KR100729763B1 - 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
절연 기판 위에 게이트선, 게이트 전극 및 게이트 패드를 포함하는 게이트 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선 위에 덮개층이 형성되어 있다. 그 위에 게이트 절연막, 반도체층 및 저항성 접촉층이 차례로 형성되어 있다. 저항성 접촉층 위에 데이터선, 소스 전극, 드레인 전극 및 데이터 패드를 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있고, 데이터 배선 위에 덮개층이 형성되어 있다. 그 위에 드레인 전극, 게이트 패드 및 데이터 패드를 각각 드러내는 접촉 구멍을 갖는 보호막이 형성되어 있고, 그 위에 화소 전극, 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드가 형성되어 있다. 이때, 배선은 은 또는 은 합금으로 형성되어 있고 덮개층은 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 IZO로 형성되어 있다. 이와 같이, 게이트 배선 및 데이터 배선이 은 또는 은 합금과 같은 저저항 금속으로 형성되어 있어 배선의 저항을 줄일 수 있다. 또한, 게이트 배선 및 데이터 배선 위에 각각 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 IZO막으로 이루어진 덮개층이 형성되어 있어 보호막에 게이트 패드 및 데이터 패드를 드러내는 접촉 구멍을 형성할 때 패드가 식각되는 것을 방지하며, 데이터 배선을 형성한 후 채널부의 저항성 접촉층을 제거할 때 데이터 배선이 식각되는 것을 방지한다. 배선과 덮개층을 인산, 질산, 초산 및 탈이온수를 포함하는 식각액을 사용하여 한 번의 식각 공정으로 형성할 수 있다.
은, 은 합금, 몰리브덴, 몰리브덴 합금, IZO, 덮개층
Description
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고,
도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ 선에 대한 단면도이고,
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조하는 첫 단계에서의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고,
도 3b는 도 3a에서 Ⅲb-Ⅲb 선에 대한 단면도이고,
도 4a는 도 3a 다음 단계에서의 배치도이고,
도 4b는 도 4a에서 Ⅳb-Ⅳb 선에 대한 단면도이고,
도 5a는 도 4a 다음 단계에서의 배치도이고,
도 5b는 도 5a에서 Ⅴb-Ⅴb 선에 대한 단면도이고,
도 6a는 도 5a 다음 단계에서의 배치도이고,
도 6b는 도 6a에서 Ⅵb-Ⅵb 선에 대한 단면도이고,
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고,
도 8은 도 7에서 Ⅷ-Ⅷ 선에 대한 단면도이고,
도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따라 제조하는 첫 단계에서의 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고,
도 9b는 도 9a에서 Ⅸb-Ⅸb 선에 대한 단면도이고,
도 10은 도 9b 다음 단계에서의 단면도이고,
도 11 내지 도 14는 도 10 다음 단계에서의 공정을 그 순서에 따라 차례로 도시한 단면도이고,
도 15a는 도 14 다음 단계에서의 배치도이고,
도 15b는 도 15a에서 XⅤb-XⅤb 선에 대한 단면도이고,
도 16a는 도 15a 다음 단계에서의 배치도이고,
도 16b는 도 16a에서 XⅥb-XⅥb 선에 대한 단면도이다.
본 발명은 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중의 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 유리 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 있으며, 두 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시켜 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치의 한 기판에는 전극에 인가되는 전압을 스위칭하는 박막 트랜지스터를 가지는 것이 일반적이며, 이러한 박막 트랜지스터 기판에는 박막 트랜지스터 외에도 게이트선과 외부로부터 신호를 인가받아 게이트선에 전달하는 게이트 패드 등을 포함하는 게이트 배선, 데이터선과 외부로부터 신호를 인가받아 데이터선으로 전달하는 데이터 패드 등을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있다.
이러한 액정 표시 장치에서는 화면이 커질수록 배선이 길어지게 되고 배선을 통해 전달되는 신호의 지연이 발생한다. 이러한 신호의 지연이 발생하지 않도록 배선의 저항을 줄이는 것이 바람직한데, 이를 위해 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy) 및 구리 합금(Cu alloy)을 이용하는 방법이 제시되어 있다.
그러나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 배선을 형성했을 때 다음과 같은 문제점이 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 게이트 배선으로 사용하면 게이트 패드의 알루미늄막이 ITO(indium tin oxide)와 접촉하는 부분에서 산화 또는 부식되어 접촉 특성이 불량해진다. 또한, 데이터 배선에 사용하면 하부의 비정질 규소층의 규소와 알루미늄막의 알루미늄이 반응함으로 인하여 접촉 부분의 저항이 높아지며 ITO 화소 전극과 연결되는 부분에서 접촉 특성이 불량해지는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 단일층으로 형성하지 않고 이중층 이상으로 형성하는 방법이 제시되었으나, 공정 수가 많아 생산성 및 수율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 알루미늄 합금은 비저항이 4.7
정도로 낮은 편이지만, 구리 합금에 비하면 2배 정도 높은 값을 나타낸다.
