KR100878275B1 - Thin film transistor substrate using low resistance wiring and liquid crystal display including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저저항 배선을 사용하는 박막 트랜지스터 기판 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 Cr보다 저저항을 갖는 Co, Ni, 또는 이들의 합금을 게이트 배선물질 또는 소스/드레인(S/D) 배선물질로 사용하여 TFT-LCD의 고성능화 및 대형화에 따른 데이터 단일막을 구현할 수 있으며 신호배선 문제를 해결하고 기생 용량 문제를 해소하여 고개구율 구조를 실현할 수 있으며, 공정 시간을 단축할 수 있는 저저항 배선을 사용하는 박막 트랜지스터 기판 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor substrate using a low resistance wiring and a liquid crystal display including the same. More particularly, the present invention relates to Co, Ni, or an alloy thereof having a lower resistance than Cr. It is possible to realize data single layer due to high performance and large size of TFT-LCD by using S / D wiring material, to solve signal wiring problem, solve parasitic capacitance problem, and realize high opening ratio structure and process time A thin film transistor substrate using a low resistance wiring that can be shortened, and a liquid crystal display including the same.
저저항 배선, 박막트랜지스터기판, 신호배선Low resistance wiring, thin film transistor substrate, signal wiring
Description
도 1은 화학원소의 주기율표 및 각 원소의 비저항을 나타낸 것이고,1 shows a periodic table of chemical elements and the specific resistance of each element,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판이고,2 is a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ 선에 대한 단면도이고,3 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
도 4a, 5a, 6a 및 7a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 중간 과정을 그 공정 순서에 따라 도시한 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,4A, 5A, 6A, and 7A are layout views of a thin film transistor substrate illustrating an intermediate process of manufacturing a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention, according to a process sequence thereof;
도 4b는 도 4a에서 IIIb-IIIb' 선에 대한 단면도이고,4B is a cross sectional view taken along the line IIIb-IIIb ′ in FIG. 4A;
도 5b는 도 5a에서 IVb-IVb' 선에 대한 단면도로서 도 4b의 다음 단계를 도시한 단면도이고,FIG. 5B is a cross sectional view taken along the line IVb-IVb ′ in FIG. 5A showing the next step of FIG. 4B;
도 6b는 도 6a에서 Vb-Vb' 선에 대한 단면도로서 도 5b의 다음 단계를 도시한 단면도이고,FIG. 6B is a cross sectional view taken along the line Vb-Vb ′ in FIG. 6A and showing the next step in FIG. 5B;
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 7 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 8 및 도 9는 각각 도 7의 VII-VII' 선 및 IX-IX'선에 대한 단면도이고,8 and 9 are cross-sectional views taken along lines VII-VII 'and IX-IX' of FIG. 7, respectively.
도 10a는 본 발명의 제2 실시예에 따라 제조하는 첫 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,10A is a layout view of a thin film transistor substrate in a first step of manufacturing according to the second embodiment of the present invention;
도 10b 및 10c는 각각 도 10a에서 Xb-Xb' 선 및 Xc-Xc' 선에 대한 단면도이며,10B and 10C are cross-sectional views taken along lines Xb-Xb 'and Xc-Xc', respectively, in FIG. 10A.
도 11a 및 11b는 각각 도 10a에서 Xb-Xb' 선 및 Xc-Xc' 선에 대한 단면도로서, 도 10b 및 도 10c 다음 단계에서의 단면도이고,11A and 11B are cross-sectional views taken along the lines Xb-Xb 'and Xc-Xc' in FIG. 10A, respectively, and are cross-sectional views in the next steps of FIGS. 10B and 10C,
도 12a는 도 11a 및 11b 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,12A is a layout view of a thin film transistor substrate in FIGS. 11A and 11B next steps;
도 12b 및 12c는 각각 도 12a에서 XIIb-XIIb' 선 및 XIIc-XIIc' 선에 대한 단면도이며,12B and 12C are cross-sectional views taken along lines XIIb-XIIb 'and XIIc-XIIc' in FIG. 12A, respectively.
도 13a, 14a, 15a와 도 13b, 14b, 15b는 각각 도 12a에서 XIIb-XIIb' 선 및 XIIc-XIIc' 선에 대한 단면도로서 도 12b 및 12c 다음 단계들을 공정 순서에 따라 도시한 것이고,13A, 14A, 15A and 13B, 14B, and 15B are cross-sectional views of the XIIb-XIIb 'line and the XIIc-XIIc' line in FIG. 12A, respectively, illustrating the following steps in the order of the process.
도 16a 및 도 16b는 도 15a 및 15b 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 단면도이고,16A and 16B are cross-sectional views of the thin film transistor substrate in the next steps of FIGS. 15A and 15B;
도 17a는 도 16a 및 도 16b의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,17A is a layout view of a thin film transistor substrate at a next step of FIGS. 16A and 16B,
도 17b 및 17c는 각각 도 17a에서 XVIIb-XVIIb' 선 및 XVIIc-XVIIc' 선에 대한 단면도이고, 17B and 17C are cross sectional views taken along lines XVIIb-XVIIb 'and XVIIc-XVIIc', respectively, in FIG. 17A;
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 컬러 필터를 가지는 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,18 is a layout view of a thin film transistor substrate having a color filter according to a third embodiment of the present invention;
도 19는 도 18에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 절단선 XIX-XIX'을 따라 나타낸 단면도이고,19 is a cross-sectional view of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 18 along a cutting line XIX-XIX ′,
도 20a는 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 첫 번째 제조 단계에서의 기판의 배치도이고,20A is a layout view of a substrate in a first manufacturing step of the thin film transistor substrate according to the third embodiment of the present invention,
도 20b는 도 20a에 도시한 절단선 XXb-XXb을 따라 나타낸 단면도이고,20B is a cross-sectional view taken along the cutting line XXb-XXb shown in FIG. 20A.
도 21a는 도 20a의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,21A is a layout view of the substrate in the next step of FIG. 20A,
도 22b는 도 21a에 도시한 절단선 XXIb-XXIb'을 따라 나타낸 단면도이고,FIG. 22B is a cross-sectional view taken along cut line XXIb-XXIb ′ shown in FIG. 21A;
도 23a는 도 22a의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,FIG. 23A is a layout view of a substrate in the next step of FIG. 22A, and FIG.
도 23b는 도 23a에 도시한 절단선 XXIIb-XXIIb'을 따라 나타낸 단면도이고,FIG. 23B is a cross-sectional view taken along cut line XXIIb-XXIIb 'shown in FIG. 23A;
도 24는 도 23b의 다음 단계에서의 기판의 단면도이고,24 is a cross-sectional view of the substrate in the next step of FIG. 23B,
도 25a는 도 24의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,FIG. 25A is a layout view of a substrate in the next step of FIG. 24;
도 25b는 도 25a에 도시한 절단선 XXIVb-XXIVb'을 따라 나타낸 단면도이고,FIG. 25B is a cross-sectional view taken along cut line XXIVb-XXIVb 'shown in FIG. 25A;
도 26 및 도 27은 도 24와 도 25b 사이에 실시되는 제조 공정의 단면을 나타낸 것이고,26 and 27 show cross sections of the manufacturing process performed between FIGS. 24 and 25b,
도 28a는 도 25a의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,28A is a layout view of the substrate in the next step of FIG. 25A,
도 28b는 도 28a에 도시한 절단선 XXVIIb-XXVIIb'을 따라 나타낸 단면도이고,FIG. 28B is a cross-sectional view taken along cut line XXVIIb-XXVIIb 'shown in FIG. 28A;
도 29는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기 판의 배치도이고,29 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to a fourth exemplary embodiment of the present invention.
도 30은 도 29에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 XXIX-XXIX' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,FIG. 30 is a cross-sectional view of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 29 taken along the line XXIX-XXIX ',
도 31a는 본 발명의 제4 실시예에 따라 제조하는 첫 번째 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,31A is a layout view of a thin film transistor substrate at a first stage of manufacture in accordance with a fourth embodiment of the present invention;
도 31b는 도 31a에서 XXXb-XXXb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,FIG. 31B is a cross-sectional view taken along the line XXXb-XXXb 'of FIG. 31A;
도 32a는 본 발명의 제4 실시예에 따라 제조하는 두 번째 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,32A is a layout view of a thin film transistor substrate in a second step of manufacturing according to the fourth embodiment of the present invention,
도 32b는 도 32a에서 XXXIb-XXXIb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,FIG. 32B is a cross-sectional view taken along the line XXXIb-XXXIb 'of FIG. 32A;
도 33a는 본 발명의 제4 실시예에 따라 제조하는 세 번째 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,33A is a layout view of a thin film transistor substrate in a third step of manufacturing according to the fourth embodiment of the present invention;
도 33b는 도 33a에서 XXIIb-XXXIIb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,FIG. 33B is a cross-sectional view taken along the line XXIIb-XXXIIb 'of FIG. 33A;
도 34a는 본 발명의 제4 실시예에 따라 제조하는 네 번째 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,34A is a layout view of a thin film transistor substrate in a fourth step of manufacturing according to the fourth embodiment of the present invention;
도 34b는 도 34a에서 XXXIIIb-XXXIIIb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,34B is a cross-sectional view taken along the line XXXIIIb-XXXIIIb 'of FIG. 34A;
도 35a는 본 발명의 제4 실시예에 따라 제조하는 다섯 번째 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,35A is a layout view of a thin film transistor substrate at a fifth step of manufacturing according to the fourth embodiment of the present invention;
도 35b는 도 35a에서 XXXIVb-XXXIVb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,FIG. 35B is a cross-sectional view taken along the line XXXIVb-XXXIVb ′ in FIG. 35A;
도 36은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 36 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to a fifth exemplary embodiment of the present invention.
도 37 및 도 38은 도 36에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 XXXVI-XXXVI' 선 및 XXXVII-XXXVII'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.37 and 38 are cross-sectional views of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 36 taken along lines XXXVI-XXXVI 'and XXXVII-XXXVII'.
본 발명은 TFT-LCD 제조공정에서 저저항을 갖는 Co, Ni, 또는 이들의 합금을 게이트 배선물질 또는 S/D 배선물질로 사용하는 박막 트랜지스터 기판 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor substrate using Co, Ni, or an alloy thereof having low resistance in a TFT-LCD manufacturing process as a gate wiring material or an S / D wiring material, and a liquid crystal display device including the same.
박막 트랜지스터 기판은 액정 표시 장치나 유기 EL(electro luminescence) 표시 장치 등에서 각 화소를 독립적으로 구동하기 위한 회로 기판으로써 사용된다. 박막 트랜지스터 기판은 주사 신호를 전달하는 주사 신호 배선 또는 게이트 배선과 화상 신호를 전달하는 화상 신호선 또는 데이터 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극, 게이트 배선을 덮어 절연하는 게이트 절연막 및 박막 트랜지스터와 데이터 배선을 덮어 절연하는 보호막 등으로 이루어져 있다. 박막 트랜지스터는 게이트 배선의 일부인 게이트 전극과 채널을 형성하는 반도체층, 데이터 배선의 일부인 소스 전극과 드레인 전극 및 게이트 절연막과 보호막 등으로 이루어진다. 박막 트랜지스터는 게이트 배선을 통하여 전달되는 주사 신호에 따라 데이터 배선을 통하여 전달되는 화상 신호를 화소 전극에 전달 또는 차단하는 스위칭 소자이다. The thin film transistor substrate is used as a circuit board for independently driving each pixel in a liquid crystal display device, an organic EL (electro luminescence) display device, or the like. The thin film transistor substrate includes a scan signal line or a gate line for transmitting a scan signal and an image signal line or data line for transmitting an image signal, a thin film transistor connected to the gate line and a data line, and a pixel connected to the thin film transistor. And an electrode, a gate insulating film covering and insulating the gate wiring, and a thin film transistor and a protective film covering and insulating the data wiring. The thin film transistor includes a semiconductor layer forming a gate electrode and a channel, which are part of a gate wiring, a source electrode and a drain electrode, which are part of a data wiring, a gate insulating film, a protective film, and the like. The thin film transistor is a switching device that transfers or blocks an image signal transmitted through a data line to a pixel electrode according to a scan signal transmitted through a gate line.
한편, TFT-LCD의 고성능화 및 대형화에 따라 상기 신호 배선의 저저항화가 계속 이루어지고 있다. 종래에는 신호배선 물질로 (Cr, AlNd)을 기본으로 하는 금속 구조를 계속 사용하고 있지만, Cr의 고저항으로 Cr 단일막 구조 적용시 17" SXGA의 데이터 라인의 한계를 가져온다. 물론 데이터 라인에 AlNd/Cr 배선을 적용한 적층 구조를 사용할 수 있지만 공정이 복잡해지는 문제점이 있다. 향후 3년까지는 최대 20"급 패널이 TFT-LCD 업계의 주력 제품이 될 것이므로, 20"급 제품에 데이터 단일막 적용이 가능한 물질을 사용한다면 생산성 측면에서 상당한 강점을 지니게 된다.On the other hand, with the increase in the performance and size of TFT-LCDs, the resistance of the signal lines has been continuously reduced. Conventionally, a metal structure based on (Cr, AlNd) is continuously used as the signal wiring material, but the high resistance of Cr brings a limitation of the data line of 17 "SXGA when the Cr single layer structure is applied. Of course, AlNd is applied to the data line. / Cr wiring can be used, but the process is complicated. Up to 20 "panel will be the main product of TFT-LCD industry by next 3 years, so the application of data single layer to 20" product Use of possible materials has significant strengths in terms of productivity.
