KR100502796B1 - 인듐 틴 옥사이드용 식각액 및 이를 이용한액정 표시 장치의제조 방법 - Google Patents

인듐 틴 옥사이드용 식각액 및 이를 이용한액정 표시 장치의제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 ITO용 식각액은 염산(HCl), 초산(CH3COOH), 질산(HNO3) 및 탈염수(H2O)로 이루어져 있다. 여기서, 경시 변화를 줄이기 위하여 최대 37%의 초산을 함유하는 것이 바람직하며 몰리브덴 합금으로 이루어진 배선을 침식시키지 않도록 하기 위하여는 0.2 내지 0.6vol%로 함유하는 것이 바람직하다.

Description

인듐 틴 옥사이드용 식각액 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법
본 발명은 ITO용 식각액 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 표시 장치는 전기적인 신호를 시각 영상으로 변환시켜 인간이 직접 정보를 인식할 수 있도록 하는데 사용되는 전기 광학적인 장치이다.
이러한 표시 장치 중 액정 표시 장치는 전계를 인가하여 액정 분자의 배열을 변화시켜 액정의 광학적 성질을 이용하는 표시 장치이다. 이때, 전계를 인가하기 위서는 전극이 필요하며, 이러한 전극은 도전성 및 투명성이 요구되며, 이에 적합한 ITO(indium tin oxide)가 주로 사용되고 있다.
이러한 액정 표시 장치 제조 방법은 금속으로 이루어진 배선을 형성하고, 배선을 덮는 보호막을 형성하고, ITO막을 적층하고 패터닝하여 투명 전극을 형성하는 순서로 이루어진다. 일반적으로 ITO막을 패터닝하는데 사용되는 식각액은 HCl+HNO3+H2O이며, 배선은 저저항을 가지는 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo alloy) 등과 같은 금속 물질을 사용한다. 그런데, 이러한 금속 물질 특히, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금은 염산(HCl), 질산(HNO3) 및 탈염수(H2O)로 이루어진 식각액에 의하여 침식이 잘되기 때문에 배선과 ITO막 사이에 형성되어 있는 보호막이 손상되거나 미세한 구멍이 형성되는 경우에는 금속 배선 특히, 보호막 하부에 있는 소스/드레인 전극 및 이들과 연결된 금속 배선이 단선되는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 식각액을 염산(HCl), 초산(CH3COOH) 및 탈염수(H2O)로 사용하면, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금은 침식되지 않아 보호막이 손상되거나 미세한 구멍이 형성되더라도 배선은 단선되지 않는다.
그러나, 염산(HCl), 초산(CH3COOH) 및 탈염수(H2O)로 이루어진 식각액은 염산(HCl), 질산(HNO3) 및 탈염수(H2O)로 이루어진 식각액에 비하여 식각비가 1/2 정도밖에 나타나지 않으며, 염산(HCl), 초산(CH3COOH) 및 탈염수(H2O)로 이루어진 식각액이 염산(HCl), 질산(HNO3) 및 탈염수(H2O)로 이루어진 식각액에 비하여 경시 변화가 심하게 나타난다. 즉, 시간이 경과할수록 식각비가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명에 과제는 경시 변화가 적은 동시에 배선을 침식시키지 않는 조건에서 식각비가 우수한 ITO용 식각액을 제공하기 위한 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 ITO용 식각액은 염산(HCl), 초산(CH3COOH), 질산(HNO3) 및 탈염수(H2O)를 포함한다.
이때, 경시 변화를 줄이기 위하여 초산(CH3COOH)의 함량은 37 vol% 이하로 포함한다. 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금과 같은 금속 물질로 배선을 형성하는 경우에 식각비를 증가시키기 위해서 질산(HNO3)의 함량은 0.2 내지 0.6 vol% 범위인 것이 바람직하다.
여기서, 염산(HCl)의 함량은 17 vol% 이하인 것이 바람직하다.
이러한 본 발명에 따른 식각액은 ITO막을 투명 도전막으로 사용하고, 게이트선 또는 데이터선과 같은 신호 배선을 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 사용하는 액정 표시 장치의 제조 방법에서 ITO막을 패터닝하는 경우에 사용된다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 ITO용 식각액 및 이를 이용한 액정 표시 장치의 제조 방법의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 염산(HCl), 초산(CH3COOH), 질산(HNO3) 및 탈염수(H2O)를 포함한 ITO용 식각액에서 초산(CH3COOH)의 함유율에 대한 경시 변화에 따른 ITO막의 식각비 변화율을 도시한 그래프이다.
여기서, 가로축은 초산(CH3COOH)의 함유율(vol%)을 나타낸 것이고, 세로축은 6 시간이 경과한 후의 식각비 변화율을 나타낸 것이다.
이때, 식각비는 5 Å/sec를 기준으로 하여 식각비의 변화율을 나타낸 것이며, 질산은 0.4 vol%이고, 염산은 16.15 vol%이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 식각액 HCl+CH3COOH+HNO3+H2O를 이용하여 ITO막을 식각한 결과, 초산의 함량이 37vol% 이상인 경우에는 식각비 변화율이 초기의 식각비 5 Å/sec를 기준으로 6 시간이 경과한 후에 2.0 Å/sec 이상으로 측정되었다. 즉, 초산의 휘발성으로 인하여 6 시간이 경과한 후에는 HCl+CH3COOH+HNO3+H2O에 대한 식각비가 40% 이상 변화되어 공정 적용시 신뢰도가 떨어진다는 것을 알 수 있다. 그러나, 초산의 함량을 줄일수록 식각비의 변화율이 떨어짐을 알 수 있다. 그러므로, 식각액 HCl+CH3COOH+HNO3+H2O에서의 초산의 함량을 37 vol% 이하로 하면, 공정에서 안정적인 식각액으로 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ITO용 식각액에 대한 ITO막의 식각비를 도시한 그래프이다.
여기서, 가로축은 HNO3의 함유율(vol%)을 나타낸 것이고, 세로축은 ITO막의 식각비를 나타낸 것이다.
이때, 초산은 37 vol% 이하이고, 염산은 16.15 vol%이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 식각액 HCl+CH3COOH+HNO3+H2O를 이용하여 ITO막을 식각한 결과, 질산을 0.2 vol% 이상으로 첨가하게 되면 ITO막의 식각비가 질산을 첨가하지 않았을 때보다 두 배 이상으로 증가하게 되며, 0.4 vol% 이상으로 질산을 첨가하는 경우에는 ITO막의 식각비가 거의 일정하게 나타남을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 식각액 HCl+CH3COOH+HNO3+H2O를 이용하여 ITO막을 식각하는 경우에 질산의 함량은 0.2 vol% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 질산의 함량이 0.6 vol% 이상인 경우에는 몰리브덴 혹은 몰리브덴 합금, 특히 몰리브덴-텅스텐 합금(MoW alloy)으로서 10 wt%의 텅스텐이 함유되어 있는 몰리브덴-텅스텐 합금막을 침식시키므로 질산의 함량을 0.6 vol% 이하로 하는 것이 바람직하다.
