KR20040041491A - method for fabricating of an array substrate for a liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 평면도이다1 is a plan view schematically illustrating a general liquid crystal display device.
도시한 바와 같이, 일반적인 액정표시장치(11)는 블랙매트릭스(6)와 서브컬러필터(7)를 포함하는 컬러필터(8)와, 상기 컬러필터(8)의 상부에 증착된 투명전극인 공통전극(9)이 형성된 상부기판(5)과, 화소영역(P)과 화소영역 상에 형성된 화소전극(56)과 스위칭소자(T)를 포함한 어레이배선이 형성된 하부기판(22)으로 구성되며, 상기 상부기판(5)과 하부기판(22) 사이에는 액정(15)이 충진되어 있다.As shown in the drawing, a general liquid crystal display device 11 includes a color filter 8 including a black matrix 6 and a sub color filter 7 and a transparent electrode deposited on the color filter 8. An upper substrate 5 having electrodes 9 formed thereon, a lower substrate 22 having an array wiring including a pixel region P and a pixel electrode 56 formed on the pixel region and a switching element T, The liquid crystal 15 is filled between the upper substrate 5 and the lower substrate 22.
상기 하부기판(22)은 어레이기판이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터를교차하여 지나가는 게이트배선(12)과 데이터배선(34)이 형성된다.The lower substrate 22 is also referred to as an array substrate, and the thin film transistor T, which is a switching element, is positioned in a matrix type, and the gate wiring 12 and the data wiring 34 passing through the plurality of thin film transistors cross each other. Is formed.
상기 화소(P)영역은 상기 게이트배선(12)과 데이터배선(34)이 교차하여 정의되는 영역이다. 상기 화소영역(P)상에 형성되는 화소전극(56)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명도전성 금속을 사용한다.The pixel P area is an area where the gate line 12 and the data line 34 cross each other. The pixel electrode 56 formed on the pixel region P uses a transparent conductive metal having relatively high light transmittance, such as indium-tin-oxide (ITO).
전술한 바와 같이 구성되는 액정표시장치는 상기 박막트랜지스터(T)와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극(56)이 매트릭스 내에 존재함으로써 영상을 표시한다.In the liquid crystal display configured as described above, the thin film transistor T and the pixel electrode 56 connected to the thin film transistor are present in a matrix to display an image.
상기 게이트배선(12)은 상기 박막트랜지스터(T)의 제 1 전극인 게이트전극을 구동하는 펄스전압을 전달하며, 상기 데이터배선(34)은 상기 박막트랜지스터(T)의 제 2 전극인 소스 전극을 구동하는 신호전압을 전달하는 수단이다.The gate wiring 12 transfers a pulse voltage driving a gate electrode, which is a first electrode of the thin film transistor T, and the data wiring 34 receives a source electrode, which is a second electrode of the thin film transistor T. It is a means for transmitting the driving signal voltage.
전술한 바와 같은 구성을 가지는 액정패널의 구동은 액정의 전기 광학적 효과에 기인한 것이다.The driving of the liquid crystal panel having the configuration as described above is due to the electro-optical effect of the liquid crystal.
자세히 설명하면, 상기 액정층(15)은 자발분극(Spontaneous Polarization)특성을 가지는 유전이방성 물질이며, 전압이 인가되면 자발분극에 의해 쌍극자(Bipolar)를 형성함으로써 전계의 인가방향에 따라 분자의 배열방향이 바뀌는 특성을 갖는다.In detail, the liquid crystal layer 15 is a dielectric anisotropic material having spontaneous polarization characteristics, and when a voltage is applied, bipolars are formed by spontaneous polarization to arrange molecules according to the direction of application of an electric field. This has changing characteristics.
따라서, 이러한 배열상태에 따라 광학적 특성이 바뀜으로써 전기적인 광변조가 생기게 된다.Therefore, the optical characteristic is changed according to this arrangement state, thereby causing electrical light modulation.
이러한 액정의 광변조 현상에 의해, 빛을 차단 또는 통과시키는 방법으로 이미지를 구현하게 된다.By the light modulation phenomenon of the liquid crystal, an image is realized by a method of blocking or passing light.
전술한 바와 같은 동작을 나타내는 액정표시장치는 제조 공정이 매우 복잡하며, 공정을 단순화 함으로서 공정시간과 제조 원가를 단축하려는 노력이 진행되고 있다.The liquid crystal display device exhibiting the above operation is very complicated in manufacturing process, and efforts are being made to shorten the process time and manufacturing cost by simplifying the process.
이러한 일환으로 종래에는 상기 박막트랜지스터 어레이부의 제조공정을 5~7 마스크 공정에서 4 마스크 공정으로 완료할 수 있는 제조방법이 제안되었다.As a part of this, conventionally, a manufacturing method capable of completing the manufacturing process of the thin film transistor array unit from a 5 to 7 mask process to a 4 mask process has been proposed.
도 2는 종래의 4 마스크 공정으로 제작된 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 개략적으로 도시한 확대 평면도이다.2 is an enlarged plan view schematically illustrating a part of an array substrate for a liquid crystal display device manufactured by a conventional four mask process.
도시한 바와 같이, 게이트배선(12)과 데이터배선(34)이 직교하여 화소영역(P)을 정의하며, 상기 게이트배선(12)과 데이터배선(34)의 교차지점에는 스위칭소자로 박막트랜지스터(T)가 위치한다.As shown in the drawing, the gate line 12 and the data line 34 are orthogonal to define the pixel area P, and at the intersection of the gate line 12 and the data line 34, a thin film transistor (S) is used as a switching element. T) is located.
상기 게이트 배선(12)의 일 끝단에는 게이트 패드전극(10)이 구성되며, 상기 데이터 배선(34)의 일 끝단에는 데이터 패드 전극(36)이 구성된다.A gate pad electrode 10 is formed at one end of the gate line 12, and a data pad electrode 36 is formed at one end of the data line 34.
상기 각 패드전극(10,36)은 아일랜드 형상의 투명전극 패턴인 게이트 패드 전극단자(58)와 데이터 패드 전극단자(60)와 각각 접촉하여 구성된다.Each of the pad electrodes 10 and 36 is in contact with the gate pad electrode terminal 58 and the data pad electrode terminal 60 which are island-shaped transparent electrode patterns.
상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트배선(12)과 연결되어 주사신호를 인가 받는 게이트전극(14)과, 상기 데이터배선(34)과 연결되어 데이터신호를 인가 받는 소스 전극(40) 및 이와는 소정간격 이격된 드레인 전극(42)으로 구성된다.The thin film transistor T is connected to the gate line 12 to receive a scan signal, a gate electrode 14, a source electrode 40 connected to the data line 34 to receive a data signal, and a predetermined value. And drain electrodes 42 spaced apart from each other.
또한, 상기 게이트전극(14) 상부에 구성되고 상기 소스 전극(40)및 드레인 전극(42)과 접촉하는 액티브층(32)을 포함한다.In addition, the gate electrode 14 includes an active layer 32 formed on the gate electrode 14 and in contact with the source electrode 40 and the drain electrode 42.
또한, 상기 화소영역(P)상에는 상기 드레인 전극(42)과 접촉하는 투명한 화소 전극(56)을 구성하며, 상기 투명한 화소 전극(56)의 일부는 상기 게이트배선(12)의 상부로 연장하여 구성한다.In addition, a transparent pixel electrode 56 is formed on the pixel region P in contact with the drain electrode 42, and a part of the transparent pixel electrode 56 extends over the gate wiring 12. do.
상기 게이트배선(12)의 상부에는 아일랜드 형상의 금속패턴(38)을 형성하며, 상기 금속 패턴(38)은 상기 게이트 배선(12)의 상부로 연장된 투명 화소전극(56)과 접촉한다.An island-shaped metal pattern 38 is formed on the gate line 12, and the metal pattern 38 contacts the transparent pixel electrode 56 extending over the gate line 12.
전술한 바와 같은 구성으로, 상기 게이트배선(12)의 일부를 제 1 스토리지 전극으로 하고, 상기 화소전극(17)과 접촉하는 금속패턴(28)을 제 2 스토리지 전극으로 하고, 상기 제 1 및 제 2 스토리지 전극 사이에 위치하는 게이트 절연막(미도시)을 유전체로 하는 스토리지 캐패시터(C)가 구성된다.In the above-described configuration, a part of the gate wiring 12 is used as the first storage electrode, and the metal pattern 28 in contact with the pixel electrode 17 is used as the second storage electrode, and the first and second A storage capacitor C having a gate insulating film (not shown) positioned between two storage electrodes as a dielectric is configured.
