KR101294691B1 - Array substrate for liquid crystal display device and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화소영역의 정의된 기판 상에 일방향으로 연장하는 이중층 구조의 게이트 배선과, 상기 게이트 배선에서 분기한 게이트 전극과; 상기 기판상의 화소영역에 형성된 화소전극과; 상기 게이트 배선 및 게이트 전극과 상기 화소전극 위로 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 상부로 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하며 형성된 데이터 배선과; 상기 게이트 전극 상부에서 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극과; 상기 소스 및 드레인 전극 각각의 상부에 형성된 오믹콘택층과; 상기 오믹콘택층 상부와, 상기 소스 및 드레인 전극의 이격영역에 형성된 액티브층과; 상기 액티브층 위로 전면에 상기 드레인 전극 상부의 오믹콘택층과 상기 화소전극 일부를 동시에 노출시키는 콘택홀을 갖는 보호층과; 상기 콘택홀 내부에 상기 드레인 전극과 상기 화소전극을 전기적으로 연결시키며 형성된 메탈패턴을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a gate wiring having a double layer structure extending in one direction on a defined substrate of a pixel region, and a gate electrode branched from the gate wiring; A pixel electrode formed in the pixel region on the substrate; A gate insulating film formed over the gate wiring and the gate electrode and the pixel electrode; A data line formed over the gate insulating layer to define the pixel area crossing the gate line; Source and drain electrodes spaced apart from each other on the gate electrode; An ohmic contact layer formed on each of the source and drain electrodes; An active layer formed over the ohmic contact layer and spaced apart from the source and drain electrodes; A protective layer having a contact hole for simultaneously exposing an ohmic contact layer on the drain electrode and a portion of the pixel electrode over the active layer; An array substrate for a liquid crystal display device including a metal pattern formed by electrically connecting the drain electrode and the pixel electrode in the contact hole and a manufacturing method thereof are provided.
마스크 절감, 어레이 기판, 4마스크, 웨이비 노이즈,공정단순화 Mask reduction, array board, 4 masks, wave noise, process simplicity
Description
도 1은 일반적인 액정표시장치의 분해사시도.1 is an exploded perspective view of a general liquid crystal display device.
도 2는 종래의 5마스크 공정에 의해 제조된 액정표시장치의 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도. 2 is a cross-sectional view of one pixel area including a thin film transistor of an array substrate of a liquid crystal display device manufactured by a conventional five mask process.
도 3은 종래의 4마스크 공정에 의해 제조된 액정표시장치용 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도.3 is a cross-sectional view of one pixel region including a thin film transistor of an array substrate for a liquid crystal display device manufactured by a conventional four mask process.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 제조 공정 단계(마스크 공정)별 평면도.4A to 4D are plan views of manufacturing process steps (mask processes) for one pixel region including a thin film transistor of an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention.
도 5a 내지 도 5h는 도 4a 내지 도 4d를 절단선 V-V를 따라 절단한 부분(스위칭 영역)에 대한 제조 공정 단면도.5A to 5H are cross-sectional views of the manufacturing process of the portion (switching region) cut along the cutting line V-V in FIGS. 4A to 4D.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art
201 : 기판 203a, 203b : 제 1, 2 투명 도전성 패턴201:
205a, 205b ; 제 1, 2 금속패턴 208 : 게이트 전극 205a, 205b; First and Second Metal Patterns 208: Gate Electrodes
210 : 게이트 배선 215 : 화소전극210: gate wiring 215: pixel electrode
220 : 게이트 절연막 225 : 소스 전극 220: gate insulating film 225: source electrode
227 : 드레인 전극 230a, 230b : 오믹콘택층 227:
250 : 액티브층 255 : 보호층 250: active layer 255: protective layer
257 : 콘택홀 263 : 메탈패턴257
P : 화소영역 Tr : 박막트랜지스터P: Pixel Area Tr: Thin Film Transistor
TrA :스위칭 영역TrA: Switching Area
본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device.
최근에 액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술 집약적이며, 부가가치가 높은 차세대 첨단 디스플레이(display)소자로 각광받고 있다. Recently, liquid crystal displays have been spotlighted as next generation advanced display devices having low power consumption, good portability, high technology value, and high added value.
이러한 액정표시장치 중에서도 각 화소(pixel)별로 전압의 온(on),오프(off)를 조절할 수 있는 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 구비된 액티브 매트릭스형 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 뛰어나 가장 주목받고 있다.Of these liquid crystal display devices, an active matrix type liquid crystal display device having a thin film transistor, which is a switching device capable of controlling voltage on and off for each pixel, .
일반적으로, 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 어레이 기판 제조 공정과 컬러필터 및 공통 전극을 형성하는 컬러필터 기판 제조 공정을 통해 각각 어레이 기판 및 컬러필터 기판을 형성하고, 이들 두 기판 사이에 액정을 개재하는 셀 공정을 거쳐 완성된다. In general, an LCD device forms an array substrate and a color filter substrate through an array substrate manufacturing process for forming a thin film transistor and a pixel electrode, and a color filter substrate manufacturing process for forming a color filter and a common electrode, and between the two substrates. It completes through the cell process through liquid crystal in the process.
