KR101003669B1 - 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 반사투과형 액정표시장치의 제조방법은 마스크수를 감소시켜 제조공정을 단순화하기 위한 것으로, 투과부와 반사부로 구분되는 복수개의 화소영역이 정의되는 제 1 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 액티브층을 형성하는 단계; 상기 액티브층이 형성된 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막이 형성된 액티브층 상부에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막과 제 2 절연막을 선택적으로 제거하여 제 1 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제 2 절연막 위에 알루미늄, 알루미늄 합금의 알루미늄 계열로 이루어진 제 1 도전성 금속을 증착하는 단계; 상기 제 1 도전성 금속의 부식방지 및 접착력을 강화하기 위해 상기 제 1 도전성 금속 위에 몰리브덴으로 이루어진 제 2 도전성 금속을 증착하는 단계; 상기 제 2 도전성 금속이 증착된 제 1 기판 전면에 감광성물질을 도포하는 단계; 상기 감광성물질에 회절 마스크를 이용하여 제 1 두께의 제 1 영역과 제 2 두께의 제 2 영역 및 상기 제 2 도전성 금속이 노출되는 제 3 영역을 정의하는 단계; 상기 제 3 영역의 제 2 도전성 금속 및 제 1 도전성 금속을 차례대로 식각하는 단계; 상기 제 2 영역의 감광성물질을 제거할 때 제 1 영역은 일부 남아있도록 상기 감광성물질을 제거하는 단계; 상기 일부 남아있는 제 1 영역의 감광성물질을 마스크로 상기 제 2 영역의 제 2 도전성 금속을 선택적으로 식각하여, 상기 제 1 도전성 금속과 제 2 도전성 금속으로 이루어진 이중층의 소오스/드레인전극을 포함하는 데이터배선을 형성하는 한편, 상기 제 1 도전성 금속으로 이루어진 단일층의 반사전극을 형성하는 단계; 상기 데이터배선 및 반사전극이 형성된 제 1 기판 위에 제 3 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 3 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극을 노출시키는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 제 3 절연막 위에 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
반사투과형, 마스크수, 회절노광, 반사전극, 게이트배선, 데이터배선

Description

반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법{TRANS-REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
도 1은 일반적인 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도.
도 2a 내지 도 2i는 도 1에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 I-I'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도.
도 4a 내지 도 4m은 도 3에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 III-III'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 5a 내지 도 5l은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
10,110,210 : 어레이 기판 16,116,216 : 게이트라인
17,117,217 : 데이터라인 18,118,218 : 화소전극
21,121,221 : 게이트전극 22,122,222 : 소오스전극
23,123,223 : 드레인전극 24,124,224 : 액티브층
24a,124a,224a : 소오스영역 24b,124b,224b : 드레인영역
28,128,228 : 반사전극 40a,140a,240a : 제 1 콘택홀
40b,140b,240b : 제 2 콘택홀 130a,230a,130b,230b : 도전성 금속
170,270,170a~170c,270a~270c : 포토레지스트
180,280 : 포토 마스크
본 발명은 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 반사전극과 게이트배선 또는 반사전극과 데이터배선을 회절노광을 이용하여 동시에 형성함으로써 제조공정 및 제조비용을 감소시킨 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
이 때, 일반적으로 사용되는 액정표시장치에서는 액정표시패널의 하부에 위 치한 백라이트(backlight)라는 광원으로부터 방출되는 빛에 의해 영상을 표현하게 된다. 그러나, 실제로 상기 액정표시패널을 투과하여 나온 빛의 양은 백라이트에서 생성된 광의 약 7% 정도에 불과하므로 빛의 손실이 심하며, 그 결과 백라이트에 의한 전력 소모가 크다는 문제점이 있었다.
최근에는 이러한 전력 소모의 문제점을 해결하기 위해 백라이트를 사용하지 않는 반사형 액정표시장치가 연구되었다. 상기 반사형 액정표시장치는 영상을 표현하는 수단으로 자연광을 이용하므로 백라이트가 소모하는 전력량을 감소시키는 효과가 있기 때문에 휴대 상태에서 장시간 사용이 가능하다.
상기 반사형 액정표시장치는 기존의 투과형 액정표시장치와는 달리 화소영역에 불투명의 반사특성이 있는 물질을 사용하여 외부로부터 입사되는 광을 반사시켜 영상을 표현하게 된다.
그러나, 자연광 또는 인조 광원이 항상 존재하는 것은 아니기 때문에 반사형 액정표시장치는 자연광이 존재하는 낮이나 외부의 인조 광원이 존재하는 사무실 및 건물 내부에서만 사용이 가능하고 자연광이 존재하지 않는 어두운 환경에서는 상기 반사형 액정표시장치를 사용할 수 없게 되는 단점이 있다.
따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위해 자연광을 사용하는 반사형 액정표시장치와 백라이트를 사용하는 투과형 액정표시장치의 장점을 결합한 반사투과형(trans-reflective) 액정표시장치가 활발하게 연구되고 있다. 상기 반사투과형 액정표시장치는 사용자의 의지에 따라 반사형과 투과형 모드로의 전환이 자유로우며, 백라이트의 빛과 외부의 자연광원 또는 인조광원을 모두 이용할 수 있어 주변환경에 제약을 받지 않으며 전력소비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이하, 일반적인 반사투과형 액정표시장치에 대해서 자세히 살펴본다.
도 1은 일반적인 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도로써, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 NxM개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 단지 한 화소만을 나타내었다.
도면에 도시된 바와 같이, 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판(10) 구조는 화소영역에 형성되어 있는 반사전극(28)을 제외하고는 투과형 액정표시장치의 어레이 기판 구조와 실질적으로 동일하다. 즉, 상기 어레이 기판(10)은 상기 기판(10) 위에 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 및 상기 화소영역에 형성된 화소전극(18)과 반사전극(28)으로 이루어져 있다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트라인(16)에 연결된 게이트전극(21), 데이터라인(17)에 연결된 소오스전극(22) 및 화소전극(18)에 연결된 드레인전극(23)으로 구성된다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 게이트전극(21)과 소오스/드레인전극(22, 23)의 절연을 위한 제 1 절연막(미도시)과 제 2 절연막(미도시), 상기 게이트전극(21)에 공급되는 게이트 전압에 의해 소오스전극(22)과 드레인전극(23) 간에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브층(24)을 포함한다.
이 때, 상기 제 1 절연막과 제 2 절연막에 형성된 제 1 콘택홀(40a)을 통해 상기 소오스전극(22)은 액티브층(24)의 소오스영역과 전기적으로 접속하며 상기 드레인전극(23)은 액티브층(24)의 드레인영역과 전기적으로 접속하게 된다. 또한, 상기 드레인전극(23) 위에는 제 2 콘택홀(40b)이 형성된 제 3 절연막(미도시)과 제 4 절연막(미도시)이 있어, 상기 제 2 콘택홀(40b)을 통해 상기 드레인전극(23)과 화소전극(18)이 전기적으로 접속되게 된다.
