KR102408021B1 - 금속배선 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

금속배선 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102408021B1
KR102408021B1 KR1020140156230A KR20140156230A KR102408021B1 KR 102408021 B1 KR102408021 B1 KR 102408021B1 KR 1020140156230 A KR1020140156230 A KR 1020140156230A KR 20140156230 A KR20140156230 A KR 20140156230A KR 102408021 B1 KR102408021 B1 KR 102408021B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
barrier layer
layer
copper
metal wiring
weight
Prior art date
Application number
KR1020140156230A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160056463A (ko
Inventor
강수형
손상우
정창오
차광민
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성디스플레이 주식회사 filed Critical 삼성디스플레이 주식회사
Priority to KR1020140156230A priority Critical patent/KR102408021B1/ko
Priority to US14/659,730 priority patent/US9824788B2/en
Publication of KR20160056463A publication Critical patent/KR20160056463A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102408021B1 publication Critical patent/KR102408021B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/026—Alloys based on copper
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
    • H10K59/131—Interconnections, e.g. wiring lines or terminals

Abstract

금속배선 및 이를 포함하는 표시장치가 제공된다. 금속배선은 구리층 및 상기 구리층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치되는 배리어층을 포함하되, 상기 배리어층은 구리, 니켈 및 아연을 포함한 합금이다.

Description

금속배선 및 이를 포함하는 표시 장치{Metal wire and display device including same}
본 발명은 금속배선 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 표시 장치에 사용되는 표시 기판은 각 화소 영역을 구동하기 위한 스위칭 소자로 박막 트랜지스터를 포함하고, 이와 연결되는 신호 배선 및 화소 전극을 포함한다.
표시 장치가 대형화되고 소비자들의 고해상도 요구가 커짐에 따라, 신호 배선의 집적도 및 길이가 증대되고 있다. 이에 따라, 신호 배선의 폭은 줄어들고 길이는 증가하면서 저항이 증가한다.
따라서, 상대적으로 저저항인 구리를 금속 배선으로 사용하는 시도가 있어 왔다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 낮은 저항을 가지는 금속 배선 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속배선은 구리층 및 상기 구리층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치되는 배리어층을 포함하되, 상기 배리어층은 구리, 니켈 및 아연을 포함하는 합금이다.
상기 배리어층은 상기 구리층 하부에 배치되는 제1 배리어층을 포함할 수 있다.
상기 제1 배리어층은 구리 20 내지 60중량%, 니켈 20 내지 40중량%, 아연 20 내지 40 중량%을 포함 할 수 있다.
상기 제1 배리어층의 두께는 50 Å 내지 600 Å 범위일 수 있다.
상기 배리어층은 상기 구리층 상부에 배치되는 제2 배리어층을 포함 할 수 있다.
상기 제2 배리어층은 구리 20 내지 40중량%, 니켈 20 내지 40중량%, 아연 20 내지 60 중량%를 포함 할 수 있다.
상기 제2 배리어층의 두께는 50 Å 내지 600 Å 범위일 수 있다.
상기 배리어층은 상기 구리층 하부에 배치되는 제1 배리어층 및 상기 구리층 상부에 배치되는 제2 배리어층을 포함하되, 상기 제2 배리어층은 상기 제1 배리어층보다 아연의 함량이 더 높을 수 있다.
상기 구리층은 2500 Å 내지 3500 Å의 두께로 배치될 수 있다.
상기 금속배선은 테이퍼 앵글이 30 내지 60°각도로 형성될 수 있다.
상기 금속배선은 비과수 식각조성물로 식각될 수 있다.
상기 금속배선은 상방스큐가 800nm 이하로 형성될 수 있다.
상기 금속배선은 하방스큐가 250nm 이하로 형성될 수 있다.
상기 금속배선은 열처리 전의 면저항이 0.064 Ω/□ 내지 0.068 Ω/□ 일 수 있다.
상기 금속배선은 열처리 후의 면저항이 0.15 Ω/□ 내지 0.25Ω/□ 일 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치는 기판 상에 형성된 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 영역에 형성된 박막트랜지스터, 상기 박막트랜지스터에 형성된 반도체층, 상기 게이트 배선과 데이터 배선을 절연하는 절연층 및 상기 데이터 배선의 일부와 연결된 화소전극을 포함하되, 상기 게이트 배선 및 데이터 배선은 구리층으로 형성되고, 상기 구리층의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치되는 배리어층을 포함하되, 상기 배리어층은 구리, 니켈 및 아연을 포함하는 합금이다.
상기 배리어층은 상기 구리층 하부에 배치되는 제1 배리어층 및 상기 구리층 상부에 배치되는 제2 배리어층을 포함할 수 있다.
상기 제1 배리어층은 구리 20 내지 60중량%, 니켈 20 내지 40중량%, 아연 20 내지 40 중량%을 포함할 수 있다.
상기 제2 배리어층은 구리 20 내지 40중량%, 니켈 20 내지 40중량%, 아연 20 내지 60 중량%를 포함할 수 있다.
상기 반도체층 또는 상기 화소전극은 산소 성분을 포함하는 재료로 형성될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
기판 또는 절연층과, 구리층 간 물질 확산을 방지하고, 낮은 면저항을 가지는 금속 배선을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속배선을 구비한 금속배선구조물들을 도시한 단면도이다.
도 2a는 도 1a의 a-a'에 따른 금속배선의 성분을 나타낸 그래프이고, 도 2b는 1a의 b-b'에 따른 금속배선의 성분을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속배선을 이용한 액정 표시 패널을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기발광 표시패널을 도시한 단면도이다
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속배선을 식각 후에 금속배선의 테이퍼 앵글(θ) 및 상/하방 스큐(US, LS)을 도시한 단면도이다.
도 6는 본 발명에 일 실시예에 따른 열처리 전의 금속배선의 면저항 균일도를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 전과 열처리 후의 금속배선의 면저항을 도시한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속배선을 구비한 금속배선구조물들을 도시한 단면도이고, 도 2a는 도 1a의 a-a'에 따른 금속배선의 성분을 나타낸 그래프이고, 도 2b는 1a의 b-b'에 따른 금속배선의 성분을 나타낸 그래프이다.
도 1a 내지 도 1c를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속배선구조물(1)은 기판(11), 기판(11) 상에 배치된 금속배선(10, 10-2, 10-3)을 포함할 수 있다. 금속배선(10, 10-2, 10-3)은 표시장치의 게이트배선 또는 데이터배선으로 사용할 수 있다. 상기한 표시장치는 추후에 설명하기로 한다.
기판(11)은 유리, 석영, 실리콘, 사파이어, 플라스틱을 포함하는 폴리머 등이 사용될 수 있다. 기판(11) 상에는 패턴된 금속배선(10, 10-2, 10-3)이 배치될 수 있다. 금속배선(10, 10-2, 10-3)은 2층 또는 3층으로 형성될 수 있다.
금속배선(10, 10-2, 10-3)은 구리층(150)과, 구리층(150)의 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치되는 제1, 2 배리어층(120, 170)을 포함하되, 제1, 2 배리어층(120, 170)은 구리, 니켈 및 아연을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 구체적으로 금속배선(10, 10-2, 10-3)은 기판(11) 상에 배치된 구리층(150), 구리층(150) 상에 배치되는 절연층 및 기판(11)과 구리층(150) 사이, 상기 절연층과 구리층(150) 사이에 적어도 하나 이상의 제1, 2 배리어층(120, 150)이 배치될 수 있다.
먼저, 도 1a를 참조하면, 금속배선(10)은 제1 배리어층(120), 제2 배리어층(170) 및 제1 배리어층(120)과 제2 배리어층(170) 사이에 배치되는 구리층(150)을 포함할 수 있다.
