JP2008282052A - 液晶ディスプレイ装置用アレー基板及びその製造方法 - Google Patents

液晶ディスプレイ装置用アレー基板及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】製造工程及び製造費用を減少させて、生産収率を向上させることができる液晶ディスプレイ装置用アレー基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は液晶ディスプレイ装置用アレー基板及びその製造方法に関する。液晶ディスプレイ装置用アレー基板は、薄膜を蒸着して写真エッチングする工程を通してなされるが、写真エッチング工程は多様な工程を伴っているので写真エッチング工程を減らすことによって、製造費用を減少させて不良発生率を減らすことができる。本発明による液晶ディスプレイ装置用アレー基板は、4枚のマスクを利用して製造することによって製造費用を節減でき、回折露光を利用してアクティブ層とソース及びドレイン電極を一回の写真エッチング工程で形成することにおいて、薄膜トランジスタのチャネルをラウンディングされた“U”字形態で形成することによって安定的で向上された製造収率を得ることができる。
【選択図】図5

Description

本発明は液晶ディスプレイ装置用アレー基板及びその製造方法に関する。
最近情報化社会に時代が急発展するによって薄形化、軽量化、低消費電力化などの優秀な特性を有する平板ディスプレイ装置の必要性が高まりつつある。
このような平板ディスプレイ装置は、自ら光を発するかそうでないのかによって分けることができるが、自ら光を発して画像を表示するものを発光形ディスプレイ装置として、そうでなくて外部の光源を利用して画像を表示するものを受光型ディスプレイ装置という。発光形ディスプレイ装置ではプラズマディスプレイ装置と電界放出ディスプレイ装置、電界発光ディスプレイ装置などがあり、受光型ディスプレイ装置では液晶ディスプレイ装置がある。
この中液晶ディスプレイ装置は解像度、カラー表示、画質などが優秀でノートブックコンピュータやデスクトップコンピュータのモニターに活発に適用されている。
一般的に液晶ディスプレイ装置は、一面に電極が各々形成されている二基板を二電極が形成されている面が接するように配置して二基板間に液晶物質を注入した後に、二電極に電圧を印加して生成する電界によって液晶分子を動かすことによって、これにより変わる光の透過率によって画像を表現する装置である。
液晶ディスプレイ装置は、多様な形態でなされることができるが、現在薄膜トランジスタと薄膜トランジスタに連結された画素電極がマトリクス方式で配列されたアクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置が解像度及び動映像具現能力が優秀で最も注目されている。
このような液晶ディスプレイ装置は、下部のアレー基板に画素電極が形成されていて上部基板であるカラーフィルター基板に共通電極が形成されている構造であって、上下にかかる基板に垂直方向の電界によって液晶分子を駆動する方式である。これは、透過率と開口率などの特性が優秀で、上板の共通電極が接地役割をして静電気による液晶セルの破壊を防止できる。
液晶ディスプレイ装置の上部基板は、画素電極以外の部分から発生する光漏れ現像を防ぐためにブラックマトリックスをさらに含む。
一方、液晶ディスプレイ装置の下部基板であるアレー基板は、薄膜を蒸着してマスクを利用して写真エッチングする工程を何度も繰り返すことによって形成されるが、通常的にマスク数は5枚ないし6枚が用いられており、マスクの数がアレー基板を製造する工程数を示す。
以下、添付した図面を参照して従来の液晶ディスプレイ装置用アレー基板及びその製造方法に対して説明する。
図1は従来の液晶ディスプレイ装置用アレー基板に対する平面図であって、図2は図1でII−II線に沿って切った断面図である。
図1及び図2に示したように、液晶ディスプレイ装置用アレー基板では透明な絶縁基板10上に横方向を有するゲート配線21と、ゲート配線21から延びたゲート電極22が形成されている。
ゲート配線21とゲート電極22上部にはゲート絶縁膜30が形成されており、その上にアクティブ層41とオーミックコンタクト層51、52が順次に形成されている。
オーミックコンタクト層51、52上にゲート配線21と直交するデータ配線61、データ配線61から延びたソース電極62、ゲート電極22を中心にソース電極62と接しているドレイン電極63及びゲート配線21と重畳するキャパシタ電極65が形成されている。