한편, 구리 합금은 비저항은 낮지만, 부식이 잘 되기 때문에 공정 진행에 어 려움이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 내식성이 우수하며 저저항을 갖는 배선을 형성하는 것이다.
이러한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 은 또는 은 합금으로 배선을 형성하고 그 위에 덮개층을 형성한다.
본 발명에 따르면, 절연 기판 위에 게이트선 및 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선 위에 게이트 절연막이 형성되어 있다. 게이트 절연막 위에 반도체층이 형성되어 있고, 반도체층 위에 데이터선, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있다. 게이트 배선 및 데이터 배선 위에 각각 게이트 배선 및 데이터 배선과 동일한 평면적 모양으로 제1 및 제2 덮개층이 형성되어 있다. 드레인 전극 위의 제2 덮개층을 드러내는 제1 접촉 구멍을 갖는 보호막이 형성되어 있고, 제1 접촉 구멍을 통해 드레인 전극과 연결되는 화소 전극이 형성되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 덮개층은 제1 접촉 구멍을 형성할 때 사용되는 식각액에 대하여 보호막보다 식각 선택비가 작은 도전 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 덮개층은 몰리브덴, 몰리브덴 합금 및 IZO막 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이때, 게이트 배선 및 데이터 배선은 은 또는 은 합금으로 이루어지며, 은 합금은 은을 주성분으로 하고 팔라듐, 구리 및 로듐과 같은 원소를 포함할 수 있다.
반도체층과 데이터 배선 사이에는 저항성 접촉층이 더 형성되어 있을 수 있고, 데이터 배선과 저항성 접촉층의 모양이 동일하며, 소스 전극 및 드레인 전극 사이를 제외하고 반도체층과 저항성 접촉층의 모양이 동일할 수 있다.
한편, 게이트 배선은 게이트선에 연결되어 있는 게이트 패드를 더 포함하며, 데이터 배선은 데이터선에 연결되어 있는 데이터 패드를 더 포함하고, 보호막은 게이트 패드 및 데이터 패드 위의 제1 및 제2 덮개층을 각각 드러내는 제2 및 제3 접촉 구멍을 가지고 있으며, 화소 전극과 동일한 층으로 게이트 패드 및 데이터 패드와 각각 연결되는 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드를 더 포함할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조할 때, 먼저 절연 기판 위에 게이트선 및 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성하고, 제1 덮개층을 형성한다. 다음, 게이트 절연막을 형성하고, 반도체층을 형성한다. 다음, 데이터선, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선을 형성하고, 제2 덮개층을 형성한다. 드레인 전극 위의 제2 덮개층을 드러내는 제1 접촉 구멍을 갖는 보호막을 형성하고, 화소 전극을 형성한다. 이때, 제1 및 제2 덮개층을 제1 접촉 구멍을 형성할 때 사용되는 식각액에 대하여 보호막보다 식각 선택비가 작은 도전 물질로 형성하는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 덮개층은 몰리브덴, 몰리브덴 합금 및 IZO막 중 어느 하나로 형성할 수 있다.
이때, 게이트 배선 및 데이터 배선은 은 또는 은 합금으로 형성하며, 은 합금은 은을 주성분으로 하고 팔라듐, 구리 및 로듐과 같은 원소를 포함할 수 있다.
여기서, 게이트 배선과 제1 덮개층, 데이터 배선과 제2 덮개층을 각각 한 번의 식각 공정으로 형성할 수 있다. 이때, 식각 공정에 사용하는 식각액은 인산, 질산, 초산 및 탈이온수를 포함하며, 식각액은 인산 : 질산 : 초산 : 탈이온수의 비율이 52 : 5 : 12 : 31인 것이 바람직하다.
한편, 데이터 배선 및 반도체층은 위치에 따라 두께가 다른 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 함께 형성할 수 있으며, 감광막 패턴은 제1 두께를 가지는 제1 부분, 제1 두께보다 두꺼운 제2 부분, 두께를 갖지 않으며 제1 및 제2 부분을 제외한 제3 부분을 포함한다. 사진 식각 공정에서 감광막 패턴은 제1 영역, 제1 영역보다 낮은 투과율을 가지는 제2 영역 및 제1 영역보다 높은 투과율을 가지는 제3 영역을 포함하는 광마스크를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
감광막 패턴에서 제1 부분은 소스 전극과 드레인 전극 사이, 제2 부분은 데이터 배선 상부에 위치하도록 형성하며, 제1 내지 제3 영역의 투과율을 다르게 조절하기 위해 광마스크에 반투과막 또는 노광기의 분해능보다 작은 슬릿 패턴이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 반도체층과 데이터 배선 사이에 저항성 접촉층을 더 형성할 수 있으며, 반도체층, 저항성 접촉층 및 데이터 배선을 한 번의 사진 공정으로 형성할 수 있다.