본 발명은 상기 종래 기술과 같은 문제점을 해결하기 위하여, TFT-LCD의 고성능화 및 대형화에 따른 신호배선 문제를 해결할 수 있는 저저항 배선을 사용하는 박막 트랜지스터 기판 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to provide a thin film transistor substrate using a low-resistance wiring and a liquid crystal display including the same in order to solve the problems of the prior art, the signal wiring problem according to the high performance and large size of the TFT-LCD The purpose.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Co, Ni, 또는 이들의 합금을 포함하는 데이터 배선을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a data wiring comprising Co, Ni, or an alloy thereof.
또한, 본 발명은 상기 기재의 데이터 배선을 포함하는 박막 트랜지스터 기판을 제공한다.The present invention also provides a thin film transistor substrate comprising the data wiring described above.
또한, 본 발명은 상기 기재의 박막 트랜지스터 기판을 포함하는 액정표시장치를 제공한다. The present invention also provides a liquid crystal display device comprising the thin film transistor substrate described above.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따르면 Cr보다 저저항인 금속을 데이터 배선물질로 사용하여 20"급의 대형화된 TFT-LCD에 대하여 데이터 단일막을 구현할 수 있는 특징이 있다.According to the present invention, a data single layer can be implemented for a 20 "-sized TFT-LCD using a metal having a lower resistance than Cr as a data wiring material.
본 발명은 Cr보다 저저항인 금속을 선택하기 위하여 주기율표의 각 금속들의 특성을 조사하였고, 적합한 금속들을 선택하게 되었다. 도 1에는 화학원소들의 주기율표 및 각 원소들의 벌크 비저항을 나타낸 것이다.The present invention investigated the properties of each metal of the periodic table to select metals with lower resistance than Cr, and selected suitable metals. 1 shows a periodic table of chemical elements and the bulk resistivity of each element.
도 1에서 보면, Cr, Mo, Ta, 또는 Ti는 현재 사용중인 저저항 물질인 컨택트 금속(Contact Metal)이며, Nb, W, Ⅷ족 원소, Zn, Cd, In, 및 Sn로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속이 Cr보다 비저항이 작은 금속이다. 이러한 컨택트 금속들의 특성은 하기 표 1과 같다. 1, Cr, Mo, Ta, or Ti is a contact metal, a low resistance material currently in use, and selected from the group consisting of Nb, W, Group VIII elements, Zn, Cd, In, and Sn. The metal used is a metal with a lower specific resistance than Cr. The properties of these contact metals are shown in Table 1 below.
상기 표 1에서 보면, 컨택트 금속으로 가능한 물질로서 Co, Ni, W 등을 들 수 있다. 그러나, 텅스텐(W)은 저항은 우수할지라도 입자(particle) 발생 등의 문제가 있어 코발트(Co), 또는 니켈(Ni)을 사용하는 것이 바람직하며, 이들의 합금도 사용 가능하다. 또한, 상기 Co, 또는 Ni은 DC 스퍼터링(Sputtering)을 위해서 타켓(target) 두께를 3 mm 이하로 해야 하기 때문에 양산에 문제가 있을 수 있으나, 컨텍트 금속 두께를 500Å 이내로 하면 문제가 해결된다. 또는 RF 스퍼터링(Sputtering)을 하면 타켓(target) 두께를 3mm 이상으로 하여도 전혀 문제가 되지 않는다. In Table 1, Co, Ni, W, and the like can be cited as the possible materials for the contact metal. However, tungsten (W) has a problem such as particle generation even though the resistance is excellent, and it is preferable to use cobalt (Co) or nickel (Ni), and alloys thereof may be used. In addition, the Co or Ni may have a mass production problem because the target thickness should be 3 mm or less for DC sputtering, but the problem is solved when the contact metal thickness is within 500 mW. Alternatively, RF sputtering does not cause any problem even if the target thickness is 3 mm or more.
따라서, 본 발명에서는 TFT-LCD 제조공정에서 데이터 배선물질의 게이트 배선물질 또는 소스/드레인(S/D) 전극물질로 Co, Ni, 또는 이들의 합금을 사용하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the present invention is characterized in that Co, Ni, or an alloy thereof is used as the gate wiring material or the source / drain (S / D) electrode material of the data wiring material in the TFT-LCD manufacturing process.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 Co, Ni, 또는 이들의 합금을 데이터 배선물질로 사용하는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, a thin film transistor substrate and a method of manufacturing the same according to an exemplary embodiment of the present invention using Co, Ni, or an alloy thereof as a data wiring material with reference to the accompanying drawings. It will be described in detail to be easily carried out by those with.
먼저, 도 2 및 도 3을 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 상세히 설명한다. First, the structure of the thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판이고, 도 3은 도 2에 도시한 박막 트랜지스터 기판의 Ⅱ-Ⅱ 선에 대한 단면도이다.FIG. 2 is a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II-II of the thin film transistor substrate shown in FIG.
절연 기판(10) 위에 코발트(Co), 니켈(Ni), 또는 이들의 합금으로 이루어진 제1 게이트 배선층(221, 241, 261)과 알루미늄(Al) 또는 은(Ag) 합금 등으로 이루어진 제2 게이트 배선층(222, 242, 262)의 이중층으로 이루어진 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(22), 게이트선(22)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 게이트 신호를 인가받아 게이트선으로 전달하는 게이트 패드(24) 및 게이트선(22)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터의 게이트 전극(26)을 포함한다. 바람직하게는, 게이트 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd의 적층막, 또는 Ni/AlNd의 적층막이 가능하다.
The first gate wiring layers 221, 241, and 261 made of cobalt (Co), nickel (Ni), or alloys thereof, and the second gate made of aluminum (Al) or silver (Ag) alloy, etc., on the insulating
기판(10) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 게이트 배선(22, 24, 26)을 덮고 있다.On the
게이트 전극(24)의 게이트 절연막(30) 상부에는 비정질 규소 등의 반도체로 이루어진 반도체층(40)이 섬 모양으로 형성되어 있으며, 반도체층(40)의 상부에는 실리사이드 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어진 저항성 접촉층(55, 56)이 각각 형성되어 있다.A
저항성 접촉층(55, 56) 및 게이트 절연막(30) 위에는 Co, Ni, 또는 이들의 합금 등으로 이루어진 제1 데이터 배선층(621, 651, 661, 681)과 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어진 제2 데이터 배선층(622, 652, 662, 682)의 이중층으로 이루어진 데이터 배선(62, 65, 66, 68)이 형성되어 있다. 데이터 배선(62, 65, 66, 68)은 세로 방향으로 형성되어 게이트선(22)과 교차하여 화소를 정의하는 데이터선(62), 데이터선(62)의 분지이며 저항성 접촉층(55)의 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(65), 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 있으며 외부로부터의 화상 신호를 인가받는 데이터 패드(68), 소스 전극(65)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)에 대하여 소스 전극(65)의 반대쪽 저항성 접촉층(56) 상부에 형성되어 있는 드레인 전극(66)을 포함한다. 이때, 소스/드레인(S/D) 전극 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd/Co의 적층막, 또는 Ni/AlNd/Ni의 적층막이 가능하다.On the ohmic contact layers 55 and 56 and the
데이터 배선(62, 65, 66, 68) 및 이들이 가리지 않는 반도체층(40) 상부에는 보호막(70)이 형성되어 있다. 여기서, 본 발명에서 사용하는 보호막(70)은 상기 방법으로 증착된 a-SiCOH 막(저유전율 절연막)으로 이루어져 있어 유전상수가 2.0∼3.O로 유전율이 낮다. 따라서, 두께가 얇아도 기생 용량 문제가 발생하지 않는다. 또 다른 막과의 접착성 및 스텝 커버리지(step coverage)가 우수하다. 또한 무기질 절연막이므로 내열성이 유기 절연막에 비하여 우수하다. 아울러 상기 PECVD 방법에 의하여 증착된 a-SiCOH 막(저유전율 절연막)은 증착 속도나 식각 속도가 질화 규소막에 비하여 4∼10배 빠르므로 공정 시간 면에서도 매우 유리하다.The
보호막(70)에는 드레인 전극(66) 및 데이터 패드(68)를 각각 드러내는 접촉 구멍(76, 78)이 형성되어 있으며, 게이트 절연막(30)과 함께 게이트 패드(24)를 드러내는 접촉 구멍(74)이 형성되어 있다. 이때, 패드(24, 68)를 드러내는 접촉 구멍(74, 78)은 각을 가지거나 원형의 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 면적은 2mm×60㎛를 넘지 않으며, 0.5mm×15㎛ 이상인 것이 바람직하다.In the
보호막(70) 위에는 접촉 구멍(76)을 통하여 드레인 전극(66)과 전기적으로 연결되어 있으며 화소에 위치하는 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 또한, 보호막(70) 위에는 접촉 구멍(74, 78)을 통하여 각각 게이트 패드(24) 및 데이터 패드(68)와 연결되어 있는 보조 게이트 패드(86) 및 보조 데이터 패드(88)가 형성되어 있다. 여기서, 화소 전극(82)과 보조 게이트 및 데이터 패드(86, 88)는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)로 이루어져 있다. On the
여기서, 화소 전극(82)은 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 게이트선(22)과 중첩되어 유지 축전기를 이루며, 유지 용량이 부족한 경우에는 게이트 배선(22, 24, 26)과 동일한 층에 유지 용량용 배선을 추가할 수도 있다.
2 and 3, the
또, 화소 전극(82)은 데이터선(62)과도 중첩하도록 형성하여 개구율을 극대화하고 있다. 이처럼 개구율을 극대화하기 위하여 화소 전극(82)을 데이터선(62)과 중첩시켜 형성하더라도 보호막(70)의 유전율이 낮기 때문에 이들 사이에서 형성되는 기생 용량은 문제가 되지 않을 정도로 작다.The
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 대하여 도 2 및 도 3과 도 4a 내지 도 7b를 참고로 하여 상세히 설명한다.A method of manufacturing the thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3 and FIGS. 4A to 7B.
먼저, 도 4a 및 4b에 도시한 바와 같이, 기판(10) 위에 물리 화학적 특성이 우수한 Co, Ni, 또는 이들의 합금 등을 증착하여 제1 게이트 배선층(221, 241, 261)을 적층하고, 저항이 작은 Al 또는 Ag 또는 이들을 포함하는 합금 등을 증착하여 제2 게이트 배선층(222, 242, 262)을 적층한 다음, 패터닝하여 게이트선(22), 게이트 전극(26) 및 게이트 패드(24)를 포함하는 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트 배선을 형성한다. 바람직하게는, 게이트 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd의 적층막, 또는 Ni/AlNd의 적층막이 가능하다.First, as illustrated in FIGS. 4A and 4B, the first gate wiring layers 221, 241, and 261 are laminated by depositing Co, Ni, an alloy thereof, or the like having excellent physicochemical properties on the
이 때, 제1 게이트 배선층(221, 241, 261)을 Co, Ni, 또는 이들의 합금으로 형성하고 제2 게이트 배선층(222, 242, 262)을 Ag 합금으로 형성한 경우에는, 이들 두 층이 모두 Ag 합금 식각제인 인산, 질산, 초산 및 초순수(deionized water)를 혼합한 물질에 의하여 식각된다. 따라서 한 번의 식각 공정으로 이중층의 게이트 배선(22, 24, 26)을 형성할 수 있다. 또 인산, 질산, 초산 및 초순수 혼합물에 의한 Ag 합금과 Co, Ni, 또는 이들의 합금에 대한 식각비는 Ag 합금에 대한 식각비가 더 크므로 게이트 배선은 테이퍼(taper) 구조로 형성할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 Co, Ni, 또는 이들의 합금은 Al 에천트계를 사용하여 습식 식각이 가능하므로 Al 또는 AlAd와의 적층 막(layer)을 한번에 습식식각할 수 있는 장점이 있다. 참고로, Al의 습식 에천트 성분은 질산, 초산, 질산, 및 초순수; 염산 및 초순수; 또는 염산, 질산 및 초순수의 혼합물인 것이 바람직하다. 또한, Co의 습식 에천트 성분은 질산, 황산, 초산, 및 인산; 또는 질산 및 초순수의 혼합물인 것이 바람직하다. 또한, Ni의 습식 에천트 성분은 질산, 초산, 황산, 및 초순수; 염산, 질산, 및 초순수; 질산 및 초순수; 또는 인산 및 질산의 혼합물인 것이 바람직하다.In this case, when the first gate wiring layers 221, 241, and 261 are formed of Co, Ni, or an alloy thereof, and the second gate wiring layers 222, 242, and 262 are formed of Ag alloy, these two layers are formed. All are etched by a mixture of Ag alloy etchant phosphoric acid, nitric acid, acetic acid and deionized water. Therefore, the gate wirings 22, 24, and 26 of the double layer may be formed by one etching process. In addition, since the etching ratio of the Ag alloy and Co, Ni, or an alloy thereof by the mixture of phosphoric acid, nitric acid, acetic acid, and ultrapure water is larger than that of the Ag alloy, the gate wiring may be formed in a tapered structure. More specifically, Co, Ni, or alloys thereof may be wet etched using Al etchant system, so that a wet layer of Al or AlAd may be wet etched at a time. For reference, wet etchant components of Al include nitric acid, acetic acid, nitric acid, and ultrapure water; Hydrochloric acid and ultrapure water; Or a mixture of hydrochloric acid, nitric acid and ultrapure water. In addition, the wet etchant components of Co include nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, and phosphoric acid; Or a mixture of nitric acid and ultrapure water. In addition, the wet etchant components of Ni include nitric acid, acetic acid, sulfuric acid, and ultrapure water; Hydrochloric acid, nitric acid, and ultrapure water; Nitric acid and ultrapure water; Or a mixture of phosphoric acid and nitric acid.
