KR20180136424A - 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고해상도를 구현할 수 있는 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판은 기판; 상기 기판 위에 일 방향으로 형성되는 게이트선 및 상기 게이트선으로부터 돌출되는 게이트 전극; 상기 게이트선 및 상기 게이트 전극 위에 형성되는 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 위에 형성되는 반도체층; 상기 반도체층 위에 타 방향으로 형성되는 데이터선 및 상기 데이터선으로부터 상기 게이트 전극 위로 돌출되는 소스 전극; 상기 게이트 전극 위에서 상기 소스 전극과 이격되도록 형성되는 드레인 전극; 및, 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 포함하고, 상기 반도체층은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극이 이격되는 부분에 대응하는 채널부를 포함하고, 상기 반도체층은 상기 채널부를 제외하고 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극과 동일한 경계를 가지도록 중첩하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고해상도를 구현할 수 있는 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법에 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, 박막 트랜지스터에 게이트 신호를 전달하는 게이트선과 데이터 신호를 전달하는 데이터선 등을 포함한다.
박막 트랜지스터는 게이트선에 연결되어 있는 게이트 전극, 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극, 화소 전극에 연결되어 있는 드레인 전극, 및 소스 전극과 드레인 전극 사이의 게이트 전극 위에 위치하는 반도체층 등을 포함하여 이루어지며, 게이트선을 통해 전달되는 게이트 신호에 따라 데이터선을 통해 전달되는 데이터 신호를 화소 전극에 전달한다.
이때, 박막 트랜지스터의 반도체층은 비정질 규소(amorphous silicon), 다결정 규소(polycrystalline silicon, poly silicon), 금속 산화물(metal oxide) 등을 재료로 하여 형성될 수 있다.
최근에는 비정질 실리콘보다 전자 이동도가 높고 전류의 ON/OFF 비율이 높으면서, 다결정 실리콘보다 원가가 저렴하고 균일도가 높은 금속 산화물을 이용하는 산화물 반도체(oxide semiconductor)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이와 같이 산화물 반도체를 반도체층으로 이용할 때, 소스 전극 및 드레인 전극은 티타늄(Ti), 구리(Cu) 등의 금속을 이용하여 형성한다.
산화물 반도체, 티타늄, 구리 등의 물질을 건식 식각(dry etching) 방식으로 식각하는 경우 식각비가 매우 낮은 문제점이 있어 습식 식각(wet etching) 방식을 이용하게 된다. 또한, 상기 물질이 아닌 다른 물질을 식각하는 경우에도 설비의 비용 등을 줄이기 위해 건식 식각 방식을 이용하지 않고, 습식 식각 방식을 이용하는 경우가 많다.
습식 식각 방식으로 식각을 하는 경우 등방성 식각(Isotropic etch)이 이루어져 감광막의 아래에 위치한 금속층으로 식각액이 침투하여 스큐(skew)가 발생하게 되고, 언더컷(under-cut)이 발생하게 된다. 이러한 스큐와 언더컷을 고려하여 설계 마진을 크게 하면, 고해상도의 구현이 어려워진다는 문제점이 있다.
종래의 4마스크 공정에서는 반도체층, 소스 전극, 및 드레인 전극을 하나의 마스크를 이용하여 형성함으로써, 에치백(etch-back) 공정이 이용된다. 에치백 공정에서는 감광막이 밀리는 현상이 발생하여 소스 전극 및 드레인 전극이 설계한 것보다 더 식각되는 문제점이 있다.
