KR20090051944A - Method of fabricating array substrate for liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 컬러필터를 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Fim Transistor : TFT)와 동일한 기판에 형성하는 COT (Color filter on TFT) 구조 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention 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 (COT) structure, in which a color filter is formed on the same substrate as a thin film transistor (TFT). It is about.
본 발명은, 종래의 COT 구조 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 비해 마스크 공정이 증가하지 않으면서, 게이트 전극 상부에 섬 형상의 반도체층(특히, 액티브층)을 구성하고, 데이터 배선 하부에는 반도체층이 구성되지 않도록 함으로써 누설전류 및 웨이비 노이즈 등의 문제를 해결하고, 또한 데이터 배선으로부터 돌출된 반도체층을 가리기 위한 블랙매트릭스의 너비 증가가 필요 없기 때문에 개구이 향상된 COT 구조 액정표시장치용 어레이 기판을 제공할 수 있게 된다.According to the present invention, an island-shaped semiconductor layer (particularly an active layer) is formed on the gate electrode without increasing the mask process compared with the conventional method for manufacturing an array substrate for a COT structure liquid crystal display device. By eliminating the semiconductor layer, it is possible to solve problems such as leakage current and wave noise, and to increase the width of the black matrix to cover the semiconductor layer protruding from the data wiring. It is possible to provide a substrate.
또한, 소스 및 드레인 전극을 이중층으로 구성하여, 하부의 반도체층과의 오믹콘택 특성을 향상시키고자 한다.In addition, the source and drain electrodes may be configured as a double layer to improve ohmic contact characteristics with a lower semiconductor layer.
COT, 웨이비 노이즈, 누설전류 COT, wave noise, leakage current
Description
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 컬러필터를 스위칭 소자인 박막트랜지스터(Thin Fim Transistor : TFT)와 동일한 기판에 형성하는 COT (Color filter on TFT) 구조 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 액정표시장치의 구동원리는 액정의 광학적 이방성과 분극성질을 이용한다. 상기 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 가지고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자배열의 방향을 제어할 수 있다.In general, the driving principle of the liquid crystal display device uses the optical anisotropy and polarization 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 의해 상기 액정의 분자배열 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 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬방식으로 배열된 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD : Active Matrix LCD 이하, 액정표 시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.Currently, an active matrix liquid crystal display device (AM-LCD: below Active Matrix LCD, abbreviated as liquid crystal table market value), in which a thin film transistor and pixel electrodes connected to the thin film transistor are arranged in a matrix manner, has the best resolution and video performance. It is attracting attention.
상기 액정표시장치는 컬러필터, 공통전극 등이 형성된 상부기판과 스위칭 소자, 화소전극 등이 형성된 하부 기판과, 상기 두 기판 사이에 개재된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극 사이에 상하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.The liquid crystal display includes an upper substrate on which color filters, a common electrode, etc. are formed, a lower substrate on which switching elements, pixel electrodes, etc. are formed, and a liquid crystal interposed between the two substrates. It is excellent in characteristics such as transmittance and aperture ratio in such a manner that the liquid crystal is driven by an electric field applied up and down.
또한, 상부 및 하부 기판 각각에 형성되었던 컬러필터와 스위칭 소자를 동일한 기판에 형성하는 기술이 제안되어 왔다. 이는 이른바 COT (Color filter On TFT) 구조로, 컬러필터를 스위칭 소자가 형성되는 하부기판에 형성하는 구성이다. 이는 상부 및 하부 기판을 합착하는 공정에서 고려되는 합착마진을 줄여 개구율 등의 향상을 목적으로 하는 것이다.In addition, a technique for forming a color filter and a switching element formed on each of the upper and lower substrates on the same substrate has been proposed. This is a so-called COT (Color filter On TFT) structure, in which a color filter is formed on the lower substrate on which the switching element is formed. This aims to improve the aperture ratio by reducing the bonding margin considered in the process of bonding the upper and lower substrates.
종래의 COT 구조 액정표시장치에 대하여 아래의 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.A conventional COT structure liquid crystal display device will be described with reference to FIGS. 1 and 2 below.
도 1은 종래 기술에 따른 COT 구조 횡정계형 액정표시장치의 어레이 기판을 도시한 평면도이다.1 is a plan view illustrating an array substrate of a COT structure hierarchical liquid crystal display device according to the related art.
도시한 바와 같이, COT 구조 액정표시장치의 어레이 기판(10)은 투명한 기판(12) 상에 게이트 배선(14)과 데이터 배선(30)이 교차하면서 형성되어 화소영역(P)을 정의하고 있으며, 게이트 배선(14)과 데이터 배선(30)의 교차지점에는 박 막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 박막트랜지스터(T)는 게이트 전극(16) 반도체층(24)과, 서로 이격되어 있는 소스 전극(32)과 드레인 전극(34)을 포함하고 있다. 소스 및 드레인 전극(32, 34)과 데이터 배선(30) 하부에는 반도체층(24)이 형성되고, 반도체층(24) 중 액티브층(미도시)은 그 제조 공정의 특성상 소스 및 드레인 전극(32, 34)과 데이터 배선(30)으로부터 돌출되어 있는 형태를 갖게 된다. 즉, 액티브층(미도시)이 소스및 드레인 전극(32, 34)과 데이터 배선(30)의 폭보다 더 넓은 폭을 갖게 되며, 이는 누설전류, 웨이비 노이즈, 개구율 감소 등의 문제를 일으킨다. 그 자세한 이유는 그 제조 공정을 설명하는 도 2a 내지 도 2g를 통해 설명한다.As illustrated, the
또한, 화소영역(P)에, 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(34)과 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 연결되는 화소전극(50)이 형성되어 있다. 화소전극(50)은 전단의 게이트 배선(14)과 중첩되면서, 그 하부에 형성되어 있는 섬형상의 금속패턴(36)과 제 2 콘택홀(CH2)을 통해 연결되는 구성을 갖는데, 이에 의해 스토리지 캐패시터(Cst)가 구성된다. 각 화소영역(P)에는 적, 녹, 청색 중 어느 하나의 색을 갖는 컬러필터(R, G, B)가 형성됨으로써, COT 구조 액정표시장치용 어레이기판(10)을 구성하게 된다. In the pixel region P, a
위와 같이, 통상 상부기판에 형성되던 컬러필터가 COT 구조의 특성상 스위칭 소자인 박막트랜지스터 등과 함께 하부기판에 형성되기 때문에, 상부기판에는 일반적으로 박막트랜지스터 등 비표시영역을 가리기 위한 블랙매트릭스와, 화소전극(50)과 함께 전계를 형성하는 공통전극만이 형성되게 된다.As described above, since the color filter, which is usually formed on the upper substrate, is formed on the lower substrate together with the thin film transistor, which is a switching element, due to the characteristics of the COT structure, the upper substrate generally includes a black matrix to cover a non-display area such as a thin film transistor and a pixel electrode. Only the common electrode forming the electric field together with 50 is formed.
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 II-II선을 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views of manufacturing processes of portions cut along the line II-II of FIG. 1.
컬러필터를 하부기판에 형성하는 COT 구조의 경우, 컬러필터의 형성을 위한 공정으로 인해 마스크 공정 수가 증가할 수 밖에 없으며, 마스크 공정 수를 줄이기 위한 방편 중 하나가 반도체층과 소스 및 드레인 전극을 하나의 마스크 공정으로 형성하는 것이며, 이를 도 2a 내지 도 2g에 도시하였다.In the case of the COT structure in which the color filter is formed on the lower substrate, the number of mask processes is inevitably increased due to the process for forming the color filter. It is formed by the mask process of, which is shown in Figures 2a to 2g.
도 2a는 제 1 마스크 공정을 보여준다. 도시한 바와 같이, 기판(12) 상에 제 1 금속층(미도시)을 형성하고, 제 1 마스크 공정에 의해 제 1 금속층(미도시)을 패터닝함으로써, 기판(12) 상에 게이트 배선(14)과 이와 연결되어 있는 게이트 전극(16)을 형성한다. 기판(12) 상에는 화소전극이 위치하며 영상 표시의 영역이 되는 화소영역(P)과, 스위칭 소자인 박막트랜지스터가 형성될 스위칭영역(S)과, 스토리지 캐패시터가 형성될 캐패시터 영역(C)이 정의되어 있다. 따라서, 게이트 전극(16)은 스위칭영역(S)에 형성되고, 게이트 배선(14)은 화소영역(P)의 경계를 따라 캐패시터 영역(C)에 형성되게 된다. 그리고, 게이트 전극(16) 등을 덮으며, 기판(12)의 전면에 게이트 절연막(18)을 형성한다.2A shows a first mask process. As shown, the
도 2b 내지 도 2d는 제 2 마스크 공정을 보여준다.2B-2D show a second mask process.
