KR20010060786A

KR20010060786A - 인듐-징크-옥사이드로 적용된 투명전극과 이를 에칭하기위한 에천트

Info

Publication number: KR20010060786A
Application number: KR1019990063228A
Authority: KR
Inventors: 안유신; 이후각
Original assignee: 구본준, 론 위라하디락사; 엘지.필립스 엘시디 주식회사
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-07
Also published as: KR100381054B1; US7279765B2; US6682658B2; US20040195204A1; US20020070197A1

Abstract

본 발명은 화소전극의 손상 및 휘어짐을 방지하도록 한 징크-인듐-옥사이드로 적용된 화소전극에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정표시소자에 적용되는 투명전극은 저농도의 에천트로 짧은 시간 내에 에칭될 수 있도록 비정질 구조를 가지는 인듐-징크-옥사이드로 형성된다.

본 발명에 의하면 투명전극 패터닝시 투명전극의 손상 및 휘어짐을 방지할 수 있게 된다.

Description

인듐-징크-옥사이드로 적용된 투명전극과 이를 에칭하기 위한 에천트{Transparent Electrode Applied To Indium-Zinc-Oxide and Etchant For Etching The Same}

본 발명은 에칭특성을 향상시키도록 한 투명전극에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 투명전극을 에칭시키기에 적합하도록 한 에천트에 관한 것이다.

액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식의 액정표시장치는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함)를 이용하여 자연스러운 동화상을 표시하고 있다. 이러한 액정표시장치는 브라운관에 비하여 소형화가 가능하여 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer)와 노트북 컴퓨터(Note Book Computer)는 물론, 복사기 등의 사무자동화기기, 휴대전화기나 호출기 등의 휴대기기까지 광범위하게 이용되고 있다.

최근, 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치는 개구율을 높이기 위하여 도 1과 같이 게이트라인 또는 데이터라인과 같은 신호배선(106)에 투명전극으로 된 화소전극(108)을 중첩시키는 추세에 있다. 이 경우, 신호배선(106)이 형성된기판(102) 위에는 신호배선(106)과 화소전극(108) 사이의 절연과 기생캐패시턴스를 최소화하기 위하여 유전상수가 낮은 유기절연막(104)이 전면 코팅된다. 이와 같이 화소전극(108)이 신호배선(106)과 중첩되는 액정표시소자는 화소전극(108)과 신호배선(106)이 중첩되지 않고 소정 간격(대략 5∼10μm)만큼 이격된 액정표시소자에 비하여 신호배선(106)과 화소전극(108)의 중첩영역만큼 개구율이 증대된다.

화소전극(108)의 재료로는 통상 투명 전도성 물질인 인듐틴옥사이드(Indium-tin-oxide : 이하 "ITO"라 함)로 선택된다. 이 ITO막이 유기절연막(104) 상에 전면 증착된후, 신호배선(106)과 중첩되게끔 패터닝된다. 그러나 ITO막 패터닝시 ITO막의 외곽부는 에천트에 의해 에칭된후 휘어지거나 손상되는 경우가 흔히 발생한다. 이와 같이 유기절연막(104) 상에 형성되는 ITO막의 외곽부가 손상되거나 휘게 되면 화소전극(108)과 신호배선의 중첩부의 폭이 좁아지기 때문에 중첩부에서 빛이 새는 현상이 나타나게 된다. 이렇게 ITO 막의 패턴불량이 발생되는 원인은 ITO막이 유기절연막(104)과의 계면 접합 특성이 나쁘다는 특성에도 기인하지만 특히, 고농도의 강산이 포함된 에천트에 의해 에칭되며 에칭속도가 늦다는 것에 기인한다.

