KR20030073006A - A thin film transistor substrate of using insulating layers having law dielectric constant and a method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
절연 기판 위에 게이트 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선과 절연되어 교차하는 데이터 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터가 형성되어 있다. 박막 트랜지스터 위에는 폴리오르가노실세스퀴옥산(polyorganosilsesquioxane) 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 막(저유전 절연막)으로 이루어진 보호막이 형성되어 있고, 보호막 위에는 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극이 형성되어 있다. 이렇게 하면, 기생 용량 문제를 해소하여 고개구율 구조를 실현할 수 있고, 공정 시간을 단축할 수 있다.A gate wiring is formed on an insulating substrate, a data wiring insulated from and intersecting with the gate wiring is formed, and a thin film transistor connected to the gate wiring and the data wiring is formed. On the thin film transistor, a protective film made of a polyorganosilsesquioxane or a film containing a polyorganosilsesquioxane with pores (low dielectric insulating film) is formed, and a pixel electrode connected to the thin film transistor is formed on the protective film. Formed. In this way, the parasitic capacitance problem can be solved, a high opening ratio structure can be realized, and the process time can be shortened.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor substrate and a method of manufacturing 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.
이러한 박막 트랜지스터 기판을 사용하는 대표적 장치로서 액정 표시 장치가있는데, 액정 표시 장치가 점차 대형화, 고정세화 되어 감에 따라 각종 기생 용량의 증가로 인한 신호 왜곡 문제가 시급히 해결해야 할 문제로 대두되고 있다. 또한, 노트북 컴퓨터에서의 소비 전력 감소와 TV용 액정 표시 장치에서의 가시청 거리를 증가시키기 위한 휘도 향상의 필요성에 따라 개구율 증대 요구가 커지고 있다. 그런데 개구율을 증대시키기 위하여는 화소 전극을 데이터 배선 위에까지 중첩되도록 형성할 필요성이 있으나, 이렇게 할 경우 화소 전극과 데이터선 사이의 기생 용량이 증가하게 된다. 기생 용량 증가로 인한 문제를 해결하기 위하여는 화소 전극과 데이터선 사이의 수직 이격을 충분히 확보하여야 하는데, 수직 이격 확보를 위하여 종래에는 주로 유기 절연막으로 보호막을 형성한다. 그러나 유기 절연막을 이용하는 공정은 다음과 같은 단점을 가진다. 먼저, 재료비가 고가이다. 특히 스핀 코팅시 손실되는 양이 많아서 재료비의 증가를 부추긴다. 다음, 유기 절연막은 내열성이 부족하여 후속 공정이 제약을 많이 받는다. 또, 재료의 뭉침 등으로 인하여 불순물 입자가 발생하는 빈도가 높다. 상부막 및 하부막과의 접착력이 취약하다. 보호막 위에 형성되는 화소 전극 형성시 식각 오차가 매우 크다.As a representative device using such a thin film transistor substrate, there is a liquid crystal display device. As the liquid crystal display device is gradually enlarged in size and high in size, a signal distortion problem caused by an increase in various parasitic capacitances has emerged as an urgent problem. In addition, the need for increasing the aperture ratio is increasing due to the reduction in power consumption in the notebook computer and the need for improving the luminance to increase the viewing distance in the liquid crystal display for TVs. However, in order to increase the aperture ratio, it is necessary to form the pixel electrode so as to overlap the data line, but in this case, the parasitic capacitance between the pixel electrode and the data line increases. In order to solve the problem caused by the parasitic capacitance increase, a sufficient vertical separation between the pixel electrode and the data line should be secured. In order to secure the vertical separation, a protective film is mainly formed of an organic insulating layer. However, the process using the organic insulating film has the following disadvantages. First, the material cost is expensive. In particular, the amount of loss during spin coating increases the cost of materials. Next, the organic insulating film lacks heat resistance, and subsequent processes are restricted. In addition, the frequency of occurrence of impurity particles due to the aggregation of materials and the like is high. Adhesion to the upper and lower layers is weak. The etching error is very large when forming the pixel electrode formed on the passivation layer.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고개구율을 가지며 기생 용량 문제를 가지지 않는 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a thin film transistor substrate having a high opening ratio and no parasitic capacitance problem and a method of manufacturing the same.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판이고,1 is a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선에 대한 단면도이고,FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1;
도 3a, 4a, 5a 및 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 중간 과정을 그 공정 순서에 따라 도시한 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,3A, 4A, 5A, and 6A 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 3b는 도 3a에서 IIIb-IIIb' 선에 대한 단면도이고,3B is a cross sectional view taken along the line IIIb-IIIb ′ in FIG. 3A;
도 4b는 도 4a에서 IVb-IVb' 선에 대한 단면도로서 도 3b의 다음 단계를 도시한 단면도이고,4B is a cross sectional view taken along the line IVb-IVb ′ in FIG. 4A showing the next step of FIG. 3B;
도 5b는 도 5a에서 Vb-Vb' 선에 대한 단면도로서 도 4b의 다음 단계를 도시한 단면도이고,FIG. 5B is a cross sectional view taken along the line Vb-Vb ′ in FIG. 5A and showing the next step in FIG. 4B;
도 6b는 도 6a에서 VIb-VIb' 선에 대한 단면도로서 도 6의 다음 단계를 도시한 단면도이고,FIG. 6B is a cross sectional view taken along the line VIb-VIb ′ in FIG. 6A and showing the next step in FIG. 6;
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 a 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 21b는 도 21a에 도시한 절단선 XXIb-XXIb'을 따라 나타낸 단면도이고,FIG. 21B is a cross-sectional view taken along cut line XXIb-XXIb ′ shown in FIG. 21A;
도 22a는 도 22a의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,FIG. 22A is a layout view of a substrate in the next step of FIG. 22A, and FIG.
도 22b는 도 22a에 도시한 절단선 XXIIb-XXIIb'을 따라 나타낸 단면도이고,FIG. 22B is a cross-sectional view taken along cut line XXIIb-XXIIb 'shown in FIG. 22A.
도 23은 도 22b의 다음 단계에서의 기판의 단면도이고,FIG. 23 is a cross sectional view of the substrate in the next step of FIG. 22B;
도 24a는 도 23의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,24A is a layout view of the substrate in the next step of FIG. 23,
도 24b는 도 24a에 도시한 절단선 XXIVb-XXIVb'을 따라 나타낸 단면도이고,24B is a cross-sectional view taken along the cutting line XXIVb-XXIVb 'shown in FIG. 24A.
도 25부터 도 26은 도 23과 도 24b 사이에 실시되는 제조 공정의 단면을 나타낸 것이고,25 to 26 show a cross section of the manufacturing process performed between FIGS. 23 and 24b,
도 27a는 도 24a의 다음 단계에서의 기판의 배치도이고,27A is a layout view of the substrate in the next step of FIG. 24A,
도 27b는 도 27a에 도시한 절단선 XXVIIb-XXVIIb'을 따라 나타낸 단면도이고,FIG. 27B is a cross-sectional view taken along cut line XXVIIb-XXVIIb ′ shown in FIG. 27A, and FIG.
도 28은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,28 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 29는 도 28에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 XXIX-XXIX' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,FIG. 29 is a cross-sectional view of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 28 taken along the line XXIX-XXIX ',
도 30a는 본 발명의 제4 실시예에 따라 제조하는 첫 번째 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,30A 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 30b는 도 30a에서 XXXb-XXXb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,FIG. 30B is a cross-sectional view taken along the line XXXb-XXXb 'in FIG. 30A;
도 31a는 본 발명의 제4 실시예에 따라 제조하는 두 번째 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,31A 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 31b는 도 31a에서 XXXIb-XXXIb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,FIG. 31B is a cross-sectional view taken along the line XXXIb-XXXIb 'of FIG. 31A;
도 32a는 본 발명의 제4 실시예에 따라 제조하는 세 번째 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,32A 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 32b는 도 32a에서 XXIIb-XXXIIb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,FIG. 32B is a cross-sectional view taken along the line XXIIb-XXXIIb 'of FIG. 32A;
도 33a는 본 발명의 제4 실시예에 따라 제조하는 네 번째 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,33A 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 33b는 도 33a에서 XXXIIIb-XXXIIIb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,FIG. 33B is a cross-sectional view taken along the line XXXIIIb-XXXIIIb 'of FIG. 33A;
도 34a는 본 발명의 제4 실시예에 따라 제조하는 다섯 번째 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,34A 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 34b는 도 34a에서 XXXIVb-XXXIVb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,34B is a cross-sectional view taken along the line XXXIVb-XXXIVb 'in FIG. 34A;
도 35는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,35 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to a fifth embodiment of the present invention;
도 36 및 도 37은 도 35에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 XXXVI-XXXVI' 선 및 XXXVII-XXXVII'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.36 and 37 are cross-sectional views of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 35 taken along lines XXXVI-XXXVI 'and XXXVII-XXXVII'.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 박막 트랜지스터 기판의 보호막으로 SOG(spin on glass) 또는 화학 기상 증착을 이용한 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 저유전율 절연막을 이용한다.In order to solve this problem, in the present invention, a low dielectric constant insulating film including polyorganosilsesquioxane or polyorganosilsesquioxane having pores formed by spin on glass (SOG) or chemical vapor deposition is used as a protective film of a thin film transistor substrate. I use it.
구체적으로는, 절연 기판, 절연 기판 위에 형성되어 있는 제1 신호선, 제1 신호선 위에 형성되어 있는 제1 절연막, 제1 절연막 위에 형성되어 있으며 제1 신호선과 교차하고 있는 제2 신호선, 제1 신호선 및 제2 신호선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 저유전율 절연막이며, 박막 트랜지스터 위에 형성되어 있으며 박막 트랜지스터의 소정 전극을 노출시키는 제1 접촉구를 가지는 제2 절연막, 제2 절연막 위에 형성되어 있으며 제1 접촉구를 통하여 박막 트랜지스터의 소정 전극과 연결되어 있는 화소 전극을 포함하는 박막 트랜지스터 기판을 마련한다.Specifically, an insulating substrate, a first signal line formed on the insulating substrate, a first insulating film formed on the first signal line, a second signal line formed on the first insulating film and intersecting the first signal line, a first signal line, and A low dielectric constant insulating film including a thin film transistor, a polyorganosilsesquioxane, or a polyorgano silsesquioxane having pores formed therein, and is formed on a thin film transistor and exposes a predetermined electrode of the thin film transistor. A thin film transistor substrate including a second insulating film having a contact hole and a pixel electrode formed on the second insulating film and connected to a predetermined electrode of the thin film transistor is provided through the first contact hole.