도 2b에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(18) 상에 순수 비정질 실리콘층(20), 불순물 비정질 실리콘층(21) 및 제 2 금속층(22)을 순차적으로 적층하고, 그 상부에 포토레지스트와 같은 물질을 도포하여 포토레지스트층(미도시)을 형성한 다. 그리고, 포토레지스트층(미도시) 상부에 투과부(TA), 반투과부(HTA) 및 차단부(BA)를 갖는 마스크(M)를 위치시킨다. 여기서, 반투과부(HTA)는 투과부(HT)보다 작고 차단부(BA)보다 큰 투과율을 갖는다. 위와 같이 반투과부(HTA)를 포함하는 마스크(M)를 이용하여 포토레지스트층(미도시)을 노광 및 현상함으로써, 각각 제 1 및 제 2 두께(t1, t2)를 가지며, 각각 차단부(BA)와 반투과부(HTA)에 대응하는 위치의 제 1 및 제 2 포토레지스트패턴(72a, 72b)을 형성한다. 제 1 포토레지스트패턴(72a)은 스위칭영역(S)과 캐패시터영역(C)에 형성되고, 제 1 포토레지스트패턴(72a)의 제 1 두께(t1)보다 작은 제 2 두께(t2)를 갖는 제 2 포토레지스트패턴(72b)은 스위칭 영역(S)의 중앙부, 즉 게이트 전극(16)에 대응하여 형성된다. 제 1 및 제 2 포토레지스트패턴(72a, 72b) 외부로, 마스크(M)의 투과부(TA)에 대응하여서는 포토레지스트층(미도시)이 모두 제거되어 제 2 금속층(22)을 노출시키게 된다.As shown in FIG. 2B, the pure amorphous silicon layer 20, the impurity
다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 제 1 및 제 2 포토레지스트패턴(도 2b의 72a, 72b) 외부로 노출된 제 2 금속층(도 2b의 22)과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘층(도 2b의 21) 및 순수 비정질 실리콘층(도 2b의 20)을 차례로 제거함으로써, 스위칭영역(S)에 순차적으로 적층된 제 1 순수 비정질 실리콘 패턴(20a), 제 1 불순물 비정질 실리콘 패턴(21a) 및 제 1 금속패턴(22a)을 게이트 절연막(18) 상에 형성한다. 동시에, 캐패시터 영역(C)에 순차적으로 적층된 제 2 순수 비정질 실리콘 패턴(20b), 제 2 불순물 비정질 실리콘 패턴(21b) 및 제 2 금속패턴(22b)을 게이트 절연막(18) 상에 형성한다. 따라서, 제 1 및 제 2 포토레지스트패턴(도 2b의 72a, 72b)이 형성되어 있지 않은 영역에는 게이트 절연막(18)이 외부로 노출되게 된다.Next, as shown in FIG. 2C, the second metal layer (22 of FIG. 2B) exposed to the outside of the first and second photoresist patterns (72a and 72b of FIG. 2B) and the impurity amorphous silicon layer below it (FIG. 2B). 21) and the pure amorphous silicon layer (20 of FIG. 2B) are sequentially removed, thereby sequentially depositing the first pure
그리고, 제 1 및 제 2 포토레지스트패턴(도 2b의 72a, 72b)에 대하여 애싱(ashing) 공정을 진행하여, 제 2 두께를 갖는 제 2 포토레지스트패턴(도 2b의 72b)을 제거하여 게이트 전극(16)에 대응하는 제 1 금속패턴(22a)을 노출시킨다. 동시에 제 1 포토레지스트패턴(도 2b의 72b)도 애싱되어 제 3 두께(t3)를 갖는 제 3 포토레지스트패턴(72c)를 형성한다. 이때, 제 1 포토레지스트패턴(도 2b의 72b) 끝단에 대하여도 애싱 공정이 진행되기 때문에, 제 3 포토레지스트패턴(72c) 주변으로 제 1 및 제 2 금속패턴(22a, 22b)이 노출되게 된다.Then, the ashing process is performed on the first and second photoresist patterns (72a and 72b of FIG. 2B), and the second photoresist pattern (72b of FIG. 2B) having the second thickness is removed to remove the gate electrode. The
다음, 도 2d에 도시한 바와 같이, 스위칭영역(S)에 있어서 게이트 전극(16)에 대응하여 노출된 제 1 금속패턴(도 2c의 22a)을 제거하여, 서로 이격되어 있는 소스 전극(32) 및 드레인 전극(34)을 형성하고, 소스 및 드레인 전극(32, 34)을 마스크로 이용하여 제 1 불순물 비정질 실리콘패턴(도 2c의 21a)을 제거함으로써 그 하부의 제 1 순수 비정질 실리콘패턴(도 2c의 20a)를 노출시킨다. 여기서, 제 1 불순물 비정질 실리콘패턴(도 2c의 21a)은 중앙부가 제거되어 소스 및 드레인 전극(32, 34) 하부에 서로 이격하는 오믹콘택층(24b)이 되고, 제 1 순수 비정질 실리콘패턴(도 2c의 20a)이 오믹콘택층(24b) 사이에서 노출됨으로써 채널 영역이 정의된 액티브층(24a)이된다. 상기 오믹콘택층(24b)과 액티브층(24a)은 반도체층(24)을 구성한다. 즉, 스위칭영역(S)에는 게이트 전극(16), 게이트 절연막(18), 액티브층(24a)과 오믹콘택층(24b)으로 이루어지는 반도체층(24), 소스 전극(32) 및 드레 인 전극(34)이 적층되어 있는 구성이 되며, 이는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)를 구성한다.Next, as illustrated in FIG. 2D, the
한편, 캐패시터영역(C)에 있어서도 제 3 포토레지스트패턴(도 2c의 72c) 주변으로 노출되어 있는 제 2 금속패턴(도 2c의 22b)와 제 2 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 2c의 21b)이 제거되어, 그 하부의 제 2 순수 비정질 실리콘 패턴(도 2c의 20b)의 끝단을 노출시키게 됨으로써, 게이트 배선(14)에 대응하여, 게이트 절연막(18), 제 1 반도체 패턴(26a) 및 제 2 반도체 패턴(26b)로 이루어지는 반도체 패턴(26)과 금속패턴(36)이 적층된 구조가 된다.Meanwhile, also in the capacitor region C, the second metal pattern (22b of FIG. 2C) and the second impurity amorphous silicon pattern (21b of FIG. 2C) exposed around the third photoresist pattern (72c of FIG. 2C) are removed. By exposing the bottom end of the second pure amorphous silicon pattern (20b in FIG. 2C), the
도시되어 있지 않으나, 화소영역(P)의 경계에 게이트 배선(14)과 교차하여 화소영역(P)을 정의하고 소스 전극(32)으로부터 연장되는 데이터 배선이 형성된다. 위와 같이 데이터 배선은 소스 전극(32)과 연장되어 있기 때문에 소스 전극(32)이 형성된 부분과 동일한 적층 구조를 갖게 된다. 즉, 데이터 배선 하부에도 액티브층(24a)으로부터 연장되는 제 3 반도체 패턴과 오믹콘택층(24b)으로부터 연장되는 제 4 반도체 패턴이 형성된다. 다음으로, 제 3 포토레지스트패턴(72c)를 제거한다.Although not shown, data lines are formed at the boundary of the pixel region P to cross the
도 2e는 제 3 마스크 공정을 보여준다. 도시한 바와 같이, 컬러필터를 형성하기 이전에 소스 및 드레인 전극(32, 34)과 데이터 배선(미도시) 및 금속패턴(36) 상부로 질화실리콘 또는 산화실리콘 등을 포함하는 무기절연물질을 이용하여 제 1 보호층(38)을 형성한다. 만약, 제 1 보호층(38)을 형성하지 않고 컬러필터를 형성하게 된다면, 박막트랜지스터(T)의 특성을 결정하는 노출된 액티브층(24a)이 컬러필터의 형성과정에서 오염되게 되며, 이는 박막트랜지스터(T)의 특성 저하를 초래 하게 된다. 따라서, 제 1 보호층(38)의 형성은 필수적인 공정이다.2E shows a third mask process. As shown, an inorganic insulating material including silicon nitride or silicon oxide is used on the source and drain
다음, 제 1 보호층(38) 상부로, 적, 녹, 청색 중 어느 하나의 색을 갖는 안료를 도포하고 제 3 마스크 공정에 의해 패터닝함으로써, 화소영역(P)에 대응하는 컬러필터(G)를 형성한다. 그리고, 도시되어 있지 않으나, 이웃한 화소영역(P)에 제 4 및 제 5 마스크 공정을 이용하여 적색 및 청색 컬러필터를 형성한다.Next, a color filter G corresponding to the pixel region P is applied by applying a pigment having a color of red, green, or blue to the upper portion of the first
도 2f는 제 6 마스크 공정을 보여준다. 도시한 바와 같이, 제 1 컬러필터(G)의 상부로 무기절연물질을 이용하여 제 2 보호층(42)을 형성하고, 제 6 마스크 공정에 의해 스위칭 영역(S)의 드레인 전극(34)과 캐패시터 영역(C)의 금속패턴(36)을 각각 노출시키는 제 1 및 제 2 콘택홀(CH1, CH2)을 형성한다. 제 2 보호층(42)은 컬러필터(G)으로부터 안료 물질이 용출되어 액정을 오염시키는 문제를 방지하는 역할을 한다.2F shows a sixth mask process. As shown, the second
다음, 제 7 마스크 공정을 도시한 도 2g에 도시한 바와 같이, 제 2 보호층(42)의 상부로 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)와 같은 투명 도전성 물질을 증착하고 제 7 마스크 공정을 진행하여 화소영역(P)에 화소전극(50)을 형성한다. 화소전극(P)은 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 드레인 전극(34)과 접촉함으로서 박막트랜지스터(T)와 연결되며, 제 2 콘택홀(CH2)을 통해 금속패턴(36)과 연결된다. 여기서, 게이트 배선(16)과 금속패턴(36)은 상하로 중첩되게 되어 스토리지 캐패시터(Cst)를 구성하게 된다.Next, as shown in FIG. 2G illustrating the seventh mask process, a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO) is formed on top of the second
위와 같은 공정에 의해 COT 구조의 액정표시장치용 어레이 기판이 완성된다. 앞서 설명한 바와 같이, CTO 구조에 따라 증가할 수 밖에 없는 마스크 공정에 의해 제조 공정의 부담을 경감하기 위해 반도체층과 소스, 드레인 전극을 하나의 마스크로 형성하게 되는데, 이에 의해 몇 가지 문제가 발생한다.By the above process, an array substrate for a liquid crystal display device having a COT structure is completed. As described above, the semiconductor layer, the source, and the drain electrode are formed as one mask in order to reduce the burden of the manufacturing process by the mask process, which is inevitably increased according to the CTO structure, which causes some problems. .
즉, 완성된 어레이 기판을 보여주는 도 2g에서, 소스 전극(32), 드레인 전극(34) 주변으로, 이른바 액티브 테일(active tail)로 지칭되는, 순수 비정질 실리콘으로 이루어지는 액티브층(24)이 노출되게 되는데, 이는 기판(12) 하부에 위치하는 백라이트 유닛(미도시)에서 공급되는 빛 및 외부의 빛에 노출되어 누설전류(Ioff)를 발생시키게 되어 박막트랜지스터(T)의 특성 저하를 가져온다. 또한, 데이터 배선(미도시)의 주변으로도 순수 비정질 실리콘으로 이루어지며 액티브층으로 연장되는 반도체 패턴이 돌출되어 빛에 노출되게 되며, 이는 화소전극(50)과의 사이에서 웨이비 노이즈(wavy noise) 문제를 발생시켜 영상 품질의 저하를 가져오게 된다. 또한, 데이터 배선(미도시) 주변으로 노출된 반도체 패턴을 가리기 위해, 상부전극에는 보다 큰 폭의 블랙매트릭스가 존재하여야 하기 때문에 개구율 감소의 문제를 발생시키게 된다.That is, in FIG. 2G showing the completed array substrate, around the
본 발명은 COT 구조 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정에 있어서, 마스크 공정 수의 증가 없이 향상된 품질을 갖는 COT 구조 액정표시장치용 어레이기판을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide an array substrate for a COT structure liquid crystal display device having improved quality without increasing the number of mask processes in the manufacturing process of the array substrate for the COT structure liquid crystal display device.
즉, 소스 전극, 드레인 전극과 데이터 배선 주변으로 돌출되는 비정질 실리콘 물질에 의해 발생하는 누설전류, 웨이비 노이즈, 개구율 감소의 문제를 방지하여, 우수한 품질의 영상을 제공할 수 있는 COT 구조 액정표시장치의 제조 방법을 제안하고자 한다. That is, a COT structure liquid crystal display device capable of providing excellent quality images by preventing leakage currents, wave noise, and reduction of aperture ratio caused by amorphous silicon materials protruding around the source electrode, drain electrode, and data wiring. To propose a method of preparation.
위와 같은 문제의 해결을 위하여, 본 발명은 기판 상에 일 방향으로 연장되어 있는 게이트 배선과, 상기 게이트 배선에 연결되어 있는 게이트 전극과, 상기 게이트 배선과 평행하게 이격되어 있는 공통배선을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선, 상기 게이트 전극 및 상기 공통배선이 형성되어 있는 기판에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 상에, 상기 게이트 전극에 대응하여 순수 비정질 실리콘패턴과 그 상부면이 평탄한 불순물 비정질 실리콘 패턴을 형성하는 단계와; 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴이 형성되어 있는 기판 상에 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터 패턴을 덮고, 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴을 노출시키는 제 1 보호층을 형성하는 단계와; 상기 노출된 불순물 비정질 실리 콘 패턴 상에 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 연결되며 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선과, 상기 드레인 전극과 연결되며 상기 화소영역으로 연장되는 화소전극과, 상기 공통배선과 연결되며 상기 화소전극과 평행하게 교대로 배열되는 제 1 공통전극을 형성하는 단계를 포함하는 COT 구조 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention comprises the steps of forming a gate wiring extending in one direction on the substrate, a gate electrode connected to the gate wiring, and a common wiring spaced in parallel with the gate wiring Wow; Forming a gate insulating film on a substrate on which the gate wiring, the gate electrode and the common wiring are formed; Forming a pure amorphous silicon pattern and an impurity amorphous silicon pattern having a flat top surface corresponding to the gate electrode on the gate insulating layer; Forming a color filter pattern on the substrate on which the impurity amorphous silicon pattern is formed; Forming a first passivation layer covering the color filter pattern and exposing the impurity amorphous silicon pattern; A source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the exposed impurity amorphous silicon pattern, a data line connected to the source electrode and defining a pixel area crossing the gate line, and connected to the drain electrode and the pixel area A method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display (COT) structure, the method comprising: forming a pixel electrode extending to the first electrode; and a first common electrode connected to the common wiring and alternately arranged in parallel with the pixel electrode.
