KR20020031765A - Array Panel used for a Liquid Crystal Display and Method for Fabricating the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 액정표시장치용 어레이 기판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to an array substrate for a liquid crystal display device and a manufacturing method thereof.
액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하는 것이다. 이 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.The driving principle of the liquid crystal display device is to use the optical anisotropy and polarization property of the liquid crystal. Since the liquid crystal is thin and long in structure, the liquid crystal has directivity in the arrangement of molecules, and the direction of the molecular arrangement can be controlled by artificially applying an electric field to the liquid crystal.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 이 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.Accordingly, if the molecular arrangement direction of the liquid crystal is arbitrarily adjusted, the molecular arrangement of the liquid crystal is changed, and light is refracted in the molecular arrangement direction of the liquid crystal due to optical anisotropy to express image information.
현재에는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor ; TFT)와 이 박막 트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(Active Matrix LCD : AM-LCD 이하, 액정표시장치로 약칭함.)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.Currently, a thin film transistor (TFT) and an active matrix liquid crystal display device in which matrix electrodes connected to the thin film transistor are arranged in a matrix form (hereinafter referred to as AM-LCD, abbreviated as liquid crystal display device) have a resolution. And the video implementation ability is attracting the most attention.
일반적으로 액정표시장치를 구성하는 기본적인 부품인 액정패널의 구조를 살펴보면 다음과 같다.In general, the structure of a liquid crystal panel, which is a basic component of a liquid crystal display, will be described.
도 1은 일반적인 액정패널을 개략적으로 도시한 분해사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically illustrating a general liquid crystal panel.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정패널은 크게 상부기판(10)과 하부기판인 어레이 기판(20)로 구성되고, 이 상부기판(10)의 투명기판(1) 하부에는 블랙 매트릭스(6a)와 R,G,B셀(6b)로 구성되는 컬러필터(6)가 형성되어 있고, 이 컬러필터(6)의 하부면에는 공통전극(18)이 형성되어 있다.As shown, a general liquid crystal panel is composed of an upper substrate 10 and an array substrate 20 which is a lower substrate, and the black matrix 6a, R, and the lower substrate are disposed below the transparent substrate 1 of the upper substrate 10. A color filter 6 composed of G and B cells 6b is formed, and a common electrode 18 is formed on the lower surface of the color filter 6.
상기 어레이 기판(20)의 투명기판(1) 상에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막 트랜지스터(T)를 교차하여 지나가는 게이트 배선(13)과 데이터 배선(15)이 형성되어 있다.On the transparent substrate 1 of the array substrate 20, the thin film transistor T, which is a switching element, is positioned in a matrix type, and the gate wiring 13 and data passing through the plurality of thin film transistors T are crossed. The wiring 15 is formed.
이 게이트 배선(13)과 데이터 배선(15)이 교차하여 정의되는 영역인 화소부(P)에는 화소전극(17)이 형성되어 있다.The pixel electrode 17 is formed in the pixel portion P which is an area defined by the gate wiring 13 and the data wiring 15 crossing each other.
또한, 상기 상부기판(10)과 어레이 기판(20) 사이에는 액정(14)이 충진되어 있다.In addition, the liquid crystal 14 is filled between the upper substrate 10 and the array substrate 20.
전술한 바와 같이 구성되는 액정패널을 포함하는 액정표시장치는 상기 화소전극(17) 상에 위치한 액정(14)이 상기 박막 트랜지스터(T)로부터 인가된 신호에 의해 배향되고, 상기 액정(14)의 배향정도에 따라 상기 액정(14)을 투과하는 빛의 양을 조절하는 방식으로 화상을 표현할 수 있다.In the liquid crystal display including the liquid crystal panel configured as described above, the liquid crystal 14 positioned on the pixel electrode 17 is oriented by a signal applied from the thin film transistor T, The image may be expressed by adjusting the amount of light passing through the liquid crystal 14 according to the degree of alignment.
도 2는 일반적인 5마스크 공정에 의한 액정표시장치용 어레이 기판의 공정순서도이다.2 is a process flowchart of an array substrate for a liquid crystal display device by a general five mask process.
일반적으로 액정표시장치의 박막 트랜지스터 구조는 역스태거드형(Inverted staggered)으로 이루어진다.In general, the thin film transistor structure of the liquid crystal display device has an inverted staggered type.
왜냐하면, 역스태거드형 박막 트랜지스터는 절연막과 비정질 실리콘, 불순물 비정질 실리콘의 증착공정이 한 챔버내에서 연속으로 이루어지기 때문에 절연막과 비정질 실리콘 사이의 계면이 공기에 노출되지 않아 박막 트랜지스터의 계면특성을 향상시키는 장점이 있기 때문이다.Because the inverted staggered thin film transistor is a process of depositing an insulating film, amorphous silicon, and impurity amorphous silicon in one chamber, the interface between the insulating film and the amorphous silicon is not exposed to air, thereby improving the interfacial characteristics of the thin film transistor. Because there is an advantage.
