KR100968341B1 - Thin film transistor array substrate and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 구조 및 제조공정을 단순화시킬 수 있는 박막트랜지스터 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor array substrate that can simplify the substrate structure and manufacturing process.
본 발명은 박막 트랜지스터의 게이트 전극, 상기 게이트 전극이 접속된 게이트 라인, 상기 게이트 라인이 접속된 게이트 패드를 포함하는 게이트 패턴과; 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극, 상기 소스 전극이 접속된 데이터 라인, 상기 데이터 라인이 접속된 데이터 패드를 포함하는 소스/드레인 패턴과; 상기 게이트 패턴과 소스/드레인 패턴으로 구성되는 매트릭스 패턴을 따라 화소영역을 제외한 영역에서 상기 게이트 패턴과 소스/드레인 패턴을 절연하기 위해 형성된 게이트 절연 패턴과; 상기 게이트 절연 패턴 위에 형성되고 상기 박막 트랜지스터 영역 및 상기 게이트 라인 영역에서 부분적으로 제거된 반도체 패턴과; 상기 화소영역에 형성되어 상기 드레인 전극과 접속된 화소전극, 상기 게이트 패드 위에 형성된 게이트 패드 보호전극, 상기 데이터 패드 및 소스 전극과 데이터 라인 위에 형성된 데이터 보호전극을 포함하는 투명전극 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다. A gate pattern includes a gate electrode of a thin film transistor, a gate line to which the gate electrode is connected, and a gate pad to which the gate line is connected; A source / drain pattern including a source electrode and a drain electrode of the thin film transistor, a data line to which the source electrode is connected, and a data pad to which the data line is connected; A gate insulating pattern formed to insulate the gate pattern and the source / drain pattern in an area except the pixel area along a matrix pattern including the gate pattern and the source / drain pattern; A semiconductor pattern formed on the gate insulating pattern and partially removed from the thin film transistor region and the gate line region; And a transparent electrode pattern including a pixel electrode formed in the pixel region and connected to the drain electrode, a gate pad protection electrode formed on the gate pad, the data pad and a source electrode, and a data protection electrode formed on the data line. It is done.
Description
도 1은 통상적인 액정표시장치에 포함되는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 일부분을 도시한 평면도. 1 is a plan view showing a portion of a thin film transistor array substrate included in a conventional liquid crystal display device.
도 2는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view of the thin film transistor array substrate of FIG. 1 taken along the line II ′. FIG.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 도시한 평면도.3A to 3D are plan views illustrating the thin film transistor array substrate illustrated in FIG. 2.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 도시한 평면도.4 is a plan view showing a thin film transistor array substrate according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 도시한 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line II-II ′ of the thin film transistor array substrate of FIG. 4.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법 중 제1 마스크 공정을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.6A and 6B are plan and cross-sectional views illustrating a first mask process in the method of manufacturing the thin film transistor array substrate according to the first embodiment of the present invention.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법 중 제2 마스크 공정을 설명하기 위한 평면도 및 단면도. 7A and 7B are plan and cross-sectional views illustrating a second mask process in the method of manufacturing the thin film transistor array substrate according to the first embodiment of the present invention.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법 중 제3 마스크 공정을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.8A and 8B are plan and cross-sectional views illustrating a third mask process in the method of manufacturing the thin film transistor array substrate according to the first embodiment of the present invention.
도 9a 내지 도 9d는 도 7a에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단한 부분에서의 제2 마스크 공정을 구체적으로 설명하기 위한 단면도들.9A to 9D are cross-sectional views for describing in detail a second mask process at a portion cut along line III-III ′ shown in FIG. 7A.
도 10는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 도시한 평면도.10 is a plan view illustrating a thin film transistor array substrate according to a second exemplary embodiment of the present invention.
도 11은 도 10에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도.FIG. 11 is a cross-sectional view of the thin film transistor array substrate of FIG. 10 taken along a line IV-IV '.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법 중 제2 마스크 공정을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.
12A and 12B are a plan view and a cross-sectional view for describing a second mask process in the method of manufacturing the thin film transistor array substrate according to the second embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
2, 52 : 게이트 라인 4, 58 : 데이터 라인2, 52:
6, 80 : 박막 트랜지스터 8, 54 : 게이트 전극6, 80
10, 60 : 소스 전극 12, 62 : 드레인 전극10, 60:
14, 92 : 활성층 16 : 제1 컨택홀14, 92: active layer 16: the first contact hole
18, 72 : 화소전극 20, 78, 110 : 스토리지 캐패시터18, 72:
22, 66 : 스토리지 전극 24 : 제2 컨택홀22, 66: storage electrode 24: second contact hole
26, 82 : 게이트 패드부 28, 56 : 게이트 패드26, 82:
30 : 제3 컨택홀 32, 74 : 게이트 패드 보호전극
30:
34, 84 : 데이터 패드부 38 : 제4 컨택홀34, 84: data pad portion 38: fourth contact hole
40, 76, 124 : 데이터 패드 보호전극40, 76, 124: data pad protective electrode
42, 88 : 하부기판 44 : 게이트 절연막42, 88: lower substrate 44: gate insulating film
48, 94 : 오믹접촉층 70 : 채널부48, 94: ohmic contact layer 70: channel portion
68 : 반도체 패턴 및 소스/드레인 패턴 제거 영역
68: semiconductor pattern and source / drain pattern removal region
본 발명은 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 마스크 공정수를 줄일 수 있는 박막트랜지스터 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a thin film transistor array substrate and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a method of manufacturing a thin film transistor array substrate that can reduce the number of mask process.
통상의 액정표시장치는 전계를 이용하여 액정의 광투과율을 조절함으로써 화상을 표시하게 된다. 이를 위하여 액정표시장치는 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널과, 액정패널을 구동하기 위한 구동회로를 구비한다. A conventional liquid crystal display device displays an image by adjusting the light transmittance of a liquid crystal using an electric field. To this end, the liquid crystal display includes a liquid crystal panel in which liquid crystal cells are arranged in a matrix, and a driving circuit for driving the liquid crystal panel.
액정패널은 서로 대향하는 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 칼러필터 어레이 기판과, 두 기판 사이에 일정한 셀갭 유지를 위해 위치하는 스페이서와, 그 셀갭에 채워진 액정을 구비한다.The liquid crystal panel includes a thin film transistor array substrate and a color filter array substrate facing each other, a spacer positioned to maintain a constant cell gap between the two substrates, and a liquid crystal filled in the cell gap.
박막 트랜지스터 어레이 기판은 게이트 라인들 및 데이터 라인들과, 그 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 스위치소자로 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극 등과, 그들 위에 도포된 배향막으로 구성된다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 각각의 패드부를 통해 구동회로들로부터 신호를 공급받는다. 박막 트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소전압신호를 화소 전극에 공급한다.The thin film transistor array substrate includes a gate line and a data line, a thin film transistor formed of a switch element at each intersection of the gate lines and the data lines, a pixel electrode formed of a liquid crystal cell and connected to the thin film transistor, and the like. It consists of the applied alignment film. The gate lines and the data lines receive signals from the driving circuits through the respective pad parts. The thin film transistor supplies the pixel voltage signal supplied to the data line to the pixel electrode in response to the scan signal supplied to the gate line.