또한, 본 발명은, 기판 상에 일 방향으로 연장되어 있는 게이트 배선과, 상기 게이트 배선에 연결되어 있는 게이트 전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트 배선 및 상기 게이트 전극이 형성되어 있는 기판에 게이트 절연막을 형성하는 단계와; 상기 게이트 절연막 상에, 상기 게이트 전극에 대응하여 순수 비정질 실리콘패턴과 불순물 비정질 실리콘 패턴을 형성하는 단계와; 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴이 형성되어 있는 기판 상에 컬러필터 패턴을 형성하는 단계와; 상기 컬러필터 패턴을 덮고, 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴을 노출시키는 제 1 보호층을 형성하는 단계와; 상기 노출된 불순물 비정질 실리콘 패턴 상에 서로 이격하는 소스 전극 및 드레인 전극과, 상기 소스 전극과 연결되며 상기 게이트 배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터 배선과, 상기 드레인 전극과 연결되며 상기 화소영역으로 연장되는 화소전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 이격된 소스 및 드레인 전극을 마스크로 이용하여 상기 불순물 비정질 실리콘 패턴을 제거하고 상기 순수 비정질 실리콘 패턴을 노출시키는 것을 특징으로 하는 COT 구조 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device comprising: forming a gate wiring extending in one direction on a substrate, and a gate electrode connected to the gate wiring; Forming a gate insulating film on a substrate on which the gate wiring and the gate electrode are formed; Forming a pure amorphous silicon pattern and an impurity amorphous silicon pattern on the gate insulating layer, corresponding to the gate electrode; Forming a color filter pattern on the substrate on which the impurity amorphous silicon pattern is formed; Forming a first passivation layer covering the color filter pattern and exposing the impurity amorphous silicon pattern; A source electrode and a drain electrode spaced apart from each other on the exposed impurity amorphous silicon pattern, a data line connected to the source electrode and defining a pixel region crossing the gate line, and connected to the drain electrode and the pixel region. Forming an extended pixel electrode, and removing the impurity amorphous silicon pattern and exposing the pure amorphous silicon pattern by using the spaced source and drain electrodes as masks. Provided is a method of manufacturing an array substrate.
본 발명은 종래에 반도체층과 소스, 드레인 전극을 동시에 형성하는 기술에 비교하여 볼 때, 마스크 수의 증가 없이 누설전류 및 웨이비 노이즈의 문제를 해결하고, 또한 향상된 개구율을 갖는 COT 구조 액정표시장치용 어레이기판의 제공이 가능하다.The present invention solves the problem of leakage current and wave noise without increasing the number of masks, and has a COT structure liquid crystal display device having an improved aperture ratio, compared to the conventional technique of simultaneously forming a semiconductor layer, a source, and a drain electrode. It is possible to provide an array substrate.
즉, 게이트 전극 상부에 섬 형상을 갖는 반도체층과 그 상부의 소스 및 드레인 전극을 서로 다른 마스크 공정에 의해 형성함으로써, 반도체층, 특히 액티브층이 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선으로부터 돌출됨으로써 발생하게 되는 누설전류 및 웨이비 노이즈 등의 문제를 해결하는 효과를 갖게 된다. 반면, 소스 및 드레인 전극과 화소전극(및 공통전극)을 하나의 마스크 공정에 의해 형성함으로써 마스크 공정의 증가를 방지할 수 있게 된다.That is, by forming a semiconductor layer having an island shape on the gate electrode and the source and drain electrodes thereon by different mask processes, the semiconductor layer, particularly the active layer, is generated by protruding from the source and drain electrodes and the data wiring. This has the effect of solving problems such as leakage current and wave noise. On the other hand, by forming the source and drain electrodes and the pixel electrode (and the common electrode) by one mask process, it is possible to prevent the increase of the mask process.
본 발명은 아일랜드 형상의 반도체층을 구비하여 누설전류, 웨이비 노이즈 및 개구율 감소의 문제를 해결하고, 또한 박막트랜지스터의 채널을 컬러필터 형성공정에서 보호하기 위한 보호층을 생략한 간단한 구조의 COT 구조 액정표시장치용 어레이기판의 제조공정을 제공한다.The present invention solves the problems of reducing leakage current, wave noise, and aperture ratio by providing an island-shaped semiconductor layer, and also omits a protective layer for protecting a channel of a thin film transistor in a color filter forming process. Provided are a manufacturing process of an array substrate for a liquid crystal display device.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 COT 구조 액정표시장치용 어레이기판에 대한 개략적인 평면도이다.3 is a schematic plan view of an array substrate for a COT structure liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도시한 바와 같이, COT 구조 액정표시장치의 어레이 기판(100)은 투명한 기 판(110) 상에 게이트 배선(112)과 데이터 배선(140)이 교차하면서 형성되어 화소영역(P)을 정의하고 있으며 상기 게이트 배선(112)과 상기 데이터 배선(140)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 상기 데이터 배선(140)은 화소영역(P)의 중간 부분에서 꺾여진 형상을 가져, 멀티 도메인 구조를 가능하게 한다. 다만, 데이터 배선(140)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 꺾인 부분을 갖지 않는 직선 형상일 수도 있다. 상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트 배선(112)과 연결되어 있는 게이트 전극(114)과 상기 게이트 전극(114) 상부의 반도체층(124)과, 상기 반도체층(124) 상부에 데이터 배선(140)으로부터 연장되어 있는 소스 전극(142)과 상기 소스 전극(142)으로부터 이격되어 있는 드레인 전극(144)을 포함하고 있다. 여기서, 상기 소스 전극(142)은 U 형상을 갖고, 상기 드레인 전극(144)은 U 형상의 개구부에 삽입되는 바(bar) 형상을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나 소스 및 드레인 전극의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 게이트 전극의 상부에 반도체층과 중첩되면서, 서로 이격되는 구조를 갖는 한 어떠한 형상도 가능하다.As illustrated, the
여기서 본 발명에 따른 COT 구조 액정표시장치용 어레이기판(100)은, 도 1을 통해 도시한 종래의 어레이 기판과 달리, 액티브층(미도시)을 포함하는 반도체층(124)은 게이트 전극(114) 상부에만 섬 형상으로 이루어진다. 즉, 게이트 전극(114) 외부로 연장되는 소스 및 드레인 전극(142, 144) 하부와, 데이터 배선(140) 하부에는 반도체층(124)이 형성되지 않는다.Here, in the
위와 같이, 게이트 전극(114)에만 섬 형상으로 상기 게이트 전극(114)과 같거나 작은 단면적을 갖고 완전히 중첩되도록 반도체층(124)이 구성되기 때문에, 종 래와 같이 박막트랜지스터에서(T)의 누설전류에 의해 특성 저하 문제가 발생할 여지가 없고, 또한 데이터 배선(140) 주변으로 반도체 패턴이 돌출되지 않기 때문에 웨이비 노이즈 문제가 해결되고 이를 가리기 위한 블랙매트릭스의 폭 증가를 요하지 않게 되어 개구율 감소의 문제 역시 해결할 수 있게 된다.As described above, since the
또한, 화소영역(P)에, 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(144)과 화소전극(150)이 형성되어 있다. 도시되지는 않으나, 소스 및 드레인 전극(142, 144)과 데이터 배선(140)은 이중층 구조를 갖고, 상기 화소전극(150)은 드레인 전극(144)의 하부층으로부터 연장된 구조를 갖게 된다. 또한 화소전극(150)은 전단의 게이트 배선(112)과 중첩되도록 구성된다. 여기서, 게이트배선(112)의 중첩부분을 제 1 전극으로 하고, 화소전극(150)의 중첩부분을 제 2 전극으로 하며, 제 1 및 제 2 전극 사이에 개재되어 있는 절연층(미도시)을 유전체층으로 하여, 스토리지 캐패시터(Cst)를 구성하게 된다. In the pixel region P, the
또한, 각 화소영역(P)에는 적, 녹, 청색 중 어느 하나의 색을 갖는 컬러필터(R, G, B)가 형성된다. 즉, COT 구조의 특성 상, 상기 컬러필터(R, G, B)는 박막트랜지스터(T)와 동일한 기판(110)에 형성된다.Further, color filters R, G, and B having any one of red, green, and blue colors are formed in each pixel region P. FIG. That is, due to the characteristics of the COT structure, the color filters R, G, and B are formed on the
또한, 게이트 배선(112)의 일 끝단에는 게이트 배선(112)에 신호를 인가하기 위한 게이트 패드(118)가 형성되고, 상기 게이트 패드(118)와 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 연결되는 게이트 패드 단자(152)가 형성된다. 또한, 데이터 배선(140)의 일 끝단에는 데이터 배선(140)에 신호를 인가하기 위한 데이터 패드(119)가 형성되고, 상기 데이터 패드(119)와 제 2 콘택홀(CH2)을 통해 연결되는 데이터 패드 단 자(154)가 형성되어 있다.In addition, a
본 발명의 실시예에 있어서의 가장 큰 특징은 마스크 공정의 증가 없이, 섬 형상의 반도체층을 형성할 수 있는 제조 방법에 관한 것이며, 이를 도 4a 내지 도 4k, 도 5a내지 도 5k, 도 6a내지 도 6k을 참조하여 설명한다.The biggest feature of the embodiment of the present invention relates to a manufacturing method capable of forming an island-shaped semiconductor layer without increasing the mask process, which is illustrated in FIGS. 4A to 4K, 5A to 5K, and 6A to 6A. It demonstrates with reference to FIG. 6K.
도 4a 내지 도 4k는 도 3의 IV-IV를 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이고, 도 5a내지 도 5k는 도 3의 V-V를 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이며, 도 6a내지 도 6k는 도 3의 VI-VI을 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 기판 상에는 박막트랜지스터가 형성되는 스위칭 영역(S)을 포함하는 화소영역(P)과, 스토리지 캐패시터가 형성되는 캐패시터영역(C)과, 게이트 패트 및 데이터 패드가 각각 형성되는 게이트 패드부(GP) 및 데이터 패드부(DP)를 정의한다.4A to 4K are cross-sectional views of manufacturing parts cut along the line IV-IV of FIG. 3, and FIGS. 5A to 5K are cross-sectional views of manufacturing parts of the cutting parts taken along VV of FIG. 3, and FIGS. 6A to 4K. 6k is a cross-sectional view of the manufacturing process of the portion cut along the line VI-VI of FIG. 3. For convenience of description, a pixel region P including a switching region S in which a thin film transistor is formed, a capacitor region C in which a storage capacitor is formed, and a gate in which a gate pad and a data pad are formed on a substrate, respectively. The pad part GP and the data pad part DP are defined.