이 때, 제1 절연막은 저유전율 절연막인 하부막과 질화 규소막인 상부막으로 이루어질 수 있고, 제2 절연막은 표면에 요철 패턴을 가질 수 있다.In this case, the first insulating film may be formed of a lower film, which is a low dielectric constant insulating film, and an upper film, which is a silicon nitride film, and the second insulating film may have an uneven pattern on its surface.
위에서 저유전율 절연막은 SOG(spin on glass) 공정을 이용한 폴리오르가노실세스퀴옥산계의 유기 절연막으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 폴리오르가노실세스퀴옥산계는 아래의 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물을 사용한다.The low dielectric constant insulating film may be formed of a polyorganosilsesquioxane organic insulating film using a spin on glass (SOG) process. Preferably, the polyorganosilsesquioxane system uses a compound of the following formula (1) or (2).
[화학식 1][화학식 2][Formula 1] [Formula 2]
화학식 1 및 화학식 2에서,In Formula 1 and Formula 2,
R은 수소, 하이드록시기, 탄소수 1 내지 5의 알킬, 또는 아릴기이며; X는 에틸렌 또는 프로필렌이며, n은 내지 1,000의 정수이다.R is hydrogen, a hydroxy group, an alkyl having 1 to 5 carbon atoms, or an aryl group; X is ethylene or propylene and n is an integer from to 1,000.
화학식 1 또는 화학식 2의 폴리오르가노실세스퀴옥산은 분자내에 SiOx의 기본구조를 가지고 있으며, Si에 다양한 치환기를 갖는 규칙적인 사다리형 구조를 이루고 있다. 폴리오르가노실세스퀴옥산의 제조는 일례로 실란화합물의 가수분해 축합 반응에 의해서 제조할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 폴리오르가노실세스퀴옥산계 화합물은 전구체 구조의 차이에 따라 고분자의 밀도, 다공도, 네트워크 구조 등이 결정되며, 이에 따라 유전상수(K), 경도, 응력, CTE(coefficient of thermal expension) 등의 값이 정해진다. 이러한 폴리오르가노실세스퀴옥산계 화합물로는 FOX, HOSP(Allied signal사), PPSQ(intersilicon사) 등의 제품명으로 다양하게 상품화되어 알려져 있다. 본 발명에서 사용하는 폴리오르가노실세스퀴옥산의 조성은 SiO1.2-1.8R0.3-2.0의 범위를 가지는 것이 바람직하다.Polyorganosilsesquioxane of Formula 1 or Formula 2 has a basic structure of SiO x in a molecule, and forms a regular ladder structure having various substituents on Si. The preparation of the polyorganosilsesquioxane may be prepared by, for example, hydrolysis condensation of the silane compound, but is not limited thereto. The polyorganosilsesquioxane-based compound determines the density, porosity, and network structure of the polymer according to the difference in precursor structure, and accordingly, values such as dielectric constant (K), hardness, stress, and efficiency of thermal expension (CTE) are determined. This is decided. Such polyorganosilsesquioxane-based compounds are known and commercialized in various product names, such as FOX, HOSP (Allied signal), PPSQ (intersilicon). The composition of the polyorganosilsesquioxane to be used in the present invention is preferably in the range of 0.3-2.0 SiO 1.2-1.8 R.
또한 본 발명은 폴리오르가노실세스퀴옥산 고분자에 다양한 형태의 기공을 형성할 수 있는데, 이러한 과정을 통해 보호막의 두께를 감소시키고 유전율을 더욱 증가시킬 수 있다. 즉, 폴리오르가노실세스퀴옥산계 화합물은 그 자체로도 유전상수(K)가 2∼3 정도로 상당히 낮지만, 상기 기공의 크기와 함량을 조절하여 다공도를 증가시키면 유전상수 값을 2.0 또는 그 이하까지도 낮출 수 있다. 본 발명은 나노 크기의 기공 형성을 위해, 폴리오르가노실세스퀴옥산에 실리카(SiO2) 계열의케이지(cage) 화합물을 분자내에 결합시키는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 상기 폴리오르가노실세스퀴옥산을 다른 종류의 기공 형성 물질(pore generating material: porogen)과 혼합하여 분해(decomposition)에 의해 기공을 형성할 수도 있다. 이렇게 형성된 기공의 크기는 5∼500 Å인 것이 바람직하다. 폴리오르가노실세스퀴옥산을 사용하는 보호막의 형태는 폴리오르가노실세스퀴옥산의 단일막 또는 질화 규소(SiNx)/폴리오르가노실세스퀴옥산 이중막의 구조로 사용하는 것이 바람직하다.In addition, the present invention can form various types of pores in the polyorganosilsesquioxane polymer, it is possible to reduce the thickness of the protective film and further increase the dielectric constant through this process. That is, the polyorganosilsesquioxane compound has a low dielectric constant (K) of 2 to 3 in itself, but when the porosity is increased by controlling the size and content of the pores, the dielectric constant value is 2.0 or less. You can even lower. The present invention can use a method of intramolecularly bonding a cage compound of silica (SiO 2 ) series to polyorganosilsesquioxane to form nano-sized pores. In addition, the polyorganosilsesquioxane may be mixed with another kind of pore generating material (porogen) to form pores by decomposition. The size of the pores thus formed is preferably 5 to 500 mm 3. The form of the protective film using polyorganosilsesquioxane is preferably used as a single film of polyorganosilsesquioxane or as a structure of silicon nitride (SiN x ) / polyorganosilsesquioxane double membrane.
이렇게 상기 폴리오르가노실세스퀴옥산계 절연막을 보호막으로 사용하면 기존의 질화규소 단독 또는 저유전 재료에 비해 유전상수가 낮고, 가시광선영역의 전파장에 걸쳐 98% 이상의 높은 투과율을 가져 절연막 공정에 따른 투과율 감소가 거의 없다. 또한 최대 2 um 정도까지 보호막을 형성할 수 있으며, 유전상수 값이 낮아 실제 2 um 이하로 적용하여도 문제가 없으며, 종래 저유전 물질에 비해 경도와 기계적 강도가 우수하여 OLB 재생에 보다 안정적이다. 또한 상온에서 6개월 이상 방치해도 점도에 거의 변화가 없어 보관안정성이 우수하며, 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA), 에톡시에틸 프로피오네이트(EEP) 등에 용해성이 우수하고 안정하며, 스핀 코팅 후 챔버내의 벽에 잔존하는 것은 PR용 용매 또는 씬너를 사용하여 쉽게 제거할 수 있어 설비관리에 유리하다. 상기 폴리오르가노실세스퀴옥산은 300∼400 ℃ 정도의 고온에서 경화도가 증가하며 300 ℃/1 hr 이하에서도 경화될 수 있다. 이러한 폴리오르가노실세스퀴옥산의 전구체는 원료물질이 싸고쉽게 합성 가능한 것을 사용하므로, 가격 경쟁력이 우수하다.Thus, when the polyorganosilsesquioxane-based insulating film is used as a protective film, the dielectric constant is lower than that of conventional silicon nitride alone or a low dielectric material, and has a transmittance of 98% or more over the full-wavelength field in the visible light region. There is almost no reduction. In addition, it is possible to form a protective film up to about 2 um, low dielectric constant value is not a problem even if applied to the actual 2 um or less, it is more stable to OLB regeneration because the hardness and mechanical strength is superior to the conventional low dielectric material. In addition, even after 6 months at room temperature, there is almost no change in viscosity, so it is excellent in storage stability, and excellent in solubility and stability in propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), ethoxyethyl propionate (EEP), and after spin coating. Residue on the wall in the chamber can be easily removed using a solvent or thinner for PR, which is advantageous for facility management. The polyorganosilsesquioxane may increase the degree of curing at a high temperature of about 300 to 400 ℃ and can be cured even below 300 ℃ / 1 hr. Since the precursor of the polyorganosilsesquioxane uses a cheap and easily synthesized raw material, it is excellent in price competitiveness.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 저저항 배선의 구조를 적용한 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Then, a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can easily implement the thin film transistor substrate to which the structure of the low resistance wiring according to the embodiment of the present invention is applied and the manufacturing method thereof with reference to the accompanying drawings. It will be explained in detail.
먼저, 도 1 및 도 2를 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 embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판이고, 도 2는 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 기판의 Ⅱ-Ⅱ 선에 대한 단면도이다.1 is a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of the thin film transistor substrate shown in FIG.
절연 기판(10) 위에 크롬(Cr) 또는 몰리브덴(Mo) 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 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.The first gate wiring layers 221, 241, and 261 made of chromium (Cr) or molybdenum (Mo) alloy and the like, and the second gate wiring layer 222 made of aluminum (Al) or silver (Ag) alloy, or the like on the insulating substrate 10. Gate wirings formed of a double layer of 242 and 262 are formed. The gate wire is connected to the gate line 22 and the gate line 22 extending in the horizontal direction, and are connected to the gate pad 24 and the gate line 22 which receive a gate signal from the outside and transmit the gate signal to the gate line. A gate electrode 26 of the thin film transistor.
기판(10) 위에는 질화 규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 게이트 배선(22, 24, 26)을 덮고 있다.On the substrate 10, a gate insulating film 30 made of silicon nitride (SiN x ) covers the gate wirings 22, 24, and 26.
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(54, 56)이 각각 형성되어 있다.A semiconductor layer 40 made of a semiconductor such as amorphous silicon is formed on the gate insulating film 30 of the gate electrode 24 in an island shape, and silicide or n-type impurities are doped with high concentration on the semiconductor layer 40. Resistive contact layers 54 and 56 made of a material such as n + hydrogenated amorphous silicon are formed, respectively.
저항성 접촉층(54, 56) 및 게이트 절연막(30) 위에는 Cr 또는 Mo 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(54)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.On the ohmic contact layers 54 and 56 and the gate insulating layer 30, the first data wiring layers 621, 651, 661, and 681 made of Cr or Mo alloy, etc., and the second data wiring layers 622 made of Al or Ag alloy, etc. Data wirings 62, 65, 66, and 68 formed of double layers of 652, 662, and 682 are formed. The data lines 62, 65, 66, and 68 are formed in the vertical direction and intersect with the gate line 22 to define the pixel, the branch of the data line 62, the data line 62, and the resistive contact layer 54. It is connected to one end of the source electrode 65 and the data line 62 extending to the upper portion, and separated from the data pad 68 and the source electrode 65 to which an image signal from the outside is applied, and the gate electrode 26. And a drain electrode 66 formed over the ohmic contact layer 56 opposite the source electrode 65.
