KR100488338B1 - 박막트랜지스터 액정표시장치용 어레이기판 및 그의제조방법 - Google Patents

박막트랜지스터 액정표시장치용 어레이기판 및 그의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 어레이기판에 관한 것으로, 특히 데이터배선의 단선을 방지하는 어레이기판의 제조방법에 관한 것으로, 상기 데이터배선에 콘택홀을 형성하여, 상기 콘택홀을 통해 데이터배선과 접촉하는 투명도전성물질로 이루어진 보조데이터배선을 형성함으로써, 데이터배선의 단선시에도 상기 보조데이터배선과의 접촉에 의해 화소전극으로 데이터신호를 인가할 수 있으므로, 추후 리페어 공정없이 데이터배선의 단선을 방지할 수 있는 것이다.
더 나아가, 본 발명에 의하면, 공정수를 줄일 수 있어 수율이 향상되고, 보조 데이터배선의 추가로, 상기 데이터 배선의 저항이 감소하여 화질향상을 가져올 수 있다.

Description

박막트랜지스터 액정표시장치용 어레이기판 및 그의 제조방법{Array substrate for TFT type liquid crystal display device and method of manufacturing the same}
본 발명은 화상 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor : TFT)를 포함하는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)에 관한 것이다. 특히, 데이터배선의 단선을 방지하는 어레이기판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재는 전술한 바 있는 박막 트랜지스터와 상기 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동행렬 액정 표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
일반적으로 액정 표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정 패널의 구조를 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 액정표시장치 패널의 단면을 도시한 단면도이다.
액정 패널(40)은 여러 종류의 소자들이 형성된 두 장의 기판(50, 60)이 서로 대응되게 형성되어 있고, 상기 두 장의 기판(50, 60) 사이에 액정층(70)이 개재된 형태로 위치하고 있다.
상기 액정 패널(40)에는 색상을 표현하는 컬러필터가 형성된 상부 기판(60)과 상기 액정층(70)의 분자 배열방향을 변환시킬 수 있는 스위칭 회로가 내장된 하부 기판(50)으로 구성된다.
상기 상부 기판(60)에는 색을 구현하는 컬러필터층(61)과, 상기 컬러필터층(61)을 덮는 공통전극(62)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(62)은 액정(70)에 전압을 인가하는 한쪽전극의 역할을 한다. 상기 하부 기판(50)은 스위칭 역할을 하는 박막 트랜지스터(S)와, 상기 박막 트랜지스터(S)로부터 신호를 인가받고 상기 액정(70)으로 전압을 인가하는 다른 한쪽의 전극역할을 하는 화소전극(80)으로 구성된다.
상기 화소전극(80)이 형성된 부분을 화소부(P)라고 한다.
그리고, 상기 상부 기판(60)과 하부 기판(50)의 사이에 주입되는 액정(70)의 누설을 방지하기 위해, 상기 상부 기판(60)과 하부 기판(50)의 가장자리에는 실런트(sealant : 71)로 봉인되어 있다.
상기 도 1에 도시된 하부 기판(50)의 평면도를 나타내는 도 2를 참조하여 하부 기판(50)의 작용과 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2은 일반적인 액정표시장치 어레이기판의 일부를 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치용 어레이기판은 화소(P)와 상기 화소에 주사신호를 전달하는 게이트배선(13)과 상기 화소영역(P) 상에 위치한 화소전극(35)에 데이터신호를 전달하는 데이터배선(19)으로 이루어지며, 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(19)의 교차지점에 스위칭 소자(A)가 형성되어 있다. 상기 스위칭 소자(A)는 여러 물질이 증착되고 패터닝되어 복합적으로 구성된 소자이며, 일반적으로 박막트랜지스터를 스위칭소자(A)로 사용한다.
상기 박막트랜지스터는 상기 게이트배선(13)과 연결된 게이트전극(10)과 상기 데이터배선(19)의 일부에서 돌출 연장되어 형성된 소스전극(17)과 상기 소스전극(17)과 평면적으로 소정간격 이격된 드레인전극(18)으로 형성된다.
또한, 상기 소스전극(17)과 드레인전극(18)과 게이트전극(10)에 중첩되어 채널의 역할을 하는 액티브 채널층(16)이 형성되고, 상기 액티브 채널층(16)은 상기 데이터배선(19)의 하부로 연장되어 상기 데이터배선보다는 작은 폭으로 상기 데이터배선(19)과 겹쳐지고, 이를 액티브라인(28)이라 한다.