또한, 이로 인해 반도체층과 소스 전극 및 드레인 전극의 가장자리가 일치하는 경계를 가지지 못하고, 반도체층이 소스 전극 및 드레인 전극보다 돌출되도록 형성된다. 반도체층이 소스 전극 및 드레인 전극보다 돌출된 부분은 불필요한 면적으로, 이러한 부분을 위해 설계 마진을 크게 해야 한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 스큐와 언더컷을 최소화하고, 감광막이 밀리는 현상을 방지하며, 반도체층이 소스 전극 및 드레인 전극보다 돌출된 부분이 발생하지 않도록 할 수 있는 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고해상도를 구현할 수 있는 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적에 따른 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판은 기판; 상기 기판 위에 일 방향으로 형성되는 게이트선 및 상기 게이트선으로부터 돌출되는 게이트 전극; 상기 게이트선 및 상기 게이트 전극 위에 형성되는 게이트 절연막; 상기 게이트 절연막 위에 형성되는 반도체층; 상기 반도체층 위에 타 방향으로 형성되는 데이터선 및 상기 데이터선으로부터 상기 게이트 전극 위로 돌출되는 소스 전극; 상기 게이트 전극 위에서 상기 소스 전극과 이격되도록 형성되는 드레인 전극; 및, 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 포함하고, 상기 반도체층은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극이 이격되는 부분에 대응하는 채널부를 포함하고, 상기 반도체층은 상기 채널부를 제외하고 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극과 동일한 경계를 가지도록 중첩하는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체층, 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극은 습식 식각 방식으로 식각되는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층은 산화물 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 산화물 반도체는 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO, Indium Gallium Zinc Oxide), 아연-주석 산화물(ZTO, Zinc Tin Oxide), 및 인듐-주석 산화물(IZO, Indium Tin Oxide) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극은 하부층 및 상부층을 포함하는 이중막으로 이루어지고, 상기 하부층은 티타늄(Ti)으로 이루어지고, 상기 상부층은 구리(Cu)로 이루어질 수 있다.
상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극은 하부층 및 상부층을 포함하는 이중막으로 이루어지고, 상기 하부층은 구리-망간(Cu-Mn) 합금으로 이루어지고, 상기 상부층은 구리(Cu)로 이루어질 수 있다.
상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극은 하부층, 중간층, 및 상부층을 포함하는 삼중막으로 이루어지고, 상기 하부층 및 상기 상부층은 몰리브덴(Mo)으로 이루어지고, 상기 중간층은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 목적에 따른 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 (a) 기판 위에 게이트선 및 상기 게이트선으로부터 돌출되는 게이트 전극을 형성하는 단계; (b) 상기 게이트선 및 상기 게이트 전극 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계; (c) 상기 게이트 절연막 위에 반도체 물질 및 금속 물질을 증착하는 단계; (d) 제1 마스크를 이용하여 상기 반도체 물질 및 상기 금속 물질을 식각하여 데이터선, 상기 데이터선으로부터 상기 게이트 전극 위로 돌출되어 일체형으로 이루어지는 소스 전극과 드레인 전극, 및 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극 아래에 위치하는 반도체층을 형성하는 단계; (e) 제2 마스크를 이용하여 상기 일체형으로 이루어지는 소스 전극 및 드레인 전극을 식각하여 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 분리하는 단계; 및, (f) 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d) 단계는, (d-1) 상기 금속 물질 위에 제1 감광막을 형성하는 단계; (d-2) 상기 제1 마스크를 이용하여 상기 제1 감광막을 노광 및 현상하여 제1 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및, (d-3) 상기 제1 감광막 패턴을 이용하여 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 (e) 단계는, (e-1) 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극 위에 제2 감광막을 형성하는 단계; (e-2) 상기 제2 마스크를 이용하여 상기 제2 감광막을 노광 및 현상하여 제2 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및, (e-3) 상기 제2 감광막 패턴을 이용하여 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (e) 단계에서, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극이 분리된 부분에 대응하는 상기 반도체층에 채널부가 형성되고, 상기 반도체층은 상기 채널부를 제외하고 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극과 동일한 경계를 가지도록 중첩할 수 있다.
상기 (d) 단계에서, 상기 반도체 물질 및 상기 금속 물질은 습식 식각 방식으로 식각되고, 상기 (e) 단계에서, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 습식 식각 방식으로 식각될 수 있다.
상기 (d) 단계에서, 상기 반도체 물질 및 상기 금속 물질은 제1 식각액으로 식각되고, 상기 제1 식각액은 상기 반도체 물질 및 상기 금속 물질을 식각할 수 있는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 (e) 단계에서, 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 제2 식각액으로 식각되고, 상기 제2 식각액은 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 식각할 수 있고, 상기 반도체층을 식각할 수 없는 물질로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 물질은 산화물 반도체로 이루어질 수 있다.
상기 산화물 반도체는 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO, Indium Gallium Zinc Oxide), 아연-주석 산화물(ZTO, Zinc Tin Oxide), 및 인듐-주석 산화물(IZO, Indium Tin Oxide) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 금속 물질은 하부층 및 상부층을 포함하는 이중막으로 이루어지고, 상기 하부층은 티타늄(Ti)으로 이루어지고, 상기 상부층은 구리(Cu)로 이루어질 수 있다.
