KR19980038935A - 액정표시장치의 제조방법 및 그 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액정표시장치는 게이트버스라인, 데이터버스라인 및 스위칭소자를 덮는 보호막이 ITO나 무기절연막에 비하여 열팽창계수가 큰 벤조싸이클로부텐(benzocyclobutene : BCB), 폴리이미드(polyimide : PI), SOG 등으로 형성되고, 상기 스위칭소자의 드레인전극 부분의 보호막에는 콘택홀이 형성된다. 상기 콘택홀을 통하여 스위칭소자의 드레인전극과 연결된 화소전극이 보호막 위에 형성된다. 특히 본 발명은 상기 화소전극을 형성할 때 ITO막과 SiNx, SiOx 등의 무기절연막을 연속하여 적층한 후, 이 무기절연막을 화소전극 모양으로 패터닝하고, 이 패터닝된 무기절연막을 마스크로하여 ITO막을 에칭하고, ITO막 위에 남아있는 무기절연막은 별도의 공정으로 제거한다.
상기와 같은 과정을 거치면 ITO막 위에 형성된 무기절연막이 보호막과 ITO막의 열팽창계수의 차이로 인하여 ITO막에 크랙이 발생하는 것을 억제시킨다.
따라서 ITO막에 크랙이 발생하지 않으므로 무기막으로 덮인 ITO막에 etchant (에천트)가 침투하지 못하여 ITO막의 원하지 않는 부분이 에칭되는 것을 방지할 수 있다.

Description

액정표시장치의 제조방법 및 그 구조
도 1은 종래의 액정표시장치의 평면도이고,
도 2, 도 3은 종래의 액정표시장치의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 액정표시장치의 평면도이고,
도 5는 본 발명의 액정표시장치의 단면도이고,
도 6a∼도 6i는 본 발명의 제조공정도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
4, 104 : 화소전극 11, 111 : 투명기판
15, 115 : 데이터버스라인 17, 117 : 게이트버스라인
15a, 115a : 소스전극 15b, 115b : 드레인전극
17a, 117a : 게이트전극 23 , 123 : 게이트절연막
26, 126 : 보호막
[발명의 목적]
본 발명의 목적은 열팽창계수가 큰 물질을 보호막으로 사용할 때, 상기 보호막위에 형성되는 막(화소전극 등)을 원하는 패턴 모양으로 정확히 패터닝하는 방법을 제공하는데 있다.
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 액정을 구동하거나 제어하기 위해 스위칭소자가 내장된 액정표시장치의 제조과정에서 스위칭소자와 연결되는 화소전극의 패터닝 불량에 관한 것이다. 특히 박막트랜지스터(TFT)를 스위칭소자로 사용하는 액정표시장치에 있어서 TFT등을 덮는 보호막을 형성하고, 상기 TFT와 연결되는 화소전극을 보호막 위에 형성할 때 상기 화소전극이 원하는 모양으로 정확히 패터닝되도록 하는 제조방법에 관한 것이다.
종래의 액정표시장치는 도 1과 같이 게이트버스라인(17)은 수평으로 형성되어있고, 상기 게이트버스라인(17)에서 분기한 게이트전극(17a)이 형성되어 있다.
데이터버스라인(15)은 종으로 형성되어 있고, 상기 데이터버스라인(15a)에서 분기한 소스전극(15a)이 형성되어 있다. 상기 소스전극(15a)과 게이트전극(17a)이 교차하는 부분에 TFT(8)가 형성되어 있고, 상기 TFT의 드레인전극(15b)은 화소전극(4)과 전기적으로 접촉되도록 형성되어 있다.
상기와 같이 형성된 종래 액정표시장치의 단면은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단하여 나타낸 도 2와 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 절단하여 나타낸 도 3과 같은 구조를 포함한다.
