KR100623975B1 - Photolithographic etching method of a thin film and manufacturing methods of a thin film transistor array panel for a liquid crystal display using the same - Google Patents
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Abstract
마스크 수를 줄이는 액정 표시 장치의 제조 방법. 화면 표시부와 주변부를 포함하는 기판 위에 화면 표시부의 게이트선 및 게이트 전극과 주변부의 게이트 패드를 포함하는 게이트 배선을 형성하고, 게이트 절연막, 반도체층, 중간층 및 도전체층을 연속 증착한 다음 도전체층과 중간층을 패터닝하여 화면 표시부의 데이터선 및 소스/드레인 전극과 주변부의 데이터 패드를 포함하는 데이터 배선과 그 하부의 중간층 패턴을 형성한다. 데이터선 및 소스/드레인 전극 등의 위에 감광성 유기 절연 물질로 이루어진 보호막을 도포한다. 화면 표시부의 투과율과 주변부의 투과율이 다른 하나 이상의 마스크를 통하여 보호막에 빛을 조사한 후 현상하여 두께가 다른 보호막 패턴을 형성한다. 여기에서 화면 표시부의 보호막 패턴은 두께가 얇은 부분과 두꺼운 부분으로 이루어지며, 주변부의 보호막 패턴은 두께가 두꺼운 부분과 없는 부분으로 이루어진다. 건식 식각 방법으로 사용하여, 주변부에서는 보호막이 없는 부분, 즉 게이트 패드 위의 반도체층을 제거함과 동시에 화면 표시부에서는 보호막이 두꺼운 부분, 즉 드레인 전극 일부를 제외한 데이터 배선을 덮는 부분과 소스 및 드레인 전극 사이를 덮는 부분의 보호막은 남겨두고 나머지 부분의 얇은 보호막과 그 하부의 반도체층을 제거한다. 마지막으로 화소 전극과 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드를 형성한다.A method of manufacturing a liquid crystal display device which reduces the number of masks. On the substrate including the screen display unit and the periphery, a gate line including a gate line and a gate electrode of the screen display unit and a gate pad of the periphery is formed, and a gate insulating film, a semiconductor layer, an intermediate layer, and a conductor layer are successively deposited, and then the conductor layer and the intermediate layer. Patterning to form a data line including a data line and a source / drain electrode of the screen display unit and a data pad of the peripheral portion, and an intermediate layer pattern below the data line. A protective film made of a photosensitive organic insulating material is coated on the data line and the source / drain electrodes. Light is irradiated onto the passivation layer through at least one mask having a different transmittance of the screen display unit and a transmittance of the peripheral unit, and then developed to form a passivation layer pattern having a different thickness. Here, the protective film pattern of the screen display part is composed of a thin part and a thick part, and the protective film pattern of the peripheral part is composed of a thick part and a no part. The dry etching method removes a portion without a protective layer from the periphery, that is, a semiconductor layer on the gate pad, and at the same time between the source and drain electrodes and a portion covering the data wiring except a portion of the thicker layer, that is, the drain electrode, in the screen display part. The protective film of the portion covering the top layer is removed, and the thin protective film of the remaining portion and the semiconductor layer below it are removed. Finally, the pixel electrode, the auxiliary gate pad, and the auxiliary data pad are formed.
액정표시장치, 박막트랜지스터기판, 감광성유기절연물, 사진식각법, 마스크Liquid Crystal Display, Thin Film Transistor Board, Photosensitive Organic Insulator, Photo Etching, Mask
Description
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,1 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 Ⅱ-Ⅱ' 선 및 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,2 and 3 are cross-sectional views of the thin film transistor substrate shown in FIG. 1 taken along lines II-II 'and III-III';
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 제조하는 첫 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,4A is a layout view of a thin film transistor substrate in a first step of manufacturing in accordance with an embodiment of the invention,
도 4b 및 4c는 각각 도 4a에서 Ⅳb-Ⅳb' 선 및 Ⅳc-Ⅳc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,4B and 4C are cross-sectional views taken along the lines IVb-IVb 'and IVc-IVc' in FIG. 4A, respectively.
도 5a는 도 4a 내지 4c 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고,5A is a layout view of a thin film transistor substrate in the next step of FIGS. 4A to 4C;
도 5b 및 5c는 각각 도 5a에서 Ⅴb-Ⅴb' 선 및 Ⅴc-Ⅴc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,5B and 5C are cross-sectional views taken along the lines Vb-Vb 'and Vc-Vc' in FIG. 5A, respectively.
도 6a는 도 5a 내지 5c 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 기판의 배치도이 고,6A is a layout view of a thin film transistor substrate in the next step of FIGS. 5A to 5C;
도 6b 및 6c는 각각 도 6a에서 Ⅵb-Ⅵb' 선 및 Ⅵc-Ⅵc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,6B and 6C are cross-sectional views taken along lines VIb-VIb 'and VIc-VIc' in FIG. 6A, respectively.
도 7a 및 7b, 도 8a 및 8b와 도 9는 각각 도 6a 내지 6c의 단계에서 사용되는 광마스크의 구조를 도시한 단면도이고,7A and 7B, FIGS. 8A and 8B and 9 are cross-sectional views illustrating the structure of the photomask used in the steps of FIGS. 6A to 6C, respectively.