구리층(150)은 기판(11) 상에 2500Å 내지 3500Å의 두께를 갖는 구리(Cu) 또는 구리합금으로 형성될 수 있다. 구리층(150)의 두께가 2500Å 이하면 금속배선(10)이 길어짐에 따라 금속배선(10)의 저항이 증가할 수 있고, 구리층(150)의 두께가 3500Å 이상이면 식각시 크리디컬 디멘젼이 감소하여 미세패턴을 구현하는데 어려울 수 있다. 구체적으로 두께가 약 2500Å 내지 3500Å인 구리층(150)을 식각하여 얻어진 패턴의 프로파일의 테이퍼 앵글을 증가시킬 수 있으며, 스큐(Scew)를 감소시킬 수 있다.
구리층(150)과 기판(11) 사이에 제1 배리어층(120)이 배치될 수 있다. 여기서 기판(11)이 실리콘 성분을 포함하는 규소 유리일 경우, 구리층(150)에 사용되는 구리성분은 기판과 접착성이 약하고, 실리콘과 물질 간의 확산(diffusion)이 양호하여 물질 교환이 이루어질 수 있다.
상기 물질 간의 확산은 구리층(150)의 저항을 높이는 원인이 될 수 있다. 따라서 구리층(150)과 기판(11) 간의 상호 물질 간의 확산을 방지하기 위해서 기판(11)과 구리층(150) 사이에 확산을 방지하는 배리어로써 제1 배리어층(120)을 형성할 수 있다. 그리고 제1 배리어(120)층은 기판(11)과 구리층(150) 간의 접착특성을 향상시키는 역할을 할 수도 있다.
구리층(150) 상에는 제2 배리어층(170)이 배치될 수 있다. 금속배선(10)을 배치 후에 금속배선(10) 상에 금속배선(10)을 절연하는 절연층이 형성될 수 있다. 여기서 제2 배리어층(170)은 상기 절연층에 밀착/접촉될 수 있다. 제2 배리어층(170)은 상기 절연층과 물질 간의 확산을 방지하는 캡핑층으로 사용될 수 있다. 따라서, 구리층(150)의 하부 및 상부에 제1 배리어층(120)과 제2 배리어층(170)이 각각 배치될 수 있다.
제1 배리어층(120) 및 제2 배리어층(170)은 각각 50Å 내지 600Å의 두께로 형성할 수 있다. 제1, 2배리어층(120, 170)의 두께가 600Å 이상이 되면 금속배선(10)의 저항이 증가될 수 있고, 50Å 이하면 배리어층으로서 역할을 하기에 너무 박막이어서 물질이 배리어층을 넘어 물질 간의 확산되는 문제점이 발생할 수 있다.
다른 실시 예로서 도 1b를 참조하면, 금속배선 구조물(2)은 기판(11) 상에 금속배선(10-2)을 포함할 수 있다. 금속배선(10-2)은 기판(11)과 구리층(150-2) 사이에 버퍼층(15)을 형성할 수 있다. 버퍼층(15)은 기판(11)의 분순물이 구리층(150-2)으로 유입되는 것을 방지하고, 평평한 면을 형성하도록 배치될 수 있다.
상기와 같이, 기판(11)과 구리층(150-2) 사이에 제1 배리어층(120)을 생략할 수 있다. 기판(11) 상에 형성된 버퍼층(15) 상에 구리층(150-2)을 형성할 수 있다. 버퍼층(15)은 구리층(150-2)과 물질 간의 확산이 발생되지 않는 재료로 형성할 수 있다. 따라서 제1 배리어층(120)을 생략하고, 기판(11) 상에 구리층(150-2)과 제2 배리어층(170-2)을 형성할 수 있다.
또는 기판(11) 상에 바로 구리층(150-2)을 배치할 수도 있다. 여기서 기판(11)이 구리층(150-2)과 물질 간의 확산이 곤란하고, 구리층(150-2)과 소정의 접착력을 갖는 재료가 사용될 때, 이와 같은 구조로 기판(11) 상에 금속배선(10-2)을 배치할 수 있다.
또 다른 실시 예로서 도 1c을 참조하면, 금속배선 구조물(3)은 기판(11) 상에 금속배선(10-3)을 포함할 수 있다. 금속배선(10-3)은 기판(11)과 구리층(150-3) 사이에 제1 배리어층(120-3)이 배치될 수 있다. 구리층(150-3)의 상부에 제2 배리어층(170)이 생략될 수 있다.
금속배선(10-3)을 기판(11) 상에 배치하고 금속배선(10-3) 상에 금속배선(10-3)을 절연하는 절연층 등이 배치될 수 있다. 여기서 상기 절연층과 구리층(150-3)은 밀착/접착될 수 있다. 밀착/접착된 절연층과 구리층(150-3)의 접착력은 재료에 따라 상이할 수 있다. 따라서 상기 절연층과 구리층(150-3) 간의 접착력이 우수한 경우 제2 배리어층(170)을 생략하여 금속배선(10-3) 상에 상기 절연층을 형성할 수 있다.
또는 구리층(150-3)과 물질 간의 확산이 일어나지 않는 절연층이 배치될 때 이와 같은 구조로 기판(11) 상에 금속배선(10-3)을 배치할 수 있다. 이에 따라 구리층(150-3)에 밀착되는 절연층의 재료 특성에 따라서 제2 배리어층(170)은 생략될 수 있다.
이와 같이, 구리층(150, 150-2, 150-3)을 사이에 두고 제1 배리어층(120, 120-3) 및 제2 배리어층(170, 170-2)을 선택적으로 배치시킴으로써 금속배선(10, 10-2, 10-3)의 전기적 특성을 향상시키고 접착특성을 향상시킬 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 금속배선(10)에서 구리층(150)의 상부, 하부에 선택적으로 배치된 제1, 2 배리어층(120, 170)은 구리, 니켈, 아연(Cu;Ni;Zn)을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 여기서 용이한 설명을 위해 대표적으로 도 1a를 예를 들어 설명하기로 한다.
도 2a에서와 같이, 제2 배리어층(170)은 구리를 47중량%, 니켈을 33중량%, 아연을 20중량%를 포함할 수 있고, 도 2b에서와 같이, 제1 배리어층(120)은 구리를 47중량%, 니켈을 33중량%, 아연을 20중량%를 포함할 수 있다.
구체적으로는, 제1 배리어층(120)은 구리 40중량%, 니켈 40중량%, 아연 20 중량%를 포함할 수 있고, 제2 배리어층(170)은 구리 20중량%, 니켈 40중량%, 아연 40 중량%를 포함할 수 있다.
이와 같이, 구리층(150)을 사이에 두고 배치되는 제1, 2 배리어층(120, 170)의 구리-니켈-아연(Cu;Ni;Zn)의 함량은 서로 상이하게 배치될 수 있다. 여기서 제2 배리어층(170)은 제1 배리어층(120) 보다 아연(Zn)의 함량이 더 높도록 배치할 수 있다.
먼저, 제1, 2 배리어층(120, 170)에 함유된 구리, 니켈, 아연 성분은 서로 원자 반지름이 유사하여 원자가 구리층(150)에 칩입될 수 있는 공간이 존재하지 않을 수 있다. 이에 따라 제1, 2 배리어층(120, 170)과 구리층(150)에 함유된 원자는 서로 물질 간의 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 금속배선(10)의 면저항을 저하시킬 수 있다.
여기서 제1, 2 배리어층(120, 170)의 성분 중 구리(Cu) 성분은 금속배선(10)의 전도성을 향상시킬 수 있다. 종래의 표시장치에 사용된 박막 트랜지스터는 게이트 배선과 데이터 배선 재료로 알루미늄 또는 알루미늄 합금층을 흔히 사용하여 왔는데, 구체적으로 알루미늄-몰리브덴(Al-Mo) 또는 알루미늄-타이타늄(Al-Ti) 합금을 많이 사용하여 왔다.
