KR101278107B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은 게이트전극 상부에 액티브패턴을 아일랜드(island) 형태로 형성하고 에치스타퍼(etch stopper) 구조를 채택함으로써 오프전류(off current)를 감소시키는 동시에 소자 신뢰성을 향상시키며, 상기 게이트전극과 액티브패턴을 한번의 마스크공정을 통해 형성함으로써 마스크수를 감소시켜 제조공정을 단순화하기 위한 것으로, 화소부와 제 1 패드부 및 제 2 패드부로 구분되는 제 1 기판을 제공하는 단계; 제 1 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 화소부에 게이트전극과 게이트라인을 형성하며, 상기 게이트전극 상부에 제 1 절연막이 개재된 상태에서 아일랜드 형태의 액티브패턴을 형성하는 단계; 제 2 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 2 마스크공정을 통해 상기 제 2 절연막의 일부영역을 제거하여 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역을 노출시키는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 형성하며, 상기 액티브패턴의 채널영역 상부에 상기 제 2 절연막으로 이루어진 에치스타퍼를 형성하는 단계; 제 3 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 화소부에 상기 제 1 콘택홀을 통해 상기 액티브패턴의 소오스영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극을 형성하며, 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 액티브패턴의 드레인영역과 전기적으로 접속하는 드레인전극을 형성하는 단계; 상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함한다.
이와 같이 상기 본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은 액티브패턴이 게이트전극 상부에만 아일랜드 형태로 형성되고 데이터라인 하부에는 존재하지 않게 됨으로써 화소부의 개구영역을 증가시킬 수 있으며, 또한 빛에 의해 노출되지 않기 때문에 빛에 노출되었을 때 발생하였던 웨이비 노이즈(wavy noise) 현상을 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은 소오스/드레인전극과 화소전극 및 공통전극을 한번의 마스크공정을 통해 형성함으로써 총 3번의 마스크공정으로 횡전계(In Plane Switching; IPS)방식의 액정표시장치를 제작할 수 있는 것을 특징으로 한다.
마스크수, 게이트전극, 액티브패턴, 에치스타퍼, 반사투과형, 횡전계방식

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2a 내지 도 2f는 일반적인 반사투과형 액정표시장치에 있어서, 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시된 어레이 기판의 IIIa-IIIa'선과 IIIb-IIIb선과 IIIc-IIIc선 및 IIId-IIId선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 5a 내지 도 5e는 도 3에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.
도 6a 내지 도 6f는 도 4a 및 도 5a에 도시된 제 1 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도.
도 7a 내지 도 7f는 도 4e 및 도 5e에 도시된 제 5 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 9a 내지 도 9c는 도 8에 도시된 어레이 기판의 VIIIa-VIIIa'선과 VIIIb-VIIIb선과 VIIIc-VIIIc선 및 VIIId-VIIId선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 10a 내지 도 10c는 도 8에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
110,210 : 어레이 기판 116,216 : 게이트라인
116p,216p : 게이트패드라인 117,217 : 데이터라인
117p,217p : 데이터패드라인 118a,218 : 화소전극
118b : 반사전극 121,221 : 게이트전극
122,222 : 소오스전극 123,223 : 드레인전극
124,224 : 액티브패턴 126p : 게이트패드전극
127p : 데이터패드전극 208l : 공통라인
208 : 공통전극 218l : 화소전극라인
본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마스크수를 감소시켜 제조공정을 단순화하고 수율을 향상시키는 동시에 에치스타퍼 구조를 채택함으로써 소자 신뢰성을 향상시킨 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.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.
상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 제작에 다수의 마스크공정(즉, 포토리소그래피(photolithography)공정)을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크수를 줄이는 방법이 요구되어지고 있다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명 한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.
이때, 일반적으로 사용되는 액정표시장치에서는 액정표시패널의 하부에 위치한 백라이트(backlight)라는 광원으로부터 방출되는 빛에 의해 영상을 표현하게 된 다. 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.
도 2a 내지 도 2f는 일반적인 반사투과형 액정표시장치에 있어서, 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 어레이 기판(10) 위에 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 이용하여 도전성 금속물질로 이루어진 게이트전극(21)을 형성한다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(21)이 형성된 어레이 기판(10) 전면(全面)에 차례대로 제 1 절연막(15a)과 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 이용하여 상기 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트전극(21) 위에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴(24)을 형성한다.
이때, 상기 액티브패턴(24) 위에는 상기 액티브패턴(24)과 동일한 형태로 패터닝된 n+ 비정질 실리콘 박막 패턴(25)이 형성되게 된다.
이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(10) 전면에 도전성 금속물질을 증착한 후 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브패턴(24) 상부에 소오스전극(22)과 드레인전극(23)을 형성한다. 이때, 상기 액티브패턴(24) 위에 형성되어 있는 n+ 비정질 실리콘 박막 패턴은 상기 제 3 마스크공정을 통해 소정영역이 제거되어 상기 액티브패턴(24)과 소오스/드레인전극(22, 23) 사이에서 오믹-콘택(ohmic contact)층(25')을 형성하게 된다.
다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 소오스전극(22)과 드레인전 극(23)이 형성된 어레이 기판(10) 전면에 아크릴(acryl)과 같은 유기절연막인 제 2 절연막(15b)을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 통해 상기 제 2 절연막(15b)의 일부 영역을 제거하여 상기 드레인전극(23)의 일부를 노출시키는 콘택홀(40)을 형성한다.
이때, 도시된 바와 같이, 상기 제 2 절연막(15b)의 표면은 반사 모드에서의 반사효율을 높이기 위해서 굴곡이 지도록 형성되게 된다.
그리고, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 절연막(15b)이 형성된 어레이 기판(10) 전면에 반사율이 뛰어난 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 5 마스크공정)을 이용하여 반사부에 상기 콘택홀(40)을 통해 상기 드레인전극(23)과 전기적으로 접속하는 반사전극(18b)을 형성한다.
마지막으로, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(10) 전면에 투명한 도전성 금속물질을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 6 마스크공정)을 이용하여 상기 반사전극(18b)이 형성되어 있는 반사부를 포함하여 화소영역 전체에 화소전극(18a)을 형성한다.
