KR100705616B1 - Method for manufacturing thin film transistor liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 유리기판 상에 게이트용 금속막을 형성하는 단계; 상기 게이트용 금속막을 제 1 마스크 공정을 이용해서 패터닝하여 게이트 전극을 포함한 게이트 라인을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 및 게이트 라인이 형성된 유리기판의 전면 상에 게이트 절연막과 액티브층 및 소오스/드레인 전극용 금속막을 차례로 형성하는 단계; 상기 소오스/드레인 전극용 금속막과 액티브층을 제 2 마스크 공정을 이용해서 패터닝하여 박막트랜지스터의 채널부 패턴을 포함한 데이터 라인을 형성하는 단계; 상기 기판 결과물 상에 제 1 보호막을 형성하는 단계; 상기 제 1 보호막을 제3마스크 공정을 이용해서 패터닝하여 박막트랜지스터의 채널 예정 영역 및 소오스 전극 예정 영역의 소오스/드레인 전극용 금속막 부분들을 각각 노출시키는 제 1 홀 및 제 2 홀을 형성하는 단계; 상기 제 1 홀 및 제 2 홀을 포함한 제 1 보호막 상에 투명금속막을 형성하는 단계; 상기 투명금속막을 제 4 마스크 공정을 이용해서 패터닝하여 화소전극을 형성하는 단계; 상기 제 4 마스크 공정시 형성한 식각마스크를 이용해서 제 1 홀에 의해 노출된 소오스/드레인 전극용 금속막 부분 및 그 아래 액티브층의 일부 두께를 식각하여 소오스/드레인 전극 및 채널부를 형성하는 단계; 및 상기 박막트랜지스터의 채널부 상에 제 2 보호막을 형성하는 단계;를 포함한다. The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor liquid crystal display device, comprising: forming a gate metal film on a glass substrate; Patterning the gate metal film using a first mask process to form a gate line including a gate electrode; Sequentially forming a gate insulating film, an active layer, and a source / drain electrode metal film on an entire surface of the glass substrate on which the gate electrode and the gate line are formed; Patterning the source / drain electrode metal layer and the active layer using a second mask process to form a data line including a channel portion pattern of a thin film transistor; Forming a first passivation layer on the substrate resultant; Patterning the first passivation layer using a third mask process to form first and second holes exposing the metal film portions for the source / drain electrodes of the channel planar region and the source electrode predetermined region of the thin film transistor, respectively; Forming a transparent metal film on the first passivation layer including the first hole and the second hole; Patterning the transparent metal film using a fourth mask process to form a pixel electrode; Etching the metal film portion for the source / drain electrodes exposed by the first hole and a partial thickness of the active layer below by using the etching mask formed during the fourth mask process to form the source / drain electrode and the channel portion; And forming a second passivation layer on the channel portion of the thin film transistor.
Description
도 1a 내지 1e는 종래기술에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 제조하기 위한 각 공정별 단면도.Figure 1a to 1e is a cross-sectional view for each process for manufacturing a thin film transistor array substrate according to the prior art.
도 2a 내지 2g는 본 발명에 따른 박막트랜지스터 어레이 기판을 제조하기 위한 각 공정별 단면도.Figure 2a to 2g is a cross-sectional view for each process for manufacturing a thin film transistor array substrate according to the present invention.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 채널부 보호막 형성방법을 도시한 단면도.3A and 3B are cross-sectional views illustrating a method of forming a thin film transistor channel portion protective film according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막트랜지스터 채널부 보호막 형성방법을 도시한 단면도.4A to 4B are cross-sectional views illustrating a method of forming a thin film transistor channel portion protective film according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
11: 유리기판 13: 게이트 전극11: glass substrate 13: gate electrode
15: 게이트 절연막 17: 액티브층15: gate insulating film 17: active layer
19: 소오스/드레인 전극층 21: 제 1 보호막19: source / drain electrode layer 21: first protective film
22: 화소전극용 투명금속막 23 : 화소전극22: transparent metal film for pixel electrode 23: pixel electrode
25: 포토레지스트 27,29: 제 2 보호막25:
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 4-마스크 공정을 이용한 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a thin film transistor liquid crystal display device, and more particularly, to a method of manufacturing a thin film transistor liquid crystal display device using a four-mask process.
