KR100701662B1 - 박막트랜지스터 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 방법은, 유리기판 상에 적층막으로된 게이트용 금속막을 형성하는 단계와, 상기 게이트용 금속막을 제1마스크 공정에 따라 식각하여 적층 구조이고 식각면이 계단식으로 테이퍼(taper)진 게이트 전극과 상기 게이트 전극 보다 작은 선폭을 갖는 단층의 게이트 라인을 형성하는 단계와, 상기 게이트 전극을 포함한 게이트 라인을 덮도록 기판 전면 상에 게이트절연막, a-Si막, n+ a-Si막 및 소오스/드레인용 금속막을 차례로 형성하는 단계와, 상기 소오스/드레인용 금속막과 n+ a-Si막 및 a-Si막을 제2마스크 공정에 따라 식각하여 데이터 라인을 형성하는 단계와, 상기 데이터 라인이 형성된 기판 결과물 상에 제1절연막을 형성하는 단계와, 상기 제1절연막, 소오스/드레인용 금속막, 채널 예정 영역 상의 n+ a-Si막 및 a-Si막의 일부를 연마하여 소오스/드레인 전극 및 채널을 형성함과 동시에 TFT를 구성하는 단계와, 상기 TFT가 구성된 기판 결과물 상에 제2절연막을 형성하는 단계와, 상기 제2 및 제1절연막을 제3마스크 공정에 따라 식각하여 소오스 전극을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계와, 상기 비아홀 및 제2절연막 상에 ITO 금속막을 형성하는 단계와, 상기 ITO 금속막을 제4마스크 공정에 따라 식각하여 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
도 1a 내지 도 1d는 종래 박막트랜지스터 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 유리기판 2 : 게이트 전극
2a : 하층 금속막 2b : 상층 금속막
3 : 게이트 라인 4 : 게이트절연막
5 : 비정질실리콘막 6 : 도핑된 비정질실리콘막
7 : 소오스/드레인용 금속막 7a : 소오스 전극
7b : 드레인 전극 8a : 제2 감광막 패턴
10 : 박막트랜지스터 11 : 보호막
11a : 제1절연막 11b : 제2절연막
12 : 비아홀 13 : 화소전극
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공정 단순화 및 공정 마진을 얻기 위한 어레이 기판 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 경박단소하고 저전압구동 및 저전력소모라는 장점을 바탕으로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대신하여 개발되어져 왔으며, 특히, 박막트랜지스터 액정표시장치(이하, TFT-LCD)는 CRT에 필적할만한 고화질화, 대형화 및 컬러화 등을 실현하였기 때문에 최근에는 노트북 PC 및 모니터 시장은 물론 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다. 이러한 TFT-LCD는 개략적으로 박막트랜지스터 및 화소 전극이 구비된 어레이 기판과 컬러필터 및 상대 전극이 구비된 컬러필터 기판이 액정층의 개재하에 합착되어진 구조를 갖는다.
한편, 이와 같은 TFT-LCD에 있어서, 제조 공정 수, 특히, 어레이 기판의 제조 공정 수를 감소시키는 것은 매우 중요하다. 왜냐하면, 제조 공정 수를 줄일수록 TFT-LCD의 제조 비용을 감소시킬 수 있는 바, 더 저렴한 값에 보다 많은 양의 TFT-LCD를 보급할 수 있기 때문이다.
여기서, 상기 제조 공정 수의 감소는 통상 마스크 공정수의 감소에 의해 구현되며, 최근의 TFT-LCD는 채널부의 감광막을 슬릿 마스크를 이용하여 노광하는, 소위, 하프톤(half tone) 노광을 이용한 4-마스크 공정으로 제조되고 있다. 상기 마스크 공정은 감광막 도포, 노광 및 현상 공정을 통해 식각 마스크인 감광막 패턴을 형성하는 공정으로 이해될 수 있다. 부가해서, 상기 마스크 공정은 식각 마스크인 감광막 패턴을 형성한 후, 이를 식각 마스크로 이용해서 식각대상층을 식각하는 공정을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
이하에서는 종래의 4-마스크 공정을 이용한 어레이 기판 제조방법을 도 1a 내지 도 1f를 참조하여 설명하도록 한다. 여기서, 각 도면은 TFT부에 대해서만 도시하였다.