좀 더 자세히, 일반적인 액정표시장치의 분해사시도인 도 1을 참조하여 설명하면, 도시한 바와 같이, 액정층(30)을 사이에 두고 어레이 기판(10)과 컬러필터 기판(20)이 대면 합착된 구성을 갖는데, 이중 하부의 어레이 기판(10)은 투명한 기판(12)의 상면으로 종횡 교차 배열되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16)을 포함하며, 이들 두 배선(14, 16)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 구비되어 각 화소영역(P)에 마련된 화소전극(18)과 일대일 대응 접속되어 있다.In more detail, referring to FIG. 1, which is an exploded perspective view of a general liquid crystal display device, as illustrated, the
또한, 상기 어레이 기판과 마주보는 상부의 컬러필터 기판(20)은 투명기판(22)의 배면으로 상기 게이트 배선(14)과 데이터 배선(16) 그리고 박막트랜지스터(T) 등의 비표시영역을 가리도록 각 화소영역(P)을 테두리하는 격자 형상의 블랙매트릭스(25)가 형성되어 있으며, 이들 격자 내부에서 각 화소영역(P)에 대응되게 순차적으로 반복 배열된 적, 녹, 청색 컬러필터층(26)이 형성되어 있으며, 상기 블랙매트릭스(25)와 적, 녹 ,청색 컬러필터층(26)의 전면에 걸쳐 투명한 공통전극(28)이 구비되어 있다.In addition, the upper
그리고, 도면상에 도시되지는 않았지만, 이들 두 기판(10, 20)은 그 사이로 개재된 액정층(30)의 누설을 방지하기 위하여 가장자리 따라 실링제(sealant) 등으로 봉함(封函)된 상태에서 각 기판(10, 20)과 액정층(30)의 경계부분에는 액정의 분자배열 방향에 신뢰성을 부여하는 상, 하부 배향막이 개재되며, 각 기판(10, 20)의 적어도 하나의 외측면에는 편광판이 구비되어 있다. Although not shown in the drawings, these two
또한, 어레이 기판의 외측면으로는 백라이트(back-light)가 구비되어 빛을 공급하는 바, 게이트 배선(14)으로 박막트랜지스터(T)의 온(on)/오프(off) 신호가 순차적으로 스캔 인가되어 선택된 화소영역(P)의 화소전극(18)에 데이터배선(16)의 화상신호가 전달되면 이들 사이의 수직전계에 의해 그 사이의 액정분자가 구동되고, 이에 따른 빛의 투과율 변화로 여러 가지 화상을 표시할 수 있다.A back-light is provided on the outer surface of the array substrate to supply light. An on / off signal of the thin film transistor T is sequentially scanned by the
도 2는 전술한 액정표시장치의 어레이 기판 내의 하나의 화소영역을 박막트랜지스터를 포함하여 절단한 단면을 도시한 것이다. 2 is a cross-sectional view of one pixel region in the array substrate of the above-described liquid crystal display device including a thin film transistor.
도면에 나타나지 않았지만, 기판(59) 상에서 다수의 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(미도시)이 교차하여 정의되는 다수의 화소영역(P) 내에는 게이트 전극(60)이 형성되어 있으며, 상기 게이트 전극(60) 상부로 전면에 게이트 절연막(68)이 형성되어 있으며, 그 위에 순차적으로 섬형태의 액티브층(70a)과 오믹콘택층(70b)으로 구성된 반도체층(70)이 형성되어 있다. Although not shown in the drawing, a
상기 오믹 콘택층(70b) 위로는 소스 전극(76)과, 게이트 전극(60)을 중심으로 상기 소스 전극(76)으로부터 소정간격 이격하여 마주 대하고 있는 드레인 전극(78)이 형성되어 있다. 이때, 반도체층(70)을 하나의 마스크 공정을 통해 패터닝하고, 이후 금속층을 형성 후, 또 다른 마스크 공정을 통해 소스 및 드레인 전극(76, 78)을 형성함으로써 상기 소스 및 드레인 전극(76, 78)의 각 끝단부가 상기 반도체층(70)의 에지부를 충분히 가리도록 연장되어 형성되어 있는 것이 특징이다.A
또한, 상기 소스 및 드레인 전극(76, 78)과 노출된 액티브층(70a) 위로 전면에 상기 드레인 전극(78)을 노출시키는 드레인 콘택홀(80)을 포함하는 보호층(86) 이 형성되어 있으며, 상기 보호층(86) 상부에는 각 화소영역(P)별로 독립되며, 상기 드레인 콘택홀(80)을 통해 상기 드레인 전극(78)과 접촉하는 화소전극(88)이 형성되어 있다.In addition, a
이때, 전술한 액정표시장치용 어레이 기판의 배선 및 전극 패턴은 감광성 물질인 포토레지스트를 이용한 사진식각 공정에 의해 이루어진다. At this time, the wiring and the electrode pattern of the above-described array substrate for a liquid crystal display device are formed by a photo-etching process using a photoresist as a photosensitive material.
사진식각 공정에서는 금속물질층, 절연물질층 또는 반도체 물질층 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 일정패턴을 가지는 마스크를 배치하여 노광하는 단계와, 노광 처리된 포토레지스트층을 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 금속물질층, 절연물질층 또는 반도체 물질층을 식각하여 배선 및 전극, 콘택홀 또는 반도체층을 형성하는 공정을 거치게 된다. In the photolithography process, a photoresist is applied on a metal material layer, an insulating material layer or a semiconductor material layer, a mask having a predetermined pattern is disposed and exposed, a photoresist layer is developed by developing an exposed photoresist layer. And forming a wiring and an electrode, a contact hole or a semiconductor layer by etching the metal material layer, the insulating material layer or the semiconductor material layer using the photoresist pattern as a mask.
상기 사진식각 공정은 마스크 수에 따라 공정수가 결정되기 때문에, 이하 마스크 공정으로 칭하기로 한다. Since the number of processes is determined by the number of masks in the photolithography process, it will be referred to as a mask process.
