KR20060001428A - 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 전기적 특성을 향상시킨 액정 표시 장치의 박막 트래지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터에서 요철을 가지는 U자형 채널 구조의 채널을 형성함으로써 채널길이 대 채널폭의 비(W/L)가 크도록 하여 채널을 통해 이동하는 전하의 이동도가 우수해지고 상대적으로 적은 전압의 인가에 의해 데이터 라인을 통해 인가되는 데이터 신호를 상기 드레인 전극에 연결되는 화소 전극으로 인가할 있어 전력소비 절감을 유도할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터에서 채널 폭이 커지므로 박막 트랜지스터의 전류 구동 능력을 높일 수 있어 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 향상되는 장점이 있다
U자형 채널, 이동도

Description

액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법{Thin Film Transistor for LCD and the fabrication method thereof}
도 1은 종래 액정 표시 장치의 어레이 기판을 나타내는 평면도
도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판의 개략적인 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 U자형의 채널 구조를 가지는 박막 트랜지스터를 확대하여 구체적으로 보여주는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
202 : 게이트 라인 204 : 데이터 라인
206 : 게이트 전극 208 : 소스 전극
210 : 드레인 전극 214 : 반도체층
220 : 드레인 콘택홀 222 : 화소 전극
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 전기적 특성을 향상시킨 액정 표시 장치의 박막 트래지스터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 전자산업의 발달과 함께 TV 브라운관 등에 제한적으로 사용되었던 디 스플레이 장치가 개인용 컴퓨터, 노트북, 무선 단말기, 자동차 계기판, 전광판 등에 까지 확대 사용되고, 정보통신 기술의 발달과 함께 대용량의 화상정보를 전송할 수 있게 됨에 따라 이를 처리하여 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 장치의 중요성이 커지고 있다.
이와 같은 차세대 디스플레이 장치는 경박단소, 고휘도, 대화면, 저소비전력 및 저가격화를 실현할 수 있어야 하는데, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 그 중 하나로 최근에 액정 표시 장치(LCD)가 주목을 받고 있다.
상기 액정 표시 장치는 해상도가 다른 평판 표시 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관에 비할 만큼 응답 속도가 빠른 특성을 나타내고 있다.
또한, 상기 액정 표시 장치는 고휘도, 고콘트라스트, 저소비전력성 등이 우수한 특성을 가지므로 데스크탑 컴퓨터 모니터, 노트북 컴퓨터 모니터, TV 수상기, 차량 탑재용 TV 수상기, 네비게이션 등 광범위한 분야에서 활용되고 있다.
일반적으로 액정 표시 장치는 일측에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을, 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
이와 같은 액정 표시 장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 가지고 합착된 제 1, 제 2 기판과, 상기 두 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
통상 상기 액정 패널은 두 개의 유리 기판 또는 투명한 플라스틱 기판 사이에 액정을 채운 구조로 되어 있다. 이 액정에 전압을 인가할 수 있도록 기판에는 투명 전극(공통 전극, 화소 전극)이 형성되어 있다. 이 투명 전극은 상기 액정에 전압을 가하여 온/오프(on/off)를 제어하는 역할을 한다.
즉, 액정 표시 장치의 광 투과량은 상기 투명 전극에 인가되는 전압에 의해 제어되고, 광 셔터(shutter) 효과에 의해 문자/화상을 표시하게 된다.
이러한 액정 표시 장치 중에서도, 현재에는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이와 같은 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터에서 채널길이와 채널폭의 비가 크도록 U자형의 채널 구조를 가지도록 형성하기도 한다.
도 1은 종래 액정 표시 장치의 어레이 기판을 나타내는 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 액정 표시 장치의 어레이 기판은 데이터 라인(104)과 게이트 라인(102)의 교차부에 위치하는 박막 트랜지스터(TFT)와, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극(110)에 접속되는 화소 전극(122)을 구비한다.
그리고, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 라인(102)에 접속된 게이트 전극(106), 반도체층(114) 데이터 라인(104)에 접속된 소스 전극(108), 및 드레인 콘택홀(120)을 통해 화소 전극(122)에 접속된 드레인 전극(110)을 구비한다.
또한, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극(106)에 공급되는 게이트 전압에 의해 소스 전극(108)과 드레인 전극(110) 간에 도통 채널을 형성하기 위한 반도체층(114)을 더 구비한다.
이러한, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 라인(102)으로부터의 게이트 신호에 응답하여 상기 데이터 라인(104)으로부터의 데이터 신호를 선택적으로 화소 전극(122)에 공급한다.
