KR101953832B1 - 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화소영역이 정의된 기판 상에, 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 화소영역에 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터 상부에 유기절연층과, 상기 유기절연층 상부에 상기 박막트랜지스터의 제 1 전극에 대응하며 제 1 홀을 갖는 투명 도전성 물질패턴을 형성하고, 상기 투명 도전성 물질 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 유기절연층을 건식식각함으로써 제 2 홀을 형성하는 단계와; 상기 제 2 홀 주변의 상기 투명 도전성 물질 패턴을 제거하여 상기 화소영역을 덮는 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 공통전극 상에 제 1 무기절연층을 형성하고 상기 제 1 무기절연층을 패터닝함으로써 상기 제 2 홀에 대응하여 상기 박막트랜지스터의 제 1 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 제 1 무기절연층 상에, 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 제 1 전극과 연결되며 상기 공통 전극에 대응하여 적어도 하나의 개구부를 갖는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제공한다.

Description

액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법{Method of fabricating array substrate for liquid crystal display device}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 향상된 개구율을 갖는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 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 1, 도 2a, 도 2b를 참조하여 일반적인 횡전계형 액정표시장치에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 단면을 도시한 도면이고, 도 2a와 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(ON), 오프(OFF) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도이다.
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.
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.
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.
넓은 시야각을 갖는 횡전계형 액정표시장치의 장점에 더하여, 수평 방향의 횡전계와 수직 전계를 동시에 이용할 수 있는 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치(fringe field switching mode LCD)가 제안되었다.
도 3은 종래 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도이며, 도 4a 내지 도 4f는 도 3을 절단선 IV-IV를 따라 절단한 부분의 공정 단면도이다.
우선, 도 3을 참조하면, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은 기판(51) 상에 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(55) 및 데이터 배선(70)과, 상기 게이트 배선(55) 및 상기 데이터 배선(70)에 연결된 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 화소전극(94)과, 상기 화소전극(94)과 함께 프린지 필드를 형성하는 공통전극(미도시)을 포함한다.
상기 화소전극(94)은 각 화소 영역(P) 별로 위치하며, 상기 공통전극은 상기 기판(51)의 표시영역 전면에 형성된다. 또한, 상기 화소전극(94)은 상기 공통전극에 대응되는 적어도 하나의 개구부(96)를 갖는다.
단면적으로 보았을 때, 상기 공통전극은 상기 데이터 배선(70)과 상기 화소전극(94) 사이에 위치한다. 이는, 상기 데이터 배선(70)의 전압 변동에 의한 상기 화소전극(94)에의 영향을 방지하기 위한 것이며, 상기 공통전극은 상기 데이터 배선(70)을 덮으며 상기 기판(51)의 표시영역 전면에 형성된다.
전술한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정을 도 4a 내지 도 4g와 도 3을 참조하여 설명한다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(51) 상에 제 1 금속물질을 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성하고 마스크 공정을 진행하여 게이트 전극(55) 및 게이트 배선(53)을 형성한다. 상기 게이트 전극(55)은 상기 게이트 배선(53)에 연결된다. 동시에, 상기 게이트 배선(53)의 일단에 연결되는 게이트 패드(미도시)를 형성한다.
예를 들어, 상기 제 1 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금 중 어느 하나일 수 있다.
이후, 상기 게이트 배선(53), 상기 게이트 전극(55) 및 상기 게이트 패드를 덮는 게이트 절연막(60)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(60)은 산화실리콘, 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어진다.
다음 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막(60) 상에 순수 비정질 실리콘층(미도시), 불순물 비정질 실리콘층(미도시) 및 제 2 금속층(미도시)을 형성한 후 하프톤 마스크 공정을 진행하여, 액티브층(62a) 및 오믹콘택층(62b)을 포함하는 반도체층(62), 데이터 배선(70), 소스 전극(72) 및 드레인 전극(74)을 형성한다. 상기 액티브층(62a)은 순수 비정질 실리콘으로 이루어지며, 상기 오믹콘택층(62b)은 불순물 비정질 실리콘으로 이루어진다. 상기 액티브층(62a)은 상기 게이트 절연막(60) 상에 위치하며 상기 게이트 전극(55)과 중첩한다. 상기 오믹콘택층(62b)은 상기 액티브층(62a) 상에 위치하며 상기 액티브층(62a)의 중앙부를 노출시킨다.
상기 소스 전극(72) 및 상기 드레인 전극(74)은 상기 오믹콘택층(62b) 상에 위치하며 서로 이격되어 있다. 상기 소스 전극(72)은 상기 데이터 배선(70)에 연결된다. 예를 들어, 상기 제 2 금속층은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 게이트 전극(55), 상기 반도체층(62), 상기 소스 전극(72) 및 상기 드레인 전극(74)은 박막트랜지스터(Tr)를 이룬다.
