KR100813358B1

KR100813358B1 - 액정 표시 장치와 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100813358B1
Application number: KR1020040003896A
Authority: KR
Inventors: 마쯔이아끼히로; 미사끼가쯔노리
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2008-03-12
Also published as: KR20040069177A; JP2004226890A; US7081931B2; TWI249248B; TW200421616A; US20040183763A1

Abstract

알루미늄 배선을 이용하여, 추가 공정이 간단하게 되는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공한다. 액정 표시 장치의 제조 방법은, (a) 액정 표시 장치용 기판을 가열하여, Al 또는 Al 합금의 주 배선층을 형성하는 공정으로서, 형성된 주 배선층 내에서 그레인이 성장하고, 표면에 평균 거칠기 Ra가 3㎚ 이상인 요철을 형성하는 온도로 기판이 가열되는 공정, 또는 (a1) 액정 표시 장치용 기판 위에, Al 또는 Al 합금의 주 배선층을 형성하는 공정과, (a2) 상기 기판을, 산소를 포함하는 분위기에 접촉시켜, 상기 주 배선층 표면을 자연 산화시키는 공정과, (b) 상기 주 배선층 위에 내열성 커버 금속층을 형성하고, 적층 금속층을 형성하는 공정과, (c) 기판을 가열하여, 상기 적층 금속층 위에 절연층을 CVD에 의해 형성하는 공정을 포함한다.

커버 금속층, 적층 금속층, 주 배선층, 보호층

Description

액정 표시 장치와 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY HAVING ALUMINUM WIRING}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TFT 기판의 제조 방법을 설명하는 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TFT 기판의 제조 방법을 설명하는 단면도.

도 3은 제1 실시예의 경화를 확인하는 검사 결과를 기재하는 표.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 TFT 기판의 제조 방법을 도시하는 단면도.

도 5는 제2 실시예의 효과를 확인하는 측정 결과를 기재하는 표.

도 6은 액정 표시 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 평면도 및 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기판

2 : 게이트 배선층

3 : 게이트 절연막

4 : 실리콘층

5 : 채널 보호층

6 : 실리콘층

7 : Ti층

8 : Al층

9 : Ti층

10 : 보호 절연층

11 : ITO층

12 : 배향막

2d : 자연 산화막

본 발명은 액정 표시 장치와 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 알루미늄 배선을 갖는 액정 표시 장치와 그 제조 방법에 관한 것이다. 또, 본 명세서에서 알루미늄은 Al 및 Al 합금을 포함하는 것으로 한다.

액정 표시 장치는, 얇고 경량이며, 저전압으로 구동할 수 있고, 소비 전력이 적은 장점이 있고, 최근 다양한 디스플레이에 널리 사용되고 있다. 액정 표시 장치는 2매의 투명 유리 기판사이에 액정을 봉입한 구조를 갖는 것이 일반적이다. 한쪽의 유리 기판의 내면상에는 블랙 매트릭스, 컬러 필터, 공통 전극, 배향막 등이 형성된다. 다른 쪽의 유리 기판의 내면상에는 박막 트랜지스터(TFT), 게이트 배선, 신호 배선, 화소 전극, 배향막 등이 형성된다.

예를 들면 3원색의 컬러 필터와 위치 정렬한 3개의 화소 전극을 배치하여, 1 화소 단위를 획정한다. 다수의 화소 단위를 예를 들면 수백 행, 천수백 열의 행렬 형상으로 배열하는 것에 의해 평면형 컬러 표시 장치가 구성된다. 동작에서는, 게이트 배선에 의해 화소 행이 순차적으로 선택되며, 동일 행의 화소 전극에 동시에 신호 배선으로부터 화상 신호가 공급된다.

역스태거형(inverse stagger type)의 박막 트랜지스터는, 유리 기판 위에 우선 Cr 등의 게이트 배선(게이트 전극을 포함함)을 형성하고, 게이트 절연막으로 피복한 후, 채널층으로 되는 비정질 실리콘층을 성막한다. 비정질 실리콘층의 채널 영역 위에 채널 보호층을 형성한 후, 채널 영역 양측의 소스/드레인 영역 위에 컨택트용의 고불순물 농도의 비정질 실리콘층, 소스/드레인 전극 및 신호 배선이 되는 금속층을 성막하고, 패터닝한 후 절연 보호층에 의해 피복한다.

절연 보호층에 컨택트 홀을 개구하고, ITO(인듐-주석 산화물) 등의 투명 전극층을 형성하고, 화소 전극 형상으로 패터닝한다. 이와 같이 하여 액티브 매트릭스 기판의 화소 구조가 형성된다.

