KR20090073898A

KR20090073898A - 액정표시소자 제조방법

Info

Publication number: KR20090073898A
Application number: KR1020070141968A
Authority: KR
Inventors: 황광조
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2007-12-31
Filing date: 2007-12-31
Publication date: 2009-07-03

Abstract

본 발명은 액정표시소자 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명은 기판상에 제1금속층, 절연막, 반도체층 제2금속층 및 감광막을 순차적으로 적층하는 단계; 멀티톤 마스크(multi-tone mask)를 이용한 제1마스크공정을 통해 상기 감광막을 선택적으로 패터닝하여 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막패턴을 차단막으로 상기 제2금속층, 반도체층, 절연막 및 제1금속층을 차례로 패터닝하여 제2금속층패턴, 액티브층, 게이트절연막 및 게이트전극을 형성하는 단계; 에싱공정을 통해 상기 감광막패턴을 선택적으로 제거하여 채널지역에 위치하는 상기 제2금속층 부분을 드러나게 하는 단계; 상기 에싱처리된 감광막패턴을 차단막으로하여 상기 드러난 제2금속층부분을 제거하여 소스/드레인전극을 형성하는 단계; 제2마스크공정에 의해 상기 소스/드레인전극을 포함한 기판상에 상기 드레인전극을 노출시키는 보호막을 형성하는 단계; 및 제3마스크공정에 의해 상기 보호막상에 상기 드레인전극과 전기적으로 연결되는 화소전극을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

멀티톤마스크(multi-tone mask), 누설전류, 광차단부, 반투과부, 아일랜드

Description

액정표시소자 제조방법{METHOD FOR FABRICATING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시소자 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액정표시소자 제조시의 마스크 공정수를 줄일 수 있는 액정표시소자 제조방법에 관한 것이다.

액정표시장치(Liquid Crystal Display Device: 이하 LCD라 칭한다.)는 경량, 박형, 및 저소비전력등의 특성을 갖기 때문에 음극선관(CRT: Cathode Ray Tube)을 대신하여 각종 정보기기의 단말기 또는 비디오기기 등에 사용되고 있다. 특히, 박막트랜지스터가 구비된 TFT-LCD는 응답특성이 우수하고, 고화소수에 적합하기 때문에 고화질 및 대형 표시장치를 실현할 수 있다.

이와 같은 평판표시장치(Flat Panel Display)에서는 각각의 화소에 박막 트랜지스터와 같은 능동소자가 구비되어 표시소자를 구동하는데, 이러한 방식의 표시소자의 구동방식을 흔히 액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식이라 한다.

이러한 액티브 매트릭스방식에서는 상기한 능동소자가 매트릭스형식으로 배열된 각각의 화소에 배치되어 해당 화소를 구동하게 된다.

이러한 일반적인 액티브 매트릭스방식의 액정표시소자는, 도면에 도시하지 않았지만, 종횡으로 N×M개의 화소가 배열되는 박막트랜지스터 액정표시소자의 각 화소는 외부의 구동회로로부터 주사신호가 인가되는 게이트라인(미도시)과 화상신호가 인가되는 데이터라인(미도시)의 교차영역에 형성된 박막트랜지스터(미도시)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 박막트랜지스터(미도시)는 게이트라인(미도시)에서 분기된 게이트전극(미도시)과 신호선에서 분기된 소스전극(미도시) 및 화소전극(미도시)과 연결된 드레인전극(미도시) 그리고, 상기 소스전극(미도시)과 드레인전극(미도시)사이에 형성된 반도체층(미도시)으로 구성되어 있다.

또한, 상기 박막트랜지스터(미도시)는 게이트라인(미도시)을 통해 게이트전극(미도시)에 전압이 가해지면, 데이터라인(미도시)을 통해 소스전극(미도시)에 인가되는 데이터전압을 반도체채널층(미도시)을 통하여 드레인전극(미도시)으로 인가하는 역할을 한다.

그리고, 상기 드레인전극에 데이터전압이 인가되면, 데이터전극과 연결된 화소전극에 데이터전압이 인가되므로써 상기 화소의 화소전극과 공통전극(미도시)사이에 전압차가 발생한다. 그러면, 이러한 전압차로 인해 상기 화소전극과 공통전극(미도시)사이에 존재하고 있는 액정(미도시)의 분자배열이 변화되는데, 이 액정의 분자배열이 변화되므로써 화소의 광투과량이 변하게 된다.

이렇게 데이터전압이 인가된 화소와 인가되지 않은 화소사이에 시각적인 차이가 발생하게 되므로써, 상기 액정표시소자는 이러한 시각적인 차이가 있는 화소 들이 모임으로써 표시장치의 역할을 한다.

이러한 액정표시소자를 구성하는 박막트랜지스터 제조방법에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래기술에 따른 박막트랜지스터 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명재질의 기판(11)상에 금속물질을 증착한후 이를 제1마스크를 사용한 포토리소그라피공정 및 식각공정으로 통해 선택적으로 패터닝하여 게이트전극(13)을 형성한다.

그다음, 상기 게이트전극(13)을 포함한 기판(11)상에 무기재질로 이루어진 게이트절연막(15)을 증착한다.