データ配線61とソース及びドレイン電極62、63、そしてキャパシタ電極65は保護層70で覆われてあり、保護層70はドレイン電極63とキャパシタ電極65を各々あらわす第1及び第2コンタクトホール71、72を有する。
ゲート配線21とデータ配線61が交差して定義される画素領域の保護層70上部には画素電極81が形成されているが、画素電極81は第1及び第2コンタクトホール71、72を通して各々ドレイン電極62及びキャパシタ電極65と連結されている。
図3Aないし図3Eはこのような液晶ディスプレイ装置用アレー基板の製造過程を示したものであって、図1のII−II線に沿って切った断面に該当する。そこで、図3Aないし図3Eを参照して従来の液晶ディスプレイ装置用アレー基板の製造方法に対して説明する。
図3Aに示したように、基板10上に金属物質を蒸着して第1マスクを利用してパターニングすることによって、ゲート配線21とゲート電極22を形成する。
次に、図3Bに示したようにゲート絶縁膜30、非晶質シリコン、不純物が含まれた非晶質シリコンを順次に蒸着した後、第2マスクを利用した写真エッチング工程でアクティブ層41と不純物半導体層53を形成する。
続いて、図3Cに示したように金属層を蒸着して第3マスクを利用してパターニングすることによって、データ配線(図1の61)とソース電極62、ドレイン電極63及びキャパシタ電極65を形成して、ソース電極62とドレイン電極63間にあらわれた不純物半導体層53をエッチングしてオーミックコンタクト層51、52を完成する。
次に、図3Dに示したように保護層70を蒸着して第4マスクを利用して保護層70とゲート絶縁膜30をパターニングすることによって、ドレイン電極63とキャパシタ電極65をあらわす第1及び第2コンタクトホール71、72を形成する。
次に、図3Eに示したように透明導電物質を蒸着して第5マスクを利用してパターニングすることによって、第1及び第2コンタクトホール71、72を通してドレイン電極63及びキャパシタ電極65と接触する画素電極81を形成する。
このように、5枚のマスクを利用した写真エッチング工程でアレー基板を製造できるが、写真エッチング工程には洗浄と感光膜の塗布、露光及び現像、エッチング等多様な工程を伴っている。したがって、写真エッチング工程を一回のみ短縮しても製造時間は相当多く減って、製造費用を減少させることができ、不良発生率が少なくなるので、マスク数を減らしてアレー基板を製造することが望ましい。
本発明は前記した従来の問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は製造工程及び製造費用を減少させて、生産収率を向上させることができる液晶ディスプレイ装置用アレー基板及びその製造方法を提供することにある。
前記した目的を達成するための本発明による液晶ディスプレイ装置では、基板上にゲート配線と前記ゲート配線に連結されているゲート電極が形成されていて、その上にゲート絶縁膜とアクティブ層及びオーミックコンタクト層が順に形成されている。オーミックコンタクト層上にはモリブデンからなるデータ配線とソース電極及びドレイン電極が形成されていて、その上に保護層が形成されている。次に、保護層上部には画素電極が形成されている。ここで、オーミックコンタクト層はデータ配線、そしてソース及びドレイン電極と同一形態を有し、半導体層はソース及びドレイン電極間のチャネル領域を除いてデータ配線、ソース及びドレイン電極と同一形態に構成されて、チャネル領域は“U”字形態で構成されている。
本発明ではゲート配線と同じ物質でなされて、データ配線と平行方向を有する第1遮光パターンをさらに含むことができる。このとき、第1遮光パターンは少なくとも画素電極の一部と重畳する。第1遮光パターンは両端に前記データ配線と重畳する突出部を有する場合もある。
また、本発明では第1遮光パターンと平行した第2遮光パターンをさらに含む場合もあり、このとき第2遮光パターンは少なくとも画素電極の一部と重畳する。第2遮光パターンはゲート配線に連結されている場合もある。
一方、ドレイン電極は、ゲート配線に平行した第1部分と第1部分から延びた第2部分を含むことができる。第2部分は複数の突出部を有してコンタクトホールによって露出されている。
本発明で画素電極は、少なくともゲート配線の一部と重畳する場合もある。
また、“U”字形態は、対称形態に構成されることが望ましい。