상기에 설명된 바와 같이 일반적인 반사투과형 액정표시장치는 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 제조에 총 6번의 포토리소그래피공정을 필요로 하여 투과형 액정표시장치에 비해 적어도 한번 이상의 포토리소그래피공정을 더 필요로 한다.
상기 포토리소그래피공정은 마스크에 그려진 패턴을 박막이 증착된 기판 위에 전사시켜 원하는 패턴을 형성하는 일련의 공정으로 감광액 도포, 노광, 현상공 정 등 다수의 공정으로 이루어지며, 다수의 포토리소그래피공정은 생산 수율을 떨어뜨리는 단점이 있다.
특히, 패턴을 형성하기 위하여 설계된 마스크는 매우 고가이어서, 공정에 적용되는 마스크수가 증가하면 액정표시장치의 제조비용이 이에 비례하여 상승하게 된다.
이때, 회절마스크를 이용하여 액티브패턴과 소오스/드레인전극을 한번의 마스크공정으로 형성함으로써 총 4번의 마스크공정으로 투과형 어레이 기판을 제작할 수 있는 기술이 개발되었다.
그러나, 상기 구조의 액정표시장치는 회절마스크를 이용함으로써 두 번의 식각공정을 거쳐 액티브패턴과 소오스/드레인전극을 패터닝하게 됨에 따라 상기 소오스전극과 드레인전극 및 데이터라인의 하부 주변으로 액티브패턴이 돌출하여 남아있게 된다.
상기 액티브패턴은 순수한 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며, 상기 돌출된 액티브패턴은 하부의 백라이트 광에 노출됨으로써 상기 백라이트 광에 의해 광전류가 발생하게 된다. 이때, 상기 백라이트 광의 미세한 깜빡임으로 인해 상기 비정질 실리콘 박막은 미세하게 반응하여 활성화와 비활성화 상태가 반복되게 되며, 이로 인해 광전류에 변화가 발생하게 된다. 이와 같은 광전류 성분은 이웃하는 화소전극에 흐르는 신호와 함께 커플링(coupling)되어 상기 화소전극에 위치한 액정의 움직임을 왜곡시키게 한다. 그 결과 액정표시장치의 화면에는 물결무늬의 가는 선이 나타나는 웨이비 노이즈(wavy noise)가 발생하게 된다.
또한, 상기 데이터라인의 하부에 위치한 액티브패턴은 상기 데이터라인의 양측으로 소정거리 돌출됨으로써 화소부의 개구영역이 상기 돌출된 거리만큼 잠식됨에 따라 액정표시장치의 개구율이 감소하는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 게이트전극 상부에 액티브패턴을 아일랜드 형태로 형성하고 에치스타퍼 구조를 채택함으로써 오프전류가 감소되고 소자의 신뢰성이 향상된 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 게이트전극과 액티브패턴을 한번의 마스크공정으로 형성하는 동시에 마스크공정의 추가 없이 상기 에치스타퍼를 형성함으로써 총 5번의 마스크공정으로 반사투과형 어레이 기판을 제작하도록 한 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 추가적으로 소오스/드레인전극과 화소전극 및 공통전극을 한번의 마스크공정을 통해 형성함으로써 총 3번의 마스크공정으로 횡전계방식 어레이 기판을 제작하도록 한 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 개구영역을 확대하여 고휘도를 구현하는 동시에 웨이비 노이즈가 발생하지 않아 고화질을 구현할 수 있는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정표시장치는 화소부와 제 1 패드부 및 제 2 패드부로 구분되는 제 1 기판; 상기 제 1 기판의 화소부에 형성된 게이트전극과 게이트라인; 상기 게이트전극 상부에 제 1 절연막이 개재된 상태에서 형성되며, 상기 게이트전극보다 폭이 줄어든 아일랜드 형태를 가진 액티브패턴; 상기 제 1 기판 위에 형성되며, 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역을 노출시키는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 포함하는 제 2 절연막; 상기 액티브패턴의 채널영역 상부에 형성되며, 상기 제 2 절연막으로 이루어진 에치스타퍼; 상기 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 통해 각각 상기 액티브패턴의 소오스영역 및 드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극 및 드레인전극; 상기 제 1 기판의 화소부에 형성되며, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인; 및 상기 제 1 기판과 대향하여 합착하는 제 2 기판을 포함한다.
또한, 본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 화소부와 제 1 패드부 및 제 2 패드부로 구분되는 제 1 기판을 제공하는 단계; 제 1 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 화소부에 게이트전극과 게이트라인을 형성하며, 상기 게이트전극 상부에 제 1 절연막이 개재된 상태에서 아일랜드 형태의 액티브패턴을 형성하는 단계; 제 2 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계; 상기 제 2 마스크공정을 통해 상기 제 2 절연막의 일부영역을 제거하여 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역을 노출시키는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 형성하며, 상기 액티브패턴의 채널영역 상부에 상기 제 2 절연막으로 이루어진 에치스타퍼를 형성 하는 단계; 제 3 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 화소부에 상기 제 1 콘택홀을 통해 상기 액티브패턴의 소오스영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극을 형성하며, 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 액티브패턴의 드레인영역과 전기적으로 접속하는 드레인전극을 형성하는 단계; 상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반사투과형 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 설명의 편의를 위해 게이트패드부와 데이터패드부 및 화소부의 박막 트랜지스터를 포함하는 하나의 화소를 나타내고 있다.
실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 하나의 화소를 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 실시예의 어레이 기판(110)에는 상기 어레이 기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 컬러필터 기판(미도시)의 공통전극과 함 께 액정(미도시)을 구동시키는 화소전극(118a)과 반사전극(118b)이 형성되어 있다.
상기 화소영역은 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 교차하여 정의되는 영역으로 화상표시 영역을 의미하며 반사 모드의 구현을 위한 반사전극(118b)이 형성되어 있는 반사부(R)와 투과 모드의 구현을 위한 화소전극(118a)이 형성되어 있는 투과부(T)를 포함한다. 즉, 화소영역 내에 반사부(R)와 투과부(T)를 모두 형성하여 반사 모드에서는 외부로부터 입사된 빛이 상기 반사전극(118b)에 의해 반사되어 외부로 다시 방출되게 함으로써 화상을 구현하며, 투과 모드에서는 백라이트로부터 방출된 빛이 상기 화소전극(118a)을 통해 투과되게 함으로써 화상을 구현하게 된다.
