KR20140077704A - 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법 - Google Patents

에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공정을 간소화하고 제조 비용을 절감할 수 있는 박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 박막 트랜지스터 기판은 기판의 일면에 일 방향으로 형성된 게이트배선; 상기 게이트배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선; 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터; 상기 기판의 화소 영역 및 데이터배선의 상부에 형성된 화소전극; 상기 화소전극과 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되고, 게이트패드와 데이터패드를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 및 데이터패드 콘택홀을 포함한 보호막; 상기 보호막 상에 형성되어 상기 화소전극 및 데이터배선과 오버랩되며 서로 이격된 다수의 공통전극을 포함하여 구성된다.

Description

에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법{ARRAY SUBSTRATE FOR FRINGE FIELD SWITCHING MODE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 FFS (Fringe Field Switching) 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치의 구동 원리는 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.
따라서, 상기 액정의 분자배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의해 상기 액정의 분자배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상정보를 표현할 수 있다.
현재에는 박막트랜지스터와 상기 박막트랜지스터에 연결된 화소전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정표시장치(AM-LCD: Active Matrix LCD, 이하 액정표시장치로 약칭함)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
상기 액정표시장치는 공통전극이 형성된 컬러필터 기판(즉, 상부기판)과 화소전극이 형성된 어레이기판(즉, 하부기판)과, 상부기판 및 하부기판 사이에 충진된 액정으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통전극과 화소전극이 상-하로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동하는 방식으로, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하다.
그러나, 상-하로 걸리는 전기장에 의한 액정 구동은 시야각 특성이 우수하지 못한 단점이 있다. 따라서, 상기의 단점을 극복하기 위해 새롭게 제안된 기술이 횡전계에 의한 액정 구동방법인데, 이 횡전계에 의한 액정 구동방법은 시야각 특성이 우수한 장점을 가지고 있다.
이러한 장점을 지니고 있는 기존의 횡전계 방식 액정표시장치에 대해 도 1 및 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래기술에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이 기판의 개략적인 단면도이다.
종래기술에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 기판(11) 상에 일 방향으로 연장되고 서로 평행하게 이격된 다수의 게이트배선(13)과; 상기 게이트배선(13)과 교차하고, 이 교차하여 이루는 지역에 화소영역을 정의하는 다수의 데이터배선(23)과; 상기 게이트배선 (13)과 데이터배선(23)의 교차지점에 마련되고, 게이트전극(13a)과 액티브층(19)과 소스전극(23a) 및 드레인전극(23b)을 포함하는 박막트랜지스터(T)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 화소영역의 전면에는 상기 게이트배선(13) 및 데이터배선(23)과 이격된 공간을 두고 대면적의 투명한 공통전극(15)이 배치되어 있으며, 상기 공통전극(15) 상부에는 게이트절연막(17)과 보호막(25)을 사이에 두고 다수의 막대 형상의 투명한 화소전극(29)들이 배치되어 있다.
그리고, 상기 화소전극(29)은 상기 드레인전극(23b)과 전기적으로 연결되어 있다.
더욱이, 상기 게이트배선(13)과 데이터배선(23)의 각 일단에는 게이트패드 (13b)와 데이터패드(23)가 연장되어 형성되어 있으며, 이 게이트패드(13b)와 데이터패드(23)는 게이트패드 연결패턴(29a)과 데이터패드 연결패턴(29b)에 접속되어 있다.
상기 구성에 따르면, 데이터 신호가 박막트랜지스터(T)를 거쳐 화소전극 (29)에 공급되면, 공통전압이 공급된 공통전극(15)과 화소전극들(29) 사이에 프린지 필드(fringe field)를 형성하여 박막트랜지스터 기판과 칼라필터기판(미도시) 사이에서 수평 방향으로 배열된 액정분자들이 유전 이방성에 의해 회전하게 된다. 그리고, 액정분자들이 회전 정도에 따라 화소영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 계조를 구현하게 된다.
상기 구성으로 이루어지는 종래기술에 따른 프린지 필드 방식 액정표시장치 제조방법에 대해 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2a 내지 2g는 종래기술에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치의 제조 공정 단면도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 투명성 절연기판(11) 상에 스위칭 영역을 포함하는 다수의 화소영역이 정의하고, 상기 투명성 절연기판(11) 상에 제1 도전 금속층(미도시)을 스퍼터링 방법에 의해 증착한 후, 포토리소 그라피 기술을 이용한 제1 마스크 공정을 통해 상기 제1 도전 금속층(미도시)을 패터닝하여 게이트배선(13)과 이 게이트배선(13)으로 부터 돌출된 게이트전극(13a), 외부 구동회로부와 전기적으로 접속되는 게이트패드(13b)를 형성한다.
