KR100495807B1 - 배선용조성물,이조성물을이용한금속배선및그제조방법,이배선을이용한표시장치및그제조방법 - Google Patents

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Abstract

몰리브덴 또는 몰리브덴-텅스텐 조성물은 15 μΩcm 이하의 저저항을 가지며, 테이퍼 가공시 알루미늄 식각액 및 크롬 식각액을 사용할 수 있으므로 알루미늄과 크롬과 함께 표시 장치의 배선으로 이용하는데 매우 용이하다. 또한 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막은 증착 압력에 따라 막의 응력을 변화시켜 기판이 휘지않는 조건에서 형성할 수 있으므로 고정세 및 대화면의 표시 장치용 배선으로 적합하다. 그리고, 접촉 구멍을 형성할 때 보호막 및 게이트 절연층의 측면부 식각을 지연시키는 고분자막을 형성하거나 CF4+O2를 이용하여 몰리브덴 합금막이 식각되지 않도록 하고 SF6+HCl(+He) 또는 SF6+Cl2(+He)를 이용하여 접촉 구멍의 테두리가 완만한 경사를 가지도록 형성할 수 있다. 또한 몰리브덴 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막을 마스크로 하여 비정질 규소층을 식각할 때, 할로겐화 수소 기체와 CF4, CHF3, CHClF2, CH3F 및 C2F6 중 적어도 하나의 기체를 이용하여 양호한 박막 트랜지스터의 특성을 얻었다. 그리고 수소 플라스마 공정을 통하여 박막 트랜지스터의 특성이 향상되었다. 또한, F계 또는 Cl계의 기체를 이용한 이방성 건식 식각은 CD 왜곡이 거이 없어 3.5~4μm 정도의 미세한 패턴을 형성하는데 매우 유리하며, 저저항의 알루미늄을 다층막에 삽입하는 경우에는 배선으로 인한 단차를 현저하게 줄일 수 있으며, 대화면 고정세에 따른 신호의 지연을 방지할 수 있다.

Description

배선용 조성물, 이 조성물을 이용한 금속 배선 및 그 제조 방법, 이 배선을 이용한 표시 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 배선용 조성물, 이 조성물을 이용한 금속 배선 및 그 제조 방법, 이 배선을 이용한 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치 또는 표시 장치의 배선은 신호가 전달되는 수단으로 사용되므로 신호 지연 및 단선을 억제하는 것이 요구된다.
단선을 방지하는 방법으로는 배선을 다층으로 형성하는 방법이 제시되고 있으나, 다층의 배선을 형성하기 위해 서로 다른 식각액이 필요할 뿐 아니라 여러 번의 식각 공정이 필요하게 된다.
신호 지연을 방지하는 방법으로는 저저항을 가지는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy) 등과 같은 물질을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하는 경우에는 양극 산화 공정을 부가하여 알루미늄의 약한 물리적인 특성을 보강할 필요가 있다. 또한 액정 표시 장치에서와 같이 패드부에서 ITO(indium tin oxide)를 사용하여 알루미늄을 보강하는 경우 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 ITO의 접촉 특성이 좋지 않아 다른 금속을 개재하여야 하는 문제점을 가지고 있다.
한편, 액정 표시 장치용 배선은 액정 표시 장치가 고정세화가 진행됨에 따라 배선의 수가 증가하므로 배선의 폭은 좁아진다. 그러나, 배선은 일정 정도 이하의 저항 값을 확보해야 하므로 배선의 두께는 증가하게 된다. 이때, 배선의 두께가 증가할수록 배선의 응력(stress)은 액정 표시 장치용 기판에 인가되며, 기판의 크기가 커짐에 따라 이 응력은 증가하게 된다.
또한, 고정세화가 진행됨에 따라 미세하게 패턴을 형성하는 공정이 요구된다. 이때, 금속 물질 또는 식각 특성에 따라 사진 공정에서의 레지스트 패턴과 이를 마스크로 하여 형성된 배선 패턴 사이에는 배선의 폭과 길이 및 이들 사이의 간격의 차이가 발생하게 된다. 결국, 이러한 차이를 고려하여 레지스트 패턴을 형성해야하는데, 레지스트 패턴의 간격, 길이 또는 폭이 노광 장비가 가지는 분해능 이하인 경우에는, 레지스트 패턴을 형성하는 것이 불가능하다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 저저항을 가지는 동시에 두께에 따라 응력의 조절이 가능한 배선을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 쉽게 형성할 수 있는 이중의 배선을 제공하고, 이를 이용하여 표시 장치의 제조 공정을 단순화하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 도전막 또는 금속 배선을 드러내는 접촉 구멍의 테두리 경사각을 완만하게 하고 접촉 구멍 하부의 도전막의 식각을 방지하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 미세한 패턴을 형성하는 방법을 제공하여 제품의 특성을 향상시키는 것이다.
본 발명에 따른 배선은 동일한 식각 조건에서 테이퍼(taper) 형상으로 가공할 수 있으며 테이퍼 각도가 20∼70°의 범위인 이중의 도전막이거나, 동일한 식각 조건에서 하부 도전막의 식각비보다 상부 도전막의 식각비가 70∼100Å/sec 정도 큰 이중의 도전막으로 이루어진다.
여기에서 식각 방법이 습식 식각인 경우에는 동일한 식각 조건이란 동일한 식각액을 사용하는 것을 의미한다.
이러한 도전막은 15μΩcm 이하의 낮은 비저항을 가지는 하부 도전막과 패드용 물질로 이루어진 상부 도전막으로 이루어진다. 여기에서, 패드용 물질이란 패드로서 사용될 수 있는 특성을 가진 물질을 의미한다. 그 특성에 대해서는 실시예에서 설명하기로 한다.
여기서, 도전막 중 하나는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용되며, 도전막이 알루미늄 합금인 경우에는 함유된 전이 금속 또는 희토류 금속이 5% 이하인 것이 좋다.
다른 도전막으로는 원자 백분율 0.01%∼20% 미만의 텅스텐(W)과 나머지 몰리브덴(Mo) 및 불가피한 불순물로 이루어진 몰리브덴 조성물 또는 합금이 사용된다. 몰리브덴 합금에서 텅스텐의 조성비는 원자 백분율 9%∼11%인 것이 바람직하다.
습식 식각시 식각액은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 식각하는 데 사용되는 식각액으로서, 예를 들면, CH3COOH/HNO3/H3PO4/H2O를 들 수 있으며, 이때 HNO3의 농도는 8∼14%인 것이 바람직하다.
이러한 이중의 도전막의 배선은 표시 장치에서 주사 신호를 인가하는 게이트선 또는 데이터 신호를 인가하는 데이터선으로 사용할 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 배선의 제조 방법은 한 기판의 상부에 하부 도전막을 적층하고 하부 도전막의 상부에 동일한 식각 조건에서 하부 도전막의 식각비보다 식각비가 70∼100Å/sec 정도 큰 상부 도전막을 적층한다. 다음, 상부 도전막 및 하부 도전막을 동시에 식각하여 배선을 완성한다.
이러한 이중의 도전막으로 이루어진 배선의 제조 방법은 표시 장치의 제조 방법에서 주사 신호를 인가하는 게이트선 또는 데이터 신호를 인가하는 데이터선의 제조 방법에도 적용할 수 있다. 이때, 배선이 외부로부터 신호를 전달되는 패드를 가지며, 하부 도전막이 패드용 물질로 형성되어 있는 경우에는 패드에서는 상부 도전막을 제거하는 것이 바람직하다.
여기서, 몰리브덴 조성물은 비저항이 12~14μΩcm 정도로 작고 패드로 사용이 가능하므로 단일막 배선으로 이용될 수 있다. 이 배선은 20~70°, 더욱 바람직하게는 40~50°정도의 프로파일을 가진다. 따라서, 이러한 배선은 표시 장치의 게이트선 또는 데이터선으로 사용할 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이 이러한 몰리브덴-텅스텐 배선을 이용하여 액정 표시 장치를 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서는 기판 위에 원자 백분율 0.01%∼20% 미만의 텅스텐과 나머지 몰리브덴 및 불가피한 불순물로 이루어진 몰리브덴 합금을 적층하고 식각액을 이용하여 몰리브덴 합금막을 패터닝하여 게이트선, 게이트 패드 및 게이트 전극을 포함하는 게이트 배선을 형성한다.
여기서, 몰리브덴 합금막의 하부에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 도전막을 적층하는 것도 가능하며, 몰리브덴 합금막을 패터닝할 때, 도전막을 함께 패터닝한다.
여기서, 알루미늄 합금인 경우에는 함유된 전이 금속 또는 희토류 금속이 5% 이하인 것이 좋다. 습식 식각시 식각액은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 식각하는 데 사용되는 식각액으로서, 예를 들면, CH3COOH/HNO3/H3PO4/H2O를 들 수 있으며, 이때 HNO3의 농도는 8∼14%인 것이 바람직하다.
또한, 이러한 본 발명에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법에서 데이터선, 데이터 패드 및 소스/드레인 전극을 포함하는 데이터 패턴은 몰리브덴, 몰리브덴-텅스텐 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 크롬의 단일 또는 이들을 조합한 이중 또는 삼중의 금속막으로 형성한다. 이때, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 상부막으로 형성하는 경우에 패드에서는 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막은 제거하는 것이 바람직하다.
여기서, 데이터 패턴은 포토 레지스트를 패터닝하고, 이를 마스크로 하여 금속막을 패터닝한다. 이때, 박막 트랜지스터의 채널 길이가 되는 소스 전극과 드레인 전극 사이의 거리가 미세하기 때문에 미세한 패턴 형성이 가능한 이방성 건식 식각을 사용한다.
이때, 크롬을 제외한 금속막으로 데이터 패턴을 형성하는 경우에는, 이방성 건식 식각용 기체로는 몰리브덴 또는 텅스텐과 결합하였을 때, 평형증기압은 높고, 녹는점과 끓은 점은 낮은 F(Fluorine)계 및 Cl(Chlorine)계를 사용하고, 알루미늄과 결합하였을 때, 평형증기압은 높고, 녹는점과 끓은 점은 낮은 Cl계의 기체를 사용한다.
