KR101143005B1 - 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 및 박막트랜지스터 표시판의 제조 방법 - Google Patents
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- H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14689—MOS based technologies
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
Abstract
광마스크가 반투과부를 가지며 반투과부에는 빛의 투과율을 조절하기 위한 반투과막이 형성되어 있다. 이때, 반투과막은 입사광에 대하여 -120도에서 120도 사이의 범위에서 위상차(phase difference)를 발생시키며 반투과부는 빛의 대부분을 통과시키는 투과부에 대하여 20-40% 범위의 투과율을 가진다. 이와 같은 마스크를 이용한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서는 소스 전극 및 드레인 전극을 분리할 때 다른 부분보다 두께가 얇은 부분을 소스 및 드레인 전극의 사이에 형성한다.
마스크, 투과율, 위상차, 감광막, 노광
Description
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 2 및 도 3 각각은 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 II-II' 선 및 III-III' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 첫 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 5a 및 5b는 각각 도 4에서 Va-Va' 선 및 Vb-Vb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며,
도 6a 및 6b는 각각 도 4에서 Va-Va' 선 및 Vb-Vb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 5a 및 도 5b 다음 단계에서의 단면도이고,
도 7a 및 7b는 각각 도 4에서 Va-Va' 선 및 Vb-Vb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 6a 및 도 6b 다음 단계에서의 단면도이고,
도 8a 및 8b는 각각 도 4에서 Va-Va' 선 및 Vb-Vb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 7a 및 도 7b 다음 단계에서의 단면도이고,
도 9a 및 9b는 각각 도 4에서 Va-Va' 선 및 Vb-Vb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 8a 및 도 8b 다음 단계에서의 단면도이고,
도 10은 도 9a 및 도 9b의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 11a 및 11b는 각각 도 10에서 XIa-XIa' 선 및 XIb-XIb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 12는 도 11a 및 도 11b의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고,
도 13a 및 13b는 각각 도 12에서 XIIIa-XIIIa' 선 및 XIIIb-XIIIb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 마스크의 구조를 구체적으로 도시한 단면도이고,
도 15a 및 도 15b는 각각 0도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 16a 및 도 16b는 각각 30도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 17a 및 도 17b는 각각 40도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 18a 및 도 18b는 각각 50도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 19a 및 도 19b는 각각 60도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 20a 및 도 20b는 각각 70도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 21a 및 도 21b는 각각 80도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 22a 및 도 22b는 각각 90도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 23a 및 도 23b는 각각 100도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 24a 및 도 24b는 각각 110도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 25a 및 도 25b는 각각 120도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고,
도 26a 및 도 26b는 각각 130도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 기판 121, 129 : 게이트선
124 : 게이트 전극 140 ; 게이트 절연막
151, 154 : 반도체 161, 163, 165 : 저항성 접촉 부재
171, 179 : 데이터선 173 : 소스 전극
175 : 드레인 전극 180 : 보호막
181, 182, 185 : 접촉 구멍 190 : 화소 전극
81, 82 : 접촉 보조 부재 400 : 마스크
401 : 기판 402 : 반투과막
403 : 차광막
본 발명은 마스크 및 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자를 제조하기 위한 사진 공정에서 사용하는 마스크 및 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 무겁고 큰 음극선관(cathode ray tube, CRT)을 대신하여 유기 전계 발광 표시 장치(organic electroluminescence display, OLED), 플라스마 표시 장치(plasma display panel, PDP), 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)와 같은 평판 표시 장치가 활발히 개발되고 있다.
PDP는 기체 방전에 의하여 발생하는 플라스마를 이용하여 문자나 영상을 표시하는 장치이며, 유기 EL 표시 장치는 특정 유기물 또는 고분자들의 전계 발광을 이용하여 문자 또는 영상을 표시한다. 액정 표시 장치는 두 표시판의 사이에 들어 있는 액정층에 전기장을 인가하고, 이 전기장의 세기를 조절하여 액정층을 통과하는 빛의 투과율을 조절함으로써 원하는 화상을 얻는다.
이러한 평판 표시 장치 중에서 예를 들어 액정 표시 장치와 유기 EL 표시 장치는 스위칭 소자를 포함하는 화소와 게이트선 및 데이터선을 포함하는 표시 신호선이 구비된 하부 표시판, 하부 표시판과 마주하며 색 필터가 구비되어 있는 상부 표시판, 그리고 표시 신호선에 구동 전압을 인가하는 여러 회로 요소를 포함한다.
이러한 표시판은 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 기판의 상부에 형성된 박막을 패터닝하여 다층의 배선 또는 절연막의 접촉구 등을 형성하여 완성하는 것이 일반적이다.
이때, 생산 비용을 줄이기 위해서는 마스크의 수를 적게 하는 것이 바람직하며, 이를 위하여 중간 두께를 가지는 감광막 패턴을 형성하고, 이를 식각 마스크로 이용하여 서로 다른 박막을 함께 패터닝하는 기술이 개발되고 있으며, 마스크는 중간 두께 부분을 형성하기 위해 빛의 투과율을 조절할 수 있는 반투과부를 포함한다.
감광막 패턴 중에서 중간 두께를 가지는 부분은 초기에 그 하부에 위치하는 박막이 드러나지 않도록 식각되는 것을 방지하는 기능을 가지며, 이후에는 두껍게 남긴 부분을 식각 마스크로 사용하기 위해 에치 백(etch back) 공정을 통하여 완전히 제거되어야 한다. 따라서, 중간 두께 부분은 균일한 두께를 유지해야 한다. 이를 위해서는 마스크의 반투과부가 균일한 투과율을 가져야 한다.
