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KR20040050237A - 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법 - Google Patents

액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법 Download PDF

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KR20040050237A
KR20040050237A KR1020020078008A KR20020078008A KR20040050237A KR 20040050237 A KR20040050237 A KR 20040050237A KR 1020020078008 A KR1020020078008 A KR 1020020078008A KR 20020078008 A KR20020078008 A KR 20020078008A KR 20040050237 A KR20040050237 A KR 20040050237A
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KR
South Korea
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gate
electrode
layer
region
forming
Prior art date
Application number
KR1020020078008A
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English (en)
Inventor
김웅권
장윤경
Original Assignee
엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지.필립스 엘시디 주식회사 filed Critical 엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 어레이기판에 컬러필터가 구성된 TOC구조의 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판은 기판에 일차로 컬러필터를 구성한 후, 상기 컬러필터의 상부에 탑 게이트(staggered)형 박막트랜지스터 어레이부를 형성한다.
이때, 상기 박막트랜지스터와 접촉하면서 화소영역에 구성되는 투명 화소전극은 박막트랜지스터 어레이부의 상부에 형성한 보호막의 상부에 구성할 수도 있고, 상기 보호막을 형성하지 않고 박막트랜지스터와 접촉하도록 구성할 수 있고, 상기 박막트랜지스터 어레이부를 형성하기 전 구성할 수도 있다.
전술한 바와 같은 TOC(TFT on color filter)구조의 액정표시장치용 어레이기판은 하나의 기판에 컬러필터와 블랙매트릭스와 상기 박막트랜지스터 어레이부가 형성되는 구조이므로, 상기 블랙매트릭스를 설계할 때 고려해야 하는 합착마진을 고려하지 않아도 되므로 개구율을 개선할 수 있는 장점 있다.

Description

액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법{Array substrate for LCD and Method for fabricating of the same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 박막트랜지스터 어레이부의 하부에 컬러필터를 구성하는 TOC(TFT on color filter)구조의 액정표시장치용 어레이기판과 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 복굴절 특성을 이용하여 화상을 표현하는 것으로, 전계가 인가되면 액정의 배열이 달라지고 달라진 액정의 배열 방향에 따라 빛이 투과되는 특성 또한 달라진다.
일반적으로, 액정표시장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 주입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써, 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다.
도 1은 일반적인 액정표시장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 일반적인 컬러 액정표시장치(11)는 서브 컬러필터(8)와 각 서브 컬러필터(8)사이에 구성된 블랙 매트릭스(6)를 포함하는 컬러필터(7)와 상기 컬러필터(7)의 상부에 증착된 공통전극(18)이 형성된 상부기판(5)과, 화소영역(P)이 정의되고 화소영역에는 화소전극(17)과 스위칭소자(T)가 구성되며, 화소영역(P)의 주변으로 어레이배선이 형성된 하부기판(22)과, 상부기판(5)과 하부기판(22) 사이에는 액정(14)이 충진되어 있다.
상기 하부기판(22)은 어레이기판(array substrate)이라고도 하며, 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 매트릭스형태(matrix type)로 위치하고, 이러한 다수의 박막트랜지스터(TFT)를 교차하여 지나가는 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 형성된다.
이때, 상기 화소영역(P)은 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(15)이 교차하여 정의되는 영역이며, 상기 화소영역(P)상에는 전술한 바와 같이 투명한 화소전극(17)이 형성된다.
상기 화소전극(17)은 인듐-틴-옥사이드(indium-tin-oxide : ITO)와 같이 빛의 투과율이 비교적 뛰어난 투명 도전성금속을 사용한다.
상기 화소전극(17)과 병렬로 연결된 스토리지 캐패시터(C)가 게이트 배선(13)의 상부에 구성되며, 스토리지 캐패시터(C)의 제 1 전극으로 게이트 배선(13)의 일부를 사용하고, 제 2 전극으로 소스 및 드레인 전극과 동일층 동일물질로 형성된 섬형상의 금속층(30)을 사용한다.
이때, 상기 섬형상의 금속층(30)은 화소전극(17)과 접촉되어 화소전극의 신호를 받도록 구성된다.
전술한 바와 같이 상부 컬러필터 기판(5)과 하부 어레이기판(22)을 합착하여액정패널을 제작하는 경우에는, 컬러필터 기판(5)과 어레이기판(22)의 합착 오차에 의한 빛샘 불량 등이 발생할 확률이 매우 높다.
이하, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ`를 따라 절단한 단면도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 어레이기판인 제 1 기판(22)과 컬러필터 기판인 제 2 기판(5)이 이격되어 구성되고, 제 1 및 제 2 기판(22,5)의 사이에는 액정층(14)이 위치한다.