本発明による液晶ディスプレイ装置用アレー基板の製造方法では、基板上にゲート配線とゲート電極を形成して、その上にゲート絶縁膜を形成する。次に、ゲート絶縁膜上部にアクティブ層を形成して、その上にオーミックコンタクト層を形成する。続いて、オーミックコンタクト層上部にモリブデンでなされたデータ配線とソース及びドレイン電極を形成する。次に、その上に保護層を形成して、保護層上部に画素電極を形成する。ここで、オーミックコンタクト層はデータ配線そしてソース及び電極と同一形態を有し、半導体層はソース及びドレイン電極間のチャネル領域を除いてデータ配線、ソース及びドレイン電極と同一形態に構成され、チャネル領域は“U”字形態に構成される。
ゲート配線を形成する段階は、ゲート配線と同じ物質でなされてデータ配線と平行した第1遮光パターンを形成する段階を含む。第1遮光パターンは少なくとも画素電極の一部と重畳し、両端にデータ配線と重畳する突出部を有することができる。
また、ゲート配線を形成する段階は、第1遮光パターンと平行した第2遮光パターンを形成する段階を含む場合もある。第2遮光パターンは少なくとも画素電極の一部と重畳し、ゲート配線に連結されていることができる。
一方、ドレイン電極は、ゲート配線に平行した第1部分と第1部分から延びた第2部分を含むことができる。第1部分は少なくとも画素電極の一部と重畳して、第2部分は複数の突出部を有してコンタクトホールによって露出できる。
本発明で画素電極は、少なくともゲート配線の一部と重畳されていることができる。
また、本発明で“U”字形態は、対称形態であることが望ましい。
本発明の他の液晶ディスプレイ装置用アレー基板の製造方法では、第1マスクを用いて基板上にゲート配線とゲート電極を形成して、ゲート絶縁膜と非晶質シリコン層、ドーピングされた非晶質シリコン層、そして金属層を順に形成する。続いて、第2マスクを利用してアクティブ層とオーミックコンタクト層、データ配線、ソース及びドレイン電極を形成する。次に、第3マスクを利用して保護層を形成して、第4マスクを利用して保護層上部に画素電極を形成する。このとき、ソース及びドレイン電極間のチャネル領域は“U”字形態を有する。
ここで、アクティブ層とオーミックコンタクト層、データ配線、ソース電極とドレイン電極を形成する段階はデータ配線とソース及びドレイン電極に対応する第1パターンとチャネル領域に対応する第2パターンでなされた感光膜パターンを形成する段階を含むが、第1パターンの厚さは第2パターンよりさらに厚い。
一方、第2マスクは、データ配線とソース及びドレイン電極に対応する複数の遮光パターンとチャネル領域に対応する微細パターンでなされ、遮光パターンと微細パターンは第1及び第2スリットを形成する。微細パターンの幅は約1.5μmであって、第1及び第2スリットの幅は1.1μmないし1.3μmであるものが良い。一方、ドレイン電極に隣接したスリットの角部分幅は約1.1μmである。
本発明で、“U”字形態は対称形態であるものが望ましい。
このように、本発明では4枚のマスクを利用してアレー基板を製造することによって製造費用を節減でき、ソース及びドレイン電極間に対応する部分にスリットを有するマスクを利用してソース及びドレイン電極間部分をラウンディングされた形態にすることにより、製造収率を向上させることができる。
本発明による液晶ディスプレイ装置用アレー基板は、4枚のマスクを利用して製造することによって製造費用を節減できる。また、本発明では回折露光を利用してアクティブ層とソース及びドレイン電極を一回の写真エッチング工程で形成することにおいて、薄膜トランジスタのチャネルを“U”字形態で形成することによって安定的で向上された製造収率を得ることができる。
本発明ではゲート配線と同じ物質でデータ配線と平行方向の遮光パターンを形成して画素電極と一部重畳させることによって、工程マージンを向上させて光漏れ不良を防止できる。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例による液晶ディスプレイ装置用アレー基板及びその製造方法に対して詳細に説明する。
まず、図4は本発明の実施例による液晶ディスプレイ装置用アレー基板の平面図であって、図5は図4でV−V線に沿って切った断面図である。