동시에, 상기 데이터 배선(70)의 일단에 연결되는 데이터 패드(미도시)를 형성한다.
도 4b에서는 반도체층(62)과, 상기 소스 전극(72) 및 상기 드레인 전극(74)이 하나의 마스크 공정으로 형성되는 것을 보이고 있으나, 두번의 마스크 공정을 통해 형성될 수도 있다.
다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 배선(70), 상기 소스 전극(72), 상기 드레인 전극(74) 및 상기 데이터 패드 상에 제 1 보호층(84)을 형성한다. 상기 제 1 보호층(80)은 포토아크릴(photo-acryl)과 같은 감광성 유기절연물질을 코팅하여 형성된다.
이후, 투과부(T)와 차단부(B)를 갖는 노광 마스크(M)를 상기 제 1 보호층(84) 상에 위치시키고, 상기 마스크(M)를 이용하여 상기 제 1 보호층(84)에 대한 노광공정을 진행한다. 상기 제 1 보호층(84)을 이루는 포토아크릴은 감광성 특성을 갖기 때문에, 포토레지스트 없이 상기 제 1 보호층(84)에 직접 노광 공정을 진행할 수 있다. 이때, 상기 투과부(T)는 제 1 폭(w1)을 가지며, 상기 투과부(T)를 통해 노광된 부분이 이후 현상 공정에 의해 제거된다.
그런데, 전술한 바와 같이, 상기 데이터 배선(70)의 전압 변동에 의한 상기 화소전극(94)에의 영향을 방지하기 위해 상기 공통전극(도 4d의 88)을 상기 데이터 배선(70) 상부에 형성한다. 이러한 구성에 의하면 상기 공통전극(88)과 상기 데이터 배선(70) 사이에 기생용량이 발생하게 되며, 기생용량을 줄이기 위해 큰 두께를 갖는 제 1 보호층(84)을 형성하게 된다. 상기 제 1 보호층(84)은 약 2~3㎛의 두께를 갖는다.
따라서, 상기 제 1 보호층(84)의 노광 공정은 충분히 긴 시간동안 진행되며, 마스크(M)의 투과부(T)가 갖는 제 1 폭(W1)보다 큰 제 2 폭(w2)의 부분이 노광된다.
따라서, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 보호층(84)의 현상 공정을 진행하면, 상기 마스크(M)의 투과부(T1)가 갖는 제 1 폭(w1)보다 큰 제 2 폭(w2)을 갖는 제 1 콘택홀(86)이 형성된다. 즉, 제 1 폭(w1)은 최소 약 8㎛인데, 제 1 콘택홀(86)의 제 2 폭(w2)는 이보다 큰 약 16㎛가 된다.
상기 제 1 콘택홀(86)은 상기 드레인 전극(74)을 노출시킨다.
다음, 도 4e에 도시된 바와 같이, 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전성 물질을 증착하여 제 1 투명도전성 물질층(미도시)을 증착하고 패터닝하여 상기 제 1 보호층(84) 상에 공통전극(88)을 형성한다.
다음, 도 4f에 도시된 바와 같이, 상기 공통전극(88) 상에 무기절연물질을 증착하고 패터닝하여 제 2 콘택홀(92)을 갖는 제 2 보호층(90)을 형성한다. 상기 제 2 보호층(90)은 산화실리콘 또는 질화실리콘으로 이루어지며 상기 제 1 보호층(84)보다 작은 약 2000~3000A의 두께를 갖는다. 상기 제 2 콘택홀(92)은 상기 제 1 콘택홀(86)에 대응된다. 따라서, 상기 드레인 전극(74)은 상기 제 2 콘택홀(92)을 통해 노출된다.
다음, 도 4g에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 보호층(90) 상에 ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전성 물질을 증착하여 제 2 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성하고 패터닝하여 개구부(96)를 갖는 화소전극(94)을 형성함으로써, 어레이 기판이 완성된다. 상기 화소전극(94)은 상기 제 2 콘택홀(92)을 통해 상기 드레인 전극(74)에 연결된다.
전술한 종래의 액정표시장치용 어레이 기판에서, 유기물질로 이루어지며 큰 두께를 갖는 제 1 보호층(84)을 패터닝하면 원하는 폭보다 큰 폭의 콘택홀을 얻게 된다. 콘택홀이 형성되는 영역은 화상을 표시할 수 없는 영역이 되므로, 개구율이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 개구율 저하에 의해 액정표시장치의 휘도가 저하된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 데이터 배선과 공통전극 사이에 형성되는 절연층을 유기물질로 형성하면서도 콘택홀의 폭을 줄여 개구율 저하를 방지하고자 한다.