하지만, 반투과부와 투과부의 경계에서 광의 상쇄 간섭과 보상 간섭과 같은 위상 충돌(phase conflict)이 발생하여 감광막의 중간 두께를 가지는 부분이 끊어지거나 두껍게 남는 문제점이 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 제조 공정을 단순화하는 동시에 감광막의 중간 두께를 가지는 부분의 두께를 균일하게 할 수 있는 마스크 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 마스크는 반투과부에는 빛의 투과율을 조절하기 위한 반투과막이 형성되어 있다. 이때, 반투과막은 입사광에 대하여 -120도에서 120도 사이의 범위에서 위상차(phase difference)를 발생시키며 반투과부는 빛의 대부분을 통과시키는 투과부에 대하여 20-40% 범위의 투과율을 가진다. 이와 같은 마스크를 이용한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서는 소스 전극 및 드레인 전극을 분리할 때 다른 부분보다 두께가 얇은 부분을 소스 및 드레인 전극의 사이에 형성한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 마스크는, 빛을 투과시키는 투과부, 빛의 일부분만을 투과시키는 반투과부, 그리고 빛을 차단하는 차광부를 포함하며, 반투과부는 입사광에 대하여 -120도에서 120도 사이의 범위에서 위상차를 발생시킨다.
반투과부는 투과부에 대하여 20-40% 범위의 투과율을 가지며, 반투과부는 위상차를 발생시키는 반투과막을 포함하며, 차광부는 불투명 물질로 이루어진 차광막을 포함하는 것이 바람직하다.
반투과막은 MoSi를 포함하며, 차광막은 크롬을 포함하고, 상기 반투과부는 입사광에 대하여 -70도에서 70도 사이의 범위에서 위상차를 발생시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실시예에 따를 반도체 소자의 제조 방법에서는, 기판 위에 형성되어 있는 둘 이상의 박막 위에 감광막을 도포하고, 하나의 마스크를 사용하여 감광막을 노광하고 현상하여 제1 부분과 제1 부분보다 두꺼운 제2 부분을 포함하는 감광막 패턴을 형성한다. 이어, 감광막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 둘 이상의 박막을 식각한다. 마스크는 제1 부분에 대응하는 위치에 배치되어 있는 반투과막과 제2 부분에 대응하는 위치에 배치되어 있는 차광막을 포함하며, 반투과막은 입 사광에 대하여 -120도에서 120도 범위에서 위상차를 발생시킨다.
반도체 소자는 표시 장치에 사용하며, 표시 장치는 액정 표시 장치 또는 유기 발광 표시 장치이며, 상기 반투과부는 입사광에 대하여 -70도에서 70도 사이의 범위에서 위상차를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서는, 절연 기판 위에 게이트 전극을 가지는 게이트선을 형성하고, 게이트선을 덮는 게이트 절연막을 형성한다. 게이트 절연막 상부에 반도체를 형성하고, 반도체의 상부에 서로 분리되어 있으며, 소스 전극을 가지는 데이터선 및 드레인 전극을 형성하고, 데이터선을 덮으며 드레인 전극을 노출시키는 접촉 구멍을 가지고 있는 보호막을 형성한다. 이어, 접촉 구멍을 통하여 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성한다. 이때, 반도체와 데이터선 및 드레인 전극 형성 단계는 하나의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 이루어지며, 마스크는 통과하는 빛에 대하여 -120도에서 120도 범위에서 위상차를 발생시키는 반투과막을 포함하는 반투과부와 데이터선 및 드레인 전극에 대응하며 차광막을 포함하는 차광부와 차광부와 반투과부를 제외한 투과부를 가진다.
사진 식각 공정에서 마스크를 사용하여 노광 및 현상한 감광막 패턴은 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 채널 영역에 위치하며 제1 두께를 가지는 제1 부분과 제1 두께보다 두꺼운 두께를 가지며 데이터선 및 드레인 전극에 대응하는 배선 영역에 위치하는 제2 부분을 가지는 것이 바람직하다.
사진 식각 공정에서 채널 영역 및 배선 영역은 각각 반투과부 및 차광부에 정렬하는 것이 바람직하다.
반도체와 상기 데이터선 및 드레인 전극 사이에 저항성 접촉 부재를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
반도체, 저항성 접촉 부재, 데이터선 및 드레인 전극 형성 단계는,
게이트 절연막 상부에 규소층, 불순물 규소층 및 도전체층을 적층하는 단계, 도전체층 상부에 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 채널 영역에 위치하며 제1 두께를 가지는 제1 부분과 제1 두께보다 두꺼운 두께를 가지며 데이터선 및 드레인 전극에 대응하는 배선 영역에 위치하는 제2 부분을 가지는 감광막 패턴을 형성하는 단계, 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 배선 영역 및 채널 영역을 제외한 나머지 영역에 대응하는 도전체층을 식각하는 단계, 제1 부분을 제거하여 채널 영역의 도전체층을 드러내는 단계, 나머지 영역에 대응하는 규소층 및 불순물 규소층을 식각하는 단계, 채널 영역에 위치한 도전체층 및 불순물 규소층을 제거하는 단계, 그리고, 제2 부분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반투막은 입사광에 대하여 -70도에서 70도 사이의 범위에서 위상차를 발생시키
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나 타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
우선 본 발명의 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 구조에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 2 및 도 3 각각은 도 1에 도시한 박막 트랜지스터 표시판을 II-II' 선 및 III-III' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
투명한 유리 또는 플라스틱 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 복수의 게이트선(gate line)(121) 및 복수의 유지 전극선(131)이 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있다. 각 게이트선(121)의 복수의 게이트 전극(gate electrode)(124)과 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위하여 면적인 넓은 끝 부분(129)을 포함한다. 게이트 신호를 생성하는 게이트 구동 회로(도시하지 않음)는 기판(110) 위에 부착되는 가요성 인쇄 회로막(flexible printed circuit film)(도시하지 않음) 위에 장착되거나, 기판(110) 위에 직접 장착되거나, 기판(110)에 집적될 수 있다. 게이트 구동 회로가 기판(110) 위에 집적되어 있는 경우 게이트선(121)이 연장되어 이와 직접 연결될 수 있다.
