KR100658069B1 - 액정표시장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TFT(Thin Film Transistor)-어레이를 형성하는 과정에서 게이트 및 데이터전극을 형성하기 위한 Al-합금층의 단일층과 ITO(Indium Tin Oxide)의 투명한 화소전극의 접촉부위에 Mo박막층을 형성하여 Al-합금층과 Mo층을 반응시켜 투명전극과의 접촉저항 증가를 방지하도록 된 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.본 발명에 따르면, 글래스기판에 Al계열의 게이트금속을 적층하여 게이트전극을 형성하고서 그 상측에 게이트절연막과 활성층을 패터닝형성하고, 상기 게이트절연막상에 데이터전극을 적층형성하고나서 보호층을 형성하고 상기 게이트전극과 상기 데이터전극에 대응하는 위치에 접촉공을 형성하며, 상기 접촉공을 포함하는 전체 면에 Mo박막층을 적층하고, 상기 Mo박막층에 의해 접촉저항의 증가가 방지되는 형태로 상기 게이트전극과 상기 데이터전극에 접촉이 이루어지는 ITO를 패터닝형성하며, 상기 Mo박막층에 대해서는 그 Mo박막층이 상기 게이트전극과 데이터전극에 형성된 접촉공의 부위에만 잔류하여 Mo과 Al-합금 결합층을 형성하도록 Mo증착 온도 혹은 열처리 온도 조건을 설정하여 주며 이어서 전면에치공정이 행해지고 그 잔류되는 Mo박막층에 접촉되는 ITO가 패터닝형성되도록 한 것이다.

Description

액정표시장치의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

도 1a 내지 도 1c는 종래의 액정표시장치의 제조방법에 따라 형성되는 전극의 구조를 설명하는 도면,

도 2는 액정표시장치의 게이트전극/데이터전극의 적층구조를 이루는 Mo과 Al-합금 시료의 과다 에칭시의 접촉저항을 설명하는 표,

도 3은 액정표시장치의 게이트전극/데이터전극의 적층구조를 이루는 Mo과 Al-합금 시료의 과다 에칭에 대한 분석결과를 설명하는 그래프,

도 4은 액정표시장치의 게이트전극/데이터전극의 적층구조를 이루는 Mo과 Al-합금 시료의 열처리에 의한 저항변화를 나타낸 표,

도 5는 액정표시장치의 게이트전극/데이터전극의 적층구조를 이루는 Mo/Al-합금/Mo구조의 열분석결과를 나타낸 그래프,

도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하는 공정도,

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하는 공정도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 게이트전극, 12: 게이트절연층,

18: 데이터전극, 20: 보호층,

22: 접촉공, 24: Mo박막층,

26: ITO.

본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TFT-LCD의 TFT-어레이를 형성하는 과정에서 게이트 및 데이터전극의 형성과 그 게이트/데이터전극과 ITO(Indium Tin Oxide)의 투명한 화소전극사이의 전기적 접속을 보장하도록 하기 위한 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.

R/G/B전자총으로부터 발생되는 컬러비임을 형광패널상에 형성된 R/G/B화소에 부딪히도록 해서 컬러영상을 재현하는 CRT(Cathod Ray Tube)디스플레이장치에 비해 평판형이면서 저소모전력 및 경량박형화로 설계된 LCD장치가 다양한 전자제품(예컨대, 벽걸이형 텔레비전 등)에 적용되고 있다.

그 LCD장치는 TFT어레이가 형성되는 제 1기판과, R/G/B화소로 이루어진 컬러필터가 형성된 제 2기판 및, 그 제 1기판과 제 2기판의 사이에 주입되는 액정셀로 이루어지고, 상기 제 1기판의 TFT어레이에 그래픽데이터신호를 인가하여 액정셀의 배열방향을 변화시키게 되면 그 액정셀을 투과하는 광이 컬러필터를 통과하면서 특정의 컬러를 발색함으로써 컬러화상의 재현이 이루어지게 된다.

그 TFT-LCD장치에서 단위 TFT소자에는 게이트전극 및 데이터전극(소오스/드레인전극)에 대해서는 대화면/고정세에 대응가능한 전극재료로서 대개는 알루미늄(Al)-합금이 적용되고, 그 최상층에는 화소전극으로서의 ITO가 적층되어 패터닝되게 된다.