그 다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 게이트 배선(13)을 포함한 기판 전면에 투명한 도전 물질층(미도시)을 증착한 후, 제2 마스크 공정에 의해 상기 투명한 도전 물질층(미도시)을 선택적으로 패터닝하여 대면적의 투명한 공통전극(15)을 형성한다.
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 공통전극(15)을 포함한 기판 전면에 게이트절연막(17)을 증착한 후, 그 위에 비정질실리콘층(a-Si:H)(미도시)과 불순물이 포함된 비정질실리콘층(n+ 또는 p+)(미도시)을 차례로 증착한다.
그 다음, 도면에는 도시하지 않았지만, 제3 마스크 공정에 의해 상기 불순물이 포함된 비정질실리콘층(n+ 또는 p+)(미도시)과 비정질실리콘층(a-Si:H)(미도시)을 패터닝하여 액티브층(19)과 오믹콘택층(21)을 형성한다.
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 액티브층(19)과 오믹콘택층(21)을 포함한 기판 전면에 제2 도전 금속층(미도시)을 증착한 후, 제4 마스크공정을 통해 이를 선택적으로 패터닝하여 상기 게이트배선(13)과 수직되게 교차하는 데이터배선 (23)과, 이 데이터배선(23)으로부터 연장된 소스전극(23a)과 드레인전극 (23b)와 함께 상기 데이터배선(23)으로부터 연장되어 외부 구동회로부와 접속되는 데이터패드(23c)를 형성한다.
그 다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 데이터배선(23)을 포함한 기판 전면에 패시베이션막(25)을 증착한다.
이어서, 도 3f에 도시된 바와 같이, 제5 마스크공정을 통해 상기 패시베이션막 (25)을 선택적으로 패터닝하여 상기 드레인전극(23b)을 노출시키는 드레인 콘택홀 (27a), 상기 게이트패드(13b)와 데이터패드(23c)를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 (27b)과 데이터패드 콘택홀(27c)을 형성한다.
이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 상기 드레인전극(23b)을 노출시키는 드레인 콘택홀 (27a), 상기 게이트패드(13b)와 데이터패드(23c)를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 (27b) 및 데이터패드 콘택홀(27c)을 포함한 패시베이션막(25) 상부에 투명한 도전물질층(미도시)을 형성한 후, 제6 마스크 공정을 통해 상기 투명한 도전 물질층(미도시)을 선택적으로 패터닝하여, 상기 드레인전극(23b)과 접속되고 다수의 막대 형상의 화소전극(29)과 상기 게이트패드(13b)와 연결되는 게이트패드 연결패턴(29a) 및 상기 데이터패드(23c)와 연결되는 데이터패드 연결패턴 (29b)을 형성한다.
이렇게 하여, 종래기술에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조공정을 완료하게 된다.
이후에, 도면에는 도시하지 않았지만, 컬러필터 기판 제조공정과 함께 어레이기판과 컬러필터 기판 사이에 액정층을 충진하는 공정을 수행함으로써 에프에프에스 방식 액정표시장치를 제조하게 된다.
그러나, 종래기술에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치에 따르면, 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조시에 6개의 마스크가 사용되기 때문에 마스크 비용이 증가되고, 그로 인해 제조 공정시간이 증가됨으로 인해 제조비용이 증가하게 되는 문제점이 있다. 특히, 기존의 에프에프에스(FFS; Fringe Field Switching) 방식 액정표시장치에서, 공정 진행 중에 발생하는 화소 전극이 횡방향으로 일정거리 이동하는 현상이 발생하여 데이터배선 단선 불량이 발생하게 된다.
이에 본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조시에 마스크 공정 수를 줄이고, 화소 전극을 데이터배선 상부에 형성하여 데이터배선 단선 불량을 제거할 수 있는 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에프에프에스 방식 액정표시장치용 어레이기판은 기판의 일면에 일 방향으로 형성된 게이트배선; 상기 게이트배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선; 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터; 상기 기판의 화소 영역 및 데이터배선의 상부에 형성된 화소전극; 상기 화소전극과 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되고, 게이트패드와 데이터패드를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 및 데이터패드 콘택홀을 포함한 보호막; 상기 보호막 상에 형성되어 상기 화소전극 및 데이터배선과 오버랩되며 서로 이격된 다수의 공통전극;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판 제조방법은, 기판의 일면에 일 방향으로 게이트배선을 형성하는 단계; 상기 게이트배선을 포함한 상기 기판 전면에 게이트 절연막을 형성하고, 게이트배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선을 패터닝하는 단계; 상기 화소영역 및 상기 데이터배선에 화소전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차 지점에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 박막 트랜지스터과 화소전극을 포함한 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막에 게이트패드와 데이터패드를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 및 데이터패드 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 보호막 상에 상기 화소전극 및 데이터배선과 오버랩되며 서로 이격된 다수의 공통전극을 형성하는 단계; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 총 5 마스크 공정으로 박막 트랜지스터 기판을 형성함으로써, 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다.
