KR20080057035A - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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이창빈
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Abstract

본 발명의 액정표시장치 및 그 제조방법은 게이트전극 상부에 액티브패턴을 아일랜드(island) 형태로 형성하고 에치스타퍼(etch stopper) 구조를 채택함으로써 오프전류(off current)를 감소시키는 동시에 소자 신뢰성을 향상시키며, 상기 게이트전극과 액티브패턴을 한번의 마스크공정을 통해 형성함으로써 마스크수를 감소시켜 제조공정을 단순화하기 위한 것으로, 화소부와 제 1 패드부 및 제 2 패드부로 구분되는 제 1 기판; 상기 제 1 기판의 화소부에 형성되는 게이트전극과 게이트라인; 상기 게이트전극 상부에 게이트절연막이 개재된 상태에서 형성되며, 상기 게이트전극보다 폭이 줄어든 아일랜드 형태를 가진 액티브패턴; 상기 제 1 기판 위에 형성되며, 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역을 각각 노출시키는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀이 형성된 절연막; 상기 제 1 기판의 화소부에 형성되며, 상기 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 통해 각각 상기 액티브패턴의 소오스영역 및 드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극 및 드레인전극; 상기 제 1 기판의 화소부에 형성되며, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인; 상기 소오스전극과 드레인전극 사이에 위치하며, 상기 절연막으로 이루어진 에치스타퍼; 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극; 및 상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판을 포함한다.
게이트전극, 액티브패턴, 아일랜드, 에치스타퍼, 마스크수

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 액정표시장치에 있어서, 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도.
도 4a 내지 도 4d는 도 3에 도시된 어레이 기판의 IIIa-IIIa'선과 IIIb-IIIb'선과 IIIc-IIIc선 및 IIId-IIId선에 따른 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 도 3에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도.
도 6a 내지 도 6f는 도 4a 및 도 5a에 도시된 제 1 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
110 : 어레이 기판 116,116' : 게이트라인
116p : 게이트패드라인 117 : 데이터라인
117p : 데이터패드라인 118 : 화소전극
121 : 게이트전극 122 : 소오스전극
123 : 드레인전극 124 : 액티브패턴
126p : 게이트패드전극 127p : 데이터패드전극
150 : 에치스타퍼
본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마스크수를 감소시켜 제조공정을 단순화하고 수율을 향상시키는 동시에 소자 신뢰성을 향상시킨 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박막형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다. 특히, 이러한 평판표시장치 중 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 액정의 광학적 이방성을 이용하여 이미지를 표현하는 장치로서, 해상도와 컬러표시 및 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터 등에 활발하게 적용되고 있다.
상기 액정표시장치는 크게 컬러필터(color filter) 기판과 어레이(array) 기판 및 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)으로 구성된다.
상기 액정표시장치에 주로 사용되는 구동 방식인 능동 매트릭스(Active Matrix; AM) 방식은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(Amorphous Silicon Thin Film Transistor; a-Si TFT)를 스위칭소자로 사용하여 화소부의 액정을 구동하는 방식이다.
상기 액정표시장치의 제조공정은 기본적으로 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 제작에 다수의 마스크공정(즉, 포토리소그래피(photolithography)공정)을 필요로 하므로 생산성 면에서 상기 마스크수를 줄이는 방법이 요구되어지고 있다.
이하, 도 1을 참조하여 일반적인 액정표시장치의 구조에 대해서 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 액정표시장치는 크게 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 및 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10) 사이에 형성된 액정층(liquid crystal layer)(30)으로 구성된다.
상기 컬러필터 기판(5)은 적(Red; R), 녹(Green; G) 및 청(Blue; B)의 색상을 구현하는 다수의 서브-컬러필터(7)로 구성된 컬러필터(C)와 상기 서브-컬러필터(7) 사이를 구분하고 액정층(30)을 투과하는 광을 차단하는 블랙매트릭스(black matrix)(6), 그리고 상기 액정층(30)에 전압을 인가하는 투명한 공통전극(8)으로 이루어져 있다.
또한, 상기 어레이 기판(10)은 종횡으로 배열되어 복수개의 화소영역(P)을 정의하는 복수개의 게이트라인(16)과 데이터라인(17), 상기 게이트라인(16)과 데이터라인(17)의 교차영역에 형성된 스위칭소자인 박막 트랜지스터(T) 및 상기 화소영역(P) 위에 형성된 화소전극(18)으로 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트(sealant)(미도시)에 의해 대향하도록 합착되어 액정표시패널을 구성하며, 상기 컬러필터 기판(5)과 어레이 기판(10)의 합착은 상기 컬러필터 기판(5) 또는 어레이 기판(10)에 형성된 합착키(미도시)를 통해 이루어진다.
