KR20020036023A - 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법

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KR20020036023A
KR20020036023A KR1020000065874A KR20000065874A KR20020036023A KR 20020036023 A KR20020036023 A KR 20020036023A KR 1020000065874 A KR1020000065874 A KR 1020000065874A KR 20000065874 A KR20000065874 A KR 20000065874A KR 20020036023 A KR20020036023 A KR 20020036023A
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gate
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황광조
서현식
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구본준, 론 위라하디락사
엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

최근 액정 표시 장치용 어레이 기판을 제조하는데 있어 공정수를 감소시켜 제조 비용을 줄이기 위한 노력이 활발하게 이루어지고 있다. 이중 박막트랜지스터의 채널에 대응하는 부분에 슬릿이 형성된 마스크를 이용하여 감광막의 두께를 다르게 형성하고, 소스 및 드레인 전극과 액티브층을 한 번의 사진 식각 공정으로 형성하는 방법이 있는데, 여기서 채널 부분에 형성되는 감광막의 두께를 일정 값 이하로 형성해야 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이때, 감광막의 두께는 마스크의 슬릿 간격을 다르게 하여 빛이 노광되는 정도를 변화시킴으로써 조절할 수 있는데, 이는 마스크와 같은 장비의 변화를 가져온다.
이에 본 발명에서는 채널 부분에 형성되는 감광막 두께가 게이트 전극의 단차에 따라 달라지므로, 감광막을 3 ㎛ 이하의 두께로 도포 하였을 때 게이트 전극을 두껍게 하여 채널 부분의 감광막 두께를 5,000 Å 이하로 형성시킨다. 따라서, 노광 장비의 변화 없이 감광막 두께를 조절할 수 있다.

Description

액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법{manufacturing method of array panel for liquid crystal display}
본 발명은 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마스크 수를 적게 하여 제조 비용을 감소시킬 수 있는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직임으로써 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
액정 표시 장치는 다양한 형태로 이루어질 수 있는데, 현재 박막 트랜지스터와 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이러한 액정 표시 장치는 하부의 어레이 기판에 화소 전극이 형성되어 있고 상부의 컬러 필터를 포함하는 기판(이하 컬러 필터 기판이라고 함)에 공통 전극이 형성되어 있는 구조로, 상하로 걸리는 기판에 수직한 방향의 전기장에 의해 액정 분자를 구동하는 방식이다. 이는, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상판의 공통 전극이 접지 역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정셀의 파괴를 방지할 수 있다.
액정 표시 장치의 컬러 필터 기판은 화소 전극 이외의 부분과 화소 전극 주변부에서 액정 분자가 틸트됨으로써 발생하는 빛샘 현상을 막기 위해 블랙 매트릭스(black matrix)를 더 포함한다.
한편, 액정 표시 장치의 어레이 기판은 박막을 증착하고 마스크를 이용하여 사진 식각하는 공정을 여러 번 반복함으로써 형성되는데, 통상적으로 마스크 수는5장 내지 6장이 사용되고 있으며, 현재 4장의 마스크를 이용하여 하부 기판을 제작함으로써 생산비용을 절감할 수 있는 방법이 알려져 사용되고 있다.
이와 같이 4장의 마스크를 이용하여 어레이 기판을 제조하는 방법 중 슬릿이 형성되어 있는 마스크를 이용하여 한 번의 사진 식각 공정으로 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극 그리고 액티브층을 형성하는 방법이 있다.
이러한 방법에 대하여 도 1a 내지 1e를 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a에 도시한 바와 같이 절연 기판(10) 위에 게이트 전극(22)을 형성하고, 그 위에 게이트 절연막(30), 비정질 실리콘층(40), 불순물 비정질 실리콘층(50), 그리고 금속층(60)을 차례로 형성한 다음, 감광막(photoresist)(90)을 3 ㎛ 이하의 두께로 도포한다. 이어, 데이터 배선(도시하지 않음)과 소스 및 드레인 전극(도시하지 않음)이 형성될 영역(A)에 대응하는 부분에는 차광막(101)이 형성되어 있고, 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역(C)에 대응하는 부분에는 슬릿(102)을 가지는 마스크(100)를 이용하여 노광을 실시한다. 그러면, 차광막(101) 하부의 감광막(90)은 노광되지 않고, 채널이 형성될 영역(C)에서는 슬릿(102)을 통과한 빛의 회절 현상으로 인해 빛의 강도(intensity)가 작아지므로 이 부분의 감광막(90)은 일부만 노광되며, 나머지 부분(B)의 감광막(90)은 완전히 노광된다.