둘째, 공정 진행 중에 발생하는 PXL이 Shift 되더라도 데이터배선 상부에 형성되는 PXL ITO와 한 공정으로 형성하여 폭이 동일하여 리페어가 가능하므로 수율을 향상시킬 수 있다.
셋째, data metal의 모양으로 ACT를 식각하므로 Active tail이 없어지며 active tail로 발생한 웨이비 노이즈(wavy noise) 및 화질 저하를 개선할 수 있다.
넷째, 미세 패터닝을 이용하여 channel length를 구현하면 transistor영역이 줄어들고, W/L이 감소하여 투과율을 증가시킬 수 있다.
도 1는 종래기술에 따른 에프에프에스 (FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 단면도이다.
도 2a 내지 2g는 종래기술에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 제조 공정 단면도이다.
도 3는 본 발명의 제1 실시예에 따른 에프에프에스 (FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 단면도이다.
도 4a 내지 4f는 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 제조 공정 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 에프에프에스 (FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이 기판에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3는 본 발명에 따른 에프에프에스(FFS) 방식 액정표시장치용 어레이기판의 개략적인 평면도이다.
도 3와 같이, 본 발명의 박막 트랜지스터 기판은 기판(100) 상에 게이트 절연막(120)을 사이에 두고 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트배선(미도시) 및 데이터배선(DL), 게이트배선(미도시)과 데이터배선(DL)의 교차 영역에 형성된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 직접 접속하는 통 전극 형태의 화소 전극(160a), 데이터배선(DL)의 전면을 덮도록 형성된 투명 전도성 패턴(160b), 화소전극과 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되고, 게이트패드와 데이터패드를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 및 데이터패드 콘택홀을 포함한 보호막(150) 및 보호막(150)을 사이에 두고 화소 전극(160a)과 중첩되는 슬릿 형태의 공통 전극(180a)을 포함한다.
특히, 게이트배선(미도시) 및 데이터배선(DL)의 일 끝단에 각각 게이트 패드 및 데이터 패드가 형성되며, 게이트 패드(GP)는 게이트 드라이버(미도시)로부터 스캔 신호를 게이트배선(미도시)에 공급하고, 데이터 패드(DP)는 데이터 드라이버(미도시)로부터의 화소 신호를 데이터배선(DL)에 공급한다.
게이트 패드(GP)는 게이트배선(미도시)의 일 끝단에 형성된 게이트 패드 하부 전극(100c)과, 게이트 절연막(120)과 보호막(150)을 관통하는 게이트 콘택홀(미도시)을 통해 게이트 패드 하부 전극(100c)과 접속된 게이트 패드 상부 전극(180c)을 포함한다. 그리고, 데이터 패드(DP)는 데이터배선(DL)과 접속된 데이터 패드 하부 전극(160d)과, 보호막(150)을 관통하는 데이터 콘택홀(미도시)을 통해 데이터 패드 하부 전극(160d)과 접속된 데이터 패드 상부 전극(180d)을 포함한다.
게이트배선(미도시)과 데이터배선(DL)의 교차 영역에 형성된 박막 트랜지스터는 게이트배선(미도시)에 공급되는 스캔 신호에 응답하여 데이터배선(DL)에 공급되는 화소 신호가 화소 전극(160a)에 충전되어 유지되게 한다. 이를 위해 박막 트랜지스터는 게이트 전극(100a), 소스 전극(140a), 드레인 전극(140b) 및 반도체층(130)을 포함한다.
게이트 전극(100a)은 게이트배선(미도시)의 스캔 신호가 공급되도록 게이트배선(미도시)에서 돌출 형성되거나, 게이트배선(미도시)의 일부 영역으로 정의되며, 게이트 전극(100a)과 게이트배선(미도시)은 불투명 전도성 물질층으로 형성된다.
이 때, 불투명 전도성 물질층은 Al/Cr, Al/Mo, Al(Nd)/Al, Al(Nd)/Cr, Mo/Al(Nd)/Mo, Cu/Mo, Ti/Al(Nd)/Ti, Mo/Al, Mo/Ti/Al(Nd), Cu 합금/Mo, Cu 합금/Al, Cu 합금/Mo 합금, Cu 합금/Al 합금, Al/Mo 합금, Mo 합금/Al, Al 합금/Mo 합금, Mo 합금/Al 합금, Mo/Al 합금 등과 같이 이중층 이상이 적층된 구조이거나, Mo, Ti, Cu, AlNd, Al, Cr, Mo 합금, Cu 합금, Al 합금 등의 단일층 구조로 형성된다.
