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KR100519368B1 - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

액정표시소자 및 그 제조방법 Download PDF

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Publication number
KR100519368B1
KR100519368B1 KR10-2002-0017361A KR20020017361A KR100519368B1 KR 100519368 B1 KR100519368 B1 KR 100519368B1 KR 20020017361 A KR20020017361 A KR 20020017361A KR 100519368 B1 KR100519368 B1 KR 100519368B1
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KR
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thin film
indium tin
tin oxide
amorphous indium
liquid crystal
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KR10-2002-0017361A
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Inventor
김철세
Original Assignee
엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 액정표시소자 제조방법은 기판 상에 화소 영역을 정의하기 위해 종횡으로 배열된 게이트 배선 및 데이터 배선과 박막트랜지스터를 구비한 박막트랜지스터 어레이를 형성하는 공정과, 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극에 콘택홀을 갖도록 기판 전면에 보호막을 형성하는 공정과, 상기 보호막 상에 비정질 인듐주석산화물 박막을 형성하는 공정과, 상기 화소 영역의 상기 비정질 인듐주석산화물 박막에 선택적으로 엑시머 레이저를 조사하여 상기 비정질 인듐주석산화물 박막을 선택적으로 결정화시키는 공정과, 상기 결정화가 되지 않은 상기 비정질 인듐주석산화물 박막을 선택적으로 제거하여 화소 전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{Liquid Crystal Display devices and method for manufacturing the same}
본 발명은 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 보호막 상에 증착된 비정질 인듐주석산화물을 엑시머 레이저광에 실루엣 노광시켜 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물로 결정화시키고, 남아 있는 상기 비정질 인듐주석산화물을 선택적으로 식각함으로써 화소전극을 형성할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 소형화, 경량화, 박형화가 가능한 표시장치로서 널리 사용되고 있다. 이와 같은 액정표시소자는 콘트라스트(contrast) 비가 크고, 계조 표시나 동화상 표시에 적합하며 전력소비가 작다는 장점 때문에, CRT(cathode ray tube)의 단점을 극복할 수 있는 대체수단으로써 점차 그 사용 영역이 확대되고 있다.
이러한 액정표시소자의 액정패널은 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 화소 영역에 박막트랜지스터와 화소전극을 구비한 박막트랜지스터 기판과, 컬러필터층과 공통전극을 구비한 컬러필터 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정층으로 구성된다.
일반적으로 액정표시장치는 전계생성전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
이와 같은 액정표시장치는 다양한 형태로 이루어질 수 있는데, 현재 박막 트랜지스터와 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이러한 액정표시장치는 하부 기판에 화소전극이 형성되어 있고, 상부 기판에 공통전극이 형성되어 있는 구조로, 두 전극 사이에 걸리는 기판에 수직한 방향의 전기장에 의해 액정 분자를 구동하는 방식이다.
이하, 액정표시장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a는 액정표시소자의 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 I∼I'에 대한 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 액정표시소자는 복수개의 게이트 배선(1)과 복수개의 데이터 배선(3)으로 정의되는 복수의 화소영역과, 상기 화소영역에 상응하는 화소전극(8)과, 상기 게이트 배선(1)의 신호에 따라 스위칭 되어 상기 데이터 배선(3)의 신호를 상기 화소전극(8)에 인가하는 박막 트랜지스터(7)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 게이트 배선(1) 및 데이터 배선(3)은 저항이 낮은 알루미늄계 금속화합물의 반투명 금속으로 이루어져 있고, 상기 화소전극(8)은 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO)과 같은 투명 금속으로 이루어져 있다.