상기 액정표시장치용 어레이 기판의 제조공정은 주로 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)와 스퍼터링(sputtering)방법을 통해 투명기판 상에 박막을 입히는 것으로, 특히 화소전극의 ITO(Indium Tin Oxide)와 금속배선은 스퍼터링 방법으로 증착된다.The manufacturing process of the array substrate for the liquid crystal display device is mainly by coating a thin film on the transparent substrate through a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) and sputtering method, in particular ITO (Indium Tin Oxide) and metal wiring of the pixel electrode Is deposited by the sputtering method.
도시한 바와 같이, ST1에서는 투명기판을 준비하고, 이 투명기판 상의 이물질을 제거하기 위해 세정과정을 거친 후, 이 세정된 투명기판 상에 금속물질을 스퍼터링(sputtering)공법으로 증착한 후, 이 금속을 제 1 마스크를 이용하여 노광, 식각하여 게이트 전극 및 게이트 패드를 포함하는 게이트 배선을 형성한다.As shown, in ST1, a transparent substrate is prepared, a cleaning process is performed to remove foreign substances on the transparent substrate, and a metal material is deposited on the cleaned transparent substrate by a sputtering method. Using the first mask is exposed and etched to form a gate wiring including a gate electrode and a gate pad.
상기, 금속물질은 하부금속층을 이루므로, 비저항이 낮은 알루미늄(Al)을 포함하는 금속층으로 이루어진다.Since the metal material forms a lower metal layer, the metal material includes a metal layer including aluminum (Al) having a low specific resistance.
ST2에서는, 상기 게이트 배선이 형성된 기판 상에 실리콘 질화막(Silicon Nitride)과 같은 절연성 물질로 게이트 절연막을 형성하고, 연속으로 반도체층을증착한다.In ST2, a gate insulating film is formed of an insulating material such as silicon nitride on a substrate on which the gate wiring is formed, and a semiconductor layer is continuously deposited.
상기 반도체물질로는 다결정 실리콘과 비정질 실리콘을 들 수 있는데, 주로 저온 증착이 가능한 비정질 실리콘이 주류를 이루고 있다.Examples of the semiconductor material include polycrystalline silicon and amorphous silicon, and mainly, amorphous silicon capable of low temperature deposition is the mainstream.
즉, 실리콘 질화막과 반도체층을 이루는 비정질 실리콘 및 불순물 비정질 실리콘은 PECVD에서 저온공정으로 형성되므로 다음과 같은 이점을 가진다.That is, amorphous silicon and impurity amorphous silicon constituting the silicon nitride film and the semiconductor layer are formed by a low temperature process in PECVD has the following advantages.
첫째는, 200℃이상에서 특정부위가 수 ㎛로 성장하는 알루미늄의 힐락(hillock)현상을 방지할 수 있고, 둘째는, 내열성이 낮지만 가격이 저렴하여 대면적 액정패널의 기판으로도 널리 쓰이는 유리를 기판재료로 이용할 수 있다는 점이다.Firstly, it is possible to prevent the hillock phenomenon of aluminum, in which a specific part grows to several micrometers above 200 ° C. Second, glass is widely used as a substrate of large area liquid crystal panel due to its low heat resistance and low price. Can be used as a substrate material.
ST3에서는, 상기 반도체층을 제 2 마스크 공정에 의해 액티브층을 형성하는 단계이다.In ST3, the active layer is formed by forming the semiconductor layer by a second mask process.
또한, 상기 공정에서는 액티브층 상에 추후 형성될 금속층과 액티브층간의 접촉저항을 낮추는 불순물 비정질실리콘으로 이루어진 오믹콘택층이 위치한다.In the above process, an ohmic contact layer made of impurity amorphous silicon, which lowers contact resistance between the metal layer to be formed on the active layer and the active layer, is positioned.
ST4에서는, 상기 액티브층이 형성된 기판 상에 금속물질을 증착한 후, 제 3 마스크공정에 의해 소스, 드레인 전극과 데이터 배선과 이 소스, 드레인 전극사이의 오믹콘택층을 제거하여 박막 트랜지스터(T)의 채널을 형성하는 공정이다.In ST4, after depositing a metal material on the substrate on which the active layer is formed, the thin film transistor T is removed by removing the ohmic contact layer between the source and drain electrodes and the data wiring and the source and drain electrodes by a third mask process. Process of forming channels.
상기 금속물질로는, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr)을 들 수 있다.Examples of the metal material include molybdenum (Mo), tungsten (W), and chromium (Cr).
ST5에서는, 상기 소스, 드레인 전극이 형성된 기판 상에 보호층을 증착하고 제 4 마스크공정에 의해 드레인 콘택홀 및 게이트패드 콘택홀을 형성한다.In ST5, a protective layer is deposited on the substrate on which the source and drain electrodes are formed, and a drain contact hole and a gate pad contact hole are formed by a fourth mask process.
이 보호층은 액정표시장치의 액정셀 공정에서의 러빙(rubbing)이나 반송중에생기는 스크래치와 수분의 침투로 생기는 박막 트랜지스터의 손상이나 퇴화를 막기위한 것으로, 이 보호층을 이루는 물질로는 실리콘 질화막이나 유기절연막인 BCB(BenzoCycloButene) 등으로 형성된다.The protective layer is used to prevent damage or deterioration of the thin film transistors caused by rubbing or moisture penetration during the liquid crystal cell process of the liquid crystal display device. Examples of the protective layer include a silicon nitride film and It is formed of BCB (BenzoCycloButene), which is an organic insulating film.