도 10a 및 10b는 각각 도 6a에서 Ⅵb-Ⅵb' 선 및 Ⅵc-Ⅵc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 6b 및 도 6c 다음 단계에서의 단면도이며,10A and 10B are cross-sectional views taken along the lines VIb-VIb 'and VIc-VIc' in FIG. 6A, respectively, and are cross-sectional views of the next steps of FIGS. 6B and 6C.
도 11a 및 11b는 각각 도 6a에서 Ⅵb-Ⅵb' 선 및 Ⅵc-Ⅵc' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 10a 및 도 10a 다음 단계에서의 단면도이다.11A and 11B are cross-sectional views taken along the lines VIb-VIb 'and VIc-VIc' in FIG. 6A, respectively, and are cross-sectional views taken along the steps of FIGS. 10A and 10A.
본 발명은 박막의 사진 식각 방법 및 이를 이용한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of etching a thin film and a method of manufacturing a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device using the same.
일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판으로 이루어지며, 이 기판 중 하나 또는 양쪽 모두에 전기장을 발생시키는 두 종류의 전극이 형성되어 이들 전극에 인가되는 전압을 조절함으로써 화상을 표시하는 장치이다.In general, a liquid crystal display device is composed of two substrates, and two or more kinds of electrodes for generating an electric field are formed on one or both of the substrates to display an image by adjusting a voltage applied to the electrodes.
두 장의 기판 중에서 액정 표시 장치용 박막트랜지스터 기판은 본 출원인의 대한민국 특허출원 제95-189호에서와 같이, 기판 위에 형성되어 있는 박막 트랜지스터와 이에 의하여 제어되는 화소 전극을 기본 구조로 한다.Among the two substrates, the thin film transistor substrate for a liquid crystal display device has a basic structure of a thin film transistor formed on the substrate and a pixel electrode controlled by the same, as in Korean Patent Application No. 95-189.
이 특허출원에서와 같이 박막 트랜지스터 기판은 여러 층에 걸친 박막의 성막 및 사진 식각 공정을 통하여 제조하며, 사진 식각 회수가 그 제조 공정의 숫자를 대표한다. 따라서, 얼마나 적은 수의 사진 식각 공정을 통하여 얼마나 안정된 소자를 형성하는지가, 앞의 제95-189호에서도 나타난 바와 같이, 제조 원가를 결정하는 중요한 요소이다.As in this patent application, a thin film transistor substrate is manufactured through film formation and photolithography processes of a thin film over several layers, and photolithography recovery represents a number of manufacturing processes. Therefore, how stable a device is formed through a small number of photolithography processes is an important factor in determining the manufacturing cost, as also shown in the aforementioned No. 95-189.
여기서, 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 종래의 방법을 살펴보면, 먼저 절연 기판 위에 게이트 금속을 증착하고 제1 마스크를 사용하여 패터닝함으로써 게이트 배선을 형성하고, 게이트 절연막과 비정질 규소층 및 도핑된 비정질 규소층을 연속으로 증착하고 제2 마스크를 사용하여 도핑된 비정질 규소층과 비정질 규소층을 동시에 패터닝하여 반도체 패턴을 형성한 후, 데이터 금속을 증착하고 제3 마스크를 사용하여 패터닝하여 데이터 배선을 형성한다. 이어서, 데이터 배선을 식각 차단층으로 하여 도핑된 비정질 규소층을 식각함으로써 저항성 접촉층을 형성하고, 보호막을 증착한 후, 제4 마스크를 사용하여 보호막에 드레인 전극과 게이트선 및 데이터선의 패드부를 노출시키는 접촉구를 형성한다. 마지막으로, ITO(indium tin oxide) 등을 증착하고 제5 마스크를 사용하여 패터닝함으로써 화소 전극을 형성한다.Here, referring to the conventional method of manufacturing a thin film transistor substrate, a gate wiring is formed by first depositing a gate metal on an insulating substrate and patterning using a first mask, and forming a gate insulating film, an amorphous silicon layer, and a doped amorphous silicon layer. After depositing successively and patterning the doped amorphous silicon layer and the amorphous silicon layer using a second mask at the same time to form a semiconductor pattern, the data metal is deposited and patterned using a third mask to form a data line. Subsequently, the resistive contact layer is formed by etching the doped amorphous silicon layer using the data wiring as an etch stop layer, and after the protective film is deposited, the pad electrode of the drain electrode, the gate line, and the data line is exposed to the protective film using a fourth mask. To form a contact hole. Finally, indium tin oxide (ITO) or the like is deposited and patterned using a fifth mask to form a pixel electrode.
이와 같이, 종래의 박막 트랜지스터 기판 제조 방법에서는 5회의 사진 식각 공정이 소요되는 것이 일반적이며, 어떤 박막의 사진 식각을 위해서는 식각하려는 박막 위에 따로 감광막 패턴을 형성하고 이를 식각 차단층으로 하여 그 하부의 박막을 식각한다. 이러한 많은 수의 사진 식각 횟수 및 복잡한 사진 식각 방법은 액 정 표시 장치의 생산비용을 높게 한다.As described above, in the conventional method of manufacturing a thin film transistor substrate, it is generally required to perform five photo etching processes. For the photo etching of a certain thin film, a photoresist pattern is formed on the thin film to be etched and the lower thin film is formed as an etch blocking layer. Etch Such a large number of photo etching times and complicated photo etching methods increase the production cost of the liquid crystal display.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 박막의 새로운 사진 식각 방법을 제시하는 것이다The technical problem to be achieved by the present invention is to propose a new photolithography method of thin film.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정을 단순화하여 제조 원가를 낮추고 수율도 높이는 것이다.Another object of the present invention is to simplify the manufacturing process of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display device, thereby lowering the manufacturing cost and increasing the yield.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 보호막을 감광성 물질로 형성하고 노광 및 현상을 통하여 위치에 따라 두께가 다르게 되도록 패터닝하고, 보호막과 그 하부의 막을 동시에 식각한다.In order to solve this problem, in the present invention, the protective film is formed of a photosensitive material, and patterned to have a different thickness depending on the position through exposure and development, and the protective film and the film under the same are etched simultaneously.