데이터 배선(62, 65, 66, 68) 및 이들이 가리지 않는 반도체층(40) 상부에는 보호막(70)이 형성되어 있다. 여기서, 보호막(70)은 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 저유전율 절연막으로 이루어져 있어 유전상수가 2.0∼3.O로 유전율이 낮으며, 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산의 막으로 이루어지는 경우 유전상수가 2.0 또는 그 이하로 유전율이 더 낮아지게 된다. 따라서, 두께가 얇아도 기생 용량 문제가 발생하지 않는다. 또 다른 막과의 접착성 및 스텝 커버리지(stepcoverage)가 우수하다. 또한 무기질 절연막이므로 내열성이 유기 절연막에 비하여 우수하다. 아울러 PECVD 방법에 의하여 증착된 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 막(저유전율 절연막)은 증착 속도나 식각 속도가 질화 규소막에 비하여 4~10배 빠르므로 공정 시간 면에서도 매우 유리하다.The passivation layer 70 is formed on the data wires 62, 65, 66, and 68 and the semiconductor layer 40 not covered by the data lines 62. Here, the protective film 70 is made of a low dielectric constant insulating film containing polyorganosilsesquioxane, has a low dielectric constant of 2.0 to 3.0, and is made of a polyorganosilsesquioxane film having pores. The dielectric constant is 2.0 or less, resulting in a lower dielectric constant. Therefore, even a thin thickness does not cause a parasitic capacity problem. Excellent adhesion to another membrane and step coverage. Moreover, since it is an inorganic insulating film, heat resistance is excellent compared with an organic insulating film. In addition, a film (low dielectric constant insulating film) containing polyorganosilsesquioxane or pores formed polyorganosilsesquioxane deposited by PECVD method is 4 to 10 times faster than the silicon nitride film by the deposition rate or etching rate. It is also very advantageous in terms of process time.
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 passivation layer 70, contact holes 76 and 78 are formed to expose the drain electrode 66 and the data pad 68, respectively. The contact hole 74 exposing the gate pad 24 together with the gate insulating layer 30 is formed. Is formed. In this case, the contact holes 74 and 78 exposing the pads 24 and 68 may be formed in various shapes having an angle or a circular shape, and the area thereof does not exceed 2 mm × 60 μm, preferably 0.5 mm × 15 μm or more. Do.
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 passivation layer 70, a pixel electrode 82 electrically connected to the drain electrode 66 and positioned in the pixel is formed through the contact hole 76. In addition, the auxiliary gate pad 86 and the auxiliary data pad 88, which are connected to the gate pad 24 and the data pad 68, respectively, are formed on the passivation layer 70 through the contact holes 74 and 78. Here, the pixel electrode 82, the auxiliary gates, and the data pads 86 and 88 are made of indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO).
여기서, 화소 전극(82)은 도1 및 도 2에서 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.1 and 2, the pixel electrode 82 overlaps with the gate line 22 to form a storage capacitor. When the storage capacitor is insufficient, the pixel electrode 82 is disposed on the same layer as the gate wirings 22, 24, and 26. It is also possible to add a storage capacitor wiring.
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 pixel electrode 82 is also formed to overlap the data line 62 to maximize the aperture ratio. As such, even when the pixel electrode 82 is overlapped with the data line 62 in order to maximize the aperture ratio, the dielectric constant of the passivation layer 70 is low, so that the parasitic capacitance formed therebetween is small.
그러면, 이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 대하여 도 1 및 도 2와 도 3a 내지 도 6b를 참고로 하여 상세히 설명한다.Next, a method of manufacturing the thin film transistor 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. 1 and 2, and FIGS. 3A to 6B.
먼저, 도 3a 및 3b에 도시한 바와 같이, 기판(10) 위에 물리 화학적 특성이 우수한 Cr 또는 Mo 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.First, as illustrated in FIGS. 3A and 3B, the first gate wiring layers 221, 241, and 261 are laminated by depositing Cr or Mo alloy having excellent physicochemical properties on the substrate 10, and Al or the low resistance. Second gate wiring layers 222, 242, and 262 are laminated by depositing Ag or an alloy including the same, and then patterned to form a horizontal direction including the gate line 22, the gate electrode 26, and the gate pad 24. To form a gate wiring extending.
이 때, 제1 게이트 배선층(221, 241, 261)을 Mo 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 Mo 합금에 대한 식각비는 Ag 합금에 대한 식각비가 더 크므로 게이트 배선은 테이퍼(taper) 구조로 형성할 수 있다.At this time, when the first gate wiring layers 221, 241, and 261 are formed of Mo alloy and the second gate wiring layers 222, 242, and 262 are formed of Ag alloy, both of these layers are phosphoric acid which is an Ag alloy etchant. It is etched by a mixture of 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 the Mo alloy by the phosphoric acid, nitric acid, acetic acid, and ultrapure water mixture is larger than that of the Ag alloy, the gate wiring may be formed in a tapered structure.
다음, 도 4a 및 도 4b에 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. 4A and 4B, a three-layer film of a gate insulating film 30 made of silicon nitride, a semiconductor layer 40 made of amorphous silicon, and a doped amorphous silicon layer 50 is sequentially stacked, and the semiconductor The semiconductor layer 40 and the ohmic contact layer 50 are formed on the gate insulating layer 30 on the gate electrode 24 by photolithography by etching the layer 40 and the doped amorphous silicon layer 50.
다음, 도 5a 내지 도 5b에 도시한 바와 같이, Cr 또는 Mo 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.Next, as illustrated in FIGS. 5A to 5B, the first data wiring layers 651, 661, and 681 are deposited by depositing Cr or Mo alloys, and the second data wiring layer 652 by depositing Al or Ag alloys. , 662, and 682 are stacked, and then photo-etched to form a data line 62 intersecting the gate line 22 and a source electrode 65 connected to the data line 62 and extending to an upper portion of the gate electrode 26. The data line 62 is separated from the data pad 68 and the source electrode 64 connected to one end and includes a drain electrode 66 facing the source electrode 65 around the gate electrode 26. A data wiring is formed.
이어, 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 silicon layer pattern 50, which is not covered by the data lines 62, 65, 66, and 68, is etched and separated on both sides of the gate electrode 26, while both doped amorphous silicon layers ( The semiconductor layer pattern 40 between 55 and 56 is exposed. Subsequently, in order to stabilize the surface of the exposed semiconductor layer 40, it is preferable to perform oxygen plasma.
다음으로, 도 6a 및 6b에서 보는 바와 같이, 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 막(저유전 절연막)을 화학 기상 증착(CVD) 법에 의하여 성장시켜 보호막(70)을 형성한다. 이때, 상기 저유전 CVD막은 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 폴리오르가노실세스퀴옥산을 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA) 등의 용매에 용해시킨 후 박막 트랜지스터 위에 도포하여 막을 형성하고 N2O 또는 O2를 사용하는 PECVD법에 의하여 증착하여 이루어질 수 있다. 또한, 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 경우 분자내에 SiO2계열의 케이지 화합물을 결합시키거나 또는 기공형성물질 (porogen)과 혼합하고 분해시켜 막을 형성한 후 PECVD법으로 증착시켜 이루어질 수 있다.Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, a film (low dielectric insulating film) containing polyorganosilsesquioxane or a polyorganosilsesquioxane with pores is grown by chemical vapor deposition (CVD) to form a protective film. Form 70. In this case, the low-dielectric CVD film is dissolved in a polyorganosilsesquioxane of Formula 1 or Formula 2 in a solvent such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and then coated on a thin film transistor to form a film and N 2 O or O It can be made by depositing by PECVD method using 2 . In addition, when the pore-forming polyorganosilsesquioxane is included, the SiO 2 series cage compound may be combined in the molecule, or mixed with the pore-forming material and decomposed to form a film, and then deposited by PECVD. have.
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 passivation layer 70 is patterned together with the gate insulating layer 30 by a photolithography process to form contact holes 74, 76, and 78 that expose the gate pad 24, the drain electrode 66, and the data pad 68. Form. Here, the contact holes 74, 76, 78 may be formed in an angled shape or a circular shape, the area of the contact holes 74, 78 exposing the pads 24, 68 is greater than 2mm x 60㎛. It is preferable that it is 0.5 mm x 15 micrometers or more.
다음, 마지막으로 도 1 및 2에 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 shown in FIGS. 1 and 2, the ITO or IZO film is deposited, photo-etched, and connected to the drain electrode 66 through the first contact hole 76, and the second and second electrodes. The auxiliary gate pad 86 and the auxiliary data pad 88 are formed to be connected to the gate pad 24 and the data pad 68 through the three contact holes 74 and 78, respectively. It is preferable to use nitrogen as the gas used in the pre-heating process before laminating ITO or IZO. This is to prevent the metal oxide film from being formed on the upper portions of the metal films 24, 66, and 68 exposed through the contact holes 74, 76, and 78.
이상과 같이 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 막(저유전율 절연막)을 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.As described above, by using a film (low dielectric constant insulating film) containing polyorganosilsesquioxane or a polyorganosilsesquioxane having pores as the protective film 70, the parasitic capacitance problem can be solved, and thus the aperture ratio can be maximized. have. In addition, the deposition and etch rates are fast, reducing process time.
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 7 내지 도 9를 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. 7 to 9.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 8 및 도 9는 각각 도 7에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 VIII-VIII' 선 및 IX-IX' 선에 대한 단면도이다.FIG. 7 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 8 and 9 are lines VIII-VIII 'and IX-IX', respectively, of the thin film transistor substrate shown in FIG. The cross section for
먼저, 절연 기판(10) 위에 제1 실시예와 동일하게 크롬(Cr) 또는 몰리브덴 (Mo) 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.First, the first gate wiring layers 221, 241, and 261 made of chromium (Cr) or molybdenum (Mo) alloy and the like on the insulating substrate 10, and aluminum (Al) or silver (Ag) alloy, as in the first embodiment. A gate wiring formed of a double layer of the second gate wiring layers 222, 242, and 262 formed of the back and the like is formed. The gate wiring includes a gate line 22, a gate pad 24, and a gate electrode 26.
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 storage electrode line 28 is formed on the substrate 10 in parallel with the gate line 22. The storage electrode line 28 also includes a double layer of the first gate wiring layer 281 and the second gate wiring layer 282. The storage electrode line 28 overlaps with the conductive capacitor pattern 68 for the storage capacitor connected to the pixel electrode 82 to be described later to form a storage capacitor which improves the charge retention capability of the pixel. The pixel electrode 82 and the gate line to be described later will be described. If the holding capacity generated by the overlap of (22) is sufficient, it may not be formed. The same voltage as that of the common electrode of the upper substrate is usually applied to the storage electrode line 28.
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 gate insulating film 30 made of silicon nitride (SiN x ) is formed on the gate wirings 22, 24, 26, and the storage electrode line 28 to cover the gate wirings 22, 24, 26, and 28.
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 gate insulating layer 30, semiconductor patterns 42 and 48 made of semiconductors such as hydrogenated amorphous silicon are formed, and on the semiconductor patterns 42 and 48, n-type impurities such as phosphorus (P) have a high concentration. An ohmic contact layer pattern or an intermediate layer pattern 55, 56, 58 made of amorphous silicon doped with is formed.
