KR101772511B1 - 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 화소영역이 정의된 기판 상에 다중층 구조의 게이트 배선과 이와 연결된 게이트 전극을 형성하고, 동시에 상기 화소영역 내부에 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 게이트 전극 및 화소전극 위로 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하고, 동시에 상기 게이트 전극에 대응하여 반도체층과 상기 반도체층 상부로 상기 데이터 배선과 연결된 소스 전극과 상기 소스 전극과 이격하며 그 일끝단이 상기 화소전극과 중첩하는 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선과 소스 전극 및 드레인 전극 위로 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층과 상기 게이트 절연막을 패터닝함으로써 상기 드레인 전극의 일끝단과 상기 드레인 전극 일끝단 주변의 상기 화소전극을 노출시키는 드레인 화소 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 투명 도전성 물질로 이루어지며, 상기 각 화소전극에 대응하여 바(bar) 형태의 이격하는 다수의 개구와 상기 드레인 화소 콘택홀에 대응하여 상기 드레인 화소 콘택홀보다 넓은 면적의 홀을 갖는 공통전극을 형성하고, 동시에 상기 홀 내부에 상기 드레인 전극의 일끝단 및 상기 화소전극과 동시에 접촉하며 상기 공통전극과 이격하는 화소 드레인 연결패턴을 형성하는 단계를 포함하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법. 및 이에 의해 제조된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.

Description

프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판 및 이의 제조 방법{Array substrate for fringe field switching mode liquid crystal display device and method of fabricating the same}
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히, 마스크 공정수를 저감할 수 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 구동된다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정표시장치는 공통전극이 형성된 컬러필터 기판과 화소전극이 형성된 어레이 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극이 상하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
그러나, 상하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점을 가지고 있다.
따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 시야각 특성이 우수한 횡전계형 액정표시장치가 제안되었다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 횡전계형 액정표시장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 단면을 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 컬러필터 기판인 상부기판(9)과 어레이 기판인 하부기판(10)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 상부 및 하부기판(9, 10)사이에는 액정층(11)이 개재되어 있다.
상기 하부기판(10)상에는 공통전극(17)과 화소전극(30)이 동일 평면상에 형성되어 있으며, 이때, 상기 액정층(11)은 상기 공통전극(17)과 화소전극(30)에 의한 수평전계(L)에 의해 작동된다.
도 2a와 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도이다.
우선, 전압이 인가된 온(on)상태에서의 액정의 배열상태를 도시한 도 2a를 참조하면, 상기 공통전극(17) 및 화소전극(30)과 대응하는 위치의 액정(11a)의 상변이는 없지만 공통전극(17)과 화소전극(30)사이 구간에 위치한 액정(11b)은 이 공통전극(17)과 화소전극(30)사이에 전압이 인가됨으로써 형성되는 수평전계(L)에 의하여, 상기 수평전계(L)와 같은 방향으로 배열하게 된다. 즉, 상기 횡전계형 액정표시장치는 액정이 수평전계에 의해 이동하므로, 시야각이 넓어지는 특성을 띠게 된다.
그러므로, 상기 횡전계형 액정표시장치를 정면에서 보았을 때, 상/하/좌/우방향으로 약 80도∼85도 방향에서도 반전현상 없이 가시 할 수 있다.
다음, 도 2b를 참조하면, 상기 액정표시장치에 전압이 인가되지 않은 오프(off)상태이므로 상기 공통전극과 화소전극 간에 수평전계가 형성되지 않으므로 액정층(11)의 배열 상태가 변하지 않는다.
하지만, 이러한 구성을 갖는 횡전계형 액정표시장치는 시야각을 향상시키는 장점을 갖지만 개구율 및 투과율이 낮은 단점을 갖는다.
따라서, 이러한 횡전계형 액정표시장치의 단점을 개성하기 위하여 프린지 필드(Fringe field)에 의해 액정이 동작하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(fringe field switching mode LCD)가 제안되었다.