ST6에서는, 상기 드레인 콘택홀이 형성된 기판 상에 투명도전성 물질을 증착한 후, 제 5 마스크공정으로 화소전극과 게이트 패드전극을 형성하는 단계이다.In ST6, after the transparent conductive material is deposited on the substrate on which the drain contact hole is formed, the pixel electrode and the gate pad electrode are formed by the fifth mask process.
이 투명도전성 물질로는 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 이용된다.Indium Tin Oxide (ITO) is mainly used as this transparent conductive material.
덧붙여, 상기 5 마스크공정에 의한 액정표시제조방법에서는, 데이터 배선을 형성하는 단계에서 데이터 패드를 형성하고, 게이트패드 콘택홀과 게이트 패드전극을 형성하는 단계에서 각각 데이터패드 콘택홀과 데이터 패드전극을 형성하는 단계를 포함한다.In the liquid crystal display manufacturing method according to the five mask process, the data pad is formed in the step of forming the data wiring, and the data pad contact hole and the data pad electrode are respectively formed in the step of forming the gate pad contact hole and the gate pad electrode. Forming a step.
도 3a는 도 2의 공정에 의한 종래의 액정표시장치에 있어서, 게이트 패드를 알루미늄 단일금속층으로 하는 게이트 패드부의 단면도이다.3A is a cross-sectional view of a gate pad portion in which a gate pad is an aluminum single metal layer in the conventional liquid crystal display device according to the process of FIG. 2.
도시한 바와 같이, 게이트 패드부(P)의 단면구조는 게이트 패드(30)상에 게이트 절연막(32), 보호층(34), 게이트 패드전극(38)이 차례대로 적층되어 있고, 이 게이트 패드전극(38)은 보호층(34) 및 게이트 절연막(32)에 형성된 게이트패드 콘택홀(36)을 통해 게이트 패드(30)와 접촉하도록 구성되어 있다.As shown in the figure, in the cross-sectional structure of the gate pad portion P, the gate insulating film 32, the protective layer 34, and the gate pad electrode 38 are sequentially stacked on the gate pad 30. The electrode 38 is configured to contact the gate pad 30 through the gate pad contact hole 36 formed in the protective layer 34 and the gate insulating layer 32.
종래에는, 도 2의 ST2에서 상술한 바와 같이 비정질 실리콘을 이용한 저온증착공정으로 힐락이 방지된 알루미늄 단일금속으로 게이트 패드(30)를 형성하였다.In the related art, as described above in ST2 of FIG. 2, the gate pad 30 is formed of an aluminum single metal in which hillock is prevented by a low temperature deposition process using amorphous silicon.
그러나, 게이트 패드(30)를 알루미늄 단일금속으로 형성하면, 도 2의 ST6에해당하는 ITO의 증착공정중 반응가스인 산소(O2)와 알루미늄이 반응하여, 절연성을 띠는 산화알루미늄(Al2O3)층을 형성하여, ITO와 알루미늄의 전기적인 접촉을 방해하게 된다.However, when the gate pad 30 is formed of a single aluminum metal, oxygen (O 2 ), which is a reactant gas, and aluminum react during the deposition process of ITO corresponding to ST6 of FIG. 2 to insulate aluminum oxide (Al 2). O 3 ) layer to interfere with the electrical contact between the ITO and aluminum.
또한, 알루미늄과 산소의 결합력이 ITO의 인듐(Indium)과 산소의 결합력보다 강하여 이 산화알루미늄막은 ITO의 전기적인 특성을 저하시키는 문제점이 있다.In addition, since the bonding force between aluminum and oxygen is stronger than that between ITO and oxygen, this aluminum oxide film has a problem of lowering the electrical properties of ITO.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 게이트 금속을 알루미늄과 ITO간의 접촉저항을 감소시키는 배리어층(barrier layer)을 포함하는 이중금속층으로 하는 방법이 제안되었다.In order to solve this problem, a method has been proposed in which the gate metal is a double metal layer including a barrier layer for reducing contact resistance between aluminum and ITO.
도 3b는 도 2의 공정에 의한 일반적인 액정표시장치의 한 예로써, 게이트 패드를 알루미늄/몰리브덴으로 이루어진 이중금속층으로 하는 게이트 패드부의 단면도이다.FIG. 3B is a cross-sectional view of a gate pad part having a double metal layer made of aluminum / molybdenum as an example of a general liquid crystal display according to the process of FIG. 2.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치의 게이트 패드부의 단면구조는, 알루미늄과 ITO간의 접촉저항을 감소시키기 위해, 이 게이트 패드(40)를 제 1, 2 금속층(40a, 40b)으로 형성하였다.As shown, the cross-sectional structure of the gate pad portion of a general liquid crystal display device is formed of the first and second metal layers 40a and 40b to reduce the contact resistance between aluminum and ITO.
