KR19980041088A - 박막트랜지스터 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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엄길용
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Abstract

본 발명은 TFT-LCD 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 게이트 라인 상에 중첩되게 반도체층 패턴을 형성하되, 데이타 라인과 중첩되는 부분에서는 데이타 라인방향으로 양측으로 돌출되도록 하고, 타측에서는 한 방향으로만 돌출되어 전체적으로 J자 형성이 되도록 형성한 후, 상기 반도체층 패턴의 일측과 중첩되어 접촉되는 데이타 라인을 형성하고, 타측으로는 화소전극과 연결시켰으므로, 제조 공정이 간단하여 수율이 향상되며, 개구율이 증가되어 화질 및 휘도 등이 향상된다.

Description

박막트랜지스터 액정표시장치 및 그 제조방법
본 발명은 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 TFT라 칭함)를 화소의 스위칭 소자로 사용하는 TFT형 액정표시장치(Liquid Crystal Display; 이하 LCD라 칭함) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 게이트전극이 채널의 하부에 형성되는 하부 게이트형 TFT에서 게이트라인 상부에 채널이 되는 반도체층 패턴을 형성하되, 데이타 라인과 중첩되는 부분에는 양측으로 게이트 라인을 벗어나게 형성하고 화소전극과 연결되는 부분도 일측으로 돌출되게 형성함으로써 제조 공정이 간단하고, 게이트라인과 데이타 라인간의 단락을 방지하며, TFT가 차지하는 면적을 감소시켜 개구율을 향상시킬 수 있는 TFT LCD 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
평판표시장치(Flat Panel Display)의 일종인 LCD는 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비하는 액정(Liquid Crystal)에 전계를 인가하여 광학적 이방성을 변화시켜 얻어지는 명암의 차이로 화상을 얻는 장치로서, 사용되는 액정의 종류에 따라 TN(Twisted Nematic), STN(Super TN), 강유전성(Ferroelectric) LCD 등으로 나누어지고, 화소의 스위칭 소자인 TFT를 각 화소마다 내장하는 TFT LCD 등이 사용되고 있다.
이러한 LCD는 종래 음극선관(Cathode Ray Tube)에 비해 소비전력이 낮고, 경박단소화가 용이하며 칼라화, 대형화 및 고정세화가 가능하여 차츰 사용 범위가 넓어지고 있으며, 최근에는 액정의 응답속도가 빠르고 고화질화에 유리한 TFT-LCD가 주목받고 있다.
상기의 LCD는 각각 투명전극 패턴들이 형성되어 있는 상.하측 기판의 사이에 액정이 밀봉되어 있는 형태로 구성되는데, 상기의 LCD는 석영이나 유리 또는 플라스틱 필름 등과 같은 투명 재질의 상.하측기판 상에 인듐.틴.옥사이드(indium thin oxide; 이하 ITO라 칭함)나 SnO2등으로된 화소전극과 공통전극이 되는 투명전극패턴과, 상기 투명전극 패턴의 단락을 방지하기 위한 보호막과, 액정을 일정 방향으로 배열시키기 위한 배향막이 형성되어 있다. 여기서 상기 배향막은 방향성을 주기 위하여 원통형의 코아에 천이 감겨 있는 러빙 롤로 러빙을 실시하여 일정 방향의 골들이 형성되어 있으며, 상기 하측 액정기판에는 칼라 필터가 형성되어 있다.
또한 상기 상.하측기판은 일정한 셀갭을 갖고 실패턴에 의해 봉합되어 있으며, 상기 상.하측기판 사이의 셀갭에는 액정이 밀봉되어 있다.
상기의 LCD는 독립적으로 화면을 나타내지 못하고 발광 소자, 예를 들어 이.엘(electroluminescence; EL) 소자나 발광 다이오드(light emitting diode) 판넬 또는 냉음극선관(Cold Cathode Fluorescence Lamp) 등의 광원을 구비하는 모듈의 형태로 사용되며, 바탕색과 액정 구동 시의 색으로 화면을 구성한다.
여기서 TFT-LCD는 하측기판에 형성되어 있는 각 화소전극의 일측에 화소전극을 스위칭하는 TFT가 형성되어 있으며, 상기의 TFT는 실리콘을 채널층으로하여 게이트가 채널 층의 하부에 형성되는 하부 게이트형과 그 반대인 상부 게이트형이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 TFT-LCD에서 TFT부분의 레이아웃도로서, 하부 게이트의 예이다.