또한, 종래 어레이 기판의 제조 공정보다 적은 마스크 공정을 이용함으로써, 제조 공정을 단순화하고 제조 원가를 줄이고자 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은 화소영역이 정의된 기판 상에, 게이트 배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 화소영역에 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 박막트랜지스터 상부에 유기절연층과, 상기 유기절연층 상부에 상기 박막트랜지스터의 제 1 전극에 대응하며 제 1 홀을 갖는 투명 도전성 물질패턴을 형성하고, 상기 투명 도전성 물질 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 유기절연층을 건식식각함으로써 제 2 홀을 형성하는 단계와; 상기 제 2 홀 주변의 상기 투명 도전성 물질 패턴을 제거하여 상기 화소영역을 덮는 공통전극을 형성하는 단계와; 상기 공통전극 상에 제 1 무기절연층을 형성하고 상기 제 1 무기절연층을 패터닝함으로써 상기 제 2 홀에 대응하여 상기 박막트랜지스터의 제 1 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 제 1 무기절연층 상에, 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 제 1 전극과 연결되며 상기 공통 전극에 대응하여 적어도 하나의 개구부를 갖는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제공한다.
상기 제 2 홀은 상기 제 1 홀과 동일한 폭을 갖는 것이 특징이다.
상기 박막트랜지스터 상부에 유기절연층과, 상기 유기절연층 상부에 상기 박막트랜지스터의 제 1 전극에 대응하며 제 1 홀을 갖는 투명 도전성 물질패턴을 형성하고, 상기 투명 도전성 물질 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 유기절연층을 건식식각함으로써 제 2 홀을 형성하는 단계는, 상기 박막트랜지스터에 상기 유기절연층과 투명 도전성 물질층을 적층하는 단계와; 상기 투명 도전성 물질층 상에 제 1 거리만큼 이격되는 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 제 1 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 투명 도전성 물질을 패터닝함으로써, 상기 제 1 거리와 동일한 폭을 갖는 상기 제 1 홀을 갖는 투명 도전성 물질 패턴을 형성하는 단계와; 상기 투명 도전성 물질 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 유기절연층을 건식식각하는 단계를 포함하고, 상기 건식식각에 의해 상기 제 1 포토레지스트 패턴의 상기 제 1 거리가 증가하여 상기 투명 도전성 물질 패턴의 끝이 노출되는 것이 특징이다.
상기 제 2 홀 주변의 상기 투명 도전성 물질 패턴을 제거하여 상기 화소영역을 덮는 공통전극을 형성하는 단계는, 상기 제 2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하는 것이 특징이다.
상기 공통전극은 상기 데이터 배선과 중첩하는 것이 특징이다.
상기 유기절연층은 비감광성 아크릴 수지로 이루어지고 2~3㎛의 두께를 갖는 것이 특징이다.
상기 박막트랜지스터와 상기 유기절연층 사이에 제 2 무기절연층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 무기절연층을 패터닝하는 단계에서 상기 제 2 무기절연층이 패터닝되는 것이 특징이다.
상기 게이트 배선을 형성하는 단계는, 상기 게이트 배선의 일단에 게이트 패드를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 데이터 배선을 형성하는 단계는 상기 데이터 배선 일단에 데이터 패드를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 투명 도전성 물질패턴은 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드에 대응하는 제 3 및 제 4 홀을 갖고, 상기 유기절연층은 상기 제 3 및 제 4 홀에 대응하는 제 5 및 제 6 홀을 가지며, 상기 제 1 무기절연층과 상기 제 2 무기절연층은 패터닝되어 상기 제 5 및 제 6 홀에 각각 대응되며 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드를 노출시키는 게이트 패드 콘택홀 및 데이터 패드 콘택홀을 갖는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은 데이터 배선과 공통전극 사이에 유기절연층을 형성하여 데이터 배선과 공통전극 사이의 기생 용량을 최소화하면서, 유기절연층에 형성되는 콘택홀의 폭을 줄여 개구율을 증가시키는 효과를 갖는다.
또한, 어레이 기판을 제조하기 위한 마스크 공정의 수를 줄여 공정을 단순화하고 제조 원가를 절감하는 효과를 갖는다.
또한, 유기절연층을 비감광성 물질로 형성하여도 되기 때문에, 제조 원가를 더욱 절감할 수 있다.
도 1은 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 개략적인 단면도.