한편, 게이트 배선은 게이트선에 연결되어 있는 게이트 패드를 더 포함하며, 데이터 배선은 데이터선에 연결되어 있는 데이터 패드를 더 포함하고, 보호막을 형성할 때 게이트 패드 및 데이터 패드의 제1 및 제2 덮개층을 각각 드러내는 제2 및 제3 접촉 구멍을 형성하며, 화소 전극을 형성할 때 게이트 패드 및 데이터 패드와 각각 연결되는 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드를 형성할 수 있다.
이러한 본 발명에서는 게이트 배선 및 데이터 배선을 은 또는 은 합금과 같은 저저항 금속으로 형성하여 배선의 저항을 줄일 수 있다. 또한, 게이트 배선 및 데이터 배선 위에 각각 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 IZO막으로 이루어진 덮개층을 형성하여 보호막에 게이트 패드 및 데이터 패드를 드러내는 접촉 구멍을 형성할 때 은 또는 은 합금으로 이루어진 패드가 식각되는 것을 방지한다. 은 또는 은 합금으로 이루어진 배선과 몰리브덴, 몰리브덴 합금막 또는 IZO로 이루어진 덮개층을 한 종류의 식각액을 사용하여 한 번의 식각 공정으로 형성하여 공정 수를 줄일 수 있다.
그러면, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고, 도 2는 도 1에서 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에서와 같이, 절연 기판(10) 위에 은(Ag) 또는 은 합금(Ag alloy)과 같은 저저항 금속으로 이루어진 게이트 배선(21, 22, 23)이 형성되어 있다. 게이트 배선은 가로 방향으로 뻗어 있는 게이트선(21), 게이트선(21)의 일부인 게이트 전극(22), 게이트선(21)의 끝에 연결되어 외부로부터 주사 신호를 인가받아 게이트선(21)으로 전달하는 게이트 패드(23)를 포함한다. 이때, 은 합금은 은을 주성분으로 하고 팔라듐(Pd), 구리 및 로듐(Rh)과 같은 원소를 포함하고 있다.
게이트 배선(21, 22, 23) 위에는 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo alloy) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 물질로 이루어진 덮개층(capping layer)(28)이 게이트 배선(21, 22, 23)과 동일한 평면적 모양으로 형성되어 있다.
게이트 배선(21, 22, 23) 상부의 덮개층(28)은 질화규소(SiNX) 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)으로 덮여 있다.
게이트 절연막(30) 위에는 비정질규소 따위의 반도체로 이루어진 반도체층(41)이 형성되어 있으며, 반도체층(41) 위에는 인(P)과 같은 n형 불순물이 도핑되어 있는 비정질규소 따위의 반도체로 이루어진 저항성 접촉층(52, 53)이 게이트 전극(22)을 중심으로 양쪽으로 분리되어 형성되어 있다.
저항성 접촉층(52, 53) 위에는 은 또는 은 합금과 같은 저저항 금속으로 이루어진 데이터 배선(61, 62, 63, 64)이 형성되어 있다. 데이터 배선은 세로 방향으로 뻗어 있는 데이터선(61), 데이터선(61)의 일부인 소스 전극(62), 게이트 전극(22)을 중심으로 소스 전극(62)과 마주하는 드레인 전극(63), 데이터선(61)에 연결되어 외부로부터 화상 신호를 인가받아 데이터선(61)에 전달하는 데이터 패드(64)를 포함한다. 이때, 은 합금은 은을 주성분으로 하고 팔라듐, 구리 및 로듐과 같은 원소를 포함하고 있다.
여기서, 데이터 배선(61, 62, 63, 64) 위에는 게이트 배선(21, 22, 23)과 마찬가지로, 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 IZO와 같은 물질로 이루어진 덮개층(68)이 데이터 배선(61, 62, 63, 64)과 동일한 평면적 모양으로 형성되어 있다.
데이터 배선(61, 62, 63, 64) 상부의 덮개층(68) 및 게이트 절연막(30) 위에는 질화규소로 이루어진 보호막(70)이 형성되어 있다. 보호막(70)은 게이트 절연막(30)과 함께 게이트 패드(23) 위의 덮개층(28)을 드러내는 접촉 구멍(73)을 가지고 있을 뿐만 아니라, 데이터 패드(64) 위의 덮개층(68)을 드러내는 접촉 구멍(74)과 드레인 전극(63) 위의 덮개층(68)을 드러내는 접촉 구멍(72)을 가지고 있다.
보호막(70) 위에는 ITO(indium tin oxde) 또는 IZO와 같은 투명 도전 물질로 이루어진 화소 전극(80), 보조 게이트 패드(83) 및 보조 데이터 패드(84)가 형성되어 있다.
화소 전극(80)은 접촉 구멍(72)을 통하여 드레인 전극(63)과 연결되어 화상 신호를 전달받는다. 보조 게이트 패드(83)와 보조 데이터 패드(84)는 접촉 구멍(73, 74)을 통해 게이트 패드(23) 및 데이터 패드(64)와 각각 연결되어 있으며, 이들은 패드(23, 64)와 외부 회로 장치와의 접착성을 보완하고 패드(23, 64)를 보호하는 역할을 한다.
