KR100370111B1 - 액정표시장치 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한 번의 식각 공정만을 적용하여 오버행이 발생하지 않는 계단형 프로파일을 갖는 게이트 전극을 형성하여 공정 수를 간소화시킬 수 있는 액정표시장치의 제조방법을 제공하기 위한 것으로서, 본 발명 액정표시장치의 제조방법은 액정표시장치의 게이트 전극 형성에 있어서, 절연기판상에 알루미늄층과 몰리브덴층을 적층하는 공정과, 게이트 마스크를 이용하여 인산/질산/초산/계면활성제가 혼합된 에천트로 식각하는 공정을 포함하여 이루어진다.

Description

액정표시장치 제조방법{Method for manufacturing liquid crystal display}
본 발명은 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)에 관한 것으로 특히, 한 번의 식각 공정을 이용하여 계단형 프로파일을 갖는 이중막 구조의 게이트 전극을 식각하는데 적당한 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치의 게이트 전극은 알루미늄과 몰리브덴의 이중막 구조를 갖는다. 그 이유는 알루미늄(Al) 계열의 메탈에서 발생하는 힐록(Hillock)를 방지하고, 게이트 전극과 픽셀(Pixel)간의 콘택 저항의 문제를 해결하기 위함이다.
현재, TFT-LCD 패널의 제조공정 중 Al박막과 Mo박막의 이중막으로 구성된 게이트전극은 습식 식각(Wet Etching)과 건식 식각(Dry Etching)의 2번의 식각 공정에 의해 형성된다.
그 이유는 습식 식각을 완료한 후의 식각 프로파일(Etch Profile)에 있어서 Mo박막이 오버행(Overhang) 구조를 갖기 때문인데, 상기 오버행 부분을 제거하기 위해서는 필연적으로 건식 식각 공정이 필요하게 된다.
Al박막과 Mo박막으로 이루어지는 게이트 전극의 식각방법은 일본국 공개특허공보 평04-372944호(1992.12.25)에 기술된 바 있으며, 이는 테이퍼(Taper) 형성이 쉽고, 주사선 저항이 낮은 어레이 기판을 제공하여 대면적화, 고정세화가 가능한 액티브 매트릭스(Active Matrix)형 액정표시장치에 관한 것이다.
즉, 알루미늄막과 몰리브덴막의 이중막을 인산+초산+질산이 혼합된 용액을사용하여 습식 식각한 후, 오버행된 부분을 건식 식각 공정으로 제거하여 계단형 프로파일을 갖는 게이트 전극을 형성하는 방법을 제시하고 있다.
이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 1c는 종래 기술에 따른 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 글라스(Glass)로 이루어진 절연기판(11)상에 스퍼터링(Sputtering)법으로 알루미늄층(13)막과 몰리브덴층(15)을 각각 200nm의 두께와 50nm의 두께로 적층한다.
이후, 적층막상에 감광막을 도포한 후, 포토리소그래피(Photolitholith- graphy) 공정을 이용하여 게이트 전극을 포함한 주사라인 패턴(17)을 형성한다.
그리고 인산+초산+질산의 혼합액을 이용하여 알루미늄층(13)과 몰리브덴층(15)을 습식 식각하여 이중막 구조의 게이트 전극(13a)을 포함한 주사라인을 형성한다.
이때, 에천트(etchant)로서는 인산+초산+질산이 혼합된 용액을 사용하는데, 상기 습식 식각 공정을 완료하고 나면, 몰리브덴층(15)과 알루미늄층(13)간의 갤배닉 코로젼(Galvanic Corrosion) 현상에 의한 전위차로 인해 몰리브덴층(15)의 프로파일(Profile)이 오버행 구조(도 1b 참조)를 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 습식 식각 공정 이후에는 필연적으로 건식식각 공정이 필요하다.