여기서, 데이터 패턴을 몰리브덴, 몰리브덴-텅스텐 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 이중 또는 삼중의 금속막으로 형성하는 경우에는 습식 식각 방법을 사용할 수 있다.
또한, 데이터 패턴을 하부막은 크롬막, 상부막은 몰리브덴-텅스텐 합금막으로 형성하는 경우에 동일한 식각액으로 상부막과 하부막을 동일한 식각하여 테이퍼 형상으로 가공한다.
여기서, 식각액은 크롬을 식각하는 데 사용되는 식각액으로서, 예를 들면, HNO3/(NH4)2Ce(NO3)6/H2O를 들 수 있으며, 이때 HNO3의 농도를 4~10%, (NH4)2Ce(NO3)6의 농도는 10~15%인 것이 바람직하다.
또한, 몰리브덴 또는 몰리브덴-텅스텐 합금의 단일막 배선은 그의 두께를 두껍게 형성하더라도 기판이 휘지 않도록 그의 응력 조절이 가능하므로 고정세 대화면 기판에 적합하다.
또한, 본 발명에 따른 반도체 장치의 제조 방법에서는 금속막 또는 금속 배선 위의 절연막에 포토 레지스트를 패터닝하고 이를 마스크로 하여 절연막을 식각하여 금속막 위에 둘 이상의 접촉 구멍을 형성한다. 이때, 절연막의 두께가 달라 두께가 얇은 쪽의 접촉 구멍 아래의 금속막이 식각되는 것을 방지하고 완만한 경사각으로 식각하기 위하여 두 단계 또는 세 단계의 과정으로 나누어 접촉 구멍을 형성한다.
두 단계로 형성하는 방법에서는, 먼저, 포토 레지스트와 절연막에 대하여 식각 선택비 1 : 1 내지 1 : 1.5인 식각 조건에서 부분 식각을 실시하는데, 이때, 절연막의 두께가 얇은 쪽은 절연막 및 금속막의 일부가 식각된다. 이어, 절연막과 금속막의 식각 선택비가 1 : 15 이상인 식각 조건에서 나머지 절연막을 식각한다.
세 단계로 형성하는 방법에서는, 먼저, 절연막의 두께가 얇은 쪽의 금속막이 노출될 때까지 식각한 다음, 식각시 노출된 표면에 고분자막을 형성한다. 다음, 절연층과 금속막의 식각 선택비가 15 : 1 이상인 식각 조건에서 나머지 절연막을 식각한다. 여기서, 고분자막은 마지막 단계에서 절연막이 측면으로 식각되는 것을 방지한다.
이러한 방법은 제1 금속막, 제1 절연막, 제2 금속막, 제2 절연막이 연속으로 형성되어 있는 구조에서 적용할 수 있다. 즉 제2 절연막 하부의 제2 금속막을 노출시키는 제1 접촉 구멍과 제2 및 제1 절연막 하부의 제1 금속막을 노출시키는 제2 접촉 구멍을 동시에 형성할 때 적용할 수 있다.
또한 이러한 방법은 반도체 장치의 배선을 외부와 연결하기 위한 패드를 노출시키는 접촉 구멍을 형성할 때 적용할 수 있으며, 특히 박막 트랜지스터 기판에서 게이트 패드와 데이터 패드를 각각 노출시키는 접촉 구멍을 동시에 형성할 때 적용할 수 있다.
특히, 금속막이 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막이고 절연막이 질화 규소막이며, 플라스마 건식 식각을 이용하여 절연막을 식각하는 경우에 두 단계 또는 세 단계 식각 방법 중 마지막 단계에서 쓰는 기체로 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막의 식각을 최소화할 수 있는 CF4+O2를 쓰는 것이 바람직하다. 또한 두 단계 식각 방법에서 첫 단계에서 쓰는 기체로는 초기 프로파일을 좋게 가져갈 수 있는 SF6+HCl(+He) 또는 SF6+Cl2(+He)가 적절하다.
CF4에 대한 O2의 비율을 4/10 이하로 하는 경우에는 한 번의 식각 단계로 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막의 게이트 패드 및 데이터 패드를 동시에 노출시킬 수 있다.
또한, 이 데이터 배선은 비정질 규소 박막 트랜지스터 기판에 적용될 수 있으며, 이때, 비정질 규소층과 함께 도핑된 비정질 규소층이 사용된다. 이 도핑된 비정질 규소는 데이터 배선을 마스크로 하여 건식 식각된다. 그런데, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금은 비정질 규소층을 식각하기 위한 건식 식각용 기체에 의하여 식각되기 쉽기 때문에, 이 과정에서 데이터 배선에 대한 식각비가 100Å/min 이하가 건식 식각용 기체를 선택하여야 하며, 할로겐화 수소 기체와 CF4, CHF3, CHClF2, CH3F 및 C2F6 중 적어도 하나의 기체가 이에 적합하다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
반도체 장치, 특히 표시 장치의 배선으로는 15μΩcm 이하의 낮은 비저항을 가지는 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴, 구리 등과 같은 물질이 적합하다. 한편, 배선은 외부로부터 신호를 받거나, 외부로 신호를 전달하기 위한 패드를 가지고 있어야 한다. 패드는 노출시 산화가 잘되지 않아야 하며 제조 과정에서 쉽게 단선이 발생하지 않아야 한다. 알루미늄과 알루미늄 합금은 비저항이 매우 낮으나 산화가 잘되고 제조 과정에서 쉽게 단선이 발생하기 때문에 패드용 물질로는 적합하지 않다. 이와는 달리 크롬, 탄탈륨, 타이타늄, 몰리브덴 및 그 합금 등과 같은 물질은 패드용으로는 적합하나 알루미늄에 비하여 비저항이 크다. 따라서, 배선을 만들 때에는 두 가지 특성을 모두 가진 금속을 사용하거나, 저저항 도전막을 사용하고 패드용 도전막을 사용하여 저항이 낮으면서도 패드로 사용할 수 있도록 한다.
또한, 배선을 이중으로 하는 경우 동일한 식각 조건, 특히 습식 식각인 경우 하나의 식각액을 이용하여 동시에 식각하되 완만한 경사각을 가지는 테이퍼 형태로 가공한다. 이를 위해서는 동일한 식각액에 대하여 20∼70°미만의 범위에서 테이퍼 각도를 가지거나, 상부 도전막의 식각비가 하부 도전막의 식각비에 비하여 70∼100Å/sec 정도 큰 것이 바람직하다. 또한 단일막으로 배선을 형성하는 경우에도 20∼70°미만의 범위에서 테이퍼 각도를 가지는 것이 바람직하다.
이러한 과정에서, 본 발명의 실시예에 따른 배선용 합금으로 원자 백분율 0.01%∼20% 미만의 텅스텐과 나머지 몰리브덴 및 불가피한 불순물로 이루어진 몰리브덴 합금을 개발하였다. 여기에서, 텅스텐의 조성비는 원자 백분율 5%∼15%, 나아가 9%∼11%인 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW)의 특성을 도시한 그래프이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 몰리브덴-텅스텐 합금의 증착 특성을 도시한 것으로서, 가로축은 텅스텐 함유량을 원자 백분율로 나타낸 것이고 세로축은 단위 전력당 증착되는 두께를 나타낸 것이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 텅스텐의 함유량이 원자 백분율 20(atomic%) 이하인 경우 단위 전력당 증착되는 몰리브덴-텅스텐 합금막의 두께는 1.20∼1.40(Å/W)의 범위이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 몰리브덴-텅스텐 합금의 비저항 특성을 도시한 것으로서, 가로축은 텅스텐 함유량을 원자 백분율로 나타낸 것이고 세로축은 그에 따른 비저항을 나타낸 것이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 원자 백분율 20% 이하의 텅스텐을 함유한 몰리브덴-텅스텐 합금의 비저항(R)은 12.0∼14.0(μΩcm)으로 나타났다.
이와 같이, 원자 백분율 20% 이하의 텅스텐을 함유한 몰리브덴-텅스텐 합금은 15μΩcm 이하의 낮은 비저항을 가지며, 패드용 물질로서의 성질을 가지고 있으므로 단일막으로 배선으로 사용할 수 있다. 또한, 알루미늄이나 그 합금 등과 같이 이중의 배선으로 사용될 수 있다. 특히, 표시 장치의 신호선, 이중에서도 액정 표시 장치의 게이트선 또는 데이터선으로 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 몰리브덴-텅스텐 합금의 식각비(etch rate) 특성을 도시한 것으로서, 가로축은 텅스텐 함유량을 원자 백분율로 나타낸 것이고 세로축은 알루미늄 식각액에 대하여 단위 시간당 식각되는 정도를 나타낸 것이다.
다시 말하면, 몰리브덴-텅스텐 합금 박막이 알루미늄 합금의 식각액(HNO3 : H3PO4 : CH3COOH : H2O)에 대하여 단위 시간당 식각되는 정도를 텅스텐(W)의 함유량에 따라 나타낸 것이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 텅스텐의 함유량이 0%인 경우에는 식각비가 250(Å/sec) 정도로 매우 크게 나타나지만 텅스텐의 함유량이 5%인 경우에는 식각비가 100(Å/sec) 정도로 나타난다. 그리고 텅스텐의 함유량이 15∼20% 사이에서는 50(Å/sec) 이하로 떨어짐을 알 수 있다.
한편, 비저항이 매우 낮은 알루미늄 또는 그 합금은 HNO3(8∼14%) : H3PO4 : CH3COOH : H2O로 이루어진 알루미늄 식각액에 대하여 40∼80(Å/sec) 정도의 식각비를 가지므로, 이 정도의 식각비보다 70∼100(Å/sec) 정도가 큰 식각비를 가지는 몰리브덴-텅스텐 합금막을 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막의 상부에 형성하면 완만한 테이퍼 각을 가지는 이중막 배선을 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 몰리브덴-텅스텐 합금막의 알루미늄 식각액에 대한 식각 프로파일을 도시한 도면이다.
기판(1) 상부에 원자 백분율 10%의 텅스텐이 함유된 텅스텐-몰리브덴 합금막(2)을 3,000Å 정도의 두께로 증착한 다음, 알루미늄 합금 식각액을 이용하여 식각을 실시하면 20∼25 °의 각을 가지는 완만한 프로파일이 형성되었다.