도 2a 내지 도 2e는 도 1에 도시된 액정표시장치에 있어서, 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 어레이 기판(10) 위에 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 이용하여 도전성 금속물질로 이루어진 게이트전극(21)을 형성한다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(21)이 형성된 어레이 기판(10) 전면(全面)에 차례대로 제 1 절연막(15a)과 비정질 실리콘 박막 및 n+ 비정질 실리콘 박막을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 이용하여 상기 비정질 실리콘 박막과 n+ 비정질 실리콘 박막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 게이트전극(21) 위에 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴(24)을 형성한다.
이때, 상기 액티브패턴(24) 위에는 상기 액티브패턴(24)과 동일한 형태로 패터닝된 n+ 비정질 실리콘 박막 패턴(25)이 형성되게 된다.
이후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(10) 전면에 도전성 금속물질을 증착한 후 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 선택적으로 패터닝함으로써 상기 액티브패턴(24) 상부에 소오스전극(22)과 드레인전극(23)을 형성한다. 이때, 상기 액티브패턴(24) 위에 형성되어 있는 n+ 비정질 실리콘 박막 패턴은 상기 제 3 마스크공정을 통해 소정영역이 제거되어 상기 액티브패턴(24)과 소오스/드레인전극(22, 23) 사이에서 오믹-콘택(ohmic contact)층(25')을 형성하게 된다.
다음으로, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 소오스전극(22)과 드레인전극(23)이 형성된 어레이 기판(10) 전면에 제 2 절연막(15b)을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 통해 상기 제 2 절연막(15b)의 일부 영역을 제거하여 상기 드레인전극(23)의 일부를 노출시키는 콘택홀(40)을 형성한다.
마지막으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 투명한 도전성 금속물질을 어레이 기판(10) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 5 마스크공정)을 이용하여 선택적으로 패터닝함으로써 상기 콘택홀(40)을 통해 드레인전극(23)과 전기적으로 접속하는 화소전극(18)을 형성한다.
상기에 설명된 바와 같이 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판의 제조에는 게이트전극, 액티브패턴, 소오스/드레인전극, 콘택홀 및 화소전극 등을 패터닝하는데 총 5번의 포토리소그래피공정을 필요로 한다.
상기 포토리소그래피공정은 마스크에 그려진 패턴을 박막이 증착된 기판 위에 전사시켜 원하는 패턴을 형성하는 일련의 공정으로 감광액 도포, 노광, 현상공 정 등 다수의 공정으로 이루어지며, 다수의 포토리소그래피공정은 생산 수율을 떨어뜨리는 단점이 있다.
특히, 패턴을 형성하기 위하여 설계된 마스크는 매우 고가이어서, 공정에 적용되는 마스크수가 증가하면 액정표시장치의 제조비용이 이에 비례하여 상승하게 된다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 액티브패턴을 아일랜드 형태로 형성하고 에치스타퍼 구조를 채택함으로써 오프전류가 감소되고 소자의 신뢰성이 향상된 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 액티브패턴과 게이트전극을 한번의 마스크공정으로 형성하는 동시에 마스크공정의 추가없이 상기 에치스타퍼를 형성함으로써 4번의 마스크공정으로 어레이 기판을 제작하도록 한 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 액정표시장치는 화소부와 제 1 패드부 및 제 2 패드부로 구분되는 제 1 기판; 상기 제 1 기판의 화소부에 형성되는 게이트전극과 게이트라인; 상기 게이트전극 상부에 게이트절연막이 개재된 상태에서 형성되며, 상기 게이트전극보다 폭이 줄어든 아일랜드 형태를 가진 액티브패 턴; 상기 제 1 기판 위에 형성되며, 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역을 각각 노출시키는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀이 형성된 절연막; 상기 제 1 기판의 화소부에 형성되며, 상기 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 통해 각각 상기 액티브패턴의 소오스영역 및 드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극 및 드레인전극; 상기 제 1 기판의 화소부에 형성되며, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인; 상기 소오스전극과 드레인전극 사이에 위치하며, 상기 절연막으로 이루어진 에치스타퍼; 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극; 및 상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판을 포함한다.
