KR20070093510A - 표시 기판의 제조 방법 및 표시 장치 - Google Patents

Abstract

불량을 감소시키기 위한 표시 기판의 제조 방법 및 표시 장치가 개시된다. 표시 기판의 제조 방법은 기판 상에 게이트 배선 및 게이트 전극을 포함하는 제1 금속패턴을 형성하는 단계와, 제1 금속패턴을 덮도록 기판 전면에 절연막, 활성층, 오믹 콘택층 및 금속층을 순차적으로 적층하는 단계와, 금속층을 패터닝하여, 소스 배선 및 소스 배선과 연결되며 게이트 전극과 일부 중첩되는 전극 패턴을 포함하는 제2 금속패턴을 형성하는 단계와, 제1 산소 플라즈마 처리를 하여 제2 금속패턴의 식각면에 제1 산화막을 형성하는 단계와, 활성층 및 오믹 콘택층을 제1 건식 식각하여 제2 금속패턴 하부에 채널층을 형성하는 단계와, 전극 패턴의 일부를 식각하여 소스 전극 및 소스 전극으로부터 이격된 드레인 전극을 형성하는 단계 및 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 건식 식각 가스와 제2 금속패턴의 접촉으로 인한 반응 부산물의 형성을 억제할 수 있다.

구리 배선, 4 마스크, 배선 불량, 건식 식각, dry etch,

Description

표시 기판의 제조 방법 및 표시 장치{DISPLAY APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING DISPLAY SUBSTRATE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 기판의 제조방법으로 형성한 표시 기판의 평면도이다.

도 2 내지 도 12는 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 단면을 이용하여 본 발명에 따른 표시 기판의 제조 방법을 도시한 공정도들이다.

도 13은 SF6 가스와 제1 및 제2 산화구리(Cu2O(I),CuO(II))의 반응성에 관한 △G - 온도 상관관계를 도시한 그래프이다.

도 14은 산소 분압 및 반응 온도에 따른 Cu- CuO(II) - Cu2O(I) 의 반응 평형 그래프이다.

도 15은 SF6 가스와 산화 제2 구리(CuO)의 반응에 따른 기체상의 불화 구리(CuF(g)) 형성에 관한 △G - 온도 상관관계 그래프이다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 표시 기판 110 : 베이스 기판

120 : 게이트 전극 130 : 게이트 절연막

140 : 채널층 152 : 전극 패턴

154 : 소스 전극 156 : 드레인 전극

160 : 패시베이션막 170 : 화소 전극

본 발명은 표시 기판의 제조 방법 및 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배선 불량을 감소시키기 위한 표시 기판의 제조 방법 및 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 표시 기판 상에는 서로 평행한 복수 개의 게이트 배선들 및 게이트 배선들과 절연되어 교차하는 복수 개의 소스 배선들이 형성되며, 이들 게이트 배선들과 데이터 배선들에 의해 둘러 쌓인 영역마다 화소가 형성된다. 각 화소에는 화소 전극 및 화소 전극에 화소 전압을 인가하는 스위칭 소자(Thin Film Transistor)가 배치된다.

한편, 게이트 배선들, 데이터 배선들 및 스위칭 소자는 노광 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 거쳐 형성된다. 노광 마스크는 제조 원가의 큰 비중을 차지하므로, 최근에는 제조 비용 및 제조 공정을 절감하기 위한 4 매 마스크 공정이 개발되었다.

4 매 마스크 공정에서는 게이트 배선을 포함하는 게이트 금속패턴이 형성된 베이스 기판 위에 반도체층, 오믹 콘택층 및 금속층을 순차적으로 도포하고, 사진 식각 공정으로 금속층을 패터닝하여 소스 배선을 포함하는 소스 금속 패턴을 형성 한다. 이어서, 소스 금속패턴을 식각 마스크로 오믹 콘택층 및 반도체층을 건식 식각하여 소스 금속패턴과 동일하게 패터닝 된 채널층을 형성한다. 일반적으로, 채널층 형성을 위한 건식 식각 공정에는 식각 가스로 HCl 내지는 SF6 가스를 이용한다.