전술한 단면 구조를 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정에 대해 설명하면, 기판(59) 상에 제 1 금속물질을 증착한 후, 제 1 마스크 공정에 의해 게이트 전극(60)과 게이트 배선(미도시)을 형성하고, 다음, 제 1 절연물질, 순수 비정질 실리콘(a-Si), 불순물 비정질 실리콘(n+ a-Si)을 연속적으로 증착한 후, 제 1 절연물질은 게이트 절연막(68)으로 이용하고, 순수 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층은 제 2 마스크 공정에 의해 게이트 전극(60)을 덮는 위치에 액티브층(70a), 오믹 콘택층(70b)으로 각각 형성하여 반도체층(70)을 구성한다.Referring to the manufacturing process of the array substrate for a liquid crystal display device having the above-described cross-sectional structure, after depositing a first metal material on the
다음, 제 2 금속물질을 증착한 후, 제 3 마스크 공정에 의해 데이터 배선(73)과 상기 반도체층(70) 상부에서 서로 일정간격 이격되는 소스 및 드레인 전극(76, 78)을 형성한다. 이 단계에서는, 소스 및 드레인 전극(76, 78)을 마스크로 하여, 이격된 구간의 오믹콘택층(70b)을 제거하고, 그 하부층인 액티브층(70a)을 노출시켜 채널을 형성한다. 상기 게이트 전극(60), 반도체층(70), 소스 및 드레인 전극(76, 78)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.Next, after the deposition of the second metal material, source and
다음, 제 2 절연물질을 증착한 후, 제 4 마스크 공정에 의해 드레인 전극(78)의 일부를 노출시키는 드레인 콘택홀(80)을 가지는 보호층(86)을 형성한 후, 상기 보호층(86) 위로 투명 도전성 물질을 증착하고, 제 5 마스크 공정에 의해 패터닝함으로써 화소전극(88)을 형성한다. Next, after the deposition of the second insulating material, a
이와 같이, 기존의 액정표시장치용 어레이 공정에서는 통상 5 마스크 공정에 의해 어레이 기판을 제작하고 있다. As described above, in the conventional array process for liquid crystal display devices, an array substrate is usually manufactured by a five mask process.
하지만, 마스크 공정에서는 증착, 노광, 현상, 식각 공정별로 장비들이 필요하고, 물리적, 화학적 공정이 반복됨에 따라 공정 비용이 높고, 공정 중 다른 소자에 손상을 줄 확률이 높으므로, 공정 효율이 떨어지는 단점이 있다. However, the mask process requires equipment for each deposition, exposure, development, and etching process, and the process cost is high due to repeated physical and chemical processes, and there is a high possibility of damaging other devices during the process, which lowers the process efficiency. There is this.
이러한 문제를 해결하고자 종래의 4마스크 공정에 의해 제조된 액정표시장치용 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역에 대한 단면도인 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(101)상에 게이트 전극(105) 및 게이트 배선(미도시)을 형성 후, 그 상부로 게이트 절연물질층과 비정질 실리콘 물질층과 불순물 비정질 물질층 그리고 금속물질층을 연속하여 형성하고 이를 회절노광을 이용하여 패터닝 함으로써 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)과, 소스 및 드레인 전극(130, 135)과 데이터 배선(127)을 하나의 마스크 공정에 의해 형성함으로써 총 4회의 마스크 공정을 통해 액정표시장치용 어레이 기판(101)을 제조하는 방법에 제안되었다.To solve this problem, as shown in FIG. 3, which is a cross-sectional view of one pixel region including a thin film transistor of an array substrate for a liquid crystal display device manufactured by a conventional four mask process, a gate electrode on a
하지만, 전술한 4마스크 공정에 의해 제조된 액정표시장치는 하나의 마스크 공정을 줄이기 위해 순수 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층과 금속층을 순차적으로 적층하고, 포토레지스트를 도포한 후, 회절노광을 통해, 소스 및 드레인 전극(130, 135)과 액티브층(120a)과 오믹콘택층(120b)으로 구성된 반도체층(120)을 하나의 마스크 공정에 의해 형성함으로써 원치 않는 구조, 즉, 상기 소스 및 드레인 전극(130, 135) 양끝단의 외측으로 연장하여, 상기 소스 및 드레인 전극(130, 135) 외부로 노출되는 채널을 형성하는 액티브층(120) 이외의 액티브층(121)을 노출시키는 구조를 형성함으로써, 상기 소스 및 드레인 전극(130, 135)의 끝단 외부로 노출된 액티브층(121)이, 이러한 구조를 갖는 어레이 기판(101)을 이용하여 완성된 액정표시장치(미도시)의 구동 시, 하부에 구비된 백라이트(미도시) 등으로부터 입사된 빛, 또는 외부로부터 들어온 빛에 의해 여기(excite)되어 박막트랜지스터의 스위칭 또는 데이터 신호를 입력하는 데이터 배선(127)에 영향을 미쳐 화면상에 얼룩을 유발시키는 웨이비 노이즈(wavy noise) 문제가 발생하게 된다. However, in order to reduce one mask process, the liquid crystal display manufactured by the above-described four mask process sequentially stacks a pure amorphous silicon layer, an impurity amorphous silicon layer, and a metal layer, applies a photoresist, and then performs diffraction exposure. The
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 4마스크 공정으로 진행함으로써 5마스크 공정 진행대비 비용 절감 및 제조 공정을 단순화하는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention aims to simplify the manufacturing process and cost reduction compared to the progress of the five mask process by proceeding to the four mask process.