그런데 표시장치의 대형화 및 상기 게이트 배선이나 상기 데이터 배선이 길어지고 가늘어져 저항이 점점 증가함에 따라 RC 지연의 문제가 발생하는데, 이를 위하여 다층 금속배선(10) 즉, 게이트 배선 및 데이터 배선의 저항을 줄이기 위해서 알루미늄(Al)을 대신하여 구리(Cu), 은(Ag) 등의 저항이 낮은 물질에 사용할 수 있다. 이중에 구리는 전기 전도도가 탁월하고 부존량이 풍부하여 저렴하다는 장점이 있다.
제1, 2 배리어층(120, 170)의 성분 중 니켈(Ni) 성분은 제1, 2 배리어층(120, 170)의 내화학성, 부식 및 접착력을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 니켈 성분을 통해 기판(11)과 금속배선(10)의 접착력을 개선할 수 있다. 또한 금속배선(10)과 절연층 간의 접착력을 개선할 수 있다. 그리고 니켈 성분은 내화학성을 통해 식각과정 중에 금속배선(10)이 과도하게 식각되는 것을 방지할 수도 있다.
제1, 2 배리어층(120, 170)의 성분 중 아연(Zn) 성분은 제1, 2 배리어층(120, 170)의 식각율을 조절할 수 있다. 즉, 제1, 2 배리어층(120, 170)에 함유된 아연의 비율을 조절하여 식각율을 조절하여 금속배선(10)의 프로파일을 개선할 수 있다. 이와 같이, 제1, 2 배리어층(120, 170)의 구리-니켈-아연의 함량을 조절하여 금속배선(10)의 프로파일 및 면저항을 개선할 수 있다.
금속배선(10)에서 제1 배리어층(120)의 성분은 구리 40중량% 내지 60중량%, 니켈 20중량% 내지 40중량%, 아연 20중량% 내지 40중량%을 포함하도록 조절할 수 있다.
금속배선(10)에서 제2 배리어층(170)은 구리 20중량% 내지 40중량%, 니켈 20중량% 내지 40중량%, 아연 20중량% 내지 60중량%을 포함하도록 조절할 수 있다.
먼저 제1, 2 배리어층(120, 170)의 니켈성분은 20중량%이하면 금속배선(10)의 접착성 확보가 곤란해질 수 있고. 60중량%이상이면 내화학성 및 부식에 강해 식각이 용이하게 이루어지지 않을 수 있다.
구리성분은 제1 배리어층(120)과 제2 배리어층(170)의 함량이 서로 다르게 형성되며, 이는 식각율을 조절하기 위해 조절될 수 있다. 종합적으로 구리 성분이 20중량% 이하면 구리 매트릭스 내에 고용량이 과다하여 금속배선(10)의 면저항이 증가할 수 있고, 60중량% 이상이면 다른 성분이 과소가 되어 접착력, 식각율을 조절하는데 용이하지 않을 수 있다.
아연 성분은 제1, 2 배리어층(120, 170)이 서로 상이하게 될 수 있으며, 아연 성분이 20중량% 이하면 식각율이 과도하게 낮아 식각공정을 진행하기 어렵고, 60중량% 이상이면, 금속배선(10)의 측면 식각이 균일하지 않을 수 있다.
이와 같이 제1, 2 배리어층(12, 170)의 아연성분을 상이하게 조절하여 금속배선(10)을 식각하는 경우, 아연 성분을 제1 배리어층(120) 보다 구리층(150) 상부에 배치되는 제2 배리어층(170)에 더 포함시켜 하방 스큐는 작고 상방스큐는 크게 형성할 수 있다. 따라서 금속배선(10)의 테이퍼 앵글이 크게 형성되어 금속배선의 면저항을 저감시킬 수 있다. 여기서 테이퍼 앵글은 금속배선(10)에 있어서, 중심선에 관하여 양측면의 경사도를 말한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속배선을 이용한 액정 표시 패널을 도시한 단면도이다. 여기서 액정 표시 패널은 도 1a 내지 도 2b를 인용하여 설명하기로 한다.
표시 장치에 이용되는 액정 표시 패널(30)은 각 화소 영역을 구동하기 위한 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 연결된 신호 배선 및 화소 전극을 포함할 수 있다. 상기 신호배선은 게이트 구동 신호를 전달하는 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 교차하면서 데이터 구동 신호를 전달하는 데이터 배선을 포함할 수 있다.
상기 표시 장치가 대형화되고 소비자들의 고해상도 요구가 커짐에 따라 상기 게이트 배선 및 데이터 배선의 집적도 및 기능이 증대되고 있다. 이에 따라 상기 표시 장치에서의 전기적 배선을 위한 금속배선 즉 게이트 배선 및 데이터 배선의 점유면적이 상대적으로 커지게 되므로, 상기한 배선들의 이용면적과 기능을 높이고자 다층배선 구조로 형성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 액정 표시 패널(30)은 기판(301) 상에 게이트배선, 데이터배선이 교차하게 배치하고 교차영역에 박막 트랜지스터(TR)가 배치될 수 있다. 박막 트랜지스터(TR)에는 상기 게이트 배선에서 돌출되어 일체형으로 형성된 게이트 전극(310)이 배치될 수 있고, 상기 데이터 배선에서 일체형으로 형성된 소스 전극(13S)과, 소스 전극(13S)에서 소정간격 이격된 드레인 전극(13D)이 배치될 수 있다. 게이트 전극(310) 및/또는 소스/드레인 전극(13S, 13D)은 제1 배리어층(123), 구리층(153), 제2 배리어층(173)을 포함하는 금속배선(13)으로 형성할 수 있다. 본 실시 예에서는 금속배선(13)으로 형성된 소스/드레인 전극(13S, 13D)을 예를 들어 설명하기로 한다.
게이트 전극(310)이 형성된 기판(301) 전면(whole surface) 상에 게이트 절연막(320)이 배치될 수 있다.
게이트 절연막(320) 상에는 반도체층(330)이 형성될 수 있다. 여기서 반도체층(330)은 산화물 반도체층으로 형성할 수 있다. 이하 반도체층(330)은 산화물 반도체층(330)을 말한다. 산화물 반도체층(330)는, 아연, 인듐, 갈륨, 주석, 티타늄, 인의 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 구체적으로 산화 아연(ZnO), 아연주석산화물(ZTO), 아연 인듐 산화물(ZIO), 인듐 산화물(InO), 티타늄 산화물(TiO), 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO), 인듐 아연 주석 산화물(IZTO) 등을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 산화물 반도체층(330)은 인듐 갈륨 아연 산화물(In-Ga-Zn-Oxide, IGZO)을 사용할 수 있다.
산화물 반도체층(330) 상에 소스/드레인 전극(13S, 13D)이 배치될 수 있다. 소스/드레인 전극(13S, 13D)의 제1 배리어층(123)은 산화물 반도체층(330)에 접촉되도록 배치될 수 있다. 그리고 제1 배리어층(123) 상에 구리층(153)이 배치되고, 구리층(153) 상에는 제2 배리어층(173)이 배치될 수 있다. 이와 같이, 구리층(153)과 산화물 반도체층(330) 사이에 제1 배리어층(123)을 배치시킬 수 있다.
구리층(153)과 산화물 반도체층(330)이 접촉하는 경우, 산화물 반도체층(330)의 산소 성분과 구리층(153)의 구리성분은 물질 간의 확산이 발생할 수 있다. 상기 물질 간의 확산은 금속배선인 소스/드레인 전극(13S, 13D)의 저항을 증가시킬 수 있다. 이에 구리층(153)과 산화물 반도체층(330) 사이에 제1 배리어층(123)을 배치시킴으로써 상기 물질 간의 확산을 방지하여 소스/드레인 전극(13S, 13D)의 저항 증가를 방지할 수 있다.
