KR101369257B1 - 하프-톤 마스크를 이용한 박막 트랜지스터 액정표시장치의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 트랜지스터 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 그 구성이 제1 기판을 제공하는 단계; 제2 기판을 제공하는 단계; 상기 제2 기판상에 게이트 전극 및 게이트 배선을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 및 게이트 배선이 형성된 제2 기판상에 도전층 및 액티브 층을 형성하는 단계; 상기 도전층 및 액티브 층이 형성된 제2 기판상에 보호막 증착 및 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 보호막이 증착된 제2 기판상에 투명전극을 증착하는 단계; 하프-톤 마스크를 적용하여 상기 투명전극이 형성된 제2 기판상에 채널부가 형성될 부위는 포토 레지스트가 모두 제거되고, 소오스/드레인 전극 및 데이터 배선이 형성될 부위는 포토 레지스트가 전체의 1/2만큼 제거된 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 채널부에 해당하는 투명전극, 보호막 및 도전층을 순차적으로 식각하여 채널을 형성하는 단계; 상기 레지스트 패턴을 애싱하여 화소 전극층의 포토 레지스트만 남기는 단계; 상기 애싱을 통해 포토 레지스트가 제거된 소오스/드레인 전극 및 데이터 배선에 해당하는 부위의 투명전극을 식각하여 화소 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1, 제2 기판을 합착하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 공정을 실시함으로써 종래의 마스크 적용시 발생되었던 오버레이 차에 기인한 불량, 즉 얼룩이나 채널의 단락(short)과 같은 문제점을 개선하여 고개구율을 구현할 수 있다.
마스크, 고개구율, 하프-톤(half-tone)
Description
도 1은 종래의 배열 기판의 일부를 나타내는 평면도
도 2a ~ 도 2e는 도 1의 절단면을 기초로 한 공정 흐름도
도 3은 본 발명에 적용할 배열기판의 절단선 A-A´를 나타낸 평면도
도 4a ~ 4h는 도 3을 기초로 한 본 발명의 공정 흐름도
도 5는 종래의 마스크상 초래된 오버레이 차를 보여주는 투과도
도 6은 본 발명의 마스크상 개선된 오버레이 차를 보여주는 투과도
※도면의 주요 부분에 대한 설명※
100: 유리기판 101: 게이트 절연막
103: 비정질 실리콘막 103a: 1차 식각에 의한 비정질 실리콘막
105: n+층 105a: 1차 식각에 의한 n+층
105b: 하프-톤 마스크 적용 후의 n+층
107: 소오스/드레인 전극 107a: 1차 식각에 의한 소오스/드레인 전극
107b: 하프-톤 마스크 적용 후의 소오스/드레인 전극
109: 보호막 111: 투명전극
113: 포토 레지스트 113a: 하프-톤 마스크 적용 후의 레지스트
113b: 애싱 후의 레지스트 115: 게이트 전극
117: 크롬옥사이드(CrOx) 119: 크롬(Cr)
본 발명은 하프-톤 마스크(half-tone mask)를 적용한 박막 트랜지스터 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는 투명전극 층을 형성한 마지막 단계에서 하프-톤 마스크를 적용하여 소오스/드레인 전극 및 화소전극을 형성함으로써 종래의 마스크상 발생했던 오버레이(overlay) 차, 즉 마스크를 중복 적용할 때 발생하는 차이를 없애 고개구율을 구현하려는 데에 특징이 있다.
박막 트랜지스터 액정표시장치(Thin Film Transistor- Liquid Crystal Display: 이하, TFT-LCD)는 경량, 박형 및 저소비 전력 등의 특성을 갖기 때문에, CRT를 대신하여 각종 정보기기의 단말기 또는 비디오 기기 등에 사용되고 있다. 이러한 TFT-LCD는 박막 트랜지스터 및 화소전극이 구비된 어레이 기판과 컬러필터 및 상대 전극이 구비된 컬러필터기판이 액정층의 개재하에 합착된 구조로 이루어져 있다.
상기와 같은 TFT-LCD를 제조함에 있어서 그 제조공정 수, 특히 상기 어레이 기판의 공정수를 감소시키는 것은 매우 중요하다. 왜냐하면, 제조 공정수를 감소시킬수록, TFT-LCD의 제조비용 및 시간을 감소시킬 수 있고, 그래서 더 저렴한 값에 보다 많은 양의 TFT-LCD를 보급할 수 있기 때문이다.
이러한 점을 고려할 때 제조 공정수의 감소는 마스크 수의 감소에 의해 실현되고, 통상의 어레이 기판은 5~7 마스크 공정을 통해 제조되고 있으며, 더 나아가 4 마스크 공정에 의해서도 제조되고 있다.