또한, 소스 및 드레인 전극의 끝단 외부로 액티브층이 노출되지 않으며 더욱이 데이터 배선 하부에는 반도체 패턴이 형성되지 않도록 함으로써 광전류(photo current)에 의한 웨이비 노이즈(wavy noise)를 방지하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, the active layer is not exposed outside the ends of the source and drain electrodes, and furthermore, the semiconductor pattern is prevented from being formed under the data line, thereby preventing the wavy noise caused by the photo current. do.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법은 화소영역이 정의된 기판 상에 제 1 마스크 공정을 진행하여 일방향으로 연장하는 이중층 구조의 게이트 배선 및 게이트 전극과 상기 화소영역 내에 단일층의 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 게이트 전극과 화소전극 위로 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 제 2 마스크 공정을 진행하여 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선과, 상기 게이트 전극 상부에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하고, 동시에 상기 소스 및 드레인 전극 상부로 오믹콘택층을 형성하는 단계와; 상기 오믹콘택층 상부 및 상기 소스 및 드레인 전극의 이격영역에 제 3 마스크 공정을 진행하여 액티브층을 형성하는 단계와; 상기 액티브층 위로 전면에 제 4 마스 크 공정을 진행하여 상기 드레인 전극 상부의 오믹콘택층과 상기 화소전극을 동시에 노출시키는 콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 콘택홀을 갖는 보호층 위로 액상의 금속물질을 도포함으로써 메탈층을 형성하는 단계와; 상기 메탈층을 드라이 에칭함으로써 상기 콘택홀 내부에 상기 드레인 전극과 화소전극을 연결시키는 메탈패턴을 형성하는 단계를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device, wherein a gate layer and a gate electrode having a double layer structure extending in one direction by performing a first mask process on a substrate having a pixel region defined therein, and the pixel Forming a pixel electrode of a single layer in the region; Forming a gate insulating film over the gate wiring and over the gate electrode and the pixel electrode; A second mask process is performed on the gate insulating layer to form a data line defining the pixel region crossing the gate line, and source and drain electrodes spaced apart from each other on the gate electrode; Forming a ohmic contact layer; Forming an active layer by performing a third mask process on the ohmic contact layer and on an area between the source and drain electrodes; Performing a fourth mask process on the entire surface of the active layer to form a protective layer having a contact hole exposing the ohmic contact layer and the pixel electrode on the drain electrode at the same time; Forming a metal layer by applying a liquid metal material onto the protective layer having the contact hole; Dry etching the metal layer to form a metal pattern connecting the drain electrode and the pixel electrode to the inside of the contact hole.
이때, 상기 제 1 마스크 공정을 진행하여 이중층 구조의 게이트 배선 및 게이트 전극과 상기 화소영역 내에 화소전극을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 투명 도전성 물질 및 제 1 금속물질을 순차 증착하여 투명 도전성 물질층과 제 1 금속층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 금속층 상부로 제 1 두께의 제 1 포토레지스트 패턴과, 상기 제 1 두께보다 두꺼운 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1, 2 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 제 1 금속층과 투명 도전성 물질층을 식각하여 이중층 구조의 상기 게이트 배선 및 게이트 전극을 형성하고 상기 화소영역 내에 이중층 구조의 화소패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 2 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 제 1 금속층을 식각하는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다. In this case, the step of forming the pixel electrode in the gate wiring and the gate electrode of the double-layer structure and the pixel region by performing the first mask process, by sequentially depositing a transparent conductive material and a first metal material on the substrate transparent transparent material Forming a layer and a first metal layer; Forming a first photoresist pattern of a first thickness and a second photoresist pattern of a second thickness thicker than the first thickness above the first metal layer; Etching the first metal layer and the transparent conductive material layer exposed outside the first and second photoresist patterns to form the gate wiring and the gate electrode having a double layer structure, and forming a pixel pattern having a double layer structure in the pixel region; ; Removing the second photoresist pattern; Etching the first metal layer exposed to the outside of the first photoresist pattern; Removing the first photoresist pattern.
또한, 상기 게이트 절연막 위로 데이터 배선과, 상기 게이트 전극 상부에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극을 형성하고, 동시에 상기 소스 및 드레인 전극 상부로 오믹콘택층을 형성하는 단계는, 상기 화소전극과 중첩하며 상기 데이터 배선과 나란하게 소정간격 이격하는 공통배선을 형성하는 단계를 더욱 포함한다. The forming of the data line and the source and drain electrodes spaced apart from each other on the gate electrode and the ohmic contact layer formed on the source and drain electrodes at the same time may overlap the pixel electrode. The method may further include forming common wiring spaced apart from the data wiring by a predetermined interval.
또한, 상기 드레인 전극은 상기 소스 전극과 마주하는 끝단 이외의 끝단이 상기 화소전극과 이격하도록 형성하는 것이 특징이며, 상기 콘택홀은 상기 드레인 전극과 화소전극의 이격영역에 형성된 게이트 절연막이 제거되어 상기 기판의 표면을 노출시키며 형성된 것이 특징이다. The drain electrode may be formed such that an end other than an end facing the source electrode is spaced apart from the pixel electrode. The contact hole may be formed by removing a gate insulating layer formed in a space between the drain electrode and the pixel electrode. Characterized by exposing the surface of the substrate.
또한, 상기 메탈층은 액상의 나노 파티클(nano particle)을 베이스로 한 은(Ag) 메탈인 것이 특징이다. In addition, the metal layer is characterized in that the silver (Ag) metal based on the liquid nanoparticles (nano particles).
