KR20040059705A - 액정표시장치 - Google Patents

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KR20040059705A
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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 액정 페널의 구조에 관한 것으로 특히 액정표시장치의 박막트랜지스터 제조공정 중 게이트 배선의 단차로 말미암아 드레인 전극에 단선이 발생하여 화소가 작동하지 않음으로 인해 휘점 불량이 발생하는 문제를 해결하기 위해, 박막트랜지스터의 화소전극을 형성하는 단계에서 드레인 전극에 리던던시(redundancy)를 형성하여 드레인 라인에 단선이 발생하더라도 화소전극이 작동 할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치{ LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS }
본 발명은 액정표시장치의 박막트랜지스터에 관한 것으로서 특히 제조공정중 박막트랜지스터(TFT)의 게이트라인의 단차로 말미암아 단차 상단의 드레인전극이 끊어져 화소에 불량이 발생하는 것을 개선하기 위한 것에 관한 것이다.
도 1을 참조로 하여 종래의 액정표시장치의 액정패널을 간략히 설명한다.
액정표시장치의 액정패널은 하부 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)어레이 기판(100)과 상부 컬러필터기판(200)으로 구성된다. 하부 TFT기판(100)과 상부 컬러필터기판(200)는 패널 외곽의 씰런트(Sealent)(301)에 의해 결합되어 있으며,상기의 컬러필터와 TFT어레이 기판 사이에 액정(미도시)이 충진되어 있다.
상부 컬러필터기판(200)은 유리기판(201)과, 상기 유리기판 위에 액정 패널의 하부로부터 진행하는 불필요한 빛을 차단하기 위한 블랙매트릭스(202)와,컬러로 화면을 표시하기 위한 적,녹,청색의 컬러수지를 포함하는 컬러필터(204)와, 컬러필터 상방에 컬리필터의 단차를 보상하기 위한 평탄화막(미도시)과, TFT어레이 기판상의 화소전극과 더불어 액정에 전계를 인가하는 공통전극(203)을 포함하여 이루어 진다.
경우에 따라서는 상기의 평탄화막은 형성되지 않을 수도 있다. 보통, 수지형 블랙매트릭스를 사용하는 경우, 단차가 크게 발생하므로 평탄화막을 사용하는 경우가 많지만 금속계열의 블랙매트릭스를 사용하는 경우에는 단차가 그리 크지 않으므로 평탄화막을 사용하지 않을 수도 있다.
상기의 공통전극(203)위에 액정의 초기배향을 실시하기위해 배향막이 형성된다.
하부의 TFT어레이 기판(100)은 서로 평행하고 횡방향으로 배열된 다수의 게이트배선(미도시)과 서로 평행하고 종방향으로 배열되면서 게이트배선과 교차하는 다수의 데이터라인(미도시)이 형성되어 있다.
상기의 게이트라인과 데이터라인의 교차지점에 매트릭스 형태로 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다.상기의 게이트라인과 데이터 라인의 교차에 의해 발생하는 단위 영역에 형성되면서 박막 트랜지스터의 드레인전극(106)과 일측이 접촉하는 화소전극(103)이 형성된다.
상기 하부기판의 일측에 게이트 라인에 신호를 인가하는 게이트 패드부(104)와 데이터 라인에 신호를 인가하는 데이터 패드부가 더 형성되어 있다.그러므로 통상, 액정표시장치의 하부기판을 TFT어레이 기판이라고도 부른다.
상기의 상부기판과 하부기판은 도 1에서 보는 바와 같이 스페이서(105)에 의해 그 갭( GAP)이 유지되고 있다.
도 2는 액정표시장치의 하부 TFT어레이 기판의 개략적인 단면도를 도시한 것이다.
