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KR20020011574A - 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20020011574A
KR20020011574A KR1020000044917A KR20000044917A KR20020011574A KR 20020011574 A KR20020011574 A KR 20020011574A KR 1020000044917 A KR1020000044917 A KR 1020000044917A KR 20000044917 A KR20000044917 A KR 20000044917A KR 20020011574 A KR20020011574 A KR 20020011574A
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KR
South Korea
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wiring
layer
substrate
liquid crystal
dummy metal
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KR1020000044917A
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류순성
곽동영
김후성
정유호
김용완
박덕진
이우채
Original Assignee
구본준, 론 위라하디락사
엘지.필립스 엘시디 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 액정 표시 장치용 어레이 기판에서 게이트 배선과 데이터 배선의 단락을 방지하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판에서는 기판 위에 게이트 배선을 형성하고, 게이트 절연막과 반도체층, 금속층을 증착한 다음 패터닝하여 데이터 배선과 제1 및 제2 더미 금속층을 형성한다. 제1 및 제2 더미 금속층은 데이터 배선을 중심으로 마주 대하고 게이트 배선과 중첩되도록 한다. 이어, 절연막을 증착하고 반도체층까지 패터닝하여 보호층을 형성한다. 여기서, 보호층은 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 영역과 데이터 배선 및 더미 금속층까지 덮도록 한다. 따라서, 본 발명에서는 어레이 기판의 제조 공정을 감소시키면서도 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 영역에서 게이트 절연막이 드러나지 않고 이부분의 게이트 배선은 게이트 절연막 및 반도체층으로 덮여 있으므로 게이트 배선과 데이터 배선이 단락되는 것을 방지할 수 있다.

Description

액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법{array panel for liquid crystal display and fabricating method of the same}
본 발명은 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 4장의 마스크를 이용한 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 두 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고 두 기판 사이에 액정 물질을 삽입한 다음, 두 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직임으로써 빛의 투과율에 따라 화상을 표현하는 장치이다.
액정 표시 장치는 다양한 형태로 이루어질 수 있는데, 현재 박막 트랜지스터와 박막 트랜지스터에 연결된 화소 전극이 행렬 방식으로 배열된 능동 행렬 액정 표시 장치(Active Matrix LCD : AM-LCD)가 해상도 및 동영상 구현 능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이러한 액정 표시 장치는 하부 기판에 화소 전극이 형성되어 있고 상부 기판인 색 필터 기판에 공통 전극이 형성되어 있는 구조로, 상하로 걸리는 기판에 수직한 방향의 전기장에 의해 액정 분자를 구동하는 방식이다. 이는, 투과율과 개구율 등의 특성이 우수하며, 상판의 공통 전극이 접지 역할을 하게 되어 정전기로 인한 액정셀의 파괴를 방지할 수 있다.
액정 표시 장치의 하부 기판은 화소 전극에 신호를 인가하기 위한 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판으로 박막을 증착하고 마스크를 이용하여 사진 식각하는 공정을 여러 번 반복함으로써 형성되는데, 통상적으로 마스크 수는 5장 내지 6장이 사용되고 있으며, 현재 4장의 마스크를 이용하여 하부 기판을 제작함으로써 제조 비용을 감소시킬 수 있는 방법이 알려져 사용되고 있다.
이러한 4장의 마스크를 이용하여 제작한 액정 표시 장치용 어레이 기판의 일례에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판에 대한 평면도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ´선을 따라 자른 단면을 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 기판(10) 위에 금속과 같은 도전 물질로 일 방향의 게이트 배선(21)과 게이트 배선(21)에서 연장된 게이트 전극(22)이 형성되어 있다.
게이트 배선(21) 상부에는 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막 등의 물질로 이루어진 게이트 절연막(30)이 형성되어 게이트 배선(21) 및 게이트 전극(22)을 덮고 있다.
이어, 게이트 전극(22)과 게이트 배선(21) 상부의 게이트 절연막(30) 위에는 비정질 실리콘과 같은 물질로 순수 반도체층(41, 45)이 각각 형성되어 있고, 그 위에 불순물로 도핑된 비정질 실리콘으로 이루어진 불순물 반도체층(51, 52, 55)이 형성되어 있다. 게이트 전극(22) 상부의 순수 반도체층(41)은 박막 트랜지스터의 액티브층이며, 이 액티브층(41) 상부의 불순물 반도체층(51, 52)은 오믹 접촉층으로서 이후 형성될 소스 및 드레인 전극(62, 63)과 액티브층(41)의 접촉 특성을 향상시킨다.
