KR100672623B1 - 액정표시장치 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 구리를 배선 재료로 사용할 경우, 구리와 그 상부의 실리콘질화물간의 반응으로 인한 돌기 형성을 막기 위해 반응방지막을 도입한 액정표시장치 제조방법에 관한 것으로서, 유리 기판 위에 제 1 배선층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 배선층을 포함한 전면에 투명도전막을 형성하는 공정과, 상기 투명도전막을 패터닝하여 화소전극 및 제 1 배선층의 표면을 덮는 반응방지막을 형성하는 공정과, 상기 반응방지막을 포함한 전면에 제 1 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 1 절연막 상에 박막트랜지스터의 채널, 데이터 배선 및 소스 전극 그리고 상기 화소 전극과 연결되는 드레인 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진다.
구리배선, 돌기방지, 반응방지막
Description
도 1은 일반적인 인버티드 스태거드(Inverted Staggered)구조의 TFT를 채용한 액정표시장치의 단면도.
도 2는 일반적인 액정표시장치의 평면도.
도 3a 내지 3e는 종래 기술에 따른 액정표시장치 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도.
도 4a 내지 3d는 본 발명 제 1 실시예에 따른 액정표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.
도 5는 본 발명 제 1 실시예에 따른 반응방지막 구조를 설명하기 위한 평면도.
삭제
도 6a 내지 6d는 본 발명 제 2 실시예에 따른 액정표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호설명.
401 : 게이트 전극 403a : 화소 전극
403b : 반응방지막 404 : 게이트 절연막
405 : 반도체층 406 : 오믹콘택층
407 : 콘택홀 408 : 소스 전극
409 : 드레인 전극 410 : 패시베이션막
411 : 유리 기판
본 발명은 액정표시장치 제조방법에 관한 것으로 특히, 구리(Cu)를 배선 재료로 사용하는 액정표시장치 제조방법에 관한 것이다.
현재 대부분의 LCD(Liquid Crystal Display) 제조업체에서는 제조공정이 쉽고 별도의 TFT(Thin Film Transistor) 광차단막이 필요 없는 인버티드 스태거드(Inverted Staggered) 구조의 TFT를 채용하고 있는 추세이다.
도 1은 일반적인 인버티드 스태거드 구조의 TFT를 채용한 액정표시장치의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 크게 셀(cell) 영역(1)과 패드 영역(2)으로 정의되며, 상기 패드 영역(2)에는 게이트 배선과 동일 물질로 이루어진 하부패드층(112)과, 상기 하부패드층(112) 상에 차례로 적층된 게이트 절연막(104) 및 패시베이션(passivation)막(110)과, 상기 패시베이션막(110) 및 게이트 절연막(104)을 관통하는 콘택홀(114)과, 상기 콘택홀(114)을 통해 하부패드층(112)과 전기적으로 접속되며 화소 전극(103)과 동일한 투명도전막으로 이루어진 상부패드층(113)으로 구성된다.
상기 셀 영역(1)에는 박막트랜지스터가 형성되는데, 상기 박막트랜지스터는 유리 기판(111) 위에 형성된 게이트 전극(101)과, 게이트 전극(101)을 포함한 전면에 형성된 게이트 절연막(104)과, 상기 게이트 전극(101) 상부의 게이트 절연막(104) 상에 형성된 비정질 실리콘(Amorphous Silicon:a-Si)으로 이루어진 반도체층(105)과, 상기 반도체층(105) 위에서 분리 형성된 소스 전극(108) 및 드레인 전극(109)과, 상기 소스 및 드레인 전극(108,109)과 상기 반도체층(105) 사이에 개재되는 인(p) 등의 n형 불순물을 포함하는 비정질 실리콘(n+a-Si)으로 이루어진 오믹콘택층(106)으로 구성된다.
이와 같이 구성된 박막트랜지스터를 포함한 전면에는 패시베이션막(110)이 형성되고, 상기 드레인 전극(109)이 노출되도록 콘택홀(107)이 형성되며, 상기 콘택홀(107)을 통해 드레인 전극(109)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(103)이 형성된다.
이 때, 배선 재료로서는 저저항이라는 이점을 갖는 알루미늄(Al)이 많이 사용되고, 투명 전극 등에 이용되는 투명도전막으로 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용된다. 그러나, 투명도전막으로 ITO를 사용하고, 배선 재료로서 알루미늄을 이용할 경우, ITO와 알루미늄과의 접촉 부분에서 상기 ITO내의 산소에 의해 알루미늄이 산화되는 현상이 발생하며, 그 결과, 콘택 부분의 전기 저항값이 상승하게 된 다.