상기 금속 물질은 하부층 및 상부층을 포함하는 이중막으로 이루어지고, 상기 하부층은 구리-망간(Cu-Mn) 합금으로 이루어지고, 상기 상부층은 구리(Cu)로 이루어질 수 있다.
상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극은 하부층, 중간층, 및 상부층을 포함하는 삼중막으로 이루어지고, 상기 하부층 및 상기 상부층은 몰리브덴(Mo)으로 이루어지고, 상기 중간층은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판은 제1 마스크를 이용하여 반도체 물질 및 금속 물질을 식각하고, 제2 마스크를 이용하여 채널부를 형성함으로써, 스큐 및 언더컷의 발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 제2 마스크를 이용하여 채널부를 형성할 때, 데이터선, 소스 전극, 및 드레인 전극이 채널부를 제외하고는 감광막으로 덮여 있으므로 경계부가 불필요하게 식각되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 반도체층이 채널부를 제외하고 데이터선, 소스 전극, 및 드레인 전극과 동일한 경계를 가질 수 있으므로 반도체층의 돌출로 인한 추가 설계마진을 고려할 필요가 없어, 고해상도의 구현이 용이해지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판의 한 화소를 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 II-II선, II'-II'선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 박막 트랜지스터 표시판의 A1 및 A2 영역을 나타낸 확대 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 박막 트랜지스터 표시판의 B1 및 B2 영역을 나타낸 확대 단면도이다.
도 2는 본 발명의 II-II선, II'-II'선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 박막 트랜지스터 표시판의 A1 및 A2 영역을 나타낸 확대 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 박막 트랜지스터 표시판의 B1 및 B2 영역을 나타낸 확대 단면도이다.
이하에서 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 경우뿐 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.
먼저, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판의 한 화소를 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 II-II선, II'-II'선을 따라 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판은 유리 또는 플라스틱 등과 같은 재료로 만들어진 기판(110) 위에 일 방향으로 게이트선(121)이 형성되어 있고, 게이트선(121)으로부터 돌출되는 게이트 전극(124)이 형성되어 있다. 게이트 전극(124)은 게이트선(121)과 연결되어 있어, 게이트선(121)을 통해 게이트 신호가 인가된다.
게이트선(121) 및 게이트 전극(124)을 포함한 기판(110) 위의 전면에는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 실리콘 질화물(SiNx, silicon nitride) 또는 실리콘 산화물(SiOx, silicon oxide)로 이루어질 수 있고, 실리콘 질화물과 실리콘 산화물의 이중막으로 이루어질 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 반도체층(151)이 형성되어 있다. 반도체층(151)은 비정질 규소 반도체, 다결정 규소 반도체, 산화물 반도체 등으로 이루어질 수 있다. 반도체층(151)이 산화물 반도체로 이루어진 경우, 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO, Indium Gallium Zinc Oxide), 아연-주석 산화물(ZTO, Zinc Tin Oxide), 인듐-주석 산화물(IZO, Indium Tin Oxide) 등의 재료가 이용될 수 있다.
반도체층(151) 위에는 타 방향으로 데이터선(171)이 형성되어 있고, 데이터선(171)으로부터 게이트 전극(124) 위로 돌출되어 있는 소스 전극(173) 및 소스 전극(173)과 이격되는 드레인 전극(175)이 형성되어 있다.
소스 전극(173)과 드레인 전극(175)은 게이트 전극(124) 위에서 서로 이격되어 있다. 반도체층(151)은 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)이 이격되는 부분에 대응하는 채널부를 포함하며, 채널부를 통해 전류가 흐르게 된다.
반도체층(151)은 채널부를 제외하고 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)과 동일한 경계를 가지도록 중첩한다.
종래에 반도체층(151)이 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)과 중첩하는 구조가 제시된 바 있었으나, 이 경우에 반도체층(151)은 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)의 경계보다 바깥쪽의 경계를 가지고 형성되어 있었다. 즉, 기판(110)의 상부 면에서 내려다보았을 때 반도체층(151)이 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)의 경계보다 바깥쪽으로 돌출되도록 형성되어 있었다.