이때, 도시하지는 않았지만, 상기 액티브층(30)과 소스 및 드레인 전극(40,42) 사이에는 오믹 콘택층(미도시)이 구성되며, 상기 액티브층과 오믹 콘택층을 형성하는 순수 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층은 패턴되어, 상기 데이터 배선(34)과 데이터 패드전극(36)의 하부로 연장된 제 1 패턴(35)이 되고, 상기 금속패턴(28)의 하부에 구성된 제 2 패턴(29)이 형성된다.In this case, although not shown, an ohmic contact layer (not shown) is formed between the active layer 30 and the source and drain electrodes 40 and 42, and a pure amorphous silicon layer forming the active layer and the ohmic contact layer. The impurity amorphous silicon layer is patterned to form a first pattern 35 extending below the data line 34 and the data pad electrode 36, and a second pattern 29 formed below the metal pattern 28. ) Is formed.
전술한 바와 같은 어레이기판의 구성은 종래의 4마스크 공정으로 제작된 것이며, 도면을 참조하여 종래의 4마스크 공정을 이용한 어레이기판의 제조공정을 설명한다.The configuration of the array substrate as described above is manufactured by a conventional four mask process, and a manufacturing process of the array substrate using the conventional four mask process will be described with reference to the drawings.
도 3a 내지 도 3g와 도 4a 내지 도 4g와 도 5a 내지 도 5g는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ`,Ⅳ-Ⅳ`,Ⅴ-Ⅴ`를 따라 절단하여 종래의 4마스크 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.(도 3a 내지 도 3g는 스위칭 소자와 화소영역과 보조 용량부를 나타내고, 도 4a 내지 도 4g는 게이트 패드부를 나타내고, 도 5a 내지 도 5g는 데이터 패드부를 나타낸다.)3A to 3G, 4A to 4G, and 5A to 5G are cut along the lines III-III ′, IV-IV ′, and V-V ′ of FIG. 2 to show a conventional four mask process sequence. 3A to 3G show a switching element, a pixel region and a storage capacitor, FIGS. 4A to 4G show a gate pad portion, and FIGS. 5A to 5G show a data pad portion.
먼저, 도 3a와 4a와 5a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(22)상에 제 1 금속층을 형성한 후 제 1 마스크 공정으로, 일 끝단에 게이트 패드 전극(10)을 포함하는 게이트 배선(12)과, 상기 게이트 배선(12)에서 돌출 연장된 게이트 전극(14)을 형성한다.First, as shown in FIGS. 3A, 4A, and 5A, a first metal layer is formed on a transparent insulating substrate 22, and then a gate wiring including a gate pad electrode 10 at one end thereof in a first mask process. 12 and a gate electrode 14 protruding from the gate line 12.
상기 게이트 전극물질은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr)과 같은 다양한 도전성 금속을 사용할 수 있으며 특히, 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금을 사용할 경우에는 몰리브덴(Mo)이나 크롬(Cr)등을 사용하여 이중층으로 구성한다.The gate electrode material may use various conductive metals such as aluminum (Al), aluminum alloy, molybdenum (Mo), tungsten (W), and chromium (Cr). Particularly, in the case of using aluminum (Al) and aluminum alloy, molybdenum It is composed of a double layer using (Mo) or chromium (Cr).
상기 게이트 배선(12)과 게이트 패드 전극(10)등이 형성된 기판(22)의 전면에 제 1 절연막인 게이트 절연막(16)과, 순수 비정질 실리콘층(18)과, 불순물 비정질 실리콘층(20)과, 제 2 금속층(24)을 적층한다.The gate insulating film 16 serving as the first insulating film, the pure amorphous silicon layer 18, and the impurity amorphous silicon layer 20 are formed on the entire surface of the substrate 22 on which the gate wiring 12, the gate pad electrode 10, and the like are formed. And the second metal layer 24 are laminated.
이때, 상기 제 1 절연막(16)은 질화 실리콘(SiNx)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연 물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 형성하며, 상기 제 2 금속층(24)은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta) 등의 도전성 금속물질 중 선택된 하나를 증착하여 형성한다.In this case, the first insulating layer 16 is formed by depositing one selected from the group of inorganic insulating materials including silicon nitride (SiN x ) and silicon oxide (SiO 2 ), and the second metal layer 24 is formed of chromium (Cr). ), Molybdenum (Mo), tungsten (W), tantalum (Ta) and the like selected from a conductive metal material is formed by depositing.
상기 다수의 층이 적층된 기판(22)에 스위칭 소자 영역(T)과, 이후 공정에서형성되는 데이터 배선과 데이터 패드 전극을 포함하는 데이터 영역(D)과 화소영역(P)과 스토리지 영역(S)을 정의한다.The data region D, the pixel region P, and the storage region S, which include a switching element region T, a data line and a data pad electrode formed in a subsequent process, on the substrate 22 on which the plurality of layers are stacked. ).
이때, 상기 스위칭 소자 영역(T)은 상기 화소 영역(P)의 일측에 정의한다.In this case, the switching element region T is defined at one side of the pixel region P. FIG.
다음으로, 도 3b와 4b와 5b에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 영역(D,T,P,S)이 정의된 제 2 금속층(24)의 상부에는 포토레지스트(photo-resist:이하 "PR"층 이라함)를 도포하여 PR층(26)을 형성한다. 이때, 상기 PR층(26)은 빛을 받은 부분이 노광되어 현상되는 포지티브형(positive type)을 사용하는 것으로 한다.Next, as shown in FIGS. 3B, 4B, and 5B, a photoresist (hereinafter, referred to as “PR”) is formed on the second metal layer 24 in which the plurality of regions D, T, P, and S are defined. The "layer" is applied to form the PR layer 26. At this time, the PR layer 26 is to use a positive type (positive type) in which the lighted portion is exposed and developed.
상기 PR층(26)이 형성된 기판(22)의 상부에 투과영역(A)과 차단영역(B)과 반투과 영역(슬릿 영역)(C)으로 구성된 마스크(50)를 위치시킨다.The mask 50 including the transmissive area A, the blocking area B, and the transflective area (slit area) C is positioned on the substrate 22 on which the PR layer 26 is formed.
상기 반투과 영역(C)은 상기 스위칭 영역(T)중 게이트 전극(14)의 상부에 대응하여 위치하도록 하고, 상기 반사부(B)는 데이터 영역(D)과 스토리지 영역(S)에 대응하여 위치하도록 한다.The transflective region C is positioned to correspond to the upper portion of the gate electrode 14 of the switching region T, and the reflector B corresponds to the data region D and the storage region S. Position it.
이때, 상기 반투과 영역(C)에 대응하는 PR층(26)은 상기 투과영역(A)에 비해 일부분만 노광되는 특성이 있다.In this case, the PR layer 26 corresponding to the transflective region C has a characteristic of exposing only a portion of the PR layer 26 as compared with the transmissive region A. FIG.
연속하여, 상기 마스크(50)의 상부로 빛을 조사하는 노광공정(exposure)과, 노광된 부분을 제거하는 현상공정(develop)을 진행한다.Subsequently, an exposure step of irradiating light onto the mask 50 and a development step of removing the exposed part are performed.
전술한 바와 같은 공정을 진행하게 되면, 도 3c와 4d와 5d에 도시한 바와 같이, 스위칭 영역(T)과 스토리지 영역(S)과 상기 데이터 배선영역(D)에 패턴된 PR층(26)이 형성된다.When the above process is performed, as shown in FIGS. 3C, 4D, and 5D, the PR layer 26 patterned in the switching region T, the storage region S, and the data wiring region D is formed. Is formed.
상기 패턴된 PR층(26) 사이로 노출된 제 2 금속층(24)을 습식식각 방식으로식각한 후, 하부의 불순물 비정질 실리콘층(20)과 순수 비정질 실리콘층(18)을 건식식각을 통해 제거하는 공정을 진행하면, 도 3d와 4d와 5d에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 영역(T)에는 소스/드레인 전극패턴(28)이 상기 데이터 배선영역(D)에는 소스/드레인 전극패턴(28)에서 연장된 데이터 배선(34)과, 데이터 배선의 일 끝단에 데이터 패드 전극(36)이 형성된다.After etching the second metal layer 24 exposed between the patterned PR layer 26 by a wet etching method, the lower impurity amorphous silicon layer 20 and the pure amorphous silicon layer 18 are removed by dry etching. 3D, 4D, and 5D, a source / drain electrode pattern 28 may be formed in the switching region T, and a source / drain electrode pattern 28 may be formed in the data wiring region D. Referring to FIGS. An extended data line 34 and a data pad electrode 36 are formed at one end of the data line.
