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KR100333983B1 - 광시야각 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및그의 제조 방법 - Google Patents

광시야각 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및그의 제조 방법 Download PDF

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KR100333983B1
KR100333983B1 KR1019990017192A KR19990017192A KR100333983B1 KR 100333983 B1 KR100333983 B1 KR 100333983B1 KR 1019990017192 A KR1019990017192 A KR 1019990017192A KR 19990017192 A KR19990017192 A KR 19990017192A KR 100333983 B1 KR100333983 B1 KR 100333983B1
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윤종용
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Abstract

게이트선, 게이트 전극, 게이트 패드를 포함하는 게이트 배선과 유지 용량선, 유지 용량 전극을 포함하는 유지 용량 배선을 형성한다. 게이트 절연막 패턴, 비정질 규소 따위의 반도체 패턴, 도핑된 비정질 규소 따위의 저항 접촉층 패턴을 동일한 모양으로 패터닝하여 게이트 배선과 유지 용량 배선을 덮도록 형성한다. 이어, 투명한 도전 물질인 ITO로 화소 전극과 게이트 패드를 덮는 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드를 형성한다. 이어 ITO와 접촉 특성이 우수한 하부의 크롬막과 저저항을 가지는 상부의 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막으로 이루어진 데이터선, 소스 전극, 드레인 전극 및 데이터 패드를 포함하는 데이터 배선을 형성하고, 데이터 배선으로 가리지 않는 저항 접촉층 패턴 일부를 식각한다. 이와 같이 하여 데이터 배선을 형성한 후, 화소 전극을 드러내는 개구부와 보조 게이트 패드와 보조 데이터 패드를 드러내는 접촉 구멍을 가지는 보호막을 형성한다. 이때, 서로 이웃하는 데이터선에 전달되는 화상 신호의 간섭을 방지하기 위해 개구부를 통하여 드러나는 반도체 패턴을 식각한다. 이러한 제조 방법에서는 ITO의 화소 전극을 데이터 배선보다 먼저 형성하는 동시에 데이터선은 ITO와 접촉 특성이 우수한 물질의 하부막과 저저항을 가지는 물질의 상부막으로 형성하여 데이터 배선이 손상되거나 단선되는 것을 방지할 수 있다.

Description

광시야각 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그의 제조 방법{thin film transistor array panel for liquid crystal display having wide viewing angle and manufacturing method thereof}
본 발명은 넓은 시야각을 가지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다.
이중, 수직 배향(vertically aligned; VA) 방식의 액정 표시 장치는 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정 분자가 기판에 대하여 수직으로 배향되어 있어 직교하는 편광판을 사용할 경우 전계가 인가되지 않은 상태에서 완전히 빛을 차단할 수 있다. 즉, 노멀리 블랙 모드(normally black mode)에서 오프(off) 상태의 휘도가 매우 낮으므로 종래의 비틀린 네마틱 액정 표시 장치에 비해 높은 대비비를 얻을 수 있다. 그러나 전계가 인가된 상태, 특히 계조 전압이 인가된 상태에서는 통상의 비틀린 네마틱 모드와 마찬가지로 액정 표시 장치를 보는 방향에 따라 빛의 지연(retardation)에 큰 차이가 생겨 시야각이 좁다는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 전극을 패터닝하는 방법이 여러 가지 제시되었다.
한편, 배선에 전달되는 신호의 지연을 방지하기 위하여 저저항을 가지는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy) 등과 같은 물질을 사용하는 것이 좋다. 그러나, 액정 표시 장치에서와 같이 데이터선과 전기적으로 연결되는 투명 전극 또는 패드부에서 ITO(indium tin oxide)를 사용하는 경우 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 ITO이 접촉하게 되면 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 침식되는 문제점이 발생한다.
또한, ITO용 식각액에 대하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 쉽게 손상되기 때문에 배선이 단선될 수 있어, 식각액을 사용하지 않는 건식 식각으로 ITO를 패터닝하는 방법이 제시되고 있으나, 공정 비용이 상승하는 문제점이 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 넓은 시야각을 가지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법을 제고하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 저저항을 가지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 배선이 손상되는 것을 방지하는 동시에 ITO와 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 배선이 접촉되지 않도록 하는 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 배치도이고,
도 2는 도 1에서 II-II' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 3은 도 1에서 III-III' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 4a 내지 도 7c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법을 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 배치도이고,
도 9는 도 8에서 IX-IX' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 10은 도 8에서 X-X' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 11a 내지 도 14c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법을 도시한 도면이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 화소 분할 패턴을 가지는 ITO의 화소 전극을 데이터선보다 먼저 형성하는 동시에 화소 전극과 연결되는 데이터선은 ITO와 접촉 특성이 우수한 하부막과 저저항을 가지는 상부막으로 이루어진 이중막으로 형성한다.