이와 같은 ITO막의 패턴불량을 줄이기 위하여, 유기절연막(104)과 ITO막 사이의 접착력을 강화하기 위한 유기절연막(104)의 표면처리 공정을 시행하고 있다. 이러한 표면처리로는 유기절연막(104) 상에 HNO₃, H₂SO₄등의 산을 이용하여 산화막을 형성하는 방법이 있다. 다른 방법으로는 플라즈마 증착을 이용하여 수소(H)를 유기절연막(104)의 표면에 성막하거나 산소(O)를 이온도핑하는 방법 등이 있다.이렇게 유기절연막(104)을 표면처리하는 경우에도 에천트가 담긴 챔버 내에 기판(102)을 침전시키는 디핑(Deeping) 방식으로 ITO막을 에칭하게 되면 유기절연막(104)과 ITO막 사이의 계면에 에천트가 침투되면서 전술한 바와 같은 ITO막의 패턴불량이 발생된다. 이 경우에도 ITO막을 에칭하기 위한 에천트는 고농도의 강산을 포함하며, 장시간의 에칭이 진행된다. 실제로, ITO막을 에칭하기 위한 에천트는 C₂H₂O₄대 디이오나이즈드워터(De-Ionized Water : 이하 "DI"라 함)의 비가 1 : 10 이하로 산의 농도가 매우 높다. 이와 같은 고농도의 에천트를 이용하여 ITO막을 에칭하는데 소요되는 시간은 대략 1000초 이상이 소요된다.

한편, ITO막은 액정표시장치 이외에도 많은 디스플레이 소자, 잉크젯 헤드 등에도 이용되고 있으며, 액티브 매트릭스 액정표시장치와 유사한 구조를 가지는 X선 검출소자의 화소전극으로도 이용된다. 이와 같이 ITO가 이용되는 소자 또는 기기들에 있어서 ITO의 에칭특성이 나쁘기 때문에 ITO가 적용된 투명전극 또는 화소전극 등의 패턴불량이 쉽게 발생된다.

따라서, 본 발명의 목적은 에칭특성을 향상시키도록 한 투명전극을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 투명전극을 에칭시키기에 적합하도록 한 에천트에 관한 것이다.

도 1은 종래의 액정표시소자에 있어서 투명전극과 신호배선이 중첩되는 것을 개략적으로 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시소자를 나타내는 평면도.

도 3은 도 2에서 선 "A-A'"을 따라 절취하여 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 에천트의 조성비를 달리할 때의 에칭 레이트를 나타내는 특성도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 X선 감지소자를 나타내는 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

2,32,102 : 기판 4,34 : 게이트전극

6,36 : 게이트절연막 8,38 : 반도체층

10,40 : 오믹접촉층 12,42 : 소오스전극

14,44 : 드레인전극 16,46,104 : 유기절연막

18,60 : 콘택홀 20,50,108 : 화소전극

22 : 데이터라인 24,58 : 게이트라인

30 : TFT 48,56 : 투명전극

52 : 그라운드라인 54 : 무기절연막

106 : 신호배선

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시소자에 적용되는 투명전극은 저농도의 에천트로 짧은 시간 내에 에칭될 수 있도록 비정질 구조를 가지는 인듐-징크-옥사이드로 형성된다.

본 발명에 따른 X선 감지소자에 적용되는 투명전극과 캐패시터를 구성하는 전극들은 에칭속도가 빠르게끔 인듐-징크-옥사이드로 형성된다.

본 발명에 따른 투명전극을 에칭하기 위한 에천트에는 옥살릭계산이 소정 조성비로 첨가된다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명전극을 나타내는 도면으로써, 액정표시소자에 적용된 화소전극을 나타낸다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 액정표시소자에는 데이터라인(22)과 게이트라인(24)의 교차부에 TFT(30)가 형성되며, 데이터라인(22)에 중첩되는 화소전극들(20)이 매트릭스 형태로 배치된다. 데이터라인(22)은 각 액정화소셀들에 비디오신호를 공급하게 된다. 게이트라인(24)은 비디오신호에 동기되는 게이트펄스를 TFT(30)의 게이트전극(4)에 공급하게 된다. 액정화소셀들 각각은 화소전극(20)과 도시하지 않은 공통전극 사이에 주입된 액정층을 포함한다. 액정층은 화소전극(20)과 공통전극 사이의 전계에 의해 구동되어 기판을 경유하여 입사되는 입사광의 투과광량을 조절하게 된다.

