KR20070121992A - 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 연결된 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 드레인 전극의 일끝단과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극의 이격영역을 포함하여 상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극과 화소전극 위로 유기 반도체 물질층과, 게이트 절연물질층과 제 1 금속층과 제 2 금속층을 연속하여 형성하는 단계와; 상기 제 2 금속층을 패터닝하여 제 1 금속패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 금속패턴을 식각 마스크로 드라이 에칭을 실시하여 그 하부로 상기 제 1 금속패턴과 동일한 형태로 제 2 금속패턴과 게이트 절연막과 유기 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 금속패턴 위로 상기 제 1 금속패턴 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 제 1 금속패턴과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하는 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제공한다.
유기 반도체층, 탑 게이트, 보텀 컨택트, 이중층의 게이트전극
Description
도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.
도 2는 종래의 보텀 게이트(bottom gate)의 보텀 콘택트(bottom contact) 구조의 유기 박막트랜지스터를 구비한 액정표시장치용 어레이 기판의 스위칭 영역의 단면도.
도 3은 종래의 보텀 게이트(bottom gate)의 탑 콘택트(top contact) 구조의 박막트랜지스터를 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역을 도시한 단면도.
도 4a 내지 4e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 반도체 물질을 코팅에 의해 형성하고 식각액 등에 의해 손상없이 패터닝된 유기 반도체 패턴을 구비한 액정표시장치용 어레이 기판의 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 반도체 물질을 코팅에 의해 형성하고 식각액 등에 의해 손상없이 패터닝된 유기 반도체층을 구비한 액정표시장치용 어레이 기판의 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역(P)에 대한 제 조 단계별 공정 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
201 : 기판 210 : 소스 전극
213 : 드레인 전극 217 : 유기 반도체층
225 : 게이트 절연막 230 : 제 1 금속패턴
232 : 제 2 금속패턴 233 : 이중층 구조의 게이트 전극
240 : 제 1 보호층 245 : 게이트 콘택홀
250 : 게이트 배선
P : 화소영역 op : 개구부
TrA : 스위칭 영역
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 유기 반도체 물질을 이용한 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
근래에 들어 사회가 본격적인 정보화 시대로 접어듦에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이(display) 분야가 급속도로 발전해 왔고, 최근에는 특히 박형화, 경량화, 저 소비전력화의 우수한 성능을 지닌 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)형 액정표시장치(TFT-LCD)가 개발되어 기존의 브라운관(Cathode Ray Tube : CRT)을 대체하고 있다.
액정표시장치의 화상구현원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 것으로, 주지된 바와 같이 액정은 분자구조가 가늘고 길며 배열에 방향성을 갖는 광학적 이방성과 전기장 내에 놓일 경우에 그 크기에 따라 분자배열 방향이 변화되는 분극성질을 띤다. 이에 액정표시장치는 액정층을 사이에 두고 서로 마주보는 면으로 각각 화소전극과 공통전극이 형성된 어레이 기판(array substrate)과 컬러필터 기판(color filter substrate)을 합착시켜 구성된 액정패널을 필수적인 구성요소로 하며, 이들 전극 사이의 전기장 변화를 통해서 액정분자의 배열방향을 인위적으로 조절하고 이때 변화되는 빛의 투과율을 이용하여 여러 가지 화상을 표시하는 비발광 소자이다.
최근에는 특히 화상표현의 기본단위인 화소(pixel)를 행렬 방식으로 배열하고 스위칭 소자를 각 화소에 배치시켜 독립적으로 제어하는 능동행렬방식(active matrix type)이 해상도 및 동영상 구현능력에서 뛰어나 주목받고 있는데, 이 같은 스위칭 소자로 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 사용한 것이 잘 알려진 TFT-LCD(Thin Firm Transistor Liquid Crystal Display device) 이다.
좀 더 자세히, 일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1에 나타낸 바와 같이 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포 함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막 트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.
또한 이와 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 그 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막 트랜지스터(T) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 테두리하는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 적, 녹 ,청색 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 마련되어 있다.
그리고 도면상에 명확하게 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제 등으로 봉함(封函)된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판이 부착된다.
더불어 액정패널 배면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트배선(14)으로 박막트랜지스터(T)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.