상기 화소영역은 게이트라인(16)과 데이터라인(17)이 교차하여 정의되는 영역으로 화상표시 영역을 의미하며 반사 모드의 구현을 위한 반사전극(28)이 형성되어 있는 반사부와 투과 모드의 구현을 위한 화소전극(18)이 형성되어 있는 투과부를 포함한다.
이하, 도 2a 내지 도 2i를 참조하여 종래의 반사투과형 액정표시장치의 제조공정을 자세히 설명한다.
도 2a 내지 도 2i는 도 1에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 I-I'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 도시되어 있는 박막 트랜지스터는 액티브층으로 다결정 실리콘(polycrystalline silicon)을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터로 구성되어있다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 기판(10) 위에 실리콘산화막(SiO2)으로 구성되는 버퍼층(buffer layer)(11)을 형성한다.
이후, 상기 버퍼막(11) 위에 포토리소그래피(photolithography) 공정을 이용 하여 다결정 실리콘으로 이루어진 액티브층(24)을 형성한다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(24)이 형성된 기판(10) 전면에 제 1 절연막(15a)을 증착한 후 게이트전극(21)을 형성한다. 상기 게이트전극(21)은 제 1 절연막(15a)이 형성된 기판(10) 전면에 도전성 금속을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성하게 된다.
이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(21) 패턴을 마스크로 액티브층(24)의 소정영역에 고농도의 불순물 이온을 주입하여 p+ 또는 n+의 소오스/드레인영역(24a, 24b)을 형성한다.
다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(21)이 형성된 기판 전면에 제 2 절연막(15b)을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 통해 상기 제 1 절연막(15a)과 제 2 절연막(15b)의 일부를 제거하여 소오스/드레인영역(24a, 24b)의 일부를 노출시키는 제 1 콘택홀(40a)을 형성한다.
다음으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 도전성 금속을 기판(10) 전면에 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제 1 콘택홀(40a)을 통해 소오스영역(24a)과 연결되는 소오스전극(22) 및 드레인영역(24b)과 연결되는 드레인전극(23)을 형성한다.
이 때, 상기 소오스전극(22)을 구성하는 도전성 금속의 일부는 구동회로부(미도시)로부터 화상신호를 인가 받는 데이터라인(17)을 구성하게 된다.
다음으로, 도 2f 및 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10) 위에 제 3 절연막(15c)을 증착한 후, 상기 제 3 절연막(15c) 위에 반사전극(28)을 형성한다.
이 때, 상기 반사전극(28)은 상기 제 3 절연막(15c)이 형성된 기판(10) 전면에 반사율이 뛰어난 도전성 금속물질을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 소정의 화소영역, 즉 화소영역의 반사부에 형성하게 된다.
다음으로, 도 2h에 도시된 바와 같이, 상기 반사전극(28)이 형성된 기판(10) 전면에 제 4 절연막(15d)을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 드레인전극(23)의 일부를 노출시키는 제 2 콘택홀(40b)을 형성한다.
마지막으로, 도 2i에 도시된 바와 같이, 상기 제 4 절연막(15d)이 형성된 기판(10) 전면에 투과율이 뛰어난 투명 도전성물질을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제 2 콘택홀(40b)을 통해 드레인전극(23)과 전기적으로 접속하는 화소전극(18)을 형성한다.
상기에 설명된 바와 같이 종래의 반사투과형 액정표시장치는 투과형 액정표시장치에 비해 반사전극을 형성하기 위한 추가적인 포토리소그래피공정을 필요로 한다.
상기 포토리소그래피공정은 마스크에 그려진 패턴(pattern)을 박막이 증착된 기판 위에 전사시켜 원하는 패턴을 형성하는 일련의 공정으로 감광액 도포, 노광, 현상공정 등 다수의 공정으로 이루어져 있다. 그 결과 다수의 포토리소그래피공정은 생산수율을 떨어뜨리며 형성된 박막 트랜지스터에 결함이 발생될 확률을 높이게 하는 등 문제점이 있었다.
특히, 패턴을 형성하기 위하여 설계된 마스크는 매우 고가이어서, 공정에 적용되는 마스크수가 증가하면 액정표시장치의 제조비용이 이에 비례하여 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 반사전극과 게이트배선을 회절노광을 이용하여 동시에 형성함으로써 제조공정 및 제조비용을 감소시킨 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 반사전극과 데이터배선을 회절노광을 이용하여 동시에 형성함으로써 제조공정 및 제조비용을 감소시킨 반사투과형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 반사투과형 액정표시장치의 제조방법은 투과부와 반사부로 구분되는 복수개의 화소영역이 정의되는 제 1 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 액티브층을 형성하는 단계; 상기 액티브층이 형성된 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막이 형성된 액티브층 상부에 게이트전극을 형성하는 단계; 상기 게이트전극이 형성된 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막과 제 2 절연막을 선택적으로 제거하여 제 1 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제 2 절연막 위에 알루미늄, 알루미늄 합금의 알루미늄 계열로 이루어진 제 1 도전성 금속을 증착하는 단계; 상기 제 1 도전성 금속의 부식방지 및 접착력을 강화하기 위해 상기 제 1 도전성 금속 위에 몰리브덴으로 이루어진 제 2 도전성 금속을 증착하는 단계; 상기 제 2 도전성 금속이 증착된 제 1 기판 전면에 감광성물질을 도포하는 단계; 상기 감광성물질에 회절 마스크를 이용하여 제 1 두께의 제 1 영역과 제 2 두께의 제 2 영역 및 상기 제 2 도전성 금속이 노출되는 제 3 영역을 정의하는 단계; 상기 제 3 영역의 제 2 도전성 금속 및 제 1 도전성 금속을 차례대로 식각하는 단계; 상기 제 2 영역의 감광성물질을 제거할 때 제 1 영역은 일부 남아있도록 상기 감광성물질을 제거하는 단계; 상기 일부 남아있는 제 1 영역의 감광성물질을 마스크로 상기 제 2 영역의 제 2 도전성 금속을 선택적으로 식각하여, 상기 제 1 도전성 금속과 제 2 도전성 금속으로 이루어진 이중층의 소오스/드레인전극을 포함하는 데이터배선을 형성하는 한편, 상기 제 1 도전성 금속으로 이루어진 단일층의 반사전극을 형성하는 단계; 상기 데이터배선 및 반사전극이 형성된 제 1 기판 위에 제 3 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 3 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극을 노출시키는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 제 3 절연막 위에 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 반사투과형 액정표시장치의 다른 제조방법은 투과부와 반사부로 구분되는 복수개의 화소영역이 정의되는 제 1 기판을 제공하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 액티브층을 형성하는 단계; 상기 액티브층이 형성된 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막 