저항성 접촉층 패턴(55, 56, 58) 위에는 Cr 또는 Mo 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.On the ohmic contact layer patterns 55, 56, and 58, the first data wiring layers 621, 641, 651, 661, and 681 made of Cr or Mo alloy and the like and the second data wiring layers 622 and 642 made of Al or Ag alloy and the like. Data lines 62, 64, 65, 66, and 68 formed of a double layer of 652, 662, and 682 are formed. The data line is a thin film transistor which is a branch of the data line 62 formed in the vertical direction, the data pad 68 connected to one end of the data line 62 to receive an image signal from the outside, and the data line 62. And data line portions 62, 68, and 65 made up of a source electrode 65, and are separated from the data line portions 62, 68, and 65, and formed on the gate electrode 26 or the channel portion C of the thin film transistor. On the other hand, the drain electrode 66 of the thin film transistor positioned on the opposite side of the source electrode 65 and the conductor pattern 64 for the storage capacitor located on the storage electrode line 28 are also included. When the storage electrode line 28 is not formed, the conductor pattern 64 for the storage capacitor is also not formed.
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 데이터 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 contact layer patterns 55, 56, and 58 serve to lower the contact resistance between the semiconductor patterns 42 and 48 below and the data lines 62, 64, 65, 66, and 68 above them. It has exactly the same form as (62, 64, 65, 66, 68). That is, the data line part intermediate layer pattern 55 is the same as the data line parts 62, 68, and 65, the drain electrode intermediate layer pattern 56 is the same as the drain electrode 66, and the storage capacitor intermediate layer pattern 58 is It is the same as the conductor pattern 64 for holding capacitors.
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 semiconductor patterns 42 and 48 have the same shape as the data lines 62, 64, 65, 66, and 68 and the ohmic contact layer patterns 55, 56, and 58 except for the channel portion C of the thin film transistor. Doing. Specifically, the semiconductor capacitor 48 for the storage capacitor, the conductor pattern 64 for the storage capacitor, and the contact layer pattern 58 for the storage capacitor have the same shape, but the semiconductor pattern 42 for the thin film transistor has data wiring and contact. Slightly different from the rest of the layer pattern. That is, in the channel portion C of the thin film transistor, the data line portions 62, 68, and 65, in particular, the source electrode 65 and the drain electrode 66 are separated, and the contact layer pattern for the data line intermediate layer 55 and the drain electrode. Although 56 is also separated, the semiconductor pattern 42 for thin film transistors is not disconnected here and is connected to generate a channel of the thin film transistor.
데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68) 위에는 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 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 1.5에서 4.0 사이의 값을 가진다.On the data lines 62, 64, 65, 66, 68, a protective film 70 made of a polyorganosilsesquioxane or a polyorganosilsesquioxane formed with pores (low dielectric constant insulating film) is formed. Therefore, even a thin thickness does not cause a parasitic capacity problem. Excellent adhesion to another film and step coverage. Moreover, since it is an inorganic insulating film, heat resistance is excellent compared with an organic insulating film. In this case, the dielectric constant of the low dielectric constant insulating film has a value between 1.5 and 4.0.
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 protective film 70 has contact holes 76, 78, and 72 that expose the drain electrode 66, the data pad 64, and the conductive pattern 68 for the storage capacitor, and also the gate along with the gate insulating film 30. It has a contact hole 74 which exposes the pad 24.
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 passivation layer 70, a pixel electrode 82 that receives an image signal from a thin film transistor and generates an electric field together with the electrode of the upper plate is formed. The pixel electrode 82 is made of a transparent conductive material such as ITO or indium tin oxide (IZO), and is physically and electrically connected to the drain electrode 66 through the contact hole 76 to receive an image signal. The pixel electrode 82 also overlaps with the neighboring gate line 22 and the data line 62 to increase the aperture ratio, but may not overlap. In addition, the pixel electrode 82 is also connected to the storage capacitor conductor pattern 64 through the contact hole 72 to transmit an image signal to the conductor pattern 64. On the other hand, an auxiliary gate pad 86 and an auxiliary data pad 88 connected to the gate pad 24 and the data pad 68 through the contact holes 74 and 78, respectively, are formed. 68) and to protect the pads and the adhesion of the external circuit device, and is not essential, their application is optional.
그러면, 도 7 내지 도 9의 구조를 가지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 4매 마스크를 이용하여 제조하는 방법에 대하여 상세하게 도 7 내지 도 9와 도 10a 내지 도 17c를 참조하여 설명하기로 한다.Next, a method of manufacturing a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device having the structure of FIGS. 7 to 9 using four masks will be described in detail with reference to FIGS. 7 to 9 and 10A to 17C. .
먼저, 도 10a 내지 10c에 도시한 바와 같이, 제1 실시예와 동일하게 물리 화학적 특성이 우수한 Cr 또는 Mo 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.First, as shown in FIGS. 10A to 10C, the first gate wiring layers 221, 241, 261, and 281 are laminated by depositing Cr or Mo alloy having excellent physicochemical properties, and the like, as in the first embodiment. The second gate wiring layers 222, 242, 262, and 282 are stacked by depositing the small Al or Ag alloy, and then photo-etched to include the gate lines 22, the gate pads 24, and the gate electrodes 26. The gate wiring and the sustain electrode line 28 are formed.
다음, 도 11a 및 11b에 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. 11A and 11B, the gate insulating film 30, the semiconductor layer 40, and the intermediate layer 50 made of silicon nitride are respectively 1,500 kV to 5,000 kPa and 500 kPa to 2,000 using chemical vapor deposition. 증착, 300 600 to 600 연속 continuous deposition, followed by deposition by a method such as sputtering the first conductive film 601 made of Cr or Mo alloy or the like and the second conductive film 602 made of Al or Ag alloy. After the conductor layer 60 is formed, the photosensitive film 110 is applied thereon with a thickness of 1 μm to 2 μm.
그 후, 마스크를 통하여 감광막(110)에 빛을 조사한 후 현상하여, 도 12b 및12c에 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 photosensitive film 110 is irradiated with light through a mask and then developed to form photosensitive film patterns 112 and 114 as shown in FIGS. 12B and 12C. In this case, among the photoresist patterns 112 and 114, the channel portion C of the thin film transistor, that is, the first portion 114 positioned between the source electrode 65 and the drain electrode 66, is the data wiring portion A, that is, the data. The thickness of the wirings 62, 64, 65, 66, and 68 is smaller than that of the second portion 112 positioned at the portion where the wirings 62, 64, 65, 66, and 68 are to be formed, and all the photoresist of the other portion B is removed. At this time, the ratio of the thickness of the photoresist film 114 remaining in the channel portion C to the thickness of the photoresist film 112 remaining in the data wiring portion A should be different depending on the process conditions in the etching process described later. It is preferable to make the thickness of the 1st part 114 into 1/2 or less of the thickness of the 2nd part 112, for example, it is good that it is 4,000 Pa or less.
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 apparatus used for exposure. 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 있다.The thin film 114 is formed by using a photoresist film made of a reflowable material, and is exposed to a conventional mask that is divided into a part that can completely transmit light and a part that cannot fully transmit light, and then develops and ripples. It can also be formed by letting a part of the photosensitive film flow to the part which does not remain by making it low.
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 photoresist pattern 114 and the underlying layers, that is, the conductor layer 60, the intermediate layer 50, and the semiconductor layer 40. In this case, the data line and the lower layer of the data line remain in the data wiring portion A, and only the semiconductor layer should remain in the channel portion C, and the upper three layers 60, 50, 40 must be removed to expose the gate insulating film 30.
먼저, 도 13a 및 13b에 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. 13A and 13B, the exposed conductor layer 60 of the other portion B is removed to expose the lower intermediate layer 50. In this process, both a dry etching method and a wet etching method may be used. In this case, the conductor layer 60 may be etched and the photoresist patterns 112 and 114 may be hardly etched. However, in the case of dry etching, it is difficult to find a condition in which only the conductor layer 60 is etched and the photoresist patterns 112 and 114 are not etched, so that the photoresist patterns 112 and 114 may also be etched together. In this case, the thickness of the first portion 114 is thicker than that of the wet etching so that the first portion 114 is removed in this process so that the lower conductive layer 60 is not exposed.
이렇게 하면, 도 13a 및 도 13b에 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. 13A and 13B, only the conductor layers of the channel portion C and the data wiring portion B, that is, the conductor pattern 67 for the source / drain and the conductor pattern 68 for the storage capacitor, are provided. All of the conductor layer 60 of the remaining portion B is removed, revealing the underlying intermediate layer 50. The remaining conductor patterns 67 and 64 have the same shape as the data lines 62, 64, 65, 66 and 68 except that the source and drain electrodes 65 and 66 are connected without being separated. In addition, when dry etching is used, the photoresist patterns 112 and 114 are also etched to a certain thickness.
이어, 도 14a 및 14b에 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 O2의 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. 14A and 14B, the exposed intermediate layer 50 of the other portion B and the semiconductor layer 40 thereunder are simultaneously removed by the dry etching method together with the first portion 114 of the photosensitive film. do. At this time, etching is performed under the condition that the photoresist patterns 112 and 114, the intermediate layer 50, and the semiconductor layer 40 (the semiconductor layer and the intermediate layer have almost no etching selectivity) are simultaneously etched, and the gate insulating layer 30 is not etched. In particular, it is preferable to etch under conditions in which the etch ratios of the photoresist patterns 112 and 114 and the semiconductor layer 40 are almost the same. For example, by using a mixed gas of SF 6 and HCl or a mixed gas of SF 6 and O 2 , the two films can be etched to almost the same thickness. When the etching ratios of the photoresist patterns 112 and 114 and the semiconductor layer 40 are the same, the thickness of the first portion 114 should be equal to or smaller than the sum of the thicknesses of the semiconductor layer 40 and the intermediate layer 50.
이렇게 하면, 도 14a 및 14b에 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 first portion 114 of the channel portion C, revealing the source / drain conductor pattern 67, as shown in FIGS. 14A and 14B, and the intermediate layer 50 of the other portion B. And the semiconductor layer 40 is removed to expose the gate insulating layer 30 thereunder. On the other hand, since the second portion 112 of the data wiring portion A is also etched, the thickness becomes thin. In this step, the semiconductor patterns 42 and 48 are completed. Reference numerals 57 and 58 denote intermediate layer patterns under the source / drain conductor patterns 67 and intermediate layer patterns under the storage capacitor conductor patterns 64, respectively.
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 / drain conductor pattern 67 of the channel portion C.