구체적으로는, 절연 기판 위의 화소 영역에 화소 분할 패턴을 가지는 화소 전극을 형성하고, 화소 전극을 덮는 층간 절연막을 적층하고, 층간 절연막 상부에 게이트선 및 이와 연결된 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성한다. 이어, 게이트 배선을 덮는 게이트 절연막 패턴, 반도체 패턴, 저항 접촉층 패턴을 차례로형성한다. 이어, 게이트선과 교차하여 화소 영역을 정의하는 데이터선과 접촉층 패턴 위에 서로 분리되어 형성되어 있으며 데이터선의 분지 또는 일부인 소스 전극 및 게이트 전극에 대하여 소스 전극과 마주하며 화소 전극과 연결되어 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선을 형성하고, 기판 위에 화소 전극을 드러내는 개구부를 가지는 보호막을 형성한다.
또한, 본 발명에 따른 다른 제조 방법은, 절연 기판 위에 게이트선 및 이와 연결된 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성하고, 게이트 배선을 덮는 게이트 절연막 패턴, 반도체 패턴, 저항 접촉층 패턴을 차례로 형성한다. 이어, 화소 영역에 투명한 도전 물질로 이루어진 분할 배향 패턴을 가지는 화소 전극을 형성하고 게이트선과 교차하는 화소 영역을 정의하는 데이터선과 접촉층 위에 서로 분리되어 형성되어 있으며 데이터선의 분지 또는 일부인 소스 전극 및 게이트 전극에 대하여 소스 전극과 마주하며 화소 전극과 연결되어 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선을 형성한다. 이어, 데이터 배선을 덮으며 화소 전극을 드러내는 개구부를 가지는 보호막을 형성한다.
이러한 본 발명에 따른 제조 방법에서, 게이트 절연막 패턴, 반도체 패턴 및 저항 접촉층 패턴은 하나의 마스크를 이용한 한번의 사진 식각 공정으로 형성할 수 있으며, 게이트 배선을 덮도록 게이트 배선과 유사한 모양으로 형성할 수 있다.
또한, 소스 전극과 드레인 전극 사이의 반도체 패턴을 드러내기 위해 데이터 배선을 형성한 다음, 데이터 배선으로 가리지 않는 저항 접촉층 패턴을 식각하는 단계를 더 포함하고, 서로 이웃하는 화소 영역의 반도체 패턴을 분리하기 위해 보호막 형성 단계 이후, 개구부를 통하여 드러난 반도체 패턴을 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
게이트 배선과 동일한 층에는 화소 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 용량 배선을 추가로 형성할 수 있으며, 보호막의 개구부는 게이트선 및 유지 용량선의 상부까지 연장되도록 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 화소 전극은 ITO로 형성하고, 데이터 배선은 ITO와 접촉 특성이 우수한 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 탄탈륨, 티타늄으로 이루어진 하부막과 저저항을 가지는 알루미늄 계열의 금속으로 이루어진 상부막으로 형성하는 것이 바람직하다.
게이트 배선은 게이트선에 연결되어 외부로부터 신호를 전달받는 게이트 패드를 더 포함하고, 데이터 배선은 데이터선에 연결되어 외부로부터 신호를 전달받는 데이터 패드를 더 포함하며, 보호막은 게이트 패드 및 데이터 패드를 각각 노출시키는 접촉 구멍을 가지고 있으며, 화소 전극과 동일한 층에는 접촉 구멍을 통하여 게이트 패드와 데이터 패드와 연결되는 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드를 형성할 수 있다.
