KR100796483B1 - 액정표시소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질산을 제거한 염산 수용액을 ITO에천트로 적용함으로써 ITO에천트에 의한 몰리브덴 배선층의 손상을 방지하는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 제 1 기판 상에 제 1 배선층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 배선층을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 절연막 상에 제 2 배선층을 형성하는 단계와, 제 2 배선층을 포함한 전면에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막 상에 15%~24%의 농도를 가지는 HCl 에천트인 HCl 수용액을 사용한 사진식각공정으로 화소 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

ITO 에천트, 몰리브덴, 단선불량

Description

액정표시소자의 제조방법{Method For Fabricating Liquid Crystal Display Device}

도 1은 일반적인 액정표시소자의 평면도.

도 2는 도 1의 A-A'절단면을 나타낸 단면도.

도 3a 내지 3e는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도.

도 4는 HCl 에천트의 농도 및 온도에 따른 ITO 식각비를 나타낸 그래프.

도 5는 45℃에서의 HCl 에천트의 농도의 경시변화를 나타낸 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명

110 : 제 1 기판 111 : 게이트 배선

111a : 게이트 전극 111c : 게이트 패드

112 : 게이트 절연막 113 : 반도체층

114 : 오믹콘택층 115 : 데이터 배선

115a : 소스전극 115b : 드레인 전극

115c : 데이터 패드 117 : 보호막

118a,118b,118c : 제 1 ,제 2 ,제 3 콘택홀
119a : 화소전극

119b : 게이트 패드용 투명도전막

119c : 데이터 패드용 투명도전막

120 : 포토레지스트

본 발명은 액정표시소자(LCD ; Liquid Crystal Display Device)에 관한 것으로, 특히 몰리브덴을 재료로 하는 배선층의 단선불량을 방지하는 액정표시소자의 제조방법에 관한 것이다.

통상 액정표시소자의 게이트 배선과 데이터 배선은 각각 주사신호와 데이터 신호를 전달하는 수단으로써 신호지연 및 단선을 억제하는 것이 요구된다.

따라서, 배선층으로 사용되는 물질은 15μΩcm 이하의 낮은 비저항을 가지는 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴, 구리 등과 같은 금속이 적합한데, 그 중에서도 신호지연의 방지를 위해 비저항이 매우 낮은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하는 것이 일반적이다. 여기서, 알루미늄 합금은 알루미늄(Al)에 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 전이금속이 약 5% 정도 함유된 것이다.

그러나, 알루미늄은 그 물리적 특성이 약하고, ITO와의 접촉시 ITO 내의 산소에 의해 접촉 부분이 산화되어 전기 저항값이 상승한다는 단점이 있다.

이에, 비저항이 12∼14μΩcm 정도로 작고 ITO와의 접촉특성이 나쁘지 않으며 단일막 배선으로 이용 가능한 몰리브덴이 대체 사용되고 있다.

몰리브덴을 배선으로 사용할 경우 습식식각시 사용되는 식각액은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 식각할 때 사용하는 식각액으로서 예를들면, HNO3/H3PO4/CH3COOH/H2O를 들 수 있으며 이 때의 HNO3는 8∼14%인 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래기술에 의한 액정표시소자의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 액정표시소자의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'절단면을 나타낸 단면도이다.

통상, 액정표시소자는 색상표현을 위한 컬러필터층이 형성되어 있는 컬러필터 기판과, 복수개의 배선이 매트릭스 형태로 교차 배치되어 정의된 각 화소에 박막트랜지스터와 화소전극이 형성되어 있는 박막트랜지스터 어레이 기판과, 상기 두 기판이 대향합착된 그 사이에 형성된 액정층의 구성요소를 가진다.

이 중, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판은 액티브 영역과 패드부 영역으로 나눌 수 있는데, 상기 패드부 영역은 상기 액티브 영역의 게이트 배선 및 데이터 배선으로부터 연장 형성된 게이트 패드 및 데이터 패드가 구동회로와 접속되어 구동회로에서 공급하는 데이터 입력신호를 자체의 제어신호에 따라 분리하여 각 화소에 전달하는 역할을 한다.

