KR20000019130A - 박막 트랜지스터 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보종용량을 향상시킨 박막 트랜지스터 액정표시소자를 개시한다. 개시된 본 발명의 박막 트랜지스터 액정표시소자는, 유리기판; 상기 유리기판 상에 이격되어 형성되는 게이트 전극 및 보조용량 전극; 상기 게이트 전극이 형성된 유리기판 부분에 상기 게이트 전극과 그 상부에 순차적으로 적층되는 게이트 절연막, 반도체층, 에치 스톱퍼, 오믹층 및 소오스/드레인 전극으로 구성되어 형성된 박막 트랜지스터; 상기 보조용량 전극 상에 증착된 유전체층; 및 상기 박막 트랜지스터의 소오스 전극 또는 드레인 전극중 하나의 전극과 콘택하면서 화소영역 형성된 화소전극을 포함하는 박막 트랜지스터 액정표시소자로서, 상기 유전체층은 스퍼터 방식에 의해 증착된 BaTiO3층인 것을 특징으로 한다.

Description

박막 트랜지스터 액정표시소자
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 보조용량을 향상시킨 박막 트랜지스터 액정표시소자에 관한 것이다.
텔레비젼 및 그래픽 디스플레이 등의 표시 장치에 이용되는 액정표시소자(Liquid Crystal Display : 이하, LCD)는 CRT(Cathod-ray tube)를 대신하여 개발되어져 왔다. 특히, 매트릭스 형태로 배열된 각 화소에 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하, TFT)가 구비되는 TFT LCD는 고속 응답 특성을 갖는 잇점과 높은 화소수에 적합하다는 잇점 때문에 CRT에 필적할만한 표시 화면의 고화질화 및 대형화, 컬러화 등을 실현하는데 크게 기여하고 있다.
한편, TFT LCD에서 좋은 화상을 얻기 위해서는 데이터 라인을 통하여 인가된 첫 번째 신호의 전압을 두 번째 신호가 전달될 때까지 일정하게 유지시키는 것이 필요하며, 이를 위해 각 화소에 보조 용량(CS)를 형성한다.
여기서, 보조 용량(CSt)은 화소 내에 보조 용량 전극을 형성함으로써 구현되며, 이러한 보조 용량 전극은 게이트 라인의 형성시에 함께 형성된다.
도 1은 보조 용량 전극이 구비된 종래 TFT LCD를 도시한 단면도로서, 도시된 바와 같이, 유리 기판(1)의 적소에 게이트 전극(2)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(2)과 이격된 위치, 즉, 화소영역에는 보조용량 전극(3)이 형성되어 있고, 상기 게이트 전극(2) 및 보조용량 전극(3)을 피복하도록 유리기판(1) 전면 상에는 게이트 절연막(4)을 도포되어 있다.
또한, 게이트 전극(2) 상부의 게이트 절연막(4) 부분에는 패턴의 형태로 반도체층(5)이 형성되어 있으며, 상기 반도체층(5)의 중심부 상에 에치 스톱퍼(6)가 형성되어 있고, 노출된 반도체층(5)과 에치 스톱퍼(6)의 일측 및 타측 상에는 오믹층(7)이 형성되어 있다.
그리고, 오믹층(7) 상에는 소오스/드레인 전극(8a, 8b)이 형성되어 TFT가 구성되며, 이러한 TFT는 소오스/드레인 전극(8a, 8b) 상에 도포된 보호층(9)에 의해 보호된다.
한편, 화소영역 상에 배치된 보조용량 전극(3) 상부의 게이트 절연막(4) 부분 상에는 투명 금속인 ITO 금속막으로된 화소전극(10)이 형성되어 있으며, 이에 따라, 화소영역에는 게이트 절연막(4)의 개재하에 보조용량 전극(3)과 화소전극(10) 사이에서 보조용량(Cst)이 형성된다.
여기서, 화소전극(10)은 TFT의 소오스/드레인 전극(8a, 8b) 보다 먼저 형성되며, 아울러, 소오스 전극(8a)과는 콘택된다.
그러나, 종래 TFT LCD에서의 보조용량은 통상 PECVD법으로 형성되는 게이트 절연막을 유전체층으로 이용하고 있는데, 이러한 PECVD법에 의해 형성되는 게이트 절연막은 3.5 내지 5 정도의 유전상수 값을 갖기 때문에 보조용량을 향상시키는데, 어려움이 있었다.