유지 전극선(131)은 소정의 전압을 인가 받으며 게이트선(121)과 거의 나란하게 뻗는다. 각 유지 전극선(131)은 인접한 두게이트선(121) 사이에 위치한다. 그러나 유지 전극선(131)의 모양 및 배치는 여러 가지로 변형될 수 있다.
게이트선(121) 및 유지 전극선(131)은 Al, Al 합금, Ag, Ag 합금, Cr, Ti, Ta, Mo, Cu 등의 금속 따위로 만들어진다. 도 2에 나타난 바와 같이, 본 실시예에서는 게이트선(121)이 물리적 성질이 다른 두 개의 막, 즉 하부막(121p)과 그 위의 상부막(121q)을 포함한다. 하부막(121p)은 게이트 신호의 지연이나 전압 강하를 줄일 수 있도록 낮은 비저항(resistivity)의 금속, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열의 금속으로 이루어지며, 1,000-3,000Å 범위의 두께를 가진다. 이와는 달리, 상부막(121q)은 다른 물질, 특히 IZO(indium zinc oxide) 또는 ITO(indium tin oxide)와의 물리적, 화학적, 전기적 접촉 특성이 우수한 물질 , 이를테면 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금[보기: 몰리브덴-텅스텐(MoW) 합금], 크롬(Cr) 등으로 이루어지며, 100-1,000Å 범위의 두께를 가진다. 하부막(121p)과 상부막(121q)의 조합의 좋은 예로는 순수 알루미늄 또는 알루미늄-네오디뮴(Nd) 합금으로 이루어진 하부막과 몰리브덴으로 이루어진 상부막을 들 수 있다. 도 2에서 게이트 전극(124)의 하부막과 상부막은 각각 도면 부호 124p, 124q로, 게이트선(121) 끝 부분(129)의 하부막과 상부막은 각각 도면 부호 129p, 129q로, 유지 전극선(131)의 하부막과 상부막은 각각 도면 부호 131p, 131q로 표시되어 있다.
하부막(121p, 124p, 129p, 131p)과 상부막(121q, 124q, 129q, 131q)의 측면은 각각 기판(110)의 표면에 대하여 경사져 있으며 그 경사각은 약 30-80° 이다.
게이트선(121)과 유지 전극선(131)의 위에는 질화 규소(SiNx) 등으로 이루어진 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 복수의 데이터선(171)을 비롯하여 복수의 드레인 전극(drain electrode, 175)이 형성되어 있다. 각 데이터선(171)은 주로 세로 방향으로 뻗어 있으며, 각 드레인 전극(175)을 향하여 복수의 분지를 내어 데이터선(171)으로부터 확장된 소스 전극(source electrode)(173)을 가진다. 데이터선(171)의 한쪽 끝 부분에 위치한 접촉부(179)는 외부로부터의 화상 신호를 데이터선(171)에 전달한다.
데이터선(171), 드레인 전극(175)도 게이트선(121)과 마찬가지로 Al, Al 합금, Ag, Ag 합금, Cr, Ti, Ta, Mo, Cu 등의 금속 따위로 만들어지는데, 본 실시예에서는 몰리브덴을 포함하는 도전막의 단일막이다.
데이터선(171), 드레인 전극(175)의 아래에는 데이터선(171)을 따라 주로 세로로 길게 뻗은 복수의 선형 반도체(151)가 형성되어 있다. 비정질 규소 따위로 이루어진 각 선형 반도체(151)는 각 게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)과 중첩하며, 박막 트랜지스터의 채널이 형성되는 채널부(154)를 가진다.
반도체(151)와 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에는 둘 사이의 접촉 저항을 각각 감소시키기 위한 복수의 선형 저항성 접촉 부재(ohmic contact)(161)와 섬형의 저항성 접촉 부재(165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(161)는 실리사이드나 n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 규소 따위로 만들어지며, 소스 전극(173) 하부에 위치하는 저항성 접촉 부재(163)를 가지며, 섬형의 저항성 접촉 부재(165)는 게이트 전극(124)을 중심으로 저항성 접촉 부재(163)와 마주한다.
이때, 반도체(151)는 박막 트랜지스터가 위치하는 채널부(154)를 제외하면 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 그 하부의 저항성 접촉 부재(161, 165,)와 실질적으로 동일한 평면 형태를 가지고 있다. 구체적으로는, 선형 반도체(151)는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 그 하부의 저항성 접촉 부재(161, 165)의 아래에 존재하는 부분 외에도 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이에 이들에 가리지 않고 노출된 부분을 가지고 있다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 위에는 평탄화 특성이 우수하며 감광성을 가지는 유기 물질, 플라스마 화학 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 형성되는 a-Si:C:O, a-Si:O:F 등의 저유전율 절연 물질 또는 질화 규소 따위로 이루어진 보호막(180)이 형성되어 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175)의 적어도 일부와 데이터선(171)의 끝 부분(179)을 각각 노출시키는 복수의 접촉 구멍(185, 182)이 구비되어 있다. 한편, 게이트선(121)의 끝 부분(129)도 외부의 구동 회로와 연결되기 위한 접촉부를 가지데, 복수의 접촉 구멍(181)이 게이트 절연막(140)과 보호막(180)을 관통하여 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러낸다.
보호막(180) 위에는 IZO 또는 ITO로 이루어진 복수의 화소 전극(pixel electrode)(190) 및 복수의 접촉 보조 부재(contact assistant)(81, 82)가 형성되어 있다.
화소 전극(190)은 접촉 구멍(185)을 통하여 드레인 전극(175)과 물리적ㅇ전 기적으로 연결되어 드레인 전극(175)으로부터 데이터 전압을 인가 받는다. 또, 화소 전극(190)은 유지 전극선(131)과 중첩하여 유지 축전기를 형성한다. 유지 전극선(131)은 유지 축전기의 유지 용량을 향상하기 위하여 드레인 전극(175)과도 중첩하도록 형성되어 있다.
데이터 전압이 인가된 화소 전극(190)은 공통 전압(common voltage)을 인가 받는 다른 표시판(도시하지 않음)의 공통 전극(도시하지 않음)과 함께 전기장을 생성함으로써 액정층의 액정 분자들을 재배열시킨다.