한편 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 텅스텐의 조성비를 조절하여 몰리브덴 -텅스텐 합금막의 식각비를 100Å/sec 미만으로 낮출 수 있다. 그래서, 30~90° 범위의 테이퍼 각을 가지는 단일막을 형성할 수 있다. 따라서, 몰리브덴-텅스텐 합금으로 이루어진 단일막으로도 표시 장치용 특히, 액정 표시 장치의 게이트선 또는 데이터선으로 사용할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 알루미늄 합금과 몰리브덴-텅스텐 합금의 이중막을 알루미늄 합금의 식각액을 이용하여 식각한 경우 이중막 프로파일(profile)을 도시한 것이다. 기판(1) 상부에 알루미늄 또는 알루미늄 합금막(3)을 2,000Å 정도의 두께로 증착하고, 그 위에 몰리브덴-텅스텐 합금막(2)을 1,000Å 정도의 두께로 증착한 다음, 알루미늄 식각액을 이용하여 알루미늄 합금막(3) 및 몰리브덴-텅스텐 합금막(2)을 연속적으로 식각하였다. 여기서, 알루미늄 식각액은 HNO3 : H3PO4 : CH3COOH : H2O를 사용하였으며, 바람직하게는 질산이 8∼14% 정도 함유되어 있다.
여기서, 알루미늄 합금은 알루미늄을 기본 물질로 하고, 여기에 Ti, Cr, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Pd, Hf, Ta, W 등의 전이 원소(transition metal) 또는 Nd, Gd, Dy, Er 등의 희토류 금속(rare earth metal)이 결합된 합금으로서, 함유된 전이 원소 또는 희토류 금속은 원자 백분율 5% 이하이다.
도 5는 몰리브덴-텅스텐 합금막에서 텅스텐의 함유율이 5%인 경우로서 30∼40°의 프로파일을 나타내고 있고, 텅스텐의 함유율이 10%인 도 6의 경우에는 40~50°의 프로파일을 나타내고 있다. 텅스텐 함유율이 15%가 되면 도 7에서와 같이 프로파일이 80~90°가 되고, 텅스텐의 함유율이 20%가 되면 도 8에서와 같이 90°의 프로파일을 보여주고 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 알루미늄 합금과 몰리브덴-텅스텐 합금의 이중막을 알루미늄 식각액을 이용하여 식각하는 경우에는, 식각 후에 얼룩이 나타나지 않았다.
이와 같이, 알루미늄 합금과 원자 백분율 20% 이하의 텅스텐이 함유된 몰리브덴-텅스텐 합금으로 이루어진 이중막을 알루미늄 합금 식각액을 이용하여 식각하는 경우에, 30∼90°의 범위에서 테이퍼 각도가 형성되며, 텅스텐 함유량이 증가함에 따라 테이퍼 각도가 커진다. 또한, 도 6에서 보는 바와 같이, 텅스텐 함유량이 9%∼11%인 경우에 가장 바람직한 테이퍼 각도(40∼50°)가 형성된다.
그러면, 이러한 배선을 이용한 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 9a, 도 9b 및 도 10을 참고로 하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 구조에 대하여 설명한다. 여기에서, 도 10은 도 9a에서 X-X'선의 단면도이다.
기판(100) 위에 게이트선(200) 및 그 분지인 게이트 전극(210), 그리고 게이트선(200)의 끝에 형성되어 있는 게이트 패드(220)로 이루어진 게이트 패턴이 형성되어 있다. 게이트 전극(210) 및 게이트 패드(220)는 각각 하층의 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막(211, 221)과 상층의 원자 백분율 0.01%∼20% 미만의 텅스텐과 나머지 몰리브덴으로 이루어진 몰리브덴-텅스텐 합금막(212, 222)으로 이루어져 있으며, 게이트선(200) 역시 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막과 몰리브덴-텅스텐 합금막의 이중막으로 이루어져 있다. 여기에서 게이트 패드(220)는 외부로부터의 주사 신호를 게이트선(200)으로 전달한다.
게이트 패턴(200, 210, 220) 위에는 게이트 절연층(300)이 형성되어 있으며, 이 게이트 절연층(300)은 게이트 패드(220)의 상층인 몰리브덴-텅스텐 합금막(222)을 노출시키는 접촉 구멍(720)을 가지고 있다. 게이트 전극(210) 상부의 게이트 절연층(300) 위에는 수소화된 비정질 규소(a-Si:H)층(400) 및 n+ 불순물로 고농도로 도핑된 수소화된 비정질 규소층(510, 520)이 게이트 전극(210)을 중심으로 양쪽에 형성되어 있다.
게이트 절연층(300) 위에는 또한 세로로 데이터선(600)이 형성되어 있고 그 한 쪽 끝에는 데이터 패드(630)가 형성되어 외부로부터의 화상 신호를 전달한다. 데이터선(600)의 분지인 소스 전극(610)이 한 쪽 도핑된 비정질 규소층(510) 위에 형성되어 있으며, 소스 전극(610)의 맞은 편에 위치한 도핑된 비정질 규소층(520) 위에는 드레인 전극(620)이 형성되어 있다. 여기서, 데이터선(600), 소스 및 드레인 전극(610, 620), 데이터 패드(630)를 포함하는 데이터 패턴은 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막으로 이루어져 있다. 한편, 도 9b에서는 게이트 패드(220) 부근의 게이트 절연층(300) 위에는 게이트 보조 패드부(640)가 추가로 형성되어 있다.
데이터 패턴(600, 610, 620, 630) 및 이 데이터 패턴으로 가려지지 않은 비정질 규소층(500) 위에는 보호막(700)이 형성되어 있으며, 이 보호막(700)에는 게이트 패드(220)의 상층 몰리브덴-텅스텐 합금막(222), 드레인 전극(620) 및 데이터 패드(630)를 노출시키는 접촉 구멍(720, 710, 730)이 각각 형성되어 있다. 한편, 도 9b에서는 게이트 보조 패드부(640) 상부에 보호막(700)의 접촉 구멍(740)이 형성되어 있다.
마지막으로, 보호막(700) 위에는 접촉 구멍(710)을 통하여 드레인 전극(620)과 연결되어 있으며 ITO로 만들어진 화소 전극(800)이 형성되어 있으며, 접촉 구멍(720)을 통하여 노출된 게이트 패드(220)와 접속되어 외부로부터의 주사 신호를 게이트선(200)에 전달하는 게이트 패드용 ITO 전극(810), 접촉 구멍(730)을 통하여 데이터 패드(630)와 접속되어 외부로부터의 데이터 신호를 데이터선(600)에 전달하는 데이터 패드용 ITO 전극(820)이 형성되어 있다. 한편, 도 9b에서 게이트 패드용 ITO 전극(810)은 게이트 보조 패드부(640)까지 연장되어 접촉 구멍(740)을 통하여 연결되어 있다.
도 9a 및 도 9b에서 보는 바와 같이, 외부로부터의 신호가 실질적으로 직접 인가되어 패드가 되는 부분은 게이트 패드용 ITO 전극(810)과 데이터 패드용 ITO 전극(820)이다.
그러면, 도 9a 및 도 10에 도시한 구조의 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법에 대하여 도 11a 내지 도 11d를 참고로 하여 설명한다. 본 실시예에서 제시하는 제조 방법은 5장의 마스크를 이용한 제조 방법이다.
도 11a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(100) 위에 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막과 몰리브덴-텅스텐 합금막 0.1~0.5μm, 0.02~0.15μm의 두께로 차례로 적층하고 제1 마스크를 이용하여 사진 식각하여 게이트선(200), 게이트 전극(210) 및 게이트 패드(220)를 포함하며 이중막으로 이루어진 게이트 패턴을 형성한다. 즉, 도 11a에 도시한 것처럼, 게이트 전극(210)은 아래의 알루미늄 또는 알루미늄 합금막(211)과 위의 몰리브덴-텅스텐 합금막(212)으로, 게이트 패드(220)는 아래의 알루미늄 또는 알루미늄 합금막(221)과 위의 몰리브덴-텅스텐 합금막(222)으로 이루어지며, 도 11a에 도시하지는 않았지만, 게이트선(210) 역시 이중막으로 이루어진다.
여기에서, 알루미늄 합금막은 알루미늄과 5% 이하의 희토류 금속 또는 전이 금속으로 이루어져 있다. 몰리브덴-텅스텐 합금막은 원자 백분율 0.01 % 이상 20 % 미만의 텅스텐(W)과 나머지 몰리브덴(Mo)으로 이루어져 있으며, 텅스텐의 함유율은 원자 백분율 9∼11%인 것이 바람직하다. 또한, 알루미늄 식각액, 예를 들면, CH3COOH/HNO3/H3PO4/H2O 등을 사용하며 HNO3의 함량은 8∼14% 범위에서 함유된 것이 바람직하다.
또한, 게이트 패턴은 알루미늄, 알루미늄 합금 및 텅스텐-몰리브덴 합금 중 하나의 물질을 증착하여 단일막으로 형성할 수도 있다.
도 11b에 도시한 바와 같이, 질화규소로 이루어진 게이트 절연층(300), 수소화된 비정질 규소층(400) 및 N형의 불순물로 고농도로 도핑된 수소화된 비정질 규소층(500)을 각각 0.2~1.0μm, 0.1~0.3μm, 0.015~0.15μm의 두께로 차례로 적층한 후, 도핑된 비정질 규소층(500) 및 비정질 규소층(400)을 제2 마스크를 이용하여 사진 식각한다.
도 11c에 도시한 바와 같이, 몰리브덴 또는 텅스텐을 포함하는 몰리브덴-텅스텐 합금막을 0.4μm 정도의 두께로 적층한 후 포토 레지스트를 도포하고 제3 마스크로 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다. 이어 레지스트 패턴을 마스크로 하여 데이터선(600), 소스 전극(610) 및 드레인 전극(620) 및 데이터 패드(630)를 포함하는 데이터 패턴을 형성한다.