한편, 이 같은 액정표시장치에 있어 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)의 모체가 되는 절연기판은 전통적으로 유리기판이 사용되었지만, 최근 들어 노트북이 나 PDA와 같은 소형의 휴대용 단말기가 널리 보급됨에 따라 이들에 적용 가능하도록 유리보다 가볍고 경량임과 동시에 유연한 특성을 지니고 있어 파손위험이 적은 플라스틱 기판을 이용한 액정패널이 소개된 바 있다.
하지만, 플라스틱 기판을 이용한 액정패널은 액정표시장치의 제조 특성상 특히 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성되는 어레이 기판의 제조에는 200℃ 이상의 고온을 필요로 하는 고온 공정이 많아 내열성 및 내화학성이 유리기판 보다 떨어지는 플라스틱 기판으로 상기 어레이 기판을 제조하는 데에는 어려움이 있어, 상부기판을 이루는 컬러필터 기판만을 플라스틱 기판으로 제조하고 하부기판인 어레이 기판은 통상적인 유리 기판을 이용하여 액정표시장치를 제조하고 있는 실정이다.
이러한 문제를 해결하고자 최근에는 유기 반도체 물질 등을 이용하여 200℃ 이하의 저온 공정을 진행하여 박막트랜지스터를 형성하는 것을 특징으로 하는 어레이 기판을 제조 하는 기술이 제안되었다.
이후에는 200℃이하의 저온 공정에서 진행되는 유기 반도체 물질을 이용한 어레이 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
200℃ 이하의 저온 공정으로 박막트랜지스터를 포함하는 화소를 형성함에 있어서, 전극과 배선을 이루는 금속물질과 절연막과 보호층등의 형성은 저온 증착 또는 코팅의 방법등을 통해 형성하여도 박막 트랜지스터의 특성에 별 영향을 주지 않지만, 채널을 형성하는 반도체층을 일반적인 반도체 물질인 비정질 실리콘을 사용하여 저온 공정에 의해 형성하게 되면, 내구 구조가 치밀하지 못하여 전기 전도도 등의 중요 특성이 저하되는 문제가 발생한다.
따라서, 이를 극복하고자 비정질 실리콘 등의 종래의 반도체 물질 대신 반도체 특성을 가진 유기 물질을 이용하여 유기 반도체층을 형성하는 것이 제안되고 있다.
이때, 반도체 특성을 갖는 유기 물질은 크게 고분자 유기 반도체 물질과 저분자 유기 반도체 물질로 나뉘고 있으며, 상기 저분자 유기 반도체 물질은 고분자 유기 반도체 물질 대비 전기 전도도 등의 우수한 물성을 갖고 있기에 주로 실리콘을 대신하는 반도체 물질로 이용되고 있지만, 유기 용제나 알코올 등과 같은 용매에 매우 취약하여 용액 형태로 만들기 힘든 단점이 있다.
따라서, 종래의 보텀 게이트(bottom gate)의 보텀 콘택트(bottom contact) 구조의 유기 박막트랜지스터를 구비한 액정표시장치용 어레이 기판의 스위칭 영역의 단면도인 도 2를 참조하면, 반도체 물질을 이용하여 기판(40) 상에 박막트랜지스터를 형성할 경우, 상기 유기 반도체 물질은 통상적으로 이베퍼레이션 의해 기판(40) 상에 형성되며, 상기 일부 유기 반도체 물질은 유기 용제나 알코올 등에 취약한 구조를 갖는 바, 유기 반도체 물질이 유기 용매나 알코올 등의 용매(현상액이나 식각액의 성분임)에 노출되는 것을 최소화하기 위해, 통상적으로 게이트 전극(43)이 최하부에 형성되고, 소스 및 드레인 전극(50, 53)의 표면과 유기 반도체층(57)의 밑면이 접촉하는 것을 특징으로 하는 보텀 게이트(bottom gate)의 보텀 콘택트(bottom contact) 구조로 형성되고 있다.
하지만, 보텀 게이트(bottom gate) 구조에 있어서, 보텀 콘택트(bottom contact)의 경우 접촉 저항이 커서 전하 주입의 어려워 문제가 되고 있으며, 이러한 결과 이동도 등이 일반적으로 낮게 되어 박막트랜지스터의 특성이 저하되게 된다.