그러한 이유에서, Al-합금과 ITO의 접촉저항 증가를 방지하기 위해 Mo에 의한 버퍼층을 사용하게 되는 바, 그 버퍼층의 적용예에 따르면 도 1a의 경우에는 Al합금층(1)의 상측과 하측에 Mo에 의한 버퍼층(2a,2b)이 형성되고, 도 1b의 경우에는 Al합금층(1)의 상측에만 버퍼층(2)이 형성되며, 도 1c의 경우에는 Al합금층(1)의 외주변을 따라 버퍼층(2)이 형성된다.

여기서, 상기 버퍼층(2a,2b;2)은 통상 수백 Å∼수천 Å정도의 Mo층을 증착하여 Al합금층(1)에 의한 전극과 투명전극(ITO)의 접촉을 위한 접촉공(Via hole) 등의 에칭시에도 Mo층이 충분히 잔존하는 조건이 되도록 형성된다.

그런데, 상기한 버퍼층(2a,2b;2)이 개입되는 경우에는 순수한 Al 또는 Al-합금에 대해 ITO와의 사이에서 접촉저항이 일정 수준 이하로 유지되도록 하는 점에서는 유리하지만, 그 버퍼층의 형성을 위한 증착과정이 복잡해질 뿐만 아니라 공정시간과 단가의 상승이 초래되고, 전극의 두께가 증가하여 소자의 신뢰성이 저하된다는 불리함이 있게 된다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술을 감안하여 이루어진 것으로, 데이터 전극과 화소전극이 접촉되는 것을 방지하여 접촉저항을 감소시킬 수 있는 액정표시장치의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은 유리 기판 상에 Al계열의 금속을 적층하고 패터닝하여 게이트 전극을 형성하는 과정과, 상기 유리 기판 상에 상기 게이트 전극를 덮도록 게이트 절연막을 형성하고 상기 게이트 절연막 상의 상기 게이트 전극과 대응하는 부분에 활성층을 형성하는 과정과, 상기 게이트 절연막 상에 Al계열의 금속을 상기 활성층과 접촉되게 증착하고 상기 게이트 전극의 가운데 부분과 대응하는 부분이 이격되게 패터닝되여 데이터전극을 형성하는 과정과, 상기 게이트 절연막 상에 상기 데이터전극을 덮도록 보호층을 형성하고 상기 데이터전극이 노출되도록 패터닝하여 접촉공을 형성하는 과정과, 상기 접촉공에 의해 노출된 상기 데이터전극과 접촉되는 Mo 박막층을 형성하는 과정과, 상기 Mo 박막층을 통해 상기 데이터전극과 전기적으로 연결되는 화소전극을 형성하는 과정을 포함한다.

상기에서 Mo 박막층을 상기 보호층 상에 증착하여 상기 데이터 전극의 Al-합금과 결합층을 형성하도록 형성한 후 전면 에치백 공정을 수행하고, Mo박막층을 상기 유리기판을 300∼350℃의 온도로 유지한 상태에서 적층하여 형성하거나 저온에서 증착하고 300∼350℃의 온도로 열처리하여 형성한다.

상기에서 화소전극을 상기 Mo 박막층의 전체 면 상에 ITO가 적층하고 상기 Mo 박막층과 동시에 패터닝하여 형성한다.

상기에서 Mo박막층을 가시광의 투과를 위한 수십Å이하의 두께로 형성한다.

이하, 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 전극구조를 기초로 본 발명의 기술적인 원리에 대해 설명한다. Mo의 버퍼층이 과다 에칭되는 경우에 대해 살펴보면, 도 2에 도시된 표 1에 나타낸 바와 같이 300Å의 상층-Mo 버퍼층을 증착하고 건식에칭에 의해 1200Å수준까지 과다에칭(Over etching)이 이루어져도 그 에칭후에 증착된 ITO와의 접촉저항은 통상조건(즉, Mo이 잔류하는 조건)에 비하여 증가하지는 않게 되지만, 상층-Mo버퍼층이 처음부터 존재하지 않는 경우에는 열처리 후에 접촉저항이 상당히 증가하여 실용적으로 사용하지 못하는 값이 된다.

또, 도 2에서 과다에칭한 시료의 조성분포를 조사하면 도 3에 도시된 결과를 얻게 되는 바, 과다에칭의 경우라해도 미량의 Mo이 잔류하게 된다는 점을 알 수 있다. 그 경우에 사용된 시료는 게이트전극(도 1a에 도시된 형태의 Mo-Al-Mo)의 형성후 350℃이상에서 게이트절연층의 증착과정을 거치게 되고, 이 과정에서 Mo과 Al합금의 사이에서 계면반응이 일어나는 것으로 판단된다. 이와 같이 형성된 Mo-Al합금층의 계면반응은 Mo의 건식에칭개스(SF6 등)로 에칭이 이루어지지 않고 잔류하게 되는 것으로 보인다(Al계열 건식에칭개스: BCl3 + Cl2 등). 그 반응층이 Al합금과 ITO와의 접촉저항의 증가를 방지하게 된다.

