KR20020057029A - 저 저항 배선을 갖는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저 저항 배선을 갖는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 투명성 절연 기판 상에 신호라인용 금속막의 접착력 향상을 위한 접착 금속막을 증착하는 단계; 상기 접착 금속막 상에 게이트용 금속막을 증착하는 단계; 및 식각 가스로서 HCl 계 가스를 사용해서, 상기 게이트 금속막과 접착 금속막을 연속해서 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터 액정표시장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 패널 상에 저 저항 배선 재료로인 Ag 합금이 투명 절연 기판 상에 증착율이 향상 되도록한 저 저항 배선을 갖는 박막 트랜지스터 액정표시장치 패널 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 박막 트랜지스터 액정표시장치 패널의 배선 재료는 저항이 낮은 것으로 사용하여 전력 소비 율을 줄이는 방안으로 강구되고 있다. 이러한 금속들 중에는 Ag, Cu계의 금속들이 있으나, 유리 기판과의 접착력에 관하여는 상세한 자료가 없으며, 실제적으로 Ag는 유리 기판과의 접착력이 매우 나쁜 것으로 알려져 있다.
따라서, 유리 기판 상에서의 Ag의 접착력을 향상시키는 방법이 연구되어 왔으며, 예를 들어, Ti-계 금속, W-계 금속 층을 버퍼로 삽입하는 방법이 미국 특허 번호 US4404235, 및 US6046502로 제안되었고, 또한, 기판 표면을 플라즈마 처리 하는 방법이 미국 특허 번호 US6051115에 제안되어 있다.
한편, 최근에는 저 저항 배선 상하층에 a-Si 접착 막을 사용하여, 접착율을 높이는 개선안이 제안되었는데, 실제 실험 결과상으로는 유리 기판에 대한 접착 율이 크게 향상된 결과를 보여주지 못하였다. 또한, 배선 부분에 a-Si 접착 막을 증착 시키는 경우, 공정 중에서 발생하는 상호 금속간의 혼탁에 의한 Ag합금 내로의 Si유입으로 인한 저항이 증가하는 결과를 낳을 위험성이 크다. 뿐만 아니라, a-Si의 경우, 증착과정이 통상적으로 CVD(Chemical Vaper Deposition)로 행해지므로 배선막 증착 공정과 접착 막 증착 공정이 서로 다른 챔버 에서 이루어져 생산량이 저하되고, 패널 생산단가가 상승하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저저항 배선재료인 Ag계 합금이 유리와의 접착 력이 나쁘기 때문에 중간에 접착 력이 뛰어난, Al층을 삽입하여 Ag 합금을 액정표시장치 어레이 기판의 배선 재료로 사용할 수 있도록 한 저 저항 배선을 갖는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1a 내지 도 1b는 일반적인 물질의 증착 력을 설명하기 위한 단면도.
도 2는 금속에 산화 막 형성에 필요한 자유에너지 변화를 나타낸 그래프.
도 3는 본 발명에 따른 증착 공정을 나타낸 흐름도.
도 4은 본 발명의 다른 실시 예에 따라 증착된 금속 막의 단면도.
(도면 주요 부분에 대한 부호의 설명)
11: A금속과 B금속의 접촉면 13: A금속의 표면
15: B금속의 표면 31: 저 저항 배선 막
33: Al 접착 막 50: 투명 절연 기판
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명성 절연 기판 상에 신호라인용 금속막의 접착력 향상을 위한 접착 금속막을 증착하는 단계; 상기 접착 금속막 상에 게이트용 금속막을 증착하는 단계; 및 식각 가스로서 HCl 계 가스를 사용해서, 상기 게이트 금속막과 접착 금속막을 연속해서 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 게이트용 금속막은 저저항 특성을 갖는 Ag, Cu, Au계 금속중에서 선택되는 어느 하나 이고, 상기 게이트용 금속막은 상기 Ag에 Pd, Al, Cu, Nd, Mo, Cr,및 Si원소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 이상이 첨가되며, 상기 게이트용 금속막은 상기 Cu에 Pd, Al, Cu, Nd, Mo, Cr, 및 Si원소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 이상이 첨가되고, 상기 게이트용 금속막은 Au에 Pd, Al, Cu, Nd, Mo, Cr, 및 Si원소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 이상이 첨가되고, 상기 접착 금속막과 신호 라인용 금속막은 진공 상태를 유지하면서, 스퍼터링 공정으로 연속 증착하고, 상기 진공상태의 압력은 10-1Pa ~ 10-6Pa 이며, 상기 접착 금속막은 Al, Ti, 및 Ta 금속중에서 선택되는 어느 하나 이고, 상기 접착 금속막은 상기 Al에 Nd, Cu, Mo, Cr,Ti, 및 Si원소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 이상이 첨가된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 유리 기판과의 접착 력이 매우 나쁜 Ag계 합금에 상대적으로 유라기판과 접착 력이 뛰어난 Al층을 삽입하여 Ag합금과 유리 기판간의 접착 력 문제를 개선하고자 한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조해서, 본 발명의 실시 예에 따른 저저항 배선을 갖는 박막 트랜지스터 액정표시장치의 제조 방법을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1a 내지 도 1b는 일반적인 물질의 증착 력을 설명하기 위한 단면도로서, 도시한 바와 같이, 두개의 금속 물질 A, B가 접촉해 있을 경우와 떨어져 있을 경우에 대한 물질의 접착 력에 대한 물리적 성질을 알아보면, A물질과 B물질이 접촉해 있을때 접촉면(11)의 접착 력의 강도인 접착 에너지(Ead)와, A물질, B물질이 분리되어 존재할 때 갖는 각각의 표면적(13,15)에 형성되는 표면 에너지와의 관계식은 다음과 같이 주어진다.
