크로 리플로우가능한 감광막 패턴을 형성한 다음 리플로우시켜 감광막이 잔류하지 않은 영역으로 흘러내리도록 함으로써 얇은 부분을 형성한다.
다음, 도 7을 참고하면, 제1 포토 레지스트 패턴(400)을 이용하여 게이트 금속층(120) 및 게이트 절연막(140)을 식각하고, 제1 포토 레지스트 패턴(400)의 높이를 낮춰, 제2 포토 레지스트 패턴(500)을 형성한다. 이때, 게이트 금속층(120) 및 게이트 절연막(140)이 식각되어 제거된 영역은 제1 접촉구멍(184a), 제2 접촉구멍(185b) 및 제3 접촉구멍(186c)이 된다.
상기 게이트 금속층(120) 및 게이트 절연막(140)의 식각은 먼저 습식 식각으로 게이트 금속층(120)을 식각한 후에, 건식 식각으로 게이트 절연막(140)을 식각하는 방법으로 이루어질 수 있다. 건식 식각은 높은 에너지를 갖는 식각으로, 식각 과정에서 유기 물질의 손상을 유발할 수 있으나, 본 단계 이전에 유기 물질이 형성되지 않았기 때문에 손상의 염려가 없다.
상기 제1 포토 레지스트 패턴(400)의 높이를 낮춰, 제2 포토 레지스트 패턴(500)을 형성하는 과정은, 애싱(ashing) 방법으로 수행될 수 있고, 도 6에서의 제2 부분(420)을 완전히 제거하고, 제1 부분(410)의 일부만을 남겨 도 7과 같은 제2 포토 레지스트 패턴(500)을 형성하게 된다. 제1 부분(410)과 제2 부분(420)의 높이 차이에 의해, 제2 부분(420)이 완전히 제거되는 동안 제1 부분(410)의 일부가 남아 제2 포토 레지스트 패턴(500)이 된다.
다음, 도 8을 참고하면, 제2 포토 레지스트 패턴(500)을 이용하여 게이트 금속층(120)을 제거하여 게이트선 및 게이트 전극(124)을 형성하고, 제2 포토 레지스트 패턴(500)을 제거한다.
다음, 도 9에 도시된 바와 같이, 컬러 필터 물질을 도포하고 패터닝하여 컬러 필터(230)를 형성한다. 컬러 필터(230)는 앞서 형성된 제1 접촉구멍(184a), 제2 접촉구멍(185a) 및 제3 접촉구멍(186a)과 중첩되지 않도록 패터닝될 수 있다. 그러나 실시예에 따라 컬러 필터(230) 형성 공정은 생략될 수도 있다.
다음, 도 10에 도시된 바와 같이, 유기막(180)을 도포한 후 패터닝하여, 제1 내지 제3 접촉구멍(184a, 185a, 186a)과 중첩하는 제4 내지 제6 접촉구멍(184b, 185b, 186b)을 형성한다. 즉, 유기막에는 제1 접촉구멍(184a)과 중첩하는 제4 접촉구멍(184b), 제2 접촉구멍(185a)과 중첩하는 제5 접촉구멍(185b), 제3 접촉구멍(186a)과 중첩하는 제6 접촉구멍(186b)이 형성된다.
다음, 도 11을 참고하면 유기막(180)위에 전극 물질을 증착하고, 그 위에 감광성 물질을 적층한 후, 제3 마스크를 이용하여 사진 식각하여 연결 전극(197) 및 화소 전극(191)을 형성한다.
연결 전극(197)은 제1 접촉구멍(184a) 및 제4 접촉구멍(184b)을 통해 데이터선(171)과 접촉하고, 제2 접촉구멍(185a) 및 제5 접촉구멍(185b)을 통해 소스 전극(173)과 접촉한다. 또한 화소 전극(191)은 제3 접촉구멍(186a) 및 제6 접촉구멍(186b)을 통해 드레인 전극(175)과 접촉한다.
다음 도 12를 참고하면 유기막(180), 연결 전극(197) 및 화소 전극(191) 위에 차광 부재(220)를 형성한다. 차광 부재(220)는 제1 내지 제6 접촉구멍(184a, 185a, 186a, 184b, 185b, 186b)과 중첩될 수 있고, 기판의 넓은 표면과 수직을 이루는 방향으로 돌출된 돌출부를 가지고 이러한 돌출부는 간격재(250)를 이룬다. 이러한 간격재(250)는 박막 트랜지스터를 이용하여 표시 장치를 만들 때 상부 표시판과의 간격을 유지해 줄 수 있다.