그러나 지금까지의 마스크에 의한 비용 절감의 측면 이외에도 간과할 수 없는 것은 다름 아닌 고개구율의 실현이었다. 따라서, 이와 관련한 종래의 5마스크 공정을 도 1을 참조하면, TFT부는 데이터 배선(미표기)과 게이트 배선(미표기)의 교차부에 형성되며 액정셀을 구동하는 화소전극(23)과 접속된다. 데이터 배선은 TFT 반도체 층의 소스영역과 접속되고 드레인전극(19b)은 상기 반도체층의 드레인영역과 접속되며, 게이트배선은 돌출된 게이트전극(13)을 가진다. 화소전극(23)은 게이트배선과 데이터배선에 의해 분할된 셀 영역에 형성되고 콘택홀(미도시)에 의해 드레인전극(19b)과 접속된다.
도 2a ~ 도 2e는 도 1에 도시된 박막 트랜지스터의 A-A`의 절단면에 기초한 제조방법을 나타내는 단면도이다. 도 2a를 참조하면, 투명기판(11)상에 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 알루미늄 또는 구리 등을 증착하여 금속 박막을 형성한다. 그리고 금속 박막을 습식방법을 포함하는 포토리소그래피 방법으로 패터닝하여 투명기판상에 게이트 전극(13)과 게이트 라인(미도시)을 형성한다. 이때, 게이트 라인 중 화소 영역을 정의하는 게이트 라인의 일부는 스토리지 전극(미도시)으로 사용된다.
도 2b를 참조하면, 상기 게이트 전극(13) 및 게이트 라인(미도시)이 형성된 투명기판(11)상에 또다시 게이트 절연막(15), 활성층(17) 및 오믹 접촉층(19)을 화학증기증착(Chemical Vapor Deposition: 이하, CVD)방법으로 순차적으로 형성한다. 상기에서 게이트 절연막(15)은 질화실리콘 또는 산화실리콘으로 절연물질을 증착하여 형성하고, 활성층(17)은 불순물이 도핑되지 않은 비정질실리콘 또는 다결정실리콘으로 형성된다.
또한, 오믹 접촉층(19)은 N형 또는 P형의 불순물이 고농도로 도핑된 비정질실리콘 또는 다결정실리콘으로 형성된다. 오믹 접촉층(19) 및 활성층(17)을 게이트 전극(13)과 대응하는 부분에만 잔류하도록 이방식각을 포함하는 포토리소그래피방법으로 게이트절연막(15)이 노출되도록 패터닝한다.
도 2c를 참조하면, 게이트 절연막(15)상에 오믹접촉층(19)을 덮도록 CVD 방법 또는 스퍼터링방법으로 몰리브덴(Mo) 혹은 MoW, MoTa 또는 MoNb와 같은 몰리브덴 합금(Mo alloy)을 증착하여 금속박막을 형성한다. 상기에서 오믹접촉층과 금속박막은 오믹 접촉을 이룬다. 또한 스토리지 커패시터영역의 상부와 게이트절연막상의 일부가 겹치게 스토리지 전극(미도시)을 형성한다.
그리고, 금속박막상에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상하여 게이트전극(13)의 양측과 대응하는 부분에 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한다. 포토레지스트 패턴은 마스크를 사용하여 금속박막을 오믹 접촉층(19)이 노출되도록 습식식각하여 소스 및 드레인전극(19a, 19b)을 형성한다. 그리고, 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 노출된 오믹 접촉층(19)을 활성층(17)이 노출되도록 건식 식각한다. 이때 식각되지 않고 잔류하는 오믹 접촉층(19) 사이의 게이트전극(13)과 대 응하는 부분의 활성층(17)은 채널이 된다.
도 2d를 참조하면, 포토레지스트 패턴을 제거한다. 그리고, 게이트 절연층(15)상에 스토리지 전극(미도시), 소스 및 드레인 전극(19a, 19b)을 덮도록 보호층(21)을 형성한다. 상기에서 보호층(21)은 질화실리콘 또는 산화실리콘 등의 무기절연물질 또는 아크릴계 유기화합물, 테프론(Teflon), BCB(benzocyclob-utene), 사이토프(cytop) 또는 PECB(perfluorocyclobutane) 등의 유전상수가 작은 유기절연물로 형성된다. 보호층(21)을 포토리소그래피 방법으로 패터닝하여 드레인 전극(19b) 및 스토리지 전극(미도시)을 노출시키는 제1 콘택홀(21a) 및 제2 콘택홀(미도시)을 형성한다.
