KR20050105856A - 반도체 소자 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 종래에 발광소자를 형성시, 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 반사막 형성을 위한 식각시 비아홀에 의해 오픈되는 드레인 전극이 식각되어 손상되는 문제점을 해결하기 위해 인산이 포함된 식각액을 대신할 TMAH, KOH 및 NaOH 중 어느 하나 이상을 포함하는 새로운 식각액을 제공하는 반도체 소자 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 반도체 소자 형성 방법은 소정의 소자가 형성된 기판상에 반도체층, 게이트 절연막, 게이트 전극, 층간절연막, 소오스/드레인 전극 및 패시베이션층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 패시베이션층에 드레인 전극을 콘택하기 위한 제1비아홀을 형성하는 단계; 상기 기판상에 평탄화층을 형성하고 제2비아홀을 형성하는 단계; 상기 기판상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 반사막 물질을 형성하는 단계; 및 상기 반사막 물질을 TMAH, KOH 및 NaOH 중 어느 하나 이상을 포함하는 식각액을 이용하여 식각하여 반사막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 반도체 소자 형성 방법에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 반도체 소자 형성 방법은 제1비아홀 및 제2비아홀에 의해 오픈된 드레인 전극이 반사막 형성시 신규한 식각용액으로 식각함으로서 식각되지 않음으로 오픈된 드레인 전극의 표면에 손상이 입지 않아 우수한 박막트랜지스터의 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 반도체 소자 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 종래의 기술에서 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 반사막 물질을 식각하기 위해 인산이 포함된 식각액을 이용할 때 비아홀에 의해 노출된 드레인 전극이 식각되는 문제점을 해결하기 위해 TMAH, KOH 및 NaOH 중 어느 하나 이상을 포함하는 식각액을 이용하여 반사막 물질을 식각하여 반사막을 형성하는 반도체 소자 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 평판형 표시 소자(Flat Panel Display) 중에서 유기 전계발광 소자(Organic Electro Luminescence Display)는 다른 평판 표시 소자보다 사용 온도 범위가 넓고, 충격이나 진동에 강하며, 시야각이 넓고, 응답 속도가 빨라 깨끗한 동화상을 제공할 수 있다는 등의 장점을 가지고 있어서 향후 차세대 평판 표시 소자로 주목받고 있다.
상기 유기 전계발광 소자는 전자주입전극(cathode)과 정공주입전극(anode)으로부터 각각 전자와 정공을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자와 정공이 결합한 여기자(exciton)가 여기상태로부터 기저상태로 떨어질 때 발광하는 소자이다.
이러한 유기 전계발광 소자는 종래의 액정 표시 소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있으며, 공정을 단순화 할 수 있고, 또한, 플라즈마 디스플레이(PDP)나 무기 전계발광 소자 디스플레이에 비해 낮은 전압(5 내지 10V)으로 구동 될 수 있는 장점이 있다.
일반적으로, 유기 전계발광 소자는 그 구조 및 구동방법에 따라 크게 수동 구동(passive matrix) 유기 전계발광 소자 및 능동 구동(active matrix) 유기 전계발광 소자로 나뉘어 진다. 상기 수동 구동 유기 전계발광 소자는 능동 구동 유기 전계발광 소자에 비해 제작이 용이하고 구동 방법이 간단하다는 장점을 갖고 있으나, 전력 소모가 크고 스캔 라인(scan line)의 수가 늘어날수록 구동이 어려워진다는 단점이 있는 반면에 능동 구동 유기 전계발광 소자는 수동 구동 유기 전계발광 소자의 구성과는 달리 다수의 화소영역 마다 박막트랜지스터(thin film transistor)가 포함되어, 상기 다수의 화소영역 내부의 각 화소부를 독립적으로 구동할 수 있도록 하므로 정교한 소자를 만드는 경우 효율적이라는 장점이 있다.
또한, 능동 구동 유기 전계발광 소자는 발광 방식 방향에 따라 기판측으로 빛의 발광이 이루어지는 배면 발광(bottom emission) 방식과 기판 반대측으로 빛이 발광하는 전면 발광(top emission) 방식으로 나뉘어 진다.