한편, 유기 반도체 물질을 이용하여 보텀 게이트(bottom gate)의 탑 콘택(top contact) 구조로 형성할 경우, 박막트랜지스터의 특성은 우수하다. 하지만, 패터닝 시, 현상액 또는 식각액에 노출되면 그 특성상 그 반도체 물질로서의 성능이 급격히 저하된다.
따라서, 종래의 보텀 게이트의 탑 콘택 구조의 박막트랜지스터를 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역을 도시한 단면도인 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(70)상에 상기 유기 반도체 물질을 쉐도우 마스크(shadow mask) 등을 이용하여 특정 형태로 패터닝 된 유기 반도체층(78)을 형성 후, 그 상부로 소스 및 드레인 전극(80, 82)까지도 쉐도우 마스크(shadow mask)(92)를 이용하여 형성한다. 하지만, 상기 쉐도우 마스크(shadow mask)(92)를 이용한 물리적 한계로 인해 상기 소스 및 드레인 전극(80, 82)간 이격간격(d1) 즉, 채널의 길이(d1)가 수십 ㎛이상이 되어 박막트랜지스터(Tr) 자체의 사이즈가 커지게 되어 개구율 및 해상도 등에 영향을 주는 바, 실제 액정표시장치 등의 표시장치에 적용하기에는 무리가 있다.
전술한 문제를 해결하기 위해서 본 발명은 안출된 것으로 유기 용제나 알코올 등의 용매에 매우 취약한 특성을 갖는 유기 반도체층의 손상없이 탑 게이트(top gate) 보텀 콘택트(bottom contact) 구조를 갖는 박막트랜지스터를 구비한 액정표시장치용 어레이 기판을 제조하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법은 기판 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 연결된 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 드레인 전극의 일끝단과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극의 이격영역을 포함하여 상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극과 화소전극 위로 유기 반도체 물질층과, 게이트 절연물질층과 제 1 금속층과 제 2 금속층을 연속하여 형성하는 단계와; 상기 제 2 금속층을 패터닝하여 제 1 금속패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 금속패턴을 식각 마스크로 드라이 에칭을 실시하여 그 하부로 상기 제 1 금속패턴과 동일한 형태로 제 2 금속패턴과 게이트 절연막과 유기 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 금속패턴 위로 상기 제 1 금속패턴 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 제 1 금속패턴과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하는 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제 1 금속패턴을 형성하는 단계는, 상기 제 2 금속층 위로 감광성 물질을 도포하여 감광성 물질층을 형성하는 단계와; 상기 감광성 물질층을 노광 마스크를 이용하여 노광하고, 연속하여 현상을 실시함으로써 감광성 패턴을 형성하 는 단계와; 상기 감광성 패턴 외부로 노출된 상기 제 2 금속층을 식각하여 제거하는 단계와; 상기 감광성 패턴을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 노출된 제 2 금속층은 식각액을 이용한 습식 식각을 실시하여 패터닝하는 것이 특징이다.
또한, 상기 감광성 패턴의 제거는 스트립(strip) 또는 애싱(ashing)을 통해 이루어지는 것이 특징이며, 상기 제 1 금속층은 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)로 이루어지며, 상기 제 2 금속층은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 은(Ag) 중에서 선택되는 하나로 이루어지는 것이 특징이다.
또한, 상기 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선을 형성하기 이전에는, 상기 기판 상에 친수성 특성을 갖는 절연물질로 버퍼층을 형성하는 단계를 더욱 포함하며, 상기 게이트 배선 위로 제 2 보호층을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
또한, 상기 유기 반도체 물질층은 액상의 펜타신(pentacene) 또는 폴리사이오펜(polythiophene)을 잉크젯 장치, 노즐(nozzle) 코팅 장치, 바(bar) 코팅 장치, 슬릿(slit) 코팅장치, 스핀(spin) 코팅장치 또는 프린팅 장치를 이용하여 도포함으로써 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 게이트 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계는, 상기 화소전극을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 보호층은 감광성의 유기물질인 PVA(poly vinyl alcohol) 또는 포토아크릴(photo acryl)로 이루어짐으로써 노광 및 현상 공정만을 진행하여 상기 게이트 콘택홀과 개구부를 형성하는 것이 특징이다.
또한, 상기 드라이 에칭은 이방성 특성을 갖는 드라이 에칭인 것이 바람직하 다.
