KR100696262B1 - 액정표시장치의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식각 공정을 단축함과 아울러 하부의 금속 패턴을 손상시키지 않으면서 ITO 패턴을 형성하기에 적합한 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치의 제조방법은 투명기판 상에 ITO로된 투명도전막을 형성하는 단계와, 투명도전막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 포토 레지스트 패턴에 의해 노출되어진 투명도전막 부분을 환원시키는 단계와, 노출되어진 투명도전막 부분을 식각용액에 의해 식각하는 단계를 포함한다.
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래 기술에 따른 액정표시장치의 제조 공정도
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 공정도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
31 : 투명기판 33 : 게이트전극
35 : 게이트절연막 37 : 활성층
39 : 오믹접촉층 41,43 : 소오스 및 드레인전극
45 : 패시베이션층 47 : 접촉홀
49 : 투명도전막 50 : 포토레지스트층
51 : 화소전극
본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 ITO로 된 화소전극의 형성 시에 이용되는 식각 공정 기간이 단축되게 하는 액정표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 게이트전극, 게이트절연막, 활성층, 오믹접촉층, 소오스 및 드레인전극으로 구성된 박막트랜지스터(Thin Film Transistor)로 이루어진 스위칭 소자와 화소(pixel) 전극이 형성된 하판과 칼라필터가 형성된 상판 사이에 주입된 액정으로 이루어진다.
액정표시장치에서 스위칭소자인 박막트랜지스터와 이에 연결된 화소전극으로 구성된 단위 화소가 하부 기판 상에 각각 N×M(여기서, N 및 M은 자연수)개가 매트릭스(matric) 상태로 종횡으로 배열되고, 이 박막트랜지스터 게이트전극들과 드레인전극들에 신호를 전달하는 N개의 게이트라인과 M개의 데이터라인이 게이트라인과 교차되어 형성된다.
그리고, 화소전극은 액정표시장치의 개구율을 증가시키기 위해 데이터라인 및 게이트라인과 중첩시켜 형성한다. 이렇게 게이트 전극과과 데이터라인에 중첩되는 화소전극은 통상 투명한 전도성물질인 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide : ITO)로 형성되게 된다. 화소전극을 형성하는 ITO는 폴리의 구조를 가지기 때문에 충분할 정도의 식각 속도가 얻어지게끔 HCl계 또는 C2H2O4계의 식각 용액에 의해 식각되게 된다. 이러한 식각 용액은 ITO의 하부에 있는 금속패턴을 형성하는 물질로서 사용될 수 있는 금속물질의 선택 폭이 줄어들게 함은 물론 이거니와 ITO의 하부의 금속 패턴이 손상될 수 있게 한다.
도 1a 내지 도1e는 종래 기술에 따른 액정표시장치의 제조 공정도이다.
도 1a를 참조하면, 투명기판(11) 상에 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 알루미늄 또는 구리(Cu) 등을 증착하여 금속박막을 형성한다. 그리고, 금속박막을 습식 방법을 포함하는 포토리쏘그래피 방법으로 투명기판(11)의 소정 부분에만 잔류하도록 패터닝하여 게이트전극(13)을 형성한다.
도 1b를 참조하면, 투명기판(11) 상에 게이트전극(13)을 덮도록 게이트절연막(15), 활성층(17) 및 오믹접촉층(19)을 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition : 이하, CVD라 칭함) 방법으로 순차적으로 형성한다. 상기에서 게이트절연막(15)은 산화실리콘 또는 질화실리콘 등의 절연물질을 증착하여 형성하고, 활성층(17)은 불순물이 도핑되지 않은 비정질실리콘 또는 다결정실리콘으로 형성된다. 또한, 오믹접촉층(19)은 N형 또는 P형의 불순물이 고농도로 도핑된 비정질실리콘 또는 다결정실리콘으로 형성된다.
오믹접촉층(19) 및 활성층(17)의 소정 부분을 이방성식각을 포함하는 포토리쏘그래피 방법으로 게이트절연막(15)이 노출되도록 패터닝한다. 이 때, 활성층(17) 및 오믹접촉층(19)은 게이트전극(13)과 대응하는 부분에만 잔류되도록 한다.
도 1c를 참조하면, 게이트절연막(15) 상에 몰리브덴(Mo), 티타늄 또는 탄탈륨 등의 금속이나, MoW, MoTa 또는 MoNb 등의 몰리브덴 합금(Mo alloy)을 오믹접촉층(19)을 덮도록 CVD 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착한다. 상기에서 증착된 금속 또는 금속합금은 오믹접촉층(19)과 오믹 접촉을 이룬다.
그리고, 금속 또는 금속합금을 게이트절연막(15)이 노출되도록 포토리쏘그래 피 방법으로 패터닝하여 소오스 및 드레인전극(21)(23)을 형성한다. 이 때, 소오스 및 드레인전극(21)(23) 사이의 게이트전극(13)과 대응하는 부분의 오믹접촉층(19)도 패터닝되도록 하여 활성층(17)을 노출시킨다. 상기에서 활성층(17)의 소오스 및 드레인전극(21)(23) 사이의 게이트전극(13)과 대응하는 부분은 채널이 된다.