그 위에 금속과 같은 도전 물질로 게이트 배선(21)과 수직인 방향을 가지며 게이트 배선(21)과 교차하는 데이터 배선(61), 데이터 배선(61)과 연결되어 있는 박막 트랜지스터의 소스 전극(62), 그리고 게이트 전극(22)을 중심으로 소스 전극(62)과 마주 대하고 있는 드레인 전극(63)이 형성되어 있다. 한편, 데이터 배선(61)과 같은 물질로 게이트 배선(21)과 중첩되도록 스토리지 전극(65)이 형성되어 있어 게이트 배선(21)과 함께 스토리지 캐패시터를 이룬다.
데이터 배선(61)과 소스 및 드레인 전극(62, 63) 그리고 스토리지 전극(65) 상부에는 보호층(71, 75)이 각각 형성되어 있다.
여기서, 보호층(71, 75) 및 반도체층(41, 45)은 박막 트랜지스터의 채널부(C)를 제외하고는 데이터 배선(61)과 소스 및 드레인 전극(62, 63) 그리고 스토리지 전극(65)과 같은 형태를 가진다.
다음, 게이트 배선(21)과 데이터 배선(61)이 교차함으로써 정의되는 화소 영역에는 ITO(indium-tin-oxide)와 같은 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(81)이형성되어 있는데, 화소 전극(81)은 드레인 전극(63)과 측면 접촉하고 있고, 스토리지 전극(65) 및 전단 게이트 배선(21)과 일부가 중첩되어 있으며 스토리지 전극(65)과도 측면 접촉을 한다.
도 3a 내지 도 3c와 앞서의 도 2를 참조하여 이러한 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 과정에 대하여 상세히 설명한다.
도 3a에 도시한 바와 같이 제1 마스크를 이용하여 투명 기판(10) 위에 일 방향의 게이트 배선(21) 및 게이트 배선(21)에서 연장된 게이트 전극(22)을 형성한다. 이때, 게이트 배선(21) 및 게이트 전극(22)은 크롬(Cr)이나 몰리브덴(Mo) 또는 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금과 같은 물질로 형성할 수 있다.
이어, 도 3b에 도시한 바와 같이 게이트 절연막(30)과 비정질 실리콘층(40) 및 불순물로 도핑된 비정질 실리콘층을 차례로 증착한 다음, 금속층을 스퍼터링과 같은 방법으로 증착하고 제2 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 박막 트랜지스터의 채널에 해당하는 부분의 금속층(60)과 불순물 실리콘층(50)을 패터닝한다.
다음, 도 3c에 도시한 바와 같이 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막으로 보호층을 증착한 다음, 제3 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 보호층, 금속층(60), 불순물 실리콘층(50) 및 비정질 실리콘층(40)을 패터닝하여 보호층(71, 75)과 데이터 배선(61), 소스 및 드레인 전극(62, 63), 스토리지 전극(65), 불순물 반도체층(51, 52, 55), 그리고 반도체층(41, 45)을 각각 형성한다.
이어, 도 2에 도시한 바와 같이 ITO와 같은 투명 도전 물질을 증착하고 제4 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 화소 전극(81)을 형성하는데, 화소 전극(81)은 드레인 전극(63)과 일부 중첩하고 전단 게이트 배선(21) 및 스토리지 전극(65)과도 일부 중첩하여, 드레인 전극(63) 및 스토리지 전극(65)과 각각 측면 접촉되도록 한다.
이와 같이 액정 표시 장치용 어레이 기판을 4장의 마스크를 이용하여 제조함으로써 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
그런데, 이와 같은 제조 방법에서 마스크 수를 감소시키기 위해 한번의 사진 식각 공정으로 보호층과 금속층(60) 및 반도체층(40)을 식각하므로 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 데이터 배선(61)과 게이트 배선(21)이 교차하는 부분에서 반도체층(41) 하부의 게이트 절연막(30)이 드러나게 된다. 이때, 게이트 절연막(30)의 상부가 일부 식각될 수 있으며, 이러한 경우 전압이 인가되었을 때 게이트 배선(21)과 데이터 배선(61)이 단락되는 문제가 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 액정 표시 장치용 어레이 기판을 제작하는데 사용되는 마스크 수를 감소시킴으로써 제조 비용을 절감하고 게이트 배선과 데이터 배선이 단락되는 것을 방지할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 평면도.
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ´선을 따라 자른 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 종래 기술에 따라 어레이 기판을 제작하는 과정을 도시한 것으로, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ´선에 따른 공정도.
도 4a는 도 1의 A 부분에 대한 확대도이고, 도 4b는 도 4a에서 Ⅳ-Ⅳ´선을 따라 자른 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 어레이 기판의 평면도.
