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KR100685953B1 - 액정표시장치용 배선의 형성방법 - Google Patents

액정표시장치용 배선의 형성방법 Download PDF

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KR100685953B1
KR100685953B1 KR1020020049192A KR20020049192A KR100685953B1 KR 100685953 B1 KR100685953 B1 KR 100685953B1 KR 1020020049192 A KR1020020049192 A KR 1020020049192A KR 20020049192 A KR20020049192 A KR 20020049192A KR 100685953 B1 KR100685953 B1 KR 100685953B1
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Abstract

본 발명은 몰리브덴/알루미늄의 이중막을 배선으로 사용하는 액정표시장치용 배선의 형성방법에 관한 것으로, 유리 기판 상에 알루미늄층, 몰리브덴층을 차례로 증착하는 단계와, 상기 몰리브덴층의 소정 영역 상에 마스크를 형성하는 단계와, 상기 마스크를 이용하여 상기 몰리브덴층 및 알루미늄층을 혼산으로 1차 습식각하는 단계와, 상기 마스크를 이용하여 상기 몰리브덴층을 과산화수소수 또는 C.A.N. 용액으로 선택적으로 2차 습식각하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
오버행, C.A.N.(Ceric Ammonium Nitride)

Description

액정표시장치용 배선의 형성방법{Method for Forming Metal Lines in Liquid Crystal Display Device}
도 1a 내지 도 1e는 종래의 액정표시장치용 배선의 형성방법을 나타낸 공정 단면도
도 2는 종래의 액정표시장치용 배선의 형성방법으로 형성한 배선과 상기 배선 주위의 기판을 나타낸 SEM도
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 액정표시장치용 배선의 형성방법을 나타낸 공정 단면도
도 4는 본 발명의 액정표시장치용 배선의 형성방법으로형성한 배선과 상기 배선 주위의 기판을 나타낸 SEM도
*도면의 주요 부분을 나타낸 도면 부호*
21 : 유리 기판 22 : 알루미늄층
23 : 몰리브덴층 24 : 감광막
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로 특히, 몰리브덴(Mo)/알루미늄(Al)의 이중막을 배선으로 사용하는 액정표시장치용 배선의 형성방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고, 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.
그 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징 및 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정표시장치가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저 소비 전력의 특징을 유지하면서도 고정세, 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
일반적인 액정표시장치는, 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동 신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 합착된 하부 유리 기판, 상부 유리 기판과, 상기 상하부 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
여기서, 상기 하부 유리 기판(TFT 어레이 유리 기판)에는 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수개의 게이트 배선과, 상기 각 게이트 배선과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수개의 데이터 배선과, 상기 각 게이트 배선과 데이터 배선이 교차되어 정의된 각 화소 영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수개의 화소 전극과 상기 게이트 배선의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 배선의 신호를 각 화소 전극에 전달하는 복수개의 박막 트랜지스터가 형성된다.
그리고, 상부 유리 기판(칼라 필터 어레이 유리 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, R, G, B의 칼라 색상의 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다.
상기 일반적인 액정표시장치의 구동 원리는 액정의 광학적 이방성과 분극 성질을 이용한다. 액정은 구조가 가늘고 길기 때문에 분자의 배열에 방향성을 갖고 있으며, 인위적으로 액정에 전기장을 인가하여 분자 배열의 방향을 제어할 수 있다.
따라서, 상기 액정의 분자 배열 방향을 임의로 조절하면, 액정의 분자 배열이 변하게 되고, 광학적 이방성에 의하여 상기 액정의 분자 배열 방향으로 빛이 굴절하여 화상 정보를 표현할 수 있다.
