KR20010053696A

KR20010053696A - 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판

Info

Publication number: KR20010053696A
Application number: KR1019990054164A
Authority: KR
Inventors: 김원주; 최권영; 김현수
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2001-07-02
Also published as: KR100635945B1

Abstract

절연 기판 위에 게이트선이 형성되어 있고 데이터선이 게이트선과 절연되어 교차하고 있다. 게이트선을 통하여 전달되는 주사 신호에 따라 데이터선을 통하여 전달되는 화상 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터가 형성되어 있고, 화소 전극이 박막 트랜지스터에 연결되어 있다. 이 때, 데이터선은 크롬으로 이루어진 하부층, 알루미늄-네오디뮴으로 이루어진 중간층, 크롬으로 이루어진 상부층의 3중층으로 이루어져 있고, 하부층과 상부층은 중간층을 감싸고 있다. 이상과 같은 구조로 데이터 배선을 형성하면 데이터 배선이 후속 공정에서 손상되는 것을 방지함과 동시에 배선 저항을 충분히 낮게 할 수 있어서 대면적 액정 표시 장치에 있어서도 싱글 스캔(single scan) 방식을 사용하여 구동할 수 있다.

Description

액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판{THIN FILM TRANSISTOR ARRAY PANEL FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 일반적으로 공통 전극과 컬러 필터(color filter) 등이 형성되어 있는 상부 기판과 박막 트랜지스터와 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 기판 사이에 액정 물질을 주입해 놓고 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전위를 인가함으로써 전계를 형성하여 액정 분자들의 배열을 변경시키고, 이를 통해 빛의 투과율을 조절함으로써 화상을 표현하는 장치이다.

박막 트랜지스터가 형성되어 있는 하부 기판에는 박막 트랜지스터에 주사 신호를 공급하는 게이트선과 화상 신호를 공급하는 데이터선 등의 배선이 형성되어있다. 그런데 액정 표시 장치가 대형화, 고정세화되어 감에 따라 이들 배선의 저항이 문제점으로 부각되고 있다. 특히 이러한 문제는 화상 신호를 전달하는 데이터선에 있어서 더욱 심각하다. 즉, 데이터선의 저항이 클 경우 RC 지연에 의하여 신호의 왜곡이 심해지고, 구동부로부터 멀어질수록 화소 전극에 충전되는 전하량이 감소하여 패널의 상부와 하부 사이에 휘도에 차이가 나게 되며, 플리커(flicker) 불량이 심해진다.

종래에는 데이터선으로 크롬(Cr)을 주로 사용하고 있다. 이는 크롬이 화학적으로 비교적 안정하여 데이터선 형성 후에 이루어지는 화소 전극 형성 공정에서 ITO(indium tin oxide) 식각제에 의하여 손상받는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 그러나 크롬은 저항이 비교적 큰 금속이어서 앞서 설명한 문제를 유발한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 듀얼 스캔(dual scan) 방식을 사용하기도 한다. 듀얼 스캔 방식은 패널 상하부에 데이터 구동부를 두고 상하부에서 동시에 화상 신호를 공급함으로써 화소의 전하 충전률을 증가시키는 방식이다. 그러나 듀얼 스캔 방식은 제조 비용을 증가시키고 액정 표시 장치의 크기를 증가시킨다.

다른 방법으로는 데이터선을 이루는 크롬층의 증착 두께를 증가시키는 것이 있으나, 이 경우에는 패널이 받는 스트레스가 증가하여 또 다른 불량이 야기되므로 한계가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 데이터 배선의 저항을 감소시키는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 대한 단면도이다.

이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 데이터선을 제1 보호 도전층, 제1 보호 도전층 위에 형성되어 있는 주 배선층 및 주 배선층을 제1 보호 도전층과 함께 감싸고 있는 제2 보호 도전층을 포함하는 구조로 형성한다.