또한, 본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 화소부와 제 1 패드부 및 제 2 패드부로 구분되는 제 1 기판을 제공하는 단계; 한번의 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 화소부에 게이트전극과 게이트라인을 형성하는 동시에 상기 게이트전극 상부에 게이트절연막이 개재된 상태에서 아일랜드 형태의 액티브패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 기판 위에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막의 일부 영역을 제거하여 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역을 노출시키는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 형성하며, 상기 소오스영역과 드레인영역 사이에 상기 제 1 절연막으로 이루어진 에치스타퍼를 형성하는 단계; 상기 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 통해 각각 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극과 드레인전극을 형성하며, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계; 상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 어레이 기판 일부를 개략적으로 나타내는 평면도로써, 설명의 편의를 위해 게이트패드부와 데이터패드부 및 화소부의 박막 트랜지스터를 포함하는 하나의 화소를 나타내고 있다.
실제의 액정표시장치에서는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 교차하여 MxN개의 화소가 존재하지만 설명을 간단하게 하기 위해 도면에는 한 화소를 나타내고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 어레이 기판(110)에는 상기 어레이 기판(110) 위에 종횡으로 배열되어 화소영역을 정의하는 게이트라인(116)과 데이터라인(117)이 형성되어 있다. 또한, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)의 교차영역에는 스위칭소자인 박막 트랜지스터가 형성되어 있으며, 상기 화소영역 내에는 상기 박막 트랜지스터에 연결되어 컬러필터 기판(미도시)의 공통전극과 함께 액정(미도시)을 구동시키는 화소전극(118)이 형성되어 있다.
이때, 상기 어레이 기판(110)의 가장자리 영역에는 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)에 각각 전기적으로 접속하는 게이트패드전극(126p)과 데이터패드전극(127p)이 형성되어 있으며, 외부의 구동회로부(미도시)로부터 인가 받은 주사신호와 데이터신호를 각각 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)에 전달하게 된다.
즉, 상기 게이트라인(116)과 데이터라인(117)은 구동회로부 쪽으로 연장되어 각각 해당하는 게이트패드라인(116p)과 데이터패드라인(117p)에 연결되며, 상기 게이트패드라인(116p)과 데이터패드라인(117p)은 상기 게이트패드라인(116p)과 데이터패드라인(117p)에 각각 전기적으로 접속된 게이트패드전극(126p)과 데이터패드전극(127p)을 통해 구동회로부로부터 각각 주사신호와 데이터신호를 인가 받게 된다.
상기 박막 트랜지스터는 게이트라인(116)에 연결된 게이트전극(121), 데이터라인(117)에 연결된 소오스전극(122) 및 화소전극(118)에 연결된 드레인전극(123)으로 구성되어 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터는 상기 게이트전극(121)에 공급되는 게이트 전압에 의해 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 간에 전도채널(conductive channel)을 형성하는 액티브패턴(124)을 포함한다.
이때, 불투명한 도전물질로 이루어진 상기 소오스전극(122) 및 드레인전극(123)은 그 상부에 투명한 도전물질로 이루어지며 각각 상기 소오스전극(122) 및 드레인전극(123)과 동일한 형태로 패터닝된 소오스전극패턴(122') 및 드레인전극패턴(123')이 형성되어 있다.
상기 소오스전극(122)의 일부는 일방향으로 연장되어 상기 데이터라인(117)의 일부를 구성하며, 상기 드레인전극패턴(123')의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 상기 화소전극(118)을 구성하게 된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 상기 액티브패턴(124)은 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며, 상기 게이트전극(121) 상부에 아일랜드 형태로 형성됨으로써 박막 트랜지스터의 오프전류를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 액티브패턴(124)과 상기 게이트전극(121)은 회절마스크 또는 하프-톤 마스크(이하, 회절마스크를 지칭하는 경우에는 하프-톤 마스크를 포함하는 것으로 한다)를 이용하여 한번의 마스크공정으로 형성함으로써 어레이 기판(110)을 제조하는데 있어 한번의 마스크수를 줄일 수 있게 된다.
