KR100488939B1 - 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절연체로서 또는 패시베이션 층으로서 실리콘 질화막(SiNx) 필름을 적용시 하부 ITO(Indium Tin Oxide)전극이 존재하는 경우의 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법에 관한 것으로, 상부전극 패턴이 형성된 유리기판상에 실리콘 질화막 버퍼층인 제 1 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 절연층상에 벌크(bulk) 절연층인 제 2 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 절연층상에 인터페이스(interface) 절연층인 제 3 절연층을 형성하는 단계로 이루어지며, 상기 3 단계로 증착된 실리콘 질화막(SiNx)의 총 두께는 2000∼7000Å인 것을 특징으로 하여 광시야각/ 고개구율을 특징으로 하는 FFS 모드 TFT LCD의 어레이 공정에 비아 건식 식각 공정을 적용함으로써 어레이 공정안정화에 기여하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절연체로서 또는 패시베이션 층으로서 실리콘 질화막 (SiNx) 필름을 적용시 하부 ITO(Indium Tin Oxide)전극이 존재하는 경우의 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법에 관한 것이다.
특히 에프에프에스 모드 기술이 적용되는 박막 트랜지스터 액정표시소자 제조공정에 관한 것이다.
또한 저면 ITO 구조가 적용되는 박막 트랜지스터 액정표시소자 제조공정에 관한 것이다.
또한 매립 ITO 구조가 적용되는 박막 트랜지스터 액정표시소자 제조공정에 관한 것이다.
현재 FFS(Field Fringe Switching) 모드 적용 TFT 어레이 제조공정에서는 광시야각 구현 및 고개구율 확보를 위해 ITO 필름을 하부전극으로 이용하고 있다. 이는 투명 도전 산화막인 ITO를 하부 공통전극으로 이용함으로써 고 개구율을 실현하여 고품질의 TFT LCD를 구현하기 위한 것이다.
그러나 절연체 필름의 성막조건에 따라서 여러 가지 문제점을 야기시키므로 절연체 필름의 성막조건 및 필름 특성을 최적화시켜야 한다.
ITO 필름 상에 a-Si:H, a-SiON, a-SiNx:H 필름등을 성막할 때에 하부 ITO 필름 뿐만 아니라 성막되는 필름자체의 특성 변화가 일어난다. 이러한 현상은 ITO 필름 자체가 특별한 조건에서 구조적으로 불안정해지는 것이다. 즉 ITO 필름의 다공성화되고, 인듐(In)과 주석(Sn)이 감소되며, 이로 인한 ITO 필름의 투과율이 감소되며, 또한 이로인한 성막 필름의 다공성화 및 절연체 필름의 기계적 및 전기적인 품질이 저하된다. 이러한 문제점은 FFS 모드의 고개구율화를 저해하는 요소이므로 상부 절연체 필름의 성막조건의 최적화가 요구된다.
일반적으로 TFT LCD 적용 절연체는 a-Si과 연속 증착되게 되고 그 성막조건중 온도는 특히 a-Si:H 증착 조건과 동일한 300∼350℃에서 진행하게 된다.
그리고, 성막이 진행되는 플라즈마 상태는 SiHx(x=1,2,3,4), NHx(x=1,2,3), Nx(x=1,2)등의 이온과 래디컬등으로 이루어지는데, 성막초기에 ITO 필름이 이러한 수소를 포함하는 플라즈마 상태에 있을 때, ITO 필름 중 인듐(In)의 감소현상이 발생되고, 이를 핵으로하여 SiNx의 이상성장, 하부 ITO의 산소와의 반응으로 SiOx가 생성됨으로 SEM 사진분석결과 표면이 고르지 못하게 된다(도시안됨). 종래에는 FFS TFT 제조공정에 절연체 SiNx 성막조건을 파워 밀도(Power Density) 0.74756 W/cm2, SiH4/NH3/N2 기체 비율 1:5:16, 350℃를 사용하였으나 위와 같은 문제가 발생하였다.
이러한 현상은 ITO 필름이 수소 플라즈마 분위기에 노출될 때 발생하는 것이므로 이런 현상이 최소화되는 a-SiNx:H 필름의 성막조건을 적용하는 것이다.