정립형(正立型) 박막 트랜지스터에서는, 채널층으로 되는 비정질 실리콘층의 섬 형상 영역을 형성한 후, 실리콘층의 중간 영역을 게이트 절연막으로 피복하고, 그 위에 게이트 전극을 형성한다. 게이트 전극을 마스크로 한 이온 주입을 행하는 것에 의해, 고불순물 농도의 소스/드레인 영역을 형성할 수 있다. 게이트 절연막을 게이트 전극으로부터 돌출되도록 패터닝하고, 동시에 저불순물 농도의 드레인(LDD) 영역을 형성할 수도 있다.

액정 표시 장치에서의 TFT의 동작 속도는 게이트 배선의 저항 및 부수 용량에 크게 좌우된다. 게이트 배선의 저항을 낮게 하는 것이, 동작 속도의 향상에 유 효하다. Cr 등의 고융점 금속 대신에, 저저항율의 알루미늄을 이용하면, 게이트 배선의 저항을 대폭 감소시킬 수 있다.

그러나, 게이트 배선에 알루미늄을 이용한 경우, 게이트 절연 내압이 매우 낮게 되어, 스위치 소자로서 이용하는 것이 곤란하게 된다. 이것은, 알루미늄이 열에 약하여, 박막 트랜지스터의 제조 시에 행해지는 가열 공정에 의해, 힐록(hillock)이 발생하기 때문이라고들 한다.

Cr나 Ta 등의 고융점 금속을 이용하면, 게이트 절연 내압이 커져, 스위치 소자로서 사용할 수 있다. 그러나, 고유 전기 저항율이 높기 때문에, 스위칭 속도가 느려진다.

전기적 저항율이 낮은 알루미늄층과, 열에 강한 고융점 금속층을 적층하여, 게이트 배선을 형성하는 제안이 이루어져 있다(예를 들면 일본 특개소64-84668호 공보). 크롬 등의 고융점 금속층으로 알루미늄층을 피복하면, 피복된 알루미늄에는 힐록 등의 변형은 거의 발생하지 않는다.

그러나, 알루미늄층과 고융점 금속층과의 적층을 패터닝하면, 알루미늄층의 측면이 노출된다. 이 측면으로부터, 힐록 등이 발생할 가능성이 남는다. 알루미늄층의 노출면을 전부 피복하기 위하여, 알루미늄층의 패터닝 후, 고융점 금속층을 적층하고, 별개의 패터닝에 의해 알루미늄층 전체 표면을 피복하는 고융점 금속층을 형성하는 제안이 이루어져 있다(예를 들면, 일본 특개평6-l20503호 공보).

게이트 배선(게이트 전극을 포함함)을 형성하기 위해 별개의 마스크를 이용하여 2회의 패터닝을 행하는 것은, 마스크 매수를 증가시킬 뿐만 아니라, TFT의 치 수 정밀도를 저하시킨다.

알루미늄층과 제1 고융점 금속층을 적층하여, 패터닝한 후, 제2 고융점 금속층을 퇴적하고, 이방성 에칭을 행하는 것에 의해, 패터닝한 게이트 배선 측면상에만 제2 고융점 금속층을 측벽 형상으로 남기는 제안이 이루어져 있다(예를 들면 일본 특개평11-87716호 공보).

알루미늄층의 상면은 제1 고융점 금속층으로 피복되고, 측면은 제2 고융점 금속층으로 피복되므로, 힐록의 발생을 유효하게 방지할 수 있다. 알루미늄층과 제1 고융점 금속층은, 동일 마스크로 패터닝할 수 있고, 제2 고융점 금속층은 마스크 없는 이방성 에칭으로 패터닝할 수 있기 때문에, 마스크 매수는 증가시키지 않고, 치수 정밀도를 향상시킬 수 있다. 단, 고융점 금속층의 퇴적 및 이방성 에칭의 추가 공정이 필요하다.

이와 같이, 박막 트랜지스터의 게이트 배선 저항을 저감시키기 위해, 알루미늄을 이용하는 다양한 제안이 이루어져 있다.

[특허 문헌1]

일본 특개소64-84668호 공보

[특허 문헌2]

일본 특개평6-120503호 공보

[특허 문헌3]

일본 특개평11-87716호 공보

액정 표시 장치의 배선에 저저항의 알루미늄을 이용하고자 하면, 힐록 내지 위스커(whisker) 발생의 문제가 있다. 위스커 발생을 방지하려면, 추가 공정이 필요하게 된다.