이어서, 상기 게이트절연막(15)상에, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트절연막(15)상부에는 수소화 비정질실리콘층 (hydrogenated amorphous sili - con) 등으로 이루어진 반도체층(미도시; 도 1의 17 참조)과, 실리사이드 (silicide) 또는 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(미도시; 도1의 19 참조)을 순차적으로 형성한다.

이어서, 상기 불순물층(미도시; 도1의 19 참조)상에 데이터배선 형성용 금속물질을 스퍼터링방법으로 증착한다.

이어서, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 금속물질층과, 불순물층(미도시) 및 반도체층(미도시)을 제2마스크를 이용한 포토리소 그라피공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 패터닝하여 소스/드레인 전극용 금속물질층, 액티브층 및 오믹콘택 층을 한정한다.

그다음, 상기금속물질층의 중앙부와 그 아래의 오믹콘택층 부분을 선택적으로 식각하여 소스/드레인전극(21, 23), 오믹콘택층(19) 및 액티브층(17)을 형성한다.

이때, 상기소스/드레인전극(21, 23)은 데이터 배선(미도시)에서 분기되어 있으며, 이들 소스전극(21)과 드레인전극(23)은 일정간격만큼 이격되어 있다. 또한, 상기 데이터배선(미도시)은 상기 게이트배선(미도시)과 서로 교차되게 형성되어 있다.

이렇게 상기 소스전극(21)과 드레인전극(23)은 그 아래의 액티브층(17) 및 게이트전극(13)과 함께 스위칭소자인 박막트랜지스터(T)를 구성한다.

이어서, 상기 데이터배선(미도시)과 소스/드레인전극(21, 23)을 포함한 기판(11) 전면에 평탄화 특성이 우수한 절연물질로 이루어진 보호막(25)을 형성한다.

그다음, 상기 보호막(25)을 제3마스크를 이용한 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 통해 선택적으로 패터닝하여 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(213) 일부분을 노출시키는 드레인콘택홀(미도시)을 형성한다.

이어서, 상기 드레인콘택홀(미도시)을 포함한 보호막(25)상에 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 의 투명한 도전물질으로 이루어진 금속물질층(미도시)을 스퍼터링 방법으로 증착한후, 제4마스크를 이용한 포토리소그라피 공정 및 식각공정에 의해 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극(23)과 전기적으로 연결되는 화소전극(27)을 형성하므로써 기판(11)상에 박막트랜지스터 어레이기판 제조를 완성한다.

그러나, 상기 종래기술에 따른 액정표시소자를 구성하는 박막트랜지스터 제조방법에 의하면 다음과 같은 문제점이 있다.

종래기술에 따른 액정표시소자를 구성하는 박막트랜지스터 제조방법은 액티브층과 소스/드레인전극을 한 개의 마스크로 구현함에 따라 비정질실리콘층이 소스/드레인 금속막 하부층으로 존재함으로써 백라이트에 의한 빛을 차단할 수 있는 게이트 금속영역을 제외한 부분에서 비정질실리콘 반도체막이 광여기 현상이 발생하게 된다.

이에 따라 백라이트 광원에 의해 활성화(activation)된 비정질실리콘층에 의해 누설전류가 발생하게 된다.

따라서, 이러한 누설전류는 표시품질을 저하시킬 수 있고, 실제로 고온 씨티(CT)나 잔상과 같이 불량 현상을 야기시킨다.

또한, 종래기술에 따른 액정표시소자를 구성하는 박막트랜지스터 제조방법은 4번에 걸친 마스크 공정수가 요구되는데, 네크(neck) 공정이 포토공정으로 생산성 향상을 위해서는 포토 마스크 수 절감이 필수적이다.

그리고, 종래기술에 따른 액정표시소자를 구성하는 박막트랜지스터 제조방법은 소스/드레인 하부의 액티브층이 더 넓게 형성(즉, 액티브 테일(active tail))되기 때문에 패널의 개구율 및 투과율이 감소한다.

