KR100586245B1 - 액정 표시 장치 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치를 제조하는데 있어서, 4개의 마스크 공정으로 제조하는 방법 및 그 방법에 의한 액정 표시 장치의 구조에 관련된 것이다. 본 발명은 기판위에 게이트 물질을 형성하는 제 1 마스크 공정과, 그 위에 제 1 절연 물질과, 반도체 물질, 그리고 제 2 도전 물질을 연속 증착하고 상기 제 2 도전 물질을 패턴하여 소스-드레인 물질을 형성하는 제 2 마스크 공정과, 그 위에 제 2 절연 물질을 증착하고, 패턴의 위치에 따라 두께가 다른 마스크를 사용하여 드레인 물질의 일부만을 덮는 보호막과 상기 소스-드레인 전극과 상기 제 1 절연 물질 사이에 반도체 층을 형성하는 제 3 마스크 공정과, 보호막에 노출된 드레인 물질과 접촉하는 화소 전극을 형성하는 제 4 마스크 공정을 포함한다.

Description

액정 표시 장치용 기판 제조 방법 및 액정표시장치용 기판
본 발명은 박막 트랜지스터(혹은 Thin Film Transistor : TFT)를 포함하는 액정 표시 장치(혹은 Liquid Crystal Display : LCD)의 제조 방법 및 그 구조에 관련된 것이다. 특히, 본 발명은 액정 표시 장치를 제조하는데 있어서 사용하는 마스크 수를 줄일 수 있는 방법 및 그 방법에 의한 액정 표시 장치의 구조에 관련된 것이다.
화상 정보를 화면에 나타내는 화면 표시 장치들 중에서 브라운관 표시 장치(혹은 Cathode Ray Tube(CRT))가 지금까지 가장 많이 사용되어 왔는데 이것은 표시 면적에 비해 부피가 크고 무겁기 때문에 사용하는데 많은 불편함이 따랐다. 그러므로, 표시 면적이 크더라도 그 두께가 얇아서 어느 장소에서든지 쉽게 사용할 수 있는 박막형 평판 표시 장치가 개발되었고, 점점 브라운관 표시 장치를 대체하고 있다. 특히, 액정 표시 장치(혹은 LCD(Liquid Crystal Display))는 표시 해상도가 다른 평판 장치보다 뛰어나고, 동화상을 구현할 때 그 품질이 브라운관의 것에 비할 만큼 반응 속도가 빠르기 때문에 가장 활발한 개발 연구가 이루어지고 있는 제품이다.
액정 표시 장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한 것이다. 구조가 가늘고 길기 때문에 분자 배열에 방향성과 분극성을 갖고 있는 액정 분자들에 인위적으로 전자기장을 인가하여 분자 배열 방향을 조절할 수 있다. 따라서, 배향 방향을 임으로 조절하면 액정의 광학적 이방성에 의하여 액정 분자의 배열 방향에 따라 빛을 투과 혹은 차단시킬 수 있게되어 화면 표시 장치로 응용하게된 것이다. 현재에는 박막 트랜지스터(혹은 TFT(Thin Film Transistor))와 그것에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 매트릭스 액정 표시 장치가 뛰어나 화질과 자연 색상을 제공하기 때문에 가장 주목받고 있는 제품이다. 일반적인 액정 표시 장치를 구성하는 기본 부품인 액정 패널의 구조를 자세히 살펴보면 다음과 같다. 도 1은 액정 패널의 일반적인 구조를 나타내는 사시도이며, 도 2는 도 1의 절단선 II-II로 자른 액정 패널의 단면을 나타내는 도면이다.
액정 패널은 여러 가지 소자들이 설치된 두 개의 패널(3,5)들이 대향하여 붙어있고, 그 사이에 액정 층(10)이 끼워진 형태를 갖고 있다. 액정 표시 장치의 한쪽 패널에는 색상을 구현하는 소자들이 구성되어 있다. 이를 흔히 "칼라 필터 패널(3)"이라고 부른다. 칼라 필터 패널(3)은 제 1 투명 기판(1a) 위에 행렬 배열 방식으로 설계된 화소의 위치를 따라 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 칼라 필터(7)가 순차적으로 배열되어 있다. 이들 칼라 필터(7) 사이에는 아주 가는 그물 모양의 블랙 매트릭스(9)가 형성되어 있다. 이것은 각 색상 사이에서 혼합 색이 나타나는 것을 방지한다. 그리고, 칼라 필터(7)를 덮는 공통 전극(8)이 형성되어 있다. 공통 전극(8)은 액정(10)에 인가하는 전기장을 형성하는 한쪽 전극 역할을 한다.