도 1 및 도 2를 참고로 하여 박막트랜지스터 어레이 기판의 제조방법을 살펴보면, 먼저 유리 기판(10) 상에 스퍼터링법으로 금속을 증착한 후 패터닝하여 게이트 배선(11)과 게이트 전극(11a)과 게이트 패드(11c)로 이루어진 게이트 패턴을 형성한다. 상기 금속으로는 알루미늄, 알루미늄 합금, 크롬 또는 몰리브덴 등을 사용할 수 있다.

다음, 상기 게이트 패턴을 포함한 전면에 절연 내압 특성이 좋은 무기물인 실리콘질화물을 PECVD법으로 증착하여 게이트 절연막(12)을 형성하고, 상기 게이트 전극(11a) 상의 게이트 절연막(12)에 다결정 실리콘(a-Si)과 불순물을 도핑한 n+a-Si을 차례로 증착하여 반도체층(13)과 오믹콘택층(14)을 형성한다.

이 후, 상기 게이트 절연막(12) 상에 몰리브덴을 스퍼터링법으로 증착하고 패터닝하여 데이터 배선(15)과 소스/드레인 전극(15a,15b)과 데이터 패드(15c)로 이루어진 데이터 패턴을 형성한다. 이 때, 상기 오믹콘택층(14)은 소스/드레인 전극(15a,15b) 패터닝시 에칭스톱층으로서 작용한다.

이상에서, 상기 게이트 배선(11)과 데이터 배선(15)은 서로 교차하여 화소를 정의하고 상기 게이트 전극(11a), 게이트 절연막(12), 반도체층(13), 오믹콘택층(14), 소스/드레인 전극(15a,15b)의 적층막은 박막트랜지스터를 이룬다.

계속하여, 상기 데이터 패턴을 포함한 전면에 유전율이 낮은 BCB(Benzocyclobutene), 아크릴 수지 등을 도포하여 보호막(17)을 형성하고, 드레인 전극(15b)과 게이트 패드(11c)와 데이터 패드(15c)의 소정 부위가 노출되도록 상기 게이트 절연막(12) 또는 보호막(17)을 제거하여 콘택홀(18a,18b,18c)을 형성한다.

그리고, 상기 보호막(17)을 포함한 전면에 투명한 도전물질인 ITO를 증착한 후 사진식각공정을 적용하여 상기 콘택홀(18a,18b,18c)을 통하여 드레인 전극(15b)과 접속하는 화소전극(19a)과, 게이트 패드(11c)와 접속하는 게이트 패드용 투명도전막(19b)과, 데이터 패드(15c)와 접속하는 데이터 패드용 투명도전막(19c)을 형성 한다.

상기 ITO를 식각하기 위해서는 염산(HCl)과 질산(HNO3)이 혼합된 에천트를 사용하여 습식식각하는데, 이 때 에천트 내의 질산이 보호막의 핀홀이나 크랙에 의한 경로(20)를 통해 몰리브덴을 재료로 한 게이트 패턴 또는 데이터 패턴을 산화시킨다.

즉, 상기와 같은 종래의 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

화소전극이나 패드용 투명도전막을 패터닝하기 위해 질산이 혼합된 ITO에천트를 사용할 경우, 하층의 보호막에 핀홀이 있거나 에천트 침투 경로가 될 수 있는 이물이 존재할 경우 에천트 성분 중 질산에 의해 하층의 몰리브덴 배선층이 산화된다.

따라서, 몰리브덴을 재료로 형성된 배선층, 박막트랜지스터의 전극, 패드 금속층에서 단선불량이 발생하여 소자의 신뢰성이 저하된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 질산을 제거한 염산 수용액을 ITO에천트로 적용함으로써 ITO에천트에 의한 몰리브덴 배선층의 손상을 방지하는 액정표시소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 제 1 기판 상에 제 1 배선층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 배선층을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계와, 상기 게이트 절연막 상에 제 2 배선층을 형성하는 단계와, 제 2 배선층을 포함한 전면에 보호막을 형성하는 단계와, 상기 보호막 상에 15%~24%의 농도를 가지는 HCl 에천트인 HCl 수용액을 사용한 사진식각공정으로 화소 전극을 형성하는 단계와, 상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

기존의 ITO 에천트에서 몰리브덴 산화의 원인이 되는 질산을 제거한 에천트를 제공함으로써 몰리브덴을 배선재료로 적용하기 쉽게 하는 것을 특징으로 한다.