상기 도 2는 투명기판(11) 위에 게이트버스라인에서 분기하는 게이트전극(17a)이 형성되어 있다. 상기 게이트전극(17a)층 위에는 절연성을 향상시키고 힐락(hillo-ck)을 방지하기 위하여 양극산화막(35)이 형성되어 있다. 상기 게이트전극(17a)이 형성된 투명기판(11) 위에 SiNx, SiOx 등의 무기절연막으로 된 게이트절연막(23)이 형성되어 있다. 상기 게이트전극(17a) 부분의 게이트절연막(23) 위에 비정질실리콘(이하 a-Si라 칭한다)등으로 된 반도체층(22)이 형성되어 있다. 상기반도체층(22) 위에 오믹접촉층(25)이 형성되어 있다. 상기 오믹접촉층(25)과 접촉되도록 데이터 버스라인(15)에서 분기하는 소스전극(15a)과 드레인전극(15b)이 소정의 간격을 두고 형성되어있다. 상기소스/드레인전극(15a, 15b)을 덮도록 BCB 등으로 된 보호막(26)이 형성되어 있다. 상기 드레인전극 부분의 콘택홀(31)을 통하여 드레인전극(15b)과 접촉되는 화소전극(4)이 보호막(26) 위에 형성되어있다. 상기 도 2에서 설명되지 않은 A, B는 화소전극 (4)이 오버에치된 영역이다. 또, 상기 도 3은 투명기판(11) 위의 SiNx, SiOx 등의 무기절연막으로 된 게이트절연막(23) 위에 데이터버스라인(15)이 형성되어 있다. 상기 데이터버스라인을 덮는 BCB 등으로 된 보호막(26)이 형성되고, 상기 보호막 위에는 화소전극(4)이 형성되어 있다.
상기 보호막(26)을 구성하는 BCB는 열팽창계수가 50∼60 ppm/℃이고, 상기 보호막 위의 화소전극(4)을 구성하는 Indium Tin Oxide(ITO)막은 열팽창계수가 5∼7ppm/℃이다. 상기 도3에서 설명되지 않은 A,B는 화소전극이 오버에치된 영역이고, ①,②는 화소전극의 오버에치로 인하여 빛 누설이 일어나는 영역이다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
그런데 상기 종래의 액정표시장치는 열팽창계수가 큰 물질로 보호막 위에 상기 보호막보다 열팽창계수가 작은 화소전극을 형성하는 공정 즉, 예를 들어 BCB막위에 ITO막을 증착하는 공정에서 BCB막의 열팽창계수(50∼60ppm/℃)와 ITO막의 열팽창 계수(5∼7ppm/℃)의 차이 때문에 BCB막 위에 증착되는 ITO막에 많은 미세 크랙(crack)이 발생한다. 상기 많은 미세 크랙 (crack)을 포함한 ITO막은 화소전극으로 패터닝할 때 원하지 않는 부분이 오버에칭(over etching)되어 화소전극의 싸이즈(size)제어가 매우 어렵다.
상기에 대한 원인인 ITO막을 화소전극으로 패터닝할 때 ITO막의 미세 크랙을 타고 에칭액이 침투하기 때문이다. 상기 화소전극이 오버에치된 부분은 도 1,2,3에서 A,B부분으로 표시되어 있다. 즉, 화소전극의 가장자리 부분을 따라 오버에치 되기 때문에 본래 기술자가 의도하는 모양으로 화소전극이 형성되지 않는다.
이것은 도3에서와 같이 화소영역의 ①, ②부분 등에서 빛 누설이 일어나기 때문에 콘트라스트 및 화질의 저하를 초래한다.
본 발명은 게이트버스라인, 데이터버스라인 및 스위칭소자를 덮는 보호막이 화소전극보다 열팽창계수가 큰 물질로 형성되었을 때 이미 설명한 문제점을 해결하기 위하여 상기 보호막 위에 화소전극이 되는 제1막(ITO막 등)과 상기 제1막보다 에치선택비가 크고, 열팽창계수가 같거나 작은 제2막((SiNx, SiOx 등)을 연속적으로 적층하여 형성하는 공정과, 상기 제1막 위에 형성된 제2막을 화소전극 모양으로 패터닝하고, 이 패터닝된 제2막을 마스크로하여 제1막을 에칭하고, 상기 제1막 위에 남아있는 상기 제2막은 별도의 공정으로 제거한다.