도 3은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역의 중앙부를 관통하여 절단한 부분에 대한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(41)에는 게이트 절연막(45)을 개재하여 그 하부 및 상부에서 서로 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하며 게이트 배선(미도시)과 데이터 배선(47)이 형성되어 있으며, 상기 각 화소영역(미도시)에는 상기 게이트 및 데이터 배선(미도시, 47)과 연결되며 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
또한, 상기 게이트 절연막(45) 상부로 각 화소영역(미도시)에는 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극(51)과 접촉하며 판 형태의 화소전극(55)이 형성되고 있다. 이때, 상기 화소전극(55)은 상기 데이터 배선(47)과 동일한 층 즉, 상기 게이트 절연막(45) 상에 형성되고 있으며, 상기 데이터 배선(47)과의 쇼트를 방지하기 위해 상기 데이터 배선(47)과 일정간격 이격하며 형성되고 있다.
또한, 상기 데이터 배선(47)과 화소전극(55) 상부의 전면에는 무기절연물질로서 보호층(60)이 형성되고 있으며, 상기 보호층(60) 상의 전면에 각 화소영역(미도시)에 대응하여 일정간격 이격하며 바(bar) 형태의 다수의 개구(oa)를 갖는 공통전극(65)이 형성되고 있다.
전술한 구성을 갖는 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(41)은 총 5회의 마스크 공정을 진행하여 완성되고 있다. 즉, 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(41)은 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(43)을 형성하는 단계, 액티브층(46a)과 이의 상부에서 서로 이격하는 오믹콘택층(46b)으로 이루어진 반도체층(46)과 데이터 배선(47)과 소스 및 드레인 전극(49, 51)을 형성하는 단계, 화소전극(55)을 형성하는 단계, 콘택홀(미도시)이 구비된 보호층(60)을 형성하는 단계 및 다수의 개구(oa)를 갖는 공통전극(65)을 형성하는 단계를 진행하여 완성되고 있는 실정이다.
마스크 공정이라 함을 포토리소그래피 공정을 의미하며 패터닝하기 위한 물질층을 기판 상에 형성한 후, 그 상부에 감광성 특성을 갖는 포토레지스트층의 형성, 빛의 투과영역과 차단영역을 갖는 노광 마스크를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트층의 현상, 현상되고 남은 포토레지스트 패턴을 이용한 상기 물질층의 식각, 포토레지스트 패턴의 스트립 등 일련의 복잡한 단위공정을 포함한다. 따라서 1회의 마스크 공정을 진행하기 위해서는 각 단위 공정 진행을 위한 단위 공정 장비와 각 단위 공정 진행을 위한 재료를 필요로 하며 나아가 각 단위 공정 장비를 통한 각 공정 진행 시간이 필요로 되고 있다.
마스크 공정은 전술한 바와 같이 다수의 단위공정을 진행해야 하므로 제조 비용 및 시간을 상승시키는 요인이 되고 있으며, 따라서, 액정표시장치의 각 제조사는 어레이 기판의 제조 비용 저감 및 생산성 향상을 위해 마스크 공정을 저감시키기 위한 노력을 하고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 4마스크 공정 진행에 의해 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조가 가능한 제조 방법을 제공함으로써 제조 비용을 저감하고 단위시간당 생산성을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법은, 화소영역이 정의된 기판 상에 다중층 구조의 게이트 배선과 이와 연결된 게이트 전극을 형성하고, 동시에 상기 화소영역 내부에 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 게이트 전극 및 화소전극 위로 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하고, 동시에 상기 게이트 전극에 대응하여 반도체층과 상기 반도체층 상부로 상기 데이터 배선과 연결된 소스 전극과 상기 소스 전극과 이격하며 그 일끝단이 상기 화소전극과 중첩하는 드레인 전극을 형성하는 단계와; 상기 데이터 배선과 소스 전극 및 드레인 전극 위로 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층과 상기 게이트 절연막을 패터닝함으로써 상기 드레인 전극의 일끝단과 상기 드레인 전극 일끝단 주변의 상기 화소전극을 노출시키는 드레인 화소 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 