다음, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 질화 규소로 이루어진 게이트 절연막(30), 비정질 규소로 이루어진 반도체층(40), 도핑된 비정질 규소층(50)의 삼층막을 연속하여 적층하고, 반도체층(40)과 도핑된 비정질 규소층(50)을 사진 식각하여 게이트 전극(24) 상부의 게이트 절연막(30) 위에 반도체층(40)과 저항성 접촉층(50)을 형성한다.Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, a three-layer film of a
다음, 도 6a 내지 도 6b에 도시한 바와 같이, Co, Ni, 또는 이들의 합금 등을 증착하여 제1 데이터 배선층(651, 661, 681)을 적층하고, Al 또는 Ag 합금 등을 증착하여 제2 데이터 배선층(652, 662, 682)을 적층한 후, 사진 식각하여 게이트선(22)과 교차하는 데이터선(62), 데이터선(62)과 연결되어 게이트 전극(26) 상부까지 연장되어 있는 소스 전극(65), 데이터선(62)은 한쪽 끝에 연결되어 있는 데이터 패드(68) 및 소스 전극(64)과 분리되어 있으며 게이트 전극(26)을 중심으로 소스 전극(65)과 마주하는 드레인 전극(66)을 포함하는 데이터 배선을 형성한다. 바람직하게는, 상기 소스/드레인(S/D) 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd/Co의 적층막, 또는 Ni/AlNd/Ni의 적층막이 가능하다.Next, as illustrated in FIGS. 6A to 6B, Co, Ni, an alloy thereof, or the like is deposited to stack the first data wiring layers 651, 661, and 681, and an Al or Ag alloy is deposited to form a second layer. After stacking the
이어서, 데이터 배선(62, 65, 66, 68)으로 가리지 않는 도핑된 비정질 규소층 패턴(50)을 식각하여 게이트 전극(26)을 중심으로 양쪽으로 분리시키는 한편, 양쪽의 도핑된 비정질 규소층(55, 56) 사이의 반도체층 패턴(40)을 노출시킨다. 이어, 노출된 반도체층(40)의 표면을 안정화시키기 위하여 산소 플라스마를 실시하는 것이 바람직하다.Subsequently, the doped amorphous
다음으로, 도 7a 및 7b에서 보는 바와 같이, a-SiCOH 막(저유전 CVD막)을 CVD 또는 PECVD법에 의하여 성장시켜 보호막(70)을 형성한다. 이때, 상기 보호막을 형성하는 단계는 기체 상태의 상기한 화학식 1 내지 3의 화합물 중의 적어도 하나를 기본소스로 사용하고 상기 산화제와 Ar 또는 He 등의 기체와 함께 SiH4를 혼합한 반응기체 혼합물을 첨가하여 CVD 또는 PECVD법에 의하여 증착하는 단계이다. 이때, 상기 기본소스로는 SiH(CH3)3, SiO2(CH3)4
, (SiH)4O4(CH3)4, 및 Si(C2H5
O)4 중의 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 보다 바람직하며, 산화제는 N2O 또는 O2를 사용한다.Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, a-SiCOH film (low dielectric CVD film) is grown by CVD or PECVD to form a
이어, 사진 식각 공정으로 게이트 절연막(30)과 함께 보호막(70)을 패터닝하여, 게이트 패드(24), 드레인 전극(66) 및 데이터 패드(68)를 드러내는 접촉 구멍(74, 76, 78)을 형성한다. 여기서, 접촉 구멍(74, 76, 78)은 각을 가지는 모양 또는 원형의 모양으로 형성할 수 있으며, 패드(24, 68)를 드러내는 접촉 구멍(74, 78)의 면적은 2mm×60㎛를 넘지 않으며, 0.5mm×15㎛ 이상인 것이 바람직하다. Subsequently, the
다음으로, 도 2 및 3에 도시한 바와 같이, ITO 또는 IZO막을 증착하고 사진 식각하여 제1 접촉 구멍(76)을 통하여 드레인 전극(66)과 연결되는 화소 전극(82)과 제2 및 제3 접촉 구멍(74, 78)을 통하여 게이트 패드(24) 및 데이터 패드(68)와 각각 연결되는 보조 게이트 패드(86) 및 보조 데이터 패드(88)를 형성한다. ITO나 IZO를 적층하기 전의 예열(pre-heating) 공정에서 사용하는 기체는 질소를 이용하는 것이 바람직하다. 이는 접촉 구멍(74, 76, 78)을 통해 노출되어 있는 금속막(24, 66, 68)의 상부에 금속 산화막이 형성되는 것을 방지하기 위함이다.Next, as illustrated in FIGS. 2 and 3, the ITO or IZO film is deposited and photo-etched to connect the
이상과 같이 본 발명의 방법으로 증착된 저유전율 절연막을 보호막(70)으로 사용함으로써 기생 용량 문제를 해결할 수 있고, 따라서 개구율을 극대화 할 수 있다. 뿐만 아니라 증착 및 식각 속도가 빨라 공정 시간을 감축할 수 있다.By using the low dielectric constant insulating film deposited by the method of the present invention as described above as the
이러한 방법은 앞에서 설명한 바와 같이, 5매의 마스크를 이용하는 제조 방법에 적용할 수 있지만, 4매 마스크를 이용하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서도 동일하게 적용할 수 있다. 이에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.As described above, the method can be applied to a manufacturing method using five masks, but the same method can be applied to a manufacturing method of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device using four masks. This will be described in detail with reference to the drawings.
먼저, 도 8 내지 도 10을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 4매 마스크를 이용하여 완성된 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 단위 화소 구조에 대하여 상세히 설명한다.First, a unit pixel structure of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device completed using four masks according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 10.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기 판의 배치도이고, 도 9 및 도 10은 각각 도 8에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 VIII-VIII' 선 및 IX-IX' 선에 대한 단면도이다.FIG. 8 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 9 and 10 are lines VIII-VIII 'and IX-IX', respectively, of the thin film transistor substrate shown in FIG. Sectional view of the line.
먼저, 절연 기판(10) 위에 제1 실시예와 동일하게 코발트(Co), 니켈(Ni), 또는 이들의 합금 합금 등으로 이루어진 제1 게이트 배선층(221, 241, 261)과 알루미늄(Al) 또는 은(Ag) 합금 등으로 이루어진 제2 게이트 배선층(222, 242, 262)의 이중층으로 이루어진 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 게이트선(22), 게이트 패드(24) 및 게이트 전극(26)을 포함한다. 바람직하게는, 게이트 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd의 적층막, 또는 Ni/AlNd의 적층막이 가능하다.First, similarly to the first embodiment, the first gate wiring layers 221, 241, 261, aluminum (Al), or the like are made of cobalt (Co), nickel (Ni), alloy alloys thereof, or the like on the insulating
기판(10) 위에는 게이트선(22)과 평행하게 유지 전극선(28)이 형성되어 있다. 유지 전극선(28) 역시 제1 게이트 배선층(281)과 제2 게이트 배선층(282)의 이중층으로 이루어져 있다. 유지 전극선(28)은 후술할 화소 전극(82)과 연결된 유지 축전기용 도전체 패턴(68)과 중첩되어 화소의 전하 보존 능력을 향상시키는 유지 축전기를 이루며, 후술할 화소 전극(82)과 게이트선(22)의 중첩으로 발생하는 유지 용량이 충분할 경우 형성하지 않을 수도 있다. 유지 전극선(28)에는 상부 기판의 공통 전극과 동일한 전압이 인가되는 것이 보통이다.The
게이트 배선(22, 24, 26) 및 유지 전극선(28) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 게이트 배선(22, 24, 26, 28)을 덮고 있다.A
게이트 절연막(30) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 따위의 반도체로 이루어진 반도체 패턴(42, 48)이 형성되어 있으며, 반도체 패턴(42, 48) 위에는 인(P) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소 따위로 이루어진 저항성 접촉층(ohmic contact layer) 패턴 또는 중간층 패턴(55, 56, 58)이 형성되어 있다.On the
저항성 접촉층 패턴(55, 56, 58) 위에는 Co, Ni, 또는 이들의 합금 등으로 이루어진 제1 데이터 배선층(621, 641, 651, 661, 681)과 Al 또는 Ag 합금 등으로 이루어진 제2 데이터 배선층(622, 642, 652, 662, 682)의 이중층으로 이루어진 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)이 형성되어 있다. 데이터 배선은 세로 방향으로 형성되어 있는 데이터선(62), 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 외부로부터의 화상 신호를 인가받는 데이터 패드(68), 그리고 데이터선(62)의 분지인 박막 트랜지스터의 소스 전극(65)으로 이루어진 데이터선부(62, 68, 65)를 포함하며, 또한 데이터선부(62, 68, 65)와 분리되어 있으며 게이트 전극(26) 또는 박막 트랜지스터의 채널부(C)에 대하여 소스 전극(65)의 반대쪽에 위치하는 박막 트랜지스터의 드레인 전극(66)과 유지 전극선(28) 위에 위치하고 있는 유지 축전기용 도전체 패턴(64)도 포함한다. 유지 전극선(28)을 형성하지 않을 경우 유지 축전기용 도전체 패턴(64) 또한 형성하지 않는다. 바람직하게는, 상기 소스/드레인(S/D) 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd/Co의 적층막, 또는 Ni/AlNd/Ni의 적층막이 가능하다.On the ohmic
데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)은 제1 실시예에서와 마찬가지로 Al 또는 Ag 단일층으로 형성할 수도 있다.The data lines 62, 64, 65, 66, 68 may be formed of a single layer of Al or Ag as in the first embodiment.
접촉층 패턴(55, 56, 58)은 그 하부의 반도체 패턴(42, 48)과 그 상부의 데 이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)의 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 하며, 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)과 완전히 동일한 형태를 가진다. 즉, 데이터선부 중간층 패턴(55)은 데이터선부(62, 68, 65)와 동일하고, 드레인 전극용 중간층 패턴(56)은 드레인 전극(66)과 동일하며, 유지 축전기용 중간층 패턴(58)은 유지 축전기용 도전체 패턴(64)과 동일하다.The
한편, 반도체 패턴(42, 48)은 박막 트랜지스터의 채널부(C)를 제외하면 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68) 및 저항성 접촉층 패턴(55, 56, 58)과 동일한 모양을 하고 있다. 구체적으로는, 유지 축전기용 반도체 패턴(48)과 유지 축전기용 도전체 패턴(64) 및 유지 축전기용 접촉층 패턴(58)은 동일한 모양이지만, 박막 트랜지스터용 반도체 패턴(42)은 데이터 배선 및 접촉층 패턴의 나머지 부분과 약간 다르다. 즉, 박막 트랜지스터의 채널부(C)에서 데이터선부(62, 68, 65), 특히 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)이 분리되어 있고 데이터선부 중간층(55)과 드레인 전극용 접촉층 패턴(56)도 분리되어 있으나, 박막 트랜지스터용 반도체 패턴(42)은 이곳에서 끊어지지 않고 연결되어 박막 트랜지스터의 채널을 생성한다.The
데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68) 위에는 상기 방법으로 증착된 a-SiCOH 막(저유전율 절연막)으로 이루어진 보호막(70)이 형성되어 있다. 따라서, 두께가 얇아도 기생 용량 문제가 발생하지 않는다. 또 다른 막과의 접착성 및 스텝 커버리지(step coverage)가 우수하다. 또한 무기질 절연막이므로 내열성이 유기 절연막에 비하여 우수하다. 이 경우 상기 저유전율 절연막의 유전율은 2에서 3 사이의 값을 가진다.
On the data lines 62, 64, 65, 66, 68, a
보호막(70)은 드레인 전극(66), 데이터 패드(64) 및 유지 축전기용 도전체 패턴(68)을 드러내는 접촉구멍(76, 78, 72)을 가지고 있으며, 또한 게이트 절연막(30)과 함께 게이트 패드(24)를 드러내는 접촉 구멍(74)을 가지고 있다.The
보호막(70) 위에는 박막 트랜지스터로부터 화상 신호를 받아 상판의 전극과 함께 전기장을 생성하는 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 화소 전극(82)은 ITO 도는 IZO(indium tin oxide) 따위의 투명한 도전 물질로 만들어지며, 접촉 구멍(76)을 통하여 드레인 전극(66)과 물리적·전기적으로 연결되어 화상 신호를 전달받는다. 화소 전극(82)은 또한 이웃하는 게이트선(22) 및 데이터선(62)과 중첩되어 개구율을 높이고 있으나, 중첩되지 않을 수도 있다. 또한 화소 전극(82)은 접촉 구멍(72)을 통하여 유지 축전기용 도전체 패턴(64)과도 연결되어 도전체 패턴(64)으로 화상 신호를 전달한다. 한편, 게이트 패드(24) 및 데이터 패드(68) 위에는 접촉 구멍(74, 78)을 통하여 각각 이들과 연결되는 보조 게이트 패드(86) 및 보조 데이터 패드(88)가 형성되어 있으며, 이들은 패드(24, 68)와 외부 회로 장치와의 접착성을 보완하고 패드를 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다.On the
그러면, 도 8 내지 도 10의 구조를 가지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 4매 마스크를 이용하여 제조하는 방법에 대하여 상세하게 도 8 내지 도 10과 도 11a 내지 도 18c를 참조하여 설명하기로 한다.Next, a method of manufacturing a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device having the structure of FIGS. 8 to 10 using four masks will be described in detail with reference to FIGS. 8 to 10 and FIGS. 11A to 18C. .