반도체층(130)은 비정질 실리콘층을 패터닝하여 형성된 액티브층(130a)과 불순물 비정질 실리콘층을 패터닝하여 형성된 오믹 콘택층(130b)이 차례로 적층된 구조이다. 상기와 같은 반도체층(130)은 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 등과 같은 무기 절연 물질로 형성된 게이트 절연막(120)을 사이에 두고 게이트 전극(100a)과 중첩되며, 오믹 콘택층(130b)은 소스, 드레인 전극(140a, 140b)과 액티브층(130a) 사이의 전기 접촉 저항을 감소시키는 역할을 한다. 특히, 오믹 콘택층(130b)의 일부 영역을 제거하여 액티브층(130a)을 노출시켜 채널이 형성된다.
데이터배선(DL)은 차례로 적층된 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층 및 불투명 전도성 물질층을 포함하여 이루어져, 게이트 절연막(120)을 사이에 두고 게이트배선(미도시)와 교차한다. 소스 전극(140a)은 데이터배선(DL)과 접속되어 데이터배선(DL)의 화소 신호를 공급받고, 드레인 전극(140b)은 채널을 사이에 두고 소스 전극(140a)과 마주하도록 이격 형성되어 데이터배선(DL)으로부터의 화소 신호를 화소 전극(160a)에 공급한다.
화소 전극(160a)은 게이트 절연막(120) 상에 형성되어 콘택홀 없이 드레인 전극(140b)과 직접 접속된다. 특히, 화소 전극(160a)과 동일 층, 즉, 데이터배선(DL) 상에도 화소 전극(160a)과 동일 물질로 투명 전도성 패턴(160b)이 형성된다. 이 때, 화소 전극(160a)과 투명 전도성 패턴(160b)은 틴 옥사이드(Tin Oxide: TO), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide: IZO), 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zind Oxide: ITZO) 등과 같은 투명 전도성 물질로 형성된다.
특히, 투명 전도성 패턴(160b)은 데이터배선(DL)의 전면을 덮도록 형성되어, 데이터배선(DL)의 화소 신호를 차폐한다. 따라서, 데이터배선(DL)의 화소 신호가 인접한 화소 영역에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 데이터배선(DL)의 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층 및 불투명 전도성 물질층에 단선된 부위가 발생하였어도 투명 전도성 패턴(160b)이 데이터배선(DL)의 전면을 덮도록 형성되므로, 단선 부위를 리페어할 수 있다.
그리고, 보호막(150) 상에는 복수 개의 슬릿 형태의 공통 전극(180a)이 형성되어, 보호막(150)을 사이에 두고 화소 전극(160a)과 공통 전극(180a)이 프린지 전계를 형성한다. 그리고, 프린지 전계에 의해 액정 분자들이 유전 이방성에 의해 회전하며, 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 화상이 구현된다.
한편, 공통 전극(180a)과 동일 물질로 형성된 게이트 패드 상부 전극(180c) 및 데이터 패드 상부 전극(180d)은 게이트 콘택홀(미도시) 및 데이터 콘택홀(미도시)을 통해 각각 게이트 패드 하부 전극(100c) 및 데이터 패드 하부 전극(140d)과 접속되어 게이트 패드 및 데이터 패드가 형성된다.
이 때, 공통 전극(180a), 게이트 패드 상부 전극(180c) 및 데이터 패드 상부 전극(180d)은 틴 옥사이드(Tin Oxide: TO), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide: IZO), 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zind Oxide: ITZO) 등과 같은 투명 전도성 물질층으로 형성된다.
특히, 도면에서는 데이터 패드 하부 전극(140d)이 데이터배선(DL)과 동일 층에 형성된 것을 도시하였으나, 데이터 패드 하부 전극(140c)은 게이트배선(미도시)과 동일 층에 형성될 수 있으며, 이 경우에는 데이터 패드 하부 전극(140d)과 데이터배선(DL)을 전기적으로 접속시키기 위한 링크부를 더 형성할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 박막 트랜지스터 기판은 화소 전극(160a)을 형성함과 동시에 데이터배선(DL) 상에 투명 전도성 패턴(160b)을 형성하여, 데이터배선(DL)에 단선된 부위가 발생하였어도 투명 전도성 패턴(160b)을 통해 단선 부위를 리페어할 수 있다. 특히, 투명 전도성 패턴(160b)이 데이터배선(DL)의 화소 신호를 차폐하여 화소 신호가 인접한 화소 영역에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 드레인 전극(140b)과 화소 전극(160a)이 콘택홀 없이 직접 접속함으로써, 표시 장치의 개구율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 박막 트랜지스터 기판의 공정 단면도이다.
도 4a와 같이, 기판(100) 상에 게이트 전극(100a) 및 게이트배선(미도시)을 형성하고, 게이트배선(미도시)의 일 끝단에 게이트 패드 하부 전극(100c)을 형성한다. 구체적으로, 기판(100) 상에 스퍼터링(Sputtering) 방법 등의 증착 방법으로 불투명 전도성 물질층을 형성한다. 그리고, 제 1 마스크를 이용하여 불투명 전도성 물질층을 패터닝하여, 게이트 전극(100a), 게이트배선(미도시) 및 게이트 패드 하부 전극(100c)을 형성한다.