상기 전면 발광 방식은 고해상도가 요구되는 제품의 경우에 적용하는 기술인데, 이는 박막트랜지스터의 디자인이 자유롭기 때문이다.
도 1은 종래의 유기 전계발광 소자의 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 유리 또는 플라스틱과 같은 기판(11)상에 반도체층(12), 게이트 절연막(13), 게이트 전극(14), 소오스(15a) 및 드레인(15b) 영역을 포함하는 박막트랜지스터를 형성하고, 게이트 전극과 소오스 및 드레인 영역을 절연하기 위한 층간절연막(Inter-Layer Dielectric)(16)을 형성하고, 하부의 박막트랜지스터와 같은 소자를 보호하기 위한 패시베이션층(Passivation)(17)을 형성한 후, 화소 전극과의 콘택을 형성하기 위한 제1비아홀(17a)을 패시베이션층에 형성한다. 이어서, 화소 전극이 평평하게 형성될 수 있도록 평탄화층(18)을 형성하고, 상기 제1비아홀이 형성된 영역에 제2비아홀(18a)을 형성한다. 그리고 상기 제1비아홀 및 제2비아홀에 의해 드레인 전극의 소정의 영역이 노출된 기판상에 반사막(19) 및 화소 전극(20)을 형성하고, 상기 화소 전극 상부에 유기 전계발광층(Organic Electro-Luminescence Layer)(21)을 형성한다. 상기와 같은 구조를 포함하여 형성된 유기 전계발광 소자는 전면 발광 방식으로 화소 전극의 하부에 형성된 반사막으로 상부의 유기 전계발광층에서 형성된 빛이 전면 발광(22)하도록 빛을 반사시키는 역할을 한다.
도 2a 및 도 2b는 또다른 종래의 유기 전계발광소자의 단면도이다.(이때, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 표시한 A의 영역만을 도시한 것임) 도에서 보는 바와 같이 소정의 소자가 형성된 기판(31)상에 형성되어 있는 드레인 전극(32)을 패시베이션층(33)을 형성한 후, 식각하여 제1비아홀(34)를 형성하여 상기 드레인 전극의 일부를 노출시키고, 상기 패시베이션층이 형성된 기판상에 평탄화층(35)을 형성하고, 상기 평탄화층 상부에 포토레지스트 패턴(36)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 제2비아홀(37)을 형성하고(도 2a), 상기 포토레지스트를 제거하고, 상기 기판 전면에 반사막 물질을 형성한 후, 식각하여 반사막(38)을 형성하는 공정(도 2b)을 진행하는 것에 관한 것이다.
그러나, 상기 패시베이션층을 식각하여 제2비아홀을 형성하여 하부의 드레인 전극의 소정의 영역을 오픈시키고 반사막 물질을 기판 전면에 형성한 후 상기 반사막 물질을 식각하여 반사막을 형성하는 경우, 상기 반사막 물질의 식각에 의해 드레인 전극으로 형성된 금속 물질이 손상(39)을 받는다는 문제점이 있다.
예을 들어, 드레인 전극을 형성하는 금속이 Ag, Ag 합금 Mo 또는 MoW 중 어느 하나이고, 반사막 물질이 Al 또는 Al 합금인 경우, 상기 반사막 물질인 Al 또는 Al 합금을 식각하여 반사막으로 형성하기 위해서는 일반적으로 인산(H3PO4)을 포함하는 식각 용액을 이용하여 상기 반사막 물질을 식각하게 되는데, 상기 인산과 같은 식각 용액은 반사막 물질뿐만 아니라 드레인 전극을 형성하는 금속 또한 식각하여 노출된 드레인 전극의 표면에 손상을 입히게 된다. 상기와 같은 드레인 전극의 손상을 방지하기 위해서는 새로운 식각용액 및 공정이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상기 반사막 물질을 TMAH, KOH 및 NaOH 중 어느 하나 이상을 포함하는 식각액을 이용하여 식각하여 반사막을 형성하는 반도체 소자 형성 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 소정의 소자가 형성된 기판상에 반도체층, 게이트 절연막, 게이트 전극, 층간절연막, 소오스/드레인 전극 및 패시베이션층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 패시베이션층에 드레인 전극을 콘택하기 위한 제1비아홀을 형성하는 단계; 상기 기판상에 평탄화층을 형성하고 제2비아홀을 형성하는 단계; 상기 기판상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 반사막 물질을 형성하는 단계; 및 상기 반사막 물질을 TMAH, KOH 및 NaOH 중 어느 하나 이상을 포함하는 식각액을 이용하여 식각하여 반사막을 형성하는 단계로 이루어진 반도체 소자 형성 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 유기발광소자의 제조 공정의 단면도이다.