구체적으로는, 화면 표시부와 주변부를 포함하는 기판 위에 화면 표시부의 게이트선 및 게이트 전극과 상기 주변부의 게이트 패드를 포함하는 게이트 배선을 형성하고, 게이트 배선 위에 게이트 절연막, 반도체층, 접촉층, 도전체층을 연속하여 증착한다. 도전체층과 접촉층을 사진 식각하여 화면 표시부의 데이터선과 소스 및 드레인 전극과 주변부의 데이터 패드를 포함하는 데이터 배선 및 그 하부의 접촉층 패턴을 형성한다.Specifically, a gate wiring including a gate line and a gate electrode of the screen display portion and a gate pad of the peripheral portion is formed on a substrate including the screen display portion and the peripheral portion, and a gate insulating film, a semiconductor layer, a contact layer, and a conductor layer are formed on the gate wiring. Is deposited continuously. The conductor layer and the contact layer are photo-etched to form a data line including a data line, a source and drain electrode of the screen display unit, and a data pad of the peripheral portion, and a contact layer pattern under the contact layer pattern.
그 위에 감광성 유기 절연물로 이루어지는 보호막을 적층하고, 화면 표시부를 패터닝하기 위한 제1 광마스크와 제1 광마스크와 광투과율이 다르며 주변부를 형성하기 위한 제2 광마스크를 이용하여 보호막을 노광하고 현상하여 두께가 다른 보호막을 형성한다. 식각 공정을 통하여 화면 표시부의 보호 절연막 및 그 하부의 반도체층을 패터닝하여 보호막 패턴 및 반도체층 패턴을 형성함과 동시에 주변부의 보호 절연막, 반도체층 및 게이트 절연막을 패터닝하여 게이트 패드를 드러내는 제1 접촉창을 형성한다. 마지막으로 드레인 전극에 전기적으로 연결되는 화소 전극을 형성한다. A protective film made of a photosensitive organic insulator is stacked thereon, and the protective film is exposed and developed by using a first photomask for patterning the screen display unit and a second photomask for forming a peripheral portion having a different light transmittance from the first photomask. A protective film having a different thickness is formed. A first contact window for patterning the protective insulating layer and the semiconductor layer below the screen display unit through the etching process to form a protective layer pattern and a semiconductor layer pattern, and at the same time patterning the protective insulating layer, semiconductor layer and the gate insulating layer in the peripheral portion to expose the gate pad To form. Finally, a pixel electrode electrically connected to the drain electrode is formed.
여기에서 보호막 및 그 하부의 막들을 식각하여 보호막 패턴, 반도체층 및 제1 접촉창을 형성하는 단계는 주변부의 반도체층 및 게이트 절연막을 패터닝하여 게이트 패드를 드러내는 제1차 식각 단계, 두께가 다른 보호막 중에서 다른 부분보다 두께가 얇은 부분을 제거하는 애싱 단계 및 애싱 단계를 통하여 노출된 반도체층을 제거하는 제2차 식각 단계를 포함할 수 있다.The forming of the passivation layer, the semiconductor layer, and the first contact window by etching the passivation layer and the lower layer may include a first etching step of patterning the peripheral semiconductor layer and the gate insulating layer to expose the gate pad, and a passivation layer having a different thickness. It may include an ashing step of removing the portion thinner than the other portion of the second etching step and removing the semiconductor layer exposed through the ashing step.
이 때, 보호막은 양성 감광성을 가지는 유기 절연물로 형성할 수 있다.At this time, the protective film can be formed of an organic insulator having positive photosensitivity.
제1 및 제2 광마스크는 각각 기판과 기판 위에 형성되어 있는 불투명한 패턴층과 적어도 패턴층으로 덮여 있지 않은 기판 위에 형성되어 있는 펠리클을 포함하며, 제1 및 제2 광마스크의 투과율 차이는 상기 제1 및 제2 광마스크의 펠리클의 투과율을 조절함으로써 조절될 수 있다.Each of the first and second photomasks includes a substrate and an opaque pattern layer formed on the substrate and a pellicle formed on the substrate not covered with at least the pattern layer, wherein the difference in transmittance between the first and second photomasks is It can be adjusted by adjusting the transmittance of the pellicle of the first and second photomask.
제1 및 제2 광마스크는 하나의 마스크를 이루며 이 때 이 마스크는 높이가 다른 두 개의 패턴층을 형성하여 투과율 차이를 줄 수도 있다. 또한 이러한 투과율 차이는 노광에 사용되는 광원의 분해능 이하의 크기를 가지는 슬릿이나 격자 모양의 미세 패턴을 형성함으로써 조절할 수도 있다.The first and second photomasks form one mask, and the mask may form two pattern layers having different heights to give a difference in transmittance. In addition, the transmittance difference can be adjusted by forming a slit or a lattice-like fine pattern having a size equal to or less than the resolution of the light source used for exposure.