이 때, 불투명 전도성 물질층은 Al/Cr, Al/Mo, Al(Nd)/Al, Al(Nd)/Cr, Mo/Al(Nd)/Mo, Cu/Mo, Ti/Al(Nd)/Ti, Mo/Al, Mo/Ti/Al(Nd), Cu 합금/Mo, Cu 합금/Al, Cu 합금/Mo 합금, Cu 합금/Al 합금, Al/Mo 합금, Mo 합금/Al, Al 합금/Mo 합금, Mo 합금/Al 합금, Mo/Al 합금 등과 같이 이중층 이상이 적층된 구조이거나, Mo, Ti, Cu, AlNd, Al, Cr, Mo 합금, Cu 합금, Al 합금 등의 단일층 구조로 형성될 수 있다.
이어, 도 4b와 같이, 게이트 전극(100a), 게이트배선(미도시) 및 게이트 패드 하부 전극(100c)을 포함한 기판(100) 전면에 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 등과 같은 무기 절연 물질로 게이트 절연막(120)을 형성한다. 그리고, 게이트 전극(100a)에 대응되는 게이트 절연막(120) 상에 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층 및 불투명 전도성 물질층을 차례로 형성한다.
이어, 제 2 마스크를 이용하여 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층 및 불투명 전도성 물질층을 패터닝하여 전도성 물질 패턴(140e) 및 데이터 패드 하부 전극(140d)을 형성한다.
이어, 도 4c와 같이, 전도성 물질 패턴(140e), 데이터배선(DL) 및 데이터 패드 하부 전극(140d)을 포함한 기판(100) 전면에 투명 전도성 물질층(미도시)을 증착한다. 이 때, 투명 전도성 물질층(미도시)은 틴 옥사이드(Tin Oxide: TO), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide: IZO), 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zind Oxide: ITZO) 등과 같은 물질이다. 그리고, 투명 전도성 물질층(미도시) 전면에 감광성 유기물(미도시)을 도포한다. 이 때, 감광성 유기물(미도시)은 포토 레지스트(Photo Resist; PR) 또는 광활성 화합물(Photo Active Compound; PAC)인 것이 바람직하다. 제 3 마스크를 이용하여 감광성 유기물을 노광, 현상한 후 식각 공정에 의하여 투명 전도성 물질층(미도시)을 패터닝하여 반도체층(130)에 대응되는 영역에 이격 형성되며 개구 영역에 통 전극 형태의 화소 전극(160a)을 형성한다. 화소 전극(160a)은 박막 트랜지스터의 드레인 전극(140b)과 콘택홀 없이 직접 접속하므로, 표시 장치의 개구율을 향상시킬 수 있다.
동시에, 데이터배선(DL) 상에도 투명 전도성 패턴(160b)이 형성된다. 이 때, 투명 전도성 패턴(160b)은 데이터배선(DL)의 전면을 덮도록 형성되어, 데이터배선(DL)의 화소 신호를 차폐하여 화소 신호가 인접한 화소 영역에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 데이터배선(DL)에 단선된 부위가 발생하였어도 데이터배선(DL)의 전면을 덮도록 형성되므로, 단선 부위를 리페어할 수 있다.
그리고, 별도의 마스크를 이용하지 않고, 화소 전극(160a)을 마스크로 이용하여 습식 식각 공정으로 소스 전극(140a), 드레인 전극(140b)이 반도체층(130)에 대응되는 영역에 이격 형성된다. 이 때 소스 전극(140a)은 데이터배선(DL)과 연결되어 화소 신호를 인가 받는다.
이어, 도 4d와 같이, 별도의 마스크를 이용하지 않고, 화소 전극(160a) 및 소스 전극(140a) 드레인 전극(140b)을 마스크로 이용하여 건식 식각 공정으로 오믹 콘택층(130b)의 일부 영역을 제거하여 액티브층(130a)을 노출시켜 채널이 형성된다
따라서, 도 4e와 같이, 포토 레지스트 패턴(미도시)을 포함한 기판(100) 전면에 보호막(150)을 형성한다. 보호막(150)은 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 등과 같은 무기 절연 물질로 형성된다. 그리고, 제 4 마스크를 이용하여, 게이트 절연막(120) 및 보호막(150)을 선택적으로 제거하여, 게이트 패드 하부 전극(100c) 및 데이터 패드 하부 전극(140d)을 각각 노출시키는 게이트 콘택홀(미도시) 및 데이터 콘택홀(미도시)을 형성한다.