동시에, 상기 게이트 배선(12)의 일부 상부에는 아일랜드 형상의 금속패턴(38)이 형성된다.At the same time, an island-shaped metal pattern 38 is formed on a portion of the gate wiring 12.
상기 패턴된 순수 비정질 실리콘층과 불순물 비정질 실리콘층은 상기 소스/드레인 전극패턴(28)의 하부에서 상기 데이터배선(34)과 데이터 패드 전극(36)의 하부로 연장된 제 1 패턴(35)과, 상기 금속패턴(38)의 하부에 아일랜드 형상으로 구성된 제 2 패턴(29)으로 형성된다.The patterned pure amorphous silicon layer and the impurity amorphous silicon layer may include a first pattern 35 extending from the lower portion of the source / drain electrode pattern 28 to the lower portion of the data line 34 and the data pad electrode 36. The second pattern 29 having an island shape is formed under the metal pattern 38.
이때, 상기 스위칭 영역(T)에 구성된 제 1 패턴 중 하부에 구성된 순수 비정질 실리콘층을 액티브층(30)이라 하고, 액티브 채널층(30)의 상부에 구성된 불순물 비정질 실리콘층을 오믹 콘택층(32)이라 하다.At this time, the pure amorphous silicon layer formed under the first pattern formed in the switching region T is called the active layer 30, and the impurity amorphous silicon layer formed on the active channel layer 30 is the ohmic contact layer 32. )
다음으로, 도 3e와 4e와 5e에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 영역(T)에 채널(CH)을 형성하기 위한 이전 공정으로, 상기 채널의 상부에 형성된 PR층을 제거하기 위한 애싱공정(ashing processing)을 진행한다.Next, as shown in FIGS. 3E, 4E, and 5E, an ashing process for removing the PR layer formed on the upper portion of the channel as a previous process for forming the channel CH in the switching region T is performed. processing.
상기 애싱 공정을 진행하게 되면, 상기 게이트 전극(14) 상부에 부분 노광되었던 얇은 PR층이 제거되는 동시에, 상기 각 PR패턴(26)의 주변(F)이 깍여 나가 하부의 금속패턴(28,34(데이터 배선),38,36(데이터 패드 전극))이 노출된다.When the ashing process is performed, the thin PR layer that has been partially exposed on the gate electrode 14 is removed, and the periphery F of each of the PR patterns 26 is scraped off to lower the metal patterns 28 and 34. (Data wirings), 38, 36 (data pad electrodes)) are exposed.
연속하여, 상기 PR패턴(26) 사이로 노출된 금속층과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘층을 건식식각을 통해 제거하는 공정을 진행하여 하부의 순수 비정질 실리콘층을 노출하는 공정을 진행한다.Subsequently, a process of removing the metal layer exposed between the PR patterns 26 and the impurity amorphous silicon layer under the dry process through dry etching is performed to expose the pure amorphous silicon layer below.
이때, 패턴된 PR층(26)사이로 노출된 금속층이 몰리브덴(Mo)일 경우에는 건식식각으로 노출된 금속층과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘층을 한꺼번에 제거하는 것이 가능하나, 상기 금속층이 크롬(Cr)일 경우에는 상기 PR 패턴 사이로 노출된 금속층을 먼저 습식식각을 통해 제거한 후, 연속하여 건식식각으로 그 하부의 불순물 비정질 실리콘층을 제거하는 공정을 진행한다.In this case, when the metal layer exposed between the patterned PR layers 26 is molybdenum (Mo), it is possible to remove the metal layer exposed by dry etching and the impurity amorphous silicon layer thereunder at once, but the metal layer is chromium (Cr) In one case, the metal layer exposed between the PR patterns is first removed by wet etching, and then a process of removing the impurity amorphous silicon layer below the dry etching is performed.
이와 같은 공정을 통해, 도 3f와 4f와 5f에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 영역(T)에서는 상기 소스/드레인 전극패턴이 다시 한번 패턴되어, 서로 이격된 소스 전극(40)과 드레인 전극(42)이 구성되며, 서로 이격된 사이로 액티브층(30)중 액티브 채널영역(CH)이 노출되는 결과를 얻을 수 있다.3F, 4F, and 5F, the source / drain electrode patterns are once again patterned in the switching region T, so that the source electrode 40 and the drain electrode 42 are spaced apart from each other. ) Is formed and the active channel region CH of the active layer 30 is exposed while being spaced apart from each other.
이상과 같이 제 2 마스크 공정을 통해, 액티브층(32)과 소스 및 드레인 전극(40,42)과 데이터 배선(34)과 데이터 패드 전극(36)과 상기 게이트 배선(12)의 상부에 섬형상의 금속층(38)이 형성된다.As described above, an island shape is formed on the active layer 32, the source and drain electrodes 40 and 42, the data line 34, the data pad electrode 36, and the gate line 12 through the second mask process. Metal layer 38 is formed.
연속하여, 상기 소스 및 드레인 전극(40,42)과 데이터 배선(34)과 데이터 패드 전극(36)과 섬형상의 금속층(38)이 형성된 기판(22)의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함한 투명한 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포하여 형성하거나, 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 2 절연막인 보호막(46)을 형성한다.Subsequently, benzocyclobutene (BCB) is formed on the entire surface of the substrate 22 on which the source and drain electrodes 40 and 42, the data line 34, the data pad electrode 36, and the island-shaped metal layer 38 are formed. It is formed by coating one selected from a group of transparent organic insulating materials including an acrylic resin, or depositing one selected from a group of inorganic insulating materials including silicon nitride (SiN X ) and silicon oxide (SiO 2 ). Thus, the protective film 46 serving as the second insulating film is formed.
다음으로, 상기 보호막(46)을 제 3 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 드레인 전극(42)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(48)과, 상기 금속층(38)의 일부를 노출하는 스토리지 콘택홀(50)과, 상기 게이트 패드 전극(10)과 데이터 패드 전극(36)의 일부를 노출하는 게이트 패드 콘택홀(52)과 데이터 패드 콘택홀(54)을 형성한다.Next, the passivation layer 46 is patterned in a third mask process, so that the drain contact hole 48 exposing a part of the drain electrode 42 and the storage contact hole exposing a part of the metal layer 38. 50, a gate pad contact hole 52 and a data pad contact hole 54 exposing portions of the gate pad electrode 10 and the data pad electrode 36 are formed.
연속하여, 도 3g와 4g와 5g에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(46)의 상부에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함한 투명 도전성 금속물질 중 선택된 하나를 증착하고 제 4 마스크 공정으로 패턴하여, 상기 드레인 전극(42)과 접촉하면서 상기 화소영역(P)을 지나 상기 섬형상의 금속층(38)과 접촉하는 투명 화소전극(56)과, 상기 게이트 패드전극 전극(10)과 접촉하는 게이트 패드 전극단자(58)와 상기 데이터 패드 전극(36)과 접촉하는 데이터 패드 전극단자(60)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIGS. 3G, 4G, and 5G, one selected from a transparent conductive metal material including indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO) on top of the passivation layer 46. A transparent pixel electrode 56 which is deposited and patterned by a fourth mask process to contact the drain electrode 42 and passes through the pixel region P to contact the island-shaped metal layer 38, and the gate pad electrode. A gate pad electrode terminal 58 in contact with the electrode 10 and a data pad electrode terminal 60 in contact with the data pad electrode 36 are formed.
전술한 바와 같은 공정으로 종래의 방법에 따른 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있다.In the above-described process, an array substrate for a liquid crystal display device according to a conventional method can be manufactured.