TFT(30)는 게이트라인(24)에 접속된 게이트전극(4), 데이터라인(22)에 접속된 소오스전극(12) 및 화소전극(20)에 접속된 드레인전극(14)을 포함한다. 게이트전극(4)과 게이트라인(24)을 형성하기 위하여, 금속층이 2500Å 정도의 두께로 스퍼터링이나 진공증착에 의해 기판(2) 상에 증착된다. 그리고 금속층은 포토 마스크가 형성된 후, 반응 이온 에칭에 의해 패터닝된다. 이렇게 게이트전극(4)과 게이트라인(24)이 기판(2) 상에 형성된 후, 기판(2) 상에는 SiNx 등의 유전체로 된 게이트절연막(6)이 플라즈마 인핸스드 화학적 기상증착에 의해 증착되어 게이트전극(4)과 게이트라인(24)을 덮게 된다. 이 게이트절연막(6)은 2000∼3000Å 정도의 두께를 가지게 된다. 이 게이트절연막(6) 위에는 a-Si으로 된 반도체층(8)이 2000Å 정도의 두께로 증착되고, 그 위에 a-Si에 n+ 이온이 도핑된 오믹접촉층(10)이 500Å 정도의 두께로 증착된다. 이들 반도체층(8)과 오믹접촉층(10)은 게이트전극(4) 상의 게이트절연막(6)을 덮게 된다. 오믹접촉층(10) 위에는 금속으로 된 소오스전극(12)과 드레인전극(14)이 500∼2000Å 정도의 두께로 증착된다. 소오스전극(12)과 드레인전극(14)은 미리 설정된 채널폭만큼 이격되게 패터닝된다. 이어서, 소오스전극(12)과 드레인전극(14) 사이에 형성된 채널을 따라 오믹접촉층(10)이 에칭되어 반도체층(8)을 노출시키게 된다. 이렇게 TFT(30), 데이터라인(22) 및 게이트라인(24)이 형성된 기판(2) 위에는 유기절연막(16)이 스핀코팅에 의해 평탄하게 전면 도포된다. 이 유기절연막(16)이 질소 분위기에서경화(Curing)된 후, 각 드레인전극(14)을 덮고 있는 유기절연막(16)의 일부가 에칭된다. 이 때, 드레인전극(14) 상의 형성된 콘택홀(18)은 드레인전극(14)과 화소전극(20)을 접속시키게 된다. 콘택홀(18)이 형성된 유기절연막(16) 위에는 인듐-징크-옥사이드(Indium-Zinc-Oxide : 이하 "IZO"라 함)된 화소전극(20)이 전면 증착된다. 이 화소전극(20)은 콘택홀(18) 내에도 증착되어 드레인전극(14)과 접속된다. 마지막으로, 유기절연막(16) 상에 증착된 화소전극(20)은 데이터라인(22)의 측면에 중첩되게끔 포토 마스킹 된 후, 에칭에 의해 패터닝된다.

화소전극(20)의 재료로 선택된 IZO는 In₂O₃와 ZnO가 소정비로 혼합된 투명 전도성 화합물이다. IZO는 저농도의 에천트에 의해 에칭되어질 수 있으며, 저농도의 에칭용액에서도 짧은 시간내에 에칭이 되는 특성을 가진다. 또한, IZO는 그 결정구조가 비정질구조이기 때문에 유기절연막(16)과의 계면 접합특성이 우수하다. 이 때문에 화소전극(20)으로 IZO를 선택하게 되면 유기절연막(16) 간의 접착력 강화를 위한 표면처리 공정이 생략될 수 있다.

IZO는 스퍼터링법 예를 들면, 직류 마그네트론 스퍼터링법(DC Magnetron Sputtering)으로 유기절연막(16) 상에 증착된다. 스퍼터링시의 공정조건은 다음의 표 1과 같다.

기판 온도	25∼250℃
챔버 내의 압력	0.2∼0.8Pa
O₂/Ar 가스 유량비(Ar이 "1"일 때 O₂의 비)	0.15∼1.0%
직류전력밀도(DC Power Density)	0.1∼1.0W/cm²
자기장의 세기	500∼1500Gauss

이렇게 유기절연막(16) 상에 증착된 IZO막은 전술한 바와 같이 에칭특성이 우수하기 때문에 에칭한 후에도 화소전극(20) 특히, 화소전극(20)의 끝단부가 손상되거나 휘지 않게 된다. 또한, IZO막을 디핑(Dipping) 방식으로 에칭하는 경우에도 산의 비가 적은 저농도의 에천트에 침전되고 빠르게 에칭되기 때문에 에칭이 용이하게 된다.