한편, 일반적인 액정표시장치에서 게이트 배선이나 데이터 배선은 알루미늄(Al)의 단일층이 아니라, 그 상부 또는 하부에 몰리브덴(Mo)층 또는 크롬(Cr)층(이하, 몰리브덴층)을 두어 이중막 또는 삼중막의 구조를 갖는다.
그 이유는 게이트 배선 또는 데이터 배선에 있어서, 배선과 배선 사이, 혹은 인접하는 전극들과의 커플링 캐패시턴스 등에 의한 신호 지연을 막기 위해, 비저항 특성이 우수한 알루미늄을 기본 배선으로 이용하고는 있으나, 알루미늄이 그 성질상 화학약품에 의한 내식성이 약하기 때문에 식각 공정 중 식각 비율을 맞추기 어려울 뿐 아니라, 쉽게 산화되어 배선의 단선 불량이 발생하게 되는 특성이 있기 때문에, 알루미늄 상부에 화학 약품에 대한 내식성이 강한 몰리브덴층을 더 형성하여 식각 공정 등에서 알루미늄이 직접 화학 약품 등에 접하는 정도를 줄여 손상이 일어나는 현상을 방지하고 있다.
이와 같이, 알루미늄층과 몰리브덴층의 이중층을 배선으로 이용할 때, 배선의 패터닝 공정을 습식각을 이용하여 진행하게 되는데, 알루미늄이 몰리브덴에 비해 식각비가 높고, 또한, 갈바닉 코로젼(Galvanic Corrosion) 현상에 의해 알루미늄층 상부에 위치하는 몰리브덴의 오버행이 발생하게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 액정표시장치용 배선의 형성방법을 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 액정표시장치용 배선의 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 1a와 같이, 유리 기판(11) 상에 차례로 알루미늄층(12), 몰리브덴층(13)을 증착한다.
이 때, 알루미늄층(12)은 10 내지 3000Å의 두께로, 몰리브덴층(13)은 10 내지 2000Å의 두께로 증착한다.
도 1b와 같이, 상기 몰리브덴층(13) 상에 감광막을 전면 도포한 후, 이를 노광 및 현상하여 상기 몰리브덴층(13) 상부의 소정 영역에 감광막 패턴(14)을 형성 한다.
도 1c와 같이, 상기 감광막 패턴(14)을 마스크로 하여 스프레이 방식의 습식각을 통해 몰리브덴층(13a) 및 알루미늄층(12a)을 선택적으로 제거한다. 이 때, 상기 몰리브덴층(13a) 및 알루미늄층(12a)의 선택적인 제거 공정에서 이용하는 습식각 용액은 인산/질산/초산이 30~70%/2~30%/1~20%의 조성비로 조성되며, 그 외 소량 첨가제가 첨가된 혼산용액을 이용한다.
상기 습식각 공정을 완료하고 나면, 몰리브덴층(13a)과 알루미늄층(12a)간의 갈바닉 코로젼(Galvanic Corrosion) 현상에 의한 전위차로 인해 몰리브덴층(13a)의 프로파일(Profile)이 오버행 구조를 갖게 된다.
참고적으로, 갤배닉 코로젼이란, 전기화학적으로 서로 다른 금속이 모두 이온전도체인 에천트에 침적되어 있고, 두 금속이 전기적으로 연결되어 있을 경우 전기화학적으로 상대적으로 베이스가 되는 금속이 애노드(Anode)로 작용하여 우선적으로 이온화되는 현상을 말하는 것으로, 흔히 동일 에천트에 대해 두 물질간의 식각율(Etch Rate)이 서로 다르다라는 말로 표현할 수 있다.
이와 같은 이유로 습식각 공정 이후에는 필연적으로 상기 몰리브덴층(13a)의 오버행을 처리하는 공정이 필요하다.
즉, 도 1d와 같이, 상기 감광막 패턴(14a)의 애슁하며 상기 몰리브덴층(13a) 식각을 동시 실시하는데, 이 때, 상부 몰리브덴층(13a)의 오버행이 처리된다.
이 때, SF6 같은 불소계 에천트를 사용한 건식 식각 공정을 통해 계단형 프 로파일을 갖는 배선(12a, 13a)을 형성하는데 건식각용 에천트로 인해 상기 배선(12a, 13a) 주위 유리 기판(11a)의 A부분과 같이, 식각 데미지가 발생한다.
도 1e와 같이, 상기 감광막 패턴을 제거한 후, 알루미늄/몰리브덴의 배선(12a, 13a) 형성 공정을 완료한다.
도 2는 종래의 액정표시장치용 배선의 형성방법으로 형성한 배선과 상기 배선 주위의 유리 기판을 나타낸 SEM도이다.
도 2와 같이, 종래의 액정표시장치용 배선의 형성방법으로 형성한 배선은 몰리브덴층의 오버행을 제거하는 건식각 후, 유리 기판이 약 660Å 정도로 도 1d의 A부분과 같이, 침식되어 들어가는 현상이 발생한다.
그러나, 상기와 같은 종래의 액정표시장치용 배선의 형성방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
SF6 성분의 가스를 에천트로 하여 몰리브덴층의 오버행을 제거하는 건식각 공정을 진행하게 되면, 하부의 알루미늄층에 비해 돌출되어 있는 몰리브덴층이 제거되지만, 비등방적으로 이루어지는 건식각 공정 중에, 상기 알루미늄층 주위의 유리기판에까지 건식각의 영향이 미쳐 유리 기판의 홈이 파이는 데미지가 발생한다. 이러한 유리 기판의 데미지는 몰리브덴의 오버행 정도에 따라 다르며, 오버행이 심할수록 상기 유리 기판의 데미지 정도도 심하다.
이러한 유리 기판의 데미지 정도가 심할수록 상기 이중막 구조를 이용하는 배선을 구성요소로 하는 액정표시장치에 있어서, 리워크 공정에 불량이 생기거나 용이하지 않게되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 액정표시장치용 배선의 형성방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시장치용 배선의 형성방법은 유리 기판 상에 알루미늄층, 몰리브덴층을 차례로 증착하는 단계와, 상기 몰리브덴층의 소정 영역 상에 마스크를 형성하는 단계와, 상기 마스크를 이용하여 상기 몰리브덴층 및 알루미늄층을 혼산으로 1차 습식각하는 단계와, 상기 마스크를 이용하여 상기 몰리브덴층을 과산화수소수 또는 C.A.N. 용액으로 선택적으로 2차 습식각하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 혼산은 각각 인산/질산/초산이 63~66wt%/5~6wt%/13wt%의 조성비로 조성된 것이 바람직하다.
