KR0171648B1 - 박막장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 액정표시장치, 전기루미네슨스표시장치나 광전변환디바이스를 구성하는 박막장치에 사용되는 배선재료 및 그 박막장치의 제조방법에 관한 것으로서, 동일 평면상에 ITO등의 투명전극과 금속층이 형성되는 기판에 있어서, ITO와 전해 부식반응을 일으키는 일없이, 포지티브형의 감광수지를 사용해서 Al을 주재료로 하는 금속배선을 형성할 수 있는 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한 것이며, 그 구성은, 기판상에 형성된 박막장치에 있어서, 금속배선과 산화인듐주석, 산화인듐, 산화주석으로 이루어진 투명화소전극이 동일 레이어로 형성되고, 상기 금속배선재료는, 표준단극전위가 Al보다도 높은 금속을 함유하는 Al합금이고, 이 Al합금의 알킬리용액속에서의 애노드반응의 평형전위는, 산화인듐주석, 산화인듐, 산화주석의 캐소드반응의 평형전위보다도 높게되는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

박막장치 및 그 제조방법
제1도는 본 발명의 제1실시예에 있어서의 TFT어레이의 제조공정을 표시한 단면구조모식도.
제2도는 본 발명의 제2실시예에 있어서의 TFT어레이의 제조공정을 표시한 단면구조모식도.
제3도는 본 발명의 제3실시예에 있어서의 TFT어레이의 제조공정을 표시한 단면구조모식도.
제4도는 현상액속에서의 ITO 및 각종 금속의 캐소드분극특성과 애노드분극특성을 표시한 도면.
제5도는 각종 금속을 첨가한 Al의 비(比)저항 및 산화반응의 평형전위의 시프트량과 첨가농도의 관계를 표시한 도면.
제6도는 종래에 있어서의 TFT의 단면구조모식도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 투명절연기판 12 : 게이트전극
13 : 게이트절연체층 14 : 비정질실리콘반도체층
15 : 채널보호절연체층 16 : n+: 비정질실리콘층
17 : 화소전극 18 : 확산방지금속
19 : 소오스 · 드레인전극 20 : 패시베이션막
본 발명은 액정표시장치, 전기루미네슨스표시장치나 광전변환디바이스를 구성하는 박막장치에 사용되는 배선재료 및 그 박막장치의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는, 박막트랜지스터어레이(이후 TFT라 부름)를 형성한 기판과 대향전극을 가진 기판과의 사이에 액정을 배치해서 구성된다. 종래의 TFT어레이의 구조는, 유리기판상에 예를 들면 크롬으로 이루어진 게이트전극이 형성되고, 비정질실리콘반도체층(a-Si)이 질화실리콘(SiNx)의 게이트절연막을 개재해서 형성되고, 티탄(Ti) 및 알루미늄 (Al)의 2층으로 이루어진 소오스·드레인전극이 인을 함유하는 a-Si막을 개재해서 형성되고, 액정에 전압을 인가하기 위한 산화인듐주석(ITO)으로 이루어진 투명전극이 드레인전극과 접속해서 형성되어 있다.
다음에 상기한 구조를 가진 TFT어레이의 제조공정에 대해서 설명한다. 먼저, 유리기판상에 Cr을 성막(成膜)해서, 사진평판기술에 의해 게이트전극을 형성한다. 다음에 TFT의 주재료인 질화실리콘(SiNx)으로 이루어진 게이트절연막, 비정질 실리콘(a-Si)반도체층, 및 소오스·드레인전극-반도체층간에서 오믹접촉(ohmic contact)을 얻기 위한 인을 함유한 a-Si막(n+-a-Si)을 플라즈마 CVD법에 의해 연속 성막하고, TFT를 형성하는 곳 이외의 a-Si층 및 n+-a-Si층을 사진평판기술에 의해 에칭제거한다. 다음에 산화인듐주석(ITO)을 성막해서, 사진평판기술에 의해 투명 표시전극을 형성한다. 다음에, 티탄(Ti) 및 Al의 순서로 성막해서, 사진평판기술에 의해 소오스·드레인전극을 형성하고, TFT의 채널부상의 n+-a-Si층을 제거해서 TFT가 완성된다.