먼저, 도 11a 내지 11c에 도시한 바와 같이, 제1 실시예와 동일하게 물리 화학적 특성이 우수한 Co, Ni, 또는 이들의 합금 등을 증착하여 제1 게이트 배선층(221, 241, 261, 281)을 적층하고, 저항이 작은 Al 또는 Ag 합금 등을 증착하여 제2 게이트 배선층(222, 242, 262, 282)을 적층한 다음, 사진 식각하여 게이트선(22), 게이트 패드(24), 게이트 전극(26)을 포함하는 게이트 배선과 유지 전극선(28)을 형성한다. 바람직하게는, 게이트 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd의 적층막, 또는 Ni/AlNd의 적층막이 가능하다.First, as illustrated in FIGS. 11A to 11C, the first gate wiring layers 221, 241, 261, and 281 are deposited by depositing Co, Ni, or an alloy thereof having excellent physicochemical properties as in the first embodiment. The second gate wiring layers 222, 242, 262, and 282 are stacked by depositing an Al or Ag alloy having a low resistance, and then photoetching the gate lines 22, the
다음, 도 12a 및 12b에 도시한 바와 같이, 질화 규소로 이루어진 게이트 절연막(30), 반도체층(40), 중간층(50)을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 2,000 Å, 300 Å 내지 600 Å의 두께로 연속 증착하고, 이어 Cr 또는 Mo 합금 등으로 이루어진 제1 도전막(601)과 Al 또는 Ag 합금으로 이루어진 제2 도전막(602) 스퍼터링 등의 방법으로 증착하여 도전체층(60)을 형성한 다음 그 위에 감광막(110)을 1㎛ 내지 2㎛의 두께로 도포한다.Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, the
그 후, 마스크를 통하여 감광막(110)에 빛을 조사한 후 현상하여, 도 13b 및 13c에 도시한 바와 같이, 감광막 패턴(112, 114)을 형성한다. 이때, 감광막 패턴(112, 114) 중에서 박막 트랜지스터의 채널부(C), 즉 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 사이에 위치한 제1 부분(114)은 데이터 배선부(A), 즉 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)이 형성될 부분에 위치한 제2 부분(112)보다 두께가 작게 되도록 하며, 기타 부분(B)의 감광막은 모두 제거한다. 이 때, 채널부(C)에 남아 있는 감광막(114)의 두께와 데이터 배선부(A)에 남아 있는 감광막(112)의 두께의 비는 후에 후술할 식각 공정에서의 공정 조건에 따라 다르게 하여야 하되, 제1 부분(114)의 두께를 제2 부분(112)의 두께의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 4,000 Å 이하인 것이 좋다.Thereafter, the
이와 같이, 위치에 따라 감광막의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있으며, A 영역의 빛 투과량을 조절하기 위하여 주로 슬릿(slit)이나 격자 형태의 패턴을 형성하거나 반투명막을 사용한다.As such, there may be various methods of varying the thickness of the photoresist layer according to the position. In order to control the light transmittance in the A region, a slit or lattice-shaped pattern is mainly formed or a translucent film is used.
이때, 슬릿 사이에 위치한 패턴의 선 폭이나 패턴 사이의 간격, 즉 슬릿의 폭은 노광시 사용하는 노광기의 분해능보다 작은 것이 바람직하며, 반투명막을 이용하는 경우에는 마스크를 제작할 때 투과율을 조절하기 위하여 다른 투과율을 가지는 박막을 이용하거나 두께가 다른 박막을 이용할 수 있다.In this case, the line width of the pattern located between the slits or the interval between the patterns, that is, the width of the slits, is preferably smaller than the resolution of the exposure machine used for exposure, and in the case of using a translucent film, the transmittance is different in order to control the transmittance when fabricating a mask. A thin film having a thickness or a thin film may be used.
이와 같은 마스크를 통하여 감광막에 빛을 조사하면 빛에 직접 노출되는 부분에서는 고분자들이 완전히 분해되며, 슬릿 패턴이나 반투명막이 형성되어 있는 부분에서는 빛의 조사량이 적으므로 고분자들은 완전 분해되지 않은 상태이며, 차광막으로 가려진 부분에서는 고분자가 거의 분해되지 않는다. 이어 감광막을 현상하면, 고분자 분자들이 분해되지 않은 부분만이 남고, 빛이 적게 조사된 중앙 부분에는 빛에 전혀 조사되지 않은 부분보다 얇은 두께의 감광막이 남길 수 있다. 이때, 노광 시간을 길게 하면 모든 분자들이 분해되므로 그렇게 되지 않도록 해야 한다. When the light is irradiated to the photosensitive film through such a mask, the polymers are completely decomposed at the part directly exposed to the light, and the polymers are not completely decomposed because the amount of light is small at the part where the slit pattern or the translucent film is formed. In the area covered by, the polymer is hardly decomposed. Subsequently, when the photoresist film is developed, only a portion where the polymer molecules are not decomposed is left, and a thin photoresist film may be left at a portion where the light is not irradiated at a portion less irradiated with light. In this case, if the exposure time is extended, all molecules are decomposed, so it should not be so.
이러한 얇은 두께의 감광막(114)은 리플로우가 가능한 물질로 이루어진 감광막을 이용하고 빛이 완전히 투과할 수 있는 부분과 빛이 완전히 투과할 수 없는 부분으로 나뉘어진 통상적인 마스크로 노광한 다음 현상하고 리플로우시켜 감광막이 잔류하지 않는 부분으로 감광막의 일부를 흘러내리도록 함으로써 형성할 수도 있 다.The
이어, 감광막 패턴(114) 및 그 하부의 막들, 즉 도전체층(60), 중간층(50) 및 반도체층(40)에 대한 식각을 진행한다. 이때, 데이터 배선부(A)에는 데이터 배선 및 그 하부의 막들이 그대로 남아 있고, 채널부(C)에는 반도체층만 남아 있어야 하며, 나머지 부분(B)에는 위의 3개 층(60, 50, 40)이 모두 제거되어 게이트 절연막(30)이 드러나야 한다.Subsequently, etching is performed on the
먼저, 도 14a 및 14b에 도시한 것처럼, 기타 부분(B)의 노출되어 있는 도전체층(60)을 제거하여 그 하부의 중간층(50)을 노출시킨다. 이 과정에서는 건식 식각 또는 습식 식각 방법을 모두 사용할 수 있으며, 이때 도전체층(60)은 식각되고 감광막 패턴(112, 114)은 거의 식각되지 않는 조건하에서 행하는 것이 좋다. 그러나, 건식 식각의 경우 도전체층(60)만을 식각하고 감광막 패턴(112, 114)은 식각되지 않는 조건을 찾기가 어려우므로 감광막 패턴(112, 114)도 함께 식각되는 조건하에서 행할 수 있다. 이 경우에는 습식 식각의 경우보다 제1 부분(114)의 두께를 두껍게 하여 이 과정에서 제1 부분(114)이 제거되어 하부의 도전체층(60)이 드러나는 일이 생기지 않도록 한다.First, as shown in FIGS. 14A and 14B, the exposed
이렇게 하면, 도 14a 및 도 14b에 나타낸 것처럼, 채널부(C) 및 데이터 배선부(B)의 도전체층, 즉 소스/드레인용 도전체 패턴(67)과 유지 축전기용 도전체 패턴(68)만이 남고 기타 부분(B)의 도전체층(60)은 모두 제거되어 그 하부의 중간층(50)이 드러난다. 이때 남은 도전체 패턴(67, 64)은 소스 및 드레인 전극(65, 66)이 분리되지 않고 연결되어 있는 점을 제외하면 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)의 형태와 동일하다. 또한 건식 식각을 사용한 경우 감광막 패턴(112, 114)도 어느 정도의 두께로 식각된다.In this way, as shown in Figs. 14A and 14B, only the conductor layers of the channel portion C and the data wiring portion B, that is, the
이어, 도 15a 및 15b에 도시한 바와 같이, 기타 부분(B)의 노출된 중간층(50) 및 그 하부의 반도체층(40)을 감광막의 제1 부분(114)과 함께 건식 식각 방법으로 동시에 제거한다. 이 때의 식각은 감광막 패턴(112, 114)과 중간층(50) 및 반도체층(40)(반도체층과 중간층은 식각 선택성이 거의 없음)이 동시에 식각되며 게이트 절연막(30)은 식각되지 않는 조건하에서 행하여야 하며, 특히 감광막 패턴(112, 114)과 반도체층(40)에 대한 식각비가 거의 동일한 조건으로 식각하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SF6과 HCl의 혼합 기체나, SF6과 O
2의 혼합 기체를 사용하면 거의 동일한 두께로 두 막을 식각할 수 있다. 감광막 패턴(112, 114)과 반도체층(40)에 대한 식각비가 동일한 경우 제1 부분(114)의 두께는 반도체층(40)과 중간층(50)의 두께를 합한 것과 같거나 그보다 작아야 한다.Subsequently, as shown in FIGS. 15A and 15B, the exposed
이렇게 하면, 도 15a 및 15b에 나타낸 바와 같이, 채널부(C)의 제1 부분(114)이 제거되어 소스/드레인용 도전체 패턴(67)이 드러나고, 기타 부분(B)의 중간층(50) 및 반도체층(40)이 제거되어 그 하부의 게이트 절연막(30)이 드러난다. 한편, 데이터 배선부(A)의 제2 부분(112) 역시 식각되므로 두께가 얇아진다. 또한, 이 단계에서 반도체 패턴(42, 48)이 완성된다. 도면 부호 57과 58은 각각 소스/드레인용 도전체 패턴(67) 하부의 중간층 패턴과 유지 축전기용 도전체 패턴(64) 하부의 중간층 패턴을 가리킨다.
This removes the
이어 애싱(ashing)을 통하여 채널부(C)의 소스/드레인용 도전체 패턴(67) 표면에 남아 있는 감광막 찌꺼기를 제거한다.Subsequently, ashing removes photoresist residue remaining on the surface of the source /
다음, 도 16a 및 16b에 도시한 바와 같이 채널부(C)의 소스/드레인용 도전체 패턴(67) 및 그 하부의 소스/드레인용 중간층 패턴(57)을 식각하여 제거한다. 이 때, 식각은 소스/드레인용 도전체 패턴(67)과 중간층 패턴(57) 모두에 대하여 건식 식각만으로 진행할 수도 있으며, 소스/드레인용 도전체 패턴(67)에 대해서는 습식 식각으로, 중간층 패턴(57)에 대해서는 건식 식각으로 행할 수도 있다. 전자의 경우 소스/드레인용 도전체 패턴(67)과 중간층 패턴(57)의 식각 선택비가 큰 조건하에서 식각을 행하는 것이 바람직하며, 이는 식각 선택비가 크지 않을 경우 식각 종점을 찾기가 어려워 채널부(C)에 남는 반도체 패턴(42)의 두께를 조절하기가 쉽지 않기 때문이다. 습식 식각과 건식 식각을 번갈아 하는 후자의 경우에는 습식 식각되는 소스/드레인용 도전체 패턴(67)의 측면은 식각되지만, 건식 식각되는 중간층 패턴(57)은 거의 식각되지 않으므로 계단 모양으로 만들어진다. 중간층 패턴(57) 및 반도체 패턴(42)을 식각할 때 사용하는 식각 기체의 예로는 CF4와 HCl의 혼합 기체나 CF4와 O2의 혼합 기체를 들 수 있으며, CF4와 O2를 사용하면 균일한 두께로 반도체 패턴(42)을 남길 수 있다. 이때, 도 10b에 도시한 것처럼 반도체 패턴(42)의 일부가 제거되어 두께가 작아질 수도 있으며 감광막 패턴의 제2 부분(112)도 이때 어느 정도의 두께로 식각된다. 이때의 식각은 게이트 절연막(30)이 식각되지 않는 조건으로 행하여야 하며, 제2 부분(112)이 식각되어 그 하부의 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)이 드러나는 일이 없도록 감광막 패턴이 두꺼운 것이 바람직함은 물론이다.Next, as shown in FIGS. 16A and 16B, the source /
이렇게 하면, 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)이 분리되면서 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)과 그 하부의 접촉층 패턴(55, 56, 58)이 완성된다.In this way, the
마지막으로 데이터 배선부(A)에 남아 있는 감광막 제2 부분(112)을 제거한다. 그러나, 제2 부분(112)의 제거는 채널부(C) 소스/드레인용 도전체 패턴(67)을 제거한 후 그 밑의 중간층 패턴(57)을 제거하기 전에 이루어질 수도 있다.Finally, the
앞에서 설명한 것처럼, 습식 식각과 건식 식각을 교대로 하거나 건식 식각만을 사용할 수 있다. 후자의 경우에는 한 종류의 식각만을 사용하므로 공정이 비교적 간편하지만, 알맞은 식각 조건을 찾기가 어렵다. 반면, 전자의 경우에는 식각 조건을 찾기가 비교적 쉬우나 공정이 후자에 비하여 번거로운 점이 있다.As mentioned earlier, wet and dry etching can be alternately used or only dry etching can be used. In the latter case, since only one type of etching is used, the process is relatively easy, but it is difficult to find a suitable etching condition. On the other hand, in the former case, the etching conditions are relatively easy to find, but the process is more cumbersome than the latter.