화소 전극은 모서리가 곡선화된 사각형이 수 개가 연결되어 있는 형태 또는 사각형 또는 톱니 또는 십자 모양의 개구부 패턴을 가지도록 형성할 수 있으며, 유지 용량 배선의 일부인 유지 용량 전극도 다양한 형태로 형성할 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 어레이 기판 및 그 제조 방법의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 배치도이고, 도 2는 도 1에서 II-II' 선을 따라 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1에서 III-III' 선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 보면, 절연 기판(10) 위의 화소 영역에는 모서리가 곡선화된 사각형이 수 개가 연결되어 있는 형태의 화소 전극(20)이 형성되어 있다. 액정 표시 장치의 시야각을 개선하기 위하여 액정 분자를 분할 배향하는 것이 좋은데, 이를 위해서는 화상 신호가 전달되는 화소 전극(80)이 다양한 형태의 화소 분할 패턴을 가질 수 있다. 여기서는, 화소 전극(80)이 사각형 모양이 연결된 형태로 형성되어 있지만, 사각형 또는 톱니 모양 또는 십자 모양의 다양한 형태의 개구부 패턴을 형성하여 액정 분자를 분할 배향할 수도 있다. 이때, 가장 좋은 시야각을 얻기 위해서는 4분할 배향된 미소 영역이 하나의 화소 영역 내에 들어 있는 것이 바람직하며, 안정된 분할 배향을 얻기 위해서는 분할된 미소 영역의 경계 이외의 곳에서 전경(disclination)이나 불규칙한 조직(texture)이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하며, 이웃한 미소 영역의 액정 방향자(director)가 이루는 각은 90도가 되도록 하는 것이 바람직하다. 화소 전극(20)은 투과형 액정 표시 장치에서는 ITO(indium tin oxide)로 형성할 수 있고, 반사형 액정 표시 장치에서는 알루미늄 등과 같은 반사도가 높은 금속으로 형성할 수 있다. 여기서는, 투명한 도전 물질인 ITO로 이루어진 하부막(201)과 크롬 등과 같은 불투명 도전 물질로 이루어진 상부막(202)으로 이루어진 경우이다. 여기서, 불투명한 상부막(202)은 제조 공정시정렬키로 사용하기 위해 추가된 막으로 생략할 수 있다. 화소 전극(20)과 동일한 층에는 제1 보조 게이트 패드(22)와 보조 데이터 패드(23)가 형성되어 있으며, 각각은 이중막(221, 222 : 231, 232)으로 이루어져 있다. 이러한 제1 보조 게이트 패드(22) 및 보조 데이터 패드(23)는 외부로부터 신호를 전달하는 구동 집적 회로와의 접촉 특성을 향상시키기 위하여 추가한 것이며, 생략할 수 있다.
기판(10) 상부에는 화소 전극(20) 일부를 덮는 층간 절연막 패턴(30)이 형성되어 있으며, 특히 패드부의 층간 절연막 패턴(30)은 대부분 제거되어 있다.
층간 절연막 패턴(30)의 상부에는 가로 방향으로 뻗어 있으며 주사 신호를 전달하는 주사 신호선 또는 게이트선(40), 게이트선(40)의 분지 또는 일부이며 박막 트랜지스터의 게이트 전극(41) 및 게이트선(40)의 끝에 연결되어 보조 게이트 패드(22)에 인접한 게이트 패드(42)를 포함하는 게이트 배선이 형성되어 있다. 또한, 게이트선(40)과 나란하게 게이트선(40)과 분리되어 독립적으로 뻗어 있는 유지 용량선(44) 및 유지 용량선(44)의 분지로 세로로 뻗어 있는 유지 용량 전극(46)을 포함하는 유지 용량 배선이 형성되어 있다. 여기서, 유지 용량 배선(44, 46)은 층간 절연막 패턴(30)을 사이에 두고 화소 전극(20)과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 축전기를 이룬다. 유지 용량 전극(46)은 화소 전극(20)의 중앙을 세로로 가로질러 형성될 수 있으며, 일정한 간격마다 마름모꼴의 돌출부를 가질 수도 있다. 유지 용량 배선(44, 46)은 맞은 편 기판의 공통 전극과 등전위가 되는 것이 보통이나 독자의 전위를 가질 수도 있다. 유지 용량선(44)만으로도 충분한 유지 용량을 확보할 수 있는 경우에는 유지 용량 전극(46)을 형성하지 않을 수도 있다.여기서, 게이트 배선(40, 41, 42)과 유지 용량 배선(44, 46)은 하부의 크롬막(401, 411, 421, 441, 461)과 상부의 알루미늄막(402, 412, 422, 442, 462)으로 이루어져 있다. 이중층 이상으로 형성하는 경우에는 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하며, 알루미늄, 알루미늄 합금, 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 티타늄 또는 탄탈륨 등의 단일막 또는 이들의 이중막 또는 삼중막으로 형성할 수 있다.