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은, 기판 상에 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 연결되며 일방향으로 연장하며 형성된 데이터 배선과; 상기 소스 및 드레인 전극과 이들 두 전극 사이의 이격영역을 포함하여 상기 데이터 배선 위로 형성된 유기 반도체층과; 상기 유기 반도체층 상부로 상기 유기 반도체층과 동일한 형태로 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 위로 동일한 형태를 가지며 형성되며, 서로 다른 금속물질로 구성된 제 1, 2 금속패턴으로 형성된 이중층 구조의 게이트 전극과; 상기 이중층 구조의 게이트 전극 위로 그 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀을 갖는 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 이중층 구조의 게이트 전극과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하며 형성된 게이트 배선을 포함한다.
이때, 상기 유기 반도체층은 펜타신(pentacene) 또는 폴리사이오펜(polythiophene)으로 이루어지며, 상기 게이트 절연막은 PVA(poly vinyl alcohol) 또는 플르오르폴리머(fluoru polymer)로 이루어진 것이 특징이다.
또한, 상기 이중층 구조의 게이트 전극을 이루는 하부층인 상기 제 1 금속패 턴은 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)로 이루어지며, 상부층인 제 2 금속패턴은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 은(Ag) 중에서 선택되는 하나의 물질로 이루어진 것이 특징이다.
또한, 상기 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선 및 유기 반도체층 하부에는 친수성을 갖는 버퍼층이 더욱 형성되며, 상기 게이트 배선 위로 제 2 보호층이 더 욱 형성된 것이 특징이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예는 탑 게이트 방식의 탑 콘택트 구조를 갖는 박막트랜지스터를 가지며 상기 유기 반도체층의 손상없이 형성할 수 있는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제안하는 것을 특징으로 한다.
<제 1 실시예>
도 4a 내지 4e는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 유기 반도체 물질을 코팅에 의해 형성하고 식각액 등에 의해 손상없이 패터닝된 유기 반도체 패턴을 구비한 액정표시장치용 어레이 기판의 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때 상기 박막트랜지스터가 형성되는 영역을 스위칭 영역이라 정의하였다.
우선, 도 4a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연특성을 갖는 물질로 이루어진 기판(101) 예를들면 유리 또는 플라스틱 기판 위로 전면에 친수성을 가지며 상기 기판(101)과의 접착력이 우수한 물질 예를들면 산화실리콘(SiO2)을 전면에 증착함으로써 버퍼층(미도시)을 형성한다. 이는 그 상부로 형성되는 반도체층(미도시)과 상기 기판(101)과의 접촉특성을 향상시키며 상기 반도체층(미도시)이 고른 두께로 형성되도록 하기 위함이다. 이때, 상기 버퍼층(105)은 반드시 형성할 필요는 없으며, 상기 기판(101)의 특성에 따라 생략될 수 있다.
다음, 상기 버퍼층(미도시) 또는 기판(101) 상에 저저항 금속물질 예를들면 금(Au), 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd) 중 선택되는 금속물질을 증착함으로서 제 1 금속층을 형성한다.
다음, 상기 제 1 금속층 위로 포토레지스트의 도포하여 포토레지스트층(미도시)을 형성하고, 상기 포토레지스트층(미도시)을 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행함으로써 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴(미도시) 외부로 노출된 상기 제 1 금속층을 식각함으로써 일방향으로 연장하는 데이터 배선(미도시)과, 화소영역(P)(추후 형성되는 게이트 배선과 상기 데이터 배선이 교차하여 정의되는 영역)내의 상기 스위칭 영역(TrA)에 상기 데이터 배선(미도시)과 연결된 소스 전극(110)과, 상기 소스 전극(110)에서 소정간격 이격하여 서로 마주하는 형태의 드레인 전극(113)을 형성한다.
다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(110, 113)이 형성된 기판(101)에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 전면에 증착하고 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 화소영역(P) 내부에 상기 드레인 전극(113)의 일끝단과 직접 접촉하는 형태의 화소전극(115)을 형성한다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(미도시)과 소스 및 드레인 전극(110, 113)과 상기 화소전극(115) 위로 액상의 유기 반도체 물질 즉, 특히 이동도(mobility) 등이 비교적 우수한 저분자 유기 반도체 물질 예를들면 액상의 펜타신(pentacene) 또는 폴리사이오펜(polythiophene)을 잉크젯 장치, 노즐(nozzle) 코팅 장치, 바(bar) 코팅 장치, 슬릿(slit) 코팅장치, 스핀(spin) 코팅장치 또는 프린팅 장치 등을 이용하여 전면에 코팅함으로써 유기 반도체 물질층(116)을 형성한다.
