KR20000026959A - 액정 표시 장치의 화소 전극 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정 표시 장치의 화소전극을 형성하는 과정중에 식각액에 의하여 다른 배선들이 단선되는 것을 방지하는 방법에 관련된 것이다. 본 발명은 게이트 전극, 소스 전극 그리고 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트 배선 및 소스 배선과, 상기 물질들을 덮는 보호막을 포함하는 기판위에 ITO를 증착하고, 포토 레지스트를 도포한 후, 소정의 마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 감광 및 현상하는 단계와, 상기 기판 여러개를 장착하는 장비를 이용하여 옥살산((COOH)2)을 포함하는 식각액에 담그어 상기 현상된 포토레지스트 형상대로 상기 ITO를 패턴하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 액정 표시 장치에 있어서, 액정을 구동하는 화소전극을 형성하는 방법에 관련된 것이다. 특히, 본 발명은 액정 표시 장치의 화소전극을 형성하는 과정중에 식각액에 의하여 다른 배선들이 단선되는 것을 방지하는 방법에 관련된 것이다.
화상 정보를 화면에 나타내는 화면 표시 장치들 중에서 브라운관 표시 장치(혹은 Cathode Ray Tube(CRT))가 지금까지 가장 많이 사용되어 왔는데 이것은 표시 면적에 비해 부피가 크고 무겁기 때문에 사용하는데 많은 불편함이 따랐다. 그러므로, 표시 면적이 크더라도 그 두께가 얇아서 어느 장소에서든지 쉽게 사용할 수 있는 박막형 평판 표시 장치가 개발되었고, 점점 브라운관 표시 장치를 대체하고 있다. 특히, 액정 표시 장치(혹은 LCD(Liquid Crystal Display))는 표시 해상도가 다른 평판 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관의 것에 비할 만큼 반응 속도가 빠르기 때문에 가장 활발한 개발 연구가 이루어지고 있는 제품이다.
액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한 것이다. 구조가 가늘고 길기 때문에 분자 배열에 방향성과 분극성을 갖고 있는 액정 분자들에 인위적으로 전자기장을 인가하여 분자 배열 방향을 조절할 수 있다. 따라서, 배향 방향을 임으로 조절하면 액정의 광학적 이방성에 의하여 액정 분자의 배열 방향에 따라 빛을 투과 혹은 차단시킬 수 있게되어 화면 표시 장치로 응용하게된 것이다. 현재에는 박막 트랜지스터(혹은 TFT(Thin Film Transistor))와 그것에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 매트릭스 액정 표시 장치가 뛰어나 화질과 자연 색상을 제공하기 때문에 가장 주목받고 있는 제품이다. 일반적인 액정 표시 장치를 구성하는 기본 부품인 액정 패널의 구조를 자세히 살펴보면 다음과 같다. 이해를 돕기위해 액정 표시 장치의 사시도를 나타내는 도 1과 도 1의 절단선 II-II로 자른 단면인 도 2를 참조하여 설명한다.
액정 패널은 여러 가지 소자들이 설치된 두 개의 패널(3,5)들이 대향하여 붙어있고, 그 사이에 액정(10) 층이 끼워진 형태를 갖고 있다. 액정 표시 장치의 한쪽 패널에는 색상을 구현하는 소자들이 구성되어 있다. 이를 흔히 "칼라 필터 패널(3)"이라고 부른다. 칼라 필터 패널(3)은 제 1 투명 기판(1a) 위에 행렬 배열 방식으로 설계된 화소의 위치를 따라 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue)의 칼라 필터(7)가 순차적으로 배열되어 있다. 이들 칼라 필터(7) 사이에는 아주 가는 그물 모양의 블랙 매트릭스(9)가 형성되어 있다. 이것은 각 색상 사이에서 혼합 색이 나타나는 것을 방지한다. 그리고, 칼라 필터(7)를 덮는 공통 전극(8)이 형성되어 있다. 공통 전극(8)은 액정에 인가하는 전기장을 형성하는 한쪽 전극 역할을 한다.