상기 화소 전극(122)은 데이터 라인(104)과 게이트 라인(102)에 의해 분할된 화소 영역에 위치하며 광투과율이 높은 투명 전도성 물질로 이루어진다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터는 U자형의 채널 구조를 가진다.
상기의 구조를 형성하기 위하여 종방향으로 긴형태를 가지는 데이터 라인(104)을 형성함과 동시에, 상기 데이터 라인(104)으로부터 돌출된 형태를 나타내며, 그 돌출부의 끝부분이 다시 데이터 라인(104)과 평행한 방향으로 절곡되어 U자형의 소스 전극(108)을 형성한다.
그리고, 상기 드레인 전극(110)을 상기 절곡된 소스 전극(108)의 내측으로 게이트 전극(106) 상에 형성되도록 한다.
이와 같은 상기 데이터 라인(104)과 소스 전극(108)에 의해 채널은 U자형의 구조를 가지게 된다.
그러나, 상기 채널 길이 대 채널폭의 비(W/L)가 크면 채널을 통해 이동하는 전하의 이동도가 우수해지고 상대적으로 적은 전압의 인가에 의해 데이터 라인을 통해 인가되는 데이터 신호를 상기 드레인 전극에 연결되는 화소 전극으로 인가할 수 있으므로 이에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 액정 표시 장치에서 U자형의 채널 구조를 가지는 박막 트랜지스터에서 상기 채널 구조를 요철을 가지도록 변경함으로써 전기적 특성을 향상시키는 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터는, 기판 위에 일 방향으로 형성된 게이트 라인과 상기 게이트 라인과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 라인과; 상기 게이트 라인에서 소정 돌출된 게이트 전극과; 상기 데이터 라인에 접속되어 돌출되며 상기 데이터 라인과 평행한 방향으로 홈을 형성하며 절곡되고, 절곡된 홈 내측은 요철 구조를 가지는 U자형의 소스 전극과; 상기 절곡된 홈에서 상기 소스 전극과 일정한 간격을 가지는 요철 구조로 형성된 드레인 전극과; 상기 게이트 전극과 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 형성된 액티브층 및 오믹콘택층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 기판 위에 일 방향으로 형성된 게이트 라인과 상기 게이트 라인에서 소정 돌출된 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 전극 상에 절연막, 액티브층, 오믹콘택층을 형성하는 단계와; 상기 게이트 라인과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 라인과, 상기 데이터 라인에 접속되어 돌출되며 상기 데이터 라인과 평행한 방향으로 홈을 형성하며 절곡되고, 절곡된 홈 내측은 요철 구조를 가지는 U자형의 소스 전극과, 상기 절곡된 홈에서 상기 소스 전극과 일정한 간격을 가지는 요철 구조로 형성된 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판의 개략적인 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 U자형의 채널 구조를 가지는 박막 트랜지스터를 확대하여 구체적으로 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 어레이 기판은 데이터 라인(204)과 게이트 라인(202)의 교차부에 위치하는 박막 트랜지스터(TFT)와, 상기 박막 트랜지스터의 드레인 전극(210)에 접속되는 화소 전극(222)을 구비한다.
그리고, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 라인(202)에 접속된 게이트 전극(206), 데이터 라인(204)에 접속된 소스 전극(208), 및 드레인 콘택홀(220)을 통해 화소 전극(222)에 접속된 드레인 전극(210)을 구비한다.
또한, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극(206)에 공급되는 게이트 전압에 의해 소스 전극(208)과 드레인 전극(210) 간에 도통 채널을 형성하기 위한 반도체 층(214)을 더 구비한다.
이러한, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 라인(202)으로부터의 게이트 신호에 응답하여 상기 데이터 라인(204)으로부터의 데이터 신호를 선택적으로 화소 전극(222)에 공급한다.
상기 화소 전극(222)은 데이터 라인(204)과 게이트 라인(202)에 의해 분할된 화소 영역에 위치하며 광투과율이 높은 투명 전도성 물질로 이루어진다.
상기 투명 전도성 물질로는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 등이 있다.
상기 화소 전극(222)은 어레이 기판 전면에 도포되는 보호층(도시되지 않음) 상에 형성되며, 상기 보호층을 관통하는 드레인 콘택홀(220)을 통해서 상기 드레인전극(210)과 전기적으로 접속된다.
상기 보호층은 질화 실리콘(SiNx), 산화 실리콘(SiOx)등의 무기절연물질 또는 아크릴(Acryl)계 유기 화합물, BCB(Benzocyclobutene)등의 유기 절연물질 등이 이용된다.