다음, 상기 유기 반도체 물질층(116) 위로 연속하여 유기 절연물질 예를들면 PVA(poly vinyl alcohol) 또는 플루오르폴리머(fluoropolymer)를 도포함으로써 전면에 게이트 절연물질층(123)을 형성한다.
다음, 상기 게이트 절연물질층(123) 위로 건식식각이 용이한 금속물질 예를들면 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)을 전면에 증착함으로써 제 2 금속층(129)을 형성한다.
다음, 상기 제 2 금속층(129) 위로 감광성 특성을 갖는 포토아크릴(photo acryl)을 도포하여 포토 아크릴층을 형성하고 이를 노광 및 현상함으로써 포토아크릴 패턴(137)을 형성한다.
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 포토아크릴 패턴(137)을 식각 마스크로 하여 드라이 에칭(dry etching)을 실시함으로써 상기 포토아크릴 패턴(137) 외부로 노출된 제 2 금속층(도 4c의 129)과 그 하부의 게이트 절연물질층(도 4c의 123)과 유기 반도체 물질층(도 4c의 116)을 제거한다.
따라서, 상기 드라이 에칭(dry etching)에 의해 상기 포토아크릴 패턴(137)이 형성된 스위칭 영역(TrA)을 제외한 영역에는 각각 데이터 배선(미도시)과 화소전극(115)이 노출되게 되며 동시에 상기 스위칭 영역(TrA)에는 서로 마주하며 이격 하는 소스 및 드레인 전극(110, 113)과 접촉하는 유기 반도체층(117)과 그 상부로 게이트 절연막(125)과 게이트 전극(130)이 형성되며, 더욱이 상기 게이트 전극과 연결되며 상기 데이터 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(미도시)이 형성되게 된다.
다음, 도 4e에 도시한 바와 같이, 애싱(ashing) 공정을 진행하여 상기 포토아크릴 패턴(도 4d의 137)을 제거함으로써 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판(101)을 완성할 수 있다. 이때 상기 게이트 전극(130)과 게이트 배선(미도시) 위로 제 2 보호층을 더욱 형성할 수도 있다.
<제 2 실시예>
헌데, 전술한 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은 유기 반도체층의 손상을 최소화하기 게이트 패턴 형성 시, 상기 제 1 금속층 하부로 전면에 각각 형성된 게이트 절연막과 유기 반도체층을 일괄 식각하였으므로 게이트 배선 하부에도 유기 반도체층이 형성되고 있는 바, 상기 유기 반도체층을 타고 각 화소간 소량의 전류가 흐르게 되어 박막트랜지스터의 특성이 저하가 발생될 우려가 있다.
본 발명의 제 2 실시예는 이러한 1 실시예를 더욱 개선시킨 유기 반도체층을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제안한다.
도 5a 내지 5f는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유기 반도체 물질을 코팅에 의해 형성하고 식각액 등에 의해 손상없이 패터닝된 유기 반도체층을 구비한 액정 표시장치용 어레이 기판의 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역(P)에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다. 이때 상기 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역(P)을 스위칭 영역(TrA)이라 정의하였다.
우선, 도 5a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연특성을 갖는 재질 예를들면 유리 또는 플라스틱의 물질로 이루어진 기판(201) 위로 전면에 친수성을 가지며 상기 기판(101)과의 접착력이 우수한 물질 예를들면 산화실리콘(SiO2)을 전면에 증착함으로써 버퍼층(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 버퍼층(미도시)은 반드시 형성할 필요는 없으며, 상기 기판(101)의 특성에 따라 생략될 수 있다.
이후, 상기 버퍼층(미도시) 또는 기판(201) 상에 저저항 금속물질 예를들면 금(Au), 구리(Cu), 구리합금, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd) 중 선택되는 금속물질을 증착함으로서 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 일방향으로 연장하는 데이터 배선(미도시)과, 상기 스위칭 영역(TrA)에 상기 데이터 배선(미도시)과 연결된 소스 전극(210)과, 상기 소스 전극(210)에서 소정간격 이격하여 서로 마주하는 형태의 드레인 전극(213)을 형성한다.