또한, 구리층(153)의 구리 성분은 기판으로 주로 사용되는 글래스(glass) 및 절연층과의 접착력이 나쁘고, 실리콘 또는 산소 성분과의 반응성이 용이할 수 있다. 따라서, 구리를 형성하기 이전에 접착층(adhesion layer)으로 제1 배리어층(123)을 배치하여 접착력 향상시킬 수 있다.
소스/드레인 전극(13S, 13D)이 형성된 기판 전면(whole surface)에 패시베이션층(340)이 형성될 수 있다. 패시베이션층(340)에는 콘택홀(345)을 형성하고 콘택홀(345)을 통해 드레인 전극(13D)과 화소 전극(350)을 연결하여 액정 표시 패널(30)을 형성할 수 있다.
패시베이션층(340)은 실리콘 계열인 SiO2, SiNx 등으로 형성될 수 있고, 실리콘 계열의 물질은 구리층(153)과 물질교환이 이루어질 수 있어 패시베이션층(340)과 구리층(153) 사이에 제2 배리어층(173)을 형성하여 패시베이션층(340)과 구리층(153) 간 물질 확산을 방지할 수 있다.
도시하지 않았지만, 상기와 같이 형성된 박막 트랜지스터가 형성된 박막 트랜지스터 기판에 컬러필터 기판을 합착하고, 그 사이에 액정층을 형성하여 액정 표시 패널(30)을 형성할 수 있다.
게다가 도 2a 및 도 2b에서 설명한 바와 같이, 소스/드레인 전극(13S, 13D)을 금속배선과 같이 구리, 니켈, 아연의 함량을 조절하여 소스/드레인 전극(13S, 13D)을 프로파일을 개선하여 저저항으로 형성할 수 있다.
한편, 종래에는 구리를 이용하는 표시 장치의 금속 배선 구조로는 접착층을 이용하는 2중 구조 또는 3층 구조로 구리-몰리브덴(Cu-Mo) 또는 구리-타이타늄(Cu-Ti) 합금을 많이 사용하여 왔다.
이중에 구리막/티타늄막은 티타늄의 화학적 성질로 인하여 불소 이온이 존재하지 않으면 식각이 되지 않는 단점을 가지고 있다. 또한, 식각액 중에 불소 이온, 특히 불화수소산(HF)을 포함하는 식각액에서 발생한 불소 이온이 포함되어 있으면 기판 및 각종 실리콘층(반도체층과 실리콘 질화막으로 이루어진 패시베이션층)도 함께 식각되어 제조 공정에서 불량이 발생할 수 있는 우려가 있었다.
게다가 기존의 불화 수소산(HF)을 포함하는 식각액인 과수계 식각조성물은 상온에서 안정적으로 보관하기 어렵고, 식각조성물으로 처리할 수 있는 기판의 매수에 한계가 있어 사용하기에 용이하지 못한 단점이 있다.
그러나 본 발명의 실시 예에서는 반도체층(330)을 산화물로 형성하고, 금속배선 즉, 소스/드레인 전극(13S, 13D)에 타이타늄(Ti)성분이 포함되어 있지 않아 불산계 식각조성물을 사용하지 않고도 식각을 할 수 있다. 따라서 식각공정을 용이하게 실시할 수 있고, 불산계 식각조성물로 인해 절연층 등이 식각되어 단락되는 문제점을 방지할 수 있다.
이와 같이, 반도체층(330)과 구리층(153) 사이에 제1 배리어층(123)을 배치시켜 구리층(153)과 산화물 반도체층(330) 간 물질 간의 확산을 방지할 수 있어 소스/드레인 전극(13S, 13D)의 저항을 저하시켜 전기적 특성을 개선할 수 있다. 따라서 액정 표시 패널(3)의 응답속도를 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유기발광 표시패널을 도시한 단면도이다. 여기서 유기발광 표시패널은 도 1a 내지 도 2b를 인용하여 설명하기로 한다. 대표적으로 도 1a를 예를 들어 설명한다.
도 4를 참조하면, 유기발광 표시패널(4)은 기판(401) 상에 버퍼층(403)이 선택적으로 배치될 수 있다. 여기서 용이한 설명을 위해 기판 상에 박막트랜지스터가 형성되는 트랜지스터 영역(TR)과, 정전용량을 형성하는 캐패시터 영역(CAP)으로 나누워 설명한다.
버퍼층(403) 상에 반도체층(410)이 배치될 수 있다. 반도체층(410)은 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 등으로 형성될 수 있다. 반도체층(410)은 트랜지스터 영역(TR) 상에 배치될 수 있다. 반도체층(410) 상에는 반도체층(410)을 절연하는 제1 절연층(420)이 기판(401) 전면(whole surface)에 배치되고, 제1 절연층(420) 상에는 게이트 전극(430)이 트랜지스터 영역(TR) 상에 배치될 수 있다. 여기서 게이트 전극(430)을 마스크로 사용하여 반도체층(410)에 도핑공정을 실시할 수 있다. 도핑공정을 통해 반도체층(410)은 소스 영역(410S)과 드레인 영역(410D)이 형성될 수 있고 소스 영역(410S)과 드레인 영역(410D) 사이에 활성 영역(410C)이 배치될 수 있다.
한편 게이트 전극(430)을 트랜지스터 영역(TR)에 배치함과 동시에 캐패시터 영역(CAP)에는 캐패시터 하부전극(435)이 배치될 수 있다.
게이트 전극(430)과 게캐패시터 하부전극(435)이 형성된 기판 전면(whole surface)에 제2 절연층(440)이 배치될 수 있다. 제2 절연층(440)은 SiO2, SiNx 등으로 형성될 수 있다.
게이트 전극(430)은 제1 절연층(420)과 접촉되는 면에 제1 배리어층(120)이 배치될 수 있고, 제1 배리어층(120) 상에 구리층(150)이 배치될 수 있다. 그리고 구리층(150) 상에는 제2 배리어층(170)이 배치되어 제2 배리어층(170)과 제2 절연층(440)은 접촉될 수 있다.
제1 배리어층(120)은 제1 절연층(420)과 접착성을 향상시킬 수 있고, 제1 절연층(420)에 사용된 실리콘 계열의 물질 확산을 방지하여 게이트 전극(430)의 저항 증가를 방지할 수 있다. 그리고, 제2 배리어층(170)은 구리층(150)과 제2 절연층(440) 사이에 배치되어 제2 절연층(440)과 구리층(150) 간의 물질 확산을 방지할 수 있다.
계속해서, 트랜지스터 영역(TR)의 제2 절연층(440) 상에 제1 관통홀(H1)을 형성할 수 있다. 제1 관통홀(H1)은 반도체층(410)의 소스 영역(410S)과 드레인 영역(410D)을 노출되도록 제2 절연층(440) 및 제1 절연층(420)을 관통시킬 수 있다. 제1 관통홀(H1)이 형성된 제2 절연층(440) 상에 소스 영역(410S)에 연결되는 소스 전극(450S)과, 드레인 영역(410D)에 연결되는 드레인 전극(450D)이 배치될 수 있다. 그리고 캐패시터 영역(CAP)에는 소스/드레인 전극(450S, 450D)과 동시에 형성된 캐패시터 상부전극(455)이 배치될 수 있다.
소스/드레인 전극(450S, 450D) 및 캐패시터 상부전극(455)이 형성된 기판 전면(whole surface)에 제3 절연층(460)이 배치될 수 있다. 제3 절연층(460)에 제2 관통홀(H2)을 형성할 수 있다. 제2 관통홀(H2)은 소스 전극(450S)을 노출시키도록 형성될 수 있다. 제2 관통홀(H2)이 형성된 제3 절연층(460) 상에는 화소 전극(470)이 배치될 수 있다. 화소 전극(470)은 투명전도성 물질인 ITO 등으로 형성할 수 있다.