도 1a를 참조하면, 유리기판(1) 상에 게이트용 금속막을 증착한다. 그런다음, 제1마스크 공정에 따라 상기 금속막 상에 게이트 전극을 포함한 게이트 라인 형성 영역을 한정하는 제1 감광막 패턴(도시안됨)을 형성한 후, 이를 식각 마스크로 이용해서 금속막을 식각하여 게이트 전극(2)을 포함한 게이트 라인(도시안됨)을 형성한다. 이후, 상기 제1 감광막 패턴을 제거한다.
도 1b를 참조하면, 게이트 전극(2)을 포함한 게이트 라인을 덮도록 기판(1)의 전면 상에 게이트절연막(4)과 비도핑된 비정질실리콘(이하, a-Si)막(5), 도핑된 비정질실리콘(n+ a-Si)막(6) 및 소오스/드레인용 금속막(7)을 차례로 증착한다. 그런다음, 소오스/드레인용 금속막(7) 상에 제2마스크 공정에 따라 소오스/드레인 전극 형성 영역을 포함한 데이터 라인 형성 영역을 가리면서 채널 영역 상에 배치되는 부분의 두께가 상대적으로 얇은 제2 감광막 패턴, 즉, 하프톤 마스크(Half Tone mask : 8)를 형성한 후, 상기 하프톤 마스크(8)를 이용해서 소오스/드레인용 금속막(7)을 식각하여 데이터 라인(도시안됨)을 형성한다.
다음으로, 공지의 에슁(Ashing) 공정을 통해 채널 영역 상의 하프톤 마스크 부분을 제거한다. 그런다음, 잔류된 하프톤 마스크(8)를 이용해서 n+ a-Si막(6)과 a-Si막(5)을 식각하여 액티브층을 형성한다.
이어서, 재차 소오스/드레인용 금속막을 식각하여 소오스/드레인 전극(7a, 7b)을 형성한다. 그런다음, n+ a-Si막(6)을 식각하여 채널을 형성하고, 이를 통해, TFT(10)를 구성한다.
도 1c를 참조하면, 잔류된 하프톤 마스크를 제거한 상태에서, 상기 단계까지의 기판 결과물 상에 TFT(10)를 덮도록 보호막(11)을 형성한다. 그런다음, 제3마스크 공정에 따라 상기 보호막(11) 상에 비아홀 형성 영역을 한정하는 제3 감광막 패턴을 형성한 후, 이를 식각 마스크로 이용해서 상기 보호막(11)을 식각하여 소오스 전극(7a)을 노출시키는 비아홀(12)을 형성한다. 이후, 제3 감광막 패턴을 제거한다.
도 1d를 참조하면, 비아홀(12)을 포함한 보호막(11) 상에 ITO 금속막을 증착한다. 그런다음, 제4마스크 공정에 따라 상기 ITO 금속막 상에 화소전극 형성 영역을 한정하는 제4 감광막 패턴을 형성한 후, 이를 식각 마스크로 이용해서 상기 ITO 금속막을 패터닝하여 소오스 전극(7a)과 콘택되는 화소전극(13)을 형성한다. 이어서, 상기 제4 감광막 패턴을 제거한다.
이후, 도시하지는 않았으나, 기판 최상부에 배향막을 형성하여 어레이 기판의 제조를 완성한다.