다음, 상기 소스 및 드레인 전극(210, 213)이 형성된 기판(201)에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 전면에 증착하고, 이를 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 추후 형성되는 게이트 배선과 상기 데이터 배선(미도시)이 교차하여 정의되는 화소영역(P) 내부에 상기 드레인 전극(213)의 일끝단과 직접 접촉하는 형태의 화소전극(215)을 형성한다.
다음, 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 데이터 배선(미도시)과 소스 및 드레인 전극(210, 213)과 상기 화소전극(215) 위로 액상의 유기 반도체 물질 즉, 특히 이동도(mobility) 등이 비교적 우수한 액상의 저분자 유기 반도체 물질 예를들면 액상의 펜타신(pentacene) 또는 폴리사이오펜(polythiophene)을 잉크젯 장치, 노즐(nozzle) 코팅 장치, 바(bar) 코팅 장치, 슬릿(slit) 코팅장치, 스핀(spin) 코팅장치 또는 프린팅 장치 등을 이용하여 전면에 코팅함으로써 유기 반도체 물질층(216)을 형성하고, 연속하여 그 상부로 유기 절연물질 예를들면 PVA(poly vinyl alcohol) 또는 플르오르폴리머(fluoru polymer)를 도포함으로써 전면에 게이트 절연물질층(223)을 형성한다.
다음, 상기 게이트 절연물질층(223) 위로 건식식각이 용이한 금속물질 예를들면 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)을 전면에 증착함으로써 제 2 금속층(229)을 형성하고, 연속하여 상기 제 2 금속층(229)을 이루는 금속물질에 대해 거의 영향을 끼치지 않는 식각액을 이용하여 식각이 가능한 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 은(Ag) 중에서 선택되는 하나의 금속물질을 증착함으로서 제 3 금속층(231)을 형성한다.
다음, 도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 제 3 금속층(도 5b의 231) 상부로 감광성 물질 예를들면 포토레지스트 또는 포토 아크릴(phot acryl)을 도포하여 감광성 물질층(미도시)을 형성하고, 상기 감광성 물질층(미도시)을 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행함으로써 상기 스위칭 영역(TrA)에 대응하여 감광성 패턴(237)을 형성한다. 이 경우, 상기 현상 공정에 의해 현상액에 상기 기판(201) 상의 최상부층이 노출되지만 상기 유기 반도체 물질층(216)은 게이트 절연물질층(223)과 제 2, 3 금속층(229, 도 5b의 231)에 의해 이중 삼중으로 가려져 있는 바, 문제되지 않는다.
다음, 상기 감광성 패턴(237) 외부로 노출된 제 3 금속층(도 5b의 231)을 식각하여 제거함으로써 제 3 금속패턴(232)을 형성함과 동시에 상기 감광성 패턴(237) 외부에 대해 상기 제 2 금속층(229)을 노출시킨다.
이 경우 상기 제 3 금속패턴(232) 형성을 위한 식각은 상기 제 3 금속층(도 5b의 231)과 반응하는 식각액을 이용한 습식 시각을 진행하는 것이 바람직하다.
다음, 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 감광성 패턴(도 5c의 237)을 스트립(strip)공정을 진행하여 제거한다. 이 경우, 상기 스트립(strip) 공정 진행시 스트립(strip)액에 상기 기판(201)이 노출되지만, 상기 유기 반도체 물질층(216)은 여전히 게이트 절연물질층(223)과 제 2 금속층(229)에 의해 가려져 있는 바, 전혀 문제되지 않는다.
이때, 상기 감광성 패턴(도 5c의 237)은 드라이 에칭 등을 진행하지 않았으므로 애싱(ashing)을 진행하여 제거해도 무방하다. 드라이 에칭에 노출된 감광성 패턴은 애싱(ashing)을 실시하게 되면 잔사가 남게되어 금속물질과 접촉시에는 접촉 저항을 높여 특성이 저하되는 문제가 있다.
하지만 본 발명의 제 2 실시예의 경우 애싱(ashing) 또는 스트립(strip) 어느 공정을 통해서도 깨끗이 상기 감광성 패턴이 제거된다.