상기 액티브패턴(124)의 백 채널(back channel)이 노출되는 상기 소오스전극(122)과 드레인전극(123) 사이에는 절연막으로 이루어진 에치스타퍼(150)가 형성되어 있어 상기 액티브패턴(124)의 백 채널(back channel)이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
이때, 전단 게이트라인(116')의 일부는 상기 제 2 절연막(미도시)을 사이에 두고 그 상부의 화소전극(118)의 일부와 중첩되어 스토리지 커패시터(storage capacitor)(Cst)를 형성하게 된다. 상기 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터에 인가된 전압을 다음 신호가 들어올 때까지 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 즉, 상기 어레이 기판(110)의 화소전극(118)은 컬러필터 기판의 공통전극과 함께 액정 커패시터를 이루는데, 일반적으로 상기 액정 커패시터에 인가된 전압은 다음 신호가 들어올 때까지 유지되지 못하고 누설되어 사라진다. 따라서, 인가된 전압을 유지하기 위해서는 스토리지 커패시터(Cst)를 액정 커패시터에 연결해서 사용해야 한다.
이러한 스토리지 커패시터(Cst)는 신호 유지 이외에도 계조(gray scale) 표시의 안정과 플리커(flicker) 및 잔상(afterimage) 감소 등의 효과를 가진다.
여기서, 전술한 바와 같이 상기 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 회절마스크를 이용한 한번의 마스크공정으로 상기 게이트전극(121)과 액티브패 턴(124)을 동시에 형성하며, 백 채널을 보호하기 위한 에치스타퍼(150)를 형성하는데 추가적인 마스크공정이 필요없게 되어 총 4번의 마스크공정을 통해 어레이 기판(110)을 제작할 수 있게 되는데, 이를 다음의 액정표시장치의 제조방법을 통해 상세히 설명한다.
도 4a 내지 도 4d는 도 3에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 단면도로써, 좌측에는 화소부의 어레이 기판을 제조하는 공정을 나타내며 우측에는 차례대로 데이터라인부와 데이터패드부 및 게이트패드부의 어레이 기판을 제조하는 공정을 나타내고 있다.
또한, 도 5a 내지 도 5d는 도 3에 도시된 어레이 기판의 제조공정을 순차적으로 나타내는 평면도이다.
도 4a 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(110)의 화소부에 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116') 및 액티브패턴(124)을 형성하며 게이트패드부에 게이트패드라인(116p)을 형성한다.
이때, 상기 도면부호 116'은 해당화소에 대한 전단의 게이트라인을 의미하며, 해당화소의 게이트라인(116)과 상기 전단 게이트라인(116')은 동일한 방식으로 형성된다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 상기 액티브패턴(124)은 게이트절연막(115a)을 사이에 두고 상기 게이트전극(121) 상부에 아일랜드 형태로 형성되며, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116')과 게이트패드라인(116p) 및 액티브패턴(124)은 제 1 도전막과 제 1 절연막 및 비정질 실리콘 박막을 어레이 기판(110) 전면에 증착한 후 포토리소그래피공정(제 1 마스크공정)을 통해 패터닝하여 형성하게 된다.
이와 같이 본 실시예에서는 회절마스크를 이용한 한번의 마스크공정(제 1 마스크공정)으로 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116')과 게이트패드라인(116p) 및 액티브패턴(124)을 동시에 형성하게 되는데, 이하 도면을 참조하여 상기 제 1 마스크공정을 상세히 설명한다.
도 6a 내지 도 6f는 도 4a 및 도 5a에 도시된 제 1 마스크공정을 구체적으로 나타내는 단면도이다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명한 절연물질로 이루어진 어레이 기판(110) 전면에 차례대로 제 1 도전막(130)과 제 1 절연막(115) 및 비정질 실리콘 박막(120)을 증착한다.
여기서, 상기 제 1 도전막(130)으로 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 제 1 도전막(130)은 상기 저저항 도전물질이 두 가지 이상 적층된 다층구조로 형성할 수도 있다.
이후, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 포토레지스트와 같은 감광성물질로 이루어진 감광막(170)을 형성한 후 본 실시예의 회절마스크(180)를 통해 상기 감광막(170)에 선택적으로 광을 조사한다.
이때, 본 실시예에 사용한 회절마스크(180)에는 조사된 광을 모두 투과시키 는 투과영역(I)과 슬릿패턴이 적용되어 광의 일부만 투과시키고 일부는 차단하는 슬릿영역(II) 및 조사된 모든 광을 차단하는 차단영역(III)이 마련되어 있으며, 상기 회절마스크(180)를 투과한 광만이 감광막(170)에 조사되게 된다.
이어서, 상기 회절마스크(180)를 통해 노광된 감광막(170)을 현상하고 나면, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 차단영역(III)과 슬릿영역(II)을 통해 광이 모두 차단되거나 일부만 차단된 영역에는 소정 두께의 감광막패턴(170a~170d)들이 남아있게 되고, 모든 광이 투과된 투과영역(I)에는 상기 감광막이 완전히 제거되어 상기 비정질 실리콘 박막(120) 표면이 노출되게 된다.