여기서, 알루미늄과 구리는 다른 금속에 비해 면저항이 작아 전도도가 우수하지만, 알루미늄과 ITO와의 콘택 저항은 구리와 ITO와 콘택 저항에 비해 높기 때문에 알루미늄 대신에 구리를 사용하는 추세이다. 하지만, ITO를 식각할 때 사용하는 에천트가 구리까지 식각할 위험이 있기 때문에 배선재료로서 구리를 사용할 경우에는 투명도전막으로서는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 이용하는 것이 바람직하다.
도 2는 일반적인 액정표시소자의 평면도로서, 일방향으로 형성된 복수개의 게이트 배선(115) 및 게이트 패드(116)와, 상기 게이트 배선(115)과 교차하는 방향으로 형성된 복수개의 데이터 배선(117) 및 데이터 패드(118)와, 상기 게이트 배선(115)과 데이터 배선(117)의 교차부위에 형성된 박막 트랜지스터(3)의 드레인 전극(109)과 연결되는 화소 전극(103)으로 구성된다.
이와 같은 구조의 액정표시소자에 있어서, 박막의 증착은 금속막 및 투명 전극의 경우 스퍼터링(Sputtering)법을, 실리콘 및 절연막은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 주로 이용하는데, 스퍼터링법은 챔버(chamber)내에 증착하고자 하는 물질로 이루어진 타켓(Target)을 위치시킨 후 아르곤(Ar)를 주입하고, 플라즈마 방전을 이용하여 아르곤(Ar)를 여기시키면, 고전압에 의해 가속된 아르곤 원자가 상기 타켓과 충돌하여 타켓 표면의 원자가 떨어져나가 웨이퍼 또는 유리 기판 또는 절연막 등의 표면에 박막 형태로 성장하게 된다.
PECVD법은 플라즈마에 의해 여기된 전자가 중성 상태로 유입된 기체 화합물과 충돌하여 기체 화합물을 분해하고, 형성된 가스 이온 상호간의 반응 및 글라스 에서 제공되는 열에너지의 도움으로 재결합하여 박막이 형성되는 원리이다. 이 때, 유입되는 기체 화합물은 형성하는 막의 종류에 따라 달라지며, 일반적으로 수소화 비정질 실리콘(a-Si:H)일 경우에는 SiH4, H2를 사용하며, 실리콘 질화막(SiNx)인 경우는 SiH4, H2, NH3, N2 의 혼합 가스가 사용된다. 인(Phosphorous)를 도핑한 n+a-Si:H인 경우는 PH3가 첨가된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 액정표시장치 제조방법을 설명하기로 한다.
도 3a 내지 3e는 종래기술에 따른 액정표시장치 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 3a에서와 같이, 유리 기판(311)위에 스퍼터링법으로 구리 금속막을 형성하고, 사진 식각 공정 등을 이용한 패터닝 공정으로 상기 구리 금속막층을 선택적으로 제거하여 복수개의 게이트 배선 및 게이트 패드 그리고 게이트 전극(301)을 형성한다.
도 3b에서와 같이, 게이트 배선 및 게이트 패드 그리고 게이트 전극(301)을 포함한 유리기판(311)위에 다결정실리콘과 계면특성이 좋고, 상기 게이트전극(301)과 밀착성이 좋으며, 절연 내압이 높은 실리콘질화물(SiNx), 실리콘산화물(SiOx) 등으로 게이트 절연막(304)을 형성하고, 그 위에 다결정 실리콘(a-Si)을 이용하여 반도체층(305)을 형성한다. 이후, 상기 반도체층(305) 위에 후공정에서 형성되는 소스 및 드레인 전극과의 양호한 오믹 콘택을 위해 오믹콘택층(306) 을 형성한다.
이어, 도 3c에서와 같이, 오믹콘택층(306)을 포함한 전면에 구리 금속층을 형성한 후, 패터닝하여 상기 게이트 배선과 교차하는 방향으로 데이터배선 및 데이터 패드, 그리고 소스 전극(308) 및 드레인 전극(309)을 형성한다.
이후, 도 3d에서와 같이, 상기 소스/드레인 전극(308/309)을 포함한 전면에 패시베이션막(310)을 형성하고, 상기 드레인 전극(309)이 노출되도록 상기 패시베이션막(310)의 소정 부위를 제거하여 콘택홀(307)을 형성한 후, 전면에 ITO를 증착한 후, 패터닝하여 도 3e에서와 같이, 상기 콘택홀(307)을 통해 드레인 전극(309)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(303)을 형성하면 종래기술에 따른 액정표시장치의 제조공정이 완료된다.