층간 절연막 패턴(30) 위에는 게이트 패드(42)를 제외한 게이트 배선(40, 41)과 유지 용량 배선(46, 46)을 덮는 게이트 절연막 패턴(52)이 형성되어 있으며, 그 위에 반도체 패턴(62)과 접촉층 패턴(72)이 차례로 형성되어 있으며 이들은 서로 유사한 모양을 가진다. 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 게이트 패드(42) 하부를 제외한 나머지의 층간 절연막 패턴(30)은 게이트 절연막 패턴(52)과 동일하다.
기판(10) 및 저항 접촉층 패턴(72) 상부에는 게이트선(40)과 절연되어 교차하여 화소 영역을 정의하며 화상 신호를 전달하는 데이터선(80), 데이터선(80)과 연결되어 게이트 전극(41) 방향으로 뻗어 있는 박막 트랜지스터의 소스 전극(81), 게이트 전극(41)에 대하여 소스 전극(81)과 마주하며 화소 전극(20)과 연결되어 있는 박막 트랜지스터의 드레인 전극(82) 및 데이터선(80)의 끝에 연결되어 보조 데이터 패드(23)와 연결되어 있으며 외부로부터 화상 신호를 전달받는 데이터 패드(83)를 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있다. 데이터 배선도 게이트 배선과 마찬가지로 다양한 도전성 물질과 다중막으로 형성할 수 있으며, 물론 한 층은 저항이 작은 물질로 형성하고 다른 층은 다른 물질과의 접촉 특성이 좋은 물질로 만드는 것이 바람직하다. 여기서는, 화소 전극(20)의 ITO와 접촉 특성이 좋은 크롬의 하부막(801, 811, 821, 831)과 저저항을 가지는 알루미늄의 상부막(802, 812, 822, 832)으로 이루어져 있다. 또한 데이터 배선(80, 81, 82, 83)과 동일한 층에는 게이트 패드(42)와 제1 보조 게이트 패드(22)를 연결하는 제2 보조 게이트 패드(84)가 크롬 및 알루미늄의 이중막(841, 842)으로 형성되어 있다.
소스 전극(81)과 드레인 전극(82) 사이에서는 저항 접촉층 패턴(72)이 제거되어 반도체 패턴(62)이 드러나 있다.
또한, 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 데이터 배선(81, 82)과 게이트 절연막 패턴(52)으로 가려지지 않는 화소 전극(20)의 상부막(202)은 제거되어 있다.
데이터 배선(80, 81, 92, 83), 제2 보조 게이트 패드(84) 및 이들로 가려지지 않는 반도체 패턴(62) 및 기판(10)의 상부에는 보호막(90)이 형성되어 있으며, 보호막(90)은 데이터선(80)과 박막 트랜지스터부를 제외한 다른 부분은 거의 제거되어 있으며, 제1 보조 게이트 패드(22) 및 보조 데이터 패드(23)의 하부막(221, 231)을 각각 드러내는 접촉 구멍(92, 93)을 가진다.
여기서, 제1 보조 게이트 패드(22) 및 보조 데이터 패드(23)는 외부로부터 주사 신호와 영상 신호를 전달받는다.
이러한 제1 실시예에 따른 구조에서는 접촉 구멍(92, 93)을 통하여 보조 게이트 패드(22) 및 보조 데이터 패드(23)의 ITO막이 드러나도록 형성하여 구동 집적 회로와의 접촉 특성을 향상시켰으나, 게이트 패드(42)와 데이터 패드(83)를 직접드러내는 경우에는 보조 게이트 패드(22), 제2 보조 게이트 패드(84) 및 보조 데이터 패드(23)를 생략할 수 있다.
또한, 보호막(90)으로 덮히지 않은 게이트 절연막 패턴(52)의 상부에는 반도체 패턴(62) 및 저항 접촉층 패턴(72)이 제거되어 있다.
그러면, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법에 대하여 도 4a 내지 7c와 앞서의 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 4a 내지 4c에 도시한 바와 같이, 투명한 도전 물질인 ITO와 불투명한 금속 물질인 크롬을 스퍼터링 또는 화학 기상 증착 따위의 방법으로 300 Å 내지 1,000 Å의 두께로 증착하고 하나의 마스크를 이용한 패터닝 공정으로 건식 또는 습식 식각하여, 기판(10) 위에 하부의 ITO막(201, 221, 231)과 상부의 크롬막(202, 222,232)으로 이루어진 화소 전극(20), 보조 게이트 패드(22) 및 보조 데이터 패드(23)를 형성한다. 이어, 질화 규소 또는 산화 규소로 이루어진 층간 절연막(30)을 형성한다. 여기서는 화소 전극(20)이 투명한 도전 물질이기 때문에 정렬 키(align key)로는 부적합하여 불투명한 크롬막(202, 222, 232)을 추가하였으므로, 다른 불투명막의 배선 또는 반도체층을 먼저 형성하는 경우에는 생략할 수 있다. 이때, 습식 식각을 이용하면 건식 식각을 이용하는 경우보다 제조 단가를 줄일 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이, 액정 분자를 분할 배향함으로써 시야각을 넓히기 위해서는 화소 전극(20)을 다양한 형태의 화소 분할 패턴으로 형성한다. 여기서는, 화소 전극(80)이 사각형 모양이 연결된 형태로 형성하였지만, 사각형 또는 톱니 또는 십자 모양의 다양한 형태의 개구부 패턴을 가지도록 형성할 수 있다.