보호층 위로 투명 도전성 물질로 이루어지며, 상기 각 화소전극에 대응하여 바(bar) 형태의 이격하는 다수의 개구와 상기 드레인 화소 콘택홀에 대응하여 상기 드레인 화소 콘택홀보다 넓은 면적의 홀을 갖는 공통전극을 형성하고, 동시에 상기 홀 내부에 상기 드레인 전극의 일끝단 및 상기 화소전극과 동시에 접촉하며 상기 공통전극과 이격하는 화소 드레인 연결패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 다중층 구조의 상기 게이트 배선과 이와 연결된 게이트 전극을 형성하고, 동시에 상기 화소영역 내부에 화소전극을 형성하는 단계는, 상기 기판 상에 제 1 투명 도전성 물질층과 제 1 금속층을 순차적으로 형성하는 단계와; 상기 제 1 금속층 위로 제 1 두께의 제 1 포토레지스트 패턴과 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 제 1 금속층을 제거하고, 연속하여 상기 제 1 금속층이 제거됨으로써 노출된 상기 제 1 투명 도전성 물질층을 제거함으로써 다중층 구조를 갖는 상기 게이트 배선 및 게이트 전극을 형성하고 동시에 상기 화소전극과 이의 상부로 더미 금속패턴을 형성하는 단계와; 애싱(asing)을 진행하여 상기 제 2 포토레지스트 패턴을 제거하여 상기 더미 금속패턴을 노출시키는 단계와; 노출된 상기 더미 금속패턴을 제거함으로서 상기 화소전극을 노출시키는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 데이터 배선과 반도체층과 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계는, 상기 게이트 절연막 위로 순차적으로 순수 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층과 제 2 금속층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 금속층 위로 제 1 두께의 제 1 포토레지스트 패턴과 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 제 2 금속층과 그 하부에 위치하는 상기 불순물 및 순수 비정질 실리콘층을 제거함으로써 상기 데이터 배선과 이와 연결된 소스 드레인 패턴을 형성하고, 동시에 상기 소스 드레인 패턴 하부로 불순물 비정질 실리콘 패턴 및 순수 비정질 실리콘 패턴을 형성하는 단계와; 애싱(asing)을 진행하여 상기 제 2 포토레지스트 패턴을 제거하여 상기 소스 드레인 패턴의 중앙부를 노출시키는 단계와; 노출된 상기 소스 드레인 패턴의 중앙부와 그 하부에 위치하는 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴을 제거함으로서 서로 이격하는 상기 소스 전극 및 드레인 전극과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 이의 상부로 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층으로 구성된 상기 반도체층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 화소 드레인 연결패턴은 상기 드레인 화소 콘택홀보다 넓은 면적을 갖도록 형성하는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은, 화소영역이 정의된 기판 상에 형성된 게이트 배선 및 이와 연결된 게이트 전극과; 상기 화소영역 내부에 상기 기판과 접촉하며 투명 도전성 물질로 이루어진 화소전극과; 상기 게이트 배선과 게이트 전극 및 화소전극 위로 형성된 게이트 절연막과; 상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선과, 상기 게이트 전극에 대응하여 반도체층과 상기 반도체층 상부로 상기 데이터 배선과 연결된 소스 전극 및 상기 소스 전극과 이격하며 그 일끝단이 상기 화소전극과 중첩하도록 형성된 드레인 전극과; 상기 데이터 배선과 소스 전극 및 드레인 전극 위로 형성된 보호층과; 상기 보호층 위로 상기 각 화소영역 내에 상기 화소전극에 대응하여 바(bar) 형태로 이격하는 다수의 개구를 가지며 형성된 공통전극을 포함하며, 상기 보호층과 상기 게이트 절연막에는 상기 드레인 전극과 이의 주면에 위치하는 상기 화소전극을 노출시키는 콘택홀이 구비되고, 상기 공통전극에는 상기 콘택홀과 중첩하며 상기 콘택홀보다 넓은 면적의 홀이 구비되며, 상기 홀 내측에는 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 상기 화소전극과 동시에 접촉하는 화소 드레인 연결패턴이 형성된 것이 특징이다.
이때, 상기 게이트 배선 및 게이트 전극은 상기 화소전극을 이루는 동일한 물질로 이루어진 하부층과 금속층으로 이루어진 상부층으로 구성된 다중층 구조를 이루는 것이 특징이다.