한편, 상기 건식 식각 공정에서는 상기 소스 금속패턴이 건식 식각 가스에 노출되므로, 소스 금속패턴을 이루는 금속 물질과 식각 가스가 반응하여 반응 부산물을 형성할 수 있다. 이렇게 해서 형성된 반응 부산물은 소스 금속패턴 주변에 잔류하여 배선 불량을 유발하는 문제점이 있다. 특히, 상기 소스 금속패턴이 내화학성이 취약한 구리(Cu)를 포함하는 경우, 상술한 반응 부산물의 형성이 더욱 심화되는 문제점이 있다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 금속 배선의 식각면 상에 산화막을 형성하고, 후속 건식 식각 공정시 SF6 가스만을 사용하므로써, 반응 부산물 형성으로 인한 배선 불량을 억제할 수 있는 표시 기판 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 표시 기판의 제조 방법을 통해 제조된 표시 기판을 갖는 표시 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 표시 기판의 제조 방법은, 기판 상에 게이트 배선 및 게이트 전극을 포함하는 제1 금속패턴을 형성하는 단계와, 상기 제1 금속패턴을 덮도록 상기 기판 전면에 절연막, 활성층, 오 믹 콘택층 및 금속층을 순차적으로 적층하는 단계와, 상기 금속층을 패터닝하여, 소스 배선 및 상기 소스 배선과 연결되며 상기 게이트 전극과 일부 중첩되는 전극 패턴을 포함하는 제2 금속패턴을 형성하는 단계와, 제1 산소 플라즈마 처리를 하여 상기 제2 금속패턴의 식각면에 제1 산화막을 형성하는 단계와, 상기 활성층 및 오믹 콘택층을 제1 건식 식각하여 상기 제2 금속패턴 하부에 채널층을 형성하는 단계와, 상기 전극 패턴의 일부를 식각하여 소스 전극 및 상기 소스 전극으로부터 이격된 드레인 전극을 형성하는 단계 및 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 실시예에 따른 표시 장치는,제1 기판과, 상기 제1 기판 상에 형성되며 게이트 배선 및 게이트 전극을 포함하는 제1 금속 패턴과, 상기 제1 금속 패턴을 덮도록 상기 제1 기판 전면에 형성된 게이트 절연막과, 상기 게이트 배선들과 교차하는 소스 배선, 상기 소스 배선으로부터 연결된 소스 전극 및 상기 소스 전극으로부터 소정간격 이격된 드레인 전극을 포함하는 제2 금속 패턴과, 상기 게이트 절연막과 상기 제2 금속 패턴 사이에 형성된 채널층 및 상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판을 포함한다. 이때, 상기 제2 금속 패턴은 구리 또는 구리 합금을 포함하고, 측면에는 산화막이 형성된다.

이러한 표시 기판의 제조 방법 및 표시 장치에 의하면, 제2 금속패턴을 식각 마스크로 이용하여 활성층 및 오믹 콘택층을 건식 식각하는 4 마스크 공정의 표시 기판 제조 시, 반응 부산물 생성으로 인한 배선 불량을 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한 다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 기판의 제조방법으로 형성한 표시 기판의 평면도이다.

도 2 내지 도 11은 도 1의 I-I'선을 따라 절단한 단면을 이용하여 본 발명에 따른 표시 기판의 제조 방법을 도시한 공정도들이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 투명한 물질, 일례로 유리 및 석영으로 이루어진 제1 베이스 기판(110)위에 금속층(미도시)을 형성한 다. 상기 금속층(미도시)은 예를 들면, 크롬, 알루미늄, 탄탈륨, 몰리브덴, 티타늄, 텅스텐, 구리, 은 등의 금속 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있으며, 물리적 성질이 다른 두 개 이상의 층으로 형성될 수 있다. 상기 금속층(미도시)은 스퍼터링 공정에 의해 증착된다. 이어서, 제1 마스크(MASK 1)를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 금속층(미도시)을 식각하여 게이트 배선(GL), 게이트 전극(120) 및 스토리지 공통배선(STL)을 포함하는 제1 금속패턴을 형성한다. 상기 게이트 배선(GL)은 제1 방향으로 연장되고, 상기 게이트 전극(120)은 상기 게이트 배선(GL)으로부터 연결되어 형성된다. 상기 스토리지 배선(STL)은 상기 게이트 배선(GL)들 사이에서 상기 제1 방향으로 연장되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 가지(branch) 형상의 가지 영역(br)을 더 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 제1 금속패턴이 형성된 제1 베이스 기판(110)위에 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 방법을 이용하여 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어진 게이트 절연막(130)과, 아몰퍼스 실리콘(a-Si:H)으로 이루어진 활성층(140a) 및 n+이온이 고농도로 도핑된 오믹 콘택층(140b)을 순차적으로 적층한다.