이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판에서 반도체층(151)은 채널부를 제외하고 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)의 경계보다 돌출되도록 형성되지 않는다. 다만, 오차 범위 내에서는 반도체층(151)이 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)의 경계보다 바깥쪽으로 돌출되거나 안쪽으로 들어가도록 형성될 수 있다. 즉, 오차 범위를 제외하고는 반도체층(151)의 경계와 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)의 경계가 채널부를 제외하고 일치한다. 예를 들면, 오차 범위는 약 0.1um 이하일 수 있다. 이때 반도체층(151)의 경계와 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)의 경계는 약 0.1um이하의 차이를 가질 수 있다.
데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)은 이중막, 삼중막 등과 같은 다중막으로 이루어질 수 있다. 즉, 금속층을 여러 층으로 증착하고, 이들을 패터닝하여 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)을 형성할 수 있다.
데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)이 하부층 및 상부층을 포함하는 이중막으로 이루어진 경우, 하부층은 티타늄(Ti)으로 이루어지고, 상부층은 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 또한, 하부층은 구리-망간(Cu-Mn) 합금으로 이루어지고, 상부층은 구리(Cu)로 이루어질 수도 있다.
데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)이 하부층, 중간층, 및 상부층을 포함하는 삼중막으로 이루어진 경우, 하부층 및 상부층은 몰리브덴(Mo)으로 이루어지고, 중간층은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.
데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175) 위에는 보호막(180)이 형성되어 있다. 보호막(180)은 무기 절연 물질 또는 유기 절연 물질로 이루질 수 있으며, 무기 절연 물질과 유기 절연 물질의 이중막으로 이루어질 수도 있다. 반도체층(151)이 산화물 반도체로 이루어져 있다면, 반도체층(151)과 접하는 부분의 보호막(180)은 실리콘 산화물로 형성하는 것이 바람직하다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175)의 일부가 노출되도록 제1 접촉 구멍(181)이 형성되어 있다.
보호막(180) 위에는 제1 접촉 구멍(181)을 통해 드레인 전극(175)과 연결되는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 인듐-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐-아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 금속 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판에서 게이트선(121)과 데이터선(171)은 서로 교차하도록 형성될 수 있고, 데이터선(171)의 단부에는 데이터선(171)의 폭보다 넓은 폭을 가지는 데이터 패드 전극(177)이 형성될 수 있다. 데이터 패드 전극(177)은 데이터선(171)으로부터 연장되어 형성되고, 데이터선(171)과 동일한 물질로 동일한 층에 형성된다.
데이터 패드 전극(177)의 아래에는 반도체층(151)과 동일한 물질로 반도체 패턴(153)이 형성될 수 있다. 반도체 패턴(153)은 데이터선(171)보다 넓은 폭을 가지고, 데이터 패드 전극(177)과 동일한 폭을 가지고 형성된다. 반도체 패턴(153)은 데이터 패드 전극(177)과 동일한 경계를 가지도록 중첩한다.
보호막(180)에는 데이터 패드 전극(177)의 일부가 노출되도록 제2 접촉 구멍(183)이 형성될 수 있다.
보호막(180) 위에는 제2 접촉 구멍(183)을 통해 데이터 패드 전극(177)과 연결되는 연결 전극(193)이 형성될 수 있다. 연결 전극(193)은 화소 전극(191)과 동일한 물질로 동일한 층에 형성된다. 연결 전극(193)은 데이터 구동 회로 등과 연결될 수 있으며, 데이터 신호를 인가 받아 데이터선(171)으로 공급해줄 수 있다.
다음으로, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법의 일 예를 간략하게 도시한 도면이다. 도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시된 박막 트랜지스터 표시판의 A1 및 A2 영역을 나타낸 확대 단면도이며, 도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 박막 트랜지스터 표시판의 B1 및 B2 영역을 나타낸 확대 단면도이다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 유리 또는 플라스틱 등으로 만들어진 기판(110) 위에 게이트선(도시하지 않음) 및 게이트선으로부터 돌출되는 게이트 전극(124)을 형성한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 게이트선 및 게이트 전극(124)을 포함한 기판(110) 위의 전면에 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연 물질을 이용하여 게이트 절연막(140)을 형성한다.