즉, 도 1c에 도시된 바와 같이, O2, 불소(HF)계 에천트를 사용한 건식 식각 공정을 통해 계단형 프로파일을 갖는 게이트 전극(13a)을 형성한다.
이와 같은 종래 액정표시장치 제조방법은 게이트 전극이 습식 식각과 건식 식각에 의한 두 번의 식각 공정에 의해 형성되므로 공정이 복잡할 뿐만 아니라 TAT(Turn Around Time) 단축에도 한계가 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 한 번의 식각 공정만을 적용하여 오버행이 발생하지 않는 계단형 프로파일을 갖는 게이트 전극을 형성하는데 적당한 액정표시장치의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 1c는 종래 기술에 따른 액정표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도
도 2a 내지 2b는 본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도
도 3은 본 발명에 따른 계면활성제의 농도별 CD 손실 변화를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명에 따른 계면활성제의 농도별 식각율의 변화를 나타낸 그래프
도 5는 본 발명에 따른 인산의 농도별 CD 손실 변화를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명에 따른 인산의 농도별 식각율 변화를 나타낸 그래프
도 7은 본 발명에 따른 질산의 농도별 CD 손실 변화를 나타낸 그래프
도 8은 본 발명에 따른 질산의 농도별 식각율의 변화를 나타낸 그래프
도 9는 본 발명에 따른 초산의 농도별 CD 손실 변화를 나타낸 그래프
도 10은 본 발명에 따른 초산의 농도별 식각율의 변화를 나타낸 그래프
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11,21 : 절연기판 13,23 : 알루미늄층
15,25 : 몰리브덴층 13a,25a : 게이트 전극
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 액정표시장치의 제조방법은 액정표시장치의 게이트 전극 형성에 있어서, 절연기판상에 알루미늄층과 몰리브덴층을 적층하는 공정과, 게이트 마스크를 이용하여 인산/질산/초산/계면활성제가 혼합된 에천트로 식각하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는 절연기판상에 알루미늄층과 몰리브덴층을 차례로 적층하는 공정과, 상기 몰리브덴층상에 게이트 마스크를 형성하는 공정과, 3~5wt%의 플로린계 계면활성제와 63~66wt%의 인산과 5~6wt%의 질산 및 10~13wt%의 초산이 혼합된 에천트를 이용하여 상기 몰리브덴층과 알루미늄층을 식각하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은 한 번의 식각 공정으로 이중막 구조의 게이트 전극을 형성할 수 있다. 이를 위해 에천트로서, 인산+초산+질산의 혼합액에 계면활성제를 추가한 것을 특징으로 한다.
따라서, 알루미늄과 몰리브덴으로 구성된 이중막을 일괄식각하는 것에 의해 계단 형태의 프로파일을 얻을 수 있어 게이트 전극 형성 공정을 보다 간략화할 수 있다.
이하, 본 발명 액정표시장치의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2a 내지 2b는 본 발명 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 절연기판(21)상에 알루미늄층(23)을 형성하고, 상기 알루미늄층(23)상에 몰리브덴층(25)을 차례로 적층한다.
몰리브덴층(25)상에 감광막을 도포한 후, 노광 및 현상공정으로 패터닝하여 게이트 마스크(27)를 형성하고, 도 2b에 도시한 바와 같이, 게이트 마스크(27)를 이용한 습식 식각 공정을 진행하여 계단형의 프로파일을 갖는 게이트 전극(23a)을형성한다.
상기 식각시, 에천트로서는 인산+초산+질산이 혼합된 용액에 계면활성제를 추가한 에천트를 사용하며 인산의 농도는 40~90wt%의 범위이고, 질산은 1~20wt%의 범위이며, 초산은 5~30wt%의 범위로 한다. 그리고 계면활성제는 1~20wt%의 범위로 조절한다.
