KR20010009014A - 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치의 화소전극 형성방법 및 이에 의해 이루어지는 박막트랜지스터 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

반사 투과 복합형 박막트랜지스터 LCD의 화소전극 형성방법 및 이에 의해 이루어지는 박막트랜지스터 LCD에 관한 것이다.

본 발명 방법은 LCD의 TFT측 기판에서 소오스, 드레인, 게이트의 기본 전극과 화소전극으로 이루어지는 전체 전극을 형성함에 있어서, 형성된 TFT의 기본 전극들 위로 절연막을 적층하고 포토리소그래피와 에칭을 통해 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 절연막 위로 투명전극층과 반사막층을 차례로 적층하고 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성하되 2단계 톤 노광을 이용하여 반사영역과 투과영역이 구분되게 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 투명전극층과 반사막층을 식각 제거하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 에칭하여 투과영역의 반사막층이 드러나도록 포토레지스트 상층을 제거하는 단계 및 상기 반사영역의 잔류 포토레지스트를 식각 마스크로 상기 반사막층을 식각 제거하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 별도의 마스크 과정을 추가하지 않고도 2 단계 톤 노광을 이용하여 반사 투과 복합형 LCD의 복합형 화소전극을 형성해낼 수 있다.

Description

반사 투과 복합형 박막트랜지스터 액정표시장치의 화소전극 형성방법 및 이에 의해 이루어지는 박막트랜지스터 액정표시장치{Method for Forming a Pixel Electrode of a Liquid Crystal Display Device and a LCD Device Using the Same}

본 발명은 반사 투과 복합형 액정표시장치의 화소전극 형성방법 및 이에 의해 형성되는 액정표시장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래에 비해 공정을 간편하게 할 수 있는 반사 투과 복합형 액정표시장치의 화소전극 형성방법 및 그에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치에 관한 것이다.

정보사회의 발전 속에서 정보 표시장치의 중요성은 매우 큰 것이며, 이들 정보표시장치 가운데 현재 가장 급속히 발전하는 분야로 LCD를 들 수 있다. 특히 화소의 조절에 박막 트랜지스터를 사용하는 TFT LCD는 경량, 박형 및 저소비전력이라는 LCD 특유의 장점에 더하여 고해상도, 빠른 동작속도, 컬러화라는 수요자의 요구에 부응할 수 있는 고품위의 정보 표시장치로서의 입지를 넓혀가고 있다.

TFT LCD는 액티브 매트릭스 방식의 대표적인 형태로, 각 화소의 조절에 트랜지스터라는 능동성 비선형 소자를 사용하게 된다. LCD에서는 반도체 기판 상에 트랜지스터 소자를 형성하는 반도체장치의 경우와 달리 글래스 기판 상에 트랜지스터를 형성하게 되므로 이에 따른 몇 가지 특징을 보인다. TFT LCD는 이들 트랜지스터를 형성하는 방법에는 게이트를 채널의 위쪽에 형성하느냐 아래쪽에 형성하느냐에 따라서 탑 게이트 방식과 바텀 게이트 방식으로 형태적으로 나눌 수 있으며, 채널을 이루는 반도체를 아몰퍼스로 하느냐 폴리실리콘으로 하느냐에 따라 아몰퍼스 실리콘 타입, 액티브 실리콘 타입 등으로 나눌 수 있다.

어느 경우에도 형성하는 트랜지스터의 신뢰성과 동작 특성을 좋은 상태로 유지하면서 전체 LCD 경비에 큰 영향을 미치는 트랜지스터 형성비용을 줄이는 것이 공정상의 큰 과제가 된다. 그리고 트랜지스터 형성비용을 줄이기 위해서는 공정을 단순화시켜 공정 단계를 줄이고 고비용 공정의 수를 줄이는 것이 관건이 된다.

이하, 상대적으로 간단한 공정 때문에 글래스 기판에 게이트를 먼저 형성하고 아몰퍼스 실리콘으로 트랜지스터 소자의 액티브 영역을 형성하는 바텀(buttom) 게이트 방식 아몰퍼스 실리콘 타입 TFT LCD의 형성과정을 간단히 살펴보기로 한다.