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은, 화소영역의 정의된 기판 상에 일방향으로 연장하는 이중층 구조의 게이트 배선과, 상기 게이트 배선에서 분기한 게이트 전극과; 상기 기판상의 화소영역에 형성된 화소전극과; 상기 게이트 배선 및 게이트 전극과 상기 화소전극 위로 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 상부로 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하며 형성된 데이터 배선과; 상기 게이트 전극 상부에서 서로 이격하며 형성된 소스 및 드레인 전극과; 상기 소스 및 드레인 전극 각각의 상부에 형성된 오믹콘택층과; 상기 오믹콘택층 상부와, 상기 소스 및 드레인 전극의 이격영역에 형성된 액티브층과; 상기 액티브층 위로 전면에 상기 드레인 전극 상부의 오믹콘택층과 상기 화소전극 일부를 동시에 노출시키는 콘택홀을 갖는 보호층과; 상기 콘택홀 내부에 상기 드레인 전극과 상기 화소전극을 전기적으로 연결시키며 형성된 메탈패턴을 포함한다. An array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention includes a gate wiring having a double layer structure extending in one direction on a defined substrate of a pixel region, and a gate electrode branched from the gate wiring; A pixel electrode formed in the pixel region on the substrate; A gate insulating film formed over the gate wiring and the gate electrode and the pixel electrode; A data line formed over the gate insulating layer to define the pixel area crossing the gate line; Source and drain electrodes spaced apart from each other on the gate electrode; An ohmic contact layer formed on each of the source and drain electrodes; An active layer formed over the ohmic contact layer and spaced apart from the source and drain electrodes; A protective layer having a contact hole for simultaneously exposing an ohmic contact layer on the drain electrode and a portion of the pixel electrode over the active layer; And a metal pattern formed in the contact hole to electrically connect the drain electrode and the pixel electrode.
이때, 상기 이중층 구조의 게이트 배선 및 게이트 전극은 그 하부층은 상기 화소전극을 이루는 물질과 동일한 물질로 이루어진 것이 특징이다. At this time, the gate layer and the gate electrode of the double layer structure is characterized in that the lower layer is made of the same material as the material forming the pixel electrode.
또한, 상기 드레인 전극과 상기 화소전극은 서로 이격하며 형성된 것이 특징 이며 이때, 상기 콘택홀은 상기 드레인 전극과 상기 화소전극의 이격영역에 대응하여 형성됨으로써 상기 이격영역에 있어서는 기판을 노출시키는 것을 특징으로 한다. The drain electrode and the pixel electrode may be formed to be spaced apart from each other. In this case, the contact hole may be formed corresponding to the separation region of the drain electrode and the pixel electrode to expose a substrate in the separation region. do.
또한, 상기 메탈패턴은 은(Ag) 메탈로 이루어지며, 상기 소스 및 드레인 전극 상부에 형성된 오믹콘택층은, 상기 소스 및 드레인 전극과 동일한 형태를 갖는 것이 특징이다. The metal pattern may be made of silver (Ag) metal, and the ohmic contact layer formed on the source and drain electrodes may have the same shape as the source and drain electrodes.
또한, 상기 데이터 배선 상부에는 이와 동일한 형태를 가지며 상기 오믹콘택층과 동일한 물질로 이루어진 불순물 비정질 패턴이 더욱 형성된 것이 특징이다. In addition, an impurity amorphous pattern having the same shape as that of the ohmic contact layer may be further formed on the data line.
또한, 상기 게이트 절연막 상부에는 상기 데이터 배선과 이격하여 이와 나란하게 연장하며 상기 화소전극과 중첩하는 공통배선이 더욱 형성된 것이 특징이다.In addition, the gate insulating layer may further include a common wiring spaced apart from the data line and parallel to the data line and overlapping the pixel electrode.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명 따른 액정표시장치용 어레이 기판의 박막트랜지스터를 포함하는 하나의 화소영역(P)에 대한 제조 공정 단계(마스크 공정)별 평면도이며, 도 5a 내지 도 5h는 도 4a 내지 도 4d를 절단선 V-V를 따라 절단한 부분(스위칭 영역)에 대한 제조 공정 단면도이다. 4A to 4D are plan views of manufacturing process steps (mask processes) of one pixel region P including a thin film transistor of an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention, and FIGS. 5A to 5H are FIGS. It is sectional drawing of the manufacturing process about the part (switching area | region) cut | disconnected along cut line VV.
이때, 설명의 편의를 위해 각 화소영역(P) 내의 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성되는 부분을 스위칭 영역(TrA)이라 정의한다. In this case, for convenience of description, a portion in which the thin film transistor which is the switching element in each pixel region P is formed is defined as a switching region TrA.