칼라필터 어레이 기판은 액정셀 단위로 형성된 칼라필터들과, 칼러필터들간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스와, 액정셀들에 공통적으로 기준전압을 공급하는 공통 전극 등과, 그들 위에 도포되는 배향막으로 구성된다.The color filter array substrate includes color filters formed in units of liquid crystal cells, a black matrix for distinguishing between color filters and reflecting external light, a common electrode for supplying a reference voltage to the liquid crystal cells in common, and an alignment layer applied thereon. It consists of.
액정패널은 박막 트랜지스터 어레이 기판과 칼라필터 어레이 기판을 별도로 제작하여 합착한 다음 액정을 주입하고 봉입함으로써 완성하게 된다.The liquid crystal panel is completed by separately manufacturing a thin film transistor array substrate and a color filter array substrate, and then injecting and encapsulating a liquid crystal.
이러한 액정패널에서 박막 트랜지스터 어레이 기판은 반도체 공정을 포함함과 아울러 다수의 마스크 공정을 필요로 함에 따라 제조 공정이 복잡하여 액정패널 제조단가 상승의 중요원인이 되고 있다. 이를 해결하기 위하여, 박막 트랜지스터 어레이 기판은 마스크 공정수를 줄이는 방향으로 발전하고 있다. 이는 하나의 마스크 공정이 증착공정, 세정공정, 포토리쏘그래피 공정, 식각공정, 포토레지스트 박리공정, 검사공정 등과 같은 많은 공정을 포함하고 있기 때문이다. 이에 따라, 최근에는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 표준 마스크 공정이던 5 마스크 공정에서 하나의 마스크 공정을 줄인 4 마스크 공정이 대두되고 있다. In such a liquid crystal panel, the thin film transistor array substrate includes a semiconductor process and requires a plurality of mask processes, and thus, the manufacturing process is complicated, which is an important cause of the increase in the manufacturing cost of the liquid crystal panel. In order to solve this problem, the thin film transistor array substrate is developing in a direction of reducing the number of mask processes. This is because one mask process includes many processes such as a deposition process, a cleaning process, a photolithography process, an etching process, a photoresist stripping process, and an inspection process. Accordingly, in recent years, a four-mask process that reduces one mask process has emerged in the five-mask process, which is a standard mask process of a thin film transistor array substrate.
도 1은 4 마스크 공정을 채용한 박막 트랜지스터 어레이 기판을 예를 들어 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 A-A'선 을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a plan view of a thin film transistor array substrate employing a four mask process, for example. FIG. 2 is a cross-sectional view of the thin film transistor array substrate of FIG. 1 taken along line AA ′.
도 1 및 도 2에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판은 하부기판(42) 위에 게이트 절연막(44)을 사이에 두고 교차하게 형성된 게이트 라인(2) 및 데이터 라인(4)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(6)와, 그 교차구조로 마련된 셀영역에 형성된 화소 전극(18)을 구비한다. 그리고, 박막 트랜지스터 어레이 기판은 화소전극(18)과 이전단 게이트 라인(2)의 중첩부에 형성된 스토리지 캐패시터(20)와, 게이트 라인(2)에 접속되는 게이트 패드부(26)와, 데이터 라인(4)에 접속되는 데이터 패드부(34)를 구비한다.The thin film transistor array substrate shown in FIGS. 1 and 2 includes a
박막 트랜지스터(6)는 게이트 라인(2)에 접속된 게이트 전극(8)과, 데이터 라인(4)에 접속된 소스 전극(10)과, 화소 전극(16)에 접속된 드레인 전극(12)과, 게이트 전극(8)과 중첩되고 소스 전극(10)과 드레인 전극(12) 사이에 채널을 형성하는 활성층(14)을 구비한다. 활성층(14)은 데이터 패드(36), 스토리지 전극(22), 데이터 라인(4), 소스 전극(10) 및 드레인 전극(12)과 중첩되게 형성되고 소스 전극(10)과 드레인 전극(12) 사이의 채널부를 더 포함한다. 활성층(14) 위에는 데이터 패드(36), 스토리지 전극(22), 데이터 라인(4), 소스 전극(10) 및 드레인 전극(12)과 오믹접촉을 위한 오믹접촉층(48)이 더 형성된다. 이러한 박막 트랜지스터(6)는 게이트 라인(2)에 공급되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(4)에 공급되는 화소전압 신호가 화소 전극(18)에 충전되어 유지되게 한다. The
화소 전극(18)은 보호막(50)을 관통하는 제1 컨택홀(16)을 통해 박막 트랜지스터(6)의 드레인 전극(12)과 접속된다. 화소 전극(18)은 충전된 화소전압에 의해 도시하지 않은 상부 기판에 형성되는 공통 전극과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 박막 트랜지스터 기판과 상부 기판 사이에 위치하는 액정이 유전 이방성에 의해 회전하게 되며 도시하지 않은 광원으로부터 화소 전극(18)을 경유하여 입사되는 광을 상부 기판 쪽으로 투과시키게 된다.The
스토리지 캐패시터(20)는 이전단 게이트라인(2)과, 그 게이트라인(2)과 게이트 절연막(44), 활성층(14) 및 오믹접촉층(48)을 사이에 두고 중첩되는 스토리지 전극(2 2)과, 그 스토리지 전극(22)과 보호막(50)을 사이에 두고 중첩됨과 아울러 그 보호막(50)에 형성된 제2 컨택홀(24)을 경유하여 접속된 화소전극(22)으로 구성된다. 이러한 스토리지 캐패시터(20)는 화소 전극(18)에 충전된 화소전압이 다음 화소전압이 충전될 때까지 안정적으로 유지되게 한다.The
게이트 라인(2)은 게이트 패드부(26)를 통해 게이트 드라이버(도시하지 않음)와 접속된다. 게이트 패드부(26)는 게이트 라인(2)으로부터 연장되는 게이트 패드(28)와, 게이트 절연막(44) 및 보호막(50)을 관통하는 제3 컨택홀(30)을 통해 게이트 패드(28)에 접속된 게이트 패드 보호전극(32)으로 구성된다.The
데이터 라인(4)은 데이터 패드부(34)를 통해 데이터 드라이버(도시하지 않음)와 접속된다. 데이터 패드부(34)는 데이터 라인(4)으로부터 연장되는 데이터 패드(36)와, 보호막(50)을 관통하는 제4 컨택홀(38)을 통해 데이터 패드(36)와 접속된 데이터 패드 보호전극(40)으로 구성된다.The
이러한 구성을 가지는 박막 트랜지스터 기판의 제조방법을 4마스크 공정을 이용하여 상세히 하면 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같다. A method of manufacturing a thin film transistor substrate having such a configuration will be described with reference to FIGS. 3A to 3D in detail using a four mask process.