본 발명은 전술한 4 마스크 공정을 더욱 단순화하여 개선된 공정 수율을 확보하고 재료비를 절감하기 위한 목적으로 안출된 것으로, 본 발명에 따른 어레이기판 제조방법은 하프톤(halftone) 마스크를 사용하는 동시에, 상기 박막트랜지스터를 보호하는 보호막을 소정의 형상으로 패턴하고 이를 마스크로 하여 하부의 게이트 절연막을 식각하는 공정과, 상기 화소전극과 게이트 패드 전극단자와 데이터 패드 전극 단자를 형성하는 공정을 진행하여 3 마스크 공정으로 액정표시장치용 어레이기판을 제작한다.The present invention has been made for the purpose of further simplifying the above-described four mask process to secure improved process yield and to reduce material costs. The method of manufacturing an array substrate according to the present invention uses a halftone mask, Patterning a protective film for protecting the thin film transistor into a predetermined shape and etching the lower gate insulating film using the mask as a mask, and forming the pixel electrode, the gate pad electrode terminal, and the data pad electrode terminal. In the process, an array substrate for a liquid crystal display device is manufactured.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 도시한 평면도이고,1 is a plan view schematically illustrating a general liquid crystal display device;
도 2는 종래의 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 개략적으로 도시한 확대 평면도이고,2 is an enlarged plan view schematically showing a part of a conventional array substrate for a liquid crystal display device;
도 3a 내지 도 3g와 도 4a 내지 도 4g와 도 5a 내지 도 5g는 도 2의 Ⅲ-Ⅲ`,Ⅳ-Ⅳ`,Ⅴ-Ⅴ`를 절단하여 종래의 공정순서에 따라 도시한 공정 단면도이고,3A to 3G, 4A to 4G, and 5A to 5G are cross-sectional views of the process of cutting through III-III ′, IV-IV ′, and V-V ′ of FIG.
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 확대한 확대 평면도이고,6 is an enlarged plan view illustrating an enlarged portion of an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention;
도 7a 내지 도 7h와 도 8a 내지 도 8h와 도 9a 내지 도 9h는 도 6의 Ⅶ-Ⅶ`,Ⅷ-Ⅷ`,Ⅸ-Ⅸ`를 절단하여, 본 발명의 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이고,7A to 7H, 8A to 8H, and 9A to 9H are cross-sectional views illustrating cutting processes of Fig. 6 according to the process sequence of the present invention by cutting Figs. ego,
도 10과 도 11과 도 12는 도 6의 Ⅶ-Ⅶ`,Ⅷ-Ⅷ`,Ⅸ-Ⅸ`를 절단하여 도시한 단면도이고, 보호막의 하부에 무기 절연막 패턴이 더욱 구성된 도면이다.10, 11, and 12 are cross-sectional views taken along the lines of Figs. 6A, 11B, and 12B, and an inorganic insulating film pattern is further formed below the protective film.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
100 : 기판102 : 게이트 배선100: substrate 102: gate wiring
104 : 게이트 전극106 : 게이트 패드104: gate electrode 106: gate pad
134 : 제 2 스토리지 전극136 : 소스 전극134: second storage electrode 136: source electrode
138 : 드레인 전극140 : 데이터 배선138: drain electrode 140: data wiring
142 : 데이터 패드160 : 보호막142: data pad 160: protective film
162 : 화소 전극164 : 게이트 패드 전극162: pixel electrode 164: gate pad electrode
166 : 데이터 패드 전극166: data pad electrode
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판은 기판 상에 구성되고, 일 끝단에 게이트 패드전극을 포함하는 게이트 배선과; 상기 게이트 배선과는 절연막을 사이에 두고 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하고, 일 끝단에 데이터 패드 전극을 포함하는 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차지점에 구성되고, 반도체층과 게이트 전극과 소스 전극과 드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터와; 상기 박막트랜지스터가 구성된 기판의 전면에 구성되고, 상기 드레인 전극의 일부와 상기 게이트 패드전극과, 데이터 패드전극과, 화소영역에 대응하는 기판을 노출하는 보호막과; 상기 노출된 드레인 전극과 접촉하면서 화소영역에 구성된 투명한 화소전극과, 상기 노출된 게이트 패드전극과 접촉하는 투명한 게이트 패드 전극단자와, 상기 노출된 데이터 패드 전극과 접촉하는 투명한 데이터 패드 전극 단자를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an array substrate for a liquid crystal display device comprising: a gate wiring formed on a substrate and including a gate pad electrode at one end thereof; A data line intersecting the gate line vertically with an insulating film therebetween to define a pixel area, and including a data pad electrode at one end thereof; A thin film transistor configured at an intersection point of the gate line and the data line, the thin film transistor including a semiconductor layer, a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode; A passivation layer formed on the entire surface of the substrate on which the thin film transistor is formed, and exposing a portion of the drain electrode, the gate pad electrode, the data pad electrode, and a substrate corresponding to the pixel region; And a transparent pixel electrode configured to be in contact with the exposed drain electrode in the pixel region, a transparent gate pad electrode terminal in contact with the exposed gate pad electrode, and a transparent data pad electrode terminal in contact with the exposed data pad electrode. .
상기 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선과 데이터 패드전극의 하부에는 비정질 실리콘층과 불순물이 포함된 비정질 실리콘층이 적층된 반도체층이 구성된다.A semiconductor layer in which an amorphous silicon layer and an amorphous silicon layer including impurities are stacked below the source and drain electrodes, the data line, and the data pad electrode is formed.
상기 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선과 데이터 패드전극의 주변으로 하부의 비정질 실리콘층이 노출되어 구성된다.A lower amorphous silicon layer is exposed around the source and drain electrodes, the data line, and the data pad electrode.
상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선의 일부 상부에 섬형상의 금속층이 더욱 구성되며, 상기 보호막은 상기 섬형상의 금속층의 일부를 노출하도록 구성된다.An island metal layer is further formed on a portion of the gate wiring defining the pixel region, and the passivation layer is configured to expose a part of the island metal layer.
이때, 상기 화소전극은 상기 노출된 금속층과 접촉하여, 상기 게이트 배선을 제 1 전극으로 하고 상기 금속층을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터를 구성한다.In this case, the pixel electrode contacts the exposed metal layer to form a storage capacitor having the gate wiring as the first electrode and the metal layer as the second electrode.
상기 보호막과 상기 박막트랜지스터와 게이트 배선 및 데이터 배선 사이에 위치하고, 상기 보호막과는 평면적으로 동일한 형상인 무기 절연막 패턴이 더욱 구성된다.An inorganic insulating pattern is further formed between the passivation film, the thin film transistor, the gate wiring, and the data wiring, and has the same shape as the passivation film in plan view.
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법은 기판 상에 일 끝단에 게이트 패드전극을 포함하는 게이트 배선과, 게이트 배선에서 연장된 게이트 전극을 형성하는 제 1 마스크 공정 단계와; 상기 게이트 배선과는 절연막을 사이에 두고 수직하게 교차하여 화소영역을 정의하고, 일 끝단에 데이터 패드 전극을 포함하는 데이터 배선과, 데이터 배선에서 연장된 소스 전극과 이와는 소정간격 이격된 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극의 하부에 액티브층을 형성하는 제 2 마스크 공정 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선이 형성된 기판의 전면에 보호막을 형성하고 패턴하는 제 3 마스크 공정에 있어서, 상기 보호막을 패턴하여, 드레인 전극의 일부와 화소영역과, 게이트 패드와 데이터 패드를 노출하는 단계와;A method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention includes: a first mask process step of forming a gate wiring including a gate pad electrode at one end on a substrate, and a gate electrode extending from the gate wiring; A data line including a data pad electrode at one end thereof and defining a pixel area vertically intersecting the gate line with an insulating film interposed therebetween, a source electrode extending from the data line and a drain electrode spaced apart from the predetermined distance; A second mask process step of forming an active layer under the source and drain electrodes; In a third mask process of forming and patterning a protective film on the entire surface of the substrate on which the source and drain electrodes and the data wiring are formed, the protective film is patterned to expose a portion of the drain electrode, the pixel region, the gate pad, and the data pad. Steps;
상기 패턴된 보호막의 전면에 투명 전극을 증착하여, 상기 노출된 드레인 전극과 접촉하면서 화소영역에 형성된 화소전극과, 상기 노출된 게이트 패드 전극과 접촉하는 게이트 패드전극 단자와, 상기 노출된 데이터 패드 전극과 접촉하는 데이터 패드전극 단자를 형성하는 단계를 포함하는 제 3 마스크 공정 단계를 포함한다.A transparent electrode is deposited on the entire surface of the patterned passivation layer, the pixel electrode formed in the pixel region while contacting the exposed drain electrode, the gate pad electrode terminal contacting the exposed gate pad electrode, and the exposed data pad electrode. And a third mask process step including forming a data pad electrode terminal in contact with the second pad.