먼저, 투명한 절연기판(10)상에 일측으로 연장되어 있는 게이트라인(12)과 그 일측이 돌출되어 있는 게이트전극(13)이 형성되어 있으며, 상기 게이트전극(13)의 중앙 부분과 중첩되는 채널이 되는 반도체층 패턴(14)이 사각 형상으로 형성되어 있고, 상기 게이트라인(12)과 직교하는 방향으로 데이타 라인(16)이 형성되어 있으며, 상기 데이타 라인(16)의 일측이 돌출되어 상기 반도체층 패턴(14)과 접속되는 드레인전극(17)이 형성되어 있다. 여기서 상기 게이트라인(12)과 게이트전극(13)상에는 게이트절연막(도시되지 않음)이 형성되어 있어 반도체층 패턴(14) 및 데이타 라인(16)과를 절연시킨다.
또한 상기 게이트라인(12)과 데이타 라인(16)이 직교하며 형성되는 공간의 절연기판(10)상에 투명전극 패턴으로된 화소전극(18)이 형성되어 있고, 상기 화소전극(18)과 반도체층 패턴(14)을 연결하는 소오스전극(19)이 형성되어 있다.
상기와 같은 종래 기술에 따른 TFT LCD의 제조 공정을 살펴보면, 절연 기판상에 화소전극 패턴닝 → 게이트라인과 게이트전극 패턴닝 → 게이트절연막 증착 → 반도체층 패턴닝 → 절연막 전면 증착 및 소오스/드레인 콘택홀 형성 → 데이타라인 및 소오스/드레인전극 패턴닝 등의 여러 마스크를 사용하는 공정 단계를 거치므로 제조 공정이 복잡하여 수율이 떨어지고, 제조단가가 상승하는 문제점이 있다.
또한 게이트전극 양측에 형성되는 소오스/드레인전극의 콘택 형성시 오정렬에 의해 배선간 단락이 일어나기 쉬워 공정수율이 떨어지는 다른 문제점이 있다.
또한 종래에는 TFT가 게이트라인 및 데이타 라인과 떨어져 따로 형성되는데, 이 부분은 블랙 메트릭스로 덮어지므로 개구율이 떨어져 화질 및 휘도가 저하되는 또 다른 문제점이 있다.
이러한 개구율 저하를 방지하기 위하여 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 별도의 게이트 전극을 형성하지 않고 게이트라인(12)의 일부를 게이트 전극으로 사용하여 게이트라인(12)상에 반도체층 패턴(14)을 형성하고, 상기 반도체층 패턴(14)의 일측을 소오스전극(19)으로 화소전극(18)과 연결시키며, 데이타 라인(16)의 일측을 돌출시켜 드레인전극(17)으로서 반도체층 패턴(14)의 타측과 연결시키는 구조가 제안되어 있으나, 이 구조도 돌출된 드레인전극에 의해 개구율이 떨어지고, 소오스전극 및 소오스/드레인 콘택을 모두 별도로 형성하여야 하므로 공정이 복잡하여 수율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 게이트 라인 상에 반도체층 패턴을 형성하고, 상기의 반도체층 패턴이 데이타 라인과 중첩되도록 형성하여 TFT가 배선라인 상에 위치하여 개구율을 향상시켜 소자동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 TFT LCD를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 소오스/드레인전극을 따로 형성하지 않아 제조 공정이 간단하고, 개구율이 향상되어 공정수율 및 소자 동작의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 TFT LCD의 제조방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 TFT-LCD의 레이아웃도.
도 2는 종래 기술의 다른 실시예에 따른 TFT-LCD의 레이아웃도.
도 3은 본 발명에 따른 TFT-LCD의 레이아웃도.