이에 본 발명은 상기 종래기술에 따른 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 액정표시소자 제조시에 마스크 공정수를 줄여 제조공정을 단순화시킬 수 있는 액정표시소자 제조방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 멀티톤 마스크를 적용하여 액티브층을 아이랜드 구조로 형성하므로써 광누설전류를 감소시킬 수 있는 액정표시소자 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 기판상에 제1금속층, 절연막, 반도체층 제2금속층 및 감광막을 순차적으로 적층하는 단계; 멀티톤 마스크(multi-tone mask)를 이용한 제1마스크공정을 통해 상기 감광막을 선택적으로 패터닝하여 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막패턴을 차단막으로 상기 제2금속층, 반도체층, 절연막 및 제1금속층을 차례로 패터닝하여 제2금속층패턴, 액티브층, 게이트절연막 및 게이트전극을 형성하는 단계; 에싱공정을 통해 상기 감광막패턴을 선택적으로 제거하여 채널지역에 위치하는 상기 제2금속층 부분을 드러나게 하는 단계; 상기 에싱처리된 감광막패턴을 차단막으로하여 상기 드러난 제2금속층부분을 제거하여 소스/드레인전극을 형성하는 단계; 제2마스크공정에 의해 상기 소스/드레인전극을 포함한 기판상에 상기 드레인전극을 노출시키는 보호막을 형성하는 단계; 및 제3마스크공정에 의해 상기 보호막상에 상기 드레인전 극과 전기적으로 연결되는 화소전극을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 제1기판상에 제1금속층, 절연막, 반도체층 제2금속층 및 감광막을 순차적으로 적층하는 단계; 멀티톤 마스크(multi-tone mask)를 이용한 제1마스크공정을 통해 상기 감광막을 선택적으로 패터닝하여 감광막패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막패턴을 차단막으로 상기 제2금속층, 반도체층, 절연막 및 제1금속층을 차례로 패터닝하여 제2금속층패턴, 액티브층, 게이트절연막 및 게이트전극그리고 공통전극을 형성하는 단계; 에싱공정을 통해 상기 감광막패턴을 선택적으로 제거하여 채널지역에 위치하는 상기 제2금속층 부분을 드러나게 하는 단계; 상기 에싱처리된 감광막패턴을 차단막으로하여 상기 드러난 제2금속층부분을 제거하여 소스/드레인전극을 형성하는 단계; 제2마스크공정에 의해 상기 소스/드레인전극을 포함한 기판상에 상기 드레인전극을 노출시키는 보호막을 형성하는 단계; 제3마스크공정에 의해 상기 보호막상에 상기 드레인전극과 전기적으로 연결되는 화소전극을 형성하는 단계; 상기 화소전극을 포함한 기판 전면에 하부배향막을 형성하는 단계; 제2기판상에 블랙매트릭스와 컬러필터층 및 상부배향막을 형성하는 단계; 및 상기 제1기판과 제2기판사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 멀티톤 마스크 (multi-tone mask) 를 포함한 3 마스크 공정에 의해 액정표시소자의 박막트랜지스터 제조가 가능하므로써 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 액티브층을 박막트랜지스터 지역에만 존재하도록 아일랜드 (active island) 구조로 형성하므로써 광누설 전류(photo leakage current)을 감소시킬 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 액정표시소자 제조방법은 게이트전극과 소스/드레인전극을 동시에 형성하면서 보호막으로 캐패시터를 형성할 수 있다.

한편, 본 발명은 게이트 금속물질을 소스/드레인 형성용 금속물질과 동일한 금속물질로 이용할 수 있으며, 게이트 금속 식각시에 소스/드레인 금속층 제거시에 사용하는 에천트에 동시 식각되어 제거할 수 있다.

그리고, 본 발명은 게이트 금속물질층에서 부터 소스/드레인 금속물질층까지 연속적으로 적층하여 패터닝하므로써 단착부가 전혀 존재하지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시소자 제조방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

　도 2a 내지 도 2j는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시소자 및 그 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 유리와 같은 투명재질의 기판(101)의 전면에 제1 금속물질층(103), 게이트절연막(105), 수소화 비정질실리콘층(107), n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(109) 및 제2 금속물질층(111)을 순차적 으로 형성한다.

이때, 상기 제1 금속물질층(103)의 금속물질로는 Al과 Al합금등의 Al 계열 금속, Ag과 Ag합금 등의 Ag 계열금속, Mo과 Mo 합금 등의 Mo 계열금속, Cr, Ti, Ta 중에서 선택하여 사용한다.

또한, 이들은 물질적 성질이 다른 두개의 막, 즉 하부막과 그 위의 상부막을 포함할 수도 있다. 여기서, 상부막은 게이트배선의 신호지연이나 전압강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를들면 Al 계열금속 또는 Ag 계열 금속으로 이루어진다.

이와는 달리, 하부막은 다른 물질, 특히 ITO(indium tin oxide)나 IZO (indium zinc oxide)와의 물리적, 화학적 및 전기적 접촉 특성이 우수한 물질, 예를들어 Ti, Ta, Cr, Mo 계열 금속 등으로 이루어지거나, 또는 하부막과 상부막의 조합의 예로는 Cr/Al-Nd 합금을 들 수 있다.

또한, 상기 게이트절연막(105)을 이루는 절연물질로는 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx)와 같은 무기 절연물질 또는 기타 다른 절연물질을 이용한다.

그리고, 상기 제2 금속물질층(111)의 금속물질로는, 제1 금속물질층(103) 형성시에 사용하는 금속물질과 마찬가지로, Al과 Al합금등의 Al 계열 금속, Ag과 Ag합금 등의 Ag 계열금속, Mo과 Mo 합금 등의 Mo 계열금속, Cr, Ti, Ta 중에서 선택하여 사용한다.

이때, 이렇게 게이트물질층에서부터 소스/드레인 전극 형성물질층까지 연속해서 적층하므로 단차부가 전혀 존재하지 않게 된다.

그다음, 도 2b에도시된 바와 같이, 상기 제2금속물질층(111)상부에 감광성 물질을 도포하여 감광막(121)을 형성한다.

이어서, 상기 감광막(121)상부에 멀티톤 마스크(multi-tone mask)(120)를 위치시킨다. 이때, 상기 멀티톤 마스크(120)은 광차단부(120a)과 제1,2 반투과부(120b, 120c) 및 광투과부(120d)로 구성되어 있다.

또한, 상기 광차단부(120a)는 소스/드레인영역과 대응되는 영역에 위치해 있으며, 상기 제1, 2 반투과부(120b, 120c)는 채널부 및 게이트전극 형성영역과 대응되는 영역에 각각 위치해 있으며, 상기 광투과부(120d)는 반도체소자 형성지역을 제외한 지역에 위치한다.