이러한 구조를 갖는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에서, 게이트 배선(21, 22, 23) 및 데이터 배선(61, 62, 63, 64)을 은 또는 은 합금과 같은 저저항 금속으로 형성하여 배선의 저항을 줄일 수 있다. 또한, 배선 위에 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 IZO와 같은 덮개층(28, 68)이 형성되어 있어 식각 공정으로부터 배선을 보호할 수 있다. 이에 대하여는 제조 방법에서 상세히 설명한다.
그러면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 대하여 도 3a 내지 도 6b, 앞서의 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 3a 및 도 3b에서와 같이, 절연 기판(10) 위에 은 또는 은 합금막과 몰리브덴, 몰리브덴 합금막 또는 IZO막을 스퍼터링 따위의 방법으로 차례로 증착하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 패터닝하여 게이트선(21), 게이트 전극(22) 및 게이트 패드(23)를 포함하는 게이트 배선과 그 위의 덮개층(28)을 형성한다.
그러면, 은 합금막과 몰리브덴막을 패터닝하는 방법에 대하여 다음에서 상세히 설명한다. 여기서는 게이트 배선(21, 22, 23) 및 덮개층(28)의 경우를 예로 들어 설명하며, 이는 데이터 배선(61, 62, 63, 64) 및 덮개층(68)의 패터닝 공정에서도 동일하게 적용된다.
은 합금막, 몰리브덴막 및 IZO막은 인산, 질산, 초산 및 탈이온수(deionized water)를 포함하는 용액에서 모두 식각된다. 이때, 배선(21, 22, 23)을 은 합금막으로 형성하고 덮개층(28)을 몰리브덴막으로 형성하는 경우에는 은 합금막과 몰리 브덴막을 한 번에 식각할 수 있으며, 식각액은 인산 : 질산 : 초산 : 탈이온수의 비율을 52 : 5 : 12 : 31로 혼합한 용액이다. 여기서, 은 합금막과 몰리브덴막의 각각의 식각율을 비교했을 때 은 합금막의 식각율이 빠르지만, 은 합금막과 몰리브덴막이 접한 경우에는 은이 몰리브덴보다 전위가 높아져 몰리브덴막의 이온화가 더 잘 일어나므로 몰리브덴막의 식각율이 커진다. 따라서, 식각 프로파일(profile)에 영향 주지 않으면서 몰리브덴막과 은 합금막을 연속으로 식각할 수 있다.
한편, 덮개층(28)을 몰리브덴 합금막으로 형성하는 경우에는, 몰리브덴 합금의 조성비에 따라 은 합금과 동시에 식각이 안될 수도 있는데, 이때는 은 합금막은 위에서 언급한 은 식각액을 사용하여 식각하고 몰리브덴막은 몰리브덴 식각액을 사용하여 두 번 식각하면 된다. 한편, 인산, 질산, 초산 및 탈이온수로 이루어진 식각액은 조성비에 따라 몰리브덴막을 식각할 수도 있으므로 조성비에서 각각 차이가 나는 인산, 질산, 초산 및 탈이온수로 이루어진 식각액을 이용하여 두 번의 식각을 진행할 수도 있다.
또한, 덮개층(28)을 IZO막으로 형성하는 경우에는, 은 합금막은 위에서 언급한 은 식각액을 사용하여 식각하고 IZO막은 IZO 식각액을 사용하여 두 번 식각하면 된다. 한편, 인산, 질산, 초산 및 탈이온수로 이루어진 식각액은 조성비에 따라 IZO막을 식각할 수도 있으므로 조성비에서 각각 차이가 나는 인산, 질산, 초산 및 탈이온수로 이루어진 식각액을 이용하여 두 번의 식각을 진행할 수도 있다.
다음, 도 4a 및 도 4b에서와 같이, 게이트 절연막(30), 비정질규소층 및 n형 불순물이 도핑된 비정질규소층을 화학 기상 증착법 따위를 이용하여 각각 1,500Å 내지 5,000Å, 500Å 내지 1,500Å 및 300Å 내지 600Å의 두께로 차례로 증착하고, 상부의 두 층을 패터닝하여 반도체층(41) 및 저항성 접촉층(51)을 형성한다.
다음, 도 5a 및 도 5b에서와 같이, 은 또는 은 합금막과 몰리브덴, 몰리브덴 합금막 또는 IZO막을 스퍼터링 따위의 방법으로 차례로 증착한 후, 앞서 설명한 게이트 배선(21, 22, 23) 및 덮개층(28)의 형성에서와 동일한 식각 방법으로 패터닝하여 데이터선(61), 소스 전극(62), 드레인 전극(63) 및 데이터 패드(64)를 포함하는 데이터 배선과 그 위의 덮개층(68)을 형성한다. 다음, 소스 전극(62)과 드레인 전극(63) 사이에 노출되어 있는 저항성 접촉층(51)을 제거하여 두 부분(52, 53)으로 분리한다.