다음, 도 17a 및 도 17b에 도시한 바와 같이, a-SiCOH 막(저유전 절연막)을 CVD법 또는 PECVD 법에 의하여 성장시켜 보호막(70)을 형성한다. 이때, 상기 보호막을 형성하는 단계는 기체 상태의 상기한 화학식 1 내지 3의 화합물 중의 적어도 하나를 기본소스로 사용하고 상기 산화제와 Ar 또는 He 등의 기체와 함께 SiH4를 혼합한 반응기체 혼합물을 첨가하여 CVD 또는 PECVD법에 의하여 증착하는 단계이다. 이때, 상기 기본소스로는 SiH(CH3)3, SiO2(CH3)4
, (SiH)4O4(CH3)4, 및 Si(C2H5
O)4 중의 적어도 어느 하나를 사용하는 것이 보다 바람직하며, 산화제는 N2O 또는 O2를 사용한다. 이 경우 상기 저유전율 절연막의 유전율은 2에서 3 사이의 값을 가진다.
17A and 17B, the a-SiCOH film (low dielectric film) is grown by CVD or PECVD to form a
이어, 도 18a 내지 도 18c에 도시한 바와 같이, 보호막(70)을 게이트 절연막(30)과 함께 사진 식각하여 드레인 전극(66), 게이트 패드(24), 데이터 패드(68) 및 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 각각 드러내는 접촉 구멍(76, 74, 78, 72)을 형성한다. 이때, 패드(24, 68)를 드러내는 접촉 구멍(74, 78)의 면적은 2mm×60㎛를 넘지 않으며, 0.5mm×15㎛ 이상인 것이 바람직하다. 18A to 18C, the
마지막으로, 도 9 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 400 Å 내지 500 Å 두께의 ITO층 또는 IZO층을 증착하고 사진 식각하여 드레인 전극(66) 및 유지 축전기용 도전체 패턴(64)과 연결된 화소 전극(82), 게이트 패드(24)와 연결된 보조 게이트 패드(86) 및 데이터 패드(68)와 연결된 보조 데이터 패드(88)를 형성한다. Lastly, as shown in FIGS. 9 to 11, a pixel connected to the
이때, 화소 전극(82), 보조 게이트 패드(86) 및 보조 데이터 패드(88)를 IZO로 형성하는 경우에는 식각액으로 크롬 식각액을 사용할 수 있어서 이들을 형성하기 위한 사진 식각 과정에서 접촉구를 통해 드러난 데이터 배선이나 게이트 배선 금속이 부식되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 크롬 식각액으로는 (HNO3/(NH4)2Ce(NO3)6/H2O) 등이 있다. 또한, 접촉부의 접촉 저항을 최소화하기 위해서는 IZO를 상온에서 200℃ 이하의 범위에서 적층하는 것이 바람직하며, IZO 박막을 형성하기 위해 사용하는 표적(target)은 In2O3 및 ZnO를 포함하는 것이 바람직하며, ZnO의 함유량은 15-20 wt% 범위인 것이 바람직하다.In this case, when the
한편, ITO나 IZO를 적층하기 전의 예열(pre-heating) 공정에서 사용하는 기체로는 질소를 사용하는 것이 바람직하며, 이는 접촉 구멍(72, 74, 76, 78)을 통해 드러난 금속막(24, 64, 66, 68)의 상부에 금속 산화막이 형성되는 것을 방지하기 위함이다. On the other hand, as a gas used in the pre-heating process before laminating ITO or IZO, it is preferable to use nitrogen, which is the
이러한 본 발명의 제2 실시예에서는 제1 실시예에 따른 효과뿐만 아니라 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)과 그 하부의 접촉층 패턴(55, 56, 58) 및 반도체 패턴(42, 48)을 하나의 마스크를 이용하여 형성하고 이 과정에서 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)을 분리함으로써 제조 공정을 단순화할 수 있다.In the second embodiment of the present invention, the data wirings 62, 64, 65, 66, and 68 and the
본 발명에 따른 저유전율 절연막은 색필터 위에 박막 트랜지스터 어레이를 형성하는 AOC(array on color filter) 구조에서 색필터와 박막 트랜지스터를 분리하는 버퍼층으로 사용하여도 유용하다.The low dielectric constant insulating film according to the present invention may also be used as a buffer layer separating the color filter and the thin film transistor in an array on color filter (AOC) structure in which a thin film transistor array is formed on the color filter.
도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 20은 도 19에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 절단선 XIX-XIX'을 따라 나타낸 단면도이다. 도 20에는 박막 트랜지스터 기판인 하부 기판과 이와 마주하는 상부 기판도 함께 도시하였다.19 is a layout view of a thin film transistor substrate according to a third exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a cross-sectional view of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 19 along a cutting line XIX-XIX ′. FIG. 20 also shows a lower substrate as a thin film transistor substrate and an upper substrate facing the same.
먼저, 하부 기판에는, 절연 기판(100)의 상부에 구리, 구리 합금, 은, 은 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 물질 중 어느 하나로 이루어진 하층(201)과 Co, Ni, 또는 이들의 합금으로 이루어진 상층(201)을 포함하는 데이터 배선(120, 121, 124)이 형성되어 있다.First, the lower substrate is formed of a
데이터 배선(120, 121, 124)은 세로 방향으로 뻗어 있는 데이터선(120), 데이터선(120)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터 화상 신호를 전달받아 데이터선(120)으로 전달하는 데이터 패드(124) 및 데이터선(120)의 분지로 기판(100)의 하부로부터 이후에 형성되는 박막 트랜지스터의 반도체층(170)으로 입사하는 빛을 차단하는 광 차단부(121)를 포함한다. 여기서, 광 차단부(121)는 누설되는 빛을 차단하는 블랙 매트릭스의 기능도 함께 가지는데, 데이터선(120)과 분리하여 단절된 배선으로 형성할 수 있다.The
데이터 배선(120, 121, 124)은 이중막으로 형성되어 있지만, 구리 또는 구리 합금 또는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), Co, Ni, 또는 이들의 합금 등의 도전 물질로 이루어진 단일막으로 형성할 수도 있다.The
여기서는, 데이터 배선(120, 121, 124)을 이후에 형성되는 화소 배선(410, 411, 412) 및 보조 패드(413, 414)가 ITO(indium tin oxide)인 것을 고려하여 하층(201)을 저항이 작은 물질인 알루미늄, 알루미늄 합금, 은, 은 합금, 구리(Cu) 및 구리 합금 등으로 형성하고 상층(202)은 다른 물질 특히, ITO와 접촉 특성이 좋은 물질인 Co로 형성한 경우를 예로 한 것이다. 구체적인 예로, 하층(201)을 Al-Nd로 형성하고, 상층(202)을 CoNx로 형성할 수 있다.Here, the
화소 배선(410, 411, 412) 및 보조 패드(413, 414)가 IZO(indium zinc oxide)인 경우에는 데이터 배선(120, 121, 124)을 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 단일막으로 만드는 것이 바람직하며, 구리가 IZO 및 ITO와의 접촉 특성이 우수하므로 구리의 단일막으로 형성할 수도 있다.In the case where the
하부 절연 기판(100)의 위에는 가장자리 부분이 데이터 배선(120, 121)의 가장 자리와 중첩하는 적(R), 녹(G), 청(B)의 색필터(131, 132, 133)가 각각 형성되어 있다. 여기서, 색필터(131, 132, 133)는 데이터선(120)을 모두 덮도록 형성할 수 있다.On the lower insulating
데이터 배선(120, 121, 124) 및 색필터(131, 132, 133) 위에는 a-SiCOH 막(저유전 절연막)으로 이루어진 버퍼층(140)이 형성되어 있다. 여기서, 버퍼층(140)은 색필터(131, 132, 133)로부터의 아웃개싱(outgassing)을 막고 색필터 자체가 후속 공정에서의 열 및 플라스마 에너지에 의하여 손상되는 것을 방지하기 위한 층이다. 또, 버퍼층(140)은 최하부의 데이터 배선(120, 121, 124)과 박막 트랜지스터 어레이를 분리하고 있으므로 이들 사이의 기생 용량 저감을 위해서는 유전율이 낮고 두께가 두꺼울수록 유리하다. 이러한 점을 고려할 때 상기 a-SiCOH 막(저유전율 CVD막)은 버퍼층(140)으로 사용하기에 적격이다. 즉, 상기 버퍼층의 유전율은 2에서 3 사이의 값으로 낮고, 증착 속도가 매우 빠르며, BCB(bisbenzocyclobutene) 또는 PFCB(perfluorocyclobutene) 등의 유기 절연 물질에 비하여 가격이 저렴하다. 또한 상기 저유전율 절연박막은 상온에서 400 ℃에 이르는 넓은 온도 범위에서 우수한 절연 특성을 가진다.A
버퍼층(140) 위에는 상부에 구리, 구리 합금, 은, 은 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 물질 중 어느 하나로 이루어진 하층(501)과 코발트, 니켈, 코발트 합금, 니켈합금, 질화 코발트, 질화 니켈 등의 물질 중 어느 하나로 이루어진 상층(502)을 포함하는 이중층 구조의 게이트 배선이 형성되어 있다. 바람직하게는, 게이트 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd의 적층막, 또는 Ni/AlNd의 적층막이 가능하다.On the
게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 데이터선(120)과 교차하여 단위 화소를 정의하는 게이트선(150), 게이트선(150)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 주사 신호를 인가 받아 게이트선(150)으로 전달하는 게이트 패드(152) 및 게이트선(150)의 일부인 박막 트랜지스터의 게이트 전극(151)을 포함한다.The gate line extends in the horizontal direction and is connected to the
여기서, 게이트선(150)은 후술할 화소 전극(410)과 중첩되어 화소의 전하 보존 능력을 향상시키는 유지 축전기를 이루며, 후술할 화소 전극(410)과 게이트선(150)의 중첩으로 발생하는 유지 용량이 충분하지 않을 경우 유지 용량용 공통 전극을 형성할 수도 있다.Here, the
이와 같이, 게이트 배선을 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하며, Al(또는 Al 합금)\Co의 이중층 또는 Cu\Co의 이중층이 그 예이다. 또한, 접촉 특성을 개선하기 위해 질화 코발트막이나 질화 니켈막 등을 추가할 수도 있다. As described above, when the gate wiring is formed in two or more layers, it is preferable that one layer is made of a material having a low resistance and the other layer is made of a material having good contact properties with other materials. An example is a double layer or a double layer of Cu\Co. In addition, a cobalt nitride film, a nickel nitride film, or the like may be added to improve contact characteristics.
게이트 배선(150, 151, 152)은 저저항을 가지는 구리 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 단일막으로 형성할 수도 있다. The gate wirings 150, 151, and 152 may be formed of a single film of copper, aluminum, or an aluminum alloy having low resistance.