본 발명에 따른 박막의 패터닝 방법에서는 감광성 유기 절연물로 이루어진 최상층을 포함하여 2개 이상의 박막을 기판 위에 형성하고, 최상층을 적어도 3단계 로 분리되는 광투과율을 가지는 광마스크를 통하여 노광하고, 현상하여 위치에 따라 두께가 다르게 되도록 한다. 다음, 최상층을 그 하부의 박막과 동시에 식각한 후, 최상층의 위에 다른 박막을 적층하고 사진 식각하여 그 다른 박막의 패턴을 형성한다.In the method for patterning a thin film according to the present invention, two or more thin films including a top layer made of a photosensitive organic insulator are formed on a substrate, and the top layer is exposed through a photomask having a light transmittance separated by at least three stages, and then developed and positioned. Depending on the thickness should be different. Next, the uppermost layer is etched at the same time as the thin film at the bottom thereof, and then another thin film is laminated on the uppermost layer and photo-etched to form a pattern of the other thin film.
여기에서 최상층과 그 하부의 막을 동시에 식각하는 단계는 최상층이 완전히 제거된 부분을 통하여 노출되어 있는 하부 막을 식각하는 제1단계, 두께가 다른 최상층 중에서 다른 부분보다 두께가 얇은 부분을 제거하는 애싱 단계 및 애싱 단계를 통하여 노출된 하부 막을 제거하는 제2차 식각 단계를 포함할 수 있다.Here, the etching of the uppermost layer and the lower layer at the same time may include the first step of etching the lower layer exposed through the portion where the uppermost layer is completely removed, the ashing step of removing the thinner part than the other part among the uppermost layers having different thicknesses; And a second etching step of removing the lower layer exposed through the ashing step.
이 때, 보호막은 양성 감광성을 가지는 유기 절연물로 형성할 수 있고, 상기 최상층과 그 하부의 막을 동시에 식각하는 단계에서는 건식 식각을 사용하는 것이 바람직하다.In this case, the protective film may be formed of an organic insulator having positive photosensitivity, and in the step of simultaneously etching the uppermost layer and the lower film, it is preferable to use dry etching.
그러면, 우선, 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터의 구조에 대하여 설명한다.First, the structure of the thin film transistor for liquid crystal display according to the exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 배치도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 기판을 Ⅱ-Ⅱ' 선 및 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.1 is a layout view of a thin film transistor substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are cut along the II-II 'line and the III-III' line of FIG. 1. It is sectional drawing.
절연 기판(10) 위에 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 등의 금속 또는 도전체로 만들어진 게이트 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 주사 신호선 또는 게이트선(22), 게이트선(22)의 끝에 연결되어 있 어 외부로부터의 주사 신호를 인가 받아 게이트선(22)으로 전달하는 게이트 패드(24) 및 게이트선(22)의 일부인 박막 트랜지스터의 게이트 전극(26)을 포함한다.Gate wiring made of a metal or a conductor such as aluminum (Al) or aluminum alloy (Al alloy), molybdenum (Mo) or molybdenum-tungsten (MoW) alloy, chromium (Cr), tantalum (Ta) or the like on the
게이트 배선(22, 24, 26)은 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하며, Cr/Al(또는 Al 합금)의 이중층 또는 Al/Mo의 이중층이 그 예이다.The
게이트 배선(22, 24, 26) 위에는 질화규소(SiNx) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 게이트 배선(22, 24, 26)을 덮고 있다.A
게이트 절연막(30) 위에는 수소화 비정질 규소(hydrogenated amorphous silicon) 따위의 반도체로 이루어진 반도체 패턴(42, 48)이 형성되어 있으며, 반도체 패턴(42, 48) 위에는 인(P) 따위의 n형 불순물로 고농도로 도핑되어 있는 비정질 규소 따위로 이루어진 저항성 접촉층(ohmic contact layer) 패턴 또는 중간층 패턴(55, 56, 58)이 형성되어 있다.
접촉층 패턴(55, 56, 58) 위에는 Mo 또는 MoW 합금, Cr, Al 또는 Al 합금, Ta 따위의 도전 물질로 이루어진 데이터 배선이 형성되어 있다. 데이터 배선은 세로 방향으로 형성되어 있는 데이터선(62), 데이터선(62)의 한쪽 끝에 연결되어 외부로부터의 화상 신호를 인가 받는 데이터 패드(64), 그리고 데이터선(62)의 분지 인 박막 트랜지스터의 소스 전극(65)으로 이루어진 데이터선부를 포함하며, 또한 데이터선부(62, 64, 65)와 분리되어 있으며 게이트 전극(26)에 대하여 소스 전극(65)의 반대쪽에 위치하는 박막 트랜지스터의 드레인 전극(66)과 게이트선(22)의 위에 위치하여 중첩되어 있는 유지 축전기용 도전체 패턴(68)도 포함한다. 유지 축전기용 도전체 패턴(68)은 후술할 화소 전극(82)과 연결되어 유지 축전기를 이룬다. 그러나, 화소 전극(82)과 게이트선(22)의 중첩만으로도 충분한 크기의 유지 용량을 얻을 수 있으면 유지 축전기용 도전체 패턴(68)을 형성하지 않을 수도 있다.On the
데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)도 게이트 배선(22, 24, 26)과 마찬가지로 단일층으로 형성될 수도 있지만, 이중층이나 삼중층으로 형성될 수도 있다. 물론, 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하다.The data lines 62, 64, 65, 66, and 68 may be formed in a single layer like the gate lines 22, 24, and 26, but may be formed in a double layer or a triple layer. Of course, when forming more than two layers, it is preferable that one layer is made of a material having a low resistance and the other layer is made of a material having good contact properties with other materials.