본 발명의 목적은 알루미늄 배선을 이용하고, 추가 공정이 간단하게 되는 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 알루미늄 배선을 이용하고, 추가 마스크 공정이 불필요한 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 한 관점에 의하면, (a) 액정 표시 장치용 기판을 가열하고, Al 또는 Al 합금의 주 배선층을 형성하는 공정으로서, 형성된 주 배선층 내에서 그레인이 성장하여, 표면에 평균 거칠기 Ra가 3㎚ 이상인 요철을 형성하는 온도로 기판이 가열되는 공정과, (b) 상기 주 배선층 위에 내열성 커버 금속층을 형성하고, 적층 금속층을 형성하는 공정과, (c) 기판을 가열하여, 상기 적층 금속층 위에 절연층을 CVD에 의해 형성하는 공정을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, (a) 액정 표시 장치용 기판 위에, Al 또는 Al 합금의 주 배선층을 형성하는 공정과, (b) 상기 기판을 산소를 포함하는 분위기에 접촉시켜, 상기 주 배선층 표면을 자연 산화시키는 공정과, (c) 상기 주 배선층 위에 내열성 커버 금속층을 형성하고, 적층 금속층을 형성하는 공정과, (d) 기판을 가열하고, 상기 적층 금속층 위에 절연층을 CVD에 의해 형성하는 공정을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법이 제공된다.

알루미늄 배선층으로부터의 힐록 내지 위스커의 발생은 배선 형성 이후의 박막 트랜지스터 작성 프로세스에서의 열 처리와, 알루미늄층이 상층의 커버 메탈층으로부터 받는 응력이 원인으로 생각되어진다. 이 응력에 의해, 알루미늄의 그레인이 이상 성장한다.

가열한 기판 위에 알루미늄막을 성막하면, 그레인 성장이 충분히 발생하고, 알루미늄층 표면에는 요철이 발생한다. 이러한 알루미늄층 위에 고융점 금속층 등을 성막하고, 박막 트랜지스터를 형성하면, 힐록 내지 위스커를 억제할 수 있다.

알루미늄층을 성막한 후, 일단 산소를 포함하는 분위기에 노출하여 알루미늄층 표면을 자연 산화시키고, 그 후 고융점 금속층 등을 성막하면, 응력 완화가 이루어져, 힐록 내지 위스커의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 액정 표시 장치용 기판과, 상기 기판 상방에 형성된 Al 또는 Al 합금의 주 배선층과, 상기 주 배선층 상층에 형성된 고융점 금속을 포함하는 보호층을 포함하고, 상기 주 배선층의 상면은 3㎚ 이상의 평균 거칠기를 갖는 액정 표시 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 관점에 의하면, 액정 표시 장치용 기판과, 상기 기판 상방에 형성된 Al 또는 Al 합금의 주 배선층과, 상기 주 배선층 상층에 형성된 고융점 금속을 포함하는 보호층을 포함하고, 상기 주 배선층의 상면에 자연 산화막이 형성되어 있는 액정 표시 장치가 제공된다.

도 1의 (a)∼도 1의 (c), 도 2의 (d), 도 2의 (e)를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액티브 매트릭스 기판의 제조 방법을 설명한다. 액티브 매트릭 스 기판에는 박막 트랜지스터(TFT), 그 배선, 화소 전극, 축적 용량 등이 형성된다. 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 유리 기판(1)을 스퍼터링 장치의 가열 챔버로 반입하고, 약 200℃로 가열한 후, 알루미늄 성막 챔버로 반송하고, 알루미늄층(2a)을 예로 들면 두께 150㎚ 스퍼터링으로 성막한다. 기판이 가열되어 있기 때문에, 성막한 알루미늄층의 그레인이 세로 방향으로 성장한다. 그레인의 세로 방향 성장에 수반하여, 표면에는 3㎚ 이상의 평균 거칠기 Ra를 갖는 요철이 발생한다.

알루미늄층 성막 후, 진공을 유지하면서 Mo 타깃을 갖는 챔버로 기판을 반송하고, 작동 가스로서 Ar과 질소 가스를 도입하여, 질화 Mo층(2b)을 예로 들면 두께 100㎚ 성막한다. 동일한 챔버에 작동 가스로서 Ar 가스만을 도입하여, Mo 타깃을 스퍼터링하는 것에 의해, 예를 들면 두께 10㎚의 Mo층(2c)을 성막한다.