상기 제 2 마스크공정은, 상기 게이트 배선과 게이트 전극이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막과, 순수 비정질 실리콘막과, 불순물 비정질 실리콘막과, 금속층을 순차적으로 적층하고, 스위칭 영역과 데이터 배선 영역을 정의하는 단계와;In the second mask process, a gate insulating film, a pure amorphous silicon film, an impurity amorphous silicon film, and a metal layer are sequentially stacked on the entire surface of the substrate on which the gate wiring and the gate electrode are formed, and a switching area and a data wiring area are defined. Making a step;
상기 금속층의 상부에 포토레지스트층을 형성하고, 포토레지스트층의 상부에 투과부와 차단부와 반투과부로 구성된 마스크를 위치시키는 단계와; 상기 마스크의 상부로 빛을 조사하여 하부의 포토레지스트층을 노광하고 현상하여, 상기 스위칭 영역에는 단차진 제 1 포토레지스트 패턴을 남기고, 상기 데이터 배선 영역에는 제 2 포토레지스트 패턴을 남기는 단계와; 상기 남겨진 포토레지스트 패턴 사이로 노출된 금속층과, 불순물 비정질 실리콘층과, 순수 비정질 실리콘층을 식각하는 단계와; 상기 남겨진 포토레지스트 패턴의 일부를 제거하는 애싱공정을 진행하여, 상기 스위칭 영역의 중앙부를 노출하는 단계와; 상기 노출된 금속층과 하부의 순수 비정질 실리콘층을 제거하고 남겨진 포토레지스트 패턴을 제거하여, 서로 소정간격 이격된 소스 전극과 드레인 전극과, 소스 전극에서 연장되고 일 끝단에 데이터 패드전극을 포함하는 데이터배선을 형성하는 단계를 포함한다.Forming a photoresist layer on the metal layer, and placing a mask including a transmissive part, a blocking part, and a transflective part on the photoresist layer; Irradiating light to the upper portion of the mask to expose and develop a lower photoresist layer, leaving a stepped first photoresist pattern in the switching region, and leaving a second photoresist pattern in the data wiring region; Etching the exposed metal layer, the impurity amorphous silicon layer, and the pure amorphous silicon layer between the remaining photoresist patterns; An ashing process of removing a portion of the remaining photoresist pattern to expose a central portion of the switching region; Removing the exposed metal layer and the pure amorphous silicon layer below and removing the remaining photoresist pattern, a data line including a source electrode and a drain electrode spaced apart from each other by a predetermined distance, and a data pad electrode extending from the source electrode at one end thereof. Forming a step.
상기 제 3 마스크 공정 단계는, 상기 패턴된 보호막을 열처리하여 표면이 원호 형상으로 녹아내리도록 하여, 패턴된 보호막의 측면이 역테이퍼지게 하는 단계와; 상기 보호막의 역테이퍼진 측면에 의해 상기 증착된 투명 전극이 절단되도록 하여, 상기 화소전극과 게이트 패드 전극과 데이터 패드 전극이 독립적으로 구성되도록 하는 단계를 더욱 포함한다.The third mask process may include: heat treating the patterned passivation layer so that a surface thereof melts into an arc shape so that side surfaces of the patterned passivation layer are reverse tapered; And cutting the deposited transparent electrode by the reverse tapered side of the passivation layer so that the pixel electrode, the gate pad electrode, and the data pad electrode are configured independently.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선과 데이터 패드의 주변으로 하부의 비정질 실리콘막이 노출되도록 형성된다.In this case, a lower amorphous silicon film is exposed to the periphery of the source and drain electrodes, the data line, and the data pad.
상기 화소영역을 정의하는 게이트 배선의 일부 상부에 섬형상의 금속층을 형성하는 단계를 더욱 포함하고, 상기 보호막은 상기 섬형상의 금속층의 일부를 노출하도록 형성된다.The method may further include forming an island metal layer on a portion of the gate line defining the pixel region, wherein the passivation layer is formed to expose a portion of the island metal layer.
이때, 상기 화소전극은 상기 노출된 금속층과 접촉하여, 상기 게이트 배선을 제 1 전극으로 하고 상기 금속층을 제 2 전극으로 하는 스토리지 캐패시터를 형성한다.In this case, the pixel electrode is in contact with the exposed metal layer to form a storage capacitor having the gate wiring as the first electrode and the metal layer as the second electrode.
상기 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선과 상기 보호막 사이에 무기절연막을 형성하는 단계를 더욱 포함하며, 상기 무기 절연막은 상기 보호막을 식각 방지막으로하여 패턴되어, 상기 보호막과 평면적으로 동일한 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.And forming an inorganic insulating layer between the source and drain electrodes, the data line, and the passivation layer, wherein the inorganic insulating layer is patterned using the passivation layer as an etch stop layer and formed in the same shape as the passivation layer in plan view. It is done.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
-- 실시예 --Example
본 발명의 특징은 3 마스크 공정으로 액정표시장치용 어레이기판을 제작하는것이다.It is a feature of the present invention to fabricate an array substrate for a liquid crystal display device in a three mask process.
도 6은 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 일부를 개략적으로 도시한 평면도이다.6 is a plan view schematically illustrating a part of an array substrate for a liquid crystal display according to the present invention.
도시한 바와 같이, 기판(100)상에 게이트배선(102)과 데이터배선(132)이 직교하여 화소영역(P)을 정의하며, 상기 게이트배선(112)과 데이터배선(132)의 직교 점에 스위칭소자로 박막트랜지스터(T)를 형성한다.As shown, the gate line 102 and the data line 132 are orthogonal to the substrate 100 to define the pixel region P, and the gate line 112 and the data line 132 are perpendicular to each other. The thin film transistor T is formed of a switching element.
상기 게이트 배선(102)의 일 끝단에는 게이트 패드전극(106)을 구성하고, 상기 데이터 배선(132)의 일 끝단에는 데이터 패드전극(142)을 구성하고, 상기 각 패드전극(106,142)은 아일랜드 형상의 투명전극 패턴인 게이트 패드 전극단자(164)와 데이터 패드 전극단자(166)와 평면적으로 겹쳐 구성한다.A gate pad electrode 106 is formed at one end of the gate wiring 102, a data pad electrode 142 is formed at one end of the data wiring 132, and each pad electrode 106 and 142 has an island shape. The gate pad electrode terminal 164 and the data pad electrode terminal 166 which are transparent electrode patterns overlap with each other in plan view.
상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트배선(102)과 연결되어 주사신호를 인가 받는 게이트전극(104)과, 상기 데이터배선(132)과 연결되어 데이터신호를 인가 받는 소스 전극(136)및 이와는 소정간격 이격된 드레인 전극(138)으로 구성한다.The thin film transistor T is connected to the gate wiring 102 to receive a scan signal, a gate electrode 104, a source electrode 136 connected to the data wiring 132 to receive a data signal, and a predetermined value. The drain electrodes 138 are spaced apart from each other.
상기 화소영역(P)에는 상기 드레인 전극(138)과 접촉하는 화소전극(162)을 형성하고, 상기 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(102)의 일부 상부에는 섬형상의 금속층(134)을 형성한다.A pixel electrode 162 is formed in the pixel region P in contact with the drain electrode 138, and an island-shaped metal layer 134 is formed on a portion of the gate wiring 102 defining the pixel region P. To form.
상기 금속패턴(138)은 하부의 게이트배선(102)과 함께 스토리지 캐패시터(C)를 구성하며, 게이트 배선(102)은 제 1 스토리지 전극으로서의 역할을 하게 되고, 금속패턴(134)은 상기 화소전극(162)과 접촉하여 제 2 스토리지 전극으로서의 역할을 하게 된다.The metal pattern 138 forms a storage capacitor C together with the lower gate wiring 102, the gate wiring 102 serves as a first storage electrode, and the metal pattern 134 is the pixel electrode. Contact with 162 serves as a second storage electrode.
