KR20030035255A - 액정 표시 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고개구율 반사 투과형 액정 표시 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 박막트랜지스터 및 화소 영역 전면에 제 1, 제 2, 제 3 보호막 증착하는 단계와, 상기 제 3 보호막 위에 반사막을 쉐도우 마스크를 사용하여 원하는 부분만을 선택적으로 증착하는 단계와, 상기 반사막 위에 절연막을 전면 증착하는 단계와, 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 소정 부분 드러내기 위해서 패터닝한 후, 콘택홀을 형성하고 ITO 물질을 증착하는 단계로 이루어진다.
즉, 얼라인 키가 위치한 영역에 쉐도우 마스크를 두어 이 부분에는 선택적으로 반사막이 형성되지 못하게 함으로써, 1회의 포토리소그래피 공정을 줄이게 되어 재료비를 줄일 수 있을 뿐 아니라 공정 시간 단축으로 인한 생산성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 반사투과형 액정 표시 소자에 관한 것으로, 특히 제조 공정 수를 줄이기 위한 액정 표시 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 통신 인프라의 확충에 의해, 컴퓨터 네트워크의 이용이 급속하게 확대하며, 필요한 정보를 언제든지, 어디에서도, 누구라도 이용할 수 있는 환경이 조성되어 왔다. 이에 이동성이 요구되는 개인용 정보 통신기기, 웹(web) 단말기, 및 휴대용 단말기 등과 같은 정보 통신기기 시장이 폭발적으로 증가함에 따라 무게가 가볍고 소비 전력이 작은 디스플레이에 대한 수요가 늘어나고 있다. 그리고, 종래와는 달리 숫자나 정해진 이미지의 온(on)/오프(off)만 수행하는 수준을 넘어서 정지 화상을 포함하는 다양한 정보를 표현할 수 있는 표시 소자를 요구하고 있다. 이와 같은 요청에 있어서, 칼라 화상 표시가 가능한 모빌 기기에 대한 수요가 급속하게 확대하고 있다. 모빌 기기에 요구되는 특징은, 가능한 한 박형, 경량, 저 소비 전력으로 장시간 사용이 가능한 것에 있다.
액정 표시 소자는 가볍고 박형이며 소비 전력이 적기 때문에 이와 같은 휴대용 정보 통신기기에 많이 적용되고 있다. 그러나 일반적인 투과형 액정 표시 장치는 백라이트 장치가 필요로 하다. 따라서 이를 휴대용 정보기기 등의 표시 소자로 사용될 경우 백라이트의 소비 전력으로 휴대용 기기의 일회 충전 후 사용 시간이 단축될 뿐만 아니라 백라이트의 무게, 두께 등으로 인한 휴대성이 나빠진다.
이러한 문제점들을 극복하기 위해 근래 제시되는 액정 표시 장치가 반사형 LCD 이다.
반사형 LCD는 주변광을 광원으로 사용하므로 전력 소모의 약 70% 이상을 차지하는 백라이트에 의한 전력 소모가 없고 백라이트에 의한 두께 및 무게 증가가 없다. 따라서, 매우 적은 전력으로 우수한 표시 품위를 가지는 정보 표시 소자를 실현할 수 있다. 또 모빌 기기에서는 그 성격상, 옥외에서의 사용 적응성이 중요하게 되지만, 종래의 투과형 LCD에서는 밝은 외부 환경 하에서 패널 표면의 반사에 의해 색대비가 저하되는 시인성에 문제가 있는 반면에, 반사형 LCD에서는 오히려 더욱 선명하게 보이는 특징이 있다.
그러나, 자연광 또는 인조 광원과 같은 주변광이 항상 존재하는 것은 아니다. 즉, 상기 반사형 LCD는 자연광이 존재하는 낮이나, 외부 인조광이 존재하는 사무실 및 건물 내부에서는 사용이 가능할지 모르나, 자연광이 존재하지 않는 야간에는 사용할 수 없게 된다.