도 2에서 횡방향으로 서로 평행하게 배열되어 있는 다수의 게이트라인(110)과 종방향으로 배열하면서 상기의 게이트라인(110)과 서로 교차하면서 평행하게 배열된 다수의 데이터라인(111)이 형성된 것을 볼 수 있다 .상기의 게이트 라인과 데이터라인의 교차하는 단위영역에는 화소전극(103)이 형성되어 있고 TFT어레이 기판의 외곽으로 게이터라인과 데이터라인에 신호를 인가하기위한 게이트 패드부(104)와 데이터 패드부(205)가 다수 형성되어 있다.
상기 게이트라인과 데이터라인의 교차점에 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다.
상기의 액정표시장치는 외부 회로소자로부터 인가되는 신호에 의해 화소전극에 전압을 인가하고,인가되는 신호에 의해 액정을 구동하므로서 화면에 정보를 표시한다.
도 3을 통하여 액정표시장치의 박막트랜지스터의 구조와 기능을 설명한다.
박막트랜지스터는 유리기판(301)위에 형성된 게이트전극(302)이 형성되고, 게이트 전극(302)과 상부소자를 절연하는 게이트 절연막(303)이 게이트 전극(302)위에 형성되고, 상기 게이트절연막(303) 위에 채널로 사용되는 비정질실리콘막 (304)과 고농도의 N층(305)으로 이루어진 액티브층이 형성되고, 상기 액티브 층의 상방 양측으로 소오스(306)와 드레인 전극(307)이 형성되어 있다. 상기의 결과물은 보호막(308)에 의해 최종적으로 덮혀있다. 상기의 결과물의 드레인전극 상부의 보호막은 개방되어 컨택홀(309)을 형성하고 ,상기 형성된 컨택홀(309)을 통하여 화소전극(310)이 드레인전극과 전기적으로 연결되어 있다.
상기의 박막트랜지스터의 제조공정을 살펴본다.
도 4a ~4e은 5마스크를 사용하여 박막트랜지스터를 제조하는 공정을 나타낸다.
먼저,도4a에 도시한 바와같이 유리기판(401)의 상부에 게이트 전극물질(402)을 형성한다.
보통 게이트 전극물질은 금속으로서 스퍼터링 (sputtering)방법에 의하여 유리기판위에 형성한다. 통상, 금속막은 스퍼터링 방법에 의해 증착을 한다.
기판 위에 곧바로 금속막을 증착하지 않고 기판 위의 불순물을 차단하기 위하여 기판 위에 산화막을 형성 할 수도 있다.
상기의 게이트 배선을 형성하기위한 금속막은 소정의 시간동안 박막트랜지스터에 전압을 유지시키기 위한 저장영역의 배선과 게이트 패드부로서의 역할도 한다.
상기의 게이트 금속막을 형성한 다음,포토레지스터(도면상에 미도시)를 상기 금속막 위에 증착하고 제1 마스크(도면상에 미도시)를 통해 포토리소그래피 (photolithography)를 실시하여 유리기판(401)의 채널영역, 저장영역 및 게이트 패드부 패턴(402)을 선택적으로 형성한다.
상기에서 식각방법으로 통상 등방성 식각특성을 가지는 습식각을 실시한다. 습식각에 의해 상기의 게이트 라인은 사다리꼴로 형성이 된다. 상기의 사다리꼴 형상은 이후 진행되는 증착 과정에서 발생 할 수 있는 단차에 의한 단선을 장지하는 역할을 수행 할 수 있다.
그리고, 도4b에 도시한 바와같이 상기 결과물의 상부에 SiNx 재질을 갖는 게이트절연막(403)과, 액티브층(404)을 순차적으로 형성한 다음, 제2 마스크(도면상에 미도시)를 통해 포토리소그래피를 실시하여 상기 액티브층(404)이 상기 채널영역 상에 잔류하도록 선택적으로 식각한다. 이때, 액티브층(404)은 비정질실리콘(a-Si)과 고농도의 엔(N) 도핑 비정질실리콘을 적층 형성한다.
상기의 절연층(SiNx) 및 액티브층의 증착은 통상 플라즈마 화학 가상증착 방법(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)방법에 의해 이루어진다.