이 제 1 금속층(40a)은 알루미늄 단일금속층으로 하고, 제 2 금속층(40b)은 제 1 금속층(40a)의 상부면에 형성되어 알루미늄과 ITO간의 배리어층 역할을 하는 것으로, 이 제 2 금속층(40b)은 ITO의 인듐보다 산소와의 결합력이 약한 몰리브덴, 크롬, 텅스텐 등으로 이루어진다.The first metal layer 40a is an aluminum single metal layer, and the second metal layer 40b is formed on the upper surface of the first metal layer 40a to serve as a barrier layer between aluminum and ITO. ) Is made of molybdenum, chromium, tungsten, etc., which have a weaker bond with oxygen than indium of ITO.
즉, 화소전극물질인 ITO로 이루어진 게이트 패드전극(42)은 이 게이트패드(40)의 제 2 금속층(40b)과 접촉하게 되므로 알루미늄과의 접촉저항문제를 해결할 수 있고, 또한, 게이트 패드(40)상의 게이트 절연막(41)의 증착온도가 높아도, 게이트 패드(40)의 상부층을 이루는 제 2 금속층(40b)이 알루미늄의 힐락을 방지하게 된다.That is, since the gate pad electrode 42 made of ITO, which is a pixel electrode material, comes into contact with the second metal layer 40b of the gate pad 40, the problem of contact resistance with aluminum can be solved, and the gate pad 40 Even if the deposition temperature of the gate insulating film 41 is increased, the second metal layer 40b constituting the upper layer of the gate pad 40 prevents the hillock of aluminum.
그러나, 게이트 패드를 이중금속층으로 형성할 경우, 다음과 같은 문제점이 발생한다.However, when the gate pad is formed of a double metal layer, the following problems occur.
첫째, 이중금속층으로 게이트를 형성하면, 단일금속층으로 형성할 경우보다 단차가 커져, 추후 증착될 금속층의 측면증착이 제대로 이루어지지 않아 단선을 유발하게 되고, 금속층이 절연층의 두께보다 두꺼울 경우에는 액정표시장치의 전기적 특성을 저하시키는 요인으로 작용하게 되는 문제점이 있다.First, when the gate is formed of a double metal layer, the step height becomes larger than that of the single metal layer, and later, deposition of the metal layer to be deposited is not performed properly, causing disconnection, and when the metal layer is thicker than the thickness of the insulating layer, the liquid crystal There is a problem that acts as a factor to lower the electrical characteristics of the display device.
둘째, 일반적으로 금속물질을 연속으로 증착하게 되면, 노광, 식각공정 중의 현상액이나 에천트와 같은 전해질 용액속에서 금속간의 전기적인 접촉으로 인한 갈바닉부식(Galvanic corrosion)이 발생하는 문제점이 있다.Second, in general, when the metal material is continuously deposited, galvanic corrosion occurs due to electrical contact between metals in an electrolyte solution such as a developer or an etchant during exposure and etching processes.
세째, 몰리브덴/알루미늄과 같은 이중금속층으로 게이트를 형성하게 되면, 원하는 테이퍼(tapper)각을 얻기가 어렵다는 점이다.Third, when the gate is formed of a bimetallic layer such as molybdenum / aluminum, it is difficult to obtain a desired taper angle.
이 게이트의 테이퍼각은 추후 데이터 배선의 증착시 스텝 커버리지(step coverage)때문에 생기는 데이터 배선의 단선을 방지하는 역할과 전압-전류 특성을 결정짓는 요인으로 작용하므로, 이 테이퍼각이 원하는 각도보다 커지게 되면 정류특성을 나타내는 문제가 발생한다.The taper angle of the gate serves to prevent disconnection of the data wiring caused by step coverage during the deposition of the data wiring and to determine the voltage-current characteristics, so that the taper angle becomes larger than the desired angle. Problem occurs that indicates the commutation characteristics.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에서는 게이트 배선을 알루미늄을 포함하는 단일금속층으로 하면서도 알루미늄과 ITO간의 접촉저항문제를 개선할 수 있는 액정표시장치를 제공하여 제품불량을 방지하고 화질개선을 개선하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a liquid crystal display device that can improve the contact resistance problem between aluminum and ITO while the gate wiring is made of a single metal layer containing aluminum, thereby preventing product defects and improving image quality. The purpose.
도 1은 일반적인 액정패널을 도시한 분해사시도.1 is an exploded perspective view showing a typical liquid crystal panel.
도 2는 일반적인 5마스크 공정에 의한 액정표시장치용 어레이 기판의 공정순서도.2 is a process flowchart of an array substrate for a liquid crystal display device by a general five mask process.
도 3a는 종래의 액정표시장치에 있어서, 게이트 패드를 알루미늄 단일금속층으로 하는 게이트 패드부의 단면도.3A is a cross-sectional view of a gate pad portion in which a gate pad is made of an aluminum single metal layer in a conventional liquid crystal display device.
도 3b는 일반적인 액정표시장치에 있어서, 게이트 패드를 알루미늄과 몰리브덴으로 이루어진 이중금속층으로 하는 게이트 패드부의 단면도.3B is a cross-sectional view of a gate pad portion in which a gate pad is a double metal layer made of aluminum and molybdenum in a general liquid crystal display device.