위에 알루미늄, 알루미늄 합금의 알루미늄 계열로 이루어진 제 1 도전성 금속을 증착하는 단계; 상기 제 1 도전성 금속의 부식방지 및 접착력을 강화하기 위해 상기 제 1 도전성 금속 위에 몰리브덴으로 이루어진 제 2 도전성 금속을 증착하는 단계; 상기 제 2 도전성 금속이 증착된 제 1 기판 전면에 감광성물질을 도포하는 단계; 상기 감광성물질에 회절 마스크를 이용하여 제 1 두께의 제 1 영역과 제 2 두께의 제 2 영역 및 상기 제 2 도전성 금속이 노출되는 제 3 영역을 정의하는 단계; 상기 제 3 영역의 제 2 도전성 금속 및 제 1 도전성 금속을 차례대로 식각하는 단계; 상기 제 2 영역의 감광성물질을 제거할 때 제 1 영역은 일부 남아있도록 상기 감광성물질을 제거하는 단계; 상기 일부 남아있는 제 1 영역의 감광성물질을 마스크로 상기 제 2 영역의 제 2 도전성 금속을 선택적으로 식각하여, 상기 제 1 도전성 금속과 제 2 도전성 금속으로 이루어진 이중층의 게이트전극을 포함하는 게이트배선을 형성하는 한편, 상기 제 1 도전성 금속으로 이루어진 단일층의 반사전극을 형성하는 단계; 상기 게이트배선 및 반사전극이 형성된 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 1 절연막과 제 2 절연막을 선택적으로 제거하여 제 1 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 제 2 절연막 위에 상기 제 1 콘택홀을 통해 소오스영역과 연결되는 소오스전극 및 드레인영역과 연결되는 드레인전극을 형성하는 단계; 상기 소오스/드레인전극이 형성된 제 1 기판 위에 제 3 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 3 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극을 노출시키는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 및 상기 제 3 절연막 위에 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 제 1 기판과 컬러필터 기판인 제 2 기판을 합착하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 기판 위에 액티브층을 형성하기 전에 상기 제 1 기판 위에 버퍼층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 액티브층은 결정화된 실리콘 박막으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 데이터배선과 반사전극 또는 게이트배선과 반사전극을 형성하는 단계는 상기 절연막 위에 차례대로 제 1 도전성 금속 및 제 2 도전성 금속을 증착하는 단계, 상기 제 1 기판 전면에 감광성물질을 도포하는 단계, 상기 감광성물질에 회절 마스크를 이용하여 제 1 두께의 제 1 영역과 제 2 두께의 제 2 영역 및 상기 도전성 금속이 노출되는 제 3 영역을 정의하는 단계, 상기 노출된 제 3 영역의 제 2 도전성 금속 및 제 1 도전성 금속을 차례대로 식각하는 단계, 상기 제 2 영역 의 감광성물질을 제거할 때 제 1 영역은 일부 남아있도록 상기 감광성물질을 제거하는 단계, 상기 노출된 제 2 영역의 제 2 도전성 금속을 식각하는 단계 및 상기 남아있는 제 1 영역의 감광성물질을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 감광성물질은 포토레지스트일 수 있으며, 상기 제 1 두께는 제 2 두께보다 두꺼울 수 있다.
또한, 상기 제 2 영역의 감광성물질을 제거하는 단계는 애슁 단계일 수 있으며, 상기 제 1 영역은 데이터배선 또는 게이트배선이 형성되는 영역을 의미하고 상기 제 2 영역은 반사전극이 형성되는 화소영역의 반사부를 의미할 수 있다.
또한, 상기 제 1 도전성 금속은 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 반사율이 뛰어난 도전성 금속물질로 구성될 수 있으며, 상기 제 2 도전성 금속은 몰리브덴 등의 도전성 금속물질로 구성될 수 있다.
한편, 상기 감광성물질에 제 1 영역 내지 제 3 영역을 정의하는 단계는 네거티브 포토레지스트를 사용하는 경우에는, 상기 제 1 영역은 완전 개방되고 상기 제 2 영역은 슬릿형 개방 패턴을 가지며, 상기 제 3 영역은 완전히 가려진 형태의 회절 마스크를 준비하는 단계 및 상기 회절 마스크를 적용하여 상기 감광성물질을 노광 및 현상하는 단계를 포함하거나, 포지티브 포토레지스트를 사용하는 경우에는, 상기 제 1 영역은 완전히 가려지고 상기 제 2 영역은 슬릿형 개방 패턴을 가지며, 상기 제 3 영역은 완전 개방된 형태의 회절 마스크를 준비하는 단계 및 상기 회절 마스크를 적용하여 상기 감광성물질을 노광 및 현상하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 노출된 제 2 영역의 제 2 도전성 금속의 식각에는 제 1 도전성 금속과 식각 선택비가 있는 인산, 질산, 초산 및 계면활성제가 혼합된 에천트를 사용할 수 있으며, 이 때 상기 에천트는 인산, 질산, 초산 및 계면활성제가 차례대로 60~70%, 2~7%, 5~10% 및 1~5%의 비율로 혼합되어 구성될 수 있다.
한편, 게이트전극을 형성한 후에 상기 게이트전극을 마스크로 상기 액티브층의 소정 영역에 불순물 이온을 주입하여 소오스영역과 드레인영역을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 불순물 이온은 인과 같은 5족 원소 또는 붕소와 같은 3족 원소일 수 있다.
또한, 본 발명의 반사투과형 액정표시장치는 투과부와 반사부로 구분되는 복수개의 화소영역이 정의되는 제 1 기판, 상기 제 1 기판 위에 형성된 액티브층, 상기 제 1 기판 전면에 형성된 제 1 절연막, 상기 액티브층 위에 제 1 절연막이 개재되어 형성된 게이트전극, 상기 제 1 기판 위에 형성되며, 상기 액티브층의 소오스/드레인영역 일부를 노출시키는 제 1 콘택홀이 형성되어 있는 제 2 절연막, 상기 제 1 콘택홀을 통해 액티브층의 소오스/드레인영역에 각각 연결되는 제 1 금속층과 제 2 금속층의 이중층으로 구성된 소오스/드레인전극 및 상기 반사부에 상기 제 1 금속층으로 형성된 반사전극, 상기 제 1 기판 위에 형성되며, 제 2 콘택홀이 형성되어 있는 제 3 절연막, 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극 및 상기 제 1 기판과 대향하여 합착하는 제 2 기판을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 반사투과형 액정표시장치는 투과부와 반사부로 구분되는 복수개의 화소영역이 정의되는 제 1 기판, 상기 제 1 기판 위에 형성된 액티브층, 상기 제 1 기판 전면에 형성된 제 1 절연막, 상기 액티브층 위에 제 1 절연막 이 개재되어 형성되는 제 1 금속층과 제 2 금속층의 이중층으로 구성된 게이트전극 및 상기 반사부에 상기 제 1 금속층으로 형성된 반사전극, 상기 제 1 기판 위에 형성되며, 상기 액티브층의 소오스/드레인영역 일부를 노출시키는 제 1 콘택홀이 형성되어 있는 제 2 절연막, 상기 제 1 콘택홀을 통해 소오스영역과 연결되는 소오스전극 및 드레인영역과 연결되는 드레인전극, 상기 제 1 기판 위에 형성되며, 제 2 콘택홀이 형성되어 있는 제 3 절연막, 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극 및 상기 제 1 기판과 대향하여 합착하는 제 2 기판을 포함한다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
자연광을 이용하는 반사형 액정표시장치와 백라이트를 이용하는 투과형 액정표시장치의 장점을 결합한 반사투과형 액정표시장치는 백라이트의 빛과 외부의 자연광원 또는 인조광원을 모두 이용할 수 있어 주변환경에 제약을 받지 않으며 전력소비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이 때, 상기 액정표시장치의 스위칭소자로는 일반적으로 박막 트랜지스터를 사용하며, 상기 박막 트랜지스터의 채널층으로 비정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 다결정 실리콘을 사용할 수 있다.