참고적으로, 본 발명의 실시예에서는 인산의 농도는 63~66wt%, 질산은 5~6wt%, 초산은 10~13wt%의 범위로 한다. 그리고 계면활성제는 3~5wt%의 범위로 식각한 것으로 상기 범위에서 최적의 식각특성을 만족시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법은 한번의 식각공정으로 계단형의 프로파일을 갖는 게이트 전극을 형성하므로 습식 식각후에 필연적으로 요구되었던 건식 식각 공정을 생략할 수 있다.
이에, 각 성분의 농도별 식각 특성을 토대로 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
몰리브덴의 오버행 프로파일이 발생하지 않도록 하는데 영향을 미치는 인자(因子)는 계면활성제-질산농도-초산농도-인산농도의 순이다.
계면활성제는 에천트 자체의 웨터빌리티(Wettability)를 향상시키고, 질산은은 강한 산화제로서 반응하여 알루미늄층(23)에 비해 상대적으로 빠른 속도로 몰리브덴층(25)을 식각하여 일정농도에서 몰리브덴층(25)의 오버행을 방지한다.
초산은 유기산의 일종으로 알루미늄층(23)의 표면에 유기막을 형성시켜 식각시 알루미늄층(23)의 식각 속도를 둔화시킨다.
도 3은 본 발명에 따른 계면활성제의 농도별 CD 손실변화를 나타낸 것으로, 계면활성제의 농도가 2~5wt%에서 CD(Critical Dimension)손실이 가장 적게 나타나는 것을 알 수 있다.
도 4는 계면활성제의 농도별 식각율의 변화를 나타낸 것으로, 농도가 2~3wt%에서는 식각율이 일정해지는 것을 알 수 있고 농도가 5wt%까지 올라갈 경우에 식각율이 크게 변화하는 것을 알 수 있다.
이와 같은 계면활성제의 농도별 특성을 요약하면 아래의 표 1과 같다.
참고적으로, 계면활성제의 농도변화에 무관하게 인산/질산/초산의 농도는 63wt%/5wt%/10wt%로 일정하다.
농도(wt%) 식각 프로파일 식각율(Å/sec) CD 손실(편측)(㎛)
0 언더 컷 형태 36.4 0.22
2 언더 컷(미약한 수준) 44.4 0.22
3 계단형 44.4 0.18
5 계단형 57.1 0.25
상기 표 1로부터 계면활성제의 농도에 따라 식각 프로파일이 변화하며, 계면활성제가 없는 경우(0wt%)에는 오버행(Overhang=Under Cut) 프로파일을 갖는 것을 알 수 있다.
그리고 계면활성제의 농도와 식각율을 비례하여 CD손실 즉, 측면식각의 정도는 거의 차이가 없는 것을 알 수 있다.
이어, 인산의 농도별 식각특성에 대해서 살펴보기로 한다.
도 5는 인산의 농도별 CD 손실 변화를 나타낸 것으로, 농도가 약63wt%에서 CD 손실이 가장 적은 것을 알 수 있다.
도 6은 인산의 농도별 식각율 변화를 나타낸 것으로, 63~65wt%에서 식각율 변화가 큰 것으로 나타난다. 실제적으로 인산의 농도에 따른 식각율의 변화는 매우 민감하게 나타난다.
이와 같은 인산의 농도별 식각특성을 요약하면 아래의 표 2와 같다.
참고적으로, 아래의 표는 인산의 농도에 무관하게 질산/초산/계면활성제의 농도는 5wt%/10wt%/3wt%로 일정하다.
농도(wt%) 식각 프로파일 식각율(Å/sec) CD 손실(편측)(㎛)
60 계단형(미세한 언더컷) 40.0 0.21
63 계단형 44.4 0.18
66 계단형 57.1 0.37
상기 표 2로부터 인산의 농도에 대한 식각율의 변화폭은 큰 편이나, 프로파일의 변화는 거의 없는 것을 알 수 있다.
이어, 질산의 농도별 식각특성을 살펴보기로 한다.