도 4는 본 발명의 액정표시장치용 어레이 기판의 한 화소부에 해당하는 평면도.4 is a plan view of one pixel portion of an array substrate for a liquid crystal display device of the present invention;
도 5a 내지 5g는 도 4의 절단선 A-A', B-B'에 따른 공정단계별로 도시한 단면도.5A to 5G are cross-sectional views of the process steps taken along the cutting lines A-A 'and B-B' of FIG. 4.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
106 : 게이트 패드 126 : 드레인 콘택홀106: gate pad 126: drain contact hole
127 : 게이트패드 콘택홀 130a : 제 1 화소전극127: gate pad contact hole 130a: first pixel electrode
130b : 제 2 화소전극 130 : 화소전극130b: second pixel electrode 130: pixel electrode
132a : 제 1 게이트 패드전극 132b : 제 2 게이트 패드전극132a: first gate pad electrode 132b: second gate pad electrode
132 : 게이트 패드전극 T : 박막 트랜지스터부132: gate pad electrode T: thin film transistor portion
P : 게이트 패드부P: gate pad part
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 알루미늄(Al)을 포함하는 단일금속층으로 형성된 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과 교차하는 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차되는 영역 상에 형성된 화소전극과; 상기 화소전극과 전기적으로 연결되어 있는 박막 트랜지스터와; 상기 게이트 배선의 끝단에 위치한 상기 게이트 배선과 동일물질로 이루어진 게이트 패드와; 상기 게이트 패드와 접촉하는 저온에서 산화되기 쉽고, 인듐(Indium)보다 산소와의 결합력이 낮은 금속으로 이루어진 산화박막과 상기 산화박막 상에 형성된 ITO로 이루어진 이중층의 게이트 패드전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, the gate wiring formed of a single metal layer containing aluminum (Al); A data line crossing the gate line; A pixel electrode formed on an area where the gate line and the data line cross each other; A thin film transistor electrically connected to the pixel electrode; A gate pad made of the same material as the gate line positioned at the end of the gate line; A liquid crystal display device comprising a double layer gate pad electrode comprising an oxide thin film made of a metal that is easily oxidized at low temperature in contact with the gate pad and has a lower bonding force with oxygen than indium, and an ITO formed on the oxide thin film. An array substrate is provided.
상기 화소전극은 상기 게이트 패드전극과 동일 물질로 이루어지고, 상기 게이트 패드전극을 이루는 산화박막은 50~200Å두께의 티타늄(Ti) 또는 아연(Zn) 중 어느 하나의 금속의 산화물임을 특징으로 한다.The pixel electrode is made of the same material as the gate pad electrode, and the oxide thin film constituting the gate pad electrode is an oxide of any one metal of titanium (Ti) or zinc (Zn) having a thickness of 50 to 200 kV.
상기 데이터 배선을 이루는 금속은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) , 티탄(Ti), 인듐(In) 중 어느 하나의 금속으로 이루어진다.The metal constituting the data line is made of any one of chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), and indium (In).
본 발명의 또 하나의 특징에서는, 기판을 구비하는 단계와; 상기 기판 상에 알루미늄(Al)을 포함하는 단일금속층으로 게이트 배선과 상기 게이트 배선의 끝단에 게이트 패드를 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선이 형성된 기판 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 절연된 기판 상에 소스, 드레인 전극 및 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 소스, 드레인 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계와; 상기 소스, 드레인 전극이 형성된 기판 상에 보호층을 증착한 후, 상기 게이트 절연막과 상기 보호층을 식각하여, 게이트패드 콘택홀을 형성하는 단계와; 상기 게이트패드 콘택홀이 형성된 기판 상에, 저온에서 산화되기 쉽고, 인듐보다 산소와의 결합력이 낮은 특성을 가지는 금속물질을 증착하는 단계와; 상기 금속물질이 증착된 기판 상에 ITO를 증착함에 있어서, 상기 ITO의 반응가스 중 산소에 의해 제 2 금속물질을 옥사이드(Oxide)화하여, 상기 게이트패드 콘택홀을 통해 상기 게이트 패드와 접촉하는 산화박막을 형성하는 단계와; 상기 산화박막이 형성된 기판 상에 ITO를 증착하여, 이중층으로 이루어진 게이트 패드전극을 형성하는 단계와, 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.In another aspect of the invention, there is provided a method comprising the steps of: providing a substrate; Forming a gate wiring and a gate pad at an end of the gate wiring using a single metal layer including aluminum (Al) on the substrate; Forming a gate insulating film on the substrate on which the gate wiring is formed; Forming a source, a drain electrode, and a data line on the insulated substrate; Forming a thin film transistor including the source and drain electrodes; Depositing a passivation layer on the substrate on which the source and drain electrodes are formed, and etching the gate insulating layer and the passivation layer to form a gate pad contact hole; Depositing a metal material on the substrate on which the gate pad contact hole is formed, the metal material having a property of being easily oxidized at low temperature and having a lower binding force with oxygen than indium; In depositing ITO on the substrate on which the metal material is deposited, the second metal material is oxidized by oxygen in the reaction gas of the ITO to oxidize to contact the gate pad through the gate pad contact hole. Forming a thin film; Fabricating an array substrate for a liquid crystal display device comprising depositing ITO on the substrate on which the oxide thin film is formed, forming a gate pad electrode formed of a double layer, and forming a pixel electrode electrically connected to the thin film transistor. Provide a method.