또한, 상기 공통전극 및 상기 화소 드레인 연결패턴은 동일한 층에 형성되며, 투명 도전성 물질로 이루어진 것이 특징이다.
또한, 상기 다수의 개구는 상기 화소영역의 중앙부에서 상기 게이트 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이루는 것이 특징이며, 상기 데이터 배선은 상기 화소영역의 중앙부에서 상기 게이트 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이루는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은 총 4회의 마스크 공정을 진행하여 완성됨으로써 공정수 저감에 의한 단위 시간당 생산성을 향상시키며, 나아가 재료 저감 및 단위 공정 장비 투과를 최소화함으로써 제조 비용을 저감시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 일부를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2a, 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(on), 오프(off) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도.
도 3은 종래의 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역의 중앙부를 관통하여 절단한 부분에 대한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 평면도.
도 5a 내지 도 5k는 도 4a 내지 도 4d를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 제조 단계별 공정 평면도이며, 도 5a 내지 도 5k는 도 4a 내지 도 4d를 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 단면도이다.
우선, 도 4a와 도 5a에 도시한 바와 같이, 투명한 기판(101) 상에 투명 도전성 물질 예를들면 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 제 1 투명 도전성 물질층(103)을 형성하고, 연속하여 상기 제 1 투명 도전성 물질층(103) 위로 저저항 특성을 갖는 제 1 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(MoTi) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 증착함으로써 단일층 또는 다중층 구조의 제 1 금속층(105)을 형성한다. 도면에 있어서는 상기 제 1 금속층(105)이 단일층 구조를 이루는 것을 일례로 도시하였다.
다음, 상기 제 1 금속층(105) 위로 포토레지스트를 도포하여 제 1 포토레지스트층(미도시)을 형성한다. 이후, 상기 제 1 포토레지스트층(미도시) 위로 빛의 투과영역과 반투과영역 및 차단영역을 갖는 노광 마스크(미도시)를 위치시킨 후, 상기 노광 마스크(미도시)를 통해 상기 제 1 포토레지스트층(미도시)을 노광한 후, 현상함으로써 게이트 배선(107)과 게이트 전극(108)이 형성되어야 할 영역에 대해서는 제 1 두께를 갖는 제 1 포토레지스트 패턴(191a)을 형성하고, 화소전극(112)이 형성되어야 할 영역에는 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 갖는 제 2 포토레지스트 패턴(191b)을 형성한다.
다음, 도 4a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(191a, 191b) 외부로 노출된 상기 제 1 금속층(도 5a의 105)과 그 하부에 위치하는 상기 제 1 투명 도전성 물질층(도 5a의 103)을 제거함으로써 각 화소영역(P)의 경계에 일방향으로 연장하며 투명 도전성 물질로 이루어지는 하부층(108a)과 저저항 금속물질로 이루어진 상부층(108b)으로 이루어진 게이트 배선(107) 및 게이트 전극(108)을 형성하고, 동시에 각 화소영역(P)에 상기 게이트 배선(107) 및 게이트 전극(108)과 이격하며 판 형태를 갖는 투명 도전성 물질로 이루어진 화소전극(112)과 이의 상부에 저저항 금속물질로 이루어진 더미 금속패턴(106)을 형성한다.
다음, 도 4a 및 도 5c에 도시한 바와 같이, 애싱(ashing)을 진행함으로써 상기 더미 금속패턴(106) 상부에 위치하는 상기 제 2 포토레지스트 패턴(도 5b의 191b)을 제거함으로써 상기 더미 금속패턴(106)을 노출시킨다. 이때, 상기 애싱(ashing)에 의해 상기 제 1 포토레지스트 패턴(도 5c의 191a) 또한 그 두께가 줄어들게 되지만 여전히 상기 게이트 배선(107) 및 게이트 전극(108) 상부에 남아있게 된다.
이후, 도 4a 및 도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(도 5b의 191b)이 제거됨으로써 노출된 상기 더미 금속패턴(도 5c의 106)을 식각을 진행하여 제거함으로써 상기 화소전극(112)을 노출시킨다.