전술한 구성에서, 상기 소스 및 드레인 전극(136,138)과 제 2 스토리지 전극(134)과 데이터 배선(132)과 데이터 패드 전극(142)을 패턴하는 공정 중, 하부의 불순물 비정질 실리콘층과 순수 비정질 실리콘층이 패턴되며, 편의상 소스 및 드레인 전극(136,138)의 하부에 구성된 것을 반도체층의 제 1 패턴(126)이라 하고, 제 1 패턴(126)에서 데이터 배선(132)및 데이터 패드 전극(142)의 하부로 연장된 부분을 제 2 패턴(130)이라 하고, 상기 제 2 스토리지 전극(134)의 하부에 구성된 부분을 제 3 패턴(128)이라 한다.In the above-described configuration, in the process of patterning the source and drain electrodes 136 and 138, the second storage electrode 134, the data line 132, and the data pad electrode 142, the lower impurity amorphous silicon layer and the pure amorphous silicon. The layer is patterned, and for convenience, the lower portion of the source and drain electrodes 136 and 138 is called the first pattern 126 of the semiconductor layer, and the first pattern 126 of the data line 132 and the data pad electrode 142 is formed. A portion extending downward is referred to as a second pattern 130 and a portion formed under the second storage electrode 134 is referred to as a third pattern 128.
이때, 상기 반도체층의 제 1 패턴(126)과 제 2 패턴(130)과 제 3 패턴(128)은 상기 소스 및 드레인 전극(136,138)과 데이터 배선(132)및 데이터 패드 전극(142)과 제 2 스토리지 전극(134)의 주변으로 노출된 형상이다.(자세하게는 반도체층의 순수 비정질 실리콘층이 노출된다.)In this case, the first pattern 126, the second pattern 130, and the third pattern 128 of the semiconductor layer may include the source and drain electrodes 136 and 138, the data line 132, and the data pad electrode 142 and the first pattern 126. 2 is a shape exposed to the periphery of the storage electrode 134. (In detail, the pure amorphous silicon layer of the semiconductor layer is exposed.)
전술한 바와 같은 구성에서 본 발명의 특징은, 화소전극(162)과, 데이터 패드 전극단자(164)와 게이트 패드 전극단자(166)만을 노출한 상태에서 기판(100)의 전면에 보호막(162)이 형성되는 것이다.In the above-described configuration, a feature of the present invention is that the passivation layer 162 is formed on the entire surface of the substrate 100 while only the pixel electrode 162, the data pad electrode terminal 164, and the gate pad electrode terminal 166 are exposed. This is to be formed.
이는 상기 보호막을 마스크로 하여, 상기 화소전극(162)과 데이터 패드 전극단자(164)와 게이트 패드 전극 단자(166)를 형성하는 3마스크 공정으로 어레이기판을 제작하는 이하, 공정을 통해 설명될 수 있다.This is described below through fabricating an array substrate using a three-mask process for forming the pixel electrode 162, the data pad electrode terminal 164, and the gate pad electrode terminal 166 using the passivation layer as a mask. have.
이하, 도 7a 내지 도 7h와 8a 내지 8h와 9a 내지 9h를 참조하여, 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조공정을 설명한다.Hereinafter, a manufacturing process of the liquid crystal display according to the present invention will be described with reference to FIGS. 7A to 7H, 8A to 8H, and 9A to 9H.
도 7a 내지 7h와 8a 내지 8h와 9a 내지 9h는 도 6의 Ⅶ-Ⅶ`,Ⅷ-Ⅷ`,Ⅸ-Ⅸ`를따라 절단하여, 본 발명의 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.7A to 7H, 8A to 8H, and 9A to 9H are cross sectional views taken along the lines VII-VII, VII-VII, and VII-III of FIG. 6 and shown in the process sequence of the present invention.
(도 7a 내지 도 7h는 스위칭 영역과 화소영역과 보조용량 영역의 단면도이고, 도 8a 내지 도 8h는 게이트 패드부의 단면도이고, 도 9a 내지 9h는 데이터 패드부의 단면도이다)7A to 7H are cross-sectional views of the switching region, the pixel region, and the storage capacitor region, and FIGS. 8A to 8H are cross-sectional views of the gate pad portion, and FIGS. 9A to 9H are cross-sectional views of the data pad portion.
도 7a와 8a와 9a에 도시한 바와 같이, 기판(100)상에 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr)등의 도전성 금속을 증착하고 패터닝하여, 제 1 마스크 공정으로 게이트배선(102)과 상기 게이트배선에서 일 방향으로 돌출 연장된 게이트전극(104)과 게이트 배선(102)의 일 끝단에 게이트 패드 전극(106)을 형성한다.7A, 8A, and 9A, a first mask is formed by depositing and patterning a conductive metal such as aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), and chromium (Cr) on the substrate 100. In the process, the gate electrode 102, the gate electrode 104 protruding in one direction from the gate wire, and the gate pad electrode 106 are formed at one end of the gate wire 102.
이때, 능동 행렬 액정 표시장치의 동작에 중요한 게이트 전극(104) 물질은 RC 딜레이(delay)를 작게 하기 위하여 저항이 작은 알루미늄이 주류를 이루고 있으나, 순수 알루미늄은 화학적으로 내식성이 약하고, 후속의 고온 공정에서 힐락(hillock) 형성에 의한 배선 결함문제의 원인이 되므로, 알루미늄 배선의 경우는 합금의 형태로 쓰이거나 적층 구조가 적용된다.At this time, the material of the gate electrode 104, which is important for the operation of the active matrix liquid crystal display, is mainly composed of aluminum having low resistance to reduce the RC delay, but pure aluminum is chemically resistant to corrosion and subsequent high temperature processes. In the case of aluminum wiring, it is used in the form of an alloy or a laminated structure is applied because it causes a wiring defect problem due to the formation of a hillock.
다음으로, 도 7b와 도 8b와 도 9b에 도시한 바와 같이, 상기 게이트 배선(102)과 게이트 전극(104)과 게이트 패드 전극(106)이 형성된 기판(100)의 전면에 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(SiNX)등의 무기 절연물질과 경우에 따라서는 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(Acryl)계 수지(resin)와 같은 유기절연물질을 증착하여, 게이트 절연막(108)을 형성한다.Next, as illustrated in FIGS. 7B, 8B, and 9B, silicon oxide (SiO 2 ) is formed on the entire surface of the substrate 100 on which the gate wiring 102, the gate electrode 104, and the gate pad electrode 106 are formed. ) And an inorganic insulating material such as silicon nitride (SiN X ) and an organic insulating material such as benzocyclobutene (BCB) and acrylic resin (resin) in some cases, to form a gate insulating film 108 do.
연속하여, 상기 게이트 절연막(108) 상부에 순수 비정질 실리콘층(a-Si:H)(110)과 불순물 비정질 실리콘층(n+a-Si:H)(112)과 제 2 금속층(114)을 형성한다.Subsequently, a pure amorphous silicon layer (a-Si: H) 110, an impurity amorphous silicon layer (n + a-Si: H) 112, and a second metal layer 114 are disposed on the gate insulating layer 108. Form.
연속하여, 상기 제 2 금속층의 상부에 포토레지스트(photo-resist : 이하 PR이라 칭함)를 도포하여 PR층(116)을 형성한다.Subsequently, a photoresist (hereinafter referred to as PR) is applied on the second metal layer to form a PR layer 116.
상기 제 2 금속층(114)은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 탄탈륨(Ta) 등의 도전성 금속 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 형성한다.The second metal layer 114 is formed by depositing one selected from a group of conductive metals such as chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), and tantalum (Ta).
다음으로, 상기 PR층(116)이 형성된 기판(100)상에 화소영역(P)과 스위칭 소자 영역과(T) 데이터 배선 영역(D)과 스토리지 영역(S)을 정의한다.Next, the pixel region P, the switching element region, the data wiring region D, and the storage region S are defined on the substrate 100 on which the PR layer 116 is formed.
이때, 상기 화소 영역(P)의 일측에 상기 스위칭 소자 영역(T)을 정의한다.In this case, the switching element region T is defined on one side of the pixel region P. FIG.
연속하여, 상기 기판(100)의 이격된 상부에 투과부(A)과 반투과부(C)과 차단부(B)로 구성된 마스크(M)를 위치시킨다.Subsequently, a mask M including a transmissive portion A, a transflective portion C, and a blocking portion B is positioned on a spaced upper portion of the substrate 100.
이때, 상기 마스크(M)의 차단부(B)는 상기 데이터 배선 영역(D)과 스토리지 영역(S)과, 상기 스위칭 영역(T)의 주변에 대응하고, 상기 반투과부(C)는 상기 스위칭 영역(T)중 상기 게이트 전극(104)의 상부에 대응하여 위치하도록 한다.In this case, the blocking part B of the mask M corresponds to the data wiring area D, the storage area S, and the periphery of the switching area T, and the semi-transmissive part C is the switching. It is positioned to correspond to the upper portion of the gate electrode 104 in the region (T).