도 3a를 참조하면, 하부기판(42) 상에 게이트 패턴들이 형성된다. Referring to FIG. 3A, gate patterns are formed on the
하부기판(42) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착방법을 통해 게이트 금속층이 형성된다. 이어서, 제1 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 게이트 금속층이 패터닝됨으로써 게이트라인(2), 게이트전극(8), 게이트 패드(28)를 포함하는 게이트 패턴들이 형성된다. 게이트 금속으로는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄계 금속 등이 단일층 또는 이중층 구조로 이용된다.The gate metal layer is formed on the
도 3b를 참조하면, 게이트 패턴들이 형성된 하부기판(42) 상에 게이트 절연막(44), 활성층(14), 오믹접촉층(48), 그리고 소스/드레인 패턴들이 순차적으로 형성된다.Referring to FIG. 3B, the
게이트 패턴들이 형성된 하부기판(42) 상에 PECVD, 스퍼터링 등의 증착방법을 통해 게이트 절연막(44), 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층, 그리고 소스/드레인 금속층이 순차적으로 형성된다.The
소스/드레인 금속층 위에 제2 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정으로 포토레지스트 패턴을 형성하게 된다. 이 경우 제2 마스크로는 박막 트랜지스터의 채널부에 회절 노광부를 갖는 회절 노광 마스크를 이용함으로써 채널부의 포토레지스트 패턴이 다른 소스/드레인 패턴부 보다 낮은 높이를 갖게 한다.A photoresist pattern is formed on the source / drain metal layer by a photolithography process using a second mask. In this case, by using a diffraction exposure mask having a diffraction exposure portion in the channel portion of the thin film transistor, the photoresist pattern of the channel portion has a lower height than other source / drain pattern portions.
이어서, 포토레지스트 패턴을 이용한 습식 식각공정으로 소스/드레인 금속층이 패터닝됨으로써 데이터 라인(4), 소스 전극(10), 그 소스 전극(10)과 일체화된 드레인 전극(12), 스토리지 전극(22)을 포함하는 소스/드레인 패턴들이 형성된다.Next, the source / drain metal layer is patterned by a wet etching process using a photoresist pattern, so that the
그 다음, 동일한 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각공정으로 n+ 비정질 실리콘층과 비정질 실리콘층이 동시에 패터닝됨으로써 오믹접촉층(48)과 활성층(14)이 형성된다.Next, the n + amorphous silicon layer and the amorphous silicon layer are simultaneously patterned by a dry etching process using the same photoresist pattern to form the
그리고, 채널부에서 상대적으로 낮은 높이를 갖는 포토레지스트 패턴이 애싱(Ashing) 공정으로 제거된 후 건식 식각공정으로 채널부의 소스/드레인 패턴 및 오믹접촉층(48)이 식각된다. 이에 따라, 채널부의 활성층(14)이 노출되어 소스 전극(10)과 드레인 전극(12)이 분리된다.The photoresist pattern having a relatively low height in the channel portion is removed by an ashing process, and then the source / drain pattern and the
이어서, 스트립 공정으로 소스/드레인 패턴부 위에 남아 있는 포토레지스트 패턴이 제거된다.Subsequently, the photoresist pattern remaining on the source / drain pattern portion is removed by a stripping process.
게이트 절연막(44)의 재료로는 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기 절연물질이 이용된다. 소스/드레인 금속으로는 몰리브덴(Mo), 티타늄, 탄탈륨, 몰리브덴 합금(Mo alloy) 등이 이용된다.As the material of the
도 3c를 참조하면, 소스/드레인 패턴들이 형성된 게이트 절연막(44) 상에 제1 내지 제4 콘택홀들(16, 24, 30, 38)을 포함하는 보호막(50)이 형성된다. Referring to FIG. 3C, a
소스/드레인 패턴들이 형성된 게이트 절연막(44) 상에 PECVD 등의 증착방법으로 보호막(50)이 전면 형성된다. 보호막(50)은 제3 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 패터닝됨으로써 제1 내지 제4 컨택홀들(16, 24, 30, 38)이 형성된다. 제1 컨택홀(16)은 보호막(50)을 관통하여 드레인 전극(12)이 노출되게 형성되고, 제2 컨택홀(24)은 보호막(50)을 관통하여 스토리지 전극(22)이 노출되게 형성된다. 제3 컨택홀(30)은 보호막(50) 및 게이트 절연막(44)을 관통하여 게이트 패드(28)가 노출되게 형성된다. 제4 컨택홀(38)은 보호막(50)을 관통하여 데 이터 패드(36)가 노출되게 형성된다. The
보호막(50)의 재료로는 게이트 절연막(94)과 같은 무기 절연물질이나 유전상수가 작은 아크릴(acryl)계 유기화합물, BCB 또는 PFCB 등과 같은 유기 절연물질이 이용된다.As the material of the
도 3d를 참조하면, 보호막(50) 상에 투명전극 패턴들이 형성된다.Referring to FIG. 3D, transparent electrode patterns are formed on the
보호막(50) 상에 스퍼터링 등의 증착방법으로 투명전극 물질이 전면 증착된다. 이어서 제4 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정을 통해 투명전극 물질이 패텅님됨으로써 화소전극(18), 게이트 패드 보호전극(32), 데이터 패드 보호전극(40)을 포함하는 투명전극 패턴들이 형성된다. 화소 전극(18)은 제1 컨택홀(16)을 통해 드레인 전극(12)과 전기적으로 접속되고, 제2 컨택홀(24)을 통해 이전단 게이트라인(2)과 중첩되는 스토리지 전극(22)과 전기적으로 접속된다. 게이트 패드 보호전극(32)는 제3 컨택홀(30)을 통해 게이트 패드(28)과 전기적으로 접속된다. 데이터 패드 보호전극(40)는 제4 컨택홀(38)을 통해 데이터 패드(36)와 전기적으로 접속된다. 투명전극 물질로는 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO)이나 주석산화물(Tin Oxide : TO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO)이 이용된다.The transparent electrode material is entirely deposited on the
이와 같이 종래의 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조방법은 4마스크 공정을 채용함으로써 5마스크 공정을 이용한 경우보다 제조공정수를 줄임과 아울러 그에 비례하는 제조단가를 절감할 수 있게 된다. 그러나, 4 마스크 공정 역시 여전히 제조공정이 복잡하여 원가 절감에 한계가 있으므로 제조공정을 더욱 단순화하여 제 조단가를 더욱 줄일 수 있는 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조방법이 요구된다.
As described above, the conventional thin film transistor substrate and the method of manufacturing the same can reduce the number of manufacturing steps and reduce the manufacturing cost in proportion to the case of using the five mask process by using the four mask process. However, since the four-mask process is still complicated and the manufacturing cost is limited, there is a need for a thin film transistor substrate and a method of manufacturing the same, which further simplify the manufacturing process and further reduce manufacturing costs.