다음, 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 500Å 정도 두께의 크롬과 2,500Å 정도 두께의 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 차례로 적층하고 하나의 마스크를 이용한 패터닝 공정으로 크롬막(401, 411, 421, 441, 461)과 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막(402, 412, 422, 442, 462)으로 이루어진 게이트선(40), 게이트 전극(41), 게이트 패드(42)를 포함하는 게이트 배선과 유지 용량선(44), 유지 용량 전극(46)을 포함하는 유지 용량 배선을 형성한다.
도 6a 내지 도 6c에 도시한 바와 같이, 질화 규소 또는 산화 규소 따위로 이루어진 게이트 절연막(52), 비정질 규소 따위의 반도체층(62), 도핑된 비정질 규소 따위의 저항 접촉층(72)을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 4,500 Å, 2,000 Å, 500 Å의 두께로 연속 증착하고, 이들과 층간 절연막(30)을 함께 패터닝하여 게이트 패드(42)를 제외한 게이트 배선(40, 41)과 유지 용량 배선(44, 46)과 유사한 모양으로 이들을 덮는 게이트 절연막 패턴(52), 반도체 패턴(62), 저항 접촉층 패턴(72)을 형성함과 동시에 화소 전극(20)을 드러낸다.
다음, 도 7a 내지 도 7c에 도시한 바와 같이, 500Å 정도 두께의 크롬과 2,500Å 정도 두께의 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 차례로 적층하고 하나의 마스크를 이용한 패터닝 공정으로 하부의 크롬막(801, 811, 821, 831, 841)과 상부의 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막(802, 812, 822, 832, 842)으로 이루어진 데이터선(80), 소스 전극(81), 드레인 전극(82) 및 데이터 패드(83)를 포함하는 데이터배선과 제2 보조 게이트 패드(84)를 형성한다. 이때, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 상부막(802, 812, 822, 832, 842)으로 가리지 않는 화소 전극(20), 보조 게이트 패드(22) 및 보조 데이터 패드(23)의 크롬 상부막(202, 222, 232)도 함께 식각하여 화소 전극(20), 보조 게이트 패드(22) 및 보조 데이터 패드(23)의 ITO 하부막(201, 221, 231)을 드러낸다. 이어, 데이터 배선(80, 81, 82, 83) 및 제2 보조 게이트 패드(84)로 가리지 않는 저항 접촉층 패턴(72) 일부를 식각한다. 그러면, 저항 접촉층 패턴(72)은 소스 및 드레인 전극(81, 82) 하부 및 데이터선(80)과 교차하는 게이트선(40) 상부에 남게 된다.