먼저, 도 3a는 소정의 소자가 형성된 기판상에 반도체층, 게이트 절연막, 게이트 전극, 층간절연막, 소오스/드레인 전극 및 패시베이션층을 순차적으로 형성하는 단계의 공정 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 소정의 소자가 형성된 기판(100)상에 소오스, 드레인 및 채널 영역을 포함하는 반도체층(101)을 형성하고, 상기 반도체층이 형성된 기판상에 게이트 절연막(102)을 형성한다. 이어서, 상기 게이트 절연막상의 소정에 영역에 게이트 전극(103)이 형성되도록 하고, 상기 게이트 전극 및 하부 소자들을 보호하기 위해 층간절연막(104)을 형성한다. 이어서, 상기 층간절연막 및 게이트 절연막을 순차적으로 형성하여 소오스/드레인 전극이 소오스/드레인 영역과 전기적으로 연결이 이루어질 수 있도록 비아홀을 형성한 후, 금속 물질을 이용하여 상기 바아홀을 채워 콘택 플러그(105)를 형성하고, 소오스/드레인 전극(106)을 형성한다. 이어서 상기 기판 전면에 패시베이션층(107)을 형성한다.
이때 상기 반도체층은 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 및 단결정 실리콘 중 어느 것을 형성하여도 상관없으나 일반적으로 다결정 실리콘을 형성하게 되는데 이는 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘의 경우 비정질 실리콘에 비해 전자 이동도 등의 박막트랜지시터의 특성이 우수한 것이 특징이나, 단결정 실리콘은 기판상에 형성하는 방법이 어려워 일반적으로 다결정 실리콘으로 형성한다. 비정질 실리콘을 다결정 실리콘으로 형성하는 공정은 보통 SPC(Solid Phase Crystallization), MIC(Metal Induced Crystallization), MILC(Metal Induced Lateral Cystallization), ELA(Excimer Laser Anealling) 또는 SLS(Sequential Lateral Solidification) 등의 공정이 있다.
또한 상기 소오스/드레인 전극은 Ag, Ag 합금, Mo, MoW 및 Mo 합금을 포함하는 금속으로 기판 전면에 상기 금속들을 형성한 후 패턴하여 형성한다.
다음, 도 3b는 상기 패시베이션층에 드레인 전극을 콘택하기 위한 제1비아홀을 형성하고, 상기 기판상에 평탄화층을 형성하고 제2비아홀을 형성하는 단계의 공정 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 상기 형성된 패시베이션층(107)의 일부를 드레인 전극 및 화소 전극을 연결하기 위해 포토레지스터 패턴을 이용하여 건식 식각으로 제1비아홀(108)을 형성한다. 상기 제1비아홀은 박막트랜지스터의 드레인 전극과 이후 형성될 화소 전극을 콘택하는 영역이므로 전기적인 연결이 쉽게 연결되고 연결 저항이 낮도록 하기 위해서 되도록이면 넓게 형성되는 것이 좋다.