접촉층 패턴(55, 56, 58)은 그 하부의 반도체 패턴(42, 48)과 그 상부의 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)의 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 하며, 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)과 완전히 동일한 형태를 가진다. 즉, 데이터선부 중간층 패턴(55)은 데이터선부(62, 64, 65)와 동일하고, 드레인 전극용 중간층 패턴(56)은 드레인 전극(66)과 동일하며, 유지 축전기용 중간층 패턴(58)은 유지 축전기용 도전체 패턴(68)과 동일하다.The
한편, 반도체 패턴(42, 48)은 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68) 및 접촉층 패턴(55, 56, 57)과 유사한 모양을 하고 있다. 구체적으로는, 유지 축전기용 반도 체 패턴(48)은 유지 축전기용 도전체 패턴(68) 및 유지 축전기용 접촉층 패턴(58)은 동일한 모양이지만, 박막 트랜지스터용 반도체 패턴(42)은 데이터 배선 및 접촉층 패턴의 나머지 부분과 다르다. 즉, 박막 트랜지스터의 채널부(C)에서 데이터선부(62, 64, 65), 특히 소스 전극(65)과 드레인 전극(66)이 분리되어 있고 데이터선부 중간층(55)과 드레인 전극용 접촉층 패턴(56)도 분리되어 있으나, 박막 트랜지스터용 반도체 패턴(42)은 이곳에서 끊어지지 않고 연결되어 박막 트랜지스터의 채널을 생성한다. 한편, 반도체 패턴(42)은 주변부로도 연장되어 주변부 전체에 걸쳐 형성되어 있다.On the other hand, the
데이터선부(62, 64, 65) 및 드레인 전극(66)과 반도체 패턴(42)은 보호막(70)으로 덮여 있으며, 보호막(70)은 드레인 전극(66) 및 데이터 패드(64)를 드러내는 접촉창(71, 73)을 가지고 있다. 보호막(70)은 또한 게이트 절연막(30) 및 반도체 패턴(42)과 함께 게이트 패드(24)를 드러내는 접촉창(72)을 가지고 있으며, 게이트선(22) 중에서 데이터선(62)과 중복되는 부분을 제외한 나머지 부분은 덮고 있지 않다. 보호막(70)은 감광성 유기 절연 물질, 예를 들어 일본의 JSR사가 공급하는 제품 코드 PC 403 따위의 물질로 이루어져 있으며, 반도체 패턴(42) 중에서 적어도 소스 전극(65)과 드레인 전극(66) 사이에 위치하는 채널 부분을 덮어 보호하는 역할을 한다.The
게이트선(22) 및 데이터선(62)으로 둘러싸인 영역의 게이트 절연막(30) 위에는 화소 전극(82)이 형성되어 있다. 화소 전극(82)은 접촉창(71)을 통하여 드레인 전극(66)과 물리적·전기적으로 연결되어 박막 트랜지스터로부터 화상 신호를 받아 상판의 전극과 함께 전기장을 생성하며, ITO(indium tin oxide) 따위의 투명한 도전 물질로 만들어진다. 화소 전극(82)은 또한 유지 축전기용 도전체 패턴(68) 위로도 연장되어 물리적, 전기적으로 연결되어 있으며 이에 따라 유지 축전기용 도전체 패턴(68)과 그 하부의 게이트선(22)과 유지 축전기를 이룬다. 한편, 게이트 패드(24) 및 데이터 패드(64) 위에는 접촉창(72, 73)을 통하여 각각 이들과 연결되는 보조 게이트 패드(84) 및 보조 데이터 패드(86)가 형성되어 있으며, 이들은 패드(24, 64)와 외부 회로 장치와의 접착성을 보완하고 패드를 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다.The
여기에서는 화소 전극(82)의 재료의 예로 투명한 ITO를 들었으나, 반사형 액정 표시 장치의 경우 불투명한 도전 물질을 사용하여도 무방하다.Although transparent ITO has been used as an example of the material of the
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법에 대하여 도 4a 내지 도 11b와 앞서의 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 상세히 설명한다.Next, a method of manufacturing a substrate for a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 11B and FIGS. 1 to 3.