이러한 알루미늄층, 질화고융점 금속층, 고융점 금속층을 적층한 게이트 배선(게이트 전극을 포함함)용 적층 금속층 표면은, 알루미늄층의 평균 거칠기를 반영한 2㎚ 이상의 평균 거칠기 Ra를 갖는 요철을 갖는다.

도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, Mo층(2c) 위에, 포토레지스트층을 도포하고, 노광 현상하는 것에 의해 레지스트 패턴(21)을 형성한다. 레지스트 패턴(21)은 도 1의 (b)의 좌측의 게이트 배선에 대응하는 패턴, 도 1의 (b)의 우측의 축적 용량 배선에 대응하는 패턴을 갖는다.

도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 레지스트 패턴(21)을 에칭 마스크로 하여, 그 아래의 게이트 배선용 적층 금속층을 인질아세트산을 에칭액으로 사용하여 웨트 에칭한다. 알루미늄층을 포함하는 게이트 배선층(2)이 패터닝된다. 그 후 레지스트 마스크(21)는 제거한다.

도 2의 (d)에 도시한 바와 같이, 게이트 배선 패턴(2)을 형성한 기판을 플라즈마 촉진(PE-) 화학 기상 퇴적(CVD) 챔버로 반입하고, 기판을 350℃로 가열하면서, 소스 가스로서 SiH₄+NH₃을 흘리고, 게이트 절연막으로 되는 질화 실리콘층(3)을 두께 약 350㎚ 퇴적시킨다. 이어서 소스 가스로서 SiH₄를 흘리고, 채널층으로 되는 비정질 실리콘층(4)을 예를 들면 두께 50㎚ 퇴적시킨다. 또한 소스 가스로서 SiH₄+NH₃을 흘리고, 채널 보호층으로 되는 질화 실리콘층(5)을 예를 들면 두께 120㎚ 성막한다.

이 PE-CVD 공정은 기판이 가열되고, 기판 표면이 플라즈마에 노출되기 때문에, 종래 알루미늄 배선층으로부터 힐록 내지 위스커가 발생하는 주된 공정 중 하나였다. 가열한 기판 위에 알루미늄층을 퇴적하는 것에 의해 그 후의 공정에서의 힐록 내지 위스커의 발생을 억제할 수 있다.

도 2의 (e)에 도시한 바와 같이, 채널 보호층으로 되는 SiN층(5)을 포토레지스트 패턴을 이용하여 패터닝한다. 채널 보호층(5)은 비정질 실리콘층(4)의 채널 영역을 피복하도록 남긴다. 축적 용량 영역의 채널 보호층은 제거된다.

도 2의 (e)에 도시한 바와 같이, 채널 보호층(5)을 패터닝한 기판을 PE-CVD 챔버로 반입하고, 상술한 바와 같은 PE-CVD에 의해 컨택트층으로 되는 n⁺형 비정질 실리콘층(6)을 예를 들면 두께 30㎚ 성막한다.

이어서, 기판을 Ti 타깃, Al 타깃을 갖는 스퍼터링 장치로 반송하고, 비정질 실리콘층(6) 위에 소스/드레인 전극 및 신호 배선을 형성하는 신호 배선층을 적층한다. 예를 들면, Ti층(7)을 두께 20㎚, Al층(8)을 예로 들면 두께 75㎚, Ti층(9)을 예를 들면 두께 80㎚ 성막한다.

그 후, Ti층(9), Al층(8), Ti층(7), 비정질 실리콘층(6)을 레지스트 마스크를 이용하여 패터닝한다. 이 패터닝에서, 채널 보호층(5)이 채널 영역 위의 에칭 스토퍼로서 기능한다.

TFT 영역에서는, 채널 보호층(5)으로 보호된 채널 영역 양측의 비정질 실리콘층(4)에 접속된 배선 적층이 남겨지고, 소스/드레인 전극 및 배선을 형성한다. 이와 같이 하여, TFT가 형성된다. 축적 용량 영역에서는, 게이트 배선과 동일한 적층으로 형성된 하층 전극(배선 : 2) 위에 게이트 절연막(3)을 개재하여 상층 적층(4, 6, 7, 8, 9)이 남겨진다.

배선 적층의 패터닝 후, 보호 절연층으로 되는 질화 실리콘층(10)을 상술한 바와 같은 PE-CVD에 의해 예를 들면 두께 330㎚ 성막한다. 보호 절연막(10)을 관통하여, 소스/드레인 전극과 화소 전극을 노출시키는 컨택트홀을 형성한다. 그 후, ITO(인듐 주석 산화물)층(11)을 예를 들면 두께 70㎚ 스퍼터링에 의해 성막한다. ITO층(11)을 화소 전극 형상으로 패터닝하여 TFT를 포함하는 화소 구조를 작성한다.