게이트 절연막(140)은 단일막 또는 다중막으로 형성할 수 있다. 게이트 절연막(140)을 다중막으로 형성할 때 실리콘 산화물을 먼저 증착하고, 그 위에 실리콘 질화물을 증착하여 형성할 수 있다. 이와 반대로, 실리콘 질화물을 먼저 증착한 후 실리콘 산화물을 증착하여 게이트 절연막(140)을 형성할 수도 있다. 이때, 게이트 절연막(140) 위에 산화물 반도체를 증착한다면 후자의 방법에 따라 게이트 절연막(140)을 형성하는 것이 바람직하다. 게이트 전극(124)과 같은 금속층은 실리콘 질화물과 접촉하고, 산화물 반도체는 실리콘 산화물과 접촉하는 것이 이웃하는 층 간에 서로 영향을 미치는 것을 방지할 수 있기 때문이다.
이어, 게이트 절연막(140) 위에 반도체 물질(150)을 증착하고, 반도체 물질(150) 위에 금속 물질(170)을 증착한다. 이때, 반도체 물질(150) 및 금속 물질(170)을 연속 증착할 수 있다.
반도체 물질(150)은 비정질 규소 반도체, 다결정 규소 반도체, 산화물 반도체 등으로 이루어질 수 있다. 반도체 물질(150)이 산화물 반도체로 이루어진 경우, 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO, Indium Gallium Zinc Oxide), 아연-주석 산화물(ZTO, Zinc Tin Oxide), 인듐-주석 산화물(IZO, Indium Tin Oxide) 등의 재료가 이용될 수 있다.
금속 물질(170)은 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다. 금속 물질(170)이 하부층 및 상부층을 포함하는 이중막으로 이루어진 경우, 하부층은 티타늄(Ti)으로 이루어지고, 상부층은 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 또한, 하부층은 구리-망간(Cu-Mn) 합금으로 이루어지고, 상부층은 구리(Cu)로 이루어질 수도 있다.
이어, 금속 물질(170) 위에 감광성 물질을 도포하여 제1 감광막을 형성한다. 제1 마스크(62)를 이용하여 제1 감광막을 노광 및 현상하여 제1 감광막 패턴(40)을 형성한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 감광막 패턴(40)을 이용하여 반도체 물질(150) 및 금속 물질(170)을 식각하여, 데이터선(171), 데이터선(171)으로부터 게이트 전극(124) 위로 돌출되어 일체형으로 이루어지는 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)을 형성한다. 또한, 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175) 아래에 위치하는 반도체층(151)을 형성한다.
이때, 반도체층(151)은 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)과 동일한 경계를 가진다. 제1 마스크(62)를 이용하여 반도체 물질(150)과 금속 물질(170)을 동시에 패터닝하기 때문이다.
데이터선(171)은 게이트선(121)과 교차하도록 형성할 수 있고, 데이터선(171)의 단부에는 데이터선(171)의 폭보다 넓은 폭을 가지는 데이터 패드 전극(177)을 형성할 수 있다. 데이터 패드 전극(177)은 데이터선(171)으로부터 연장되도록 형성하고, 데이터선(171)과 동일한 물질로 동일한 층에 형성한다.
데이터 패드 전극(177)의 아래에는 반도체층(151)과 동일한 물질로 반도체 패턴(153)을 형성할 수 있다. 반도체 패턴(153)은 데이터선(171)보다 넓은 폭을 가지고, 데이터 패드 전극(177)과 동일한 폭을 가진다. 반도체 패턴(153)은 데이터 패드 전극(177)과 동일한 경계를 가지도록 중첩한다.
반도체 물질(150) 및 금속 물질(170)은 습식 식각 방식으로 식각된다. 습식 식각 방식으로 식각이 이루어지는 경우, 등방성 식각(isotropic etching)이 이루어진다. 따라서, 제1 감광막 패턴(40)의 아래에 위치하는 금속 물질(170) 및 반도체 물질(150)의 측면이 식각된다.
이로 인해, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)은 제1 감광막 패턴(40)의 경계보다 제1 너비(w1)만큼 안쪽에 위치하는 경계를 가진다. 또한, 도시는 생략하였으나 소스 전극(173)도 제1 감광막 패턴(40)의 경계보다 제1 너비(w1)만큼 안쪽에 위치하는 경계를 가진다.
반도체 물질(150) 및 금속 물질(170)은 제1 식각액으로 식각되고, 제1 식각액은 반도체 물질(150) 및 금속 물질(170)을 모두 식각할 수 있는 물질로 이루어진다. 따라서, 반도체 물질(150) 및 금속 물질(170)을 동시에 식각할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)을 포함한 기판(110) 위의 전면에 감광성 물질을 도포하여 제2 감광막을 형성한다. 제2 마스크(64)를 이용하여 제2 감광막을 노광 및 현상하여 제2 감광막 패턴(50)을 형성한다.