그러나 상기와 같은 종래 액정표시장치 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 구리를 배선 재료로 사용할 경우, 구리와 그 상부의 실리콘질화물간의 반응으로 인하여 돌기가 형성되는데, 상기 돌기로 인하여 누설 전류(leakage current) 및 브레이크 다운(break down)이 발생하여 소자의 신뢰성을 저하시킨다.
둘째, 구리가 실리콘 질화물에 의해 산화될 뿐 아니라 열에 의한 영향을 많이 받기 때문에 배선 저항이 증가하게 된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 구리배선과 실리콘질화물간의 사이에 반응방지막을 형성하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 액정표시장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치 제조방법은 유리 기판 위에 제 1 배선층 즉, 게이트 배선 및 게이트 패드 그리고 게이트 전극을 형성하는 공정과, 상기 제 1 배선층을 포함한 전면에 투명도전막을 형성하는 공정과, 상기 투명도전막을 패터닝하여 화소 전극 및 제 1 배선층의 표면을 덮는 반응방지막을 형성하는 공정과, 상기 반응방지막을 포함한 전면에 제 1 절연막을 형성하는 공정과, 상기 제 1 절연막상에 박막트랜지스터의 채널, 데이터 배선 및 소스 전극 그리고 상기 화소 전극과 연결되는 드레인 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치 제조방법을 설명하기로 한다.
제 1 실시예
도 4a 내지 4d는 본 발명 제 1 실시예에 따른 액정표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 4a에서와 같이, 유리 기판(411) 위에 스퍼터링법에 의해 구리 금속막을 증착한 후, 패터닝하여 제 1배선층 즉, 게이트 배선 및 게이트 패드 그리고 게이트전극(401)을 형성한다.
도 4b에서와 같이, 상기 게이트 배선 및 게이트 패드 그리고 게이트 전극(401)을 포함한 유리 기판(411)상에 ITO 또는 IZO 또는 ZnO(Zinc Oxide)등과 같은 투명도전막을 형성한다. 이후, 상기 투명도전막을 패터닝하여 화소 전극(403a)을 형성하고, 동시에 상기 게이트배선, 및 게이트 전극을 덮도록 반응방지막(403b)을 형성한다. 이 때, TAB 본딩시 필링(peeling) 방지를 위한 기계적 강도를 높이기 위해서 게이트 패드(413)의 오픈 부분도 상기 투명 도전막으로 덮는다(도 5참조).
이어, 도 4c에서와 같이, 상기 반응방지막(403b) 및 화소 전극(403a)을 포함한 전면에 게이트 절연막(404)을 형성하고, 상기 게이트 절연막(404)상에 박막트랜지스터의 채널로 사용되는 반도체층(405), 오믹콘택층(406)을 형성한다. 이 때, 상기 게이트 절연막(404)은 실리콘질화막 또는 실리콘산화막이 사용된다.
이후, 전면에 포토레지스트(도시하지 않음)를 도포한 후, 노광 및 현상 공정으로 패터닝하여 상기 화소 전극(403a)과 이후에 형성될 드레인 전극이 연결될 부위를 정의한 후, 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용한 식각 공정으로 게이트 절연막(404)을 선택적으로 제거하여 콘택홀(407)을 형성한다.
이어서, 도 4d에서와 같이, 상기 콘택홀(407)을 포함한 전면에 데이터배선 및 소스/드레인 전극용 구리 금속막을 형성한 후, 패터닝하여 상기 게이트 배선과 교차하는 방향으로 데이터 배선을 형성하고, 상기 데이터 배선에서 분기되는 소스 전극(408)과, 상기 콘택홀(407)을 통해 화소전극(403a)과 전기적으로 연결되며 상기 소스 전극(408)과 대향하는 위치에 출력단자로서 기능을 수행하는 드레인 전극(409)을 형성한다.
이후, 상기 소스/ 드레인 전극(408/409)을 포함한 전면에 패시베이션막(410) 을 형성하면 본 발명 제 1 실시예에 따른 액정표시장치의 제조공정이 완료된다.
제 2 실시예
도 6a 내지 6d는 본 발명 제 2 실시예에 따른 액정표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 6a에서와 같이, 유리 기판(611) 위에 스퍼터링법에 의해 구리금속막을 증착한 후, 패터닝하여 게이트 배선 및 게이트 패드 그리고 게이트 전극(601)을 형성한 후, 상기 게이트 배선 및 게이트 전극(601)의 표면을 덮도록 반응방지막(602)을 형성한다. 상기 반응방지막(602)의 물질로서는 고융점 금속(refractory metal), 예컨대, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W) 중 어느 하나를 사용하는데, 상기 반응방지막(602)은 상기와 같은 고융점 금속을 기판 전면에 증착한 후, 게이트 배선 및 게이트 전극의 표면을 덮도록 패터닝하거나 또는 열처리를 실시하여 상기 고융점 금속과 게이트 배선 및 게이트 전극과의 반응에 의해 그 계면에 실리사이드(silicide)를 형성하여 상기 실리사이드를 반응방지막으로 이용하는 것이 가능하다.