또한 앞서 설명한 것처럼, 화소 전극(190)과 공통 전극은 축전기[이하 "액정 축전기(liquid crystal capacitor)"라 함]을 이루어 박막 트랜지스터가 턴 오프된 후에도 인가된 전압을 유지하는데, 전압 유지 능력을 강화하기 위하여 액정 축전기와 병렬로 연결된 다른 축전기를 두며 이를 "유지 축전기(storage electrode)"라 한다. 유지 축전기는 화소 전극(190)과 이와 이웃하는 게이트선(121)[이를 "전단 게이트선(previous gate line)"이라 함] 또는 유지 전극선(131)의 중첩 등으로 만들어진다.
화소 전극(190)은 또한 이웃하는 게이트선(121) 및 데이터선(171)과 중첩되어 개구율(aperture ratio)을 높이고 있으나, 중첩되지 않을 수도 있다.
접촉 보조 부재(81, 82)는 접촉 구멍(181, 182)을 통하여 게이트선 및 데이터선의 끝 부분(129, 179)과 각각 연결된다. 접촉 보조 부재(81, 82)는 게이트선(121) 및 데이터선(171)의 각 끝 부분(129, 179)과 구동 집적 회로와 같은 외부 장치와의 접착성을 보완하고 이들을 보호하는 역할을 하는 것으로 필수적인 것은 아 니며, 이들의 적용 여부는 선택적이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 화소 전극(190)의 재료로 투명한 도전성 폴리머(polymer) 등을 사용하며, 반사형(reflective) 액정 표시 장치의 경우 불투명한 반사성 금속을 사용하여도 무방하다. 이때, 접촉 보조 부재(81, 82)는 화소 전극(190)과 다른 물질, 특히 IZO 또는 ITO로 만들어질 수 있다.
그러면, 도 1 내지 도 3의 구조를 가지는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법에 대하여 도 4 내지 도 13b 및 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제조하는 첫 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 5a 및 5b는 각각 도 4에서 Va-Va' 선 및 Vb-Vb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이며, 도 6a 및 6b는 각각 도 4에서 Va-Va' 선 및 Vb-Vb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 5a 및 도 5b 다음 단계에서의 단면도이고, 도 7a 및 7b는 각각 도 4에서 Va-Va' 선 및 Vb-Vb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 6a 및 도 6b 다음 단계에서의 단면도이고, 도 8a 및 8b는 각각 도 4에서 Va-Va' 선 및 Vb-Vb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 7a 및 도 7b 다음 단계에서의 단면도이고, 도 9a 및 9b는 각각 도 4에서 Va-Va' 선 및 Vb-Vb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도로서, 도 8a 및 도 8b 다음 단계에서의 단면도이고, 도 10은 도 9a 및 도 9b의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 11a 및 11b는 각각 도 10에서 XIa-XIa' 선 및 XIb-XIb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 12는 도 11a 및 도 11b의 다음 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 13a 및 13b는 각각 도 12에서 XIIIa-XIIIa' 선 및 XIIIb-XIIIb' 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
먼저, 투명한 유리 따위로 만들어진 절연 기판(110) 위에 두 층의 금속막, 즉 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금(Al-Nd alloy)의 하부 금속막과 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금의 상부 금속막을 스퍼터링(sputtering) 따위로 차례로 적층한다. 여기서, 하부 금속막은 1,000-3,000Å 정도의 두께를 가지는 것이 바람직하며, 상부 금속막은 500-1,000Å 정도의 두께를 가지는 것이 바람직하다.
이어, 도 4, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 감광막 패턴을 이용한 사진 식각 공정으로 상부 금속막과 하부 금속막을 차례로 패터닝하여 복수의 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트선(121)과 유지 전극선(131)을 형성한다.
상부막(121q, 131q) 및 하부막(121p, 131p)의 패터닝은 알루미늄 및 몰리브덴에 대해서 모두 측면 경사를 주면서 식각할 수 있는 초산(CH3COOH), 질산(HNO3), 인산(H3PO4) 및 탈이온수(H2O)를 혼합한 식각액을 사용하여 습식 식각으로 진행하는 것이 바람직하다. 이러한 초산(CH3COOH), 질산(HNO3), 인산(H3PO4) 및 탈이온수(H2O)를 혼합한 식각액은 알루미늄 식각액으로 주로 이용된다.
이어, 도 6a 및 6b에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(140), 진성 비정질 규소층(150), 불순물 비정질 규소층(160)을 화학 기상 증착법을 이용하여 각각 약 1,500Å 내지 약 5,000Å , 약 500Å 내지 약 2,000Å, 약 300Å 내지 약 600Å 의 두께로 연속 증착한다. 이어 스퍼터링 따위의 방법으로 데이터용 도전 물질을 적층하여 도전체층(170)을 형성한 다음 그 위에 감광막을 1㎛ 내지 2㎛의 두께로 도포한 후, 그 후, 광마스크(400)를 통하여 감광막에 빛을 조사한 후 현상하여 감광막 패턴(52, 54)을 형성한다.
이때 현상된 감광막의 두께는 위치에 따라 다른데, 감광막은 두께가 점점 작아지는 제1 내지 제3 부분으로 이루어진다. A 영역(이하 "배선 영역"이라 함)에 위치한 제1 부분과 C 영역(이하 "채널 영역"이라 함)에 위치한 제2 부분은 각각 도면 부호 52와 54로 나타내었고 B 영역(이하 "기타 영역"이라 함)에 위치한 제3 부분에 대한 도면 부호는 부여하지 않았는데, 이는 제3 부분이 0의 두께를 가지고 있어 아래의 도전체층(170)이 드러나 있기 때문이다. 제1 부분(52)과 제2 부분(54)의 두께의 비는 후속 공정에서의 공정 조건에 따라 다르게 하되, 제2 부분(54)의 두께를 제1 부분(52)의 두께의 1/2 이하로 하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 4,000Å 이하인 것이 좋다.