그다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 멀티톤 마스크(multi-tone mask) (120)를 이용한 포토리소그라피 공정을 통해 상기 감광막(121)에 자외선을 조사하여 노광시키고 이어 현상한후 이를 선택적으로 패터닝하여 감광막패턴(121a)을 형 성한다. 이때, 상기 감광막패턴(121a)의 각 지역마다 막 두께가 차이가 난다. 이는 상기 멀티톤 마스크(120)를 통해 조사되는 자외선광의 투과량 차이에 기인한다. 즉, 상기 광차단부(120a)를 통해 광이 투과되지 못하기 때문에 그 아래의 감광막부분은 그대로 남게 되고, 상기 제1, 2 반투과부(120b, 120c)를 통해서는 일부 광만이 투과하게 되어 일부 두께만 남게 되고, 상기 광투과부(120d)를 통해 투과되는 광은 전부 투과되므로 이 부분의 감광막은 완전하게 제거된다. 특히, 상기 제1반투과부(120b)아래의 감광막패턴부분은 상기 제2반투과부(102c)아래의 부분보다는 광투과율이 적기 때문에 추후에 현상후 패터닝하게 되면 상기 제2반투과부(102c)아래의감광막패턴막 두께보다 더 두껍게 남게 된다.

이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 감광막패턴(121a)을 차단막으로 하여 상기 소스/드레인 형성용 제2금속물질층(111)을 습식식각공정에 의해 선택적으로 제거한다.

그다음, 계속해서 상기 감광막패턴(121a)을 차단막으로하여 상기 제2금속물질층(111)아래의 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(109)과 과수소화 비정질실리콘층(107)을 건식식각공정에 의해 선택적으로 식각한다.

이어서, 계속해서 상기 과수소화 비정질실리콘층(107)아래의 제1금속물질층(103)을 습식식각공정에 의해 선태적으로 제거하여 게이트전극(103a)을 형성한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 게이트전극(103a) 형성시에 캐패시터를 구성하는 하부전극(미도시)도 함께 형성된다.

그다음, 1차 O₂ 플라즈마 에싱(plasma ashing) 공정을 이용하여 상기 감광막패턴(121a)의 막 두께 일부를 선택적으로 제거하여 감광막패턴(121b)만 남긴다. 이때, 상기 감광막패턴(121a)의 가장자리부에 위치한 부분, 즉 게이트전극(103)의 외곽부와 오버랩되는 지역에 위치한 부분은 에싱공정에 의해 제거하여 그 아래의 제2금속물질층(111) 상면을 노출시킨다.

이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 감광막패턴(121b)을 차단막으로 하여 습식 식각공정을 진행하여 상기 제2금속물질층(111)을 선택적으로 제거한후 이어 계속해서 상기 제2금속물질층(111)아래의 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(109)과 과수소화 비정질실리콘층(107)을 건식식각공정에 의해 선택적으로 식각하여 액티브층을 정의한다. 이때, 상기 액티브층은 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(109a)과 과수소화 비정질실리콘층(107a)으로 구성된다. 여기서, 상기 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(109a)은 오믹콘택층으로 사용된다. 이때, 상기 액티브층은 박막트랜지스터 지역에만 존재하도록 아일랜드(active island) 구조로 형성하므로써 광누설 전류(photo leakage current)을 감소시킬 수 있다.

이어서, 2차 O₂ 플라즈마 에싱(plasma ashing) 공정을 이용하여 상기 감광막패턴(121b)의 막 두께 일부를 선택적으로 제거하여 감광막패턴(121c)부분만 남긴다. 이때, 상기 감광막패턴(121b)의 중앙부에 위치한 부분, 즉 채널영역과 오버랩되는 지역에 위치한 부분은 에싱공정에 의해 제거하여 그 아래의 제2금속물질층(111a) 상면을 노출시킨다.

그다음, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기감광막패턴(121c)를 차단막으로하여 상기 노출된 제2금속물질층(111a)을 습식 식각공정에 의해 선택적으로 제거하여 소스/드레인전극(111b, 111c)을 형성하고, 계속해서 상기 제2금속물질층(111a)아래에 있는 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(109)을 선택적으로 제거한다.

이어서, 도2g에 도시된 바와 같이, 상기 건식 식각공정에 의해 상면이 노출된 상기 게이트절연막(105a)을 선택적으로 제거한후 남아 있던 감광막패턴(121c)을 제거한다.

이렇게 하여, 이렇게 상기 소스전극(21)과 드레인전극(23)은 그 아래의 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(109a)과 과수소화 비정질실리콘층(107a)으로 구성된 액티브층과 게이트전극(103a)에 의해 스위칭소자인 박막트랜지스터를 구성한다.

그다음, 도 2h에도시된 바와 같이, 상기 소스/드레인전극(111b, 111c)을 포함한 기판(101) 전면에 평탄화 특성이 우수하며 감광성을 가지는 포토아크릴(photoacryl)과 같은 유기물질, 저유전율 특성을 가지는 절연물질, 또는 무기물질인 질화 규소로 이루어진 보호막(123)을 형성한다.