액정 패널의 다른 쪽 패널에는 액정을 구동하기 위한 전기장을 발생시키는 스위치 소자 및 배선들이 형성되어 있다. 이를 흔히 "액티브 패널(5)"이라고 부른다. 액티브 패널(5)은 제 2 투명 기판(1b) 위에 행렬 방식으로 설계된 화소의 위치를 따라 화소 전극(41)이 형성되어 있다. 화소 전극(41)은 상기 칼라 필터 패널(3)에 형성된 공통 전극(8)과 마주보며 액정(10)에 인가되는 전기장을 형성하는 다른 쪽 전극 역할을 한다. 화소 전극(41)들의 수평 배열 방향을 따라 신호 배선(13)이 형성되어 있고, 수직 배열 방향을 따라서는 데이터 배선(23)이 형성되어 있다. 여기에서, 액티브 매트릭스 액정 표시 장치의 경우, 화소 전극(41)의 한쪽 구석에는 화소 전극(41)에 전기장 신호를 인가하는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 액티브 매트릭스 액정 표시 장치의 경우에, 박막 트랜지스터의 게이트 전극(11)은 상기 신호 배선(13)에 연결되어 있고(따라서, 신호 배선을 "게이트 배선" 이라 부르기도 한다), 소스 전극(21)은 상기 데이터 배선(23)에 연결되어 있다(따라서 데이터 배선을 "소스 배선"이라 부르기도 한다). 그리고, 박막 트랜지스터의 드레인 전극(31)은 상기 화소 전극(41)에 연결되어 있다. 박막 트랜지스터에서 소스 전극(21)과 드레인 전극(31) 사이에는 반도체 층(33)이 형성되어 있고, 소스 전극(21)과 반도체 층(33) 그리고, 드레인 전극(31)과 반도체 층(33)은 각각 오믹 접촉을 이루고 있다. 그리고, 게이트 배선(13)과 소스 배선(23)의 끝단에는 외부에서 인가되는 신호를 받아들이는 종단 단자(혹은 Terminal)인 게이트 패드(15)와 소스 패드(25)가 각각 형성되어 있다.
게이트 패드(15)에 인가되는 외부의 전기적 신호가 게이트 배선(13)을 따라 게이트 전극(11)에 인가되면 반도체 층(33)이 활성화되어 소스 패드(25)에 인가되는 화상 정보가 소스 배선(23)을 따라 소스 전극(21)에서 드레인 전극(31)으로 도통된다. 반면에, 게이트 배선(23)에 신호가 인가되지 않는 경우에는 소스 전극(21)과 드레인 전극(31)이 단절된다. 그러므로, 게이트 전극(11)의 신호를 조절함에 따라 드레인 전극(31)에 데이터 신호의 인가 여부를 결정할 수 있다. 따라서, 드레인 전극(31)에 연결된 화소 전극(41)에 데이터 신호를 인위적으로 전달할 수 있게된다. 즉, 박막 트랜지스터는 화소 전극(41)을 구동하는 스위치 역할을 한다. 게이트 배선(13)등이 형성된 층과 소스 배선(23)등이 형성된 층 사이에는 전기적 절연을 위해 게이트 절연막(17)이 형성되어 있고, 소스 배선(23) 등이 형성된 층 위에도 소자 보호를 위한 보호막(37)이 형성되어 있다.
이렇게 만들어진 두 개의 패널(칼라 필터 패널(3)과 액티브 패널(5))이 일정 간격(이 간격을 "셀 갭(Cell Gap)" 이라 부른다)을 두고 대향하여 부착되고, 그 사이에 액정(10) 물질이 채워진다. 상기 두 개의 패널 사이의 셀 갭을 일정하게 유지하고 상기 액정 물질이 밖으로 새어나지 않도록 하기 위해 상기 두 기판의 가장자리 부분을 에폭시와 같은 실(seal)(81) 재로 봉합한다. 그리하여 액정 표시 장치의 주요 부분인 액정 패널이 완성된다. 일반적으로 칼라 필터 패널(3)과 액티브 패널(5)을 실(81)재로 합착하고, 액정(10) 주입이 끝난 후, 액티브 패널(5)의 패드 부분에 외부 입력 단자를 부착하기 위해 패드(15, 25) 부분 위를 가리는 칼라 필터 패널(3)의 일부 절단하여 패드 부분 위를 개방 시켜 놓는다(도 1, 도 2).