게이트 배선(150, 151, 152) 및 버퍼층(140) 위에는 저온 증착 게이트 절연막(160)이 형성되어 있다. 이 때, 저온 증착 게이트 절연막(160)은 유기 절연막, 저온 비정질 산화 규소막, 저온 비정질 질화 규소막 등으로 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 구조에서는 색필터가 하부 기판에 형성되므로, 게이트 절연막은 고온으로 증착되는 통상의 절연막이 아닌 저온에서 증착이 가능한 예를 들어, 250℃ 이하의 저온 조건에서 증착이 가능한 저온 증착 절연막을 사용한 다. The low temperature deposition
그리고, 게이트 전극(151)의 게이트 절연막(160) 위에는 이중층 구조의 반도체층(171)이 섬 모양으로 형성되어 있다. 이중층 구조의 반도체층(171)에서 하층 반도체층(701)은 밴드 갭이 높은 비정질 규소로 이루어지고, 상층 반도체층(702)은 하층 반도체(701)에 비하여 밴드 갭이 낮은 통상의 비정질 규소로 이루어진다. 예를 들어, 하층 반도체층(701)의 밴드 갭을 1.9∼2.1 eV로, 상층 반도체층(702)의 밴드 갭을 1.7∼1.8 eV로 하여 형성할 수 있다. 여기서, 하층 반도체층(701)이 50∼200Å의 두께로 형성하고, 상층 반도체층(702)은 1000∼2000Å의 두께로 형성한다. The double
이와 같이, 밴드 갭이 서로 다른 상층 반도체층(702)과 하층 반도체층(701)의 사이에는 두 층의 밴드 갭의 차이에 해당하는 만큼의 밴드 오프셋이 형성된다. 이 때, TFT가 온(ON) 상태가 되면, 두 반도체층(701, 702)의 사이에 위치하는 밴드 오프셋 영역에 채널이 형성된다. 이 밴드 오프셋 영역은 기본적으로 동일한 원자 구조를 가지고 있으므로, 결함이 적어 양호한 TFT의 특성을 기대할 수 있다.As such, a band offset corresponding to the difference between the band gaps of the two layers is formed between the
반도체층(171)은 단일층으로 형성할 수도 있다.The
반도체층(171) 위에는 인(P) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소 또는 미세 결정화된 규소 또는 금속 실리사이드 따위를 포함하는 저항성 접촉층(ohmic contact layer)(182, 183)이 서로 분리되어 형성되어 있다.On the
저항성 접촉층(182, 183) 위에는 Co, Ni, 또는 이들의 합금으로 이루어진 소스용 및 드레인용 전극(412, 411) 및 화소 전극(410)을 포함하는 화소 배선(410, 411, 412)이 형성되어 있다. 바람직하게는, 상기 소스/드레인(S/D) 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd/Co의 적층막, 또는 Ni/AlNd/Ni의 적층막이 가능하다. 소스용 전극(412)은 게이트 절연막(160) 및 버퍼층(140)에 형성되어 있는 접촉 구멍(161)을 통하여 데이터선(120)과 연결되어 있다. 드레인용 전극(411)은 화소 전극(410)과 연결되어 있고, 박막 트랜지스터로부터 화상 신호를 받아 화소 전극(410)으로 전달한다. 화소 배선(410. 411, 412)은 ITO 또는 IZO 따위의 투명한 도전 물질로 만들어진다. On the
또한, 화소 배선(410, 411, 412)과 동일한 층에는 접촉 구멍(162, 164)을 통하여 게이트 패드(152) 및 데이터 패드(124)와 각각 연결되어 있는 보조 게이트 패드(413) 및 보조 데이터 패드(414)가 형성되어 있다. 여기서, 보조 게이트 패드(413)는 게이트 패드(152)의 상부막(502)인 코발트(Co)막 또는 니켈막과 직접 접촉하고 있으며, 보조 데이터 패드(414) 또한 데이터 패드(124)의 상부막(202)인 코발트막 또는 니켈막과 직접 접촉하고 있다. 이때, 게이트 패드(152) 및 데이터 패드(124)가 질화 코발트막이나 질화 니켈막을 포함하는 경우에는 보조 게이트 패드(413) 및 보조 데이터 패드(414)는 질화 코발트막이나 질화 니켈막과 접촉하는 것이 바람직하다. 이들은 패드(152, 124)와 외부 회로 장치와의 접착성을 보완하고 패드를 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다. 화소 전극(410)은 또한 이웃하는 게이트선(150) 및 데이터선(120)과 중첩되어 개구율을 높이고 있으나, 중첩되지 않을 수도 있다. In addition, the
여기서, 저항성 접촉층(182, 183)은 소스용 및 드레인용 전극(412, 411)과 반도체층(171) 사이의 접촉 저항을 줄이는 기능을 가지며, 미세 결정화된 규소층 또는 몰리브덴, 니켈, 크롬 등의 금속 실리사이드가 포함될 수 있으며, 실리사이드용 금속막이 잔류할 수도 있다.Here, the ohmic contact layers 182 and 183 have a function of reducing contact resistance between the source and drain
소스용 및 드레인용 전극(412, 411)의 상부에는 박막 트랜지스터를 보호하기 위한 보호막(190)이 형성되어 있으며, 그 상부에는 광 흡수가 우수한 짙은 색을 가지는 감광성 유색 유기막(430)이 형성되어 있다. 이때, 유색 유기막(430)은 박막 트랜지스터의 반도체층(171)으로 입사하는 빛을 차단하는 역할을 하고, 유색 유기막(430)의 높이를 조절하여 하부 절연 기판(100)과 이와 마주하는 상부 절연 기판(200) 사이의 간격을 유지하는 스페이서로 사용된다. 여기서, 보호막(190)과 유기막(430)은 게이트선(150)과 데이터선(120)을 따라 형성될 수도 있으며, 유기막(430)은 게이트 배선과 데이터 배선 주위에서 누설되는 빛을 차단하는 역할을 가질 수 있다.A
이 때, 유기막(430)이 후술하는 본 발명의 제4 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판에서와 같이, 화소 전극 및 각 금속층과의 틈을 모두 가려줄 수 있도록 설계되는 경우에는 상부 기판에 광차단을 위한 별도의 블랙 매트릭스를 설계할 필요가 없는 장점이 있다.In this case, when the
한편, 상부 기판(200)에는 ITO 또는 IZO로 이루어져 있으며, 화소 전극(410)과 함께 전기장을 생성하는 공통 전극(210)이 전면적으로 형성되어 있다.Meanwhile, the
그러면, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 대하여 도 21a 내지 28b와 앞서의 도 19 및 도 20을 참조하여 상세히 설명한다. Next, a method of manufacturing the thin film transistor substrate according to the exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 21A through 28B and FIGS. 19 and 20.
먼저, 도 21a와 21b에 도시한 바와 같이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리 합금 등과 같이 저저항을 가지는 도전 물질과 코발트, 니켈, 또는 이들의 합금, 질화 코발트 또는 질화 니켈 등과 같은 ITO와 접촉 특성이 우수한 도전 물질을 차례로 스퍼터링 따위의 방법으로 증착하고, 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 건식 또는 습식 식각하여, 하부 절연 기판(100) 위에 하층(201)과 상층(202)의 이중층 구조로 이루어진 데이터선(120), 데이터 패드(124) 및 광 차단부(121)를 포함하는 데이터 배선(120, 121, 124)을 형성한다.First, as shown in FIGS. 21A and 21B, a conductive material having a low resistance, such as aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy, and contact properties with ITO such as cobalt, nickel, or an alloy thereof, cobalt nitride, or nickel nitride, etc. This excellent conductive material is sequentially deposited by a method such as sputtering, and dry or wet etched by a photolithography process using a mask to form a double layer structure of a
앞에서 설명한 바와 같이, 이후에 형성되는 화소 배선(410, 411, 412) 및 보조 패드(413, 414)가 ITO(indium tin oxide)인 것을 고려하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리(Cu) 또는 구리 합금의 하층(201)과 코발트, 니켈, 또는 이들의 합금의 상층(202)으로 이루어지는 데이터 배선을 형성하였지만, 화소 배선(410, 411, 412) 및 보조 패드(413, 414)가 IZO(indium zinc oxide)인 경우에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 단일막으로 형성할 수 있으며, 구리 또는 구리 합금의 단일막으로 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다.As described above, considering that the
이어, 도 22a 및 도 22b에 도시한 바와 같이 적(R), 녹(G), 청(B)의 안료를 포함하는 감광성 물질을 차례로 도포하고 마스크를 이용한 사진 공정으로 패터닝하여 적(R), 녹(G), 청(B)의 색필터(131, 132, 133)를 차례로 형성한다. 이 때, 적(R), 녹(G), 청(B)의 색필터(131, 132, 133)는 세 장의 마스크를 사용하여 형성하지만, 제조 비용을 줄이기 위하여 하나의 마스크를 이동하면서 형성할 수도 있다. 또한, 레이저(laser) 전사법이나 프린트(print)법을 이용하면 마스크를 사용 하지 않고 형성할 수도 있어, 제조 비용을 최소화할 수도 있다. 이때, 도면에서 보는 바와 같이. 적(R), 녹(G), 청(B)의 색필터(131, 132, 133)의 가장자리는 데이터선(120)과 중첩되도록 형성하는 것이 바람직하다.Subsequently, as shown in FIGS. 22A and 22B, a photosensitive material including pigments of red (R), green (G), and blue (B) is sequentially applied, and patterned by a photo process using a mask to produce red (R), The color filters 131, 132, and 133 of green (G) and blue (B) are sequentially formed. At this time, the red (R), green (G), and blue (B)
이어, 도 23a 및 도 23b에서 보는 바와 같이, 절연 기판(100) 상부에 a-SiCOH 막(저유전 절연막)을 상기 증착방법에 의하여 성장시켜 버퍼층(140)을 형성한다.Next, as shown in FIGS. 23A and 23B, an a-SiCOH film (low dielectric film) is grown on the insulating
이어, 코발트, 니켈, 또는 이들의 합금, 질화 코발트 또는 질화 니켈 등과 같은 물리 화학적으로 안정한 물질과 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리 합금 등과 같이 저저항을 가지는 도전 물질을 스퍼터링 따위의 방법으로 연속 증착하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여, 버퍼층(140) 위에 게이트선(150), 게이트 전극(151) 및 게이트 패드(152)를 포함하는 게이트 배선(150, 151, 152)을 형성한다. 바람직하게는, 게이트 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd의 적층막, 또는 Ni/AlNd의 적층막이 가능하다.Subsequently, physicochemically stable materials such as cobalt, nickel, or alloys thereof, cobalt nitride, or nickel nitride, and conductive materials having low resistance, such as aluminum or aluminum alloys, or copper or copper alloys, are continuously deposited by sputtering. Patterning is performed by a photolithography process using a mask to form
이 때, 게이트 배선(150, 151, 152)은 단일층 구조로 형성할 수 있다. In this case, the
이어, 도 24에 보인 바와 같이, 게이트 배선(150, 151, 152) 및 유기 절연막(140) 위에 저온 증착 게이트 절연막(160), 제 1 비정질 규소막(701), 제 2 비정질 규소막(702) 및 불순물이 도핑된 비정질 규소막(180)을 순차적으로 증착한다. Subsequently, as shown in FIG. 24, the low-temperature deposition
저온 증착 게이트 절연막(160)은 250℃ 이하의 증착 온도에서도 증착될 수 있는 유기 절연막, 저온 비정질 산화 규소막, 저온 비정질 질화 규소막 등을 사용 하여 형성할 수 있다. The low temperature deposition
제 1 비정질 규소막(701)은 밴드 갭이 높은 예를 들어, 1.9∼2.1 eV의 밴드 갭을 가지는 비정질 규소막으로 형성하고, 제 2 비정질 규소막(702)은 밴드 갭이 제 1 비정질 규소막(701)보다는 낮은 예를 들어, 1.7∼1.8 eV의 밴드 갭을 가지는 통상의 비정질 규소막으로 형성한다. 이 때, 제 1 비정질 규소막(701)은 비정질 규소막의 원료가스인 SiH4에 CH4, C2H2, 또는, C2
H6등을 적절한 양으로 첨가하여 CVD법에 의하여 증착할 수 있다. 예를 들어, CVD 장치에 SiH4 : CH4를 1:9의 비율로 투입하고, 증착 공정을 진행하면, C가 50%정도의 함유되며, 2.0∼2.3 eV의 밴드 갭을 가지는 비정질 규소막을 증착할 수 있다. 이와 같이, 비정질 규소층의 밴드 갭은 증착 공정 조건에 영향을 받는데, 탄소 화합물의 첨가량에 따라 대개 1.7∼2.5 eV 범위에서 밴드 갭을 용이하게 조절할 수 있다. The first
이 때, 저온 증착 게이트 절연막(160), 제 1 비정질 규소막(701) 및 제 2 비정질 규소막(702), 불순물이 도핑된 비정질 규소막(180)은 동일한 CVD 장치에서 진공의 깨짐이 없이 연속적으로 증착할 수 있다. In this case, the low temperature deposition
다음, 도 25a 및 25b에 도시한 바와 같이, 제 1 비정질 규소막(701), 제 2 비정질 규소막(702) 및 불순물이 도핑된 비정질 규소막(180)을 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 섬 모양의 반도체층(171) 및 저항성 접촉층(181)을 형성하고 동시에, 저온 증착 게이트 절연막(160)과 유기 절연막(140)에 데이터선(120), 게이트 패드(152) 및 데이터 패드(124)를 각각 드러내는 접촉 구멍(161, 162, 164)을 형성한다.25A and 25B, the first
이때, 게이트 전극(151)의 상부를 제외한 부분에서는 제 1, 제 2 비정질 규소막(701, 702) 및 불순물이 도핑된 비정질 규소막(180)을 모두 제거해야 하며, 게이트 패드(152) 상부에서는 제 1 및, 제 2 비정질 규소막(701, 702) 및 불순물이 도핑된 비정질 규소막(180)과 함께 게이트 절연막(160)도 제거해야 하며, 데이터선(120) 및 데이터 패드(124) 상부에서는 제 1 및 제 2 비정질 규소막(701, 702), 불순물이 도핑된 비정질 규소막(180) 및 저온 증착 게이트 절연막(160)과 함께 유기 절연막(140)도 제거해야 한다. In this case, except for the upper portion of the
이를 하나의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 형성하기 위해서는 부분적으로 다른 두께를 가지는 감광막 패턴을 식각 마스크로 사용해야 한다. 이에 대하여 도 26과 도 27을 함께 참조하여 설명한다.In order to form this in a photolithography process using one mask, a photoresist pattern having a different thickness is used as an etching mask. This will be described with reference to FIGS. 26 and 27 together.