그리고, 상기 데이터배선(19), 액티브라인(28) 및 절연층(미도시) 및 보호층(미도시)등을 통칭하여 데이터배선부(39)라 칭하기로 한다.
상술한 능동행렬 액정 표시장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
스위칭 박막 트랜지스터의 게이트 전극(10)에 전압이 인가되면, 데이터 신호가 화소전극(35)으로 인가되고, 게이트 전극(10)에 신호가 인가되지 않는 경우에는 화소전극(35)에 데이터 신호가 인가되지 않는다.
일반적으로 하부 기판의 제조공정은 만들고자 하는 각 소자에 어떤 물질을 사용하는가 혹은 어떤 사양에 맞추어 설계하는가에 따라 결정되는 경우가 많다.
예를 들어, 과거 소형 액정 표시장치의 경우는 별로 문제시되지 않았지만, 18인치 이상의 대면적, 고해상도(예를 들어 SXGA, UXGA 등) 액정 표시장치의 경우에는 게이트배선 및 데이터배선에 사용되는 재질의 고유 저항값이 화질의 우수성을 결정하는 중요한 요소가 된다. 따라서, 대면적/고해상도의 액정 표시소자의 경우에는 게이트 배선 및 데이터배선의 재질로 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 저항이 낮은 금속을 사용하는 것이 바람직하다.
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 I-I와 II-II를 따라 각각 절단하여 공정순서에 따라 나타낸 공정 단면도이다.
즉, I-I는 스위칭소자부분이고, Ⅱ-Ⅱ는 데이터배선부로서, 공정단계에 따라 도시한 단면도이다.
일반적으로 액정 표시장치에 사용되는 박막 트랜지스터의 구조는 역 스태거드(Inverted Staggered)형 구조가 많이 사용된다. 이는 구조가 가장 간단하면서도 성능이 우수하기 때문이다.
또한, 상기 역 스태거드형 박막 트랜지스터는 채널부의 형성 방법에 따라 백 채널 에치형(back channel etch : EB)과 에치 스타퍼형(etch stopper : ES)으로 나뉘며, 그 제조 공정이 간단한 백 채널 에치형 구조가 적용되는 액정 표시소자 제조공정에 관해 설명한다.
먼저, 기판(7)에 이물질이나 유기성 물질의 제거와 증착될 게이트 물질의 금속 박막과 유리기판의 접촉성(adhesion)을 좋게 하기 위하여 세정을 실시한 후, 유리기판(7) 상에 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금과 몰리브덴 (Mo), 탄탈 (Ta), 텅스텐 (W) 또는 안티몬 (Sb)등과 같은 도전성금속을 스퍼터링(sputtering)에 의하여 증착하여 제 1 도전성 금속층을 형성한다.
다음으로, 도 3a에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 도전성 금속층을 제 1 마스크 공정으로 패터닝하여, 게이트배선(도 2의 13)과, 상기 게이트배선(도 2의 13)에서 일 방향으로 소정면적으로 돌출 형성된 게이트전극(10)을 형성한다.
다음으로, 상기 게이트전극(10)과 게이트배선(도 2의 13)이 형성된 기판(7)의 전면에 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx)과 같은 무기 절연막을 증착하거나 경우에 따라서는 BCB(BenzoCycloButene) 또는 아크릴(Acryl)계 수지와 같은 유기 절연물질을 도포하여 제 1 절연층(12)을 형성한다.
다음으로 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 절연층(12) 상에 순수 아몰퍼스 실리콘(n+ a-Si)과 같은 반도체물질인 진성반도체층(16a)과 불순물이 첨가된 아몰퍼스 실리콘인 불순물 반도체층(16b)을 연속으로 증착한다.
상기 진성반도체층(16a)과 불순물 반도체층(16b)을 통합하여 액티브 채널층(16)이라 칭한다.
상기 액티브 채널층(16)을 제 2 마스크공정으로 패턴하여, 상기 게이트전극(10)의 상부에 형성되는 액티브 채널층(16)과 상기 액티브 채널층(16)에서 일 방향으로 연장되고 상기 게이트배선(도 2의 13)과 수직으로 교차하는 데이터배선부(도 2의 39)에 액티브라인(28)을 형성한다.