이때, 하나의 마스크를 이용한 사진 공정에서 위치에 따라 감광막의 두께를 달리하는 방법으로 여러 가지가 있을 수 있는데, 제2 부분(54)에 대응하는 부분의 빛 투과량을 조절하기 위하여 주로 슬릿(slit)이나 격자 형태의 패턴을 형성하거나 반투과막을 사용한다.
여기서, 슬릿 사이에 위치한 패턴의 선 폭이나 패턴 사이의 간격, 즉 슬릿의 폭은 노광시 사용하는 노광기의 분해능보다 작은 것이 바람직하며, 반투과막을 이용하는 경우에는 마스크를 제작할 때 투과율을 조절하기 위하여 다른 투과율을 가지는 박막을 이용하거나 두께가 다른 박막을 이용할 수 있다.
본 실시예에서 마스크(400)는 A 영역에 대응하는 차광부(410), C 영역에 대응하는 반투과부(420) 및 B 영역에 대응하는 투과부(430)를 포함하며, 반투과부(420)에는 반투과막이 형성되어 있으며, 이를 이용하여 투과율을 조절한다. 반투과부(420)는 빛의 대부분을 통과시키는 투과부(430)의 광투과율에 비하여 20-40% 범위의 광투과율을 가진다. 이때, 반투과막은 통과되는 빛에 대하여 -120도에서 120도 사이의 범위에서 위상차(phase difference)를 발생시킨다. 특히, 본 실시예에서와 같이 박막 트랜지스터의 채널부를 형성하는 데 사용하기 위한 반투과막은 -70도에서 70도 사이의 범위에서 위상차를 발생시키는 것이 바람직하다.
이러한 마스크(400)를 이용하여 감광막의 제2 부분(54)을 형성한 결과, 제2 부분(54)에 홈이 생기거나 두꺼운 부분이 남는 현상을 방지할 수 있었으며, 재현성있게 제2 부분(54)을 균일한 두께로 형성할 수 있었다.
이후, 감광막 패턴(52, 54)을 식각 마스크로 하여 일련의 식각을 진행함으로써 도 10, 11a 및 11b에 도시한 바와 같은 복수의 소스 전극(173)을 각각 포함하는 복수의 데이터선(171) 및 복수의 드레인 전극(175)을 형성하고 복수의 돌출부(163)를 각각 포함하는 복수의 선형 저항성 접촉 부재(161) 및 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165), 그리고 복수의 채널부(154)를 포함하는 복수의 선형 반도체(151)를 형성한다.
설명의 편의상, 배선 영역(A)에 위치한 도전체층(170), 불순물 비정질 규소층(160), 진성 비정질 규소층(150)의 부분을 제1 부분이라 하고, 채널 영역(C)에 위치한 도전체층(170), 불순물 비정질 규소층(160), 진성 비정질 규소층(150)의 부 분을 제2 부분이라 하고, 기타 영역(B)에 위치한 도전체층(170), 불순물 비정질 규소층(160), 진성 비정질 규소층(150)의 부분을 제3 부분이라 하자.
이러한 구조를 형성하는 순서의 한 예는 다음과 같다.
(1) 기타 영역(B)에 위치한 도전체층(170), 불순물 비정질 규소층(160) 및 비정질 규소층(150)의 제3 부분 제거,
(2) 채널 영역(C)에 위치한 감광막의 제2 부분(64) 제거,
(3) 채널 영역(C)에 위치한 도전체층(170) 및 불순물 비정질 규소층(160)의 제2 부분 제거, 그리고
(4) 배선 영역(A)에 위치한 감광막의 제1 부분(62) 제거.
이러한 순서의 다른 예는 다음과 같다.
(1) 기타 영역(B)에 위치한 도전체층(170)의 제3 부분 제거,
(2) 채널 영역(C)에 위치한 감광막의 제2 부분(64) 제거,
(3) 기타 영역(B)에 위치한 불순물 비정질 규소층(160) 및 비정질 규소층(150)의 제3 부분 제거,
(4) 채널 영역(C)에 위치한 도전체층(170)의 제2 부분 제거,
(5) 배선 영역(A)에 위치한 감광막의 제1 부분(62) 제거, 그리고
(6) 채널 영역(C)에 위치한 불순물 비정질 규소층(160)의 제2 부분 제거.
여기에서는 두 번째 예에 대하여 설명한다.
먼저, 도 7a 및 7b에 도시한 것처럼, 기타 영역(B)에 노출되어 있는 도전체층(170)을 습식 또는 건식으로 식각하여 제거하여 하부의 불순물 비정질 규소층 (160)의 제3 부분을 노출시킨다. 알루미늄 계열의 도전막은 주로 습식 식각으로 진행하며, 몰리브덴 계열의 도전막을 습식 및 건식 식각을 선택적으로 진행할 수 있으며, 다중막인 경우에는 선택적으로 습식 및 건식 식각을 진행할 수 있다. 또한, 이중막이 알루미늄과 몰리브덴을 포함할 때에는 하나의 습식 식각 조건으로 패터닝할 수도 있다. 건식 식각을 사용하는 경우에 감광막(52, 54)의 위 부분이 어느 정도의 두께로 깎여 나갈 수 있다.
도면 부호 174는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)이 아직 붙어 있는 상태의 도전체이다. 이때, 도전체(174)는 감광막(52, 54)의 하부까지 식각되어 도전체(174) 및 감광막(52, 54)은 언더 컷 구조를 가진다.
이어, 도 8a 및 도 8b에서 보는 바와 같이, 채널 영역(C)에 남아 있는 제2 부분(54)의 감광막 찌꺼기를 애싱(ashing)으로 제거하는 에치백(etch back) 공정을 진행한다. 이때, 채널 영역(C)의 감광막 제2 부분(54)이 제거되어 아래의 도전체(174) 제2 부분을 노출되며, 감광막의 제1 부분(52)의 일부도 제거되어 감광막(52)의 폭이 좁아져 감광막(52)과 도전체(174) 사이의 언더 컷 구조는 사라진다.