이때, 상기 어레이 기판(110)의 가장자리 영역에는 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)에 각각 전기적으로 접속하는 게이트패드전극(126p)과 데이터패드전극(127p)이 형성되어 있으며, 외부의 구동회로부(미도시)로부터 인가 받은 주사신호와 데이터신호를 각각 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)에 전달하게 된다.
즉, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)은 구동회로부 쪽으로 연장되어 각각 해당하는 게이트패드라인(116p)과 데이터패드라인(117p)에 연결되며, 상기 게이트패드라인(116p)과 데이터패드라인(117p)은 상기 게이트패드라인(116p)과 데이터패드라인(117p)에 각각 전기적으로 접속된 게이트패드전극(126p)과 데이터패드전극(127p)을 통해 구동회로부로부터 각각 주사신호와 데이터신호를 인가 받게 된다.
참고로, 도면부호 140d와 140e는 각각 데이터패드부 콘택홀과 게이트패드부 오픈홀을 나타내며, 상기 데이터패드전극(127p)과 게이트패드전극(126p)은 각각 상기 데이터패드부 콘택홀(140d)과 게이트패드부 오픈홀(140e)을 통해 상기 데이터패드라인(117p)과 게이트패드라인(116p)과 전기적으로 접속하게 된다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트라인(116)에 연결된 게이트전극(121), 데이터라인(117)에 연결된 소오스전극(122) 및 화소전극(118a)과 반사전극(118b)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트 전압에 의해 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 간에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브패턴(124)을 포함한다.
상기 소오스전극(122)의 일부는 일방향으로 연장되어 상기 데이터라인(117)의 일부를 구성하며, 상기 드레인전극(123)의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 상기 화소전극(118a)과 전기적으로 접속하게 된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 상기 액티브패턴(124)은 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며, 상기 게이트전극(121) 상부에 제 1 절연막(미도시)이 개재된 상태에서 아일랜드 형태로 형성됨으로써 박막 트랜지스터의 오프전류를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 게이트전극(121)과 액티브패턴(124)은 하프-톤 마스크 또는 회절마스크(이하, 하프-톤 마스크를 지칭하는 경우에는 회절마스크를 포함하는 것으로 한다)를 이용하여 한번의 마스크공정으로 형성함으로써 어레이 기판(110)을 제조하는데 있어 한번의 마스크수를 줄일 수 있게 된다.
또한, 상기 액티브패턴(124)의 백 채널(back channel)이 노출되는 상기 소오 스전극(122)과 드레인전극(123) 사이에는 절연막으로 이루어진 에치스타퍼(115)가 형성되어 있어 상기 액티브패턴(124)의 백 채널이 오염되는 것을 방지할 수 있어 소자의 신뢰성이 향상되게 된다.
이때, 전단 게이트라인(116')의 일부는 제 2 절연막(미도시)을 사이에 두고 그 상부의 화소전극(118a)의 일부와 중첩되어 스토리지 커패시터(storage capacitor)(Cst)를 형성하게 된다. 상기 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터에 인가된 전압을 다음 신호가 들어올 때까지 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 즉, 상기 어레이 기판(110)의 화소전극(118a)은 컬러필터 기판의 공통전극과 함께 액정 커패시터를 이루는데, 일반적으로 상기 액정 커패시터에 인가된 전압은 다음 신호가 들어올 때까지 유지되지 못하고 누설되어 사라진다. 따라서, 인가된 전압을 유지하기 위해서는 스토리지 커패시터(Cst)를 액정 커패시터에 연결해서 사용해야 한다.
이러한 스토리지 커패시터(Cst)는 신호 유지 이외에도 계조(gray scale) 표시의 안정과 플리커(flicker) 및 잔상(afterimage) 감소 등의 효과를 가진다.
여기서, 전술한 바와 같이 상기 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 하프-톤 마스크를 이용한 한번의 마스크공정으로 상기 게이트전극(121)과 액티브패턴(124)을 동시에 형성하며, 백 채널을 보호하기 위한 에치스타퍼(115)를 형성하는데 추가적인 마스크공정이 필요 없게 되어 총 5번의 마스크공정을 통해 반사투과형 어레이 기판(110)을 제작할 수 있게 되는데, 이를 다음의 액정표시장치의 제조방법을 통해 상세히 설명한다.
도 4a 내지 도 4e는 도 3에 도시된 어레이 기판의 IIIa-IIIa'선과 IIIb-IIIb선과 IIIc-IIIc선 및 IIId-IIId선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 좌측에는 데이터라인부를 포함하는 화소부의 어레이 기판을 제조하는 공정을 나타내며 우측에는 차례대로 데이터패드부 및 게이트패드부의 어레이 기판을 제조하는 공정을 나타내고 있다.
또한, 도 5a 내지 도 5e는 도 3에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.
도 4a 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(110)의 화소부에 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116') 및 액티브패턴(124)을 형성하며, 상기 어레이 기판(110)의 게이트패드부에 게이트패드라인(116p)을 형성한다.
이때, 상기 도면부호 116'은 해당화소에 대한 전단의 게이트라인을 의미하며, 해당화소의 게이트라인(116)과 상기 전단 게이트라인(116')은 동일한 방식으로 형성된다.
이때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상기 액티브패턴(124)은 제 1 절연막(115a)을 사이에 두고 상기 게이트전극(121) 상부에 아일랜드 형태로 형성되며, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116')과 게이트패드라인(116p) 및 액티브패턴(124)은 하프-톤 마스크를 이용한 한번의 마스크공정(제 1 마스크공정)으로 동시에 형성하게 되는데, 이하 도면을 참조하여 상기 제 1 마스크공정을 상세히 설명한다.
도 6a 내지 도 6f는 도 4a 및 도 5a에 도시된 제 1 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(110) 전면에 차례대로 제 1 도전막(130)과 제 1 절연막(115a) 및 비정질 실리콘 박막(120)을 증착한다.
여기서, 상기 제 1 도전막(130)으로 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막(130)은 상기 저저항 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.
그리고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 포토레지스트와 같은 감광성물질로 이루어진 제 1 감광막(170)을 형성한 후, 본 발명의 제 1 하프-톤 마스크(180)를 통해 상기 제 1 감광막(170)에 선택적으로 광을 조사한다.
