KR101898118B1 - 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법 - Google Patents

횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 외부광에 의한 반사율을 저감시켜 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio) 및 표시품질을 향상시킬 수 있는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 화소전극과 중앙부 공통전극을 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층과 버닝(burning)처리된 포토레지스트 패턴으로 이루어지는 상부층의 이종(異種)물질의 이중층 구조로 형성하는 것이다.
이를 통해, 척(미도시) 반사에 의한 척 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 화소전극과 공통전극의 외부광에 대한 반사율을 낮출 수 있어, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키게 된다.
또한, 포토레지스트 패턴의 스트립 공정을 삭제할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법{Method of fabricating array substrate for in-plane switching mode liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 외부광에 의한 반사율을 저감시켜 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio) 및 표시품질을 향상시킬 수 있는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법에 관한 것이다.
동화상 표시에 유리하고 콘트라스트비(contrast ratio)가 큰 특징을 보여 TV, 모니터 등에 활발하게 이용되는 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD)는 액정의 광학적이방성(optical anisotropy)과 분극성질(polarization)에 의한 화상구현원리를 나타낸다.
이러한 액정표시장치는 나란한 두 기판(substrate) 사이로 액정층을 개재하여 합착시킨 액정패널(liquid crystal panel)을 필수 구성요소로 하며, 액정패널 내의 전기장으로 액정분자의 배열방향을 변화시켜 투과율 차이를 구현한다.
최근에는 상-하로 형성된 전기장으로 액정을 구동하는 능동행렬 액정표시장치가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 많이 사용되고 있으나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정구동은 시야각 특성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
이에, 시야각이 좁은 단점을 극복하기 위해 여러 가지 방법이 제시되고 있는데, 그 중 횡전계에 의한 액정 구동방법이 주목받고 있다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 액정패널을 간략하게 나타낸 단면도이다.
도시한 바와 같이, 어레이기판인 하부기판(1)과 컬러필터기판인 상부기판(3)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 상부 및 하부기판(1, 3)사이에는 액정층(5)이 개재되어 있다.
하부기판(1) 상에는 공통전극(21) 및 화소전극(25)이 동일 평면상에 형성되어 있으며, 액정층(5)은 공통전극(21) 및 화소전극(25)에 의한 수평전계(L)에 의해 작동된다.
이와 같이 횡전계형 액정표시장치는 하부기판(1) 상에 공통전극(21) 및 화소전극(25)을 형성하고, 두 전극(21, 25) 사이에 수평전계(L)를 생성하여 액정분자가 기판(1, 3)에 평행한 수평전계(L)와 나란하게 배열되도록 함으로써, 액정표시장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.
한편, 공통전극(21)과 화소전극(25)은 통상적으로 투명 도전성 물질 또는 불투명 금속물질의 단일층 구조로 이루어지고 있는데, 공통전극(21)과 화소전극(25)을 투명 도전성 물질로 형성할 경우, 공통전극(21)과 화소전극(25)을 패터닝하는 과정에서 척(chuck) 반사에 의한 척 얼룩이 발생하게 된다.
그리고, 공통전극(21)과 화소전극(25)을 불투명 금속물질로 형성할 경우, 불투명 금속물질은 반사율이 높아 외부광의 반사율이 60% 이상이 됨으로써, 공통전극(21)과 화소전극(25)에 의해 반사된 빛이 도 2와 같이 무지개 형태로 보이는 무지개 얼룩이 발생하게 된다.
이를 통해, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio) 감소에 의해 표시품질이 저하되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부광 반사율을 낮출 수 있는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판을 제공하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
이를 통해, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio) 및 표시품질이 향상된 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판을 제공하고자 하는 것을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다수의 화소영역이 정의된 기판 상에 서로 교차하는 게이트배선과 데이터배선과 상기 게이트배선과 나란한 공통배선을 형성하는 단계와; 상기 각 화소영역 내에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터 상부로 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 상부로 상기 박막트랜지스터의 드레인전극 및 상기 공통배선과 접촉하는 금속층을 형성하는 단계와; 상기 금속층 상부로 포토레지스트층을 형성한 후, 이에 대해 노광마스크를 이용하여 노광을 실시하고 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 금속층을 식각하는 단계와; 상기 포토레지스트 패턴을 버닝(burning)처리하여, 상기 금속층과 상기 포토레지스트 패턴의 이중층 구조로 이루어지는 화소전극과 공통전극을 형성하는 단계를 포함하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 금속층은 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지며, 상기 버닝처리는 130 ~ 140℃ 로 가열하거나, 레이저빔을 조사하여 진행한다.