다음, 도 6a 및 도 6b에서와 같이, 질화규소를 화학 기상 증착법 따위를 이용하여 3,000Å 이상의 두께로 보호막(70)을 형성하고 사진 식각 공정으로 패터닝하여 접촉 구멍(72, 73, 74)을 형성한다.
다음, 도 1 및 도 2에서와 같이, ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전 물질을 스퍼터링 따위의 방법으로 400Å 내지 500Å의 두께로 증착하고 사진 식각 공정으로 패터닝하여 화소 전극(80), 보조 게이트 패드(83) 및 보조 데이터 패드(84)를 형성한다.
이와 같이 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 제조할 때 은 또는 은 합금으로 이루어진 배선과 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금막으로 이루어진 덮개층(28, 68)을 한 종류의 식각액을 사용하여 한 번의 식각 공정으로 형성하여 공정 수를 줄일 수 있다. 또한, 덮개층(28)은 보호막(70)에 게이트 패드(23)를 드 러내는 접촉 구멍(73)을 형성할 때 은 또는 은 합금으로 이루어진 게이트 패드(23)가 식각되는 것을 방지한다. 덮개층(68)은 데이터 배선(61, 62, 63, 64)을 형성한 후 소스 전극(62)과 드레인 전극(63) 사이의 도핑된 비정질규소층을 제거할 때 은 또는 은 합금으로 이루어진 데이터 배선(61, 62, 63, 64)이 식각되는 것을 방지하며, 질화규소를 이루어진 보호막(70)에 데이터 패드(64)를 드러내는 접촉 구멍(74)을 형성할 때 데이터 패드(64)가 식각되는 것을 방지한다. 여기서는 덮개층(28, 68)이 몰리브덴, 몰리브덴 합금, IZO와 같은 물질인 경우를 예로 들었으나, 비정질규소층 및 질화규소와 같은 규소 계열의 막과 식각 선택비가 있는 층으로 이루어지면 된다.
이러한 방법은 앞에서 설명한 바와 같이, 다섯 번의 사진 식각 공정을 이용하는 제조 방법에 적용할 수 있지만, 네 번의 사진 식각 공정을 이용하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서도 동일하게 적용할 수 있다. 이에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 7 및 도 8을 참고로 하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판을 도시한 배치도이고, 도 8은 도 7에서 Ⅷ-Ⅷ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
먼저, 절연 기판(10) 위에 제1 실시예와 동일하게 은 또는 은 합금으로 이루어진 게이트선(21), 게이트 전극(22) 및 게이트 패드(23)를 포함하는 게이트 배선 이 형성되어 있고, 게이트 배선(21, 22, 23) 위에는 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 IZO로 이루어진 덮개층(28)이 형성되어 있다.
게이트 배선(21, 22, 23) 위의 덮개층(28)은 질화규소 따위로 이루어진 게이트 절연막(30)으로 덮여 있다.
게이트 절연막(30) 위에는 비정질규소 따위의 반도체로 이루어진 반도체층(41)이 형성되어 있으며, 반도체층(41) 위에는 인과 같은 n형 불순물로 도핑되어 있는 비정질규소 따위로 이루어진 저항성 접촉층(52, 53)이 형성되어 있다.
저항성 접촉층(52, 53) 위에는 은 또는 은 합금으로 이루어진 데이터선(61), 소스 전극(62), 드레인 전극(63) 및 데이터 패드(64)를 포함하는 데이터 배선이 형성되어 있다. 데이터 배선(61, 62, 63, 64) 위에는 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 IZO로 이루어진 덮개층(68)이 형성되어 있다.
저항성 접촉층(52, 53)은 그 하부의 반도체층(41)과 그 상부의 데이터 배선(61, 62, 63, 64)의 접촉 저항을 낮추어 주는 역할을 하며, 데이터 배선(61, 62, 63, 64)과 완전히 동일한 형태를 가진다.
한편, 반도체층(41)은 박막 트랜지스터의 채널부(C)를 제외하면 데이터 배선(61, 62, 63, 64) 및 저항성 접촉층(52, 53)과 동일한 형태를 가진다.
데이터 배선(61, 62, 63, 64) 위의 덮개층(68) 위에는 질화규소 따위로 이루어진 보호막(70)이 형성되어 있다.
보호막(70)은 드레인 전극(63) 및 데이터 패드(64)를 각각 드러내는 접촉구멍(72, 74)을 가지고 있으며, 게이트 절연막(30)과 함께 게이트 패드(23)를 드러내 는 접촉 구멍(73)을 가지고 있다.
보호막(70) 위에는 ITO 또는 IZO 따위의 투명한 도전 물질로 이루어져 있으며, 접촉 구멍(72, 73, 74)을 통하여 드레인 전극(63), 게이트 패드(23) 및 데이터 패드(64)와 각각 연결되는 화소 전극(80), 보조 게이트 패드(83) 및 보조 데이터 패드(84)가 형성되어 있다.