PECVD법이란, 전기장에서 가속되는 플라즈마 상태의 불활성 기체의 이온들이 반응 가스와 충돌하여 반응 가스들을 여기 시키고 여기된 반응가스들이 유리기판의 용융점 이하에서도 증착될 수 있게 하는 증착방법이다.
그리고,도4c에 도시한 바와같이 상기 결과물의 상부에 소스/드레인 전극물질을 형성한 다음 제3 마스크(도면상에 미도시)를 통해 포토리소그래피를 실시하여 상기 소스/드레인 전극물질이 상기 채널영역 상에서는 상기 액티브층(404)의 양측에 이격되어 소스/드레인 영역(405,406)으로 적용될 수 있도록 식각하고, 상기 저장영역 상에서는 게이트절연막(403)의 상부에 잔류하는 전극(407)으로 적용될 수 있도록 식각하여 하부의 게이트 패턴(402)과 함께 게이트절연막(403)을 통해 저장 커패시터로 적용함과 아울러 데이터 패드부의 게이트절연막(403) 상부에 잔류하는 전극(408)으로 적용될 수 있도록 선택적으로 식각한다.
그리고, 도4d에 도시한 바와같이 상기 결과물의 상부에 보호막(409)을 형성한 다음, 제4 마스크(도면상에 미도시)를 통해 포토리소그래피 (photorithography)를 실시하여 상기 채널영역의 드레인 영역(406), 저장영역의 전극(407), 게이트 패드부의 게이트 패턴(402) 및 데이터 패드부의 전극(408)이 노출되도록 선택적으로 식각한다.
그리고, 도4e에 도시한 바와같이 상기 결과물의 상부에 전극물질을 형성한 다음 제5 마스크(도면상에 미도시)를 통해 포토리소그래피를 실시하여 상기 채널영역의 드레인 영역(406)과 저장영역의 전극(407)을 접속시키는 픽셀전극(410)을 형성함과 아울러 게이트 패드부의 게이트 패턴(402)과 연결되는 배선(411) 및 데이터 패드부의 전극(408)과 연결되는 배선(412)을 동시에 형성할 수 있도록 선택적으로 식각한다.
그런데, 상기의 박막트랜지스터는 게이트 절연막을 증착하는 단계,액티브 층을 증착하는 단계,소오스 및 드레인 전극을 형성하는 단계에서 스퍼터링 (sputtering) 또는 데포지션(deposition)공정을 사용하여 각 해당 박막을 형성하게 되는데, 상기의 증착공정은 하부 기판의 단차에 매우 민감하다.즉, 증착되는 파티클(particle)들이 단차가 형성된 지역에서는 제대로 증착이 일어나지 않게 됨으로서 배선의 단락이 발생하는 문제가 생긴다. 다시말해 단차가 급격하면 수직방향으로 증착되는 파티클들이 단차가 심한 쪽에는 제대로 증착이 이루어지지 못한다.
상기의 문제를 해결하기 위해 게이트 금속막을 증착하고 게이트 라인의 패턴을 실시 할때 습식각을 통하여 페이퍼 형상의 게이트 라인을 만든다. 테이퍼(taper) 형상의 게이트 라인은 상방의 게이트 폭이 하방의 게이트 폭보다 좁은 사다리 꼴 형상을 말한다.
상기의 테이퍼 형상의 게이트 라인을 형성하는 공정은 통상 습식각을 통해 형성 할 수 있다.
습식각은 타겟 물질과 화학적 반응에 의해 타겟물질을 식각시키는 방법으로서 방향에 관계없이 일정한 식각률을 가지는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기의 게이크 메탈에 습식각을 적용할 경우,게이트 메탈의 상방은 많이 식각되고 하방은 상대적으로 적게 식각됨으로 사다리 꼴의 형상으로 식각이 이루어 진다.
상기의 테이퍼 형상의 게이트 메탈 위에 이후의 증착공정을 진행 할 경우,파티클이 증착되는 면의 단차가 완만해 짐으로 증착과정에서 단선이 적게 발생한다.