이러한 화소 전극(222)은 상기 박막 트랜지스터를 경유하여 공급되는 데이터 신호에 의해 컬러필터 기판(도시되지 않음)에 형성되는 공통 전극과 전위차를 발생시키게 된다.
그리고, 이 전위차에 의해서 어레이 기판과 컬러 필터 기판 사이에 위치하는 액정은 유전율 이방성에 기인하여 회전하게 된다. 이렇게 회전되는 액정에 의해 광원으로부터 화소 전극을 경유하여 입사되는 광을 컬러 필터 기판쪽으로 투과시키게 된다.
도시되지는 않았으나, 상기 컬러 필터 기판에는 적, 녹, 청색의 컬러 필터와, 각 화소 사이에 빛샘을 방지하는 블랙 매트릭스를 구비한다.
여기서, 상기 박막 트랜지스터는 요철을 포함하는 U자형의 채널 구조를 가진다.
상기의 구조를 형성하기 위하여 종방향으로 긴형태를 가지는 데이터 라인(204)을 형성함과 동시에, 상기 데이터 라인(204)으로부터 돌출된 형태를 나타내며, 그 돌출부의 끝부분이 다시 데이터 라인(204)과 평행한 방향으로 절곡되어 U자형의 소스 전극(208)을 형성한다.
이때, 상기 소스 전극(208)의 내측은 모서리가 없는 완만한 요철 구조로 형성한다.
그리고, 상기 드레인 전극(210)을 상기 절곡된 소스 전극(208)의 내측 홈에서 게이트 전극(206) 상에 형성되도록 한다.
이때, 상기 소스 전극(208)의 내측 홈에 형성된 드레인 전극(210)은 상기 소스 전극(208)의 내측 요철과 일정한 간격을 가지면서 요철 구조를 형성한다.
이와 같은 상기 데이터 라인(204)과 소스 전극(208)에 의해 채널은 요철을 가지는 U자형의 구조를 가지게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 채널 길이(Length)인 a, b, c 는 모두 등간격으로 하고, 상기 채널 길이의 거리는 일정하고 채널 폭(Width)은 커지게 된다.
이와 같이 상기 채널 길이 대 채널폭의 비(W/L)가 크면 채널을 통해 이동하 는 전하의 이동도가 우수해지고 상대적으로 적은 전압의 인가에 의해 데이터 라인(204)을 통해 인가되는 데이터 신호를 상기 드레인 전극(210)에 연결되는 화소 전극(222)으로 인가할 있어 전력소비 절감을 유도할 수 있다.
또한, 채널 폭이 커지므로 박막 트랜지스터의 전류 구동 능력을 높일 수 있어 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 향상된다.
이상 전술한 바와 같이, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명은 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터에서 요철을 가지는 U자형 채널 구조의 채널을 형성함으로써 채널길이 대 채널폭의 비(W/L)가 크도록 하여 채널을 통해 이동하는 전하의 이동도가 우수해지고 상대적으로 적은 전압의 인가에 의해 데이터 라인을 통해 인가되는 데이터 신호를 상기 드레인 전극에 연결되는 화소 전극으로 인가할 있어 전력소비 절감을 유도할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터에서 채널 폭이 커지므로 박막 트랜지스터의 전류 구동 능력을 높일 수 있어 박막 트랜지스터의 전기적 특성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 기판 위에 일 방향으로 형성된 게이트 라인과 상기 게이트 라인과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 라인과;
    상기 게이트 라인에서 소정 돌출된 게이트 전극과;
    상기 데이터 라인에 접속되어 돌출되며 상기 데이터 라인과 평행한 방향으로 홈을 형성하며 절곡되고, 절곡된 홈 내측은 요철 구조를 가지는 U자형의 소스 전극과;
    상기 절곡된 홈에서 상기 소스 전극과 일정한 간격을 가지는 요철 구조로 형성된 드레인 전극과;
    상기 게이트 전극과 소스 전극 및 드레인 전극 사이에 형성된 액티브층 및 오믹콘택층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터.
  2. 기판 위에 일 방향으로 형성된 게이트 라인과 상기 게이트 라인에서 소정 돌출된 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 전극 상에 절연막, 액티브층, 오믹콘택층을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 라인과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터 라인과, 상기 데이터 라인에 접속되어 돌출되며 상기 데이터 라인과 평행한 방향으로 홈을 형성하며 절곡되고, 절곡된 홈 내측은 요철 구조를 가지는 U자형의 소스 전극과, 상기 절 곡된 홈에서 상기 소스 전극과 일정한 간격을 가지는 요철 구조로 형성된 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 박막 트랜지스터의 제조 방법.
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