그러나, 전술한 바와 같은 종래의 4-마스크 공정을 이용한 어레이 기판 제조방법은, 하프톤 마스크를 이용한 식각 공정시, 소오스/드레인용 금속막의 1차 식각, 채널 영역 상의 하프톤 마스크 부분을 제거하기 위한 에슁, 액티브 식각, 소오스/드레인용 금속막의 2차 식각 및 n+ a-Si막의 식각 등 최소한 5회의 식각 공정을 수행해야 하므로 매우 복잡한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 4-마스크 공정 진행시 하프톤 마스크를 이용하지 않고 보통의 마스크를 이용해 식각 공정의 단순화를 이룰 수 있는 TFT-LCD의 어레이 기판 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, TFT부 및 패드부를 갖는 유리기판 상에 적층막으로된 게이트용 금속막을 형성하는 단계; 상기 게이트용 금속막을 제1마스크 공정에 따라 식각하여 적층 구조이고 식각면이 계단식으로 테이퍼(taper)진 게이트 전극과 상기 게이트 전극 보다 작은 선폭을 갖는 단층의 게이트 라인을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극을 포함한 게이트 라인을 덮도록 기판 전면 상에 게이트절연막, a-Si막, n+ a-Si막 및 소오스/드레인용 금속막을 차례로 형성하는 단계; 상기 소오스/드레인용 금속막과 n+ a-Si막 및 a-Si막을 제2마스크 공정에 따라 식각하여 데이터 라인을 형성하는 단계; 상기 데이터 라인이 형성된 기판 결과물 상에 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막, 소오스/드레인용 금속막, TFT부의 채널 예정 영역 상의 n+ a-Si막 및 a-Si막의 일부를 연마하여 소오스/드레인 전극 및 채널을 형성함과 동시에 TFT를 구성하는 단계; 상기 TFT가 구성된 기판 결과물 상에 제2절연막을 형성하는 단계; 상기 제2 및 제1절연막을 제3마스크 공정에 따라 식각하여 소오스 전극을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계; 상기 비아홀 및 제2절연막 상에 ITO 금속막을 형성하는 단계; 및 상기 ITO 금속막을 제4마스크 공정에 따라 식각하여 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 TFT-LCD의 어레이 기판 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 적층막으로된 게이트용 금속막에서의 하층 금속막은 Al 계열의 금속막으로 이루어지고, 상층 금속막은 상기 하층 금속막 보다 식각 속도가 빠른 Mo 계열의 금속막으로 이루어진다.
상기 게이트 전극은 게이트 라인 보다 1.5배 내지 2배의 선폭을 갖도록 형성하며, 상기 게이트 전극 및 게이트 라인을 형성하기 위한 식각은 하층 금속막이 상층 금속막의 절반에 해당하는 식각속도를 갖도록 진행하여 상층 금속막 선폭이 하층 금속막 선폭의 절반이 되도록 한다.
상기 제1절연막, 소오스/드레인용 금속막, TFT부의 채널 예정 영역 상의 n+ a-Si막 및 a-Si막의 일부를 연마하여 소오스/드레인 전극 및 채널을 형성함과 동시에 TFT를 구성하는 단계시, 패드부는 표면 단차로 인해 제1절연막만을 연마한다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 기술적 원리를 설명하면, 본 발명은 게이트 전극을 적층 구조로 형성한 상태로 게이트절연막, a-Si막, n+ a-Si막 및 소오스/드레인용 금속막을 차례로 증착하고, 그런다음, 전형적인 마스크 공정을 통해 데이터 라인을 형성하며, 그리고나서, 연마(polishing) 공정을 진행하여 소오스/드레인 전극을 형성함과 동시에 채널 영역의 n+ a-Si막과 a-Si막의 일부를 제거하여 TFT를 구성한다.
이렇게 하면, 4-마스크 공정을 적용하면서도 하프톤 마스크를 이용한 식각 공정을 수행하지 않아도 되므로, 상기 하프톤 마스크를 이용한 식각 공정 적용시의 복잡함 및 어려움의 문제를 해결할 수 있다.
자세하게, 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 TFT-LCD의 어레이 기판 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1a 내지 도 1d와 동일한 부분은 동일한 도면부호로 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 유리기판(1) 상에 게이트용 금속막을 증착한다. 그런다음, 제1마스크 공정에 따라 상기 게이트용 금속막 상에 게이트 전극을 포함한 게이트 라인 형성 영역을 한정하는 제1 감광막 패턴(도시안됨)을 형성한 후, 이를 식각 마스크로 이용해서 상기 금속막을 식각하여 게이트 전극(2)을 포함한 게이트 라인(도시안됨)을 형성한다. 이어서, 상기 제1 감광막 패턴을 제거한다.