소스/드레인 전극(450S, 450D)은 소스/드레인 영역(410S, 410D) 및 제1, 2 절연층(420, 440)과 접촉하는 제1 배리어층(120)이 배치될 수 있고, 제1 배리어층(120) 상에는 구리층(150)이 배치될 수 있다. 제1 배리어층(120)은 제1 절연층(420)과 접착성을 향상시킬 수 있고, 제1 절연층(420)에 사용된 실리콘 계열의 물질이 구리층(150)으로 확산되는 것을 방지하여 게이트 전극(430)의 저항 증가를 방지할 수 있다
구리층(150) 상에는 제2 배리어층(170)이 배치될 수 있다. 제2 배리어층(170)은 제2 관통홀(H2)을 통해 화소 전극(470)에 연결될 수 있다. 제2 배리어층(170)은 ITO 등으로 형성된 화소 전극(470)의 산소 성분이 구리층(150)으로 확산되는 것을 방지하여 소스/드레인 전극((450S, 450D))의 저항 증가를 방지할 수 있다.
그리고, 화소 전극(470) 상에 유기 발광층(480)이 형성되고 유기 발광층(480) 상에 대향 전극(490)을 배치시켜 유기발광 표시패널(4)을 형성할 수 있다.
이와 같이, 화소 전극(470)과 구리층(150) 사이에 제2 배리어층(170)을 배치시켜 구리층(150)과 화소 전극(470) 간의 물질 확산을 방지할 수 있어 소스/드레인 전극(450S, 450D)의 저항증가를 방지하여 전기적 특성을 개선할 수 있다. 따라서 유기발광 표시패널(4)의 응답속도를 개선할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속배선에 대해서 먼저 설명하고, 상기 금속배선의 테이퍼 앵글, 면저항 특성을 첨부한 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예
금속배선의 시편준비
(a) 금속배선 구조물(1)은 도 1a와 같이, 기판(11) 상에 플라즈마 화학 기상 증착법(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)으로 제1 배리어층(120)을 500Å의 두께로 형성하고, 제1 배리어층(120) 상에 스퍼터링법(sputtering)으로 구리층(150)을 3000Å의 두께로 형성하였고, 구리층(150) 상에 플라즈마 화학 기상 증착법으로 500Å 두께의 제2 배리어층(170)을 배치시켜 금속배선(10)을 형성하였다.
(b) 금속배선 구조물(2)는 도 1b와 같이, 기판(11) 상에 구리층(150-2)을 스퍼터링법으로 3000Å의 두께로 형성하였고, 구리층(150) 상에 플라즈마 화학 기상 증착법으로 500Å 두께로 제2 배리어층(170-2)을 배치시켜 금속배선(10-2)을 형성하였다.
(c) 금속배선 구조물(3)는 도 1c와 같이, 기판(11) 상에 제1 배리어층(120-3)을 플라즈마 화학 기상 증착법으로 500Å의 두께로 형성하고, 제1 배리어층(120-3) 상에 구리층(150-3)을 스퍼터링법으로 3000Å의 두께로 형성하여 금속배선(10-3)을 형성하였다.
이하, (a)에 기재된 시편을 (a)시편으로, (b)에 기재된 시편을 (b)시편으로, (c)에 기재된 시편을 (c)시편으로 명칭한다.
그리고 (a), (b), (c)시편에 제2 배리어층(170)은 구리를 47 중량%, 니켈을 33 중량%, 아연을 20 중량%를 포함하고, 제1 배리어층(120)은 구리를 47 중량%, 니켈을 33 중량%, 아연을 20 중량%를 포함한 금속배선(10, 10-2, 10-3)을 형성하였다.
상기와 같이 기판(11) 상에 금속배선(10, 10-2, 10-3)을 포함하는 금속배선 구조물들(1, 2, 3)을 각각 가로 5cm, 세로 5cm로 절각하여 금속배선 구조물(1, 2, 3)의 시편을 각각 준비하였다.
식각조성물 준비
식각조성물은 비과수 식각조성물로써 전체중량 중에 인산(H3PO4)을 50 중량%, 질산(HNO3)은 전체중량 중에 10 중량%, 초산(CH3COOH) 전체 중량 중 10 중량%, 질산염은 전체 중량 중 10 중량%, 초산염은 전체 중량 중 5 중량%, 나머지는 구리이온화합물, 탈이온수 등으로 준비하였다.
그리고 식각조성물은 과수 식각조성물로써 인산(H3PO4)을 50 중량%, 질산(HNO3)은 전체중량 중에 10 중량%, 초산(CH3COOH) 전체 중량 중 10 중량%, 질산염은 전체 중량 중 10 중량%, 초산염은 전체 중량 중 5 중량%, 불산 금속산을 1 중량%, 나머지는 구리이온화합물, 탈이온수 등을 준비하였다.
금속배선의 테이퍼 앵글 및 스큐 측정
준비된 금속배선(10, 10-2, 10-3)을 포함하는 금속배선구조물(1, 2, 3)에 각각 상기 준비된 식각조성물을 제공하여 식각을 실시하였다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속배선을 식각 후에 금속배선의 테이퍼 앵글(θ) 및 상/하방 스큐(US, LS)을 도시한 단면도이다.
식각조성물을 제공하기 전에 금속배선들 상에 금속배선의 일부를 가리는 포토레지스트층(500)을 형성하였다. 그리고 금속배선구조물(1, 2, 3)에 비과수 조성물과 과수조성물을 각각 제공하여 테이퍼 앵글(θ) 및 상/하방 스큐(US, LS)를 측정하였다. 여기서 금속배선의 테이퍼 앵글(θ) 및 상/하방 스큐(US, LS)을 측정하기 위해 금속배선의 단면을 FIB(Focus Ion Beam)로 촬상하였다.
도 5a 내지 5c를 참조하면, (a), (b), (c) 시편에 비과수 식각조성물을 제공하여 금속배선의 테이퍼 앵글(θ)과 상/하방 스큐(US, LS)를 도시하였고, 표 1은 금속배선의 테이퍼 앵글(θ)과 상/하방 스큐(US, LS)를 측정한 결과를 나타낸다.
비과수 식각조성물을 사용한 경우, 금속배선(10, 10-2, 10-3)의 테이퍼 앵글(θ)은 39°이상으로 측정되었고, 상/하방 스큐(US, LS)가 저감되는 것을 알 수 있다.
실시예 1에서와 같이, 금속배선(10)은 식각되어 상방스큐(US)가 781nm로 측정되었고, 하방스큐(LS)는 140nm로 측정되었다. 테이퍼 앵글(θ)은 39.29°로 측정되었다. 이는 제1 배리어층(120)에 니켈성분 및 구리성분이 제2 배리어층(170)보다 상대적으로 많은 량이 포함되어 테이퍼 앵글(θ)이 실시예 2 및 실시예 3과 비교하여 상대적으로 작게 형성된 것으로 판단할 수 있다. 또한 불산계 이온을 포함하지 않은 비과수 식각조성물로 인해 상/하방스큐(US, LS)가 저감된 것으로 판단할 수 있다.
실시예 2에서와 같이, 금속배선(10-2)은 식각되어 상방스큐(US)가 303nm로 측정되었고, 하방스큐(LS)는 216 nm로 측정되었다. 테이퍼 앵글(θ)은 58.17°로 측정되었다. 실시예 1 내지 3에서 실시예 2가 상방스큐(US)가 제일 낮은 것으로 측정되었고, 테이퍼 앵글(θ)은 가장 크게 형성된 것을 알 수 있다. 이는 제2 배리어층(170-2)에 아연성분이 조절되어 상방스큐(US)가 상대적으로 낮게 형성된 것으로 판단할 수 있다.