다음, 도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 제 3 금속패턴(232)을 식각 마스크로 하여 이방성의 드라이 에칭을 실시함으로써 상기 제 3 금속패턴(232) 외부로 노출된 제 2 금속층(도 5d의 229)과 그 하부의 게이트 절연물질층(도 5d의 223)과 유기 반도체 물질층(도 5d의 216)을 순차적으로 제거한다.
따라서, 상기 제 3 금속패턴(232) 하부로 순차적으로 동일한 형태를 갖는 제 2 금속패턴(230)과 게이트 절연막(225)과 유기 반도체층(217)이 형성된다. 이 경우 상기 제 2 금속패턴(230)과 그 상부의 제 3 금속패턴(232)은 이중층 구조의 게이트 전극(233)을 이루게 된다. 또한 본 발명의 제 2 실시예의 특성상 현 단계에서는 게이트 배선은 형성되지 않는 것이 특징이다.
다음, 도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 이중층 구조의 게이트 전극(233) 위로 전면에 감광성의 유기 절연물질 예를들면 PVA(poly vinyl alcohol) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 도포하여 보호층(240)을 형성하고, 이를 직접 노광, 현상하여 패터닝함으로써 상기 이중층 구조의 게이트 전극(233) 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀(245)과 상기 화소영역(P) 내의 화소전극(215)을 노출시키는 개구부(op)를 형성한다.
이 경우, 상기 보호층(240)에 의해 상기 유기 반도체층(217)은 완전히 가려지는 구조가 되는 바, 상기 보호층의 패터닝 시 사용되는 현상액에 의한 상기 유기 반도체층(217)은 전혀 영향을 받지 않게 되므로 손상을 입지 않는다.
다음, 도 5g에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 콘택홀(245) 및 개구부(op)를 갖는 보호층(240) 위로 저저항 특성을 갖는 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 은(Ag) 중에서 선택되는 하나의 물질을 증 착하고 패터닝함으로써 상기 게이트 콘택홀(245)을 통해 상기 이중층 구조의 게이트 전극(233)과 접촉하며, 상기 데이터 배선(미도시)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(250)을 형성한다. 이후 도면에는 나타내지 않았지만, 상기 게이트 배선(250) 상부로 제 2 보호층을 더욱 형성할 수도 있다.
이러한 제조 방법에 의해 제조되는 제 2 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은, 상기 유기 반도체층(217)의 손상없이 형성하기 위해 일괄 식각하여 형성된 게이트 전극(233)과 상기 게이트 배선(245)이 이원화됨으로써 상기 게이트 배선(245) 하부에는 유기 반도체로 이루어진 반도체 패턴이 형성되지 않는 바, 이웃한 화소간의 통전에 의한 특성 저하는 발생하지 않게 된다.
또한, 상기 게이트 전극(233)을 이중층 구조로서 형성함으로써 최상층의 제 3 금속패턴(232) 상부에 남아있는 감광성 패턴을 하부의 유기 반도체층의 손상없이 제거가 가능한 것이 본 발명의 제 2 실시예의 특징적인 면이 된다.
본 발명은 내화학성이 약한 유기 반도체 물질을 이용하여 손상없이 유기 반도체층을 형성하며, 나아가 특성을 향상시키는 탑 게이트(top gate) 보텀 콘택트(bottom contact) 구조의 유기 박막트랜지스터 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 게이트 전극과 게이트 배선을 이원화하여 각각 서로 다른 층에 형성하고 전기적으로 연결되도록 형성함으로써 상기 유기 반도체층을 통한 이웃한 화소간 의 통전에 의한 특성 저하를 방지하는 효과가 있다.