우선, 도 4a와 도 5a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(201)상에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 전 면에 증착하여 투명 도전성 물질층(203)을 형성한다. First, as shown in FIGS. 4A and 5A, a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) is deposited on the transparent insulating
다음, 상기 투명 도전성 물질층(203) 위로 저저항 특성을 갖는 제 1 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 중 하나의 물질을 증착함으로써 제 1 금속층(205)을 형성한다.Next, a first metal material having low resistance on the transparent
이후, 상기 제 1 금속층(205) 위로 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트층(281)을 형성한다. 이때, 본 발명에서는 상기 포토레지스트층(281)을 이루는 포토레지스트는 빛을 받은 부분이 현상 시 제거되는 특성을 갖는 포지티브 타입(positive type)을 사용하는 것을 일례로 설명한다. 하지만 빛을 받은 부분이 현상 시 남게되는 네가티브 타입(negative type)의 포토레지스트로써 상기 포토레지스트층을 형성할 경우도 본 발명에 사용된 회절 노광 또는 하프톤 노광용 노광 마스크 내의 투과영역과 차단영역의 위치를 바꾼 형태의 마스크를 이용하면 동일한 결과를 얻을 수 있다. Thereafter, a photoresist is applied on the
다음, 상기 포토레지스트층(281)이 형성된 기판(201)의 상부에 빛의 투과영역(TA)과 차단영역(BA) 그리고, 다수의 슬릿형태로 구성되거나 또는 상기 투과영역(TA) 대비 빛의 투과를 감소시키는 다중의 코팅막을 더욱 구비하여 통과하는 빛량을 조절할 수 있는 형태로 구성된 반투과영역(HTA)을 포함하는 노광 마스크(291)를 위치시키고, 이를 통한 노광을 실시한다. Next, the light transmitting area TA and the blocking area BA and the plurality of slits are formed on the
이 경우, 상기 노광 마스크(291)의 반투과영역(HTA)에 의해 투과되는 빛량이 상기 투과영역(TA)의 빛량보다는 줄어들게 되어 상기 부분에 대응되는 포토레지스트층(281)의 경우, 빛과 완전히 반응하지 못하게 됨으로써 현상을 하게 되면, 상기 투과영역(네가티브 타입의 경우) 또는 차단영역(포지티브 타입의 경우)에 대응되는 부분 대비 얇은 두께의 포토레지스트 패턴이 형성되게 되며, 이러한 노광 기법을 회절노광 또는 하프톤 노광이라 한다. In this case, the amount of light transmitted by the transflective area HTA of the
본 발명의 경우, 게이트 배선이 형성되어야 할 부분과 상기 화소영역(P) 내에서 게이트 전극이 형성되어야 할 부분에 대응해서는 상기 노광 마스크(291)의 차단영역(BA)이, 또한 상기 화소영역(P) 내에서 화소전극이 형성되어야 할 부분에 대응해서는 반투과영역(HTA)이, 그리고 그 이외의 영역에 대응해서는 투과영역(TA)이 대응되도록 상기 노광 마스크(291)를 위치시킨 후, 노광을 실시한다. In the present invention, the blocking area BA of the
다음, 도 4a와 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 노광된 포토레지스트층(도 5a의 281)을 현상액에 노출시키는 현상 공정을 진행하면 제 1 두께(t1)를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(281a)과 상기 제 1 두께(t1)보다 얇은 제 2 두께(t2)를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(281b)이 형성된다.Next, as shown in FIGS. 4A and 5B, when a developing process of exposing the exposed photoresist layer (281 of FIG. 5A) to a developer is performed, a
이후, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(281a, 281b) 외부로 노출된 제 1 금속층(도 5a의 203)과 그 하부의 투명 도전성 물질층(도 5a의 205)을 일괄 또는 연속하여 식각함으로써 상기 기판(201) 상에 제 1 투명 도전성 패턴(203a)과 제 1 금속패턴(205a)의 이중층 구조를 갖는 게이트 전극(208)과 이와 연결되며 제 2 투명 도전성 패턴(203b)과 제 2 금속패턴(205b)의 이중층 구조를 갖는 게이트 배선(210)을 형성하고, 동시에 각 화소영역(P)에 대응해서는 제 3 투명 도전성 패턴(203c)과 제 3 금속패턴(205c)의 이중층 구조의 화소패턴(212)을 형성한다.Thereafter, the first metal layer (203 of FIG. 5A) and the transparent conductive material layer (205 of FIG. 5A) exposed to the outside of the first and
다음, 도 4a와 도 5c에 도시한 바와 같이, 애싱(ashing)을 진행함으로써 상 기 제 2 포토레지스트 패턴(도 5b의 281b)을 제거함으로써 상기 화소패턴(도 5b의 212)을 노출시킨다.Next, as shown in FIGS. 4A and 5C, the pixel pattern (212 of FIG. 5B) is exposed by removing the second photoresist pattern (281b of FIG. 5B) by ashing.
이후, 상기 노출된 화소패턴(도 5b의 212)에 대해 식각을 진행하여 그 상부층을 이루는 제 3 금속패턴(도 5b의 205c)을 식각하여 제거함으로써 투명한 도전성 물질의 단일층 구조를 갖는 화소패턴(도 5b의 212)을 형성한다. 이때 상기 각 화소영역(P) 내의 투명 도전성 물질로 이루어진 상기 화소패턴(도 5b의 212)은 화소전극(215)을 이루게 된다(제 1 마스크 공정). Subsequently, the exposed pixel pattern (212 of FIG. 5B) is etched to remove the third metal pattern (205c of FIG. 5B) forming the upper layer by etching to remove the pixel pattern having a single layer structure of a transparent conductive material. 212 of FIG. 5B is formed. In this case, the pixel pattern (212 of FIG. 5B) made of a transparent conductive material in each pixel region P forms a pixel electrode 215 (first mask process).