도 4a, 5a, 6a는 제 1 마스크 공정을 보여준다. 도시된 바와 같이, 기판(110) 상에 제 1 금속층(미도시)을 형성하고 패터닝하여 상기 화소영역(P)의 경계를 따라 일방향으로 연장되며 게이트 배선(112)과, 상기 스위칭 영역(S)에 상기 상기 게이트 배선(112)과 연결되는 게이트 전극(114)을 형성한다. 상기 게이트 배선(112)은 상기 캐패시터영역(C)에 대응하여 위치한다. 상기 제 1 금속층(미도시)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴 중 적어도 어느 하나의 물질로 이루어진다.4A, 5A, and 6A show a first mask process. As illustrated, a first metal layer (not shown) is formed and patterned on the
또한, 상기 게이트 배선(112)의 일 끝단에 연결되어 상기 게이트 패드부(GP)에는 게이트 패드(118)가 형성되고, 데이터 패드부(DP)에는 데이터 패드(119)가 형 성된다.In addition, a
다음, 상기 게이트 배선(112), 게이트 전극(114), 게이트 및 데이터 패드(118, 119)가 형성되어 있는 기판(110)의 전면에 질화실리콘 또는 산화실리콘 등과 같은 무기절연물질을 증착하여 게이트 절연막(120)을 형성한다.Next, a gate insulating film is deposited by depositing an inorganic insulating material such as silicon nitride or silicon oxide on the entire surface of the
도 4b 내지 도 4d, 도 5b 내지 도 5d, 도 6b 내지 도 6d은 제 2 마스크 공정을 보여준다.4B-4D, 5B-5D, and 6B-6D show a second mask process.
도 4b, 5b, 6b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막(120) 상에 순수 비정질 실리콘층(121), 불순물 비정질 실리콘층(122)을 연속하여 증착하고, 그 상부에 감광성 물질인 포토레지스트를 이용하여 포토레지스트층(미도시)을 형성한다. 다음, 포토레지스트층(미도시) 상부에 투과부(TA), 반투과부(HTA) 및 차단부(BA)를 갖는 마스크(M)를 위치시킨다. 여기서, 투과부(TA), 반투과부(HTA) 및 차단부(BA)는 각각 그 빛 투과율을 달리하는 영역이다. 투과부(HTA)는 빛을 투과시켜 빛에 의해 포토레지스트층(미도시)이 완전한 화학적 변화 즉, 완전 노광되도록 하는 기능을 하며, 상기 차단부(BA)는 빛을 완전히 차단하는 기능을 한다. 또한, 반투과부(HTA)는 마스크(M)에 슬릿(slit)형상 또는 반투명막을 형성하여, 빛의 강도를 낮추거나 빛의 투과량을 낮추어 상기 포토레지스트층(미도시)을 불완전 노광할 수 있도록 하는 기능을 한다.As shown in FIGS. 4B, 5B, and 6B, pure
위와 같이 반투과부(HTA)를 포함하는 마스크(M)를 이용하여 포토레지스트층(미도시)을 노광 및 현상함으로써, 각각 제 1 및 제 2 두께(t1, t2)를 가지며, 각각 차단부(BA)와 반투과부(HTA)에 대응하는 위치의 제 1 및 제 2 포토레지스트패 턴(182a, 182b)을 형성한다. 차단부(BA)에 대응하는 제 1 포토레지스트패턴(182a)은 스위칭영역(S)에 형성되고, 게이트 패드부(GP)에 있어 게이트 패드(118)의 중심부와, 데이터 패드부(DP)에 있어 데이터 패드(119)의 중심부에 대하여는 마스크(M)의 투과부(TA)에 대응하여 상기 포토레지스트층(미도시)가 모두 제거되어 각각 상기 불순물 비정질 실리콘층(122)이 노출되게 된다. 나머지 영역에 대하여는 상기 제 1 포토레지스트패턴(182a)의 제 1 두께(t1)보다 작은 제 2 두께(t2)를 갖는 제 2 포토레지스트패턴(182b)이 형성된다.By exposing and developing the photoresist layer (not shown) using the mask M including the transflective portion HTA as described above, the first and second thicknesses t1 and t2 are respectively provided, and the blocking portions BA are respectively. ) And the first and
다음, 도 4c, 5c, 6c에 도시된 바와 같이, 노출된 불순물 비정질 실리콘층(122)과 그 하부의 순수 비정질 실리콘층(121) 및 게이트 절연막(120)을 제거하여 상기 게이트 패드(118)와 상기 데이터 패드(119)를 각각 노출시키는 제 1 및 제 2 콘택홀(CH1, CH2)을 형성한다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트패턴(도 4b, 5b, 6b의 182a, 182b)에 대하여 애싱 공정(ashing)을 진행하여 그 두께가 작은 제 2 포토레지스트패턴(도 4b, 5b, 6b의 182b)을 제거함으로써 그 하부의 불순물 비정질 실리콘층(122)을 노출시킨다. 또한 애싱 공정에 의해 제 1 포토레지스트패턴(도 4b, 5b, 6b의 182a)은 그 두께가 줄어들어 제 3 두께(t3)를 갖는 제 3 포토레지스트패턴(182c)이 스위칭 영역(S)에 형성된다.Next, as shown in FIGS. 4C, 5C, and 6C, the exposed impurity
다음, 도 4d, 5d, 6d에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 포토레지스트패턴(도 4c의 182c) 외부로 노출된 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 4c의 122)과, 그 하부의 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4c, 5c, 6c의 121)을 제거하여, 그 하부의 게이트 절연막(120)을 노출시킨다. 상기 제 3 포토레지스트패턴(도 4c의 182c)은 상기 스위 칭영역(S)에 있어 게이트 전극(114)의 중앙부에 대응하여 위치하고 있기 때문에, 상기 게이트 전극(114)에 대응하여 상기 게이트 절연막(120)의 상부에는 순수 비정질 실리콘 패턴(121a)과 불순물 비정질 실리콘 패턴(122a)이 형성된다.보다 상세하게는, 상기 제 3 포토레지스트패턴(도 4c의 182c)은 상기 게이트 전극(114)과 같거나 작은 단면적을 갖기 때문에, 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(121a)과 불순물 비정질 실리콘 패턴(122a) 또한 상기 게이트 전극(114)과 같거나 작은 단면적을 갖고, 그 결과 박막트랜지스터를 구성하게 되는 반도체층 또한 상기 게이트 전극(214)과 같거나 작은 단면적을 가지면서 섬 형상으로 형성된다.Next, as shown in FIGS. 4D, 5D, and 6D, the impurity amorphous silicon pattern (122 of FIG. 4C) exposed to the outside of the third photoresist pattern (182c of FIG. 4C) and the pure amorphous silicon pattern underneath thereof ( 121 in FIGS. 4C, 5C, and 6C are removed to expose the lower
다음, 도 4e, 5e, 6e는 제 3 마스크 공정을 보여준다. 도시한 바와 같이, 순수 비정질 실리콘 패턴(121a)과 불순물 비정질 실리콘 패턴(122a)이 형성되어 있는 게이트 절연막(120) 상에 녹색 안료를 코팅하고 이를 제 3 마스크 공정에 의해 패터닝함으로써, 화소영역(P)에 대응하는 녹색 컬러필터(G)를 형성한다. 다음으로, 도시하지 않았으나, 이웃한 화소영역(P)에 제 4 및 제 5 마스크 공정을 통해 적색 및 청색 컬러필터를 형성한다. 여기서, 적, 녹, 청색의 컬러필터는 그 형성 순서가 정해져 있는 것은 아니다. 이때, 게이트 및 데이터 패드(118, 119)는 제 1 및 제 2 콘택홀(CH1, CH2)을 통해 계속적으로 노출된 상태가 된다.Next, FIGS. 4E, 5E and 6E show a third mask process. As illustrated, the green pigment is coated on the
종래의 COT 구조 어레이 기판의 제조에 있어서는, 채널의 보호를 위한 컬러필터의 형성 전에 보호층의 형성이 요구되었으나, 본 실시예에 있어서는 컬러필터의 형성 전에 채널이 오픈된 상태가 아니며 따라서 이를 보호하기 위한 보호층의 형성을 요하지 않는다.In the manufacture of a conventional COT structure array substrate, the formation of a protective layer is required before the formation of the color filter for protecting the channel, but in the present embodiment, the channel is not opened before the formation of the color filter and thus protecting the channel. It does not require the formation of a protective layer.
도 4f 및 도 4g, 도 5f 및 도 5g, 도 6f 및 도 6g는 제 6 마스크 공정을 보여준다.4F and 4G, 5F and 5G, 6F and 6G show a sixth mask process.
먼저, 도 4f, 5f, 6f에 도시된 바와 같이, 질화실리콘 또는 산화실리콘 등의 무기절연물질을 증착하여 제 1 보호층(132)을 형성하고, 그 상부에 제 4 두께(t4)를 갖는 제 4 포토레지스트패턴(184)을 형성한다. 본 실시예에서는 질화실리콘을 이용하여 제 1 보호층(132)을 형성하는 것을 예로 보여준다. 상기 제 4 포토레지스트패턴(184)은 스위칭 영역(S), 게이트 패드(118) 및 데이터 패드부(119)를 노출시키면서 형성된다. First, as shown in FIGS. 4F, 5F, and 6F, an inorganic insulating material such as silicon nitride or silicon oxide is deposited to form a first
다음, 도 4g, 5g, 6g에 도시된 바와 같이, 제 4 포토레지스트패턴(도 4f, 5f, 6f의 184) 사이로 노출되어 있는 제 1 보호층(132)을 건식 식각(dry etching)하여 제거한다. 이때, 건식 식각은 SF6(헥사플로오린화황) 및 O2를 포함하는 가스(gas)를 이용하여 이루어지는데, 이러한 가스의 존재하에서 제 1 보호층(132)을 이루는 질화실리콘과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘 패턴(122a)을 이루는 실란(SiH4)의 식각비는 약 30~50:1이 된다. 따라서, 스위칭영역(S)에서 제 1 보호층(132)이 다소 과식각되는 경우라도 그 하부의 불순물 비정질 실리콘 패턴(122a)의 식각비가 상대적으로 매우 낮기 때문에, 그 하부의 순수 비정질 실리콘 패턴(121a)이 손상될 염려는 없다.Next, as illustrated in FIGS. 4G, 5G and 6G, the first
위와 같은 건식 식각 공정에 의해, 스위칭 영역(S)의 제 1 보호층(132)은 모 두 제거되어 순수 비정질 실리콘 패턴(122a)이 노출된 상태가 되며, 게이트 및 데이터 패드부(GP, DP) 각각에서는 제 1 및 제 2 콘택홀(CH1, CH2)을 통해 상기 게이트 패드(118), 데이터 패드(119)가 노출된 상태가 된다. By the dry etching process as described above, all of the first
여기서, 도 4c, 5c, 6c를 통해 제 1 및 제 2 콘택홀(CH1, CH2)을 형성하지 않고, 도 4g, 5g, 6g의 공정에서 제 1 보호층(132)과 함께 게이트 절연막(120)을 동시에 제거하여 콘택홀을 형성하는 것도 고려해 볼 수 있으나, 이러한 경우에는 제 1 보호층(132)이 과식각되면서 감싸고 있던 컬러필터(G)가 손상될 가능성이 존재한다. 따라서, 본 실시예와 같이, 제 1 보호층(132)의 식각 공정 이전에 게이트 절연막(120)을 식각하여 제 1 및 제 2 콘택홀(CH1, CH2)을 형성하는 것이 바람직하다.Here, without forming the first and second contact holes CH1 and CH2 through FIGS. 4C, 5C and 6C, the
제 1 보호층(132)의 식각 공정 후, 제 4 포토레지스트 패턴(184)을 제거한다.After the etching process of the first
다음, 도 4h 내지 도 4k, 도 5h 내지 도 5k, 도 6h 내지 도 6k는 제 7 마스크 공정을 보여준다.Next, FIGS. 4H-4K, 5H-5K, and 6H-6K show a seventh mask process.