도 8에 도시된 바와 같이 제2 감광막 패턴(50)을 이용하여 일체형으로 이루어지는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 식각하여, 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)을 분리한다. 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)이 분리된 부분에 대응하는 반도체층(151)에는 채널부가 형성된다. 따라서, 반도체층(151)은 채널부를 제외하고 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)과 동일한 경계를 가지도록 중첩한다.
소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 습식 식각 방식으로 식각되어 등방성 식각이 이루어진다. 따라서, 제2 감광막 패턴(50)의 아래에 위치하는 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)의 측면이 식각된다.
이로 인해, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 제2 감광막 패턴(50)의 경계보다 제2 너비(w2)만큼 안쪽에 위치하는 경계를 가진다.
소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 제2 식각액으로 식각되고, 제2 식각액은 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 식각할 수 있고, 반도체층(151)은 식각할 수 없는 물질로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 따르면, 제1 마스크(62)를 이용하여 제1 감광막 패턴(40)을 형성하고, 데이터선(171), 소스 전극(173), 드레인 전극(175), 및 반도체층(151)을 형성한다. 또한, 제2 마스크(64)를 이용하여 제2 감광막 패턴(50)을 형성하고, 채널부를 형성한다.
종래 기술에 의한 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 공정에 따르면, 하나의 마스크를 이용하여 데이터선, 소스 전극, 드레인 전극, 반도체층을 형성하고, 채널부도 함께 형성한다. 이를 위해 슬릿 마스크(slit mask) 또는 하프톤 마스크(half-tone mask) 등을 사용하게 되고, 에치백(etch-back) 공정이 이용된다.
이와 비교하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 공정에 따르면, 슬릿 마스크(slit mask) 또는 하프톤 마스크(half-tone mask) 등과 같은 특수 마스크를 사용하지 않아도 되므로 비용을 줄일 수 있다. 또한, 에치백 공정을 이용하지 않아도 되므로 감광막이 밀리는 현상이 발생하지 않아 반도체층이 데이터선, 소스 전극, 및 드레인 전극보다 돌출된 부분이 발생하지 않고, 이로 인한 스큐가 발생하지 않는다. 또한, 채널부를 형성하는 동안 채널부를 제외한 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)이 모두 제2 감광막 패턴(50)에 의해 덮여 있으므로 이들의 가장자리의 측면이 식각되지 않아 스큐 및 언더컷이 발생하지 않는다.
또한, 종래 기술에 의한 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 다른 공정에 따르면, 하나의 마스크를 이용하여 반도체층을 형성하고, 또 다른 마스크를 이용하여 데이터선, 소스 전극, 및 드레인 전극을 형성한다. 이때, 데이터선, 소스 전극, 및 드레인 전극을 형성하기 위해서는 데이터선, 소스 전극, 및 드레인 전극을 구성하는 금속 물질을 식각할 수 있고, 반도체층은 식각할 수 없는 식각액을 이용하여 식각해야 한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서의 제2 식각액과 동일한 식각액을 사용하게 된다.
도 6a, 도 6b, 도 9a, 및 도 9b를 참고하면, 제1 식각액을 사용하였을 때 발생하는 스큐의 크기가 제1 너비(w1)에 대응하고, 제2 식각액을 사용하였을 때 발생하는 스큐의 크기가 제2 너비(w2)에 대응함을 알 수 있다. 이때, 제1 너비(w1)보다 제2 너비(w2)가 더 크다. 즉, 제1 식각액을 사용하였을 때보다 제2 식각액을 사용하였을 때 발생하는 스큐의 크기가 더 크다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판을 제조하는 공정에 따르면, 채널부를 제외하고는 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)을 형성할 때 제1 식각액을 이용함으로써, 스큐 및 언더컷의 발생을 줄일 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제2 감광막 패턴(50)을 제거한다. 게이트 전극(124), 반도체층(151), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)은 하나의 박막 트랜지스터를 이룬다.
도 11에 도시된 바와 같이, 데이터선(171), 소스 전극(173), 드레인 전극(175)을 포함한 기판(110) 위의 전면에 보호막(180)을 형성한다. 보호막(180)은 무기 절연 물질 또는 유기 절연 물질로 이루질 수 있으며, 무기 절연 물질과 유기 절연 물질의 이중막으로 이루어질 수도 있다.