여기서, 데이터 패턴(600, 610, 620, 630)을 형성할 때, 습식 식각을 이용하는 경우에는 레지스트 패턴의 폭 및 길이인 ADI(after develop inspection) CD(critical dimension)보다 레지스트 패턴을 마스크로 하여 형성된 데이터 패턴(600, 610, 620, 630)의 폭 및 길이인 ACI(after clean inspection) CD은 다르게 나타난다. 이를 CD 왜곡(skew)이라고 한다. 따라서, 박막 트랜지스터의 채널 길이인 소스 전극(610)과 드레인 전극(620) 사이의 거리가 3.5~4μm 정도인 경우에, 이에 대응하는 레지스트 패턴 사이의 거리는 CD 왜곡을 고려하여 2.0~2.5μm 정도가 되어야 한다.
그러나, 노광 설비의 분해능이 3.5μ정도인 경우에는, 3.5μm 이하의 간격으로 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것은 불가능하다. 이에 대한 상세한 설명은 실험예 1을 통하여 설명하도록 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로는 2가지 방법을 적용할 수 있다.
우선, 첫 번째 방법으로는 식각 방법을 변경하는 것으로서, 데이터 패턴(600, 610, 620, 630)을 몰리브덴-텅스텐 합금으로 형성하는 경우에는 CD 왜곡이 거의 없는 이방성 건식 식각을 실시한다. 이때, 이방성 건식 식각용 기체로는 F계 또는 Cl계의 기체를 사용하며, 몰리브덴 및 텅스텐과 결합하였을 때, F계의 기체가 Cl계의 기체보다 평형 증기압이 높고 끓은 점(boiling point)은 낮기 때문에 F계의 기체를 사용하는 경우에 식각비(etch rate)가 높다는 것을 알 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 실험예 2를 통하여 설명하도록 한다.
두 번째 방법으로는 식각 방법 및 배선의 구조를 변경하는 것이다. 즉, 이방성 건식 식각 방법을 적용하는 동시에 데이터 패턴(600, 610, 620, 630)을 몰리브덴, 몰리브덴-텅스텐 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 이중 또는 삼중막으로 형성하는 것이다. 이때, 몰리브덴 또는 몰리브덴-텅스텐 합금을 식각하는 기체로는 앞에서 언급한 바와 같이 F계 또는 Cl계 기체를 사용하며, 이러한 기체는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 식각하는 이방성 건식 식각용 기체로 사용할 수 있으며, 이때, 알루미늄(Al)이 Cl계의 기체와 결합했을 때 F계의 기체와 결합했을 때보다 평형 증기압이 높고 끓은 점(boiling point)은 낮기 때문에 Cl계의 기체를 사용하는 경우에 식각비(etch rate)가 높다는 것을 알 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 실험예 2를 통하여 설명하도록 한다.
습식 식각보다 건식 식각을 적용하는 경우에는 식각액에 대한 비용이 절감될 뿐아니라 폐수 처리에 대한 시설 및 그에 따른 처리 비용을 줄일 수 있으므로, 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 제조 비용이 절감되어 제품에 대한 시장 경쟁력을 향상된다.
여기서, 배선 구조를 변경하는 경우에는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 500~2000Å 두께로 형성하고, 몰리브덴 또는 몰리브덴-텅스텐 합금은 500~1000Å의 두께로 형성하여 이중 또는 삼중막의 총 두께를 2000~3000Å 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이런 경우에, 저저항의 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 추가하여 대화면 고정세에 따른 신호의 지연을 방지할 수 있다. 또한, 몰리브덴-텅스텐 합금만을 4000Å 정도의 두께로 형성하는 경우보다 전체의 두께를 1000~2000Å 정도 줄일 수 있어 배선의 단차를 줄일 수 있으므로 후속 공정에서 단차로 인하여 발생하는 불량을 제거할 수 있다. 추가로, 게이트 패턴과 동일한 재료를 사용함으로써 생산 설비의 설비 가동효율을 높여 생산 효율을 극대화할 수 있다.
한편, 표시 장치용 기판의 크기가 커지고 고정세화가 진행됨에 따라 배선의 수가 증가하므로 배선의 폭은 작아져야 하지만, 일정 정도 이하의 저항 값을 확보해야 하므로 배선의 두께는 증가시키는 것이 바람직하다. 따라서 배선이 되는 금속막은 두께를 증가시키더라도 금속막이 가지는 응력(stress)에 의해 기판이 휘지 않도록 하는 물성을 가지는 것이 좋다. 이러한 특징을 가지는 금속막으로는 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막이 적합하다. 상세하게는 실험예 3을 참조하여 설명하기로 한다.
또한, 데이터 패턴을 하부막은 크롬막, 상부막은 몰리브덴-텅스텐 합금막으로 형성하는 경우에 동일한 식각 조건에서 상부막과 하부막을 차례로 식각하여 테이퍼 형상으로 가공한다. 상세하게는 이후의 실험예 4, 5 및 6에서 설명하기로 한다.
여기서, 식각액은 크롬을 식각하는 데 사용되는 식각액으로서, 예를 들면, HNO3/(NH4)2Ce(NO3)6/H2O를 들 수 있으며, 이때 HNO3의 농도를 4~10%, (NH4)2Ce(NO3)6의 농도는 10~15%인 것이 바람직하다.
이어, 데이터 패턴(600, 610, 620, 630)을 마스크로 삼아 노출된 도핑된 비정질 규소층(500)을 플라스마 건식 식각하여 게이트 전극(210)을 중심으로 양쪽으로 분리시키는 한편, 양 도핑된 비정질 규소층(510, 520) 사이의 비정질 규소층(400)을 노출시킨다.
그런데, 도핑된 비정질 규소층(500)을 식각하기 위한 건식 식각용 기체는 몰리브덴-텅스텐 합금막을 쉽사리 식각시키므로 데이터 패턴이 몰리브덴-텅스텐을 포함하는 경우에 몰리브덴-텅스텐 합금막의 식각비가 100(Å/min) 이하가 되도록 기체를 선택하여야 한다. 할로겐화 수소 기체와 CF4, CHF3, CHClF2, CH3F 및 C2F6 중 적어도 하나의 기체가 이에 적합하며 비정질 규소층(400)의 표면을 안정화시키기 위하여 수소(H2) 플라스마 공정을 선택적으로 추가할 수도 있다.
이에 대한 특성에 대해서는 실험예 7, 8 및 9에서 상세하게 설명하기로 한다.
도 11d에 도시한 바와 같이, 보호막(700)을 0.1~1.0μm의 두께로 적층한 후 제4 마스크를 이용하여 절연막(300)과 함께 사진 식각하여, 게이트 패드(220)의 상층 몰리브덴-텅스텐 합금막(222), 드레인 전극(620) 및 데이터 패드(630)를 노출시키는 접촉 구멍(720, 710, 730)을 형성한다.
데이터 패턴을 형성할 때 게이트 보조 패드부(640)를 추가로 형성하고, 보호막(700)의 접촉 구멍(740)을 추가로 형성하여 9b와 같은 구조로 형성할 수 있다.
여기서, 접촉 구멍을 형성하는 과정을 상세히 설명한다.
제4 마스크를 이용하는 사진 공정에서는 접촉 구멍(720, 710,730, 740)에 대응하는 위치에 개구부를 가지는 포토 레지스트를 보호막(700)의 상부에 형성하고, 이를 마스크로 하여 플라스마 건식 식각 방법으로 보호막(700) 및 게이트 절연층(300)의 질화 규소막을 식각한다.
그런데 접촉 구멍(720, 710, 730, 740)의 테두리 경사를 완만하게 만들기 위해서는 보호막(700) 및 게이트 절연층(300)뿐 아니라 이를 덮고 있는 포토 레지스트(900)도 식각되어야 한다. 이를 위해서 플라스마 건식 식각 방법에서는 산소(O2)량을 증가시키거나 고주파 전원에서 SF6+HCl(+He) 또는 SF6+Cl2(+He)를 사용할 수 있다. 그러나 보호막(700) 및 게이트 절연층(300)의 질화규소와 포토 레지스트(900)에 대하여 2,500~3,000Å/min 정도의 식각비를 가지는 SF6+HCl(+He) 또는 SF6+Cl2(+He)를 사용하는 경우에, 이 가스는 질화규소막 하부의 게이트 패드(220) 및 데이터 패턴(620, 630, 640)의 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막에 대하여 2,000Å/min 정도의 식각비를 가지므로 선택적인 식각이 어려워 드러나는 질화규소막뿐 아니라 그 하부의 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막도 식각되기 쉽다.
특히, 식각되는 막의 두께 차이로 인하여 접촉 구멍(710, 730, 740) 하부의 몰리브덴-텅스텐 합금막이 심하게 과도 식각(over etching)된다. 즉, 게이트 패드(220)의 상부에는 게이트 절연층(300)과 보호막(900)이 있으나 데이터 패턴(620, 630, 640)의 상부에는 보호막(900)만이 있기 때문에 데이터 패턴(620, 630, 640)의 몰리브덴-텅스텐 합금막이 먼저 노출된다.
이를 해결하기 위해서는 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막이 식각되지 않는 조건을 적용해야 하며, 이를 위해서는 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막에 대하여 400Å/min 이하의 식각비를 가지는 건식 식각용 가스인 CF4+O2를 사용할 수 있다. 그런데, CF4+O2에 대한 포토 레지스트(900)의 식각비는 1,000Å/min 이하이고, 질화규소막의 식각비는 6,000~10,000Å/min이므로 시간이 경과됨에 따라 포토 레지스트(900)의 하부에서 질화규소막의 측면부가 식각되는 양이 증가하여 언더 컷이 발생하고 이는 질화규소의 식각 프로파일이 나빠진다. 그러나, CF4+O2만으로 식각하더라도 식각시간을 줄여감으로써 식각 프로파일을 개선할 수 있다. 이때, CF4와 O2의 비율은 10:4 이하로 하는 것이 바람직하다.
한편, 이를 보다 개선하기 위한 방법으로 두 단계 또는 세 단계의 식각을 행하는 것을 고려할 수 있다.
도 12a 내지 12b 및 도 13a 내지 13b는 2차례의 식각 공정을 실시한 경우이고 도 14a 내지 14c 및 도 15a 내지 15c와 도 16a 내지 16c 및 도 17a 내지 17c는 세 단계의 식각 공정을 실시한 경우이다.