그럼에도 불구하고 액정표시장치의 박막트랜지스터를 제조하는 공정 중 단차는 단선 불량의 원인으로 계속하여 남아 있다. 즉, 상기와 같이 게이트 라인을 테이퍼 형상으로 제작함으로서 단차에 의한 배선의 단락을 개선해 보고자 하지만, 여전히 배선의 단선은 발생한다.
특히 드레인 배선이 그 하방의 게이트 라인의 단차에 의해 단선 불량이 많이 발생한다.
본 발명은 상기의 단선 불량의 문제를 해결하기 위해 단차가 발생하는 영역에 별도의 공정 도입 없이 리던던시(redundancy) 도전막을 형성하고자 한것에 관한 것이다.
도 1은 종래의 액정표시장치의 개략적 단면도.
도 2는 종래 액정표시장치의 하부기판의 개략적 평면도.
도 3은 종래 액정표시장치의 박막트랜지스터의 개략적 단면도.
도 4a ~ 4e는 종래 액정표시장치의 액정패널 제작순서를 나타내는 공정도.
도 5는 본 발명의 액정표시장치의 박막트랜지스터의 개략적 단면도.
도 6은 본 발명의 액정표시장치의 박막트랜지스터 형성영역의 개략적 평면도.
************** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**************
501:기판 502:게이트 전극
503:게이트 절연막 504:채널층
506:소오스 전극 507:드레인 전극
508:보호막 509:리던던시 라인
510:화소전극 511:컨택홀
512:리던던시 상방 오픈부
본 발명의 액정표시장치의 스위칭 소자용 박막트랜지스터는 하부 액정패널 형성용 유리기판과, 상기 유리기판위에 형성된 게이트 라인과, 상기 게이트 라인의 상방에 형성되는 게이트 절연막과, 상기의 절연막 위에 형성되는 비정질 실리콘막과 고농도의 N+층으로 구성된 액티브 층과, 액티브 층의 상방에 형성되는 소오스와 드레인 전극과,소오스와 드레인의 상방에 보호막과, 보호막을 뚫고 상기의 드레인 전극과 화소전극을 전기적으로 연결하기 위한 컨택홀과,상기 컨택홀을 통하여 드래인 전극과 연결되는 화소전극을 포함하여 구성된다.
본 발명의 액정표시장치의 박막트랜지스터를 도 5를 통하여 상세히 설명한다.
먼저 박막트랜지터를 구성하기 위한 기판(501)을 준비한다. 상기의 기판위에 스퍼터링 방법에 의해 게이트 배선 및 게이트 전극용 금속 박막을 증착한다.
보통,게이트 배선용 금속 박막은 알루미늄(Al)이나 모리브덴(Mo)을 사용하거나 그들의 합금이 주로 사용된다. 상기의 금속 박막은 스퍼터링 방법에 의해 증착이 이루어 지는데 스퍼터링 방법이란,기판 위에 증착하고자 하는 금속을 타겟(target)으로 하고 상기 타겟금속에 음(-)전압을 걸어 주고 전계에 의해 가속된 전자가 아르곤(Ar)가스와 충돌하여 아르곤이온(Ar+)과 전자로 되고, 이온화된 아르곤 이온이 다시 타겟 물질에 충돌하여 타겟 물질을 비산시키고,비산된 타겟물질이 기판위에 증착됨으로서 원하는 막을 형성하는 방법이다.
상기의 금속 박막을 증착한 후에 마스크를 사용하여 게이트 라인 및 게이트 전극(502)을 패터닝 한다. 상기의 패터닝 방법은 포토리소그라피 (photorithography) 방법에 의해 이루어 지고, 식각은 습식각을 통해 이루어 진다.
상기의 습식각 방법은 식각이 방향에 따라 동일한 등방성 식각 성질을 가진 것으로 게이트 전극을 사디리 꼴 형태의 테이퍼 형상을 만드는데 적합하다.
상기의 테이퍼 형상의 게이트 전극은 이후 진행되는 증착공정 과정에서 단차에 의한 증착 불량을 개선하는 효과를 가진다.