이어, 드레인 전극(175)의 일부가 노출되도록 보호막(180)에 제1 접촉 구멍(181)을 형성한다. 또한, 데이터 패드 전극(177)의 일부가 노출되도록 보호막(180)에 제2 접촉 구멍(183)을 형성할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제1 접촉 구멍(181)을 통해 드레인 전극(175)과 연결되는 화소 전극(191)을 형성한다. 또한, 제2 접촉 구멍(183)을 통해 데이터 패드 전극(177)과 연결되는 연결 전극(193)을 형성할 수 있다. 화소 전극(191)과 연결 전극(193)은 동일한 물질로 동일한 층에 형성할 수 있다. 예를 들면, 인듐-주석 산화물(ITO, Indium Tin Oxide), 인듐-아연 산화물(IZO, Indium Zinc Oxide) 등과 같은 투명한 금속 물질로 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서 반도체 물질(150)은 산화물 반도체로 이루어질 수 있고, 금속 물질(170)은 티타늄, 구리 등으로 이루어질 수 있다고 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 한정은 본 발명이 습식 식각으로 인한 스큐와 언더컷 등의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 상기 물질을 사용하는 경우에는 습식 식각을 이용하게 된다는 점에서 예시한 물질들이다. 상기 물질들이 아닌 다른 물질을 사용하는 경우에도 습식 식각을 이용하여 식각할 수 있는 모든 물질을 사용할 수 있다.
예를 들면, 금속 물질(170)이 하부층, 중간층, 및 상부층을 포함하는 삼중막으로 이루어질 수도 있으며, 하부층 및 상부층은 몰리브덴(Mo)으로 이루어지고, 중간층은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다. 또한, 반도체 물질(150)이 비정질 규소(Amorphous Silicon), 결정질 규소(Poly Silicon) 등으로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서는 제1 마스크(62)를 이용하여 반도체 물질(150)과 금속 물질(170)을 동시에 식각하여 반도체층(151), 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)을 형성하고, 제2 마스크(64)를 이용하여 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)을 식각하여 소스 전극(173)과 드레인 전극(175)을 분리하고 있다.
그러나 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 그 순서가 반대로 이루어질 수도 있다. 먼저, 제2 마스크(64)와 동일한 마스크를 이용하여 금속 물질(170)을 식각하여 게이트 전극(124) 위에서 금속 물질(170)이 소정 간격을 가지도록 이격시킨다. 이어, 제1 마스크(62)와 동일한 마스크를 이용하여 반도체 물질(150)과 금속 물질(170)을 동시에 식각하여 반도체층(151), 데이터선(171), 소스 전극(173), 및 드레인 전극(175)을 형성할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 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.
40: 제1 감광막 패턴
50: 제2 감광막 패턴
62: 제1 마스크 64: 제2 마스크
110: 기판 121: 게이트선
124: 게이트 전극 140: 게이트 절연막
150: 반도체 물질 151: 반도체층
153: 반도체 패턴 170: 금속 물질
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 177: 데이터 패드 전극
180: 보호막 181: 제1 접촉 구멍
183: 제2 접촉 구멍 191: 화소 전극
193: 연결 전극
62: 제1 마스크 64: 제2 마스크
110: 기판 121: 게이트선
124: 게이트 전극 140: 게이트 절연막
150: 반도체 물질 151: 반도체층
153: 반도체 패턴 170: 금속 물질
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 177: 데이터 패드 전극
180: 보호막 181: 제1 접촉 구멍
183: 제2 접촉 구멍 191: 화소 전극
193: 연결 전극
Claims (8)
- (a) 기판 위에 게이트선 및 상기 게이트선으로부터 돌출되는 게이트 전극을 형성하는 단계;
(b) 상기 게이트선 및 상기 게이트 전극 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계;
(c) 상기 게이트 절연막 위에 산화물 반도체로 이루어진 반도체 물질 및 금속 물질을 차례로 증착하는 단계;
(d) 제1 마스크를 이용하여 상기 반도체 물질 및 상기 금속 물질을 식각하여 데이터선, 상기 데이터선으로부터 상기 게이트 전극 위로 돌출되어 일체형으로 이루어진 소스 전극과 드레인 전극, 및 상기 일체형으로 이루어진 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극 아래에 위치하는 반도체층을 형성하는 단계;
(e) 제2 마스크를 이용하여 상기 일체형으로 이루어진 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 식각하여 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 분리하는 단계; 및,
(f) 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 (d) 단계는,
(d-1) 상기 금속 물질 위에 제1 감광막을 형성하는 단계;
(d-2) 상기 제1 마스크를 이용하여 상기 제1 감광막을 노광 및 현상하여 제1 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및,