상기 산화박막으로 옥사이드화되는 금속물질은 50~200Å 두께의 Ti(Titanium) 또는 Zn(Zinc) 중 어느 하나의 금속임을 특징으로 하고, 상기 화소전극은 상기 게이트 패드와 동일공정에서 동일물질로 이루어짐을 더욱 포함한다.The metal material is oxidized to the oxide thin film is characterized in that any one of a metal (Ti) or Zn (Zinc) of 50 ~ 200Å thickness, the pixel electrode is made of the same material in the same process as the gate pad. It includes more.
또한, 상기 소스, 드레인 전극 및 데이터 배선은 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐 (W), 티탄(Ti), 인듐(In) 중 어느 하나의 금속으로 하고, 상기 게이트 절연막 및 보호층은 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어진다.The source, drain electrode and data wiring may be made of any one of molybdenum (Mo), chromium (Cr), tungsten (W), titanium (Ti), and indium (In), and the gate insulating film and the protective layer may be It is made of a silicon nitride film (SiNx).
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 액정표시장치용 어레이 기판의 한 화소부에 해당하는 평면도이다.4 is a plan view corresponding to one pixel portion of the array substrate for a liquid crystal display device of the present invention.
도시한 바와 같이, 가로방향으로 게이트 전극(102)을 포함하는 게이트 배선(103)이 형성되어 있다.As shown, the gate wiring 103 including the gate electrode 102 is formed in the horizontal direction.
이때, 이 게이트 전극(102)은 알루미늄을 포함하는 단일 금속층으로 함을 특징으로 한다.At this time, the gate electrode 102 is characterized in that a single metal layer containing aluminum.
상기 게이트 배선(103)과 직교하는 방향으로 소스 전극(116)을 포함하는 데이터 배선(117)이 형성되어 있고, 이 소스 전극(116)과 일정간격 이격되어 드레인 전극(118)이 형성되어 있다.The data line 117 including the source electrode 116 is formed in a direction orthogonal to the gate line 103, and the drain electrode 118 is formed to be spaced apart from the source electrode 116 by a predetermined interval.
상기 소스, 드레인 전극(116,118)이 형성된 영역 상에는 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(T)가 형성되어 있다.The thin film transistor T, which is a switching element, is formed on a region where the source and drain electrodes 116 and 118 are formed.
상기 박막 트랜지스터(T)와 연결되어 화소전극(130)이 형성되어 있다.The pixel electrode 130 is connected to the thin film transistor T.
상기 게이트 배선(103)의 끝단에는 소정면적을 가지는 게이트 패드(106)가 형성되어 있고, 이 게이트 패드(106)상에는 이 화소전극(130)과 동일물질로 이루어진 게이트 패드전극(132)이 형성되어 있다.A gate pad 106 having a predetermined area is formed at an end of the gate wiring 103, and a gate pad electrode 132 formed of the same material as the pixel electrode 130 is formed on the gate pad 106. have.
상기 화소전극(130) 및 게이트 패드전극(132)은 하부층을 산화박막으로 하고, 이 산화박막의 상부층을 ITO로 하는 이중층으로 형성됨을 특징으로 한다.The pixel electrode 130 and the gate pad electrode 132 are formed of a double layer having an underlayer as an oxide thin film and an upper layer of the oxide thin film as ITO.
이 산화박막은 400℃ 이하에서 산화되기 쉽고, ITO의 인듐(Indium)보다 산소와의 결합력이 약하며, 옥사이드화하여도 얇게 형성시 도체특성을 띠는 금속의 옥사이드화에 의해 이루어진다.This oxide thin film is easily oxidized at 400 ° C. or lower, and has a weak bonding force with oxygen than indium of ITO, and is formed by the oxidation of a metal having conductor characteristics when formed thin even when oxidized.
이러한 금속물질로는 Ti(Titanium) 또는 Zn(Zinc)을 들 수 있고, 이 금속들은 50~200Å의 두께에서는 옥사이드화하여도, 도체적인 특성을 띠게 된다.Such metal materials include Ti (Titanium) or Zn (Zinc), and these metals have conductive properties even when they are oxidized at a thickness of 50 to 200Å.
즉, 본 발명에서는 게이트 패드((106)는 알루미늄을 포함하는 단일금속층으로 하고, 이 게이트 패드전극(132)의 하부층을 이루는 산화박막이 알루미늄과 ITO간의 배리어층의 역할을 하는 것이다.That is, in the present invention, the gate pad 106 is a single metal layer containing aluminum, and an oxide thin film forming the lower layer of the gate pad electrode 132 serves as a barrier layer between aluminum and ITO.
도 5a 내지 5g는 도 3의 절단선 A-A', B-B'로 절단하여 공정단계에 따라 도시한 단면도로서, 상기 도 2의 5마스크 공정순서도와 연계해서 설명하도록 하겠다.5A through 5G are cross-sectional views illustrating the process steps of cutting lines A-A 'and B-B' of FIG. 3, which will be described in connection with the five-mask process flowchart of FIG. 2.