이때, 상기 차단영역(III)에 형성된 제 1 감광막패턴(170a)은 슬릿영역(II)을 통해 형성된 제 2 감광막패턴(170b) 내지 제 4 감광막패턴(170d)보다 두껍게 형성된다. 또한, 상기 투과영역(I)을 통해 광이 모두 투과된 영역에는 감광막이 완전히 제거되는데, 이것은 포지티브 포토레지스트를 사용했기 때문이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 네거티브 포토레지스트를 사용하여도 무방하다.
다음으로, 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 형성된 감광막패턴(170a~170d)들을 마스크로 하여, 그 하부에 형성된 제 1 도전막과 제 1 절연막 및 비정질 실리콘 박막을 선택적으로 제거하게 되면, 상기 어레이 기판(110)의 화소부에 상기 제 1 도전막으로 이루어진 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116')이 형성되며, 상기 어레이 기판(110)의 게이트패드부에 상기 제 1 도전막으로 이루어진 게이트패드라인(116p)이 형성된다.
이때, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116') 및 게이트패드라 인(116p) 상부에는 각각 상기 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116') 및 게이트패드라인(116p)과 동일한 형태로 패터닝된 화소부 비정질 실리콘 박막패턴(120')과 데이터라인부 비정질 실리콘 박막패턴(120") 및 패드부 비정질 실리콘 박막패턴(120'")이 남아있게 된다.
또한, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116') 및 게이트패드라인(116p)과, 상기 화소부 비정질 실리콘 박막패턴(120')과 데이터라인부 비정질 실리콘 박막패턴(120") 및 패드부 비정질 실리콘 박막패턴(120'") 사이에는 각각 상기 제 1 절연막으로 이루어지며 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116') 및 게이트패드라인(116p)과 동일한 형태로 패터닝된 화소부 제 1 절연막패턴(115')과 데이터라인부 제 1 절연막패턴(115") 및 패드부 제 1 절연막패턴(115'")이 개재되게 된다.
이후, 상기 감광막패턴(170a~170d)들의 일부를 제거하는 애싱공정을 진행하게 되면, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 회절노광이 적용된 슬릿영역(II)의 제 2 감광막패턴 내지 제 4 감광막패턴이 완전히 제거되어 상기 화소부 비정질 실리콘 박막패턴(120')의 일부와 상기 데이터라인부 비정질 실리콘 박막패턴(120")과 패드부 비정질 실리콘 박막패턴(120'") 표면이 노출되게 된다.
이때, 상기 제 1 감광막패턴은 상기 제 2 감광막패턴 내지 제 4 감광막패턴의 두께만큼이 제거된 제 5 감광막패턴(170a')으로 상기 차단영역(III)에 대응하는 소정영역에만 남아있게 된다.
이후, 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 남아있는 제 5 감광막패턴(170a')을 마스크로 하여 상기 화소부 제 1 절연막패턴과 화소부 비정질 실리콘 박막패턴의 일부를 제거하여 각각 상기 제 1 절연막과 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 게이트절연막(115a)과 액티브패턴(124)을 형성한다. 이때, 상기 남아있는 데이터라인부 비정질 실리콘 박막패턴과 패드부 비정질 실리콘 박막패턴 및 데이터라인부 제 1 절연막패턴과 패드부 제 1 절연막패턴이 제거되어 상기 게이트라인(116, 116')과 게이트패드라인(116p) 표면이 노출되게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116')과 게이트패드라인(116p) 및 액티브패턴(124)은 회절마스크를 이용함으로써 한번의 마스크공정을 통해 형성할 수 있게 된다. 그 결과 박막 트랜지스터의 제조에 사용되는 마스크수를 줄여 제조공정 및 비용이 절감되며 수율이 향상되는 효과를 제공하게 된다.
또한, 상기 액티브패턴(124)은 상기 게이트전극(124) 상부에 아일랜드 형태로 형성됨에 따라 박막 트랜지스터의 오프전류가 감소되는 이점을 제공한다.