한편, 하기의 식 1에 나타낸 바와 같이 보조용량을 향상시키기 위해서는 유전체층의 두께, 즉, 게이트 절연막의 두께를 감소시키거나, 또는, 보조용량 전극의 면적을 증가시키면 되지만, 전자의 경우에는 TFT의 안정적인 구동이 이루어지지 못하기 때문에 그 적용이 곤란하며, 또한, 화소영역에서 배치되는 게이트 절연막 부분의 두께 만을 감소시키기 위해서는 추가적인 공정이 필요하게 되어 생산성 면에서 적용이 곤란한 문제점이 있다.
후자의 경우에는, 백라이트로부터 투과되는 광의 투과 면적이 보조용량 전극의 면적을 제외한 나머지 부분의 면적이 되는 것에 기인하여 보조용량 전극의 면적을 증가시킬 경우에는 투과 면적의 감소, 즉, 개구율이 감소되는 문제점이 있기 때문에 마찬가지로 적용이 곤란한 문제점이 있었다.
CSt= εo ----- (식 1)
( εo: 유전상수, A : 전극 면적, d : 유전체의 두께 )
따라서, 본 발명의 목적은 향상된 보조용량을 갖는 TFT LCD를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 박막 트랜지스터 액정표시소자를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정표시소자를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 트랜지스터 액정표시소자를 도시한 단면도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
21 : 유리기판 22 : 게이트 전극
23 : 보조용량 전극 24a,24b : BaTiO3층
25 : 게이트 절연막 26 : 반도체층
27 : 에치 스톱퍼 28 : 오믹층
29a : 소오스 전극 29b : 드레인 전극
30 : 보호층 31 : 화소전극
22a,23a : 제1금속층 22b,23b : 제2금속층
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TFT LCD는 유리기판; 상기 유리기판 상에 이격되어 형성되는 게이트 전극 및 보조용량 전극; 상기 게이트 전극이 형성된 유리기판 부분에 상기 게이트 전극과 그 상부에 순차적으로 적층되는 게이트 절연막, 반도체층, 에치 스톱퍼, 오믹층 및 소오스/드레인 전극으로 구성되어 형성된 박막 트랜지스터; 상기 보조용량 전극 상에 증착된 유전체층; 및 상기 박막 트랜지스터의 소오스 전극 또는 드레인 전극중 하나의 전극과 콘택하면서 화소영역 형성된 화소전극을 포함하는 TFT LCD로서, 상기 유전체층은 스퍼터 방식에 의해 증착된 BaTiO3층인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 보조용량 전극과 화소전극 사이에 고유전상수 값을 갖는 유전체층을 개재시키기 때문에 상기 보조용량 전극의 면적을 증가시키지 않고도 향상된 보조용량을 확보할 수 있다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TFT LCD를 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 유리기판(21) 상에는 게이트 전극(22)과, 상기 게이트 전극(22)과 이격된 위치에 보조용량 전극(23)이 형성되며, 상기 게이트 전극(22) 및 보조용량 전극(23) 상에는 스퍼터 방식에 의해 800 내지 1,000㎚ 두께를 갖는 BaTiO3층(24a, 24b)이 형성되고, 상기 BaTiO3층(24a, 24b)이 형성된 게이트 전극(22) 및 보조용량 전극(23)은 유리기판(21)의 전면에 도포되는 게이트 절연막(25)에 의해 덮힌다. 이때, 보조용량 전극(23) 상에 형성된 BaTiO3층(24a)은 후속의 식각 공정을 통해 노출된다.
그리고, 게이트 전극(22) 상부의 게이트 절연막(3) 부분에는 종래와 마찬가지의 공정을 통해 반도체층(26), 에치 스톱퍼(27), 오믹층(28) 및 소오스/드레인 전극(29a, 29b)이 순차적으로 적층되어 TFT가 구성되며, 이러한 TFT 상에는 보호층(30)이 도포된다.
한편, 화소영역 상에는 ITO 금속으로된 화소전극(31)이 형성되며, 이때, BaTiO3층(24a)이 노출되어 있는 것에 기인하여 화소전극(31)과 BaTiO3층(24a)은 콘택되고, 이 결과, 보조용량 전극(23)과 화소전극(31) 사이에는 BaTiO3층(24a)의 개재하에 보조용량(Cst)이 형성된다.