도 4는 도 3에서의 선 I-I에 따른 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 TFT-LCD의 제조 공정도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 절연기판12 : 반도체층 패턴
13 : 게이트전극14 : 게이트 라인
16 : 데이타 라인17 : 드레인 전극
18 : 화소전극19 : 소오스전극
22 : 게이트절연막24 : 고농도불순물영역
26 : 소오스/드레인 콘택홀28 : 절연막
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TFT-LCD의 특징은,
절연 기판상에 일측으로 연장되어 있는 게이트라인과,
상기 게이트라인과 중첩되며 일측의 데이타 라인과 중첩되는 부분에서는 양방향으로 돌출되어 있고, 화소전극과의 접촉을 위하여 타측이 한 방향으로 돌출되어 있는 반도체층 패턴과,
상기 게이트라인과 직교하는 방향으로 형성되고, 상기 반도체층 패턴 일측의 양측으로 돌출되어 있는 부분에서 중첩되어 서로 상하로 접촉되는 데이타 라인과,
상기 반도체층 패턴 타측에 돌출되어 있는 부분에서 접촉되는 화소전극을 구비함에 있다.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 TFT LCD 제조 방법의 특징은,
절연 기판상에 게이트 라인을 형성하는 공정과,
상기 구조의 전표면에 게이트절연막을 형성하는 공정과,
상기 게이트라인과 중첩되되, 일측은 양방향으로 돌출되어 있고, 타측은 한방향으로만 돌출되어 있는 반도체층 패턴을 형성하는 공정과,
상기 반도체층 패턴에서 게이트라인과 중첩되지 않는 부분에 고농도 불순물영역을 형성하는 공정과,
상기 반도체층 패턴 상에 절연막을 형성하는 공정과,
상기 고농도 불순물영역상의 절연막을 제거하여 소오스/드레인 콘택홀을 형성하는 공정과,
상기 게이트라인과 직교하여 상기 노출된 고농도 불순물영역과 접촉되는 데이타 라인을 형성하는 공정을 구비함에 있다.
이하, 본 발명에 따른 TFT-LCD 및 그 제조방법에 관하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 TFT LCD의 레이아웃도로서, 하나의 화소를 도시한 예이다.
먼저, 투명 재질, 예를 들어 유리나 석영 또는 플라스틱 재질의 절연기판(10)상에 일측으로 연장되어 있는 게이트라인(12)이 Al, W, Ti, Cr 등의 합금으로 형성되어 있으며, 상기 게이트라인(12)과 중첩되는 채널이 되는 반도체층 패턴(14)이 다결정이나 비정질 또는 마이크로 크리스탈 실리콘으로 소정 형상, 예를 들어 중앙의 직사각 형상에서 데이타 라인과 중첩되는 부분에서는 수직한 방향으로 일측이 양방향으로 돌출되어 있고, 화소전극과의 접촉을 위하여 타측이 한 방향으로 돌출되어 있어 전체적으로 J자 형상으로 형성되어 있다. 여기서 상기 게이트라인(12)과 중첩되지 않고 돌출된 세부분에는 소오스/드레인 영역이 되는 고농도 불순물층(24)이 형성되어 있다.
또한 상기 게이트라인(12)과 직교하는 방향으로 데이타 라인(16)이 형성되되, 상기 반도체층 패턴(14) 일측의 양측으로 돌출되어 있는 부분에서 중첩되어 서로 상하로 접촉되고, 상기 게이트라인(12)과 데이타 라인(16)에 의해 형성되는 중앙 공간부의 절연기판(10)상에는 화소전극(18)이 형성되고, 상기의 화소전극(18)은 상기 게이트라인(12) 타측의 일측으로 돌출되어 있는 부분과 접촉되어 있다.
상기의 레이아웃을 가지는 TFT LCD는 TFT가 차지하는 면적이 거의 없고, 게이트라인과 데이타라인의 사이에 반도체층 패턴이 개재되어 있어 토폴로지가 양호하므로 패턴닝 상의 불량 발생도 방지할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 TFT LCD의 제조 공정도이다.
먼저, 투명한 절연기판(10)상에 게이트 라인(12)을 형성하고, 상기 구조의 전표면에 산화규소나 질화규소로 게이트절연막(22)을 형성하며, 상기 게이트라인(12)상에 반도체층 패턴(14)을 형성하되 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 전체적으로 J자 형상으로 형성한다 (도 5a 참조).
그다음 상기 반도체층 패턴(14)에서 게이트라인(12)과 중첩되지 않는 부분에는 As, P 또는 B 등의 불순물을 고농도로 이온주입하여 오옴믹 접촉을 위한 고농도 불순물 영역(24)을 형성한 후, 상기 반도체층 패턴(14)상에 산화규소나 질화규소 재질의 절연막(28)을 형성한다. 여기서는 반도체층 패턴(14) 표면에만 절연막(28)을 형성하였으나, 전표면에 형성할 수도 있다 (도 5b 참조).