상기 액티브라인(28)은 상기 제 1 절연층(12)과 추후에 형성될 데이터배선과의 불안정한 계면상태를 완화하기 위한 버퍼층으로서, 상기 제 1 절연층(12)과 추후에 형성될 데이터배선사이에 개재되어 형성한다.
다음으로, 상기 액티브 채널층(16)이 형성된 기판의 전면에 크롬(Cr) 또는 크롬합금과 같은 금속을 증착하여 제 2 도전성 금속층을 형성한다.
한편 , 도 3b의 데이터배선부(39) 단면도를 살펴보면, 유리기판(7)상에 제 1 절연층(12)을 형성하고, 상기 제 1 절연층(12)위에 연속적으로 진성반도체층(16a), 불순물 반도체층(16b)를 차례대로 적층한 후, 제 2 마스크공정에 의해 패터닝하여 액티브라인(28)을 형성하는 것이다.
다음으로, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 도전성 금속층을 제 3 마스크공정으로 패터닝하여 상기 액티브 채널층(16) 상부에 소정간격 이격된 소스전극(17) 및 드레인전극(18)과, 상기 소스전극(17)에서 연장되어 상기 일 방향으로 형성된 액티브라인(28)과 겹쳐 형성되는 동시에, 상기 게이트배선(도 2의 13)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터배선(19)을 형성한다.
다음으로, 상기 데이터배선(19)와 소스전극(17)이 형성된 기판의 전면에 전술한 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiO2)등과 같은 무기 절연막을 증착하거나 경우에 따라서는 BCB(BenzoCycloButene) 또는 아크릴 (Acryl)계 수지와 같은 유기 절연물질을 도포하여 제 2 절연층인 보호층을 형성한다.
다음으로 도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 보호층(31)을 제 4 마스크공정으로 패터닝하여 상기 드레인전극(18) 상부에 드레인 콘택홀(33)을 형성한다.
다음으로, 도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 콘택홀(33)이 형성된 기판의 전면에 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide : IZO)와 같은 투명도전성 금속을 증착하고 제 5 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 드레인콘택홀(33)을 통해 상기 드레인전극(18)과 접촉하고 상기 화소영역 상에 위치한 화소전극(35)을 형성한다.
도 4는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ의 단면도로서, 데이터배선(19)의 길이방향인 Ⅲ-Ⅲ로 잘라본 단면도로서, 유리기판(7)상에 제 1 절연층(12)이 형성되어 있고, 상기 제 1 절연층(12)에 제 2 마스크공정의 패터닝에 의해 형성된 액티브라인(28)이 적층되어 있고, 상기 액티브라인(28)위에 제 3 마스크공정에 의해 형성된 데이터배선(19)이 있고, 상기 데이터배선(19)위에는 보호층(31)이 형성되어 있다.
상기와 같은 구조의 데이터배선(19)의 경우, 공정불량으로 인하여 라인이 끊어지는 불량이 발생할 경우, 단선이 되어 신호인가가 되지 않는다.
그러므로, 보통 단선된 라인을 양품화시키기 위해서, 재생공정(repair)실시 필요하게 되므로, 추가공정과 비용이 추가되어, 생산수율이 낮아지는 문제점이 있다.
그러므로, 본 발명은 상기 데이터배선에서 발생하는 단선을 방지하기 위한 액정표시장치용 어레이기판 및 그의 제조방법을 제안하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판은 게이트전극을 가진 게이트배선과; 상기 게이트전극상에 상기 게이트전극과 일부 오버랩되는 액티브채널과; 상기 액티브채널과 일부 오버랩하면서 일정간격 이격되어 마주보는 소스전극 및 드레인전극과; 상기 소스전극과 연결되고 상기 게이트배선과 교차하는 데이터배선과; 상기 소스전극, 드레인전극 및 상기 데이터배선을 덮고, 상기 드레인전극과 상기 데이터배선을 각각 노출시키는 드레인콘택홀과 데이터배선 콘택홀이 형성된 보호층과; 상기 보호층 상에 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극과; 상기 화소전극과 이격되고, 데이터배선 콘택홀을 통해 상기 데이터배선과 연결되고, 상기 데이터배선과 같은 방향으로 연장된 보조 데이터배선을 포함한다.