이때, 본 실시예에 사용한 제 1 하프-톤 마스크(180)에는 조사된 광을 모두 투과시키는 제 1 투과영역(I)과 광의 일부만 투과시키고 일부는 차단하는 제 2 투과영역(II) 및 조사된 모든 광을 차단하는 차단영역(III)이 마련되어 있으며, 상기 제 1 하프-톤 마스크(180)를 투과한 광만이 상기 제 1 감광막(170)에 조사되게 된다.
이어서, 상기 제 1 하프-톤 마스크(180)를 통해 노광된 제 1 감광막(170)을 현상하고 나면, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역(III)과 제 2 투과영역(II)을 통해 광이 모두 차단되거나 일부만 차단된 영역에는 소정 두께의 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 4 감광막패턴(170d)이 남아있게 되고, 모든 광이 투과된 제 1 투과영역(I)에는 상기 제 1 감광막이 완전히 제거되어 상기 비정질 실리콘 박막(120) 표면이 노출되게 된다.
이때, 상기 차단영역(III)에 형성된 제 1 감광막패턴(170a)은 제 2 투과영역(II)을 통해 형성된 제 2 감광막패턴(170b) 내지 제 4 감광막패턴(170d)보다 두껍게 형성된다. 또한, 상기 제 1 투과영역(I)을 통해 광이 모두 투과된 영역에는 제 1 감광막이 완전히 제거되는데, 이것은 포지티브 포토레지스트를 사용했기 때문이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 네거티브 포토레지스트를 사용하여도 무방하다.
다음으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 4 감광막패턴(170d)을 마스크로 하여, 그 하부에 형성된 제 1 도전막과 제 1 절연막 및 비정질 실리콘 박막을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 제 1 도전막으로 이루어진 게이트전극(121)과 게이트라인(116')이 형성되며, 상기 어레이 기판(110)의 게이트패드부에 상기 제 1 도전막으로 이루어진 게이트패드라인(116p)이 형성되게 된다.
이때, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116') 및 게이트패드라인(116p) 상부에는 각각 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116') 및 게이트패드라인(116p)과 동일한 형태로 패터닝된 제 1 비정질 실리콘 박막패턴(120')과 제 2 비정질 실리콘 박막패턴(120") 및 제 3 비정질 실리콘 박막패턴(120'")이 남아있게 된다.
이후, 상기 제 1 감광막패턴(170a) 내지 제 4 감광막패턴(170d)의 일부를 제거하는 애싱공정을 진행하게 되면, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 투과영역(II)의 제 2 감광막패턴 내지 제 4 감광막패턴이 완전히 제거되어 상기 제 1 비정질 실리콘 박막패턴(120')의 일부와 상기 제 2 비정질 실리콘 박막패턴(120")과 제 3 비정질 실리콘 박막패턴(120'") 표면이 노출되게 된다.
이때, 상기 제 1 감광막패턴은 상기 제 2 감광막패턴 내지 제 4 감광막패턴의 두께만큼이 제거된 제 5 감광막패턴(170a')으로 상기 차단영역(III)에 대응하는 액티브패턴영역에만 남아있게 된다.
이후, 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 남아있는 제 5 감광막패턴(170a')을 마스크로 하여 상기 제 1 절연막과 제 1 비정질 실리콘 박막패턴의 일부를 제거하여 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴(124)을 형성한다. 이때, 상기 남아있는 제 2 비정질 실리콘 박막패턴과 제 3 비정질 실리콘 박막패턴은 완전히 제거되어 상기 게이트라인(116')과 게이트패드라인(116p) 표면이 노출되게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 게이트전극(121)과 게이트라인(116')과 게이트패드라인(116p) 및 액티브패턴(124)은 하프-톤 마스크를 이용함으로써 한번의 마스크공정을 통해 형성할 수 있게 된다. 그 결과 박막 트랜지스터의 제조에 사용되는 마스크수를 줄여 제조공정 및 비용이 절감되며 수율이 향상되는 효과를 제 공하게 된다.
또한, 상기 액티브패턴(124)은 상기 게이트전극(124) 상부에 아일랜드 형태로 형성됨에 따라 박막 트랜지스터의 오프전류가 감소되는 이점을 제공한다.
다음으로, 도 4b 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116')과 게이트패드라인(116p) 및 액티브패턴(124)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 2 절연막(115b)을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 이용하여 상기 제 2 절연막(115b)의 일부영역을 제거함으로써 상기 액티브패턴(124)의 소오스영역과 드레인영역을 노출시키는 제 1 콘택홀(140a)과 제 2 콘택홀(140b)을 형성하며, 상기 게이트패드라인(116p)의 일부를 노출시키는 오픈홀(140c)을 형성한다.
이때, 상기 액티브패턴(124)의 백 채널영역, 즉 상기 소오스영역과 드레인영역 사이에 위치하는 상기 제 2 절연막(115b)은 제거되지 않고 남아 본 발명의 에치스타퍼(115)를 형성하게 된다.
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치는 상기 에치스타퍼(115)를 형성하여 상기 액티브패턴(124)의 백 채널이 노출되지 않게 보호함으로써 상기 액티브패턴(124)의 두께를 상대적으로 얇게 할 수 있으며, 상기 액티브패턴(124)의 백 채널이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다. 그 결과 상기 제 1 절연막(115a)의 두께를 얇게 할 수 있어 실질적으로 박막 트랜지스터의 구동전압과 문턱전압이 낮아지는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 도 4c 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 n+ 비정질 실리콘 박막과 제 2 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 상기 n+ 비정질 실리콘 박막과 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 제 1 콘택홀을 통해 상기 소오스영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극(122)을 형성하며, 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인영역과 전기적으로 접속하는 드레인전극(123)을 형성한다.
이때, 상기 액티브패턴(124) 위에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며, 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 동일한 형태로 패터닝되어 그 하부의 액티브패턴(124)의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극(122, 123)을 오믹-콘택시키는 오믹-콘택층(125)이 형성되게 된다.
또한, 상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 데이터패드부의 어레이 기판(110)에는 상기 제 2 도전막으로 이루어진 데이터패드라인(117p)이 형성되며, 상기 화소부의 소오스전극(122)의 일부는 일방향으로 연장되어 데이터라인(117)의 일부를 구성하게 된다.