그 후, 상기 반도체층 패턴(14)에서 소오스/드레인전극과의 콘택으로 예정되어 있는 부분상의 절연막(28)을 제거하여 콘택홀(26)을 형성하여 상기 고농도불순물영역(24)을 노출시킨다. 이때 상기 데이타 라인(16)과의 콘택을 J자형 반도체층 패턴(14)에서 양측으로 돌출되어 있는 부분 모두에 형성하여 콘택 저항을 감소시킬 수도 있다 (도 5c 참조).
그다음 상기 게이트라인(12)과 직교하여 상기 반도체층 패턴(14)과 접촉되는 데이타 라인(16)을 형성하고, 상기 게이트라인(12)과 데이타 라인(16)이 직교하여 형성되는 공간에 ITO SnO2등의 투명 도전재질로된 화소전극(18)을 형성하되, 상기 소오스/드레인 콘택홀(26)을 통하여 고농도 불순물영역(24)과 접촉되도록 형성한다. 여기서 상기 화소전극(18)은 미리 형성할 수도 있고, 이 경우에는 콘택을 위한 소오스전극을 별도로 형성하여야 한다 (도 5d 참조).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 TFT-LCD 및 그 제조방법은 게이트 라인 상에 중첩되게 반도체층 패턴을 형성하되, 데이타 라인과 중첩되는 부분에서는 데이타 라인 방향으로 양측으로 돌출되도록 하고, 타측에서는 한 방향으로만 돌출되어 전체적으로 J자 형상이 되도록 형성한 후, 상기 반도체층 패턴의 일측과 중첩되어 접촉되는 데이타 라인을 형성하고, 타측으로는 화소전극과 연결시켰으므로, 제조 공정이 간단하여 수율이 향상되며, 개구율이 증가되어 화질 및 휘도 등이 향상되는 이점이 있다.

Claims (10)

  1. 절연 기판상에 일측으로 연장되어 있는 게이트라인과,
    상기 게이트라인과 중첩되며 일측의 데이타 라인과 중첩되는 부분에서는 양방향으로 돌출되어 있고, 화소전극과의 접촉을 위하여 타측이 한 방향으로 돌출되어 있는 반도체층 패턴과,
    상기 게이트라인과 직교하는 방향으로 형성되고, 상기 반도체층 패턴 일측의 양측으로 돌출되어 있는 부분에서 중첩되어 서로 상하로 접촉되는 데이타 라인과,
    상기 반도체층 패턴 타측에 돌출되어 있는 부분에서 접촉되는 화소전극을 구비하는 TFT LCD.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연기판이 유리나 석영 또는 플라스틱으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 TFT LCD.
  3. 제1항에 있어서, 상기 게이트라인이 Al, W, Ti 또는 Cr 합금중 어느 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 TFT LCD.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반도체층 패턴이 다결정이나 비정질 또는 마이크로 크리스탈 실리콘중 어느 하나로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 TFT LCD.
  5. 제1항에 있어서, 상기 화소전극이 ITO 또는 SnO2로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 TFT LCD.
  6. 절연 기판상에 게이트 라인을 형성하는 공정과,
    상기 구조의 전표면에 게이트절연막을 형성하는 공정과,
    상기 게이트라인과 중첩되되, 일측을 양방향으로 돌출되어 있고, 타측은 한방향으로만 돌출되어 있는 반도체층 패턴을 형성하는 공정과,
    상기 반도체층 패턴에서 게이트라인과 중첩되지 않는 부분에 고농도 불순물 영역을 형성하는 공정과,
    상기 반도체층 패턴 상에 절연막을 형성하는 공정과,
    상기 고농도 불순물영역상의 절연막을 제거하여 소오스/드레인 콘택홀을 형성하는 공정과,
    상기 게이트라인과 직교하여 상기 노출된 고농도 불순물영역과 접촉되는 데이타 라인을 형성하는 공정을 구비하는 TFT LCD의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 게이트절연막을 산화 규소 또는 질화 규소로 형성하는 것을 특징으로 하는 TFT LCD의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 고농도 불순물영역을 As, P 또는 B로 형성하는 것을 특징으로 하는 TFT LCD의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 반도체층 패턴의 타측과 접촉되는 화소전극을 게이트라인 형성 전에 형성하고, 별도의 소오스전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 TFT LCD의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 반도체층 패턴의 하측과 접촉되는 화소전극을 소오스/드레인 콘택홀 형성후에 형성하여 소오스 전극도 함께 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 TFT LCD의 제조방법.
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