일반적으로, 박막트랜지스터 액정표시장치는 고속응답 특성 및 고화소수 특성을 갖는다, 이에따라, 화면의 고화질화 및 대형화 등을 구현할 수 있으며, 최근에는 휴대용 텔레비전, 노트북 컴퓨터, 자동차 항법장치 등에 많이 이용되고 있다.In general, the thin film transistor liquid crystal display device has high-speed response characteristics and high pixel number characteristics. Accordingly, the thin film transistor liquid crystal display device can realize high quality and large screen size, and is recently used in portable televisions, notebook computers, automobile navigation systems, and the like.
이러한 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조를 위해, 종래에는 5-마스크 공정을 이용한 백채널에치(Back channel etch)형 박막트랜지스터 어레이 공정을 진행하고 있으며, 이하에서는 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 그 공정을 간단히 설명하도록 한다. In order to manufacture such a thin film transistor liquid crystal display, a back channel etch type thin film transistor array process using a 5-mask process is conventionally performed. Hereinafter, the process will be described with reference to FIGS. 1A to 1E. Briefly explain.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 유리기판(100) 상에 금속층을 증착한 후 제 1 마스크 공정을 통하여 게이트 전극(101)을 포함한 게이트 라인(도시안됨)을 형성한다.
이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(101)을 포함한 게이트 라인이 형성된 유리기판(100) 전면 상에 복합층(게이트 절연막 및 액티브층)(105)을 증착한 후 제 2 마스크 공정을 통하여 액티브층(105)을 박막트랜지스터의 예정영역에 존재하도록 패터닝한다.First, as shown in FIG. 1A, after depositing a metal layer on the
Subsequently, as shown in FIG. 1B, a second mask process is performed after depositing a composite layer (a gate insulating layer and an active layer) 105 on the entire surface of the
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 소오스/드레인 전극용 금속막을 증착한 후, 제 3 마스크 공정을 통하여 소오스/드레인 전극(107)을 형성한다.
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 소오스/드레인 전극(107)이 형성된 유리기판(100) 상에 보호막(109)을 형성한 후, 소오스 전극(도면부호 표시않됨)의 일부가 노출되도록 제 4 공정을 통하여 상기 보호막(109)을 식각하여 비아홀(부호표시 않됨)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, the source /
Subsequently, as shown in FIG. 1D, after the
마지막으로, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 비아홀(부호표시 않됨)을 통해 노출된 소오스 전극(부호표시 않됨)과 콘택되도록 상기 보호막(109) 상부에 ITO(Indium Tin Oxide)막을 증착한 후, 제 5 마스크 공정을 통하여 상기 ITO막을 소정부분 식각하여 화소전극(111)을 형성한다. Finally, as shown in FIG. 1E, an ITO (Indium Tin Oxide) film is deposited on the
그러나, 종래의 박막트랜지스터 액정표시장치를 제조하기 위한 박막트랜지스터 어레이 공정은 상술한 바와 같이 적어도 5번의 마스크 공정이 요구된다.However, the thin film transistor array process for manufacturing a conventional thin film transistor liquid crystal display device requires at least five mask processes as described above.
이때, 마스크 공정이라 함은 공지된 바와 같이 포토리소그라피 공정으로서, 그 자체 공정만으로도 레지스트 도포공정, 노광공정, 현상공정, 식각공정 및 레지스트 제거공정을 포함한다. 이에 따라, 한 번의 마스크 공정을 진행하는데에도 장시간이 소요된다. 또한, 백채널 형성을 위한 식각 공정 또는 백채널 식각 후의 수소화(Hydrogenation) 처리 공정에 의해 박막트랜지스터의 누설전류가 민감하게 변하여 소자특성의 불균일성이 발생할 수 있다.In this case, the mask process is a photolithography process, as is known, and includes a resist coating process, an exposure process, a developing process, an etching process, and a resist removing process only by its own process. As a result, it takes a long time to advance one mask process. In addition, the leakage current of the thin film transistor may be sensitively changed by an etching process for forming a back channel or a hydrogenation process after back channel etching, thereby causing non-uniformity of device characteristics.
이로 인하여, 적어도 5번의 마스크 공정을 포함하는 박막트랜지스터 액정표시장치를 제조하는데 매우 긴 시간이 요구되고, 제조비용의 상승, 수율저하 및 소자특성의 불균일성 등의 문제점이 있다. For this reason, a very long time is required to manufacture a thin film transistor liquid crystal display including at least five mask processes, and there are problems such as an increase in manufacturing cost, a yield decrease, and a nonuniformity of device characteristics.