이와 같은 종래의 액정 표시 장치는 게이트 물질, 소스-드레인 물질을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하고 보호막으로 이들을 덮은 후에 화소 전극을 형성한다. 보통 화소 전극은 투명 도전 물질인 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용하고 있다. 비록, 보호막과 게이트 절연막에 의하여 소스-드레인 물질 및 게이트 물질들이 보호되고는 있지만, 제조 공정중에 보호막과 게이트 절연막에 핀홀(Pin Hole) 혹은 갈라짐(Crack) 패턴 불량 등이 발생하게 된다. 이런 경우에, 화소 전극을 형성할 때 사용하는 식각액이 상기 핀홀이나 갈라진 틈새로 스며들게 된다. 일반적으로 화소전극인 ITO를 식각하는데 사용하는 식각액은 HCl+HNO3혹은, HCl+CH3COOH와 같은 HCl과 같은 강산계통의 액체를 사용한다. 이런 강산 액체가 핀홀이나 갈라진 틈새를 통하여 몰리브덴이나 크롬을 포함하는 소스-드레인 물질 혹은 알루미늄을 포함하는 게이트 물질과 접촉하게되면, 소스-드레인 물질 혹은 게이트 물질에 심한 침식이 발생하거나, ITO와 하부 금속층(Al계, Mo계, Cr계) 사이의 Galvanic 효과가 발생한다. 그 결과, 소스 배선, 게이트 배선등이 단선되는 경우가 발생하는 등 액정 표시 장치에 치명적인 불량이 발생한다.
참고로 도 3에 종래의 액정 표시 장치에서 보호막(37)이나 게이트 절연막(17)에 핀홀이나 갈라짐으로 인하여 발생한 틈(91)을 통하여 화소전극(41)을 형성하기 위해 ITO를 식각하는 과정에서 식각액이 침투하여 소스 배선(23), 소스 패드(25), 게이트 배선(13) 혹은 게이트 패드(15)가 침식된 예를 나타내었다.
특히, 컴퓨터 산업 및 디스플레이 산업이 발전할수록 점점 더 큰 면적을 갖는 액정 표시 장치의 수요가 증가하고 있는 현재의 상황에서 상기 문제점은 더욱 심각하게된다. 즉, 대면적 액정표시 장치에서는 신호 전달 거리가 길어지기 때문에 저저항 배선이 필수적으로 된다. 일반적으로 저저항 배선 재료로는 알루미늄, 몰리브덴등을 생각할 수 있는데, 이들 물질들은 ITO를 식각하기 위한 강산계 식각액에 아주 잘 반응하여 쉽게 침식된다. 특히, 이들 물질들은 ITO에 비하여 강산액과 반응하는 속도가 무척 빨라서, 그 침투양이 아주 적은 양이라고 하더라도 ITO를 식각하는 시간 동안에도 이들 물질들은 쉽게 침식될 수 있다.
이와 같이 박막 트랜지스터를 보호하는 보호막 위에 화소 전극(ITO)을 형성하는 구조 즉, IOP(ITO On Passivation) 구조에서는 ITO를 패턴할 때 사용하는 강산계를 포함하는 식각액이 핀홀이나 갈라짐 같은 보호막에 형성된 미세한 틈을 통하여 게이트 배선, 소스 배선등을 침식시킬 수 있다. 이와 같은 문제점을 개선하기 위한 직접적인 방법은 게이트 물질 및 소스-드레인 물질과 잘 반응하지 않는 ITO식각액을 사용하거나, 게이트 물질 및 소스-드레인 물질과의 반응성이 있다하더라도 ITO와의 반응성보다 떨어져 ITO를 패턴하는 시간동안에 별 영향을 끼치지 않는 식각액을 사용하는 것이다. 이러한, 식각액으로서는 대표적인 것이 약산 계열인 옥살산계((COOH)2)의 식각액을 사용하는 것이다.
그러나, 옥살산을 사용하는 방법에는 다음과 같은 중요한 문제점이 있다. 즉, 옥살산은 기존의 강산계 식각액과 비교하여 식각율이 1/10에서 1/100의 수준을 갖기 때문에, 식각 시간이 10배에서 100배까지 길어지게된다는 것이다. 식각 시간이 길어지면, 최초 고안한 패턴의 형상의 가장자리 부분에서 과식각이 발생하여 원래 고안된 형상에서 많이 틀어지는 CD loss 문제가 있다. 그러나, ITO를 옥살산으로 식각할 경우 식각율이 1Å/sec 미만을 유지하게 함으로써, CD loss를 1㎛ 이내로 조절함이 가능하다.