도 1d를 참조하면, 투명기판(11) 상에 상술한 구조를 덮도록 아크릴(acryl)계 유기화합물, BCB(β-stagged-divinyl-siloxane benzocyclobutene) 또는 PFCB(perfluorocyclobutane) 등의 유전 상수가 작은 유기 절연물을 증착하고 큐어링(curing)하여 패시베이션층(25)을 형성한다. 패시베이션층(25)을 패터닝하여 드레인전극(23)을 노출시키는 접촉홀(27)을 형성한다. 패시베이션층(25) 상에는 접촉홀(27)을 통해 드레인전극(23)과 접촉되게 투명한 전도성물질인 ITO(29)가 증착되게 된다. 이러한 ITO(29)는 막질의 균일성을 가지게끔 고온의 상태로 성막되게 된다. 따라서, ITO(29)의 막질은 폴리의 구조를 가지게 된다. 또한, ITO(20)의 표면에는 접촉홀(27) 및 화소 영역을 덮게끔 포토레지스트 패턴(30)이 형성되게 된다.
도 1e에 있어서, ITO(29)는 식각 용액에 의해 식각됨으로써 패턴닝되게 된다. 식각 용액으로는 폴리의 구조를 가지는 ITO를 가능한 빠른 시간 내에 식각할 수 있는 HCl계 또는 C2H2O4계의 식각 용액이 사용되게 된다.
그러나, HCl계의 식각 용액은 식각 속도가 빨라 ITO의 하부에 있는 금속 패턴까지도 식각되게 하여 하부의 금속 패턴이 손상될 수 있다. 이로 인하여, 하부의 금속 패턴은 HCl계의 식각 용액에 쉽게 식각되진 않는 물질로 제한되게 된다. 한편, C2H2O4계의 식각 용액은 고온으로 가열되어진 상태에서 사용되어 하부금속 패턴을 손상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 식각 공정을 단축함과 아울러 하부의 금속 패턴을 손상시키지 않으면서 ITO 패턴을 형성하기에 적합한 액정표시장치의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법은 투명기판 상에 ITO로된 투명도전막을 형성하는 단계와, 투명도전막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 포토 레지스트 패턴에 의해 노출되어진 투명도전막 부분을 환원시키는 단계와, 노출되어진 투명도전막 부분을 식각용액에 의해 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2a 내지 도2e는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 공정도이다.
도 2a를 참조하면, 투명기판(31) 상에 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)를 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 증착하거나, 또는, 무전해 도금방법으로 도포하여 금속박막을 형성한다. 상기에서 투명기판(31)으로 유리, 석영 또는 투명한 플라스틱 등이 사용될 수도 있다. 그리고, 금속박막을 습식 방법을 포함하는 포토리쏘그래피 방법으로 투명기판(31)의 소정 부분에만 잔류하도록 패터닝하여 게이트전극(33)을 형성한다.
도 2b를 참조하면, 투명기판(31) 상에 게이트전극(33)을 덮도록 게이트절연막(35), 활성층(37) 및 오믹접촉층(39)을 CVD 방법으로 순차적으로 형성한다. 상기에서 게이트절연막(35)은 질화실리콘 또는 산화실리콘 등의 절연물질을 증착하여 형성하고, 활성층(37)은 불순물이 도핑되지 않은 비정질실리콘 또는 다결정실리콘으로 형성된다. 또한, 오믹접촉층(39)은 N형 또는 P형의 불순물이 고농도로 도핑된 비정질실리콘 또는 다결정실리콘으로 형성된다.
오믹접촉층(39) 및 활성층(37)의 소정 부분을 이방성식각을 포함하는 포토리쏘그래피 방법으로 게이트절연막(35)이 노출되도록 패터닝한다. 이 때, 활성층(37) 및 오믹접촉층(39)은 게이트전극(33)과 대응하는 부분에만 잔류되도록 한다.
도 2c를 참조하면, 게이트절연막(35) 상에 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 티타늄 또는 탄탈륨 등의 금속이나, MoW, MoTa 또는 MoNb 등의 몰리브덴 합금(Mo alloy)을 오믹접촉층(39)을 덮도록 CVD 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 증착한다. 상기에서 증착된 금속 또는 금속합금은 오믹접촉층(39)과 오믹 접촉을 이룬다.
그리고, 금속 또는 금속합금을 게이트절연막(35)이 노출되도록 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 소오스 및 드레인전극(41)(43)을 형성한다. 이 때, 소오스 및 드레인전극(41)(43) 사이의 게이트전극(33)과 대응하는 부분의 금속 또는 금속 합금과 오믹접촉층(39)도 패터닝되도록 하여 활성층(37)을 노출시킨다. 상기에서 활성층(37)의 소오스 및 드레인전극(41)(43) 사이의 게이트전극(33)과 대응하는 부분은 채널이 된다.