이어서, 상기 소정의 소자가 형성된 기판상에 평탄화층(109)을 형성하는데, 상기 평탄화층은 형성된 여러 소자들에 의해 발생하는 기판의 모폴로지(morphology)를 제거할 뿐만 아니라 하부의 소자들이 상부의 소자들과 전기적으로 절연이 되고, 하부 소자들을 보호하기 위해 형성된다. 그리고 상기 드레인 전극이 오픈되도록 제1비아홀이 형성된 영역에 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 평탄화층을 건식 식각으로 식각하여 제2비아홀(110)을 형성한다. 이때 상기 제2비아홀은 상기 제1비아홀 보다 단면적이 적거나 같아야 한다.
다음, 도 3c는 상기 기판상에 알루미늄 및 알루미늄 합금 중 어느 하나인 반사막 물질을 형성하는 단계의 공정 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 제2비아홀이 형성된 평탄화층 상부에 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등과 같은 반사막 물질(111)을 형성한다. 이때 상기 제2비아홀에 의해 드레인 전극의 일부가 노출되어 있음으로 상기 반사막 물질은 노출된 드레인 전극(112)상에도 형성되게 된다.
다음, 도 3d는 상기 반사막 물질을 TMAH, KOH 및 NaOH 중 어느 하나 이상을 포함하는 식각액을 이용하여 식각하여 반사막을 형성하는 단계의 공정 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 기판 전면에 형성되어 있는 반사막 물질상에 패턴(도시 안함)을 형성하고, TMAH, KOH 및 NaOH 중 어느 하나 이상을 포함하는 식각액을 이용하여 식각함으로서 반사막(113)을 형성한다.
이 때 일실시 예로서, 반사막 물질이 AlNd(Al : 98at%, Nd : 2at%)이고 퍼들(Puddle)식으로 2.38%의 TMAH 식각용액을 이용하여 식각할 경우, 상기 AlNd인 반사막 물질을 80 내지 120Å/min의 식각 속도로 식각되는데 노출된 드레인 전극은 손상되지 않는다. 바람직하게는 바람직하게는 상기 반사막 물질은 100Å/min의 식각 속도로 식각된다. 이때 상기 드레인 전극은 Mo 또는 MoW인 경우이다.
또 다른 실시 예로서, 상기 반사막 물질인 AlNd을 DNS 스프레이식으로 상기 TMAH 식각 용액으로 식각할 경우, 상기 반사막 물질은 250 내지 350Å/min의 식각 속도로 식각되어지나 노출된 드레인 전극은 손상되지 않게 된다. 바람직하게는 상기 반사막 물질은 300Å/min의 식각 속도로 식각된다.
이어서, 상기 반사막이 형성된 기판상에 ITO와 같은 투명 전도체를 형성하고 패턴하여 화소전극을 형성하고, 상기 화소전극 상부에 유기 발광층을 형성한 후, 유기물 또는 무기물로 형성된 PDL(Pixcel Defining Layer)을 형성하여 유기 전계발광소자를 형성한다. 이때 상기 유기 전계발광층은 유기 발광층과 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 억제층, 전자 억제층, 전자 수송층 및 전자 주입층 중 어느 하나 이상의 층이 더 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명에 의해 형성된 소자의 실제 단면 사진이다. 이때 도 4는 도 3d에서 표시한 A의 영역만을 확대한 단면 사진이다. 도에서 보는 바와 같이 층간절연막과 같은 절연막(201)상에 드레인 전극(202)이 형성되고, 상기 드레인 전극상부에 형성된 패시베이션층(203)이 형성되고, 상기 패시베이션층의 일부가 식각되어 형성된 제1비아홀(204)이 형성되고, 상기 패시베이션층상부에 평탄화층(205)을 형성한 후, 일부를 식각하여 형성된 제2비아홀(206)이 형성되고, 이어서, 반사막 물질이 형성되고 식각하여 반사막(207)이 형성되고, 상기 반사막상부에 투명 전도체인 ITO(208)이 형성되어 있다. 이때 본 발명은 반사막 물질이 형성된 후 상기 반사막 물질을 식각할 때 노출된 드레인 전극(209)가 손상되지 않는 반사막 형성 방법을 제시하고 있다. 상기 ITO는 일반적으로 약 125Å의 두께로 형성되고, 상기 반사막은 AlNd 물질로 약 500Å의 두께로 형성한다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 반도체 소자 형성 방법은 제1비아홀 및 제2비아홀에 의해 오픈된 드레인 전극이 반사막 형성시 신규한 식각용액으로 식각함으로서 식각되지 않음으로 오픈된 드레인 전극의 표면에 손상이 입지 않아 우수한 박막트랜지스터의 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 유기 전계발광 소자의 단면도.