특히, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 높은 전계 효과 이동도(field effect mobility)를 가지고 있어 구동 화소수를 결정하는 구동회로부의 동작 주파수를 향상시킬 수 있으며 이로 인한 표시장치의 고정세화가 용이해지는 장점이 있다. 또한, 화소부의 신호 전압의 충전 시간의 감소로 전달 신호의 왜곡이 줄어들어 화질 향상을 기대할 수 있다.
또한, 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 높은 구동 전압(∼25V)을 갖는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 비해 10V 미만에서 구동이 가능하므로 전력 소모를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 상기와 같은 반사투과형 액정표시장치는 종래의 투과형 액정표시장치에 비해 반사전극의 형성에 따른 보다 많은 수의 포토리소그래피공정을 필요로 하며, 그 결과 반사투과형 액정표시장치의 제조공정 및 제조비용을 증가시키는 문제점을 발생시키게 한다.
이에 대해 본 발명에서는 반사전극과 게이트배선(즉, 게이트전극을 포함하는 게이트라인)을 회절노광을 이용하여 동시에 형성함으로써 한번의 포토공정을 생략할 수 있어 제조공정 및 제조비용이 감소된 반사투과형 액정표시장치의 제조방법을 제공한다. 즉, 반사전극과 게이트배선의 형성을 위해서는 적어도 두 번의 마스크공정을 필요로 하나 본 발명에서는 회절노광을 이용하여 상기 반사전극과 게이트배선을 동시에 형성함으로써 한번의 마스크공정을 생략할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 상기 반사전극과 데이터배선(즉, 소오스/드레인전극을 포함하는 데이터라인)을 회절노광을 이용하여 동시에 형성함으로써 한번의 포토공정을 생략할 수 있는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명에서는 반사전극으로 반사율이 상대적으로 뛰어난 알루미늄(aluminium; Al) 계열의 금속물질로 구성하고 게이트배선 또는 데이터배선으로는 공정 안정성을 위해 예를 들면 몰리브덴(molybdenum; Mo)과 알루미늄-네오디미늄(aluminum neodyminum; AlNd) 등의 알루미늄 계열의 금속층을 포함하는 다중층으로 구성하는데, 이는 게이트배선 또는 데이터배선으로 사용할 다중 금속층을 증착한 후 회절노광을 이용하여 다중 금속층의 게이트배선 또는 데이터배선 및 단일 금속층(즉, 상기 다중층의 하부에 구성된 알루미늄 계열의 금속층)의 반사전극을 동시에 형성하는 것이다.
이 때, 본 발명에서는 상기 다중 금속층의 식각시 상기 반사전극, 즉 알루미늄 계열의 하부층과 게이트배선 또는 데이터배선, 즉 예를 들면 몰리브덴과 같은 상부층에 대해 식각 선택비를 가진 에천트를 사용함으로써 반사전극과 게이트배선 또는 반사전극과 데이터배선을 동시에 형성할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 나타내는 평면도로써, 실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 NxM개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 단지 한 화소만을 나타내었다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110)은 상기 기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역을 정의하는 복수개의 게이트라인(116)과 데이터라인(117), 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터 및 상기 화소영역에 형성된 화소전극(118)과 반사전극(128)으로 이루어져 있다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트라인(116)에 연결된 게이트전극(121), 데이터 라인(117)에 연결된 소오스전극(122) 및 화소전극(118)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 게이트전극(121)과 소오스/드레인전극(122, 123)의 절연을 위한 제 1 절연막(미도시)과 제 2 절연막(미도시), 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트 전압에 의해 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 간에 전도채널을 형성하는 액티브층(124)을 포함한다.
이 때, 상기 제 1 절연막과 제 2 절연막에 형성된 제 1 콘택홀(140a)을 통해 상기 소오스전극(122)은 액티브층(124)의 소오스영역과 전기적으로 접속하며 상기 드레인전극(123)은 액티브층(124)의 드레인영역과 전기적으로 접속하게 된다. 또한, 상기 드레인전극(123) 위에는 제 2 콘택홀(140b)이 형성된 제 3 절연막(미도시)이 있어, 상기 제 2 콘택홀(140b)을 통해 상기 드레인전극(123)은 화소전극(118)과 전기적으로 접속하게 된다.
상기 화소영역은 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 교차하여 정의되는 영역으로 화상표시 영역을 의미하며 반사 모드의 구현을 위한 반사전극(128)이 형성되어 있는 반사부와 투과 모드의 구현을 위한 화소전극(118)이 형성되어 있는 투과부를 포함한다. 즉, 화소영역 내에 반사부와 투과부를 모두 형성하여 반사 모드에서는 외부로부터 입사된 빛이 상기 반사전극(128)에 의해 반사되어 외부로 다시 방출되게 함으로써 화상을 구현하며, 투과 모드에서는 백라이트로부터 방출된 빛이 상기 화소전극(118)을 통해 투과되게 함으로써 화상을 구현하게 된다.
이 때, 상기 화소영역에 형성된 반사전극(128)은 빛의 반사율이 뛰어난 알루미늄 계열의 불투명 도전성물질을 사용할 수 있으며, 화소전극(118)은 인듐-틴-옥 사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium-Zinc-Oxide; IZO)와 같은 빛의 투과율이 뛰어난 투명 도전성물질을 사용할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 게이트배선(116, 121) 또는 소오스/드레인배선(117, 122, 123)은 공정 안정성을 위해, 예를 들면 몰리브덴과 알루미늄-네오디미늄 등의 알루미늄 계열의 금속층을 포함하는 다중층으로 구성할 수 있는데, 상기 다중층의 하부에 구성된 알루미늄 계열의 금속층이 바로 상기 반사전극(128)을 구성하는 금속층으로 사용되는 것이다.
즉, 본 발명에서는 상기와 같이 구성된 반사전극(128)과 게이트배선(116, 121) 또는 반사전극(128)과 데이터배선(117, 122, 123)을 회절노광을 이용하여 한번의 마스크공정으로 형성함으로써 제조공정 및 제조비용이 감소하게 되며, 이를 다음의 제조공정을 통해 자세히 설명한다.