따라서, 본 발명의 목적은 3마스크 공정을 채용하여 기판 구조 및 제조공정을 단순화시킬 수 있는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor array substrate that can simplify the substrate structure and manufacturing process by employing a three mask process.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 게이트 전극, 상기 게이트 전극이 접속된 게이트 라인, 상기 게이트 라인이 접속된 게이트 패드를 포함하는 게이트 패턴과; 상기 박막 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극, 상기 소스 전극이 접속된 데이터 라인, 상기 데이터 라인이 접속된 데이터 패드를 포함하는 소스/드레인 패턴과; 상기 게이트 패턴과 소스/드레인 패턴으로 구성되는 매트릭스 패턴을 따라 화소영역을 제외한 영역에서 상기 게이트 패턴과 소스/드레인 패턴을 절연하기 위해 형성된 게이트 절연 패턴과; 상기 게이트 절연 패턴 위에 형성되고 상기 박막 트랜지스터 영역 및 상기 게이트 라인 영역에서 부분적으로 제거된 반도체 패턴과; 상기 화소영역에 형성되어 상기 드레인 전극과 접속된 화소전극, 상기 게이트 패드 위에 형성된 게이트 패드 보호전극, 상기 데이터 패드 및 소스 전극과 데이터 라인 위에 형성된 데이터 보호전극을 포함하는 투명전극 패턴을 구비하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a gate pattern including a gate electrode, a gate line connected to the gate electrode, a gate pad connected to the gate line of the thin film transistor according to the present invention; A source / drain pattern including a source electrode and a drain electrode of the thin film transistor, a data line to which the source electrode is connected, and a data pad to which the data line is connected; A gate insulating pattern formed to insulate the gate pattern and the source / drain pattern in an area except the pixel area along a matrix pattern including the gate pattern and the source / drain pattern; A semiconductor pattern formed on the gate insulating pattern and partially removed from the thin film transistor region and the gate line region; And a transparent electrode pattern including a pixel electrode formed in the pixel region and connected to the drain electrode, a gate pad protection electrode formed on the gate pad, the data pad and a source electrode, and a data protection electrode formed on the data line. It is done.
상기 화소전극이 전단 게이트 라인과 상기 게이트 절연패턴을 사이에 두고 중첩되어 형성된 스토리지 캐패시터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다. The pixel electrode may further include a storage capacitor formed by overlapping a front gate line with the gate insulating pattern therebetween.
상기 소스/드레인 패턴은 상기 스토리지 캐패시터에 포함되는 스토리지 전극을 추가로 포함하고, 상기 스토리지 전극은 상기 전단 게이트 라인과 상기 게이트 절연 패턴 및 반도체 패턴을 사이에 두고 중첩되게 형성되어 상기 화소전극과 접속된 것을 특징으로 한다. The source / drain pattern further includes a storage electrode included in the storage capacitor, wherein the storage electrode is formed to overlap the front gate line, the gate insulating pattern, and the semiconductor pattern, and is connected to the pixel electrode. It is characterized by.
상기 반도체 패턴은 상기 게이트 라인과 중첩되는 영역에서 상기 데이터 라인 및 스토리지 전극과의 중첩부에만 형성된 것을 특징으로 한다. The semiconductor pattern may be formed only at an overlapping portion of the data line and the storage electrode in a region overlapping the gate line.
상기 박막 트랜지스터의 영역에서 상기 채널부와 소스전극 및 드레인 전극이 형성되는 영역을 제외한 나머지 영역에서는 상기 게이트 절연 패턴이 노출되는 것을 특징으로 한다. The gate insulating pattern may be exposed in a region of the thin film transistor except for a region in which the channel portion, the source electrode, and the drain electrode are formed.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조방법은 제1 마스크를 이용하여 기판 상에 박막 트랜지스터의 게이트 전극, 그 게이트 전극이 접속된 게이트 라인, 그 게이트 라인이 접속된 게이트 패드를 포함하는 게이트 패턴들을 형성하는 제1 마스크 공정과; 제2 마스크를 이용하여 화소영역을 제외한 영역에서 상기 게이트 패턴들을 포획하고 상기 박막 트랜지스터의 영역을 포함하여 소스/드레인 패턴이 형성되어질 영역에 형성된 게이트 절연 패턴과; 상기 게이트 절연 패턴과 동일 패턴으로 형성되어 상기 박막 트랜지스터 영역 및 상기 게이트 라인 영역에서 부분적으로 제거된 반도체 패턴과; 상기 반도체 패턴 위에 형성되고 상기 박막 트랜지스터의 채널부에서 일체화된 소스/드레인 전극, 상기 소스 전극이 접속된 데이 터 라인, 상기 데이터 라인이 접속된 데이터 패드를 포함하는 소스/드레인 패턴을 형성하는 제2 마스크 공정과; 제3 마스크를 이용하여 상기 화소영역에 형성되어 상기 드레인 전극과 접속된 화소전극, 상기 게이트 패드 위에 형성된 게이트 패드 보호전극, 상기 데이터 라인 및 소스전극과 데이터 패드 위에 형성된 데이터 보호전극을 포함하는 투명전극 패턴을 형성하고, 상기 채널부의 반도체 패턴을 노출시키는 제3 마스크 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. According to an embodiment of the present disclosure, a method of manufacturing a thin film transistor array substrate may include gate patterns including a gate electrode of a thin film transistor, a gate line connected to the gate electrode, and a gate pad connected to the gate line on the substrate using a first mask. Forming a first mask process; A gate insulating pattern formed in a region where the source / drain pattern is to be formed by capturing the gate patterns in a region other than the pixel region using a second mask and including the region of the thin film transistor; A semiconductor pattern formed in the same pattern as the gate insulating pattern and partially removed from the thin film transistor region and the gate line region; A second source / drain pattern formed on the semiconductor pattern and including a source / drain electrode integrated in the channel portion of the thin film transistor, a data line to which the source electrode is connected, and a data pad to which the data line is connected; A mask process; A transparent electrode including a pixel electrode formed in the pixel area and connected to the drain electrode by using a third mask, a gate pad protection electrode formed on the gate pad, the data line and a data protection electrode formed on the source electrode and the data pad; And forming a pattern and exposing a semiconductor pattern of the channel portion.
상기 반도체 패턴은 활성층과 그 위에 형성된 오믹접촉층을 포함하고, 상기 제3 마스크 공정에서 상기 채널부에서 일체화된 소스/드레인 전극을 그 하부의 오믹접촉층과 함께 제거하여 상기 활성층이 노출되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The semiconductor pattern includes an active layer and an ohmic contact layer formed thereon, and in the third mask process, removing the source / drain electrodes integrated in the channel part together with the ohmic contact layer below the semiconductor layer to expose the active layer. Characterized in that it comprises a.
상기 제3 마스크 공정에서 스토리지 캐패시터 형성을 위하여 상기 화소 전극을 전단 게이트 라인과 상기 게이트 절연 패턴을 사이에 두고 중첩되게 형성하는 것을 특징으로 한다. In the third mask process, the pixel electrode is formed to overlap the front gate line and the gate insulating pattern to form a storage capacitor.
상기 제2 마스크 공정에서 상기 스토리지 캐패시터의 게이트 절연 패턴과 상기 화소전극 사이에 반도체 패턴과 스토리지 전극을 추가로 형성하는 것을 특징으로 한다. In the second mask process, a semiconductor pattern and a storage electrode may be further formed between the gate insulating pattern of the storage capacitor and the pixel electrode.