또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 액정표시소자는 제 1 기판(9) 상에 일방향으로 형성된 게이트 배선(1)과 상기 게이트 배선(1)에서 돌출하도록 형성된 게이트 전극(2)과, 상기 게이트 배선(1)을 포함한 기판 전면에 형성된 게이트 절연막(11)과, 상기 게이트 전극에 상측의 게이트 절연막(11)위에 섬 모양으로 형성된 반도체층(12)과, 상기 반도체층(12)의 양 가장자리에 데이터 배선(3)을 포함하여 형성된 소스/드레인전극(5a)(5b)을 포함하여 이루어진다. 즉, 상기 게이트전극(2), 반도체층(12) 및 소스/드레인 전극(5a)(5b)으로 이루어진 박막 트랜지스터(7)(Thin Film Transistor ; TFT)의 구조를 이루고, 상기 박막트랜지스터(7)를 포함한 제 1 기판(9) 전체에 걸쳐 형성된 보호막(13)과, 상기한 보호막(13) 위에서 드레인 전극(5b)과 연결되어 형성된 화소전극(8)과 액정의 규칙적인 배열을 위한 제 1 배향막(17a)을 더 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 제 2 기판(10) 위에 상기한 게이트 배선(1), 데이터 배선(3), 및 박막 트랜지스터(7)에 상응하는 부분의 빛을 차단하기 위해 형성된 차광막(14)과, 상기한 차광막(14) 위에 색상을 구현하기 위해 형성된 컬러필터층(15)과, 상기 제 1 기판(9)의 화소 전극으로부터 전위차를 갖기 위해 형성된 공통전극(16)과, 상기 공통전극(16) 위에 액정의 규칙적인 배열을 위해 형성된 상기 배향막(17)을 더 포함하여 이루어진다. 또한 제 1 기판(9)과 제 2 기판(10)을 일정공간을 유지하게 합착 되고 사이에 형성된 액정층(23)을 더 포함하여 이루어진다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제 1 기판(9)과 제 2 기판(10) 사이에 일정공간을 갖도록 하기 위해 스패이서가 산포되어 있다.
이와 같은 구조의 액정표시소자 제조공정은 실리콘 반도체 제조공정과 유사하여 기판 상에 박막을 증착(Thin Film Deposition)하고, 상기 기판 상에 증착된 박막을 패터닝(Patterning)하기 위한 사진석판인쇄법(Photolithography)에 따른 일련의 공정들 즉, PR(Photo Resistor)도포, UV 노광, 현상(Develop), 박막의 식각(Etching), PR 스트립(Strip) 및 세정(Cleaning)과 같은 단위공정이 이루어지는 데, 이와 같은 단위 공정은 상기 박막의 형성에 따라 다수의 반복 작업을 요한다.
예컨대, 도 2a 내지 2f는 종래 기술에 따른 액정표시소자 제조 단면도로서, 화소전극(8)의 경우 투명전극으로써 저온 스퍼터링 방법에 의해 비정질 인듐주석산화물(8a)을 상기 보호막(13)이 형성된 기판면에 증착하고, 상기 비정질 인듐주석산화물(8a) 상에 상기 PR(20)을 도포한 후 베이킹(Baking)하여 굳히고, 상기 PR(20)을 마스크(21) 및 자외선(22)을 이용하여 실루엣 노광시키고, 노광된 상기 PR(20)을 현상하고, 상기 PR(20)이 현상된 부분의 상기 비정질 인듐주석산화물(8a)을 식각액을 이용하여 식각하고, 남아 있는 상기 비정질 인듐주석산화물(8a) 상의 상기 PR(20)을 스트립 및 세정함으로써 형성될 수 있다.
이때, 상기 비정질 인듐주석산화물(8a)을 식각하기 위한 식각액으로 묽은 옥살산 또는 묽은 염산을 사용할 수 있다.
따라서, 종래 기술의 액정표시소자 제조방법은 상기 보호막(13) 상에 비정질 인듐주석산화물(8a) 박막을 증착하고, 상기 비정질 인듐주석산화물(8a) 박막을 석판사진인쇄법으로 화소전극(8)을 패터닝할 수 있다.
하지만, 이와 같은 종래 기술의 액정표시소자 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래 기술의 액정표시소자 제조방법은 화소전극의 형성에 있어서 상기 PR도포, 노광, 현상, 식각, PR 스트립 및 세정과 같은 석판사진인쇄법의 복잡한 공정을 통하여 이루어지기 때문에 패턴 불량이 발생하기 쉽고, 많은 제조시간을 요하기 때문에 생산성이 떨어진다.