우선, 도 26에 보인 바와 같이, 불순물이 도핑된 비정질 규소막(180)의 상부에 감광막을 1㎛ 내지 2㎛의 두께로 도포한 후, 마스크를 이용한 사진 공정을 통하여 감광막에 빛을 조사한 후 현상하여 감광막 패턴(312, 314)을 형성한다.First, as shown in FIG. 26, after the photoresist film is applied on the impurity doped
이 때, 감광막 패턴(312, 314) 중에서 게이트 전극(151)의 상부에 위치한 제 1 부분(312)은 나머지 제 2 부분(314)보다 두께가 두껍게 되도록 형성하며, 데이터선(120), 데이터 패드(124) 및 게이트 패드(152)의 일부 위에는 감광막이 존재하지 않도록 한다. 제 2 부분(314)의 두께를 제 1 부분(312)의 두께의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 4,000 Å 이하인 것이 좋다.In this case, the
이와 같이, 위치에 따라 감광막의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있 을 수 있는 데, 여기에서는 양성 감광막을 사용하는 경우에 대하여 설명한다. As such, there may be various ways of varying the thickness of the photoresist film according to the position. Here, the case of using the positive photoresist film will be described.
노광기의 분해능보다 작은 패턴, 예를 들면 B 영역에 슬릿(slit)이나 격자 형태의 패턴을 형성하거나 반투명막을 형성해 둠으로써 빛의 조사량을 조절할 수 있는 마스크(1000)를 통하여 감광막에 빛을 조사하면, 조사되는 빛의 양 또는 세기에 따라 고분자들이 분해되는 정도가 다르게 된다. 이때, 빛에 완전히 노출되는 C 영역의 고분자들이 완전히 분해되는 시기에 맞추어 노광을 중단하면, 빛에 완전히 노출되는 부분에 비하여 슬릿이나 반투명막이 형성되어 있는 B 영역을 통과하는 빛의 조사량이 적으므로 B 영역의 감광막은 일부만 분해되고 나머지는 분해되지 않은 상태로 남는다. 노광 시간을 길게 하면 모든 분자들이 분해되므로 그렇게 되지 않도록 해야 함은 물론이다.When the light is irradiated to the photosensitive film through a
이러한 감광막을 현상하면, 분자들이 분해되지 않은 제 1 부분(312)은 거의 그대로 남고, 빛이 적게 조사된 제 2 부분(314)은 제 1 부분(312)보다 얇은 두께로 일부만 남고, 빛에 완전히 노광된 C 영역에 대응하는 부분에는 감광막이 거의 제거된다.When the photoresist is developed, the
이러한 방법을 통하여 위치에 따라 두께가 서로 다른 감광막 패턴이 만들어진다.Through this method, photoresist patterns having different thicknesses are formed according to positions.
다음, 도 27에 도시한 바와 같이, 이러한 감광막 패턴(312, 314)을 식각 마스크로 사용하여 불순물이 도핑된 비정질 규소막(180), 제 2 비정질 규소막(702), 제 1 비정질 규소막(702) 및 저온 증착 게이트 절연막(160)을 건식 식각하여 게이트 패드(152)를 드러내는 접촉 구멍(162)을 완성하고, C 영역의 버퍼층(140)을 드 러낸다. 계속해서, 감광막 패턴(312, 314)을 식각 마스크로 사용하여 C 영역의 버퍼층(140)을 건식 식각하여 데이터선(120) 및 데이터 패드(124)를 드러내는 접촉 구멍(161, 164)을 완성한다. Next, as shown in FIG. 27, the
이어, 감광막의 제 2 부분(314)을 완전히 제거하는 작업을 진행한다. 여기서, 제 2 부분(314)의 감광막 찌꺼기를 완전히 제거하기 위하여 산소를 이용한 애싱 공정을 추가할 수도 있다.Subsequently, the operation of completely removing the
이렇게 하면, 감광막 패턴의 제 2 부분(314)은 제거되고, 불순물이 도핑된 비정질 규소막(180)이 드러나게 되며, 감광막 패턴의 제 1 부분(312)은 감광막 패턴의 제 2 부분(312)의 두께만큼 감소된 상태로 남게 된다. In this way, the
다음, 남아 있는 감광막 패턴의 제 1 부분(312)을 식각 마스크로 사용하여 불순물이 도핑된 비정질 규소막(180) 및 그 하부의 제 1 및 제 2 비정질 규소막(701, 702)을 식각하여 제거함으로써 게이트 전극(151) 상부의 저온 증착 게이트 절연막(160) 위에 섬 모양의 반도체층(171)과 저항성 접촉층(181)을 남긴다. Next, the
마지막으로 남아 있는 감광막의 제 1 부분(312)을 제거한다. 여기서, 제 1 부분(312)의 감광막 찌꺼기를 완전히 제거하기 위하여 산소를 이용한 애싱 공정을 추가할 수도 있다.Finally, the remaining
다음, 도 28a 및 도 28b에서 보는 바와 같이, ITO층을 증착하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 화소 전극(410), 소스용 전극(412), 드레인용 전극(411), 보조 게이트 패드(413) 및 보조 데이터 패드(414)를 형성한다. 이때, ITO 대신 IZO를 사용할 수도 있다.
Next, as shown in FIGS. 28A and 28B, an ITO layer is deposited and patterned by a photolithography process using a mask to form a
이어, 소스용 전극(412)과 드레인용 전극(411)을 식각 마스크로 사용하여 이들 사이의 저항성 접촉층(181)을 식각하여 두 부분(182, 183)으로 분리된 저항성 접촉층 패턴을 형성하여, 소스용 전극(412)과 드레인용 전극(411) 사이로 반도체층(171)을 노출시킨다. Subsequently, the
마지막으로 도 19 및 도 20에서 보는 바와 같이, 하부 절연 기판(100)의 상부에 질화 규소나 산화 규소 등의 절연 물질과 검은색 안료를 포함하는 감광성 유기 물질 등의 절연 물질을 차례로 적층하고 마스크를 이용한 사진 공정으로 노광 현상하여 유색 유기막(430)을 형성하고, 이를 식각 마스크로 사용하여 그 하부의 절연 물질을 식각하여 보호막(190)을 형성한다. 이때, 유색 유기막(430)은 박막 트랜지스터로 입사하는 빛을 차단하며, 게이트 배선 또는 데이터 배선의 상부에 형성하여 배선의 주위에서 누설되는 빛을 차단하는 기능을 부여할 수도 있다. 또한 본 발명의 실시예와 같이 유기막(430)의 높이를 조절하여 간격 유지재로 사용할 수도 있다.Finally, as shown in FIGS. 19 and 20, an insulating material such as silicon nitride or silicon oxide and an insulating material such as photosensitive organic material including black pigment are sequentially stacked on the lower insulating
한편, 상부 절연 기판(200)의 위에는 ITO 또는 IZO의 투명한 도전 물질을 적층하여 공통 전극(210)을 형성한다.Meanwhile, the
이 때, 유색 유기막(430)이 화소 전극(410) 및 각 금속층과의 틈을 모두 가려줄 수 있도록 설계되는 경우에는 상부 기판에 광차단을 위한 별도의 블랙 매트릭스를 설계할 필요가 없는 장점이 있다. In this case, when the colored
게이트선(150)과 화소 전극(410)이 소정의 간격을 두도록 설계할 경우에는, 화소 전극(410)과 게이트선(150) 사이에 빛이 새는 부분을 가려줄 필요가 있다. 이를 위하여, 색필터(131, 132, 133)의 하부에 형성된 데이터선(120)의 일부를 게이트선(150) 방향으로 돌출되도록 연장하여 게이트선(150)과 화소 전극(410) 사이의 틈을 가려줄 수 있도록 형성할 수 있다. 이 때, 데이터선(120)으로 가려줄 수 없는 부분 즉, 서로 이웃하는 두 데이터선(120) 사이의 영역에는 유색 유기막(430)이 가려줄 수 있도록 형성할 수 있다. When the
한 편, 도면에는 표시하지 않았지만, 게이트 배선(150, 151, 152)과 동일한 층에는 게이트 배선(150, 151, 152)형성용 물질로 화면 표시부의 가장자리 둘레에서 누설되는 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스의 세로부가 형성되고, 데이터 배선(120, 121, 124)과 동일한 층에는 데이터 배선(120, 121, 124) 형성용 금속 물질로 화면 표시부의 가장자리 둘레에서 누설되는 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스의 가로부가 형성될 수 있다. On the other hand, although not shown in the drawing, a black matrix is formed on the same layer as the
이와 같이, 게이트 배선(150, 151, 152) 및 데이터 배선(120, 121, 124)을 형성하는 물질로 화면 표시부의 가장자리 둘레에서 누설되는 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스의 가로부 및 세로부를 형성하고, 데이터 배선(120, 121, 124)으로 게이트선(150)과 화소 전극(410) 사이의 빛 새는 영역을 가리고, 유색 유기막(430)으로 이웃하는 두 데이타 배선(150) 사이의 빛 새는 영역을 가리도록 하는 경우에, 데이타 배선, 게이트 배선 및 간격 유지재가 박막 트랜지스터 기판에서 빛이 누설되는 모든 영역을 가려줄 수 있어서, 상부 기판에 별도의 블랙 매트릭스를 형성할 필요가 없다. 따라서, 상부 기판과 하부 기판의 정렬 오차를 고려하지 않아도 되므로 개구율을 향상시킬 수 있다. 또한, 데이터선(120)과 화소 전극(410) 사이에 는 게이트 절연막(160)과 낮은 유전율을 가지는 버퍼층(140)이 형성되어 있어, 이들 사이에서 발생하는 기생 용량을 최소화할 수 있어 표시 장치의 특성을 향상시킬 수 있는 동시에 이들 사이에 간격을 둘 필요가 없으므로 개구율을 최대한 확보할 수 있다.As such, the horizontal and vertical portions of the black matrix are formed of a material forming the
이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 색필터 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 박막 트랜지스터 기판을 안정적으로 구현하기 위하여, 저온 공정 조건하에서, TFT를 제작한다. 즉, 고온 공정에 의한 색필터의 손상을 방지하기 위하여 게이트 절연막을 저온 증착 절연막으로 형성하고, 저온 증착 게이트 절연막과 접촉됨으로서 야기되는 채널의 특성 악화를 방지하기 위하여, 채널을 저온 증착 게이트 절연막과 반도체층의 계면에 형성하는 것이 아니라, 반도체층의 벌크쪽에 형성한다.As described above, in the embodiment of the present invention, in order to stably implement the thin film transistor substrate forming the thin film transistor on the color filter, the TFT is manufactured under low temperature process conditions. That is, in order to prevent damage of the color filter by the high temperature process, the gate insulating film is formed of the low temperature deposition insulating film, and in order to prevent deterioration of the characteristics of the channel caused by contact with the low temperature deposition gate insulating film, the channel is formed by the low temperature deposition gate insulating film and the semiconductor. It is not formed at the interface of the layer but is formed on the bulk side of the semiconductor layer.
본 발명에 따른 저유전율 CVD막은 박막 트랜지스터 어레이 위에 색필터를 형성하는 COA(color filter on array) 구조에서 색필터와 화소 전극 사이에 형성하는 보호막으로 사용하여도 유용하다. 이에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.The low dielectric constant CVD film according to the present invention is also useful as a protective film formed between the color filter and the pixel electrode in a color filter on array (COA) structure for forming a color filter on the thin film transistor array. This will be described in detail with reference to the drawings.
먼저, 도 29 내지 도 30을 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 상세히 설명한다.First, a structure of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to a first exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 29 to 30.
도 29는 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 30은 도 29에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 XXIX-XXIX' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.29 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to a fourth exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 30 is a cross-sectional view of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 29 taken along the line XXIX-XXIX '.
먼저, 절연 기판(10) 위에 코발트(Co), 또는 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy) 등의 금속 또는 도전체로 만들어진 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 주사 신호선 또는 게이트선(22), 게이트선(22)의 끝에 연결되어 있어 외부로부터의 주사 신호를 인가받아 게이트선(22)으로 전달하는 게이트 패드(24) 및 게이트선(22)의 일부인 박막 트랜지스터의 게이트 전극(26)을 포함한다. 게이트선(22)의 돌출부는 후술할 화소 전극(82)과 연결된 유지 축전기용 도전체 패턴(64)과 중첩되어 화소의 전하 보존 능력을 향상시키는 유지 축전기를 이룬다.First, a gate wiring made of a metal or a conductor such as cobalt (Co), nickel (Ni), aluminum (Al), or aluminum alloy (Al alloy) is formed on the insulating
게이트 배선(22, 24, 26)은 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하며, Co/Al(또는 Al 합금)의 이중층 또는 Al/Ni의 이중층이 그 예이다. 보다 바람직하게는, 게이트 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd의 적층막, 또는 Ni/AlNd의 적층막이 가능하다. 본 발명의 실시예에서 게이트 배선(22, 24, 26)은 크롬으로 이루어진 하부막과 알루미늄-네오디뮴으로 이루어진 상부막으로 이루어져 있다.The gate wirings 22, 24, and 26 may be formed in a single layer, but may also be formed in a double layer or a triple layer. In the case of forming more than two layers, it is preferable that one layer is made of a material having a low resistance and the other layer is made of a material having good contact properties with other materials, and a double layer of Co / Al (or Al alloy) or Bilayers are an example. More preferably, the gate structure may be a single film of Co, a single film of Ni, a laminated film of Co / AlNd, or a laminated film of Ni / AlNd. In the embodiment of the present invention, the gate wirings 22, 24, and 26 are formed of a lower layer made of chromium and an upper layer made of aluminum-neodymium.