어레이기판(22)의 상부에는 게이트 전극(32)과 액티브층(34)과 소스 전극(36)과 드레인 전극(38)을 포함하는 박막트랜지스터(T)와, 상기 박막트랜지스터(T)의 상부에는 이를 보호하는 보호막(40)이 구성된다.
화소영역(P)에는 상기 박막트랜지스터(T)의 드레인 전극(38)과 접촉하는 투명 화소전극(17)이 구성되고, 화소전극(17)과 병렬로 연결된 스토리지 캐패시터(C)가 게이트 배선(13)의 상부에 구성된다.
상기 상부 기판(5)에는 상기 게이트 배선(13)과 데이터 배선(15)과 박막트랜지스터(T)에 대응하여 블랙매트릭스(6)가 구성되고, 하부 기판(22)의 화소영역(P)에 대응하여 컬러필터(7a,7b,7c)가 구성된다.
이때, 일반적인 어레이기판의 구성은 수직 크로스토크(cross talk)를 방지하기 위해 데이터 배선(15)과 화소 전극(17)을 일정 간격(A) 이격 하여 구성하게 되고, 게이트 배선(13)과 화소 전극 또한 일정간격(B) 이격 하여 구성하게 된다.
데이터 배선(15) 및 게이트 배선(13)과 화소 전극(17) 사이의 이격된 공간(A,B)은 빛샘 현상이 발생하는 영역이기 때문에, 상부 컬러필터기판(5)에 구성한 블랙 매트릭스(black matrix)(6)가 이 부분을 가려주는 역할을 하게 된다.
또한, 상기 박막트랜지스터(T)의 상부에 구성된 블랙매트릭스(6)는 외부에서 조사된 빛이 보호막(40)을 지나 액티브층(34)에 영향을 주지 않도록 하기 위해 빛을 차단하는 역할을 하게 된다.
그런데, 상기 상부 기판(5)과 하부 기판(22)을 합착하는 공정 중 합착 오차(misalign)가 발생하는 경우가 있는데, 이를 감안하여 상기 블랙매트릭스(6)를 설계할 때 일정한 값의 마진(margin)을 두고 설계하기 때문에 그 만큼 개구율이 저하된다.
또한, 마진을 넘어선 합착오차가 발생할 경우, 빛샘 영역(A,B)이 블랙매트릭스(6)에 모두 가려지지 않는 빛샘 불량이 발생하는 경우가 종종 있다.
이러한 경우에는 상기 빛샘이 외부로 나타나기 때문에 화질을 저하하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명을 요약하면 탑게이트형 박막트랜지스터 어레이부의 하부에 컬러필터를 형성하고,상기 박막트랜지스터와 게이트 배선 및 데이터배선의 하부에 블랙매트릭스를 구성한다.
이때, 제 1 구성은 상기 박막트랜지스터의 상부에 보호막을 형성한 후, 박막트랜지스터와 접촉하는 투명 화소전극을 상기 보호막에 형성하는 것이고, 제 2 구조는 상기 보호막을 형성하지 않고, 상기 투명 화소전극을 형성하는 것이고, 제 3 구조는 상기 투명 화소전극을 형성한 후 상기 박막트랜지스터 어레이부를 형성하는 것이다.
전술한 바와 같은 TOC 구조는 상기 블랙매트릭스를 게이트 배선과 데이터 배선과 박막트랜지스터의 하부에 바로 구성하기 때문에 종래와는 달리, 상기 블랙매트릭스를 설계할 때 합착 마진을 고려할 필요가 없으므로 개구율이 개선된 액정표시장치를 제작할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ`를 절단하여 도시한 액정표시장치의 단면도이고,
도 3은 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 4a 내지 도 4f는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ`를 절단하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공정 순서로 도시시한 공정 단면도이고,
도 5는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ`를 따라 절단하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 단면구성으로 도시한 단면도이고,
도 6a 내지 도 6e는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ`를 절단하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 공정 순서로 도시시한 공정 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
100 : 기판 102 : 블랙 매트릭스
104a,b,c : 컬러필터 106 : 버퍼층
112 : 소스 전극 114 : 드레인 전극
116 : 데이터 배선 118 : 섬형상의 금속층
120 : 불순물 비정질 실리콘층
128 : 게이트 절연막 130 : 게이트 전극
132 : 게이트 배선 138 : 화소 전극
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치용 어레이기판은 화소 영역과 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역이 정의된 기판과; 상기 화소영역에 대응하여 개구부를 포함하고, 상기 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역에 대응하여 구성된 블랙매트릭스와; 상기 화소영역에 대응하여 구성된 컬러필터와; 상기 블랙매트릭스와 컬러필터의 상부에 구성된 절연막인 버퍼층과; 상기 버퍼층의 상부에 구성되고, 상기 데이터 영역에 대응하여 일 방향으로 연장된 데이터배선과; 상기 데이터 배선과 절연막을 사이에 두고 수직하게 교차하고, 상기 게이트 영역에 대응하여 일 방향으로 연장된 게이트 배선과; 상기 데이터 배선과 게이트 배선의 교차지점에 구성되고, 소스 및 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극의 상부에 걸쳐 구성된 액티브층과, 액티브층의 상부에 절연막을 사이에 두고 구성된 게이트 전극을 포함하는 박막트랜지스터와; 상기 드레인 전극과 접촉하면서 화소영역에 구성된 화소전극을 포함한다.