실시예 3에서와 같이, 금속배선(10-3)은 식각되어 상방스큐(US)가 456 nm로 측정되었고, 하방스큐(LS)는 205 nm로 측정되었다. 테이퍼 앵글(θ)은 40.73°로 측정되었다. 이는 제1 배리어층(120-3)에 니켈성분이 상대적으로 많은 량이 포함되어 하방스큐(LS)가 상대적으로 낮게 형성된 것으로 판단할 수 있다.
실시예 1 내지 3에 측정된 것과 같이, 금속배선(10, 10-2, 10-3)을 비과수 식각조성물을 사용하여 식각할 때, 상/하방스큐가 작게 형성되어 미세패턴을 형성하는데 용이할 수 있다. 상온에서 보관이 용이한 비과수 식각조성물을 사용할 수 있어 식각공정의 용이성을 확보할 수 있다.
상방 스큐
(Upper skew(nm))		 하방 스큐
(Lower skew(nm))		 테이퍼 앵글
(Taper angle(°)		 식각 조성물
(Etchant)
실시예 1 781 140 39.29 비과수
식각 조성물
실시예 2 303 216 58.17
실시예 3 456 205 40.73
실시예 4 1803 1015 29.86 과수
식각 조성물
실시예 5 1906 1152 17.70
실시예 6 1673 1148 19.98
한편, 도 5d 내지 5f를 참조하면, (a), (b), (c)시편에 과수 식각조성물을 제공하여 금속배선의 테이퍼 앵글(θ)과 상/하방 스큐(US, LS)를 도시하였다.
실시예 4에서와 같이, 금속배선(10)은 식각되어 상방스큐(US)가 1803 nm로 측정되었고, 하방스큐(LS)는 1015 nm로 측정되었다. 테이퍼 앵글(θ)은 29.86°로 측정되었다.
실시예 5에서와 같이, 금속배선(10-2)은 식각되어 상방스큐(US)가 1906 nm로 측정되었고, 하방스큐(LS)는 1152 nm로 측정되었다. 테이퍼 앵글(θ)은 17.70°로 측정되었다.
실시예 6에서와 같이, 금속배선(10-3)은 식각되어 상방스큐(US)가 1673 nm로 측정되었고, 하방스큐(LS)는 1148 nm로 측정되었다. 테이퍼 앵글(θ)은 19.98°로측정되었다.
따라서, 실시예 1 내지 3의 금속배선은 상방스큐가 800 nm이하로 형성된 것을 알 수 있고, 실시예 4 내지 6은 금속배선의 상방스큐가 1500 nm 이상로 형성된 것을 알 수 있다.
그리고, 실시예 1 내지 3의 금속배선의 하방스큐가 250 nm이하로 형성된 것을 알 수 있고, 실시예 4 내지 6은 금속배선의 하방스큐가 1000 nm이상로 형성된 것을 알 수 있다.
실시예 1 내지 3의 금속배선의 테이퍼 앵글이 30 내지 60°의 각도로 형성된 것을 알 수 있고, 실시예 4 내지 6은 금속배선의 테이퍼 앵글이 15 내지 30°의 각도로 형성된 것을 알 수 있다.
이와 같이, 실시예 4 내지 6은 불산이온이 포함된 과수 식각조성물로 인해 금속배선(10, 10-2, 10-3)이 과도하게 식각된 것으로 판단할 수 있다. 금속배선(10, 10-2, 10-3) 식각 시 불산 계열이 포함된 과수 식각조성물을 사용할 경우, 상/하방스큐(US, LS)가 크게 형성되어 금속배선(10, 10-2, 10-3)의 미세한 패턴(폭, 두께)을 형성하기 곤란한 것으로 판단할 수 있고, 과도한 식각으로 인해 식각 프로파일이 고르게 비탈진 테이퍼진 형상을 기대하기 어려울 것으로 판단된다. 따라서, 전기적 단락이 발생될 수 있는 식각면을 형성하기 어려울 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 박막 트랜지스터 기판 위로는 많은 박막층이 놓이게 되므로 이들 사이에서 원하지 않는 전기적 단락이 일어나는 것을 방지하려면 식각한 금속배선의 절단 측면의 형상, 즉 식각 프로파일(profile)이 고르게 비탈지면서 하방이 상방보다 더 넓은, 테이퍼(taper) 형상인 것이 바람직하다. 그리고 식각 후에 식각한 구리 또는 기타 금속막의 표면에 잔사(residue)라고 불리는 작은 돌기들이 없고 그 표면이 매끄러워야 한다
즉, 식각조성물은 단순히 구리 또는 구리와 기타 금속을 식각할 수 있는 것만으로는 부족하며, 식각면이 전기적 단락을 일으키지 않도록 원활하여야 할 필요성도 있다. 따라서 실시예 1 내지 3과 같이, 금속배선(10, 10-2, 10-3)은 비과수 식각조성물으로도 식각이 가능하다.
또한, 종래에 사용되던 구리-몰리브덴으로 이루어진 금속배선은 식각액 속에 불소 이온이 포함될 필요가 없는 점에서 유리하나 각 금속마다 식각 속도가 차이 나는 것을 피하기 어렵기 때문에 식각공정을 제어가 어렵다는 문제점이 있다.
그러나 본 발명의 실시예 1 내지 3과 같이, 식각 프로파일(profile)이 고르게 비탈지면서 하방이 상방보다 더 넓은, 테이퍼(taper) 형상으로 형성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 금속배선(10, 10-2, 10-3)은 불소이온이 포함된 과수 식각조성물을 사용하지 않고도 식각면이 고룬 패턴을 형성할 수 있고, 비과수 식각조성물을 사용할 수 있으므로 기판, 각종 절연층이 함께 식각되어 발생될 수 있는 단락 불량 등을 해소할 수 있다.
금속배선의 면저항 측정 1
준비된 금속배선(10, 10-2, 10-3)을 포함하는 금속배선구조물(1, 2, 3)에 각각의 표면에 일정 간격 배치된 프로브로 9포인트를 지정하고, 9포인트에 저항 값을 평균내어 금속배선(10, 10-2, 10-3)의 면저항을 측정하였다.
도 6는 본 발명에 일 실시예에 따른 열처리 전의 금속배선의 면저항 균일도를 도시한 그래프이다. 여기서 (a)시편은 실시예 1 및 4이고, (b)시편은 실시예 2 및 5이고, (c)시편은 실시예 3 및 6이고, 이들 시편에 9포인트를 접촉시켜 면저항을 측정결과를 나타낸다. 그리고 표 2는 금속배선들의 면저항 평균과 면저항 균일도를 측정한 결과를 나타낸다.
도 6 및 표 2를 참조하면, 실시예 1은 (a)시편에 비과수 식각 조성물을 사용한 것으로 면저항 평균이 각각 6.60E-02 Ω/□으로 측정되었다. 실시예 4는 과수 식각 조성물 사용한 것으로 면저항 평균이 각각 6.61E-02 Ω/□으로 측정되었다.
그리고 실시예 1의 면저항 균일도는 11.44%로 측정되었고, 실시예 4는 11.86%로 측정되었다.
실시예 2은 (b)시편에 비과수 식각 조성물을 사용한 것으로 면저항 평균이 각각 6.61E-02 Ω/□으로 측정되었다. 실시예 5는 과수 식각 조성물 사용한 것으로 면저항 평균이 각각 6.66E-02 Ω/□으로 측정되었다.
그리고 실시예 2의 면저항 균일도는 10.13%로 측정되었고, 실시예 5는 10.64%로 측정되었다.
실시예 3은 (c)시편에 비과수 식각 조성물을 사용한 것으로 면저항 평균이 각각 6.64E-02 Ω/□으로 측정되었다. 실시예 6는 과수 식각 조성물 사용한 것으로 면저항 평균이 각각 6.65E-02 Ω/□으로 측정되었다.
그리고 실시예 3의 면저항 균일도는 11.16%로 측정되었고, 실시예 6는 11.23%로 측정되었다.