상기 제2 마스크 공정은 상기 게이트 패턴들이 형성된 기판 상에 게이트 절연층, 반도체층, 소스/드레인 금속층을 순차적으로 형성하는 단계와; 상기 제2 마스크로 부분 노광 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정으로 상기 소스/드레인 금속층 상에 서로 다른 높이의 제1 및 제2 영역을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하 는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 소스/드레인 금속층, 반도체층, 게이트 절연층을 패터닝하여 상기 게이트 절연 패턴, 상기 반도체 패턴, 상기 소스/드레인 패턴을 형성하는 단계와; 애싱공정으로 상기 포토레지스트 패턴을 일정 깊이만큼 제거하여 상기 제1 영역을 제거하고 상기 박막 트랜지스터 영역과 상기 게이트 라인 영역에서 상기 제1 영역과 대응되는 소스/드레인 패턴 및 반도체 패턴을 제거하여 상기 게이트 절연 패턴이 노출되게 하는 단계와; 스트립 공정으로 상기 포토레지스트 패턴의 제2 영역을 제거해내는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The second mask process may include sequentially forming a gate insulating layer, a semiconductor layer, and a source / drain metal layer on the substrate on which the gate patterns are formed; Forming a photoresist pattern having first and second regions having different heights on the source / drain metal layer by a photolithography process using a partial exposure mask as the second mask; Patterning the source / drain metal layer, the semiconductor layer, and the gate insulating layer using the photoresist pattern as a mask to form the gate insulating pattern, the semiconductor pattern, and the source / drain pattern; The photoresist pattern is removed by a predetermined depth to remove the first region, and the source / drain pattern and the semiconductor pattern corresponding to the first region are removed from the thin film transistor region and the gate line region. Allowing the pattern to be exposed; And removing the second region of the photoresist pattern by a stripping process.
상기 소스/드레인 패턴 및 반도체 패턴을 제거하는 단계는 상기 게이트 라인과 중첩되는 영역에서 상기 데이터 라인 및 스토리지 전극과의 중첩되는 영역을 제외한 나머지 영역과, 상기 박막 트랜지스터 영역에서 상기 채널부와 소스 전극 및 드레인 전극이 형성되는 영역을 제외한 나머지 영역을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The removing of the source / drain pattern and the semiconductor pattern may be performed in the region overlapping the gate line except for the region overlapping the data line and the storage electrode, the channel portion and the source electrode in the thin film transistor region; And removing a region other than the region where the drain electrode is formed.
상기 소스/드레인 패턴 및 반도체 패턴을 제거하는 단계는 상기 스토리지 전극과 중첩되는 소스/드레인 패턴 및 반도체 패턴을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. The removing of the source / drain pattern and the semiconductor pattern may further include removing the source / drain pattern and the semiconductor pattern overlapping the storage electrode.
상기 투명전극 패턴들이 형성된 기판 위에 액정배향을 위한 액정배향막을 도포하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. The method may further include applying a liquid crystal alignment film for liquid crystal alignment on the substrate on which the transparent electrode patterns are formed.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. Other objects and advantages of the present invention in addition to the above object will be apparent from the description of the preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도 4 내지 도 15를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 15.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판을 도시한 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다. 4 is a plan view illustrating a thin film transistor array substrate according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the thin film transistor array substrate illustrated in FIG. 4 taken along a line II-II ′.
도 4 및 도 5에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판은 하부기판(88) 위에 게이트 절연 패턴(90)을 사이에 두고 교차하게 형성된 게이트 라인(52) 및 데이터 라인(58)과, 그 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터(80)와, 그 교차구조로 마련된 셀영역에 형성된 화소 전극(72)을 구비한다. 그리고, 박막 트랜지스터 어레이 기판은 화소전극(72)에 접속된 스토리지 전극(66)과 이전단 게이트 라인(52)의 중첩부에 형성된 스토리지 캐패시터(78)와, 게이트 라인(52)에 접속되는 게이트 패드부(82)와, 데이터 라인(58)에 접속되는 데이터 패드부(84)를 구비한다.4 and 5 include a
박막 트랜지스터(80)는 게이트 라인(52)에 접속된 게이트 전극(54)과, 데이터 라인(58)에 접속된 소스 전극(60)과, 화소 전극(72)에 접속된 드레인 전극(62)과, 게이트 전극(54)과 게이트 절연 패턴(90)을 사이에 두고 중첩되고 소스 전극(60)과 드레인 전극(62) 사이에 채널(70)을 형성하는 활성층(92)을 포함하는 반도체 패턴을 구비한다. 이러한 박막 트랜지스터(80)는 게이트 라인(52)에 공급되는 게이트 신호에 응답하여 데이터 라인(58)에 공급되는 화소전압 신호가 화소 전극(72)에 충전되어 유지되게 한다.The
반도체 패턴은 소스 전극(60)과 드레인 전극(62) 사이의 채널부를 포함하면 서 소스 전극(60), 드레인 전극(62), 데이터 라인(58), 그리고 데이터 패드(64)와 중첩되고, 스토리지 전극(66)과 중첩되는 부분을 포함하여 게이트 절연 패턴(90)을 사이에 두고 게이트 라인(52)과는 부분적으로 중첩되게 형성된 활성층(92)을 구비한다. 그리고, 반도체 패턴은 활성층(92) 위에 소스 전극(60), 드레인 전극(62), 스토리지 전극(66), 데이터 라인(58), 그리고 데이터 패드(64)와 오믹접촉을 위해 형성된 오믹접촉층(66)을 더 구비한다. 이러한 활성층(92) 및 오믹접촉층(94)을 포함하는 반도체 패턴은 게이트 절연 패턴(90)을 사이에 두고 게이트 라인(52)을 따라 중첩되게 형성되면서도 셀과 셀사이, 즉 데이터 라인(58)과 데이터 라인(58) 사이에서 분리되게 형성된다. 이에 따라, 활성층(92) 및 오믹접촉층(94)를 포함하는 반도체 패턴에 의한 의한 셀들간의 신호간섭을 방지할 수 있게 된다. The semiconductor pattern includes a channel portion between the
화소 전극(72)은 박막 트랜지스터(80)의 드레인 전극(62)과 접속된다. 화소 전극(72)은 충전된 화소전압에 의해 도시하지 않은 상부 기판에 형성되는 공통 전극과 전위차를 발생시키게 된다. 이 전위차에 의해 박막 트랜지스터 기판과 상부 기판 사이에 위치하는 액정이 유전 이방성에 의해 회전하게 되며 도시하지 않은 광원으로부터 화소 전극(72)을 경유하여 입사되는 광을 상부 기판 쪽으로 투과시키게 된다.The
스토리지 캐패시터(78)는 전단 게이트 라인(52)과, 그 게이트 라인(52)과 게이트 절연 패턴(90), 활성층(92) 및 오믹접촉층(94)을 사이에 두고 중첩되며 화소전극(72)과 접속된 스토리지 전극(66)으로 구성된다. 이러한 스토리지 캐패시터(78)는 화소 전극(72)에 충전된 화소전압이 다음 화소전압이 충전될 때까 지 안정적으로 유지되게 한다. The
게이트 라인(52)은 게이트 패드부(82)를 통해 게이트 드라이버(도시하지 않음)와 접속된다. 게이트 패드부(82)는 게이트 라인(52)으로부터 연장되는 게이트 패드(56)와, 게이트 패드(56) 위에 접속된 게이트 패드 보호전극(74)으로 구성된다.The
데이터 라인(58)은 데이터 패드부(84)를 통해 데이터 드라이버(도시하지 않음)와 접속된다. 데이터 패드부(84)는 데이터 라인(58)으로부터 연장되는 데이터 패드(64)와, 데이터 패드(64) 및 소스 전극(60)과 데이터 라인(58) 위에 접속된 데이터 보호전극(76)으로 구성된다. 또한, 데이터 패드부(84)는 데이터 패드(64)와 하부기판(88) 사이에 형성된 게이트 절연 패턴(90), 활성층, 그리고 오믹접촉층(94)을 더 포함한다.The
이러한 구성을 가지는 박막 트랜지스터 어레이 기판은 3마스크 공정으로 형성된다. 3마스크 공정을 이용한 본 발명의 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법은 게이트 패턴들을 형성하기 위한 제1 마스크 공정과, 게이트 절연패턴, 반도체 패턴, 그리고 소스/드레인 패턴들을 형성하기 위한 제2 마스크 공정과, 투명전극 패턴과 채널부의 활성층을 노출시키기 위한 제3 마스크 공정을 포함하게 된다.The thin film transistor array substrate having such a configuration is formed by a three mask process. A thin film transistor array substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention using a three mask process includes a first mask process for forming gate patterns, and a second mask for forming gate insulation patterns, semiconductor patterns, and source / drain patterns. And a third mask process for exposing the transparent electrode pattern and the active layer of the channel part.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법 중 제1 마스크 공정으로 하부기판(88) 상에 형성된 게이트 패턴들을 도시한 평면도 및 단면도이다.