그러면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에 대하여 도 9a 내지 도 16b와 앞서의 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 9a 및 9b에서와 같이, 기판(10) 위에 은 또는 은 합금막과 몰리브덴, 몰리브덴 합금막 또는 IZO막을 차례로 증착하고 제1 실시예와 동일하게 제1 사진 식각 공정으로 패터닝하여 게이트선(21), 게이트 전극(22) 및 게이트 패드(23)를 포함하는 게이트 배선과 덮개층(28)을 형성한다.
다음, 도 10에서와 같이, 질화 규소로 이루어진 게이트 절연막(30), 비정질규소층(40), 도핑된 비정질규소층(50)을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 1,500 Å 내지 5,000 Å, 500 Å 내지 1,500 Å, 300 Å 내지 600 Å의 두께로 차례로 증착하고, 은 또는 은 합금막(60)과 몰리브덴, 몰리브덴 합금막 또는 IZO막(68)을 스퍼터링 등의 방법으로 증착한다.
다음, 감광막(110)을 1 ㎛ 내지 2 ㎛의 두께로 도포한 후 위치에 따라 투과율이 다른 마스크(100)를 통하여 감광막(110)에 빛을 조사한 후 제2 사진 공정으로 현상하여 도 11에서와 같이, 감광막 패턴(112, 114)을 형성한다. 이때, 감광막 패 턴(112, 114) 중에서 박막 트랜지스터의 채널부(C), 즉 소스 전극(62)과 드레인 전극(63) 사이에 위치한 제1 부분(114)은 데이터 배선부(A), 즉 데이터 배선(61, 62, 63, 64)이 형성될 부분에 위치한 제2 부분(112)보다 두께가 얇게 되도록 하며, 기타 부분(B)의 감광막은 모두 제거한다.
이와 같이, 위치에 따라 감광막의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있으며, C 영역의 빛 투과량을 조절하기 위하여 주로 슬릿(slit)이나 격자 형태의 패턴을 형성하거나 반투과막을 사용한다.
이때, 슬릿 사이에 위치한 패턴의 선폭이나 패턴 사이의 간격, 즉 슬릿의 폭은 노광시 사용하는 노광기의 분해능보다 작은 것이 바람직하며, 반투과막을 이용하는 경우에는 마스크를 제작할 때 투과율을 조절하기 위하여 다른 투과율을 가지는 박막을 이용하거나 두께가 다른 박막을 이용할 수 있다.
여기서, 감광막의 제1 부분(114)은 리플로우가 가능한 물질로 이루어진 감광막을 이용하고 빛이 완전히 투과할 수 있는 부분과 빛이 완전히 투과할 수 없는 부분으로 나뉘어진 통상적인 마스크로 노광한 다음 현상하고 리플로우시켜 감광막이 잔류하지 않는 부분으로 감광막의 일부를 흘러내리도록 함으로써 형성할 수도 있다.
다음, 감광막 패턴(114) 및 그 하부의 막들, 즉 몰리브덴막(68), 은 합금막(60), 도핑된 비정질규소층(50) 및 비정질규소층(40)에 대한 식각을 진행한다. 이때, 데이터 배선부(A)에는 데이터 배선과 그 하부의 막들이 그대로 남아 있고, 채널부(C)에는 비정질규소층만 남아 있어야 하며, 나머지 부분(B)에는 네 개층(68, 60, 50, 40)이 모두 제거되어 게이트 절연막(30)이 드러나야 한다.
먼저, 도 12에서와 같이, 기타 부분(B)의 노출되어 있는 몰리브덴막(68)과 은 합금막(60)을 제거하여 그 하부의 도핑된 비정질규소층(50)을 노출시킨다. 이때, 앞서 설명한 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 인산, 질산, 초산 및 탈이온수를 혼합한 식각액으로 식각을 실시하면 된다. 이 과정에서 감광막 패턴(112, 114)은 거의 식각되지 않는 조건하에서 행하는 것이 좋다.
이렇게 하면, 채널부(C) 및 데이터 배선부(A)의 몰리브덴막(68)과 은 합금막(60)이 남고 기타 부분(B)에서는 모두 제거되어 그 하부의 도핑된 비정질규소층(50)이 드러난다. 이때 남은 몰리브덴막(68)과 은 합금막(60)은 소스 및 드레인 전극(62, 63)이 분리되지 않고 연결되어 있는 점을 제외하면 데이터 배선(61, 62, 63, 64)의 형태와 동일하다.
다음, 도 13에서와 같이, 기타 부분(B)의 도핑된 비정질규소층(50) 및 그 하부의 비정질규소층(40)을 감광막의 제1 부분(114)과 함께 건식 식각 방법으로 동시에 제거한다. 이때의 식각은 감광막 패턴(112, 114)과 도핑된 비정질규소층(50) 및 비정질규소층(40)이 동시에 식각되며 게이트 절연막(30)은 식각되지 않는 조건하에서 행하여야 하며, 특히 감광막 패턴(112, 114)과 비정질규소층(40)에 대한 식각비가 거의 동일한 조건으로 식각하는 것이 바람직하다. 예를 들어, SF6과 HCl의 혼합 기체나, SF6과 O2의 혼합 기체를 사용하면 거의 동일한 두께로 두 막을 식각할 수 있다. 감광막 패턴(112, 114)과 비정질규소층(40)에 대한 식각비가 동일한 경 우 제1 부분(114)의 두께는 비정질규소층(40)과 도핑된 비정질규소층(50)의 두께를 합한 것과 같거나 그보다 작아야 한다.