이어, 도 9a 및 도 9b에서 보는 바와 같이, 기타 영역(B)에 위치한 불순물 비정질 규소층(160) 및 그 하부의 진성 비정질 규소층(150)의 제3 부분을 제거함과 더불어 채널 영역(C)의 도전체(174) 일부도 제거한다. 이렇게 불순물 비정질 규소층(160) 및 진성 비정질 규소층(150)을 식각할 때 도전체(174) 일부도 제거함으로써 이후의 공정에서 채널 영역(C)의 도전체(174)를 분리할 때 공정 시간을 단축할 수 있다.
이 단계에서 선형 진성 반도체(151)가 완성된다. 그리고 도면 부호 164는 선형 저항성 접촉 부재(161)와 섬형 저항성 접촉 부재(165)가 아직 붙어 있는 상태에 있는 선형의 불순물 비정질 규소층(160)을 가리키며 이를 앞으로 (선형의) 불순물 반도체라 한다.
다음, 도 10, 도 11a 및 11b에 도시한 바와 같이 채널 영역(C)에 위치한 나머지 도전체(174) 및 선형의 불순물 반도체(164)의 제2 부분을 식각하여 제거한다. 또한 남아 있는 감광막 제1 부분(52)도 제거한다.
이때, 도 11b에 도시한 것처럼 채널 영역(C)에 위치한 선형 진성 반도체(151)의 채널부(154) 위 부분이 제거되어 두께가 작아질 수도 있으며 감광막의 제1 부분(52)도 이때 어느 정도의 두께로 식각된다. 이어서 제1 부분(52)의 나머지 부분을 애싱하여 제거한다.
이렇게 하면, 도전체(174) 각각이 하나의 데이터선(171) 및 복수의 드레인 전극(175)으로 분리되면서 완성되고, 불순물 반도체(164) 각각이 하나의 선형 저항성 접촉 부재(161)와 복수의 섬형 저항성 접촉 부재(165)로 나뉘어 완성된다.
다음, 도 12, 도 13a 및 도 13b에서 보는 바와 같이, 기판(110)의 상부에 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질을 도포하거나 적층하여 보호막(180)을 형성한 다음, 식각하여 복수의 접촉 구멍(185, 182)을 형성한다. 이때, 게이트선(121)과 동일한 층을 드러내는 접촉 구멍을 형성하기 위해 게이트 절연막(140)도 함께 식각하여 게이트선(121)의 끝 부분(129)을 드러내는 접촉 구멍(181)을 함께 형성한다.
마지막으로, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 500Å 내지 1,500Å 두께의 IZO 또는 ITO층을 스퍼터링 방법으로 증착하고 사진 식각하여 복수의 화소 전극(190) 및 복수의 접촉 보조 부재(81, 82)를 형성한다. IZO층을 사용하는 경우의 식각은 질산(HNO3), 질산암모늄세슘((NH4)2Ce(NO3)6) 및 탈이온수(H2O)의 혼합액 등 크롬용 식각액을 사용하여 습식 식각으로 진행하는 것이 바람직한데, 이는 이 식각액은 알루미늄을 부식시키지 않기 때문에 데이터선(171), 드레인 전극(175), 게이트선(121)에서 도전막이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 데이터선(171) 및 드레인 전극(175)과 그 하부의 저항성 접촉 부재(161, 165) 및 반도체(151)를 하나의 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하는 사진 식각 공정으로 형성하므로 제조 공정을 단순화할 수 있다.
다음은, 앞에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 마스크의 구조에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 마스크의 구조를 구체적으로 도시한 단면도이다.
도 14에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마스크(400)는 석영 등과 같이 투명한 물질로 이루어진 기판(401), 기판(401)의 상부에 형성되어 있으며, 반투과부(420) 및 차광부(410)에 형성되어 있는 반투과막(402) 및 차광부(410)에 형성되어 있는 차광막(403)을 포함한다. 반투과부(420)에는 반투과막(402)만이 배치되어 있어, 통과하는 빛의 투과율이 조절되며, 차광부는(410)에는 차광막(403)이 배치되어 통과하는 빛의 대부분을 차단하며, 투과부(430)에는 차광막 및 반투과 막이 배치되지 않아 빛의 대부분을 통과시킨다.
이때, 반투과부(420)는 투과부(430)에 비하여 빛의 투과율을 낮추기 위하여 반투과막(402)을 남겨 두는데 이러한 반투과막(402)으로 인하여 투과부(430)를 통과하는 빛과 반투과부(420)를 통과하는 빛 사이에 위상차가 발생한다.
여기서 반투과부(420)의 광투과율은 투과부(430)의 광투과율에 대하여 20-40% 범위인 것이 바람직하다.
한편, 투과부(430)를 통과하는 빛과 반투과부(420)를 통과하는 빛 사이에 발생하는 위상차는 -120도에서 120도 사이의 범위 내에 든다. 이렇게 함으로써 반투과부(420)의 광투과율 균일성을 향상할 수 있다. 특히, 박막 트랜지스터 표시판을 제조함에 있어서 데이터선층, 접촉층 및 반도체층을 한번의 사진 공정으로 패터닝하기 위하여 사용하는 마스크의 경우 투과부(430)를 통과하는 빛과 반투과부(420)를 통과하는 빛 사이에 발생하는 위상차는 -70도에서 70도 사이의 범위 내에 드는 것이 바람직하다. 여기서, 위상차는 ΔΦ=2π*d(n-1)/λ로 표현되며, d는 반투과막(402)의 두께이고, λ는 광원의 파장이고, n은 반투과막(402)의 굴절율이다. 즉, 위상차는 반투과막의 두께, 광원의 파장 및 반투과막의 굴절율에 따라 달라진다.