이어서, 상기 오믹 콘택층(140b) 위에 구리(Cu) 또는 구리 합금으로 이루어진 소스 금속층(150)을 형성한다. 상기 소스 금속층(150)은 일례로, 스퍼터링 방식으로 도포할 수 있다. 다음으로, 상기 소스 금속층(150) 전면에 포토레지스트 막(PR)을 도포한다. 일례로서, 상기 포토레지스트막(PR)은 노광된 영역이 현상액에 의해 용해되는 포지티브 포토레지스트로 형성된다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 개구부(2), 차광부(4) 및 반투과부(6)를 포함하는 제2 마스크(MASK 2)를 이용하여 상기 포토레지스트 막(PR)을 차등 노광한다. 즉, 상기 개구부(2)는 광을 투과시키고, 상기 차광부(4)는 광을 차단시키며, 상기 반투과부(6)는 상기 개구부(2)보다 적은 양의 광을 투과시킨다. 따라서, 노광된 포토레지스트 막(PR)을 현상하면, 상기 개구부(2), 차광부(4) 및 반투과부(6)에 대응하는 영역별로 포토레지스트막(PR)이 잔류하는 두께가 달라진다. 구체적으로, 상기 개구부(2)에 대응하는 포토레지스트 막(PR)은 현상액에 의해 제거되고, 차광부(4)에 대응하는 포토레지스트 막(PR)은 현상하기 전과 동일한 두께의 제1 두께부(d1)를 형성한다. 상기 반투과부(6)에 대응하는 포토레지스트막(PR)은 상기 제1 두께부의 절반 정도의 두께에 해당하는 제2 두께부(d2)를 형성한다. 이에 따라, 상기 소스 금속층(150) 상에는 상기 제1 두께부(d1) 및 제2 두께부(d2)를 포함하는 포토레지스트패턴(P1)이 형성된다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(P1)을 이용하여 상기 소 스 금속층(150)을 식각한다. 이에 따라, 상기 제1 베이스 기판(110) 상에는 전극 패턴(152) 및 소스 배선(DL)이 형성된다. 상기 소스 배선(DL)은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된다. 따라서, 상기 제1 베이스 기판(110)위에는 제1 방향으로 연장된 게이트 배선(GL)들과 제2 방향으로 연장된 소스 배선(DL)들에 의해 복수의 화소부(P)가 정의된다. 상기 스토리지 배선(STL)이 상기 제2 방향으로 가지 영역(br)을 형성할 경우, 상기 스토리지 배선(STL)과 상기 소스 배선(DL)들은 중첩되도록 형성된다.

상기 전극 패턴(152)은 상기 소스 배선(DL)으로부터 연결되며, 상기 게이트 전극(120)과 소정 영역 중첩되도록 형성된다. 상기 전극 패턴(152)은 스위칭 소자(TFT)의 소스 전극(154) 및 드레인 전극(156)을 형성하기 위한 패턴이며, 상기 소스 전극(154)과 드레인 전극(156)이 이격되지 않고 서로 연결된 형상을 갖는다. 한편, 상기 전극 패턴(152) 및 소스 배선(DL)의 측면에는 식각면(N)이 노출된다.

한편, 4매 마스크 공정에서는 상기 전극 패턴(152) 및 소스 배선(DL)을 식각 마스크로 하여 상기 활성층(140a) 및 오믹 콘택층(140b)을 건식 식각한다. 일반적으로, 상기 활성층(140a) 및 오믹 콘택층(140b)은 HCl 가스, Cl2 가스 등의 염소 계열 가스 및 SF6 가스 등의 혼합 가스를 이용하여 식각한다.

그러나, 상기 염소 계열 가스는 상기 전극 패턴(152) 및 소스 배선(DL)의 식각면(N) 상에서 상기 전극 패턴(152) 및 소스 배선(DL)에 포함된 구리(Cu)와 반응한다.

이에 따라, 상기 식각면(N)에는 반응 부산물인 염화구리(CuCl(s), CuCl2(s)) 가 생성되며, 염화구리(CuCl(s),CuCl2(s))는 상기 전극 패턴(152) 및 소스 배선(DL)에 잔류하여 배선 저항 증가 및 배선 불량을 유발할 수 있다. 따라서, 상술한 반응 부산물의 형성을 방지하기 위해 염소계열 가스를 생략하고 SF6 가스만을 사용하여 식각할 경우에도, 반응 부산물로서 불화 구리(CuF2(s))가 생성된다. 따라서, SF6 가스만을 사용한 경우에도 상술한 불량이 유발된다.

이에 따라, 본 발명에서는 상기 활성층(140a) 및 오믹 콘택층(140b)의 건식 식각 공정을 진행하기 전에, 전극 패턴(152) 및 소스 배선(DL)의 식각면(N)을 산소 플라즈마(O2 Plasma)로 처리하여 상기 식각면(N) 상에 제2 산화구리(CuO(s))로 이루어진 산화막을 형성한다.

도 6은 도 5에 도시된 식각면(N)을 확대하여 도시한 확대도이다. 도 6을 참조하면, 산소 플라즈마 처리 후 상기 전극 패턴(152) 및 소스 배선(DL)의 식각면(N) 상에는 제2 산화 구리(CuO(s))로 이루어진 산화막(OL)이 형성된다.

한편, 상기 산소 플라즈마 처리를 하면, 상기 식각면(N) 상에는 제1 산화구리(Cu2O(s)) 및 제2 산화구리(CuO(s))로 이루어진 산화막(OL)이 형성될 수 있으나, 본 발명에서는 도 14에 후술하는 방법을 이용하여 상기 제2 산화구리(CuO(s))만으로 이루어진 산화막(OL)을 형성한다.