다음, 도 15a 및 15b에 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 중간층패턴(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 15b에 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 illustrated in FIGS. 15A and 15B, the source / drain conductor pattern 67 of the channel part C and the source / drain interlayer pattern 57 below are etched and removed. In this case, the etching may be performed only by dry etching with respect to both the source / drain conductor pattern 67 and the intermediate layer pattern 57. The etching may be performed by wet etching on the source / drain conductor pattern 67. 57 may be performed by dry etching. In the former case, it is preferable to perform etching under a condition in which the etching selectivity of the source / drain conductor pattern 67 and the interlayer pattern 57 is large, which is difficult to find the etching end point when the etching selectivity is not large. This is because it is not easy to adjust the thickness of the semiconductor pattern 42 remaining in the " In the latter case of alternating between wet etching and dry etching, the side surface of the wet-etched source / drain conductor pattern 67 is etched, but the dry-etched intermediate layer pattern 57 is hardly etched, and thus is formed in a step shape. Examples of the etching gas used to etch the intermediate layer pattern 57 and the semiconductor pattern 42 include a mixture gas of CF 4 and HCl or a mixture gas of CF 4 and O 2 , and CF 4 and O 2 . The semiconductor pattern 42 may be left at a uniform thickness. In this case, as shown in FIG. 15B, a portion of the semiconductor pattern 42 may be removed to reduce the thickness, and the second portion 112 of the photoresist pattern may also be etched to a certain thickness at this time. At this time, the etching must be performed under the condition that the gate insulating film 30 is not etched, and the photoresist film is not exposed so that the second portion 112 is etched so that the data lines 62, 64, 65, 66, and 68 underneath are not exposed. It is a matter of course that the pattern is thick.
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 source electrode 65 and the drain electrode 66 are separated, thereby completing the data lines 62, 64, 65, 66, and 68 and the contact layer patterns 55, 56, and 58 under the data lines.
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 second photoresist layer 112 remaining in the data wiring portion A is removed. However, the removal of the second portion 112 may be made after removing the conductor pattern 67 for the channel portion C source / drain and before removing the intermediate layer pattern 57 thereunder.
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 16a 및 도 16b에 도시한 바와 같이, 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 막(저유전 절연막)을 화학 기상 증착(CVD) 법에 의하여 성장시켜 보호막(70)을 형성한다. 이때, 상기 저유전 CVD막은 상기 화학식 1 또는 화학식 2의 폴리오르가노실세스퀴옥산을 프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(PGMEA) 등의 용매에 용해시킨 후 박막 트랜지스터 위에 도포하여 막을 형성하고 N2O 또는 O2를 사용하는 PECVD법에 의하여 증착하여 이루어질 수 있다. 또한, 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 경우 분자내에 SiO2계열의 케이지 화합물을 결합시키거나 또는 기공형성물질 (porogen)과 혼합하고 분해시켜 막을 형성한 후 PECVD법으로 증착시켜 이루어질 수 있다. 이 경우 상기 저유전율 절연막의 유전율은 1.5에서 4.0 사이의 값을 가진다.Next, as shown in FIGS. 16A and 16B, a film (low dielectric insulating film) containing polyorganosilsesquioxane or a polyorganosilsesquioxane with pores is grown by chemical vapor deposition (CVD). The protective film 70 is formed. In this case, the low-dielectric CVD film is dissolved in a polyorganosilsesquioxane of Formula 1 or Formula 2 in a solvent such as propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA) and then coated on a thin film transistor to form a film and N 2 O or O It can be made by depositing by PECVD method using 2 . In addition, when the pore-forming polyorganosilsesquioxane is included, the SiO 2 series cage compound may be combined in the molecule, or mixed with the pore-forming material and decomposed to form a film, and then deposited by PECVD. have. In this case, the dielectric constant of the low dielectric constant insulating film has a value between 1.5 and 4.0.
이어, 도 17a 내지 도 17c에 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.17A to 17C, the protective film 70 is etched together with the gate insulating film 30 to electrically conduct the drain electrode 66, the gate pad 24, the data pad 68, and the conductive capacitor. Contact holes 76, 74, 78, and 72 are formed to expose the sieve pattern 64, respectively. At this time, the area of the contact holes 74 and 78 exposing the pads 24 and 68 does not exceed 2 mm x 60 m, and is preferably 0.5 mm x 15 m or more.
마지막으로, 도 8 내지 도 10에 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.Finally, as shown in FIGS. 8 to 10, a pixel connected to the drain electrode 66 and the conductive capacitor conductor 64 for the storage capacitor by depositing and etching the ITO layer or the IZO layer having a thickness of 400 kHz to 500 kHz. An electrode 82, an auxiliary gate pad 86 connected to the gate pad 24, and an auxiliary data pad 88 connected to the data pad 68 are formed.
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 In2O3및 ZnO를 포함하는 것이 바람직하며, ZnO의 함유량은 15-20 wt% 범위인 것이 바람직하다.In this case, when the pixel electrode 82, the auxiliary gate pad 86, and the auxiliary data pad 88 are formed of IZO, chromium etchant may be used as an etchant. Thus, the data exposed through the contact hole during the photolithography process for forming them may be used. Corrosion of the wiring or gate wiring metal can be prevented. Such chromium etchant includes (HNO 3 / (NH 4 ) 2 Ce (NO 3 ) 6 / H 2 O). In addition, in order to minimize the contact resistance of the contact portion, it is preferable to stack IZO in a range of 200 ° C. or less at room temperature, and a target used to form the IZO thin film preferably includes In 2 O 3 and ZnO. The content of ZnO is preferably in the range of 15-20 wt%.
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 metal film 24 exposed through the contact holes 72, 74, 76, and 78. This is to prevent the metal oxide film from being formed on the upper portions of 64, 66 and 68.
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 contact layer patterns 55, 56, 58 and the semiconductor pattern 42 below the data wirings 62, 64, 65, 66, and 68, as well as the effects of the first embodiment. , 48 may be formed using a single mask, and the manufacturing process may be simplified by separating the source electrode 65 and the drain electrode 66 in this process.
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 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 19는 도 18에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 절단선 XIX-XIX'을 따라 나타낸 단면도이다. 도 19에는 박막 트랜지스터 기판인 하부 기판과 이와 마주하는 상부 기판도 함께 도시하였다.18 is a layout view of a thin film transistor substrate according to a third exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 19 is a cross-sectional view of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 18 along a cutting line XIX-XIX ′. 19 illustrates 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 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 질화 크롬 및 질화 몰리브덴 등의 물질 중 어느 하나로 이루어진 상층(201)을 포함하는 데이터 배선(120, 121, 124)이 형성되어 있다.First, the lower substrate includes a lower layer 201 made of any one of materials such as copper, copper alloy, silver, silver alloy, aluminum and aluminum alloy, chromium, molybdenum, molybdenum alloy, chromium nitride, and the like on the upper portion of the insulating substrate 100. Data wirings 120, 121, and 124 including an upper layer 201 made of any one of materials such as molybdenum nitride are formed.
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 data wires 120, 121, and 124 are connected to the data lines 120 and the data lines 120 extending in the vertical direction, and receive data signals from the outside and transmit them to the data lines 120. And a light blocking unit 121 for blocking light incident to the semiconductor layer 170 of the thin film transistor formed later from the lower portion of the substrate 100 by the branch of the data line 120. Here, the light blocking unit 121 also has a function of a black matrix that blocks light leakage, and may be formed by disconnecting the data line 120 and disconnected wiring.
데이터 배선(120, 121, 124)은 이중막으로 형성되어 있지만, 구리 또는 구리 합금 또는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 등의 도전 물질로 이루어진 단일막으로 형성할 수도 있다.Although the data wirings 120, 121, and 124 are formed of a double layer, copper or copper alloy or aluminum (Al) or aluminum alloy (Al alloy), molybdenum (Mo) or molybdenum-tungsten (MoW) alloy, chromium (Cr) ) And a single film made of a conductive material such as tantalum (Ta).
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 크롬으로 형성한 경우를 예로 한 것이다. 구체적인 예로, 하층(201)을 Al-Nd로 형성하고, 상층(202)을 CrNx로 형성할 수 있다.Here, the lower layer 201 is resisted considering that the pixel wirings 410, 411, 412 and the auxiliary pads 413, 414 formed after the data wirings 120, 121, and 124 are indium tin oxide (ITO). For example, this small material is formed of aluminum, aluminum alloy, silver, silver alloy, copper (Cu), copper alloy, and the like, and the upper layer 202 is formed of chromium, which is a material having good contact properties with other materials. will be. As a specific example, the lower layer 201 may be formed of Al-Nd, and the upper layer 202 may be formed of CrNx.
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 pixel wirings 410, 411, 412 and the auxiliary pads 413, 414 are indium zinc oxide (IZO), it is preferable to make the data wirings 120, 121, and 124 a single layer of aluminum or an aluminum alloy. Since copper has excellent contact properties with IZO and ITO, it may be formed from a single film of copper.
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 substrate 100, color filters 131, 132, and 133 of red (R), green (G), and blue (B), whose edges overlap the edges of the data lines 120 and 121, are respectively formed. Formed. The color filters 131, 132, and 133 may be formed to cover all of the data lines 120.
데이터 배선(120, 121, 124) 및 색필터(131, 132, 133) 위에는 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 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 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 막(저유전율 CVD막)은 버퍼층(140)으로 사용하기에 적격이다. 즉, 상기 버퍼층의 유전율은 1.5에서 4 사이의 값으로 낮고, 증착 속도가 매우 빠르며, BCB(bisbenzocyclobutene) 또는 PFCB(perfluorocyclobutene) 등의 유기 절연 물질에 비하여 가격이 저렴하다. 또한 상기 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 박막은 상온에서 400 ℃에 이르는 넓은 온도 범위에서 우수한 절연 특성을 가진다.A buffer layer 140 made of a film (low dielectric insulating film) containing polyorganosilsesquioxane or polyorganosilsesquioxane with pores formed on the data wires 120, 121, 124 and the color filters 131, 132, and 133. ) Is formed. Here, the buffer layer 140 is a layer for preventing outgassing from the color filters 131, 132, and 133 and preventing the color filter itself from being damaged by heat and plasma energy in a subsequent process. In addition, since the buffer layer 140 separates the lowermost data lines 120, 121, and 124 from the thin film transistor array, the lower the dielectric constant and the thicker the thickness, the more advantageous it is to reduce the parasitic capacitance therebetween. In view of this point, a film containing a polyorganosilsesquioxane (low dielectric constant CVD film) is suitable for use as the buffer layer 140. That is, the dielectric constant of the buffer layer is low as a value between 1.5 and 4, the deposition rate is very fast, and the price is lower than that of an organic insulating material such as bisbenzocyclobutene (BCB) or perfluorocyclobutene (PFCB). In addition, the thin film including the polyorganosilsesquioxane has excellent insulation properties in a wide temperature range from room temperature to 400 ℃.