이때, 상기 데이터라인(117) 및 데이터패드라인(117p)의 하부에는 각각 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 데이터라인(117) 및 데이터패드라인(117p)과 동일한 형태로 패터닝된 제 1 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125') 및 제 2 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125")이 형성되어 있다.
여기서, 상기 본 발명의 실시예에 따른 데이터라인(117)은 그 하부에 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴의 테일이 존재하지 않아 상기 액티브패턴의 테일에 의한 상기 데이터라인(117)의 신호간섭이 없게 된다. 참고로, 상기 액티브 패턴의 테일은 회절마스크를 이용하여 액티브패턴과 소오스/드레인전극 및 데이터라인을 한번의 마스크공정으로 형성하는 과정에서 상기 데이터라인의 하부에 형성되게 되며, 상기 데이터라인의 폭보다 넓은 폭을 가지게 됨에 따라 상기 데이터라인의 신호간섭 및 개구율의 저하를 유발하게 된다.
상기 제 2 도전막은 소오스/드레인전극(122, 123)과 데이터라인(117) 및 데이터패드라인(117p)을 구성하기 위해 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질로 이루어질 수 있다
이후, 도 4d 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 제 3 절연막(115c)을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 이용하여 상기 제 3 절연막(115c)을 선택적으로 제거함으로써 화소영역과 패드부를 오픈시킨다. 이때, 상기 제 3 절연막(115c)은 반사부에 올록볼록한 요철을 형성하기 위해 포토 아크릴과 같은 유기막으로 형성할 수 있으며, 상기 요철은 반사부의 반사율을 증가시키는 역할을 한다.
즉, 상기 제 4 마스크공정을 통해 상기 제 3 절연막(115c)의 일부가 제거되어 상기 화소부의 화소영역이 오픈(open)되는 동시에 각각 상기 데이터패드라인(117p) 및 게이트패드라인(116p)의 일부를 노출시키는 데이터패드부 콘택홀(140d) 및 게이트패드부 콘택홀(140e)이 형성되게 된다.
다음으로, 도 4e 및 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 제 3 도전막과 제 4 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 5 마스크공정) 을 이용하여 상기 제 3 도전막과 제 4 도전막을 선택적으로 제거함으로써 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 제 3 도전막으로 이루어진 화소전극(118a)과 상기 제 4 도전막으로 이루어진 반사전극(118a)을 형성한다.
또한, 상기 제 5 마스크공정을 통해 상기 어레이 기판(110)의 데이터패드부 및 게이트패드부에는 상기 제 3 도전막으로 이루어지며 각각 상기 데이터패드부 콘택홀 및 게이트패드부 콘택홀을 통해 상기 데이터패드라인(117p) 및 게이트패드라인(116p)과 전기적으로 접속하는 데이터패드전극(127p) 및 게이트패드전극(126p)이 형성되게 된다.
이때, 상기 데이터패드전극(127p) 및 게이트패드전극(126p)의 상부에는 상기 제 4 도전막으로 이루어지며 각각 상기 데이터패드전극(127p) 및 게이트패드전극(126p)과 동일한 형태로 패터닝된 데이터패드전극패턴(127p') 및 게이트패드전극패턴(126p')이 형성되게 된다.
이와 같이 상기 화소전극(118a)과 반사전극(118b) 및 패드부전극(126p, 127p)은 본 발명의 하프-톤 마스크를 이용한 한번의 마스크공정(제 5 마스크공정)으로 동시에 형성하게 되는데, 이하 도면을 참조하여 상기 제 5 마스크공정을 상세히 설명한다.
도 7a 내지 도 7f는 도 4e 및 도 5e에 도시된 제 5 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 절연막(115c)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 차례대로 제 3 도전막(150)과 제 4 도전막(160)을 형성한다.
이때, 상기 제 3 도전막(150)은 화소전극과 데이터패드전극 및 게이트패드전극을 구성하기 위해 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질을 포함한다.
또한, 상기 제 4 도전막(160)은 반사전극을 구성하기 위해 알루미늄과 같은 반사율이 뛰어난 도전물질로 이루어질 수 있다.
그리고, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 포토레지스트와 같은 감광성물질로 이루어진 제 2 감광막(270)을 형성한 후, 본 발명의 제 2 하프-톤 마스크(280)를 통해 상기 제 2 감광막(270)에 선택적으로 광을 조사한다.
이때, 본 실시예에 사용한 제 2 하프-톤 마스크(280)에는 조사된 광을 모두 투과시키는 제 1 투과영역(I)과 광의 일부만 투과시키고 일부는 차단하는 제 2 투과영역(II) 및 조사된 모든 광을 차단하는 차단영역(III)이 마련되어 있으며, 상기 제 2 하프-톤 마스크(280)를 투과한 광만이 상기 제 2 감광막(270)에 조사되게 된다.
이어서, 상기 제 2 하프-톤 마스크(280)를 통해 노광된 제 2 감광막(270)을 현상하고 나면, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역(III)과 제 2 투과영역(II)을 통해 광이 모두 차단되거나 일부만 차단된 영역에는 소정 두께의 제 1 감광막패턴(270a) 내지 제 4 감광막패턴(270d)이 남아있게 되고, 모든 광이 투과된 제 1 투과영역(I)에는 상기 제 2 감광막이 완전히 제거되어 상기 제 4 도전막(160) 표면이 노출되게 된다.
이때, 상기 차단영역(III)에 형성된 제 1 감광막패턴(270a) 내지 제 3 감광막패턴(270c)은 제 2 투과영역(II)을 통해 형성된 제 4 감광막패턴(270d)보다 두껍게 형성된다. 또한, 상기 제 1 투과영역(I)을 통해 광이 모두 투과된 영역에는 제 2 감광막이 완전히 제거되는데, 이것은 포지티브 포토레지스트를 사용했기 때문이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 네거티브 포토레지스트를 사용하여도 무방하다.
또한, 본 발명의 제 1 실시예는 데이터패드전극이 형성될 데이터패드전극영역과 게이트패드전극이 형성될 게이트패드전극영역에 상기 제 2 하프-톤 마스크의 차단영역(III)을 적용한 경우를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 상기 데이터패드전극영역과 게이트패드전극영역에 상기 제 2 하프-톤 마스크의 제 2 투과영역(II)을 적용하는 경우에도 적용될 수 있다.