먼저, 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이, 금속 따위의 도전체층을 스퍼터링 따위의 방법으로 1,000 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착하고 첫째 마스크를 이용하여 건식 또는 습식 식각하여, 기판(10) 위에 게이트선(22), 게이트 패드(24) 및 게이트 전극(26)을 포함하는 게이트 배선을 형성한다.First, as shown in FIGS. 4A to 4C, a conductive layer such as a metal is deposited to a thickness of 1,000 kPa to 3,000 kPa by a sputtering method, and then dry or wet etched using a first mask, onto the
다음, 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(30), 반도체층(40), 중간층(50)을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 1,500 Å, 300 Å 내지 600 Å의 두께로 연속 증착하고, 이어 금속 따위의 도전체층(60)을 스퍼터링 등의 방법으로 1,500 Å 내지 3,000 Å의 두께로 증착한다. 이어, 제2 마스크를 사용하여 도전체층(60) 및 그 아래의 중간층(50)을 패터닝하여 데이터선(62), 데이터 패드(64), 소스 전극(65) 등 데이터선부와 그 하부의 데이터선부 중간층 패턴(55), 드레인 전극(66)과 그 하부의 드레인 전극용 도전체 패턴(56) 및 유지 축전기용 도전체 패턴(68)과 그 하부의 유지 축전기용 중간층 패턴(58)을 형성한다.5A to 5C, the
도 6a, 도 11a 및 도 11b에 도시한 바와 같이, 감광성 유기 절연 물질을 스핀 코팅하여 보호막(70)을 적층한 후, 제3 마스크를 사용하여 보호막(70)과 반도체층(40) 및 게이트 절연막(30)을 패터닝하여 접촉창을 포함하는 이들의 패턴을 형성한다. 이때, 주변부(P)에서는 게이트 패드(24) 위의 보호막(70), 반도체층(40) 및 게이트 절연막(30)을 제거하지만[데이터 패드(64) 위의 보호막(70)도 제거] 화면 표시부(D)에서는 보호막(70)과 반도체층(40)만을 제거하여[드레인 전극(66) 위의 보호막(70)도 제거] 필요한 부분에만 채널이 형성되도록 반도체층 패턴을 형성해야 한다. 이를 위하여 노광 및 현상 공정을 통하여 보호막(70) 자체를 부분에 따라 두께가 다르게 되도록 형성한 후, 보호막(70)을 비롯한 그 하부의 막들을 식각하는데, 이를 도 6b 내지 도 11b를 통하여 상세히 설명한다.As shown in FIGS. 6A, 11A, and 11B, after the photosensitive organic insulating material is spin-coated to form the
먼저, 감광성 유기 절연 물질, 예를 들어 일본의 JSR사가 공급하는 제품 코드 PC 403 따위의 물질을 5,000 Å 내지 30,000 Å의 두께로 도포하여 보호막(70)을 적층한 후, 제3 마스크(300, 400)를 통하여 노광한다. 노광 후의 보호막(70)은 도 6a 및 6b에서 보는 바와 같이, 화면 표시부(D)와 주변부(P)가 다르다. 즉, 화면 표시부(D)의 보호막(70) 중에서 빛에 노출된 부분(C)은 표면으로부터 일정 깊이 까지만이 빛에 반응하여 고분자가 분해되고 그 밑으로는 고분자가 그대로 남아 있으나, 주변부(P)의 보호막(70)은 이와는 달리 빛에 노출된 부분(B)은 하부까지 모두 빛에 반응하여 고분자가 분해된 상태가 된다. 여기에서, 화면 표시부(D)나 주변부(P)에서 빛에 노출되는 부분(C, B)은 보호막(70)이 제거될 부분이다.First, a
이를 위해서는 화면 표시부(D)에 사용하는 마스크(300)와 주변부(P)에 사용하는 마스크(410, 420)의 구조를 변경하는 방법을 사용할 수 있으며, 여기에서는 세 가지 방법을 제시한다.To this end, a method of changing the structure of the
도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 마스크(300, 400)는 통상 기판(310, 410)과 그 위의 크롬 따위로 이루어진 불투명한 패턴층(320, 420), 그리고 패턴층(320, 420) 및 노출된 기판(310, 410)을 덮고 있는 펠리클(pellicle)(330, 430)로 이루어지는데, 화면 표시부(D)에 사용되는 마스크(300)의 펠리클(330)의 광 투과율이 주변부(P)에 사용되는 마스크(400)의 펠리클(430)의 광 투과율보다 낮도록 하는 것이다. 펠리클(330)의 투과율이 펠리클(430)의 투과율의 10 % 내지 80 %, 바람직하게는 20 % 내지 60 % 정도의 범위에 있도록 하는 것이 바람직하다.As shown in FIGS. 7A and 7B, the
다음은, 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, 화면 표시부(D)의 마스크(300)에는 전면에 걸쳐 크롬층(350)을 약 100 Å 내지 300 Å의 두께로 남겨 투과율을 낮추고, 주변부(P)의 마스크(400)에는 이러한 크롬층을 남기지 않는 것이다. 이때, 화면 표시부(D)에 사용되는 마스크(300)의 펠리클(340)은 주변부(P)의 펠리클(430)과 동일한 투과율을 가지도록 할 수 있다.Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, the
여기에서 위의 두 가지 방법을 혼용하여 사용할 수 있음은 물론이다.Of course, the above two methods can be used in combination.
위의 두 가지 예에서는 스테퍼를 사용한 분할 노광의 경우에 적용할 수 있는 것으로서 화면 표시부(D)와 주변부(P)가 다른 마스크를 사용하여 노광되기 때문에 가능한 것이다. 이렇게 분할 노광하는 경우에는 이외에도 화면 표시부(D)와 주변부(P)의 노광 시간을 다르게 함으로써 두께를 조절할 수도 있다.In the above two examples, it is applicable to the split exposure using a stepper, and is possible because the screen display unit D and the peripheral portion P are exposed using different masks. In the case of the divided exposure in this manner, the thickness can be adjusted by changing the exposure time of the screen display unit D and the peripheral portion P.