상기 박막트랜지스터와 화소전극 사이에 절연막인 보호막이 더욱 구성된다.
상기 보호막은 질화 실리콘(SiNx)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나로 형성된다.
상기 화소전극은 드레인 전극의 하부에서 드레인 전극과 접촉하여 구성될 수 있다.
상기 게이트 배선의 하부에 절연막을 사이에 두고 섬형사의 금속층을 더욱 구성하여, 이를 제 1 전극으로 하고 그 상부의 게이트 배선을 제 2 전극으로 하는보조 용량부가 더욱 구성된다.
본 발명의 특징에 따른 액정표시장치용 어레이기판은 기판 상에, 화소 영역과 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역을 정의하는 단계와; 상기 화소영역에 대응하여 개구부를 포함하고, 상기 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 화소영역에 대응하여 컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스와 컬러필터가 구성된 기판의 전면에 절연막인버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 버퍼층의 상부에 제 1 금속층과 불순물 비정질 실리콘층을 적층하고 패턴하여, 상기 데이터 영역에 대응하여 일방향으로 연장된 데이터 배선과, 소정간격 이격된 소스 및 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극 상부에 오믹 콘택층을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 걸쳐 섬형상의 액티브층을 형성하는 단계와; 상기 액티브층이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막과 제 2 금속층을 적층하고 패턴하여, 상기 오믹 콘택층의 상부에 게이트 절연막과 게이트 전극과, 게이트 전극과 연결되고 상기 게이트 영역에 대응하여 일 방향으로 연장된 데이터 배선을 형성하는 단계와; 상기 화소영역에 대응하여 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 블랙매트릭스는 크롬(Cr) 또는 크롬/크롬옥사이드(Cr/CrOX)의 이중층으로 형성되며, 상기 버퍼층은 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질 그룹 또는 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포 또는 증착하여 형성할 수 있다.
상기 제 1 금속층과 제 2 금속층은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 구리(Cu), 티타늄(Ti)을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나로 형성한다.
상기 화소전극과 박막트랜지스터 사이에 질화 실리콘(SiNX) 또는 산화 실리콘(SiO2)인 무기 절연막을 형성하는 단계를 더욱 포함한다.
상기 게이트 배선의 하부에 절연막을 사이에 두고 섬형상의 금속층을 더욱 형성하여 이를 제 1 전극으로 하고, 그 상부의 게이트 배선을 제 2 전극으로 하는 보조 용량부가 더욱 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따른 액정표시장치용 어레이기판 제조방법은 기판 상에, 화소 영역과 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역을 정의하는 단계와; 상기 화소영역에 대응하여 개구부를 포함하고, 상기 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계와; 상기 화소영역에 대응하여 컬러필터를 형성하는 단계와; 상기 블랙매트릭스와 컬러필터가 구성된 기판의 전면에 절연막인 버퍼층을 형성하는 단계와; 상기 스위칭 영역의 일부와 화소영역에 대응하는 버퍼층의 상부에 화소전극을 형성하는 단계와; 상기 화소전극이 형성된 기판의 전면에 대응하는 버퍼층의 상부에 제 1 금속층과 불순물 비정질 실리콘층을 적층하고 패턴하여, 상기 데이터 영역에 대응하여 일방향으로 연장된 데이터 배선과, 소정간격 이격된 소스 및 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극 상부에 오믹 콘택층을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 걸쳐 섬형상의 액티브층을 형성하는 단계와; 상기 액티브층이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막과 제 2 금속층을 적층하고 패턴하여, 상기 오믹 콘택층의 상부에 게이트 절연막과 게이트 전극과, 게이트 전극과 연결되고 상기 게이트 영역에 대응하여 일 방향으로 연장된 데이터 배선을 형성하는 단계를 포함한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 설명한다.