이어서, 도 2i에 도시된 바와 같이, 제2마스크를 이용한 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 통해 상기 보호막(123)을 선택적으로 패터닝하여 상기 박막트랜지스터의 드레인전극(111c) 일부분을 노출시키는 드레인콘택홀(125)을 형성한다.

그다음, 도 2j에 도시된 바와 같이, 상기 드레인콘택홀(125)을 포함한 보호막(123)상에 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO (indium zinc oxide) 등의 투명한 도전물질로 이루어진 금속물질층(미도시)을 스퍼터링 방법으로 증착한다. 이때, 상기 투명한 도전물질로 이루어진 금속물질층(미도시)상에 추가로 구리(Cu)와 같은 금속물질을 적층할 수도 있다. 이는 상기 구리와 같은 금속물질을 적층하여 추후 화소전극 패터닝시에 데이터라인상부에만 남도록 패터닝하므로써 광차단 효율을 향상시키는 효과가 있다.

이어서, 제3마스크를 이용한 포토리소그라피 공정 및 습식 식각공정에 의해 상기 금속물질층(미도시)을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극(123)과 전기적으로 연결되는 화소전극(127)과 구리패턴(129)을 형성하므로써 기판(101)상에 하부어레이기판 제조를 완성한다. 이때, 상기 구리패턴(129)은 데이터라인(미도시)상부에 오버랩되는 위치에 형성된다.

이렇게 하여, 3 마스크 공정에 의해 본 발명의 액정표시소자에 적용되는 박막트랜지스터 어레이기판을 제조할 수 있다.

한편, 상기와 같이 제조되는 박막트랜지스터를 이용한 액정표시소자 제조방법에 대해 도 3a 내지 도 3k를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시소자 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 횡전계방식의 액정표시소자를 제조하기 위해, 먼저 유리와 같은 투명재질의 기판(201)의 전면에 제1 금속물질 층(203), 게이트절연막(205), 수소화 비정질실리콘층(207), n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(209) 및 제2 금속물질층(211)을 순차적으로 형성한다.

이때, 상기 제1 금속물질층(203)의 금속물질로는 Al과 Al합금등의 Al 계열 금속, Ag과 Ag합금 등의 Ag 계열금속, Mo과 Mo 합금 등의 Mo 계열금속, Cr, Ti, Ta 중에서 선택하여 사용한다.

또한, 상기 게이트절연막(205)을 이루는 절연물질로는 질화규소(SiNx), 산화규소(SiOx)와 같은 무기 절연물질 또는 기타 다른 절연물질을 이용한다.

그리고, 상기 제2 금속물질층(211)의 금속물질로는, 제1 금속물질층(203) 형성시에 사용하는 금속물질과 마찬가지로, Al과 Al합금등의 Al 계열 금속, Ag과 Ag합금 등의 Ag 계열금속, Mo과 Mo 합금 등의 Mo 계열금속, Cr, Ti, Ta 중에서 선택하여 사용한다.

이때, 이렇게 게이트물질층에서부터 소스/드레인 전극 형성물질층까지연속해서 적층하므로 단차부가 전혀 존재하지 않게 된다.

그다음, 도 3b에도시된 바와 같이, 상기 제2금속물질층(211)상부에 감광성 물질을 도포하여 감광막(221)을 형성한다.

이어서, 상기 감광막(221)상부에 제1마스크공정을 수행하기 위해 멀티톤 마스크(multi-tone mask)(220)를 위치시킨다. 이때, 상기 멀티톤 마스크(220)은 광차단부(220a)과 제1,2 반투과부(220b, 220c) 및 광투과부(220d)로 구성되어 있다.

또한, 상기 광차단부(220a)는 소스/드레인영역과 대응되는 영역에 위치해 있으며, 상기 제1, 2 반투과부(220b, 220c)는 채널부 및 게이트전극 형성영역과 대응되는 영역에 각각 위치해 있으며, 상기 광투과부(220d)는 반도체소자 형성지역을 제외한 지역에 위치한다.

그다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 멀티톤 마스크(multi-tone mask) (220)를 이용한 포토리소그라피 공정을 통해 상기 감광막(221)에 자외선을 조사하여 노광시키고 이어 현상한후 이를 선택적으로 패터닝하여 감광막패턴(221a)을 형성한다. 이때, 상기 감광막패턴(221a)의 각 지역마다 막 두께가 차이가 난다. 이는 상기 멀티톤 마스크(220)를 통해 조사되는 자외선광의 투과량 차이에 기인한다. 즉, 상기 광차단부(220a)를 통해 광이 투과되지 못하기 때문에 그 아래의 감광막부분은 그대로 남게 되고, 상기 제1, 2 반투과부(220b, 220c)를 통해서는 일부 광만이 투과하게 되어 일부 두께만 남게 되고, 상기 광투과부(220d)를 통해 투과되는 광은 전부 투과되므로 이 부분의 감광막은 완전하게 제거된다. 특히, 상기 제1반투과부(220b)아래의 감광막패턴부분은 상기 제2반투과부(202c)아래의 부분보다는 광투과율이 적기 때문에 추후에 현상후 패터닝하게 되면 상기 제2반투과부(202c)아래의 감광막패턴막 두께보다 더 두껍게 남게 된다.

한편, 상기 감광막패턴(221a)는 공통전극영역과 스토리지캐패시터영역상에도 형성된다.