그러나 상기한 구성을 가진 TFT의 제조방법에서는, 소오스·드레인전극을 형성할 때의 사진평판에 포지티브형의 감광수지를 사용하였을 경우, 현상액이 알칼리성이므로, 제4도에 표시한 바와 같이, 알칼리수용액속에서는 ITO의 환원반응의 편형전위보다도 Al의 산화반응의 편형전위의 쪽이 낮기 때문에, 레지스트의 현상공정중에 Al과 ITO사이에서 산화환원반응을 일으켜서 ITO가 환원되어, 부식한다고 하는 문제가 발생하였다. 따라서, 상기한 사진평판에서는 네거티브형 감광수지밖에 사용할 수 없기 때문에, 사진평판을 가공정밀도가 높고 박리가 용이한 포지티브형으로 통일할 수 없어, 제조공정상 불합리하였다.
본 발명의 목적은, 이와 같은 종래의 문제를 해결하는 것이며, 동일 평면상에 ITO등의 투명전극과 금속층이 형성되는 기판에 있어서, ITO와 전해부식(electrolytic corrosion)반응을 일으키는 일없이 포지티브형의 감광수지를 사용해서 Al을 주재료로 하는 금속배선을 형성할 수 있는 기판 및 그 제조방법을 제공하는 일이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 투명전극과 동일레이어로 형성하는 배선재료를, 표준단극전위가 Al보다도 높은 금속을 함유하는 Al합금으로 한다.
본 발명은 상기 구성에 의해, 포지티브형 레지스트용 현상액속에 있어서의 Al합금의 산화반응의 평형전위가 순수한 Al의 평형전위 보다도 높은쪽으로 시프트해서, ITO의 환원전위보다도 높게 된다. 그 결과, Al합금-lTO사이에서의 전지반응이 성립되지 않아, ITO의 환원반응에 의한 부식을 방지할 수 있다. 따라서, 저저항금속의 Al합금을 주재료로 하는 배선과, 투명전극인 ITO가 동일평면상에 존재하는 구조를 가진 기판의 제조방법에 있어서, 모두 포지티브레지스트를 사용해서 패터닝할 수 있기 때문에, 제조공정을 합리화할 수 있어, 제조코스트를 저감할 수 있는 효과를 가진다. 또, 포지티브레지스트를 사용해서 패터닝하기 때문에, 미세가공이 가능하게 되고, 고정세(高精細)한 TFT어레이의 형성을 용이하게 할 수 있는 효과도 가진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제1도는, 본 실시예에 의한 TFT의 구조 및 제조방법을 표시한다. 제1(a)도에 표시한 바와 같이, 제1의 공정으로서 투명절연기판(11)상에 금속을 성막하고, 포지티브형 사진평판에 의해 소정의 형상으로 패터닝해서 게이트전극(12)으로 한다. 다음에, (b)에 표시한 바와 같이, 제2의 공정으로서 투명절연기판(11)상에 P-CVD법 등으로 게이트절연체층(13), 비정질실리콘반도체층(14), 채널보호절연체층(15)을 성막한다. 다음에(c)에 표시한 바와 같이, 제3의 공정으로서 투명절연기판(11)상의 게이트전극(12)상의 채널보호절연체층(15)을, TFT를 형성할 수 있도록, 포지티브형 사진평판에 의해 패터닝한다. 다음에 (d)에 표시한 바와 같이, 제4의 공정으로서, P-CVD법으로 투명절연기판(11)상에 P(인)을 불순물로 한 불순물반도체인 n+:비정질실리콘층(16)을 형성한다. 또 (e)에 표시한 바와 같이, 제5의 공정으로서 채널보호절연체층(15)을 덮도록 n+: 비정질실리콘층(16)과 비정질실리콘반도체층(14)을 장래 소오스·드레인전극이 되도록 포지티브형 사진평판에 의해 패터닝한다. 