종래의 기술에 따르면, 우선, 글래스 기판에 알미늄이나 크롬의 단일막 혹은 다중막을 적층하고 포토리소그래피와 에칭 공정을 이용하여 게이트 전극 및 게이트 라인을 형성한다(1st mask). 게이트 라인의 끝단에는 게이트 패드가 형성된다. 다음으로는 게이트 패턴 위로 게이트 절연막, 채널과 소오스 드레인 영역을 형성할 아몰퍼스 실리콘막을 적층하게 된다. 대개 아몰퍼스 실리콘 위쪽에는 소오스 드레인 전극과의 접촉에서 저항을 낮추는 작용을 하는 오믹 콘택(Ohmic contact)층이 적층되는데 이 층에는 아몰퍼스 실리콘에 인 등의 불순물이 도핑되어 반도체층과 전극 금속층과의 전기적 접속력을 높이게 된다.

이렇게 계속적으로 형성한 3층막에 대해 액티브 영역에 대응하는 포토마스크를 이용한 포토리소그래피와 식각 공정으로 패턴을 형성한다(2nd mask). 그리고 다시 그 위에 소오스 드레인 전극 형성을 위한 금속층을 적층하고 마스크 기법을 통해 소오스와 드레인 전극 및 데이터 라인을 형성한다(3rd mask).

이렇게 형성된 소오스, 게이트, 드레인의 트랜지스터 기본 전극 구조 위로 보호막을 적층하게 된다. 보호막은 일종의 절연막으로 실리콘 산화물로 이루어지는 것이 일반적이나 유기막으로 두껍게 이루어질 수도 있다. 보호막을 적층한 다음에는 게이트 패드나 데이터 라인의 패드 및 소오스 전극 위로 절연막을 제거하고 콘택을 형성하여 외부 전극이나 화소전극과의 접속을 준비한다. 절연막을 부분 제거하는 과정도 포토리소그래피와 식각 공정을 이용하게 된다(4th mask).

이 보호막 위로는 화소전극을 역시 마스크 작업을 통해 형성하게 된다. 화소전극은 반사형 액정 표시장치의 경우 주로 알미늄을 스퍼터링으로 적층하여 포토리소그래피와 식각 공정을 통해 화소 상당 부분에 형성하게 되는데 전기적으로 트랜지스터의 소오스 전극과 콘택을 통해 연결되어 있으며 반사판의 역할을 하게 된다.

그리고 백라이트형 혹은 투과형 LCD의 화소전극은 화소전극을 통해 빛이 통과하여 사용자의 눈에 들어오게 되므로 투명한 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등으로 형성된다 (5th mask).

이상의 기본적인 5매 마스크 공정 외에도 액정표시장치의 제작방법은 공정 마스크의 매수에 따라 트랜지스터의 구조에 따라 다양한 변형이 있을 수 있다.

한편, LCD에 대한 구분중 하나가 반사형 LCD와 투과형 LCD에 관한 것이다. 반사형은 판넬 내면에 반사판을 두고 외광을 반사하여 화상을 표시하는 방식이며 투과형은 판넬 뒤에 독립적인 광원인 백라이트를 설치하고 이 광원의 빛이 판넬을 통과하거나 통과하지 않도록 액정의 배열을 조절하여 화상을 구현하는 방식이 된다. 초기의 액정표시장치로서 시계나 계산기 같이 전력소모를 극소화해야 하는 용도의 기기에서는 반사형을 많이 사용하였으나 대화면 고품위의 화상표시를 요하는 노트북 컴퓨터용의 특히 TFT LCD 등에서는 투과형을 사용하는 경우가 일반적이다.

현재의 한 추세를 보면, 노트북 컴퓨터와 같이 대화면 고품위의 화상을 요구하는 곳에서도 전력의 소모를 줄이면서 외광을 이용하여 최대한 고품위의 화상을 구현할 수 있는 반사형도 많이 모색이 되고 있으며 두 가지 형태의 장점을 살려서 주변 광도의 변화에도 불구하고 사용 환경에 맞게 적절한 시인성을 확보할 수 있는 반사 투과 복합형 LCD가 이미 LCD 제작회사인 샤프사를 통해 소개된 바 있다.

소개된 반사 투과 복합형 LCD는 기존의 TFT측 기판(11)의 전극형성과정에서 절연막 위에 화소전극(10)을 형성할 때 일단 화소전극 패턴을 투명전극층(13)으로 형성하고, 그 위에 알미늄이나 크롬 등의 금속막 즉 반사막층(15)을 스퍼터링 등의 방법으로 형성한 다음 원하는 반사막 패턴을 마스크 공정 즉 포토리소그래피와 에칭을 이용하여 형성하는 방법을 사용하고 있다.