그러나, 화면 표시부(D)와 주변부(P)를 분할 노광하지 않고 하나의 마스크를 사용하여 노광할 수도 있으며 이 경우 적용될 수 있는 마스크의 구조를 도 9를 참고로 하여 상세히 설명한다.However, the screen display unit D and the periphery unit P may be exposed using one mask without being dividedly exposed. In this case, a structure of a mask that can be applied will be described in detail with reference to FIG. 9.
도 9에에 도시한 바와 같이 마스크(500)의 기판(510) 위에는 투과율 조절막(550)이 형성되어 있으며 투과율 조절막(550) 위에 패턴층(520)이 형성되어 있다. 투과율 조절막(550)은 화면 표시부(D)에서는 패턴층(520) 하부뿐 아니라 전면에 걸쳐 형성되어 있지만 주변부(P)에서는 패턴층(550) 하부에만 형성되어 있다. 결국 기판(510) 위에는 높이가 다른 두 개 이상의 패턴이 형성되어 있는 셈이 된다.As shown in FIG. 9, a
물론, 주변부(P)에도 투과율 조절막을 둘 수 있으며, 이 경우 주변부(P)의 투과율 조절막의 투과율은 화면 표시부(P)의 투과율 조절막(550)의 투과율보다 높은 투과율을 가져야 한다.Of course, the periphery portion P may also have a transmittance adjusting film. In this case, the transmittance of the transmittance adjusting film of the peripheral portion P should have a transmittance higher than that of the
이러한 투과율 조절막(550)을 가지는 광마스크(500)를 제조할 때에는, 먼저 기판(500) 위에 투과율 조절막(550)과, 이 투과율 조절막(550)과 식각비가 다른 패턴층(520)을 연속하여 적층한다. 전면에 걸쳐 감광막(도시하지 않음)을 도포하고 노광, 현상한 후 감광막을 식각 마스크로 하여 패턴층(520)을 식각한다. 남은 감 광막을 제거한 후 다시 주변부(P)의 접촉창에 대응하는 위치의 투과율 조절막을 노출시키는 새로운 감광막 패턴(도시하지 않음)을 형성한 다음, 이를 식각 마스크로 하여 투과율 조절막(550)을 식각함으로써 광마스크(500)를 완성한다.When manufacturing the
이와 같은 방법 이외에도 광원의 분해능보다 작은 크기의 슬릿(slit)이나 격자 모양의 미세 패턴을 가지는 마스크를 사용하여 투과율을 조절할 수도 있다.In addition to the above method, the transmittance may be adjusted by using a mask having a slit or a lattice-like fine pattern having a size smaller than the resolution of the light source.
그런데, 보호막(70) 중 하부에 반사율이 높은 금속층, 즉 게이트 배선(22, 24, 26)이나 데이터 배선(62, 64, 65, 66, 68)이 있는 부분은 반사된 빛으로 인하여 노광시 다른 부분보다 빛의 조사량이 많아질 수 있다. 이를 방지하기 위하여 하부로부터의 반사광을 차단하는 층을 둘 수 있다.However, a portion of the
이러한 방법으로 감광성 유기 절연 물질인 보호막(70)을 노광한 후, 현상하면 도 10a 및 도 10b에서와 같은 보호막(70) 패턴이 만들어진다. 즉 게이트 패드(24), 데이터 패드(64) 및 드레인 전극(66) 일부 위에서는 보호막(70)이 완전히 제거되어 있고, 게이트 패드(24)와 데이터 패드(64)를 제외한 모든 주변부(P)와 화면 표시부(D)에서 데이터선부(62, 64, 65) 및 드레인 전극(66)과 둘 사이의 반도체층(40)의 상부에는 두꺼운 보호막(A)이 형성되어 있으며 화면 표시부(D)에서 기타 부분에는 얇은 보호막(B)이 형성되어 있다.After exposing the
이때, 보호막(70)의 얇은 부분의 두께는 최초 두께의 약 1/4 내지 1/7 수준 즉 350 Å 내지 10,000 Å 정도, 더욱 바람직하게는, 1,000 Å 내지 6,000 Å가 되도록 하는 것이 좋다. 한 예를 들면, 보호막(70)의 최초 두께는 16,000 Å 내지 24,000 Å으로 하고, 화면 표시부(D)의 투과율을 30 %로 하여 얇은 보호막의 두께 가 3,000 Å 내지 7,000 Å가 되도록 할 수 있다. 그러나 남기는 두께는 건식 식각의 공정 조건에 따라 결정되어야 하므로, 이러한 공정 조건에 따라 마스크의 펠리클, 잔류 크롬층의 두께 또는 투과율 조절막의 투과율이나 노광 시간 등을 조절하여야 한다.At this time, the thickness of the thin portion of the
이러한 얇은 두께의 보호막은 통상적인 방법으로 보호막을 노광, 현상한 후 리플로우를 통하여 형성할 수도 있다. 또한, 위에서는 보호막이 양성 감광성임을 전제로 하고 설명하고 있으나 음성 감광성을 가지는 경우에도 적용할 수 있다. 즉, 보호막이 음성 감광성인 경우에는 보호막을 완전히 제거해야 할 부분은 빛에 노출되지 않도록 하고, 보호막을 얇게 남길 부분에서는 노광량을 적게 하며, 보호막을 두껍게 남길 부분에서는 노광량을 많게 하면 된다.Such a thin protective film may be formed through reflow after exposing and developing the protective film in a conventional manner. In addition, the above description is based on the premise that the protective film is positive photosensitive, but may be applied to a case having negative photosensitive. That is, in the case where the protective film is negative photosensitive, the portion where the protective film should be completely removed should not be exposed to light, the exposure amount may be decreased in the portion where the protective film is to be thinned, and the exposure amount may be increased in the portion where the protective film is thick.