한편, 그레이톤 마스크를 이용하여 소오스/드레인 전극과, 오믹층 및 채널층을 동시에 식각하는 4-마스크 공정이 개발되었다. 이 공정은 종래의 5-마스크 공정에서 데이터전극과 복합층을 한단계의 공정으로 제거하여 하나의 마스크 공정을 줄인 것이다.Meanwhile, a four-mask process for simultaneously etching a source / drain electrode, an ohmic layer, and a channel layer using a gray mask has been developed. This process reduces the mask process by removing the data electrode and the composite layer in one step in the conventional 5-mask process.
그러나, 상기 4-마스크 공정에 있어서, 그레이톤 영역을 형성하기 위해서는 마스크 제작시 미세패턴을 형성하여야 하는데, 이러한 미세패턴을 형성하기 위해서는 소요비용이 추가된다, 또한, 미세패턴 형태에 따라 그레이톤 부분의 노광 양상이 매우 민감하게 변화하고, 미세패턴에 의해 형성되는 그레이톤 부분에다 도포하는 감광제 두께를 균일하게 제어하는데 많은 어려움이 있다. However, in the four-mask process, in order to form a gray tone region, a fine pattern must be formed when fabricating a mask, and in order to form such a fine pattern, a cost is additionally added. There is a lot of difficulty in uniformly controlling the thickness of the photosensitive agent applied to the gray tone portion formed by the micropattern, which changes the exposure aspect very sensitively.
따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 그레이톤 마스크를 사용하지 않는 4-마스크 공정을 이용한 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor liquid crystal display using a four-mask process that does not use a gray tone mask.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법은, 유리기판 상에 게이트용 금속막을 형성하는 단계; 상기 게이트용 금속막을 제 1 마스크 공정을 이용해서 패터닝하여 게이트 전극을 포함한 게이트 라인을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 및 게이트 라인이 형성된 유리기판의 전면 상에 게이트 절연막과 액티브층 및 소오스/드레인 전극용 금속막을 차례로 형성하는 단계; 상기 소오스/드레인 전극용 금속막과 액티브층을 제 2 마스크 공정을 이용해서 패터닝하여 박막트랜지스터의 채널부 패턴을 포함한 데이터 라인을 형성하는 단계; 상기 기판 결과물 상에 제 1 보호막을 형성하는 단계; 상기 제 1 보호막을 제3마스크 공정을 이용해서 패터닝하여 박막트랜지스터의 채널 예정 영역 및 소오스 전극 예정 영역의 소오스/드레인 전극용 금속막 부분들을 각각 노출시키는 제 1 홀 및 제 2 홀을 형성하는 단계; 상기 제 1 홀 및 제 2 홀을 포함한 제 1 보호막 상에 투명금속막을 형성하는 단계; 상기 투명금속막을 제 4 마스크 공정을 이용해서 패터닝하여 화소전극을 형성하는 단계; 상기 제 4 마스크 공정시 형성한 식각마스크를 이용해서 제 1 홀에 의해 노출된 소오스/드레인 전극용 금속막 부분 및 그 아래 액티브층의 일부 두께를 식각하여 소오스/드레인 전극 및 채널부를 형성하는 단계; 및 상기 박막트랜지스터의 채널부 상에 제 2 보호막을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 내지 제 4 마스크 공정은 노르말톤(normal-Tone) 마스크로 수행한다.
또한, 상기 박막트랜지스터의 채널부 상에 제 2 보호막을 형성하는 단계는 플라즈마 처리 또는 리프트오프법으로 수행하며, 상기 제 2 보호막은 산화막 또는 질화막으로 이루어진다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film transistor liquid crystal display device, the method including: forming a gate metal film on a glass substrate; Patterning the gate metal film using a first mask process to form a gate line including a gate electrode; Sequentially forming a gate insulating film, an active layer, and a source / drain electrode metal film on an entire surface of the glass substrate on which the gate electrode and the gate line are formed; Patterning the source / drain electrode metal layer and the active layer using a second mask process to form a data line including a channel portion pattern of a thin film transistor; Forming a first passivation layer on the substrate resultant; Patterning the first passivation layer using a third mask process to form first and second holes exposing the metal film portions for the source / drain electrodes of the channel planar region and the source electrode predetermined region of the thin film transistor, respectively; Forming a transparent metal film on the first passivation layer including the first hole and the second hole; Patterning the transparent metal film using a fourth mask process to form a pixel electrode; Etching the metal film portion for the source / drain electrodes exposed by the first hole and a partial thickness of the active layer below by using the etching mask formed during the fourth mask process to form the source / drain electrode and the channel portion; And forming a second passivation layer on the channel portion of the thin film transistor.