Ead= FS(A) + FS(B) - γI(AB)
여기서, FS(A)와 FS(B)는 각각 A와 B의 표면 에너지이고 γI(AB)는 접촉하고 있는 A와 B의 계면 에너지이다. 상기 접착 에너지(Ead)의 물리적 의미는 접촉하고 있는 A물질과 B물질을 떨어뜨리는데 필요한 일의 양을 뜻한다. 따라서, 접착 에너지가 크다는 것은 두 물질간의 접착 력이 강하다는 뜻을 의미한다. 또한, 강한 접착 력을 갖기 위해서는 계면 에너지(γI(AB))가 작아야하고 상기 계면 에너지가 작은 두 금속이 접합 되었을때 안정한 계면을 형성할 수 있다.
따라서, Ag계 금속 합금(alloy)의 접착 력 향상을 위한 버퍼(buffer)층으로서 Al층이 사용되는데, Al은 대표적인 저 저항 금속들 (Ag, Cu, Au, Al)중에서 유일하게 유리 기판 상에서의 접착 력이 좋은 재료이다.
아래에서 보인 표 1에서와 같이, Al의 표면에너지 Fs가 다른 금속들에 비해 작은 재료임에도 불구하고 SiO2와의 계면 에너지 γ1(AB)이 작기 때문에 접착 에너지 Ead(AB)가 크다는 점을 설명하고 있다.
| FS[ergs/㎠] | |
| Ag | 1333[1] |
| Cu | 2027[1] |
| Au | 1638[1] |
| Al | 730[2] |
| SiO2 | 307[3] |
Al과 다른 금속들과 접착 력의 차이는 Ag, Cu, Au가 귀금속(noble)계열에 속하지만, Al은 공기중에서 부식되는 성질 즉, Al2O3라는 안정한 산화막을 가진다는 점에서 기인한다. 따라서, 표 1과 같이 각각의 금속 계면 에너지의 비교로부터 Al에 비해 나머지 3개의 금속들의 표면 에너지가 높다. 표면 에너지 Fs를 크게 하여 접착 력을 강화하는데 기여한다는 말이 된다.
그러나, 실제로는 Fs가 가장 작은 Al이 접착 력이 가장 우수하고 나머지 금속들은 모두 SiO2에서 쉽게 껍질이 벗겨나가는(peeling-off) 현상을 보인다. 즉, 어떤 이유로 Ag, Cu, Au의 경우, SiO2와의 계면에너지 즉, γ1(AB)가 Al에 비해 크게 되어 전체적으로 Ead가 낮게 나오기 때문으로 해석된다.
도 2는 금속에 산화 막 형성에 필요한 자유에너지 변화를 나타낸 그래프로서, 표 1에서 도시한 바와 같이, Ag, Cu, Au가 SiO2와의 계면에너지가 높다는 것은 이들 금속들이 noble하기 때문에 SiO2와 접촉시 (Ag,Cu,Au)/SiO2계면에서 안정한 결합을 쉽게 형성하지 못하게 되어 결합을 이루지 못한 것들이 전체적으로 계면에너지를 증가 시키는데에 기여하기 때문이다.
그러나, Al의 경우는 SiO2와 접촉시 계면에서 SiO2내의 O와 쉽게 결합을 이루어 계면에 Al2O3라는 안정한 산화 막을 형성할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, Al이 다른 금속들에 비해 산화 막 형성에 대한 형성 에너지(formation energy)가 매우 낮기 때문에 다른 금속대비 산화 막 형성이 매우 용이함을 유추할 수 있다. 특히, Al2O3는 SiO2에 비해서도 안정하므로 Al은 SiO2와 접촉시 SiO2표면에 존재하는 O의 댕글 밴드(dangling bond)와도 쉽게 결합할 수 있다. 이러한 이유로 Al은 SiO2와 접촉시 접착 력이 좋으며, 결과적으로 Ag와 SiO2중간에 Al을 삽입함으로써 Ag의 접착 력을 향상시킬 수 있다. (여기서, Ag와 Al은 같은 금속 결합을 하므로 접착 력 문제가 없다.)