이와 같이, 반응방지막(602)을 형성한 후, 도 6b에서와 같이, 상기 반응방지막(602)을 포함한 기판 전면에 실리콘질화막, 실리콘산화막 등으로게이트 절연막을 형성한 후, 상기 게이트 전극(601) 상부의 게이트 절연막 상에 반도체층(605)을 형성한다.
이어서, 반도체층(605) 상에 이후에 형성될 소스 및 드레인 전극과의 오믹콘택층(606)을 형성한 후, 도 6c에서와 같이, 상기 게이트 배선과 교차하는 방향으로 데이터 배선(도시하지 않음)을 형성하고, 상기 데이터배선으로부터 분기되는 소스 전극(608) 및 드레인 전극(609)을 형성한다. 그리고 상기 소스/ 드레인 전극(608/609)을 포함한 전면에 실리콘질화막, 실리콘산화막 또는 유기 수지막인 BCB(Benzocyclobutene) 등으로 이루어진 패시베이션막(610)을 형성하고, 상기 드레인 전극(609)이 소정부분 노출되도록 상기 패시베이션막(610)을 선택적으로 제거하여 콘택홀(607)을 형성한다.
이후, 도 6d에서와 같이, 상기 콘택홀(607)을 포함한 전면에 투명도전막으로서, ITO를 형성한 후, 패터닝하여 상기 콘택홀(607)을 통해 드레인 전극(609)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(603)을 형성하면, 본 발명 제 2 실시예에 따른 액정표시장치 제조공정이 완료된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치의 제조방법은 배선재료로서 구리를 사용할 경우, 상기 구리의 표면을 덮도록 반응방지막을 형성함으로써, 구리와 실리콘질화막 또는 실리콘산화막과의 반응을 방지하여 그 계면에 돌기가 형성되는 것을 방지한다.
따라서, 돌기에 의한 누설 전류 및 브레이크 다운 발생을 방지하므로 소자의 신뢰성을 향상시킨다.
또한, 반응방지막으로 고융점 금속을 사용하여 배선이 열에 의하여 저항이 증가되는 현상을 약화시키는 효과가 있음은 자명하다.
또한, 반응방지막으로 고융점 금속을 사용하여 배선이 열에 의하여 저항이 증가되는 현상을 약화시키는 효과가 있음은 자명하다.
Claims (12)
- 유리 기판 위에 제 1 배선층을 형성하는 공정;상기 제 1 배선층을 포함한 전면에 투명도전막을 형성하는 공정;상기 투명도전막을 패터닝하여 화소전극 및 제 1 배선층의 표면을 덮는 반응방지막을 형성하는 공정;상기 반응방지막을 포함한 전면에 제 1 절연막을 형성하는 공정;상기 제 1 절연막 상에 박막트랜지스터의 채널, 데이터 배선 및 소스 전극 그리고 상기 화소 전극과 연결되는 드레인 전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 배선층은 구리로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 투명도전막은 ITO, IZO, ZnO 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 반응방지막은 구동회로로부터 게이트 신호가 인가되는 게이트 패드의 오픈 부위에도 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 절연막은 실리콘질화막 또는 실리콘산화막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 유리기판 위에 제 1 배선층을 형성하는 공정;상기 제 1 배선층의 표면을 덮는 반응방지막을 형성하는 공정;상기 반응방지막을 포함한 전면에 제 1 절연막을 형성하는 공정;상기 제 1 절연막상에 박막트랜지스터의 채널 및 제 2 배선층, 그리고 소스 및 드레인 전극을 형성하는 공정;상기 소스/드레인 전극을 포함한 전면에 패시베이션막을 형성하는 공정;상기 드레인 전극과 연결되도록 상기 패시베이션막 상에 화소전극을 형성하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 반응방지막을 형성하는 공정은,상기 제 1 배선층상에 고융점 금속을 형성하는 공정과,상기 고융점 금속을 선택적으로 제거하여 상기 제 1 배선층의 표면에만 남도록 패터닝하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기 고융점 금속을 패터닝하는 공정 이후,열처리를 실시하여 상기 제 1 배선층과 상기 고융점 금속과의 계면에 실리사이드층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 제 7항에 있어서, 상기의 고융점 금속은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 제 1 배선층은 구리로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 제 1 절연막은 실리콘질화막 또는 실리콘산화막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
- 제 8항에 있어서, 상기의 고융점 금속은 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W) 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
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