도 12a 내지 12b, 도 14a 내지 14c 및 도 16a 내지 16c는 게이트 패드(220)를 덮는 보호막(700) 및 게이트 절연층(300)을 식각하여 접촉 구멍(710, 730, 740)을 형성하는 공정을 도시한 단면도이고, 도 13a 내지 13b, 도 15a 내지 15c 및 도 17a 내지 17c는 데이터 패턴(620, 630, 640)을 덮는 보호막(700)을 식각하여 접촉 구멍(720)을 형성하는 공정을 도시한 단면도이다.
먼저, 개구부들을 가지는 포토 레지스트(900)를 보호막(700)의 상부에 형성한다. 이어, 포토 레지스트(900)와 보호막(700) 및 게이트 절연층(300)의 질화규소막의 식각 선택비가 약 1 : 1.5인 식각용 가스를 사용하여 데이터 패턴(620, 630, 640)의 몰리브덴-텅스텐 합금막이 노출될 때까지 식각한다 (도 12a 및 도 13a 참조). 이러한 식각용 가스는 앞서 언급한 SF6+HCl(+He) 또는 SF6+Cl2(+He)가 바람직하다. 이때, 데이터 패턴(620, 630, 640)의 몰리브덴-텅스텐 합금막도 SF6+HCl 또는 SF6+Cl2에 대하여 2,000Å/min 정도의 식각비를 가지므로 일부가 식각될 수 있다. 이렇게 하면, 접촉 구멍(710, 720, 730, 740)의 테두리 경사각은 30~80° 정도가 된다.
다음, 도 12b 및 도 13b에서 보는 바와 같이, 남겨진 게이트 패드(220) 상부의 게이트 절연막(300)을 질화규소와 몰리브덴-텅스텐 합금의 식각 선택비가 약 15 : 1 이상인 기체 조건을 적용하여 건식 식각한다. 이때, 질화규소막(700, 300)의 측면부도 일부 식각된다. 포토 레지스트는 다소 식각이 되지 않더라도 이러한 기체의 예로는 앞서 언급한 CF4+O2를 들 수 있다.
다음, 세 단계로 접촉 구멍을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 세 단계로 형성하는 방법에서는, 도중에 고분자막을 전면에 형성하는 과정을 거치는데 여기에서는 다음과 같은 두 가지 방법이 가능하다.
우선, 도 14a 내지 14c 및 도 15a 내지 15c를 참고로 하여 세 단계로 접촉 구멍을 형성하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
첫 단계에서는 도 14a 및 도 15a에서 보는 바와 같이, SF6+HCl(+He) 또는 SF6+Cl2(+He)의 가스를 이용하여 포토 레지스트(900)와 질화규소막(700, 300)을 차례로 식각한다. 이때, 식각 공정은 데이터 패턴(620, 630, 640)의 몰리브덴-텅스텐 합금막이 완전히 드러날 때까지 실시한다. 이때, 몰리브덴-텅스텐 합금막의 일부가 식각될 수도 있는데 이는 게이트 패드(220)의 상부에 잔류하는 게이트 절연층(300)의 두께를 최소화하여 세 번째 단계에서 게이트 절연층(300)을 식각을 위해 적용하는 시간을 최소화하기 위한 것이다.
다음, 2단계에서는 도 14b 및 도 15b에서 보는 바와 같이, 사불화탄소(CF4)와 수소(H2) 또는 염화수소(HCl)를 혼합한 가스를 플라스마 상태에서 반응시켜 노출된 포토 레지스트(900) 및 질화규소막(700, 300)의 표면 상부에 고분자(polymer)막(1000)을 형성한다. 이러한 고분자막(1000)은 건식 식각을 실시하는 경우에 보호막(700) 및 게이트 절연층(300)의 측면부가 식각되는 것을 감소시키는 역할을 하게 된다.
이어, 3단계에서는 도 14c 및 도 15c에서 보는 바와 같이, 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막(620, 630, 640)과 질화규소막(300, 700)과의 식각 선택비가 1 : 15 이상의 높은 조건을 가지는 건식 식각용 가스 조건을 적용하여 게이트 패드(220) 상부의 남은 질화규소막(300)을 식각하여 접촉 구멍을 완성한다. 이때, 사용하는 기체로는 포토 레지스트(900)가 잘 식각되지 않더라도 CF4+O2가 적절하며, 질화규소막(700, 300)의 측면부도 식각된다. 그러나, 이 기체의 몰리브덴-텅스텐 합금막의 식각비는 300Å/min 정도이므로 게이트 패드(220)가 노출될 때까지 식각하더라도 데이터 패턴(620, 630, 640)의 몰리브덴-텅스텐 합금막은 거의 식각되지 않는다. 또한 폴리머(1000)가 형성되어 있기 때문에 게이트 패드(220) 상부의 게이트 절연층(300)의 평면부에 비해 게이트 절연층(300) 및 보호막(700)의 측면부의 식각 속도가 더욱 작아지므로 접촉 구멍(710, 720, 730, 740)의 측면부는 완만한 경사각을 가지는 프로파일이 형성된다.
여기서, 보호막(700)과 게이트 절연층(300)의 식각비가 CF4+O2 조건에서 다르게 나타날 수 있는데 이는 동일한 질화규소라도 형성하는 과정에서 막의 특성을 다르게 형성하기 때문이다.
두 번째 방법으로는, 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막과 질화규소막과의 식각 선택비가 1 : 15 이상으로 높은 조건을 가지는 플라스마 건식 식각을 실시하는 중에 고분자막을 형성하는 단계를 추가하여 3차례 공정을 실시하는 방법이다.
우선, 16a 및 도 17a에서 보는 바와 같이, CF4+O2 가스를 이용하여 데이터 패턴(620, 630, 640)의 몰리브덴-텅스텐 합금막이 노출될 때까지 식각하여 접촉 구멍(710, 730, 740)을 형성한다.
이어, 2단계에서는 앞에서 설명한 방법과 동일하게 사불화탄소(CF4)와 수소(H2) 또는 염화수소(HCl)를 혼합한 가스를 플라스마 상태에서 반응시켜 노출된 포토 레지스트(900) 및 질화규소막(700, 300)의 표면 상부에 고분자(polymer)막(1000)을 형성한다(도 16b 및 도 17b 참조). 이러한 고분자막(1000)은 앞에서와 마찬가지로 질화규소막(700, 300)이 측면으로 식각되는 것을 지연시키는 역할을 한다. 또한, 포토 레지스트(900)는 이온들이 측면부로 향하는 것을 방해하기 때문에 측면부의 식각이 지연되는 효과를 높인다.
이어, 3단계는 제1 단계와 동일하게 실시하여 접촉 구멍을 완성한다 (도 16c 및 도 17c 참조).
이러한 두 번째 방법은 건식 식각용 가스를 하나의 조건으로 적용하기 때문에 첫 번째 방법보다 공정 적용이 단순하다.
또한, 첫 번째 방법에서는 SF6+HCl(+He) 또는 SF6+Cl2(+He)의 가스를 이용하여 1단계 식각 공정에서 포토 레지스트(900)와 질화규소막(700, 300)을 유사한 정도로 식각하기 때문에 보호막(700)의 측면부에 형성된 고분자막(1000)이 건식 식각 기체의 충돌에 직접 노출된다. 그러나, 두 번째 방법의 제1단계 식각 공정에서 CF4+O2 가스는 포토 레지스트(900)에 대하여 1,000Å/min 이하의 식각비를 가지므로 도 17a에서 보는 바와 같이 보호막(700)은 포토 레지스트(900)의 하부에서 언더 컷이 발생한다. 이에 따라, 도 17c에서 보는 바와 같이 제3단계 공정에서 CF4+O2 가스를 이용하여 질화규소막(700, 300)을 식각할 때 포토 레지스트(900)는 보호막(700)의 측면부에 형성된 폴리머(1000)가 식각 가스에 직접 노출되는 것을 방지한다. 그러므로 두 번째 방법에서 포토 레지스트(900)는 보호막(700)의 측면부가 식각되는 것을 방지하는 효과를 높일 수 있다.
앞에서 언급한 플라스마 식각 방법에서, 몰리브덴-텅스텐 합금막이 식각되는 것을 최대한 방지하기 위해 CF4에 대한 O2의 비율은 4/10 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, CF4에 대한 O2의 비율이 4/10 이하인 경우에는 한 번의 단계로 접촉 구멍(710, 720, 730, 740)들을 동시에 형성하는 것도 가능하다.
이러한 방법은 표시 장치의 제조 방법에서 금속막 위의 절연막의 두께가 달라 두께가 얇은 쪽의 접촉 구멍 아래의 금속막이 식각되는 것을 방지하고, 접촉 구멍의 측면을 완만한 경사각으로 식각하기 위한 공정에서는 모두 가능하다.
예를 들면, 제1 금속막, 제1 절연막, 제2 금속막, 제2 절연막이 연속으로 형성되어 있는 구조에서 제2 절연막 하부의 제2 금속막을 노출시키는 제1 접촉 구멍과 제2 및 제1 절연막 하부의 제1 금속막을 노출시키는 제2 접촉 구멍을 동시에 형성할 때 적용할 수 있다.
즉, 포토 레지스트와 절연막에 대하여 1 내지 1.5배의 식각비를 가지는 식각 조건으로 절연막의 측면부를 경사지도록 식각하고, 절연막과 금속막의 식각 선택비가 15 : 1 이상인 식각 조건으로 접촉 구멍을 완성한다. 이때, 고분자막을 형성하는 공정을 추가하여 절연막이 측면으로 식각되는 것을 방지한다.
이때, 데이터 패드(630)를 이중막으로 형성하고, 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막을 상부막으로 형성하는 경우에는 이후에 형성되는 ITO와의 접촉을 방지하기 위하여 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막을 제거하도록 한다.
마지막으로, 도 10에 도시한 바와 같이, 0.03~0.2μm의 두께로 ITO를 적층하고 제5 마스크를 이용하여 건식 식각하여, 접촉 구멍(710, 730)을 통하여 각각 드레인 전극(620) 및 데이터 패드(630)와 접속되는 화소 전극(800) 및 데이터 패드용 ITO 전극(820), 그리고 접촉 구멍(720)을 통하여 게이트 패드(220)와 접속되는 게이트 패드용 ITO 전극(810)으로 이루어지는 ITO 패턴을 형성한다.