다음으로, 도 4b 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트전극(121)과 게이트라인(116, 116')과 게이트패드라인(116p) 및 액티브패턴(124)이 형성된 어레이 기판(110) 전면에 제 2 절연막(115b)을 증착한 후, 포토리소그래피공정(제 2 마스크공정)을 이용하여 상기 제 2 절연막(115b)의 일부영역을 제거함으로써 상기 액티브패턴(124)의 소정영역(즉 소오스영역과 드레인영역)을 노출시키는 제 1 콘택홀(140a)과 제 2 콘택홀(140b)을 형성하며, 상기 게이트패드라인(116p)의 일부를 노출시키는 패드홀(140)을 형성한다.
이때, 상기 액티브패턴(124)의 백 채널영역, 즉 상기 소오스영역과 드레인영역 사이에 위치하는 상기 제 2 절연막은 제거되지 않고 남아 본 발명의 에치스타퍼(150)를 형성하게 된다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 상기 액티브패턴(124)의 백 채널이 노출되지 않게 상기 에치스타퍼(150)를 형성하여 보호함으로써 상기 액티브패턴(124)의 두께를 상대적으로 얇게 할 수 있으며, 상기 액티브패턴(124)의 백 채널이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다. 그 결과 상기 게이트절연막(115a)의 두께를 얇게 할 수 있어 실질적으로 박막 트랜지스터의 구동전압과 문턱전압이 낮아지는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 도 4c 및 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면에 n+ 비정질 실리콘 박막과 제 2 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 3 마스크공정)을 이용하여 상기 n+ 비정질 실리콘 박막과 제 2 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 제 1 콘택홀을 통해 상기 소오스영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극(122)을 형성하며, 상기 제 2 콘택홀을 통해 상기 드레인영역과 전기적으로 접속하는 드레인전극(123)을 형성한다.
이때, 상기 액티브패턴(124) 위에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어지며, 상기 소오스/드레인전극(122, 123)과 동일한 형태로 패터닝되어 그 하부의 액티브패턴(124)의 소오스/드레인영역과 상기 소오스/드레인전극(122, 123)을 오믹-콘택시키는 오믹-콘택층(125)이 형성되게 된다.
또한, 상기 제 3 마스크공정을 통해 상기 데이터패드부의 어레이 기판(110) 에는 상기 제 2 도전막으로 이루어진 데이터패드라인(117p)이 형성되며, 상기 데이터패드라인(117p)의 하부에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 패드부 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125p)이 상기 데이터패드라인(117p)과 동일한 형태로 패터닝되어 남아있게 된다.
이때, 상기 화소부의 소오스전극(122)의 일부는 일방향으로 연장되어 데이터라인(117)의 일부를 구성하게 되며, 상기 데이터라인(117)의 하부에는 상기 n+ 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 데이터라인부 n+ 비정질 실리콘 박막패턴(125')이 상기 데이터라인(117)과 동일한 형태로 패터닝되어 남아있게 된다.
여기서, 상기 본 발명의 실시예에 따른 데이터라인(117)은 그 하부에 비정질 실리콘 박막으로 이루어진 액티브패턴의 테일이 존재하지 않아 상기 액티브패턴의 테일에 의한 상기 데이터라인(117)의 신호간섭이 없게 된다. 참고로, 상기 액티브패턴의 테일은 회절마스크를 이용하여 액티브패턴과 소오스/드레인전극 및 데이터라인을 한번의 마스크공정으로 형성하는 과정에서 상기 데이터라인의 하부에 형성되게 되며, 상기 데이터라인의 폭보다 넓은 폭을 가지게 됨에 따라 상기 데이터라인의 신호간섭 및 개구율의 저하를 유발하게 된다.
상기 제 2 도전막은 소오스/드레인전극(122, 123)과 데이터라인(117) 및 데이터패드라인(117p)을 구성하기 위해 알루미늄(aluminium; Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 텅스텐(tungsten; W), 구리(copper; Cu), 크롬(chromium; Cr), 몰리브덴(molybdenum; Mo) 등과 같은 저저항 불투명 도전물질로 이루어질 수 있다.
다음으로, 도 4d 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 어레이 기판(110) 전면 에 제 3 도전막을 형성한 후, 포토리소그래피공정(제 4 마스크공정)을 이용하여 상기 3 도전막을 선택적으로 패터닝함으로써 상기 드레인전극(123)과 전기적으로 접속하는 화소전극(118)을 형성하는 동시에 상기 게이트패드라인(116p)과 데이터패드라인(117p)과 각각 전기적으로 접속하여 외부로 노출시키는 게이트패드전극(126p)과 데이터패드전극(127p)을 형성한다.