이어서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 감광막패턴(221a)을 차단막으로 하여 상기 소스/드레인 형성용 제2금속물질층(211)을 습식식각공정에 의해 선택적으로 제거한다.

그다음, 계속해서 상기 감광막패턴(221a)을 차단막으로하여 상기 제2금속물질층(211)아래의 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(209)과 과수소화 비정질실리콘층(207)을 건식식각공정에 의해 선택적으로 식각한다.

이어서, 계속해서 상기 과수소화 비정질실리콘층(207)아래의 제1금속물질 층(203)을 습식식각공정에 의해 선태적으로 제거하여 게이트전극(203a)과 공통전극(203b) 및 스토리지 캐패시터의 하부전극(미도시)을 형성한다.

그다음, 1차 O₂ 플라즈마 에싱(plasma ashing) 공정을 이용하여 상기 감광막패턴(221a)의 막 두께 일부를 선택적으로 제거하여 감광막패턴(221b)만 남긴다. 이때, 상기 감광막패턴(221a)의 가장자리부에 위치한 부분, 즉 게이트전극(203a)의 외곽부와 오버랩되는 지역에 위치한 부분은 에싱공정에 의해 제거하여 그 아래의 제2금속물질층(211) 상면을 노출시킨다. 또한, 상기 1차 O₂ 플라즈마 에싱(plasma ashing) 공정시에 상기 공통전극영역상에 위치하는 감광막패턴(221a)도 함께 제거되어 그 아래의 제2금속물질층 상면도 노출된다.

이어서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 감광막패턴(221b)을 차단막으로 하여 습식 식각공정을 진행하여 상기 제2금속물질층(211)을 선택적으로 제거한후 이어 계속해서 상기 제2금속물질층(211)아래의 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(209)과 과수소화 비정질실리콘층(207)을 건식 식각공정에 의해 선택적으로 식각하여 액티브층을 정의한다. 이때, 상기 액티브층은 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(209a)과 과수소화 비정질실리콘층(207a)으로 구성된다. 여기서, 상기 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(209a)은 오믹콘택층으로 사용된다. 이때, 상기 액티브층은 박막트랜지스터 지역에만 존재하도록 아일랜드(active island) 구조로 형성하므로써 광누설 전류(photo leakage current)을 감소시킬 수 있다.

그다음, 2차 O₂ 플라즈마 에싱(plasma ashing) 공정을 이용하여 상기 감광막패턴(221b)의 막 두께 일부를 선택적으로 제거하여 감광막패턴(221c)부분만 남긴다. 이때, 상기 감광막패턴(221b)의 중앙부에 위치한 부분, 즉 채널영역과 오버랩되는 지역에 위치한 부분은 에싱공정에 의해 제거하여 그 아래의 제2금속물질층(211a) 상면을 노출시킨다.

이어서, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기감광막패턴(221c)를 차단막으로하여 상기 노출된 제2금속물질층(211a)을 습식 식각공정에 의해 선택적으로 제거하여 소스/드레인전극(211b, 211c)을 형성하고, 계속해서 상기 제2금속물질층(211a)아래에 있는 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(209)을 선택적으로 제거한다.

그다음, 도3g에 도시된 바와 같이, 상기 상면이 노출된 상기 게이트절연막(205a)을 선택적으로 제거한후 남아 있던 감광막패턴(221c)을 제거하여 게이트전극(203a), 공통전극(203b) 및 캐패시터 하부전극(미도시)을 형성한다.

이렇게 하여, 이렇게 상기 소스전극(211b)과 드레인전극(211c)은 그 아래의 n+ 수소화 비정질실리콘 등의 물질로 이루어진 불순물층(209a)과 과수소화 비정질실리콘층(207a)으로 구성된 액티브층과 게이트전극(203a)에 의해 스위칭소자인 박막트랜지스터를 구성한다.

그다음, 도 3h에도시된 바와 같이, 상기 소스/드레인전극(211b, 211c)을 포함한 기판(201) 전면에 평탄화 특성이 우수하며 감광성을 가지는 포토아크 릴(photoacryl)과 같은 유기물질, 저유전율 특성을 가지는 절연물질, 또는 무기물질인 질화 규소로 이루어진 보호막(223)을 형성한다.

이어서, 도 3i에 도시된 바와 같이, 제2마스크를 이용한 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 통해 상기 보호막(223)을 선택적으로 패터닝하여 상기 박막트랜지스터의 드레인전극(211c) 일부분을 노출시키는 드레인콘택홀(225)을 형성한다.

그다음, 도 3j에 도시된 바와 같이, 상기 드레인콘택홀(225)을 포함한 보호막(223)상에 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO (indium zinc oxide) 등의 투명한 도전물질로 이루어진 금속물질층(미도시)을 스퍼터링 방법으로 증착한다. 이때, 상기 투명한 도전물질로 이루어진 금속물질층(미도시)상에 추가로 구리(Cu)와 같은 금속물질을 적층할 수도 있다. 이는 상기 구리와 같은 금속물질을 적층하여 추후 화소전극 패터닝시에 데이터라인상부에만 남도록 패터닝하므로써 광차단 효율을 향상시키는 효과가 있다.