먼저, 도 4h, 5h, 6h에 도시된 바와 같이, 제 2 금속층(134)과 제 3 금속층(136)을 연속하여 증착하고, 그 상부에 포토레지스트층(미도시)을 형성한 후 반투과부를 갖는 마스크(미도시)를 이용한 제 7 마스크 공정에 의해 패터닝함으로써 제 5 두께(t5)를 갖는 제 5 포토레지스트 패턴(186a)과 제 5 두께(t5)보다 작은 제 6 두께(t6)를 갖는 제 6 포토레지스트 패턴(186b)을 형성한다. 여기서, 제 2 금속층(134)은 몰리브덴-티타늄 합금, 몰리브덴, 크롬, 티타늄 중 어느 하나의 물질로 이루어지며 400-500 Å 정도의 두께로 투명성을 갖게 된다. 제 2 금속층(134)은 추후 화소전극을 이루게 되는데, 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 같은 물질을 이용하지 않는 것은, ITO와 같은 물질이 오믹콘택층과의 오믹콘택 특성이 나쁘기 때문이다. 또한 제 3 금속층(136)은 구리로 이루어진다. 그리고 제 5 포토레지스트 패턴(186a)은 화소영역(P)과, 게이트 패드부(GP)와 데이터 패드부(DP)에 대응하여 위치하며, 제 6 포토레지스트 패턴(186b)은 스위칭 영역(S)의 양 가장자리에 위치하게 된다. 즉, 스위칭 영역(S)에 있어 불순물 비정질 실리콘 패턴(122a)에 대응하는 제 3 금속층(136)은 제 6 포토레지스트 패턴(186b) 사이로 노출된다.First, as shown in FIGS. 4H, 5H, and 6H, the
다음, 도 4i, 5i, 6i에 도시된 바와 같이, 노출된 제 3 금속층(도 4h, 5h, 6h의 136)과 그 하부의 제 2 금속층(도 4h, 5h, 6h의 134)을 습식 식각에 의해 제거하고, 스위칭 영역(S)에 있어 제 2 및 제 3 금속층(도 4h, 5h, 6h의 134, 136)이 제거되어 노출된 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 122a)을 제거함으로써 그 하부의 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 121a)을 노출시킨다.Next, as shown in FIGS. 4i, 5i and 6i, the exposed third metal layer (136 in FIGS. 4h, 5h and 6h) and the second metal layer (134 in FIGS. 4h, 5h and 6h) below are subjected to wet etching. And the second and third metal layers (134, 136 of FIGS. 4H, 5H, 6H) are removed in the switching region S to remove the exposed impurity amorphous silicon pattern (122a of FIG. 4H). The pure amorphous silicon pattern (121a in FIG. 4H) is exposed.
스위칭 영역(S)에 있어, 순수 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 121a)은 액티브층(124a)이 되고, 그 상부에 식각된 상태의 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 4h의 122a)은 오믹콘택층(124b)이 되며, 노출된 액티브층(124a)의 영역은 채널 영역으로 정의된다. 또한, 상기 오믹콘택층(124b)의 상부에는 이중층 구조를 가지며 서로 이격하는 소스 전극(142) 및 드레인 전극(144)이 형성된다. 여기서, 소스 및 드레인 전극(142, 144)은 각각 제 2 금속층(도 4h, 5h, 6h의 134)으로부터 형성되는 하부층(142a, 144a)과 제 3 금속층(도 4h, 5h, 6h의 136)으로부터 형성되는 상부 층(142b, 144b)으로 이루어진다. 동시에, 상기 소스 전극(142)과 연결되며 동일한 이중층 구조를 갖고, 상기 게이트 배선(112)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)이 형성된다. 그리고, 게이트 및 데이터 패드부(GP, DP)에는 각각 제 1 및 제 2 콘택홀(CH1, CH2)을 통해 게이트 및 데이터 패드(118, 119)와 접촉하는 제 1 금속패턴(134b, 134c) 및 제 2 금속패턴(136b, 136c)이 형성된다. 또한, 화소영역(P)에 있어서 녹색 컬러필터(G) 상부에 제 1 및 제 2 금속패턴(134a, 136a)이 형성된다.In the switching region S, the pure amorphous silicon pattern (121a of FIG. 4H) becomes the
다음으로, 애싱공정의 진행에 의하여 제 6 포토레지스트패턴(도 4h, 5h, 6h의 186b)은 제거되며, 제 5 포토레지스트패턴(도 4h, 5h, 6h의 186a)은 그 두께가 작아져 제 7 두께(t7)를 갖는 제 7 포토레지스트 패턴(186c)을 형성하게 된다. 그리고, 상기 제 7 포토레지스트 패턴(186c) 상부로 질화실리콘 또는 산화실리콘 등의 무기절연물질을 스퍼터(sputter)를 이용하여 적층함으로써 제 2 보호층(138)을 형성한다. 일반적으로, 무기절연물질은 화학기상증착(CVD)에 의하나, 화학기상증착은 보통 350℃ 이상의 고온에서 이루어지고 이러한 고온 조건은 약 200℃의 녹는 점을 갖는 제 7 포토레지스트 패턴(186c)의 형상을 손상시켜 원하는 패턴을 얻을 수가 없게 된다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 제 2 보호층(138)의 형성은 스퍼터를 이용하여 약 150℃ 이하의 비교적 저온 공정으로 진행되기 때문에, 포토레지스트패턴의 손상 없이 원하는 패턴을 얻을 수 있게 된다.Next, as the ashing process proceeds, the sixth photoresist pattern (186b of FIGS. 4H, 5H and 6H) is removed, and the thickness of the fifth photoresist pattern (186a of FIGS. 4H, 5H and 6H) decreases to a thickness. A
이때, A 부분에서 보여주는 바와 같이, 앞서 화소영역(P)의 제 1 및 제 2 금속층(도 4h, 5h, 6h의 134, 136)의 습식 식각 공정으로 인해, 제 7 포토레지스트 패턴(186c)의 안쪽으로 제 1 및 제 2 금속패턴(134a, 136a)이 깍여 들어간 형상이 되며, 따라서 제 2 보호층(138)은 제 7 포토레지스트 패턴(186c)과 제 2 금속패턴(136a)의 경계에서 불연속한 부분을 갖게 된다. 마찬가지로, 게이트 및 데이터 패드부(GP, DP)에 있어서도, 제 7 포토레지스트 패턴(186c)과 제 2 금속패턴(136b, 136c)의 경계에서도 제 2 보호층(138)은 불연속적인 부분을 갖게 된다. 또한, 드레인 전극(144)과 제 7 포토레지스트 패턴(186c)의 경계에서 제 2 보호층(138)이 연속적인 것으로 보여지나, 도면에서 보여지지 않는 드레인 전극(144)의 측면은 습식 식각에 의해 제거된 상태이기 때문에, 드레인 전극(144)과 제 7 포토레지스트 패턴(186c)의 경계에서도 제 2 보호층(138)은 불연속한 부분을 갖게 된다. 위와 같은 구조에서 제 7 포토레지스트 패턴(186c)을 제거하기 위한 에천트가 제 2 보호층(138)의 불연속적인 부분으로 침투하게 되고, 제 7 포토레지스트 패턴(186c)이 제 2 금속패턴(136a, 136b, 136c)로부터 떨어져 나가면서 동시에 그 상부의 제 2 보호층(138) 또한 제거되게 되는데, 이를 통상 리프트 오프(lift off) 공정이라 한다.In this case, as shown in part A, due to the wet etching process of the first and second metal layers (134, 136 of FIGS. 4H, 5H, and 6H of FIG. 4H, 5H, and 6H), the
도 4j, 5j, 6j에 도시된 바와 같이, 리프트 오프 공정에 의해 제 7 포토레지스트 패턴(도 4i, 5i, 6i의 186c)을 제거하는 공정에 의해 그 상부의 제 2 보호층(138) 또한 제거되어, 화소영역(P), 캐패시터 영역(C)과 게이트 및 데이터 패드부(GP, DP)에서 제 2 금속패턴(136a, 136b, 136c)가 노출된다. 한편, 스위칭 영역(P)에는 제 7 포토레지스트 패턴(도 4i, 5i, 6i의 186c)이 존재하고 있지 않았기 때문에, 제 2 보호층(138)이 채널 영역을 보호하면서 소스 및 드레인 전극(142, 144)을 덮고 있는 구조가 된다.As shown in FIGS. 4J, 5J, and 6J, the second
다음으로, 4k, 5k, 6k에 도시된 바와 같이, 제 2 보호층(138)에 의해 덮여있지 않은 제 2 금속패턴(도 4j, 5j, 6j의 136a, 136b, 136c)을 제거하여 그 하부의 제 1 금속패턴(도 4j, 5j, 6j의 134a, 134b, 134c)을 노출시킨다. 이때, 제 2 금속패턴(도 4j, 5j, 6j의 136a, 136b, 136c)의 제거는 인산-초산-질산(phosphoric acid -acetic acid-nitric acid : PAN)의 혼산 용액을 이용하여 이루어진다. 앞서 설명한 바와 같이, 제 2 금속패턴(도 4j, 5j, 6j의 136a, 136b, 136c) (또는 제 3 금속층(도 4h의 136))은 구리로 이루어지고, 제 1 금속패턴(도 4j, 5j, 6j의 134a, 134b, 134c) (또는 제 2 금속층(도 4h의 134))는 몰리브덴-티타늄, 몰리브덴, 크롬, 티타늄 등으로 이루어지는데, 인산-초산-질산(phosphoric acid -acetic acid-nitric acid : PAN)의 혼산 용액은 구리 물질만을 선택적으로 식각하며, 몰리브덴-티타늄, 몰리브덴, 크롬, 티타늄은 식각하지 않는 특성을 갖기 때문이다. Next, as shown in 4k, 5k, 6k, the second metal pattern (136a, 136b, 136c in FIGS. 4j, 5j, 6j) not covered by the second
화소영역(P)의 노출된 제 1 금속패턴(도 4j의 134a)은 드레인 전극(144)의 하부층(144a)과 연결되는 화소전극(150)이 되며 상기 캐패시터 영역(C)의 게이트 배선(112)과 중첩되도록 연장되어 구성된다. 그리고, 게이트 패드부(GP)의 노출된 제 1 금속패턴(도 4j의 134b)은 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 게이트 패드(118)와 접촉하는 게이트 패드 단자(152)가 되며, 데이터 패드부(DP)의 노출된 제 1 금속패턴(도 4j의 134c)은 제 2 콘택홀(CH2)을 통해 데이터 패드(119)와 접촉하는 데이터 패드 단자(154)가 된다. 여기서, 상기 캐패시터 영역(C)에는 게이트 배선(112)의 중첩 부분을 제 1 전극으로 하고, 화소전극(150)의 중첩부분을 제 2 전극으로 하 며, 그 사이의 게이트 절연막(132)과 제 1 보호층(132)을 유전체층으로 하는 스토리지 캐패시터(Cst)가 구성된다.The exposed
결과적으로, 데이터 배선(미도시), 소스 전극 및 드레인 전극(142, 144)은 몰리브덴-티타늄과 같은 물질로 이루어지는 하부층과 저저항 물질인 구리로 이루어지는 상부층의 이중층 구조로 이루어 지게 된다. 한편, 화소전극(150), 게이트 전극 패드 단자(152) 및 데이터 전극 패드 단자(154)는 몰리브덴-티타늄과 같은 물질이 박막(300-500 Å 정도의 두께)을 이루는 단일층 구조를 갖기 때문에 투명하면서 부식에 강한 특성을 갖게 된다.As a result, the data line (not shown), the source electrode and the
위와 같은 공정에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 COT 구조 액정표시장치용 어레이 기판을 완성하게 된다. 이러한 어레이 기판인 하부기판은 블랙매트릭스와 공통전극이 형성되어 있는 상부기판과 그 사이에 액정층을 개재하면서 합착되어 액정표시장치를 이루게 된다. 상기 블랙매트릭스는 하부기판의 박막트랜지스터 등 비표시영역을 차단하는 역할을 하는데, 도 1의 종래기술과 달리 데이터 배선에서 돌출된 반도체층이 존재하지 않기 때문에 이를 가리기 위한 블랙매트릭스의 폭을 좁게 할 수 있고 따라서 개구율의 증가를 가져오게 된다. 또한, 상기 공통전극은 하부기판의 화소전극과 상기 액정층을 구동하는 전계를 형성하는 역할을 하게 된다. 여기서, 상하 기판의 합착 전에, 액정층의 두께(셀 갭)를 일정하게 유지하기 위하여, 상, 하부 기판 중 어느 하나의 기판에 기둥 형상의 컬럼 스페이서를 형성하는 공정이 포함된다. By the above process, the array substrate for the COT structure liquid crystal display device according to the exemplary embodiment of the present invention is completed. The lower substrate, which is an array substrate, is bonded to the upper substrate on which the black matrix and the common electrode are formed and the liquid crystal layer is interposed therebetween to form a liquid crystal display device. The black matrix serves to block a non-display area such as a thin film transistor of a lower substrate, and unlike the prior art of FIG. 1, since the semiconductor layer protruding from the data line does not exist, the width of the black matrix can be narrowed. Therefore, the opening ratio is increased. In addition, the common electrode serves to form an electric field driving the pixel electrode of the lower substrate and the liquid crystal layer. Here, in order to maintain the thickness (cell gap) of the liquid crystal layer uniformly before bonding of the upper and lower substrates, a step of forming columnar column spacers on any one of the upper and lower substrates is included.