그러나, 상기 제2 산화 구리(CuO(s)) 역시 염소계열 가스와의 반응성이 높아 HCl 가스 및 Cl2 가스를 상기 건식 식각 공정의 식각 가스로 사용하게 되면 산소를 잃고 염화 구리(CuCl(s))를 형성하게 된다. 즉, 상기 활성층(140a) 및 오믹 콘택층(140b)의 건식 식각 공정시 HCl 가스 및 Cl2 가스와 같은 염소계열 가스를 사용할 경우 반응 부산물의 생성을 피할 수 없다.

따라서, 본 발명에서는 상기 식각면에 제2 산화 구리(Cu0(s))로 이루어진 산화막(OL)을 형성한 후, SF6 가스만으로 상기 활성층(140a) 및 오믹 콘택층(140b)을 건식 식각하므로써, 상술한 반응 부산물의 생성을 억제한다. 상기 반응 부산물의 생성 억제에 관한 구체적인 설명은 하기 도 13 내지 도 15 에서 상세하게 설명하도록 한다.

도 7을 참조하면, 상기 건식 식각 공정을 통해 상기 전극 패턴(152) 및 소스 배선(DL)의 하부에는 상기 활성층(140a) 및 오믹 콘택층(140b)이 적층된 구조의 채널층(140)이 형성된다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 산소 플라즈마를 이용하여 상기 포토레지스트 패턴(P1)의 일정 두께를 제거하는 제1 애싱 공정을 수행한다. 이에 따라, 상기 제1 두께부(d1)의 절반 정도의 두께로 형성된 상기 제2 두께부(d2)는 제거되고, 상기 제1 두께부(d1)는 두께가 감소한다. 상기 제2 두께부(d2)가 제거된 영역에는 상기 전극 패턴(152)이 노출된다.

도 1 및 도 9을 참조하면, 잔류하는 포토레지스트 패턴(P1)를 식각 마스크로 하여 상기 전극패턴(152)을 식각한다. 상기 전극패턴(152)의 식각은 일례로써, 습식 식각으로 진행된다. 이에 따라, 소스 배선(DL)으로부터 연결된 소스 전극(154) 및 상기 소스 전극(154) 으로부터 소정간격 이격된 드레인 전극(156)이 형성된다. 상기 소스 전극(154)은 상기 게이트 전극(120)과 소정 간격 중첩되며, 일례로서 U-자 형상으로 형성된다. 상기 드레인 전극(156)은 상기 소스 전극(154)으로부터 소 정간격 이격됨과 동시에, 상기 게이트 전극(120)과 소정 간격 중첩된다. 상기 소스 전극(154)과 상기 드레인 전극(156)의 이격부에는 상기 채널층(140)의 오믹 콘택층(140b)이 노출된다. 또한, 상기 이격부에서는 상기 소스 전극(154)과 드레인 전극(156)의 식각면(N)이 노출된다.

한편, 4매 마스크 공정에서는 상기 소스 전극(154) 및 드레인 전극(156)을 식각 마스크로 하여, 노출된 상기 오믹 콘택층(140b)을 건식 식각한다. 이때, 도 5에서 상술한 바와 마찬가지로, 건식 식각 가스로 염소 계열의 가스를 사용할 경우 상기 소스 전극(154) 및 드레인 전극(156)의 식각면(N)에도 염화 구리(CuCl(s))와 같은 반응 부산물이 형성될 수 있다. 따라서, 소스 전극(154) 및 드레인 전극(156)을 식각 마스크로 이용하는 상기 오믹 콘택층(140b)의 건식 식각 공정도 도 5에서 상술한 채널층(140) 형성 공정과 대동소이하게 진행한다.

즉, 상기 소스 전극(154) 및 드레인 전극(156)의 형성 후에는 산소 플라즈마 처리 공정을 수행하여 상기 소스 전극(154) 및 드레인 전극(156)의 식각면 상에도 제2 산화 구리(CuO(II))로 이루어진 산화막(OL)을 형성한다. 상기 산소 플라즈마 처리 공정 중에는 상기 소스 전극(154) 및 드레인 전극(156) 상에 잔류하는 상기 포토레지스트 패턴(P1)도 제거된다.

이어서, 도 1 및 도 10를 참조하면, SF6 가스만을 이용한 건식 식각 공정을 수행하여 상기 오믹 콘택층(140b)을 식각한다. 이에 따라, 상기 소스 전극(154)과 상기 드레인 전극(156) 사이에서 활성층(140a)을 노출시키는 채널부(142)가 형성된다. 따라서, 각 화소부(P) 상에는 상기 게이트 전극(120)과, 소스 전극(154), 드레 인 전극(156) 및 채널부(154)를 포함하는 스위칭 소자(TFT)가 형성된다.