이런 방법을 통해 절연막(12) 위에는 반사막층이나 투명전극층으로 된 화소전극이 전혀 남아있지 않은 화소전극 외부영역, 투명전극만 남아있는 투과영역(17), 투명전극 위에 반사막이 남아있는 반사영역(19)이 구분 형성된다. 도1은 반사 투과 복합형 LCD의 한 예에서의 TFT측 기판의 각 화소에서의 측단면도 이다.

그러나 이러한 종래이 제조방법에 따르면 반사 투과 복합형 LCD에서는 종래의 단순한 투과형이나 반사형 LCD에 비해서는 한 번의 마스크 작업이 더 필요하게 되고 그에 따라 제조상 비용이 증가하게 된다는 단점이 있었다.

본 발명에서는 반사형과 투과형의 장점을 살릴 수 있도록 하는 특징으로 가진 화소전극을 구비한 반사 투과 복합형 박막트랜지스터 LCD를 제공하고, 그 화소전극를 제작함에 있어서 반사 투과 복합형의 화소전극을 형성하기 위해 단순한 투과형이나 반사형 LCD보다 한 번의 포토리소그래피공정 및 에칭공정이 더 필요하다는 난점을 해결할 수 있는 개선된 반사 투과 복합형 LCD의 화소전극 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 반사 투과 복합형 LCD의 한 예에서의 TFT측 기판의 각 화소에서의 측단면도이다.

도2는 본 발명의 반사 투과 복합형 LCD의 TFT측 기판의 한 화소에서의 평면 레이아웃도이다.

도 3에서 도 6까지는 본 발명의 일 실시예에 따라 LCD의 TFT측 기판에서 화소전극을 형성하는 단계를 나타낸 도면이다.

※도면 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 화소전극 11: TFT측 기판

12: 절연막 13,26: 투명전극층

15,27: 반사막층 17: 반사영역

19: 투과영역 21: 글래스 기판

22: 게이트 절연막 23: 데이터 라인

24: 보호막 28: 포토레지스트

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합형 LCD의 화소전극 형성방법은 LCD의 TFT측 기판에서 TFT와 화소전극으로 이루어지는 전극을 형성함에 있어서, 형성된 TFT의 전극들 위로 절연막을 적층하고 포토리소그래피와 에칭을 통해 콘택홀을 형성하는 단계, 상기 절연막 위로 투명전극층과 반사막층을 차례로 적층하고 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성하되 상기 포토레지스트 패턴은 포토리소그래피 공정에서 2단계 톤 노광을 이용하여 포토레지스트 전체두께가 남는 반사영역과 포토레지스트 상층부가 제거되고 얇게 남게 되는 투과영역이 구분되게 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 투명전극층과 반사막층을 식각 제거하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴을 전반적으로 에칭하여 상기 투과영역의 반사막층이 드러나도록 포토레지스트 상층을 제거하는 단계 및 상기 반사영역의 잔류 포토레지스트를 식각 마스크로 상기 반사막층을 식각 제거하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막트랜지스터 액정표시장치는 트랜지스터의 소오스, 드레인, 게이트의 기본 전극 구조를 형성한 상태에서 기판 위에 투명전극층과 반사막층을 차례로 적층하는 단계, 포토리소그래피 공정에서 영역별로 서로 다른 세 가지 투과율을 갖는 노광 마스크를 이용하여 3 단으로 구분되는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 3 단으로 구분되는 포토레지스트 패턴을 이용하여 식각을 진행하는 단계를 통해 상기 투명전극층과 상기 반사막층이 커버하는 영역의 크기가 다르게 형성된 화소전극을 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에서 2 단계 톤으로 노광하는 방법으로는 포토 마스크에 중간 톤으로 노광할 부분은 다수의 슬릿(회절격자)으로 형성하여 회절을 이용하는 경우와 투명도를 조절하여 반투명으로 하는 경우를 들 수 있다.