따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해 반사형 액정 표시 장치와 투과형 표시 장치의 장점을 수용하면서 주,야간 동시에 사용할 수 있는 반사 투과형 액정 표시 장치가 개발되었다.
상기와 같은 반사 투과형 LCD는 도 1에 도시한 바와 같이, 스위칭 소자(19)를 포함하는 하부 기판(11)과 칼라필터를 포함하는 상부 기판(12)이 서로 대향되도록 배치되고, 상기 하부 기판(11)과 상부 기판 사이(12)에는 액정(15a)이 주입된 액정층(15)이 형성된다.
도면에 도시된 구조는 반사 반투과형 LCD의 한 픽셀만을 나타낸 것이다. 실제 LCD는 이러한 픽셀이 다수개 모여 형성되지만, 이하에서는 설명의 편리를 위해 한 픽셀 설명한다.
상기 하부 기판(11)에는 각 픽셀마다 배치되어 액정에 신호 전압을 인가하고 차단하는 스위칭 소자(19)와, 상기 스위칭 소자(19)를 보호하기 위한 제 1 보호막(21)과, 고개구율 구조를 형성하기 위한 제 2 보호막(22)과, 상기 제 2 보호막 위에 이후에 형성되는 금속막과의 접착력을 증가시키기 위해서 형성된 제 3 보호막과, 상기 제 3 보호막(22) 위의 화소 영역에 형성된 반사막(20)과, 상기 반사막(20)에 형성된 투과홀(10)과, 상기 스위칭 소자(19)를 통하여 인가된 신호 전압을 액정셀에 가해주는 화소 전극(30)과, 상기 반사막(20)과 화소 전극(30) 사이의 절연막(24)으로 구성되어 있다.
그리고, 상기 제 1 및 제 2 보호막(21,22)과 제 3 보호막(23)에는 스위칭 소자(19)를 소정 부분 노출시키는 컨택홀(14)을 통하여 노출된 스위칭 소자(19) 일부분과 와 화소 전극(30)이 접속된다.
그리고, 상기 스위칭 소자(19)는 주사신호가 인가되는 게이트 전극(4)과, 게이트 전극(4)에 주사신호가 인가됨에 따라 활성화되어 데이터 신호를 전송는 채널층(2)과, 상기 게이트 전극과 채널층(2)사이에 형성된 게이트 절연막(3)과, 층간 절연막(6)과, 채널층(2)의 상부에 형성되어 데이터 신호가 인가되는 소오스 전극(5a)과, 상기 소오스 전극과 접속을 이루는 소오스 영역(5a)과, 데이터 신호를 화소 전극에 인가하는 드레인 전극(7b)과, 상기 드레인 전극(7b)과 접속을 이루는드레인 영역(5b)과, 기판의 전면에 형성되어 소오스 전극(5a) 및 드레인 전극(7b)을 보호하는 보호막(21)으로 구성되며, 상기 드레인 전극(7b)은 컨택홀(14)을 통하여 화소 전극(30)과 전기적으로 연결된다.
반사막(20)은 외부로부터 입사되는 빛을 반사시키는 금속막으로서, Al이나 혹은 AlNd와 같이 반사율이 높은 불투명 금속물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
일반적으로, 소자를 제작하기 하는데 있어서 패턴 형성을 위해 노광 공정이 이루어진다. 이때, 기판과 패턴이 형성된 마스크의 얼라인이 이루어지는데, 마스크 얼라인은 기판에 형성된 얼라인 키를 기준으로 해서 이루어지게 된다.
도 2에 도시한 것은 패널 및 얼라인 키과 검사 키를 포함하는 기판의 평면도이다.
도시한 바와 같이, 기판(13)의 가장자리에 얼라인 키(40) 및 검사 키(51)가 배치되어 있으며, 기판의 중심부에는 액정 패널(50)이 형성되어 있다.
상기 얼라인 키(40)는 메탈로 이루어져 있으며, 게이트 전극(4) 또는 소오스/드레인 전극(7a,7b)으로 형성될 수 있다. 얼라인 키(40)는 하부층의 패턴과 해당층의 정렬을 위해서 형성시키게 되는데, 일반적으로 노광 장비가 얼라인 키를 인식하는 방법은 FIA(Fine Image Alignment) 방법과 LSA(Laser Scan Alignment) 방법이 있다.