상기와 같은 방법으로 제조되는 본 발명의 액정표시장치는 도 4 및 도 5(도 4의V-V선을 따라 절단한 단면도)와 같이 화소전극(104)이 기술자가 본래 의도하였던 패턴모양으로 정확히 형성된다. 상기 도 4 및 도 5의 도면부호 111은 투명기판, 115는 데이터버스라인, 117은 게이트버스라인, 123은 게이트절연막, 126은 보호막이다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명은 게이트버스라인, 데이타버스라인 및 스위칭소자를 포함하여 덮는 보호막과, 상기 보호막에 형성된 콘택홀과, 상기 콘택홀을 통하여 스위칭소자의 드레인전극과 연결되며 상기 보호막위에 형성된 콘택홀과, 상기 콘택홀을 통하여 스위칭소자의 드레인전극과 연결되며 상기 보호막 위에 형성된 화소전극을 포함하는 액정표시장치에 있어서, 상기 보호막이 상기 화소전극보다 열팽창계수가 큰 물질로 구성되었을 때 , 상기 화소전극을 원하는 모양으로 정확히 패터닝하는 제조방법에 관한 것으로써 이하 실시예에서 상세히 설명한다.
[실시예]
본 발명의 액정표시장치의 제조과정은 도4의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 절단한 도 6a-6i의 제조공정 단면도에 의하여 설명된다.
먼저 투명기판(111)위에 Al(알루미늄), Al합금, Cr(크롬), Mo(몰리부덴)금속막등을 증착하고, 상기 금속막 위에 포토레지스트를 도포하고, 상기 포토레지스트를 소정의 패턴이 되도록 현상하고, 상기 현상된 패턴에 따라 금속막을 웨트(wet)에칭 등의 방법으로 에칭하여 게이트버스라인에서 분기하는 게이트전극(117a)을 형성한다. 게이트전극(117a)은 단차를 개선하기 위하여 테이퍼진 형태로 형성하는 것이 바람직하다.(도6a)
이어서 절연성을 향상시키고 힐락을 방지하기 위하여 게이트전극(117a) 등에 양극산화막(135)을 형성한다(도 6b). 상기 금속막이 Cr이나 Mo 일때는 양극산화하지 않는다.
상기 공정에 이어서 게이트절연막(123)이 되는 SiNx, SiOx 등의 무기절연막과 반도체층(122)이 되는 a-Si층과 오믹접촉층(125)이 되는 n+형 a-Si층을 연속 증착하여 적층한다(도 6c).
이어서 상기 n+형 a-Si층 위에 포토레지스트를 도포하고 상기 포토레지스트를 소정의 패턴이 되도록 현상하고 상기 현상된 패턴에 따라 n+형 a-Si층과 a-Si층을 동시에 에칭하여 오믹접촉층(125)과 반도체층(122)을 형성한다(도 6d).
이어서 Cr 또는 A1금속막 등을 기판의 전체면에 스퍼터링법 등으로 증착하고, 상기 금속막 위에 포토레지스트를 도포하고, 상기 포토레지스트를 소정의 패턴이되도록 현상하고, 상기 현상된 패턴에 따라 금속막을 에칭하여 데이타버스라인(115)에서 분기하는 소스전극(115a)과 드레인전극(115b)을 형성한다. 상기 형성된 소스전극(115a) 및 드레인전극(115b)을 마스크로 사용하여 소스/드레인전극 사이의 n+형 a-Si층을 제거한다(도 6e).
이어서 ITO보다 열팽창계수가 큰 유기절연물질 즉, 폴리이미드(Polyimide : PI)계수지막, 아크릴(acryl)계 수지막, 또는 페놀(phenol), 폴리에스테르(polyester), 실리콘(sillicon), 아크릴(acryl), 우레탄(urethane) 등의 열경화성 수지, 폴리카보네이트 (polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethylene ), 폴리스틸렌 (polystyrene )등의 열가소성 수지, 혹은 아래 표1-1의 벤조싸이클로부텐(benzocyc1obutene : B-CB), F첨가폴리이미드(poyimide : PI)등과, 퍼플로오르싸이클로부탄(perfluor-ocyc1obutane : PFCB), 플로오르폴리아릴에테르(Fluoropolyarylether : FPAE) 등에서 선택하거나 Siloxane계열 Polymer, SOG 등에서 선택하여 보호막(126)이 형성되도록 기판의 전면에 도포하고, 상기 보호막(126) 위에 포토레지스트를 도포하고, 상기 포토레지스트를 소정의 패턴이 되도록 현상하고, 상기 현상된 패턴에 따라 보호막(126)을 에칭하여 콘택홀(131)을 형성한다(도 6f).