마지막으로 도 2e를 참고하면, 보호층(21)상에 인듐-옥사이드(Indium Oxide), 인듐-아연-옥사이드(Indium Zinc Oxide), 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide) 등의 투명한 도전성 물질을 제1 및 제2 콘택홀(21a, 미도시)을 통해 증착하여 화소전극(23)을 형성한다. 화소전극(23)은 제2 콘택홀(미도시)을 통해 스토리지 전극(미도시)과 접촉되며, 드레인전극(23)과 제1 콘택홀(21a)을 통해 전기적으로 접촉한다.
상기한 바와 같이 종래의 5마스크를 사용한 포토 공정은 포토 레지스트를 도포하고 마스크를 적용하여 채널부의 노광, 현상, 식각을 거치는 동안 마스크 적용시의 오버레이 차가 1㎛정도 발생할 수 있었고, 이에 따라 개구율에 대한 문제의 여지가 초래될 수 있었다.
따라서, 본 발명은 투명전극 층 형성 후 하프-톤 마스크를 사용하여 포토 공정을 실시할 경우 종래에 발생했던 상기 오버레이 차에 기인한 불량을 개선함으로써 고개구율을 구현하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 액정표시장치의 제조 방법은, 그 구성이 제1 기판을 제공하는 단계; 제2 기판을 제공하는 단계; 상기 제2 기판상에 게이트 전극 및 게이트 배선을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 및 게이트 배선이 형성된 제2 기판상에 도전층 및 액티브 층을 형성하는 단계; 상기 도전층 및 액티브 층이 형성된 제2 기판상에 보호막 증착 및 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 보호막이 증착된 제2 기판상에 투명전극을 증착하는 단계; 하프-톤 마스크를 적용하여 상기 투명전극이 형성된 제2 기판상에 채널부가 형성될 부위는 포토 레지스트가 모두 제거되고, 소오스/드레인 전극 및 데이터 배선이 형성될 부위는 포토 레지스트가 전체의 1/2만큼 제거된 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 채널부에 해당하는 투명전극, 보호막 및 도전층을 순차적으로 식각하여 채널을 형성하는 단계; 상기 레지스트 패턴을 애싱하여 화소 전극층의 포토 레지스트만 남기는 단계; 상기 애싱을 통해 포토 레지스트가 제거된 소오스/드레인 전극 및 데이터 배선에 해당하는 부위의 투명전극을 식각하여 화소 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1, 제2 기판을 합착하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성과 관련한 구체적 공정 단계를 기술하기에 앞서 우선, 도 3은 박막 트랜지스터 배열기판의 일부를 A-A´로 절단한 평면도를 나타낸 것으로 데이터 배선부와 TFT부를 동시에 보여주고자 하였다.
도 3을 참조하면, TFT부는 데이터 배선(미표기)과 게이트 배선(미표기)의 교차부에 형성되며 액정셀을 구동하는 화소전극(111b)과 접속된다. 데이터 배선은 TFT 반도체 층의 소스영역과 접속되고 드레인전극(107b)은 상기 반도체층의 드레인영역과 접속되며, 게이트배선은 돌출된 게이트전극(114)을 가진다. 화소전극(111b)은 게이트배선과 데이터배선에 의해 분할된 셀 영역에 형성되고 콘택홀(미도시)에 의해 드레인전극(107b)과 접속된다.
상기 평면도를 기초로 한 공정은, 먼저 유리기판상에 게이트 전극 및 게이트 배선 금속막을 증착하고(미도시), 제1마스크를 사용하여 게이트 전극 패턴(114) 및 게이트 배선(미도시)을 형성한다.
그 다음, 도 4a에 나타낸 바와 같이 상기 기판(100)상에 게이트 절연막(101), 비정질 실리콘막(103), n+층(105) 및 도전막(107)을 순차적으로 증착한다.
그리고, 도면에는 나타내지 않았지만 종래의 포토 마스크, 즉 제2마스크를 사용하여 소오스/드레인 전극 및 데이터 배선이 형성될 부분에 포토 레지스트를 완전한 상태로 남기고, 게이트 절연막을 제외한 나머지 부분, 즉 소오스/드레인 전극(107b), n+층(105b) 및 비정질 반도체 층(103a)은 도 4b에서도 볼 수 있는 바와 같이 순차적으로 식각을 통해 형성한다. 이것을 당업자들은 일반적으로 '1차 식각'이라 부르고 있다.
그러나, 이와 관련해 앞서 종래기술에서는 상기 공정 단계에서 제2마스크인 하프-톤 방식의 회절 마스크가 사용되었다. 이런 경우 채널이 형성될 부분은 포토 레지스트가 노광·현상을 통해 전체의 1/2정도만 잔존하게 된다. 그 결과, 상기 공정 후에는 애싱(ashing)을 거처 식각을 하게 된다. 이점이 본 발명과의 차이이다.