(d-3) 상기 제1 감광막 패턴을 이용하여 상기 반도체 물질 및 상기 금속 물질을 습식 식각하여 상기 일체형으로 이루어진 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극을 형성하고, 상기 일체형으로 이루어진 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극 아래에 위치하는 상기 반도체층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 일체형으로 이루어진 상기 데이터선 및 상기 드레인 전극은 각각 상기 제1 감광막 패턴의 경계보다 제1 너비 만큼 안쪽에 위치하는 경계를 가지고,
상기 (e) 단계는,
(e-1) 상기 게이트 절연막 위 및 상기 일체형으로 이루어진 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극 위에 제2 감광막을 형성하는 단계;
(e-2) 상기 제2 마스크를 이용하여 상기 제2 감광막을 노광 및 현상하여 제2 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및,
(e-3) 상기 제2 감광막 패턴을 이용하여 상기 일체형으로 이루어진 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 습식 식각하여 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 분리하는 단계를 포함하고,
상기 소스 및 상기 드레인 전극은 각각 상기 제2 감광막 패턴의 경계보다 제2 너비 만큼 안쪽에 위치하는 경계를 가지고,
상기 제2 너비는 상기 제1 너비보다 큰
박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (e) 단계에서,
상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극이 분리된 부분에 대응하는 상기 반도체층에 채널부가 형성되고,
상기 반도체층은 상기 채널부를 제외하고 상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극과 동일한 경계를 가지도록 중첩하는,
박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 반도체 물질 및 상기 금속 물질은 제1 식각액으로 식각되고,
상기 제1 식각액은 상기 반도체 물질 및 상기 금속 물질을 식각할 수 있는 물질로 이루어지는,
박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 (e) 단계에서,
상기 일체형으로 이루어진 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극은 제2 식각액으로 식각되고,
상기 제2 식각액은 상기 일체형으로 이루어진 상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극을 식각할 수 있고, 상기 반도체층을 식각할 수 없는 물질로 이루어지는,
박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 산화물 반도체는 인듐-갈륨-아연 산화물(IGZO, Indium Gallium Zinc Oxide), 아연-주석 산화물(ZTO, Zinc Tin Oxide), 및 인듐-주석 산화물(IZO, Indium Tin Oxide) 중 어느 하나로 이루어지는,
박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 물질은 하부층 및 상부층을 포함하는 이중막으로 이루어지고,
상기 하부층은 티타늄(Ti)으로 이루어지고,
상기 상부층은 구리(Cu)로 이루어지는,
박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 물질은 하부층 및 상부층을 포함하는 이중막으로 이루어지고,
상기 하부층은 구리-망간(Cu-Mn) 합금으로 이루어지고,
상기 상부층은 구리(Cu)로 이루어지는,
박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 데이터선, 상기 소스 전극, 및 상기 드레인 전극은 하부층, 중간층, 및 상부층을 포함하는 삼중막으로 이루어지고,
상기 하부층 및 상기 상부층은 몰리브덴(Mo)으로 이루어지고,
상기 중간층은 알루미늄(Al)으로 이루어지는,
박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
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| KR1020180163165A KR102027363B1 (ko) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20110037458A (ko) * | 2009-10-07 | 2011-04-13 | 삼성전자주식회사 | 표시 장치 및 이의 제조 방법 |
| KR20110053739A (ko) * | 2009-11-16 | 2011-05-24 | 삼성전자주식회사 | 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법 |
| KR20110063835A (ko) * | 2008-10-24 | 2011-06-14 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | 박막 트랜지스터의 제조 방법, 박막 트랜지스터 |
-
2018
- 2018-12-17 KR KR1020180163165A patent/KR102027363B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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| KR20110037458A (ko) * | 2009-10-07 | 2011-04-13 | 삼성전자주식회사 | 표시 장치 및 이의 제조 방법 |
| KR20110053739A (ko) * | 2009-11-16 | 2011-05-24 | 삼성전자주식회사 | 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법 |
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