상기의 게이트 전극이 형성된 기판위에 게이트 절연막(503)을 증착한다. 상기의 게이트 절연막(503)은 보통 실리콘 질화막(SiNx)나 실리콘 산화막(SiOx)이 주로 사용된다.
상기의 절연막은 플라즈마 화학기상증착방법(plasma enhancd chemical vapor deposition,PECVD) 에 의해 형성된다.
상기의 PECVD법은 전기장에서 가속되는 플라즈마 상태의 불활성 기체의 이온들이 반응 가스와 충돌하여 반응 가스들을 여기 시키고, 여기된 반응가스들이 유리기판의 용융점 이하에서도 증착될 수 있게 하는 증착방법이다. 보통 무기막은 PECVD법에 의해 증착이 이루어지고 금속막은 스퍼터링 방법에 의해 증착이 이루어진다.
게이트 절연막을 증착한 후에 그 위에 반도체 채널로 사용하기 위한 비정질 실리콘(amophorse silicon)막(504)을 증착하고,그 위에 소오스 및 드레인 전극과의 오믹접촉을 위한 고농도의 N+층(505)을 증착한다.상기의 N+층(505)은 데이터라인과 겹치도록 배선을 형성하여, 향후 데이터라인의 단선이 발생할 경우 리페어 (repair)라인으로서의 역할을 수행 할 수 있도록 한다.
상기 액티브층이 형성된 후에 소오스(506)와 드레인 전극(507)을 형성한다.
상기의 소오스(506)와 드레인 전극(507)은 도전성의 금속 박막으로서 스퍼터링 방법에 의해 증착이 이루어 진다. 스퍼터링 방법에 의해 이루어 짐으로 증착면이 단차가 있을 경우 단차에 민감하여 단선이 발생 할 수 있다. 특히, 드레인 전극이 증착면의 단차에 의해 단선이 발생하는 비율이 높다.
그 이유는, 소오스 전극은 게이트 라인과 겹쳐(overlap) 형성되고 드레인 전극에 비해 상대적으로 넓은 면적이 액티브층과 접촉함으로 단차에 의한 단선이 발생하지 않는다.
본 발명은 상기에서 설명한 바와 같이 드레인 전극(507)에 단선이 발생하여 휘점 불량이 발생 하는 것을 막기 위해 드레인 전극(507)의 단차 발생부에 도전성 투명전극(ITO)을 추가로 증착하여 리던던시(redundancy)(509)를 형성하는 것이다.
상기의 소오스(506),드레인 전극(507)이 형성된 다음, 절연막으로 상기 결과물을 덮는다.상기의 절연막을 보통 보호막(passivation)(508)이라 한다.
상기 보호막(508)의 일측 ,즉 드레인 전극의 상방 보호막을 에칭하여 제거하여 화소전극과의 접촉 홀(contact hole)(511)을 형성 한다.
상기 보호막을 제거하고 컨택홀(511)을 형성하는 공정에서 드레인 전극의 단차가 발생하는 부분 상방의 보호막도 함께 제거함으로서 드레인 전극 단차부 상방(512)을 오픈(open)한다. 상기 공정은 마스크의 패턴만 바꾸기만하면 쉽게 이룰 수 있다.
다음으로 상기의 드레인 전극의 단차부 상방 오프부(512)와 상기 컨택홀(511) 위에 투명전극막을 증착하여 화소전극(510)과 드레인 전극의 리던던시(redundancy)(509)를 함께 형성한다.
도 6은 본 발명 박막트랜지스트가 형성되는 평면도를 도시한 것이다.
도 6에서 게이트 라인(601)은 횡방향으로 뻗어 있고 일측으로 게이트 전극(602)이 돌출되어 있다. 게이트라인(601)과 수직한 방향으로 뻗어 있고 게이트 전극의 일부와 오버랩(overlap)되는 데이터라인(603)이 종방향으로 뻗어 있다.