상기 마스크(M)의 상부에서 빛을 조사하여, 상기 기판(100)상에 형성한 PR층(116)을 노광하고 현상하는 공정을 진행한다.The process of exposing and developing the PR layer 116 formed on the substrate 100 by irradiating light from the upper portion of the mask M is performed.
그 결과, 도 7c와 도 8c와 도 9c에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 영역(T)의 상부에는 상기 마스크(M)의 반투과부(도 7b의 C)에 대응한 부분이 부분적으로 현상되어 높이가 다른 PR패턴(120a)이 남게 되고, 상기 데이터 배선 영역(D)과 상기 스토리지 영역(S)의 상부에는 도포된 그대로의 높이로 PR패턴(120b)이 남게 된다.As a result, as shown in FIGS. 7C, 8C, and 9C, a portion corresponding to the transflective portion (C of FIG. 7B) of the mask M is partially developed on the upper portion of the switching region T. The other PR patterns 120a remain, and the PR patterns 120b remain on the data wiring area D and the storage area S at the same height as applied.
다음으로, 상기 남겨진 PR패턴(120a,120b) 사이로 노출된 제 2 금속층(114)과 불순물 비정질 실리콘층(112)과 순수 비정질 실리콘층(110)을 제거한 후 연속하여, 상기 PR패턴을 상부로부터 소정 높이만 깍는 애싱공정(ashing processing)을 진행한다.Next, the second metal layer 114, the impurity amorphous silicon layer 112, and the pure amorphous silicon layer 110 exposed between the remaining PR patterns 120a and 120b are removed, and the PR pattern is successively determined from above. Ashing processing is performed by cutting only the height.
이와 같이 하면, 상기 도 7d와 도 8d와 도 9d에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭영역(T)에 대응하여 소스/드레인 금속패턴(124)이 형성되고, 소스 드레인 금속패턴(124)의 주변부(F)와 중앙부(E)를 노출하는 상태로 PR 패턴(122a)이 남게 된다.In this case, as illustrated in FIGS. 7D, 8D, and 9D, the source / drain metal pattern 124 is formed corresponding to the switching region T, and the periphery of the source drain metal pattern 124 ( The PR pattern 122a remains in a state in which F) and the central portion E are exposed.
물론, 상기 스토리지 영역(S)에는 섬형상의 금속패턴(134)이 남게되고, 상기 데이터 배선 영역(D)에는 상기 소스/드레인 금속패턴(124)에서 연결되고 일 끝단에는 데이터 패드 전극(142)을 포함하는 데이터배선(132)이 형성되고, 상기 섬형상의 금속패턴(134)과 상기 데이터배선 및 데이터 패드 전극(132,142)의 상부에도 이들의 주변부(F)를 노출하는 PR패턴(122b)이 남게 된다.Of course, an island-shaped metal pattern 134 remains in the storage area S, the data wiring area D is connected to the source / drain metal pattern 124, and a data pad electrode 142 is formed at one end thereof. And a data pattern 132 including the PR pattern 122b that exposes the island-shaped metal pattern 134 and the peripheral portion F of the data wiring and the data pad electrodes 132 and 142. Will remain.
연속하여, 상기 남겨진 PR패턴(122a,122b) 사이로 노출된 금속과 그 하부의 비정질 실리콘층을 제거한 후, 상기 남겨진 PR패턴(122a,122b)을 제거하는 공정을 진행한다.Subsequently, after the metal exposed between the remaining PR patterns 122a and 122b and the amorphous silicon layer below it are removed, the remaining PR patterns 122a and 122b are removed.
이와 같이 하면, 도 7e와 도 8e와 도 9e에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 영역(T)에 대응하여 서로 소정간격 이격된 소스 전극(136)과 드레인 전극(138)과,상기 소스 전극(136)에서 상기 데이터 배선 영역(D)으로 연장되어 게이트 배선(102)과 수직하게 교차하는 데이터 배선(132)과, 상기 데이터 배선의 끝단에 데이터 패드 전극(142)을 형성한다.In this case, as illustrated in FIGS. 7E, 8E, and 9E, the source electrode 136 and the drain electrode 138 spaced apart from each other by a predetermined distance corresponding to the switching region T, and the source electrode 136 ) And a data line 132 extending to the data line region D and perpendicularly intersecting with the gate line 102, and a data pad electrode 142 at an end of the data line.
동시에, 상기 화소영역을 정의하는 게이트배선(102)의 일부 상부에 섬형상의 제 2 스토리지 전극(134)을 형성한다.At the same time, an island-shaped second storage electrode 134 is formed on a portion of the gate wiring 102 defining the pixel region.
전술한 공정 중 패턴된 불순물 비정질 실리콘층과 순수 비정질 실리콘층은 편의상 반도체층이라 하고, 반도체층은 상기 소스 및 드레인 전극(136,138)의 하부에 위치한 제 1 패턴(126)과, 제 1 패턴에서 상기 데이터 배선(132)과 데이터 패드전극(142)으로 연장된 제 2 패턴(130)과, 상기 제 2 스토리지 전극(134)의 하부에 위치한 제 3 패턴(128)을 포함한다.In the above-described process, the patterned impurity amorphous silicon layer and the pure amorphous silicon layer are referred to as semiconductor layers for convenience, and the semiconductor layer may include a first pattern 126 disposed under the source and drain electrodes 136 and 138, and The second pattern 130 extends through the data line 132 and the data pad electrode 142, and a third pattern 128 disposed under the second storage electrode 134.
각각은 불순물 비정질 실리콘층(126b,130b,128b)과 순수 비정질 실리콘층(126a,130a,128a)이 적층된 형상이다.Each of the impurity amorphous silicon layers 126b, 130b, and 128b and the pure amorphous silicon layers 126a, 130a, and 128a are stacked.
이때, 상기 데이터 배선(132)및 데이터 패드 전극(142)과 소스 및 드레인 전극(136,138)과, 제 2 스토리지전극(134)의 주변으로 하부의 비정질 실리콘층(130a,126a,128a)이 노출된 형상이 된다.In this case, the data lines 132, the data pad electrodes 142, the source and drain electrodes 136 and 138, and the lower amorphous silicon layers 130a, 126a, and 128a are exposed to the periphery of the second storage electrode 134. It becomes a shape.
다음으로, 상기 소스 및 드레인 전극(136,138)과 데이터 배선(132)과 데이터 패드 전극(142)과 제 2 스토리지 전극(146)이 형성된 기판(100)의 전면에 감광성 유기절연막을 도포하여 보호막(160)을 형성한다. 감광성 유기막으로는 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)가 있다.Next, a passivation layer 160 may be formed by coating a photosensitive organic insulating layer on the entire surface of the substrate 100 on which the source and drain electrodes 136 and 138, the data line 132, the data pad electrode 142, and the second storage electrode 146 are formed. ). Examples of the photosensitive organic film include benzocyclobutene (BCB) and acryl resin.
연속하여, 제 3 마스크 공정으로 상기 보호막(160)을 노광하고 현상하여, 도7f와 도 8f와 도 9f에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 소자(T)와 데이터 패드 전극(142)을 제외한 데이터 배선(132)과, 상기 게이트 패드 전극(106)을 제외한 게이트 배선(102)의 상부와 제 2 스토리지 전극(146)의 상부와, 상기 각 데이터 패드 전극(142)사이와 상기 게이트 패드 전극(106)의 사이에 대응하는 위치에 패턴된 보호막(편의상 패턴되기 전의 부호를 동일하게 사용함)(160)이 남도록 한다.Subsequently, the protective film 160 is exposed and developed by a third mask process, and as illustrated in FIGS. 7F, 8F, and 9F, except for the switching element T and the data pad electrode 142, data wirings. 132, an upper portion of the gate wiring 102 except for the gate pad electrode 106, an upper portion of the second storage electrode 146, between each data pad electrode 142, and the gate pad electrode 106. The patterned passivation film (the same reference numerals before the pattern is used for convenience) 160 is left in the corresponding position between the two portions.
이때, 상기 패턴된 보호막(160)을 소정의 온도에서 큐어링(curing)하여 보호막(160)의 표면이 단면적으로 둥그런 형상(원호)이 되도록한다.At this time, the patterned passivation layer 160 is cured at a predetermined temperature so that the surface of the passivation layer 160 is rounded in cross section (arc).