다음은, 도면을 참조하여 ITO용 식각액을 적용한 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3에서 II-II'선을 따라 절단한 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 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 박막 트랜지스터의 채널층을 형성하기 위한 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)층(400) 및 채널층과 소스/드레인 전극 사이의 접촉 저항을 줄이기 위한 접촉층인 n+ 불순물로 고농도로 도핑된 수소화된 비정질 실리콘층(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 실리콘층(510) 위에 형성되어 있으며, 소스 전극(610)의 맞은 편에 위치한 도핑된 비정질 실리콘층(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.
데이터 패턴(600, 610, 620, 630) 및 이 데이터 패턴으로 가려지지 않은 비정질 실리콘층(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.
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 신호를 게이트선(200)에 전달하는 게이트 패드용 ITO 전극(810), 접촉 구멍(730)을 통하여 데이터 패드(630)와 접속되어 외부로부터의 신호를 데이터선(600)에 전달하는 데이터 패드용 ITO 전극(820)이 형성되어 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 도시한 단면도이다.
그러면, 도 3 및 도 4에 도시한 구조의 박막 트랜지스터 기판을 제조하는 방법에 대하여 도 5a 내지 도 5d를 참고로 하여 설명한다. 본 실시예에서 제시하는 제조 방법은 5장의 마스크를 이용한 제조 방법이다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(100) 위에 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막과 몰리브덴-텅스텐 합금막을 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 5a에 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 5a에 도시하지는 않았지만, 게이트선(210) 역시 이중막으로 이루어진다.
여기서, 게이트 패턴은 알루미늄, 알루미늄 합금, 몰리브덴 및 몰리브덴-텅스텐합금 중 하나의 물질을 증착하여 단일막으로 형성할 수도 있다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 질화 규소로 이루어진 게이트 절연층(300), 수소화된 비정질 실리콘층(400) 및 N형의 불순물로 고농도로 도핑된 수소화된 비정질 실리콘층(500)을 각각 차례로 적층한 후, 도핑된 비정질 실리콘층(500) 및 비정질 실리콘층(400)을 제2 마스크를 이용하여 사진 식각한다.
도 5c에 도시한 바와 같이, 몰리브덴 또는 텅스텐을 포함하는 몰리브덴-텅스텐 합금막을 적층한 후, 제3 마스크를 이용하여 습식 식각하여 데이터선(600), 소스 전극(610) 및 드레인 전극(620) 및 데이터 패드(630)를 포함하는 데이터 패턴을 형성한다.
데이터 패턴은 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금 중 하나의 단일막 또는 이들을 조합한 이중막으로 형성할 수도 있다. 또한 저항을 낮추기 위하여 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막을 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금막의 하부에 추가할 수도 있다. 특히, 몰리브덴 합금의 경우에 10 wt% 정도의 텅스텐이 함유되어 있는 몰리브덴-텅스텐 합금을 사용한다.
이어 데이터 패턴(600, 610, 620, 630)을 마스크로 삼아 노출된 도핑된 비정질 실리콘층(500)을 식각하여 게이트 전극(210)을 중심으로 양쪽으로 분리시키는 한편, 양 도핑된 비정질 실리콘층(510, 520) 사이의 비정질 실리콘층(400)을 노출시킨다.
도 5d에 도시한 바와 같이, 질화 규소로 이루어진 보호막(700)을 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.
마지막으로, 도 4에 도시한 바와 같이, ITO를 적층하고 제5 마스크를 이용하여 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.
이때, ITO막은 HCl+CH3COOH+HNO3+H2O로 이루어진 식각액을 이용하여 식각하며, 경시 변화에 대한 식각비 변화율을 줄이기 위해서는 초산의 함량을 37 vol% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 식각액 HCl+CH3COOH+HNO3+H2O에 대한 ITO막의 식각비를 증가시키기 위하여 질산의 함량은 0.2 vol% 이상으로 하는 것이 바람직하며, 식각시 보호막(700)이 손상되어 식각액이 보호막(700)의 하부로 스며들어 데이터 패턴(600, 610, 620, 630)을 침식시키는 것을 방지하기 위하여 질산의 함량을 0.6 vol% 이하로 하는 것이 바람직하다.
이때, 염산(HCl)의 함량의 17 vol% 이하이다.
상기와 같이, 염산, 초산, 질산 및 탈염수를 함유하며 총부피에 대하여 37vol% 이하의 초산을 함유하는 ITO용 식각액을 이용함으로써 ITO막의 식각비를 증가시킬 수 있는 한편, 염산 및 질산의 함량을 동시에 조절함으로써 ITO 하부에 형성되어 있는 데이터선의 동시 식각을 방지할 수 있는 효과도 있다. 이로써, 경시 변화에 따른 공정의 안정성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 ITO용 식각액에 함유되어 있는 초산(CH3COOH)의 함유율에 대한 경시 변화에 따른 ITO막의 식각비 변화율을 도시한 그래프이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ITO용 식각액에 대한 ITO막의 식각비를 도시한 그래프이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 구조를 도시한 평면도이고,
도 4는 도 3에서 II-II'선을 따라 절단한 단면도이고,
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법을 도시한 단면도이다.