이와 같이 하여 데이터 배선(80, 81, 82, 83)과 제2 보조 데이터 패드(84)를 형성한 후, 도 1 내지 3에 도시한 바와 같이 질화 규소를 CVD 방법으로 증착하거나 유기 절연 물질을 스핀 코팅하여 3,000 Å 이상의 두께를 가지는 보호막(90)을 형성한다. 이어 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 보호막(90)을 식각하여 화소 전극(20)의 하부 ITO막(201)을 드러내는 동시에 제1 보조 게이트 패드(22) 및 보조 데이터 패드(23)의 ITO막(221, 231)을 드러내는 접촉 구멍(92, 93)을 형성한다. 이때, 서로 이웃하는 데이터선(80)에 전달되는 화상 신호의 간섭을 방지하기 위해 보호막(90)으로 가리지 않는 반도체 패턴(62)도 함께 식각하여 서로 이웃하는 데이터선(80) 사이의 게이트선(40) 및 유지 용량선(44) 상부의 반도체 패턴(62)을 제거하여 서로 이웃하는 박막 트랜지스터의 반도체 패턴(72)은 분리하도록 한다. 이를 위하여, 데이터선(80)과 박막 트랜지스터부를 덮도록 이들의 모양과 유사하게 형성하는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 제조 방법에서는, 데이터 배선의 상부막은 ITO와의 접촉 특성이 우수한 크롬과 같은 금속으로 형성하고 상부막은 저저항을 가지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성함으로써 ITO와 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 접촉을 피하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 데이터 배선이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 알루미늄 계열의 금속을 포함하는 데이터 배선보다 ITO를 포함하는 화소 전극을 먼저 형성함으로써 ITO의 식각 조건에서 데이터선이 단선되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, ITO와의 접촉 특성이 우수한 금속은 알루미늄 계열의 금속을 제외한 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 탄탈륨 또는 티타늄 등의 금속을 들 수 있다. 또한, 접촉 구멍(92, 93)을 통하여 ITO를 드러냄으로써 패드부의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 제조 방법에서는, ITO를 포함하는 화소 전극을 게이트 배선을 형성하기 전에 형성하였으나, 데이터 배선을 형성하기 전에 형성할 수도 있다, 제2 실시예를 통하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 배치도이고, 도 9는 도 8에서 IX-IX' 선을 따라 절단한 단면도로서 박막 트랜지스터부와 화소부를 타나낸 것이고, 도 10은 도 8에서 X-X' 선을 따라 절단한 단면도로서 패드부를 타나낸 것이다.
도 8을 보면, 게이트 배선(20, 21, 22), 유지 용량 배선(24, 26), 데이터 배선(70, 71, 72, 73), 반도체 패턴(40), 저항 접촉층 패턴(50), 게이트 절연막 패턴(30) 및 보호막 패턴(80)의 평면 구조는 제1 실시예의 구조와 대부분 유사하다.
하지만 단면 구조는, 도 9 및 도 10에서 보는 바와 같이, 게이트 배선(20, 21, 22)이 기판(10)의 바로 위에 형성되어 있으며, 투명한 도전 물질인 ITO 등으로 이루어진 단일막의 화소 전극(60)은 저항 접촉층 패턴(50)과 드레인 전극(72) 사이에 형성되어 드레인 전극(72)과 연결되어 있어 제1 실시예의 구조와 다르다. 또한, 제1 실시예와 달리 게이트 패드(22)는 크롬의 하부막(221)만으로 형성되어 있으며, 보조 게이트 패드(62)로 덮여 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 기판의 제조 방법에 대하여 도 11a 내지 14c와 앞서의 도 8 내지 도 10을 참고로 하여 상세히 설명한다.
제1 실시예와 다르게 먼저, 다음, 도 11a 내지 도 11c에 도시한 바와 같이, 500Å 정도 두께의 크롬과 2,500Å 정도 두께의 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 차례로 적층하고 하나의 마스크를 이용한 패터닝 공정으로 크롬막(201, 211, 221, 241, 261)과 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막(202, 212, 222, 242, 262)으로 이루어진 게이트선(20), 게이트 전극(21), 게이트 패드(22)를 포함하는 게이트 배선과 유지 용량선(24), 유지 용량 전극(26)을 포함하는 유지 용량 배선을 형성한다.
다음, 도 12a 내지 도 12c에 도시한 바와 같이, 질화 규소 또는 산화 규소 따위로 이루어진 게이트 절연막(30), 비정질 규소 따위의 반도체층(40), 도핑된 비정질 규소 따위의 저항 접촉층(50)을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 4,500 Å, 2,000 Å, 500 Å의 두께로 연속 증착하고, 이들을 함께 패터닝하여 게이트 패드(22)를 제외한 게이트 배선(20, 21)과 유지 용량 배선(24, 26)과 유사한 모양으로 이들을 덮는 게이트 절연막 패턴(30), 반도체 패턴(40), 저항 접촉층 패턴(50)을 형성한다. 이어, 드러난 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 제거하는 공정을 실시하여 게이트 패드(22)의 하부 크롬막(221)을 드러낸다.
도 13a 내지 13c에 도시한 바와 같이, 투명한 도전 물질인 ITO를 스퍼터링 따위의 방법으로 300 Å 내지 1,000 Å의 두께로 증착하고 마스크를 이용한 패터닝 공정으로 건식 또는 습식 식각하여, 기판(10) 위에 화소 전극(60), 게이트 패드(22)를 덮는 보조 게이트 패드(62) 및 보조 데이터 패드(63)를 형성한다.