FIA(Fine Image Alignment) 방법은 얼라인 키의 이미지를 직접 인식하는 것으로, 표면에 단차만 형성되면 얼라인 키의 인식이 가능하기 때문에 얼라인 키가 굳이 메탈이 아니어도 상관없다.
LSA(Laser Scan Alignment) 방법은 얼라인 키의 모양을 입사된 레이저 빛에 대한 반사도의 차이로 인식하는 방법으로, 메탈로 이루어진 얼라인 키가 위치하는 영역을 지나는 레이저 빛은 거의 반사하게 된다.
그러나, 도 1에 도시한 바와 같이 상기 반사막(20)은 평탄화된 막 위에 불투명한 금속막을 증착한 상태이므로 상술한 두 가지 얼라인 키 인식 방법을 사용할 수가 없다.
따라서, 반사막 형성 이후의 노광 공정에서는 반사막이 불투명 금속막으로 형성되어 있기 때문에 포토 장비가 반사막의 하부에 형성된 얼라인 키를 인식하지 못하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 얼라인 키(40)가 위치하는 영역에 해당하는 불투명 반사막의 일부를 제거하여 얼라인 키(40)가 인식될 수 있도록 해야만 한다. 이하, 첨부한 도면을 통하여 종래의 얼라인 키를 드러내기 위한 반사막 형성 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 3a내지 도 3e를 통하여 상기와 같이 구성된 반사 투과형 액정 표시 장치의 반사막 및 화소 전극의 형성 방법에 관하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 박막트랜지스터가 형성된 기판(11a)의 전면에 제 1, 제 2, 제 3 보호막을 스퍼터링 방법으로 연속 증착한다.
그리고, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 제 3 보호막(23) 전면에 불투명 금속막을 스퍼터링 방법으로 반사막(20)을 형성한다.
그리고, 도 3c에 도시한 바와 같이, 불투명 반사막(20)에 의해서 가려진 얼라인 키(40)가 인식될 수 있도록 얼라인 키(40)가 형성된 영역을 포함한 그 주변 영역의 반사막(20) 일부를 제거한다.
이때, 상기 반사막(20)의 일부분을 제거하기 위해서는 먼저, 반사막(20) 위에 스핀 코팅(spin coating)또는 롤 코팅(roll coating)방법으로 포토레지스트막(25)을 고르게 코팅한 후, 빛에 대한 비투과영역이 선택적으로 형성된 마스크(61)로 상기 포토레지스트막(25)을 블로킹(blocking)한 다음 자외선(도면 상의 화살표)을 조사한다.
그 다음, 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 자외선이 조사된 결과물을 현상하여 반사막(20) 위에 선택적으로 잔류하는 포토레지스트의 패턴을 형성한 다음, 식각 공정을 통하여 얼라인 키(40)가 드러날 수 있도록 반사막(20)의 일부분을 제거한 한 후, 포토레지스트를 제거한다.
그리고, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기의 포토리소그래피 공정을 통하여 실제 반사층의 패턴을 형성한 다음, 절연막(24)을 전면 증착한 후, 패터닝을 통하여 콘택홀(14)을 형성하고 화소 전극을 스퍼터링 방법으로 증착한다.
상술한 바와 같은 종래의 방법에서는 얼라인 키를 드러내기 위해서 포토리소그래피 공정을 통해 불투명 반사막의 일부를 제거해야 하기 때문에 공정수 증가로 인하여 생산비 및 제품의 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 반사막 형성 후, 얼라인 키를 드러내기 위해서 별도의 포토리소그래피 공정 없이 반사막을 증착하는 공정에서 쉐도우 마스크를 이용하여 얼라인 키가 위치하는 부분에는 반사막이 형성되지 않도록 함으로써, 공정수를 줄이고 제조 비용을 절감 할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
기타 본 발명의 목적 및 특징은 이하의 발명의 구성 및 특허청구범위에서 상세히 기술될 것이다.