한편 본 발명에서 게이트 패드와 같은 패드부에는 패드 금속 위에 캡핑막으로 투명전극층이 남아있는 것이 패드부 전기접속의 신뢰성측면에서 바람직하므로 패드부도 투과영역으로 생각하고 포토레지스트 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에서 화소전극에서의 투과영역과 반사영역을 구분하여 형성할 때는 화면의 개구율을 고려해야 하는데 화소전극의 주변부를 데이터 라인이나 게이트 라인과 같이 불투명한 영역과 일부 겹치게 형성하고 화소부 중심부분은 투과영역으로 하고 주변부는 반사영역으로 하면 개구율을 높일 수 있으므로 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 살펴보기로 한다.

도 3에서 도 6까지는 본 발명의 일 실시예에 따라 LCD의 TFT측 기판에서 화소전극을 형성하는 단계를 나타낸 도면이다.

도3은 도1의 점선으로 표시한 부분의 단면을 본 것인데 글래스 기판(21) 위에 게이트 절연막(22)이 적층된 상태에서 양 쪽으로는 데이터 라인(23)이 형성되어 있고 그 위로 보호막(24)이 형성되어 있으며 보호막 위로 투명전극층(26)과 반사막층(27)이 적층된 다음 포토레지스트(28)가 도포되어 있다. 종래와는 달리 투명전극층(26)과 반사막층(27)이 연속으로 적층되어 있는 것을 알 수 있다. 투명전극층은 ITO를 300Å 내지 1000Å 두께로 스퍼터링 증착하고 반사막층은 알미늄이나 크롬을 1000Å 이상 두께로 스퍼터링을 통해 적층한다. 그리고 포토레지스트는 1.9μm 이상 두께로 도포하는 것이 좋다. 포토레지스트는 양성, 음성을 모두 사용할 수 있으나 여기서는 양성을 사용하는 것으로 한다.

도4는 도3의 상태에서 2 단계 톤 노광과 현상을 통해 포토레지스트 패턴을 형성한 상태를 나타내는 도면이다. 형성된 포토레지스트 패턴은 가운데 부분은 2 단계 톤 노광중에 중간 톤으로 노광되어 상층부 포토레지스트는 현상시에 제거되어 0.5μm 정도만 남아 있고 양 옆의 부분은 마스크의 다크 패턴에 해당되어 전체 두께가 남아 있다. 단 마스크 투명부분에서 빛이 회절되는 등의 영향을 받아 경계부가 다소 깎여있다.

양 단부는 포토레지스트가 모두 제거되어 있다. 이는 다음 단계에서 이 부분의 투명전극층과 반사막층을 제거하여 각 화소전극을 인접한 화소전극들과 전기적으로 분리시키기 위한 것이다. 이러한 분리는 게이트 라인이나 데이터 라인 같은 금속층이 적층된 불투명 영역에서 이루어지고 있다. 이는 일반적으로 투과영역이 이들 불투명 영역과 겹쳐서 개구율이 저하되는 것을 막기 위한 것이다.

도5는 도4의 상태에서 일단 에칭을 통해 양 단의 도전층 즉 투명전극층 및 반사막층을 제거하고 다시 포토레지스트에 대한 에칭을 통해 얇게 남아 있던 포토레지스트를 완전히 제거하여, 반사막층이 드러나고 두껍게 남아 있던 포토레지스트는 두께가 줄어든 상태로 된 것을 나타낸다. 포토레지스트에 대한 에칭은 대개 애싱(ashing)이라는 공정이며 이 공정에서는 에칭 챔버에 산소원소를 공급하면서 플라즈마를 이루어 유기성분인 포토레지스트가 산소와 반응하여 기체로 배출되도록 하여 포토레지스트를 제거한다. 비등방성을 주어 상면부터 포토레지스트가 제거되어 두께가 줄어들게 된다.

도6은 도5의 상태에서 잔류하는 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 반사막층을 식각 제거하고 포토레지스트를 스트립핑(stripping)하는 단계를 나타낸다. 투명전극층의 ITO와 반사막층의 알미늄이나 크롬은 식각비에 큰 차이를 보이는 에천트가 다수 있으므로 적당한 시간조절 환경조절을 통해 반사막층만 제거할 수 있으며, 도면상의 가운데 부분은 투명전극만 남아 투과영역을 형성한다. 포토레지스트로 보호된 반사영역은 반사막이 남아 있으며 이 영역은 화소영역의 주변부를 구성하는데 일부가 데이터 라인이나 게이트 라인같은 불투명 영역과 겹쳐지게 형성되어 있다. 반사막은 불투명 영역과 겹쳐도 전혀 기능에 저하가 없으며 이렇게 영역을 겹침으로써 반사막의 영역을 넓혀 반사모드로 이용할 때 개구율을 높이는 효과를 얻을 수 있다.