그리고, 도 4f와 같이, 게이트 콘택홀 및 데이터 콘택홀을 포함한 기판(100) 전면에 투명 전도성 물질을 증착하고, 제 5 마스크를 이용하여 투명 전도성 물질을 패터닝하여, 공통 전극(180a), 게이트 패드 상부 전극(180c) 및 데이터 패드 상부 전극(180d)을 형성한다. 공통 전극(180a)은 화소 전극(160a)과 중첩되도록 복수 개의 슬릿 형태로 형성되며, 특히 데이터배선 상부 전극(180b)과 중첩되는 영역에도 형성된다. 게이트 패드 상부 전극(180c)은 게이트 콘택홀을 통해 게이트 패드 하부 전극(100b)과 접속하며, 데이터 패드 상부 전극(180d)은 데이터 콘택홀을 통해 데이터 패드 하부 전극(140d)과 접속한다.
상기와 같은 본 발명의 박막 트랜지스터 기판은 보호막(150)을 사이에 두고 화소 전극(160a)과 공통 전극(180a)이 프린지 전계를 형성한다. 그리고, 프린지 전계에 의해 액정 분자들이 유전 이방성에 의해 회전하며, 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 화상이 구현된다.
상기와 같은 본 발명의 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법은 총 5 마스크 공정으로 박막 트랜지스터 기판을 형성함으로써, 공정을 단순화하고 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한, 화소 전극(160a)을 형성함과 동시에 데이터배선(DL) 상에 투명 전도성 패턴(160b)을 형성하여, 데이터배선(DL)에 단선된 부위가 발생하였어도 투명 전도성 패턴(160b)을 통해 단선 부위를 리페어할 수 있다.
더욱이, 투명 전도성 패턴(160b)이 데이터배선(DL)의 화소 신호를 차폐하여 화소 신호가 인접한 화소 영역에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있으며, 드레인 전극(140b)과 화소 전극(160a)이 콘택홀 없이 직접 접속함으로써, 표시 장치의 개구율을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 FFS 모드 액정표시장치용 어레이기판의 단면도이다.
도 5와 같이, 본 발명의 박막 트랜지스터 기판은 기판(200) 상에 게이트 절연막(220)을 사이에 두고 서로 교차하여 화소 영역을 정의하는 게이트배선(미도시) 및 데이터배선(DL), 게이트배선(미도시)과 데이터배선(DL)의 교차 영역에 형성된 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 직접 접속하는 통 전극 형태의 화소 전극(260a), 데이터배선(DL)의 전면을 덮도록 형성된 투명 전도성 패턴(260b), 화소전극과 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되고, 게이트패드와 데이터패드를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 및 데이터패드 콘택홀을 포함한 보호막(250) 및 보호막(250)을 사이에 두고 화소 전극(260a)과 중첩되는 슬릿 형태의 공통 전극(280a)을 포함한다.
특히, 게이트배선(미도시) 및 데이터배선(DL)의 일 끝단에 각각 게이트 패드 및 데이터 패드가 형성되며, 게이트 패드(GP)는 게이트 드라이버(미도시)로부터 스캔 신호를 게이트배선(미도시)에 공급하고, 데이터 패드(DP)는 데이터 드라이버(미도시)로부터의 화소 신호를 데이터배선(DL)에 공급한다.
게이트 패드(GP)는 게이트배선(미도시)의 일 끝단에 형성된 게이트 패드 하부 전극(200c)과, 게이트 절연막(220)과 보호막(250)을 관통하는 게이트 콘택홀(미도시)을 통해 게이트 패드 하부 전극(200c)과 접속된 게이트 패드 상부 전극(280c)을 포함한다. 그리고, 데이터 패드(DP)는 데이터배선(DL)과 접속된 데이터 패드 하부 전극(260d)과, 보호막(250)을 관통하는 데이터 콘택홀(미도시)을 통해 데이터 패드 하부 전극(260d)과 접속된 데이터 패드 상부 전극(280d)을 포함한다.
게이트배선(미도시)과 데이터배선(DL)의 교차 영역에 형성된 박막 트랜지스터는 게이트배선(미도시)에 공급되는 스캔 신호에 응답하여 데이터배선(DL)에 공급되는 화소 신호가 화소 전극(260a)에 충전되어 유지되게 한다. 이를 위해 박막 트랜지스터는 게이트 전극(200a), 소스 전극(240a), 드레인 전극(240b) 및 반도체층(230)을 포함한다.
게이트 전극(200a)은 게이트배선(미도시)의 스캔 신호가 공급되도록 게이트배선(미도시)에서 돌출 형성되거나, 게이트배선(미도시)의 일부 영역으로 정의되며, 게이트 전극(200a)과 게이트배선(미도시)은 불투명 전도성 물질층으로 형성된다.