이상과 같이 본 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 게이트 전극 및 게이트 절연막의 접촉 구멍을 동시에 형성한다. 따라서 공정에 사용되는 마스크의 수를 감소시킬 수 있다.
기존 공정의 경우 게이트 전극의 형성에 1매의 마스크가 사용되고, 유기막 및 게이트 절연막을 식각하여 접촉 구멍을 형성하는 공정에서 1매의 마스크가 사용되었다. 그러나 본 실시예에 따른 제조 방법은 1매의 마스크로 게이트 전극 및 접촉 구멍을 형성할 수 있다.
또한 기존 공정의 경우 접촉 구멍의 형성을 위해 유기막 및 게이트 절연막을 동시에 식각하였다. 이때 게이트 절연막은 단단하기 때문에 건식 식각(dry etch)으로 식각되고, 이러한 과정에서 부드러운 유기막의 표면이 손상받는 문제점이 있었다. 도 13 및 도 14는 손상된 유기막의 표면을 나타낸 것이다. 도 13은 유기막의 평면 이미지로, 유기막 표면이 손상으로 거칠거칠함을 확인할 수 있다. 도 14는 손상된 유기막의 측면 이미지로 유기막이 평탄하지 않고 울퉁불퉁함을 확인할 수 있다. 이렇게 게이트 절연막 건식 식각시 손상된 유기막은, 표시 장치의 투과율을 저하시키고 품질을 저하시킨다.
그러나 본 실시예에 따른 제조 방법은 게이트 절연막이 먼저 식각된 후, 유기막이 형성되기 때문에 게이트 절연막 식각시 유기막 손상이 발생하지 않는다. 따라서 투과율 및 표시 품질이 개선된 표시 장치를 제조할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판은 데이터선(171)이 기판(110)과 가장 가깝게 위치하고, 산화물 반도체층(154)위에 게이트 전극(124)이 위치하는 탑 게이트(Top gate) 구조로, 제1 접촉구멍(184a) 및 제4 접촉구멍(184b), 제2 접촉구멍(185a) 및 제5 접촉구멍(185b) 및 제3 접촉구멍(186a) 및 제6 접촉구멍(186b)이 제1 방향으로 나란하게 위치하기 때문에 박막 트랜지스터 영역을 최소화 할 수 있고, 이에 따라, 개구율을 개선할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 게이트선 및 게이트 절연막의 개구부를 1매의 마스크로 동시에 형성하기 때문에, 제조 공정에서 사용되는 마스크의 수를 줄일 수 있다. 또한, 게이트 절연막에 개구부가 형성된 후 유기막이 형성되기 때문에 게이트 절연막 개구부 형성을 위한 건식 식각 공정에서 유기막이 손상되던 문제를 해결할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 기판 120: 게이트 금속층
121: 게이트선 124: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154: 산화물 반도체층
160: 데이터 절연막 171: 데이터선
173: 소스 전극 175: 데이터 전극
177: 광차단막 180: 유기막
197: 연결 전극 191: 화소 전극

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 위에 위치하는 데이터선 및 광차단막;
    상기 광차단막 위에 위치하고, 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터; 그리고
    상기 기판 위에 위치하고, 상기 데이터선의 일부와 중첩하는 제1 접촉 구멍, 상기 소스 전극의 일부와 중첩하는 제2 접촉 구멍, 그리고 상기 드레인 전극의 일부와 중첩하는 제3 접촉 구멍을 가지는 절연막;
    상기 제3 접촉 구멍을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극; 및
    상기 기판과 상기 화소 전극 사이에 위치하는 컬러 필터를 포함하고,
    상기 컬러 필터는 상기 제1 접촉구멍, 상기 제2 접촉구멍 및 상기 제3 접촉구멍과 중첩되지 않고,
    상기 제1 접촉 구멍, 상기 제2 접촉 구멍 및 상기 제3 접촉 구멍은 상기 데이터선이 뻗어있는 방향과 수직을 이루는 제1 방향으로 나란하게 위치하는 박막 트랜지스터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 소스 전극 및 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층과 동일한 층에 위치하고,
    상기 소스 전극 및 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층을 중심으로 양쪽으로 연결되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  3. 제1항에서,
    상기 소스 전극 및 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 물질이 환원된 물질을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 방향으로 뻗은 게이트선을 더 포함하고,
    상기 게이트선은 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 뻗은 게이트 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  5. 제4항에서,
    상기 게이트 전극은 상기 산화물 반도체층과 중첩하는 박막 트랜지스터 표시판.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 접촉구멍을 통해 상기 데이터선과 접촉하고, 상기 제2 접촉구멍을 통해 상기 소스 전극과 접촉하는 연결 전극을 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에서,
    상기 데이터선은 다중막을 포함하고,
    상기 데이터선 중 상기 절연막과 접하는 최상부막은 투명 전도성 물질인 박막 트랜지스터 표시판.