박막 트랜지스터 액정표시장치의 어레이(Array) 기판을 제작하는 실제 공정에 있어 Al 층은 500Å이하의 얇은 두께로 증착 하여 전체 배선저항의 증가를 최소화 한다. Al 버퍼(buffer)층의 사용은 기존의 a-Si에 비해 저항 증가의 우려가 적을 뿐아니라 CVD(Chemical Vaper Deposition)로 증착 하는 a-Si과 달리 Ag 합금과 동일 증착 장치에서 이루어지므로 공정 시간 면에서도 크게 단축된다.
상기에서 설명한 바와 같이, Al 계열의 금속이 유리 계열 절연 기판과 증착력이 우수하다는 점을 이용하여, 도 3은 본 발명에 따른 증착 공정을 나타낸 흐름도로서, 도시한 바와 같이, 투명성 절연 기판에 직류 스퍼터링을 사용하여 게이트 금속층과 중간층이 될 Al, Ti, Ta계 금속 또는 그 합금을 연속해서 증착 하고, 상기 Al, Ti, Ta계 금속 또는 그 합금(Al, Ti, Ta계 금속에서 Nd, Cu, Mo, Cr, Ti, Si원소를 첨가하여 만든 합금) 금속 막 상에 Ag, Cu, Au 및 그 합금(Ag계의 금속, Cu계의 금속, Au계 금속에 Pd, Al, Cu, Nd, Mo, Cr, Si원소를 첨가하여 만든 합금)으로된 게이트 금속을 증착 하는 데, 상기 중간층과 상기 게이트 금속 층 증착시에는 진공을 깨뜨리지 않고, 압력 10-1~10-6Pa로 증착 하고, 마스크 공정을 거쳐 게이트 라인과 박막 트랜지스터의 게이트 전극을 형성하고, 상기 게이트 전극과 상기 게이트 라인이 형성된 기판 상에, 게이트 이중 절연 막을 증착한 후 일반적으로 행해지는 액정표시장치 어레이 기판 제조 공정을 거치게 된다.
또한, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예로 증착 된 금속 막의 단면도로서, 상기에서와 같이, 동일한 방법을 사용하여 증착 과정을 거치지만, 증착 되는 기판이유리 기판뿐만 아니라, SiO2,SiONx, SiNx의 성분으로 된 절연 기판 상(50)에도 Ag, Cu, Au(31) 및 그 합금(Ag계의 금속, Cu계의 금속, Au계 금속에 Pd, Al, Cu, Nd, Mo, Cr, Si원소를 첨가하는 것)들을 증착 시키는데 사용될 수 있다. 상기 SiO2,SiONx, SiNx의 성분으로 된 투명성 절연 기판(50) 상에 Al 합금(33)으로 된 접착 막을 증착하고, 상기 Al합금의 버퍼층 상에 접착 력이 낮은 Ag, Cu, Au 및 그 합금(alloy)들로 된 금속 막을 증착 하고, 식각 하여, 게이트 전극과 게이트 라인을 형성한다.
이상에서와 같이, 본 발명은 유리 기판과 SiO2,SiONx, SiNx의 성분으로된 투명성 절연 기판이 저 저항 배선 금속인 Ag, Cu, Au 및 그 합금(alloy)들로된 금속막과 증착 력이 나쁜 점을 개선하기 위하여 중간층에 접착 력이 우수한 Al계 금속과 Al계의 합금을 증착 하여 액정표시장치의 어레이 기판 상에 저 저항 배선을 형성할 수 있게한 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
Claims (9)
- 투명성 절연 기판 상에 신호라인용 금속막의 접착력 향상을 위한 접착 금속막을 증착하는 단계;상기 접착 금속막 상에 게이트용 금속막을 증착하는 단계; 및식각 가스로서 HCl 계 가스를 사용해서, 상기 게이트 금속막과 접착 금속막을 연속해서 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 게이트용 금속막은 저저항 특성을 간는 Ag, Cu, Au계 금속중에서 선택되는 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 신호 라인용 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 게이트용 금속막은 상기 Ag에 Pd, Al, Cu, Nd, Mo, Cr,및 Si원소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 이상이 첨가된 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 게이트용 금속막은 상기 Cu에 Pd, Al, Cu, Nd, Mo, Cr, 및 Si원소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 이상이 첨가된 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 게이트용 금속막은 Au에 Pd, Al, Cu, Nd, Mo, Cr, 및 Si원소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 이상이 첨가된 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 접착 금속막과 신호 라인용 금속막은 진공 상태를 유지하면서, 스퍼터링 공정으로 연속 증착하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법.
- 제 6항에 있어서,상기 진공상태의 압력은 10-1Pa ~ 10-6Pa 인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 접착 금속막은 Al, Ti, 및 Ta 금속중에서 선택되는 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법.
- 제 8항에 있어서,상기 접착 금속막은 상기 Al에 Nd, Cu, Mo, Cr, Ti, 및 Si원소로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 또는 그 이상이 첨가된 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터 액정표시장치 제조 방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101122228B1 (ko) * | 2004-10-26 | 2012-03-19 | 삼성전자주식회사 | 박막 트랜지스터 표시판 및 그 제조 방법 |
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