도 2a와 2b는 일반적인 횡전계형 액정표시장치의 온(ON), 오프(OFF) 상태의 동작을 각각 도시한 단면도.
도 3은 종래 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 4a 내지 도 4f는 도 3의 절단선 IV-IV를 따라 절단한 부분의 제조 공정을 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도.
도 6a 내지 도 6i는 도 5의 절단선 VI-VI를 따라 절단한 부분의 제조 공정을 도시한 단면도.
도 7a 내지 도 7i는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 게이트 패드부와 데이터 패드부의 제조 공정을 도시한 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 하나의 화소영역에 대한 평면도이다.
도시된 바와 같이, 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판은 기판(101) 상에 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(102) 및 데이터 배선(120)과, 상기 게이트 배선(102) 및 상기 데이터 배선(120)에 연결된 박막트랜지스터(Tr)와, 상기 박막트랜지스터(Tr)에 연결된 화소전극(170)과, 상기 화소전극(170)과 함께 프린지 필드를 형성하는 공통전극(미도시)을 포함한다.
상기 박막트랜지스터(Tr)는 상기 게이트 배선(102)에 연결된 게이트 전극(105)과, 상기 게이트 전극(105) 상부의 반도체층(미도시)과, 상기 반도체층 상부에서 서로 이격하는 소스 전극(122) 및 드레인 전극(124)으로 이루어진다. 상기 소스 전극(122)은 상기 데이터 배선(120)에 연결된다.
상기 화소전극(170)은 각 화소 영역(P) 별로 위치하며, 상기 공통전극은 상기 기판(101)의 표시영역 전면에 형성된다. 또한, 상기 화소전극(170)은 상기 공통전극에 대응되는 적어도 하나의 개구부(172)를 갖는다.
단면적으로 보았을 때, 상기 공통전극은 상기 데이터 배선(120)과 상기 화소전극(170) 사이에 위치한다. 이는, 상기 데이터 배선(120)의 전압 변동에 의한 상기 화소전극(170)에의 영향을 방지하기 위한 것이며, 상기 공통전극은 상기 데이터 배선(120)을 덮으며 상기 기판(101)의 표시영역 전면에 형성된다.
도시하지 않았으나, 상기 게이트 배선(102)의 일단에는 게이트 패드가 연결되어 있으며, 상기 데이터 배선(120)의 일단에는 데이터 패드가 연결되어 있다.
이후, 도 5와 함께 도 6a 내지 도 6i와 도 7a 내지 도 7i를 참조하여, 어레이 기판의 제조 방법을 설명한다.
도 6a 내지 도 6i는 도 5의 절단선 VI-VI를 따라 절단한 부분의 제조 공정을 도시한 단면도이고, 도 7a 내지 도 7i는 본 발명에 따른 프린지 필드 스위칭 모드 액정표시장치용 어레이 기판의 게이트 패드부와 데이터 패드부의 제조 공정을 도시한 단면도이다. 게이트 패드부 및 데이터 패드부 각각은 상기 기판의 이웃한 일측 및 타측에 위치한다.
우선, 도 6a 및 도 7a에 도시된 바와 같이, 기판(101) 상에 제 1 금속물질을 증착하여 제 1 금속층(미도시)을 형성하고 마스크 공정을 진행하여 게이트 배선(102) 및 게이트 전극(105)을 형성한다. 상기 게이트 전극(105)은 상기 게이트 배선(102)에 연결된다. 동시에, 상기 기판(101)의 일측에 위치하는 게이트 패드부(GPA)에 상기 게이트 배선(102)의 일단과 연결되는 게이트 패드(107)를 형성한다.
예를 들어, 상기 제 1 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금 중 어느 하나일 수 있다.
이후, 상기 게이트 배선(102), 상기 게이트 전극(105) 및 상기 게이트 패드(107)를 덮는 게이트 절연막(110)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(110)은 산화실리콘, 질화실리콘과 같은 무기절연물질로 이루어진다.
이후, 상기 게이트 절연막(110) 상에 순수 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘 및 제 2 금속물질을 순차적으로 증착하여 순수 비정질 실리콘층(미도시), 불순물 비정질 실리콘층(미도시) 및 제 2 금속층(미도시)을 형성하고, 상기 제 2 금속층(미도시) 상에 포토레지스트층(미도시)을 형성한다.
이후, 도 6b 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트층에 대하여 하프톤 마스크 공정을 진행함으로써, 상기 제 2 금속층(미도시) 상에 서로 다른 두께를 갖는 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(181, 183)을 형성한다. 예를 들어, 상기 제 2 금속물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu), 구리합금 중 어느 하나일 수 있다.