본 발명의 목적은 게이트 물질 및 소스-드레인 물질과 반응성이 적은 식각액으로 화소 전극을 패턴하는 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 게이트 물질 및 소스-드레인 물질과 반응성이 적은 식각액을 사용하여 화소전극을 패턴하는데 있어서, 식각 시간을 단축하기 위해 여러개의 액정 패널을 동시에 식각하는 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 액정 표시 장치의 일반적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 액정 표시 장치의 일반적인 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 종래의 액정 표시 장치 제조 방법에서 보호막 및 게이트 절연막에 형성된 틈새로 스며든 식각액에 의해 게이트 물질 및 소스-드레인 물질이 손상된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 액정 표시 장치 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 101 : 기판 1a : 제 1 기판
1b : 제 2기판 3 : 칼라필터 패널
5 : 액티브 패널 7 : 칼라 필터
8 : 공통 전극 9 : 블랙 매트릭스
10 : 액정 11, 111 : 게이트 전극
13, 113 : 게이트 배선 15, 115 : 게이트 패드
17, 117 : 게이트 절연막 21, 121 : 소스 전극
23, 123 : 소스 배선 25, 125 : 소스 패드
31, 131 : 드레인 전극 33, 133 : 반도체 층
35, 135 : 불순물 반도체 층 37, 137 : 보호막
41, 141 : 화소 전극 51, 151 : 게이트 콘택 홀
57, 157 : 게이트 패드 단자 61, 161 : 소스 콘택 홀
67, 167 : 소스 패드 단자 71, 171 : 드레인 콘택 홀
81 : 실(Seal) 재
187 : ITO(Indium Tin Oxide) 189 : 포토레지스트
193 : 일괄 식각 장비 195 : 약산계 식각액
이와 같은 문제점들을 해결하기 위해 본 발명은 게이트 전극, 소스 전극 그리고 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트 배선 및 소스 배선과, 상기 물질들을 덮는 보호막을 포함하는 기판위에 ITO를 증착하고, 포토 레지스트를 도포한 후, 소정의 마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 감광 및 현상하는 단계와, 상기 기판 여러개를 장착하는 장비를 이용하여 옥살산을 포함하는 식각액에 담그어 상기 현상된 포토레지스트의 형상대로 상기 ITO를 패턴하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 제조 공정을 나타내는 도 4를 참조로한 실시 예를 이용하여 본 발명을 더욱 자세히 설명한다.
투명 유리 기판(101)위에 알루미늄, 몰리브덴, 알루미늄 합금 혹은 몰리브덴 합금과 같은 금속으로 단층이나 이중층으로 이루어진 게이트 전극(111), 상기 게이트 전극(111)을 연결하는 게이트 배선(113) 그리고, 상기 게이트 배선(113) 끝부분에 게이트 패드(115)를 형성한다. 그리고, 산화 실리콘(SiOx) 혹은 질화 실리콘(SiNx) 등으로 상기 게이트 전극(111), 게이트 배선(113) 그리고, 게이트 패드(115)들을 덮는 게이트 절연막(117)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(117) 위의 상기 게이트 전극(111) 부분에 반도체 물질로 반도체 층(133)을 형성한다. 그리고, 크롬, 몰리브덴, 안티몬 등과 같은 금속으로 상기 반도체 층(133)의 한쪽 변과 오믹 접촉을 하는 소스 전극(121), 상기 소스 전극(121)과 분리되어 상기 반도체 층(133)의 다른쪽 변과 오믹 접촉을 하는 드레인 전극(131), 상기 소스 전극(121)을 연결하는 소스 배선(123) 그리고, 상기 소스 배선(123) 끝 부분에 소스 패드(125)들을 형성한다. 그리고, 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 혹은 유기절연막인 BCB(Benzocyclobutene)나 Acryl계 레진 등으로 상기 모든 물질들을 덮는 보호막(137)을 형성하고, 상기 드레인 전극(131)과, 게이트 패드(115) 그리고, 소스 패드(125)의 일부를 노출 시킨다(도 4a).
상기 기판(101) 위에 투명 도전 물질인 ITO(187)를 증착하고, 그 위에 다시 포토 레지스트(189)를 도포한다. 그리고, 상기 포토 레지스트(189)를 소정의 마스크로 덮은 후 노광, 현상하여 마스크의 형상대로 패턴한다. 여기에서 상기 마스크는 나중에 형성되는 화소전극의 형상에 대응하는 모양을 갖고 있다(도 4b).