In this case, the first to fourth mask processes are performed using a normal-tone mask.
In addition, the forming of the second passivation layer on the channel portion of the thin film transistor may be performed by a plasma treatment or a liftoff method, and the second passivation layer may be formed of an oxide film or a nitride film.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. (Example)
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치의 박막트랜지스터 어레이 기판의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views of respective processes for explaining a method of manufacturing a thin film transistor array substrate of a thin film transistor liquid crystal display according to the present invention.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 투명성 절연기판, 예를들어, 유리기판(11)상에 게이트 전극용 금속막을 증착한 후 제 1 마스크 공정을 통해 패터닝하여 게이트 전극(13)을 포함한 게이트 라인(도시안됨)을 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a gate line including the
그 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 전극(13)이 형성된 유리기판(11)의 전면 상에 게이트 절연막(15), 액티브층(17) 및 소오스/드레인 전극용 금속막(19)을 순차적으로 증착한다.
그런 다음, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제 2 마스크 공정을 통해 소오스/드레인 전극용 금속막(19)과 액티브층(17)을 1차로 패터닝하고, 이를 통해, 박막트랜지스터 채널부 패턴을 포함한 데이터 라인(도시하지 않음)을 형성한다. Next, as shown in FIG. 2B, a gate
Next, as shown in FIG. 2C, the source / drain
이때, 상기 제 2 마스크 공정에 있어서는, 종래 5-마스크 공정에서와 달리 하나의 마스크만을 필요로 하며, 또한, 그레이톤 마스크가 아닌 일반적인 노르말톤(normal tone) 마스크를 적용하므로, 공정시간면이나 공정비용면에서 종래 보다 유리하다.At this time, in the second mask process, unlike the conventional 5-mask process, only one mask is required, and since a normal normal tone mask is applied instead of a gray tone mask, a process time surface or process is used. It is more advantageous than the conventional one in terms of cost.
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 패터닝된 소오스/드레인 전극용 금속막(19)을 비롯하여 게이트 절연막(17) 상에 제 1 보호막(21)을 증착하고, 제 3 마스크 공정으로 상기 패터닝된 소오스/드레인 전극용 금속막(19)의 일부분을 노출시키도록 상기 제 1 보호막(21)을 식각한다. 이 결과, 소오스/드레인 전극용 금속막의 박막트랜지스터 채널부 예정 영역 상에 제 1 홀(H1)이 형성되며, 또한, 후속에서 화소전극과 소오스 전극이 접속되는 제 2 홀(H2)이 형성된다. Subsequently, as shown in FIG. 2D, a
그 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 홀(H1, H2)이 형성된 상기 제 1 보호막(21) 상에 화소전극용 투명금속막(22)을 증착한다.
그런 다음, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 화소전극용 투명금속막 상에 제 4 마스크 공정에 따라 화소영역을 가리는 포토레지스트(25)를 형성한 후, 상기 포토레지스트(25)를 식각 장벽으로 이용해서 화소전극용 투명금속막을 식각하여 화소전극(23)을 형성한다.
연속해서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트(25)를 식각 장벽으로 이용해서 제 1 홀(H1)에 의해 노출된 박막트랜지스터 채널부 패턴의 소오스/드레인 전극용 금속층 부분과 그 아래의 액티브층 부분의 일부 두께를 식각하여 소오스 전극(19b) 및 드레인 전극(19a) 형성함과 동시에 오믹층을 형성하여 박막트랜지스터의 채널부를 형성한다. 이때, 상기 제 4 마스크 공정은 하나의 일반적인 노르말톤 마스크를 사용하여 진행한다. Next, as shown in FIG. 2E, the
Then, as shown in FIG. 2F, a
Subsequently, as shown in FIG. 2G, the source / drain electrode metal layer portion of the thin film transistor channel portion pattern exposed by the first hole H1 using the
여기서, 상기 박막트랜지스터 채널부가 형성된 후에는 제 1 홀(H1)에 의해 백채널영역이 외부로 노출되는데, 상기 외부에 노출되는 백채널영역은 하기와 같은 방법으로 제 2 보호막을 형성하여 보호한다.Here, after the thin film transistor channel portion is formed, the back channel region is exposed to the outside by the first hole H1. The back channel region exposed to the outside is protected by forming a second passivation layer in the following manner.