다음, 도 4b 및 도 5e에 도시한 바와 같이, 스트립(strip)을 진행하여 상기 제 1 포토레지스트 패턴(도 5d의 191a)을 제거함으로써 다중층 구조의 상기 게이트 배선(107) 및 게이트 전극(108)을 노출시킨다.
이후, 상기 게이트 배선(107) 및 게이트 전극(108)과 화소전극(112) 위로 무기절연물질 예를들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 화학적 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition: CVD) 장치(미도시)를 통해 증착함으로써 상기 기판(101) 전면에 게이트 절연막(115)을 형성하고, 연속하여 상기 게이트 절연막(115) 위로 상기 CVD 장치(미도시)를 이용하여 그 반응가스만을 교체함으로써 연속적으로 순수 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘을 증착하여 순수 비정질 실리콘층(116)과 불순물 비정질 실리콘층(117)을 형성한다.
이후, 상기 불순물 비정질 실리콘층(117) 위로 스퍼터 장치(미도시)를 이용하여 제 2 금속물질 예를들면 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금, 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(MoTi) 및 크롬(Cr) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 물질을 증착함으로써 제 2 금속층(124)을 형성한다. 이때, 도면에 있어서 상기 제 2 금속층(124)은 단일층 구조를 갖는 것을 일례로 도시하였다.
다음, 도 4b 및 도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 금속층(도 5e의 124) 상부로 포토레지스트를 도포하여 제 2 포토레지스트층(미도시)을 형성한 후, 빛의 투과영역과 반투과영역 및 차단영역을 갖는 노광 마스크(미도시)를 위치시킨 후, 이를 통해 상기 제 2 포토레지스트층(미도시)을 노광한 후, 현상함으로써 제 3 두께를 갖는 제 3 포토레지스트 패턴(193a)과, 상기 제 3 두께보다 얇은 제 4 두께를 갖는 제 4 포토레지스트 패턴(193b)을 형성한다.
이후, 상기 제 3, 4 포토레지스트 패턴(193a, 193b) 외부로 노출된 상기 제 2 금속층(도 5e의 124)과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘층(도 5e의 117) 및 순수 비정질 실리콘층(도 5e의 116)을 연속하여 식각함으로써 박막트랜지스터(도 5k의 Tr)가 형성되어야 할 영역에는 상기 게이트 전극(108)에 대응하여 소스 드레인 패턴(125)과, 그 하부로 불순물 비정질 실리콘 패턴(119) 및 순수 비정질 실리콘의 액티브층(120a)을 형성한다. 동시에 상기 게이트 절연막(115) 상에 상기 게이터 배선(107)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(130)을 형성한다. 이때, 제조 공정 특성 상 상기 데이터 배선(130)과 게이트 절연막(115) 사이에는 상기 데이터 배선(130)과 완전 중첩하는 형태로 불순물 및 순수 비정질 실리콘의 제 1 및 제 2 더미패턴(121a, 121b)이 형성된다.
다음, 도 4b 및 도 5g에 도시한 바와 같이, 애싱(ashing)을 실시함으로써 상기 제 4 두께를 갖는 제 4 포토레지스트 패턴(도 5f의 193b)을 제거함으로써 상기 소스 드레인 패턴(125)의 중앙부를 노출시킨다. 이때, 상기 애싱(ashing)에 의해 상기 제 3 포토레지스트 패턴(193a) 또한 그 두께가 줄어들게 되지만 여전히 상기 기판(101)상에 남아있게 된다.
다음, 도 4b 및 도 5h에 도시한 바와 같이, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(193a)을 식각 마스크로 하여 건식식각(dry etching)함으로써 상기 제 3 포토레지스트 패턴(193a) 외부로 노출된 상기 소스 드레인 패턴(도 5g의 124)과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 5g의 119)을 제거함으로써 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)과, 그 하부로 상기 소스 및 드레인 전극(138, 140) 각각과 동일한 패턴 형태를 갖는 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(120b)을 형성한다. 이때, 상기 액티브층(120a)과 서로 이격하는 오믹콘택층(120b)은 반도체층(120)을 이룬다.