사진 공정에서 마스크(400)를 이용하여 감광막을 노광하기 위해 사용하는 광원은 400-440nm 범위의 파장대 빛을 발광하는 GH 복합 광원이 적합하며, 본 실시예에 따른 마스크(400)는 260-230nm 범위의 파장대 빛을 발광하는 KrF 또는 210-180nm 범위의 파장대 빛을 발광하는ArF 광원을 이용한 사진 공정에서도 사용할 수 도 있다.
반투과부(420)에서 발생하는 위상차를 조정하기 위하여 반투과막(402) 또는 기판(401)의 두께를 조절할 수 있으며, 반투과막(402)은 MoSi 등과 같은 물질을 포함하며, 차광막(403)은 크롬 등과 같은 불투명한 물질을 포함한다. MoSi를 포함하는 반투과막(402)에 첨가되는 물질을 달리하여 반투과막(402)의 굴절율을 변경함으로써 위상차를 조절할 수도 있으며, 반투과부(420)의 투과율을 적어도 둘 이상으로 조절하기 위해 반투과막(402)의 상부에 크롬 등의 불투명막을 이용하여 슬릿(slit)을 배치할 수도 있다. 또, 노광에 사용할 광원의 파장에 대응하여 반투과막(402)의 두께나 첨가물을 다르게 가져가는 것이 바람직하다.
반투과막(402)은 금속을 기본으로 하고 불활성 및 활성 가스가 도입된 진공 챔버 내에서 스퍼터링에 의해 형성된 것으로서, 코발트(Co), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 플래티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 실리콘(Si)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 막인 것을 특징으로 한다. 또한, 불활성 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 네온(Ne), 제논(Xe)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용하고, 활성 가스는 산소(O2), 질소(N2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 아산화질소(N2O), 산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 암모니아(NH3), 메탄(CH4)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종 이상을 사용한다. 그리고 반투과막(402)이 규화몰리브덴(MoSi)을 포함할 때 질화규화몰리브덴(MoSiN), 산화규화몰리브덴(MoSiO), 탄화규화몰리브덴(MoSiC), 탄화산화규화몰리브덴(MoSiCO), 탄화질화규화몰리브덴(MoSiCN), 산화질화규화몰리브덴(MoSiON), 탄화산화질화규화몰리브덴(MoSiCON)인 성분의 막으로서, 성분함량은 탄소(C)가 0-20at%, 산소(O)가 0-60at%, 질소(N)가 0-60at%, 규소(Si)가 20-60at%이고, 나머지는 금속인 성분의 막인 것을 특징으로 한다. 특히 반투과막(402)은, 투명 기판(401)으로부터 상부로 갈수록 성분이 변하도록 제조된 연속층, 또는 투과율을 제어하기 위한 반투과율층이 겹쳐 여러층으로 구성된 막인 것을 사용한다.
그러면 반투과막(402)이 유발하는 위상차에 따른 투과 광량의 분포를 도 15a 및 15b 내지 도 26a 및 26b를 참고로 하여 살펴본다.
도 15a 및 도 15b는 각각 0도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 16a 및 도 16b는 각각 30도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 17a 및 도 17b는 각각 40도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 18a 및 도 18b는 각각 50도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 19a 및 도 19b는 각각 60도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 20a 및 도 20b는 각 각 70도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 21a 및 도 21b는 각각 80도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 22a 및 도 22b는 각각 90도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 23a 및 도 23b는 각각 100도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 24a 및 도 24b는 각각 110도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 25a 및 도 25b는 각각 120도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이고, 도 26a 및 도 26b는 각각 130도의 위상차를 유발하는 반투과막을 이용하여 제조한 광마스크를 통하여 투과하는 광량 분포를 보여주는 등광량선 그래프와 광량 분포 그래프이다.
도 15a 내지 도 26a에서 상하에 위치한 청색 부분이 차광부(410)에 대응하는 영역이고, 상하 청색 부분 사이의 녹색 부분이 반투과부(420)에 대응하는 부분이며, 좌우에 위치한 붉은색 부분이 투과부(430)에 대응하는 부분이다.
도 15a 및 15b 내지 도 26a 및 26b에 의하면, 위상차가 커질수록 반투과부(420)에 대응하는 부분의 투과 광량 분포의 균일성이 감소한다. 특히, 반투과부 (420)의 투과부(430)와 인접한 양쪽 부분에서 위상차가 커짐에 따라 투과 광량이 크게 감소함을 알 수 있다. 이는 투과부(430)를 통과한 빛과 반투과부(420)를 통과한 빛이 위상차로 인하여 상쇄 간섭을 일으키기 때문이다.
상쇄 간섭에 의한 광량 감소는 위상차가 70도에 이르기까지는 반투과부(420)의 평균 투과 광량의 10% 이내로 유지되나 70도를 넘으면서 그 폭이 커져 80도에서는 반투과부(420)의 평균 투과 광량의 20% 정도에 이른다. 또, 상쇄 간섭에 의한 광량 감소는 위상차가 120도에 이르기까지는 반투과부(420)의 평균 투과 광량의 50% 이내로 유지되나 120도를 넘어 130도에 이르면 약 70%의 투과 광량 감소가 발생한다. 복수 박막의 동시 패터닝을 위한 사진 공정에 사용하기 위해서는 반투과부 투과 광량의 편차가 일반적으로 50% 이내인 것이 바람직하므로 반투과막(402)이 유발하는 위상차가 -120도에서 120도 사이에 드는 것이 바람직하다. 투과부 투과 광량의 허용 편차는 사용하는 감광막의 점성 등의 특성에 따라 달라진다. 박막 트랜지스터 표시판을 제조함에 있어서 데이터선층, 접촉층 및 반도체층을 한번의 사진 공정으로 패터닝하기 위하여 사용하는 마스크의 경우 반투과부 투과 광량의 편차가 10% 이내로 들어야 박막 트랜지스터 형성의 신뢰성을 확보할 수 있다. 따라서 위상차가 -70도에서 70도 사이에 들도록 반투과막(402)을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 한 실험예에서 50도의 위상차를 유발하는 반투과막(402)을 사용하여 제작한 마스크(400)를 통하여 감광막을 노광하고 현상한 결과, 위상 충돌이 발생하지 않아 감광막 패턴의 중간 두께를 가지는 부분은 균일한 두께로 형성되었 다.