액정 표시 장치의 다른 쪽 패널에는 액정을 구동하기 위한 전기장을 발생시키는 스위칭 소자 및 배선들이 형성되어 있다. 이를 흔히 "액티브 패널(5)"이라고 부른다. 액티브 패널(5)은 제 2 투명 기판(1b) 위에 행렬 방식으로 설계된 화소의 위치를 따라 화소 전극(41)이 형성되어 있다. 화소 전극(41)은 상기 칼라 필터 패널(3)에 형성된 공통 전극(8)과 마주보며 액정(10)에 인가되는 전기장을 형성하는 다른 쪽 전극 역할을 한다. 화소 전극(41)들의 수평 배열 방향을 따라 신호 배선(13)이 형성되어 있고, 수직 배열 방향을 따라서는 데이터 배선(23)이 형성되어 있다. 여기에서, 액티브 매트릭스 액정 표시 장치의 경우, 화소 전극(41)의 한쪽 구석에는 화소 전극(41)에 전기장 신호를 인가하는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(19)가 형성되어 있다. 액티브 매트릭스 액정 표시 장치의 경우에, 박막 트랜지스터(19)의 게이트 전극(11)은 상기 신호 배선(13)에 연결되어 있고(따라서, 신호 배선을 "게이트 배선" 이라 부르기도 한다), 소스 전극(21)은 상기 데이터 배선(23)에 연결되어 있다(따라서 데이터 배선을 "소스 배선"이라 부르기도 한다). 그리고, 박막 트랜지스터(19)의 드레인 전극(31)은 상기 화소 전극(41)에 연결되어 있다. 박막 트랜지스터(19)에서 소스 전극(21)과 드레인 전극(31) 사이에는 반도체 층(33)이 형성되어 있고, 소스 전극(21)과 반도체 층(33) 그리고, 드레인 전극(31)과 반도체 층(33)은 각각 오믹 접촉을 이루고 있다. 그리고, 게이트 배선(13)과 소스 배선(23)의 끝단에는 외부에서 인가되는 신호를 받아들이는 종단 단자(혹은 Terminal)인 게이트 패드(15)와 소스 패드(25)가 각각 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트 패드(15)와 소스 패드(25) 위에는 게이트 패드 단자(57)와 소스 패드 단자(67)가 각각 더 형성되어 있다.
게이트 패드(15)에 인가되는 외부의 전기적 신호가 게이트 배선(13)을 따라 게이트 전극(11)에 인가되면 소스 패드(25)에 인가되는 데이터 신호가 소스 배선(23)을 따라 소스 전극(21)에 인가되어 드레인 전극(31)에 도통된다. 반면에, 게이트 배선(13)에 신호가 인가되지 않는 경우에는 소스 전극(21)과 드레인 전극(31)이 단절된다. 그러므로, 게이트 전극(11)의 신호를 조절함에 따라 드레인 전극(31)에 데이터 신호의 인가 여부를 결정할 수 있다. 따라서, 드레인 전극(31)에 연결된 화소 전극(41)에 데이터 신호를 인위적으로 전달할 수 있게 된다. 즉, 박막 트랜지스터(19)는 화소 전극(41)을 구동하는 스위칭 역할을 한다. 게이트 배선(13)등이 형성된 층과 소스 배선(23)등이 형성된 층 사이에는 전기적 절연을 위해 게이트 절연막(17)이 형성되어 있고, 소스 배선(23) 등이 형성된 층위에도 소자 보호를 위한 보호막(37)이 형성되어 있다.
이렇게 만들어진 두 개의 패널(칼라 필터 패널(3)과 액티브 패널(5))이 일정 간격(이 간격을 "셀 갭(Cell Gap)" 이라 부른다)을 두고 대향하여 부착되고, 그 사이에 액정 물질의 액정층(10)이 채워진다. 상기 두 개의 패널(3,5) 사이의 셀 갭을 일정하게 유지하고 상기 액정 물질이 밖으로 새어나지 않도록 하기 위해 상기 두 패널(3,5)의 가장자리 부분을 에폭시와 같은 실(seal)(81) 재로 봉합한다. 그리하여 액정 표시 장치의 주요 부분인 액정 패널이 완성된다.