이 때, 불투명 전도성 물질층은 Al/Cr, Al/Mo, Al(Nd)/Al, Al(Nd)/Cr, Mo/Al(Nd)/Mo, Cu/Mo, Ti/Al(Nd)/Ti, Mo/Al, Mo/Ti/Al(Nd), Cu 합금/Mo, Cu 합금/Al, Cu 합금/Mo 합금, Cu 합금/Al 합금, Al/Mo 합금, Mo 합금/Al, Al 합금/Mo 합금, Mo 합금/Al 합금, Mo/Al 합금 등과 같이 이중층 이상이 적층된 구조이거나, Mo, Ti, Cu, AlNd, Al, Cr, Mo 합금, Cu 합금, Al 합금 등의 단일층 구조로 형성된다.
반도체층(230)은 비정질 실리콘층을 패터닝하여 형성된 액티브층(230a)과 불순물 비정질 실리콘층을 패터닝하여 형성된 오믹 콘택층(230b)이 차례로 적층된 구조이다. 상기와 같은 반도체층(230)은 산화 실리콘(SiOx), 질화 실리콘(SiNx) 등과 같은 무기 절연 물질로 형성된 게이트 절연막(220)을 사이에 두고 게이트 전극(200a)과 중첩되며, 오믹 콘택층(230b)은 소스, 드레인 전극(240a, 240b)과 액티브층(230a) 사이의 전기 접촉 저항을 감소시키는 역할을 한다. 특히, 오믹 콘택층(230b)의 일부 영역을 제거하여 액티브층(230a)을 노출시켜 채널이 형성된다.
데이터배선(DL)은 차례로 적층된 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층 및 불투명 전도성 물질층을 포함하여 이루어져, 게이트 절연막(220)을 사이에 두고 게이트배선(미도시)와 교차한다. 소스 전극(240a)은 데이터배선(DL)과 접속되어 데이터배선(DL)의 화소 신호를 공급받고, 드레인 전극(240b)은 채널을 사이에 두고 소스 전극(240a)과 마주하도록 이격 형성되어 데이터배선(DL)으로부터의 화소 신호를 화소 전극(260a)에 공급한다.
화소 전극(260a)은 게이트 절연막(220) 상에 형성되어 콘택홀 없이 드레인 전극(240b)과 직접 접속된다. 특히, 화소 전극(260a)과 동일 층, 즉, 데이터배선(DL) 상에도 화소 전극(260a)과 동일 물질로 투명 전도성 패턴(260b)이 형성된다. 이 때, 화소 전극(260a)과 투명 전도성 패턴(260b)은 틴 옥사이드(Tin Oxide: TO), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide: IZO), 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zind Oxide: ITZO) 등과 같은 투명 전도성 물질로 형성된다.
특히, 투명 전도성 패턴(260b)은 데이터배선(DL)의 폭보다 좁게 형성되어, 데이터배선(DL)의 화소 신호를 차폐한다. 따라서, 데이터배선(DL)의 화소 신호가 인접한 화소 영역에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 데이터배선(DL)의 비정질 실리콘층, 불순물 비정질 실리콘층 및 불투명 전도성 물질층에 단선된 부위가 발생하였어도 투명 전도성 패턴(260b)이 데이터배선(DL)의 전면을 덮도록 형성되므로, 단선 부위를 리페어할 수 있다.
그리고, 보호막(250) 상에는 복수 개의 슬릿 형태의 공통 전극(280a)이 형성되어, 보호막(250)을 사이에 두고 화소 전극(260a)과 공통 전극(280a)이 프린지 전계를 형성한다. 그리고, 프린지 전계에 의해 액정 분자들이 유전 이방성에 의해 회전하며, 액정 분자들의 회전 정도에 따라 화소 영역을 투과하는 광 투과율이 달라지게 됨으로써 화상이 구현된다.
한편, 공통 전극(280a)과 동일 물질로 형성된 게이트 패드 상부 전극(280c) 및 데이터 패드 상부 전극(280d)은 게이트 콘택홀(미도시) 및 데이터 콘택홀(미도시)을 통해 각각 게이트 패드 하부 전극(200c) 및 데이터 패드 하부 전극(240d)과 접속되어 게이트 패드 및 데이터 패드가 형성된다.
이 때, 공통 전극(280a), 게이트 패드 상부 전극(280c) 및 데이터 패드 상부 전극(280d)은 틴 옥사이드(Tin Oxide: TO), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide: ITO), 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide: IZO), 인듐 틴 징크 옥사이드(Indium Tin Zind Oxide: ITZO) 등과 같은 투명 전도성 물질층으로 형성된다.
특히, 도면에서는 데이터 패드 하부 전극(240d)이 데이터배선(DL)과 동일 층에 형성된 것을 도시하였으나, 데이터 패드 하부 전극(240c)은 게이트배선(미도시)과 동일 층에 형성될 수 있으며, 이 경우에는 데이터 패드 하부 전극(240d)과 데이터배선(DL)을 전기적으로 접속시키기 위한 링크부를 더 형성할 수도 있다.