도2는 본 발명의 반사 투과 복합형 LCD의 TFT측 기판의 한 화소에서의 평면 레이아웃도이다. 도3 내지 도6의 과정을 통해 얻은 LCD TFT측 기판의 평면 레이 아웃도는 도2와 같은 것이며, 반사막층은 투명전극층과 일치하지 않고 서로 다른 크기가 되어 화소부의 중심부분은 투명전극층으로만 이루어진 투과영역이 되고 그 주변은 반사막층이 감싸면서 형성되어 있는 형태를 나타낸다.

본 발명에 따르면 별도의 마스크를 추가하지 않고도 2 단계 톤 노광을 이용하여 반사 투과 복합형 LCD의 복합형 화소전극을 형성해낼 수 있으므로 제조공정상의 추가부담을 줄이면서 반사형과 투과형의 장점을 함께 가질 수 있는 반사 투과 복합형 LCD를 제조할 수 있게 된다.

Claims (10)

1. LCD의 TFT측 기판에서 TFT 상에 화소전극을 형성함에 있어서,

   형성된 TFT의 전극들 위로 절연막을 적층하고 포토리소그래피와 에칭을 통해 콘택홀을 형성하는 단계,

   상기 절연막 위로 투명전극층과 반사막층을 차례로 적층하고 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트 패턴을 형성하되 상기 포토레지스트 패턴은 2 단계 톤 노광을 이용하여 반사영역은 포토레지스트가 두껍게 남고 투과영역은 얇게 남게 되도록 형성하는 단계,

   상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 투명전극층과 반사막층을 식각 제거하는 단계,

   상기 포토레지스트 패턴에서 투과영역의 반사막층이 드러나도록 포토레지스트 상층을 전면적 에칭으로 제거하는 단계 및

   상기 반사영역의 잔류 포토레지스트를 식각 마스크로 상기 반사막층을 식각 제거하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 액정표시장치의 화소전극 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 2 단계 톤 노광은 포토 마스크에서 중간 톤으로 노광할 부분은 다수의 슬릿을 이용하여 형성하고 상기 포토 마스크를 사용할 때 슬릿의 회절을 이용하는 것임을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 액정표시장치의 화소전극 형성방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소전극은 그 주변부가 데이터 및 게이트 신호 라인과 일부 겹치게 형성하되 겹쳐지는 상기 주변부는 상기 반사영역에 포함되는 것을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 액정표시장치의 화소전극 형성방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 반사영역이 상기 투과영역을 둘러싸도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 액정표시장치의 화소전극 형성방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   패드부에는 패드 금속 위에 캡핑막으로 상기 투명전극층이 남아있도록 상기 2 단계 노광을 할 때 중간 톤으로 노광하는 것을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 액정표시장치의 화소전극 형성방법.
6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   패드부에는 패드 금속 위에 캡핑막으로 상기 투명전극층이 남아있도록 상기 2 단계 노광을 할 때 중간 톤으로 노광하는 것을 특징으로 하는 반사 투과 복합형 액정표시장치의 화소전극 형성방법.
7. 기판상에 투명전극층과 반사막층을 차례로 적층하는 단계,

   포토리소그래피 공정에서 영역별로 서로 다른 세 가지 투과율을 갖는 노광 마스크를 이용하여 3 단으로 구분되는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 및

   상기 3 단으로 구분되는 포토레지스트 패턴을 이용하여 식각을 진행하는 단계를 통해

   상기 투명전극층과 상기 반사막층이 커버하는 영역의 크기가 다르게 형성되는 화소전극을 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정표시장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 3 단으로 구분되는 포토레지스트 패턴의 형성 단계는 3가지 투명도로 구분되는 영역을 가진 포토 마스크로 노광을 하는 2 단계 톤 노광을 이용하며, 상기 포토 마스크의 중간 톤 영역에는 다수의 슬릿이 형성되어 그 회절을 이용하도록 하는 것임을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정표시장치.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

   각 화소의 상기 반사막층이 커버하는 영역이 데이터 및 게이트 신호 라인과 일부 겹치도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정표시장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 반사막층이 커버하는 영역이 상기 투명전극층이 커버하는 영역을 둘러싸도록 형성된 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정표시장치.