상기 콘택홀(131)은 드레인전극(115b)부분에 형성된다. 상기 보호막(126)이 감광성인 경우에는 포토레지스터 공정을 생략하고, 마스크를 사용한 노광공정에 의하여 콘택홀(131)을 형성할 수 있다. 상기 보호막으로 사용되는 물질 중 몇가지 예를들면 벤조싸이클로부텐(benzocyclobutene : BCB)의 열팽창계수는 50∼60ppm/℃ 폴리이미드(polyimide : PI)의 열팽창계수는 40∼60 ppm/℃, 아크릴(Acryl)수지의 열팽창계수는 40∼70 ppm/℃, 실록산(Siloxane)계열 폴리머(Polymer)의 열팽창계수는 30∼50 ppm/℃, SOG의 열팽창계수는 30∼50 ppm/℃)이다.
또, 상기 보호막(126)은 무기절연막에 비하여 작은 유전율을 갖고 있다. 따라서이후의 공정에서 형성되는 화소전극과 상기 데이타버스라인 등이 중첩하는 부분에서 전기용량이 작아지기 때문에 리크전류로 인한 전압왜곡현상 및 크로스토크현상이 발생하지 않는다. 그러나 보호막(126)으로 무기절연막을 사용하면 무기절연막의 유전율이 크기 때문에 데이터버스라인 부분의 전기 용량이 커진다.
이 전기용량이 크면 클수록 화소전극의 전압왜곡현상 및 크로스토크현상은 커진다.
따라서 본 발명은 유전율이 작은 유기절연막을 보호막으로 사용하기 때문에 전압왜곡현상 및 크로스토크현상은 발생하지 않는다. 또한 상기 보호막(126)은 기판면을 평탄화 할 수 있어서 셀갭(cell gap)을 균일하게 하는데 유리하며, 배향막의 러빙공정에서 불량이 발생하지 않는 장점이 있다.
즉, 상기 보호막 (126)은 고개율의 액정표시장치를 제조하고, 셀갭(cell gap)을 균일하게 하는데 유리하기 때문에 사용된 것이다.
이어서 보호막(126) 위에 상기 보호막보다 열팽창계수가 작은 ITO(열팽창계수 : 5∼7 ppm/℃)막 등으로 된 제1막(104)과 상기 제1막보다 에치선택비가 크고 열팽창계수는 같거나 작은 제2막 즉, SiNx, SiOx 등의 무기절연막(열팽창계수 : 0.1∼7ppm/℃)으로 된 제2막(150)을 연속증착하고, 상기 제2막 위에 포토레지스트를 도포하고, 상기 포토레지스트를 소정의 패턴(화소전극 모양)이 되도록 현상하고, 상기 현상된 패턴에 따라 제2막(150)을 에칭한다(도 6g). 상기 제2막은 데이터버스라인과 게이트버스라인에 선택적으로 중첩되도록 패터닝하여 화소전극의 면적을 크게 형성 할 수 있다.
이어서 상기 에칭된 제2막을 마스크로 제1막(104)을 에칭하여 화소전극이 되도록 형성한다(도 6h).
이어서 제1막 즉, 화소전극 위에 남아있는 제2막을 에칭 등의 방법으로 제거한다 (도 6i).
상기 제2막인 SiNx 등의 무기절연막은 상기 제1막인 ITO막에 비하여 에칭선택비가 크기 때문에 상기 제1막을 패터닝한 후에 쉽게 제거할 수 있다. 또한 상기 제2막은 제1막에 미세 크랙이 발생하는 것을 억제시키는 역할을 한다.