상기 C.A.N. 용액은 초순수로 이루어진 수용액에 Ce(NH4)2(NO3)6와 질산이 1~30wt%/1~50wt% 의 조성비로 조성된 것이며, 특히, Ce(NH4)2(NO3)6 와 질산이 10wt%/16wt% 의 조성비로 조성된 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 액정표시장치용 배선의 형성방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 액정표시장치용 배선의 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 3a와 같이, 유리 기판(21) 상에 차례로 알루미늄(Al 또는 AlNd, 이하 Al)층(22), 몰리브덴(Mo)층(23)을 증착한다.
이 때, 알루미늄층(22)은 10 내지 3000Å의 두께로, 몰리브덴층(23)은 10 내지 2000Å의 두께로 증착한다.
도 3b와 같이, 상기 몰리브덴층(23) 상에 감광막을 전면 도포한 후, 이를 노광 및 현상하여 상기 몰리브덴층(23) 상부의 소정 영역에 감광막 패턴(24)을 형성한다.
도 3c와 같이, 상기 감광막 패턴(24)을 마스크로 하여 몰리브덴층(23a) 및 알루미늄층(22a)을 선택적으로 제거한다. 이 때, 상기 몰리브덴층(23a) 및 알루미늄층(22a)의 선택적인 제거는 습식각 방법을 이용하며, 습식각 용액은 인산/질산/초산이 초순수(D.I. Water) 용액에 30~70%/2~30%/1~20%의 조성비로 조성되며, 그 외 소량 첨가제가 첨가된 혼산용액을 이용한다.
상기 습식 식각 공정을 완료하고 나면, 몰리브덴층(23a)과 알루미늄층(22a)간의 갈바닉 코로젼(Galvanic Corrosion) 현상에 의한 전위차로 인해 몰리브덴층(23a)의 프로파일(Profile)이 오버행 구조를 갖게 된다.
도 3d와 같이, 상부 몰리브덴층의(23b) 오버행 제거를 위해 혼산 식각 후 2차 습식각을 추가로 진행한다.
2차 습식각시에 적용되는 에천트의 요구 특성은 몰리브덴에 대해 식각비가 매우 높고, 알루미늄에 대해서는 무시할 수 있는 수준으로 낮아야 하며, 갈바닉 코로젼 현상을 유발시키지 않아야 한다.
이러한 요구 특성을 만족하는 에천트로는 과산화수소수와 C.A.N.(Ceric Ammonium Nitride) 에천트 등이 있다.
따라서, 알루미늄층/몰리브덴층의 이중막 배선을 에칭시에 1차 혼산 식각 후 2차로 과산화수소수(H2O2) 또는 C.A.N. 에천트 처리를 하게 되면 상부 몰리브덴층(23b)의 오버행은 제거되며, 또한, 하부 알루미늄층(22a)은 손상을 일으키지 않음으로써, 알루미늄/몰리브덴의 이중막 금속이 정 테이퍼로 형상화된 패턴을 얻을 수 있다.
상기 C.A.N.(Ceric Ammonium Nitride) 용액은 초순수(D.I. Water)에 Ce(NH4)2(NO3)6와 질산이 1~30wt%/1~50wt%의 농도 범위 내에서 적절히 조절하여 실제 2차 습식각 공정시 고정된 농도 범위로 정하여 투입하며, 특히, Ce(NH4)2(NO3 )6와 질산은 10wt%/16wt%의 조성비로 조성하는 것이 바람직하다.
여기서, 1차 혼산 식각 후 과산화수소수 또는 C.A.N. 용액으로 2차 식각하는 방법은, 동일 장비에서 2가지 에천트를 순차적으로 사용해서 공정을 진행해도 되고, 1차 식각과 2차 식각을 서로 다른 장비에서 진행해도 결과는 동일하다.
도 3e와 같이, 남아있는 감광막 패턴을 제거하여 단차가 있는 배선(22a, 23b)의 형성을 완료한다.
이와 같은 액정표시장치용 배선의 형성방법은 게이트 배선 및 데이터 배선의 형성 공정에 모두 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 액정표시장치용 배선의 형성방법으로 형성한 배선과 상기 배선 주위의 유리 기판을 나타낸 SEM도이다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치용 배선의 형성방법으로 형성한 배선은, 상기 몰리브덴층의 오버행을 제거하는 2차 습식각 공정으로 제거한 후 정 테이퍼 형상의 프로파일을 나타내고 있으며, 상기 배선 주위의 유리 기판은 침식 현상 없는 평탄면을 나타내고 있다.
상기에서 기술한 습식각 공정만으로 배선의 패터닝능한 액정표시장치용 배선 형성 방법은 기판 상에 바로 형성되는 게이트 배선뿐만 아니라, 상기 게이트 배선과 절연막을 사이에 두고 수직으로 교차하는 데이터 배선에도 적용 가능하다.
상기와 같은 본 발명의 액정표시장치용 배선의 형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 몰리브덴의 오버행 제거시 종래의 유리 기판의 침식 정도를 심하게 하는 건식각 공정 대신 습식각 공정을 진행함으로써, 유리 기판의 침식 현상을 방지한다.
둘째, 동일 챔버 내에서 에천트만을 바꾸어줌으로써 1,2차 습식각 공정을 진행할 수 있어, 습식각 공정만으로 배선 형성이 가능하여, 고가의 건식각 장비가 요구되지 않고 저비용의 공정 비용으로 액정 표시 장치의 형성이 가능하다.
셋째, 몰리브덴의 오버행을 습식각 공정을 제거하는 방법으로 형성된 배선 등을 이용한 액정표시장치에 있어서, 유리 기판의 침식 정도가 방지됨으로써, 액정 표시장치를 제조하는 공정 중에 리워크(rework) 공정이 보다 불량없이 용이하게 이루어질 수 있다.