다음, 도 1b에 도시한 바와 같이 노광된 감광막(90)을 현상하여 감광막 패턴(91, 92)을 형성한다. 이때, 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선이 형성될 영역(A)에는 가장 두꺼운 제 1 두께를 가지는 감광막 패턴(91)이 형성되고, 채널이 형성될 영역(C)에는 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 가지는 감광막 패턴(92)이 형성되며, 그 외 부분(B)에서는 감광막(도 1a의 90)이 모두 제거된다.
다음, 도 1c에 도시한 바와 같이 감광막 패턴(91, 92)으로 덮이지 않은 금속층(60)과 그 하부의 막들을 식각하여 금속층 패턴(65)과 불순물 반도체층 패턴(55) 그리고 액티브층(41)을 형성한다.
이어, 도 1d에 도시한 바와 같이 산소 플라즈마(O2plasma)를 이용한 애싱(ashing) 공정으로 채널이 형성될 부분의 감광막 패턴(92)을 제거한다. 이때, 제 1 두께를 가지는 감광막 패턴(91)도 상부의 일부가 제거되어 두께가 얇아진다.
다음, 도 1e에 도시한 바와 같이 드러난 채널에 해당하는 부분의 금속층 패턴(65)과 불순물 반도체층 패턴(55)을 제거하여 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극(62, 63) 그리고 오믹 콘택층(51, 52)을 완성한다.
그런데, 이와 같이 슬릿이 형성된 마스크를 이용하여 감광막의 두께를 다르게 하는 방법에서는, 박막 트랜지스터의 채널 상부가 제대로 드러나게 하기 위해 채널에 해당하는 부분의 감광막 패턴(도 1b의 92) 두께를 조절해야 한다. 앞서 언급한 바와 같이 제 2 두께의 감광막 패턴(92)을 제거하는 애싱 공정에서 제 1 두께의 감광막 패턴(91)도 같이 제거되므로, 제 2 두께의 감광막 패턴(92) 두께가 너무 두꺼우면 소스 및 드레인 전극(62, 63)의 선폭이 줄어드는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 제 2 두께의 감광막 패턴(92) 두께를 5,000 Å 이하로 하는 것이 바람직하다.
그런데, 처음 도포되는 감광막의 두께를 일정하게 했을 때 노광 및 현상 후남는 감광막 패턴(92)의 두께는 제거되는 감광막의 두께에 따라 달라진다. 즉, 채널에 해당하는 부분의 감광막이 노광되는 정도에 따라 달라지는데, 이를 위해 마스크(도 1a의 100)의 슬릿 간격을 조절해야 한다.
본 발명은 상기한 것과 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 장비의 변화 없이 제조 공정을 감소시킬 수 있는 액정 표시 장지용 어레이 기판의 제조 방법을 제시하는 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 과정을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일부를 도시한 평면도.
도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ´선을 따라 자른 단면도.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예에 따라 액정 표시 장치용 어레이 기판을 제조하는 과정을 도시한 도면.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법에서는 기판을 구비하고, 기판 상에 게이트 배선 및 게이트 배선과 연결되어 있는 게이트 전극을 형성한다. 이어, 게이트 배선 및 게이트 전극 상부에 게이트 절연막과 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층, 그리고 금속층을 연속하여 증착하고, 한번의 사진 식각 공정으로 금속층과 불순물 비정질 실리콘층, 그리고 비정질 실리콘층을 패터닝하여 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극, 오믹 콘택층 그리고 액티브층을 형성한다. 다음, 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극을 덮으며 드레인 전극을 드러내는 콘택홀을 가지는 보호층을 형성하고, 보호층 상부에 콘택홀을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성한다. 여기서, 사진 식각 공정은 감광막을 3 ㎛ 이하의 두께로 도포하고 노광 및 현상하여 감광막 패턴을형성하는 공정을 포함하며, 감광막 패턴은 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극이 형성될 영역 상부에 위치하고 제 1 두께를 가지는 부분과, 소스 및 드레인 전극 사이의 박막 트랜지스터 채널이 형성될 영역 상부에 위치하고 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 가지는 부분, 그리고 두께가 없는 부분으로 이루어지고, 게이트 전극은 2,000 Å 내지 5,000 Å의 두께를 가지며, 감광막 패턴의 제 2 두께는 5,000 Å 이하인 것이 바람직하다.