-- 제 1 실시예 --
도 3은 본 발명에 따른 TOC(TFT on color filter) 구조의 액정표시장치용 어레이기판의 구성을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 기판(100)상에 일 방향으로 연장된 게이트 배선(102)을 서로 평행하게 구성하고, 상기 게이트 배선(102)과 수직하게 교차하여 다수의 화소영역(P)을 정의하는 데이터 배선(116)을 구성한다.
상기 게이트 배선(102)과 데이터 배선(116)이 교차하는 지점에는 게이트 전극(104)과 액티브층(108)과 소스 및 드레인 전극(112,114)을 포함하는 박막트랜지스터(T)를 구성한다.
이때, 상기 박막트랜지스터는 소스 및 드레인 전극과 액티브층과 게이트 전극이 순차적으로 구성된 탑게이트 형의 박막트랜지스터이다.
상기 두 배선(102,116)이 교차하여 정의되는 화소영역(P)에는 투명한 화소전극을 구성한다.
전술한 구성에서, 상기 박막트랜지스터와 게이트 배선과 데이터 배선의 하부에 블랙매트릭스를 형성하고, 상기 화소전극의 하부에는 각 화소영역 마다 적색과 녹색과 청색의 컬러필터를 순서대로 구성한다.
상기 화소전극은 게이트배선(102)의 상부에 구성된 스토리지 캐패시터(Cst)와 병렬로 연결된다.
스토리지 캐패시터(Cst)는 게이트 배선(102)의 일부를 제 1 전극으로 하고, 그 하부의 섬형상의 금속층을 제 2 전극으로 한다.
상기 섬형상의 금속층은 상기 데이터 배선과 동일층에 구성되며, 상기 화소전극과 접촉하도록 구성한다.
TOC 구조는 도시한 바와 같이, 상기 박막트랜지스터(T) 어레이부의 하부에 블랙매트릭스(124)와, 적, 녹, 청색의 컬러필터(130a,130b,130c)가 구성된 형태이다.
블랙매트릭스(124)는 빛샘영역을 가리는 역할을 하며, 앞서 설명한 바와 같이, 게이트 배선 및 데이터 배선(116)과 박막트랜지스터(T)에 대응하여 구성한다.
이하, 도 4a 내지 도 4f를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법을 설명한다.
도 4a 내지 도 4f는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ`를 절단하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공정 순서로 도시한 공정 단면도이다.
(도 3의 절단선 Ⅳ-Ⅳ`는 박막트랜지스터와 화소의 절단선이다.)
도 4a에 도시한 바와 같이, 기판(100)상에 스위칭 영역(T)과 화소영역(P)과 데이터 영역(D)과 게이트/스토리지 영역(G/S)을 정의한다.
연속하여, 상기 다수의 영역이 정의된 기판(100)상에 크롬(Cr) 또는 크롬/크롬옥사이드(Cr/CrOX)를 증착하고 패턴하여, 상기 스위칭 영역(T)과 데이터 영역(D)과 게이트 영역(G)에 대응하여 블랙매트릭스(102)를 형성한다.
다음으로, 특정한 색(적색 또는 녹색 또는 청색)을 나타내는 알료가 포함된 컬러수지를 도포하여, 상기 화소영역(P)에 컬러필터(104a,104b,도 3의 104c)를 형성한다.
이때, 상기 컬러필터(104a,104b,도 3의 104c)는 적색과 녹색과 청색을 나타내며, 각 색깔별로 패턴하는 공정을 순차적으로 진행하면 된다.
연속하여, 상기 블랙매트릭스(102)와 컬러필터(104a,104b,도 3의 104c)가 형성된 기판(100)의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)또는 폴리이미드(poly-imide)를 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포하여 버퍼층(106)을 형성한다.
상기 버퍼층(106)은 이후 박막트랜지스터 어레이부를 형성하는 공정 중 하부의 컬러필터를 보호하기 위한 목적으로 형성한다.
이때, 상기 버퍼층으로 전술한 바와 같은 유기절연막 이외에도 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SIO2)을 포함하는 무기 절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 형성한 무기절연막을 사용할 수 있다. 무기 절연막은 이후 형성되는 박막트랜지스터 어레이부 중 상기 버퍼층과 직접 맞닿는 금속막들과의 계면 특성이 우수한 장점이 있다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 버퍼층(106)이 형성된 기판(100)의 전면에크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)과 텅스텐(W)과 티타늄(Ti)과 구리(Cu)와 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금(AlNd)을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하여, 제 1 금속층(108)을 형성하고, 연속하여 상기 제 1 금속층(108)의 상부에 불순물이 포함된 비정질 실리콘층(110)을 형성한다.