이에 본 발명은 상기 종래 액정표시장치의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 고개구율을 구현하고 ITO 필름의 투과율을 감소의 문제를 해결할 수 있도록 상부 절연체 필름의 성막조건을 개선한 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에프에프에스 모드 박막트랜지스터 액정표시소자 제조방법은, 상부전극 패턴이 형성된 유리기판상에 실리콘 질화막 버퍼층인 제 1 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 1 절연층상에 벌크(bulk) 절연층인 제 2 절연층을 형성하는 단계와, 상기 제 2 절연층상에 인터페이스 (interface) 절연층인 제 3 절연층을 형성하는 단계로 이루어지며, 상기 3 단계로 증착된 실리콘 질화막(SiNx)의 총 두께는 2000∼7000Å인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 상부전극은 프린지 필드를 형성하기 위한 하부 투명전도막으로서, ITO(Indium Tin Oxide), IXO, a-ITO등으로 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 있어서, 상기 하부 ITO와 SiNx 필름 간의 계면 특성 향상을 위한 버퍼층 적용 SiNx 필름의 두께는 50∼2000Å인 것을 특징으로 한다. 더우기, 본 발명에 있어서, 버퍼 SiNx의 성막조건은 200∼400℃, 파워 밀도 1.00W/cm2이하, 가스 흐름율은 SiH4/(NH3+N2) 율이 0.238이하로 유지되고, SiH4의부분압은 50m Torr이하의 조건인 것을 특징으로 한다.
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현재 FFS 제품의 절연체는 실리콘 옥시나이트라이드(Oxynitride)(SiON)인데, 상기의 문제점을 고려하여 상기 SiON 필름의 2단계 증착을 적용함으로써 SiON/ITO의 계면특성을 향상시켜 적용하고 있다.
그리고, SiON필름 적용시는 필름 특성 상 절연체의 제거공정(비아 홀 식각 및 콘택 홀 식각)을 6:3 BOE 에천트(etchant)에 의한 습식 식각 방법이 적용된다. 이는 본 공정이 적용될 때 하부 소스/드레인 금속(일반적으로 알루미늄 기저 금속)의 공격(일반적으로 오픈)을 야기할 수 있는 가능성 등이 있으므로 여러 가지 추가적 공정안정화 방법이 적용되고 있다.
이러한 비아 및 콘택홀에 대한 습식 식각공정은 게이트 절연체의 SiON 기저 필름 적용에 따른 것으로서 6:3 BOE 에천트에 의한 하부 금속 공격은 상기 공정을 건식 식각 공정을 적용함으로써 에천트에 의한 불량은 감소될 수 있는데, SiNx필름을 게이트 절연체로 적용하여 건식 식각에 의한 공정 안정화에 기여하고자 한다. 이러한 공정 적용을 위해서는 상기 기술된 SiNx/ITO 계면 특성 향상을 위한 SiNx 필름 성막조건 및 특성에 대한 최적의 범위 설정이 필요하다.
이하, 본 발명에 따른 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 은 저면 ITO 및 매립 ITO 구조의 예를 나타낸 TFT LCD의 단면도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법에서의 TFT LCD 단면도이다.도면에 도시된 바와 같이, FFS 모드 TFT LCD 제조공정에서 실리콘 질화막 필름을 게이트 절연체로서 적용시 발생할 수 있는 하부 ITO 필름의 다공성화에 의한 저항증가 및 인듐 감소로 인한 ITO 필름의 투과율저하, 이로 인한 SiNx 필름상에 SiOx 또는 SiNx의 이상성장으로 절연체 필름의 전기적 물리적 특성저하 현상을 SiNx 필름 성막조건을 최적화하여 해결하는데, 상기와 같은 공정문제는 ITO 필름이 수소 플라즈마 분위기에 노출될 때 산화막과의 반응으로 인듐 및 주석의 환원에 의한 석출현상이 발생하기 때문이다.
본 발명은 위의 문제를 최소화할 수 있는 실리콘 질화막(SiNx)에 대한 성막 조건 및 필름 특성에 대한 최적의 범위를 설정한다.
즉, SiNx 성막조건을 변경하여 ITO필름 상에 초기 성막될 때의 플라즈마 분위기를 제어하여 상기 문제를 억제하는 성막조건을 설정하는 것이다. 이때의 SiNx 필름 성막을 위한 제어 요소로는 파워(Power), 압력, 전극 갭, 기판 온도, 소스 가스비율등이고, 공정 가스로는 SiH4/NH3/N2가 사용된다. 이중 상기 공정 문제를 일으키는 주요 요소는 수소 플라즈마 밀도로서, 소스 가스, 파워, 온도등에 따라서 변하게 되는데, 이 세가지 조건의 적절한 조합으로서 수소 플라즈마 밀도를 줄임으로서 ITO 필름상에 SiNx 초기성장 분위기를 제어하여 상기 문제를 해결한다.