이때, 상기 소오스전극(122) 및 드레인전극(123)은 그 상부에 상기 제 3 도전막으로 이루어지며 각각 상기 소오스전극(122) 및 드레인전극(123)과 동일한 형태로 패터닝된 소오스전극패턴(122') 및 드레인전극패턴(123')이 형성되게 되며, 상기 드레인전극패턴(123')의 일부는 화소영역 쪽으로 연장되어 상기 화소전극(118)을 구성하게 된다.
이때, 상기 화소전극(118) 및 데이터패드전극(127p)은 각각 그 하부의 드레인전극(123) 및 데이터패드라인(117p)과 직접 전기적으로 접속하게 되며, 상기 게이트패드전극(126p)은 상기 패드홀을 통해 그 하부의 게이트패드라인(116p)과 전기적으로 접속하게 된다.
또한, 상기 해당 화소전극(118)의 일부는 전단 게이트라인(116')의 일부와 오버랩되도록 형성되어 그 하부의 제 2 절연막(115b)을 사이에 두고 상기 전단 게이트라인(116')과 함께 스토리지 커패시터(Cst)를 형성하게 된다.
상기 제 3 도전막은 화소전극(118)과 게이트패드전극(126p) 및 데이터패드전극(127p)을 구성하기 위해 인듐-틴-옥사이드(Indium Tin Oxide; ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(Indium Zinc Oxide; IZO)와 같은 투과율이 뛰어난 투명한 도전물질을 포함한다.
이와 같이 구성된 상기 어레이 기판은 화상표시 영역의 외곽에 형성된 실런트에 의해 컬러필터 기판(미도시)과 대향하여 합착되게 되는데, 이때 상기 컬러필터 기판에는 상기 박막 트랜지스터와 게이트라인 및 데이터라인으로 빛이 새는 것을 방지하는 블랙매트릭스와 적, 녹 및 청색의 컬러를 구현하기 위한 컬러필터가 형성되어 있다.
이때, 상기 컬러필터 기판과 어레이 기판의 합착은 상기 컬러필터 기판 또는 어레이 기판에 형성된 합착키를 통해 이루어진다.
본 실시예는 액티브패턴으로 비정질 실리콘 박막을 이용한 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 예를 들어 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명은 상기 액티브패턴으로 다결정 실리콘 박막을 이용한 다결정 실리콘 박막 트랜지스터에도 적용된다.
또한, 본 발명은 액정표시장치뿐만 아니라 박막 트랜지스터를 이용하여 제작하는 다른 표시장치, 예를 들면 구동 트랜지스터에 유기전계발광소자(Organic Light Emitting Diodes; OLED)가 연결된 유기전계발광 디스플레이장치에도 이용될 수 있다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은 게이트전극과 액티브패턴을 한번의 마스크공정으로 형성함으로써 박막 트랜지스터 제조에 사용되는 마스크수를 줄여 제조공정 및 비용을 절감시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은 액티브패턴의 테일이 존재하지 않아 데이터라인의 신호간섭이 없으며 상기 액티브패턴의 테일 폭만큼 개구율이 증가하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그 제조방법은 에치스타퍼 구조를 채택함으로써 액티브패턴의 두께를 얇게 할 수 있으며, 상기 액티브패턴의 백 채널의 오염을 방지함으로써 소자의 신뢰성이 향상되는 효과를 제공한다.