이때, 감광막의 노광은 박막 트랜지스터의 채널에 대응하는 부분에 슬릿이 형성되어 있는 마스크를 이용할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 게이트 전극의 두께를 변화시켜 박막 트랜지스터의 채널에 해당하는 부분에 남는 감광막 두께를 조절함으로써 장비의 변화 없이 어레이 기판을 제조할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일부를 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2에서 Ⅲ-Ⅲ´선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 기판(110) 위에 일 방향의 게이트 배선(121)과 게이트 배선(121)에서 연장된 게이트 전극(122)이 형성되어 있다.
게이트 배선(121) 상부에는 게이트 절연막(130)이 형성되어 게이트 배선(121) 및 게이트 전극(122)을 덮고 있다.
이어, 게이트 절연막(130) 위에는 액티브층(141)이 형성되어 있고, 그 위에오믹 콘택층(151, 152)이 형성되어 있다.
오믹 콘택층(151, 152) 위에는 게이트 배선(121)과 직교하는 데이터 배선(161), 데이터 배선(161)과 연결되어 있는 소스 전극(162), 그리고 게이트 전극(122)을 중심으로 소스 전극(162)과 마주 대하고 있는 드레인 전극(163)이 형성되어 있다.
여기서, 오믹 콘택층(151, 152)은 데이터 배선(161), 그리고 소스 및 드레인 전극(162, 163)과 같은 모양을 가지며, 액티브층(141)은 박막 트랜지스터의 채널에 해당하는 부분을 제외하고 데이터 배선(161), 소스 및 드레인 전극(162, 163)과 같은 모양을 가진다.
다음, 데이터 배선(161)과 소스 및 드레인 전극(162, 163) 상부에는 보호층(170)이 형성되어 이들을 덮고 있으며, 보호층(170)은 드레인 전극(163) 상부에 콘택홀(171)을 가진다.
다음, 게이트 배선(121)과 데이터 배선(161)이 교차하여 정의되는 화소 영역에는 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(181)이 형성되어 있고, 화소 전극(181)은 콘택홀(171)을 통해 드레인 전극(163)과 연결되어 있다.
이러한 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 과정에 대하여 도 4a 내지 도 4g와 앞서의 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 투명 기판(110) 위에 제 1 마스크를 이용하여 일 방향의 게이트 배선(121) 및 게이트 배선(121)에서 연장된 게이트 전극(122)을 형성한다.
이어, 도 4b에 도시한 바와 같이 게이트 절연막(130)과 비정질 실리콘층(140) 및 불순물로 도핑된 비정질 실리콘층(150)을 차례로 증착하고 금속층(160)을 스퍼터링과 같은 방법으로 증착한 후, 감광막(190)을 3 ㎛ 이하의 두께로 도포한다. 다음, 데이터 배선(도시하지 않음)과 소스 및 드레인 전극(도시하지 않음)이 형성될 영역(A)에 대응하는 부분에는 차광막(201)이 형성되어 있고, 박막 트랜지스터의 채널이 형성될 영역(C)에 대응하는 부분에는 슬릿(202)을 가지는 제 2 마스크(200)를 이용하여 노광을 실시한다.
다음, 도 4c에 도시한 바와 같이 노광된 감광막을 현상하여 감광막 패턴(191, 192)을 형성한다. 이때, 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선이 형성될 영역(A)에는 가장 두꺼운 제 1 두께를 가지는 감광막 패턴(191)이 형성되고, 채널이 형성될 영역(C)에는 제 1 두께보다 얇은 제 2 두께를 가지는 감광막 패턴(192)이 형성되며, 그 외 부분에서는 감광막이 모두 제거된다.
앞서 설명한 바와 같이 감광막 패턴(192)을 일정 두께, 바람직하게는 5,000 Å 이하로 형성해야 이후 형성될 소스 및 드레인 전극의 폭이 유실되는 불량이 발생하지 않는다.