이어서, 제3마스크를 이용한 포토리소그라피 공정 및 습식 식각공정에 의해 상기 금속물질층(미도시) 및 구리층(미도시)을 선택적으로 제거하여 상기 드레인전극(223)과 전기적으로 연결되는 화소전극(227)과 구리패턴(229)을 형성한다. 이때, 상기 화소전극(227)은 다수로 분기되어 있으며, 상기공통전극(203b)과 횡전계(in plane field)를 발생시킨다. 또한, 상기 화소전극(227) 일부는 상기 캐패시터 하부전극(미도시)과 이들 사이에 개재된 보호막(123)에 의해 캐패시터를구성한다.

그다음, 도 3k에 도시된 바와 같이, 상기 화소전극(227)과 구리패턴(229)을 포함한 기판전면에액정을 일정 방향으로 배향시키기 위해 하부배향막(231)을 형성 하므로써 하부어레이기판 제조를 완성한다. 이때, 상기 구리패턴(229)은 데이터라인(미도시)상부에 오버랩되는 위치에 형성된다.

이렇게 하여, 3 마스크 공정에 의해 본 발명의 액정표시소자에 적용되는 박막트랜지스터 어레이기판을 제조한다.

한편, 상기 박막트랜지스터 어레이기판과 합착되어 액정표시소자를 구성하는 컬러필터 어레이기판 제조방법에 대해 도 3k를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3k에 도시된 바와 같이, 컬러필터기판(241)상에 빛샘 현상을 방지하는 블랙매트릭스를 형성하기 위해 불투명막(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 불투명막(미도시)의 물질로는 크롬(Cr)을 포함하는 불투명 금속 또는 불투명 수지가 이용된다.

이어서, 상기 불투명막(미도시)을 포토리소그라피 공정기술을 이용한 노광 및 식각공정을 통해 선택적으로 제거하여 블랙매트릭스(243)를 형성한다.

그다음, 상기 블랙매트릭스(243)를 포함한 컬러필터기판(241)상에 감광성 칼라수지를 전면 증착한후 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 진행하여 적색, 녹색, 청색의 컬러필터(245)를 형성한다. 이때, 상기 적색, 녹색, 청색의 컬러필터(245) 각각은 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 통해 형성한다.

이렇게 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 이용하여 상기 적색, 녹색, 청색의 컬러필터(275) 각각을 형성하는 공정에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 블랙매트릭스(243)가 형성된 컬러필터기판(241)상에 적색(R)의 감광성 칼라수지를 전면 증착한후, 마스크를 이용하여 적색(R)의 감광성 칼라수지에 대한 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 통한 패터닝을 수행하므로써 적색(R) 컬러필터를 형성한다.

그다음, 적색 컬러필터가 형성된 컬러필터기판(241)상에 녹색(G)의 감광성 칼라수지를 전면 증착한후, 마스크를 이용하여 녹색(G)의 감광성 칼라수지에 대한 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 통한 패터닝을 수행하므로써 녹색(G) 컬러필터를 형성한다.

이어서, 적색 컬러필터 및 녹색 컬러필터가 형성된 컬러필터기판(241)상에 청색(B)의 감광성 칼라수지를 전면 증착한후, 마스크를 이용하여 청색(B)의 감광성 칼라수지에 대한 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 통한 패터닝을 수행하므로써 청색(B) 컬러필터를 형성함으로써 최종적으로 컬러필터(245)을 완성한다.

그다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 컬러필터(245)상에 유기절연물을 이용하여 컬러필터기판(241)을 평탄화시키기 위한 오버코트층(미도시)을 형성할 수도 있다.

이어서, 상기 컬러필터(245) 전면에 액정을 일정 방향으로 배향시키기 위해 상부배향막(247)을 형성하므로써 컬러필터 어레이기판 제조를 완료한다.

이렇게 제조된 컬러필터 어레이기판과 앞서 제조된 박막트랜지스터 기판을 합착하기 전 단계에서 액정층(251)을 이들 양 기판중 어느 하나에 적하한후 이들 양 기판을 서로 합착시켜 실링(sealing)시키므로써 본 발명에 따른 액정표시소자의 제조공정을 완료한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 액정표시소자에 적용되는 박막트랜지스터 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 2a 내지 도 2j는 본 발명의 일실시예에 따른 액정표시소자에 적용되는 박막트랜지스터 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 3a 내지 도 3k는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시소자에 적용되는 박막트랜지스터 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

101 : 기판 103 : 제1금속층

103a : 게이트전극 105 : 게이트절연막

107 : 수소화 비정질실리콘층 109 : 불순물층

111 : 제2금속층 111b : 소스전극

111c : 드레인전극 120 : 멀티톤마스크

121 : 감광막 121a : 광차단부

121b : 제1반투과부 121c : 제2반투과부

121d : 광투과부 123 : 보호막

125 : 드레인콘택홀 127 : 화소전극

129 : 구리패턴

Claims

기판상에 제1금속층, 절연막, 반도체층 제2금속층 및 감광막을 순차적으로 적층하는 단계;

멀티톤 마스크(multi-tone mask)를 이용한 제1마스크공정을 통해 상기 감광막을 선택적으로 패터닝하여 감광막패턴을 형성하는 단계;

상기 감광막패턴을 차단막으로 상기 제2금속층, 반도체층, 절연막 및 제1금속층을 차례로 패터닝하여 제2금속층패턴, 액티브층, 게이트절연막 및 게이트전극을 형성하는 단계;