이어, 건식 식각 방법으로 보호막(70) 및 그 하부의 막들, 즉 반도체층(40) 및 게이트 절연막(30)에 대한 식각을 진행한다.Subsequently, the
이때, 앞서 언급한 것처럼, 보호막(70) 중 A 부분은 완전히 제거되지 않고 남아 있어야 하고, B 부분의 반도체층(40) 및 게이트 절연막(30)이 제거되어야 하며, C 부분 하부에서는 보호막(70)과 반도체층(40)만을 제거하고 게이트 절연막(30)은 제거되지 않아야 한다.At this time, as mentioned above, the portion A of the
이를 위해서는 보호막(70)과 그 하부의 막들을 동시에 식각할 수 있는 건식 식각 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 건식 식각 방법을 사용하면, 도 11a 및 11b에 도시한 것처럼, 보호막(70)이 없는 B 부분 하부의 반도체층(40) 및 게이트 절연막(30)의 2개 층과 C 부분에서는 얇은 두께의 보호막(70) 및 반도체층(40) 의 2개 층을 동시에 식각할 수 있다. 단, 화면 표시부(D)의 드레인 전극(66) 부분과 주변부(P)의 데이터 패드(64) 부분, 그리고 유지 축전기용 도전 패턴(68)이 형성될 부분에서는 도전체층(60)이 제거되지 않도록 도전체층(60)과는 식각 선택성이 있는 조건을 택하여야 하며, 이때 보호막(70)의 A 부분도 어느 정도 두께까지 식각된다.To this end, it is preferable to use a dry etching method capable of simultaneously etching the
따라서, 한 번의 마스크 공정과 건식 식각 방법을 통하여 화면 표시부(D)에서는 보호막(70)과 반도체층(40)만을 제거하여 접촉창(71)과 반도체 패턴(42, 48)을 형성하고, 주변부(P)에서는 보호막(70), 반도체층(40) 및 게이트 절연막(30)을 모두 제거하여 접촉창(72, 73)을 형성할 수 있다.Accordingly, only one
만약, 위에서 사용된 건식 식각 조건이 보호막(70)에 대하여는 식각률이 충분치 못한 경우에는, 따로 보호막(70)에 대하여 충분한 식각률을 가지는 식각 조건하에서 보호막(70)을 애싱(ashing)하는 공정을 상기의 건식 식각 공정 다음 단계에 추가하여 C 부분의 보호막(70)을 완전히 제거하고, 다시 C 부분의 반도체층(40)을 제거하는 식각을 실시한다.If the dry etching condition used above is not sufficient for the
마지막으로, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 400 Å 내지 500 Å 두께의 ITO층을 증착하고 제4 마스크를 사용하여 식각하여 화소 전극(82), 보조 게이트 패드(84) 및 보조 데이터 패드(86)를 형성한다.Finally, as shown in FIGS. 1 to 3, an ITO layer having a thickness of 400 μs to 500 μs is deposited and etched using a fourth mask to form the
이와 같이 본 실시예에서는 게이트 패드(24)를 드러내는 접촉창(72)을 보호막 패턴(70) 및 반도체 패턴(42, 48)과 함께 하나의 마스크를 사용하여 형성하는 경우를 설명하고 있으나 접촉창(72)은 이외에 다른 막을 패터닝할 때 함께 형성할 수도 있으며 이는 당업자로서 당연히 생각할 수 있는 범주에 있다. 특히 본 발명은 건식 식각 방법으로 식각되는 박막의 패터닝에 특히 유효한 방법이다.As described above, in the present exemplary embodiment, the
또한, 본 실시예에서는 넓은 면 모양의 화소 전극이 있는 경우를 예를 들고 있으나, 화소 전극이 줄 모양으로 만들어질 수도 있으며, 화소 전극과 함께 액정 분자들을 구동하는 공통 전극이 화소 전극과 동일한 기판에 형성될 수도 있다.In addition, in the present embodiment, a case where the pixel electrode of a wide surface shape is present is illustrated, but the pixel electrode may be formed in a line shape, and the common electrode for driving the liquid crystal molecules together with the pixel electrode is formed on the same substrate as the pixel electrode. It may be formed.
이상에서와 같이 본 발명은 박막의 새로운 사진 식각 방법을 통하여 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 공정 수를 줄이고, 공정을 단순화하여 제조 원가를 낮추고 수율도 높여준다. 특히, 막을 식각 공정 없이 패터닝하고, 패터닝하려는 막 자체를 그 하부의 막을 패터닝하기 위한 식각 차단층으로 사용함으로써 공정을 매우 단순화할 수 있다.As described above, the present invention reduces the manufacturing process number of the thin film transistor substrate for the liquid crystal display device through a new photolithography method of the thin film, and simplifies the process to lower the manufacturing cost and increase the yield. In particular, the process can be greatly simplified by patterning the film without an etching process and using the film itself to be patterned as an etch stop layer for patterning the underlying film.
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