버퍼층(140) 위에는 상부에 구리, 구리 합금, 은, 은 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금 등의 물질 중 어느 하나로 이루어진 하층(501)과 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 질화 크롬, 질화 몰리브덴 등의 물질 중 어느 하나로 이루어진 상층(502)을 포함하는 이중층 구조의 게이트 배선이 형성되어 있다.On the buffer layer 140, any one of a lower layer 501 made of any one of materials such as copper, copper alloy, silver, silver alloy, aluminum, and aluminum alloy and material such as chromium, molybdenum, molybdenum alloy, chromium nitride, and molybdenum nitride The gate wiring of the double layer structure which consists of one upper layer 502 is formed.
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 gate line 150 and the gate line 150 defining the unit pixel by crossing the data line 120 to receive the scan signal from the outside to the gate line 150. And a gate electrode 151 of the thin film transistor which is a part of the gate pad 152 and the gate line 150 to transfer.
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 gate line 150 overlaps with the pixel electrode 410 to be described later to form a storage capacitor that improves the charge storage capability of the pixel, and the sustain is generated by overlapping the pixel electrode 410 and the gate line 150 to be described later. If the capacitance is not sufficient, a common electrode for the storage capacitance may be formed.
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)\Cr의 이중층 또는 Cu\Cr의 이중층이 그 예이다. 또한, 접촉 특성을 개선하기 위해 질화 크롬막이나 질화 몰리브덴막 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\Cr. In addition, a chromium nitride film, a molybdenum 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 사용한다.The low temperature deposition gate insulating layer 160 is formed on the gate lines 150, 151, and 152 and the buffer layer 140. In this case, the low temperature deposition gate insulating film 160 may be formed of an organic insulating film, a low temperature amorphous silicon oxide film, a low temperature amorphous silicon nitride film, or the like. In the thin film transistor structure according to the present invention, since the color filter is formed on the lower substrate, the gate insulating film may be deposited at a low temperature, not a normal insulating film deposited at a high temperature, for example, low temperature deposition capable of depositing at a low temperature of 250 ° C. or less. An insulating film is used.
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 layer semiconductor layer 171 is formed in an island shape on the gate insulating layer 160 of the gate electrode 151. In the double layer semiconductor layer 171, the lower semiconductor layer 701 is made of amorphous silicon having a high band gap, and the upper semiconductor layer 702 is made of ordinary amorphous silicon having a lower band gap than the lower semiconductor 701. . For example, the band gap of the lower semiconductor layer 701 may be 1.9 to 2.1 eV, and the band gap of the upper semiconductor layer 702 may be 1.7 to 1.8 eV. Here, the lower semiconductor layer 701 is formed to a thickness of 50 to 200 GPa, and the upper semiconductor layer 702 is formed to a thickness of 1000 to 2000 GPa.
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 upper semiconductor layer 702 and the lower semiconductor layer 701 having different band gaps. At this time, when the TFT is turned on, a channel is formed in the band offset region located between the two semiconductor layers 701 and 702. Since this band offset region has basically the same atomic structure, there are few defects and favorable TFT characteristics can be expected.
반도체층(171)은 단일층으로 형성할 수도 있다.The semiconductor layer 171 may be formed as a single layer.
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 semiconductor layer 171, ohmic contact layers 182 and 183 including amorphous silicon or microcrystalline silicon or metal silicide doped with a high concentration of n-type impurities such as phosphorus (P) are mutually formed. It is formed separately.
저항성 접촉층(182, 183) 위에는 ITO로 이루어진 소스용 및 드레인용 전극(412, 411) 및 화소 전극(410)을 포함하는 화소 배선(410, 411, 412)이 형성되어 있다. 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 ohmic contacts 182 and 183, pixel wirings 410, 411 and 412 including source and drain electrodes 412 and 411 and pixel electrodes 410 made of ITO are formed. The source electrode 412 is connected to the data line 120 through the contact hole 161 formed in the gate insulating layer 160 and the buffer layer 140. The drain electrode 411 is connected to the pixel electrode 410 and receives an image signal from the thin film transistor and transmits the image signal to the pixel electrode 410. The pixel wirings 410, 411 and 412 are made of a transparent conductive material such as ITO or IZO.
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 게이트패드(413)는 게이트 패드(152)의 상부막(502)인 크롬막과 직접 접촉하고 있으며, 보조 데이터 패드(414) 또한 데이터 패드(124)의 상부막(202)인 크롬막과 직접 접촉하고 있다. 이때, 게이트 패드(152) 및 데이터 패드(124)가 질화 크롬막이나 질화 몰리브덴막을 포함하는 경우에는 보조 게이트 패드(413) 및 보조 데이터 패드(414)는 질화 크롬막이나 질화 몰리브덴막과 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 auxiliary gate pad 413 and the auxiliary data pad connected to the gate pad 152 and the data pad 124 through the contact holes 162 and 164 in the same layer as the pixel wirings 410, 411, and 412, respectively. 414 is formed. Here, the auxiliary gate pad 413 is in direct contact with the chrome film, which is the upper film 502 of the gate pad 152, and the auxiliary data pad 414 is also a chrome film, which is the upper film 202 of the data pad 124. Is in direct contact with In this case, when the gate pad 152 and the data pad 124 include a chromium nitride film or a molybdenum nitride film, the auxiliary gate pad 413 and the auxiliary data pad 414 are in contact with the chromium nitride film or the molybdenum nitride film. desirable. These are not essential to complement the adhesion between the pads 152 and 124 and the external circuit device and to protect the pads, and their application is optional. The pixel electrode 410 also overlaps the neighboring gate line 150 and the data line 120 to increase the aperture ratio, but may not overlap.
여기서, 저항성 접촉층(182, 183)은 ITO의 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 electrodes 412 and 411 of the ITO and the semiconductor layer 171, and may be a microcrystalline silicon layer or molybdenum, nickel, Metal silicides such as chromium may be included, and a metal film for silicide may remain.
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 passivation layer 190 is formed on the source and drain electrodes 412 and 411 to protect the thin film transistor, and a photosensitive colored organic layer 430 having a dark color having excellent light absorption is formed thereon. have. In this case, the colored organic layer 430 serves to block light incident to the semiconductor layer 171 of the thin film transistor, and adjusts the height of the colored organic layer 430 to face the lower insulating substrate 100. It is used as a spacer to maintain the gap between the insulating substrate 200. Here, the passivation layer 190 and the organic layer 430 may be formed along the gate line 150 and the data line 120, and the organic layer 430 blocks light leaking around the gate line and the data line. It can have a role.
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 organic layer 430 is designed to cover all the gaps between the pixel electrode and each metal layer, as in the thin film transistor substrate according to the fourth embodiment of the present invention described below, light blocking is performed on the upper substrate. There is an advantage that does not need to design a separate black matrix for.
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 upper substrate 200 is made of ITO or IZO, and the common electrode 210 for generating an electric field together with the pixel electrode 410 is formed on the entire surface.
그러면, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 대하여 도 20a 내지 27b와 앞서의 도 18 및 도 19를 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. 20A to 27B and FIGS. 18 and 19.
먼저, 도 20a와 20b에 도시한 바와 같이, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리 합금 등과 같이 저저항을 가지는 도전 물질과 크롬 또는 몰리브덴 또는 티타늄 또는 질화 크롬 또는 질화 몰리브덴 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. 20A and 20B, a conductive material having low resistance, such as aluminum, an aluminum alloy, copper, or a copper alloy, and an excellent contact property with ITO such as chromium or molybdenum or titanium, chromium nitride, or molybdenum nitride, etc. The material is sequentially deposited by a method such as sputtering, and is dry or wet etched by a photolithography process using a mask to form a double layer structure of a lower layer 201 and an upper layer 202 on the lower insulating substrate 100. The data wires 120, 121, and 124 including the data pads 124 and the light blocking unit 121 are formed.
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 크롬 또는 몰리브덴 또는티타늄의 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 pixel wirings 410, 411, 412 and the auxiliary pads 413, 414 formed thereafter are indium tin oxide (ITO), aluminum or aluminum alloys or copper (Cu) or copper alloys may be used. Although the data wiring including the lower layer 201 and the upper layer 202 of chromium, molybdenum or titanium is formed, the pixel wirings 410, 411 and 412 and the auxiliary pads 413 and 414 are indium zinc oxide (IZO). It can be formed of a single film of aluminum or aluminum alloy, and can be formed of a single film of copper or copper alloy to simplify the manufacturing process.
이어, 도 21a 및 도 21b에 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 사용하지 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.Next, as shown in FIGS. 21A and 21B, 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 display 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) color filters 131, 132, and 133 are formed using three masks, but they are formed by moving one mask to reduce manufacturing costs. It may be. In addition, using a laser transfer method or a print method can be formed without using a mask, thereby minimizing the manufacturing cost. At this time, as shown in the figure. The edges of the color filters 131, 132, and 133 of red (R), green (G), and blue (B) may be formed to overlap the data line 120.
이어, 도 22a 및 도 22b에서 보는 바와 같이, 절연 기판(100) 상부에 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 막(저유전 절연막)을 화학 기상 증착(CVD) 법에 의하여 성장시켜 버퍼층(140)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIGS. 22A and 22B, a film (low dielectric insulating film) containing a polyorganosilsesquioxane or a polyorganosilsesquioxane formed with pores on the insulating substrate 100 is deposited using chemical vapor deposition (CVD). Growing) by a method to form a buffer layer 140.
이어, 크롬 또는 몰리브덴 또는 티타늄 또는 질화 크롬 또는 질화 몰리브덴 등과 같은 물리 화학적으로 안정한 물질과 알루미늄 또는 알루미늄 합금 또는 구리 또는 구리 합금 등과 같이 저저항을 가지는 도전 물질을 스퍼터링 따위의 방법으로연속 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.Subsequently, a physicochemically stable material such as chromium or molybdenum or titanium or chromium nitride or molybdenum nitride and a conductive material having a low resistance such as aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy are successively deposited by sputtering, and the like. Patterning is performed by a photolithography process to form gate lines 150, 151, and 152 including the gate line 150, the gate electrode 151, and the gate pad 152 on the buffer layer 140.
이 때, 게이트 배선(150, 151, 152)은 단일층 구조로 형성할 수 있다.In this case, the gate lines 150, 151, and 152 may be formed in a single layer structure.
이어, 도 23에 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.Next, as shown in FIG. 23, the low-temperature deposition gate insulating layer 160, the first amorphous silicon film 701, and the second amorphous silicon film 702 on the gate wirings 150, 151, and 152 and the organic insulating film 140. And an amorphous silicon film 180 doped with impurities.
저온 증착 게이트 절연막(160)은 250℃ 이하의 증착 온도에서도 증착될 수 있는 유기 절연막, 저온 비정질 산화 규소막, 저온 비정질 질화 규소막 등을 사용하여 형성할 수 있다.The low temperature deposition gate insulating layer 160 may be formed using an organic insulating layer, a low temperature amorphous silicon oxide film, a low temperature amorphous silicon nitride film, or the like, which may be deposited even at a deposition temperature of 250 ° C. or lower.