図4及び図5に示したように、透明な基板110上にゲート配線121とゲート電極122、そして第1及び第2遮光パターン124、125が形成されている。ここで、ゲート配線121は横方向に延びていて、ゲート電極122はゲート配線121と連結されており、第1及び第2遮光パターン124、125は縦方向を有してゲート配線121間に形成されているが、第2遮光パターン125の一端はゲート配線121と連結されている。一方、ゲート電極121はゲート電極122と連結された部分の反対側にへこんだ部分を有し、第1遮光パターン124は第2遮光パターン125方向に両端に突出部を有する。
ゲート配線121とゲート電極122、そして第1及び第2遮光パターン124、125上部にはゲート絶縁膜130が形成されてこれらを覆っている。
続いて、ゲート絶縁膜130上にはアクティブ層141が形成されていて、その上にオーミックコンタクト層151、152が形成されている。
オーミックコンタクト層151、152上にはデータ配線161とソース及びドレイン電極162、163が形成されているが、データ配線161は縦方向に延びてゲート配線121と直交することにより画素領域を定義して、ソース電極162はデータ配線161から延びて対称である“U”字形態を有し、ドレイン電極163はソース電極162と分離されていて横方向に延びた第1部分と突出されて以後に形成される画素電極と連結される第2部分とで構成される。ドレイン電極163の第1部分は一端がソース電極162内に位置して薄膜トランジスタのチャネルが“U”字形態を有するようになり、第2部分は画素電極との接触面積を広くするために側面に複数の屈曲を有する。一方、データ配線161は第1遮光パターン124の両端と重畳されているので、以後にデータ配線161が断線する場合を考慮して第1遮光パターン124の両端をレーザーで短絡させ第1遮光パターン124を通して信号が伝えられるようにすることによって、データ配線161の断線を補完できる。
ここで、オーミックコンタクト層151、152は、データ配線161、そしてソース及びドレイン電極162、163と同一形態を有し、アクティブ層141はソース及びドレイン電極162、163間すなわち、薄膜トランジスタのチャネルに該当する部分を除いてデータ配線161、ソース及びドレイン電極162、163と同一形態を有する。
次に、データ配線161とソース及びドレイン電極162、163上部には保護層170が形成されてこれらを覆っており、保護層170はゲート絶縁膜130と一緒にドレイン電極163をあらわすコンタクトホール171を有する。このとき、コンタクトホール171はドレイン電極163の第2部分の一側を完全にあらわす。
次に、画素領域には透明導電物質からなる画素電極181が形成されている。画素電極181はコンタクトホール171を通してドレイン電極163と連結されており、前段のゲート配線121と重畳されてストレージキャパシタを形成して、また第1及び第2遮光パターン124、125、そしてドレイン電極163の第1部分とも一部重畳されている。ここで、第1及び第2遮光パターン124、125とドレイン電極163の第1部分は画素電極181と重畳することによって、液晶ディスプレイ装置の合着マージンを考慮したパネル設計の自由度を増やして光漏れを効果的に防止する役割をする。
このような液晶ディスプレイ装置用アレー基板は、4枚のマスクを利用して製造されるが、その製造過程に対して図6A及び図6B、図7Aないし図7E、図8A及び図8B、そして先立った図4と図5を参照して詳細に説明する。
図6A及び図6Bには本発明の実施例によって製造する最初段階におけるアレー基板に対する平面図及び断面図を各々示したが、図6Bは図6AでVIb−VIb線に沿って切った断面に該当する。図示したように、ガラスのような透明基板110上に金属物質を蒸着して第1マスクを利用してパターニングすることによって、横方向のゲート配線121とゲート配線121から延びたゲート電極122、そして縦方向に延びている第1及び第2遮光パターン124、125を形成する。ここで、金属物質は比較的抵抗が低い物質を用いることが良いし、クロムとアルミニウムまたはクロムとアルミニウム合金の二重層で形成することができる。このとき、第2遮光パターン125はゲート配線121と連結されている。
次に、データ配線161とソース及びドレイン電極162、163、そしてオーミックコンタクト層151、152及び半導体層141を形成するが、このような過程を図7Aないし図7Eに示した。
まず、図7Bに示したようにゲート絶縁膜130と非晶質シリコン層140及び不純物でドーピングされた非晶質シリコン層150を順に蒸着して、金属層160をスパッタリングのような方法で蒸着した後、感光膜を塗布して第2マスクを利用して露光及び現像して感光膜パターン191、192を形成する。