도 11를 참조하면, 상기 스위칭 소자(TFT)가 형성된 게이트 절연막(130) 위에 패시베이션 막(160)을 도포한다. 상기 패시베이션 막(160)은 예를 들어, 실리콘 질화막(SiNx) 또는 실리콘 산화막(SiOx)으로 형성할 수 있으며, 플라즈마 화학 기상 증착 방법(PECVD)을 이용하여 형성할 수 있다. 이어서, 제3 마스크(MASK 3)를 이용한 사진 식각 공정을 수행하여 상기 드레인 전극(156)의 일부를 노출시키는 콘택홀(162)을 형성한다.

도 12를 참조하면, 상기 콘택홀(162)이 형성된 패시베이션 막(160) 위에 투명한 도전성 물질을 도포한다. 상기 투명한 도전성 물질은 일례로 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide) 또는 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide)로 이루어진다. 이어서, 제4 마스크(MASK 4)를 이용한 사진-식각 공정으로 상기 투명한 도전성 물질(미도시)을 패터닝하여, 상기 콘택홀(162)을 통해 상기 드레인 전극(156)과 전기적으로 접촉하는 화소 전극(170)을 형성한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 표시 기판(100)이 완성된다.

한편, 도 11 내지 도 12에서는 제3 마스크(MASK3)를 이용하여 패시베이션 막(160)을 패터닝하고, 제4 마스크(MASK4)를 이용하여 화소 전극(170)을 패터닝하는 4 매 마스크 공정을 적용하였으나, 상기 패시베이션(160) 막 및 화소 전극(170)은 1 매의 마스크를 이용하여 형성할 수도 있다.

도 13은 SF6 가스와 제1 및 제2 산화구리(Cu2O(I),CuO(II))의 반응성에 관한 △G - 온도 상관관계를 도시한 그래프이다.

상기 제1 및 제2 산화구리(Cu2O(I),CuO(II))는 도 5 내지 도 6에서 상술한 산소 플라즈마 처리에 의해 전극 패턴 및 소스 배선의 식각면(N)상에 생성될 수 있는 산화물이다. 상기 SF6 가스는 도 7에서 상술한 활성층 및 오믹 콘택층의 건식 식각 공정에 사용되는 식각 가스이다.

자유에너지(GIBBS FREE ENERGY,이하 G)는 G = H - TS 의 식으로 정의되는 열역학적 양이다. 자유에너지에 대해 간략히 설명하면, 자유에너지의 양은 반응의 자발성에 대한 직접적인 기준이 된다. 주어진 온도와 압력에서 반응이 진행될 때, 반응물은 생성물을 만들고 엔탈피(H) 와 엔트로피(S)는 변화한다. 이러한 변화량을 △G와 △H 및 △S로 표시하면, 자유에너지의 변화량은 다음 식으로 주어진다.

△G = △H - T△S

즉, △G는 반응의 자발성에 대한 기준으로 사용되는 △H - T△S 의 양과 같다. 따라서, 주어진 온도와 압력에서 반응의 △G가 음의 값이면 이 반응은 자발적인 것으로 예측할 수 있다. 일정한 온도와 압력에서 일어나는 화학 반응의 자발성 여부와 △G의 값과는 다음과 같은 간단한 관계가 성립된다.

△G 가 음의 값이면, 반응은 정방향으로 자발적이다.

△G = 0 이면 반응은 평형상태에 있다.

△G 가 양의 값이면, 반응은 정방향으로 비자발적이다.

도 8을 참조하면, 제1 및 제2 산화구리(Cu20(I), CuO(II))는 SF6 가스에 노출되므로써 하기 화학식1 내지 화학식8 의 반응이 진행될 수 있다.

[화학식1]

2CuO(II) + 2SF6 → 2CuF2(s) + 2SF + O2 +3F2

[화학식2]

2CuO(II) + 2SF6 → 2CuF2(s) + 2SF2 + 02 +2F2

[화학식3]

2Cu2O(I) + 4SF6 → 4CuF2(s) + 4SF3 + O2 + 2F2

[화학식4]

2Cu2O(I) + 2SF6 → 4CuF2(s) + 2SF + O2 +F2

[화학식5]

2CuO(II) + 2SF6 → 2CuF2(s) + 2SF3 + O2 + F2

[화학식6]

2CuO(II) + 2SF6 → 2CuF2(s) + 2SF4 + O2

[화학식7]

2Cu2O(I) + 2SF6 → 4CuF2(S) + 2SF2 + O2

[화학식8]

2Cu20(I) + 4SF6 → 4CuF2(s) + 4SF4 + O2

그러나, 화학식 1, 2, 3, 4, 5의 △G - 온도 상관관계 그래프를 참조하면, 200 내지 1300K의 온도대 에서 △G가 양의 값을 가지므로 자발적인 반응은 거의 진행되지 않음을 예측할 수 있다. 따라서, SF6 가스를 이용한 활성층 및 오믹 콘택층의 건식 식각 공정시, 상기 전극 패턴 및 소스 배선의 식각면에는 화학식 1 내지 5의 반응으로 인한 고체상(s)의 반응 부산물이 거의 형성되지 않는다.