  10. 제6항에서,
    상기 화소 전극 및 상기 연결 전극 위에 위치하는 차광부재를 더 포함하고,
    상기 차광부재의 일부는 상기 기판의 표면과 수직을 이루는 방향으로 돌출되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  11. 기판 위에 데이터선을 형성하는 단계;
    상기 기판 위에 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 소스 전극, 드레인 전극 및 산화물 반도체층 위에 절연막 및 금속 물질층을 도포하는 단계;
    상기 금속 물질층 위에 제1 높이를 가지는 제1 부분과, 상기 제1 높이보다 낮은 제2 높이를 가지는 제2 부분을 포함하는 제1 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계:
    상기 제1 포토 레지스트 패턴을 이용하여 상기 절연막 및 상기 금속 물질층을 식각하여, 상기 절연막에 상기 데이터선의 일부와 중첩하는 제1 접촉 구멍, 상기 소스 전극의 일부와 중첩하는 제2 접촉 구멍, 및 상기 드레인 전극의 일부와 중첩하는 제3 접촉 구멍을 형성하는 단계;
    상기 제1 포토 레지스트 패턴의 일부를 제거하여, 제2 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 그리고,
    상기 제2 포토 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 상기 금속 물질층을 식각하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 기판 위에 데이터선을 형성하는 단계에서,
    상기 데이터선과 동일한 층에 위치하는 광차단막을 동시에 형성하고,
    상기 광차단막은 상기 소스 전극, 상기 드레인 전극 및 상기 산화물 반도체층 아래에 위치하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  13. 제11항에서,
    상기 금속 물질층을 식각하는 단계에서,
    상기 데이터선이 뻗어있는 방향과 수직을 이루는 제1 방향으로 뻗은 게이트선 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 뻗으며 상기 게이트선으로부터 확장되어 있는 게이트 전극이 함께 형성되는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  14. 제11항에서,
    상기 절연막에 상기 데이터선의 일부와 중첩하는 제1 접촉 구멍, 상기 소스 전극의 일부와 중첩하는 제2 접촉 구멍, 및 상기 드레인 전극의 일부와 중첩하는 제3 접촉 구멍을 형성하는 단계에서,
    상기 절연막은 건식 식각법으로 식각되는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  15. 제11항에서,
    상기 금속 물질층을 식각하는 단계 이후,
    유기막을 적층하는 단계:
    상기 유기막을 패터닝하여 상기 절연막의 상기 제1 접촉구멍, 상기 제2 접촉구멍, 그리고 상기 제3 접촉구멍과 중첩하는 접촉구멍들을 상기 유기막에 형성하는 단계를 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  16. 제11항에서,
    상기 제1 접촉구멍을 통해 상기 데이터선과 접촉하고, 상기 제2 접촉구멍을 통해 상기 소스 전극과 접촉하는 연결 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제3 접촉 구멍을 통해 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  17. 제11항에서,
    상기 소스 전극 및 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층과 동일한 층에 위치하고, 상기 산화물 반도체층을 중심으로 양쪽으로 연결되어 있고,
    상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 상기 산화물 반도체층의 물질이 환원된 물질을 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  18. 제11항에서,
    상기 제1 접촉구멍, 상기 제2 접촉구멍 및 상기 제3 접촉구멍과 중첩하는 차광 부재를 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 차광 부재의 일부는 상기 기판의 표면과 수직을 이루는 방향으로 돌출되어 있는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  19. 제11항에서,
    상기 제1 접촉 구멍, 상기 제2 접촉 구멍 및 상기 제3 접촉 구멍은 상기 데이터선이 뻗어있는 방향과 수직을 이루는 제1 방향으로 나란하게 위치하도록 형성되는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
  20. 제11항에서,
    상기 데이터선은 다중막을 포함하도록 형성되고, 상기 데이터선 중 상기 절연막과 접촉하는 최상부막은 투명 전도성 물질로 형성되는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
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