위와 같은 액정표시장치는 화소전극과 공통전극 사이에 수직하게 형성되는 전계를 이용하여 액정층을 구동하기 때문에 시야각이 좁은 문제를 갖고 있으며, 이러한 문제의 해결을 위해 화소전극과 공통전극을 동일한 기판에 형성하여 그 사이의 수평 전계를 이용하는 횡전계(in-plane switching)형 액정표시장치가 제안되었다.The above liquid crystal display device has a narrow viewing angle because the liquid crystal layer is driven using an electric field formed vertically between the pixel electrode and the common electrode, and the pixel electrode and the common electrode are disposed on the same substrate to solve the problem. An in-plane switching type liquid crystal display device using a horizontal electric field therebetween has been proposed.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 COT 구조 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 개략적인 평면도이다.7 is a schematic plan view of an array substrate for a COT structure transverse field type liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도시한 바와 같이, COT 구조 횡전계형 액정표시장치의 어레이 기판(200)에는 투명한 기판(210) 상에 게이트 배선(212)과 데이터 배선(240)이 교차하면서 형성되어 화소영역(P)을 정의하고 있으며 상기 게이트 배선(212)과 상기 데이터 배선(240)의 교차지점에는 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있다. 상기 데이터 배선(240)은 화소영역(P)의 중간 부분에서 꺾여진 형상을 가져, 멀티 도메인 구조를 가능하게 한다. 다만, 데이터 배선(240)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 꺾인 부분을 갖지 않는 직선 형상일 수 있음은 물론이다. 상기 박막트랜지스터(T)는 상기 게이트 배선(212)과 연결되어 있는 게이트 전극(214)과 상기 게이트 전극(214) 상부의 반도체층(224)과, 상기 반도체층(224) 상부에 데이터 배선(240)으로부터 연장되어 있는 소스 전극(242)과 상기 소스 전극(242)으로부터 이격되어 있는 드레인 전극(244)을 포함하고 있다. 여기서, 상기 소스 전극(242)은 U 형상을 갖고, 상기 드레인 전극(244)은 U 형상의 개구부에 삽입되는 바(bar) 형상을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나 소스 및 드레인 전극의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 게이트 전극의 상부에 반도체층과 중첩되면서, 서로 이격되는 구조를 갖는 한 어떠한 형상도 가능하다.As shown, the
도 3를 통해 설명한 본 발명의 어레이 기판(100)과 동일하게 액티브층(미도시)을 포함하는 반도체층(224)은 게이트 전극(214) 상부에만 섬 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 반도체층(224)은 게이트 전극(214)과 같거나 작은 단면적을 갖고 완전히 중첩되도록 형성되기 때문에, 게이트 전극(214) 외부로 연장되는 소스 및 드레인 전극(242, 244) 하부와, 데이터 배선(240) 하부에는 반도체층(224)이 형성되지 않는다. 위와 같이, 게이트 전극(214)에만 섬 형상을 갖는 반도체층(224)이 구성되기 때문에, 종래와 같이 박막트랜지스터에서의 누설전류에 의해 특성 저하 문제가 발생할 여지가 없고, 또한 데이터 배선(240) 주변으로 반도체 패턴이 돌출되지 않기 때문에 웨이비 노이즈 문제가 해결되고 이를 가리기 위한 블랙매트릭스의 폭 증가를 요하지 않게 되어 개구율 감소의 문제 역시 해결할 수 있게 된다.Like the
또한, 공통배선(216)이 상기 게이트 배선(212)과 평행하게 이격되어 형성되어 있고, 상기 공통배선(216)의 양 끝으로부터 상기 데이터 배선(240)과 평행하게 제 1 및 제 2 공통전극(217a, 217b)가 구성되어 있다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 공통전극(217a, 217b)은 중앙부가 꺾여인 형상을 갖게 된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 공통전극(217a, 217b)의 끝을 연결하면서 상기 공통배선(216)과 평행하게 공통전극연결배선(217c)이 형성된다. 즉, 상기 공통배선(216)과, 제 1 및 제 2 공통전극(217a, 217b)와 공통전극연결배선(217c)은 상기 화소영역(P)을 둘러싸는 구조를 갖는다. 그리고, 상기 공통전극연결배선(217c)의 중앙부에 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 연결되며, 상기 제 1 및 제 2 공통전극(217a, 217b)과 평행하게 제 3 공통전 극(250)이 형성되어 있다.In addition, the
또한, 상기 화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(T)와 연결되는 화소전극(260)이 상기 제 1 및 제 3 공통전극(217a, 250) 사이와 상기 제 2 및 제 3 공통전극(17b, 250) 사이에 형성되어 있다. 즉, 상기 공통전극(217a, 217b, 250)과 상기 화소전극(260)은 서로 평행하게 이격되어 배열되며, 전압의 인가에 의해 그 사이에 평행한 전계를 형성됨으로써 액정층(미도시)이 구동된다.In the pixel region P, a
여기서, 상기 화소전극(260)은 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(244)과 연결되는데, 이를 위해 상기 드레인 전극(244)으로부터 연장되며 상기 공통배선(216)과 중첩되는 화소전극연결배선(262)이 구성된다. 즉, 화소전극(260)은 상기 화소전극연결배선(262)을 통해 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(244)과 연결된다. 도시되지는 않으나, 소스 및 드레인 전극(242, 244)과 데이터 배선(240)은 이중층 구조를 갖고, 상기 화소전극(260)은 드레인 전극(244)의 하부층으로부터 연장된 구조를 갖게 된다. 전술한 바와 같이, 상기 화소전극연결배선(262)은 상기 공통배선(216)과 중첩되고, 상기 공통배선(216)의 중첩 부분을 제 1 전극으로, 상기 화소전극연결배선(262)의 중첩 부분을 제 2 전극으로 하고, 상기 제 1 및 제 2 전극 사이의 절연층(미도시)을 유전체층으로 하여 스토리지 캐패시터(Cst)가 이루게 된다. The
또한, 상기 화소영역(P)에는 녹색 컬러필터(G)가 형성되며, 이웃한 화소영역(P) 각각에는 적색 또는 청색의 컬러필터(R, B)가 형성된다. 즉, COT 구조의 특성 상, 상기 컬러필터(R, G, B)는 박막트랜지스터(T)와 동일한 기판(210)에 형성된다.In addition, a green color filter G is formed in the pixel region P, and red or blue color filters R and B are formed in each of the adjacent pixel regions P. FIG. That is, due to the characteristics of the COT structure, the color filters R, G, and B are formed on the
그리고, 게이트 배선(212)의 일 끝단에는 게이트 배선(212)에 신호를 인가하기 위한 게이트 패드(218)가 형성되고, 상기 게이트 패드(218)와 제 2 콘택홀( CH2)을 통해 연결되는 게이트 패드 단자(252)가 형성된다. 또한, 데이터 배선(240)의 일 끝단에는 데이터 배선(240)에 신호를 인가하기 위한 데이터 패드(219)가 형성되고, 상기 데이터 패드(219)와 제 3 콘택홀(CH3)을 통해 연결되는 데이터 패드 단자(254)가 형성되어 있다.In addition, a
다음으로, 위와 같은 구성의 COT 구조 횡전계형 액정표시장치의 어레이 기판에 대한 제조 공정을 설명한다.Next, a manufacturing process for the array substrate of the COT structure transverse electric field type liquid crystal display device having the above configuration will be described.