다음에 (f)에 표시한 바와 같이, 제6의 공정으로서 투명절연기판(11)상에 표시용 투명화소전극재료인 ITO를 성막하여, 화소전극(17)이 되도록 포지티브형 사진평판에 의해 패터닝한다. 그리고 (g)에 표시한 바와 같이, 제7의 공정으로서 투명절연기판(11)상에 Ti등의 금속으로 이루어지는 확산방지층(18), 텅스텐(W)을 3at%첨가한 Al합금으로 이루어지는 소오스·드레인전극(19)을 성막하고, 표시용 투명화소전극(17)인 ITO와 이미 패터닝되어 있는 n+: 비정질실리콘층(16)과 접속하도록 포지티브형 사진평판에 의해 패터닝해서, 액정표시장치를 위한 TFT어레이를 형성한다. 통상은 최종 SiNx막 등의 패시베이션막(20)을 형성, 패터닝하는 공정을 거쳐 TFT어레이를 완성한다.
본 실시예에 의하면, 소오스·드레인전극(19)재료인 W을 첨가한 Al합금은, 포지티브현상액속에서 ITO와의 사이의 산화환원반응이 억제되고, ITO의 부식을 방지할 수 있다. 이것은, 제4도에 표시한 바와 같이, W을 첨가한 Al합금의 애노드 반응의 평형전위가 ITO의 캐소드반응의 평형전위보다도 높기 때문에, ITO와의 사이에서 전지반응이 발생하지 않기 때문이다. 따라서, 본 실시예에서는 기본적으로 모두 포지티브레지스트를 사용해서, 패터닝형성할 수 있다. 또, W의 첨가량도 수 at%이기 때문에, 비저항의 증가도 작다.
또, Al에 첨가하는 금속으로서, W이외의 팔라듐, 바나듐, 백금, 인듐을 사용해도 마찬가지의 효과가 있는 것을 확인하였다.
제5도에, 각종 금속을 첨가한 Al의 비저항 및 산화반응평형전위의 시프트량과 첨가농도의 관계를 표시한다. 도면에 표시한 바와 같이, 첨가농도가 크게 되면 비저항이 증가하고, 또, 산화전위의 시프트량도 크게 된다. 산화반응의 평형전위의 시프트량은 첨가하는 금속의 종류에 따라 다르며, 첨가농도는 비저항도 고려하면서 적정하게 결정한다. W나 Pd의 경우, 약간의 농도(0.5at%정도)의 첨가량으로도 산화반응평형전위의 시프트량은 충분하다. 첨가농도는, 비저항을 확보하기 위하여 바람직하게는 3at%이하가 좋다.
다음에 본 발명의 제2실시예에 있어서의 TFT의 제조공정에 대해서 제2도를 사용해서 설명한다. 먼저 제2도(a)에 표시한 바와 같이, 제1의 공정으로 투명절연기판(31)상에 광차폐금속막(32)을 성막하고, 포지티브형 사진평판에 의해 소정의 형상으로 패터닝한다. 다음에 (b)에 표시한 바와 같이, 층간절연막(33)으로서 SiO2를 성막하고, 계속해서 ITO를 성막해서 화소전극(34) 및 소오스전극(35)이 되도록 포지티브형 사진평판에 의해 패터닝한다. 다음에 (C)에서 표시한 바와 같이, P-CVD법에 의해 비정질실리콘반도체층(36)을 성막하고, 도면과 같이 포지티브형 사진평판에 의해 섬형상으로 패터닝한다. 그후 (d)에 표시한 바와 같이, Mo층(37), W을 첨가한 Al층(38)을 성막하고, 소오스전극(35)인 ITO와 접속하도록 포지티브형 사진평판에 의해 패터닝해서 소오스배선을 형성하고, P-CVD법 등으로 게이트절연체층(39)을 성막한다. 마지막으로 (e)에서 표시한 바와 같이, Al을 성막해서 포지티브형 사진평판에 의해 패터닝해서 게이트전극(40)을 형성하여, 본 실시예의 TFT어레이를 완성한다. 본 실시예에 있어서도 모두 포지티브레지스트를 사용해서 패터닝할 수 있다.