특히, 온도변화에 따른 에천트의 급격한 농도 변화를 방지하기 위해 HCl과 H2O의 혼합액이 공비점을 형성하는 20%의 HCl 수용액을 에천트로 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 3e는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이며, 후술될 내용은 액정표시소자용 박막트랜지스터 어레이 기판에 관한 것이다.

먼저, 도 3a에서와 같이 유리 기판(110) 상에 스퍼터링법으로 몰리브덴을 증착한 후 패터닝하여 복수의 게이트 배선(도시하지 않음)을 일렬로 형성하고 그와 동시에 상기 게이트 배선의 분지인 게이트전극(111)과 상기 게이트배선의 끝단에서 외부구동회로와 접속하는 게이트 패드(도시하지 않음)를 형성한다. 이 때, 상기 몰리브덴 이외에 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 크롬 등도 사용가능하다.

다음, 상기 게이트 패턴을 포함한 전면에 절연 내압 특성이 좋은 무기물인 실리콘질화물을 PECVD법으로 증착하여 게이트 절연막(112)을 형성하고, 상기 게이트 전극(111a) 상부의 게이트 절연막(112) 상에 다결정 실리콘(a-Si)과 불순물을 도핑한 n+a-Si을 차례로 증착하고 패터닝하여 박막트랜지스터의 채널로 사용되는 반도체층(113)과 오믹콘택층(114)을 각각 형성한다.

다음, 도 3b에서와 같이, 상기 오믹콘택층(114)을 포함한 전면에 스퍼터링법으로 몰리브덴 금속막을 증착한 후 패터닝하여 상기 게이트 배선과 교차되어 화소를 정의하는 데이터배선과, 상기 반도체층(113)의 양쪽에 각각 위치한 소스 전극(115a) 및 드레인 전극(115b)과, 상기 데이터 배선의 끝단에서 외부구동회로와 접속하는 데이터 패드(115c)를 형성한다. 상기 소스전극과 드레인 전극 사이의 오믹콘택층(114)은 소스/드레인 전극(115a,115b)을 패터닝할 때 동시에 식각한다.

이상에서, 상기 게이트 전극(111a), 게이트 절연막(112), 반도체층(113), 오믹콘택층(114), 소스/드레인 전극(115a,115b)의 적층막은 박막트랜지스터를 이룬다.

계속하여, 도 3c에서와 같이 상기 데이터 배선(115)을 포함한 전면에 유전율이 낮은 유기물인 BCB 또는 무기물인 실리콘 질화물을 도포 또는 증착하여 보호막(117)을 형성하고, 상기 드레인 전극(115b)과 게이트 패드(도시되지 않음)와 데이터 패드(115c)의 소정 부위가 노출되도록 상기 게이트 절연막(112) 또는 보호막(117)을 제거하여 제 1 ,제 2 ,제 3 콘택홀(118a,118b,118c)을 형성한다. 게이트 패드는 게이트 절연막 및 보호막을 제거하여 콘택홀을 형성하고, 데이터 패드 및 드레인 전극은 보호막을 제거하여 콘택홀을 형성한다.

그리고, 도 3d에서와 같이 상기 보호막(117)을 포함한 전면에 투명한 도전물질인 ITO를 증착하고 그 위에 포토레지스트(120)를 균일하게 도포한 뒤, 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트(120)를 패터닝한다. 그 다음, 패턴된 포토레지스트(120)를 마스크로 하여 HCl 에천트를 이용한 습식식각으로 ITO를 패터닝하여 도 3e에서와 같이, 상기 제 1 콘택홀(118a)을 통하여 드레인 전극(115b)과 접속하는 화소전극(119a)과, 제 2 콘택홀(118b)을 통하여 게이트 패드(111c)와 접속하는 게이트 패드용 투명도전막(도시되지 않음)과, 제 3 콘택홀(118c)을 통하여 데이터 패드(115c)와 접속하는 데이터 패드용 투명도전막(119c)을 형성한다.