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, C2H6등을 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 amorphous silicon film 701 is formed of an amorphous silicon film having a high band gap, for example, a band gap of 1.9 to 2.1 eV, and the second amorphous silicon film 702 has a band gap of the first amorphous silicon film. For example, it is formed of a conventional amorphous silicon film having a band gap of less than 701, for example, 1.7 to 1.8 eV. In this case, the first amorphous silicon film 701 may be deposited by CVD by adding an appropriate amount of CH 4 , C 2 H 2 , or C 2 H 6 to SiH 4, which is a raw material gas of the amorphous silicon film. . For example, when SiH 4 : CH 4 is added to a CVD apparatus at a ratio of 1: 9 and the deposition process is performed, an amorphous silicon film containing about 50% of C and having a band gap of 2.0 to 2.3 eV is deposited. can do. As such, the band gap of the amorphous silicon layer is affected by the deposition process conditions, and the band gap can be easily adjusted in the range of 1.7 to 2.5 eV, depending on the amount of carbon compound added.
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 gate insulating layer 160, the first amorphous silicon film 701, the second amorphous silicon film 702, and the amorphous silicon film 180 doped with impurities are continuous without breaking the vacuum in the same CVD apparatus. Can be deposited.
다음, 도 24a 및 24b에 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.Next, as shown in FIGS. 24A and 24B, the first amorphous silicon film 701, the second amorphous silicon film 702, and the amorphous silicon film 180 doped with impurities are patterned by a photolithography process using a mask. The island-shaped semiconductor layer 171 and the ohmic contact layer 181 are formed, and at the same time, the data line 120, the gate pad 152, and the data pad 124 are formed on the low temperature deposition gate insulating layer 160 and the organic insulating layer 140. Contact holes 161, 162, and 164 are respectively formed.
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 gate electrode 151, all of the first and second amorphous silicon layers 701 and 702 and the amorphous silicon layer 180 doped with impurities should be removed, and the upper portion of the gate pad 152 may be removed. Along with the first and second amorphous silicon films 701 and 702 and the amorphous silicon film 180 doped with impurities, the gate insulating layer 160 should be removed, and the upper portion of the data line 120 and the data pad 124 may be removed. The organic insulating layer 140 should be removed along with the first and second amorphous silicon layers 701 and 702, the amorphous silicon layer 180 doped with impurities, and the low temperature deposition gate insulating layer 160.
이를 하나의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 형성하기 위해서는 부분적으로 다른 두께를 가지는 감광막 패턴을 식각 마스크로 사용해야 한다. 이에 대하여 도 25와 도 26을 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. 25 and 26 together.
우선, 도 25에 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. 25, after the photoresist film is coated on the impurity doped amorphous silicon film 180 to a thickness of 1 μm to 2 μm, the photoresist film is irradiated with light through a photolithography process. The photoresist patterns 312 and 314 are formed.
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 first portion 312 positioned above the gate electrode 151 among the photoresist patterns 312 and 314 is formed to have a thickness greater than that of the remaining second portions 314, and the data line 120 and the data pad are formed. The photoresist may not exist on the portion 124 and the gate pad 152. It is preferable to make the thickness of the 2nd part 314 into 1/2 or less of the thickness of the 1st part 312, for example, it is good that it is 4,000 Pa or less.
이와 같이, 위치에 따라 감광막의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있는 데, 여기에서는 양성 감광막을 사용하는 경우에 대하여 설명한다.As described above, there may be various ways of varying the thickness of the photosensitive film according to the position. Here, the case of using the positive photosensitive 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 mask 1000 that can control the amount of light by forming a pattern smaller than the resolution of the exposure machine, for example, a slit or lattice pattern in the B region or a semi-transparent film, Depending on the amount or intensity of light irradiated, the degree of decomposition of the polymers is different. At this time, if the exposure is stopped at a time when the polymers of the C region completely exposed to light are completely decomposed, the amount of light passing through the B region where the slit or translucent film is formed is smaller than that of the portion completely exposed to the light. Part of the photoresist in the region is decomposed and the rest remains undecomposed. The longer exposure time decomposes all the molecules, so it should be avoided.
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 first portion 312 in which the molecules are not decomposed remains almost intact, and the second portion 314 which is irradiated with less light remains in a thinner thickness than the first portion 312, and is completely exposed to light. The photosensitive film is almost removed at the portion corresponding to the exposed C region.
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 26에 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 드러낸다. 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. 26, the amorphous silicon film 180, the second amorphous silicon film 702, and the first amorphous silicon film doped with impurities using the photoresist patterns 312 and 314 as an etching mask are used. 702 and the low temperature deposition gate insulating layer 160 are dry etched to complete the contact hole 162 exposing the gate pad 152, and expose the buffer layer 140 in the C region. Subsequently, dry etching the buffer layer 140 in the C region using the photoresist patterns 312 and 314 as an etching mask to complete the contact holes 161 and 164 exposing the data line 120 and the data pad 124. .
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 second portion 314 of the photoresist film is performed. In this case, an ashing process using oxygen may be added to completely remove the photoresist residue of the second portion 314.
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 second portion 314 of the photoresist pattern is removed, and the amorphous silicon film 180 doped with impurities is exposed, and the first portion 312 of the photoresist pattern is formed on the second portion 312 of the photoresist pattern. It remains reduced by thickness.
다음, 남아 있는 감광막 패턴의 제 1 부분(312)을 식각 마스크로 사용하여불순물이 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 amorphous silicon film 180 doped with impurities and the first and second amorphous silicon films 701 and 702 under the impurities are etched and removed using the first portion 312 of the remaining photoresist pattern as an etching mask. As a result, an island-like semiconductor layer 171 and an ohmic contact layer 181 are left on the low temperature deposition gate insulating layer 160 on the gate electrode 151.
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 first portion 312 of the photoresist film is removed. Here, an ashing process using oxygen may be added to completely remove the photoresist residue of the first portion 312.
다음, 도 27a 및 도 27b에서 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. 27A and 27B, an ITO layer is deposited and patterned by a photolithography process using a mask to form a pixel electrode 410, a source electrode 412, a drain electrode 411, and an auxiliary gate pad ( 413 and auxiliary data pads 414. In this case, IZO may be used instead of ITO.
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 resistive contact layer 181 is etched between the source electrode 412 and the drain electrode 411 as an etching mask to form a resistive contact layer pattern separated into two parts 182 and 183. The semiconductor layer 171 is exposed between the source electrode 412 and the drain electrode 411.
마지막으로 도 18 및 도 19에서 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. 18 and 19, an insulating material such as silicon nitride or silicon oxide and an insulating material such as a photosensitive organic material including black pigment are sequentially stacked on the lower insulating substrate 100, and a mask is applied. The exposure process is performed using the photolithography process to form the colored organic layer 430, and the protective layer 190 is formed by etching the insulating material under the substrate using the colored organic layer 430 as an etching mask. In this case, the colored organic layer 430 may block light incident to the thin film transistor, and may be formed on the gate line or the data line to provide a function of blocking light leaking around the wire. In addition, as in the embodiment of the present invention, the height of the organic layer 430 may be adjusted to be used as a spacer.
한편, 상부 절연 기판(200)의 위에는 ITO 또는 IZO의 투명한 도전 물질을 적층하여 공통 전극(210)을 형성한다.Meanwhile, the common electrode 210 is formed by stacking a transparent conductive material of ITO or IZO on the upper insulating substrate 200.
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 organic layer 430 is designed to cover all the gaps between the pixel electrode 410 and each metal layer, it is not necessary to design a separate black matrix for light blocking on the upper substrate. have.
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, 데이타선(120)으로 가려줄 수 없는 부분 즉, 서로 이웃하는 두 데이타선(120) 사이의 영역에는 유색 유기막(430)이 가려줄 수 있도록 형성할 수 있다.When the gate line 150 and the pixel electrode 410 are designed to have a predetermined interval, it is necessary to cover the light leaking portion between the pixel electrode 410 and the gate line 150. To this end, a portion of the data line 120 formed under the color filters 131, 132, and 133 is extended to protrude in the direction of the gate line 150 to close the gap between the gate line 150 and the pixel electrode 410. It can be formed to cover up. In this case, the colored organic layer 430 may be covered in a portion that cannot be covered by the data line 120, that is, an area between two neighboring data lines 120.
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 gate wirings 150, 151 and 152 to block light leaking around the edge of the screen display with a material for forming the gate wirings 150, 151 and 152. The vertical portion of the black matrix is formed on the same layer as the data lines 120, 121, and 124 to prevent light leaking around the edge of the screen display with a metal material for forming the data lines 120, 121, and 124. An addition can be formed.
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) 사이에는 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 gate wirings 150, 151 and 152 and the data wirings 120, 121 and 124 to block light leaking around the edges of the screen display. The light leaking area between the gate line 150 and the pixel electrode 410 is covered by the data wires 120, 121, and 124, and the light leaking area between two data wires 150 that is adjacent to the colored organic film 430. In this case, the data wirings, the gate wirings, and the spacers may cover all areas where light leaks from the thin film transistor substrate, and there is no need to form a separate black matrix on the upper substrate. Therefore, it is not necessary to consider the alignment error between the upper substrate and the lower substrate can improve the aperture ratio. In addition, since the gate insulating layer 160 and the buffer layer 140 having a low dielectric constant are formed between the data line 120 and the pixel electrode 410, the parasitic capacitance generated between them can be minimized, so that the characteristics of the display device can be minimized. As a result, the aperture ratio can be maximized since there is no need to space between them.
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 28 내지 도 29를 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. 28 to 29.
도 28은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 29는 도 28에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 XXIX-XXIX' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.FIG. 28 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. 29 is a cross-sectional view of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 28 taken along the line XXIX-XXIX '.
먼저, 절연 기판(10) 위에 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 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 made of a metal or a conductor such as aluminum (Al) or aluminum alloy (Al alloy), molybdenum (Mo) or molybdenum-tungsten (MoW) alloy, chromium (Cr), tantalum (Ta) or the like on the insulating substrate 10. Wiring is formed. The gate wiring is connected to the scan signal line or the gate line 22 extending in the horizontal direction, and the gate pad 24 and the gate that receive the scan signal from the outside and transmit the scan signal to the gate line 22 from the outside. A gate electrode 26 of the thin film transistor that is part of the line 22. The protruding portion of the gate line 22 overlaps with the conductive pattern 64 for the storage capacitor connected to the pixel electrode 82 to be described later to form a storage capacitor that improves the charge storage capability of the pixel.