상기와 같은 본 발명의 박막 트랜지스터 기판은 화소 전극(260a)을 형성함과 동시에 데이터배선(DL) 상에 투명 전도성 패턴(260b)을 형성하여, 데이터배선(DL)에 단선된 부위가 발생하였어도 투명 전도성 패턴(260b)을 통해 단선 부위를 리페어할 수 있다. 특히, 투명 전도성 패턴(260b)이 데이터배선(DL)의 화소 신호를 차폐하여 화소 신호가 인접한 화소 영역에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 드레인 전극(240b)과 화소 전극(260a)이 콘택홀 없이 직접 접속함으로써, 표시 장치의 개구율을 향상시킬 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
DL: 데이터배선 100: 기판
100a: 게이트 전극 100c: 게이트 패드 하부 전극
120: 게이트 절연막 130: 반도체층
130a: 액티브층 130b: 오믹 콘택층
140a: 소스 전극 140b: 드레인 전극
140d: 데이터 패드 하부 전극 150: 보호막
160a: 화소 전극 160b: 투명 전도성 패턴
160d: 데이터 패드 하부 전극 180a: 공통 전극
180b: 데이터 배선 상부 전극 180c: 게이트 패드 상부 전극
180d: 데이터 패드 상부 전극

Claims (9)

  1. 기판의 일면에 일 방향으로 형성된 게이트배선;
    상기 게이트배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선;
    상기 게이트배선과 데이터배선의 교차 지점에 형성된 박막트랜지스터;
    상기 기판의 화소 영역 및 데이터배선의 상부에 형성된 화소전극;
    상기 화소전극과 박막트랜지스터를 포함한 기판 전면에 형성되는 보호막;
    상기 보호막 상에 형성되어 상기 화소전극 및 데이터배선과 오버랩되며 서로 이격된 다수의 공통전극을 포함하여 구성되는 액정표시장치용 어레이기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극은 상기 데이터배선 및 데이터배선에서 파생되어 형성된 소스전극 및 드레인 전극의 전면을 덮으며 화소 영역까지 연장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터배선 상부에 형성되는 화소 전극의 폭은 데이터배선 전면을 덮으며 형성되거나, 데이터배선 상부에서 데이터배선보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호막은 게이트패드와 데이터패드를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 및 데이터패드 콘택홀을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판.
  5. 기판의 일면에 일 방향으로 게이트배선을 형성하는 단계;
    상기 게이트배선을 포함한 상기 기판 전면에 게이트 절연막을 형성하고, 게이트배선과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선을 패터닝하는 단계;
    상기 화소영역 및 상기 데이터배선에 화소전극을 형성하는 단계와, 상기 게이트배선과 데이터배선의 교차 지점에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 박막 트랜지스터과 화소전극을 포함한 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계;
    상기 보호막에 게이트패드와 데이터패드를 노출시키는 게이트패드 콘택홀 및 데이터패드 콘택홀을 형성하는 단계;
    상기 보호막 상에 상기 화소전극 및 데이터배선과 오버랩되며 서로 이격된 다수의 공통전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 화소 전극은 상기 데이터배선 및 데이터배선에서 파생되어 형성된 소스전극 및 드레인 전극의 전면을 덮으며 화소 영역까지 연장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 데이터배선 상부에 형성되는 화소 전극의 폭은 데이터배선 전면을 덮으며 형성되거나, 데이터배선 상부에서 데이터배선보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터를 형성하는 단계는
    상기 게이트 절연막이 형성된 기판 비정질실리콘층, 불순물이 함유된 비정질실리콘층 및 도전 금속층을 적층하는 공정과;
    상기 도전 금속층을 마스크를 이용하여 포토리소그라피 공정으로 패터닝하는 공정과;
    상기 패터닝된 도전 금속층이 형성된 기판에 투명 전도성 물질층을 적층하는 공정과;
    상기 투명 도전성 물질층을 마스크를 이용하여 포토리소그라피 공정으로 패터닝하는 공정과;
    상기 투명 도전성 물질층을 마스크로 이용하여 상기 도전 금속층이 이격되게 습식 식각하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 공정과;
    상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스크로 이용하여 건식 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 게이트배선의 일 끝단에 게이트 패드 하부 전극을 형성하는 단계;
    상기 데이터배선의 일 끝단에 데이터 패드 하부 전극을 형성하는 단계;
    상기 게이트 절연막 및 보호막을 선택적으로 제거하여 각각 상기 게이트 패드 하부 전극 및 데이터 패드 하부 전극을 노출시키는 게이트 콘택홀 및 데이터 콘택홀을 형성하는 단계; 및
    상기 게이트 콘택홀 및 데이터 콘택홀을 통해 각각 상기 게이트 패드 하부 전극 및 데이터 패드 하부 전극과 접속하는 게이트 패드 상부 전극 및 데이터 패드 상부 전극을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조 방법.
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