상기 제 1 포토레지스트 패턴(181)은 데이터 배선(120), 소스 전극(122), 드레인 전극(124) 및 데이터 패드부(DPA)에 대응되고 제 1 두께(t1)를 갖는다. 또한, 상기 제 2 포토레지스트 패턴(183)은 상기 게이트 전극(105)에 대응되고 상기 제 1 두께(t1)보다 작은 제 2 두께(t2)를 갖는다. 한편, 상기 게이트 패드부(GPA)의 포토레지스트층은 모두 제거된다.
이후, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(181, 183)을 이용하여 상기 제 2 금속층(미도시), 상기 불순물 비정질 실리콘층(미도시) 및 상기 순수 비정질 실리콘층(미도시)을 패턴함으로써, 상기 게이트 전극(105)에 대응되는 액티브층(112a)과, 상기 액티브층(112a) 상부의 불순물 비정질 실리콘 패턴(113)과 금속패턴(115)을 형성한다. 동시에, 상기 데이터 패드부(DPA)에는 상기 금속패턴(115)의 일단에 연결되는 데이터 패드(126)를 형성한다.
이후, 도 6c 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트 패턴(도 6b 및 도 7b의 181, 183)에 대하여 애싱(ashing) 공정을 진행함으로써, 제 2 포토레지스트 패턴(183)을 제거한다. 이때, 상기 제 1 포토레지스트 패턴(181)도 일부 제거되나 제 2 포토레지스트 패턴(183)보다 큰 두께를 갖기 때문에 그 두께만이 감소하며 여전히 남게 된다. 따라서, 제 1 포토레지스트 패턴(181)은 그 두께가 줄어들어 제 3 두께(t3)를 갖는 제 3 포토레지스트 패턴(185)이 되고, 상기 게이트 전극(105)에 대응되는 금속패턴(도 6b의 115)은 상기 제 3 포토레지스트 패턴(185) 사이로 노출된다.
이후, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(185)을 이용하여 노출된 금속패턴(115)과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘 패턴(113)을 제거함으로써, 데이터 배선(120), 소스 전극(122), 드레인 전극(124) 및 오믹콘택층(112b)를 형성한다. 상기 액티브층(112a)의 중앙부는 상기 오믹콘택층(112b) 사이로 노출된다. 상기 액티브층(112a) 및 상기 오믹콘택층(112b)은 반도체층(112)을 이룬다.
도 7b 및 도 7c에서, 상기 데이터 패드(126) 하부에는 제 1 및 제 2 더미 패턴(122a, 122b)로 이루어지는 반도체 패턴(129)이 위치하고 있으나, 제조 공정을 달리하면 데이터 패드(126)가 게이트 절연막(110)과 접촉하며 위치할 수 있다. 즉, 액티브층(112a) 및 오믹콘택층(112b)과, 소스 전극(122), 드레인 전극(124) 및 데이터 패드(126)을 2회의 마스크 공정으로 형성하게 되면, 데이터 패드(126) 하부의 반도체 패턴(129)은 남지 않게 되어 데이터 패드(126)가 게이트 절연막(110)과 접촉하며 위치하게 된다.
이후, 상기 제 3 포토레지스트 패턴(185)을 제거한다.
다음, 도 6d 및 도 7d에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 배선(120), 상기 소스 전극(122), 상기 드레인 전극(124) 및 상기 데이터 패드(126)가 형성된 기판(101)의 전면에 무기절연물질로 이루어지는 제 1 무기절연층(130)과, 유기절연물질로 이루어지는 유기절연층(134) 및 투명 도전성 물질로 이루어지는 제 1 투명 도전성 물질층(140)을 순차적으로 형성한다.
예를 들어, 상기 제 1 무기절연층(130)은 산화실리콘 또는 질화실리콘으로 이루어질 수 있으며 약 2000~3000A의 두께를 갖는다. 또한, 상기 유기절연층(134)은 비감광성 아크릴 수지로 이루어질 수 있으며 약 2~3㎛의 두께를 갖는다. 또한, 상기 제 1 투명 도전성 물질층(140)은 ITO 또는 IZO로 이루어질 수 있다.
이후, 상기 제 1 투명 도전성 물질층(140) 상에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 제 4 포토레지스트 패턴(187)을 형성한다. 상기 제 4 포토레지스트(187)는 제 4 두께(t4)를 갖고 제 1 거리만큼 이격되어 있다.