이와같이 본 발명의 ITO에천트는 몰리브덴 배선층에 손상을 주지 않는 HCl 수용액인 것을 특징으로 한다.

다만, 종래의 에천트를 사용할 경우에 대비하여 HCl 에천트를 사용할 경우 그 식각비가 약 50% 수준 밖에 되지 않는데, 이를 해결하기 위해 식각공정시 2배 이상의 시간을 소요하거나 또는 고온을 적용하는 방법이 있다. 전자의 방법은 시간이 많이 소요되므로 후자의 방법이 더욱 효과적이다.

실험 데이터를 통해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 HCl 에천트의 농도 및 온도에 따른 ITO 식각비를 나타낸 그래프이고, 도 5는 45℃에서의 HCl 에천트의 농도의 경시변화를 나타낸 그래프이다.

먼저, 도 4에서와 같이 15% HCl 에천트를 사용할 때보다 20% HCl 에천트를 사용할 때 식각비가 높고, 40℃ HCl 에천트에서보다 45℃ HCl 에천트에서의 식각비가 높으며, 45℃의 15% HCl 에천트는 3.4Å/sec의 식각비를 나타내고 45℃의 20% HCl 에천트는 6.7Å/sec의 식각비를 나타낸다. 이는 종래 HCl/HNO3 에천트를 사용하였을 때의 식각비와 비교하여 크게 차이나지 않는다.

이와 같이, 고농도의 HCl 에천트를 사용할 때 그 식각비가 더 높은 것으로 실험결과가 나타난다. 그러나, 고농도의 HCl 에천트를 적용할 경우에는 도 5에서와 같이, 급격한 염산 농도의 경시변화가 발생하므로 염산 농도를 일정하게 유지시켜 주기 위해 에천트를 교환해주어야 하는데, 이는 생산성을 저하시키는 주된 요인이 된다.

따라서, 고온에서도 경과시간에 따른 농도의 경시변화가 거의 없는 20% HCl 에천트를 사용하는 것이 좋다.

이상의 결과를 토대로 적당한 농도와 온도의 HCl 에천트를 선택하여 식각공정을 수행하면 하층의 몰리브덴 배선층에 손상을 주지 않으면서 높은 식각비를 얻을 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 액정표시소자의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 몰리브덴 배선층에 손상을 주지 않는 ITO에천트를 제공함으로써 저저항이면서 단일막으로 구성된 배선 형성이 가능하며 ITO와의 접촉특성이 좋은 몰리브덴을 배선재료로서 적용하기가 용이하다.

특히, 몰리브덴 배선층의 단선불량에 의한 수율 저하가 방지된다.

둘째, 염산과 물의 혼합시 공비점을 형성하는 성질을 이용한 HCl에천트는 시간에 따른 농도변화가 거의 없으므로 에천트의 잦은 교체가 불필요하며 따라서, 생산성이 향상된다.

Claims (7)

1. 제 1 기판 상에 제 1 배선층을 형성하는 단계;

   상기 제 1 배선층을 포함한 전면에 게이트 절연막을 형성하는 단계;

   상기 게이트 절연막 상에 제 2 배선층을 형성하는 단계;

   제 2 배선층을 포함한 전면에 보호막을 형성하는 단계;

   상기 보호막 상에 15%~24%의 농도를 가지는 HCl 에천트인 HCl 수용액을 사용한 사진식각공정으로 화소 전극을 형성하는 단계;

   상기 제 1 기판과 대향하는 제 2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 HCl 에천트는 35∼45℃인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 HCl 에천트는 40℃의 20% HCl 수용액인 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 화소전극은 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 배선층 또는 제 2 배선층 중 적어도 어느 하나는 몰리브덴을 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.

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