KR20070037837A - 박막 트랜지스터 표시판 - Google Patents

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KR20070037837A
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Abstract

본 발명의 박막 트랜지스터 표시판은 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 기판 위에 형성되어 있으며 게이트선과 분리되어 있는 유지 전극선, 게이트선의 일부분과 중첩하는 반도체, 반도체와 일부분이 중첩하며 게이트선과 교차하는 데이터선, 반도체 위에서 데이터선과 마주하는 드레인 전극, 반도체를 덮으며 드레인 전극을 노출하는 접촉구멍을 포함하는 보호막, 그리고 보호막 위에 형성되어 있으며 접촉 구멍을 통해 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극을 포함하고, 접촉 구멍은 유지 전극선이 점유하는 영역을 벗어난 위치에 형성되어 있다.
박막트랜지스터, 접촉구, 단락, 유지전극

Description

박막 트랜지스터 표시판{THIN FILM TRANSISTOR ARRAY PANEL}
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.
도 2 및 도 3은 각각 도 1의 박막 트랜지스터 표시판을 II-II 선 및 III-III 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예로 드레인 전극, 접촉 구멍 및 유지 전극의 관계를 도시한 배치도이다.
*도면 부호의 설명*
81, 82: 접촉 보조 부재 110: 절연 기판
121: 게이트선 131: 유지 전극선
140: 게이트 절연막 151: 반도체
161: 저항성 접촉 부재 171: 데이터선
180: 보호막 181, 182, 183a, 183b, 185: 접촉구멍
191: 화소 전극
본 발명은 박막 트랜지스터 표시판에 관한 것으로, 특히 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판에 관한 것이다.
일반적으로 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)는 액정 표시 장치나 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display) 등의 평판 표시 장치에서 각 화소를 독립적으로 구동하기 위한 스위칭 소자로 사용된다. 박막 트랜지스터를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판은 박막 트랜지스터와 이에 연결되어 있는 화소 전극 외에도, 박막 트랜지스터에 주사 신호를 전달하는 주사 신호선(또는 게이트선)과 데이터 신호를 전달하는 데이터선 등을 포함한다.
박막 트랜지스터는 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극과 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극과 화소 전극에 연결되어 있는 드레인 전극 및 소스 전극과 드레인 전극 사이 게이트 전극 위에 위치하는 반도체 등으로 이루어지며, 게이트선으로부터의 주사 신호에 따라 데이터선으로부터의 데이터 신호를 화소 전극에 전달한다. 이러한 신호는 이들을 덮고 있는 게이트 절연막 및 보호막에 형성되어 있는 접촉 구멍을 통해 노출된 게이트선 및 데이터선에 전달된다.
그리고 화소 전극과 드레인 전극은 보호막에 형성되어 있는 접촉 구멍을 통해 전기적으로 연결되어 있다.
한편, 드레인 전극은 유지 용량을 형성하기 위한 유지 전극과 절연막을 사이에 두고 중첩하고 있는데 유지 전극의 단차로 인해서 드레인 전극을 중첩할 때 드레인 전극이 하부막에 완전하게 밀착하지 못하고 드레인 전극의 표면에 틈 등이 형성 될 수 있다. 특히 드레인 전극의 두께가 두꺼운 경우 이런 현상은 더욱 심해진다. 이러한 틈이 있는 부분에 접촉 구멍이 형성되면 식각액이 틈으로 침투하여 하 부 절연막을 식각하기 때문에 그 아래에 위치한 유지 전극이 노출된다.
이처럼 노출된 유지 전극과 접촉 구멍을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소 전극이 접촉하면 단락(short)되어 화소 불량이 발생한다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 화소 전극과 유지 전극 사이에 단락이 발생하지 않는 박막 트랜지스터 표시판을 제공한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 박막 트랜지스터 표시판은 기판 위에 형성되어 있는 게이트선, 기판 위에 형성되어 있으며 게이트선과 분리되어 있는 유지 전극선, 게이트선의 일부분과 중첩하는 반도체, 반도체와 일부분이 중첩하며 게이트선과 교차하는 데이터선, 반도체 위에서 데이터선과 마주하는 드레인 전극, 반도체를 덮으며 드레인 전극을 노출하는 접촉구멍을 포함하는 보호막, 그리고 보호막 위에 형성되어 있으며 접촉 구멍을 통해 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극을 포함하고, 접촉 구멍은 유지 전극선이 점유하는 영역을 벗어난 위치에 형성되어 있다.