다음, 도 6e 및 도 7e에 도시된 바와 같이, 상기 제 4 포토레지스트 패턴(187)을 이용하여 상기 제 1 투명 도전성 물질층(도 6d 및 도 7d의 140)을 패턴함으로써, 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)을 형성한다. 상기 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)은 하부의 유기절연층(134)을 노출시키는 제 1 내지 제 3 홀(141, 142, 143)을 형성한다. 상기 제 1 홀(141)은 상기 드레인 전극(124)에 대응되며, 상기 제 2 및 제 3 홀(142, 143) 각각은 상기 게이트 패드(107) 및 상기 데이터 패드(126)에 대응된다.
이때, 상기 제 1 투명 도전성 물질층(140)은 습식 식각에 의해 패턴되며, 상기 제 1 내지 제 3 홀(141, 142, 143), 특히 상기 제 1 홀(141)은 상기 제 4 포토레지스트 패턴(187) 사이의 제 1 거리와 실질적으로 동일한 제 3 폭(w3)을 갖게 된다. 이때, 상기 제 3 폭(w3)은 약 6 ㎛이다.
다음, 도 6f 및 도 7f에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)을 식각 마스크로 하고 제 1 식각 가스를 이용한 건식식각(dry-etching)을 진행함으로써, 상기 제 1 내지 제 3 홀(141, 142, 143)을 통해 노출된 유기절연층(134)을 제거하여 제 4 내지 제 6홀(136, 137, 138)을 형성한다. 즉, 상기 제 4 홀(136)은 상기 드레인 전극(124)에 대응되고, 상기 제 5 및 제 6홀(137, 138)은 상기 게이트 패드(107) 및 상기 데이터 패드(126)에 대응된다.
여기서, 제 3 폭(w3)을 갖는 상기 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)을 식각 마스크로 하여 상기 유기절연층(134)에 대하여 건식 식각을 진행하였고 상기 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)은 건식 식각에 영향을 받지 않기 때문에, 상기 제 4 내지 제 6 홀(136, 137, 138)은 상기 제 3 폭(w3)과 동일한 제 4 폭(w4)을 갖게 된다. 이때, 상기 건식 식각에 이용되는 제 1 건식 가스와 상기 제 4 포토레지스트 패턴(도 6e 및 도 7e의 187)이 반응하여, 상기 제 4 포토레지스트 패턴(187)은 상기 제 4 두께(t4)보다 작은 제 5 두께(t5)를 갖게 되고 그 폭 또한 줄어들어 상기 제 1 거리보다 큰 제 2 거리만큼 이격되는 제 5 포토레지스트 패턴(189)이 된다. 따라서, 상기 제 4 내지 제 6 홀(136, 137, 138) 주변으로 상기 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)의 끝이 노출된다.
즉, 종래 어레이 기판의 제조에 있어서는, 유기절연물질로 이루어져 두꺼운 두께를 갖는 유기 보호층을 식각함에 있어 노광량이 증가하여 콘택홀(도 4d의 86)의 폭이 원하는 폭보다 큰 폭을 갖게 되었다.
그러나, 본 발명에서는 건식 식각에 영향을 받지 않는 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)을 식각 마스크로 이용하기 때문에, 상기 제 4 내지 제 6 홀(136, 137, 138)은 원하는 폭을 갖게 된다. 따라서, 개구율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 유기절연층(134)을 비감광성 물질로 형성하기 때문에, 감광성 물질을 이용하는 종래 제조 방법과 비교하여 제조 원가를 줄일 수 있다.
또한, 상기 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)은 이후 공통전극으로 이용되기 때문에 재료적인 측면에서 손실이 없다. 더욱이 공통전극과 유기절연층(134)의 패턴 공정이 하나의 마스크 공정에 의해 이루어지기 때문에, 공정이 단순해지고 제조 원가가 절감된다.
한편, 도 6d 및 도 7d에서 유기절연물질로 이루어지는 유기절연층(134)을 형성하기 전에 무기절연물질로 이루어지는 제 1 무기절연층(130)을 형성하였는데, 이는 금속 물질과 유기절연물질 간의 접착력이 나쁘기 때문에 이를 보완하기 위한 것으로 상기 제 1 무기절연층(130)은 생략 가능하다.
도 6f 및 도 7f에서 상기 제 4 내지 제 6 홀(136, 137, 138)을 통해 상기 제 1 무기절연층(130)이 노출되는 것이 보여지고 있으나, 상기 제 1 무기절연층(130)이 생략되면 상기 제 4 내지 제 6 홀(136, 137, 138) 각각을 통해 상기 드레인 전극(124), 상기 게이트 패드부(GPA)의 게이트 절연막(110), 상기 데이터 패드부(DPA)의 데이터 패드(126)이 노출된다.