상기 1차 식각이 끝나고 나면, 편이(便易)상 도 4c에서는 통합공정으로 나타내었지만, 이어 보호막 증착(109)과 콘택홀 형성 및 투명 전극(111)을 증착하는 단계로 이어지게 된다.
어떻게 보면 지금까지의 공정은 종래에도 많이 사용되어 왔던 기술이다. 따 라서, 상기의 공정단계까지는 본 발명의 독창적 영역으로 간주되지는 않을 것이다.
그러면, 본 발명의 핵심인 투명 전극 형성 후의 반투과막 하프-톤 마스크사용 공정에 대하여 구체적으로 살펴보겠다. 도 4d는 도 4c의 단계에서 기판 전체에 포토 레지스트를 도포하고, 반투과막 하프-톤 마스크를 사용하여 노광을 준비하는 단계를 보여주고 있다. 특히, 상기 마스크와 관련해서는 그 구성이 UV빔의 풀-오픈(full-open)부, 반투과부 및 완전 차단부의 세 영역으로 이루어져 있음을 주지해야 한다.
이어, 상기 마스크를 사용하여 노광이 이루어지면 도 4e에 나타낸 바와 같이 UV빔이 완전 투과한 채널부가 형성될 부위는 포토 레지스트가 모두 제거되고, 반면 UV빔이 일정 정도만 투과한 반투과막 형성 부분에 대응하는 소오스 전극 및 데이터 배선에 해당하는 부위는 포토 레지스트가 전체의 1/2정도 제거되게 된다.
그런 다음, 도 4f에 나타낸 대로 채널부에 해당하는 투명전극, 보호막, 소오스/드레인 전극 및 n+층을 순차적으로 식각하여 데이터 배선으로부터의 전자가 소오스에서 드레인으로 이동하기 위한 일종의 통로, 즉 채널을 형성한다.
그리고, 도 4g에 나타낸 바와 같이 상기 잔여 레지스트의 애싱을 하게 되면, 그 결과 화소 전극층의 레지스트만 남게 되고, 레지스트가 완전 제거된 소오스와 데이터 배선에 해당하는 부위의 투명전극은 식각을 하게 된다.
마지막으로는 도 4h에서와 같이 상기 화소 전극층 부위에 해당하는 레지스트를 박리함으로써 본 발명의 공정을 마무리하게 된다.
지금까지의 공정 결과, 도 5에서도 나타낸 바 있는 종래의 마스크상 다크 영 역, 즉 UV빔의 차단부에 대응하는 부분 및 풀-오픈 영역, 즉 UV빔이 완전 투과하는 투과부에 대응하는 부분에서 발생되었던 오버레이 차가 도 6에서와 같이 개선되는 것을 볼 때, 본 발명의 공정은 비교적 성공적이라는 것을 확인할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 상기 공정을 실시함으로써 종래의 마스크상 발생되었던 오버레이 차에 기인한 불량, 즉 얼룩이나 채널의 단락(short)과 같은 문제점을 개선할 수 있다.
Claims (7)
- 제1 기판을 제공하는 단계;제2 기판을 제공하는 단계;상기 제2 기판상에 게이트 전극 및 게이트 배선을 형성하는 단계;상기 게이트 전극 및 게이트 배선이 형성된 제2 기판상에 도전층 및 액티브 층을 형성하는 단계;상기 도전층 및 액티브 층이 형성된 제2 기판상에 보호막 증착 및 콘택홀을 형성하는 단계;상기 보호막이 증착된 제2 기판상에 투명전극을 증착하는 단계;하프-톤 마스크를 적용하여 상기 투명전극이 형성된 제2 기판상에 채널부가 형성될 부위는 포토 레지스트가 모두 제거되고, 소오스/드레인 전극 및 데이터 배선이 형성될 부위는 포토 레지스트가 전체의 1/2만큼 제거된 레지스트 패턴을 형성하는 단계;채널부에 해당하는 투명전극, 보호막 및 도전층을 순차적으로 식각하여 채널을 형성하는 단계;상기 레지스트 패턴을 애싱하여 화소 전극층의 포토 레지스트만 남기는 단계;상기 애싱을 통해 포토 레지스트가 제거된 소오스/드레인 전극 및 데이터 배선에 해당하는 부위의 투명전극을 식각하여 화소 전극을 형성하는 단계; 및상기 제1, 제2 기판을 합착하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 액정표시장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 기판상에 도전층 및 액티브 층을 형성하는 단계는 외곽부위만을 식각하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치의 제조방법.
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