필요에 따라 폴리이미드 등의 배향막(12)을 예를 들면 두께 80㎚ 성막하고, 러빙 등의 배향 처리를 행한다. 이와 같이 하여, 액티브 매트릭스 기판이 형성된 다.

상술한 실시예에 따르는 샘플을 작성하고, 광학적으로 패턴을 검사하는 결함 검사 장치를 이용하여 위스커의 발생을 검사하였다.

도 3은, 측정의 결과를 기재하는 표이다. 비교예로서, 기판 가열없이 알루미늄층을 스퍼터링한 샘플 C를 작성하였다. 샘플 C에서는 기판당 위스커 발생 수는 203개였다. 이것에 대하여, 상술한 실시예에 따라 제작한 샘플 A에서는 기판당 위스커 발생 수는 0이었다. 알루미늄층 성막 시에 200℃로 기판을 가열하는 것에 의해, 현저한 위스커 억제 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

가열한 기판 위에 알루미늄층을 성막한 후, 알루미늄층 표면의 요철(평균 거칠기 Ra)을 원자 간력 현미경 AFM을 이용하여 측정하였다. 또, 평균 거칠기 Ra는

단, x, y : 상호 수직이며 기판과는 수평인 임의 방향

f(x, y) : 알루미늄층 표면의 높이

L, M : 상수

로 정의된다.

샘플 C에서는, 알루미늄층 표면의 평균 거칠기 Ra가 0.99㎚이었다. 이것에 대하여, 200℃로 가열한 기판 위에 알루미늄층을 성막한 샘플 A에서는, 표면 거칠기 Ra가 3.39㎚이었다. 이와 같이, 가열한 기판 위에 알루미늄층을 스퍼터링하면, 스퍼터링된 알루미늄층 내에서 그레인 성장이 발생하고, 그 표면에 3㎚이상의 평균 거칠기 Ra를 갖는 요철이 형성된다고 생각되어진다.

또한, 200℃로 기판을 가열한 경우, 위스커 발생 수가 203개로부터 0개까지 감소하였다. 기판 가열 온도를 더 낮게 해도, 위스커 발생을 억제하는 효과는 충분히 기대할 수 있다. 약 175℃ 이상의 기판 가열이 유효할 것이다. 또한, 평균 거칠기 Ra가 3㎚이상 있으면, 위스커 억제 효과가 얻어질 것이다.

또, 기판 가열 온도를 너무 높이면, 스퍼터한 알루미늄층이 리플로우(reflow)할 것이다. 리플로우하지 않는 상태에서 알루미늄층을 퇴적하는 것에 의해, 그레인 성장이 촉진된다고 생각되어진다. 이러한 점에서, 기판 가열 온도는 400℃ 이하로 하는 것이 바람직할 것이다. 종합하면, 기판을 175℃∼400℃로 가열하고, 그 위에 알루미늄층을 형성하는 것에 의해, 그 후의 공정에서의 위스커 내지 힐록의 발생을 억제할 수 있을 것이다. 표면의 요철의 평균 거칠기 Ra는 3㎚가 바람직하다.

도 4의 (a)∼도 4의 (c)를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액티브 매트릭스 기판의 제조 방법을 설명한다.

도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(1)을 스퍼터링 장치에 반입하고, 기판(1)을 가열하지 않고, 알루미늄층(2a)을 예로 들면 두께 150㎚ 성막한다. 플라즈마가 발생하고 있는 스퍼터실 내에서 알루미늄층이 스퍼터된 기판은 80℃ 정도까지 승온된다. 이 단계에서, 기판(1)을 스퍼터실로부터 로드록 챔버를 통하여 대기 내로 추출한다. 대기 중에서 약(10분간) 600초간 방치하고, 알루미늄층(2a) 표면에 자연 산화막(2d)을 발생시킨다. 자연 산화막(2a)은 얇은 산화막으로서, 20㎚ 이하, 10㎚ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 자연 산화막(2d)이 형성된 기판을 Mo 타깃을 구비한 스퍼터링 장치에 반입하고, 그 위에 질화 Mo층(2b), Mo층(2c)을 각각 두께 100㎚, 10㎚ 성막한다. 이와 같이 하여, 게이트 배선층(축적 용량 배선층)이 형성된다. 이후, 제1 실시예와 마찬가지의 공정을 행한다.