데이터 라인의 일측에는 소오스 전극(604)이 돌출되어 있는데 소오스 전극은 드레인 전극(605)과 대면하는 면적을 크게 하도록 하기위해 'L'자 형상을 하면서 드레인 전극(605)과 마주보고 이격되어 있다.
상기의 이격공간이 채널형성 층(609)이다.
드레인 전극(605)은 게이트 전극(602)과 화소전극(606) 사이에 형성되면서 게이트 전극(602)과 화소전극(606) 각각에 드레인 전극(605)의 일부가 오버랩(overlap)되어 있다.
드레인 전극(605)과 화소 전극(606)이 오버랩되는 곳에는 컨택홀(607)이 형성되어 드레인 전극(605)과 화소전극(610)을 전기적으로 연결하고 있다.
상기 드레인 전극(605)과 게이트 전극(602)이 오버랩되는 영역은 게이트 전극의 단차에 의해 단선이 주로 발생하는 영역으로 본발명의 일 실시예인 리던던시(608)가 형성되는 영역이다.
상기에서 언급되었듯이 상기의 리던던시 라인의 하방은 드레인 전극의 단차 영역이다. 상기의 리던던시는 드레인 전극 위에만 형성하는 것은 단차에 의한 단선의 발생이 드레인 전극에서 주로 발생하기 때문이다.
도 6에서 보는 바와 같이 소오스와 게이트 라인이 오브랩되는 영역은 상대적으로 넓기 때문에 단차가 있더라도 단차에 의한 단선은 잘 발생하지 않는다.
상기의 리던던시(608)는 상기에서 언급한 바와 같이 화소전극용 투명전극(indium tin oxide)으로 이루어져 있으며 상기의 보호막이 증착된 후 드레인전극과 화소전극 사이의 컨택홀(607)을 뚫을 때 함께 리던던시를 형성하기위한개구부를 형성하고, 화소전극막을 증착하는 단계에서 함께 리던던시를 형성함으로 종래의 액정표시장치의 박막트랜지스트를 형성하는 공정에 별도의 공정을 추가하지 않고도 제작이 가능하다.
상기의 결과 본 발명의 액정표시장치는 스위칭 소자의 제조과정에서 발생할 수 있는 드레인 전극의 단선 불량을 리던던시를 형성해 둠으로서 미연에 방지 할 수 있다. 드레인 전극에 단선이 발생 할 경우, 화소전극에 신호를 인가 할 수 없음으로해서 액정표시장치는 휘점 불량을 나타내게 된다. 그러나, 본 발명에 의해 드레인 전극 단선에 대비해 리던던시를 형성해 둠으로서 드레인 전극이 끊어지더라도 화소에 리던던시 라인을 통해 정상적으로 데이터 신호가 인가 됨으로 화소 불량을 방지 할 수 있다.
또한 ,액정표시장치의 박막트랜지스터 제조 공정에서 단지 화소전극 형성을 위한 마스크 패턴만 바꿈으로서 추가의 제조공정없이도 리던던시를 포함하는 박막트랜지스터 제조 할수 있다.

Claims (7)

  1. 기판과;상기 기판 위에 형성된 게이트 전극과; 상기 게이트 전극위에 증착되는 절연막과; 상기 절연막 위에 증착되는 액티브 층과;상기 액티브 층 위에 형성되는 소오스및 드레인 전극과;상기 소오스 드레인 전극위에 형성되는 보호막과,상기 드레인 전극과 화소 전극을 연결하기 위한 콘택홀과; 상기 컨택홀을 통하여 상기 드레인 전극과 연결되는 화소전극과; 상기 드레인 전극의 일측에 형성되는 리던던시 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 리던던시 패턴의 상방 보호막은 제거되어 오픈된 구조로 된 것을 특징으로하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 리던던시 패턴은 화소전극과 동일한 투명전극으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 리던던시 패턴은 상기 드레인 전극의 단차부 위에 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 투명전극은 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 전극은 상부가 하부보다 좁은 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서,상기 화소전극은 'L'자 형으로 상기 드레인 전극과 2면에서 서로 대향하여 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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