먼저, 반사전극과 데이터배선을 회절노광을 이용하여 동시에 형성하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법의 실시예에 대해서 설명한다.
도 4a 내지 도 4m은 도 3에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 III-III'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 액티브층이 다결정 실리콘 박막으로 구성된 다결정 실리콘 박막 트랜지스터를 예를 들어 나타내고 있다.
그러나, 본 발명이 상기 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에 한정되는 것은 아니다.
상기 다결정 실리콘 박막 트랜지스터는 일반적으로 게이트전극이 소오스전극과 드레인전극과 함께 액티브층 위의 동일한 평면에 위치하는 코플라나 구조로 형 성할 수 있다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 기판(110) 위에 실리콘산화막(SiO2)으로 구성되는 버퍼층(111)을 형성한다. 상기 버퍼층(111)은 유리기판(110) 내에 존재하는 나트륨(natrium; Na) 등의 불순물이 공정(특히, 결정화공정) 중에 상부층으로 침투하는 것을 방지하는 역할을 한다.
이후, 상기 버퍼층(111) 위에 포토리소그래피공정을 이용하여 다결정 실리콘으로 이루어진 액티브층(124)을 형성한다.
이 때, 상기 액티브층(124)은 기판(110) 위에 비정질 실리콘 박막을 증착한 후 여러 가지 결정화방식을 이용하여 형성할 수 있으며, 이를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 비정질 실리콘 박막은 여러 가지 방법으로 증착할 수 있으며, 상기 비정질 실리콘 박막을 증착하는 대표적인 방법으로는 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD)방법과 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)방법이 있다.
이후, 상기 비정질 실리콘 박막 내에 존재하는 수소원자를 제거하기 위한 탈수소화(dehydrogenation)공정을 진행한 뒤 결정화를 실시한다. 이 때, 비정질 실리콘 박막을 결정화하는 일반적인 열처리방법에는 크게 고상 결정화(Solid Phase Crystallization; SPC)방법과 엑시머 레이저 어닐링(Eximer Laser Annealing; ELA)방법이 있다.
다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(124)이 형성된 기판(110) 전면에 제 1 절연막인 게이트절연막(115a)을 증착한 후 알루미늄, 알루미늄 합금(aluminium alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴 등과 같은 도전성 금속물질로 구성되는 게이트전극(121)을 형성한다.
이 때, 상기 게이트전극(121)은 알루미늄, 알루미늄-네오디미늄 등의 저저항 금속에 캡핑(capping), 부식방지 및 접착력(adhesion) 강화 등의 목적으로 몰리브덴, 티타늄(titanium; Ti), 크롬 등의 금속을 적용하여 다층 구조로 형성할 수도 있다.
이후, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121) 패턴을 마스크로 액티브층(124)의 소정영역에 고농도의 불순물 이온을 주입하여 p+ 또는 n+의 소오스/드레인영역(124a, 124b)을 형성한다. 이 때, 상기 게이트전극(121)은 액티브층(124)의 채널영역에 도펀트(dopant)가 침투하는 것을 방지하는 이온-스타퍼(ion stopper)의 역할을 하게 된다.
상기 액티브층(124)의 전기적 특성은 주입되는 도펀트의 종류에 따라 바뀌게 되며, 상기 주입되는 도펀트가 붕소(b) 등의 3족 원소에 해당하면 P-타입 박막 트랜지스터로 인(P) 등의 5족 원소에 해당하면 N-타입 박막 트랜지스터로 동작을 하게 된다.
이 때, 상기 이온 주입공정 후에 주입된 도펀트를 활성화하는 공정을 진행할 수도 있다.
다음으로, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)이 형성된 기판 전면에 제 2 절연막인 층간절연막(115b)을 증착한 후 포토리소그래피공정을 통해 상기 제 1 절연막(115a)과 제 2 절연막(115b)의 일부를 제거하여 소오스/드레인영역(124a, 124b)의 일부를 노출시키는 제 1 콘택홀(140a)을 형성한다.
한편, 도 4e 내지 도 4k는 본 발명의 실시예에 따라 반사전극과 데이터배선을 회절노광을 이용하여 한번의 마스크공정으로 형성하는 과정을 순차적으로 나타내고 있다.
먼저, 도 4e에 도시된 바와 같이, 데이터배선 및 반사전극으로 사용할 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 반사율이 뛰어난 알루미늄 계열의 제 1 도전성 금속(130a)물질을 증착한 후, 상기 게이트배선(116, 121)과 동일한 이유인 캡핑, 부식방지 및 접착력 강화 등의 목적으로 몰리브덴 등의 제 2 도전성 금속(130b)물질을 기판(110) 전면에 증착한다.
이 때, 상기 제 1 콘택홀(140a)을 통해 상기 제 1 도전성 금속(130a)은 소오스/드레인영역(124a, 124b)과 전기적으로 접속하게 된다.
다음으로, 도 4f에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 도전성 금속(130a)과 제 2 도전성 금속(130b)이 적층된 기판(110) 전면에 포토레지스트(photoresist; PR)(170)와 같은 감광성물질을 도포한 후, 상기 포토레지스트(170)가 도포된 기판(110) 위를 회절 마스크(180)로 덮은 후 자외선(Ultra Violet; UV)과 같은 광을 이용하여 감광을 실행한다.
상기 포토레지스트(170)는 광원에 노광된 영역이 현상액과 반응하여 용해되 는 노블락계 레진(Novolak based resin) 계열의 포지티브(positive) 포토레지스트와 노광 영역이 현상액과 반응하지 않는 아크릴계 모노머(Acryl based monomer) 계열의 네거티브(negative) 포토레지스트가 있다.
이 때, 상기 포토레지스트는 점도 조정 역할을 하는 솔벤트, 감광을 일으키는 포토 액티브(photo active)계 화합물(compound), 화학적 결합 물질인 레진 등으로 구성된다.
한편, 예를 들어 네거티브 포토레지스트(170)를 사용하는 경우에는 상기 제 1 영역(I)에는 포토레지스트(170a)가 전부 남아 있어야하므로 완전 개방되고, 상기 제 2 영역(II)은 포토레지스트(170b)를 약간의 두께만 남기기 위해 슬릿형 개방 패턴을 갖고, 상기 제 3 영역(III)은 포토레지스트(170c)가 제거되어야하므로 완전히 가려진 형태의 회절 마스크(180)를 사용한다. 상기 슬릿형 개방 패턴은 회절노광에 적절한 간격, 즉 감광에 사용하는 광원의 해상도보다 좁은 간격의 슬릿 간격을 갖는다.
만약, 포지티브 포토레지스트(170)를 사용하는 경우에는, 상기 제 1 영역(I)은 완전히 가려지고 상기 제 2 영역(II)은 슬릿형 개방 패턴을 가지며, 상기 제 3 영역(III)은 완전 개방된 형태의 회절 마스크(180)를 적용하여 포토공정을 진행하게 된다.