그러나, 상기 화학식 6, 7, 8의 △G - 온도 상관관계 그래프를 참조하면, 대부분의 온도대에서 △G가 음의 값을 가지므로 자발적인 반응이 진행되어 반응 부산물(CuF2(s))을 생성할 수 있음을 예측할 수 있다.

이때, 상기 화학식 6은 대략적으로 500K 이상의 온도에서 △G가 음의 값을 가진다. 따라서, 상기 건식 식각 공정 시 공정 온도를 500K 이하로 낮추므로써, 상기 화학식 6의 자발적 반응을 억제하여 반응 부산물(CuF2(s))의 생성을 방지할 수 있다. 상기 공정 온도는 건식 식각 공정이 진행되는 챔버 내 온도일 뿐만 아니라, 제1 베이스 기판의 표면 온도를 의미한다. 상기 건식 식각 공정 중에는 플라즈마 충돌에 의해 상기 제1 베이스 기판의 온도가 고온으로 상승할 수 있으므로, 상기 제1 베이스 기판의 온도 역시 500K 이하로 유지시키는 것이 바람직하다.

한편, 절대온도 500K를 섭씨로 환산하면 227℃이다. 따라서, 제1 베이스 기판 표면의 온도가 227℃ 이하로 유지되는 공정 조건 내에서 상기 건식 식각 공정을 진행하므로써 상기 화학식 6의 자발적 반응을 억제할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 건식 식각 공정 시 제1 베이스 기판의 표면 온도를 200℃ 이하로 유지시킨다. 이에 따라, 제2 산화구리(CuO(II))와 SF6 가스의 반응으로 인한 반응 부산물인 불화 구리(CuF2(s))의 생성을 방지할 수 있다.

상기 화학식 7 및 화학식 8은 제1 산화구리(Cu20(I)) 와 SF6 가스의 반응이므로, 상기 제1 산화구리(Cu20(I))의 생성 자체를 억제하므로써 상기 화학식 6 및 화학식 7의 반응 진행을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 도 6의 산화막(OL) 형성을 위한 산소 플라즈마 처리 시, 챔버 내 산소 분압 및 공정 온도를 조절하므로써 제1 산화구리(Cu20(I)의 생성을 억제할 수 있다.

도 14은 산소 분압 및 반응 온도에 따른 Cu- CuO(II) - Cu2O(I) 의 반응 평형 그래프이다.

도 14의 가로축은 1 atm을 이용하여 산소 분압(P_O2)을 로그(Log)값으로 치환한 수치와, 1 mTorr를 이용하여 산소 분압(P_O2)을 로그값으로 치환한 수치 모두를 도시하였다. atm 과 mTorr 는 모두 압력의 단위이며, 1 atm은 1 기압을 의미한다. 1 atm과 mTorr의 환산값은 다음과 같다.

1 atm = 760000 mTorr

도 14를 참조하면, 온도가 낮고 산소 분압(P_O2)이 높을수록 제1 산화구리(Cu20(I))의 생성은 억제되고 제2 산화구리(CuO(II))의 생성이 촉진됨을 알 수 있다. 즉, 산소 플라즈마 공정이 수행되는 챔버 내 온도 및 제1 베이스 기판의 표면 온도가 낮고, 챔버 내 산소 분압(P_O2) 이 높을수록 제1 산화 구리(Cu2O(I))의 생성은 억제되고, 제2 산화구리(CuO(II))의 생성은 촉진된다.

한편, 도 14에서는 대략적으로 800℃ 이상의 온도 영역이 도시되어 있다.

도 14에서, 제1 산화 구리(Cu2O(I))와 제2 산화구리(CuO(II)의 생성 경계면을 도시한 그래프를 플라즈마 충돌에 의한 제1 베이스 기판 온도 상승 영역인 200℃ 부근까지 연장해서 유추해 보면, 상기 챔버 내 산소 분압(P_O2) 이 극단적으로 낮은 상황을 제외하면 200℃에서 대부분의 산화물이 제2 산화 구리(CuO(II))로 생성 됨을 예측할 수 있다.

상기 산소 플라즈마 공정은 상온에서 진행되지만, 플라즈마 충돌에 의해 제1 베이스 기판의 온도가 고온으로 상승하므로써 상기 제1 산화 구리(Cu2O(I))의 생성이 촉진될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 산소 플라즈마 공정 시 제1 베이스 기판의 온도를 200℃ 이하로 유지시키는 것이 바람직하다.