다음에, Mo/Al-합금층/Mo구조와 Al(-합금)구조의 열처리(350℃)에 의한 저항변화를 고려해보면, 도 4에 나타낸 바와 같이 Mo버퍼층이 존재하는 경우에는 350℃ 열처리를 하는 경우 저항이 증가되며, 버퍼층이 존재하지 않는 경우에는 350℃의 열처리를 실행해도 저항의 증가가 없는 것을 알 수 있다. 즉, Mo버퍼층이 존재하는 경우 350℃ 이상의 온도에서는 Al-합금층과 Mo버퍼층의 사이에 어떠한 반응이 존재하는 것으로 볼 수 있다.

그리고, Mo/Al(-합금층)/Mo구조의 열분석결과를 고려하면, 도 5에 도시된 열분석결과에서는 350℃부근에서부터 Al(-합금) 및 Mo의 반응이 형성됨을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기한 결과를 기초로 Al-합금의 단일층으로 형성된 전극의 ITO 등의 투명화소전극과의 접촉부위에만 얇은 Mo층을 형성하여 Al-합금과 Mo를 반응시켜 투명전극과의 접촉저항 증가를 방지하게 된다.

도 6a 내지 도 6i는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하는 공정도이다.

본 발명에 따르면, 도 6a에서 유리기판(100)상에는 게이트전극(10)을 형성하는 바, 그 게이트전극(10)을 Al-합금 단일 층으로 형성한다.

상기 게이트전극(10)이 형성되고나면 도 6b에서 상기 게이트전극(10)을 포함하는 유리기판(100) 상에 게이트절연층(12)과 a-Si층(14) 및 n+ a-Si층(16)을 순차적으로 적층하고 게이트전극(10)과 중첩되게 패터닝한다(도 6c).

도 6d에서 상기 게이트절연층(12)을 포함하는 구조상에는 소오스 및 드레인 전극이 되는 데이터전극(18)을 형성하기 위해 Al-합금 단일층을 적층한 후 예컨대 S/D마스크를 사용하여 포토리쏘그래피 방법으로 n+ a-Si층(16)과 접촉되게 패터닝하고, 그 데이터전극(18)이 형성된 구조에는 보호층(20)을 형성한다(도 6e).

상기 보호층(20)을 형성한 후 상기 게이트전극(10)과 상기 데이터전극(18)이 노출되게 접촉공(22)을 형성(도 6f)한다.

상기 접촉공(22)이 형성한 후 보호층(20) 상에 접촉공(22)을 통해 데이터전극(18)과 접촉되게 300℃ 이상의 고온에서 Mo 박막층(24)을 증착한다. 이 때, Mo 박막층(24)을 300℃ 보다 저온에서 증착하고 300℃ 이상의 고온으로 열처리할 수도 있다(도 6g). 여기서, 상기 Mo 박막층(24)의 두께는 공정시간을 고려하여 최대한 얇게 설정되도록 함이 유리하다. 또한, Mo 박막층(24)을 증착할 때 350℃ 이상의 고온으로 유지하거나 열처리하는 것에 의해 접촉공(22)을 통해 접촉되는 데이터전극(18)의 Al-합금과 Mo 박막층(24)의 Mo이 반응되도록 한다.

그리고나서, 상기 Mo박막층(24)에 대해 보호층(20)이 노출되도록 전면에칭공정을 한다. 상기에서 Mo박막층(24)을 Mo의 에칭이 가능한 개스(SF6 등)를 사용하여 건식에칭하고, 그 에칭 정도는 보호층(20)에 심각한 손상을 주지 않는 정도의 이하로 설정하는 반면 상기 보호층(20)상의 모든 Mo층이 모두 에칭제거되는 정도 이상으로 설정해서 실행하게 된다. 그 경우 상기 접촉공(22)의 표면에서 Al-합금과 Mo가 반응한 층은 에칭제거되지 않고 Mo성분이 잔류하게 된다.

즉, 상기 접촉공(22)의 위치에는 Mo과 Al-합금의 결합층 구조가 형성되고(도 6h), 보호층(20) 상에 데이터전극(18) 상의 Mo박막층(24)과 접촉되게 ITO막을 증착하고 패터닝하여 투명한 화소전극(26)을 형성한다(도 6i).