다음, 도 14a 내지 도 14c에 도시한 바와 같이, 500Å 정도 두께의 크롬과 2,500Å 정도 두께의 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 차례로 적층하고 하나의 마스크를 이용한 패터닝 공정으로 하부의 크롬막(701, 711, 721, 731)과 상부의 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막(702, 712, 722, 732)으로 이루어진 데이터선(70), 소스 전극(71), 드레인 전극(72) 및 데이터 패드(73)를 포함하는 데이터 배선을 형성한다. 이어, 데이터 배선(70, 71, 72, 73)으로 가리지 않는 저항 접촉층 패턴(50) 일부를 식각한다. 그러면, 소스 및 드레인 전극(71, 72) 사이에서는 저항 접촉층 패턴(50)은 제거되고 반도체 패턴(40)이 드러난다.
이와 같이 하여 데이터 배선(70, 71, 72, 73)을 형성한 후, 도 8 내지 10에 도시한 바와 같이 질화 규소를 CVD 방법으로 증착하거나 유기 절연 물질을 스핀 코팅하여 3,000 Å 이상의 두께를 가지는 보호막(80)을 형성한다. 이어 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 보호막(80)을 식각하여 화소 전극(60)을 드러내며, 보조 게이트 패드(62) 및 보조 데이터 패드(63)를 드러내는 접촉 구멍(82, 83)을 형성한다. 이때에도, 서로 이웃하는 데이터선(70)에 전달되는 화상 신호의 간섭을 방지하기 위해 보호막(80)으로 덮이지 않은 반도체 패턴(40)도 함께 식각하여 서로 이웃하는 데이터선(70) 사이의 게이트선(20) 및 유지 용량선(24) 상부의 반도체 패턴(40)을 제거하여 서로 이웃하는 박막 트랜지스터의 반도체 패턴(40)을 분리하도록 한다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 제조 방법에도, 데이터 배선의 상부막은 ITO와의 접촉 특성이 우수한 크롬과 같은 금속으로 형성하고 상부막은 저저항을 가지는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하고 데이터 배선보다 화소 전극을 먼저 형성함으로써 ITO와 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 접촉을 피하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 데이터 배선이 손상 또는 단선되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 박막 트랜지스터 기판은 이외에도 여러 가지 변형된 형태 및 방법으로 제조할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조할 때 저저항을 가지는 알루미늄 계열의 배선을 사용하여 대형화된 표시 장치를 제작할 수 있는 동시에 배선이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 게이트 패드 및 데이터 패드의 신뢰도를 확보할 수 있다.

Claims (25)

  1. (정정) 절연 기판 위의 화소 영역에 화소 분할 패턴을 가지는 화소 전극을 형성하는 단계,
    상기 기판 위에 상기 화소 전극을 덮는 층간 절연막을 적층하는 단계,
    상기 층간 절연막 상부에 게이트선 및 이와 연결된 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성하는 단계,
    상기 게이트 배선을 덮는 게이트 절연막 패턴을 형성하는 단계,
    상기 게이트 절연막 패턴 위에 반도체 패턴을 형성하는 단계,
    상기 반도체 패턴 위에 저항 접촉층 패턴을 형성하는 단계,
    상기 게이트선과 교차하여 상기 화소 영역을 정의하는 데이터선과 상기 접촉층 패턴 위에 서로 분리되어 형성되어 있으며, 상기 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극 및 상기 게이트 전극에 대하여 상기 소스 전극과 마주하며 상기 화소 전극과 연결되어 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선을 형성하는 단계,
    상기 기판 위에 상기 화소 전극을 드러내는 개구부를 가지는 보호막을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 게이트 절연막 패턴, 상기 반도체 패턴 및 상기 저항 접촉층 패턴은 하나의 마스크를 이용한 한번의 사진 식각 공정으로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 데이터 배선 형성 단계 이후, 상기 데이터 배선으로 가리지 않는 상기 저항 접촉층 패턴을 식각하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 보호막 형성 단계 이후, 상기 개구부를 통하여 드러난 상기 반도체 패턴을 식각하여 서로 이웃하는 상기 화소 영역의 상기 반도체 패턴을 분리하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 게이트 배선과 동일한 층에 상기 화소 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 용량 배선을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 유지 용량 배선은 상기 게이트선과 분리되어 상기 게이트선과 평행하게형성되어 있는 유지 용량선과 상기 유지 용량선의 분지인 유지 용량 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 개구부는 상기 게이트선 및 상기 유지 용량선의 상부까지 연장하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 게이트 절연막 패턴, 상기 반도체 패턴 및 상기 저항 접촉층 패턴은 상기 게이트 배선과 상기 유지 용량 배선을 덮는 모양으로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 게이트 절연막 패턴, 상기 반도체 패턴 및 상기 저항 접촉층 패턴 형성 단계에서 상기 층간 절연막도 함께 식각하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 화소 전극은 ITO로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  11. (정정) 제10항에서,