즉, 패턴된 보호막(160)의 일측이 90도 미만의 각이 되도록 즉, 역 테이퍼 지게 형성해야한다.That is, one side of the patterned passivation layer 160 should be formed to be inversely tapered so that the angle is less than 90 degrees.
이와 같이 하기 위해서는 상기 큐어링을 한번에 진행하는 것이 아니고, 나누어 진행하는 방법을 사용하면 된다.In order to do this, the method of dividing may be used instead of performing the curing at once.
도 7g와 도 8g와 도 9g에 도시한 바와 같이, 상기 패턴된 보호막(160)사이로 노출된 게이트 절연막(108)을 식각하여 상기 게이트 패드(106)를 노출하는 공정을 진행한다.As shown in FIGS. 7G, 8G, and 9G, the gate insulating layer 108 exposed between the patterned passivation layer 160 is etched to expose the gate pad 106.
연속하여, 도 7h와 도 8h와 도 9h에 도시한 바와 같이, 상기 패턴된 보호막(160)이 형성된 기판(100)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 금속을 증착하여, 상기 노출된 드레인 전극(138)과 제 2 스토리지 전극(146)과 접촉하면서 상기 화소영역(P)에 위치하는 화소전극(162)과, 상기 노출된 게이트 패드 전극(106)을 감싸는 형상인 게이트 패드 전극단자(164)와, 상기 데이터 패드(142)를 감싸는 형상인 데이터 패드 전극단자(166)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIGS. 7H, 8H, and 9H, indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO) are formed on the entire surface of the substrate 100 on which the patterned passivation layer 160 is formed. A pixel electrode 162 positioned in the pixel region P while being in contact with the exposed drain electrode 138 and the second storage electrode 146 by depositing a transparent conductive metal including a gate electrode and the exposed gate pad; A gate pad electrode terminal 164 having a shape surrounding the electrode 106 and a data pad electrode terminal 166 having a shape surrounding the data pad 142 are formed.
이때, 상기 보호막(160)의 측면이 역 테이퍼 지게 형성되기 때문에, 상기 투명전극은 기판(100)의 전면에 증착됨에도 불구하고, 보호막의 역테이퍼에 의해 끊어져, 각각 독립적인 패턴으로 형성될 수 있다.In this case, since the side surface of the passivation layer 160 is formed to be reverse tapered, the transparent electrode may be formed in an independent pattern by being cut off by the reverse taper of the passivation layer, even though the transparent electrode is deposited on the entire surface of the substrate 100. .
따라서, 전술한 바와 같이 감광성 유기막인 보호막을 마스크로 이용하면 3 마스크 공정으로 액정표시장치용 어레이기판을 제작하는 것이 가능하다.Therefore, as described above, by using the protective film as the photosensitive organic film as a mask, it is possible to produce an array substrate for a liquid crystal display device in a three mask process.
전술한 공정은 상기 박막트랜지스터(T)의 상부에 바로 유기막 재질의 보호막(160)을 형성하였으나, 상기 보호막(160)과 박막트랜지스터(T)의 액티브층(126a)과의 접촉특성을 개선하기 위해, 상기 보호막(160)과 박막트랜지스터 사이에 무기절연막 패턴을 더욱 형성할 수 있다.In the above-described process, the protective film 160 made of an organic film is formed directly on the thin film transistor T, but the contact characteristics between the protective film 160 and the active layer 126a of the thin film transistor T are improved. To this end, an inorganic insulating layer pattern may be further formed between the passivation layer 160 and the thin film transistor.
이하, 도 10과 도 11과 도 12를 참조하여 설명한다.A description with reference to FIGS. 10, 11, and 12 is as follows.
도 10과 도 11과 도 12는 도 6의 Ⅶ-Ⅶ,Ⅷ-Ⅷ,Ⅸ-Ⅸ를 따라 절단한 단면도이다.10, 11, and 12 are cross-sectional views taken along the line VIII-VIII, VIII-VIII, VIII-VIII in Fig. 6.
도시한 바와 같이, 상기 박막트랜지스터(T)와 유기 보호막(160)사이에 무기 절연막 패턴(143)이 형성된다. 상기 무기 절연막 패턴(143)은 상기 유기 보호막(160)을 식각 방지막으로 하여 패턴하는 공정을 통해 형성된다.As illustrated, an inorganic insulating layer pattern 143 is formed between the thin film transistor T and the organic passivation layer 160. The inorganic insulating layer pattern 143 is formed through a process of patterning the organic passivation layer 160 as an etch stop layer.
이하 자세히 설명하면, 박막트랜지터(T)의 소스 및 드레인 전극(136,138)과 데이터 배선(132)을 형성한 후, 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착 한 후 무기절연막을 형성한다.In detail below, after forming the source and drain electrodes 136 and 138 and the data line 132 of the thin film transistor T, an inorganic insulating material group including silicon nitride (SiN X ) and silicon oxide (SiO 2 ) After depositing the selected one of the inorganic insulating film is formed.
다음으로, 앞서 공정에서 설명한 바와 같이, 상기 무기 절연막의 상부에 패턴된 유기 보호막(160)을 형성한 후, 보호막(160)을 식각 방지막으로 하여 보호막 사이로 노출된 상기 무기 절연막과 하부의 게이트 절연막을 식각하는 공정을 진행하면 된다.Next, as described above, after forming the patterned organic passivation layer 160 on the inorganic insulating layer, the inorganic insulating layer and the lower gate insulating layer exposed between the passivation layers are formed by using the passivation layer 160 as an etch stop layer. The etching process may be performed.
연속하여, 보호막(160)이 형성된 기판(100)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 금속을 증착하여, 상기 노출된 드레인 전극(138)과 제 2 스토리지 전극(146)과 접촉하면서 상기 화소영역(P)에 위치하는 화소전극(162)과, 상기 노출된 게이트 패드 전극(106)을 감싸는 형상인 게이트 패드 전극단자(164)와, 상기 데이터 패드(142)를 감싸는 형상인 데이터 패드 전극단자(166)를 형성한다.Subsequently, a transparent conductive metal including indium tin oxide (ITO) and indium zinc oxide (IZO) is deposited on the entire surface of the substrate 100 on which the passivation layer 160 is formed, thereby exposing the exposed drain electrode 138. ) And the pixel electrode 162 positioned in the pixel region P while being in contact with the second storage electrode 146, the gate pad electrode terminal 164 having a shape surrounding the exposed gate pad electrode 106; The data pad electrode terminal 166 is formed to surround the data pad 142.
전술한 바와 같이, 박막트랜지스터(T)와 데이터 배선(132)과 게이트 배선(102)과 보호막(160) 사이에 무기 절연막 패턴(143)을 더욱 구성하게 되며, 상기 무기막 절연막 패턴(143)이 유기막에 비해 박막트랜지스터(T)의 액티브층(126a)과의 계면특성이 좋기 때문에 박막트랜지스터(T)의 동작 특성이 개선되는 장점이 있다.As described above, the inorganic insulating film pattern 143 is further formed between the thin film transistor T, the data wire 132, the gate wire 102, and the passivation layer 160. Compared with the organic layer, the interfacial characteristics of the thin film transistor T with the active layer 126a are better, so that the operating characteristics of the thin film transistor T are improved.
또한, 상기 무기막 절연막 패턴(143)에 의해 상기 게이트 및 데이터 배선(102,132)의 상부에서 상기 유기 보호막(160)이 들뜨는 불량을 방지할 수 있다.In addition, a defect that the organic passivation layer 160 is lifted on the gate and the data lines 102 and 132 may be prevented by the inorganic layer insulating layer pattern 143.
전술한 바와 같은 공정으로 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있다.According to the above-described process, an array substrate for a liquid crystal display device according to the present invention can be manufactured.
본 발명에 따른 3마스크 공정으로 어레이기판을 제작하게 되면, 재료비 절감과 함께 공정시간을 단축 할 수 있어 가격경쟁력을 높일 수 있는 효과가 있고, 다수의 공정 중 발생하는 공정 오차를 최대한 줄일 수 있기 때문에 공정수율을 개선하는 효과가 있다.When the array substrate is manufactured by the three-mask process according to the present invention, it is possible to reduce the material cost and shorten the process time, thereby increasing the price competitiveness, and thus reducing the process error occurring in a plurality of processes as much as possible. It is effective in improving process yield.
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