ここで、データ配線とソース及びドレイン電極が形成される部分には最も厚い厚さを有する第1感光膜パターン191が形成されて、ソース及びドレイン電極間のチャネルが形成される部分には第1感光膜パターン191より薄い厚さを有する第2感光膜パターン192が形成され、残り部分ではすべて除去されている。
このように厚さが異なる感光膜パターンを一度に形成するために、チャネルが形成される部分に対応する領域に微細パターンが形成されたマスクを利用することができるが、このような本発明による第2マスクについて図9に示した。ここで、図9の第2マスクはソース及びドレイン電極と対応する部分を拡大図示したものである。
図示したように、第2マスク200はデータ配線とソース及びドレイン電極に対応する部分に形成されて光を遮断する遮光パターン261、262、263と、薄膜トランジスタのチャネルに対応する部分内に形成されている微細パターン264を含む。したがって、チャネルに対応する部分では微細パターン264によって露光器の分解能より狭い幅を有するスリット265a、265bが形成されて、光の回折現像によって露光される光の量が少ないために、第1感光膜パターン(図7Bの191)より薄い厚さを有する第2感光膜パターン(図7Bの192)が形成される。
ここで、スリット265a、265bを通過した光が球面波の形態を有するようになるので、パターンの再現性を確保するためにはチャネルをラウンディングされた“U”字形態にすることが望ましい。このとき、“U”字形態は対称形態をなす。
微細パターン264の幅b、eは約1.5μmであり、スリット265a、265bの間隔a、c、dは約1.3μmであるが、チャネルの幅が一定間隔を有するように形成するためにコーナー部分のドレイン電極と隣接した部分の幅fは約1.1μmで他の部分に比べて狭い幅を有するようにする。
次に、図7Cに示したように感光膜パターン191、192に覆われない部分の金属層(図7Bの160)と不純物がドーピングされた非晶質シリコン層(図7Bの150)、そして非晶質シリコン層(図7Bの140)をエッチングして導電パターン165と不純物半導体層155、そして半導体層141を形成する。ここで、半導体層141はアクティブ層になる。このとき、金属層(図7Bの160)はドライエッチングによって除去されることができるようにモリブデン(Mo)で形成することが望ましい。
次に、図7Dに示したように第2感光膜パターン192を除去する。このとき、第2感光膜パターン192の除去はアッシング(ashing)のような方法を利用することができ、第1感光膜パターン191も一緒に除去されて第1感光膜パターン191の厚さが薄くなる場合もある。
次に、図7Eに示したようにあらわれた導電パターン165とその下部の不純物半導体層155を除去してデータ配線161とソース及びドレイン電極162、163、そしてオーミックコンタクト層151、152を完成した後、残っている第1感光膜パターン191を除去する。
次に、図8A及び図8Bに示したようにシリコン窒化膜やシリコン酸化膜または有機絶縁膜を蒸着した後に、第3マスクを利用した写真エッチング工程でパターニングしてドレイン電極163を一部あらわすコンタクトホール171を有する保護層170を形成する。
続いて、図4及び図5に示したようにインジウム−スズ−オキサイド(ITO)のような透明導電物質を蒸着して第4マスクを利用した写真エッチング工程で画素電極181を形成するが、画素電極181はコンタクトホール171を通してドレイン電極163と連結されて、ゲート配線121と重畳してストレージキャパシタを形成し、遮光パターン124、125及びドレイン電極163の一部とも重畳されている。
このように、液晶ディスプレイ装置用アレー基板を4枚のマスクを利用して製造することによって製造工程を減少させることができ、チャネルを“U”字形態にして回折露光を利用することによって生産収率を向上させることができる。
本発明は前記した実施例に限らず、本発明の精神を外れない範囲において多様な変化と変形が可能である。