본 실시예에서는 액정 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법을 통하여 설명하였지만, 본 실시예에 따른 마스크는 유기 발광 표시 장치용 표시판의 제조 방법 그리고 표시판이 아닌 다른 반도체 소자의 제조 방법에서도 사용할 수 있다. 또한, 반투과부의 모양 및 투과율을 적어도 둘 이상이 되도록 마스크를 설계하여 적어도 둘 이상의 서로 다른 박막을 함께 패터닝하는 공정에서는 다양하게 적용할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마스크 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에서는 반투과부가 유발하는 위상차가 -120도에서 120도 사이에 드는 마스크를 사용함으로써 중간 두께의 감광막을 균일하고 재현성있게 형성할 수 있다.
또한, 중간 두께를 가지는 감광막 패턴으로 서로 다른 박막을 하나의 사진 식각 공정으로 패터닝하여 제조 공정을 단순화하고, 이를 통하여 제조 비용을 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
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- 기판 위에 형성되어 있는 둘 이상의 박막 위에 감광막을 도포하는 단계,하나의 마스크를 사용하여 상기 감광막을 노광하고 현상하여 제1 부분과 상기 제1 부분보다 두꺼운 제2 부분을 포함하는 감광막 패턴을 형성하는 단계, 그리고상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 둘 이상의 박막을 함께 식각하는 단계를 포함하며,상기 하나의 마스크는 상기 제1 부분에 대응하는 위치에 배치되어 있는 반투과부와 상기 제2 부분에 대응하는 위치에 배치되어 있는 차광부를 포함하며,상기 반투과부는 입사광에 대하여 -120도에서 120도 범위에서 위상차를 발생시키고,상기 감광막의 노광은 400nm - 440nm 범위의 파장대 빛을 발광하는 GH 복합 광원, 260nm - 230nm 범위의 파장대 빛을 발광하는 KrF 광원, 210nm - 180nm 범위의 파장대 빛을 발광하는 ArF 광원 중 하나를 사용하는반도체 소자의 제조 방법.
- 제7항에서,상기 반도체 소자는 표시 장치에 사용하는 반도체 소자의 제조 방법.
- 제8항에서,상기 표시 장치는 액정 표시 장치 또는 유기 발광 표시 장치인 반도체 소자의 제조 방법.
- 제9항에서,상기 반투과부는 입사광에 대하여 -70도에서 70도 사이의 범위에서 위상차를 발생시키는 반도체 소자의 제조 방법.
- 절연 기판 위에 게이트 전극을 가지는 게이트선을 형성하는 단계,상기 게이트선을 덮는 게이트 절연막을 형성하는 단계,상기 게이트 절연막 상부에 반도체를 형성하는 단계,상기 반도체의 상부에 서로 분리되어 있으며, 소스 전극을 가지는 데이터선 및 드레인 전극을 형성하는 단계,상기 데이터선을 덮으며 상기 드레인 전극을 노출시키는 접촉 구멍을 가지고 있는 보호막을 형성하는 단계,상기 접촉 구멍을 통하여 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하며,상기 반도체와 상기 데이터선 및 상기 드레인 전극 형성 단계는 하나의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 이루어지며, 상기 마스크는 통과하는 빛에 대하여 -120도에서 120도 사이의 범위에서 위상차를 발생시키는 반투과막을 포함하는 반투과부와 상기 데이터선 및 상기 드레인 전극에 대응하며 차광막을 포함하는 차광부와 상기 차광부와 상기 반투과부를 제외한 투과부를 가지고,상기 사진 식각 공정에서 감광막의 노광은 400nm - 440nm 범위의 파장대 빛을 발광하는 GH 복합 광원, 260nm - 230nm 범위의 파장대 빛을 발광하는 KrF 광원, 210nm - 180nm 범위의 파장대 빛을 발광하는 ArF 광원 중 하나를 사용하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제11항에서,상기 사진 식각 공정에서 상기 마스크를 사용하여 노광 및 현상한 감광막 패턴은 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 채널 영역에 위치하며 제1 두께를 가지는 제1 부분과 상기 제1 두께보다 두꺼운 두께를 가지며 상기 데이터선 및 드레인 전극에 대응하는 배선 영역에 위치하는 제2 부분을 가지는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제12항에서,상기 사진 식각 공정에서 상기 채널 영역 및 상기 배선 영역은 각각 상기 반투과부 및 상기 차광부에 정렬하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제11항에서,상기 반도체와 상기 데이터선 및 드레인 전극 사이에 저항성 접촉 부재를 형성하는 단계를 더 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제14항에서,상기 반도체, 상기 저항성 접촉 부재, 상기 데이터선 및 상기 드레인 전극 형성 단계는,상기 게이트 절연막 상부에 규소층, 불순물 규소층 및 도전체층을 적층하는 단계,상기 도전체층 상부에 상기 소스 전극 및 드레인 전극 사이의 채널 영역에 위치하며 제1 두께를 가지는 제1 부분과 상기 제1 두께보다 두꺼운 두께를 가지며 상기 데이터선 및 드레인 전극에 대응하는 배선 영역에 위치하는 제2 부분을 가지는 감광막 패턴을 형성하는 단계,상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 배선 영역 및 채널 영역을 제외한 나머지 영역에 대응하는 상기 도전체층을 식각하는 단계,상기 제1 부분을 제거하여 상기 채널 영역의 상기 도전체층을 드러내는 단계,상기 나머지 영역에 대응하는 상기 규소층 및 불순물 규소층을 식각하는 단계,상기 채널 영역에 위치한 상기 도전체층 및 불순물 규소층을 제거하는 단계, 그리고, 상기 제2 부분을 제거하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
- 제15항에서,상기 반투과막은 입사광에 대하여 -70도에서 70도 사이의 범위에서 위상차를 발생시키는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
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