이렇게 하면, 채널부(C)의 제1 부분(114)이 제거되어 몰리브덴막(68)이 드러나고, 기타 부분(B)의 도핑된 비정질규소층(50) 및 비정질규소층(40)이 제거되어 그 하부의 게이트 절연막(30)이 드러난다. 한편, 데이터 배선부(A)의 제2 부분(112) 역시 식각되므로 두께가 얇아진다.
다음, 애싱(ashing)을 통하여 채널부(C)의 몰리브덴막(68) 표면에 남아 있는 감광막 찌꺼기를 제거한다.
다음, 도 14에서와 같이, 채널부(C)의 몰리브덴막(68), 은 합금막(60) 및 그 하부의 도핑된 비정질규소층(50)을 식각하여 제거한다. 이때, 몰리브덴막(68)과 은 합금막(60)을 앞서 설명한 제1 실시예와 동일한 방법으로 인산, 질산, 초산 및 탈이온수를 혼합한 식각액으로 식각할 수 있다.
마지막으로, 데이터 배선부(A)에 남아 있는 감광막 제2 부분(112)을 제거하면, 도 15a 및 도 15b에서와 같이, 소스 전극(62)과 드레인 전극(63)이 분리되면서 데이터 배선(61, 62, 63, 64)과 그 하부의 저항성 접촉층(52, 53) 및 반도체층(41)이 완성된다.
이와 같이 하여 데이터 배선(61, 62, 63, 64)을 형성한 후, 도 16a 및 16b에서와 같이 제1 실시예에서와 동일한 방법으로 질화규소를 화학 기상 증착법으로 증착하여 보호막(70)을 형성하고 제3 사진 식각 공정으로 패터닝하여 접촉 구멍(72, 73, 74)을 형성한다.
마지막으로, 앞서의 도 7 및 도 8에서와 같이, 제1 실시예와 같은 방법으로 ITO 또는 IZO와 같은 투명 도전 물질을 스퍼터링 방법으로 400 Å 내지 500 Å 두께로 증착하고 제4 사진 식각 공정으로 패터닝하여 드레인 전극(63), 게이트 패드(23) 및 데이터 패드(64)와 각각 연결되는 화소 전극(80), 보조 게이트 패드(83) 및 보조 데이터 패드(84)를 형성한다.
이러한 본 발명의 제2 실시예에서는 제1 실시예에 따른 효과뿐만 아니라 데이터 배선(61, 62, 63, 64)과 그 하부의 저항성 접촉층(52, 53) 및 반도체층(41)을 한 번의 사진 공정으로 형성하여 제조 공정을 단순화할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 게이트 배선 및 데이터 배선을 은 또는 은 합금과 같은 저저항 금속으로 형성하여 배선의 저항을 줄일 수 있다. 또한, 게이트 배선 및 데이터 배선 위에 각각 몰리브덴, 몰리브덴 합금 또는 IZO막으로 이루어진 덮개층을 형성하여 보호막에 게이트 패드 및 데이터 패드를 드러내는 접촉 구멍을 형성할 때 은 또는 은 합금으로 이루어진 패드가 식각되는 것을 방지한다. 데이터 배선 위에 형성되어 있는 덮개층은 또한, 데이터 배선을 형성한 후 소스 전극과 드레인 전극 사이의 저항성 접촉층을 제거할 때 은 또는 은 합금으로 이루어진 데이터 배선이 식각되는 것을 방지한다. 은 또는 은 합금으로 이루어진 배선과 몰리브덴, 몰리브덴 합금막 또는 IZO로 이루어진 덮개층을 한 종류의 식각액을 사용하여 한 번의 식각 공정으로 형성하여 공정 수를 줄일 수 있다.