여기서, 감광막 패턴(191, 192)의 가장 두꺼운 두께는 a이고, 게이트 전극(122)의 단차에 의해 낮아진 감광막 패턴(191, 192)의 두께는 b이며, 현상 후 제거된 감광막의 두께는 c, 그리고 채널이 형성될 영역(C)에 남은 감광막 패턴(192) 두께는 d인데, d는 b와 c의 차이에 의해 결정된다. 이때, 초기에 도포되는 감광막의 두께와 노광 정도를 동일하게 할 경우 a와 c는 항상 일정하게 되므로d는 b에 의해 결정할 수 있는데, b는 게이트 전극(122)의 두께에 따라 달라진다. 따라서, 게이트 전극(122)을 두껍게 하여 b를 감소시킴으로써 d를 줄일 수 있다. 여기서, 도포되는 감광막의 가장 두꺼운 부분(a)을 3 ㎛ 이하로 할 때, d의 두께는 5,000 Å 이하가 되도록 하는 것이 바람직한데, 게이트 전극(122)의 두께가 2,000 Å 보다 작을 경우에는 단차가 적어 b가 두꺼워지므로 d가 5,000 Å보다 크게 되고, 게이트 전극(122)의 두께가 5,000 Å보다 클 경우에는 게이트 절연막(130)이 단차 부분에서 끊어질 수 있다. 따라서, 게이트 전극(122)의 두께를 2,000 Å 내지 5,000 Å 정도로 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 도 4d에 도시한 바와 같이 감광막 패턴(191, 192)으로 덮이지 않은 금속층(160)과 그 하부의 막들을 식각하여 금속층 패턴(165)과 불순물 반도체층 패턴(155) 그리고 액티브층(141)을 형성한다.
이어, 도 4e에 도시한 바와 같이 산소 플라즈마를 이용한 애싱 공정으로 채널 부분의 감광막 패턴(192)을 제거한다. 이때, 감광막 패턴(191)도 상부의 일부가 제거되어 두께가 얇아진다.
다음, 도 4f에 도시한 바와 같이 드러난 채널 부분의 금속층 패턴(165)과 불순물 반도체층 패턴(155)을 제거하여 데이터 배선(161)과 소스 및 드레인 전극(162, 163) 그리고 오믹 콘택층(151, 152)을 완성한다.
다음, 도 4g에 도시한 바와 같이 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiO2)을 증착한 다음, 제 3 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 드레인 전극(163)을 드러내는 콘택홀(171)을 가지는 보호층(170)을 형성한다.
이어, 도 3에 도시한 바와 같이 ITO(indium-tin-oxide)와 같은 투명 도전 물질을 증착하고 제 4 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 화소 전극(181)을 형성하는데, 화소 전극(181)은 콘택홀(171)을 통해 드레인 전극(163)과 연결된다.
이와 같이 액정 표시 장치용 어레이 기판을 장비의 변화없이 4장의 마스크를 이용하여 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법에서는 다음과 같은 효과가 있다.
어레이 기판을 4장의 마스크로 제작하여 제조 비용을 감소시키는데 있어서, 장비를 변화시키지 않으므로 공정이 간단해지고, 불량을 방지할 수 있다.

Claims (2)

  1. 기판을 구비하는 단계;
    상기 기판 상에 게이트 배선 및 상기 게이트 배선과 연결되어 있는 게이트 전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트 배선 및 게이트 전극 상부에 게이트 절연막과 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층, 그리고 금속층을 연속하여 증착하는 단계;
    한번의 사진 식각 공정으로 상기 금속층과 상기 불순물 비정질 실리콘층, 그리고 상기 비정질 실리콘층을 패터닝하여 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극, 오믹 콘택층 그리고 액티브층을 형성하는 단계;
    상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극을 덮으며 상기 드레인 전극을 드러내는 콘택홀을 가지는 보호층을 형성하는 단계;
    상기 보호층 상부에 상기 콘택홀을 통해 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 사진 식각 공정은 감광막을 3 ㎛ 이하의 두께로 도포하고 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 감광막 패턴은 상기 데이터 배선과 소스 및 드레인 전극이 형성될 영역 상부에 위치하고 제 1 두께를 가지는 부분과, 상기 소스 및 드레인 전극 사이의 박막 트랜지스터 채널이 형성될 영역 상부에 위치하고 상기 제 1 두께보다 작은 제 2 두께를 가지는 부분, 그리고 두께가없는 부분으로 이루어지고,
    상기 게이트 전극은 2,000 Å 내지 5,000 Å의 두께를 가지며, 상기 제 2 두께는 5,000 Å 이하인 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감광막의 노광은 상기 박막 트랜지스터의 채널에 대응하는 부분에 슬릿이 형성되어 있는 마스크를 이용하는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
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