액정 표시 장치를 구성하는 액정 패널을 제조하는 공정은 매우 복잡한 여러 가지 공정 단계들이 복합적으로 이루어져 있다. 특히, 박막 트랜지스터(19)등과 같이 액정 표시 장치의 성능을 좌우하는 주요한 소자들이 많이 형성되는 액티브 패널(5)을 제조하는데는 여러 번의 마스크 공정들을 거쳐야 한다. 이와 같은 완제품의 성능은 이런 복잡한 제조 공정에서 결정되는데, 가급적이면 공정이 간단할수록 불량이 발생할 확률은 줄어든다. 일반적으로 제조 공정은 만들고자하는 각 소자에 어떤 물질을 사용하는가 혹은 어떤 사양에 맞추어 설계하는가에 따라 결정되는 경우가 많다.
예를 들어, 과거 소형 액정 모니터의 경우에는 별로 문제시되지 않았지만 12인치 이상의 컴퓨터 모니터용 액정 표시 장치와 같은 대면적 액정 표시 장치의 경우에는 게이트 배선(13)에 사용하는 재질의 고유 저항 값이 화질의 우수성을 결정하는 중요한 요소가 된다. 즉, 소면적 액정 표시 장치에서는 탄탈(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등과 같이 박막의 표면 안정성이 좋은 금속으로 게이트 물질(게이트 배선(13), 게이트 전극(11) 그리고, 게이트 패드(15) 등)로 사용하였으나, 대면적의 경우에는 알루미늄(Al)과 같이 저항이 낮은 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 알루미늄(Al) 혹은 알루미늄 합금(Al alloy)을 게이트 물질로 사용하는데 에는 많은 문제점이 있다. 그중 대표적인 것이 알루미늄(Al)의 표면에서 발생하는 힐락(Hillock)이다. 즉, 알루미늄(Al) 증착 후 표면에 미세한 알루미늄(Al) 입자가 있을 경우 제조 공정상 고온 상태에 놓이는 경우에 상기 입자가 점점 크게 성장하여 절연막을 파괴하여 불량을 발생시킬 수 있다. 또한, 알루미늄(Al)을 게이트 물질로 사용할 경우 게이트 물질과 ITO가 접촉하여 형성되는 소자 부분에서 접촉 저항이 높아지는 문제가 발생한다. 즉, 알루미늄(Al) 표면에 ITO를 증착시킬 경우 그 사이에 산화 알루미늄(Al) 막(203)이 형성되어 계면 접촉 저항이 커짐에 따라 게이트 물질에 전기 신호가 전달되는데 지연되는 문제가 발생한다.
따라서, 종래에는 알루미늄(Al) 막의 표면을 양극 산화하여 표면 안정도를 높이는 방법이 제시되었다. 그리고, 외부와 전기적 접촉을 하는 부분은 양극 산화를 하지 않고, 크롬(Cr)과 같은 금속으로 중간 전극을 형성하여 ITO와의 접촉 저항을 줄였다. 이러한 제조 공정에 사용하는 마스크 수는 최소 8개가 필요하다. 그 후에 제조에 사용되는 마스크 공정 수를 줄이기 위해 많은 개발이 끊임없이 계속되어 왔다. 본 출원인의 경우에도 많은 발명자들이 개발한 6마스크 공정을 사용한 제조 방법이 있다. 이와 같은 종래의 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 평면도인 도 3과, 도 3의 절단선 IV-IV로 자른 단면으로 제조 과정을 나타내는 공정도인 4a-4f를 참조로 살펴보면 다음과 같다.
투명 유리 기판(1) 위에 알루미늄(Al) 혹은, 알루미늄 합금(Al alloy)과 같은 제 1 금속을 증착하고 패턴하여 저 저항 게이트 배선(13a)을 형성한다. 저 저항 게이트 배선(13a)은 게이트 배선이 형성될 위치와 동일한 곳에 배열된다(도 3, 도 4a).
상기 저 저항 게이트 배선(13a)이 형성된 기판 위에 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 혹은 안티몬(Sb)과 같은 고융점을 갖는 금속을 연속 증착하고 패턴하여 게이트 배선(13), 게이트 전극(11) 그리고, 게이트 패드(15)을 형성한다. 저 저항 게이트 배선(13a)을 덮으며 기판(1)의 가로 방향으로 진행하는 게이트 배선(13) 여러 개가 열 방향으로 나열되어 있다. 게이트 전극(11)은 게이트 배선(13)에서 분기되어 설계된 화소의 구석에 형성된다. 게이트 배선(13)의 끝 부분에는 게이트 패드(15)가 형성되어 있다(도 3, 도 4b).