구체적으로는, 절연 기판 위에 게이트선이 형성되어 있고, 데이터선이 게이트선과 절연되어 교차하고 있다. 게이트선을 통하여 전달되는 주사 신호에 따라 데이터선을 통하여 전달되는 화상 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터가 형성되어 있고, 화소 전극이 박막 트랜지스터에 연결되어 있다. 여기서 데이터선은 제1 보호 도전층, 제1 보호 도전층 위에 형성되어 있는 주 배선층 및 주 배선층을 제1 보호 도전층과 함께 감싸고 있는 제2 보호 도전층을 포함한다.

이러한 구조의 액정 표시 장치는 절연 기판 위에 게이트 배선을 형성하는 단계, 게이트 절연막을 적층하는 단계, 반도체층을 형성하는 단계, 제1 보호 도전층을 적층하는 단계, 제1 보호 도전층 위에 주 배선층을 적층하는 단계, 주 배선층을 패터닝하는 단계, 패터닝 된 주 배선층 위에 제2 보호 도전층을 적층하는 단계, 제2 및 제1 보호 도전층을 패터닝하는 단계, 보호막을 형성하는 단계, 화소 전극을 형성하는 단계를 통하여 제조한다.

그러면 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 대한 단면도이다.

먼저, 절연 기판(10) 위에 알루미늄(Al) 또는 알루미늄-네오디뮴(Al-Nd) 등의 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 등의 금속 또는 도전체로 만들어진 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 주사 신호선 또는 게이트선(20), 게이트선(20)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 주사 신호를 인가 받아 게이트선(20)으로 전달하는 게이트 패드(24) 및 게이트선(20)의 일부인 박막 트랜지스터의 게이트 전극(26)을 포함한다.

게이트 배선(20, 24, 26)은 단일층으로 형성될 수도 있지만, 본 실시예에서와 같이 이중층(21, 22)으로 형성하거나 삼중층으로 형성할 수도 있다. 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하다. 크롬층(21)과 알루미늄-네오디뮴층(22)의 이중층으로 형성한 본 실시예는 그 한 예이다.

게이트 배선(20, 24, 26) 위에는 질화규소(SiN_x) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 게이트 배선(20, 24, 26)을 덮고 있다.

게이트 절연막(30) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 따위의 반도체로 이루어진 반도체 패턴(40)이 형성되어 있으며, 반도체 패턴(40)의 위에는 인(P) 따위의 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소 따위로 이루어진 저항성 접촉층(ohmic contact layer) 패턴(55, 56)이 형성되어 있다.

접촉층 패턴(55, 56) 위에는 데이터 배선이 형성되어 있다. 데이터 배선은 세로 방향으로 형성되어 있는 데이터선(60), 데이터선(60)의 한쪽 끝에 연결되어 외부로부터의 화상 신호를 인가 받는 데이터 패드(64), 그리고 데이터선(60)의 분지인 박막 트랜지스터의 소스 전극(65) 및 반도체 패턴(40) 상부에서 소스 전극(65)과 대향하고 있는 드레인 전극(66)을 포함한다.

여기서 데이터선(60)은 3중층(61, 62, 63)으로 형성되어 있다. 하부층(21)은 크롬과 같이 저항을 다소 높더라도 화학적으로 안정한 도전 물질로 이루어져 있다. 중간층(22)은 알루미늄 또는 알루미늄-네오디뮴 등과 같이 화학적으로는 불안정하더라도 저항이 낮은 도전 물질로 이루어져 있다. 상부층(23)은 하부층(21)과 마찬가지로 화학적으로 안정한 크롬 등의 물질로 이루어져 있다. 이 때, 중간층(22)은 하부층(21)과 상부층(23)에 의하여 둘러싸여 있다. 데이터 패드(64) 부분도 이러한 3중층(21, 22, 23)의 구조를 가진다. 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 부분은 중간층(22)이 생략되고 하부층(21)과 상부층(23)만으로 이루어져 있다. 이는 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 부에서는 선폭이 특히 정확하게 관리되어야 하기 때문이다. 그러나 필요에 따라서는 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)에도 중간층(22)을 형성하는 것도 가능하다.