    상기 데이터 배선은 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 탄탈륨 또는 티타늄을 포함하는 하부막과 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 상부막으로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법
  12. 제1항에서,
    상기 게이트 배선은 상기 게이트선에 연결되어 외부로부터 신호를 전달받는 게이트 패드를 더 포함하고, 상기 데이터 배선은 상기 데이터선에 연결되어 외부로부터 신호를 전달받는 데이터 패드를 더 포함하며,
    상기 보호막은 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드를 각각 노출시키는 접촉 구멍을 가지고 있으며,
    각각의 상기 접촉 구멍을 통하여 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드와 연결되며 상기 화소 전극과 동일한 층으로 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드를 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  13. 제1항에서,
    상기 화소 전극은 모서리가 곡선화된 사각형이 수 개가 연결되어 있는 형태또는 사각형 또는 톱니 또는 십자 모양의 개구부 패턴을 가지도록 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  14. (정정) 절연 기판 위에 게이트선 및 이와 연결된 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성하는 단계,
    상기 게이트 배선을 덮는 게이트 절연막 패턴을 형성하는 단계,
    상기 게이트 절연막 패턴 위에 반도체 패턴을 형성하는 단계,
    상기 반도체 패턴 위에 저항 접촉층 패턴을 형성하는 단계,
    화소 분할 패턴을 가지며, 투명한 도전 물질로 이루어진 화소 전극을 화소 영역에 형성하는 단계,
    상기 게이트선과 교차하여 상기 화소 영역을 정의하는 데이터선과 상기 접촉층 위에 서로 분리되어 형성되어 있으며 상기 데이터선에 연결되어 있는 소스 전극 및 상기 게이트 전극에 대하여 상기 소스 전극과 마주하며 상기 화소 전극과 연결되어 있는 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선을 형성하는 단계,
    상기 데이터 배선을 덮으며 상기 화소 전극을 드러내는 개구부를 가지는 보호막을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 게이트 배선과 동일한 층에 상기 화소 전극과 중첩하여 유지 용량을 형성하는 유지 용량 배선을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 유지 용량 배선은 상기 게이트선과 분리되어 상기 게이트선과 평행하게 형성되어 있는 유지 용량선과 상기 유지 용량선의 분지인 유지 용량 전극을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 개구부는 상기 게이트선 및 상기 유지 용량선의 상부까지 연장하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 게이트 절연막 패턴, 상기 반도체 패턴 및 상기 저항 접촉층 패턴은 하나의 마스크를 이용한 한번의 사진 식각 공정으로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 게이트 절연막 패턴, 상기 반도체 패턴 및 상기 저항 접촉층 패턴은 상기 게이트 배선과 상기 유지 용량 배선을 덮는 모양으로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  20. 제14항에서,
    상기 데이터 배선 형성 단계 이후, 상기 데이터 배선으로 가리지 않는 상기 저항 접촉층 패턴을 식각하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  21. 제14항에서,
    상기 보호막 형성 단계 이후, 상기 개구부를 통하여 드러난 상기 반도체 패턴을 식각하여 서로 이웃하는 상기 화소 영역의 상기 반도체 패턴을 분리하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  22. 제14항에서,
    상기 화소 전극은 ITO로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  23. (정정) 제22항에서,
    상기 데이터 배선은 크롬, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, 탄탈륨 또는 티타늄을 포함하는 하부막과 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 상부막으로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법
  24. 제14항에서,
    상기 게이트 배선은 상기 게이트선에 연결되어 외부로부터 신호를 전달받는 게이트 패드를 더 포함하고, 상기 데이터 배선은 상기 데이터선에 연결되어 외부로부터 신호를 전달받는 데이터 패드를 더 포함하며,
    상기 보호막은 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드를 각각 노출시키는 접촉 구멍을 가지고 있으며,
    각각의 상기 접촉 구멍을 통하여 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드와 연결되며 상기 화소 전극과 동일한 층으로 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드를 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
  25. 제14항에서,
    상기 화소 전극은 모서리가 곡선화된 사각형이 수 개가 연결되어 있는 형태사각형 또는 톱니 모양 또는 십자 모양의 개구부 패턴을 가지도록 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 방법.
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