6A and 6B are plan views and cross-sectional views illustrating gate patterns formed on a
하부기판(88) 상에 스퍼터링 방법 등의 증착방법을 통해 게이트 금속층이 형성된다. 이어서, 제1 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정으로 게이트 금속층이 패터닝됨으로써 게이트 라인(52), 게이트 전극(54), 게이트 패드(56)를 포함하는 게이트 패턴들이 형성된다. 게이트 금속으로는 Cr, MoW, Cr/Al, Cu, Al(Nd), Mo/Al, Mo/Al(Nd), Cr/Al(Nd) 등이 이용된다.The gate metal layer is formed on the
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법 중 제2 마스크 공정으로 형성된 게이트 절연 패턴(90), 반도체 패턴, 그리고 일체화된 소스/드레인 전극을 포함하는 소스/드레인 패턴을 포함하는 기판의 평면도 및 단면도이다.7A and 7B illustrate a source / drain including a
게이트 패턴들이 형성된 하부기판(88) 상에 PECVD, 스퍼터링 등의 증착방법을 통해 게이트 절연층, 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층, 소스/드레인 금속층이 순차적으로 형성된다. 게이트 절연층의 재료로는 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기 절연물질이 이용된다. 소스/드레인 금속으로는 Cr, MoW, Cr/Al, Cu, Al(Nd), Mo/Al, Mo/Al(Nd), Cr/Al(Nd) 등이 이용된다.A gate insulating layer, an amorphous silicon layer, an n + amorphous silicon layer, and a source / drain metal layer are sequentially formed on the
이어서, 제2 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정과 애싱공정 및 식각공정으로 소스/드레인 금속층, n+ 비정질 실리콘층, 비정질 실리콘층, 게이트 절연층이 패터닝된다. 이에 따라, 게이트 절연 패턴(90)과, 반도체 패턴, 그리고 소스/드레인 패턴이 형성된다. 반도체 패턴은 활성층(92) 및 오믹접촉층(94)을 포함한다. 소스/드레인 패턴은 일체화된 소스/드레인 전극(62), 데이터 라인(58), 스토리지 전극(66), 그리고 데이터 패드(64)를 포함한다.
Subsequently, the source / drain metal layer, the n + amorphous silicon layer, the amorphous silicon layer, and the gate insulating layer are patterned by a photolithography process using the second mask, an ashing process, and an etching process. As a result, the
게이트 절연 패턴(90)은 게이트 패턴들을 따라 그 게이트 패턴들이 노출되지 않도록 형성됨과 아울러, 소스/드레인 패턴을 따라 그 하부에 형성된다.The
반도체 패턴과 소스/드레인 패턴은 상기 게이트 절연 패턴(90)과 동일한 패턴으로 형성된 다음, 박막 트랜지스터 영역과 게이트 라인(52) 영역에서 부분적으로 제거된다. 이에 따라, 박막 트랜지스터 영역과 게이트 라인(52) 영역에서는 부분적으로 게이트 절연 패턴(90)이 노출된다. 구체적으로, 박막 트랜지스터 영역에서 반도체 패턴 및 소스/드레인 금속층이 제거되는 영역(80)은 박막 트랜지스터 영역 중에서 일체화된 소스/드레인 전극(60,62)이 형성되는 영역을 제외한 나머지 영역에 해당하게 된다. 이는 반도체 패턴이 백라이트 광 또는 외부광에 노출되는 경우 활성화되어 광누설전류(Photo Leakage Current)가 발생되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 게이트 라인(52) 영역에서 반도체 패턴 및 소스/드레인 패턴이 제거되는 영역(68)은 셀과 셀사이, 즉 데이터 라인(58)과 데이터 라인(58) 사이의 일부분에 해당하게 된다. 이는 반도체 패턴 및 소스/드레인 패턴에 의한 데이터 라인들(58) 간의 단락 및 신호간섭을 방지하기 위함이다.The semiconductor pattern and the source / drain pattern are formed in the same pattern as the
이러한 반도체 패턴과 소스/드레인 패턴의 선택적 제거를 위하여 제2 마스크로는 부분노광 마스크를 이용하게 된다. 이에 따라, 부분노광 마스크에 의해 패터닝된 포토레지스트 패턴은 단차를 가지게 된다. 이러한 부분노광 마스크를 이용한 제2 마스크 공정은 후술하기로 한다.A partial exposure mask is used as the second mask to selectively remove the semiconductor pattern and the source / drain pattern. Accordingly, the photoresist pattern patterned by the partial exposure mask has a step. The second mask process using the partial exposure mask will be described later.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 제조방법 중 제3 마스크 공정으로 투명전극 패턴이 형성되고 활성층이 노출된 박막 트랜지스터 어레이 기판의 평면도 및 단면도이다. 8A and 8B are plan views and cross-sectional views of a thin film transistor array substrate on which a transparent electrode pattern is formed and an active layer is exposed through a third mask process in a method of manufacturing a thin film transistor array substrate according to a first embodiment of the present invention.