이와 같이 만들어진 여러개의 기판들을 한번에 장착하는 일괄 식각 장비(193)를 사용하여 약산계통인 옥살산을 포함하는 식각액(195)에 담그어 ITO를 포토레지스트의 형상대로 식각한다(도 4c).
그 결과, 마스크의 형상대로 상기 ITO는 패턴되어 화소 전극(141)이 형성된다(도 4d).
옥살산((COOH)2)계는 약산계로서 쉽게 ITO를 식각할 수 있으며, 또 다른 투명전극으로는 IZO(Indium Zinc Oxide)계를 사용할 수도 있다.
본 발명은 화소 전극이 박막 트랜지스터 보다 나중에 형성되는 액정 표시 장치 제조 방법에 있어서, 화소전극의 식각액에 의하여 박막 트랜지스터에 전기적 신호를 인가하는 게이트 배선 및 소스 배선등이 침식되는 것을 방지하는 방법에 관련된 것이다. 본 발명에서는 화소 전극을 패턴할 때 사용하는 식각액을 약산계통인 옥살산계를 사용함으로써 박막 트랜지스터를 형성하는 게이트 물질 및 소스-드레인 물질이 식각액에 침식되지 않도록하였다. 박막 트랜지스터 및 각종 배선을 덮고 있는 보호막이나 게이트 절연막에 핀홀이나 갈라진 틈 사이로 화소전극 패턴에 사용하는 식각액이 침투하더라도 그 식각액이 옥살산이므로 박막트랜지스터 및 각종 배선을 침식하지는 않는다. 따라서, 보호막 혹은 게이트 절연막에 핀홀이나 갈라진 틈에의해 박막 트랜지스터 및 각종 배선이 손상되지는 않아서 그로 인한 품질불량은 발생하지 않는다. 더욱이 본 발명에서는 여러개의 액티브 기판을 한번에 식각할 수 있는 일괄 식각 장비를 사용하여 약산계 식각액을 사용하여 화소 전극을 패턴할 때 식각 시간이 길어짐에 따라 발생하는 생산성 저하 문제를 해결하였다.
Claims (7)
- 게이트 전극, 소스 전극 그리고 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터와, 상기 박막 트랜지스터에 연결된 게이트 배선 및 소스 배선과, 상기 물질들을 덮는 보호막을 포함하는 기판 위에 투명도전물질을 증착하고, 포토 레지스트를 도포한 후, 소정의 마스크를 사용하여 상기 포토레지스트를 감광 및 현상하는 단계와;약산계 식각액으로 상기 현상된 포토레지스트의 형상대로 상기 투명도전물질을 패턴하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 약산계 식각액은 상기 금속층과 상기 도전 물질 사이의 식각비율이 거의 동일한 산성액을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 약산계 식각액은 옥살산을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치 제조 방법.
- 금속층과, 상기 금속층을 덮는 절연막을 포함하는 기판 위에 도전 물질을 증착하고, 포토레지스트를 도포한 후 상기 포토레지스트를 소정의 형상대로 현상하는 단계와;상기 소정의 형상대로 현상된 포토레지스트를 갖는 기판 여러개를 동시에 장착하는 일괄 식각 장치를 사용하여 약산계 식각액에 담그어 상기 포토레지스트의 형상대로 상기 도전 물질을 패턴하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치 제조 방법.
- 제 4항에 있어서,상기 약산계 식각액은 상기 금속층과 상기 도전 물질 사이의 식각비율이 거의 동일한 산성액을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치 제조 방법.
- 제 4항에 있어서,상기 약산계 식각액은 옥살산을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 투명도전물질은 ITO(Indium Tin Oxide)와 IZO(Indium Zinc Oxide) 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치 제조 방법.
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| KR100783608B1 (ko) * | 2002-02-26 | 2007-12-07 | 삼성전자주식회사 | 인듐징크옥사이드 식각액 조성물 및 이를 이용한 액정표시 장치의 박막 트랜지스터 기판의 제조방법 |
| KR20230012722A (ko) | 2021-07-16 | 2023-01-26 | 윤민섭 | 김 오일 추출방법 및 그 제품 |
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