도 6 및 도 7은 각각 도 5에서 Ⅵ-Ⅵ´선 및 Ⅶ-Ⅶ´선을 따라 자른 단면도.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따라 제조하는 첫 단계에서의 어레이 기판의 평면도.
도 8b는 도 8a의 단면도.
도 9a는 도 8b 다음 단계에서의 어레이 기판의 평면도.
도 9b는 도 9a에서 Ⅸ-Ⅸ´선을 따라 자른 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
121 : 게이트 배선 130 : 게이트 절연막
141 : 순수 반도체층 151, 156 : 불순물 반도체층
161 : 데이터 배선 166 : 더미 금속층
171 : 보호층
본 발명의 목적을 해결하기 위해 본 발명에서는 제1 배선과 제2 배선이 교차하는 부분에서 제1 배선 상부에 더미 금속층을 형성하고 보호층이 제2 배선과 더미금속층을 덮도록 형성한다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판에서는 기판 위에 일 방향을 가지는 다수의 제1 배선이 형성되어 있고, 그 위에 제1 절연막이 형성되어 제1 배선을 덮고 있다. 제1 절연막 상부에는 반도체층이 형성되어 있으며, 그 위에 제1 배선과 교차하는 다수의 제2 배선과 제1 배선 상부에 위치하며 제2 배선을 중심으로 마주 대하고 있는 제1 및 제2 더미 금속층이 형성되어 있다. 그 위에 제2 배선을 덮으며 연장되어 제1 및 제2 더미 금속층을 덮고 있는 제2 절연막이 형성되어 있고, 제1 배선과 제2 배선이 교차하여 정의되는 영역에는 화소 전극이 형성되어 있다. 이때, 반도체층은 제2 절연막과 같은 모양을 가진다.
여기서, 제1 및 제2 더미 금속층은 제2 배선과 같은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 제1 및 제2 배선과 전기적으로 연결되어 있으며 신호를 전달하는 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법에서는 기판을 구비하고, 기판 상부에 일 방향을 가지는 다수의 제1 배선을 형성한다. 이어, 제1 절연막과 비정질 실리콘층 및 금속층을 연속하여 증착한 후, 금속층을 패터닝하여 제1 배선과 교차하는 다수의 제2 배선 및 제1 배선 상부에 위치하는 제1 및 제2 더미 금속층을 형성한다. 제2 절연막을 증착하고 비정질 실리콘층과 함께 패터닝하여 제2 배선을 덮으며 연장되어 제1 및 제2 더미 금속층을 덮는 보호층 및 보호층과 같은 모양을 가지는 반도체층을 형성한다. 다음, 제1 및 제2 배선이 교차하여 정의되는 영역에 화소 전극을 형성한다.
이와 같이 본 발명에서는 액정 표시 장치용 어레이 기판을 제조하는데 있어서 여러 층의 막을 한꺼번에 식각하여 사용되는 마스크의 수를 감소시키며, 이때 배선이 교차하는 부분에 더미 금속층을 형성하고 그 상부에 절연층을 형성하여 배선이 단락되는 것을 방지한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판의 평면도로서 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 부분을 도시한 것이고, 도 6 및 도 7은 도 5에서 각각 Ⅵ-Ⅵ´선 및 Ⅶ-Ⅶ´선을 따라 자른 단면도이다.
도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판에서는 기판(110) 위에 게이트 배선(121)이 형성되어 있고, 그 위에 게이트 절연막(130)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(130) 상부에는 순수 반도체층(141)이 형성되어 있고, 순수 반도체층(141) 위에는 불순물 반도체층(151, 156)이 형성되어 있다. 그 위에 게이트 배선(121)과 직교하는 데이터 배선(161), 그리고 데이터 배선(161) 양쪽에 위치하는 더미(dummy) 금속층(166)이 형성되어 있으며, 더미 금속층(166)은 게이트 배선(121)과 중첩되어 있다. 데이터 배선(161) 및 더미 금속층(166) 위에는 보호층(171)이 형성되어 있다.
보호층(171)은 데이터 배선(161)과 거의 같은 모양을 가지는데, 데이터 배선(161)과 게이트 배선(121)이 교차하는 부분에서는 보호층(171)의 폭을 넓게 형성하여 더미 금속층(166)까지 덮도록 되어 있으며, 반도체층(141)도 보호층(171)과 같은 모양을 가진다.
따라서, 도 7에 도시한 바와 같이 데이터 배선(161)과 게이트 배선(121)이 교차하는 부분에서 게이트 절연막(130)이 드러나지 않으며, 또한 게이트 절연막(130)과 반도체층(141)이 게이트 배선(121)을 덮고 있으므로 데이터 배선(161)과 게이트 배선(121)이 단락되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 어레이 기판의 제조 방법에 대하여 도 8a 내지 도 9b 및 앞서의 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이 기판(110) 위에 금속과 같은 도전 물질로 일 방향을 가지는 다수의 게이트 배선(121)을 형성한다.