또한, 상기 포토레지스트 패턴은 상기 버닝처리에 의해 검게 변화되며, 상기 금속층은 상기 포토레지스트 패턴에 의해 반사율이 35% 이하이다.
그리고, 상기 화소전극과 공통전극을 형성하는 단계는, 상기 각 화소영역 내의 상기 보호층 상부에 상기 공통전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조공통패턴과, 상기 화소전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조화소패턴을 상기 게이트배선과 나란하게 이격하며 서로 마주하도록 형성하는 단계를 포함하며, 상기 공통배선을 형성하는 단계는, 상기 공통배선에서 분기하며 상기 각 화소영역 내부에 상기 데이터배선과 나란한 최외각 공통전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 보호층을 형성하는 단계는, 상기 드레인전극을 노출하는 드레인콘택홀과 상기 최외각 공통전극을 노출하는 공통콘택홀을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 보조공통패턴은 상기 공통콘택홀을 통해 상기 최외각 공통전극과 접촉하며, 상기 보조화소패턴은 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 화소전극과 접촉한다.
또한, 상기 박막트랜지스터는 게이트전극과, 게이트절연막, 반도체층, 소스 및 드레인전극을 포함한다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 화소전극과 중앙부 공통전극을 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층과 버닝(burning)처리된 포토레지스트 패턴으로 이루어지는 상부층의 이종(異種)물질의 이중층 구조로 형성함으로써, 이를 통해, 척(미도시) 반사에 의한 척 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 화소전극과 공통전극의 외부광에 대한 반사율을 낮출 수 있어, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 포토레지스트 패턴의 스트립 공정을 삭제할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 액정패널을 간략하게 나타낸 단면도.
도 2는 외부광에 의해 무지개 얼룩이 발생된 모습을 나타낸 사진.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판을 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 자른 단면도.
도 5는 도 3의 절단선 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 자른 단면도.
도 6a ~ 6b는 버닝처리의 유무에 따른 포토레지스트의 모습을 비교하기 위한 사진.
도 7a 내지 7h는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ을 따라 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
도 8a 내지 8h는 도 3을 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판을 개략적으로 도시한 평면도이다.
이때, 보다 자세한 설명을 위하여, 스위칭 소자를 포함하는 하나의 화소영역(P)을 도시한 확대 도시하였다.
도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판(101)은 게이트절연막(113, 도 4 참조)을 사이에 두고 그 하부 및 상부로 서로 종횡으로 연장되어 교차됨으로써 화소영역(P)을 정의하는 다수의 게이트배선(103)과 데이터배선(105)이 형성되어 있다.
그리고, 각 화소영역(P)을 관통하며 게이트배선(103)과 이격하며 공통배선(107)이 형성되어 있다.
또한, 각 화소영역(P)에는 게이트배선(103) 및 데이터배선(105)과 연결되며, 게이트전극(111)과, 게이트절연막(113, 도 4 참조)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(115a, 도 4 참조)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(115b, 도 4 참조)으로 이루어진 반도체층(115, 도 4 참조)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인전극(117, 119)으로 구성된 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
이때, 도면에 있어서 박막트랜지스터(Tr)는 채널을 이루는 영역이 ‘U'형태를 이루는 것을 일례로 보이고 있지만, 다양한 형태로 변형될 수 있다.
여기서, 각 화소영역(P) 내부에는 공통배선(107)에서 분기한 형태로서 데이터배선(105)과 나란하게 최외각 공통전극(109)이 형성되고 있다. 최외각 공통전극(109)과 공통배선(107)은 게이트배선(103)과 게이트전극(111)이 형성된 동일한 층에서 동일한 물질로 이루어진다.
또한, 각 화소영역(P) 내부에는 최외각 공통전극(109)과 공통콘택홀(131)을 통해 연결되어 공통전압을 전달받는 보조공통패턴(120)이 형성되어 있으며, 보조공통패턴(120)에서 분기하여 최외각 공통전극(109)과 나란하게 다수의 중앙부 공통전극(121)이 일정간격 이격하여 형성되어 있다.
그리고, 각 화소영역(P) 내부에는 드레인콘택홀(118)을 통해 박막트랜지스터(Tr)의 드레인전극(119)과 연결되는 보조화소패턴(123)이 공통배선(107)과 나란하게 형성되어 있으며, 보조화소패턴(123)에서 분기하여 다수의 화소전극(125)이 형성되어 있다.