도 1은 일반적인 반사 투과형 액정 표시 장치의 개략도.
도 2는 기판에 얼라인 키 및 검사 키와 패널이 형성된 것을 나타내는 평면도.
도 3a내지 도 3e는 종래의 반사막을 형성하는 방법을 나타내는 공정 수순도.
도 4a내지 도 4c는 본 발명의 반사막을 형성하는 방법을 나타내는 공정 수순도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
2: 채널층3: 게이트 절연막
4: 게이트 전극5a: 소스 영역
5b: 드레인 영역6: 층간 절연막
7a: 소스 전극7b: 드레인 전극
10: 투과홀20: 반사막
21: 제 1 보호막22: 제 2 보호막
23: 제 3 보호막30: 화소 전극
40: 얼라인 키51: 검사 키
60: 쉐도우 마스크61: 마스크
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조 방법은 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 박막트랜지스터 및 화소 영역 전면에 제 1, 제 2, 제 3 보호막 증착하는 단계와, 상기 제 3 보호막 위에 반사막을 쉐도우 마스트를 사용하여 원하는 부분만을 선택적으로 증착하는 단계와, 상기 반사막 위에 절연막을 전면 증착하는 단계와, 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극을 소정 부분 드러내기 위해서 패터닝하여 컨택홀을 형성한 후, ITO 물질을 전면에 증착하는 단계로 이루어진다.
상기 제 3 보호막 위에 선택적으로 증착된 반사막은 Al이나 혹은 AlNd와 같은 반사 특성이 우수한 불투명한 금속물질로 이루어져 있으며, 쉐도우 마스크에 의한 반사막의 비선택 영역은 얼라인 키가 형성된 영역이다.
즉, 불투명한 반사막 때문에 이후에 이루어지는 노광 공정에서 얼라인 키를 인식하지 못하는 문제가 발생하는데 이를 해결하기 위해서 반사막 증착시 얼라인 키가 위치하는 영역에 쉐도우 마스크를 두어, 그 부분에는 반사막이 형성되지 못하게 하는 것이다.
이로써, 상기 얼라인 키를 드러내기 위해서 반사막을 패터닝하는 포토리소그래피 공정을 생략할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 반사 투과형 액정 표시 장치의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 4a내지 도 4d에 도시한 것은 본 발명에 따른 반사 투과형 액정 표시 장치의 공정 과정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 기판(11a) 상부에 비정질 실리콘층을 형성한 다음, 이 비정질 실리콘층을 액티브 형태로 패터닝하고, 결정질화 공정을 진행하여, 폴리 실리콘층(2)을 형성하고, 게이트 절연막(3)을 증착한 다음, 그 상부에 게이트 전극(4)을 형성한 후, 게이트 절연막(3) 및 게이트 전극(4)을 마스크로 하여, 노출된 폴리 실리콘층(2)에 N형의 고농도 불순물을 주입함으로써, 소오스, 드레인 영역(5a,5b)을 형성한 다음, 층간 절연막(6)을 증착하고, 소오스, 드레인 영역(5a, 5b)이 소정 부분 노출되도록 패터닝한 다음, 소오스, 드레인 전극(7a, 7b)을 형성함으로써 박막트랜지스터를 형성하고, 상기 박마트랜지스터(19)가 형성된 기판(11a) 전면에 제 1, 제 2, 제 3 보호막(23)을 스퍼터링 방법으로 연속 증착한다.
이때, 상기 제 1 보호막 및 제 3 보호막으로는 SiNx 또는 SiOx 와 같은 무기물질을 이용하고, 제 2 보호막으로는 BCB 또는 포토 아크릴과 같은 유기 물질을 이용한다.
그리고, 상기 제 2 보호막은 액정 표시 소자의 고개구율을 위해서 형성되는것이며, 제 3 보호막은 제 2 보호막의 유기 물질로 인한 스퍼터 장비 챔버의 오염을 방지하고, 이후에 형성되는 금속 물질과의 접착성을 향상시키기 위한 것이다.