Claims (6)

  1. 유리 기판 상에 알루미늄층, 몰리브덴층을 차례로 증착하는 단계;
    상기 몰리브덴층의 소정 영역 상에 마스크를 형성하는 단계;
    상기 마스크를 이용하여 상기 몰리브덴층 및 알루미늄층을 혼산으로 1차 습식각하는 단계; 및
    상기 마스크를 이용하여 상기 몰리브덴층을 과산화수소수 또는 C.A.N. 용액으로 선택적으로 2차 습식각하여, 상기 몰리브덴층이 상기 알루미늄층보다 내측으로 들어오는 형상을 갖도록 하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정표시장치용 배선의 형성방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 혼산은 각각 인산/질산/초산이 63~66wt%/5~6wt%/13wt%의 조성비로 조성된 것임을 특징으로 하는 액정표시장치용 배선의 형성방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 C.A.N. 용액은 초순수로 이루어진 수용액에 Ce(NH4)2(NO3)6와 질산이 1~30wt%/1~50wt% 의 조성비로 조성된 것임을 특징으로 하는 액정표시장치용 배선의 형성방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 C.A.N. 용액은 초순수로 이루어진 수용액에 Ce(NH4)2(NO3)6와 질산이 10wt%/16wt% 의 조성비로 조성된 것임을 특징으로 하는 액정표시장치용 배선의 형성방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크는 감광막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배선의 형성방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 1차 습식각 후, 상기 알루미늄층 및 몰리브덴층은 오버행 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 배선의 형성방법.
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