Claims (9)

  1. 염산(HCl), 초산(CH3COOH), 질산(HNO3) 및 탈염수(H2O) 성분으로 이루어진 식각액에서, 상기 초산(CH3COOH)은 식각액의 총부피에 대하여 최대 37 vol% 함유되어 있는 ITO용 식각액.
  2. 제1항에서,
    상기 질산(HNO3)은 상기 식각액의 총부피에 대하여 0.2 내지 0.6 vol%로 함유되어 있는 ITO용 식각액.
  3. 제1항에서,
    상기 염산(HCI)은 상기 식각액의 총부피에 대하여 최대 17 vol% 함유되어 있는 ITO용 식각액.
  4. 기판 위에 게이트선, 게이트 패드 및 게이트 전극을 포함하는 게이트 패턴을 형성하는 단계,
    상기 기판 위에 게이트 절연막을 적층하는 단계,
    상기 게이트 절연막 상부에 채널층 및 접촉층을 형성하는 단계,
    데이터선 및 소스/드레인 전극을 형성하는 단계,
    상기 데이트선 및 소스/드레인 전극 위에 보호막을 적층한 후 상기 드레인 전극의 일부가 드러나도록 상기 보호막에 접촉 구멍을 형성하는 단계,
    투명 도전 물질인 ITO막을 적층하는 단계, 및
    식각액으로서 염산(HCl), 초산(CH3COOH), 질산(HNO3) 및 탈염수(H2O)로 이루어지며 상기 초산(CH3COOH)이 식각액의 총부피에 대하여 최대 37 vol% 함유되어 있는 ITO용 식각액을 이용하여 화소 전극을 식각하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 데이터 패턴은 몰리브덴 또는 텅스텐과 몰리브덴 및 불가피한 불순물로 이루어진 몰리브덴-텅스텐 합금막으로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 보호막은 질화 규소로 이루어진 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  7. 제4항에서,
    상기 질산(HNO3)은 상기 식각액의 총부피에 대하여 0.2 내지 0.6 vol% 함유되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 염산(HCI)은 상기 식각액의 총부피에 대하여 최대 17 vol% 함유되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 몰리브덴-텅스텐 합금막에서 텅스텐 10 wt% 함유되어 있는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법.
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