도 4의 (c)에 도시한 바와 같이, 게이트 배선층(축적 교량 배선층)을 패터닝한 후, 게이트 절연막(3), 비정질 실리콘층(4), 채널 보호층(5)을 성막하고, 채널 보호층을 패터닝한다. 또한, 저저항 비정질 실리콘층(6), Ti층(7), Al층(8), Ti층(9)을 적층하고, 레지스트 마스크를 이용하여, 비정질 실리콘층(4)까지 패터닝하여, TFT 구조와 축적 용량 구조를 형성한다.

층간 절연막(10)을 성막하여, 컨택트홀을 형성한다. ITO층(11)을 퇴적하고 레지스트 마스크를 이용하여 패터닝한다. 필요에 따라, 배향막을 형성하고, 배향 처리를 행한다.

도 5는 제2 실시예에 의한 샘플과 비교예에 의한 샘플을 측정하고, 위스커 내지 힐록 발생을 조사한 결과를 나타내는 표이다. 샘플 C는, 도 3의 샘플 C와 동일하다. 샘플 B는 알루미늄층 형성 후, 대기에 노출하여 표면을 자연 산화시킨 것이다.

샘플 C에서는 위스커 발생 수가 기판당 203개인데 대하여, 샘플 B에서는 위스커 발생 수는 0이었다. 위스커 억제의 현저한 효과를 인식할 수 있다.

또, 자연 산화막 형성에 의한 응력 완화의 영향을 웨이퍼의 휘어짐으로부터 산출하였다. 산출된 응력은, 샘플 C에서 212.3MPa인 데 대하여, 샘플 B에서는 83.4MPa이었다. 알루미늄층 표면에 자연 산화막을 형성시키는 것에 의해, 200MPa 이상으로부터 100MPa 이하로 응력이 대폭 완화되고 있다. 이 응력 완화가 위스커 발생 억제에 유효하였다고 생각되어진다.

또, 알루미늄층 성막 후, 대기 중에 노출하여 알루미늄층 표면에 자연 산화막을 발생시킨 경우를 설명했지만, 스퍼터링 장치밖으로 추출하지 않고, 예를 들면 다른 챔버 내에서 산소를 포함하는 분위기에 접촉시켜도, 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다. 산소를 포함하는 분위기는 반드시 대기압일 필요는 없을 것이다. 응력이 150MPa 이하가 되면, 위스커 억제의 효과가 얻어질 것이다.

도 6의 (a)는, TFT 기판에서의 화소의 평면 구조를 도시하는 평면도이다. 게이트 배선 GL과 축적 용량 배선 SL이 동일 적층으로 형성되고, 가로 방향으로 연장된다. 게이트 절연막을 개재하여 이 위에 소스 전극/배선 S, 드레인 전류 D를 갖는 TFT 및 축적 용량 전극 E가 형성되고, 절연 보호층 위에 ITO 화소 전극(11)이 형성되어 있다. TFT 및 축적 용량 전극은 상술한 실시예에 따라 제작하면 된다.

도 6의 (b)는 액정 표시 장치의 구성을 개략적으로 도시한다. TFT 기판(10)과 컬러 필터 기판(20)이 대향하여 배치되고, 그 사이에 액정층(30)을 협지한다. 기판(10, 20)의 외면상에는 편광판(28, 29)이 배치되어 있다. 컬러 필터 기판은 공지된 구성의 것을 공지된 방법으로 작성한다.

이상 역스태거형 TFT를 이용하는 경우를 설명했지만, 정립형 TFT를 제조해도 된다.

도 6의 (c)는 정립형 TFT의 구성예를 도시한다. 유리 기판(1) 위에 질화 실리콘층(41), 산화 실리콘층(42), 비정질 내지 다결정의 실리콘층(43)이 적층되고, 실리콘층(43)이 섬 형상으로 패터닝되고 있다. 실리콘층(43)의 중간부 위에 게이트 절연층(44)이 형성되고, 그 위에 게이트 전극(45)이 형성되어 있다.

게이트 전극층(45)은 상술한 실시예와 마찬가지로, 알루미늄층(45a), 질화 Mo층(45b), Mo층(45c)을 포함하는 적층으로 형성된다. 알루미늄층 성막 시에 가열한 기판 위에 알루미늄을 성막하여 그레인을 성장시키거나, 알루미늄층 성막 후 표면을 자연 산화시켜 응력을 완화시킨다.