도 2a 및 도 2b는 또다른 종래의 유기 전계발광소자의 단면도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 유기발광소자의 제조 공정의 단면도.
도 4는 본 발명에 의해 형성된 소자의 실제 단면 사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
106 : 소오스/드레인 전극 107, 203 : 패시베이션층
108, 204 : 제1비아홀 109, 205 : 평탄화층
110, 206 : 제2비아홀 112, 209 : 노출된 드레인 전극
113, 207 : 반사막 208 : 화소전극
Claims (13)
- 소정의 소자가 형성된 기판상에 반도체층, 게이트 절연막, 게이트 전극, 층간절연막, 소오스/드레인 전극 및 패시베이션층을 순차적으로 형성하는 단계;상기 패시베이션층에 드레인 전극을 콘택하기 위한 제1비아홀을 형성하는 단계;상기 기판상에 평탄화층을 형성하고 제2비아홀을 형성하는 단계;상기 기판상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 반사막 물질을 형성하는 단계; 및상기 반사막 물질을 TMAH, KOH 및 NaOH 중 어느 하나 이상을 포함하는 식각액을 이용하여 식각하여 반사막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 반사막을 형성하는 단계이 후,상기 기판상에 투명 전도체를 형성하고 패턴하여 화소전극을 형성하는 단계;상기 화소전극 상부에 유기 전계발광층을 형성하는 단계 및상기 유기 발광층상부에 PDL을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 반도체층은 비정질 실리콘을 SPC, MIC, MILC, ELA 및 SLS 중 어느 하나를 이용하여 결정화한 다결정 실리콘 또는 단결정 실리콘 중 어느 하나임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 드레인 전극은 Ag, Ag 합금, Mo 및 Mo 합금 중 어느 하나를 사용함을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 드레인 전극은 MoW임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제1비아홀 및 제2비아홀은 포토레지스트 패턴을 이용하여 형성함을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제1비아홀 및 제2비아홀은 건식 식각으로 형성함을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제1바아홀의 단면적은 상기 제2비아홀의 단면적보다 크거나 같아야함을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 반사막 물질은 AlNd임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 반사막 물질의 식각은 TMAH 식각 용액을 이용하여 퍼들식으로 식각할 경우에는 80 내지 120Å/min의 속도으로 식각되고, DNS 스프레이식으로 식각할 경우에는 250 내지 350Å/min의 속도로 식각됨을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 반도체 소자는 유기 전계발광 소자임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 화소 전극은 콘택홀을 통해 드레인 전극과 전기적으로 연결되어 있음을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 2항에 있어서,상기 반도체 소자 형성 방법에 의해 형성되는 유기 전계발광 소자는소정의 기판상에 소오스, 채널 및 드레인 영역을 포함하는 반도체층, 게이트 절연막, 게이트 전극 층간절연막 및 소오스/드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터;상기 박막트랜지스터상에 형성되고 상기 드레인 전극의 소정의 영역을 오픈시키는 제1비아홀을 갖는 패시베이션층;상기 패시베이션층에 형성되고, 상기 제1비아홀에 의해 오픈된 드레인 전극 영역에 형성된 제2비아홀이 갖는 평탄화층;상기 평탄화층에 형성되고 오픈된 드레인 전극에는 전기적으로 절연된 반사막;상기 반사막 상부에 형성되고, 오픈된 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 화소전극; 및상기 화소전극상에 형성된 유기 전계발광층을 포함하여 형성되어 있음을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
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