또한, 상기 박막트랜지스터는 폴리 실리콘을 채널층으로 하는 p-Si 박막트랜지스터이며, 기판 위에 게이트 전극을 형성하고 게이트 절연막을 전면 증착한 후, 비정질 실리콘으로 이루어진 채널층과 오믹층을 포함하는 액티브층을 형성한 다음, 금속물질을 전면 증착하고 상기 패터닝하여 소오스, 드레인 전극을 형성한 다음, 그 위에 보호막 보호막을 전면 증착함으로써 형성된 비정질 실리콘을 채널층으로 적용한 a-Si 박막트랜지스터도 가능하다.
그 다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 제 3 보호막(23) 위에 쉐도우 마스크를 사용하여 반사막(20)을 증착한다. 이때, 쉐도우 마스크(60)는 얼라인 키(40)가 형성된 영역을 포함한 주변 영역에 놓이게 된다.
따라서, 상기 제 3 보호막 위에 원하는 부분에만 반사막(20)을 증착하고, 얼라인 키(40)가 위치하는 영역에는 반사막(20)이 선택적으로 증착되지 않도록 하여, 얼라인 키(40)를 드러냄으로써, 노광 공정시 반사막 하부의 얼라인 키(40)를 인식 할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 반사막으로는 반사 특성이 우수한 Al이나 혹은 AlNd와 같은 불투명 금속막을 이용한다.
그리고, 상기 쉐도우 마스크(60)는 스퍼터링 장비내의 쉐도우 마스크를 사용하며, 따로 제작할 수도 있다.
그 다음, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 선택적으로 증착된 반사막(20) 위에 절연막(24)을 전면 증착한 후, 패터닝을 통하여 컨택홀(14)을 형성한 다음, 화소 전극(30)을 스퍼터링 방법으로 증착한다.
상기 절연막(24)은 기생 캐패시턴스를 줄이기 위한 목적으로 형성하는 것으로, SiNx 또는 SiOx와 같은 무기 물질을 이용한다.
그리고, 상기 화소 전극(30)은 콘택홀(14)을 통하여 박막트랜지스터의 드레인 전극(7b)과 전기적으로 연결되어 있다.
상기와 같은 본 발명의 반사 투과형 액정 표시 장치의 제조 방법은 불투명한 반사막 하부에 있는 얼라인 키를 드러내기 위해서 선택적으로 형성된 반사막을 형성하는 방법에 있어서, 별도의 포토리소그래피 공정을 진행하기 않아도 쉐도우 마스크를 이용하여 반사막을 선택적으로 증착시킴으로써, 재료비 절감 및 생산성에 기여할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반사층 금속막을 형성하는 단계에서 얼라인 키를 드러내기 위해서 반사막의 일부분을 제거해야 하는 경우, 포토리소그래피 공정을 진행하기 않고도, 반사막 형성시 쉐도우 마스크를 이용하여 반사막을 선택적으로 형성함으로써, 액정 표시 장치의 공정수를 줄이고, 재료비 절감 및 생산성 향상의 효과가 있다.
Claims (7)
- 박막트랜지스터 및 얼라인 키가 형성된 기판을 준비는 단계와, 상기 기판의 전면에 보호막을 증착하는 단계와, 얼라인 키가 형성된 영역에 쉐도우 마스크를 두어 얼라인 키 부분이 노출 되도록 상기 보호막 위에 반사막을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 보호막은 SiNx, SiOx와 같은 무기 물질로 이루어진 제 1 보호막 및 제 3 보호막과 유기 물질로 이루어진 제 2 보호막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 제 2 보호막은 제 1 보호막과 제 3 보호막 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 유기 물질은 BCB 또는 포토 아크릴인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는 다결정 실리콘(p-Si)을 채널층으로 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘(a-Si)을 채널층으로 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
- 제 1항 있어서, 상기 반사막으로는 알루미늄이나 알루미늄 합금과 같은 불투명한 금속물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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