도 8a 내지 도 8k는 도 7의 VIII-VIII을 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이고, 도 9a 내지 도 9k는 각각 도 7의 IX-IX를 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 기판 상에는 박막트랜지스터가 형성되는 스위칭 영역(S)을 포함하는 화소영역(P)과, 스토리지 캐패시터가 형성되는 캐패시터영역(C)을 정의하였다. 그리고, 게이트 패드(도 7의 218) 및 데이터 패드(도 7의 219)가 형성되는 게이트 및 데이터 패드부에 관한 제조 방법은 도 5a 내지 도 5k와 도 6a 내지 도 6k를 통하여 설명한 것과 동일하기 때문에 생략하도록 한다. 또한, 공통배선 및 공통전극을 형성하는 공정 외에는 앞서 설명한 제조 공정과 유사하기 때문에 간략히 설명하기로 한다.8A to 8K are cross-sectional views of manufacturing parts taken along the line VIII-VIII of FIG. 7, and FIGS. 9A to 9K are cross-sectional views of manufacturing processes taken along the line IX-IX of FIG. 7, respectively. For convenience of description, the pixel region P including the switching region S in which the thin film transistor is formed and the capacitor region C in which the storage capacitor is formed are defined on the substrate. In addition, since the manufacturing method for the gate and data pad unit in which the
도 8a 및 9a는 제 1 마스크 공정을 보여준다. 도시된 바와 같이, 기판(210) 상에 제 1 금속층(미도시)을 형성하고 패터닝하여 상기 화소영역(P)의 경계를 따라 일방향으로 연장되며 게이트 배선(미도시)과, 상기 스위칭 영역(S)에 상기 상기 게이트 배선(미도시)과 연결되는 게이트 전극(214)을 형성한다. 또한, 상기 게이트 배선(미도시)과 평행하게 이격되는 공통배선(216)과, 상기 공통배선(216)으로부터 연장되는 제 1 및 제 2 공통전극(미도시)을 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 공통전극(미도시)의 양 끝을 연결하며 상기 공통배선(216)에 평행한 공통전극연결배선(217c)이 형성된다. 이때, 상기 공통배선(216)은 캐패시터 영역(C)에도 형성된다. 상기 제 1 금속층(미도시)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 텅스텐, 크롬, 몰리브덴 중 적어도 어느 하나의 물질로 이루어진다.8A and 9A show a first mask process. As illustrated, a first metal layer (not shown) is formed and patterned on the
다음, 상기 게이트 배선(미도시), 게이트 전극(214), 공통배선(216), 공통전극연결배선(217c)이 형성되어 있는 기판(210)의 전면에 질화실리콘 또는 산화실리콘 등과 같은 무기절연물질을 증착하여 게이트 절연막(220)을 형성한다.Next, an inorganic insulating material such as silicon nitride or silicon oxide on the entire surface of the
도 8b 내지 도 8d와 도 9b 내지 도 9d은 제 2 마스크 공정을 보여준다.8B-8D and 9B-9D show a second mask process.
도 8b, 9b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 절연막(220) 상에 순수 비정질 실리콘층(221), 불순물 비정질 실리콘층(222)을 연속하여 증착하고, 그 상부에 포토레지스트층(미도시)을 형성한다. 다음, 포토레지스트층(미도시) 상부에 투과부(TA), 반투과부(HTA) 및 차단부(BA)를 갖는 마스크(M)를 위치시킨다. As shown in FIGS. 8B and 9B, a pure
위와 같이 반투과부(HTA)를 포함하는 마스크(M)를 이용하여 포토레지스트층(미도시)을 노광 및 현상함으로써, 각각 제 1 및 제 2 두께(t1, t2)를 가지며, 각각 차단부(BA)와 반투과부(HTA)에 대응하는 위치의 제 1 및 제 2 포토레지스트패턴(282a, 282b)을 형성한다. 차단부(BA)에 대응하는 제 1 포토레지스트패턴(282a) 은 스위칭영역(S)에 형성되고, 상기 공통전극연결배선(217c) 의 중심부에 대하여는 마스크(M)의 투과부(TA)에 대응하여 상기 포토레지스트층(미도시)가 모두 제거됨으로써 상기 불순물 비정질 실리콘층(222)이 노출되게 된다. 나머지 영역에 대하여는 상기 제 1 포토레지스트패턴(282a)의 제 1 두께(t1)보다 작은 제 2 두께(t2)를 갖는 제 2 포토레지스트패턴(282b)이 형성된다.By exposing and developing the photoresist layer (not shown) using the mask M including the transflective portion HTA as described above, the first and second thicknesses t1 and t2 are respectively provided, and the blocking portions BA are respectively. ) And the first and
다음, 도 8c, 9c에 도시된 바와 같이, 노출된 불순물 비정질 실리콘층(222)과 그 하부의 순수 비정질 실리콘층(221) 및 게이트 절연막(220)을 제거하여 상기 공통전극연결배선(217c)를 노출시키는 제 1 콘택홀(CH1)을 형성한다. 그리고, 상기 제 1 및 제 2 포토레지스트패턴(도 8b, 9b의 282a, 282b)에 대하여 애싱 공정(ashing)을 진행하여 제 2 포토레지스트패턴(도 8b, 9b의 282b)을 제거함으로써 그 하부의 불순물 비정질 실리콘층(222)을 노출시킨다. 또한 애싱 공정에 의해 제 1 포토레지스트패턴(도 8b의 282a)은 그 두께가 줄어들어 제 3 두께(t3)를 갖는 제 3 포토레지스트패턴(282c)이 스위칭 영역(S)에 형성된다.Next, as shown in FIGS. 8C and 9C, the common
다음, 도 8d, 9d에 도시된 바와 같이, 상기 제 3 포토레지스트패턴(도 8b의 282c) 외부로 노출된 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 8b, 9b의 222)과, 그 하부의 순수 비정질 실리콘 패턴(도 8b, 9b의 221)을 제거하여, 그 하부의 게이트 절연막(220)을 노출시킨다. 그 결과, 상기 게이트 전극(214)에 대응하여 상기 게이트 절연막(220)의 상부에는 순수 비정질 실리콘 패턴(221a)과 불순물 비정질 실리콘 패턴(222a)이 형성된다. 보다 상세하게는, 상기 제 3 포토레지스트패턴(도 8b의 282c)은 상기 게이트 전극(214)과 같거나 작은 단면적을 갖기 때문에, 상기 순수 비정질 실리콘 패턴(221a)과 불순물 비정질 실리콘 패턴(222a) 또한 상기 게이트 전극(214)과 같거나 작은 단면적을 갖고, 그 결과 박막트랜지스터를 구성하게 되는 반도체층 또한 상기 게이트 전극(214)과 같거나 작은 단면적을 가지면서 섬 형상으로 형성된다.Next, as shown in FIGS. 8D and 9D, the impurity amorphous silicon pattern 222c of FIGS. 8B and 9B exposed to the outside of the
다음, 도 8e, 9e는 제 3 마스크 공정을 보여준다. 도시한 바와 같이, 순수 비정질 실리콘 패턴(221a)과 불순물 비정질 실리콘 패턴(222a)이 형성되어 있는 게이트 절연막(220) 상에 제 3 마스크 공정을 통해 화소영역(P)에 대응하는 녹색의 컬러필터(G)를 형성한다. 다음으로, 도시하지 않았으나, 이웃한 화소영역(P)에 제 4 및 제 5 마스크 공정을 통해 적색 및 청색 컬러필터를 형성한다. 이때, 상기 공통전극연결배선(217c)은 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 계속적으로 노출된 상태가 된다.8E and 9E show a third mask process. As illustrated, a green color filter corresponding to the pixel region P may be formed on the
종래의 COT 구조 어레이 기판의 제조에 있어서는, 채널의 보호를 위한 컬러필터의 형성 전에 보호층의 형성이 요구되었으나, 본 실시예에 있어서는 컬러필터의 형성 전에 채널이 오픈된 상태가 아니며 따라서 이를 보호하기 위한 보호층의 형성을 요하지 않는다.In the manufacture of a conventional COT structure array substrate, the formation of a protective layer is required before the formation of the color filter for protecting the channel, but in the present embodiment, the channel is not opened before the formation of the color filter and thus protecting the channel. It does not require the formation of a protective layer.
도 8f 및 도 8g, 도 9f 및 도 9g는 제 6 마스크 공정을 보여준다.8F and 8G, 9F and 9G show a sixth mask process.
먼저, 도 8f, 9f에 도시된 바와 같이, 질화실리콘 또는 산화실리콘 등의 무기절연물질을 증착하여 제 1 보호층(232)을 형성하고, 그 상부에 제 4 두께(t4)를 갖는 제 4 포토레지스트패턴(284)을 형성한다. 본 실시예에서는 질화실리콘을 이용하여 제 1 보호층(232)을 형성하는 것을 예로 보여준다. 상기 제 4 포토레지스트패턴(284)은 스위칭 영역(S), 캐패시터 영역(C)의 공통배선(216) 일부와, 상기 공통 전극연결배선(217c)의 중앙부를 노출시키면서 형성된다. First, as shown in FIGS. 8F and 9F, an inorganic insulating material such as silicon nitride or silicon oxide is deposited to form a
다음, 도 8g, 9g에 도시된 바와 같이, 제 4 포토레지스트패턴(도 8g, 9g 의 284) 사이로 노출되어 있는 제 1 보호층(232)을 건식 식각(dry etching)하여 제거한다. 이때, 건식 식각은 SF6(헥사플로오린화황) 및 O2를 포함하는 가스(gas)를 이용하여 이루어지는데, 이러한 가스의 존재하에서 제 1 보호층(232)을 이루는 질화실리콘과 그 하부의 불순물 비정질 실리콘 패턴(222a)을 이루는 실란(SiH4)의 식각비는 약 30~50:1이 된다. 따라서, 스위칭영역(S)에서 제 1 보호층(232)이 다소 과식각되는 경우라도 그 하부의 불순물 비정질 실리콘 패턴(222a)의 식각비가 상대적으로 매우 낮기 때문에, 그 하부의 순수 비정질 실리콘 패턴(221a)이 손상될 염려는 없다.Next, as shown in FIGS. 8G and 9G, the first
위와 같은 건식 식각 공정에 의해, 스위칭 영역(S)의 제 1 보호층(232)은 모두 제거되어 순수 비정질 실리콘 패턴(222a)이 노출된 상태가 되며, 공통전극연결배선(217c)는 그 상부의 제 1 보호층(232) 역시 제거됨으로써 상기 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 노출된 상태를 유지하게 된다.By the dry etching process as described above, all of the first
제 1 보호층(232)의 식각 공정 후, 제 4 포토레지스트 패턴(284)을 제거한다.After the etching process of the first
다음, 도 8h 내지 도 8k, 도 9h 내지 도 9k는 제 7 마스크 공정을 보여준다.Next, FIGS. 8H-8K and 9H-9K show a seventh mask process.
먼저, 도 8h, 9h에 도시된 바와 같이, 제 2 금속층(234)과 제 3 금속층(236)을 연속하여 증착하고, 그 상부에 포토레지스트층(미도시)을 형성한 후 반투과부를 갖는 마스크(미도시)를 이용한 제 7 마스크 공정에 의해 패터닝함으로써 제 5 두께(t5)를 갖는 제 5 포토레지스트 패턴(286a)과 제 5 두께(t5)보다 작은 제 6 두께(t6)를 갖는 제 6 포토레지스트 패턴(286b)을 형성한다. 여기서, 제 2 금속층(234)은 몰리브덴-티타늄 합금, 몰리브덴, 크롬, 티타늄 중 어느 하나의 물질로 이루어지며 400-500 Å 정도의 두께로 투명성을 갖게 된다. 또한 제 3 금속층(236)은 구리로 이루어진다. 그리고 제 5 포토레지스트 패턴(286a)은 화소영역(P)에 있어 추후 화소전극과 제 3 공통전극이 형성될 영역과, 공통전극연결배선(217c)의 제 1 콘택홀(CH1)에 대응하여 위치하며, 제 6 포토레지스트 패턴(286b)은 스위칭 영역(S)의 양 가장자리에 위치하게 된다. 즉, 스위칭 영역(S)에 있어 불순물 비정질 실리콘 패턴(222a)에 대응하는 제 3 금속층(236)은 제 6 포토레지스트 패턴(286b) 사이로 노출된다.First, as shown in FIGS. 8H and 9H, the
다음, 도 8i, 9i에 도시된 바와 같이, 노출된 제 3 금속층(도 8h, 9h의 236)과 그 하부의 제 2 금속층(도 8h, 9h의 234)을 습식 식각에 의해 제거하고, 스위칭 영역(S)에 있어 제 2 및 제 3 금속층(도 8h, 9h의 234, 236)이 제거되어 노출된 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 8h의 222a)을 제거함으로써 그 하부의 순수 비정질 실리콘 패턴(도 8h의 221a)을 노출시킨다.Next, as shown in FIGS. 8I and 9I, the exposed third metal layer (236 in FIGS. 8H and 9H) and the second metal layer (234 in FIGS. 8H and 9H) underneath are removed by wet etching, and the switching region is removed. In (S), the second and third metal layers (234 and 236 of FIGS. 8H and 9H) are removed to remove the exposed impurity amorphous silicon pattern (222a of FIG. 8H), thereby removing the pure amorphous silicon pattern (FIG. 8H of the bottom). 221a) is exposed.