Claims (23)
- 절연 기판,상기 기판 위에 형성되어 있는 게이트선 및 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선,상기 게이트 배선 위에 형성되어 있는 게이트 절연막,상기 게이트 절연막 위에 형성되어 있는 반도체층,상기 반도체층 위에 형성되어 있는 데이터선, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선,상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선 위에 각각 상기 게이트 배선 및 데이터 배선과 동일한 평면적 모양으로 형성되어 있는 제1 및 제2 덮개층,상기 드레인 전극 위의 제2 덮개층을 드러내는 제1 접촉 구멍을 갖는 보호막,상기 제1 접촉 구멍을 통해 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 포함하며,상기 제1 및 제2 덮개층은 상기 제1 접촉 구멍을 형성할 때 사용되는 식각액에 대하여 상기 보호막보다 식각률이 낮은 도전 물질로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 제1 및 제2 덮개층은 몰리브덴, 몰리브덴 합금 및 IZO막 중 어느 하나로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선은 은 또는 은 합금으로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제3항에서,상기 은 합금은 은을 주성분으로 하고 팔라듐, 구리 및 로듐과 같은 원소를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 반도체층과 상기 데이터 배선 사이에 형성되어 있는 저항성 접촉층을 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제5항에서,상기 데이터 배선과 상기 저항성 접촉층의 모양이 동일한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제5항에서,상기 소스 전극 및 상기 드레인 전극 사이를 제외하고 상기 반도체층과 상기 저항성 접촉층의 모양이 동일한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 제1항에서,상기 게이트 배선은 상기 게이트선에 연결되어 있는 게이트 패드를 더 포함하며, 상기 데이터 배선은 상기 데이터선에 연결되어 있는 데이터 패드를 더 포함하고,상기 보호막은 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드 위의 상기 제1 및 제2 덮개층을 각각 드러내는 제2 및 제3 접촉 구멍을 가지고 있으며,상기 화소 전극과 동일한 층으로 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드와 각각 연결되는 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판.
- 절연 기판 위에 게이트선 및 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성하는 단계,상기 게이트 배선 위에 상기 게이트 배선과 동일한 평면적 모양으로 제1 덮개층을 형성하는 단계,상기 제1 덮개층 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계,상기 게이트 절연막 위에 반도체층을 형성하는 단계,상기 반도체층 위에 데이터선, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 데이터 배선을 형성하는 단계,상기 데이터 배선 위에 상기 데이터 배선과 동일한 평면적 모양으로 제2 덮개층을 형성하는 단계,상기 드레인 전극 위의 제2 덮개층을 드러내는 제1 접촉 구멍을 갖는 보호막을 형성하는 단계,상기 제1 접촉 구멍을 통해 상기 드레인 전극과 연결되도록 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하며,상기 제1 및 제2 덮개층을 상기 제1 접촉 구멍을 형성할 때 사용되는 식각액에 대하여 상기 보호막보다 식각률이 낮은 도전 물질로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제9항에서,상기 제1 및 제2 덮개층은 몰리브덴, 몰리브덴 합금 및 IZO막 중 어느 하나로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제9항에서,상기 게이트 배선 및 상기 데이터 배선은 은 또는 은 합금으로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제11항에서,상기 은 합금은 은을 주성분으로 하고 팔라듐, 구리 및 로듐과 같은 원소를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제9항에서,상기 게이트 배선과 상기 제1 덮개층, 상기 데이터 배선과 상기 제2 덮개층을 각각 한 번의 식각 공정으로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제13항에서,상기 식각 공정에 사용하는 식각액은 인산, 질산, 초산 및 탈이온수를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제14항에서,상기 식각액은 인산 : 질산 : 초산 : 탈이온수의 비율이 52 : 5 : 12 : 31인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제9항에서,상기 데이터 배선 및 상기 반도체층은 위치에 따라 두께가 다른 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 함께 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제16항에서,상기 감광막 패턴은 제1 두께를 가지는 제1 부분, 상기 제1 두께보다 두꺼운 제2 부분, 두께를 갖지 않으며 상기 제1 및 제2 부분을 제외한 제3 부분을 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제17항에서,상기 사진 식각 공정에서 상기 감광막 패턴은 제1 영역, 상기 제1 영역보다 낮은 투과율을 가지는 제2 영역 및 상기 제1 영역보다 높은 투과율을 가지는 제3 영역을 포함하는 광마스크를 이용하여 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제18항에서,상기 감광막 패턴에서 상기 제1 부분은 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이, 상기 제2 부분은 상기 데이터 배선 상부에 위치하도록 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제19항에서,상기 제1 내지 제3 영역의 투과율을 다르게 조절하기 위해 상기 광마스크로 반투명막을 사용하거나 또는 상기 광마스크에 패턴을 형성하되, 상기 광마스크에 형성된 패턴 사이의 간격을 상기 사진 식각 공정에서 사용하는 노광기의 분해능보다 작게 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제9항에서,상기 반도체층과 상기 데이터 배선 사이에 저항성 접촉층을 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제21항에서,상기 반도체층, 상기 저항성 접촉층 및 상기 데이터 배선을 한 번의 사진 공정으로 형성하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
- 제9항에서,상기 게이트 배선은 상기 게이트선에 연결되어 있는 게이트 패드를 더 포함하며, 상기 데이터 배선은 상기 데이터선에 연결되어 있는 데이터 패드를 더 포함하고,상기 보호막을 형성하는 단계에서 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드의 상기 제1 및 제2 덮개층을 각각 드러내는 제2 및 제3 접촉 구멍을 형성하며,상기 화소 전극을 형성하는 단계에서 상기 게이트 패드 및 상기 데이터 패드와 각각 연결되는 보조 게이트 패드 및 보조 데이터 패드를 형성하는 단계를 더 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
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