이온 주입을 행하는 것에 의해, 게이트 절연막 외부에 저저항 소스/드레인 영역, 게이트 전극 외부에서 게이트 절연막 아래에 오프셋 영역 내지 LDD 영역을 형성한다. 게이트 전극(45)을 피복하도록 층간 절연막(46)이 형성된다. 층간 절연막에 형성된 컨택트홀을 개재하여, 소스/드레인 전극(47)이 소스/드레인 영역에 접속된다. 소스/드레인 전극을 피복하고 또한 층간 절연막(48)이 형성되며, 컨택트홀을 개재하여 투명 전극(49)이 접속된다.

이상 실시예에 따라 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이들에 제한되는 것은 아니다. 알루미늄 배선은, 순 Al에만 한하지 않고, Al 합금으로 형성해도 된다. 알루미늄 배선 위에 형성하는 커버 금속층은 질화 Mo층과 Mo층과의 적층에 한하지 않는다. 고융점 금속층, 고융점 금속의 합금층, 질화 고융점 금속층 등의 단층 혹은 적층을 이용할 수 있다. 고융점 금속으로는 Mo, Ti, Cr, Ta, W, Nb를 이용할 수 있다.

유리 기판 위에 TFT를 작성하는 경우를 설명했지만, 다른 기판 위에 TFT를 이용하는 경우에도, 상술한 실시예의 효과는 마찬가지로 기대할 수 있다. 기타, 다양한 변경, 개량, 조합이 가능한 것은 당업자에게 자명한 것이다.

이하, 본 발명의 특징을 부기한다.

(부기 1) (1)(a) 액정 표시 장치용 기판을 가열하고, Al 또는 Al 합금의 주 배선층을 형성하는 공정으로서, 형성된 주 배선층 내에서 그레인이 성장하고, 표면에 평균 거칠기 Ra가 3㎚ 이상의 요철을 형성하는 온도로 기판이 가열되는 공정과,

(b) 상기 주 배선층 위에 내열성 커버 금속층을 형성하고, 적층 금속층을 형성하는 공정과,

(c) 기판을 가열하고, 상기 적층 금속층 위에 절연층을 CVD에 의해 형성하는 공정을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.

(부기 2) 상기 공정(a)은, 상기 주 배선층 표면에 3㎚ 이상의 거칠기 Ra를 형성하는 부기 1에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법.

(부기 3)(2) 상기 공정(a)의 가열이, 기판을 175℃∼400℃의 온도로 가열하는 부기 1에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법.

(부기 4) 상기 공정(a)은 스퍼터링 장치의 가열 챔버 내에서 기판을 가열하고, 스퍼터 챔버 내로 반입하여, 주 배선층을 스퍼터하는 부기 3에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법.

(부기 5) 상기 보호 금속층이 고융점 금속, 고융점 금속의 합금, 질소를 함 유하는 고융점 금속 중 어느 하나의 층을 포함하는 부기 1에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법.

(부기 6) 상기 공정(b)은, 상기 주 배선층 위에 고융점 금속을 포함하는 금속층을 스퍼터링으로 형성하는 부기 1에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법.

(부기 7) 상기 공정(b)은, 상기 주 배선층 위에 질소를 포함하는 고융점 금속층, 고융점 금속층을 적층하는 부기 6에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법.

(부기 8)(3)(a) 액정 표시 장치용 기판 위에 Al 또는 Al 합금의 주 배선층을 형성하는 공정과,

(b) 상기 기판을 산소를 포함하는 분위기에 접촉시켜, 상기 주 배선층 표면을 자연 산화시키는 공정과,

(c) 상기 주 배선층 위에 내열성 커버 금속층을 형성하고, 적층 금속층을 형성하는 공정과,

(d) 기판을 가열하여, 상기 적층 금속층 위에 절연층을 CVD에 의해 형성하는 공정

을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.

(부기 9) 상기 보호 금속층이, 고융점 금속, 고융점 금속의 합금, 질소를 함유하는 고융점 금속 중 어느 하나의 층을 포함하는 부기 8에 기재된 액정 표시 장치의 제조 방법.

(부기 10)(4) 액정 표시 장치용 기판과,

상기 기판 상방에 형성된 Al 또는 Al 합금의 주 배선층과,

상기 주 배선층 상층에 형성된 고융점 금속을 포함하는 보호층을 포함하며,

상기 주 배선층의 상면은 3㎚ 이상의 평균 거칠기를 갖는 액정 표시 장치.