둘째, 종래 기술의 액정표시소자 제조방법은 화소전극을 사진석판인쇄법으로 형성하기 위한 설비비 및 유지 보수비가 많이 들기 때문에 생산성이 떨어진다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 상기 비정질 인듐주석산화물을 엑시머 레이저(Eximer laser)로 실루엣 노광하여 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물로 변환시키고, 남아 있는 상기 비정질 인듐주석산화물을 선택적으로 식각시킴으로서 화소전극을 형성할 수 있는 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은, 기판 상에 화소 영역을 정의하기 위해 종횡으로 배열된 게이트 배선 및 데이터 배선과 박막트랜지스터를 구비한 박막트랜지스터 어레이를 형성하는 공정과, 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극에 콘택홀을 갖도록 기판 전면에 보호막을 형성하는 공정과, 상기 보호막 상에 비정질 인듐주석산화물 박막을 형성하는 공정과, 상기 화소 영역의 상기 비정질 인듐주석산화물 박막에 선택적으로 엑시머 레이저를 조사하여 상기 비정질 인듐주석산화물 박막을 선택적으로 결정화시키는 공정과, 상기 결정화가 되지 않은 상기 비정질 인듐주석산화물 박막을 선택적으로 제거하여 화소 전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액정표시소자 제조방법은 보호막 상에 증착된 비정질 인듐주석산화물을 엑시머 레이저로 실루엣 노광하여 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물로 결정화시키고, 상기 엑시머 레이저(Eximer laser)에 노광되지 않은 상기 비정질 인듐주석산화물을 선택적으로 식각시킴으로서 화소전극을 형성할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 액정표시소자 제조방법을 상세히 설명한다.
도 3a 내지 도 도 3d는 본 발명의 액정표시소자 제조 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정표시소자 제조 방법은 기판(109) 상에 금속층을 증착하고 패터닝하여 게이트 배선(도시하지 않음) 및 게이트 전극(102)을 형성하고, 상기 게이트 전극(102)이 형성된 기판(109) 전면에 게이트 절연막(111)을 형성하고, 상기 게이트 전극(102) 상측의 게이트 절연막(111) 상에 반도체층(112)을 섬모양으로 형성하고, 상기 반도체층(112) 상의 양측에 각각 소스전극(105a) 및 드레인전극(105b)을 형성하고, 상기 소스전극(105a) 및 드레인전극(105b)이 형성된 기판 전면에 보호막(113)을 형성하고, 상기 드레인 전극(105b)이 노출되도록 상기 보호막(113)을 선택적으로 제거하여 상기 드레인 전극(105b)에 콘택홀을 형성한다.
또한, 보호막(113)이 형성된 기판 전면에 비정질 인듐주석산화물(108a)을 증착하고, 상기 비정질 인듐주석산화물(108a) 상에 마스크(121)를 위치하고 엑시머 레이저(122)를 조사하고, 상기 엑시머 레이저(122)가 조사되지 않은 부분의 비정질 인듐주석산화물(108a)을 식각하고 상기 엑시머 레이저(122)로 이루어진 화소전극(도시하지 않음)을 형성하는 것을 더 포함한다.
여기서, 상기 비정질 인듐주석산화물(108a)은 약 200℃ 이상의 열처리에 의해 다결정질 또는 결정질의 인듐주석산화물(108b)로 변화하는 성질을 이용하여 상기 엑시머 레이저(122)로 상기 비정질 인듐주석산화물(108a)을 노광시킴으로써 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물(108b)로 결정화시킬 수 있다.
또한, 상기 비정질 인듐주석산화물(108a)의 식각 시에 상기 비정질 인듐주석산화물(108a)은 묽은 옥살산 또는 묽은 염산에 식각율이 높고 상기 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물(108b)은 상기 식각액에 대하여 식각율이 낮기 때문에 상기 묽은 옥살산 또는 묽은 염산과 같은 식각액을 이용하여 상기 비정질 인듐주석산화물(108a)을 선택적으로 식각할 수 있다.
예컨대, 10%의 묽은 옥살산을 이용하여 상기 비정질 인듐주석산화물(108a)과 상기 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물(108b)의 식각율을 온도에 따라 비교하면 표 1과 같다.
온도(℃) 유량(ℓ/m) 식각율(Å/sec)
비정질 인듐주석산화물 다결정질 인듐주석산화물
25 30 7.9 0.0
30 30 11.1 0.0
35 30 14.3 0.0
65 30 1.2
표 1에 도시된 바와 같이, 묽은 옥살산은 비정질 인듐주석산화물(108a)에 대하여 낮은 온도에서부터 높은 온도까지 식각율이 높지만, 상기 묽은 옥살산은 다결정질 인듐주석산화물(108b)을 낮은 온도에서 거의 식각할 수 없고 높은 온도에서 또한 식각율이 매우 작다.
또한, 공통점은 상기 묽은 옥살산의 온도를 높임에 따라 식각율이 증가함을 알 수 있다. 이때, 표 1의 자료를 이용하여 도 4와 같이 나타낼 수 있다.
즉, 묽은 옥살산을 이용하여 상온에서 최대 수백초 내에 상기 수백 Å 두께의 비정질 인듐주석산화물(108a)을 완전히 식각할 수 있는 반면, 상기 다결졍질 인듐주석산화물(108b)은 거의 식각할 수 없다.