상기 게이트 물질들(게이트 배선(13), 게이트 전극(11) 그리고, 게이트패드(15))이 형성된 기판(1) 위에 질화 실리콘(SiNx) 혹은 산화 실리콘(SiOx)과 같은 무기 절연 물질을 증착하여 게이트 절연막(17)을 형성한다. 이어서, 순수 아몰퍼스 실리콘과 같은 진성 반도체 물질과 불순물이 첨가된 아몰퍼스 실리콘과 같은 불순물 반도체 물질을 연속으로 증착하고, 패턴하여 반도체 층(33)과 불순물 반도체 층(35)을 형성한다. 반도체 층(33)은 게이트 절연막(17) 위의 게이트 전극(11) 부분에 형성된다(도 3, 도 4c).
상기 불순물 반도체 층(35)이 형성된 기판(1) 위에 크롬(Cr) 혹은 크롬 합금(Cr alloy)과 같은 금속을 증착하고, 패턴하여 소스 배선(23), 소스 전극(21), 드레인 전극(31) 그리고, 소스 패드(25)등을 형성한다. 게이트 절연막(17) 위에서 게이트 배선(13)과 직교하며 세로 방향으로 진행하는 소스 배선(23) 여러 개가 행 방향으로 배열되어 있다. 불순물 반도체 층(35)의 한쪽 변에 소스 배선(23)에서 분기된 소스 전극(21)이 접촉되어 있다. 불순물 반도체 층(35)의 다른 쪽 변에는 소스 전극(21)과 마주보는 드레인 전극(31)이 접촉되어 있다. 소스 배선(23)의 끝 부분에는 소스 패드(25)가 형성되어 있다(도 3, 도 4d).
상기 소스 물질(소스 배선(23), 소스 전극(21), 드레인 전극(31) 그리고, 소스 패드(25))등이 형성된 기판(1) 위에 질화 실리콘(SiNx) 혹은 산화 실리콘(SiOx)과 같은 무기 절연 물질을 증착하여 보호막(37)을 형성한다. 상기 소스 패드(25)와 상기 드레인 전극(31)을 덮는 보호막(37)의 일부를 제거하여 소스 콘택 홀(61)과 드레인 콘택 홀(71)을 형성한다. 그리고, 게이트 패드(15)를 덮는 보호막(37)과 게이트 절연막(17)의 일부를 제거하여 게이트 콘택 홀(51)을 형성한다(도 3, 도 4e).
상기 보호막(37) 위에 ITO(Indium-Tin-Oxide)와 같은 투명 도전 물질을 증착하고, 패턴하여 화소 전극(41), 게이트 패드 단자(57) 그리고, 소스 패드 단자(67)를 형성한다. 화소 전극(41)은 드레인 콘택 홀(71)을 통하여 노출된 드레인 전극(31)과 접촉하고 있다. 게이트 패드 단자(57)는 게이트 콘택 홀(51)을 통하여 게이트 패드(15)와 접촉하고 있다. 그리고, 소스 패드 단자(67)는 소스 콘택 홀(61)을 통하여 노출된 소스 패드(25)와 접촉하고 있다(도 3, 도 4f).
이와 같이 액정 표시 장치를 제조하는 방법은 기판(1) 위에 소자의 재료 물질을 증착하고 마스크 공법으로 상기 재료 물질을 설계된 소자의 형태로 형성하는 과정을 여러번 반복하여 완성된다. 마스크 공법은 증착된 재료 물질 위에 포토레지스트를 도포한 후, 설계된 소자의 형태에 대응하는 형상을 갖는 마스크를 포토레지스트 위에 덮은 후 자외선을 조사하여 포토레지스트가 원하는 소자의 형태에 대응하는 모양이 되도록 형성하는 노광 단계와, 포토레지스트에 가려진 부분을 에칭법으로 제거하여 설계된 소자의 형태를 완성하는 식각 단계로 이루어져 있다. 액정 표시 장치는 서로 다른 재질로 이루어진 여러 소자들이 기판 위에 적층하여 형성되기 때문에 이와 같은 마스크 공법을 여러번 반복해야만 비로소 한 제품이 완성된다. 따라서, 액정 표시 장치를 제조하는 과정에서 마스크 공정을 한번 만 단축하여도, 제조 시간은 상당히 많이 줄어들고, 생산 수율을 상당히 향상시킬 수 있다.