수소 플라즈마 밀도를 줄이는 방법으로는 기판온도를 낮추거나 플라즈마 밀도에 직접 연관이 없는 파워를 낮추는 것 또는 수소를 직접 포함하는 SiH4, NH3 가스의 적절한 조합이다. 그러나, 공정상 게이트 절연체는 a-Si:H과 연속증착하는 것이 소자 특성에 안정적이므로, 기판 온도 변경을 쉽지 않고, 소스 가스의 적절한 조합에 의한 제어가 필요한데, 공정 가스 SiH4,NH3,N2 가스에 대한 결합 에너지를 비교해보면 주 프리커서(main precursor)는 SiH4, NH3에 의한 이온 또는 래디컬(radical)이므로 저 파워 밀도에 수소 플라즈마 밀도를 줄이기 위해서는 비교적 결합 에너지가 낮은 SiH4 가스의 이온화 밀도를 낮춤으로써 ITO 필름상에 초기 성막되는 a-SiNx:H 필름 특성을 안정화시켜 상기 공정 문제를 해결한다. 이와 같이 한 후 SEM사진 측정을 통한 계면 특성이 종래에 비해 고른 분포를 이루는 것을 볼 수 있다(도시안됨).
본 발명은 SiNx 절연체 필름을 포함한 ITO 필름 상부에 적용하게 되는 저면 ITO 구조, 매립 ITO TFT 구조등에 적용가능하다.
상기한 본 발명에 따른 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법에 의하면, 광시야각/ 고개구율을 특징으로 하는 FFS 모드 TFT LCD의 어레이 공정에 비아 건식 식각 공정을 적용함으로써 어레이 공정안정화에 기여한다.
또한, TFT LCD 공정에서 절연체 또는 패시베이션 필름으로 일반적으로 적용되는 실리콘 질화막의 성막조건을 ITO 필름상에 성막시 발생하는 계면 특성저하(degradation) 문제가 해결되는 성막조건을 결정함으로써 FFS 모드 TFT 뿐만 아니라 구조상 하부에 투명전도막(ITO-IXO, IXO..)이 적용되는 저면 ITO TFT 또는 매립 ITO TFT 구조 공정에 절연체 필름 및 패시베이션 필름으로서 SiNx를 적용할 수 있다.
아울러, 상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1 은 저면 ITO 및 매립 ITO 구조의 예를 나타낸 TFT LCD의 단면도.
도 2 는 본 발명에 따른 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법에서의 TFT LCD 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 유리기판 12 : ITO 전극
14 : 버퍼 절연막 16 : 벌크 절연막
18 : 인터페이스 절연막
Claims (4)
- ITO재질의 상부전극 패턴이 구비된 유리기판 상에 절연층을 형성하는 공정을 포함하는 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법에 있어서,상기 절연층 형성은200∼400℃온도, 1.00W /cm2이하의 파워 밀도, 0.238이하의 SiH4/(NH3+N2)가스 흐름율 및 50m Torr이하의 SiH4의 부분압 조건 하에서, 상기 유리기판 상에 질화막 버퍼층인 제 1 절연층(SiNx)을 50∼2000Å두께로 형성하여 상기 기판의 ITO재질의 상부전극 패턴과 상기 절연층 간의 계면특성을 향상시키는 단계와,상기 제 1 절연층 상에 벌크(bulk) 절연층인 제 2 절연층(SiNx)을 형성하는 단계와,상기 제 2 절연층상에 인터페이스(interface) 절연층인 제 3 절연층(SiNx)을 형성하는 단계로 이루어지며,상기 3 단계로 증착된 절연층(SiNx)의 총 두께는 2000∼7000Å인 것을 특징으로 하는 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부전극은 프린지 필드를 형성하기 위한 하부 투명전도막으로서, ITO(Indium Tin Oxide), IXO, a-ITO등으로 구성된 것을 특징으로 하는 에프에프에스 모드 박막액정트랜지스터 액정표시소자 제조방법.
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