구체적으로, 산소 플라즈마 공정 시 제1 베이스 기판의 온도를 200℃ 이하로 유지하고, 챔버 내의 산소 분압(P_O2)을 500 mTorr 이상으로 유지하므로써 상기 제1 산화구리(Cu2O(I)의 생성을 억제하고, 제2 산화구리(CuO(II))의 생성을 촉진할 수 있다.

이에 따라, 다시 도 13을 참조하면 상기 제1 산화구리(Cu2O(I))의 생성 자체가 억제되므로, 상기 화학식 7 및 화학식8 의 반응이 거의 진행되지 않는다. 따라서, SF6 가스와 제1 산화구리(Cu2O(I))의 반응으로 인한 반응 부산물(CuF2(s))의 생성을 방지할 수 있다.

한편, 이와 같은 공정을 진행함에 있어서 고려해야할 사항이 한가지 더 있다. 상기 제2 산화 구리(CuO(II))와 SF6 가스의 반응으로 인한 액상(l) 및 고상(s)의 반응 부산물이 생성되지 않는다 하더라도, SF6와의 반응에 의해 산화막의 제2 산화 구리(CuO(II))가 기체상(g)의 불화 구리(CuF(g))로 분해되면, 기존 식각면의 구리(Cu)가 또 다시 노출될 수 있다.

그러나, 하기 도 15을 참조하면, 산화 제2 구리(CuO)가 SF6 가스와 반응하 여 기체상(g)의 불화 구리(CuF(g))로 분해될 가능성은 거의 없음을 알 수 있다.

도 15은 SF6 가스와 산화 제2 구리(CuO)의 반응에 따른 기체상의 불화 구리(CuF(g)) 형성에 관한 △G - 온도 상관관계 그래프이다.

도 15을 참조하면, 제2 산화구리(CuO(II))는 SF6 가스와 반응하여 하기 화학식9 내지 화학식12 의 반응이 진행될 수 있다.

[화학식9]

2CuO(II) + 2SF6 → 2CuF(g) + 2SF + O2 +4F2

[화학식10]

2CuO(II) + 2SF6 → 2CuF(g) + 02 +3F2

[화학식11]

2CuO(II) + 2SF6 → 2CuF(g) + 2SF3 +02 +2F2

[화학식12]

2CuO(II) + 2SF6 → 2CuF(g) + 2SF4 +02 +F2

그러나, 화학식 9,10,11,12의 △G - 온도 상관관계 그래프를 참조하면, 200K(-73℃) 내지 1400K(1127℃)의 온도대에서 상기 화학식9,10,11,12 모두 △G 가 양의 값임을 알 수 있다. 즉, SF6 가스를 이용한 건식 식각 공정 중에 상기 제2 산화구리(CuO(II))가 SF6 가스와 반응하여 기체상의 CuF(g)로 분해되는 반응은 자발적으로는 거의 진행되지 않음을 예측할 수 있다.

따라서, 상기 산화막(OL)의 분해로 인한 구리(Cu)의 노출이 방지되므로, 상기 제2 금속 패턴의 부식을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배선 불량을 감소시킬 수 있으므로 구리 배선을 적용한 표시 기판의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 단면도이다.

도 16을 참조하면, 표시 장치(400)는 표시 기판(100), 대향 기판(200) 및 상기 표시 기판(100)과 대향 기판(200)이 결합된 사이에 주입된 액정층(300)을 포함한다.

한편, 상기 표시 기판(100)은 도 12에 도시된 표시 기판(100)과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 대향 기판(200)은 제2 베이스 기판(210)을 포함한다. 상기 제2 베이스 기판(210)은 상기 제1 베이스 기판(110)과 동일하게 유리 및 석영과 같은 투명한 물질로 이루어진다. 상기 제2 베이스 기판은 상기 제1 베이스 기판(110) 보다는 작은 면적을 갖는 것이 바람직하다.

상기 제2 베이스 기판(210) 위에는 상기 제2 투명 기판(210) 위에는 차광막(220), 컬러필터층(230), 오버 코트층(240) 및 공통전극층(250)이 형성된다.

상기 차광막(220)은 상기 표시 기판(100)의 스위칭 소자(TFT), 소스 배선(DL) 및 게이트 배선(GL)과 대응되는 위치에 형성된다. 상기 차광막(220)은 화소 전극(PE)으로 조절이 되지 않는 영역의 액정층(300)을 통과하는 빛을 차단하여 표시 화면의 콘트라스트 비율(contrast ratio)을 향상시킨다.

상기 컬러필터층(230)은 각 화소부(P)에 대응하여 형성되며, 레드, 그린 및 블루의 컬러를 갖는 복수의 컬러 필터 패턴(R,G,B)을 포함한다. 이때, 상기 컬러 필터 패턴(R,G,B)들은 상기 차광층(220)과 소정 영역 중첩되도록 형성될 수도 있 다.