소스/드레인 패턴이 형성된 하부기판(88) 상에 스퍼터링 등의 증착방법으로 투명전극 물질이 전면 증착된다. 이어서, 포토레지스트가 전면 도포되고 제3 마스크를 이용하여 포토레지스트 패턴이 형성된다. 그리고, 이 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정을 통해 투명전극 물질이 패터닝되고, 채널부에서 일체화된 소스/드레인 전극 및 오믹접촉층은 그 하부에 활성층이 노출되도록 패터닝된다. 이어서, 스트립 공정으로 포토레지스트 패턴이 제거됨으로써 화소전극(72), 게이트 패드 보호전극(74), 데이터 보호전극(76), 채널부에서 일체화된 소스/드레인 전극이 분리된다. The transparent electrode material is deposited on the entire surface of the
화소 전극(72)은 드레인 전극(62)과 전기적으로 접속되고, 이전단 게이트 라인(52)과 중첩되게 형성되어 스토리지 전극(66)과 전기적으로 접속된다. The
게이트 패드 보호전극(74)은 게이트 패드(56) 위에 형성되어 게이트 패드(56)를 보호한다. 데이터 보호전극(76)은 데이터 패드(64) 및 소스 전극(60)과 데이터 라인(58) 위에 형성되어 데이터 패드(64)를 보호한다. 투명전극 물질로는 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO)이나 주석산화물(Tin Oxide : TO) 또는 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide : IZO)이 이용된다. The gate
한편, 투명전극 패턴이 형성된 하부기판(88)상에 유기막 또는 수지 블랙 매트릭스, 컬러필터 등이 형성될수 있다.Meanwhile, an organic film, a resin black matrix, a color filter, or the like may be formed on the
이렇게 3마스크 공정으로 형성된 박막 트랜지스터 어레이 기판은 후속공정에서 액정 배향방향 결정을 위해 도포되어질 배향막에 의해 보호된다. The thin film transistor array substrate thus formed in the three mask process is protected by the alignment film to be applied to determine the liquid crystal alignment direction in a subsequent process.
도 9a 내지 도 9d는 도 7a에서 Ⅲ-Ⅲ'선을 따라 절단한 박막 트랜지스터 부분에서의 제2 마스크 공정을 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.9A through 9D are cross-sectional views illustrating a second mask process in the thin film transistor portion cut along the line III-III ′ of FIG. 7A.
도 9a를 참조하면, 게이트 패턴들이 형성된 하부기판(88) 상에 게이트 절연층(89), 비정질 실리콘층(92), n+ 비정질 실리콘층(94), 소스/드레인 금속층(95)이 순차적으로 형성된다. 그리고, 포토레지스트를 전면 도포한 다음 제2 마스크(101)를 이용한 포토리쏘그래피 공정으로 소스/드레인 금속층(95) 위에 포토레지스트 패턴(100)이 형성된다. 여기서, 제2 마스크(101)는 투명한 마스크 기판(102)의 노광영역(P1)에 형성된 투과층(102)과, 차광영역(P2)에 형성된 차단층(103) 및 부분 노광영역(P3)에 형성된 부분 투과층(104)을 구비한다. 9A, a
이러한 제2 마스크(101)를 이용한 포토리쏘그래피 공정에 의해 제2 마스크(101)의 노광영역(P1)을 통해 전면 노광된 포토레지스트는 모두 제거되고, 차단영역(P2)과 부분 노광 영역(P3)을 통해 노광되지 않거나 부분 노광된 포토레지스 패턴(100)이 형성된다. 특히, 포토레지스트 패턴(100)에서 제2 마스크(101)의 부분 투과층(104)에 의해 부분 노광된 부분 노광부(100A)는 제1 높이(d1)로 형성된다. 제2 마스크(101)의 차단층(103)에 의해 노광되지 않은 포토레지스트 패턴(100)의 차단부(100C)는 상기 제1 높이 보다 높은 제2 높이(d2)를 갖게 된다. By the photolithography process using the
도 9b를 참조하면, 포토레지스트 패턴(100)을 마스크로 이용한 식각공정으로 소스/드레인 금속층(95), n+ 비정질 실리콘층(94), 비정질 실리콘층(92), 그리고 게이트 절연층(89)이 순차적으로 패터닝된다. 이에 따라, 동일한 패턴 형태의 게이트 절연 패턴(90); 활성층(92)과 오믹접촉층(94)을 포함하는 반도체 패턴; 그리고 데이터 라인(58), 일체화된 소스/드레인 전극, 스토리지 전극(66), 그리고 데이터 패드(64)를 포함하는 소스/드레인 패턴이 형성된다. Referring to FIG. 9B, a source /
도 9c를 참조하면, 산소(O2) 플라즈마를 이용한 애싱공정으로 포토레지스트 패턴(100)에서 낮은 제1 높이를 갖는 부분 노광부(100A)가 제거되고, 차단부(100C)는 일정 높이가 낮아진 상태로 남아있게 된다. 이렇게 부분 노광부(100A)가 제거된 포토레지스트 패턴(100)을 이용한 식각공정으로 소스/드레인 패턴과 반도체 패턴이 부분적으로 제거된다. 여기서, 소스/드레인 패턴과 반도체 패턴이 제거되는 영역은 전술한 도 7a에 도시된 바와 같이 박막 트랜지스터 영역 중에서 채널부(70)와 소스 및 드레인 전극(60, 62)이 형성되는 영역을 제외한 나머지 영역(68)과, 게이트 라인(52) 영역에서 데이터 라인(58)과 데이터 라인(58) 사이의 오픈을 위한 일부분(68)에 해당하게 된다. Referring to FIG. 9C, the
도 9d를 참조하면, 애싱공정으로 일정 높이로 낮아진 포토레지스트 패턴(100)은 스트립 공정으로 제거된다. 이어서, 소스/드레인 패턴이 형성된 하부기판(88) 상에 스퍼터링 등의 증착방법으로 투명전극 물질이 전면 증착된다. 이어서, 포토레지스트가 전면 도포되고 제3 마스크를 이용하여 포토레지스트 패턴이 형성된다. 그리고, 이 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용한 포토리쏘그래피 공정과 식각공정을 통해 투명전극 물질이 패터닝된다. 이어서,포토레지스트 패턴이 제거됨으로써 화소전극(72)이 형성된다. Referring to FIG. 9D, the
이렇게 제 3 마스크 공정으로 형성된 박막 트랜지스터 어레이 기판은 후속공 정에서 액정 배향방향 결정을 위해 도포되어질 배향막에 의해 보호된다. The thin film transistor array substrate thus formed in the third mask process is protected by the alignment film to be applied to determine the liquid crystal alignment direction in a subsequent process.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 박막 트랜지스터 어레이 기판을 도시한 평면도이고, 도 13는 도 12에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판을 Ⅳ-Ⅳ'선을 따라 절단하여 도시한 단면도이다.10 is a plan view illustrating a thin film transistor array substrate according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a cross-sectional view of the thin film transistor array substrate illustrated in FIG. 12 taken along a line IV-IV ′.