이러한 IZO의 에칭특성과 비저항특성을 ITO의 그것들과 대비하면 표 2와 같이 IZO는 ITO에 비하여 저농도의 에천트를 이용하여 저온(상온)에서 짧은 시간내에 에칭될 수 있다. 또한, IZO는 ITO에 비하여 비저항이 다소 높은 특성이 있다.

	IZO	ITO
비저항	360(μΩ㎝)	250(μΩ㎝) 이하
결정구조	비정질(Amorphous)	다결정(Poly)
에칭레이트	550Å/min	(9.5Å/min)
에칭속도	300초 이내	1000초 이상
에칭온도	25℃	30℃ 이상
에천트혼합비(C₂H₂O₄대 DI)	1 : 180	1 : 10 이하

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 IZO 에칭용 에천트는 옥살릭계 산(Oxalic acid)인 C₂H₂O₄와 디이오나이즈드워터(Deionized water : 이하 "DI"라 함)가 1 : 180의 비로 혼합된다. 한편, 이 에천트에는 C₂H₂O₄와 DI의 혼합 균일성을 향상시키기 위한 계면 활성제가 첨가될 수 있다. 이렇게 C₂H₂O₄와 DI의 비가 1 : 180으로 설정되는 것은 표 3과 도 4에서 알 수 있는 바 산의 농도가 저농도이고 에칭속도가 빠르면서도 에칭제어마진(Etching Control Margin)을 충분히 확보하기 위함이다. 다시 말하여, 표 3 및 도 4에서와 같이 C₂H₂O₄와 DI의 비가 1 : 30 또는 1 : 128인 경우에는 C₂H₂O₄의 농도와 에칭속도가 지나치게 높기 때문에 IZO 에칭시 에칭제어가 어렵게 된다. 이와 달리, C₂H₂O₄와 DI의 비가 1 : 350 정도로 C₂H₂O₄의 농도를 작게 하면 에칭속도가 느린 단점이 있다. 이에 따라, IZO막을 에칭하기 위한 에천트의 조성비는 C₂H₂O₄와 DI의 비가 에칭제어마진, 에칭속도 및 산의 농도 등을 고려하여 1 : 180으로 설정함이 바람직하다.

C₂H₂O₄: DI	온도(℃)	에칭레이트(Å/sec)
1 : 30	25	15.2
1 : 128	25	15.3
1 : 180	25	9.4
1 : 350	25	6.1

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명전극을 나타내는 도면으로써, X선 검출소자에 적용된 화소전극을 나타낸다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 X선 검출소자의 TFT 어레이는 게이트전극(34), 소오스전극(42) 및 드레인전극(44)을 포함하는 TFT와, TFT에 덮여진 유기절연막(46)과, 유기절연막(46) 상에 형성된 화소전극(50)과, 상부 투명전극(56)과 하부 투명전극(48) 사이에 형성되는 스토리지 캐패시터(Cst)와, 스토리지 캐패시터(Cst)에 접속된 그라운드라인(52)을 구비한다. TFT, 스토리지 캐패시터(Cst) 및 그라운드라인(52) 위에는 유기절연막(46)이 덮여지게 된다. 유기절연막(46) 위에 형성된 화소전극(50)은 TFT, 스토리지 캐패시터(Cst) 및 그라운드라인(52)을 덮게 된다. 스토리지 캐패시터(Cst)는 화소전극(50)으로부터 공급되는X선 감지신호를 충전하는 역할을 하며, TFT의 소오스전극(42)과 드레인전극(44) 사이에 채널이 형성되는 기간에 X선 감지신호를 소오스전극(42)에 접속된 데이터라인으로 공급한다. 스토리지 캐패시터(Cst)의 전극 역할을 하는 상/하부 투명전극(56,48) 사이에는 SiNx 등의 무기절연막(54)이 형성된다. 화소전극(50) 위에는 X선을 감지하기 위한 광감지층이 형성된다. 광감지층은 셀레니움(Selenium)으로 이루어진다.