다음, 도 4b와 도 5d에 도시한 바와 같이, 애싱(ashing) 또는 스트립(strip)을 진행함으로써 상기 게이트 배선(210)과 게이트 전극(208) 상부에 남아있는 제 1 포토레지스트 패턴(도 5d의 281a)을 제거한다.Next, as shown in FIGS. 4B and 5D, the first photoresist pattern remaining on the
이후, 상기 노출된 게이트 배선(210) 및 게이트 전극(208)과 화소전극(215) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착함으로써 게이트 절연막(220)을 전면에 형성한다. 이후 연속하여 상기 게이트 절연막(220) 위로 제 2 금속물질 예를들면 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)을 증착하여 제 2 금속층(미도시)을 형성하고, 그 상부로 불순물 비정질 실리콘을 연속하여 증착함으로써 불순물 비정질 실리콘층(미도시)을 형성한다. Subsequently, an inorganic insulating material such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (SiNx) is deposited on the entire surface of the exposed
다음, 상기 불순물 비정질 실리콘층(미도시)과 제 2 금속층(미도시)을, 포토레지스트의 도포, 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 그리고 식각(현 단계에서는 드라이 에칭)의 일련의 단위공정을 포함하는 제 2 마스크 공정을 진행함으로써 상 기 스위칭 영역(TrA)에 상기 게이트 전극(208) 상부에서 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(225, 227)을 형성하고, 동시에 상기 소스 전극(225)과 연결되며 상기 게이트 배선(210)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(225, 227) 상부에는 상기 소스 및 드레인 전극(225, 227)과 동일한 형태로 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층(230a, 230b)이 형성되며, 상기 데이터 배선(도 4b의 240) 상부에도 상기 불순물 실리콘 패턴(미도시)이 형성된다.Next, the impurity amorphous silicon layer (not shown) and the second metal layer (not shown) include a series of unit processes of applying a photoresist, exposing and developing using an exposure mask, and etching (dry etching in this step). By performing a second mask process, source and drain
또한, 동일한 공정에 의해 상기 데이터 배선(도 4b의 240)과 나란하게 소정간격 이격하여 연장하는 공통배선(도 4b의 243) 또한 형성한다. 이때, 상기 공통배선(도 4b의 243)은 하부의 화소전극(215)과 일부 중첩함으로써 상기 중첩하는 화소전극 일부를 제 1 스토리지 전극(미도시) 그 상부의 게이트 절연막(220)을 유전체층 그리고 그 상부의 상기 공통배선 일부를 제 2 스토리지 전극(미도시)으로 하여 스토리지 커패시터(StgC)를 형성하게 된다.In addition, a common wiring (243 in FIG. 4B) is also formed in parallel with the data wiring (240 in FIG. 4B) extending by a predetermined interval by the same process. At this time, the
한편, 상기 소스 및 드레인 전극(225, 227)과 그 상부에 형성되는 오믹콘택층(230a, 230b)은 동시에 이방성의 드라이 에칭에 의해 식각되어 형성되는 바, 동일한 패턴 형태로써 형성되는 것이 특징이며, 동일한 이유로서 상기 데이터 배선(도 4b의 240) 상부에 형성된 불순물 비정질 실리콘 패턴(미도시) 또한 그 하부에 위치한 데이터 배선(도 4b의 240)과 동일한 형태를 가지며 형성되게 되며 상기 공통배선(도 4b의 243) 또한 상기 데이터 배선(도 4b의 240)과 동일한 단면 구조를 갖게된다.Meanwhile, the source and drain
또한 이 단계에서의 본 발명의 특징적인 부분으로써 상기 드레인 전극(227)은 상기 화소전극(215)과 중첩하지 않도록 형성한다는 것이다. 그 이유에 대해서는 추후 설명한다.In addition, as a characteristic part of the present invention in this step, the
다음, 도 4c와 도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 오믹콘택층(230a, 230b)과 불순물 비정질 실리콘 패턴(미도시) 위로 전면에 순수 비정질 실리콘을 증착하고 제 3 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 각 스위칭 영역(TrA)의 상기 소스 및 드레인 전극(225, 227)의 이격 영역을 포함하여 상기 소스 및 드레인 전극 (225, 227)상부의 서로 이격하는 오믹콘택층(230a, 230b)과 접촉하는 아일랜드 형태로 순수 비정질 실리콘의 액티브층(250)을 형성한다. 이때, 상기 스위칭 영역(TrA)에 있어 하부로부터 적층된 게이트 전극(208), 게이트 절연막(220), 소스 및 드레인 전극(225, 227), 오믹콘택층(230a, 230b) 및 액티브층(250)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이루게 된다. Next, as shown in FIGS. 4C and 5E, pure amorphous silicon is deposited on the entire surface of the
다음, 도 4d와 도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 액티브층(250) 위로 전면에 유기절연물질 예를들어 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 도포하거나 또는 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 두껍게 증착함으로써 보호층(255)을 형성한다. 이 경우, 상기 유기절연물질을 도포하여 상기 보호층을 형성하는 경우 통상 1㎛ 내지 2 ㎛정도의 두께를 가지며 형성되는 바, 상기 스위칭 영역(TrA)의 타영역 대비 돌출 형성된 박막트랜지스터(Tr)의 높이보다 더 큰 두께를 가지므로 단차에 영향을 받지 않고 그 표면이 평탄하게 형 성되게 되므로 본 발명의 특징이 있는 추후 공정진행에 문제되지 않는다.Next, as shown in FIGS. 4D and 5F, an organic insulating material such as benzocyclobutene (BCB) or photo acryl is coated on the entire surface of the
한편, 무기절연물질을 증착하여 상기 보호층(255)을 형성하는 경우(본 발명의 실시예에서는 무기절연물질을 증착하여 보호층을 형성한 것을 일례로 함)는 종래의 2000Å 내지 3000Å의 두께보다는 더 두껍게 바람직하게는 5000Å 이상의 두께를 갖도록 형성해야 한다. 그 이유에 대해서는 추후 공정에서 설명한다.On the other hand, when the