상기 보조 데이터배선은 상기 화소전극과 동일물질로서, 상기 화소전극은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide : IZO)로 구성된 투명도전성 금속 그룹중 하나이며, 상기 보조 데이터배선은 복수개로 데이터배선 길이방향으로 위치함을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치 어레이기판의 제조방법은, 기판에 게이트배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트배선과 교차하는 데이터배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트배선과 연결된 게이트전극과, 상기 데이터배선과 연결된 소스전극과, 상기 소스전극과 이격된 드레인전극과, 상기 소스전극에서 상기 드레인전극으로의 채널인 반도체층을 포함하는 스위칭 소자를 형성하는 단계와; 상기 스위칭소자와 게이트배선과 데이터배선을 덮는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층에 상기 드레인전극과 상기 데이터배선을 각각 노출시키는 드레인전극 콘택홀과 데이터배선 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 보호층에 투명도전성 금속을 증착하여 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극과, 상기 데이터배선 콘택홀을 통해 상기 데이터배선과 연결되고 상기 데이터배선과 동일한 방향으로 연장되고, 상기 화소전극과 이격된 보조데이터배선을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 데이터배선 콘택홀을 형성하는 단계에서 상기 데이터배선 콘택홀을 복수개로 상기 데이터배선의 길이방향으로 위치하도록 형성하도록 한다.
본 발명의 제조공정은 전술한 도 3a 내지 도 3d의 공정순서와 동일하므로 생략하고 이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 액정표시장치 어레이기판의 일부를 도시한 평면도이다.
본 발명의 데이터배선 공정은, 전술한 어레이기판의 제 4 마스크공정에 의해 패터닝시, 데이터배선(140)에도 콘택홀(330)을 형성하고, 투명도전성 금속을 증착한 후, 제 5 마스크공정에 의해 패터닝시, 상기 데이터배선 콘택홀(330)을 통해 상기 데이터배선(140)에 접촉하는 투명도전성 금속을 보조 데이터배선(160)으로서 형성하도록 하는 것이다.
즉, 상기 데이터배선 콘택홀(330)을 통해 데이터배선(140)과 연결되는 보조 데이터배선(160)은 상기 드레인 콘택홀(도 3d의 33)에 형성되는 화소전극(350)과 소정간격 이격되어 형성되도록 한다.
즉, 상기 데이터배선(140)이 단선되더라도, 상기 데이터배선(140)과 접촉되어 있는 투명도전성 금속인 보조데이터배선(160)을 통하여 데이터 신호를 화소전극(350)으로 인가할 수 있으므로, 추후 리페어 공정을 생략할 수 있는 것이다.
도 6a는 도 5의 A-A를 따라 절단하여 도시한 것으로, 보조데이터배선을 형성하기 전단계의 단면도이다.
도시한 바와 같이, 전술한 액정표시장치 어레이기판의 마스크공정단계에서, 제 4 마스크공정으로 패터닝할 때, 드레인 콘택홀(도 3의 33) 형성하는 과정에서, 데이터배선(140)의 보호층(150)에도 콘택홀을 데이터배선(140)의 길이방향으로 다수개 형성토록 하는 것이다.
상기 데이터배선 콘택홀(330)은 추후 공정에 의해, 데이터배선(140)과 투명도전성금속이 접촉되도록 하기 위하여 형성하는 것이다.
도 6b는 도 5의 A-A와 B-B을 따라 절단한 단면도이다.
A-A을 따라 절단한 단면도는 도시한 바와 같이, 도 6a의 과정을 거친후, 상기 드레인콘택홀(도 3의 33) 및 데이터배선 콘택홀(330)이 형성된 기판 전면에, 투명도전성 금속(ITO, IZ0)를 증착한 후, 제 5 마스크공정에 의해 패터닝시, 드레인 콘택홀(도 3의 33)과 접촉하는 화소전극(350)을 형성함과 동시에, 상기 화소전극(350)과 소정간격 이격되며, 상기 데이터배선 콘택홀(330)을 통해 상기 데이터배선(140)과 연결되는 보조 데이터배선(150)을 형성하는 것이다.
B-B는 본 발명의 데이터배선부(240)의 길이방향으로 절단하여 본 단면도로서, 도시한 바와 같이, 데이터배선부(240)의 길이방향으로 한개이상의 데이터배선 콘택홀(330)을 형성하고, 상기 데이터배선 콘택홀(330)위에 투명도전성 물질인 보조 데이터배선(160)을 형성함으로써, 상기 데이터배선(140)의 단선시에도 보조데이터배선(160)과의 연결로 별도의 리페어공정없이도 데이터신호를 화소전극(도 6a의 350)으로 인가할 수 있는 것이다.