유지 전극은 드레인 전극과 적어도 2㎛이상 중첩할 수 있다.
유지 전극의 경계선은 접촉 구멍의 경계선으로부터 4㎛이상 떨어져 있을 수 있다.
데이터선 및 드레인 전극은 몰리브덴막, 알루미늄막, 몰리브덴막의 삼중막으로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 2 및 도 3은 각각 도 1의 박막 트랜지스터 표시판을 II-II 선 및 III-III 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예로 드레인 전극, 접촉 구멍 및 유지 전극의 관계를 도시한 배치도이다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(storage electrode line)(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)은 위로 돌출한 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며, 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗은 줄기선과 이로부터 갈라진 복수 쌍의 제1 및 제2 유지 전극(133a, 133b)을 포함한다. 유지 전극선(131) 각각은 인접한 두 게이트선(121) 사이에 위치하며 줄기선은 두 게이트선(121) 중 아래쪽에 가깝다. 유지 전극(133a, 133b) 각각은 줄기선과 연결된 고정단과 그 반대 쪽의 자유단을 가지고 있다. 제1 유지 전극(133a)의 고정단은 면적이 넓으며, 그 자유단은 직선 부분과 굽은 부분의 두 갈래로 갈라진다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은 계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 이들은 물리적 성질이 다른 두 개의 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다. 이 중 한 도전막은 신호 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 비저항(resistivity)이 낮은 금속, 예를 들면 알루미늄 계열 금속, 은 계열 금속, 구리 계열 금속 등으로 만들어진다. 이와는 달리, 다른 도전막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide) 및 IZO(indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 이를테면 몰리브덴 계열 금속, 크롬, 탄탈륨, 티타늄 등으로 만들어진다. 이러한 조합의 좋은 예로는 크롬 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막 및 알루미늄 (합금) 하부막과 몰리브덴 (합금) 상부막을 들 수 있다. 그러나 게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30° 내지 약 80°인 것이 바람직하다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위로 만들어진 게이트 절연막(gate insulating layer)(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon)(비정질 규소는 약칭 a-Si로 씀) 또는 다결정 규소(poly silicon) 등으로 만들어진 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 선형 반도체(151)는 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 게이트 전극(124)을 향하여 뻗어 나온 복수의 돌출부(projection)(154)를 포함한다. 선형 반도체(151)는 게이트선(121) 부근에서 너비가 넓어져 이들을 폭넓게 덮고 있다.
반도체(151) 위에는 복수의 선형 및 섬형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161, 165)는 인(P) 따위 의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 선형 저항성 접촉 부재(161)는 복수의 돌출부(163)를 가지고 있으며, 이 돌출부(163)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)는 쌍을 이루어 반도체(151)의 돌출부(154) 위에 배치되어 있다.
반도체(151)와 저항성 접촉 부재(161, 165)의 측면 역시 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며 경사각은 30° 내지 80° 정도이다.
저항성 접촉 부재(161, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(data line)(171)과 복수의 드레인 전극(drain electrode)(175)이 형성되어 있다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 또한 유지 전극선(131)과 교차하며 인접한 유지 전극(133a, 133b) 집합 사이를 달린다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(source electrode)(173)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적이 넓은 끝 부분(179)을 포함한다. 데이터 신호를 생성하는 데이터 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 데이터 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우, 데이터선(171)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있고 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주 본다. 각 드레인 전극(175)은 면적이 넓은 한 쪽 끝 부분과 막대형인 다른 쪽 끝 부분을 가지고 있다. 넓은 끝 부분은 유지 전극선 (131)과 중첩하며, 막대형 끝 부분은 C자형으로 돌출된 소스 전극(173)으로 일부 둘러싸여 있다. 넓은 끝 부분은 충분한 유지 용량을 얻기 위해서 유지 전극선(131)과 중첩하는 폭(L1)이 적어도 2㎛이상인 것이 바람직하다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체(151)의 돌출부(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 돌출부(154)에 형성된다.