연속하여, 상기 제 1 금속층(108)과 불순물 비정질 실리콘층(110)을 일괄 식각하게 되면, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 영역(T)에 대응하여 서로 이격된 소스 전극(112)과 드레인 전극(114)과, 상기 소스 전극(112)에서 평면적으로 기판(100)에 대해 일 방향으로 연장된 데이터 배선(116)과, 상기 게이트 /스토리지 영역(G/S)에 대응하여 섬형상의 금속층(118)이 형성되고, 상기 각 구성의 상부에는 패턴된 비정질 실리콘층(120)이 위치하게 된다.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극(112,114)의 상부에 위치한 비정질 실리콘층(120)을 특히 오믹 콘택층(ohmic contact layer)이라 한다.
도 4d에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(112,114)과 오믹 콘택층(120)이 형성된 기판(100)의 전면에 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)을 증착하고 패턴하여, 상기 소스 및 드레인 전극(112,114)의 걸쳐 섬 형상으로 구성되는 액티브층(122)을 형성한다.
이때, 상기 액티브층(122)은 소자의 동작특성을 개선하기 위해 결정질 실리콘으로 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 액티브층(122)이 형성된 기판(100)의 전면에 질화실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 게이트 절연막(124)을 형성한다.
연속하여, 상기 게이트 절연막(124)상에 전술한 바와 같은 도전성 금속을 증착하여 제 2 금속층(126)을 형성하다.
상기 게이트 절연막(124)과 제 2 금속층(126)을 건식식각을 통해 일괄 식각하여 도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(112,114)의 이격된 공간에 대응하는 부분에 평면적으로 겹쳐진 게이트 절연막(128)과 게이트 전극(130)을 형성하고, 상기 게이트 전극(130)과 연결되고 상기 데이터 배선(116)과는 교차하여 화소영역(P)의 일측을 지나는 게이트 배선(132)을 형성한다.
이때, 상기 게이트 배선(132)은 상기 섬형상의 금속층(118)의 상부로 지나가게 된다.
이 부분에서는 상기 게이트 절연막(128)을 사이에 두고 상기 금속층(118)을 제 1 전극으로 하고, 그 상부의 게이트 배선(132)을 제 2 전극으로 하는 보조 용량부(Cst)가 형성된다.
상기 게이트 배선(132)은 일반적으로, 알루미늄을 포함하는 이중금속층으로 형성한다.
다음으로, 상기 게이트 전극(130)과 게이트 절연막(128)이 형성된 기판(100)의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 투명한 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 보호막(134)을 형성하고, 상기드레인 전극(114)과, 상기 섬형상의 금속층(118)에 대응하는 보호막(134)을 식각하여 드레인 전극(114)의 일부를 노출하는 드레인 콘택홀(136)과 상기 섬형상의 금속층(118)의 일부를 노출하는 스토리지 콘택홀(138)을 형성한다.
도 4f에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(134)이 형성된 기판(100)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 노출된 드레인 전극(114)과 상기 노출된 섬형상의 금속층(118)과 접촉하면서 화소영역(P)에 위치한 화소전극(138)을 형성한다.
전술한 바와 같은 공정을 통해 본 발명의 제 1 실시예에 따른 TOC구조의 탑게이트형 박막트랜지스터 어레이부를 형성할 수 있다.
상기 제 1 실시예의 제조공정은 컬러필터 제조공정을 제외하고, 블랙매트릭스를 형성하는 제 1 마스크 공정과, 소스 및 드레인 전극과 데이터 배선과 오믹 콘택층을 형성하는 제 2 마스크 공정과, 상기 액티브층을 형성하는 제 3 마스크 공정과, 상기 게이트 절연막과 게이트 전극을 형성하는 제 4 마스크 공정과, 상기 보호막을 패턴하는 제 5 마스크 공정과, 상기 화소전극을 형성하는 제 6 마스크 공정으로 이루어진다.
이하, 제 2 실시예는 제 1 실시예의 변형예로서, 상기 제 1 실시예보다 1 마스크를 줄일 수 있는 구성이다.
-- 제 2 실시예는 --
본 발명의 제 2 실시예는 상기 제 1 실시예에서 보호막을 형성하는 공정을 생략하여 구성한 것을 특징으로 한다.
제 5는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ`를 따라 절단하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 구성으로 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제 2 실시예의 구성은 앞서 설명한 제 1 실시예과 비교하여, 상기 박막트랜지스터와 데이터 및 게이트 배선(116,132)을 형성하는 공정까지는 동일하다.