도 5a는 도 2의 ST1에 해당하는 공정으로, 세정된 투명기판(1) 상에 알루미늄을 포함하는 단일금속층을 증착한 후, 제 1 마스크공정으로 게이트 전극(102), 게이트 패드(106)를 형성한다.FIG. 5A illustrates a process corresponding to ST1 of FIG. 2. After depositing a single metal layer including aluminum on the cleaned transparent substrate 1, the gate electrode 102 and the gate pad 106 are formed by a first mask process. Form.
도 5b는 도 2의 ST2에 해당하는 공정으로, 게이트 전극(102)이 형성된 기판전면에 게이트 절연막(108)과 반도체층(110)인 비정질 실리콘(110a ; a-Si)과 불순물 비정질 실리콘(110b ; n+-a-Si)을 연속으로 증착한다.FIG. 5B is a step corresponding to ST2 of FIG. 2, wherein the gate insulating film 108, the amorphous silicon 110a (a-Si) and the impurity amorphous silicon 110b are formed on the entire surface of the substrate on which the gate electrode 102 is formed. n + -a-Si) are deposited successively.
이때, 이 반도체층(110)은 150℃ 이하의 저온증착공정에서 증착되므로, 하부금속층을 이루는 알루미늄의 힐락이 방지된다.At this time, since the semiconductor layer 110 is deposited in a low temperature deposition process of 150 ° C. or less, the heel lock of the aluminum forming the lower metal layer is prevented.
도 5c는 도 2의 ST3에 해당하는 공정으로, 도시한 바와 같이 반도체층(110)을 패터닝하여, 액티브층(111a)과 액티브층(111a)상의 오믹콘택층(111b)을 형성한다.5C is a step corresponding to ST3 of FIG. 2, and the semiconductor layer 110 is patterned as shown to form the active layer 111a and the ohmic contact layer 111b on the active layer 111a.
즉, 상기 단계에서는 박막 트랜지스터부(T)에서 액티브층(111a)이 형성됨과 동시에 게이트 패드부(P)에서는 반도체층이 식각되어 게이트 절연막(108)이 노출된다.That is, in this step, the active layer 111a is formed in the thin film transistor unit T and the semiconductor layer is etched in the gate pad part P to expose the gate insulating layer 108.
도 5d는 도 2의 ST4에 해당하는 공정으로 금속물질을 증착한 후, 제 3 마스크공정으로 소스, 드레인 전극(116,118) 및 미도시한 데이터 배선을 형성한다.FIG. 5D illustrates the deposition of the metal material in the process corresponding to ST4 of FIG. 2, and then the source, the drain electrodes 116 and 118 and the not illustrated data line are formed by the third mask process.
이때, 이 소스전극(116)과 드레인 전극(118) 사이의 오믹콘택층(110b)을 식각하여 박막 트랜지스터부(T)의 채널(ch)을 형성한다.At this time, the ohmic contact layer 110b between the source electrode 116 and the drain electrode 118 is etched to form a channel ch of the thin film transistor unit T.
이 소스, 드레인 전극(116,118)을 이루는 금속으로는 크롬(Cr), 텅스텐(W), 몰리브덴 (Mo) , 티탄(Ti), 인듐(In) 등과 같이 화학적 내식성이 강하고, 내열성이 우수한 금속으로 이루어진다.The metal forming the source and drain electrodes 116 and 118 is made of a metal having strong chemical corrosion resistance and excellent heat resistance, such as chromium (Cr), tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), indium (In), and the like. .
도 5e는 도 2의 ST5에 해당하는 단계로서, 이 소스, 드레인 전극(116,118)이 형성된 기판 상에 보호층(124)을 증착한 후, 제 4 마스크공정으로 이 보호층(124)상에 드레인 콘택홀(126) 및 이 보호층(124)과 게이트 절연막(도 5c의 108)을 일부 식각하여 게이트패드 콘택홀(128)을 형성한다.FIG. 5E is a step corresponding to ST5 of FIG. 2, after depositing the protective layer 124 on the substrate on which the source and drain electrodes 116 and 118 are formed, and draining the protective layer 124 by a fourth mask process. The contact hole 126, the protective layer 124, and the gate insulating layer 108 in FIG. 5C are partially etched to form the gate pad contact hole 128.
도 5f에서는, 이 드레인 콘택홀(126)이 형성된 기판에 화소전극을 형성함에 있어서, Ti를 50~200Å으로 박막으로 증착한 후, 상기 Ti층(129) 상에 ITO를 증착하는 과정에서 반응가스 중 ITO의 투명성을 높이기 위해 추가되는 산소에 의해 이 Ti가 TiOx로 산화박막이 되는 단계이다.In FIG. 5F, in forming a pixel electrode on a substrate on which the drain contact hole 126 is formed, a reaction gas is formed in a process of depositing Ti in a thin film at 50 to 200 kV and then depositing ITO on the Ti layer 129. In order to improve the transparency of heavy ITO, this Ti becomes an oxide thin film by TiOx by oxygen added.
이 Ti 금속은 400℃ 이하의 낮은 온도에서도 산화되기 쉽고, ITO의 인듐보다산소와의 결합력이 약하며, 50~200Å정도로 얇게 증착 후, 산화박막으로 형성시 도체특성을 띠는 특성을 갖는다.This Ti metal is easy to oxidize even at a low temperature of 400 ° C. or less, and has a weak bonding strength with oxygen than indium of ITO, and has a characteristic of conducting when formed into a thin oxide film after deposition as thin as 50 to 200 kPa.