다음으로, 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 제 1 감광막패턴(270a) 내지 제 4 감광막패턴(270d)을 마스크로 하여, 그 하부에 형성된 제 3 도전막과 제 4 도전막을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 제 3 도전막으로 이루어진 화소전극(118a)이 형성되며, 상기 어레이 기판(110)의 데이터패드부 및 게이트패드부에 각각 상기 제 3 도전막으로 이루어진 데이터패드전극(127p) 및 게이트패드전극(126p)이 형성되게 된다.
이때, 상기 화소전극(118a)과 데이터패드전극(127p) 및 게이트패드전 극(126p) 상부에는 상기 제 4 도전막으로 이루어지며 각각 상기 화소전극(118a)과 데이터패드전극(127p) 및 게이트패드전극(126p)과 동일한 형태로 패터닝된 제 4 도전막패턴(160')과 데이터패드전극패턴(127p') 및 게이트패드전극패턴(126p')이 남아있게 된다.
이후, 상기 제 1 감광막패턴(270a) 내지 제 4 감광막패턴(270d)의 일부를 제거하는 애싱공정을 진행하게 되면, 도 7e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 투과영역(II)의 제 4 감광막패턴이 완전히 제거되어 상기 제 4 도전막패턴(160')의 표면 일부가 노출되게 된다.
이때, 상기 제 1 감광막패턴 내지 제 3 감광막패턴은 상기 제 4 감광막패턴의 두께만큼이 제거된 제 5 감광막패턴(270a') 내지 제 7 감광막패턴(270c')으로 상기 차단영역(III)에 대응하는 반사전극영역과 상기 데이터패드전극패턴(127p') 및 게이트패드전극패턴(126p') 상부에만 남아있게 된다.
이후, 도 7f에 도시된 바와 같이, 상기 남아있는 제 5 감광막패턴(270a') 내지 제 7 감광막패턴(270c')을 마스크로 하여 상기 제 4 도전막패턴의 일부를 제거하여 상기 제 4 도전막으로 이루어진 반사전극(118b)을 형성한다.
이때, 상기 화소전극(118)의 일부는 상기 게이트라인(116')의 일부와 오버랩되도록 형성되어 그 하부의 제 2 절연막(115b)을 사이에 두고 상기 게이트라인(116')과 함께 스토리지 커패시터(Cst)를 형성하게 된다.
이와 같이 본 발명의 제 1 실시예는 하프-톤 마스크를 이용하여 게이트전극과 액티브패턴을 한번의 마스크공정으로 형성하고 화소전극과 반사전극 및 패드부 전극을 한번의 마스크공정을 통해 형성함으로써 에치스타퍼 구조를 채택하면서도 총 5번의 마스크공정으로 반사투과형 어레이 기판을 제작할 수 있다.
여기서, 상기 하프-톤 마스크를 이용하여 게이트전극과 액티브패턴을 한번의 마스크공정으로 형성하고 소오스/드레인전극과 화소전극 및 공통전극을 한번의 마스크공정으로 형성함에 따라 상기 에치스타퍼 구조를 채택하면서도 총 3번의 마스크공정으로 횡전계방식 어레이 기판을 제작할 수 있게 되는데, 이를 다음의 제 2 실시예를 통해 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 횡전계방식 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 어레이 기판에 화소전극과 공통전극이 모두 구성된 것을 제외하고는 상기 제 1 실시예의 어레이 기판과 동일한 구성요소로 이루어져 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 실시예의 어레이 기판(210)에는 상기 어레이 기판(210) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(216)과 데이터라인(217)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(216)과 데이터라인(217)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 액정(미도시)을 구동시키는 다수개의 화소전극(218)과 공통전극(208)이 형성되어 있다.
이때, 상기 어레이 기판(210)의 가장자리 영역에는 상기 게이트라인(216)과 데이터라인(217)에 각각 전기적으로 접속하는 게이트패드라인(216p)과 데이터패드라인(217p)이 형성되어 있으며, 외부의 구동회로부(미도시)로부터 인가 받은 주사 신호와 데이터신호를 각각 상기 게이트라인(216)과 데이터라인(217)에 전달하게 된다.
참고로, 도면부호 240p는 상기 게이트패드라인(216p)의 일부를 외부로 노출시키는 게이트패드부 오픈홀을 나타낸다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트라인(216)에 연결된 게이트전극(221), 데이터라인(217)에 연결된 소오스전극(222) 및 화소전극라인(218l)을 통해 화소전극(218)에 연결된 드레인전극(223)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(221)에 공급되는 게이트 전압에 의해 상기 소오스전극(222)과 드레인전극(223) 간에 전도채널을 형성하는 액티브패턴(224)을 포함한다.
이때, 상기 소오스전극(222)의 일부는 일방향으로 연장되어 상기 데이터라인(217)의 일부를 구성하며, 상기 드레인전극(223)의 일부는 화소영역으로 연장되어 상기 화소전극라인(218l)을 구성하게 된다.
또한, 전술한 바와 같이 상기 화소영역 내에는 횡전계를 발생시키기 위한 다수개의 공통전극(208)과 화소전극(218)이 교대로 배치되어 있다. 이때, 도면에는 상기 공통전극(208)과 화소전극(218)이 상기 데이터라인(217)과 실질적으로 평행한 방향으로 배열된 경우를 예를 들어 나타내고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 화소전극(218)은 상기 화소전극라인(218l)과 전기적으로 접속하게 되며, 상기 공통전극(208)은 상기 게이트라인(216)과 실질적으로 평행하게 배열된 공통라인(208l)과 제 3 콘택홀(240c)을 통해 전기적으로 접속되게 된다.
그리고, 상기 화소전극라인(218l)은 그 일부가 제 2 절연막(미도시)을 사이에 두고 상기 게이트라인(216)의 일부와 중첩하여 스토리지 커패시터(Cst)를 형성하게 된다.
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상기 액티브패턴(224)은 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며, 상기 게이트전극(221) 상부에 제 1 절연막(미도시)이 개재된 상태에서 아일랜드 형태로 형성됨으로써 박막 트랜지스터의 오프전류를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 게이트전극(221)과 액티브패턴(224)은 상기 제 1 실시예의 경우와 동일하게 하프-톤 마스크를 이용하여 한번의 마스크공정으로 형성함으로써 어레이 기판(210)을 제조하는데 있어 한번의 마스크수를 줄일 수 있게 된다.