게이트 배선(22, 24, 26) 및 기판(10) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 있으며, 게이트 전극(24)은 게이트 절연막(30)으로 덮여 있다.A
게이트 절연막 패턴(30) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 따위의 반도체로 이루어진 반도체 패턴(40)이 형성되어 있으며, 반도체 패턴(40) 위에는 인(P) 따위의 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소 따위로 이루어진 저항성 접촉층(ohmic contact layer)(55, 56)이 형성되어 있다.A
저항성 접촉층(55, 56) 위에는 Co, Ni, 또는 이들의 합금, Al 또는 Al 합금 따위의 도전 물질로 이루어진 데이터 배선의 일부인 박막 트랜지스터의 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)이 각각 형성되어 있다. 바람직하게는, 상기 소스/드레인(S/D) 구조는 Co의 단일막, Ni의 단일막, Co/AlNd/Co의 적층막, 또는 Ni/AlNd/Ni의 적층막이 가능하다. 데이터 배선은 세로 방향으로 형성되어 있으며 소스 전극(65)과 연결되어 있는 데이터선(62), 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 외부로부터의 화상 신호를 인가받는 데이터 패드(68) 및 게이트선(22)의 돌출부와 중첩되어 있는 유지 축전기용 도전체 패턴(64)도 포함한다. On the
데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)도 게이트 배선(22, 24, 26)과 마찬가지로 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 물론, 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하다.The data lines 62, 64, 65, 66, and 68 may be formed in a single layer like the gate lines 22, 24, and 26, but may be formed in a double layer or a triple layer. Of course, when forming more than two layers, it is preferable that one layer is made of a material having a low resistance and the other layer is made of a material having good contact properties with other materials.
저항성 접촉층(55, 56)은 그 하부의 반도체 패턴(40)과 그 상부의 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)의 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 한다.The
도면에 도시하지 않았지만, 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)과 데이터 배선으로 가리지 않는 반도체 패턴(40) 상부에는 산화 규소 또는 질화 규소 등의 절연 물질로 이루어진 층간 절연막이 형성될 수 있다.
Although not illustrated, an interlayer insulating layer made of an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride may be formed on the data lines 62, 64, 65, 66, and 68 and the
게이트 절연막(30) 상부의 화소 영역에는 드레인 전극(65)과 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 드러내는 개구부(C1, C2)를 가지는 적, 녹, 청의 컬러 필터(R, G, B)가 세로 방향으로 형성되어 있다. 여기서, 적, 녹, 청의 컬러 필터(R, G, B)의 경계는 데이터선(62) 상부에서 일치하여 도시되어 있지만, 데이터선(62) 상부에서 서로 중첩되어 화소 영역 사이에서 누설되는 빛을 차단하는 기능을 가질 수 있으며, 게이트 및 데이터 패드(24, 68)가 형성되어 있는 패드부에는 형성되어 있지 않다.The red, green, and blue color filters R, G, and B having the openings C1 and C2 exposing the
청, 녹, 청의 컬러 필터(81, 82, 83) 상부에는 상기방법으로 증착된 a-SiCOH 막(저유전 절연막)으로 이루어진 보호막(70)이 형성되어 있다. 이러한 보호막(90)은 게이트 절연막(30)과 함께 게이트 패드(24), 데이터 패드(68), 드레인 전극(66) 및 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 드러내는 접촉 구멍(74, 78, 76, 72)을 가지고 있다. 이때, 드레인 전극(66) 및 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 드러내는 접촉 구멍(76, 72)은 컬러 필터(R, G, B)의 개구부(C1, C2) 안쪽에 위치하며, 앞에서 설명한 바와 같이 컬러 필터(R, G, B)의 하부에 층간 절연막이 추가된 경우에는 층간 절연막과 동일한 패턴을 가진다. On the blue, green, and
보호막(70) 위에는 박막 트랜지스터로부터 화상 신호를 받아 상판의 전극과 함께 전기장을 생성하는 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 화소 전극(82)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 따위의 투명한 도전 물질로 만들어지며, 접촉 구멍(76)을 통하여 드레인 전극(66)과 물리적·전기적으로 연결되어 화상 신호를 전달받는다. 화소 전극(82)은 게이트선(22) 및 데이터선(62)과 중첩되어 개구율을 높이고 있으나, 중첩되지 않을 수도 있다. 또한 화소 전극(82)은 접촉 구멍(72)을 통하여 유지 축전기용 도전체 패턴(64)과도 연결되어 도전체 패턴(64)으로 화상 신호를 전달한다. 한편, 게이트 패드(24) 및 데이터 패드(68) 위에는 접촉 구멍(74, 78)을 통하여 각각 이들과 연결되는 보조 게이트 패드(84) 및 보조 데이터 패드(88)가 형성되어 있으며, 이들은 패드(24, 68)와 외부 회로 장치와의 접착성을 보완하고 패드를 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다.On the
그러면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법에 대하여 도 31a 내지 35b와 앞서의 도 29 및 도 30을 참고로 하여 상세히 설명한다.Next, a method of manufacturing the TFT array substrate for a liquid crystal display according to the first exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 31A to 35B and FIGS. 29 and 30.
먼저, 도 31a 내지 31b에 도시한 바와 같이, Co, Ni, 또는 이들의 합금 금속 따위의 도전체층을 스퍼터링 따위의 방법으로 적층하고 마스크를 이용한 첫 번째 사진 식각 공정으로 건식 또는 습식 식각하여, 기판(10) 위에 게이트선(22), 게이트 패드(24) 및 게이트 전극(26)을 포함하는 게이트 배선을 형성한다.First, as shown in FIGS. 31A to 31B, a conductive layer such as Co, Ni, or an alloy metal thereof is laminated by a sputtering method, and dry or wet etched by a first photolithography process using a mask. A gate wiring including a
다음, 도 32a 및 32b에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(30), 수소화 비정질 규소 따위의 반도체와 인(P) 따위의 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소를 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 2,000 Å, 300 Å 내지 600 Å의 두께로 연속 증착하고, 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 비정질 규소층과 도핑된 비정질 규소층을 차례로 패터닝하여 반도체 패턴(40)과 저항성 접촉층(50)을 형성한다.
Next, as shown in FIGS. 32A and 32B, each of the semiconductors such as the
이어, 도 33a 및 도 33b에서 보는 바와 같이, 금속 따위의 도전체층을 스퍼터링 등의 방법으로 1,500 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착한 다음 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 데이터선(62), 소스 전극(65), 드레인 전극(66), 데이터 패드(68) 및 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 포함하는 데이터 배선을 형성한다. 이어, 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)으로 가리지 않는 저항성 접촉층(50)을 식각하여 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 사이의 반도체층(40)을 드러내고 저항성 접촉층(55, 56)을 두 부분으로 분리한다. 계속해서, 질화 규소 또는 산화 규소를 적층하여 층간 절연막(도시하지 않음)을 형성할 수 있다.33A and 33B, a conductive layer such as a metal is deposited to a thickness of 1,500 kV to 3,000 kV by sputtering or the like, and then patterned by a photolithography process using a mask to form a
다음, 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)과 층간 절연막(도시하지 않음)을 형성한 후, 도 34a 내지 34b에 도시한 바와 같이 적, 녹, 청의 안료를 포함하는 감광성 유기 물질을 각각 차례로 도포하고 사진 공정을 통하여 적, 녹, 청의 컬러 필터(R, G, B)를 차례로 형성한다. 이때, 사진 공정에서 적, 녹, 청의 컬러 필터(R, G, B)를 형성할 때 드레인 전극(66)과 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 드러내는 개구부(C1, C2)도 함께 형성한다. 왜냐하면, 이후에 보호막(70)에 드레인 전극(66)과 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 접촉 구멍을 형성할 때 프로파일을 양호하게 형성하기 위함이다.Next, after forming the data wirings 62, 64, 65, 66, 68 and an interlayer insulating film (not shown), as shown in FIGS. 34A to 34B, a photosensitive organic material including red, green, and blue pigments is used. Each is applied in turn, and the red, green, and blue color filters (R, G, and B) are sequentially formed through a photographic process. At this time, when forming the red, green, and blue color filters R, G, and B in the photographing process, the openings C1 and C2 exposing the
이어, 도 35a 및 도 35b에서 보는 바와 같이, 기판(10)의 상기 a-SiCOH 막(저유전 절연막)으로 보호막(70)을 형성하고, 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 게이트 절연막(30)과 함께 패터닝하여, 접촉 구멍(72, 74, 76, 78)을 형성한다. 이때, 드레인 전극(66)과 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 드러내는 접촉 구멍(76, 74)은 컬러 필터(R, G, B)에 형성되어 있는 개구부(C1, C2)의 안쪽에 형성한다. 이와 같이, 본 발명에서는 컬러 필터(R, G, B)에 미리 개구부(C1, C2)를 형성한 다음, 보호막(70)을 패터닝하여 드레인 전극(66)과 유지 축전기용 도전체 패턴(64)을 드러내는 접촉 구멍(76, 74)을 형성함으로써 접촉 구멍(76, 74)의 프로파일을 양호하게 형성할 수 있다.35A and 35B, a
마지막으로, 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 400 Å 내지 500 Å 두께의 ITO 또는 IZO층을 증착하고 마스크를 사용하여 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 식각하여 화소 전극(82), 보조 게이트 패드(84) 및 보조 데이터 패드(88)를 형성한다.Lastly, as shown in FIGS. 2 to 4, the ITO or IZO layer having a thickness of 400 kV to 500 kV is deposited and etched by a photolithography process using a mask using a mask to etch the
이러한 방법은 앞에서 설명한 바와 같이, 5매의 마스크를 이용하는 제조 방법에 적용할 수 있지만, 4매 마스크를 이용하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서도 동일하게 적용할 수 있다. 이에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하며, 제조 방법은 제2 및 제4 실시예를 통하여 설명되어 있어 생략하기로 한다.As described above, the method can be applied to a manufacturing method using five masks, but the same method can be applied to a manufacturing method of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device using four masks. This will be described in detail with reference to the drawings, and the manufacturing method has been described with reference to the second and fourth embodiments and will be omitted.
먼저, 도 36 내지 도 38을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 구조에 대하여 상세히 설명한다.First, a structure of a thin film transistor array substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 36 to 38.
도 36은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 37 및 도 38은 각각 도 36에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 XXXVI-XXXVI' 선 및 XXXVII-XXXVII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.36 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to a fifth exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 37 and 38 are lines XXXVI-XXXVI 'and XXXVII-XXXVII', respectively, of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 36. A cross-sectional view taken along the line.
도 36 내지 도 37에서 보는 바와 같이, 대부분의 구조는 제2 실시예에 따른 구조와 동일하다.As shown in Figures 36 to 37, most of the structure is the same as the structure according to the second embodiment.
하지만, 제4 실시예와 같이 박막 트랜지스터 어레이의 상부에는 드레인 전극(66) 및 유지 축전기용 도전체 패턴(68)을 드러내는 개구부(C1, C2)를 가지는 적, 녹, 청의 컬러 필터(R, G, B)가 형성되어 있으며, 그 상부에는 a-SiCOH 막(저유전 절연막)으로 이루어진 보호막(70)이 화학 기상 증착법에 의해 형성되어 있다.However, as in the fourth embodiment, red, green, and blue color filters R and G having openings C1 and C2 exposing a
본 발명은 제시된 실시예 뿐만 아니라, 다양한 방식으로 적용이 가능하다. 예를 들어, 중량 감소 및 내충격성 향상을 위해 대두된 플라스틱 액정 표시 장치에서와 같이, 저온 공정 조건이 필요한 디스플레이 경우 본 발명은 유용하게 적용할 수 있다. 또한, 외부광을 이용하여 화상을 표시하는 반사형 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에도 동일하게 적용할 수 있다.The present invention can be applied in various ways, as well as the embodiments shown. For example, the present invention may be usefully applied to a display requiring low temperature processing conditions, such as a plastic liquid crystal display device that has emerged to reduce weight and improve impact resistance. The same applies to the thin film transistor substrate for reflective liquid crystal display device which displays an image using external light.
또한, 게이트 절연막은 비정질 규소로 이루어진 반도체층(40)과의 계면 특성을 고려하여 치밀한 막질을 유지하여야 한다. 그런데 막질이 치밀하면 치밀할수록 증착 속도가 느리므로 공정 시간이 길어지는 단점이 있다. 한편, 반도체층(40)과 접하는 면으로부터 약 500Å 정도 두께까지만 치밀한 막질이 유지되면 박막 트랜지스터가 동작하는데 무리가 없음이 알려져 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서 게이트 절연막의 하부는 증착 속도가 빠른 본 발명의 저유전율 절연막으로 형성하고, 게이트 절연막의 상부는 막질이 치밀한 질화규소막으로 형성하면, 박막 트랜지스터의 성능을 저하시키지 않으면서 공정 시간을 단축할 수 있다.In addition, the gate insulating film must maintain a dense film quality in consideration of the interface characteristics with the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 Cr보다 저저항을 갖는 Co, Ni, 또는 이들의 합금을 게이트 배선물질 또는 소스/드레인(S/D) 배선물질로 사용하여 TFT-LCD의 고성능화 및 대형화에 따른 데이터 단일막을 구현할 수 있으며 신호배선 문제를 해결하고 기생 용량 문제를 해소하여 고개구율 구조를 실현할 수 있다.As described above, the present invention uses Co, Ni, or an alloy thereof having a lower resistance than Cr as a gate wiring material or a source / drain (S / D) wiring material. A single data layer can be implemented, and high-throughput structures can be realized by solving signal wiring problems and parasitic capacitance problems.
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