여기서, 상기 게이트용 금속막은 적어도 2층 이상, 바람직하게, 2층의 적층막을 적용하며, 또한, 게이트 전극(2)은 게이트 라인(3) 보다 큰 선폭을 갖도록, 예컨데, 게이트 라인(3) 보다 1.5배 이상, 바람직하게, 1,5배 내지 2배의 선폭을 갖도록 형성한다.
여기서, 상기 게이트용 금속막은 적어도 2층 이상, 바람직하게, 2층의 적층막을 적용하며, 또한, 게이트 전극(2)은 게이트 라인(3) 보다 큰 선폭을 갖도록, 예컨데, 게이트 라인(3) 보다 1.5배 이상, 바람직하게, 1,5배 내지 2배의 선폭을 갖도록 형성한다.
특히, 상기 적층막에 있어서, 상층 금속막(2b)은 하층 금속막(2a) 보다 식각 속도가 빠른 물질을 적용하여 식각면이 계단식으로 테이퍼(taper)지도록 만든다. 예컨데, 하층 금속막(2a)으로서는 Al 계열의 금속막을 적용하며, 그리고, 상층 금속막(2b)으로서는 Mo 계열의 금속막을 적용한다.
한편, 상기 게이트 전극(2) 및 게이트 라인(3)을 형성하기 위한 식각 공정을 진행함에 있어서는 하층 금속막(2a)이 상층 금속막(2b)의 절반에 해당하는 식각속도를 갖도록 한다. 그리고, 이를 통해 TFT부에서는 상층 금속막(2b) 선폭이 하층 금속막(2a) 선폭의 절반이 되도록 만들고, 반면에, 게이트 라인부에서는 게이트 라인(3)의 선폭이 좁은 것과 관련해서 상층 금속막(2b)이 제거되어 하층 금속막(2a)만이 잔류되도록 만든다.
도 2b를 참조하면, 계단식으로 테이퍼진 적층 구조의 게이트 전극(2)과 단층 구조의 게이트 라인(3)을 덮도록 기판 전면 상에 게이트절연막(4)을 증착한다. 그런다음, 상기 게이트절연막(4) 상에 a-Si막(5), n+ a-Si막(6) 및 소오스/드레인용 금속막(7)을 차례로 증착한 후, 상기 소오스/드레인용 금속막(7) 상에 제2마스크 공정에 따라 소오스/드레인 전극 형성 영역을 포함한 데이터 라인 형성 영역을 가리는 제2 감광막 패턴(8a)을 형성한다. 이어서, 상기 제2 감광막 패턴(8a)을 식각 마스크로 이용해서 소오스/드레인용 금속막(7)과 n+ a-Si막(6) 및 a-Si막(5)을 식각하고, 이를 통해, 데이터 라인(도시안됨) 및 액티브 라인(도시안됨)을 형성한다.
도 2c를 참조하면, 제2 감광막 패턴을 제거한 상태에서, 데이터 라인이 형성된 상기 단계까지의 기판 결과물 상에 실리콘질화막으로 이루어진 제1절연막(11a)을 증착한다.
그런다음, TFT부 채널 예정 영역 상의 a-Si막 부분이 노출되도록 상기 제1절연막(11a)과 소오스/드레인용 금속막(7), n+ Si막(6) 및 a-Si막(5)의 일부를 연마하고, 이를 통해, 소오스/드레인 전극(7a, 7b)을 형성함과 동시에 채널을 형성하며, 이 결과로서, TFT(10)를 구성한다. 이때, 데이터 라인과 게이트 라인이 겹치는 부위에서는 TFT부 보다 표면 단차가 낮은 것과 관련해서 제1절연막(11a)만이 제거되고, 소오스/드레인용 금속막(7)은 그대로 잔류된다.
도 2d를 참조하면, 상기 기판 결과물 상에 실리콘질화막으로 이루어진 제2절연막(11b)을 증착하여 보호막(11)을 구성한다. 그런다음, 제3마스크 공정에 따라 제1절연막(11a)과 제2절연막(11b)의 적층막으로된 보호막(11) 상에 비아홀 형성 영역을 한정하는 제3 감광막 패턴(도시안됨)을 형성한 후, 이를 식각 마스크로 이용해서 상기 보호막(11)을 식각하여 소오스 전극(7a)을 노출시키는 비아홀(12)을 형성한다. 이후, 상기 제3 감광막 패턴을 제거한다.