데이터선(171)은 하부막(171p, 175p), 중간막(171q, 175q) 및 상부막(171r, 175r)을 포함하는 삼중막 구조를 가진다. 하부막(171p, 175p)은 순수 몰리브덴 또는 질화 몰리브덴(MoN), 몰리브덴-니오븀(MoNb), 몰리브덴-바나듐(MoV), 몰리브덴-티타늄(MoTi), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 따위의 몰리브덴 합금 등의 몰리브덴 계열의 금속으로 만들어지고, 중간막(171q, 175q)은 비저항이 낮은 알루미늄 또는 알루미늄-네오디뮴(AlNd) 따위의 알루미늄 합금으로 만들어지며, 상부막(171r, 175r)은 ITO나 IZO와의 접촉 특성이 우수한 순수 몰리브덴 또는 질화 몰리브덴(MoN), 몰리브덴-니오븀(MoNb), 몰리브덴-바나듐(MoV), 몰리브덴-티타늄(MoTi), 몰리브덴-텅스텐(MoW) 따위의 몰리브덴 합금 등의 몰리브덴 계열의 금속으로 만들어진다.
도 2 및 도 3에서 소스 전극(173) 및 끝부분(179)을 포함하는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)에 대하여 하부막은 영문자 p를, 중간막은 영문자 q를, 상부막은 영문자 r을 도면 부호에 덧붙여 표기하였다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 또한 그 측면이 기판(110) 면에 대하여 30° 내지 80° 정도의 경사각으로 기울어진 것이 바람직하다.
저항성 접촉 부재(161, 165)는 그 아래의 반도체(151)와 그 위의 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 존재하며 이들 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다. 대부분의 곳에서는 선형 반도체(151)의 너비가 데이터선(171)의 너비보다 작지만, 앞서 설명하였듯이 게이트선(121)과 만나는 부분에서 너비가 넓어져 표면의 프로파일을 부드럽게 함으로써 데이터선(171)이 단선되는 것을 방지한다. 반도체(151)에는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이를 비롯하여 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)으로 가리지 않고 노출된 부분이 있다.
데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 노출된 반도체(154) 부분 위에는 보호막(passivation layer)(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연물 또는 유기 절연물 따위로 만들어지며 표면이 평탄할 수 있다. 무기 절연물의 예로는 질화규소와 산화규소를 들 수 있다. 유기 절연물은 감광성(photosensitivity)을 가질 수 있으며 그 유전 상수(dielectric constant)는 약 4.0 이하인 것이 바람직하다. 그러나 보호막(180)은 유기막의 우수한 절연 특성을 살리면서도 노출된 반도체(151) 부분에 해가 가지 않도록 하부 무기막과 상부 유기막의 이중막 구조를 가질 수 있다.
보호막(180)에는 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 드레인 전극(175)을 각각 드러내는 복수의 접촉 구멍(contact hole)(182, 185)이 형성되어 있으며, 보호막(180)과 게이트 절연막(140)에는 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 복수의 접촉 구멍(181), 제1 유지 전극(133a) 고정단 부근의 유지 전극선(131) 일부를 드 러내는 복수의 접촉 구멍(183a), 그리고 제1 유지 전극(133a) 자유단의 돌출부를 드러내는 복수의 접촉 구멍(183b)이 형성되어 있다.
드레인 전극(175)을 노출하는 접촉 구멍(185)은 드레인 전극(175)의 하부에 유지 전극선(131)과 중첩하지 않는 영역에 형성되어 있다. 유지 전극선(131)은 도 1에서와 같이 접촉 구멍(185)과 중첩하지 않기 위해서 접촉 구멍(185)의 위쪽에 접촉 구멍(185)과 일정거리 떨어져 형성되어 있으며 굽어질 수 있다. 또는 도 4에서와 같이 접촉 구멍(185)의 아래쪽에서 위치할 수 있다. 접촉 구멍(185)은 접촉 구멍(185)을 형성할 때 유지 전극선(131)에 영향을 미치지 않기 위해서 유지 전극선(131)으로부터 일정거리 떨어져 형성되어 있으며, 유지 전극선(131)의 경계선으로부터 접촉 구멍(185)의 평면상 떨어진 거리(L2)가 공정상 여유를 고려하여 4㎛이상인 것이 바람직하다.