(부기 11) 상기 주 배선층은 게이트 배선과 축적 용량 배선이며,

상기 보호층을 피복하는 게이트 절연막과,

상기 게이트 절연막 위에 형성된 반도체층과,

상기 반도체층 상방을 피복하는 절연층과,

상기 절연층 위에 형성된 화소 전극

을 더 포함하는 부기 10에 기재된 액정 표시 장치.

(부기 12)(5) 액정 표시 장치용 기판과,

상기 기판 상방에 형성된 Al 또는 Al 합금의 주 배선층과,

상기 주 배선층 상층에 형성된 고융점 금속을 포함하는 보호층

을 포함하며,

상기 주 배선층의 상면에 자연 산화막이 형성되어 있는 액정 표시 장치.

(부기 13) 상기 주 배선층의 응력이 150MPa 이하인 부기 12에 기재된 액정 표시 장치.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 알루미늄층을 배선층으로서 이용하고, 또한 힐록 내지 위스커의 발생을 저감시킬 수 있다.

Claims

(a) 액정 표시 장치용 기판을 가열하고, Al 또는 Al 합금의 주 배선층을 형성하는 공정으로서, 형성된 주 배선층 내에서 그레인이 성장하며, 표면에 아래와 같이 정의되는 평균 거칠기 Ra가 3㎚ 이상인 요철을 형성하는 온도로 기판이 가열되는 공정과,

(b) 상기 주 배선층 위에 내열성 커버 금속층을 형성하고, 적층 금속층을 형성하는 공정과,

(c) 기판을 가열하고, 상기 적층 금속층 위에 절연층을 CVD에 의해 형성하는 공정

을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.

단, x, y : 상호 수직이며 기판과는 수평인 임의 방향

f(x, y) : 알루미늄층 표면의 높이

L, M : 상수
제1항에 있어서,

상기 공정(a)의 가열이 기판을 175℃∼400℃의 온도로 가열하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
(a) 액정 표시 장치용 기판 위에 Al 또는 Al 합금의 주 배선층을 형성하는 공정과,

(b) 상기 기판을 산소를 포함하는 분위기에 접촉시키고, 상기 주 배선층 표면을 자연 산화시키는 공정과,

(c) 상기 주 배선층 위에 내열성 커버 금속층을 형성하고, 적층 금속층을 형 성하는 공정과,

(d) 기판을 가열하고, 상기 적층 금속층 위에 절연층을 CVD에 의해 형성하는 공정

을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
액정 표시 장치용 기판과,

상기 기판 상방에 형성된 Al 또는 Al 합금의 주 배선층과,

상기 주 배선층 상층에 형성된 고융점 금속을 포함하는 보호층

을 포함하며,

상기 주 배선층의 상면은 3㎚ 이상의 아래와 같이 정의되는 평균 거칠기 Ra를 갖는 액정 표시 장치.

단, x, y : 상호 수직이며 기판과는 수평인 임의 방향

f(x, y) : 알루미늄층 표면의 높이

L, M : 상수
액정 표시 장치용 기판과,

상기 기판 상방에 형성된 Al 또는 Al 합금의 주 배선층과,

상기 주 배선층 상층에 형성된 고융점 금속을 포함하는 보호층

을 포함하며,

상기 주 배선층의 상면에 자연 산화막이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 주 배선층은, 위스커(whisker)가 없이 성막 방향으로 연장하는 그레인을 포함하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 적층 금속층은, 상기 주 배선층에 가까운 쪽으로부터 질화 고융점 금속층, 고융점 금속층이 적층되어 이루어지는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 질화 고융점 금속층은 질화 몰리브덴(Mo)이고, 상기 고융점 금속층은 몰리브덴인 액정 표시 장치의 제조 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 주 배선층은, 위스커(whisker)가 없이 성막 방향으로 연장하는 그레인을 포함하는 액정 표시 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 보호층은, 상기 주 배선층에 가까운 쪽으로부터 질화 고융점 금속층, 고융점 금속층이 적층되어 이루어지는 액정 표시 장치.
제10항에 있어서,

상기 질화 고융점 금속층은 질화 몰리브덴(Mo)이고, 상기 고융점 금속층은 몰리브덴인 액정 표시 장치.
제3항에 있어서,

상기 자연 산화는, Al 층 성막 후에 대기 중에 노출시킴으로써 행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 자연 산화는, Al 층 성막과 동일한 장치 내에서 산소를 포함하는 분위기에 Al 층을 접촉시킴으로써 행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 산소를 포함하는 분위기는 대기압인 액정 표시 장치의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 산소를 포함하는 분위기는 대기압이 아닌 액정 표시 장치의 제조 방법.