여기서, 도 9b에서와 같이 게이트 보조 패드부(640)와 접촉 구멍(740)을 추가하는 경우에는 게이트 패드용 ITO 전극(810)을 게이트 보조 패드부(640)까지 연장되도록 형성한다.
만약, 게이트 패드(220)의 상층을 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막을 사용하면 게이트 패드용 ITO 전극(810)이 직접 닿아 산화 반응이 일어나기 때문에 게이트 패드가 불량되기 쉽다. 그러나 게이트 패드(220)의 상층으로 몰리브덴 합금막을 사용하면 이러한 문제점이 없어진다.
다음은 실험예 1 내지 실험예 9를 상세하게 설명한다.
실험예 1
실험예 1에서는 노광 설비에 대한 분해능에 관한 것이다.
도18은 본 발명의 실험예 1에 따른 노광 장치의 분해능을 도시한 그래프이다.
여기서, -◆-은 절대값으로서 마스크 패턴에서 결정된 CD를 나타낸 것이며, -■-는 ADI CD로서 마스크 패턴을 통하여 현상된 포토 레지스트 패턴의 CD를 나타낸 것이다.
도 18에서 보는 바와 같이, 분해능이 3.5μm 정도의 노광기를 이용하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 경우에, 3.5μm 이상의 범위에서는 마스크 패턴의 CD와 포토 레지스트 패턴의 CD와 동일하게 나타나지만, 3.5μm 이하의 범위에서는 포토 레지스트 패턴의 CD가 마스크 패턴의 CD보다 크게 나타난다. 이는 3.5μm 이하의 레지스트 패턴, 특히 앞에서 언급한 바와 같이 CD 왜곡을 고려한 2~2.5μm 정도의 레지스트 패턴을 형성하는 것은 불가능하다는 것을 의미한다.
실험예 2
실험예 2에서는 이방성 건식 식각용 기체인 F계 및 Cl계의 기체를 사용하여 몰리브덴(Mo), 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW), 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)을 식각하였을 때 생성되는 반응물의 특성에 관한 것이다.
도 19는 본 발명의 실험예 2에 따른 이방성 건식 식각을 적용하는 경우에 생성되는 반응물의 특성을 도시한 도표이다.
여기서, 평형 증기압이란 일정한 온도에 있어서 액체 또는 고체 상태의 물질이 기체 상태가 되는데 필요한 압력으로, 평형한 상태의 압력을 말한다.
건식 식각 중에 생성되는 반응물로는 Mo, MoOF4, MoF6, MoCl5, MoO2Cl2, W, WF6, WCl6, WOF4, WOCl4, Al2Cl6, Al2Br6, AlF3 등이 있다.
도 19에서 보는 바와 같이, 순수한 몰리브덴(Mo)의 경우 끓은 점은 4650℃ 정도로 매우 크다. 하지만, F계의 기체와 결합한 반응물 MoOF4 및 MoF6의 경우 끓은 점은 각각 186℃ 및 34℃ 정도로 순수한 몰리브덴(Mo)보다 매우 낮다. 또한, Cl계의 기체와 결합한 반응물 MoCl5 및 MoO2Cl2의 경우 끓은 점은 각각 268℃ 및 180℃ 정도로 순수한 몰리브덴(Mo)보다 매우 낮다.
순수한 텅스텐(W)의 경우 끓은 점은 5555℃ 정도로 매우 크다. 하지만, F계의 기체와 결합한 반응물 WF6 및 WOF4의 경우 끓은 점은 각각 17℃ 및 186℃ 정도로 순수한 텅스텐(W)보다 매우 낮다. 또한, Cl계의 기체와 결합한 반응물 WCl5 및 WOCl4의 경우 끓은 점은 각각 338℃ 및 220℃ 정도로 순수한 텅스텐(W)보다 매우 낮다.
또한, 평형 증기압(LogP)을 계수 A, B, C 및 D를 근거로 하여 고려해볼 때, 순수한 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W)의 경우보다 반응물 MoOF4, MoF6, MoCl5, MoO2Cl2, WF6, WCl6, WOF4, WOCl4의 경우에 평형 증기압이 매우 높다는 것을 짐작할 수 있다. 이러한 평형 증기압(LogP)은 식(1)을 통하여 얻어진다.
LogP = A*1/T + B*LogT + C*T + D -------------------(1)
여기서, K는 절대 온도이고, m.p는 녹는점이고, s.p는 승화 점이고, b.p는 녹는점이다.
특히, F계의 기체와 결합한 반응물 MoOF4, MoF6, WF6, WOF4는 Cl계의 기체와 결합한 반응물 MoCl5, MoO2Cl2, WCl6, WOCl4에 비해서 녹는점은 낮고 평형 증기압은 높다. 따라서, 이방성 건식 식각용 기체로서 F계의 기체를 사용하는 것이 몰리브덴-텅스텐 합금에 대한 식각비를 높이는 데 유리하다는 것을 알 수 있다.
다음, 알루미늄(Al)을 포함하는 배선을 F계 및 Cl계의 기체를 이용하여 건식 식각하는 경우에 발생하는 반응물 Al2Cl6, Al2Br6, AlF3에 대한 평형 증기압 및 녹는점에 대해서 알아보기로 한다.
도 19에서 보는 바와 같이, F계의 기체를 이방성 건식 식각용 기체로 사용하는 경우에, 반응물 AlF3의 녹는점은 1276℃로 대단히 높고, 평형 증기압도 1238℃에서 1mmHg로 매우 낮음을 알 수 있다. 반면에, Cl계의 기체를 이방성 건식 식각용 기체로 사용하는 경우에, 반응물 Al2Cl6의 녹는점은 160℃ 정도로 매우 낮고, 평형 증기압도 150℃ 정도에서 100mmHg로 매우 높음을 알 수 있다. 따라서, Cl계의 기체를 사용하는 것이 알루미늄에 대한 식각비를 높이는 데 유리하다는 것을 알 수 있다.
실험예 3
실험예 3은 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막의 증착 특성에 관한 것이다.
실험예 3에서는 원자 백분율 10 at%의 텅스텐을 포함하는 몰리브덴-텅스텐 합금을 기판(100)의 상부에 증착하였다. 여기서 증착 온도는 150℃ 정도이다.
도 20은 몰리브덴-텅스텐 합금의 증착 압력과 응력(stress)의 관계를 도시한 그래프이다.
도20에서 보는 바와 같이, 몰리브덴-텅스텐 합금막의 응력은 증착 압력 2~7mtorr의 변화에 따라 압축력(compressive stress) -3.0*109 정도에서부터 인장력(tensile stress) 6.0*109까지 변한다. 따라서, 몰리브덴-텅스텐 합금막을 증착할 때 기판이 휘어지지 않도록 몰리브덴-텅스텐 합금막의 응력을 조절할 수 있다. 따라서, 몰리브덴-텅스텐 합금막의 금속 배선은 대화면 및 고정세의 액정 표시 장치에 사용할 때 더욱 유리한 장점을 가지고 있다.
이렇게 몰리브덴-텅스텐 합금막을 액정 표시 장치의 배선으로 사용하는 경우에 작은 기판에도 적용할 수 있는 것은 물론이며, 370*470 mm2 이상의 크기를 가지는 기판에도 적용이 가능하다. 또한 배선의 두께는 0.3~2.0μm 정도의 범위에서, 배선의 폭은 3.0~10.0μm 정도의 범위에서 형성하는 것이 바람직하다.
실험예 4 내지 실험예 6은 크롬과 몰리브덴 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막을 포함하는 구조의 식각비 및 식각 프로파일에 관한 것이다.
실험예 4
실험예 4에서는 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막의 식각비를 측정하였다.
도 21은 텅스텐(W)의 함유량에 따른 크롬 식각액( HNO3/(NH4)2Ce(NO3)6/H2O)에 대한 몰리브덴-텅스텐 합금의 식각비(etch rate) 특성을 도시한 것이다.
도 21에서 알 수 있듯이, 텅스텐의 함유량이 0%인 경우에는 식각비가 250(Å/sec) 정도로 매우 크게 나타나지만 텅스텐의 함유량이 10%인 경우에는 식각비가 100(Å/sec) 정도로 나타난다. 그리고 텅스텐의 함유량이 15∼25% 사이에서는 80~40 (Å/sec) 정도로 떨어짐을 알 수 있다.
한편, 크롬은 HNO3(4~10%) : (NH4)2Ce(NO3)6(10~15%) : H2O로 이루어진 크롬 식각액에 대하여 40∼60(Å/sec) 정도의 식각비를 가지므로, 이 보다 큰 식각비를 가지는 몰리브덴-텅스텐 합금막을 크롬막의 상부에 형성하면 완만한 경사각을 가지는 이중막의 배선을 얻을 수 있다.
실험예 5
도 22는 하부의 크롬막과 상부의 몰리브덴-텅스텐 합금막으로 이루어진 이중막의 단면도로서, 기판(1000) 상부에 크롬막(2000)을 2,000Å, 몰리브덴-텅스텐 합금막(3000)을 800Å 정도의 두께로 차례로 증착한 다음, 크롬을 식각하는 데 사용되는 식각액인 HNO3/(NH4)2Ce(NO3)6/H2O로 식각하였다. 여기서 텅스텐의 함유율은 20%이다.
도 22에서 보는 바와 같이, 20° 정도의 경사각을 가지는 식각 프로파일이 형성되어 있다.
실험예 6
실험예 6에서는 기판(1000) 상부에 크롬막(2000)을 1,500Å, 몰리브덴-텅스텐 합금막(3000)을 500Å 정도의 두께로 차례로 증착한 다음 식각을 실시하였다. 나머지 조건은 실험예 1과 동일하다.
도 23은 본 발명의 실험예 6에 따른 크롬막과 몰리브덴-텅스텐 합금막의 식각 프로파일을 도시한 단면도이다.
실험예 6에서는 도 23에서 보는 바와 같이, 12~15° 정도의 경사각을 가지는 식각 프로파일이 형성되어 있다.