일반적으로 액정 표시 장치에 포함되는 소자 하나하나는 조금씩 다른 성질을 갖는 물질을 포함하는 박막층을 식각하여 만들어지기 때문에, 일반적으로 소자 하나를 형성하기 위해서는 하나의 마스크 공정을 사용한다. 만일, 어떤 소자가 서로 다른 성질의 물질로 이루어진 박막층들이 적층되면서 동일한 형상을 갖는다면 하나의 마스크 공정으로 포토레지스트를 형성하고, 상기 적층된 각 박막 물질들을 식각하는데 사용하는 식각물들을 차례로 사용함으로써 여러번 사용하는 마스크 공정을 하나의 공정으로 단축할 수도 있다. 그러나, 비록 어떤 소자가 거의 동일한 성질을 갖는 물질들로 이루어진 박막층이 적층되더라도, 서로 다른 형상을 갖는다면, 다른 형상이 만들어지는 위치에 따라 식각되는 정도가 달라야 하므로 마스크 공정을 여러번 사용하여야 한다.
본 발명의 목적은 서로 비슷한 물질로 이루어진 다층 박막들을 서로 다른 형태를 갖도록 패턴하기 위해, 상기 다층 박막 위에 식각을 위해 형성되는 포토레지스트의 두께 역시 패턴 양식에 따라 다르게 형성되도록 하는 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 다층 박막의 패턴에 따라 두께가 다르게 형성된 마스크를 사용하여 패턴 양식에 따라 서로 다른 두께를 갖는 포토레지스트를 형성하는 마스크 공정을 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 마스크 공법을 이용하여 액정 표시 장치를 종래보다 적은 마스크 공정수로 제조하는 방법 및 그 방법에 의한 액정 표시 장치의 구조를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 제 1 도전 물질을 포함하는 게이트 물질이 형성된 기판 전면에 제 1 절연 물질과, 반도체 물질, 그리고 제 2 도전 물질을 연속 증착하고 상기 제 2 도전 물질을 패턴하여 소스-드레인 전극을 형성하는 단계와, 상기 소스-드레인 전극이 형성된 기판 전면에 제 2 절연 물질을 증착하고 패턴 양식에 따라 두께가 다른 마스크를 이용하여 상기 드레인 전극의 일부만을 덮는 보호막과 상기 소스-드레인 전극과 상기 제 1 절연 물질 사이에 반도체 층을 형성하는 단계와, 상기 보호막과 상기 제 1 절연 물질이 형성된 기판 전면에 제 3 도전 물질을 증착하고 패턴하여 보호막에 노출된 드레인 전극과 접촉하는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이와 같은 제조 방법에 의하여 본 발명은 기판 위에 게이트 전극과 상기 게이트 전극을 덮는 게이트 절연막과 상기 게이트 절연막 위의 게이트 전극 부분에 섬 모양으로 형성된 반도체 층과, 상기 반도체 층 위에서 일정 거리 분리되어 형성된 소스-드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터와, 상기 드레인 전극의 일부를 덮고 일부를 노출시키는 보호막과, 상기 노출된 드레인 전극과 접촉하고 상기 게이트 절연막 위에 형성된 화소 전극과, 상기 기판과 상기 게이트 절연막 사이에 상기 게이트 전극에 연결된 게이트 배선과, 상기 게이트 배선의 끝 부분에 형성되고 상기 게이트 절연막에 형성된 게이트 콘택홀을 통하여 게이트 패드 단자와 접촉하는 게이트 패드와, 상기 게이트 절연막 위에서 상기 소스 전극에 연결된 소스 배선과, 상기 소스 배선과 상기 게이트 절연막 사이에 상기 소스 배선과 거의 같은 크기로 형성된 더미 소스 배선과, 상기 소스 배선의 끝 부분에 형성된 소스 패드와, 상기 소스 패드 밑에 거의 같은 크기로 형성된 더미 소스 패드를 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명에 대하여 더욱 상세히 이해할 수 있도록 하기 위해 본 발명에 의한 액티브 기판의 평면도를 나타내는 도 5와 도 5의 절단선 VI-VI로 자른 단면으로 나타낸 공정 단면도인 도 6a-6e 들을 참조하여 설명한다.
투명 유리 기판(101) 위에 알루미늄(Al) 혹은, 알루미늄 합금(Al alloy)과 같은 금속을 증착하여 제 1 금속층(211)을 형성한다. 그리고, 이어서, 몰리브덴(Mo), 탄탈(Ta), 텅스텐(W) 혹은 안티몬(Sb)과 같은 고융점을 갖는 금속을 연속 증착하여 제 2 금속층(213)을 형성한다. 상기 이중 금속층(211, 213)을 제 1 마스크로 식각하여 게이트 배선(113), 게이트 전극(111) 그리고, 게이트 패드(115)를 형성한다. 이 때, 제 2 금속층(213)과 제 1 금속층(211)을 습식 식각법으로 패턴하여 제 1 금속층(211) 보다 폭이 좁은 제 2 금속층(213)이 적층된 게이트 물질(게이트 배선(113), 게이트 전극(111) 그리고, 게이트 패드(115))들을 형성한다. 기판(101)의 가로 방향으로 진행하는 게이트 배선(113) 여러 개가 열 방향으로 나열되어 있다. 게이트 전극(111)은 게이트 배선(113)에서 분기되어 설계된 화소의 구석에 형성된다. 게이트 배선(113)의 끝 부분에는 게이트 패드(115)가 형성되어 있다(도 5, 도 6a).