또한, 상기 액티브패턴(224)의 백 채널이 노출되는 상기 소오스전극(222)과 드레인전극(223) 사이에는 절연막으로 이루어진 에치스타퍼(215)가 형성되어 있어 상기 액티브패턴(224)의 백 채널이 오염되는 것을 방지할 수 있어 소자의 신뢰성이 향상되게 된다.
이와 같이 구성된 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 액정표시장치는 하프-톤 마스크를 이용한 한번의 마스크공정으로 상기 게이트전극(221)과 액티브패턴(224)을 동시에 형성하고 상기 소오스/드레인전극(222, 223)과 공통전극(208) 및 화소전극(218)을 동시에 형성하며, 백 채널을 보호하기 위한 에치스타퍼(215)를 형성하는데 추가적인 마스크공정이 필요 없게 되어 총 3번의 마스크공정을 통해 횡전계방식의 어레이 기판(210)을 제작할 수 있게 되는데, 이를 다음의 액정표시장치의 제조방법을 통해 상세히 설명한다.
도 9a 내지 도 9c는 도 8에 도시된 어레이 기판의 VIIIa-VIIIa'선과 VIIIb-VIIIb선과 VIIIc-VIIIc선 및 VIIId-VIIId선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 좌측에는 데이터라인부를 포함하는 화소부의 어레이 기판을 제조하는 공정을 나타내며 우측에는 차례대로 데이터패드부 및 게이트패드부의 어레이 기판을 제조하는 공정을 나타내고 있다.
또한, 도 10a 내지 도 10c는 도 8에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.
도 9a 및 도 10a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(210)의 화소부에 게이트전극(221)과 게이트라인(216)과 공통라인(208l) 및 액티브패턴(224)을 형성하며, 상기 어레이 기판(210)의 게이트패드부에 게이트패드라인(216p)을 형성한다.
이때, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 상기 액티브패턴(224)은 제 1 절연막(215a)을 사이에 두고 상기 게이트전극(221) 상부에 아일랜드 형태로 형성되며, 상기 제 1 실시예의 경우와 동일하게 상기 게이트전극(221)과 게이트라인(216)과 공통라인(208l)과 게이트패드라인(216p) 및 액티브패턴(224)은 하프-톤 마스크를 이용한 한번의 마스크공정(제 1 마스크공정)으로 동시에 형성하게 된다.
다음으로, 도 9b 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(221)과 게이트라인(216)과 공통라인(208l)과 게이트패드라인(216p) 및 액티브패턴(224)이 형성된 어레이 기판(210) 전면에 제 2 절연막(215b)을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 이용하여 상기 제 2 절연막(215b)의 일부영역을 제거함으로 써 상기 액티브패턴(224)의 소오스영역과 드레인영역을 노출시키는 제 1 콘택홀(240a)과 제 2 콘택홀(240b)을 형성한다.
또한, 상기 제 2 마스크공정을 통해 상기 제 2 절연막(215b)의 일부영역을 제거하여 상기 공통라인(208l)의 일부를 노출시키는 제 3 콘택홀(240c)을 형성하며, 상기 게이트패드라인(216p)의 일부를 노출시키는 오픈홀(240p)을 형성한다.
이때, 상기 액티브패턴(224)의 백 채널영역, 즉 상기 소오스영역과 드레인영역 사이에 위치하는 상기 제 2 절연막(215b)은 제거되지 않고 남아 본 발명의 에치스타퍼(215)를 형성하게 된다.
그리고, 도 9c 및 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(210) 전면에 n+ 비정질 실리콘 박막과 제 2 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 상기 n+ 비정질 실리콘 박막과 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 제 1 콘택홀을 통해 상기 소오스영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극(222)을 형성하며, 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인영역과 전기적으로 접속하는 드레인전극(223)을 형성한다.
이때, 상기 액티브패턴(224) 위에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며, 상기 소오스/드레인전극(222, 223)과 동일한 형태로 패터닝되어 그 하부의 액티브패턴(224)의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극(222, 223)을 오믹-콘택시키는 오믹-콘택층(225)이 형성되게 된다.
또한, 상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 데이터패드부의 어레이 기판(210)에는 상기 제 2 도전막으로 이루어진 데이터패드라인(217p)이 형성되며, 상기 화소 부의 소오스전극(222)의 일부는 일방향으로 연장되어 데이터라인(217)의 일부를 구성하게 된다.
이때, 상기 화소영역 내에는 상기 제 2 도전막으로 이루어지며 교대로 배치되어 횡전계를 발생시키는 다수개의 공통전극(208)과 화소전극(218)이 형성되게 된다.
상기 화소전극(218)은 상기 화소전극라인(218l)에 연결되어 상기 드레인전극(223)과 전기적으로 접속되게 되며, 상기 공통전극(208)은 상기 제 3 콘택홀(240c)을 통해 상기 공통라인(208l)과 전기적으로 접속되게 된다.
그리고, 상기 화소전극라인(218l)은 그 일부가 상기 제 2 절연막(215b)을 사이에 두고 상기 게이트라인(216)의 일부와 중첩하여 스토리지 커패시터(Cst)를 형성하게 된다.
참고로, 도면부호 225'은 상기 공통전극(208)과 화소전극(218)과 화소전극라인(218l)과 데이터라인(217) 및 데이터패드라인(217p) 하부에 형성되며 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 n+ 비정질 실리콘 박막패턴을 나타낸다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예의 어레이 기판은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트에 의해 컬러필터 기판과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 컬러필터 기판에는 상기 박막 트랜지스터와 게이트라인 및 데이터라인으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스와 적, 녹 및 청색의 컬러를 구현하기 위한 컬러필터가 형성되어 있다.
이때, 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판의 합착은 상기 컬러필터 기판 또는 어레이 기판에 형성된 합착키를 통해 이루어진다.
이때, 상기 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예는 액티브패턴으로 비정질 실리콘 박막을 이용한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 상기 액티브패턴으로 다결정 실리콘 박막을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에도 적용된다.
또한, 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes; OLED)가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.