한편, 상기 드레인 전극(136)은 그 일끝단이 상기 화소전극(112)과 상기 게이트 절연막(115)과 반도체층(120)을 사이에 두고 서로 중첩하도록 형성하는 것이 특징이다.
한편, 각 화소영역(P)에 순차 적층된 상기 게이트 전극(120)과, 게이트 절연막(115)과, 액티브층(120a) 및 서로 이격하는 오믹콘택층(120b)으로 이루어진 반도체층(120)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)은 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
다음, 도 4b 및 도 5i에 도시한 바와 같이, 스트립(strip)을 진행하여 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136) 상부에 남아있는 상기 제 3 포토레지스트 패턴(도 5h의 193a)을 제거함으로써 상기 데이터 배선(130)과 소스 및 드레인 전극(133, 136)을 노출시킨다.
다음, 도 4c 및 도 5j에 도시한 바와 같이, 상기 박막트랜지스터(Tr)와 데이터 배선(130) 위로 전면에 무기절연물질 예를들면, 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하거나, 또는 유기절연물질 예를들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)을 도포하여 보호층(140)을 형성한다.
다음, 마스크 공정을 진행하여 상기 보호층(140)과 그 하부에 위치하는 게이트 절연막(115)을 패터닝함으로써 상기 드레인 전극(136)과 상기 드레인 전극(136) 주변에 위치하는 상기 화소전극(112) 일부를 노출시키는 드레인 화소 콘택홀(143)을 형성한다.
다음, 도 4d 및 도 5k에 도시한 바와 같이, 상기 드레인 전극(136)의 일 끝단과 이의 주변에 위치하는 화소전극(112)을 노출시키는 상기 콘택홀(143)이 구비된 상기 보호층(140) 위로 투명 도전성 물질 예를들면, 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 증착하여 제 2 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성한다.
이후, 상기 제 2 투명 도전 물질층(미도시)을 마스크 공정을 통해 패터닝하여 각 화소영역(P) 내에 바(bar) 형태로 일정간격 이격하는 다수의 개구(oa)와 상기 드레인 화소 콘택홀(143)에 대응해서는 상기 드레인 화소 콘택홀(143)보다 넓은 면적의 홀(hl)을 갖는 공통전극(160)과, 상기 홀(hl) 내부에 상기 공통전극(160)과 이격하며 상기 드레인 화소 콘택홀(143)에 대응하여 상기 드레인 화소 콘택홀(143)보다 넓고 상기 홀(hl)보다는 작은 면적을 가져 상기 홀(hl) 내부에서 상기 드레인 전극(136)과 이의 주면에 위치하는 화소전극(112)과 접촉하는 화소 드레인 연결패턴(167)을 형성함으로써 본 발명에 따른 프린티 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)을 완성한다.
전술한 바와 같은 제조 방법에 의해 제조 된 본 발명에 따른 프린티 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)은, 각 화소영역(P) 내에 화소전극(112이 판 형태를 가지며 상기 기판(101) 내측면과 직접 접촉하며 상기 게이트 절연막(115) 하부에 형성되는 것이 제 1 특징이며, 상기 드레인 전극(136)은 그 일끝단이 상기 화소전극(112)과 중첩하도록 형성되고, 이의 상부에 구비되는 보호층(140)에는 상기 드레인 전극(136)의 일 끝단을 노출시키며 상기 보호층(140) 하부에 위치하는 게이트 절연막(115)과 함께 제거됨으로써 상기 드레인 전극(136) 일끝단 주변에 위치하는 화소전극(112)을 노출시키는 드레인 화소 콘택홀(143)이 구비되는 것이 제 2 특징이며, 상기 보호층(140) 상부로 각 화소영역(P)에 대응하여 일정간격 이격하는 바(bar) 형태의 다수의 개구(oa) 및 상기 드레인 화소 콘택홀(143)보다 넓은 면적을 갖는 홀(hl)을 구비한 공통전극(160)과, 상기 각 화소영역(P) 내부의 그 주변이 공통전극(160)으로 둘러싸인 상기 홀(hl) 내부에 상기 드레인 전극(136)의 일끝단 및 이의 주변에 위치하는 화소전극(112)과 동시에 접촉하는 화소 드레인 연결패턴(167)이 형성된 것이 제 3 특징이다.
나아가, 본 발명에 따른 프린티 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)에는 전술한 제 1, 2, 3 특징에 따른 구성요소 이외에 각 화소영역(P) 내부에는 게이트 전극(108)과 게이트 절연막(115)과 반도체층(120)과 서로 이격하는 소스 및 드레인 전극(133, 136)으로 구성된 박막트랜지스터(Tr)가 더욱 구비되고, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(108)과 연결되며 최소 2중층 구조를 이루는 게이트 배선(107)과, 상기 박막트랜지스터(Tr)의 소스 전극(133)과 연결된 데이터 배선(130)이 상기 게이트 절연막(115)을 개재하여 서로 교차하도록 배치되고 있다.
한편, 본 발명에 따른 프린티 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판(101)은 일례로서 상기 데이터 배선(130)과 공통전극(160) 내부에 각 화소영역(P)별로 구비된 다수의 바(bar) 형태의 개구(oa)가 곧은 직선 형태로 형성됨을 보이고 있지만, 변형예로서 도면으로 제시하지 않았지만, 상기 각 화소영역 내에 구비된 다수의 바 형태의 개구는 각 화소영역의 중앙부를 가로지르는 상기 게이트 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이룰 수도 있다. 이 경우 상기 데이터 배선 또한 상기 각 화소영역의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구성을 가짐으로써 표시영역 전체에 대해서는 지그재그 형태를 이룰 수도 있다.
한편, 본 발명은 전술한 실시예 및 변형예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 이상 다양한 변화와 변형이 가능하다.
101 : (어레이)기판 108 : 게이트 배선
108a : 하부층 108b : 상부층
112 : 화소전극 115 : 게이트 절연막
120 : 반도체층 120a : 액티브층
120b : 오믹콘택층 121 : 더미패턴
121a : 제 1 더미패턴 121b : 제 2 더미패턴
130 : 데이터 배선 133 : 소스 전극
136 : 드레인 전극 140 : 보호층
143 : 드레인 화소 콘택홀 160 : 공통전극
167 : 화소 드레인 연결패턴 hl : 홀
oa : 개구 P : 화소영역
Tr : 박막트랜지스터

Claims (9)

  1. 화소영역이 정의된 기판 상에 다중층 구조의 게이트 배선과 이와 연결된 게이트 전극을 형성하고, 동시에 상기 화소영역 내부에 단일층 구조의 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선과 게이트 전극 및 화소전극 위로 게이트 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하고, 동시에 상기 게이트 전극에 대응하여 반도체층과 상기 반도체층 상부로 상기 데이터 배선과 연결된 소스 전극과 상기 소스 전극과 이격하며 그 일끝단이 상기 화소전극과 중첩하는 드레인 전극을 형성하는 단계와;
    상기 데이터 배선과 소스 전극 및 드레인 전극 위로 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층과 상기 게이트 절연막을 패터닝함으로써 상기 드레인 전극의 일끝단과 상기 드레인 전극 일끝단 주변의 상기 화소전극을 동시에 노출시키는 단일의 드레인 화소 콘택홀을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 위로 투명 도전성 물질로 이루어지며, 상기 각 화소전극에 대응하여 바(bar) 형태의 이격하는 다수의 개구와 상기 드레인 화소 콘택홀에 대응하여 상기 드레인 화소 콘택홀보다 넓은 면적의 단일의 홀을 갖는 공통전극을 형성하고, 동시에 상기 홀 내부에 상기 드레인 전극의 일끝단 및 상기 화소전극과 동시에 접촉하며 상기 공통전극과 이격하는 화소 드레인 연결패턴을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 화소 드레인 연결패턴은 상기 드레인 전극의 일끝단의 상면 및 측면에 접촉하고 상기 단일층 구조의 화소전극의 상면에 접촉하는
    프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    다중층 구조의 상기 게이트 배선과 이와 연결된 게이트 전극을 형성하고, 동시에 상기 화소영역 내부에 화소전극을 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 제 1 투명 도전성 물질층과 제 1 금속층을 순차적으로 형성하는 단계와;
    상기 제 1 금속층 위로 제 1 두께의 제 1 포토레지스트 패턴과 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 제 1 금속층을 제거하고, 연속하여 상기 제 1 금속층이 제거됨으로써 노출된 상기 제 1 투명 도전성 물질층을 제거함으로써 다중층 구조를 갖는 상기 게이트 배선 및 게이트 전극을 형성하고 동시에 상기 화소전극과 이의 상부로 더미 금속패턴을 형성하는 단계와;
    애싱(asing)을 진행하여 상기 제 2 포토레지스트 패턴을 제거하여 상기 더미 금속패턴을 노출시키는 단계와;
    노출된 상기 더미 금속패턴을 제거함으로서 상기 화소전극을 노출시키는 단계와;
    상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계
    를 포함하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 배선과 반도체층과 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계는,
    상기 게이트 절연막 위로 순차적으로 순수 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층과 제 2 금속층을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 금속층 위로 제 1 두께의 제 1 포토레지스트 패턴과 상기 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께의 제 2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 제 2 금속층과 그 하부에 위치하는 상기 불순물 및 순수 비정질 실리콘층을 제거함으로써 상기 데이터 배선과 이와 연결된 소스 드레인 패턴을 형성하고, 동시에 상기 소스 드레인 패턴 하부로 불순물 비정질 실리콘 패턴 및 순수 비정질 실리콘 패턴을 형성하는 단계와;
    애싱(asing)을 진행하여 상기 제 2 포토레지스트 패턴을 제거하여 상기 소스 드레인 패턴의 중앙부를 노출시키는 단계와;
    노출된 상기 소스 드레인 패턴의 중앙부와 그 하부에 위치하는 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴을 제거함으로서 서로 이격하는 상기 소스 전극 및 드레인 전극과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층과 이의 상부로 서로 이격하는 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진 오믹콘택층으로 구성된 상기 반도체층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계
    를 포함하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 드레인 연결패턴은 상기 드레인 화소 콘택홀보다 넓은 면적을 갖도록 형성하는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  5. 화소영역이 정의된 기판 상에 형성된 게이트 배선 및 이와 연결된 게이트 전극과;
    상기 화소영역 내부에 상기 기판과 접촉하며 투명 도전성 물질로 이루어진 단일층 구조의 화소전극과;
    상기 게이트 배선과 게이트 전극 및 화소전극 위로 형성된 게이트 절연막과;
    상기 게이트 절연막 위로 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선과, 상기 게이트 전극에 대응하여 반도체층과 상기 반도체층 상부로 상기 데이터 배선과 연결된 소스 전극 및 상기 소스 전극과 이격하며 그 일끝단이 상기 화소전극과 중첩하도록 형성된 드레인 전극과;
    상기 데이터 배선과 소스 전극 및 드레인 전극 위로 형성된 보호층과;
    상기 보호층 위로 상기 각 화소영역 내에 상기 화소전극에 대응하여 바(bar) 형태로 이격하는 다수의 개구를 가지며 형성된 공통전극
    을 포함하며, 상기 보호층과 상기 게이트 절연막에는 상기 드레인 전극의 일끝단과 이의 주변에 위치하는 상기 화소전극을 동시에 노출시키는 단일의 콘택홀이 구비되고, 상기 공통전극에는 상기 콘택홀과 중첩하며 상기 콘택홀보다 넓은 면적의 단일의 홀이 구비되며, 상기 홀 내측에는 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극의 일끝단의 상면 및 측면과 상기 화소전극의 상면과 동시에 접촉하는 화소 드레인 연결패턴이 형성된 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 게이트 배선 및 게이트 전극은 상기 화소전극을 이루는 동일한 물질로 이루어진 하부층과 금속층으로 이루어진 상부층으로 구성된 다중층 구조를 이루는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 공통전극 및 상기 화소 드레인 연결패턴은 동일한 층에 형성되며, 투명 도전성 물질로 이루어진 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수의 개구는 상기 화소영역의 중앙부에서 상기 게이트 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이루는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 데이터 배선은 상기 화소영역의 중앙부에서 상기 게이트 배선과 나란한 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 이루는 것이 특징인 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판.
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