다음에 본 발명의 제 3실시예에 있어서의 TFT의 제조공정에 대해서 제3도를 사용해서 설명한다. 먼저 투명절연기판(41)상에 다결정실리콘반도체(42)를 성막하고, 도면과 같이 패터닝한다. 다음에, LPCAD법에 의해 SiO2게이트절연막(43)을 성막한 후, 게이트전극(44)을 형성하여, SiO2층간 절연막(45)을 성막한다. 다음에, 소오스영역(46) 및 드레인영역(47)이 되는 위치의 게이트절연막(43)에 구멍을 뚫고, 인을 이온주입해서 소오스전극 및 드레인전극을 형성한다. 다음에, ITO로 이루어진 표시전극(48)을 형성하고, 마지막으로, W을 첨가한 Al층(49)을 성막하여, 패터닝해서 소오스배선을 형성하고, 본 실시예의 TFT를 완성한다. 본 실시예에 있어서도 상기한 실시예와 마찬가지로 모두 포지티브레지스트를 사용해서 패터닝할 수 있다.
이상, 실시예로서 TFT어레이를 대표예로서 설명하였으나, 이에 한한 것은 아니며 본 발명은 ITO와 알루미늄(Al)을 주재료로 하는 배선을 동일 평면상에의 형성을 필요로 하는 모든 박막장치에 적용할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
또, 실시예에서는 소오스배선금속에만 본 발명을 적응하였으나, 게이트금속에 있어서도 본 발명은 적응할 수 있다. 예를 들면, 실장부에 ITO를 사용해서 게이트금속과 접속하는 경우이다. 이 경우에 있어서도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 투명전극재료로서 ITO를 사용하는 경우에 대해서 설명하였으나, 산화인듐 또는 산화주석 등 도전성을 지닌 금속산화물을 사용한 경우에도 본 발명은 유효하다.

Claims (8)

  1. 기판의 동일평면상에 산화물 도전체와 금속층이 형성되어 있는 박막장치에 있어서, 상기 금속층은, 알루미늄과 이 알루미늄보다도 표준단극단위가 높은 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 박막장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화물 도전체가 산화인듐 또는 산화주석 또는 산화인듐주석인 것을 특징으로 하는 박막장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 표준단극전위가 알루미늄보다도 높은 금속이 텅스텐인 것을 특징으로 하는 박막장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄을 주체로 하는 금속층의 아래쪽에 확산방지금속층을 배치한 것을 특징으로 하는 박막장치.
  5. 기판의 한쪽면상에 산화물 도전체를 입혀붙이고, 사진평판에 의해 가공하는 공정과, 상기 도전체상에 표준단극전위가 알루미늄보다도 높은 금속을 함유하는 알루미늄을 입혀붙이고, 상기 표준단극전위가 알루미늄보다도 높은 금속을 함유하는 알루미늄을 포지티브형 사진평판에 의해 가공하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막장치의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 산화물 도전체가 산화인듐 또는 산화주석 또는 산화인듐주석인 것을 특징으로 하는 박막장치의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 표준단극전위가 알루미늄보다도 높은 금속이 텅스텐인 것을 특징으로 하는 박막장치의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 표준단극전위가 알루미늄보다도 높은 금속을 함유하는 알루미늄의 아래쪽에 확산방지금속층을 배치하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막장치의 제조방법.
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