따라서 실시예 1 내지 6은 열처리 전 금속배선(10, 10-2, 10-3)의 면저항이 0.064 Ω/□ 내지 0.068 Ω/□ 인 것을 알 수 있다.
시 편 면저항 평균
(Rs average)		 면저항 균일도
(Rs uniformity)
실시예 1 6.60E-02 11.44%
실시예 4 6.61E-02 11.86%
실시예 2 6.61E-02 10.13%
실시예 5 6.66E-02 10.64%
실시예 3 6.64E-02 11.16%
실시예 6 6.65E-02 11.23%
이와 같이, 구리-니켈-아연을 사용하는 제1, 2 배리어층(120, 170)의 재료 특성으로 인해 식각 조성물에 관계 없이 금속배선(10, 10-2, 10-3)의 식각이 고루게 이루진 것으로 판단할 수 있고, 게다가 면저항 균일도가 15% 이하로 측정된 것을 미루어 볼 때, 면저항이 급격히 증가하는 힐락 등이 발생되지 않고 금속배선(10, 10-2, 10-3)의 식각 표면이 매끄럽게 이루어 진 것으로 판단할 수 있다.
금속배선의 면저항 측정 2
준비된 금속배선(10, 10-2, 10-3)을 포함하는 금속배선 구조물(1, 2, 3)에 각각의 표면에 일정 간격 배치된 프로브로 9포인트를 지정하고, 9포인트에 저항 값을 평균내어 금속배선의 면저항을 측정하였다.
여기서 (a)시편인 실시예 1, (b) 시편인 실시예 2 및 (c) 시편인 실시예 3을 350℃에서 1시간 동안 열처리하고, 열처리된 시편들의 면저항을 측정하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리전과 열처리 후의 금속배선의 면저항을 도시한 그래프이다. 여기서 티이타늄/구리(Ti/Cu)으로 이루어진 금속배선을 비교예로 설정하고, 비교예에 대해서 본 발명의 실시예 1 내지 3의 면저항을 비교하였다.
표 3은 금속배선의 열처리 전과 열처리 후 금속배선의 면저항을 정리한 표이다.
시 편 열처리 전 면저항 열처리 후 면저항
비교예 8.89E-02 25.67E-02
실시예 1 6.60E-02 21.53E-02
실시예 2 6.61E-02 17.88E-02
실시예 3 6.64E-02 15.64E-02
도 7 및 표 3을 참조하면, 비교예의 금속배선에서 열처리 전의 면저항은 8.89E-02 Ω/□로 측정되었고, 열처리 후 25.67E-02 Ω/□로 측정되었다.
실시예 1의 금속배선에서 열처리 전의 면저항은 6.60E-02 Ω/□로 측정되었고, 열처리 후 21.53E-02 Ω/□로 측정되었다.
실시예 2의 금속배선에서 열처리 전의 면저항은 6.61E-02 Ω/□로 측정되었고, 열처리후 17.88E-02 Ω/□로 측정되었다.
실시예 3의 금속배선에서 열처리 전의 면저항은 6.64E-02 Ω/□로 측정되었고, 열처리 후 15.64E-02 Ω/□로 측정되었다.
따라서 실시예 1 내지 3은 열처리 후의 금속배선(10, 10-2, 10-3)의 면저항이 0.15 Ω/□ 내지 0.25 Ω/□ 인 것을 알 수 있다.
비교예에서와 같이, 구리층(150)의 구리 성분과 배리어층의 타이타늄 성분은 열처리 과정 중에 물질 간의 확산이 발생되어 비교예의 금속배선의 면저항이 증가한 것으로 판단할 수 있다.
그리고 실시예 1 내지 3은 비교예와 비교하여 면저항 증가률이 20 내지 25% 저감된 것을 알 수 있다. 이는 실시예 1 내지 3에서 제1, 2 배리어층(120, 170)과 구리층 간의 물질간 확산 확률이 저감되어 면저항 증가률이 감소한 것으로 판단할 수 있다. 즉, 실시예 1 내지 3에서 사용된 배리어층의 재료인 구리-니켈-아연의 성분들이 서로 원자 반지름이 비슷하여 물질 교환이 곤란하여 물질 간의 확산이 발생되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
금속배선의 접착특성 측정
실시예 1 내지 3으로 형성된 금속배선구조물(1, 2, 3)을 폭 10㎜, 길이 100㎜가 되도록 자른 후, Zwick사 Z050 UTM(Universal testing machine)을 이용하여 50.8㎜/min 속도로 30㎜길이의 접착강도를 평가하였다. 그 결과를 하기 표 4에 기재하였다.
시 편 접착강도
(peel strength, Kgf/cm)
실시예 1 0.51
실시예 2 0.45
실시예 3 0.58
금속배선(10, 10-2, 10-3)은 기판 또는 절연층 상에서 박리되지 않기 위해 0.40 Kgf/cm 이상의 접착력을 가져야 한다. 실시예 1 내지 3으로 형성된 금속배선(10, 10-2, 10-3)은 기판 또는 절연층 상에 형성되어 기판과 절연층 간의 접착강도가 모두 0.40 Kgf/cm 이상으로 측정되었다.
이는 제1, 2 배리어층(120, 170)에 사용되는 니켈 성분이 기판 또는 절연층과의 접착력을 형성하여 접착강도가 향상되는 것으로 판단할 수 있다.
이와 같이, 구리층(150) 상/하부에 형성되는 제1, 2 배리어층(120, 170)을 구리-니켈-아연 성분을 포함하는 합금으로 형성하여 금속배선(10, 10-2, 10-3)을 형성할 수 있고, 금속배선을 비과수 식각조성물으로도 식각이 가능하며, 테이퍼 앵글 향상 및 상방 스큐가 감소됨을 알 수 있다.
또한, 금속배선을 열처리하여도 재료특성 상 물질 간의 확산이 최소화되어 면저항이 저감되고, 재료 특성으로 접착력을 향상시킴으로써 금속배선 구조물 및 이를 사용한 표시패널의 색상의 정확성 및 해상도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 금속배선 구조물 10: 금속배선
11: 기판 120: 제1 배리어층
150: 구리층 170: 제2 배리어층

Claims (20)

  1. 구리층;
    상기 구리층의 하부에 배치되는 제1 배리어층; 및
    상기 구리층의 상부에 배치되는 제2 배리어층을 포함하되,
    상기 제1 배리어층 및 상기 제2 배리어층 각각은 구리, 니켈 및 아연을 포함하는 합금이며,
    상기 제1 배리어층의 아연 함량은 상기 제2 배리어층의 아연 함량과 다른 금속배선.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 배리어층은 구리 20 내지 60중량%, 니켈 20 내지 40중량%, 아연 20 내지 40 중량%을 포함하는 금속배선.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 배리어층의 두께는 50 Å내지 600 Å 범위인 금속배선.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 배리어층은 구리 20 내지 40중량%, 니켈 20 내지 40중량%, 아연 20 내지 60 중량%를 포함하는 금속배선.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 배리어층의 두께는 50 Å내지 600 Å범위인 금속배선.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 배리어층은 상기 제1 배리어층보다 아연의 함량이 더 높은 금속배선.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 구리층은 2500Å 내지 3500Å 의 두께로 배치된 금속배선.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 금속배선은 테이퍼 앵글이 30 내지 60°의 각도로 형성된 금속배선.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 금속배선은 비과수 식각조성물로 식각되는 금속배선.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 금속배선은 상방스큐가 800nm이하로 형성된 금속배선.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 금속배선은 하방스큐가 250nm 이하로 형성된 금속배선.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 금속배선은 열처리 전의 면저항이 0.064Ω/□ 내지 0.068Ω/□인 금속배선.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 금속배선은 열처리 후의 면저항이 0.15 Ω/□ 내지 0.25Ω/□인 금속배선.