이때, 보조공통패턴(120)과 중앙부 공통전극(121) 그리고 보조화소패턴(123)과 화소전극(125)은 동일한 층에서 동일한 물질로 이루어진다.
여기서, 각 화소영역(P) 내에 형성된 공통전극(109, 121) 그리고 화소전극(125)은 각 화소영역(P)의 중앙부에서 게이트배선(103)과 나란하게 가상의 선(미도시)을 그엇을 때, 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 꺾인 구조를 갖는다.
따라서, 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 이의 상부와 하부는 공통전극(109, 121) 그리고 화소전극(125)의 방향을 달리하게 됨으로써 서로 다른 도메인 영역을 이루게 된다.
이러한 경우, 횡전계형 액정표시장치는 하나의 화소영역(P) 내의 서로 다른 도메인에 위치하는 액정의 움직임이 달라지며, 최종적으로 액정분자의 장축의 배치를 달리하게 됨으로써, 특정 방위각에서의 컬러 쉬프트 현상을 저감시키게 된다.
여기서, 이들 최외각 및 중앙부 공통전극(109, 121) 그리고 화소전극(125)의 꺾인 구성을 가짐으로써 데이터배선(105) 또한 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 대칭적으로 꺾인 구성을 가지며, 데이터배선(105)은 각 화소영역(P)별로 분리 형성된 것이 아니라 표시영역 전체에 대해 연결된 구성을 가지므로 데이터배선(105)은 표시영역에 있어서는 각 화소영역(P)의 중앙부를 기준으로 꺾인 지그재그 형태를 이루게 된다.
그리고, 각 화소영역(P) 내에서 박막트랜지스터(Tr)가 형성된 부근에는 공통배선(107)이 타 영역대비 넓은 폭을 갖도록 형성됨으로써 제 1 스토리지 전극(107a)을 이루고 있으며, 제 1 스토리지 전극(107a)의 상부로 게이트절연막(113, 도 4 참조)을 개재하여 드레인전극(119)이 연장된 제 2 스토리지 전극(119a)이 형성되고 있다. 이때, 게이트 절연막(113, 도 4 참조)을 사이에 두고 서로 중첩하는 제 1 및 제 2 스토리지 전극(107a, 119a)은 스토리지 커패시터(StgC)를 이루고 있다.
한편, 본 발명의 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판(101)은 공통전극(121) 및 화소전극(125)이 이종(異種)물질의 이중층 구조를 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 이중층 구조를 갖는 공통전극(121) 및 화소전극(125) 각각의 하부층(210, 도 4 참조)은 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지며, 각각의 상부층(220, 도 4 참조)은 버닝(burning)처리된 포토레지스트로 이루어진다.
따라서, 척 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 외부광에 대한 반사율을 낮출 수 있어, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키게 된다.
즉, 공통전극(121) 및 화소전극(125)의 하부층(210, 도 4 참조)을 몰리티타늄(MoTi)으로 형성함으로써, 투과율이 감소되어, 노광공정시 척(미도시)에 의해 빛의 반사가 이루어지는 것을 방지할 수 있어, 결과적으로 척 얼룩이 발생하는 것을 방지하게 된다.
또한, 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층(210, 도 4 참조)의 상부에 위치하는 상부층(220, 도 4 참조)의 포토레지스트는 버닝처리를 통해 검은색으로 변화하게 되므로, 버닝처리된 포토레지스트가 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층(210, 도 4 참조)의 저반사전극으로서의 역할을 하게 되어, 외부광에 대한 반사율을 낮출 수 있어, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키게 되는 것이다.
이러한 본 발명의 특징적인 구성은 단면 구조를 통해 더욱 잘 표현될 수 있으므로, 이하 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 단면 구성을 참조하여 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 4는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 자른 단면도이며, 도 5는 도 3의 절단선 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 자른 단면도이다.
이때, 설명의 편의를 위하여 각 화소영역(P) 내의 박막트랜지스터(Tr)가 형성될 부분을 스위칭영역(TrA)이라 정의하며, 스토리지 캐패시터(StgC)가 형성되는 영역을 스토리지 영역(StgA)이라 정의하도록 하겠다.
도시한 바와 같이, 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판(101)은 제 1 방향으로 연장되는 다수의 게이트배선(도 3의 103)이 형성되어 있으며, 다수의 게이트배선(도 3의 103)과 교차하도록 제 2 방향으로 연장되어 다수의 화소영역(P)을 정의하는 다수의 데이터배선(105)이 형성되어 있다.
그리고, 각 화소영역(P)을 관통하며 게이트배선(도 3의 103)과 이격하며 공통배선(도 3의 107)이 형성되어 있다.
또한, 각 화소영역(P)의 스위칭영역(TrA)에 대응하여 게이트배선(도 3의 103) 및 데이터배선(105)과 연결되며, 게이트전극(111)과, 게이트절연막(113)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(115a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(115b)으로 이루어진 반도체층(115)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인전극(117, 119)으로 구성된 박막트랜지스터(Tr)가 형성되어 있다.
이때, 게이트배선(도 3의 103)은 그 자체로써 그 일부 영역이 게이트 전극(111)을 이루고 있다.
그리고, 박막트랜지스터(Tr)를 포함하는 어레이기판(101)의 전면에는 최외각 공통전극(도 3의 109)의 일단을 노출시키는 공통콘택홀(도 3의 131)과 드레인전극(119)을 노출시키는 드레인콘택홀(118)을 포함하는 보호층(116)이 형성되어 있으며, 화소영역(P)의 보호층(116)의 상부에는 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어진 하부층(210)과 버닝처리된 포토레지스트로 이루어진 상부층(220)의 이중층 구조를 갖는 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121)이 형성된다.
이때, 화소전극(125)은 공통배선(도 3의 107)과 나란하게 형성되는 보조화소패턴(123)으로부터 분기하여, 드레인콘택홀(118)을 통해 드레인전극(119)과 전기적으로 연결되며, 중앙부 공통전극(121)은 공통콘택홀(도 3의 131)을 통해 최외각 공통전극(도 3의 109)과 연결되는 보조공통패턴(120)으로부터 화소전극(125)과 평행하게 분기하여 형성된다.
이때, 각 화소영역(P) 내의 스토리지영역(StgA)에서는 공통배선(도 3의 107)에서 연장된 제 1 스토리지 전극(107a)과 제 1 스토리지 전극(107a)의 상부로 게이트절연막(113)을 개재하여 드레인전극(119)이 연장된 제 2 스토리지 전극(119a)이 형성되고 있다. 이때, 게이트절연막(113)을 사이에 두고 서로 중첩하는 제 1 및 제 2 스토리지 전극(107a, 119a)은 스토리지 커패시터(StgC)를 이루고 있다.
이와 같이 횡전계형 액정표시장치는 어레이기판(101) 상에 공통전극(121)과 화소전극(125)을 형성하고, 두 전극(121, 125) 사이에 수평전계를 생성하여 액정분자가 기판(101)에 평행한 수평전계와 나란하게 배열되도록 함으로써, 액정표시장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.
한편, 본 발명은 보조화소패턴(123)과 보조공통패턴(120) 그리고 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121)이 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어진 하부층(210)과 버닝처리된 포토레지스트로 이루어진 상부층(220)의 이종(異種)물질의 이중층 구조를 갖도록 형성함으로써, 화소전극(125)과 공통전극(121)을 형성한 본 발명의 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판(101)은 척 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 외부광에 대한 반사율을 낮출 수 있다.
즉, 보조화소패턴(123)과 보조공통패턴(120) 그리고 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121)을 불투명한 몰리티타늄(MoTi)으로 형성함으로써, 보조화소패턴(123)과 보조공통패턴(120) 그리고 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121)을 노광하는 과정에서, 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층(210)에 의해 보조화소패턴(123)과 보조공통패턴(120) 그리고 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121)의 투과율이 감소되어, 노광공정시 척(미도시)에 의해 빛의 반사가 이루어지는 것을 방지할 수 있어, 결과적으로 척 얼룩이 발생하는 것을 방지하게 된다.
그리고, 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층(210)의 상부에 포토레지스트로 이루어지는 상부층(220)을 형성하고, 상부층(220)이 버닝처리를 통해 검은색으로 변화하게 되므로, 버닝처리된 포토레지스트가 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층(210)이 저반사전극으로서의 역할을 하도록하여, 외부광에 대한 반사율을 낮출 수 있어, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키게 되는 것이다.
이때, 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층(210)의 상부로 버닝처리된 포토레지스트를 상부층(220)으로 형성함으로써, 이종(異種)물질의 이중층 구조를 갖는 보조화소패턴(123)과 보조공통패턴(120) 그리고 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121)의 외부광에 의한 반사율은 35%이하를 갖게 된다.
이는 몰리티타늄(MoTi)의 단일층 구조로 이루어지는 보조화소패턴(123)과 보조공통패턴(120) 그리고 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121)의 외부광에 대한 반사율이 66%인 것에 비해 약 30%가 감소된 것이다.
따라서, 외부광의 반사에 의해 무지개 형태로 보이는 무지개 얼룩이 발생하는 것을 억제할 수 있어, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키게 된다.
도 6a ~ 6b는 버닝처리의 유무에 따른 포토레지스트의 모습을 비교하기 위한 사진이다.
도시한 바와 같이, 포토레지스트는 빛에 의해 분자구조가 변화되어 현상액에 대한 선택적인 용해가 가능한 물질로, 용매 역할의 솔벤트(solvent)와, 모너머(monomer)의 화학 결합물로써 현상 후 잔류되는 포토레지스트 패턴의 실체를 이루는 폴리머(polymer)와, 빛을 받아 상기 폴리머에 에너지를 전달하여 현상액에 녹거나 녹지 않도록 하는 매개물질인 감광제(sensitizer)을 포함한다.
이 같은 포토레지스트는 감광제의 종류에 따라 포지티브형과 네거티브형(negative type)으로 구분되는데, 노광과정에 의해서 포지티브형인 경우에 빛에 노출된 부분만이 경화되고 네거티브형인 경우에는 빛을 받지 않은 부분이 경화된다.
그 결과 후속의 현상 공정에서 포토레지스트의 경화된 부분만을 제거하여 포토레지스트 패턴을 구현할 수 있다.
여기서, 도 6a의 포토레지스트에 버닝처리를 함으로써, 포토레지스트는 도 6b에 도시한 바와 같이 검게 변화하게 되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 검게 변화된 포토레지스트를 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층의 상부에 형성함으로써, 버닝처리된 포토레지스트가 하부층의 몰리티타튬의 저반사전극으로서의 역할을 하게 되는 것이다.
이를 통해, 외부광에 대한 반사율을 낮추게 되어, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키게 되는 것이다.
여기서, 포토레지스트는 네가티브형과 포지티브형 모두 버닝처리에 의해 검게 변화하게 된다.
이때, 버닝처리는 포토레지스트 상에 고온의 레이저빔을 조사하거나, 포토레지스트 내부의 잔여 솔벤트 등의 휘발성분을 제거하기 위한 베이킹공정에서 핫프레스(hot press) 또는 오븐(oven)을 통해 기판 전체를 베이킹(baking)함으로써 진행할 수 있다.
이에 대해 아래 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법에 대해 설명하는 과정에서 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.
도 7a 내지 7h는 도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ을 따라 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도이며, 도 8a 내지 8h는 도 3을 절단선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절단한 부분에 대한 제조 단계별 공정 단면도이다.
이때, 설명의 편의를 위해 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Tr)가 형성되는 영역을 스위칭 영역(TrA)이라 정의하며, 스토리지 커패시터(StgC)가 형성되는 영역을 스토리지 영역(StgA)이라 정의하도록 하겠다.
우선, 도 7a및 도 8a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연기판(101) 상에 저저항 특성을 갖는 제 1 금속물질 예를 들면 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 구리(Cu), 구리합금 중 선택된 물질을 전면에 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성한다.
이후 포토레지스트(미도시)의 도포, 포토 마스크(미도시)를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트(미도시)의 현상, 제 1 금속층(미도시)의 식각 및 포토레지스트(미도시)의 스트립(strip) 등의 일련의 단위 공정을 포함하는 제 1 마스크 공정을 진행하여, 제 1 금속층(미도시)을 패터닝함으로써 제 1 방향으로 연장하는 다수의 게이트배선(도 3의 103)을 형성하고, 동시에 스위칭영역(TrA)에 게이트배선(도 3의 103)과 연결된 게이트전극(111)을 형성한다.
동시에, 도면에는 도시하지 않았지만, 게이트배선(도 3의 103)과 나란하게 소정간격 이격하여 공통배선(도 3의 107)과, 공통배선(도 3의 107)과 연결된 최외각 공통전극(109)을 형성한다.
다음으로 도 7b와 도 8b에 도시한 바와 같이, 게이트배선(도 3의 103)과 게이트전극(111), 공통배선(도 3의 107) 그리고 최외각 공통전극(도 3의 109) 상부에 무기절연물질 예를 들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx)을 증착하여 기판(101) 전면에 게이트절연막(113)을 형성한다.
그리고, 연속하여 게이트절연막(113) 상부로 순수 비정질 실리콘과 불순물 비정질 실리콘을 순차적으로 증착함으로써, 순수 비정질 실리콘 물질층(미도시)과 불순물 비정질 실리콘 물질층(미도시)을 형성한다.
이후, 불순물 비정질 실리콘 물질층(미도시) 상부로 저저항 특성을 갖는 금속물질인 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 구리합금 중 선택된 물질을 전면에 증착하여 제 2 금속층(미도시)을 형성한다.
다음으로, 포토레지스트(미도시)의 도포, 포토 마스크(미도시)를 이용한 노광, 노광된 포토레지스트(미도시)의 현상, 제 2 금속층(미도시)의 식각 및 포토레지스트(미도시)의 스트립(strip) 등의 일련의 단위 공정을 포함하는 제 2 마스크 공정을 진행하여, 제 2 금속층(미도시)을 패터닝함으로써 제 2 방향으로 연장되어 게이트배선(도 3의 103)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 다수의 데이터배선(도 3의 105)을 형성한다.
이때, 데이터배선(도 3의 105) 하부에는 순수 및 불순물 비정질 실리콘 물질로 이루어지는 이중층 구조의 반도체패턴이 위치한다.
이와 동시에, 스위칭영역(TrA)에 있어 서로 이격하는 소스 및 드레인전극(117, 119)을 형성하고, 소스 및 드레인전극(117, 119)을 마스크로 하여 불순물 비정질 실리콘 물질층(미도시)을 식각하여 제거함으로써, 액티브층(115a)을 노출시키는 오믹콘택층(115b)을 형성한다.
이로써, 게이트전극(111)과, 게이트절연막(113)과, 순수 비정질 실리콘의 액티브층(115a)과 불순물 비정질 실리콘의 오믹콘택층(115b)으로 이루어진 반도체층(115)과, 서로 이격하는 소스 및 드레인전극(117, 119)으로 이루어지는 박막트랜지스터(Tr)가 형성된다.
이때, 드레인전극(119)은 공통배선(도 3의 107)이 형성된 부분까지 연장 형성함으로써, 게이트절연막(113)을 사이에 두고 서로 중첩하는 공통배선(도 3의 107)과 드레인전극(119)은 각각 제 1 및 제 2 스토리지전극(107a, 119a)을 이루게 된다.
따라서, 스토리지 영역(StgA)에 순차 적층된 제 1 스토리지전극(107a)과 게이트절연막(113)과 제 2 스토리지전극(119a)은 스토리지캐패시터(StgC)를 이루도록 한다.
다음으로 도 7c와 도 8c에 도시한 바와 같이, 기판(101)의 전면에 무기절연물질 예를 들면 산화실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘(SiNx) 중 선택되는 하나 또는 유기절연물질 예를 들면 벤조사이클로부텐(BCB) 또는 포토아크릴(photo acryl)로 이루어지는 보호층(116)을 형성한다.
이후, 제 3 마스크 공정을 진행하여 보호층(116)을 패터닝함으로써, 드레인전극(119)을 노출하는 드레인콘택홀(118)을 형성한다.
동시에, 도면에 도시하지는 않았지만 보호층(116)의 하부에 위치하는 게이트절연막(113)까지 패터닝함으로써, 공통배선(도 3의 107)을 노출시키는 공통 콘택홀(도 3의 131)을 형성한다.
다음으로 도 7d와 도 8d에 도시한 바와 같이, 드레인콘택홀(118)과 공통콘택홀(도 3의 131)을 갖는 보호층(116) 상부로 몰리티타늄(MoTi)을 기판(101)의 전면에 증착함으로써, 제 3 금속층(210a)을 형성한다.
이후, 제 3 금속층(210a) 상부에 포토레지스트(미도시)를 도포하여 포토레지스트층(220a)을 형성하고, 이의 상부에 빛의 투과부(T)와 차단부(R)를 갖는 노광마스크(M)를 위치시켜, 노광을 실시한다.
이때, 도면상에 도시하지는 않았지만, 기판(101)은 노광 중에 얼라인이 틀어지는 것을 방지하기 위하여, 척(미도시)에 의해 지지되어 고정된다.
이 경우, 노광마스크(M)의 투과부(T)를 통과한 빛은 포토레지스트층(220a)에 도달하여 포토레지스트층(220a)과 반응하게 되며, 포토레지스트층(220a)의 하부에 도달한 빛은 제 3 금속층(210a)에 입사되지만, 불투명한 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 제 3 금속층(210a)으로 입사된 빛은 제 3 금속층(210a)을 투과하지 못하게 된다.
따라서, 기판(101)의 하부에 위치하는 척(미도시)으로 빛이 입사되지 못하므로, 척 반사 자체가 발생되지 않으며, 이를 통해 척 반사에 의해 의도하지 않은 영역의 포토레지스트층(220a)이 노광되는 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이를 통해, 다음으로 도 7e와 도 8e에 도시한 바와 같이, 포토레지스층(도 7d와 도 8d의 220a)을 현상하게 되면, 정상적으로 각 화소영역(P) 내에 개구부(OP)를 이루는 부분에 대해서는 제거된 상태가 되며, 화소전극(도 5의 125)과 공통전극(도 5의 121)을 이루는 부분에 대응해서 포토레지스트 패턴(220b)을 형성하게 된다.
이때, 포토레지스트 패턴(220b)은 중앙부 공통전극(도 5의 121)의 일끝단을 연결시키는 보조공통패턴(도 5의 120)과 화소전극(도 5의 125)의 일끝단을 연결시키는 보조화소패턴(도 4의 123)이 형성되어야 할 부분에 대응해서도 형성한다.
다음으로 도 7f와 도 8f에 도시한 바와 같이, 포토레지스트 패턴(220b)을 외부로 노출된 제 3 금속층(210a)의 식각공정을 진행하여, 포토레지스트 패턴(220b) 하부로 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어진 금속패턴(= 하부층, 210)을 형성하게 된다.
다음으로 도 7g와 도 8g에 도시한 바와 같이, 포토레지스트 패턴(220b)에 버닝(burning)처리를 진행한다.
이때, 버닝처리는 130 ~ 140℃의 고온으로 포토레지스트 패턴(220b)을 가열하여 진행하는데, 가열 외에도, 레이저빔을 포토레지스트 패턴(220b)에 조사하여 진행하거나, 레이저빔 외에도 기판(101) 자체에 열을 가하는 베이킹공정을 통해 진행할 수도 있다.
버닝처리된 포토레지스트 패턴(220b)은 검게 변화하게 되며, 포토레지스 패턴(220b) 내부의 잔여 솔벤트 등의 휘발성분이 제거되어, 포토레지스트 패턴(220b)은 치밀화와 균일성을 확보하게 된다.
이러한 검게 변화된 포토레지스트 패턴(220b)은 상부층(220)으로써, 하부의 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층(210)과 함께 이종(異種)물질의 이중층 구조의 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121)을 이루게 된다.
그리고, 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121) 이외에 화소전극(125)의 일끝단을 연결시키며 드레인콘택홀(118)을 통해 드레인전극(119)과 연결되는 보조화소패턴(123)과, 중앙부 공통전극(121)의 일끝단을 연결시키며 공통콘택홀(도 5의 131)을 통해 최외각 공통전극(도 5의 109)과 연결되는 보조공통패턴(120)을 형성한다.
이로써, 도 7h와 도 8h에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판(101)을 완성한다.
이때, 포토레지스트 패턴(도 7f와 도 8f의 220b)은 버닝처리를 통해 검은색으로 변화하게 되므로, 버닝처리된 포토레지스트 패턴(도 7f와 도 8f의 220b)이 저반사전극으로서의 역할을 하게 된다.
따라서, 외부광에 대한 반사율을 낮출 수 있어, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키게 된다.
그리고, 본 발명은 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 제 3 금속층(도 7e와 도 8e의 210a)을 패터닝하기 위한 포토레지스트 패턴(도 7f와 도 8f의 220b)을 버닝처리하여, 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121), 보조화소패턴(123) 그리고 보조공통패턴(120)의 상부층(220)으로서 존재하도록 함으로써, 포토레지스트 패턴(도 7f와 도 8f의 220b)을 제거하기 위한 스트립 공정을 삭제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판(101)은 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121), 보조화소패턴(123) 그리고 보조공통패턴(120)을 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 하부층(210)과 버닝처리된 포토레지스트 패턴(도 7f와 도 8f의 220b)으로 이루어지는 상부층(220)의 이종(異種)물질의 이중층 구조로 형성함으로써, 척(미도시) 반사에 의한 척 얼룩이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 화소전극(125)과 중앙부 공통전극(121), 보조화소패턴(123) 그리고 보조공통패턴(120)의 외부광에 대한 반사율을 낮출 수 있어, 외부 명암 대비비(ambient contrast ratio)를 향상시키게 된다.
또한, 포토레지스트 패턴(도 7f와 도 8f의 220b)의 스트립 공정을 삭제할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
한편, 지금까지 설명에서 본 발명은 화소전극(125)과 공통전극(121)이 모두 동일층에 형성되는 구조를 일예로 하였으나, 화소전극(125) 또는 공통전극(121) 중 선택된 하나가 판 형상으로 다른 층에 형성되어, 프린지 필드(Fringe field)에 의해 액정이 동작하는 것을 특징으로 하는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(fringe field switching mode LCD)또한 적용 가능하다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
101 : 어레이기판, 111 : 게이트전극, 113 : 게이트절연막
115 : 반도체층(115a : 액티브층, 115b : 오믹콘택층)
116 :보호층, 117 : 소스전극, 118 : 드레인콘택홀, 119 : 드레인전극
107a : 제 1 스토리지 전극, 119a : 제 2 스토리지 전극,
210 : 금속패턴(=하부층), 220 : 포토레지스트 패턴(=상부층)
Tr : 박막트랜지스터, StgC : 스토리지 캐패시터, TrA : 스위칭영역, P : 화소영역
StgA : 스토리지 영역

Claims (9)

  1. 다수의 화소영역이 정의된 기판 상에 서로 교차하는 게이트배선과 데이터배선과 상기 게이트배선과 나란한 공통배선을 형성하는 단계와;
    상기 각 화소영역 내에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 박막트랜지스터 상부로 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 상부로 상기 박막트랜지스터의 드레인전극 및 상기 공통배선과 접촉하는 금속층을 형성하는 단계와;
    상기 금속층 상부로 포토레지스트층을 형성한 후, 이에 대해 노광마스크를 이용하여 노광을 실시하고 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 금속층을 식각하여 금속패턴을 형성하는 단계와;
    상기 포토레지스트 패턴을 버닝(burning)처리하여,
    상기 금속패턴으로 이루어지는 제 1 층과 상기 제 1 층 상부로 중첩되어 상기 포토레지스트 패턴으로 이루어지는 제 2 층의 이중층 구조로 이루어지는 화소전극과 공통전극을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 층은 동일한 폭과 동일한 평면으로 이루어지는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은 몰리티타늄(MoTi)으로 이루어지는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 버닝처리는 130 ~ 140℃ 로 가열하거나, 레이저빔을 조사하여 진행하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴은 상기 버닝처리에 의해 검게 변화되는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 금속패턴은 상기 포토레지스트 패턴에 의해 반사율이 35% 이하인 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극과 공통전극을 형성하는 단계는,
    상기 각 화소영역 내의 상기 보호층 상부에 상기 공통전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조공통패턴과, 상기 화소전극의 일끝단을 모두 연결하는 보조화소패턴을 상기 게이트배선과 나란하게 이격하며 서로 마주하도록 형성하는 단계를 포함하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공통배선을 형성하는 단계는, 상기 공통배선에서 분기하며 상기 각 화소영역 내부에 상기 데이터배선과 나란한 최외각 공통전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 보호층을 형성하는 단계는, 상기 드레인전극을 노출하는 드레인콘택홀과 상기 최외각 공통전극을 노출하는 공통콘택홀을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 보조공통패턴은 상기 공통콘택홀을 통해 상기 최외각 공통전극과 접촉하며, 상기 보조화소패턴은 상기 드레인콘택홀을 통해 상기 화소전극과 접촉하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터는 게이트전극과, 게이트절연막, 반도체층, 소스 및 드레인전극을 포함하는 횡전계형 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  9. 다수의 화소영역이 정의된 제 1 기판 상에 서로 교차하는 게이트배선과 데이터배선과 상기 게이트배선과 나란한 공통배선을 형성하는 단계와;
    상기 각 화소영역 내에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 박막트랜지스터 상부로 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 상부로 상기 박막트랜지스터의 드레인전극 및 상기 공통배선과 접촉하는 금속층을 형성하는 단계와;
    상기 금속층 상부로 포토레지스트층을 형성한 후, 이에 대해 노광마스크를 이용하여 노광을 실시하고 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 포토레지스트 패턴 외부로 노출된 상기 금속층을 식각하여 금속패턴을 형성하는 단계와;
    상기 포토레지스트 패턴을 버닝(burning)처리하여,
    상기 금속패턴으로 이루어지는 제 1 층과 상기 제 1 층 상부로 중첩되어 상기 포토레지스트 패턴으로 이루어지는 제 2 층의 이중층 구조로 이루어지며, 상기 제 1 및 제 2 층은 동일한 폭과 동일한 평면으로 이루어지는 화소전극과 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소전극과 공통전극이 형성된 상기 제 1 기판 상부로 제 2 기판을 위치시킨 후, 상기 제 1 및 제 2 기판 사이로 액정층을 개재하여, 상기 제 1 및 제 2 기판을 합착하는 단계
    를 포함하는 횡전계형 액정표시장치의 제조방법.
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