이러한 실험예로 볼 때, 데이터 패턴 또는 게이트 패턴을 몰리브덴-텅스텐 합금막과 크롬막의 이중막을 적용하는 경우에 한 번의 공정을 통하여 완만한 경사각을 가지는 테이퍼 가공이 가능한 동시에 저저항이므로 대화면의 표시 장치에 유리하다.
다음은, 데이터 패턴(610, 620)을 마스크로 하여 도핑된 비정질 규소층(500)을 식각하는 공정을 실험예 7 내지 실험예 9에 따라 상세히 설명한 것이다.
여기서, 도 11d를 참조하여 설명하면, 기판(100)에 증착되어 있는 게이트 전극(210) 중 하부에 형성되어 있는 알루미늄 합금막(221)의 두께는 2,500 Å 정도이며, 그 위에 형성되어 있는 몰리브덴-텅스텐 합금막(222)의 두께는 500 Å 정도이다. 또한 게이트 절연막(300)은 4,500 Å, 비정질 규소층(400)은 2,000 Å, 도핑된 비정질 규소층(500)은 500 Å, 데이터 패턴(610, 620)은 4,000 Å 및 보호막(700)은 3,000 Å 정도의 두께를 가진다. 여기서, 데이터 패턴(610, 620)을 텅스텐을 포함하는 몰리브덴 합금 또는 몰리브덴으로 형성되어 있다.
실험예 7
실험예 7에서는 플라스마 건식 식각 방법을 통하여 도핑된 비정질 규소층(500)을 식각하였으며, 건식 식각용 기체로는 HCl+SF6 또는 Cl2+SF6을 사용하였다.
도 24는 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법 중 실험예 5에서 건식 식각용 기체에 대한 MoW의 식각비를 도시한 도표이다.
도 24에서 보는 바와 같이, 건식 식각용 기체를 HCl+SF6으로 사용하는 경우에는 200~610 Å/min 정도의 식각비로 데이터 패턴(610, 620)의 몰리브덴 합금이 다량으로 식각되었으며, Cl2+SF6을 사용하는 경우에는 150~320 Å/min 정도의 식각비를 나타내었다.
실험예 8
도 25는 본 발명의 실험예 6에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
도 25에서 보는 바와 같이, 포토 레지스트(900)를 마스크로 하여 습식 식각 방법을 통하여 몰리브덴 합금으로 이루어진 금속층을 패터닝하여 데이터 패턴(610, 620)을 형성하였다. 이어, 데이터 패턴(610, 620)이 식각되는 것을 방지하기 위하여 포토 레지스트(900)를 제거하지 않은 상태에서, 이를 마스크로 하여 도핑된 비정질 규소층(500)을 식각하였으며, 건식 식각용 기체로는 HCl+SF6을 사용하였다.
따라서, 소스/드레인 전극(610, 620)은 식각되지 않았다. 한편, 건식 식각에서 경화되어 있는 포토 레지스트(900)를 제거하기 위해 애싱(ashing) 공정을 추가하였고 비정질 규소층(400) 표면을 좋게 하기 위하여 수소(H2) 플라스마 공정을 선택적으로 추가하였다.
도 26은 본 발명의 실험예 6에 따른 박막 트랜지스터의 특성을 도시한 그래프로서, 애싱 공정만을 실시한 경우와 애싱 공정 및 수소 플라스마 공정을 실시한 경우에 대하여 각각 박막 트랜지스터 특성을 측정한 결과이다. Y축은 소스-드레인간의 전류(A)를 로그(log)로 나타낸 것이고, X축은 게이트 전압(Vg)이다.
애싱 공정만을 실시한 경우와 애싱 공정과 애싱 공정 및 수소 플라스마 공정을 모두 실시한 경우를 비교하면, 애싱 공정에서 사용되는 산소(O2) 기체로 인하여 비정질 규소층(400)의 표면이 산화되기 때문에 박막 트랜지스터의 특성을 열화되었다. 또한, 수소 플라스마 공정을 추가로 비정질 규소층(400) 표면의 산화를 제거하였으며 오프 전류가 낮게 나타남을 알 수 있다.
실험예 9
실험예 9에서는 건식 식각용 기체 HCl+CF4를 이용하여 도핑된 비정질 규소층(500)을 건식 식각하였으며, 데이터 패턴(610, 620) 상부에 포토 레지스트를 형성하지 않은 상태에서 실시하였다. 또한 애싱 공정 및 수소 플라스마 공정은 추가하지 않았다.
도 27은 건식 식각용 기체에 대한 MoW의 식각비를 도시한 도표이다. 도 28에서 보는 바와 같이, 건식 식각용 기체를 HCl+CF4로 사용하는 경우에는 15~80(Å/min) 정도의 식각비로 데이터 패턴(610, 620)의 몰리브덴 합금이 식각되었다.
이러한 결과를 실험예 5와 비교하면, HCl+SF6 또는 Cl2+SF6을 사용하는 경우보다 아주 적은 양이 식각됨을 알 수 있다.
도 28은 본 발명의 실험예 7에 따른 박막 트랜지스터의 특성을 도시한 그래프이다. 여기에서, Y축의 좌측은 소스-드레인간의 전류(A)이고, 우측은 소자의 특성 기울기이며, X축은 게이트 전압(Vg)이다.
도 28에서 보는 바와 같이, 애싱 공정과 수소 플라스마 공정을 생략하더라도 소스-드레인 사이의 온/오프 전류 특성이 양호하게 측정되었다.
또한 위의 결과를 볼 때 도핑된 비정질 규소층을 그 위의 몰리브덴 또는 몰리브덴-텅스텐 합금을 마스크로 하여 식각하는 모든 반도체 장치의 제조 방법에 할로겐화 수소 기체와 CF4, CHF3, CHClF2, CH3F 및 C2F6 중 적어도 하나의 기체를 사용할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 표시 장치의 제조 방법에서는 몰리브덴 합금은 15 μΩcm 이하의 저저항을 가지며, 테이퍼 가공시 알루미늄 식각액 및 크롬 식각액을 사용할 수 있으므로 알루미늄과 크롬과 함께 표시 장치 또는 반도체 장치의 배선으로 이용하는데 매우 용이하다. 또한 몰리브덴막 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막은 증착 압력에 따라 막의 응력을 변화시켜 기판이 휘지않는 조건에서 두껍게 형성할 수 있으므로 고정세 및 대화면의 표시 장치용 배선으로 적합하다. 그리고, 접촉 구멍을 형성할 때 보호막 및 게이트 절연층의 측면부 식각을 지연시키는 고분자막을 형성하거나 CF4+O2를 이용하여 몰리브덴 합금막이 식각되지 않도록 하고 SF6+HCl(+He) 또는 SF6+Cl2(+He)를 이용하여 접촉 구멍의 테두리가 완만한 경사를 가지도록 형성할 수 있다. 또한, 몰리브덴 또는 몰리브덴-텅스텐 합금막을 마스크로 하여 비정질 규소층을 식각할 때, 할로겐화 수소 기체와 CF4, CHF3, CHClF2, CH3F 및 C2F6 중 적어도 하나의 기체를 이용하여 양호한 박막 트랜지스터의 특성을 얻었다. 그리고 수소 플라스마 공정을 통하여 박막 트랜지스터의 특성이 향상되었다. 또한, F계 또는 Cl계의 기체를 이용한 이방성 건식 식각은 CD 왜곡이 거이 없어 3.5~4μm 정도의 미세한 패턴을 형성하는데 매우 유리하며, 건식 식각을 적용하는 경우에는 식각액에 대한 비용, 폐수 처리에 대한 시설 및 그에 따른 처리 비용을 줄일 수 있어 제품에 대한 시장 경쟁력을 높일 수 있다. 또한, 저저항의 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 다층막에 삽입하는 경우에는 배선으로 인한 단차를 현저하게 줄일 수 있으며, 대화면 고정세에 따른 신호의 지연을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 몰리브덴 합금(MoW)막의 특성을 도시한 그래프이고,
도 4는 본 발명에 따른 몰리브덴 합금(MoW)막의 식각 프로파일을 도시한 단면도이고,
도5 내지 8은 본 발명의 실시예에 따른 몰리브덴 합금(MoW)과 알루미늄 합금(Al alloy)으로 이루어진 이중막의 식각 프로파일을 도시한 도면이고,
도 9a 및 9b는 본 발명의 제 1실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 평면도이고,
도 10은 도 9a에서 X-X'선을 따라 절단한 단면도이고,
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 도시한 단면도이고,
도 12a 내지 도 17c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 상부에 접촉 구멍을 형성하는 공정을 상세하게 도시한 단면도이고,
도18은 본 발명의 실험예 1에 따른 노광 장치의 분해능을 도시한 그래프이고,
도 19는 본 발명의 실험예 2에 따른 이방성 건식 식각을 적용하는 경우에 생성되는 반응물의 특성을 도시한 도표이고,
도 20은 본 발명의 실험예 3에 따른 몰리브덴-텅스텐 합금에 대한 증착 압력과 응력(stress)의 관계를 도시한 그래프이고,
도 21은 본 발명의 실험예 4에 따른 몰리브덴-텅스텐 합금막의 식각비를 도시한 그래프이고,
도 22는 본 발명의 실험예 5에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법에서 데이터 패턴을 이중막으로 형성하는 경우에 식각 프로파일을 도시한 단면도이고,
도 23은 본 발명의 실험예 6에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법에서 데이터 패턴을 이중막으로 형성하는 경우에 식각 프로파일을 도시한 단면도이고,
도 24는 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법 중 실험예 7에서 건식 식각용 기체에 대한 MoW의 식각비를 도시한 도표이고,
도 25는 본 발명의 실험예 8에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법을 도시한 단면도이고,
도 26은 본 발명의 실험예 9에 따른 박막 트랜지스터의 특성을 도시한 그래프이고,
도 27은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 트랜지스터의 제조 방법 중 실험예 9에서 건식 식각용 기체에 대한 MoW의 식각비를 도시한 도표이고,
도 28은 본 발명의 실험예 9에 따른 박막 트랜지스터의 특성을 도시한 그래프이다.