Claims (20)

  1. 화소부와 제 1 패드부 및 제 2 패드부로 구분되는 제 1 기판을 제공하는 단계;
    한번의 마스크공정을 통해 상기 제 1 기판의 화소부에 게이트전극과 게이트라인을 형성하는 동시에 상기 게이트전극 상부에 게이트절연막이 개재된 상태에서 아일랜드 형태의 액티브패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 기판 위에 절연막을 형성하는 단계;
    상기 절연막의 일부 영역을 제거하여 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역을 노출시키는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 형성하며, 상기 소오스영역과 드레인영역 사이에 상기 제 1 절연막으로 이루어진 에치스타퍼를 형성하는 단계;
    상기 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀을 통해 각각 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역과 전기적으로 접속하는 소오스전극과 드레인전극을 형성하며, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인을 형성하는 단계;
    상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트전극을 구성하는 제 1 도전막을 이용하여 상기 제 1 기판의 제 1 패드부에 게이트패드라인을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 소오스전극과 드레인전극을 구성하는 제 2 도전막을 이용하여 상기 제 1 기판의 제 2 패드부에 데이터패드라인을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 화소전극을 구성하는 제 3 도전막을 이용하여 상기 제 1 기판의 제 1 패드부에 상기 게이트패드라인과 전기적으로 접속하는 게이트패드전극을 형성하며, 상기 제 1 기판의 제 2 패드부에 상기 데이터패드라인과 전기적으로 접속하는 데이터패드전극을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 도전막을 이용하여 상기 소오스전극 및 드레인전극 상부에 각각 상기 소오스전극 및 드레인전극과 동일한 형태로 패터닝된 소오스전극패턴 및 드레인전극패턴을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 드레인전극패턴의 일부는 상기 화소영역으로 쪽으로 연장되어 상기 화소전극을 구성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 에치스타퍼는 상기 소오스전극과 드레인전극 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 게이트전극과 게이트라인 및 액티브패턴은 회절마스크 또는 하프-톤 마스크를 이용함으로써 한번의 마스크공정을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 소오스/드레인전극 하부에 위치하며, 상기 소오스/드레인전극과 동일한 형태로 패터닝되어 상기 소오스/드레인영역과 소오스/드레인전극 사이를 오믹-콘택시키는 오믹-콘택층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
  10. 화소부와 제 1 패드부 및 제 2 패드부로 구분되는 제 1 기판;
    상기 제 1 기판의 화소부에 형성되는 게이트전극과 게이트라인;
    상기 게이트전극 상부에 게이트절연막이 개재된 상태에서 형성되며, 상기 게이트전극보다 폭이 줄어든 아일랜드 형태를 가진 액티브패턴;
    상기 제 1 기판 위에 형성되며, 상기 액티브패턴의 소오스영역과 드레인영역을 각각 노출시키는 제 1 콘택홀과 제 2 콘택홀이 형성된 절연막;
    상기 제 1 기판의 화소부에 형성되며, 상기 제 1 콘택홀 및 제 2 콘택홀을 통해 각각 상기 액티브패턴의 소오스영역 및 드레인영역과 전기적으로 접속하는 소 오스전극 및 드레인전극;
    상기 제 1 기판의 화소부에 형성되며, 상기 게이트라인과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터라인;
    상기 소오스전극과 드레인전극 사이에 위치하며, 상기 절연막으로 이루어진 에치스타퍼;
    상기 드레인전극과 전기적으로 접속하는 화소전극; 및
    상기 제 1 기판과 대향하여 합착되는 제 2 기판을 포함하는 액정표시장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 게이트전극을 구성하는 제 1 도전막으로 형성되며, 상기 제 1 기판의 제 1 패드부에 형성된 게이트패드라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 소오스전극과 드레인전극을 구성하는 제 2 도전막으로 형성되며, 상기 제 1 기판의 제 2 패드부에 형성된 데이터패드라인을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 화소전극을 구성하는 제 3 도전막으로 형성되되, 상기 제 1 기판의 제 1 패드부에 형성되어 상기 게이트패드라인과 전기적으로 접속하는 게이트패드전극 및 상기 제 1 기판의 제 2 패드부에 형성되어 상기 데이터패드라인과 전기적으로 접속하는 데이터패드전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 3 도전막으로 형성되며, 상기 소오스전극 및 드레인전극 상부에 각각 상기 소오스전극 및 드레인전극과 동일한 형태로 패터닝된 소오스전극패턴 및 드레인전극패턴을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 드레인전극패턴의 일부는 상기 화소영역으로 쪽으로 연장되어 상기 화소전극을 구성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 상기 소오스/드레인전극 하부에 위치하며, 상기 소오스/드레인전극과 동일한 형태로 패터닝되어 상기 소오스/드레인영역과 소오스/드레인전극 사이를 오믹-콘택시키는 오믹-콘택층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 오믹-콘택층은 상기 액티브패턴의 소오스/드레인영역과 소오스/드레인전극 및 상기 절연막의 일부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  18. 제 10 항에 있어서, 상기 화소전극의 일부는 상기 절연막을 사이에 두고 상 기 게이트라인의 일부와 오버랩하여 스토리지 커패시터를 구성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  19. 제 10 항에 있어서, 상기 게이트절연막은 상기 게이트전극 상부에 위치하며, 상기 액티브패턴과 동일한 형태로 패터닝된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  20. 제 10 항에 있어서, 상기 데이터라인 하부에 형성되며, 상기 데이터라인과 동일한 형태로 패터닝된 n+ 비정질 실리콘 박막패턴을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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