이것은 제1막과 제2막의 열팽창계수가 비슷하기 때문에 상기 제2막이 상기 제1막에 크랙이 발생되지 않도록 완충역할을 하는 것으로 추정된다.
[발명의 효과]
상기 실시예와 같이 제조되는 본 발명은 벤조싸이클로부텐(benzocyclobutene : BC-B), 폴리이미드(polyimide : PI ), 아크릴(Acryl) 수지, 실록산(Siloxane) 계 열 폴리머(Polymer), SOG 등으로 된 보호막 위에 ITO막으로 된 화소전극을 형성할 때, 상기 보호막 위에 ITO막과 SiNx, SiOx 등의 무기절연막을 연속하여 적충한 후, 이무기절연막을 화소전극 모양으로 패터닝하고, 이 패터닝된 무기절연막을 마스크로 하여 ITO막을 에칭하고, ITO막 위에 남아있는 무기절연막은 별도의 공정으로 제거하는 것을 특징으로 한다.
따라서 ITO막 위에 헝성된 무기절연막이 보호막과 ITO막의 열팽창계수의 차이로 인하여 ITO막에 미세 크랙이 발생하는 것을 억제시키기 때문에 ITO막에 크랙이 발생하지 않는다.
상기와 같은 특성을 갖는 본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 화소전극의 크랙이나, 단선 불량을 줄이는 효과가 있으며, 또한 ITO막의 미세 크랙을 통해 etchant(에천트)가 침투하여 ITO막의 원하지 않는 부분이 에칭되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 보호막 위에 상기 보호막보다 열팽창계수가 작은 제1막과, 상기 제1막보다 에치선택비가 크고, 열팽창계수가 같거나 작은 제2막을 연속적층하여 형성하는 공정과, 상기 제1막 위에 형성된 상기 제2막을 소정의 모양으로 패터닝하는 공정과, 상기 패터닝된 제2막을 마스크로하여 상기 제1막을 패터닝하는 공정과, 상기 패터닝된 제1막 위에 남아있는 상기 패터닝된 제2막을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서 상기 보호막을 게이트버스라인, 데이타버스라인 및 스위칭소자를 포함하여 덮도록 형성하는 공정과, 상기 스위칭소자의 드레인 전극 부분의 보호막에 콘택홀을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서 상기 보호막은 유기절연막인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서 상기 유기절연막은 폴리이미드계 수지, 아크릴계 수지, 열경화성 수지, 열가소성 수지 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서 상기 유기 절연막은 벤조싸이클로부텐, F첨가 폴리이미드, 퍼플로오르싸이클로부탄, 플로오르폴리아릴에테르 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서 상기 보호막은 SOG인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제3항 내기 제5항 중 어느 한 항에 있어서 상기 유기절연막은 감광성 유기절연막인 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제1항 내기 제6항 중 어느 한 항에 있어서 상기 제1막은 Indium TinOxide (ITO)이고, 상기 제2막은 SiNx, SiOx 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시 장치의 제조방법.
  9. 게이트버스라인, 데이타버스라인 및 스위칭소자를 포함하여 덮는 보호막에 형성된 콘택흘을 통하여 상기 스위칭소자의 드레인전극과 연결되며 상기 보호막 위에 형성된 제1막을 포함하는 액정표시장치에 있어서 상기 제1막은 제2막을 마스크로하여 소정의 모양으로 패터닝한 후, 상기 제2막을 제거하여 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제9항에 있어서 상기 보호막은 유기절연막인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  11. 제10항에 있어서 상기 유기절연막은 폴리이미드계 수지, 아크릴계 수지, 열경화성 수지, 열가소성 수지 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제10항에 있어서 상기 유기 절연막은 벤조싸이클로부텐, F첨가 폴리 이미드, 퍼플로오르싸이클로부탄, 플로오르폴리아릴에데르 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시장치.
  13. 제9항에 있어서 상기 보호막은 SOG인 각惜 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제10항 네지 제12항 중 어느 한 항에 있어서 상기 유기절연막은 감광성 유기절연막인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서 상기 제1막은 Indium Tin Oxide (ITO)이고, 상기 제2막은 SiNx, SiOx 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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