접촉층 패턴(55, 56)은 그 하부의 반도체 패턴(40)과 그 상부의 소스 전극(65) 및 드레인 전극(66) 사이의 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다.

데이터 배선(60, 64, 65, 66)의 위에는 보호막(80)이 형성되어 있다. 보호막(80)은 질화규소나 아크릴계 따위의 유기 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 반도체 패턴(40) 중에서 적어도 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 사이에 위치하는 채널 부분을 덮어 보호하는 역할을 한다.

게이트선(20) 및 데이터선(60)으로 둘러싸인 영역의 게이트 절연막(30) 위에는 화소 전극(70)이 형성되어 있다. 화소 전극(70)은 접촉창(81)을 통하여 드레인 전극(66)과 물리적·전기적으로 연결되어 박막 트랜지스터로부터 화상 신호를 받아 상판의 전극과 함께 전기장을 생성하며, ITO(indium tin oxide) 따위의 투명한 도전 물질로 만들어진다. 한편, 게이트 패드(24) 및 데이터 패드(64) 위에는 접촉창(82, 83)을 통하여 각각 이들과 연결되는 보조 게이트 패드(73) 및 보조 데이터 패드(74)가 형성되어 있으며, 이들은 패드(24, 64)와 외부 회로 장치와의 접착성을 보완하고 패드(24, 64)를 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다.

이상과 같은 구조로 데이터 배선을 형성하면 데이터 배선이 후속 공정에서 손상되는 것을 방지함과 동시에 배선 저항을 충분히 낮게 할 수 있어서 17인치 이상의 대면적 액정 표시 장치에 있어서도 싱글 스캔(single scan) 방식을 사용하여 구동할 수 있다.

아래의 표에는 본 발명을 적용한 17인치 SXGA(super extended graphics array)급 액정 표시 장치에 있어서의 데이터 배선의 저항, 정전 용량 및 RC 지연을값이 나타나 있다.

특성값의 종류	설계 예상치	실측치
저항	12.5㏀	11.6㏀
정전 용량	120pF	100pF
RC 지연	1.5㎲	1.16㎲

이러한 정도의 특성값이라면 17인치 SXGA급은 물론 24인치 UXGA(ultra extended graphics array)급의 액정 표시 장치에 있어서도 싱글 스캔 방식에 의한 구동이 가능하다.

이러한 구조의 액정 표시 장치를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 크롬층과 알루미늄-네오디뮴층을 스퍼터링 따위의 방법으로 1,000 Å 내지 3,000 Å의 두께로 연속 증착하고 첫 번째 사진 식각 공정을 사용하여 게이트 배선(20, 24, 26)을 형성한다.

다음, 게이트 절연막(30), 반도체층, 접촉층을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 1,500 Å, 300 Å 내지 600 Å의 두께로 연속 증착하고, 두 번째 사진 식각 공정을 사용하여 접촉층과 반도체층을 함께 패터닝하여 반도체 패턴(40)과 그 위의 예비 접촉층 패턴을 형성한다.

이어서, 크롬층과 알루미늄-네오디뮴층을 1,000Å 내지 3,000Å의 두께로 연속으로 증착하고, 세 번째 사진 식각 공정을 사용하여 알루미늄-네오디뮴층을 패터닝하여 중간층(62)을 형성한다.

다음, 세 번째 사진 식각 공정에서 사용된 감광막 패턴을 제거하고 크롬층을 다시 한 번 1,000Å 내지 3,000Å의 두께로 증착한 다음, 네 번째 사진 식각 공정을 사용하여 상부와 하부의 이중 크롬층을 동시에 패터닝하여 상부층(63)과 하부층(61)을 형성하여 데이터 배선(60, 64, 65, 66)을 완성한다. 이 때,상부층(63)과 하부층(61)이 중간층(62)을 완전히 감싸도록 형성하여야 한다.