상기 오버 코트층(240)은 투명한 폴리카보네이트(Polycarbonate)계열의 포토레지스트(Photoresist)로 이루어지며, 상기 컬러필터층(230)이 형성된 제2 베이스 기판(210) 전면에 형성된다. 상기 오버 코트층(240)은 상기 컬러 필터층(230)이 형성된 제2 베이스 기판(210)의 표면을 평탄화 시킨다.

상기 공통 전극(250)은 상기 오버 코트층(240)의 상부 전면에 형성된다. 상기 공통 전극(250)은 외부의 전압 발생장치로부터 공통전압을 인가 받는다. 상기 공통 전극(250)은 투명하면서 도전성인 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 아몰퍼스 산화주석인듐(a-ITO) 등으로 이루어진다.

상기 액정층(300)은 상기 화소 전극(170)에 화소 전압이 인가되고, 상기 공통 전극(250)에 공통 전압이 인가되면, 상기 화소 전극(170) 및 공통 전극(250) 사이에 형성된 전기장에 의하여 배열된다. 배열된 상기 액정층(300)은 광 투과율을 조절하며, 상기 액정층(300)에 의해 투과율이 조절된 광이 상기 컬러필터층(230)을 통과함으로써 영상이 표시된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 구리 또는 구리합금을 이용하여 제2 금속 패턴을 형성할 경우, 산소 플라즈마 처리를 하여 식각면 상에 산화막을 형성하고 추후에 진행되는 건식 식각 공정에서는 SF6 가스만을 식각 가스로 이용하므로써, 식각 가스와 제2 금속패턴의 접촉으로 인한 반응 부산물의 형성을 억제한다. 이에 따라, 제2 금속패턴을 식각 마스크로 이용하여 활성층 및 오믹 콘택층을 건식 식각하는 4 마스크 공정의 표시 기판 제조 시, 반응 부산물 형성으로 인한 배선 불량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 구리 배선을 적용한 표시 기판의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

1. 기판 상에 게이트 배선 및 게이트 전극을 포함하는 제1 금속패턴을 형성하는 단계;

   상기 제1 금속패턴을 덮도록 상기 기판 전면에 절연막, 활성층, 오믹 콘택층 및 금속층을 순차적으로 적층하는 단계;

   상기 금속층을 패터닝하여, 소스 배선 및 상기 소스 배선과 연결되며 상기 게이트 전극과 일부 중첩되는 전극 패턴을 포함하는 제2 금속패턴을 형성하는 단계;

   제1 산소 플라즈마 처리를 하여 상기 제2 금속패턴의 식각면에 제1 산화막을 형성하는 단계;

   상기 활성층 및 오믹 콘택층을 제1 건식 식각하여 상기 제2 금속패턴 하부에 채널층을 형성하는 단계;

   상기 전극 패턴의 일부를 식각하여 소스 전극 및 상기 소스 전극으로부터 이격된 드레인 전극을 형성하는 단계; 및

   상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 표시 기판의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 드레인 전극을 형성하는 단계 후, 제2 산소 플라즈마 처리를 하여 상기 소스 전극 및 드레인 전극의 식각면에 제2 산화막을 형성하는 단 계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 산소 플라즈마 처리는 상기 기판의 상승 온도가 200℃ 이하인 공정 조건에서 진행되는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 산소 플라즈마 처리는 500 mTorr이상의 산소 압력에서 진행되는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 제2 금속패턴은 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 산화막은 제2 산화구리(CuO(II))로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 마스크로 상기 채널층의 오믹 콘택층을 제2 건식 식각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 건식 식각은 SF6 가스를 이용하는 것을 특 징으로 하는 표시 기판의 제조 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 건식 식각은 상기 기판의 상승 온도가 227℃(500K) 이하인 공정 조건에서 진행되는 것을 특징으로 하는 표시 기판의 제조 방법
10. 제1 기판;

    상기 제1 기판 상에 형성되며 게이트 배선 및 게이트 전극을 포함하는 제1 금속 패턴;

    상기 제1 금속 패턴을 덮도록 상기 제1 기판 전면에 형성된 게이트 절연막;

    상기 게이트 배선들과 교차하는 소스 배선, 상기 소스 배선으로부터 연결된 소스 전극 및 상기 소스 전극으로부터 소정간격 이격된 드레인 전극을 포함하는 제2 금속 패턴;

    상기 게이트 절연막과 상기 제2 금속 패턴 사이에 형성된 채널층; 및

    상기 제1 기판과 마주하는 제2 기판을 포함하며,

    상기 제2 금속 패턴은 구리 또는 구리 합금을 포함하고, 측면에는 산화막이 형성된 것을 특징으로 하는 표시 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 채널층은 상기 소스 전극과 상기 드레인 전극 사이에서 노출되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 산화막은 제2 산화구리(CuO(II))로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.

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