즉, 제 1 마스크 공정으로, 블랙매트릭스(102)를 형성하고 다음 공정으로 컬러필터(104a,104b)를 형성하고, 제 2 마스크 공정으로 소스 및 드레인 전극(112,114)과 오믹 콘택층(120)을 형성하고, 제 3 마스크 공정으로 액티브층(122)을 형성하고, 제 4 마스크 공정으로 게이트 절연막(128)과 게이트 전극(130)을 형성하는 것이 동일하다.
제 2 실시예에서는 도시한 바와 같이, 상기 게이트 전극(130)을 형성하는 공정을 마친후, 제 5 마스크 공정으로, 상기 드레인 전극(114)및 섬형상의 금속층(118)과 접촉하면서 화소영역(P)에 위치한 화소전극(138)을 형성한다.
전술한 바와 같은 공정으로 본 발명의 제 2 실시예에 따른 TOC 구조의 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있다.
이하, 제 1 실시예의 또 다른 변형예를 이하 제 3 실시예를 통해 설명한다.
-- 제 3 실시예 --
본 발명의 제 3 실시예의 특징은 상기 탑게이트 형 박막트랜지스터 어레이부를 형성하기 전 상기 화소전극을 먼저 형성하는 것을 특징으로 하며, 이 구성 또한 상기 제 1 실시예에 비해 1 마스크을 줄일 수 있는 구성이다.
이하, 도 6a 내지 도 6e를 참조하여, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 TOC 구조의 액정표시장치용 어레이기판의 제조공정을 설명한다.
도 6a 내지 도 6e는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ`를 따라 절단하여, 본 발명이 제 3 실시예에 따른 공정 순서에 따라 도시한 공정 단면도이다.
먼저, 도 6a에 도시한 바와 같이, 기판(200)상에 스위칭 영역(T)과 화소영역(P)과 데이터 영역(D)과 게이트 영역(G)/스토리지 영역(S)을 정의한다.
연속하여, 상기 다수의 영역(T,P,D,G/S )이 정의된 기판(200) 상에 크롬(Cr) 또는 크롬/크롬옥사이드(Cr/CrOX)를 증착하고 패턴하여, 상기 스위칭 영역(T)과 데이터 영역(G)과 게이트 영역(G)에 대응하여 블랙매트릭스(202)를 형성한다.
다음으로, 특정한 색(적색 또는 녹색 또는 청색)을 나타내는 알료가 포함된 컬러수지를 도포하여, 상기 화소영역에 컬러필터(204a,204b,204c)를 형성한다.
이때, 상기 컬러필터(204a,204b,204c)는 적색과 녹색과 청색을 나타내며, 각 색깔별로 패턴하는 공정을 순차적으로 진행하면 된다.
연속하여, 상기 블랙매트릭스(202)와 컬러필터(204a,204b,204c)가 형성된 기판(200)의 전면에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)또는 폴리이미드(poly-imide)를 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포하여 버퍼층(206)을 형성한다.
상기 버퍼층(206)은 이후 박막트랜지스터 어레이부를 형성하는 공정 중 하부의 컬러필터를 보호하기 위한 목적으로 형성한다.
이때, 상기 버퍼층으로 전술한 바와 같은 유기절연막 이외에도 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SIO2)을 포함하는 무기 절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 형성한 무기절연막을 사용할 수 있다. 무기 절연막은 이후 형성되는 박막트랜지스터 어레이부 중 상기 버퍼층(206)과 직접 맞닿는 금속막들과의 계면 특성이 우수한 장점이 있다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 상기 버퍼층(206)이 형성된 기판(200)의 전면에 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명한 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하고 패턴하여, 상기 스위치 영역(T)의 일부와 상기 게이트/스토리지 영역(G/S)의 일부로 연장되면서 화소영역에 위치한 화소전극(208)을 형성한다.
다음으로, 상기 화소전극(208)이 형성된 기판(200)의 전면에 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)과 텅스텐(W)과 티타늄(Ti)과 구리(Cu)와 알루미늄(Al)과 알루미늄 합금(AlNd)을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나를 증착하여 제 1 금속층(210)을 형성하고, 연속하여 상기 제 1 금속층(210)의 상부에 불순물이 포함된 비정질 실리콘층(212)을 형성한다.