도 7은 질산의 농도별 CD 손실 변화를 나타낸 것이고, 도 8은 질산의 농도별식각율의 변화를 나타낸 것으로, 각 농도별 몰리브덴층의 편측(측면식각)은 농도가 3wt%에서는 없고, 5wt%에서는 약0.3㎛, 7wt%에서는 약1.5㎛수준이므로 농도에 따른 측면 식각의 편차는 큰 편이다. 따라서, 농도의 레인지(Range)를 정밀하게 관리하여야 한다.
참고적으로 질산의 농도는 5~6wt%가 바람직한 것으로 나타났으며, 아래의 표 3에서 질산의 농도별 식각특성을 요약하였다. 그리고 질산의 농도와는 무관하게 인산/초산/계면활성제의 농도는 각각 63wt%/10wt%/3wt%로 일정하다.
농도(wt%) 식각 프로파일 식각율(Å/sec) CD 손실(편측)(㎛)
3 언더 컷 40.0 0.20
5 계단형 44.4 0.18
7 계단형(편측이 심함) 61.5 0.50
상기 표 3으로부터 질산의농도가 높을 수록 몰리브덴층의 측면 식각이 심해지며 따라서 몰리브덴/알루미늄의 이중막 구조에서 계단형의 프로파일이 나타난다.
마지막으로 초산의 농도별 식각특성에 대해 살펴보기로 한다.
도 9는 초산의 농도별 CD 손실의 변화를 나타낸 것이고, 도 10은 농도별 식각율의 변화를 나타내었다.
초산의 경우, 알루미늄의 표면에 유기막을 형성하는 유기산의 일종으로서, 초산의 농도가 증가하면 에천트의 알루미늄 식각속도를 더디게 하므로 상대적으로몰리브덴층의 측면 식각량이 커지게 된다.
이와 같은 초산의 농도별 식각특성은 아래의 표 4와 같으며, 초산의 농도와는 무관하게 인산/질산/계면활성제의 농도는 각각 63wt%/5wt%/3wt%로 일정하다.
농도(wt%) 식각 프로파일 식각율(Å/sec) CD 손실(편측)(㎛)
7 계단형 42.1 0.28
10 계단형 44.4 0.18
13 계단형 50.0 0.23
이와 같은 식각특성을 갖는 초산 용액은 알루미늄층 식각시 그 표면에 유기물로 흡착되어 반응속도를 컨트롤 한다. 즉, 초산의 능도가 증가할 수록 에천트에 의한 알루미늄의 식각 속도를 더디게하여 상대적으로 몰리브덴층의 측면 식각량이 커지게 된다.
초산의 농도가 증가할 경우, 에천트내 H+이온의 농도가 증가하게 되어 이중막의 식각율은 증가하게 되며 초산의 농도와 CD 손실과는 큰 관계가 없는 것으로 나타났다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은 인산/질산/초산/계면활성제가 혼합된 용액을 에천트로 이용함으로서, 한 번의 식각 공정만으로 몰리브덴과 알루미늄의 이중막을 식각하여 오버행(Overhang)이 발생하지 않는 계단형 프로파일을 갖는 게이트 전극을 형성할 수 있다.
따라서, 습식 식각 후 필연적으로 수행되었던 건식 식각 공정을 생략하므로 공정수를 간소화할 수 있으며 전체적인 제품 제조 시간을 단축시킬 수 있다.

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  11. 액정표시장치의 게이트 전극 형성에 있어서,
    절연기판상에 알루미늄층과 몰리브덴층을 차례로 적층하는 공정;
    상기 몰리브덴층상에 게이트 마스크를 형성하는 공정;
    3~5wt%의 플로린계 계면활성제와 63~66wt%의 인산과 5~6wt%의 질산 및 10~13wt%의 초산이 혼합된 에천트를 이용하여 상기 몰리브덴층과 알루미늄층을 식각하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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