도 2d를 참조하면, 투명기판(31) 상에 상술한 구조를 덮는 패시베이션층(45)을 형성한다. 상기에서 패시베이션층(45)을 아크릴(acryl)계 유기화합물, BCB(benzocyclobutene) 또는 PFCB(perfluorocyclobutane) 등의 유전 상수가 3 이하로 질화실리콘 및 산화실리콘 등의 무기 절연물 보다 작은 유기 절연물로 형성한다. 패시베이션층(45)을 패터닝하여 드레인전극(43)을 노출시키는 접촉홀(47)을 형성한다. 패시베이션층(45) 상에 ITO로 된 투명도전막(49)을 형성한다. 투명도전막(49)은 200∼250℃ 정도의 온도에서 접촉홀(47)을 통해 드레인전극(43)과 접촉되게 형성됨으로써 폴리의 구조를 가지게 된다. 또한, 투명도전막(49)의 표면에는 접촉홀(47) 및 화소 영역을 덮게끔 포토레지스트 패턴(51)이 마련되게 된다. 이 포토레지스트 패턴(51)은 포토레지스트를 투명도전막(49)의 전표면에 균일한 두께로 도포한 다음, 그 도포되어진 포토레지스트층을 노광 및 현상함에 의해 형성되게 된다.
포토레지스트 패턴(51)이 마련되어진 투명기판(31)을 수소(H2) 플라즈마 분위기에 노출시켜 포토레지스트 패턴(51)에 의해 노출되어진 투명도전막(49) 부분에 대하여 수소 플라즈마 처리가 실시되게 한다. 포토레지스트 패턴(51) 사이로 노출되어진 투명도전막(49)의 부분은 자신의 주성분, 즉 ITO의 주성분인 In2O3가 수소 플라즈마와 반응하여 환원됨으로써 흑화되게 된다. 이러한 수소 플라즈마 처리 시에 나타나는 In2O3의 환원은 화학식 1 및 2와 같이 표현될 수 있다.
다시 말하여, 수소 플라즈마에 노출되어진 투명도전막(49) 부분에 포함되어진 인듐이 산화되게 된다. 이때, 포토레지스트 패턴(51)이 덮여진 투명도전막(49) 부분은 수소 플라즈마에 노출되지 않으므로 환원(또는 흑화)되지 않게 된다.
도2e를 참조하면, 투명도전막 패턴(49A)가 접촉 홀(47) 및 화소 영역을 덮게끔 패시베이션층(45) 상에 형성되게 된다. 이 투명도전막 패턴(49A)은 투명도전막(49)중 포토레지스트 패턴(51)에 의해 노출되어진 흑화된 부분이 식각 용액에 의해 식각됨으로써 마련되게 된다. 이 때, 투명도전막(49)중 노출되어진 부분(즉, 환원되어진 부분)은 HCl계 및 C2H2O4계의 식각 용액이 아닌 것에 의해서 빠르게 식각되게 된다. 이는 노출된 투명도전막(49) 부분의 주성분인 In2O 및 2InO이 식각 용액과 빠르게 반응하는 것에 기인한다. 이에 따라, 투명도전막(49)의 하부에 있는 금속 패턴은 물질의 제한을 받지 않게 된다. 한편, 투명도전막(49)가 HCl계의 식각 용액에 의해 식각될 경우에는 식각 공정에 소요되는 시간이 1/10로 단축될 수 있다. 투명도전막(49)이 C2H2O4계의 식각 용액에 의해 식각될 경우, 저온에서 식각됨으로써 투명도전막(49)의 하부에 있는 금속 패턴이 손상되지 않게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법은 식각하고자 하는 ITO의 투명도전막 부분이 수소 플라즈마에 의하여 환원(즉, 산화)되게 하여 식각 용액과 빠르게 반응하게 한다. 이에 따라, ITO의 투명도전막은 HCl계 및 C2H2O
4계가 아닌 식각 용액에 의해서 빠르게 식각되게 된다. 이 결과, 투명도전막의 하부에 있는 도전 패턴은 물질의 제한을 받지 않게 됨은 물론 이거니와 투명도전막의 식각 시에도 손상되지도 않게 된다. 또한, 투명도전막은 HCl계의 식각 용액에 의해 식각될 경우에 식각 공정에 소요되는 시간이 1/10로 단축할 수 있다. 나아가, 투명도전막은 C2H2O4계의 식각 용액에 의해 식각될 경우에는 저온에서 식각을 가능하게 하여 자신의 하부에 있는 금속 패턴이 손상되지 않게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야 할 것이다.
Claims (4)
- 투명기판 상에 ITO로 된 투명도전막 패턴을 포함하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서,상기 투명기판 상에 ITO로된 투명도전막을 형성하는 단계와,상기 투명도전막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와,상기 포토 레지스트 패턴에 의해 노출되어진 상기 투명도전막 부분을 환원시키는 단계와,상기 환원된 투명도전막 부분을 식각용액에 의해 전부 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 환원 단계는 상기 포토레지스트 패턴에 의해 노출되어진 상기 투명도전막 부분에 대하여 수소 플라즈마 처리가 수행되게 하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 식각 단계는 HCl계의 식각 용액에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
- 상기 식각 단계는 C2H2O4계의 식각 용액에 의해 식각되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조방법.
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