다음으로, 상기 노광된 포토레지스트(170a~170c)를 현상하고 나면 도 4g에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 영역(I)의 포토레지스트(170a)는 그대로 남아 있고, 상기 제 2 영역(II)의 포토레지스트(170b)는 상기 제 1 영역(I)의 포토레지스트(170a)보다 적은 두께로 남아있게 된다. 특히, 회절노광 조건을 조절하여 제 2 영역(II)의 포토레지스트(170b)는 제 1 영역(I)의 포토레지스트 두께의 절반 이하로 남도록 할 수 있다. 그리고, 상기 제 3 영역(III)의 포토레지스트(170c)는 완전히 제거되어 제 2 도전성 금속(130b)이 그대로 노출되게 된다.
상기 현상공정 후에는 세정공정을 거치고 남아있는 포토레지스트(170a, 170b) 패턴의 접착력 강화를 위한 하드-베이크(hard-bake)를 실시한다.
이후, 도 4h에 도시된 바와 같이, 남아있는 포토레지스트(170a, 170b) 패턴을 이용하여 도전성 금속(130a, 130b)에 대한 식각공정을 실시하면, 상기 제 3 영역(III)의 도전성 금속(130a, 130b)이 차례대로 식각 되어 소오스영역(124a)에 연결되는 소오스전극(122)과 드레인영역(124b)에 연결되는 드레인전극(123) 및 화소영역의 반사부(즉, 상기 제 2 영역(II))에 반사전극(128) 패턴을 형성하게 된다.
이후, 반사전극(128)의 상부 금속층(130b)을 제거하기 위해 상기 제 2 영역(II)의 포토레지스트(170b)를 제거하는 애슁(ashing)공정을 실시하게 되면, 도 4i에 도시된 바와 같이 상기 제 2 영역(II)의 포토레지스트(170b)는 완전히 제거되며, 이 때 제 1 영역(I)의 포토레지스트(170a)는 제 2 영역(II)의 포토레지스트(170b) 두께만큼만 제거되게 한다. 따라서, 남아 있은 상기 제 1 영역(I)의 포토레지스트(170a)는 소오스/드레인전극(122, 123) 패턴의 식각을 차단하는 마스크로 사용될 수 있다.
즉, 도 4j에 도시된 바와 같이, 상기 일부 제거된 제 1 영역(I)의 포토레지 스트(170a) 패턴을 이용하여 상기 제 2 도전성 금속(130b)을 식각 함으로써 화소영역의 반사부에 반사율이 뛰어난 알루미늄 계열 즉, 제 1 도전성 금속(130a)으로만 형성된 반사전극(128)이 형성되게 된다.
이 때, 상기 제 2 도전성 금속(즉, 몰리브덴)(130b)의 식각에는 상기 제 1 도전성 금속(즉, 알루미늄 계열 금속)(130a)과 식각 선택비를 가진 에천트, 예를 들면 인산, 질산, 초산이 일정한 비율로 계면활성제(surfactant)와 혼합된 에천트를 사용할 수 있는데, 상기 에천트는 상기 제 2 도전성 금속(130b) 식각시 제 1 도전성 금속(130a)과의 식각률의 차이로 상기 제 1 도전성 금속(130a)에는 영향을 미치지 않으면서 상기 제 2 도전성 금속(130b)만을 식각하게 된다.
본 실시예에서는 상기 제 2 도전성 금속(130b)의 식각에 인산, 질산, 초산 및 계면활성제를 차례대로 60~70%, 2~7%, 5~10% 및 1~5%의 비율로 혼합된 에천트를 사용하였다.
다음으로, 도 4k 및 도 4l에 도시된 바와 같이, 남아있는 제 1 영역(I)의 포토레지스트(170a)를 제거한 후, 상기 기판(110) 전면에 제 3 절연막(115c)을 증착하고 포토리소그래피공정을 통해 상기 제 3 절연막(115c)의 일부를 제거하여 드레인전극(123)의 일부를 노출시키는 제 2 콘택홀(140b)을 형성한다.
이 때, 상기 소오스전극(122)을 구성하는 도전성 금속의 일부는 구동회로부로부터 화상신호를 인가 받는 데이터라인(117)을 구성하게 된다.
또한, 상기 제 3 절연막(115c)은 고개구율을 위한 벤조사이클로부텐(Benzocyclobutene; BCB) 또는 아크릴계 수지(resin)와 같은 투명 유기절연물질로 형성할 수 있으며, 무기절연막과 유기절연막의 이중층으로 형성할 수도 있다.
마지막으로, 도 4m에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 절연막(115c)이 형성된 기판(110) 전면에 인듐-틴-옥사이드 또는 인듐-징크-옥사이드와 같은 투과율이 뛰어난 투명 도전성물질을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제 2 콘택홀(140b)을 통해 드레인전극(123)과 전기적으로 접속하는 화소전극(118)을 형성한다.
한편, 본 실시예에서는 반사전극과 데이터배선을 회절노광을 이용하여 동시에 형성한 반사투과형 액정표시장치의 제조방법에 대해서 설명하고 있으나, 반사전극과 게이트배선도 회절노광을 이용하여 동시에 형성할 수 있으며 이를 설명하면 다음과 같다.
도 5a 내지 도 5m은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 상기 제 1 실시예와 같이 도 3에 도시된 반사투과형 액정표시장치의 III-III'선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내고 있다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 기판(210) 위에 실리콘산화막으로 구성되는 버퍼층(211)을 형성한다.
이후, 상기 버퍼층(211) 위에 포토리소그래피공정을 이용하여, 예를 들면 다결정 실리콘으로 이루어진 액티브층(224)을 형성한다.
다음으로, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(224)이 형성된 기판(210) 전면에 제 1 절연막인 게이트절연막(215a)을 증착한다.
그리고, 상기 기판(210) 전면에 게이트배선 및 반사전극으로 사용할 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 반사율이 뛰어난 알루미늄 계열의 제 1 도전성 금속(230a)물질을 증착한 후, 몰리브덴 등의 제 2 도전성 금속(230b)물질을 증착한다.
다음으로, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 도전성 금속(230a)과 제 2 도전성 금속(230b)이 적층된 기판(210) 전면에 포토레지스트(270)와 같은 감광성물질을 도포한 후, 상기 포토레지스트(270)가 도포된 기판(210) 위를 회절 마스크(280)로 덮은 후 자외선과 같은 광을 이용하여 감광을 실행한다.
이 때, 예를 들어 네거티브 포토레지스트(270)를 사용하는 경우에는 상기 제 1 영역(I)에는 포토레지스트(270a)가 전부 남아 있어야하므로 완전 개방되고, 상기 제 2 영역(II)은 포토레지스트(270b)를 약간의 두께만 남기기 위해 슬릿형 개방 패턴을 갖고, 상기 제 3 영역(III)은 포토레지스트(270c)가 제거되어야하므로 완전히 가려진 형태의 회절 마스크(280)를 사용한다. 상기 슬릿형 개방 패턴은 회절노광에 적절한 간격, 즉 감광에 사용하는 광원의 해상도보다 좁은 간격의 슬릿 간격을 갖는다.