한편, 도 6f 및 도 7f에서 제 1 무기절연층(130) 없이 상기 제 6 홀(138)을 통해 상기 데이터 패드(126)가 노출되면 상기 데이터 패드(126)의 부식 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 제 1 무기절연층(130)이 상기 데이터 패드(126)를 덮고 있다면, 추후 공정에서 상기 데이터 패드(126)가 노출될 때까지 부식 문제를 최소화할 수 있다.
다음, 도 6g 및 도 7g에 도시된 바와 같이, 상기 제 5 포토레지스트 패턴(189)를 식각 마스크로 하여 노출된 상기 제 1 투명 도전성 물질 패턴(도 6f 및 도 7f의 144)을 제거함으로써, 상기 화소영역(P)에 공통전극(150)을 형성하고 상기 게이트 패드부(GPA) 및 상기 데이터 패드부(DPA)에 제 2 및 제 3 투명 도전성 물질 패턴(146, 147)을 형성한다.
노출된 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)을 제거하지 않으면, 추후 화소전극(170)과 접촉하는 문제가 발생하므로, 노출된 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)의 제거 공정이 필요하다.
다음, 도 6h 및 도 7h에 도시된 바와 같이, 상기 공통전극(150) 및 상기 제 2 및 제 3 투명 도전성 물질 패턴(146, 147) 상에 무기절연물질을 증착하고 마스크 공정에 의해 패터닝함으로써 드레인 콘택홀(162), 게이트 패드 콘택홀(164) 및 데이터 패드 콘택홀(166)을 갖는 제 2 무기절연층(160)을 형성한다. 상기 무기절연물질은 산화실리콘 또는 질화실리콘일 수 있으며, 상기 제 1 무기절연층(130)과 실질적으로 동일한 두께를 갖는다. 즉, 제 1 및 제 2 무기절연층(130, 160)은 상기 유기절연층(134)에 비해 작은 두께를 갖는다.
이때, 상기 드레인 콘택홀(162)은 상기 제 4 홀(136)에 대응되며, 상기 드레인 전극(124)에 대하여는 상기 제 1 무기절연층(130)이 제거되어 상기 드레인 전극(124)이 상기 드레인 콘택홀(162)을 통해 노출된다. 또한, 상기 게이트 패드 콘택홀(164)은 상기 제 5 홀(137)에 대응되며, 상기 게이트 패드(107)에 대하여는 상기 제 1 무기절연층(130) 및 상기 게이트 절연막(110)이 제거되어 상기 게이트 패드(107)가 상기 게이트 패드 콘택홀(164)을 통해 노출된다. 또한, 상기 데이터 패드 콘택홀(166)은 상기 제 6 홀(138)에 대응되며, 상기 데이터 패드(126)에 대하여는 상기 제 1 무기절연층(130)이 제거되어 상기 데이터 패드(126)가 상기 데이터 패드 콘택홀(166)을 통해 노출된다.
상기 제 2 무기절연층(160)에 대한 마스크 공정은 제 2 식각 가스를 이용한 건식 식각이다. 이때, 상기 유기절연층(134)은 상기 제 2 식각 가스에 영향을 받지 않으며, 따라서 제 4 홀(136)의 폭은 변하지 않는다.
다음, 도 6i 및 도 7i에 도시된 바와 같이, 투명 도전성 물질로 이루어지는 제 2 투명 도전성 물질층(미도시)을 형성하고 마스크 공정에 의해 패터닝함으로써, 상기 드레인 콘택홀(162)을 통해 상기 드레인 전극(124과 연결되며 상기 공통전극(150)에 대응하여 적어도 하나의 개구부(172)를 갖는 화소전극(170)을 상기 화소영역(P)에 형성한다.
동시에, 상기 게이트 패드 콘택홀(164)을 통해 상기 게이트 패드(107)와 연결되는 게이트 패드 전극(174)을 상기 게이트 패드부(GPA)에 형성하며, 상기 데이터 패드 콘택홀(166)을 통해 상기 데이터 패드(126)에 연결되는 데이터 패드 전극(176)을 상기 데이터 패드부(DPA)에 형성함으로써, 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이 기판을 제조하게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서는 단면적으로 공통전극(150)을 데이터 배선(120)과 화소전극(170) 사이에 위치시키며 평면적으로 공통전극(150)을 데이터 배선(120)과 중첩되도록 함으로써, 데이터 배선(120)과 화소전극(170) 사이의 전기적 간섭을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 데이터 배선(120)과 상기 공통전극(150) 사이에 유기절연물질로 이루어지는 두꺼운 유기절연층(134)을 형성함으로써 상기 데이터 배선(120)과 상기 공통전극(150) 사이의 기생용량을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 유기절연층(134)을 패턴하는 공정에 있어 공통전극(150)으로 이용되는 제 1 투명 도전성 물질 패턴(144)을 식각 마스크로 이용함으로써, 제 4 홀(136)의 폭을 줄일 수 있으므로 콘택홀 크기 증가에 의한 개구율 감소를 방지할 수 있다. 또한, 공통전극(150)과 유기절연층(134)을 하나의 마스크 공정에 의해 패턴함으로써 제조 공정을 단순화할 수 있다.