Claims (30)

  1. 기판 위에 금속막을 적층하는 단계,
    식각액을 이용하여 상기 금속막을 패터닝하여 게이트선, 게이트 패드 및 게이트 전극을 포함하는 게이트 패턴을 형성하는 단계,
    상기 기판 위에 게이트 절연막을 적층하는 단계,
    상기 게이트 절연막 상부에 도핑되지 않은 비정질 규소층 및 도핑된 비정질 규소층을 형성하는 단계,
    상기 기판 위에 몰리브덴-텅스텐 합금막을 적층하는 단계,
    상기 몰리브덴-텅스텐 합금막을 이방성 건식 식각으로 패터닝하여 데이터선, 소스/드레인 전극 및 데이터선과 연결되어 있는 데이터 패드를 포함하는 데이터 패턴을 형성하는 단계,
    상기 데이터 패턴을 마스크로 하여 상기 도핑된 비정질 규소층을 식각하는 단계,
    보호막을 적층하는 단계,
    상기 보호막을 상기 게이트 절연막과 함께 패터닝하여 상기 드레인 전극, 데이터 패드 및 게이트 패드의 일부가 드러나도록 하는 단계,
    투명 도전막을 적층하는 단계, 그리고
    상기 투명 도전막을 식각하여 상기 게이트 패드와 접속되는 게이트 도전막 및 상기 드레인 전극과 접속되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 이방성 건식 식각용 기체는 F계 또는 Cl계 기체인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 이방성 건식 식각용 기체는 F계 기체인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 금속막은 원자 백분율 0.01%∼20% 미만의 텅스텐과 나머지 몰리브덴 및 불가피한 불순물로 이루어진 몰리브덴 합금막인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 몰리브덴 합금막의 하부에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 도전막을 적층하는 단계를 더 포함하며, 상기 몰리브덴 합금막을 패터닝할 때 상기 식각액을 이용하여 상기 도전막을 함께 패터닝하는 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    알루미늄 합금막은 알루미늄과 원자 백분율 5% 이하의 희토류 금속 또는 전이 금속으로 이루어진 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 식각액은 CH3COOH/HNO3/H3PO4/H2O이며, 상기 HNO3은 8∼14%의 범위에서 함유된 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 몰리브덴-텅스텐 합금막의 하부에 크롬으로 이루어진 도전막을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 몰리브덴-텅스텐 합금막 및 상기 도전막을 식각하는 식각액은 HNO3 : (NH4)2Ce(NO3)6 : H2O인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 HNO3 농도는 4~10%이고 상기 (NH4)2Ce(NO3)6 농도는 10~15%인 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 데이터 패턴을 마스크로 상기 도핑된 비정질 규소층을 할로겐화 수소와 CF4, CHF3, CHClF2, CH3 및 C2F6 중 적어도 하나를 이용하여 건식 식각하는 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 드레인 전극, 데이터 패드 및 상기 게이트 패드의 일부가 드러나도록 하는 단계는,
    상기 보호막 상부에 포토 레지스트막을 도포하고, 상기 게이트 패드, 데이터 패드 및 드레인 전극에 대응하는 위치에 개구부를 가지는 상기 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계,
    상기 포토 레지스트와 상기 게이트 절연층 및 상기 보호막의 식각 선택비가 1 : 1 내지 1 : 1.5인 식각 조건에서 상기 데이터 패드 및 드레인 전극을 노출시키는 단계, 그리고
    상기 데이터 패턴과 상기 게이트 절연층 및 상기 보호막과의 식각 선택비가 1 : 15 이상인 식각 조건에서 상기 게이트 패드를 노출시키는 단계를 포함하는 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 데이터 패드 및 드레인 전극을 노출시키는 단계는 SF6+HCl 또는 SF6+Cl2 가스를 사용하고, 상기 게이트 패트를 노출시키는 단계는 CF4/O2 가스를 사용하는 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  13. 제10항에서,
    상기 드레인 전극, 데이터 패드 및 상기 게이트 패드의 일부가 드러나도록 하는 단계는,
    상기 보호막 상부에 포토 레지스트막을 도포하고 상기 게이트 패드, 데이터 패드 및 드레인 전극에 대응하는 위치에 개구부를 가지는 상기 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계,
    상기 데이터 패드 및 드레인 전극을 노출시키는 단계,
    4불화탄소(CF4)와 수소(H2) 또는 염화수소(HCl)를 혼합한 가스를 플라스마 상태에서 이용하여 상기 기판 상부에 고분자막을 형성하는 단계, 그리고
    상기 데이터 패턴과 상기 게이트 절연층 및 상기 보호막과의 식각 선택비가 1 : 15 이상인 식각 조건에서 상기 게이트 패드를 노출시키는 단계를 포함하는 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 게이트 패드를 노출시키는 단계는 CF4/O2 가스를 사용하고, 상기 데이터 패드 및 드레인 전극을 노출시키는 단계는 SF6+HCl, SF6+Cl2 또는 상기 CF4/O2 가스를 사용하는 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  15. 제10항에서,
    상기 드레인 전극, 데이터 패드 및 상기 게이트 패드의 일부가 드러나도록 하는 단계는,
    상기 보호막 상부에 포토 레지스트막을 도포하고 상기 게이트 패드, 데이터 패드 및 드레인 전극에 대응하는 위치에 개구부를 가지는 상기 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계,
    상기 포토 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 데이터 패드, 드레인 전극 및 게이트 패드를 CF4+O2 가스를 이용하여 노출시키는 식각 단계를 포함하는 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 식각 단계에서 CF4에 대한 O2 가스의 비율은 10:4 이하로 하는 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  17. 제1항에서,
    상기 기판의 크기는 370*470mm2 이상인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  18. 제1항에서,
    상기 데이터 패턴의 두께는 0.3~2.0μm 범위인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  19. 제1항에서,
    상기 데이터선의 폭은 3.0~10.0μm 범위인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  20. 기판 위에 금속막을 적층하는 단계,
    식각액을 이용하여 상기 금속막을 패터닝하여 게이트선, 게이트 패드 및 게이트 전극을 포함하는 게이트 패턴을 형성하는 단계,
    상기 기판 위에 게이트 절연막을 적층하는 단계,
    상기 게이트 절연막 상부에 도핑되지 않은 비정질 규소층 및 도핑된 비정질 규소층을 형성하는 단계,
    알루미늄 또는 알루미늄 합금과 몰리브덴 또는 몰리브덴-텅스텐 합금으로 이루어진 이중 또는 삼중의 도전막을 적층하는 단계,
    상기 이중 또는 삼중의 도전막을 이방성 건식 식각으로 패터닝하여 데이터선, 소스/드레인 전극 및 데이터선과 연결되어 있는 데이터 패드를 포함하는 데이터 패턴을 형성하는 단계,
    상기 데이터 패턴을 마스크로 하여 상기 도핑된 비정질 규소층을 식각하는 단계,
    보호막을 적층하는 단계,
    상기 보호막을 상기 게이트 절연막과 함께 패터닝하여 상기 드레인 전극, 데이터 패드 및 게이트 패드의 일부가 드러나도록 하는 단계,
    투명 도전막을 적층하는 단계, 그리고
    상기 투명 도전막을 식각하여 상기 게이트 패드와 접속되는 게이트 도전막 및 상기 드레인 전극과 접속되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  21. 제20항에서,
    상기 이방성 건식 식각용 기체는 F계 또는 Cl계 기체인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  22. 제20항에서,
    상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 식각하는 이방성 건식 식각용 기체는 Cl계 기체인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  23. 제20항에서,
    상기 몰리브덴 또는 몰리브덴-텅스텐 합금을 식각하는 이방성 건식 식각용 기체는 F계 기체인 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  24. 20°이상의 경사각을 가지는 테이퍼 구조로 이루어져 있으며, 게이트 전극을 가지는 게이트선,
    상기 게이트선을 덮는 게이트 절연막,
    상기 게이트 전극의 게이트 절연막 상부에 형성되어 있는 반도체층,
    적어도 일부는 상기 반도체층 상부에 위치하는 소스 전극을 가지는 데이터선,
    적어도 인부는 상기 반도체층 상부에 위치하며, 상기 게이트 전극을 중심으로 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극,
    상기 반도체층을 덮고, 측벽이 테이퍼 구조로 이루어져 상기 드레인 전극을 드러내는 제1 접촉 구멍을 가지는 보호막,
    상기 보호막 상부에 형성되어 상기 제1 접촉 구멍을 통하여 상기 드레인 전극과 연결되어 있는 화소 전극을 포함하며,
    상기 보호막은 측벽이 테이퍼 구조로 이루어져 있으며, 상기 데이터선의 끝부분을 드러내는 제2 접촉 구멍과 상기 게이트 절연막과 상기 게이트선의 끝부분을 드러내는 제3 접촉 구멍을 가지는 박막 트랜지스터 기판.
  25. 제24항에서,
    상기 제3 접촉 구멍에서 상기 게이트 절연막의 측벽 경사각과 상기 보호막의 측벽 경사각은 서로 다른 박막 트랜지스터 기판.
  26. 제24항에서,
    상기 게이트선의 끝 부분에 인접하게 배치되어 있으며, 상기 데이터선과 동일한 층으로 이루어진 보조 패드를 더 포함하며,
    상기 보호막은 상기 보조 패드를 드러내는 제4 접촉 구멍을 가지는 박막 트랜지스터 기판.
  27. 제24항 또는 제25항 중 한 항에서,
    상기 제2 내지 제4 접촉 구멍을 통하여 상기 게이트선의 끝 부분 또는 상기 데이터선의 끝 부분에 연결되어 있는 패드용 전극을 더 포함하는 박막 트랜지스터 기판.
  28. 제24항에서,
    상기 게이트선 또는 상기 데이터선은 제1 도전막을 포함하며, 상기 도전막은 원자 백분율 0.01%∼20% 미만의 텅스텐과 나머지 몰리브덴 및 불가피한 불순물로 이루어진 몰리브덴 텅스텐 합금으로 이루어진 박막 트랜지스터 기판.
  29. 제28항에서,
    상기 제1 도전막의 하부에 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 제2 도전막을 더 포함하는 박막 트랜지스터 기판.
  30. 제29항에서,
    알루미늄 합금은 알루미늄과 원자 백분율 5% 이하의 희토류 금속 또는 전이 금속으로 이루어진 박막 트랜지스터 기판.
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