따라서, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판은 데이터배선의 제 2 절연층인 보호층에 데이터배선 콘택홀을 형성하고, 상기 데이터배선 콘택홀을 통해 데이터배선과 연결되는 투명도전성 금속을 형성함으로써, 데이터배선이 단선되는 경우에도, 상기 데이터배선 콘택홀을 통해 연결된 투명도전성 물질인 보조데이터라인으로 신호가 인가될 수 있으므로, 공정불량을 줄일 수 있어 추후 리페어공정이 필요없게 되어, 공정단순화를 통한 수율향상을 가져오는 것이다.
또한, 데이터배선위에 투명도전성금속을 패턴해줌으로써, 저항값이 감소하여 신호인가의 속도를 향상시키기 때문에, 결론적으로는 화질의 향상을 가져올 수 있는 장점을 가지는 것이다.
도 1은 일반적인 액정표시장치 패널의 단면을 도시한 단면도.
도 2은 일반적인 액정표시장치 어레이기판의 일부를 도시한 평면도이고,
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 I-I와 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절단하여 도시한 공정단면도이고,
도 4는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 절단하여 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 액정표시장치 어레이기판의 일부를 도시한 평면도.
도 6a는 도 5의 A-A를 따라 절단하여 도시한 것으로, 보조 데이터배선을 형성하기 전단계 공정단면도이다.
도 6b는 도 5의 A-A와 B-B을 따라 절단하여 도시한 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
110 : 기판 120 : 제 1 절연층
130 : 액티브라인 140 : 데이터배선
150 : 보호층 160 : 보조 데이터배선
330 : 데이터배선 콘택홀 350 : 화소전극

Claims (5)

  1. 게이트전극을 가진 게이트배선과;
    상기 게이트전극상에 상기 게이트전극과 일부 오버랩되는 액티브채널과;
    상기 액티브채널과 일부 오버랩하면서 일정간격 이격되어 마주보는 소스전극 및 드레인전극과;
    상기 소스전극과 연결되고 상기 게이트배선과 교차하는 데이터배선과;
    상기 소스전극, 드레인전극 및 상기 데이터배선을 덮고, 상기 드레인전극과 상기 데이터배선을 각각 노출시키는 드레인콘택홀과 데이터배선 콘택홀이 형성된 보호층과;
    상기 보호층 상에 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극과;
    상기 화소전극과 이격되고, 데이터배선 콘택홀을 통해 상기 데이터배선과 연결되고, 상기 데이터배선과 같은 방향으로 연장되고 화소전극과 동일 물질인 보조 데이터배선
    을 포함하는 액정표시장치 어레이기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 인듐-징크-옥사이드(indium-zinc-oxide : IZO)로 구성된 투명도전성 금속 그룹중 하나인 액정표시장치 어레이기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조 데이터배선은 복수개로 데이터배선 길이방향으로 위치하고 있는 액정표시장치 어레이기판.
  4. 기판에 게이트배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트배선과 교차하는 데이터배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트배선과 연결된 게이트전극과, 상기 데이터배선과 연결된 소스전극과, 상기 소스전극과 이격된 드레인전극과, 상기 소스전극에서 상기 드레인전극으로의 채널인 반도체층을 포함하는 스위칭 소자를 형성하는 단계와;
    상기 스위칭소자와 게이트배선과 데이터배선을 덮는 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층에 상기 드레인전극과 상기 데이터배선을 각각 노출시키는 드레인전극 콘택홀과 데이터배선 콘택홀을 형성하는 단계와;
    상기 보호층에 투명도전성 금속을 증착하여 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극과, 상기 데이터배선 콘택홀을 통해 상기 데이터배선과 연결되고 상기 데이터배선과 동일한 방향으로 연장되고, 상기 화소전극과 이격된 보조데이터배선을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치 어레이기판의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 데이터배선 콘택홀을 형성하는 단계에서 상기 데이터배선 콘택홀을 복수개로 상기 데이터배선의 길이방향으로 위치하도록 형성하는 액정표시장치 어레이기판 제조방법.
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