상기 제 1 금속층(211), 제 2 금속층(213)으로 만들어진 상기 게이트 물질들이 형성된 기판(101) 위에 질화 실리콘(SiNx) 혹은 산화 실리콘(SiOx)과 같은 무기 절연 물질을 증착하거나, 경우에 따라서는 BCB (Benzo Cyclo Butene) 혹은 아크릴(Acryl)계 수지와 같은 유기 절연 물질을 도포하여 게이트 절연막(117)을 형성한다. 이어서, 순수 아몰퍼스 실리콘과 같은 진성 반도체 물질과 불순물이 첨가된 아몰퍼스 실리콘과 같은 불순물 반도체 물질을 연속으로 증착한다. 그리고, 상기 불순물 반도체 물질 위에 크롬(Cr)혹은 크롬 합금(Cr alloy)과 같은 금속을 증착한다. 그 후에 제 2 마스크 공정으로 패턴하여 소스 배선(123), 소스 전극(121) 드레인 전극(131), 소스 패드(125), 진성 반도체 물질층(133a) 그리고, 불순물 반도체 층(135)을 형성한다. 게이트 절연막 위에서 게이트 배선(113)과 직교하며 세로 방향으로 진행하는 소스 배선(123) 여러 개가 행 방향으로 배열된다. 소스 배선(123)의 끝 부분에는 소스 패드(125)가 형성되어 있다. 소스 배선(123)에서 분기된 소스 전극(121) 그리고, 소스 전극(121)과 일정 거리 떨어져 있는 드레인 전극(131)이 형성된다. 이 때, 불순물 반도체 물질까지 식각하여 소스 전극(121)과 드레인 전극(131) 사이의 불순물 반도체 물질을 완전히 제거한다(도 5, 도 6b).
상기 소스 물질(소스 배선(123), 소스 전극(121), 드레인 전극(131) 그리고, 소스 패드(125))등이 형성된 기판(101) 위에 질화 실리콘(SiNx) 혹은 산화 실리콘(SiOx)과 같은 무기 절연 물질을 증착하거나, 경우에 따라서는 BCB (Benzo Cyclo Butene) 혹은 아크릴(Acryl)계 수지와 같은 유기 절연 물질을 도포하여 보호막(137)을 형성한다. 제 3 마스크 공정으로, 보호막(137) 및 게이트 절연막(117)을 패턴하고, 반도체 층(도 6d의 133 참조)을 형성한다. 이 때, 패턴되는 부분은 보호막(137)과 진성 반도체 물질층(133a)이 그대로 남는 제 1 부분과, 보호막(137)과 진성 반도체 물질층(133a)과 게이트 절연막(117)이 식각되는 제 2 부분과, 보호막(137)과 진성 반도체 물질층(133a)이 식각되는 제 3 부분으로 구분된다. 즉, 동시에 서로 다른 성질의 물질들을 서로 다른 정도로 식각하여야 한다. 따라서, 포토레지스트를 도포하고, 상기 각 부분에 따라서 두께가 다른 마스크(199)를 이용하여 포토레지스트를 노광한다. 마스크(199)의 두께가 서로 다른 부분에 동일한 광원을 조사하여 노광하면 마스크(199)의 두께에 따라 포토레지스트가 경화되는 두께가 서로 다르게 된다. 그 결과 상기 제 1부분은 포토레지스트가 완전히 남아있는 차단부(197a)로 형성되고, 상기 제 2 부분은 완전히 노출되는 완전 노광부(197c)로 형성되며, 상기 제 3 부분은 포토레지스트의 두께가 제 1 부분에 비하여 1/4정도만 남아있는 부분 노광부(197b)로 형성된다(도 6c, 도6d)
그리고나서, 건식 식각법으로 다음 3단계에 걸친 식각과정을 실시한다. 첫 번째 단계에서는 완전 노광부(197c)의 보호막(137), 진성 반도체 물질층(133a) 그리고, 게이트 절연막(117)의 1/2 정도를 식각한다. 이 때, 부분 노광부(197b)의 포토레지스트가 식각되어 보호막(137)이 완전 노광된 상태로 된다. 두 번째 단계에서는 완전 노광부(197c)의 나머지 게이트 절연막(117)과 부분 노광부(197b)의 보호막(137)을 식각한다. 그리고, 세 번째 단계에서는 부분 노광부(197b)의 진성 반도체 물질층(133a)을 식각한다(도 5, 도 6d).