상기에서, BaTiO3는 고유전상수 값을 갖는 물질로서, 종래 PECVD 방식에 의해 증착된 SiO2, SioN 또는 SiNX층으로 형성되는 게이트 절연막의 유전상수 값이 3.5 내지 5 정도인 것에 반하여, 상기한 스퍼터 방식에 의해 증착된 BaTiO3층은 7 내지 10 정도의 유전상수 값을 갖는다.
따라서, 보조용량 전극과 화소전극 사이에 고유전상수 값을 갖는 BaTiO3층이 개재되는 것으로 인하여 종래와 동일한 보조용량 면적에 대하여 종래 보다는 대략 2배 정도의 향상된 보조용량을 얻게 된다.
또한, 스퍼터 방식에 의한 BaTiO3층의 적용시에는 보조용량 전극의 면적을 감소시킬 수 있기 때문에 개구율 향상도 얻을 수 있게 된다.
한편, 도시된 바와 같이, 스퍼터 방식에 의한 BaTiO3층(24a, 24b)은 게이트 전극(22) 상에도 형성하는데, 이와 같이, 게이트 전극 상에 BaTiO3층(24b)을 형성하게 되면, 게이트 전극(22)과 소오스 전극(29a) 사이의 유전체층의 두께, 즉, 게이트 절연막(25)과 BaTiO3층(24b)의 두께를 합한 전체적인 유전체층의 두께가 증가되는 것에 기인하여 게이트 전극(22)과 소오스 전극(29a)간의 기생용량에 기인된 TFT LCD의 구동 전압의 변동을 방지할 수 있게 되어 TFT LCD의 전압 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 TFT LCD를 도시한 단면도로서, 앞서 설명한 실시예와 동일하게 유전체층으로서 BaTiO3층을 이용하지만, 게이트 전극(22)과 보조용량 전극(23)을 스택형으로 형성하고, 상기한 BaTiO3층(24a, 24a)을 제1금속층(22a, 23a)과 제2금속층(22b, 23b) 사이에 개재되도록 한다.
이 경우에는, BaTiO3층 후속 공정시에 손상되는 것을 방지할 수 있기 때문에, 그 특성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로는, 공정의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.
이상에서와 같이, 본 발명은 보조용량 전극과 화소전극 사이에 고유전상수 값을 갖는 BaTiO3층을 개재시킴으로써, 동일한 보조용량 면적에 대하여 향상된 보조용량을 얻을 수 있으며, 이에 따라, 플리커(Flicker) 등의 결함을 제거할 수 있기 때문에 TFT LCD의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 고유전상수 값을 갖는 BaTiO3를 유전체층으로 이용하는 것에 기인하여 보조용량 전극의 면적을 감소시킬 수 있기 때문에 개구율도 향상시킬 수 있다.
게다가, 게이트 전극과 소오스 전극 사이에서 발생되는 기생용량을 감소시킬 수 있기 때문에 TFT LCD의 전압 특성도 향상시킬 수 있다.
한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (4)

  1. 유리기판; 상기 유리기판 상에 이격되어 형성되는 게이트 전극 및 보조용량 전극; 상기 게이트 전극이 형성된 유리기판 부분에 상기 게이트 전극과 그 상부에 순차적으로 적층되는 게이트 절연막, 반도체층, 에치 스톱퍼, 오믹층 및 소오스/드레인 전극으로 구성되어 형성된 박막 트랜지스터; 상기 보조용량 전극 상에 증착된 유전체층; 및 상기 박막 트랜지스터의 소오스 전극 또는 드레인 전극중 하나의 전극과 콘택하면서 화소영역 형성된 화소전극을 포함하는 박막 트랜지스터 액정표시소자로서,
    상기 유전체층은 스퍼터 방식에 의해 증착된 BaTiO3층인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 BaTiO3층의 두께는 800 내지 1,000㎚인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 BaTiO3층은 게이트 전극과 게이트 절연막 사이에도 개재된 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시소자.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 게이트 전극과 보조용량 전극은 상기 BaTiO3층의 개재하에 두 개의 금속층이 적층된 스택형 전극인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시소자.
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