본 발명에서는 화소전극(50), 상/하부 투명전극(48,56)의 재료로는 IZO가 선택된다. IZO는 전술한 바와 같이 유기절연막(46)과 계면 접착 특성이 우수하고 저농도의 에천트에 의해 짧은 시간 내에 에칭될 수 있다. 따라서, 화소전극(50)은 에칭후에도 외곽부가 휘어지거나 손상되지 않는다. 한편, 종래에는 화소전극(50), 상/하부 투명전극(56,48)의 재료로서 ITO가 선택된다. 이 경우, 화소전극(50) 패터닝시 콘택홀(60)의 저면에 존재하는 ITO막의 두께가 화소전극(50)용 ITO막보다 대략 2배 정보 두껍기 때문에 에칭후에도 잔막이 남는 경우가 흔히 발생하게 된다. 반면에 화소전극(50), 상/하부 투명전극(56,48)이 IZO막이면 화소전극(50)용 IZO막 에칭시 콘택홀(60)의 저면에 대략 두 배의 두께를 가지는 IZO막이 동시에 에칭되는 경우에도 IZO막의 에칭이 빠르게 진행되기 때문에 콘택홀(60) 저면에 IZO 의 잔막이 남는 등 불량을 최소화할 수 있게 된다. 이를 상세히 하면, 화소전극의 패터닝시, 화소전극(50)용 IZO막이 에칭됨과 동시에 콘택홀(60) 내에 두 배의 두께를 가지는 IZO막이 에칭된다. 이 때, IZO막은 표 2와 같이 에칭 레이트가 ITO막에 비하여 대략 60배 정도 높으므로, 대략 500Å 두께의 화소전극용 IZO막과 대략 1000Å두께의 콘택홀(60)의 저면에 형성된 IZO막이 거의 동시에 에칭될 수 있다. 이에 따라, 콘택홀(60) 내의 IZO 막의 잔막없이 화소전극(50)의 패터닝이 용이하게 될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 투명전극은 저농도의 에천트에 의해 짧은 시간 내에 에칭이 가능한 IZO를 화소전극으로 적용함으로써 에칭특성이 향상된다. 본 발명에 따른 투명전극 에칭용 에천트는 옥살릭계 산인 C₂H₂O₄와 DI가 1 : 180의 조성비로 혼합됨으로써 산의 농도가 저농도이고 IZO에 대한 에칭제어마진을 충분히 확보함과 아울러 IZO에 대하여 에칭속도가 빠르기 때문에 IZO로 적용된 투명전극을 에칭시키기에 적합하게 된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 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 정하여 져야만 할 것이다.

Claims

유기절연막 상에 투명전극이 형성되는 액정표시소자에 있어서,

저농도의 에천트로 짧은 시간 내에 에칭될 수 있도록 상기 투명전극이 비정질 구조를 가지는 인듐-징크-옥사이드인 것을 특징으로 하는 투명전극.
제 1 항에 있어서,

상기 에천트는 1 : 180의 비로 C₂H₂O₄와 디이오나이즈드 워터가 혼합된 것을 특징으로 하는 투명전극.
유기절연막 상에 투명전극이 형성되고 X선을 감지한 신호를 충전하기 위한 캐패시터를 구비하는 X선 감지소자에 있어서,

상기 캐패시터를 구성하는 전극들과 상기 투명전극의 에칭속도가 빠르게끔 상기 캐패시터의 전극들과 상기 투명전극이 인듐-징크-옥사이드인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 투명전극.
유기절연막 상에 인듐-징크-옥사이드로 이루어진 투명전극이 형성된 소자에 있어서,

상기 투명전극은 옥살릭계산이 소정 조성비로 첨가된 에천트에 의해 에칭되는 것을 특징으로 하는 투명전극을 에칭하기 위한 에천트.
제 4 항에 있어서,

상기 에천트는 1 : 180의 비로 C₂H₂O₄와 디이오나이즈드 워터가 혼합된 것을 특징으로 하는 투명전극을 에칭하기 위한 에천트.
제 4 항에 있어서,

상기 인듐-징크-옥사이드는 대략 25℃의 상온에서 에칭되는 것을 특징으로 하는 투명전극을 에칭하기 위한 에천트.
제 4 항에 있어서,

상기 인듐-징크-옥사이드는 상기 에천트로 대략 300초 이내에 에칭되는 것을 특징으로 하는 투명전극을 에칭하기 위한 에천트.
제 4 항에 있어서,

상기 인듐-징크-옥사이드의 에칭 레이트는 분당 550Å인 것을 특징으로 하는 투명전극을 에칭하기 위한 에천트.