상기 제 2 보호막을 형성하는데 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 보호막 형성공정은, 도 3a에 도시된 바와 같이, 백채널영역의 실리콘을 산소 또는 질소 가스를 이용하여 플라즈마 처리하는 것에 의해 이루어지며, 이 결과로, 실리콘과 산소 또는 질소가 반응해서 박막트랜지스터의 채널부 상에 산화막 또는 질화막으로 이루어진 제 2 보호막(27)이 형성된다. 이때, 도시하지는 않았으나, 박막트랜지스터의 채널부 이외에 다른 노출된 부분에서도 플라즈마 처리에 의해 산화막 또는 질화막이 형성될 수 있다.
이후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 4 마스크 공정시 제거되지 않고 남겨진 상기 화소전극(23) 상의 포토레지스트(25)를 제거하면 박막트랜지스터가 구비된 하부 어레이 기판을 완성하게 된다.In forming the second protective film, the second protective film forming process according to an embodiment of the present invention is performed by plasma treatment of silicon in the back channel region using oxygen or nitrogen gas, as shown in FIG. 3A. As a result, silicon and oxygen or nitrogen react to form a second
Thereafter, as shown in FIG. 3B, when the
한편, 상기 제 2 보호막을 형성하는데 있어서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 2 보호막 형성공정은, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 저온 증착공정을 통해 이루어진다. 즉, 포토레지스트(25)가 변형되지 않을 온도, 바람직하게는 섭씨 200도 이하에서 스퍼터링 또는 화학기상증착법을 적용하여 상기 채널부를 포함한 기판 결과물의 전면 상에 산화막 또는 질화막을 증착한 후, 소위 리프트오프(Lift-off) 방법에 따라 상기 화소전극(23) 상의 포토레지스트(25)를 제거하여 그 위에 증착된 산화막 또는 질화막을 함께 제거함으로써 제 2 보호막(29)을 형성하는 것이다. On the other hand, in forming the second protective film, the second protective film forming process according to another embodiment of the present invention, as shown in Figure 4a and 4b, through a low temperature deposition process. That is, after the sputtering or chemical vapor deposition method is applied at a temperature at which the
상기의 실시예는 본 발명의 실시양태를 예시하는 것으로서, 본 발명을 제한하는 것은 아니다.The above examples illustrate embodiments of the invention and do not limit the invention.
기타, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.In addition, it can implement in various changes in the range which does not deviate from the summary of this invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the method of manufacturing the thin film transistor liquid crystal display according to the present invention has the following effects.
본 발명에 있어서는 종래의 5-마스크 공정을 4-마스크 공정으로 대체하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래의 그레이톤(gray-tone)에 의한 4-마스크 공정에서 그레이톤 영역을 형성하기 위하여 추가적으로 마스크 제작에 들어가는 비용을 절약할 수 있으며, 그레이톤을 이용한 4-마스크 공정에 비해 공정이 단순하여 공정 마진(margin)을 넓힐 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 4-마스크 공정은 추가적인 설계기술 또는 공정기술이 없어도 현재의 공정기술로도 응용이 가능하다.In the present invention, productivity can be improved by replacing the conventional 5-mask process with a 4-mask process. In addition, in the conventional gray-tone 4-mask process, it is possible to further reduce the cost of manufacturing a mask to form a gray tone region, and the process is simpler than the 4-mask process using gray tones. The process margin can be widened. In addition, the four-mask process according to the present invention can be applied to the current process technology without additional design technology or process technology.
결과적으로, 본 발명에서 제안된 4-마스크 박막트랜지스터 어레이 기판의 제조기술을 통해, 재료비, 공정시간, 장비투자, 결함발생을 저감시켜 생산성을 향상시켜 생산원가를 낮추는데 기여하게 된다.As a result, through the manufacturing technology of the four-mask thin film transistor array substrate proposed in the present invention, it contributes to lower the production cost by improving the productivity by reducing the material cost, processing time, equipment investment, defects.
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