드레인 전극(175)을 노출하는 접촉 구멍(185)을 형성할 때 유지 전극선(131)과 중첩하지 않는 영역에 형성하면, 드레인 전극(175)의 표면에 틈이 존재하여 틈에 침투한 식각액에 의해서 하부 절연막(140)이 식각되더라도 유지 전극선(131)이 존재하지 않으므로 유지 전극선(131)이 노출되지 않는다.
보호막(180) 위에는 복수의 화소 전극(pixel electrode)(191), 복수의 연결 다리(overpass)(83) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다. 이들은 ITO 또는 IZO 등의 투명한 도전 물질이나 알루미늄, 은, 크롬 또는 그 합금 등의 반사성 금속으로 만들어질 수 있다.
화소 전극(191)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적·전 기적으로 연결되어 있으며, 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 데이터 전압이 인가된 화소 전극(191)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 다른 표시판(도시하지 않음)의 공통 전극(common electrode)(도시하지 않음)과 함께 전기장을 생성함으로써 두 전극 사이의 액정층(도시하지 않음)의 액정 분자의 방향을 결정한다. 이와 같이 결정된 액정 분자의 방향에 따라 액정층을 통과하는 빛의 편광이 달라진다. 화소 전극(191)과 공통 전극은 축전기[이하 “액정 축전기(liquid crystal capacitor)”라 함]를 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지한다.
화소 전극(191) 및 이와 연결된 드레인 전극(175)은 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)과 중첩하며, 화소 전극(191)의 왼쪽 및 오른쪽 변은 유지 전극(133a, 133b) 위에 위치한다. 화소 전극(191) 및 이와 전기적으로 연결된 드레인 전극(175)이 유지 전극선(131)과 중첩하여 이루는 축전기를 유지 축전기(storage capacitor)라 하며, 유지 축전기는 액정 축전기의 전압 유지 능력을 강화한다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 각각 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129) 및 데이터선(171)의 끝 부분(179)과 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 데이터선(171) 및 게이트선(121)의 끝 부분(179, 129)과 외부 장치와 연결한다.
연결 다리(83)는 게이트선(121)을 가로지르며, 게이트선(121)을 사이에 두고 반대쪽에 위치하는 접촉 구멍(183a, 183b)을 통하여 유지 전극선(131)의 노출된 부 분과 유지 전극(133b) 자유단의 노출된 끝 부분에 연결되어 있다. 유지 전극(133a, 133b)을 비롯한 유지 전극선(131)은 연결 다리(83)와 함께 게이트선(121)이나 데이터선(171) 또는 박막 트랜지스터의 결함을 수리하는 데 사용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 드레인 전극을 노출하는 접촉 구멍이 형성되는 부분에는 유지 전극을 형성하지 않아 유지 전극이 노출되는 것을 방지할 수 있어 화소 전극과 유지 전극의 단락이 발생하지 않는다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

  1. 기판 위에 형성되어 있는 게이트선,
    상기 기판 위에 형성되어 있으며 상기 게이트선과 분리되어 있는 유지 전극선,
    상기 게이트선의 일부분과 중첩하는 반도체,
    상기 반도체와 일부분이 중첩하며 상기 게이트선과 교차하는 데이터선,
    상기 반도체 위에서 상기 데이터선과 마주하는 드레인 전극,
    상기 반도체를 덮으며 상기 드레인 전극을 노출하는 접촉구멍을 포함하는 보호막, 그리고
    상기 보호막 위에 형성되어 있으며 상기 접촉 구멍을 통해 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극을 포함하고,
    상기 접촉 구멍은 상기 유지 전극선이 점유하는 영역을 벗어난 위치에 형성되어 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  2. 제1항에서,
    상기 유지 전극은 상기 드레인 전극과 적어도 2㎛이상 중첩하는 박막 트랜지스터 표시판.
  3. 제1항에서,
    상기 유지 전극의 경계선은 상기 접촉 구멍의 경계선으로부터 4㎛이상 떨어져 있는 박막 트랜지스터 표시판.
  4. 제1항에서,
    상기 데이터선 및 상기 드레인 전극은 몰리브덴막, 알루미늄막, 몰리브덴막의 삼중막으로 이루어지는 박막 트랜지스터 표시판.
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