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 만드는것이 바람직하며, Cr/Al(또는 Al 합금)의 이중층 또는 Al/Mo의 이중층이 그 예이다. 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 Cr / Al (or Al alloy) or Al / Mo Bilayers are an example. 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 gate insulating film 30 made of silicon nitride (SiN x ) is formed on the gate wirings 22, 24, 26, and the substrate 10, and the gate electrode 24 is covered with the gate insulating film 30.
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 semiconductor pattern 40 made of a semiconductor such as hydrogenated amorphous silicon is formed on the gate insulating layer pattern 30, and is heavily doped with n-type impurities such as phosphorus (P) on the semiconductor pattern 40. Ohmic contact layers 55 and 56 made of amorphous silicon are formed.
저항성 접촉층(55, 56) 위에는 Mo 또는 MoW 합금, Cr, Al 또는 Al 합금, Ta 따위의 도전 물질로 이루어진 데이터 배선의 일부인 박막 트랜지스터의 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)이 각각 형성되어 있다. 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 ohmic contacts 55 and 56, source and drain electrodes 65 and 66 of thin film transistors, which are part of a data line made of a conductive material such as Mo or MoW alloy, Cr, Al or Al alloy, and Ta, are formed, respectively. have. The data line is formed in a vertical direction and is connected to one end of the data line 62 and the data line 62 connected to the source electrode 65, and the data pad 68 and the gate line to which image signals from the outside are applied. Also included is a conductor pattern 64 for a storage capacitor which overlaps with the protrusion of (22).
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 ohmic contacts 55 and 56 lower the contact resistance between the semiconductor pattern 40 below and the data lines 62, 64, 65, 66, and 68.
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 semiconductor pattern 40 not covered by the data lines. .
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 drain electrode 65 and the conductive capacitor pattern 64 are formed in the pixel region above the gate insulating layer 30. It is formed in the vertical direction. Here, the boundaries of the color filters R, G, and B of red, green, and blue are shown to coincide with each other on the upper part of the data line 62, but overlapped with each other on the upper part of the data line 62 to leak light between the pixel areas. It may have a function of blocking and is not formed in the pad portion where the gate and data pads 24 and 68 are formed.
청, 녹, 청의 컬러 필터(81, 82, 83) 상부에는 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 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 컬러필터(R, G, B)의 하부에 층간 절연막이 추가된 경우에는 층간 절연막과 동일한 패턴을 가진다.On the blue, green, and blue color filters 81, 82, and 83, a protective film 70 made of a polyorganosilsesquioxane or a polyorganosilsesquioxane formed with pores (low dielectric insulating film) is formed. have. The protective film 90, together with the gate insulating film 30, has contact holes 74, 78, and 76 that expose the gate pad 24, the data pad 68, the drain electrode 66, and the conductive pattern 64 for the storage capacitor. , 72). In this case, the contact holes 76 and 72 exposing the drain electrode 66 and the conductor pattern 64 for the storage capacitor are located inside the openings C1 and C2 of the color filters R, G, and B, and described above. As described above, when the interlayer insulating film is added to the lower portion of the color filters R, G, and B, it has the same pattern as the interlayer insulating film.
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 passivation layer 70, a pixel electrode 82 that receives an image signal from a thin film transistor and generates an electric field together with the electrode of the upper plate is formed. The pixel electrode 82 is made of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO), and is physically and electrically connected to the drain electrode 66 through a contact hole 76 to receive an image signal. I receive it. The pixel electrode 82 overlaps the gate line 22 and the data line 62 to increase the aperture ratio, but may not overlap. In addition, the pixel electrode 82 is also connected to the storage capacitor conductor pattern 64 through the contact hole 72 to transmit an image signal to the conductor pattern 64. On the other hand, an auxiliary gate pad 84 and an auxiliary data pad 88 connected to the gate pad 24 and the data pad 68 through the contact holes 74 and 78, respectively, are formed. 68) and to protect the pads and the adhesion of the external circuit device, and is not essential, their application is optional.
그러면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법에 대하여 도 30a 내지 34b와 앞서의 도 28및 도 29를 참고로 하여 상세히 설명한다.Next, a method of manufacturing a thin film transistor array substrate for a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 30A to 34B and FIGS. 28 and 29.
먼저, 도 30a 내지 30b에 도시한 바와 같이, 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. 30A to 30B, a conductive layer such as a metal is laminated by a sputtering method, and then dry or wet etched by a first photolithography process using a mask to form a gate line 22 on the substrate 10. The gate wiring including the gate pad 24 and the gate electrode 26 is formed.
다음, 도 31a 및 31b에 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. 31A and 31B, each of the semiconductors such as the gate insulating film 30, the hydrogenated amorphous silicon, and the amorphous silicon doped at a high concentration with n-type impurities such as phosphorus (P) are respectively used by chemical vapor deposition. Continuous deposition is performed at a thickness of 1,500 5,000 to 5,000 Å, 500 Å to 2,000 Å, 300 Å to 600 Å, and patterned by a photolithography process using a mask to sequentially pattern the amorphous silicon layer and the doped amorphous silicon layer to form a semiconductor pattern (40 ) And the ohmic contact layer 50.
이어, 도 32a 및 도 32b에서 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.32A and 32B, a conductive layer such as a metal is deposited to a thickness of 1,500 Å to 3,000 Å by a sputtering method, and then patterned by a photolithography process using a mask to form a data line 62, a source. A data wiring including an electrode 65, a drain electrode 66, a data pad 68, and a conductor pattern 64 for a storage capacitor is formed. Subsequently, the ohmic contact layer 50 that is not covered by the source electrode 65 and the drain electrode 66 is etched to expose the semiconductor layer 40 between the source electrode 65 and the drain electrode 66 and the ohmic contact layer 55. , 56) into two parts. Subsequently, silicon nitride or silicon oxide can be laminated to form an interlayer insulating film (not shown).
다음, 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)과 층간 절연막(도시하지 않음)을 형성한 후, 도 33a 내지 33b에 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)을드러내는 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, and 68 and an interlayer insulating film (not shown), a photosensitive organic material including red, green, and blue pigments is formed as shown in FIGS. 33A to 33B. Each is applied in turn, and the red, green, and blue color filters (R, G, and B) are sequentially formed through a photographic process. In this case, when the red, green, and blue color filters R, G, and B are formed in the photolithography process, the openings C1 and C2 that expose the drain electrode 66 and the conductive capacitor pattern 64 for the storage capacitor are also formed. . This is because a good profile is formed later when forming a contact hole between the drain electrode 66 and the storage capacitor conductor pattern 64 in the protective film 70.
이어, 도 34a 및 도 34b에서 보는 바와 같이, 기판(10)의 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 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.34A and 34B, a protective film 70 is formed of a film (low dielectric insulating film) containing polyorganosilsesquioxane or polyorganosilsesquioxane with pores formed therein. And patterned together with the gate insulating film 30 by a photolithography process using a mask to form contact holes 72, 74, 76, and 78. At this time, the contact holes 76 and 74 exposing the drain electrode 66 and the conductor pattern 64 for the storage capacitor are formed inside the openings C1 and C2 formed in the color filters R, G, and B. do. As described above, in the present invention, the openings C1 and C2 are formed in advance in the color filters R, G, and B, and then the protective film 70 is patterned to form the drain electrode 66 and the conductive capacitor pattern 64 for the storage capacitor. The profile of the contact holes 76, 74 can be formed satisfactorily by forming the contact holes 76, 74 exposing the light.
마지막으로, 도 1 내지 도 3에 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.Finally, as shown in FIGS. 1 to 3, the ITO or IZO layer having a thickness of 400 μs to 500 μs is deposited and etched by a photolithography process using a mask using a mask to etch the pixel electrode 82 and the auxiliary gate pad. 84 and auxiliary data pad 88 are formed.
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 참조하여상세하게 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 35 내지 도 37을 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. 35 to 37.
도 35는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 36 및 도 37은 각각 도 35에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 XXXVI-XXXVI' 선 및 XXXVII-XXXVII' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.35 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. 36 and 37 are lines XXXVI-XXXVI 'and XXXVII-XXXVII', respectively, of the thin film transistor substrate illustrated in FIG. 35. A cross-sectional view taken along the line.
도 35 내지 도 36에서 보는 바와 같이, 대부분의 구조는 제2 실시예에 따른 구조와 동일하다.35 to 36, 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 폴리오르가노실세스퀴옥산 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 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 drain electrode 66 and a conductive capacitor conductor 68 on the top of the thin film transistor array. , B) is formed thereon, and a protective film 70 made of a polyorganosilsesquioxane or a polyorganosilsesquioxane formed with pores (low dielectric insulating film) is formed by chemical vapor deposition. have.
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 semiconductor layer 40 made of amorphous silicon. However, the denser the film quality, the slower the deposition rate has a disadvantage of longer process time. On the other hand, when the dense film quality is maintained only to a thickness of about 500 kPa from the surface in contact with the semiconductor layer 40, it is known that there is no problem in the operation of the thin film transistor. Therefore, in the embodiment of the present invention, when the lower portion of the gate insulating film is formed of the low dielectric constant insulating film of the present invention having a high deposition rate, and the upper portion of the gate insulating film is formed of a silicon nitride film having a high film quality, the performance of the thin film transistor is not deteriorated. Process time can be shortened.
상기한 실시예들에서 저유전 CVD막은 폴리오르가노실세스퀴옥산의 단일막 뿐만 아니라 질화규소(SiNx)/폴리오르가노실세스퀴옥산의 이중막의 구조를 포함한다.In the above embodiments, the low dielectric CVD film includes not only a single film of polyorganosilsesquioxane but also a double film of silicon nitride (SiN x ) / polyorganosilsesquioxane.
본 발명에서는 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 막 또는 기공이 형성된 폴리오르가노실세스퀴옥산을 포함하는 막(저유전 절연막)을 사용하여 보호막을 형성함으로써 기생 용량 문제를 해소하여 고개구율 구조를 실현할 수 있고, 공정 시간을 단축할 수 있으며, 유기 절연막을 사용할 때 발생하는 재료비 상승, 내열성 부족으로 인한 후속 공정의 제약, 이웃 막과의 접착력 부족으로 인한 큰 식각 오차 등의 문제를 해결할 수 있다.In the present invention, by forming a protective film using a film containing polyorganosilsesquioxane or a film containing polyorganosilsesquioxane with pores (low dielectric insulating film), the parasitic capacitance problem can be solved to realize a high opening ratio structure. It is possible to shorten the process time, and to solve the problems such as the increase in the material cost generated when the organic insulating layer is used, the limitation of subsequent processes due to the lack of heat resistance, and the large etching error due to the lack of adhesion with neighboring films.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20020308 |
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PG1501 | Laying open of application | ||
A201 | Request for examination | ||
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20070308 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20020308 Comment text: Patent Application |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20071130 Patent event code: PE09021S01D |
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E601 | Decision to refuse application | ||
PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20080404 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20071130 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |