KR20040024379A - 박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

균일한 프로파일을 갖는 반사 전극이 구비된 박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조 방법이 개시되어 있다. 박막 트랜지스터 기판은 절연 기판, 절연 기판 상에 구비된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터 상에 구비된 보호막, 보호막 상에 구비된 투명 전극 및 투명 전극 상에 구비된 반사 전극으로 이루어진다. 투명 전극 상에 균일한 두께로 금속막을 증착하고, 습식 식각하여 반사 전극을 형성한다. 이로써, 투명 전극 상에 구비되는 반사 전극의 프로파일을 균일하게 할 수 있고, 아울러 광반사 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조 방법{THIN FILM TRANSISTOR SUBSTRATE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반사 전극의 프로파일(profile) 균일성을 확보하고, 반사 전극의 광반사 특성을 향상시킬 수 있는 박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
반사-투과형 액정 표시 장치란 외부로부터 자연광을 입사받아 이를 반사시켜 영상을 표시하고, 한편으로는 내부에 광발생 수단을 구비하여 상기 광발생 수단으로부터 광을 제공받아 영상을 표시하는 장치를 말한다.
도 1은 일반적인 반사-투과형 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 박막 트랜지스터 기판(100)은 절연 기판(110), 상기 절연 기판(110) 상에 구비된 박막 트랜지스터(120), 상기 박막 트랜지스터(120)를 덮고 있는 유기 절연막(130), 상기 유기 절연막(130) 상에 구비된 투명 전극(140) 및 상기 투명 전극(140) 상에 구비된 반사 전극(150)을 포함한다.
상기 유기 절연막(130)의 표면은 엠보싱 패턴이 형성되어 있고, 상기 박막 트랜지스터(120)의 드레인 전극이 노출되도록 콘택홀(135)이 형성되어 있다.
상기 투명 전극(140)은 상기 엠보싱 패턴이 형성된 상기 유기 절연막(130) 상에 구비되고, 상기 투명 전극(140)은 상기 유기 절연막(130)에 형성된 콘택홀(135)을 통해 상기 박막 트랜지스터(120)의 드레인 전극과 전기적으로 연결된다.
상기 반사 전극(150)은 일반적으로 알루미늄(Al)과 같은 반사율이 우수한 금속으로 이루어지며, 상기 반사 전극(150)은 상기 투명 전극(140) 상에 구비되고 상기 투명 전극(140)의 일부 영역을 노출시키는 개구창(155)이 형성되어 있다.
상술한 바와 같은 일반적인 반사-투과형 액정 표시 장치(100)에는 엠보싱 패턴이 형성된 상기 유기 절연막(130) 상에 상기 투명 전극(140)과 상기 반사 전극(150)을 순차적으로 적층하여 상기 엠보싱 패턴과 동일한 프로파일(profile)을 갖는 반사 전극이 형성된다.
상기 유기 절연막(130)상의 엠보싱 패턴은 상기 유기 절연막(130)을 패터닝하여 형성한다. 이때 상기 패터닝 공정은 노광 공정과 현상 공정으로 이루어지는데. 상기 현상 공정에 있어 상기 유기 절연막(130)은 현상액에 의해 불균일하게 식각됨으로써 서로 다른 단차를 가진 엠보싱 패턴이 형성된다. 다시 말해, 하나의 엠보싱 패턴은 제1 높이(H1)를 가지고 형성되고, 다른 하나의 엠보싱 패턴은 상기 제1 높이(H1)보다 낮은 제2 높이(H2)를 가지고 형성되어 엠보싱 패턴간에 단차가 발생하고, 이로써 상기 엠보싱 패턴 상에 형성되는 반사 전극의 프로파일이 서로 다르게 형성되는 문제점이 있다.
또한, 상기에서는 반사-투과형 액정 표시 장치에 대하여 설명하였으나, 반사형 액정 표시 장치의 경우도 동일한 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 반사 전극이 균일한 프로파일을 갖도록 하는 박막 트랜지스터 기판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 반사-투과형 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 반사 전극의 부분 확대도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
200 : 박막 트랜지스터 기판210 : 절연 기판
220 : 박막 트랜지스터230 : 보호막
235 : 콘택홀240 : 투명 전극
250 : 반사 전극
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 박막 트랜지스터 기판은, 절연 기판, 상기 절연 기판 상에 구비되는 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터를 보호하기 위해 상기 박막 트랜지스터 상에 구비되는 보호막, 상기 보호막 상에 상기 절연 기판과 평행하게 구비되고, 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 화소 전극 및 상기 화소 전극 상에 돌출된 형상을 가지고 구비되는 반사 전극을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 본 발명의 다른 목적을 수행하기 위한 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법은, 절연 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계, 상기 박막 트랜지스터 상에 보호막을 형성하는 단계, 상기 보호막 상에 상기 절연 기판과 평행하게 화소 전극을 형성하는 단계, 상기 화소 전극 상에 금속막을 형성하는 단계 및 상기 금속막을 식각하여 반사 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이러한 박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조 방법에 의하면, 박막 트랜지스터 기판 상에 균일한 프로파일을 갖는 반사 전극을 형성할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 박막 트랜지스터 기판(200)은 절연 기판(210), 상기 절연 기판(210) 상에 구비된 박막 트랜지스터(220), 상기 박막 트랜지스터(220)를 덮는보호막(230), 상기 보호막(230) 상에 구비된 투명 전극(240) 및 상기 투명 전극(240) 상에 구비된 반사 전극(250)을 포함한다.
상기 박막 트랜지스터(220)는 게이트 라인(미도시)으로부터 분기된 게이트 전극(221), 상기 게이트 전극(221)을 덮도록 상기 절연 기판(210) 전면에 적층된 게이트 절연막(222), 상기 게이트 절연막(222) 상에 순차적으로 적층된 액티브 패턴(223)과 오믹 콘택 패턴(224) 및 데이터 라인(미도시)으로부터 분기된 소오스 전극(225) 및 데이터 전극(226)으로 이루어진다.
상기 박막 트랜지스터(220) 상에 코팅된 보호막(230)은 상기 박막 트랜지스터(220)의 게이트 절연막(222)과 동일한 물질인 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진다. 또한 상기 보호막(230)은 상기 박막 트랜지스터(220)의 드레인 전극(226)을 외부로 노출시키도록 콘택홀(235)이 형성되어 있다.
상기 투명 전극(240)은 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO)로 이루어지고, 상기 보호막(230) 상에 소정의 두께를 가지고 구비된다. 따라서, 상기 투명 전극(240)은 상기 보호막(230)에 형성된 콘택홀(235)을 통해 상기 박막 트랜지스터(220)의 드레인 전극(226)과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 투명 전극(240) 상에는 상기 투명 전극(240) 상에 돌출된 등방성 다각형의 형상을 가지고 구비되어 있으며, 각각의 반사 전극(250)은 서로 접하지 않고 소정 간격 이격되어 구비된다.
상기 반사 전극(250)은 광을 반사시키는 역할을 하므로, 반사율이 우수한 알루미늄(Al) 계열 또는 그와 유사한 특성을 가지는 불투명 도전성 금속으로 이루어진다. 또한 상기 반사 전극(250)은 상기 투명 전극(240)으로부터 동일한 높이를 가지고 구비되며 상기 반사 전극(250)의 프로파일은 모두 동일하다.
상기 반사 전극(250)은 상기 투명 전극(240) 상에 각각 독립적인 섬 형상을 가지고 구비되므로, 상기 박막 트랜지스터 기판(200)에는 상기 반사 전극(250)이 구비된 영역으로 외부로부터 입사되는 광(L1)을 반사시키는 반사 영역(A)과, 상기 반사 전극(250)이 구비되지 않아 외부로 노출된 상기 투명 전극(240) 영역으로 상기 절연 기판(210) 하측에 구비된 광발생 수단(미도시)에 의해 출사되는 광(L2)을 투과시키는 투과 영역(B)이 구비된다.
따라서, 외부로부터 광(L1)이 입사되는 경우 상기 광(L1)은 반사 전극에 의해 반사되고, 상기 광발생 수단으로부터 출사되는 상기 광(L2)은 상기 투명 전극을 투과하여 한다.
도 3은 도 2에 도시된 반사 전극의 부분 확대도로서, 특히 반사 전극의 프로파일을 설명하기 위한 부분 확대도이다.
상기 반사 전극(250)은 오목부(250a)와 볼록부(250b)로 이루어지며, 상기 오목부(250a)는 다각형 패턴을 가지고, 상기 볼록부(250b)는 등방성을 갖는다. 따라서, 상기 반사 전극(250)은 등방성 다각형 형상을 가지고, 외부로부터 임의의 방향으로 입사되는 광을 상기 반사 전극(250)이 바라보는 방향으로 균일하게 반사시킨다.
이하에서 상기 반사 전극(250)의 프로파일을 보다 상세하게 설명하고자 한다.
상기 반사 전극(250)은 투명 전극(240) 상에 구비되고, 상술한 바와 같이 오목부(250a)와 볼록부(250b)로 구성된다.
상기 반사 전극(250)은 모든 방향으로 입사되는 광을 균일하게 반사하기 위하여 상기 반사 전극(250)의 기울기는 일정한 값을 갖는다. 이를 위하여 상기 반사 전극(250)은 상기 반사 전극(250)의 높이(H)와 상기 반사 전극의 반경(L)과의 관계를 결정한다.
상기 반사 전극(250)의 반경(L)은 상기 반사 전극(250)의 오목부(250a)의 최저점과 상기 볼록부(250b)의 최고점과의 수평 거리로 정의한다.
임의의 방향으로 입사되는 광을 상기 반사 전극(250)의 정면으로 균일 반사하기 위하여 상기 반사 전극(250)의 높이와 상기 반사 전극(250)의 반경은 하기의 수학식 1의 관계를 갖는다.
여기서, 상기 θ는 상기 반사 전극(250)의 기울기를 나타내고, 상기 H 및 L은 상술한 바와 같다.
모든 방향으로 입사되는 광을 균일 반사하기 위해 상기 반사 전극(250)은 tan10(degrees)의 기울기를 갖는다. 따라서, 상기 반사 전극(250)의 형성 과정에서 상기 반사 전극(250)의 반경을 2㎛로 형성하면, 상기 반사 전극(250)의 높이는 약3500Å 즉, 0.35㎛가 된다.
이로써, 상기 반사 전극(250)의 프로파일을 형성하는 과정에서 상기 반사 전극(250)의 반경을 결정하게 되면 상기 반사 전극(250)의 두께, 즉 상기 반사 전극(250)을 형성하기 위한 금속막의 두께를 결정할 수 있다.
상기에서 언급한 상기 반사 전극(250)의 높이(H)와 반경(L)의 직접적인 값은 본 발명의 구체적 실시예의 하나에 불과하고 상기의 직접적인 수치에 의하여 본 발명이 한정되지 않는다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사-투과형 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4a를 참조하면, 절연 기판(210) 상에 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 또는 몰리브덴 텅스텐(MoW)등의 제1 금속막을 증착한 후, 상기 제1 금속막을 패터닝하여 게이트 라인(미도시) 및 상기 게이트 라인으로부터 분기되는 게이트 전극(221)을 형성한다. 이어서, 상기 게이트 전극(221)이 형성된 절연 기판(210)의 전면에 실리콘 질화물(SiNx)을 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD) 방법으로 증착하여 게이트 절연막(222)을 증착한다.
상기 게이트 절연막(222) 상에 비정질 실리콘막 및 인-시튜 도핑된 비정질실리콘막을 플라즈마 화학 기상 증착 방법으로 차례로 증착한 후, 상기 막들을 패터닝하여 게이트 전극(112) 상측의 게이트 절연막(222) 상에 액티브 패턴(223) 및 오믹 콘택 패턴(224)을 형성한다.
계속해서, 상기 결과물의 전면에 크롬(Cr)과 같은 제2 금속막을 증착한 후상기 제2 금속막을 패터닝하여 상기 게이트 라인에 직교하는 데이터 라인(미도시)과, 상기 데이터 라인으로부터 분기되는 소오스 전극(225) 및 드레인 전극(226)을 형성한다. 따라서, 상기 게이트 전극(221), 액티브 패턴(223), 오믹 콘택 패턴(224), 소오스 전극(225) 및 드레인 전극(226)을 포함하는 박막 트랜지스터(130)가 완성된다. 이때, 상기 게이트 라인과 데이터 라인 사이에는 게이트 절연막(222)이 구비되어 게이트 라인과 데이터 라인이 서로 접촉되는 것을 방지한다.
이후, 상기 박막 트랜지스터(220) 상에 상기 게이트 절연막(222)과 동일한 재질인 실리콘 질화물(SiNx) 또는 상기 실리콘 질화물과 동일한 성질을 가진 물질을 증착하여 보호막(230)을 형성한다.
상기 보호막(230) 상에 콘택홀(235)을 형성하기 위한 제1 마스크(미도시)를 위치시킨 다음, 노광 및 현상 공정을 통해 상기 보호막(235)으로부터 상기 박막 트랜지스터(220)의 드레인 전극(226)을 부분적으로 노출시키는 콘택홀(235)을 형성한다.
도 4b를 참조하면, 상기 콘택홀(235)이 형성된 보호막(230) 상에 ITO 또는 IZO로 이루어진 투명 전극(240)을 형성한다. 상기 투명 전극(240)은 상기 보호막(230) 상에 ITO 또는 IZO를 전면 증착한 후, 각 화소에 대응하도록 상기 ITO 또는 IZO를 패터닝하여 형성한다.
도 4c를 참조하면, 상기 결과물의 전면에 반사율이 우수한 알루미늄(Al) 또는 이와 유사한 특성을 갖는 금속으로 이루어진 금속막(255)을 증착한다. 이후, 상기 금속막(255) 상에 상기 금속막(255)을 패터닝하기 위하여 포토레지스트(260)를 도포한다.
상기 포토레지스트(260) 상에 소정의 패턴이 형성된 제2 마스크(300)를 정렬하고 노광 및 현상 공정을 수행하여 상기 포토레지스트(260)를 패터닝한다. 상기 포토레지스트(260)는 포지티브형(positive type) 포토레지스트로서 광을 입사받은 부위가 현상 공정에서 제거된다. 따라서 상기 포토레지스트(260) 상에는 상기 금속막(260)의 일부를 외부로 노출시키는 골이 형성된다.
상기 금속막(260)에 형성되는 포토레지스트(260)는 포지티브형 포토레지스트에 한정되지 않고, 네거티브형 포토레지스트를 사용하더라도 무방하다.
도 4d는 금속막의 식각 공정 후를 설명하기 위한 공정도로서, 특히 식각액의 언더컷에 의해 반사 전극을 형성하는 공정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4c에서 살펴본 바와 같이 상기 포토레지스트(260)를 패터닝한 후, 상기 금속막(255)을 식각하여 반사 전극(250)을 형성하는 공정이 수행된다. 상기 금속막(255)의 식각 공정은 습식 식각(Wet Etching) 방식으로 이루어지고, 상기 포토레지스트(260)가 제거된, 즉 외부로 노출되어 상기 식각 공정에서 식각액과 접하는 금속막(255)이 제거됨으로써 상기 반사 전극(250)이 형성된다.
상세하게는, 상기 습식 식각 공정에 상기 식각액은 상기 포토레지스트(260)에 형성된 골(265)의 아래로만 상기 금속막을 식각하는 것이 아니라, 도 4d에 도시된 바와 같이 상기 포토레지스트의 에지(edge)를 따라 옆쪽으로 식각이 일어나는 언더컷(undercut)이 발생된다.
따라서, 상기 금속막(255)은 상기 포토레지스트(260)와 접하는 영역에서 상기 언더컷(undercut)에 의해 상기 반사 전극(250)의 볼록부(250b)가 형성되고, 상기 포토레지스트(260)에 형성된 골(265)의 아래로 식각이 일어나 상기 반사 전극(250)의 오복부(250a)가 형성된다.
상술한 4a 내지 4d의 공정을 통하여 도 2에 도시된 박막 트랜지스터 기판(200)을 완성한다. 이로써, 상기 투명 전극 상에 구비된 복수의 반사 전극을 균일한 프로파일을 갖도록 형성할 수 있고, 아울러 상기 반사 전극의 광반사 특성을 향상시킬 수 있다.
상기에서 본 발명의 실시예로 반사-투과형 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 기판에 대하여 상술하였으나, 본 발명은 반사-투과형 액정 표시 장치에 한정지 않고, 상술한 반사 전극이 구비될 수 있는 반사형 액정 표시 장치에도 적용된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 박막 트랜지스터 기판의 투명 전극 상에 균일한 두께를 갖도록 금속막을 적층하고, 상기 금속막을 습식 식각함으로써 균일한 프로파일을 갖는 반사 전극의 패턴을 형성 할 수 있다.
아울러, 상기 반사 전극이 균일한 프로파일을 가지므로 상기 반사 전극으로 입사되는 광을 균일하게 반사시켜 광반사 특성을 향상시킬 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 구비되고, 게이트 전극, 소오스 전극 및 드레인 전극을 갖는 박막 트랜지스터;
    상기 박막 트랜지스터를 보호하기 위해 상기 박막 트랜지스터 상에 구비되는 절연 보호막;
    상기 절연 보호막 상에 상기 기판과 평행하게 구비되고, 일부 영역이 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결된 화소 전극; 및
    상기 화소 전극 상에 볼록한 형상을 가지고 복수 개로 구비되어 상기 화소 전극과 전기적으로 연결되고, 외부로부터 입사되는 광을 반사시키기 위한 반사 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 반사 전극은 서로 이격되어 구비되고, 상기 반사 전극을 둘러싸는 상기 화소 전극의 영역으로 상기 기판의 하측에 구비된 광발생 수단으로부터 출사되는 광이 투과되는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 보호막은 실리콘 질화물인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판.
  4. 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 박막 트랜지스터 상에 절연 보호막을 형성하는 단계;
    상기 절연 보호막 상에 상기 기판과 평행하도록 화소 전극을 형성하는 단계;
    상기 화소 전극 상에 금속막을 형성하는 단계; 및
    상기 금속막을 식각하여 볼록한 형상을 갖는 반사 전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속막을 식각하여 상기 반사 전극을 형성하는 단계는,
    상기 금속막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 금속막을 식각하여 소정의 기울기를 갖는 반사전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기울기는 10도인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 반사 전극은 중앙부에서 3500Å의 두께를 갖고, 상기 화소 전극과 접하는 바닥면의 폭은 4㎛인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 보호막은 실리콘 질화물인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
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