이어, 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이 게이트 절연막(130), 비정질 실리콘층, 불순물로 도핑된 비정질 실리콘층을 차례로 증착한 다음, 금속층을 증착하고 패터닝하여 데이터 배선(161)과 더미 금속층(166) 및 불순물 반도체층(151, 156)을 형성한다.
다음, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 실리콘 질화막 등의 절연막을 증착하고 반도체층(140)과 함께 패터닝하여 보호층(171) 및 반도체층(141)을 형성한다. 여기서, 보호층(171)은 데이터 배선(161)과 거의 같은 모양을 가지도록 형성하는데, 데이터 배선(161)과 게이트 배선(121)이 교차하는 부분에서는 보호층(171)이 데이터 배선(161) 뿐만 아니라 더미 금속층(166)까지 덮도록 한다. 이때, 보호층(171)으로 덮이지 않은 더미 금속층(166)의 일부도 함께 제거된다.
이어, 도시하지 않았지만 게이트 배선(121)과 데이터 배선(161)이 교차하여 정의되는 영역에 화소 전극을 형성한다.
이와 같이 본 발명에서는 게이트 배선(121) 상부의 데이터 배선(161) 양쪽에 더미 금속층(166)을 형성하고, 보호층(171)이 데이터 배선(161) 및 더미 금속층(166)을 덮도록 형성한다. 따라서, 데이터 배선(161)과 게이트 배선(121)이 교차하는 부분에서 게이트 절연막(130)이 드러나지 않으며, 게이트 절연막(130) 및 반도체층(141)이 게이트 배선(121)을 덮고 있으므로 게이트 배선(121)과 데이터 배선(161)이 단락되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치용 어레이 기판 및 그 제조 방법에 따른 효과는 다음과 같다.
액정 표시 장치용 어레이 기판을 4장의 마스크를 사용하여 제조함으로써 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 부분에서 데이터 배선 양쪽에 데이터 배선과 같은 물질로 더미 금속층을 형성하고 보호층이 데이터 배선 및 더미 금속층을 덮도록 형성하여 이 부분에서 게이트 절연막이 드러나지 않으므로 게이트 배선과 데이터 배선이 단락되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (4)

  1. 기판과,
    상기 기판 위에 일 방향을 가지는 다수의 제1 배선과,
    상기 제1 배선을 덮고 있는 제1 절연막과,
    상기 제1 절연막 상부에 형성되어 있는 반도체층과,
    상기 반도체층 상부에 형성되어 있으며 상기 제1 배선과 교차하는 다수의 제2 배선과,
    상기 반도체층과 상기 제1 배선 상부에 형성되어 있으며 상기 제2 배선을 중심으로 마주 대하고 있는 제1 및 제2 더미 금속층과,
    상기 제2 배선을 덮으며 연장되어 상기 제1 및 제2 더미 금속층을 덮고 있는 제2 절연막과
    상기 제1 배선과 제2 배선이 교차하여 정의되는 영역에 형성되어 있는 화소 전극
    을 포함하고,
    상기 반도체층은 상기 제2 절연막과 같은 모양을 가지는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 더미 금속층은 상기 제2 배선과 같은 물질로 이루어진 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배선과 전기적으로 연결되어 있으며, 신호를 전달하는 스위칭 소자를 더 포함하는 액정 표시 장치용 어레이 기판.
  4. 기판을 구비하는 단계,
    상기 기판 상부에 일 방향을 가지는 다수의 제1 배선을 형성하는 단계,
    상기 제1 배선을 포함하는 기판 상부에 제1 절연막과 비정질 실리콘층 및 금속층을 연속하여 증착하는 단계,
    상기 금속층을 패터닝하여 상기 제1 배선과 교차하는 다수의 제2 배선 및 상기 제1 배선 상부에 위치하는 제1 및 제2 더미 금속층을 형성하는 단계,
    상기 제2 배선과 상기 제1 및 제2 더미 금속층을 포함하는 상부에 제2 절연막을 증착하는 단계,
    상기 제2 절연막과 상기 비정질 실리콘층을 패터닝하여 상기 제2 배선을 덮으며 연장되어 상기 제1 및 제2 더미 금속층을 덮는 보호층 및 상기 보호층과 같은 모양을 가지는 반도체층을 형성하는 단계,
    상기 제1 및 제2 배선이 교차하여 정의되는 영역에 화소 전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조 방법.
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