또한, 유기절연층(134)을 비감광성 유기 물질로 형성함으로써, 제조 원가를 절감할 수 있다.
또한, 유기절연층(134) 하부에 제 1 무기절연층(130)을 형성함으로써, 상기 유기절연층(134)의 패터닝 공정 후에 데이터 패드(126)가 노출되어 부식되는 문제를 최소화할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
Tr: 박막트랜지스터 130: 제 1 무기절연층
134: 유기절연층 136, 137, 138: 4 내지 6홀
150: 공통전극 160: 제 2 무기절연층
170: 화소전극

Claims (8)

  1. 화소영역이 정의된 기판 상에, 게이트 배선을 형성하는 단계와;
    상기 게이트 배선과 교차하여 상기 화소영역을 정의하는 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 화소영역에 상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선과 연결된 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 박막트랜지스터 상부에 유기절연층과, 상기 유기절연층 상부에 상기 박막트랜지스터의 제 1 전극에 대응하며 제 1 홀을 갖는 투명 도전성 물질패턴을 형성하고, 상기 투명 도전성 물질 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 유기절연층을 건식식각함으로써 제 2 홀을 형성하는 단계와;
    상기 제 2 홀 주변의 상기 투명 도전성 물질 패턴을 제거하여 상기 화소영역을 덮는 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 공통전극 상에 제 1 무기절연층을 형성하고 상기 제 1 무기절연층을 패터닝함으로써 상기 제 2 홀에 대응하여 상기 박막트랜지스터의 제 1 전극을 노출시키는 드레인 콘택홀을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 무기절연층 상에, 상기 드레인 콘택홀을 통해 상기 제 1 전극과 연결되며 상기 공통 전극에 대응하여 적어도 하나의 개구부를 갖는 화소전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 홀은 상기 제 1 홀과 동일한 폭을 갖는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터 상부에 유기절연층과, 상기 유기절연층 상부에 상기 박막트랜지스터의 제 1 전극에 대응하며 제 1 홀을 갖는 투명 도전성 물질패턴을 형성하고, 상기 투명 도전성 물질 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 유기절연층을 건식식각함으로써 제 2 홀을 형성하는 단계는,
    상기 박막트랜지스터에 상기 유기절연층과 투명 도전성 물질층을 적층하는 단계와;
    상기 투명 도전성 물질층 상에 제 1 거리만큼 이격되는 제 1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 투명 도전성 물질을 패터닝함으로써, 상기 제 1 거리와 동일한 폭을 갖는 상기 제 1 홀을 갖는 투명 도전성 물질 패턴을 형성하는 단계와;
    상기 투명 도전성 물질 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 유기절연층을 건식식각하는 단계를 포함하고,
    상기 건식식각에 의해 상기 제 1 포토레지스트 패턴의 상기 제 1 거리가 증가하여 제 2 거리만큼 이격된 제 2 포토레지스트 패턴이 형성되고 상기 투명 도전성 물질 패턴의 끝이 노출되는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 홀 주변의 상기 투명 도전성 물질 패턴을 제거하여 상기 화소영역을 덮는 공통전극을 형성하는 단계는,
    상기 제 2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극은 상기 데이터 배선과 중첩하는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 유기절연층은 비감광성 아크릴 수지로 이루어지고 2~3㎛의 두께를 갖는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터와 상기 유기절연층 사이에 제 2 무기절연층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 무기절연층을 패터닝하는 단계에서 상기 제 2 무기절연층이 패터닝되는 것이 특징이 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 게이트 배선을 형성하는 단계는 상기 게이트 배선의 일단에 게이트 패드를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 데이터 배선을 형성하는 단계는 상기 데이터 배선 일단에 데이터 패드를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 투명 도전성 물질패턴은 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드에 대응하는 제 3 및 제 4 홀을 갖고, 상기 유기절연층은 상기 제 3 및 제 4 홀에 대응하는 제 5 및 제 6 홀을 가지며, 상기 제 1 무기절연층과 상기 제 2 무기절연층은 패터닝되어 상기 제 5 및 제 6 홀에 각각 대응되며 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드를 노출시키는 게이트 패드 콘택홀 및 데이터 패드 콘택홀을 갖는 것이 특징인 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
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