이어서 질화규소 따위로 이루어진 보호막(80)을 1,500 Å 내지 5,000 Å의 두께로 적층하고 다섯 번째 사진 식각 공정을 사용하여 드레인 전극(66) 데이터 패드(64) 및 게이트 패드(24)를 노출시키는 제1 내지 제3 접촉구(81, 83, 82)를 형성한다.

보호막(80) 위에 ITO 등의 투명 도전 물질을 400 Å 내지 500 Å 두께로 증착하고 여섯 번째 사진 식각 공정을 통하여 패터닝함으로써 화소 전극(70), 및 보조 패드(73, 74)를 형성한다.

이상과 같은 구조로 데이터 배선을 형성하면 데이터 배선이 후속 공정에서 손상되는 것을 방지함과 동시에 배선 저항을 충분히 낮게 할 수 있어서 대면적 액정 표시 장치에 있어서도 싱글 스캔(single scan) 방식을 사용하여 구동할 수 있다.

Claims

절연 기판,

상기 절연 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,

상기 게이트선과 절연되어 교차하고 있는 데이터선,

상기 게이트선을 통하여 전달되는 주사 신호에 따라 상기 데이터선을 통하여 전달되는 화상 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터,

상기 박막 트랜지스터에 연결되어 있는 화소 전극을 포함하며,

상기 데이터선은 제1 보호 도전층, 상기 제1 보호 도전층 위에 형성되어 있는 주 배선층 및 상기 주 배선층을 상기 제1 보호 도전층과 함께 감싸고 있는 제2 보호 도전층을 포함하는 구조로 이루어지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
절연 기판,

상기 절연 기판 위에 형성되어 있으며 게이트선, 상기 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 상기 게이트선의 끝에 연결되어 있는 게이트 패드를 포함하는 게이트 배선,

상기 게이트 배선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,

상기 게이트 절연막 위의 적어도 상기 게이트 전극 상부에 형성되어 있는 반도체층,

상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있으며 데이터선, 상기 데이터선에 연결되어 있으며 상기 반도체층의 위에까지 연장되어 있는 소스 전극, 상기 반도체층 위에서 상기 소스 전극과 대향하고 있는 드레인 전극, 상기 데이터선의 끝에 연결되어 있는 데이터 패드를 포함하는 데이터선,

상기 데이터선 위에 형성되어 있으며 상기 드레인 전극, 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드를 각각 노출시키는 제1 내지 제3 접촉구를 가지는 보호막,

상기 제1 접촉구를 통하여 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극을 포함하며,

적어도 상기 데이터선은 제1 보호 도전층, 상기 제1 보호 도전층 위에 형성되어 있는 주 배선층 및 상기 주 배선층을 상기 제1 보호 도전층과 함께 감싸고 있는 제2 보호 도전층을 포함하는 구조로 이루어지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
제1항 또는 제2항에서,

상기 주 배선층은 알루미늄-네오디뮴(Al-Nd)으로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
제3항에서,

상기 제1 및 제2 보호 도전층은 크롬(Cr)으로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
제1항 또는 제2항에서,

상기 게이트 배선은 크롬층과 알루미늄-네오디뮴층의 이중층으로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
절연 기판 위에 게이트 배선을 형성하는 단계,

게이트 절연막을 적층하는 단계,

반도체층을 형성하는 단계,

제1 보호 도전층을 적층하는 단계,

상기 제1 보호 도전층 위에 주 배선층을 적층하는 단계,

상기 주 배선층을 패터닝하는 단계,

상기 패터닝된 주 배선층 위에 제2 보호 도전층을 적층하는 단계,

상기 제2 및 제1 보호 도전층을 패터닝하는 단계,

보호막을 형성하는 단계,

화소 전극을 형성하는 단계

를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
제6항에서,

상기 주 배선층은 알루미늄-네오디뮴(Al-Nd)으로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
제7항에서,

상기 제1 및 제2 보호 도전층은 크롬(Cr)으로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.