一般的な液晶ディスプレイ装置用アレー基板の平面図。 図1でII−II線に沿って切った断面図。 従来の液晶ディスプレイ装置用アレー基板を製造する工程を示した断面図。 従来の液晶ディスプレイ装置用アレー基板を製造する工程を示した断面図。 従来の液晶ディスプレイ装置用アレー基板を製造する工程を示した断面図。 従来の液晶ディスプレイ装置用アレー基板を製造する工程を示した断面図。 従来の液晶ディスプレイ装置用アレー基板を製造する工程を示した断面図。 本発明による液晶ディスプレイ装置用アレー基板の平面図。 図4でV−V線に沿って切った断面図。 本発明によってアレー基板を製造する工程を示した図面。 本発明によってアレー基板を製造する工程を示した図面。 本発明によってアレー基板を製造する工程を示した図面。 本発明によってアレー基板を製造する工程を示した図面。 本発明によってアレー基板を製造する工程を示した図面。 本発明によってアレー基板を製造する工程を示した図面。 本発明によってアレー基板を製造する工程を示した図面。 本発明によってアレー基板を製造する工程を示した図面。 本発明によってアレー基板を製造する工程を示した図面。 本発明によるマスクの構造を示した図面。
符号の説明
110:基板
121:ゲート配線
122:ゲート電極
130:ゲート絶縁膜
141:アクティブ層
151、152:オーミックコンタクト層
161:データ配線
162:ソース電極
163:ドレイン電極
170:保護層
171:コンタクトホール
181:画素電極

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板上に形成されているゲート配線と前記ゲート配線に連結されているゲート電極と、
    前記ゲート配線と前記ゲート電極上部に形成されているゲート絶縁膜と、
    前記ゲート絶縁膜上部に形成されているアクティブ層と、
    前記アクティブ層上部に形成されているオーミックコンタクト層と、
    前記オーミックコンタクト層上部に形成されているデータ配線、ソース電極及びドレイン電極と、
    前記データ配線と前記ソース及びドレイン電極上部に形成されている保護層と、
    前記保護層上部に形成されている画素電極と、
    前記ゲート配線と同じ物質でなされて前記データ配線と平行方向を有する第1遮光パターンであって、両端に前記データ配線と重畳する突出部を有する第1遮光パターンとを含み、
    前記オーミックコンタクト層は、前記データ配線と前記ソース及びドレイン電極と同一形態を有し、
    前記アクティブ層は前記ソース及びドレイン電極間のチャネル領域を除いて前記データ配線と前記ソース及びドレイン電極と同一形態でなされて、
    前記チャネル領域は“U”字形態でなされて、
    前記第1遮光パターンの突出部と前記データ配線は、これらの間に挿入された前記ゲート絶縁膜と共に互いに重畳することを特徴とする液晶ディスプレイ装置用アレー基板。
  2. 前記第1遮光パターンは、少なくとも前記画素電極の一部と重畳することを特徴とする請求項1に記載の液晶ディスプレイ装置用アレー基板。
  3. 前記第1遮光パターンと平行した第2遮光パターンをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶ディスプレイ装置用アレー基板。
  4. 前記第2遮光パターンは、少なくとも前記画素電極の一部と重畳することを特徴とする請求項3に記載の液晶ディスプレイ装置用アレー基板。
  5. 前記第2遮光パターンは、前記ゲート配線に連結されていることを特徴とする請求項3に記載の液晶ディスプレイ装置用アレー基板。
  6. 前記ドレイン電極は、前記ゲート配線に平行した第1部分と前記第1部分から延びた第2部分を含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶ディスプレイ装置用アレー基板。
  7. 前記第1部分は、少なくとも前記画素電極の一部と重畳することを特徴とする請求項6に記載の液晶ディスプレイ装置用アレー基板。
  8. 前記第2部分は、複数の突出部を有してコンタクトホールによって露出されていることを特徴とする請求項6に記載の液晶ディスプレイ装置用アレー基板。
  9. 前記画素電極は、少なくとも前記ゲート配線の一部と重畳されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶ディスプレイ装置用アレー基板。
  10. 前記“U”字形態は、対称形態であることを特徴とする請求項1に記載の液晶ディスプレイ装置用アレー基板。
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