또한, 특성상 일괄식각하는 게이트 전극과 유기 반도체층의 형성에 있어, 상기 게이트 전극 상부의 감광성 패턴을 잔유물이 남지 않도록 스트립(strip)하여 제거하여도 상기 유기 반도체층의 손상이 없도록 하는 제조 방법을 제공함으로써 접촉저항을 낮추는 등의 특성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 고가의 진공장비를 이용하지 않고 액상의 반도체 유기물질을 이용하여 유기 반도체층을 형성함으로써 초기 설비 비용을 절감하여 제품의 가격 경쟁력을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (17)
- 기판 위로 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 연결된 데이터 배선을 형성하는 단계와;상기 드레인 전극의 일끝단과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계와;상기 소스 및 드레인 전극의 이격영역을 포함하여 상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극과 화소전극 위로 유기 반도체 물질층과, 게이트 절연물질층과 제 1 금속층과 제 2 금속층을 연속하여 형성하는 단계와;상기 제 2 금속층을 패터닝하여 제 1 금속패턴을 형성하는 단계와;상기 제 1 금속패턴을 식각 마스크로 드라이 에칭을 실시하여 그 하부로 상기 제 1 금속패턴과 동일한 형태로 제 2 금속패턴과 게이트 절연막과 유기 반도체층을 형성하는 단계와;상기 제 1 금속패턴 위로 상기 제 1 금속패턴 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와;상기 보호층 위로 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 제 1 금속패턴과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하는 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 금속패턴을 형성하는 단계는,상기 제 2 금속층 위로 감광성 물질을 도포하여 감광성 물질층을 형성하는 단계와;상기 감광성 물질층을 노광 마스크를 이용하여 노광하고, 연속하여 현상을 실시함으로써 감광성 패턴을 형성하는 단계와;상기 감광성 패턴 외부로 노출된 상기 제 2 금속층을 식각하여 제거하는 단계와;상기 감광성 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 노출된 제 2 금속층은 식각액을 이용한 습식 식각을 실시하여 패터닝하는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 감광성 패턴의 제거는 스트립(strip) 또는 애싱(ashing)을 통해 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 금속층은 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)로 이루어지며,상기 제 2 금속층은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 은(Ag) 중에서 선택되는 하나로 이루어지는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선을 형성하기 이전에는,상기 기판 상에 친수성 특성을 갖는 절연물질로 버퍼층을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 배선 위로 제 2 보호층을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 유기 반도체 물질층은 액상의 펜타신(pentacene) 또는 폴리사이오펜(polythiophene)을 잉크젯 장치, 노즐(nozzle) 코팅 장치, 바(bar) 코팅 장치, 슬릿(slit) 코팅장치, 스핀(spin) 코팅장치 또는 프린팅 장치를 이용하여 도포함으로써 형성하는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 게이트 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계는,상기 화소전극을 노출시키는 개구부를 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 보호층은 감광성의 유기물질인 PVA(poly vinyl alcohol) 또는 포토아크릴(photo acryl)로 이루어짐으로써 노광 및 현상 공정만을 진행하여 상기 게이트 콘택홀과 개구부를 형성하는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 드라이 에칭은 이방성 특성을 갖는 드라이 에칭인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
- 기판 상에 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 연결되며 일방향으로 연장하며 형성된 데이터 배선과;상기 소스 및 드레인 전극과 이들 두 전극 사이의 이격영역을 포함하여 상기 데이터 배선 위로 형성된 유기 반도체층과;상기 유기 반도체층 상부로 상기 유기 반도체층과 동일한 형태로 형성된 게이트 절연막과;상기 게이트 절연막 위로 동일한 형태를 가지며 형성되며, 서로 다른 금속물질로 구성된 제 1, 2 금속패턴으로 형성된 이중층 구조의 게이트 전극과;상기 이중층 구조의 게이트 전극 위로 그 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀을 갖는 보호층과;상기 보호층 위로 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 이중층 구조의 게이트 전극과 접촉하며 상기 데이터 배선과 교차하며 형성된 게이트 배선을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 12 항에 있어서,상기 유기 반도체층은 펜타신(pentacene) 또는 폴리사이오펜(polythiophene)으로 이루어진 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 12 항에 있어서,상기 게이트 절연막은 PVA(poly vinyl alcohol) 또는 플르오르폴리머(fluoru polymer)로 이루어진 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 12 항에 있어서,상기 이중층 구조의 게이트 전극을 이루는 하부층인 상기 제 1 금속패턴은 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)로 이루어지며,상부층인 제 2 금속패턴은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 은(Ag) 중에서 선택되는 하나의 물질로 이루어진 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 12 항에 있어서,상기 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선 및 유기 반도체층 하부에는 친수성 을 갖는 버퍼층이 더욱 형성된 액정표시장치용 어레이 기판.
- 제 12 항에 있어서,상기 게이트 배선 위로 제 2 보호층이 더욱 형성된 액정표시장치용 어레이 기판.
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