도 2e를 참조하면, 비아홀(12) 및 보호막(11)의 제2절연막(11b) 상에 ITO 금속막을 증착한다. 그런다음, 제4마스크 공정에 따라 상기 ITO 금속막 상에 화소전극(13) 형성 영역을 한정하는 제4 감광막 패턴을 형성한 후, 이를 식각 마스크로 이용해서 상기 ITO 금속막을 패터닝하여 소오스 전극(7a)과 콘택되는 화소전극(13)을 형성한다. 이어서, 상기 제4 감광막 패턴을 제거한다.
이후, 도시하지는 않았지만, 기판 최상부에 배향막을 형성하여 어레이 기판의 제조를 완성한다.
이상에서와 같이, 본 발명은 4-마스크 공정을 이용하되, 소오스/드레인 전극의 형성 및 채널 형성을 하프톤 마스크를 이용한 식각 공정 대신에 연마 공정을 이용하여 형성함으로써, 상기 하프톤 마스크 식각 공정을 이용하는 종래의 어레이 기판 제조 공정과 비교해서 공정 단순화를 이룰 수 있다.
또한, 비교적 공정 진행이 용이하므로, 공정 마진의 확보는 물론 공정 재현성을 확보할 수 있다.
이상, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.
Claims (6)
- TFT부 및 패드부를 갖는 유리기판 상에 적층막으로된 게이트용 금속막을 형성하는 단계;상기 게이트용 금속막을 제1마스크 공정에 따라 식각하여 적층 구조이고 식각면이 계단식으로 테이퍼(taper)진 게이트 전극과 상기 게이트 전극 보다 작은 선폭을 갖는 단층의 게이트 라인을 형성하는 단계;상기 게이트 전극을 포함한 게이트 라인을 덮도록 기판 전면 상에 게이트절연막, a-Si막, n+ a-Si막 및 소오스/드레인용 금속막을 차례로 형성하는 단계;상기 소오스/드레인용 금속막과 n+ a-Si막 및 a-Si막을 제2마스크 공정에 따라 식각하여 데이터 라인을 형성하는 단계;상기 데이터 라인이 형성된 기판 결과물 상에 제1절연막을 형성하는 단계;상기 제1절연막, 소오스/드레인용 금속막, TFT부의 채널 예정 영역 상의 n+ a-Si막 및 a-Si막의 일부를 연마하여 소오스/드레인 전극 및 채널을 형성함과 동시에 TFT를 구성하는 단계;상기 TFT가 구성된 기판 결과물 상에 제2절연막을 형성하는 단계;상기 제2 및 제1절연막을 제3마스크 공정에 따라 식각하여 소오스 전극을 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계;상기 비아홀 및 제2절연막 상에 ITO 금속막을 형성하는 단계; 및상기 ITO 금속막을 제4마스크 공정에 따라 식각하여 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적층막으로된 게이트용 금속막에서의 하층 금속막은 Al 계열의 금속막으로 이루어지고, 상층 금속막은 상기 하층 금속막 보다 식각 속도가 빠른 Mo 계열의 금속막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 전극은 게이트 라인 보다 1.5배 내지 2배의 선폭을 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 게이트 전극 및 게이트 라인을 형성하기 위한 식각은, 하층 금속막이 상층 금속막의 절반에 해당하는 식각속도를 갖도록 진행하여 상층 금속막 선폭이 하층 금속막 선폭의 절반이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1절연막, 소오스/드레인용 금속막, TFT부의 채널 예정 영역 상의 n+ a-Si막 및 a-Si막의 일부를 연마하여 소오스/드레인 전극 및 채널을 형성함과 동시에 TFT를 구성하는 단계시, 패드부는 표면 단차로 인해 제1절연막만을 연마하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 액정표시장치의 어레이 기판 제조방법.
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