상기 감광막패턴을 선택적으로 제거하여 채널지역에 위치하는 상기 제2금속층 부분을 드러나게 하는 단계;

상기 에싱처리된 감광막패턴을 차단막으로하여 상기 드러난 제2금속층부분을 제거하여 소스/드레인전극을 형성하는 단계;

제2마스크공정에 의해 상기 소스/드레인전극을 포함한 기판상에 상기 드레인전극을 노출시키는 보호막을 형성하는 단계; 및

제3마스크공정에 의해 상기 보호막상에 상기 드레인전극과 전기적으로 연결되는 화소전극을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 감광막상부에 배치되는 멀티톤 마스크는 광차단부와, 제1,2 반투과부 및 광투과부로 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 광차단부는 소스/드레인영역상부에 위치해 있으며, 상기 제1,2 반투과부 각각은 상기 채널영역과 게이트전극의 가장자리부상부에 위치해 있으며, 상기 광투과부는 이들 지역을 제외한 영역상부에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 제1 반투과부아래의 감광막패턴막 두께는 상기 제2 반투과부아래의 감광막패턴 두께보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 제2 반투과부아래의 감광막패턴부분은 에싱공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 5항에 있어서, 상기 게이트전극을 형성하는 단계는 상기 에싱공정에 의해 상기 제2 반투과부아래의 감광막패턴부분을 제거한후 그 아래에 노출된 게이트절연막부분을 제거하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 게이트전극과 소스/드레인전극은 하나의 마스크공정에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제2 반투과부아래의 감광막패턴부분은 에싱공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 액티브층은 멀티톤마스크를 이용한 마스크공정에 의해 아일랜드(island) 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 제1, 2 금속층은 크롬(Cr), 구리(Cu), 몰리브덴 (Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄합금(Al alloy), 텅스텐(W)계열 또는 Ti 등의 금속물질중에서 적어도 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 감광막패턴을 선택적으로 제거하여 채널지역에 위치하는 상기 제2금속층 부분을 드러나게 하는 단계는 에싱공정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제1기판상에 제1금속층, 절연막, 반도체층 제2금속층 및 감광막을 순차적으로 적층하는 단계;

멀티톤 마스크(multi-tone mask)를 이용한 제1마스크공정을 통해 상기 감광막을 선택적으로 패터닝하여 감광막패턴을 형성하는 단계;

상기 감광막패턴을 차단막으로 상기 제2금속층, 반도체층, 절연막 및 제1금속층을 차례로 패터닝하여 제2금속층패턴, 액티브층, 게이트절연막 및 게이트전극그리고 공통전극을 형성하는 단계;

에싱공정을 통해 상기 감광막패턴을 선택적으로 제거하여 채널지역에 위치하는 상기 제2금속층 부분을 드러나게 하는 단계;

상기 에싱처리된 감광막패턴을 차단막으로하여 상기 드러난 제2금속층부분을 제거하여 소스/드레인전극을 형성하는 단계;

제2마스크공정에 의해 상기 소스/드레인전극을 포함한 기판상에 상기 드레인전극을 노출시키는 보호막을 형성하는 단계;

제3마스크공정에 의해 상기 보호막상에 상기 드레인전극과 전기적으로 연결되는 화소전극을 형성하는 단계;

상기 화소전극을 포함한 기판 전면에 하부배향막을 형성하는 단계;

제2기판상에 블랙매트릭스와 컬러필터층 및 상부배향막을 형성하는 단계; 및

상기 제1기판과 제2기판사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 12항에 있어서, 상기 감광막상부에 배치되는 멀티톤 마스크는 광차단부와, 제1,2 반투과부 및 광투과부로 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 13항에 있어서, 상기 광차단부는 소스/드레인영역상부에 위치해 있으며, 상기 제1,2 반투과부 각각은 상기 채널영역과 게이트전극의 가장자리부상부에 위치해 있으며, 상기 광투과부는 이들 지역을 제외한 영역상부에 위치해 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 제1 반투과부아래의 감광막패턴막 두께는 상기 제2 반투과부아래의 감광막패턴 두께보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 제2 반투과부아래의 감광막패턴부분은 에싱공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 16항에 있어서, 상기 게이트전극을 형성하는 단계는 상기 에싱공정에 의해 상기 제2 반투과부아래의 감광막패턴부분을 제거한후 그 아래에 노출된 게이트절연막부분을 제거하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 12항에 있어서, 상기 게이트전극과 소스/드레인전극은 하나의 마스크공정에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 12항에 있어서, 상기 제2 반투과부아래의 감광막패턴부분은 에싱공정에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 12항에 있어서, 상기 액티브층은 멀티톤마스크를 이용한 마스크공정에 의해 아일랜드(island) 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 12항에 있어서, 상기 제1, 2 금속층은 크롬(Cr), 구리(Cu), 몰리브덴 (Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄합금(Al alloy), 텅스텐(W)계열 또는 Ti 등의 금속물질중에서 적어도 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.
제 12항에 있어서, 상기 감광막패턴을 선택적으로 제거하여 채널지역에 위치하는 상기 제2금속층 부분을 드러나게 하는 단계는 에싱공정에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자 제조방법.