상기 보호막(137) 위에 ITO(Indium-Tin-Oxide)와 같은 투명 도전 물질을 증착하고, 제 4 마스크 공정으로 패턴하여 화소 전극(141) 게이트 패드 단자(157) 그리고, 소스 패드 단자(167)를 형성한다. 화소 전극(141)은 노출된 드레인 전극(131)과 접촉하고 있다. 게이트 패드 단자(157)는 게이트 콘택 홀(151)을 통하여 게이트 패드(115)와 접촉하고 있다. 그리고, 소스 패드 단자(167)는 소스 패드(125)를 덮고 있다(도 5, 도 6e).
본 발명은 액정 표시 장치를 제조하는데 있어서, 네 번의 마스크 공정으로 액티브 패널을 제작하는 제조 방법 및 그 제조 방법에 의한 액정 표시 장치에 관련된 것이다. 본 발명에서는 게이트 절연막, 진성 반도체 층, 불순물 반도체 층 그리고, 보호막을 한번의 공정으로 식각하여 진성 반도체 층과 불순물 반도체 층, 게이트 콘택 홀을 동시에 형성하였다. 즉, 서로 다른 물질이 적층된 부분을 다른 비율로 식각하도록 하기 위해 식각 정도에 따라 포토레지스트의 두께를 다르게 형성하였다. 일반적으로 포토레지스트의 두께를 다르게 형성하려면 각 두께에 맞는 마스크와 노광 과정을 거쳐야 한다. 그러나, 본 발명에서는 두께가 다르게 형성된 하나의 마스크만을 사용하여 한번의 노광 과정으로 포토레지스트의 두께를 다르게 형성하였다. 따라서, 본 발명에서는 하나의 마스크 공정으로 여러번의 마스크 공정을 대체하는 효과를 얻을 수 있었다. 그럼으로써, 액정 표시 장치를 제조하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있으며, 제조 비용도 절약할 수 있다. 더욱이, 마스크 공정수의 단축으로 그에 따른 불량 발생 확률이 줄어듬으로써 그만큼 높은 생산 수율을 기대할 수 있다.
도 1은 일반적인 액정 표시 장치의 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 일반적인 액정 표시 장치의 단면을 나나태는 도면이다.
도 3은 종래의 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 4a 내지 도 4f는 종래의 액정 표시 장치를 제조하는 과정을 나타내는 단면도들이다.
도 5는 본 발명에 의한 액정 표시 장치를 나타내는 평면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 의한 액정 표시 장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1a : 제 1 투명 기판 1b : 제 2 투명 기판
1, 101 : 기판 3 : 칼라 필터 패널
5 : 액티브 패널 7 : 칼라 필터
8 : 공통 전극 9 : 블랙 매트릭스
10 : 액정 11, 111 : 게이트 전극
13, 113 : 게이트(신호) 배선 15, 115 : 게이트 패드
17, 117 : 게이트 절연막 19 : 박막 트랜지스터
21, 121 : 소스 전극 23, 123 : 소스(데이터) 배선
25, 125 : 소스 패드 31, 131 : 드레인 전극
33, 133 : 반도체 층(133a: 진성 반도체 층)
35, 135 : 불순물 반도체 층 37, 137 : 보호막
41, 141 : 화소 전극 51, 151 : 게이트 콘택 홀
57, 157 : 게이트 패드 단자 61 : 소스 콘택 홀
67, 167 : 소스 패드 단자 71 : 드레인 콘택 홀
81 : 실(seal) 재 199 : 마스크
211 : 제 1 금속층 213 : 제 2 금속층

Claims (7)

  1. 기판 위에 종횡 교차되어 화소를 정의하는 게이 배선 및 소스배선 그리고 이들 각각의 말단에 형성된 게이트 패드 및 소스 패드와, 상기 화소에 실장되는 화소 전극과, 상기 게이트 배선 및 소스배선의 교차점에 형성되고 상기 게이트 배선에 접속된 게이트 전극, 상기 소스배선에 접속된 소스전극, 상기 화소전극에 접속된 드레인 전극, 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터가 마련된 액정표시장치용 기판 제조방법으로서,
    a)기판 위에 제 1 도전물질로 상기 게이트 전극, 상기 게이 트배선, 상기 게이트 패드를 형성하는 단계와;