따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면 Al-합금의 단일층으로 형성된 전극의 ITO 등의 투명한 화소전극(26)과의 접촉부위에만 Mo박막층이 형성되고, 그에 따라 Al-합금과 Mo를 반응시켜 투명한 화소전극(26)과의 접촉저항이 증가되는 것이 방지된다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하는 도면으로, 본 실시예는 상기한 실시예에 비해 보다 단순화된 공정구조를 제공하게 된다.

즉, 도 7a는 도 6f에 대응하는 공정으로서 상기 도 6a 내지 도 6e에 대응하는 공정이 수행된 상태에서 상기 보호층(20)의 형성이 행해지고나서 상기 데이터전극(18)에 대응하는 위치에는 접촉공(22)이 형성되고, 상기 도 6g에 대응하는 도 7b에서는 상기 전체적인 구조에 수십Å의 Mo박막층(24)을 형성하고, 이 Mo박막층(24)상부에 ITO막(26)을 형성한다, 그리고, Mo박막층(24)과 ITO(26)을 보호층(20)이 노출되도록 패터닝하여 도 6h에 대응하는 도 7c의 구조를 얻는다.

여기서, 상기 Mo박막층(24)의 두께는 가시광이 투과하기에 충분한 두께(∼수십Å)이하로 제한되는 바, 이는 상기 ITO(26)의 하부에 상기 Mo박막층(24)이 배치되기 때문에 화소에서의 투과율을 보장하기 위함이다.

따라서, 도 7c에 도시된 구조에서 투명전극과 Al-합금사이에는 Mo가 잔류되기 때문에 그 사이의 접촉이 보장되게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 예로 한정되지는 않고 발명의 기술적 요지 및 요점을 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경 및 변형실시가 가능함은 물론이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법에 의하면, Al-합금의 단일층으로 형성된 게이트전극(데이터전극)의 ITO 등의 투명전극과의 접촉부위에만 Mo박막층을 형성해줌으로써, 다층구조를 채용하지 않으면서도 Al-합금과 Mo의 반응에 의해 투명전극과의 접촉저항의 증가가 방지될 수 있게 된다.

또, 본 발명에서는 게이트전극/데이터전극에 다층구조를 채용하지 않게 됨에 따라 소자의 전체적인 수직크기가 감소되면서 그 공정단계의 축소가 가능하게 되어 장비의 운영이 수월해지면서 생산량의 제고와 제품의 수율 및 신뢰성의 향상이 가능하게 된다.

Claims (6)

1. 유리 기판 상에 Al계열의 금속 단일층을 적층하고 패터닝하여 게이트 배선/게이트 전극을 형성하는 과정과,

   상기 유리 기판 상에 상기 게이트 배선/게이트 전극를 덮도록 게이트 절연막을 증착하고 상기 게이트 절연막 상에 활성층을 형성하는 과정과,

   상기 게이트 절연막 및 활성층의 상부에 Al계열의 금속 단일층을 형성하여 소오스/드레인 전극 및 데이터 배선을 포함하는 데이터 전극을 형성하는 과정과,

   상기 게이트 절연막 및 상기 데이터전극을 덮도록 보호층을 형성하고 상기 게이트 배선/게이트 전극 및 데이터전극이 노출되도록 패터닝하여 접촉공을 형성하는 과정과,

   상기 접촉공을 포함한 보호층 상부에 Mo 박막층을 증착하고, 상기 Mo박막층을 열처리하여 접촉공에 의해 노출된 상기 게이트 배선/게이트 전극 및 데이터전극의 Al과 Mo박막층의 Mo을 반응시킨 후 상기 Mo박막층을 패터닝함으로서 상기 접촉공에 의하여 노출된 게이트 배선/게이트 전극 및 데이터 전극의 상부에 Mo박막층을 잔류시키는 과정과,

   상기 Mo 박막층을 통해 상기 게이트 배선/게이트 전극 및 데이터전극과 전기적으로 연결되는 화소전극/접촉배선을 형성하는 과정을 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 Mo 박막층을 상기 보호층 상에 증착하여 상기 데이터 전극의 Al-합금과 결합층을 형성하도록 형성한 후 전면 에치백 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 Mo 박막층을 상기 유리기판을 300∼350℃의 온도로 유지한 상태에서 적층하여 형성하거나 저온에서 증착하고 300∼350℃의 온도로 열처리하여 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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