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 액정표시장치 및 그 제조방법은 박막 트랜지스터 제조에 사용되는 마스크수를 줄여 제조공정 및 비용을 절감시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은 액티브패턴의 테일이 존재하지 않아 데이터라인의 신호간섭이 없으며 상기 액티브패턴의 테일 폭만큼 개구율이 증가하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은 에치스타퍼 구조를 채택함으로써 액티브패턴의 두께를 얇게 할 수 있으며, 상기 액티브패턴의 백 채널의 오염을 방지함으로써 소자의 신뢰성이 향상되는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은 웨이브 노이즈가 발생하지 않아 고화질의 액정표시장치를 제작 할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (32)

  1. 화소부와 제 1 패드부 및 제 2 패드부로 구분되는 제 1 기판을 제공하는 단계;
    제 1 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 화소부에 게이트전극과 게이트라인을 형성하며, 상기 게이트전극 상부에 제 1 절연막이 개재된 상태에서 아일랜드 형태의 액티브패턴을 형성하는 단계;
    제 2 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판 위에 제 2 절연막을 형성하는 단계;
    상기 제 2 마스크공정을 통해 상기 제 2 절연막의 일부영역을 제거하여 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역을 노출시키는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 형성하며, 상기 액티브패턴의 채널영역 상부에 상기 제 2 절연막으로 이루어진 에치스타퍼를 형성하는 단계;
    제 3 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 화소부에 상기 제 1 콘택홀을 통해 상기 액티브패턴의 소오스영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극을 형성하며, 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 액티브패턴의 드레인영역과 전기적으로 접속하는 드레인전극을 형성하는 단계;
    상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 제 1 패드부에 게이트패드라인을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 마스크공정을 통해 상기 제 2 절연막의 일부영역을 제거하여 상기 게이트패드라인의 일부를 노출시키는 오픈홀을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 제 2 패드부에 데이터패드라인을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 마스크공정을 통해 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 액티브패턴의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극을 오믹-콘택시키는 오믹-콘택층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 제 4 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판 위에 제 3 절연막을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방 법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 4 마스크공정을 통해 상기 제 3 절연막의 일부영역을 제거하여 상기 화소영역을 노출시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 4 마스크공정을 통해 상기 제 3 절연막의 일부영역을 제거하여 상기 데이터패드라인 및 게이트패드라인의 일부를 노출시키는 데이터패드부 콘택홀 및 게이트패드부 콘택홀을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 3 절연막은 포토아크릴과 같은 유기절연막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 제 5 마스크공정을 통해 상기 화소부의 반사영역에 반사전극을 형성하며, 상기 화소부의 투과영역에 화소전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 5 마스크공정을 이용하여 상기 데이터패드부 콘택홀 및 게이트패드부 콘택홀을 통해 상기 데이터패드라인 및 게이트패드라인과 전 기적으로 접속하는 데이터패드전극 및 게이트패드전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 화소영역에 교대로 배치되어 횡전계를 발생시키는 다수개의 화소전극과 공통전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 화소부에 공통라인을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 마스크공정을 통해 상기 제 2 절연막의 일부영역을 제거하여 상기 공통라인의 일부를 노출시키는 제 3 콘택홀을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 공통전극은 상기 제 3 콘택홀을 통해 상기 공통라인과 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 드레인전극의 일부가 일방향으로 연장되어 상기 제 2 절연막을 사이에 두고 상기 게이트라인의 일부와 중첩하여 스토리지 커패시터를 구성하는 스토리지전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  17. 화소부와 제 1 패드부 및 제 2 패드부로 구분되는 제 1 기판;
    상기 제 1 기판의 화소부에 형성된 게이트전극과 게이트라인;
    상기 게이트전극 상부에 제 1 절연막이 개재된 상태에서 형성되며, 상기 게이트전극보다 폭이 줄어든 아일랜드 형태를 가진 액티브패턴;
    상기 제 1 기판 위에 형성되며, 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역을 노출시키는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 포함하는 제 2 절연막;
    상기 액티브패턴의 채널영역 상부에 형성되며, 상기 제 2 절연막으로 이루어진 에치스타퍼;
    상기 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 통해 각각 상기 액티브패턴의 소오스영역 및 드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극 및 드레인전극;
    상기 제 1 기판의 화소부에 형성되며, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인; 및
    상기 제 1 기판과 대향하여 합착하는 제 2 기판을 포함하는 액정표시장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 게이트전극을 구성하는 제 1 도전막으로 형성되며, 상기 제 1 기판의 제 1 패드부에 형성된 게이트패드라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 절연막의 일부영역이 제거되어 상기 게이트패드라인의 일부를 노출시키는 오픈홀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 소오스전극과 드레인전극을 구성하는 제 2 도전막으로 형성되며, 상기 제 1 기판의 제 2 패드부에 형성된 데이터패드라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  21. 제 17 항에 있어서, n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 액티브패턴의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극을 오믹-콘택시키는 오믹-콘택층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에 형성된 제 3 절연막을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 3 절연막은 그 일부영역이 제거되어 상기 화소영역을 노출시키는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 제 3 절연막의 일부영역이 제거되어 상기 데이터패드라인 및 게이트패드라인의 일부를 노출시키는 데이터패드부 콘택홀 및 게이트패 드부 콘택홀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 제 3 절연막은 포토아크릴과 같은 유기절연막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 화소부의 반사영역에 형성된 반사전극 및 상기 화소부의 투과영역에 형성된 화소전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 데이터패드부 콘택홀 및 게이트패드부 콘택홀을 통해 각각 상기 데이터패드라인 및 게이트패드라인과 전기적으로 접속하는 데이터패드전극 및 게이트패드전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  28. 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 기판의 화소영역에 교대로 배치되어 횡전계를 발생시키는 다수개의 화소전극과 공통전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 제 1 기판의 화소부에 형성된 공통라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 제 2 절연막의 일부영역이 제거되어 상기 공통라인의 일부를 노출시키는 제 3 콘택홀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 공통전극은 상기 제 3 콘택홀을 통해 상기 공통라인과 전기적으로 접속하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  32. 제 26 항에 있어서, 상기 드레인전극의 일부가 일방향으로 연장되어 상기 제 2 절연막을 사이에 두고 상기 게이트라인의 일부와 중첩하여 스토리지 커패시터를 구성하는 스토리지전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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