도 10 및 도 11에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판은 도 4 및 도 5에 도시된 박막 트랜지스터 어레이 기판과 대비하여 스토리지 캐패시터(110)의 구성이 다른 것을 제외하고는 동일한 구성요소들을 가지게 되므로 도 4 및 도 5와 동일한 구성요소들에 대해서는 동일번호를 부여하고 상세한 설명은 생략하기로 한다.The thin film transistor array substrate shown in FIGS. 10 and 11 has the same components except that the configuration of the
도 4 및 도 5에 도시된 스토리지 캐패시터(78)는 이전단 게이트 라인(52)과, 그 게이트 라인(52)과 게이트 절연 패턴(90), 활성층(92) 및 오믹접촉층(94)을 사이에 두고 중첩되며 화소전극(72)과 접속된 스토리지 전극(66)으로 구성된다. 이와 달리, 도 10 및 도 11에 도시된 스토리지 캐패시터(110)는 이전단 게이트 라인(52)과 그 게이트 라인(52)과 게이트 절연 패턴(90)을 사이에 두고 중첩된 화소전극(72)으로 구성된다. 다시 말하여, 도 10 및 도 11에 도시된 스토리지 캐패시터(110)는 도 4 및 도 5에 도시된 스토리지 캐패시터(78)에서 활성층(92)과 오믹접촉층(94), 그리고 스토리지 전극(66)이 제거된 구성을 가지게 된다. 또한, 화소전극은 전단 게이트 라인(52) 및 게이트 절연 패턴(90)을 덮도록 형성된다. 이 경우 게이트 라인(52)과 화소전극(72) 간의 간격이 줄어들게 되고, 스토리지 캐패시터(110)를 구성하는 화소전극(72)의 면적이 넓어지게 되어 스토리지 캐패시터(110)의 용량 증대로 화소전압을 더욱 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
The
이와 같이, 스토리지 캐패시터(110)에서 활성층(92) 및 오믹접촉층(94)과, 스토리지 전극(66)의 제거는 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이 제2 마스크 공정에서 제2 부분 노광에 의한 반도체 패턴과 소스/드레인 패턴의 제거 영역(112)으로 스토리지 캐패시터 형성부를 포함시킴으로써 가능하게 된다. 제1 마스크 공정은 도 6a 및 도 6b에서 전술한 바와 같고, 제3 마스크 공정은 도 8a 및 도 8b에서 전술한 바와 같다. As such, the removal of the
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 제1 마스크 공정으로 게이트 패턴들이 형성된 하부기판(52) 상에 제2 마스크 공정으로 게이트 절연 패턴(90), 반도체 패턴, 그리고 소스/드레인 패턴들이 형성된다. 12A and 12B, the
게이트 패턴들이 형성된 하부기판(88) 상에 PECVD, 스퍼터링 등의 증착방법을 통해 게이트 절연층, 비정질 실리콘층, n+ 비정질 실리콘층, 소스/드레인 금속층이 순차적으로 형성된다. 게이트 절연층의 재료로는 산화 실리콘(SiOx) 또는 질화 실리콘(SiNx) 등의 무기 절연물질이 이용된다. 소스/드레인 금속으로는 Cr, MoW, Cr/Al, Cu, Al(Nd), Mo/Al, Mo/Al(Nd), Cr/Al(Nd) 등이 이용된다. A gate insulating layer, an amorphous silicon layer, an n + amorphous silicon layer, and a source / drain metal layer are sequentially formed on the
이어서, 제2 마스크를 이용한 포토리쏘그래피 공정으로 소스/드레인 금속층 상에 포토레지스트 패턴이 형성된다. A photoresist pattern is then formed on the source / drain metal layer by a photolithography process using a second mask.
제2 마스크로는 도 9a에 도시된 바와 같이 노광 영역(P1), 차단 영역(P2), 부분 노광영역(P3)으로 구분된 부분 노광 마스크를 이용한다. 이에 따라, 포토레지스트 패턴은 전술한 바와 같이 제1 높이를 갖는 노광부와, 제1 높이 보다 높은 제2 높이를 갖는 차단부로 구성된다. As the second mask, as shown in FIG. 9A, a partial exposure mask divided into an exposure area P1, a blocking area P2, and a partial exposure area P3 is used. Accordingly, the photoresist pattern is composed of an exposed portion having a first height and a blocking portion having a second height higher than the first height as described above.
이렇게 단차를 갖는 포토레지스트 패턴을 이용한 식각공정으로 동일한 패턴 형태를 갖는 게이트 절연 패턴(90)과, 활성층(92) 및 오믹접촉층(94)를 포함하는 반도체 패턴과, 그리고 소스/드레인 패턴이 형성된다.In the etching process using the photoresist pattern having the step difference, the
그 다음, 애싱공정으로 포토레지스트 패턴의 제1 높이를 갖는 노광부가 제거되고 이어지는 식각공정으로 박막 트랜지스터 영역과 게이트 라인(52) 영역에서 제1 높이를 갖는 노광부에 대응하는 반도체 패턴과 소스/드레인 패턴이 선택적으로 제거되어 게이트 절연 패턴(90)이 노출되게 한다. 구체적으로, 박막 트랜지스터 영역에서 반도체 패턴 및 소스/드레인 패턴이 제거되는 영역(112)은 채널부(114)와 소스 및 드레인 전극(60, 62)이 형성되는 영역을 제외한 나머지 영역에 해당하게 된다. 이는 반도체 패턴이 백라이트 광 또는 외부광에 노출되는 경우 활성화되어 광누설전류(Photo Leakage Current)가 발생되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 게이트 라인(52) 영역에서 반도체 패턴 및 소스/드레인 패턴이 제거되는 영역(112)으로는 스토리지 캐패시터 형성영역을 포함한 데이터 라인(58)과 데이터 라인(58) 사이의 영역, 즉 게이트 라인(52)과 데이터 라인(58)의 교차부를 제외한 나머지 게이트 라인(52) 영역이 해당된다. 이는 반도체 패턴 및 소스/드레인 패턴에 의한 데이터 라인들(58) 간의 단락 및 신호간섭을 방지하기 위함이다.Next, the exposed portion having the first height of the photoresist pattern is removed by an ashing process, and the semiconductor pattern and the source / drain corresponding to the exposed portion having the first height in the region of the thin film transistor region and the
그리고, 잔존하는 포토레지스트 패턴은 스트립 공정으로 제거하게 된다.
The remaining photoresist pattern is then removed by a stripping process.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방 법은 제2 마스크 공정에서는 부분 노광 마스크를 이용함으로써 서로 다른층의 게이트 절연패턴과 반도체 패턴 및 소스/드레인 패턴을 형성할 수 있게 된다. 또한 제3 마스크 공정에서 투명전극 패턴을 형성하고 채널부의 활성층을 노출시킬 수 있게 된다. As described above, in the method of manufacturing the thin film transistor array substrate according to the present invention, a partial exposure mask is used in the second mask process to form gate insulation patterns, semiconductor patterns, and source / drain patterns of different layers. . In addition, in the third mask process, the transparent electrode pattern may be formed and the active layer of the channel part may be exposed.
본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법은 3마스크 공정을 채용하여 기판 구조 및 제조 공정을 더욱 단순화시킴으로써 제조 단가를 더욱 절감할 수 있음과 아울러 제조수율을 향상시킬 수 있게 된다. The method of manufacturing a thin film transistor array substrate according to the present invention employs a three-mask process to further simplify the substrate structure and manufacturing process, thereby further reducing the manufacturing cost and improving the manufacturing yield.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다. Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification but should be defined by the claims.
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