다음으로, 상기 노광된 포토레지스트(270a~270c)를 현상하고 나면 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 영역(I)의 포토레지스트(270a)는 그대로 남아 있고, 상기 제 2 영역(II)의 포토레지스트(270b)는 상기 제 1 영역(I)의 포토레지스트(270a)보다 적은 두께로 남아있게 된다. 특히, 회절노광 조건을 조절하여 제 2 영역(II)의 포토레지스트(270b)는 제 1 영역(I)의 포토레지스트 두께의 절반 이하로 남도록 할 수 있다. 그리고, 상기 제 3 영역(III)의 포토레지스트(270c)는 완전히 제거되어 제 2 도전성 금속(230b)이 그대로 노출되게 된다.
상기 현상공정 후에는 세정공정을 거치고 남아있는 포토레지스트(270a, 270b) 패턴의 접착력 강화를 위한 하드-베이크를 실시한다.
이후, 도 5e에 도시된 바와 같이, 남아있는 포토레지스트(270a, 270b) 패턴을 이용하여 도전성 금속(230a, 230b)에 대한 식각공정을 실시하면, 상기 제 3 영역(III)의 도전성 금속(230a, 230b)이 차례대로 식각 되어 액티브층(224) 위에 게이트절연막(215a)이 개재된 게이트전극(221) 및 화소영역의 반사부(즉, 상기 제 2 영역(II))에 반사전극(228) 패턴을 형성하게 된다.
이후, 반사전극(228)의 상부 금속층(230b)을 제거하기 위해 상기 제 2 영역(II)의 포토레지스트(270b)를 제거하는 애슁공정을 실시하게 되면, 도 5f에 도시된 바와 같이 상기 제 2 영역(II)의 포토레지스트(270b)는 완전히 제거되며, 이 때 제 1 영역(I)의 포토레지스트(270a)는 제 2 영역(II)의 포토레지스트(270b) 두께만큼만 제거되게 한다. 따라서, 남아 있은 상기 제 1 영역(I)의 포토레지스트(270a)는 게이트전극(221) 패턴의 식각을 차단하는 마스크로 사용될 수 있다.
즉, 도 5g에 도시된 바와 같이, 상기 일부 제거된 제 1 영역(I)의 포토레지스트(270a) 패턴을 이용하여 상기 제 2 도전성 금속(230b)을 식각 함으로써 화소영역의 반사부에 반사율이 뛰어난 알루미늄 계열 즉, 제 1 도전성 금속(230a)으로만 형성된 반사전극(228)이 형성되게 된다.
이후, 상기 남아있는 제 1 영역(I)의 포토레지스트(270a)를 제거하면, 알루미늄 계열의 저저항 금속에 캡핑, 부식방지 및 접착력 강화 등의 목적으로 몰리브덴 등의 금속이 적층된 이중층 구조의 게이트전극(221)이 형성되게 된다.
이 때, 상기 제 2 도전성 금속(즉, 몰리브덴)(230b)의 식각에는 상기 제 1 실시예에서와 같은 상기 제 1 도전성 금속(즉, 알루미늄 계열 금속)(230a)과 식각 선택비를 가진 에천트를 사용할 수 있다.
다음으로, 도 5h에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221) 패턴을 마스크로 액티브층(224)의 소정영역에 고농도의 불순물 이온을 주입하여 p+ 또는 n+의 소오스/드레인영역(224a, 224b)을 형성한다.
이후, 도 5i에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221)이 형성된 기판(210) 전면에 제 2 절연막인 층간절연막(215b)을 증착한 후 포토리소그래피공정을 통해 상기 제 1 절연막(215a)과 제 2 절연막(215b)의 일부를 제거하여 소오스/드레인영역(224a, 224b)의 일부를 노출시키는 제 1 콘택홀(240a)을 형성한다.
다음으로, 도 5j에 도시된 바와 같이, 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴, 구리, 크롬, 티타늄 등과 같은 도전성 금속물질을 기판(210) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정을 이용하여 상기 제 1 콘택홀(240a)을 통해 소오스영역(224a)과 연결되는 소오스전극(222) 및 드레인영역(224b)과 연결되는 드레인전극(223)을 형성한다.
이 때, 상기 소오스/드레인전극(222, 223)은 상기 게이트전극(221)과 동일한 이유로 상기 금속들을 선택적으로 적층한 다층 구조로 형성할 수도 있다.
한편, 상기 소오스전극(222)을 구성하는 도전성 금속의 일부는 구동회로부로부터 화상신호를 인가 받는 데이터라인(217)을 구성하게 된다.
다음으로, 도 5k에 도시된 바와 같이, 상기 기판(210) 전면에 제 3 절연막(215c)을 증착하고 포토리소그래피공정을 통해 상기 제 3 절연막(215c)의 일부를 제거하여 드레인전극(223)의 일부를 노출시키는 제 2 콘택홀(240b)을 형성한다.
이후, 도 5l에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 절연막(215c)이 형성된 기판(210) 전면에 투명 도전성물질을 증착한 후 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 제 2 콘택홀(240b)을 통해 드레인전극(223)과 전기적으로 접속하는 화소전극(218)을 형성한다.
이와 같이 상기 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 제조방법은 종래에 비해 절연막 형성공정이 한번 줄어들게 되며 반사전극과 게이트배선 또는 반사전극과 데이터배선을 회절노광을 이용하여 한번의 마스크공정에서 형성하게 되므로 전체공정의 스텝이 줄어들고 제조비용이 절감되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에서는 상기 포토공정에 네거티브 포토레지스트를 사용하였으나, 포지티브 포토레지스트를 사용하여도 같은 결과를 얻을 수 있으며 포토레지스트 이외의 다른 감광성물질을 사용할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 박막 트랜지스터의 액티브층으로 결정화된 다결정 실 리콘 박막을 이용하였으나, 비정질 실리콘 박막으로 구성할 수도 있으며 이때는 상기 박막 트랜지스터의 구조를 게이트전극이 액티브층의 하부에 구성되는 하부 게이트(bottom gate)구조로 변경하여 적용할 수도 있다.
한편, 상기와 같이 구성되는 어레이 기판은 상기 어레이공정과는 다른 컬러필터공정에서 형성된 컬러필터 기판과 스페이서(spacer)에 의해 일정하게 이격되도록 셀갭(cell gap)이 마련되고, 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실 패턴(seal pattern)에 의해 합착되어 단위 액정표시패널을 형성하게 된다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치는 반사전극과 게이트배선 또는 반사전극과 데이터배선을 회절노광을 이용하여 한번의 마스크공정으로 형성함으로써 종래에 비해 적어도 한번의 마스크공정 및 절연막 형성공정을 생략할 수 있게 되며, 그 결과 액정표시장치의 제조공정 및 제조비용이 감소되는 효과를 제공한다.