다음, 상기 비교적 종래대비 두꺼운 두께 즉 5000Å 이상의 두께를 가지며 형성된 보호층(255)을 제 4 마스크 공정을 진행하여 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(227) 상부의 오믹콘택층(230b) 및 상기 드레인 전극(227)의 일끝단 측면과 이와 가장 근접하여 형성된 화소전극(215) 일끝단을 동시에 노출시키는 콘택홀(257)을 형성한다. 이 경우, 상기 콘택홀(257) 내에서 상기 드레인 전극(227)과 대응되지 않는 부분에는 게이트 절연막(220)이 존재하므로 상기 게이트 절연막(220)까지도 함께 제거함으로써 상기 콘택홀(257) 내부에서는 오믹콘택층(230b)과 드레인 전극(227) 측면과 기판(201) 면과 화소전극(215)이 노출되도록 상기 콘택홀(257)을 형성한다.Next, the
다음, 도 4d와 도 5g에 도시한 바와 같이, 액상의 특성을 가져 도포가 가능한 금속물질 예를들어 나노 파티클(nano particle)을 베이스로 한 은(Ag) 메탈을 상기 콘택홀(257)을 갖는 보호층(255) 전면에 도포하고 이를 소성시킴으로써 메탈층(260)을 형성한다. 이때, 상기 도포에 의해 상기 메탈층(260)을 형성함으로써 상기 콘택홀(257)을 채우며, 상기 콘택홀(257) 부분에 대해서는 타영역 즉 보호층 상부에 형성된 제 3 두께(t3) 대비 두꺼운 제 4 두께(t4)를 가지며 상기 메탈층(260) 이 형성되게 된다.Next, as shown in FIGS. 4D and 5G, a metal material that can be applied by having a liquid property, for example, a silver (Ag) metal based on nano particles, has the
다음, 도 4d와 도 5h에 도시한 바와 같이, 상기 메탈층(도 5g의 260)에 대해 플라즈마를 이용한 드라이 에칭을 실시한다. 상기 드라이 에칭의 경우 전면적으로 동일한 수준으로 진행되는 바, 상기 메탈층(도 5g의 260)을 그 표면으로부터 시간이 경과함에 따라 동일한 두께로 식각되므로 그 진행시간을 적절히 조절함으로써 상기 보호층(255) 상에 형성된 메탈층(도 5g의 260)은 완전히 제거시키고 상기 콘택홀(257) 내부에 대해서는 여전히 메탈층(도 5g의 260)이 남아있는 시점에서 상기 드라이 에칭을 끝냄으로써 상기 콘택홀(257) 내부에만 상기 메탈층(도 5g의 260) 더욱 정확히는 메탈 패턴(263)을 형성할 수 있다.Next, as shown in FIGS. 4D and 5H, dry etching using plasma is performed on the metal layer (260 of FIG. 5G). In the case of the dry etching, since the entire process proceeds at the same level, the metal layer (260 of FIG. 5G) is etched to the same thickness as time passes from the surface thereof, so that the
이 경우, 상기 메탈 패턴(263)은 상기 오믹콘택층(230b) 및 드레인 전극(227) 측면과 상기 화소전극(210)을 전기적으로 연결시키게 된다.In this case, the
본 발명의 경우, 상기 소스 및 드레인 전극(225, 227)을 형성하는 단계에서 상기 드레인 전극(227)과 화소전극(215)이 중첩하지 않도록 형성한 이유는 상기 콘택홀(257) 내부에서 기판(201)면이 노출되도록 함으로써 상기 콘택홀(257)의 깊이를 크게 하기 위함이며, 상기 보호층(255)을 형성하는 단계에서 종래대비 상기 보호층(250)의 두께를 두껍게 형성하는 이유 또한 상기 콘태홀(257)의 깊이를 깊게 형성하기 위함이다.In the present invention, in the forming of the source and drain
그리고, 상기 콘택홀(257)의 깊이를 깊게 형성하는 이유는 본 발명의 특성상 액상의 메탈을 도포하여 메탈층(도 5g의 260)을 형성하고 이를 드라이 에칭에 의해 제거하게 되는데 상기 콘택홀(257) 깊이가 깊게 형성되지 않으면, 상기 콘택 홀(257) 내부에 형성된 메탈층(도 5g의 260) 과 보호층(255) 상부에 형성된 은(Ag) 메탈층(도 5g의 260) 의 두께(도 5g의 t3, t4)가 별 차이가 나지 않아 드라이 에칭의 식각 오차에 의해 상기 콘택홀(257) 내부에서도 상기 메탈층(도 5g의 260)이 모두 식각될 수 있기 때문이다.In addition, the reason for forming the depth of the
따라서 이러한 드라이 에칭에 의한 식각 두께 차이의 오차범위 이상의 두께차(t4-t3>드라이 에칭의 오차에 따는 두께 변화)를 갖는 메탈층(도 5g의 260)을 형성하기 위해 상기 콘택홀(257)을 되도록 깊게 형성하는 것이 바람직하기 때문이다.Therefore, the
이와 같이, 본 발명에 따른 4 마스크의 액정표시장치용 어레이 기판 제조방법에 의해 5마스크 공정에 의해 완성하는 제조 방법대비 사용되는 마스크 수를 줄임으로써, 공정 효율을 높일 있고, 공정 단순화로 인하여 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 비용을 절감하는 효과가 있다. As such, by reducing the number of masks used in comparison with the manufacturing method completed by the five mask process by the method of manufacturing the array mask for liquid crystal display device of the four masks according to the present invention, the process efficiency is increased, and the liquid crystal display is simplified due to the process simplification. There is an effect of reducing the manufacturing cost of the array substrate for the device.
또한, 액티브층과, 소스 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선을 서로 다른 마스크 공정을 통해 이원화하여 형성함으로써 상기 소스 및 드레인 전극 외부로 노출된 액티브층에 기인한 웨이비 노이즈(wavy noise) 등의 화질불량을 방지할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the data layer including the active layer and the source and drain electrodes is formed by dualization through different mask processes, image quality such as wavy noise due to the active layer exposed to the outside of the source and drain electrodes is generated. There is an effect that can prevent the defect.
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