결국, 본 발명의 액정표시소자 제조방법은 화소전극을 형성하기 위해 비정질 인듐주석산화물(108a)을 엑시머 레이저(122)에 노광시켜 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물(108b)로 결정화시키고, 상기 엑시머 레이저(122)에 노광되지 않은 비정질 인듐주석산화물(108a)을 선택적으로 식각할 수 있다.
따라서, 본 발명의 액정표시소자 제조방법은 보호막(113) 상에 형성된 비정질 인듐주석산화물(108a)과 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물(108b)을 묽은 옥살산 또는 묽은 염산과 같은 약산으로 비정질 인듐주석산화물(108a)만을 선택적으로 식각할 수 있기 때문에 종래 기술의 석판사진인쇄술에 비해 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 제조시간을 단축시킬 수 있기 때문에 생산성을 높일 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명의 액정표시소자 제조방법은 보호막(113) 상에 비정질 인듐주석산화물(108a) 박막을 증착하고, 상기 비정질 인듐주석산화물(108a) 박막에 선택적으로 엑시머 레이저(122)를 조사하여 상기 비정질 인듐주석산화물(108a)을 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물(108b)로 결정화시키고, 묽은 옥살산 또는 묽은 염산과 같은 약산을 이용하여 남아 있는 상기 비정질 인듐주석산화물(108a)을 선택적으로 식각할 수 있기 때문에 상기 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물로 이루어진 화소전극을 용이하게 형성할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시소자 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 증착된 비정질 인듐주석산화물 박막을 엑시머 레이저에 실루엣 노광시켜 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물로 결정화시키고, 식각액을 이용하여 남아있는 비정질 인듐주석산화물을 선택적으로 식각하여 화소전극을 형성함으로써 종래 기술의 석판사진인쇄법에 비해 간단하고 제조시간을 단축시킬 수 있기 때문에 생산성을 높일 수 있다.
도 1a는 액정표시소자의 평면도.
도 1b는 도 1a의 I∼I'의 단면도.
도 2a 내지 2f는 종래 기술에 따른 액정표시소자 제조 단면도.
도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 액정표시소자 제조 단면도.
도 4는 표 1의 자료를 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 설명*
102 : 게이트 전극 103 : 데이터 배선
105a : 소스 전극 105b : 드레인 전극
108a : 비정질 인듐주석산화물 108b : 다결정질 또는 결정질 인듐주석 산화물
109 : 기판 111 : 게이트 절연막
112 : 반도체층 113 : 보호막
121 : 마스크 122 : 엑시머 레이저

Claims (6)

  1. 기판 상에 화소 영역을 정의하기 위해 종횡으로 배열된 게이트 배선 및 데이터 배선과 박막트랜지스터를 구비한 박막트랜지스터 어레이를 형성하는 공정과,
    상기 박막트랜지스터의 드레인 전극에 콘택홀을 갖도록 기판 전면에 보호막을 형성하는 공정과,
    상기 보호막 상에 비정질의 인듐주석산화물 박막을 형성하는 공정과,
    상기 화소 영역의 상기 비정질 인듐주석산화물 박막 상에 선택적으로 엑시머 레이저를 조사하여, 엑시머 레이저가 조사된 부분의 비정질 인듐주석산화물 박막을 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물 박막으로 결정화시키는 공정과,
    상기 엑시머 레이저가 조사되지 않아 결정화가 되지 않은 비정질 인듐주석산화물 박막을 선택적으로 제거하여 화소전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 식각액은 묽은 옥살산, 묽은 염산 또는 이들이 혼합된 약산을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 박막트랜지서터의 드레인 전극을 노출시키기 위해 상기 보호막을 식각하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
  5. 기판 상에 화소 영역을 정의하기 위해 종횡으로 배열된 게이트 배선 및 데이터 배선과 박막트랜지스터를 구비한 박막트랜지스터 어레이를 형성하는 공정과,
    상기 기판 상에 비정질 인듐주석산화물 박막을 형성하는 공정과,
    상기 화소 영역의 상기 비정질 인듐주석산화물 박막에 선택적으로 엑시머 레이저를 조사하여, 엑시머 레이저가 조사된 부분의 비정질 인듐주석산화물 박막을 다결정질 또는 결정질 인듐주석산화물 박막으로 결정화시키는 공정과,
    상기 엑시머 레이저가 조사되지 않아 결정화가 되지 않은 상기 비정질 인듐주석산화물 박막을 선택적으로 제거하여 화소 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
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