연속하여, 상기 제 1 금속층(210)과 불순물 비정질 실리콘층(212)을 일괄 식각하게 되면, 도 6c에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 영역(T)에 대응하여 서로 이격된 소스 전극(212)과 드레인 전극(214)과, 상기 소스 전극(212)에서 평면적으로 기판(200)에 대해 일 방향으로 연장된 데이터 배선(216)과, 상기 게이트 /스토리지 영역(G/S)에 대응하여 섬형상의 금속층(218)이 형성되고, 상기 각 구성의 상부에는 패턴된 비정질 실리콘층(218)이 위치하게 된다.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극(212,214)의 상부에 위치한 비정질 실리콘층(218)을 특히 오믹 콘택층(ohmic contact layer)이라 한다.
도 6d에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(212,214)과 오믹 콘택층(220)이 형성된 기판(200)의 전면에 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)을 증착하고 패턴하여, 상기 소스 및 드레인 전극(212,214)의 걸쳐 섬 형상으로 구성되는 액티브층(224)을 형성한다.
이때, 상기 액티브층(224)은 소자의 동작특성을 개선하기 위해 결정질 실리콘으로 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 액티브층(224)이 형성된 기판(200)의 전면에 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 증착하여 게이트 절연막(226)을 형성한다.
연속하여, 상기 게이트 절연막(226)상에 전술한 바와 같은 도전성 금속을 증착하여 제 2 금속층(228)을 형성하다.
상기 게이트 절연막(226)과 제 2 금속층(228)을 건식식각을 통해 일괄 식각하여 도 6e에 도시한 바와 같이, 상기 소스 및 드레인 전극(212,214)의 이격된 공간에 대응하는 부분에 평면적으로 겹쳐진 게이트 절연막(230)과 게이트 전극(232)을 형성하고, 상기 게이트 전극(232)과 연결되고 상기 데이터 배선(230)과는 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트 배선(234)을 형성한다.
이때, 상기 게이트 배선(234)은 상기 섬형상의 금속층(218)의 상부로 지나가게 된다.
이 부분에서는 상기 게이트 절연막(230)을 사이에 두고 상기 금속층(218)을 제 1 전극으로 하고, 그 상부의 게이트 배선(234)을 제 2 전극으로 하는 보조 용량부(Cst)가 형성된다.
상기 게이트 배선(234)은 일반적으로, 알루미늄(Al)을 포함하는 이중금속층으로 형성한다.
전술한 바와 같은 공정을 통해 본 발명의 제 3 실시예에 따른 TOC 구조의 액정표시장치용 어레이기판을 제작할 수 있다.
전술한 바와 같은 공정은, 상기 컬러필터를 형성하는 공정을 제외하고, 제 1 마스크 공정으로, 블랙매트릭스를 형성하고, 다음 공정으로 컬러필터를 형성하고, 제 2 마스크 공정으로 화소전극을 형성하고, 제 3 마스크 공정으로 소스 및 드레인 전극과 오믹 콘택층을 형성하고, 제 4 마스크 공정으로 액티브층을 형성하고, 제 5 마스크 공정으로 게이트 절연막과 게이트 전극을 형성한다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 또한 제 1 실시예에 비해 1 마스크 공정을줄일 수 있는 장점이 있다.
전술한 제 1 및 제 3 실시예에 따른 본 발명에 따른 ?? 구조의 액정표시장치는 어레이기판은, 박막트랜지스터 어레이부의 하부에 컬러필터와 블랙매트릭스를 형성함으로서, 상기 블랙매트릭스를 설계할 때 종래와 달리 합착마진을 고려하지 않아도 되므로 개구율을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 제 2 실시예와 제 3 실시예의 공정을 통해 마스크 공정을 줄일 수 있으므로, 공정시간 단축과 함께 비용을 낮출 수 있으므로 제품의 경쟁력을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 화소 영역과 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역이 정의된 기판과;
    상기 화소영역에 대응하여 개구부를 포함하고, 상기 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역에 대응하여 구성된 블랙매트릭스와;
    상기 화소영역에 대응하여 구성된 컬러필터와;
    상기 블랙매트릭스와 컬러필터의 상부에 구성된 절연막인 버퍼층과;
    상기 버퍼층의 상부에 구성되고, 상기 데이터 영역에 대응하여 일 방향으로 연장된 데이터 배선과;
    상기 데이터 배선과 절연막을 사이에 두고 수직하게 교차하고, 상기 게이트 영역에 대응하여 일 방향으로 연장된 게이트 배선과;
    상기 데이터 배선과 게이트 배선의 교차지점에 구성되고, 소스 및 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극의 상부에 걸쳐 구성된 액티브층과, 액티브층의 상부에 절연막을 사이에 두고 구성된 게이트 전극을 포함하는 박막트랜지스터와;
    상기 드레인 전극과 접촉하면서 화소영역에 구성된 화소전극
    을 포함하는 액정표시장치용 어레이기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터와 화소전극 사이에 절연막인 보호막이 더욱 구성된 액정표시장치용 어레이기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소전극은 드레인 전극의 하부에서 드레인 전극과 접촉하여 구성된 액정표시장치용 어레이기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 게이트 배선의 하부에 절연막을 사이에 두고 섬형사의 금속층을 더욱 구성하여, 이를 제 1 전극으로 하고 그 상부의 게이트 배선을 제 2 전극으로 하는보조 용량부가 더욱 구성된 액정표시장치용 어레이기판.
  5. 기판 상에, 화소 영역과 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역을 정의하는 단계와;
    상기 화소영역에 대응하여 개구부를 포함하고, 상기 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 화소영역에 대응하여 컬러필터를 형성하는 단계와;
    상기 블랙매트릭스와 컬러필터가 구성된 기판의 전면에 절연막인 버퍼층을형성하는 단계와;
    상기 버퍼층의 상부에 제 1 금속층과 불순물 비정질 실리콘층을 적층하고 패턴하여, 상기 데이터 영역에 대응하여 일방향으로 연장된 데이터 배선과, 소정간격 이격된 소스 및 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극 상부에 오믹 콘택층을 형성하는 단계와;
    상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 걸쳐 섬형상의 액티브층을 형성하는 단계와;
    상기 액티브층이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막과 제 2 금속층을 적층하고 패턴하여, 상기 오믹 콘택층의 상부에 게이트 절연막과 게이트 전극과, 게이트 전극과 연결되고 상기 게이트 영역에 대응하여 일 방향으로 연장된 데이터 배선을 형성하는 단계와;
    상기 화소영역에 대응하여 상기 드레인 전극과 접촉하는 화소전극을 형성하는 단계;
    를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 블랙매트릭스는 크롬 또는 크롬(Cr)/크롬 옥사이드(CrOX)의 이중층으로 형성된 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 버퍼층은 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함하는 유기절연물질 그룹 또는 질화 실리콘(SiNX)과 산화 실리콘(SiO2)을 포함하는 유기절연물질 그룹 중 선택된 하나를 도포 또는 증착하여 형성하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 액티브층은 순수 비정질 실리콘(a-Si:H)으로 형성된 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 금속층과 제 2 금속층은 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 구리(Cu), 티타늄(Ti)을 포함하는 도전성 금속그룹 중 선택된 하나로 형성된 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 화소전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)와 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 포함하는 투명 도전성 금속그룹 중 선택된 하나로 형성된 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 화소전극과 박막트랜지스터 사이에 무기절연막을 형성하는 단계를 더욱 포함하는 액정표시장치용 어레기판 제조방법.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 게이트 배선의 하부에 절연막을 사이에 두고 섬형상의 금속층을 더욱 형성하여 이를 제 1 전극으로 하고, 그 상부의 게이트 배선을 제 2 전극으로 하는 보조 용량부가 더욱 형성된 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  13. 기판 상에, 화소 영역과 스위칭 영역과 게이트 영역과 데이터 영역을 정의하는 단계와;
    상기 화소영역에 대응하여 개구부를 포함하고, 상기 스위칭 영역과 게이트영역과 데이터 영역에 대응하여 블랙매트릭스를 형성하는 단계와;
    상기 화소영역에 대응하여 컬러필터를 형성하는 단계와;
    상기 블랙매트릭스와 컬러필터가 구성된 기판의 전면에 절연막인 버퍼층을 형성하는 단계와;
    상기 스위칭 영역의 일부와 화소영역에 대응하는 버퍼층의 상부에 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소전극이 형성된 기판의 전면에 대응하는 버퍼층의 상부에 제 1 금속층과 불순물 비정질 실리콘층을 적층하고 패턴하여, 상기 데이터 영역에 대응하여 일방향으로 연장된 데이터 배선과, 소정간격 이격된 소스 및 드레인 전극과, 소스 및 드레인 전극 상부에 오믹 콘택층을 형성하는 단계와;
    상기 소스 및 드레인 전극의 상부에 걸쳐 섬형상의 액티브층을 형성하는 단계와;
    상기 액티브층이 형성된 기판의 전면에 게이트 절연막과 제 2 금속층을 적층하고 패턴하여, 상기 오믹 콘택층의 상부에 게이트 절연막과 게이트 전극과, 게이트 전극과 연결되고 상기 게이트 영역에 대응하여 일 방향으로 연장된 데이터 배선을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
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Patent event date: 20021209

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