또한, 상기 반사전극으로 다층 구조의 게이트배선 또는 데이터배선의 하부 금속층을 이용하게 되면, 이 때 상기 하부 금속층(예를 들면, 알루미늄 계열과 같은 반사율이 뛰어난 도전성 금속)과 상기 게이트배선 또는 데이터배선의 상부 금속 층(예를 들면, 몰리브덴)의 식각공정에는 식각 선택비를 가진 에천트를 사용할 수 있게 된다.

Claims (24)

  1. 투과부와 반사부로 구분되는 복수개의 화소영역이 정의되는 제 1 기판을 제공하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 액티브층을 형성하는 단계;
    상기 액티브층이 형성된 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 절연막이 형성된 액티브층 상부에 게이트전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트전극이 형성된 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 절연막과 제 2 절연막을 선택적으로 제거하여 제 1 콘택홀을 형성하는 단계;
    상기 제 2 절연막 위에 알루미늄, 알루미늄 합금의 알루미늄 계열로 이루어진 제 1 도전성 금속을 증착하는 단계;
    상기 제 1 도전성 금속의 부식방지 및 접착력을 강화하기 위해 상기 제 1 도전성 금속 위에 몰리브덴으로 이루어진 제 2 도전성 금속을 증착하는 단계;
    상기 제 2 도전성 금속이 증착된 제 1 기판 전면에 감광성물질을 도포하는 단계;
    상기 감광성물질에 회절 마스크를 이용하여 제 1 두께의 제 1 영역과 제 2 두께의 제 2 영역 및 상기 제 2 도전성 금속이 노출되는 제 3 영역을 정의하는 단계;
    상기 제 3 영역의 제 2 도전성 금속 및 제 1 도전성 금속을 차례대로 식각하는 단계;
    상기 제 2 영역의 감광성물질을 제거할 때 제 1 영역은 일부 남아있도록 상기 감광성물질을 제거하는 단계;
    상기 일부 남아있는 제 1 영역의 감광성물질을 마스크로 상기 제 2 영역의 제 2 도전성 금속을 선택적으로 식각하여, 상기 제 1 도전성 금속과 제 2 도전성 금속으로 이루어진 이중층의 소오스/드레인전극을 포함하는 데이터배선을 형성하는 한편, 상기 제 1 도전성 금속으로 이루어진 단일층의 반사전극을 형성하는 단계;
    상기 데이터배선 및 반사전극이 형성된 제 1 기판 위에 제 3 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 3 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극을 노출시키는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 및
    상기 제 3 절연막 위에 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  2. 투과부와 반사부로 구분되는 복수개의 화소영역이 정의되는 제 1 기판을 제공하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 액티브층을 형성하는 단계;
    상기 액티브층이 형성된 제 1 기판 위에 제 1 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 절연막 위에 알루미늄, 알루미늄 합금의 알루미늄 계열로 이루어진 제 1 도전성 금속을 증착하는 단계;
    상기 제 1 도전성 금속의 부식방지 및 접착력을 강화하기 위해 상기 제 1 도전성 금속 위에 몰리브덴으로 이루어진 제 2 도전성 금속을 증착하는 단계;
    상기 제 2 도전성 금속이 증착된 제 1 기판 전면에 감광성물질을 도포하는 단계;
    상기 감광성물질에 회절 마스크를 이용하여 제 1 두께의 제 1 영역과 제 2 두께의 제 2 영역 및 상기 제 2 도전성 금속이 노출되는 제 3 영역을 정의하는 단계;
    상기 제 3 영역의 제 2 도전성 금속 및 제 1 도전성 금속을 차례대로 식각하는 단계;
    상기 제 2 영역의 감광성물질을 제거할 때 제 1 영역은 일부 남아있도록 상기 감광성물질을 제거하는 단계;
    상기 일부 남아있는 제 1 영역의 감광성물질을 마스크로 상기 제 2 영역의 제 2 도전성 금속을 선택적으로 식각하여, 상기 제 1 도전성 금속과 제 2 도전성 금속으로 이루어진 이중층의 게이트전극을 포함하는 게이트배선을 형성하는 한편, 상기 제 1 도전성 금속으로 이루어진 단일층의 반사전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트배선 및 반사전극이 형성된 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 절연막과 제 2 절연막을 선택적으로 제거하여 제 1 콘택홀을 형성하는 단계;
    상기 제 2 절연막 위에 상기 제 1 콘택홀을 통해 소오스영역과 연결되는 소오스전극 및 드레인영역과 연결되는 드레인전극을 형성하는 단계;
    상기 소오스/드레인전극이 형성된 제 1 기판 위에 제 3 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 3 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극을 노출시키는 제 2 콘택홀을 형성하는 단계; 및
    상기 제 3 절연막 위에 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인전극과 연결되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 기판과 컬러필터 기판인 제 2 기판을 합착하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에 액티브층을 형성하기 전에 상기 제 1 기판 위에 버퍼층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 액티브층은 결정화된 실리콘 박막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 감광성물질은 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 두께는 제 2 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 영역의 감광성물질을 제거하는 단계는 애슁 단계인 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 영역은 데이터배선이 형성되는 영역을 의미하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 영역은 반사전극이 형성되는 화소영역의 반사부인 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 영역은 게이트배선이 형성되는 영역을 의미하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 감광성물질에 제 1 영역 내지 제 3 영역을 정의하는 단계는
    네거티브 포토레지스트를 사용하는 경우에는, 상기 제 1 영역은 완전 개방되고 상기 제 2 영역은 슬릿형 개방 패턴을 가지며, 상기 제 3 영역은 완전히 가려진 형태의 회절 마스크를 준비하는 단계; 및
    상기 회절 마스크를 적용하여 상기 감광성물질을 노광 및 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 감광성물질에 제 1 영역 내지 제 3 영역을 정의하는 단계는
    포지티브 포토레지스트를 사용하는 경우에는, 상기 제 1 영역은 완전히 가려지고 상기 제 2 영역은 슬릿형 개방 패턴을 가지며, 상기 제 3 영역은 완전 개방된 형태의 회절 마스크를 준비하는 단계; 및
    상기 회절 마스크를 적용하여 상기 감광성물질을 노광 및 현상하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 영역의 제 2 도전성 금속의 식각에는 제 1 도전성 금속과 식각 선택비가 있는 인산, 질산, 초산 및 계면활성제가 혼합된 에천트를 사용하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 에천트는 인산, 질산, 초산 및 계면활성제가 차례대로 60~70%, 2~7%, 5~10% 및 1~5%의 비율로 혼합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 게이트전극을 형성한 후에 상기 게이트전극을 마스크로 상기 액티브층에 불순물 이온을 주입하여 소오스영역과 드레인영역을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 불순물 이온은 인과 같은 5족 원소인 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 불순물 이온은 붕소와 같은 3족 원소인 것을 특징으로 하는 반사투과형 액정표시장치의 제조방법.
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