스위칭 영역(S)에 있어, 순수 비정질 실리콘 패턴(도 8h의 221a)은 액티브층(224a)이 되고, 그 상부에 식각된 상태의 불순물 비정질 실리콘 패턴(도 8h의 222a)은 오믹콘택층(224b)이 되며, 노출된 액티브층(224a)의 영역은 채널 영역으로 정의된다. 또한, 상기 오믹콘택층(224b)의 상부에는 각각 하부층(242a, 244b) 및 상부층(242b, 244b)의 이중층 구조를 가지며 서로 이격하는 소스 전극(242) 및 드레인 전극(244)이 형성된다. 동시에, 상기 소스 전극(242)과 연결되며 동일한 이중층 구조를 갖고, 상기 게이트 배선(미도시)과 교차하여 상기 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(미도시)이 형성된다. 그리고, 화소영역(P)에 있어서도 상기 드레인 전극(244)의 상, 하부층(244a, 244b)과 연결되며 컬러필터(G) 상부로 연장되는 제 1 및 제 2 금속패턴(234a, 236a)이 형성된다. 또한, 상기 공통전극연결배선(217c) 상부에는 상기 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 이에 연결되는 제 1 및 제 2 금속패턴(234b, 236b)이 형성된다. In the switching region S, the pure amorphous silicon pattern (221a in FIG. 8H) becomes the
다음으로, 애싱공정의 진행에 의하여 제 6 포토레지스트패턴(도 8h의 286b)을 제거하고 동시에 제 7 두께(t7)를 갖는 제 7 포토레지스트 패턴(286c)을 형성하게 된다. 그리고, 상기 제 7 포토레지스트 패턴(286c) 상부로 질화실리콘 또는 산화실리콘 등의 무기절연물질을 스퍼터(sputter)를 이용하여 적층함으로써 제 2 보호층(238)을 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 제 7 포토레지스트패턴(286c)이 형성된 상태에서 제 2 보호층(238)을 형성하기 때문에, 고온 하에서 진행되는 화학기상증착법이 아니라, 저온에서 스퍼터를 이용하여 제 2 보호층(238)을 형성하게 된다.Next, as a result of the ashing process, the
이때, B 부분에서 보여주는 바와 같이, 제 1 및 제 2 금속층(도 8h, 9h의 234, 236)의 습식 식각 공정으로 인해, 제 7 포토레지스트 패턴(286c)의 안쪽으로 제 1 및 제 2 금속패턴(234a, 236a)이 깍여 들어간 형상이 되며, 따라서 제 2 보호층(238)은 제 7 포토레지스트 패턴(286c)과 제 2 금속패턴(236a)의 경계에서 불연 속한 부분을 갖게 된다. 위와 같은 구조에서 제 7 포토레지스트 패턴(286c)을 제거하기 위한 에천트가 제 2 보호층(238)의 불연속적인 부분으로 침투하게 되고, 제 7 포토레지스트 패턴(286c)이 제 2 금속패턴(236a, 236b)로부터 떨어져 나가면서 동시에 그 상부의 제 2 보호층(238) 또한 제거되게 되는데, 이를 통상 리프트 오프(lift off) 공정이라 한다.At this time, as shown in part B, the wet etching process of the first and second metal layers (234 and 236 of FIGS. 8H and 9H) causes the first and second metal patterns to be inward of the
도 8j, 9j에 도시된 바와 같이, 리프트 오프 공정에 의해 제 3 포토레지스트 패턴(도 8i, 9i의 286c)을 제거하는 공정에 의해 그 상부의 제 2 보호층(238) 또한 제거되어, 화소영역(P)에서 제 2 금속패턴(236a, 236b)이 노출된다. 한편, 스위칭 영역(P)에는 제 7 포토레지스트 패턴(도 8i, 9i의 286c)이 존재하고 있지 않았기 때문에, 제 2 보호층(238)이 채널 영역을 보호하면서 소스 및 드레인 전극(242, 244)을 덮고 있는 구조가 된다.As shown in FIGS. 8J and 9J, the second
다음으로, 8k, 9k에 도시된 바와 같이, 제 2 보호층(238)에 의해 덮여있지 않은 제 2 금속패턴(도 8j, 9j의 236a, 236b)을 인산-초산-질산(phosphoric acid -acetic acid-nitric acid : PAN)의 혼산 용액을 이용하여 제거함으로써, 그 하부의 제 1 금속패턴(도 8j, 9j의 234a, 234b)을 노출시킨다. 앞서 설명한 바와 같이, 인산-초산-질산(phosphoric acid -acetic acid-nitric acid : PAN)의 혼산 용액은 구리 물질만을 선택적으로 식각하며, 몰리브덴-티타늄, 몰리브덴, 크롬, 티타늄은 식각하지 않는 특성을 갖기 때문에, 제 2 금속패턴(도 8j, 9j의 236a, 236b)만을 선택적으로 제거할 수 있다.Next, as shown in 8k and 9k, the second metal pattern (236a and 236b of FIGS. 8j and 9j) not covered by the second
여기서, 노출된 제 1 금속패턴(도 8j의 234a) 중 상기 공통배선(216)과 중첩 되는 부분은 상기 드레인 전극(244)의 하부층(244a)과 연결되어 화소전극연결배선(262)을 형성하고, 또한 상기 화소영역(P)으로 연장되어 화소전극(260)을 형성하게 된다. 여기서, 상기 공통배선(216)의 중첩 부분을 제 1 전극으로 하고, 상기 화소전극연결배선(262)의 중첩 부분을 제 2 전극으로 하며, 그 사이에 개재되어 있는 게이트 절연막(262)을 유전체층으로 하여 스토리지 캐패시터(Cst)가 구성된다. 또한, 노출된 제 2 금속패턴(도 9j의 234b)는 공통전극연결배선(217c)과 제 1 콘택홀(CH1)을 통해 접촉하면서 상기 화소전극(260)과 엇갈려 배열되는 제 3 공통전극(250)을 형성하게 된다. 즉, 화소영역(P)에는 상기 제 1 및 제 2 공통전극(미도시), 그 사이의 제 3 공통전극(250)과 상기 화소전극(260)이 서로 평행하게 이격되면서 교대로 배열되는 구조를 갖게 되며, 전압의 인가에 의해 이들 사이에 형성되는 수평한 전계에 의해 액정층(미도시)이 구동되고 시야각이 개선된 화상을 구현할 수 있게 된다.Here, the portion of the exposed
도시하지 않았으나, 상기 게이트 배선(미도시)의 일 끝에 상기 게이트 배선(미도시)과 동일한 물질로 게이트 패드가 형성되며, 그 상부에 상기 화소전극(260)과 동일한 물질로 이루어지는 게이트 패드 단자가 형성되어 게이트 패드부를 이룬다. 또한, 상기 데이터 배선(미도시)의 일 끝에 상기 게이트 배선(미도시)과 동일한 물질로 데이터 패드가 형성되며, 그 상부에 상기 화소전극(260)과 동일한 물질로 이루어지는 데이터 패드 단자가 형성되어 데이터 패드부를 이룬다. 즉, 게이트 패드부와 데이터 패드부는 동일한 적층 구조를 갖게 된다.Although not shown, a gate pad is formed of the same material as the gate line (not shown) at one end of the gate line (not shown), and a gate pad terminal formed of the same material as the
위와 같은 공정에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 COT 구조 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판을 완성하게 된다. 이러한 어레이 기판인 하부기판은 블랙매트릭스가 형성되어 있는 상부기판과 그 사이에 액정층을 개재하면서 합착되어 액정표시장치를 이루게 된다. 상기 블랙매트릭스는 하부기판의 박막트랜지스터 등 비표시영역을 차단하는 역할을 하는데, 도 1의 종래기술과 달리 데이터 배선에서 돌출된 반도체층이 존재하지 않기 때문에 이를 가리기 위한 블랙매트릭스의 폭을 좁게 할 수 있고 따라서 개구율의 증가를 가져오게 된다.By the above process, the array substrate for the COT structure transverse electric field type liquid crystal display device according to the exemplary embodiment of the present invention is completed. The lower substrate, which is an array substrate, is bonded to the upper substrate on which the black matrix is formed and the liquid crystal layer therebetween to form a liquid crystal display device. The black matrix serves to block a non-display area such as a thin film transistor of a lower substrate, and unlike the prior art of FIG. 1, since the semiconductor layer protruding from the data line does not exist, the width of the black matrix can be narrowed. Therefore, the opening ratio is increased.
여기서, 상하 기판의 합착 전에, 액정층의 두께(셀 갭)를 일정하게 유지하기 위하여, 상, 하부 기판 중 어느 하나의 기판에 기둥 형상의 컬럼 스페이서를 형성하는 공정이 포함된다.Here, in order to maintain the thickness (cell gap) of the liquid crystal layer uniformly before bonding of the upper and lower substrates, a step of forming columnar column spacers on any one of the upper and lower substrates is included.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below I can understand that you can.
도 1은 종래 기술에 따른 COT 구조 횡정계형 액정표시장치의 어레이 기판을 도시한 평면도이다.1 is a plan view illustrating an array substrate of a COT structure hierarchical liquid crystal display device according to the related art.
도 2a 내지 도 2g는 도 1의 II-II선을 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views of manufacturing processes of portions cut along the line II-II of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 COT 구조 액정표시장치용 어레이기판에 대한 개략적인 평면도이다.3 is a schematic plan view of an array substrate for a COT structure liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4k는 도 3의 IV-IV를 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이다. 4A to 4K are cross-sectional views of manufacturing processes taken along the line IV-IV of FIG. 3.
도 5a내지 도 5k는 도 3의 V-V를 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이다.5A to 5K are cross-sectional views of manufacturing processes taken along the line V-V of FIG. 3.
도 6a내지 도 6k는 도 3의 VI-VI을 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이다.6A through 6K are cross-sectional views of manufacturing processes taken along the line VI-VI of FIG. 3.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 COT 구조 횡전계형 액정표시장치용 어레이 기판에 대한 개략적인 평면도이다.7 is a schematic plan view of an array substrate for a COT structure transverse field type liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 8a 내지 도 8k는 도 7의 VIII-VIII을 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이다.8A to 8K are cross-sectional views of manufacturing processes taken along the line VIII-VIII of FIG. 7.
도 9a 내지 도 9k는 각각 도 7의 IX-IX를 따라 절단한 부분의 제조 공정별 단면도이다.9A to 9K are cross-sectional views of manufacturing processes of portions cut along the line IX-IX of FIG. 7, respectively.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
114, 214 : 게이트 전극 124, 224 : 반도체층114 and 214:
142, 242 : 소스 전극 144, 244 : 드레인 전극142, 242:
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