이러한 특성을 띠는 금속물질로는 추가로 Zn(Zinc)을 꼽을 수 있다.In addition, Zn (Zinc) may be cited as a metallic material having such characteristics.
도 5g는 도 2의 ST6에 해당하는 공정단계를 도시한 것으로, TiOx로 이루어진 산화박막 상에 ITO를 증착하여 제 1, 2 화소전극을 형성하는 단계이다.5G illustrates a process step corresponding to ST6 of FIG. 2, in which ITO is deposited on an oxide thin film formed of TiOx to form first and second pixel electrodes.
그리고, 게이트 패드부(P)에서는 상기 단계에서 게이트패드 콘택홀(127)을 통해 게이트 패드(106)와 접촉하는 이중층으로 이루어진 게이트 패드전극(132)이 형성된다.In the gate pad part P, a gate pad electrode 132 including a double layer contacting the gate pad 106 through the gate pad contact hole 127 is formed in the above step.
이때, 실질적으로 게이트 패드(106)와 접촉하는 것은 제 1 게이트 패드전극(132a)으로서, 이 제 1 게이트 패드전극(132a)은 산화박막인 TiOx가 위치하여, 게이트 패드(106)를 이루는 알루미늄과 게이트 패드전극을 이루는 ITO의 접촉저항을 감소시키게 된다.At this time, the first gate pad electrode 132a substantially contacts the gate pad 106, and the first gate pad electrode 132a is formed of aluminum oxide forming TiOx, which is an oxide thin film, to form the gate pad 106. The contact resistance of the ITO forming the gate pad electrode is reduced.
또한, 알루미늄과 ITO간의 배리어층을 화소전극의 제조공정에서 형성하므로써, 게이트 금속을 알루미늄을 포함하는 단일금속층으로 구성하여 기존의 액정표시장치를 이중금속층으로 형성하였을 때의 문제점을 해결할 수 있는 것이다.In addition, since the barrier layer between aluminum and ITO is formed in the pixel electrode manufacturing process, the gate metal may be composed of a single metal layer including aluminum, thereby solving the problem of forming a conventional liquid crystal display device using a double metal layer.
덧붙여 설명하면, 게이트 금속을 이중금속층으로 하였을 경우에는, 이 두 금속간의 갈바닉 부식이 발생하는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 게이트 금속은 단일금속층으로 하고 화소전극을 산화박막과 ITO로 구성하므로써, 갈바닉 부식현상이 방지된다.In addition, when the gate metal is a double metal layer, there is a problem that galvanic corrosion occurs between the two metals. However, in the present invention, the gate metal is a single metal layer and the pixel electrode is composed of an oxide thin film and ITO. The phenomenon is prevented.
즉, 기존의 액정표시장치에서는 알루미늄과 ITO이 접촉하여 형성되는 산화알루미늄막이 강한 절연막 특성을 띠어, 알루미늄과 ITO간에 접촉저항을 증가시키고 또한, 알루미늄의 산소와의 결합력이 ITO의 인듐보다 강하여 ITO의 전기적인 특성까지 저하시켰으나, 본 발명의 50~200Å두께의 Ti의 산화물인 TiOx로 이루어진 산화박막은 도체적인 특성을 띠어 게이트 패드와 게이트 패드전극의 전기적으로 도통되도록 하고, Ti는 ITO의 인듐보다 산소와의 결합력이 약하므로, ITO의 전기적인 특성을 저하시키지 않는 장점이 있다.That is, in the conventional liquid crystal display, the aluminum oxide film formed by the contact between aluminum and ITO has a strong insulating film property, thereby increasing the contact resistance between aluminum and ITO, and the bonding strength of aluminum with oxygen is stronger than that of indium of ITO. Although the electrical properties were lowered, the oxide thin film made of TiOx, which is an oxide of Ti of 50 to 200 Å thickness of the present invention, has a conductive property, so that the gate pad and the gate pad electrode are electrically conductive, and Ti is more oxygen than indium of ITO. Since the bond strength is weak, there is an advantage that does not lower the electrical properties of the ITO.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 화소전극의 제조공정에서 ITO를 형성하기 전에, 저온에서 산화되기 쉽고 ITO의 인듐(Indium)보다 산소와의 결합력이 약한 금속인 Ti를 50~200Å 증착한 후, ITO의 반응가스중 산소에 의해 알루미늄과 ITO간의 배리어층 역할을 하는 산화박막인 TiOx으로 형성함으로써, 게이트 금속을 알루미늄 단일금속층으로 구성하여, 제품불량을 방지하고 화질을 개선할 수 있는 효과가 있다.As described above, in the present invention, before forming ITO in the pixel electrode manufacturing process, Ti, which is a metal that is easily oxidized at low temperature and has a weaker bonding force with oxygen than indium of ITO, is deposited at 50 to 200 kPa, and then ITO. By forming the oxide metal as TiOx, which is an oxide thin film serving as a barrier layer between aluminum and ITO by oxygen in the reaction gas, the gate metal is composed of an aluminum single metal layer, thereby preventing product defects and improving image quality.
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