    b)상기 기판 위에 제 1 절연 물질, 반도체 물질, 제 2 도전 물질을 연속 증착하고 패턴하여 상기 제 1 절연 물질로 이루어진 상기 기판 전면의 게이트 절연막과, 상기 반도체층을 포함하는 상기 기판 전면의 반도체 물질층과, 상기 반도체물질층 상부의 상기 소스배선, 소스전극, 드레인 전극, 소스 패드를 형성하는 단계와;
    c)상기 기판 위에 제 2 절연물질을 증착하고 패턴하여, 상기 드레인 전극 일부를 노출시키면서 상기 박막트랜지스터를 덮는 보호막이 형성된 제 1 부분과, 상기 게이트 절연막을 관통하는 게이트 콘택홀이 형성되어 상기 게이트 패드가 노출되는 제 2 부분과, 상기 보호막이 제거되어 상기 소스 패드를 노출하며, 그리고 상기 게이트 절연막이 노출되는 상기 제 1 및 2 부분을 제외한 나머지의 제 3 부분을 형성하는 단계와;
    d)상기 기판 위에 제 3 도전물질을 증착하고 패턴하여, 상기 노출된 드레인 전극 일부에 직접 접촉되는 상기 화소전극과, 상기 소스 패드를 덮는 소스패드단자와, 상기 게이트 콘택홀을 통해 상기 게이트 패드와 접속되는 게이트 패드 단자를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 b)단계는,
    b') 상기 제 1 절연 물질, 반도체 물질, 제 2 도전 물질이 연속 증착된 상기 기판 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계와;
    b'')상기 제 1 부분에 대응되고 빛이 차단되는 차단부와, 상기 제 2 부분에 대응되고 빛이 투과되는 완전 노광부와, 상기 제 3 부분에 대응되고 빛이 일부 투과되는 부분 노광부를 포함하는 마스크로 상기 포토레지스트를 노광하여, 상기 제 1 부분은 제 1 두께의 포토레지스트로 덮고, 상기 제 2 부분은 포토레지스트를 완전 제거하며, 상기 제 3 부분은 상기 제 1 두께의 1/4 두께의 포토레지스트로 덮는 단계
    를 더욱 포함하는 액정표시장치용 기판 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 차단부와, 상기 완전노광부와, 상기 부분 노광부는 상기 마스크의 두께를 달리하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 부분 노광부는 상기 차단부의 1/4 두께인 액정표시장치용 기판 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    상기 기판상에 제 1 금속층과 제 2 금속층을 연속 증착하고 연속 식각하여, 상기 제 2 금속층의 폭을 상기 제 1 금속층 보다 좁게 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 기판 제조방법.
  6. 기판 위에 종횡 교차되어 화소를 정의하는 게이트 배선 및 소스배선 그리고 이들 각각의 말단에 형성된 게이트 패드 및 소스 패드와, 상기 화소에 실장되는 화소 전극과, 상기 게이트 배선 및 소스배선의 교차점에 형성되어 상기 게이트 배선에 접속된 게이트 전극, 상기 소스배선에 접속된 소스전극, 상기 화소전극에 접속된 드레인 전극, 반도체층을 포함하는 박막트랜지스터가 마련된 액정표시장치용 기판으로서,
    상기 기판 위에 형성된 상기 게이트 배선, 상기 게이트 전극, 상기 게이트 패드와;
    상기 게이트 배선, 상기 게이트 전극, 상기 게이트 패드를 덮고, 상기 게이트 패드 일부를 노출시키는 게이트 콘택홀이 마련된 상기 기판 전면의 게이트 절연막과;
    상기 게이트 절연막 위에 형성되어 상기 반도체층을 구현하는 반도체물질층과;
    상기 반도체물질층 위에 서로의 끝단이 일치하도록 형성된 상기 소스 배선,
    상기 소스 전극, 상기 드레인 전극, 상기 소스 패드와;
    상기 드레인 전극 일부를 노출시키면서 상기 박막트랜지스터를 덮는 보호막과;
    상기 노출된 드레인 전극에 직접 접촉된 상기 화소전극, 상기 게이트 패드 단자를 통해 상기 게이트 패드와 접속된 게이트 패드 단자, 상기 소스 패드를 덮는 소스 패드 단자
    를 포함하는 액정표시장치용 기판.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 게이트 배선, 상기 게이트 전극, 상기 게이트 패드는 상기 기판 위의 제 1 금속층과, 상기 제 1 금속층 위의 제 2 금속층의 2 중층으로 이루어진 액정표시장치용 기판.
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