  16. 기판 상에 형성된 게이트 배선과 데이터 배선이 교차하는 영역에 형성된 박막트랜지스터;
    상기 박막트랜지스터에 형성된 반도체층;
    상기 게이트 배선과 데이터 배선을 절연하는 절연층; 및
    상기 데이터 배선의 일부와 연결된 화소전극을 포함하되,
    상기 게이트 배선 및 데이터 배선은 구리층으로 형성되고,
    상기 구리층의 하부에 배치되는 제1 배리어층; 및
    상기 구리층의 상부에 배치되는 제2 배리어층을 더 포함하되,
    상기 제1 배리어층 및 상기 제2 배리어층 각각은 구리, 니켈 및 아연을 포함하는 합금이며,
    상기 제1 배리어층의 아연 함량은 상기 제2 배리어층의 아연 함량과 다른 표시장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제2 배리어층은 상기 제1 배리어층보다 아연의 함량이 더 높은 표시장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 제1 배리어층은 구리 20 내지 60중량%, 니켈 20 내지 40중량%, 아연 20 내지 40 중량%을 포함하는 표시장치.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 제2 배리어층은 구리 20 내지 40중량%, 니켈 20 내지 40중량%, 아연 20 내지 60 중량%를 포함하는 표시장치.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 반도체층 또는 상기 화소전극은 산소 성분을 포함하는 재료로 형성된 표시장치.
KR1020140156230A 2014-11-11 2014-11-11 금속배선 및 이를 포함하는 표시 장치 KR102408021B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140156230A KR102408021B1 (ko) 2014-11-11 2014-11-11 금속배선 및 이를 포함하는 표시 장치
US14/659,730 US9824788B2 (en) 2014-11-11 2015-03-17 Metal wire having a copper layer and a barrier layer and display device including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140156230A KR102408021B1 (ko) 2014-11-11 2014-11-11 금속배선 및 이를 포함하는 표시 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160056463A KR20160056463A (ko) 2016-05-20
KR102408021B1 true KR102408021B1 (ko) 2022-06-13

Family

ID=55912762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140156230A KR102408021B1 (ko) 2014-11-11 2014-11-11 금속배선 및 이를 포함하는 표시 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9824788B2 (ko)
KR (1) KR102408021B1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102494732B1 (ko) * 2015-10-16 2023-02-01 삼성디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법
CN108292684B (zh) * 2015-11-20 2022-06-21 株式会社半导体能源研究所 半导体装置、该半导体装置的制造方法或包括该半导体装置的显示装置
WO2018004550A1 (en) * 2016-06-28 2018-01-04 Intel Corporation Self-generated barriers with templated metal for efficient electric conduction
CN106653772B (zh) * 2016-12-30 2019-10-01 惠科股份有限公司 一种显示面板及制程
CN112186192A (zh) * 2019-07-01 2021-01-05 宁德时代新能源科技股份有限公司 负极集流体、负极极片及电化学装置
CN112186194B (zh) * 2019-07-01 2023-09-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 正极集流体、正极极片及电化学装置
CN111244110B (zh) * 2020-01-19 2023-04-18 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 一种显示面板以及电子装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008183704A (ja) * 2007-01-29 2008-08-14 Thermocompact 放電加工のための電極ワイヤ
US20110228502A1 (en) * 2010-03-22 2011-09-22 Au Optronics Corporation Active device array substrate and fabricating method thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0343254B1 (en) * 1987-10-26 1994-06-15 Sumitomo Electric Industries Limited Metal and composite material made of the metal with rubber
US5304428A (en) * 1990-06-05 1994-04-19 Fukuda Metal Foil And Powder Co., Ltd. Copper foil for printed circuit boards
US5916695A (en) * 1995-12-18 1999-06-29 Olin Corporation Tin coated electrical connector
US7214605B2 (en) 2003-10-09 2007-05-08 Intel Corporation Deposition of diffusion barrier
US7341946B2 (en) 2003-11-10 2008-03-11 Novellus Systems, Inc. Methods for the electrochemical deposition of copper onto a barrier layer of a work piece
US20060134449A1 (en) * 2004-12-20 2006-06-22 Sigler David R Weldable metal composites and methods
US8258626B2 (en) 2008-09-16 2012-09-04 Advanced Interconnect Materials, Llc Copper interconnection, method for forming copper interconnection structure, and semiconductor device
JP5171990B2 (ja) 2011-05-13 2013-03-27 株式会社神戸製鋼所 Ｃｕ合金膜および表示装置
KR20130081492A (ko) * 2012-01-09 2013-07-17 삼성디스플레이 주식회사 금속 패턴의 형성 방법 및 표시 기판의 제조 방법
JP5912046B2 (ja) 2012-01-26 2016-04-27 株式会社Ｓｈカッパープロダクツ 薄膜トランジスタ、その製造方法および該薄膜トランジスタを用いた表示装置
KR20130089419A (ko) * 2012-02-02 2013-08-12 삼성디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터 기판 및 박막 트랜지스터 기판의 제조 방법
US20150179508A1 (en) * 2013-12-23 2015-06-25 Intermolecular Inc. Tantalum-Based Copper Barriers and Methods for Forming the Same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008183704A (ja) * 2007-01-29 2008-08-14 Thermocompact 放電加工のための電極ワイヤ
US20110228502A1 (en) * 2010-03-22 2011-09-22 Au Optronics Corporation Active device array substrate and fabricating method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20160133348A1 (en) 2016-05-12
US9824788B2 (en) 2017-11-21
KR20160056463A (ko) 2016-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102408021B1 (ko) 금속배선 및 이를 포함하는 표시 장치
JP5963804B2 (ja) 半導体装置の製造方法
TWI387108B (zh) 導線結構、形成導線之方法、薄膜電晶體基材及製造薄膜電晶體基材之方法
JP4970622B2 (ja) 半導体装置、半導体装置を有する液晶表示装置、半導体装置の製造方法
KR101542840B1 (ko) 박막 트랜지스터 표시판 및 이의 제조 방법
KR101486180B1 (ko) 액티브 매트릭스 기판의 제조 방법, 표시 패널 및 표시 장치
KR20020050020A (ko) 식각용액 및 식각용액으로 패턴된 구리배선을 가지는전자기기용 어레이기판
KR20080106900A (ko) 반사형 ｔｆｔ 기판 및 반사형 ｔｆｔ 기판의 제조 방법
WO2010073824A1 (ja) 表示パネル用の基板、及びそれを備えた表示パネル
JP4970621B2 (ja) 配線層、半導体装置、液晶表示装置
KR101276966B1 (ko) 투명 도전막 및 그것을 이용한 기판, 전자 기기 및 액정표시 장치
KR100720087B1 (ko) 표시 소자용 배선 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 기판및 그 제조 방법
KR101579453B1 (ko) 박막 트랜지스터 표시판 및 이의 제조 방법
KR101046928B1 (ko) 박막 트랜지스터 표시판과 그 제조방법
JP4913267B2 (ja) 配線層、半導体装置、半導体装置を有する液晶表示装置
KR20050014822A (ko) 배선 재료 및 이를 이용한 배선 기판
KR20100075058A (ko) 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조 방법
KR100552283B1 (ko) 몰리브덴및몰리브덴합금을이용한박막트랜지스터기판및그제조방법
KR100471773B1 (ko) 몰리브덴또는몰리브덴합금을이용한배선의제조방법및이를이용한박막트랜지스터의제조방법
JPH1187325A (ja) エッチング液及びこれを用いた薄膜トランジスタの製造方法
KR100508036B1 (ko) 몰리브덴또는몰리브덴합금을이용한반도체장치의제조방법
JP2019165192A (ja) アクティブマトリクス基板
JP7326918B2 (ja) 積層体
KR102617444B1 (ko) 박막 트랜지스터 기판
CN110117792A (zh) 金属层用蚀刻剂组合物和制造导电图案的方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant