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채환 구
5 years ago
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1 1. Sputter Film 형성 2. Gate Al 공정 3. S/D Al, Mo 공정 4. Cu 배선 5. 투명전도막 1

2 1) Gate 배선재료요구특성 Gate 배선물질로서요구되는특성과사용예는다음과같다. 구분재료의요구특성사용 Metal Gate 전극및배선 Glass와의밀착력우수 (Adhesion) Etching 가공성우수 배선저항이작을것 TCO (IZO or ITO) 와의접촉저항이작을것 고온 Process에서변형적을것 Cr MoW Cr/AlNd Al/Mo Ti/Al/TiN MoTi/Cu Ti/Cu 2

2) Pure Al and Hillock 열처리후 Aluminum Hillock 발생 Mechanism Al Film Gra in Bounda ry Al 원자이동 Hillock 형성 Annealing Substra te Substra te Driving Force : 열팽창계수差에의한 compressive stress 재료 Coefficient of

3 2) Pure Al and Hillock 열처리후 Aluminum Hillock 발생 Mechanism Al Film Gra in Bounda ry Al 원자이동 Hillock 형성 Annealing Substra te Substra te Driving Force : 열팽창계수差에의한 compressive stress 재료 Coefficient of Thermal Expansion (10-6 K -1 ) 재료 CTE Al 23.9 Glass 4.5 Mo 4.8 IZO 6.95 Cu 16.5 ITO 8.1 Ti 8.6 SiO2 0.5 a-si 0.5 Si3N4 0.8 Kinetics : Al diffusion으로 stress relaxation Hillock 형성으로 compressive stress 해소 3

4 3) Al/Mo 구조의 Hillock 제어 Capping 물질의영율小 Hillock 大 Capping 물질의영율大 Hillock 小 Al Grain Substrate Substrate Glass와 Al의열팽창계수차이로 CVD 3층막증착시 Al Hillock 발생 Capping 물질의영율이클수록 Al Hillock 억제력이커진다. 참고 : 물질의영율 (*1E+10Nm-2) Mo Cr Cu Ag Al Ta Ti AlNx MoNx TiNx AlOx * Nitride(or Oxide) 는 N(or O) 함량에따라영율이증가하는추세 * 4

5 Al/Mo Gate 구조 : TFT 공정완료후기판표면비교 Pixel IZO Gate 배선 S/D MoAlMo AlNd/Mo (2500/500A ) Al/Mo (2500/500A ) Al only (2500A ) G/D Short 불량이다량발생 TFT 공정완료후 Al/Mo 와 AlNd/Mo 배선표면비교시유의차없음. AlNd 대신 Pure Al 사용가능 5

6 AlNd 합금의내열특성 Hillock formation 7

7 1. Sputter Film 형성 2. Gate Al 공정 3. S/D Al, Mo 공정 4. Cu 배선 5. 투명전도막

8 1) S/D 배선재료요구특성 SD 배선물질로서요구되는특성과사용예는다음과같다. 구분재료의요구특성사용 Metal SD 전극및배선 n+a-si과저항성접촉 (Ohmic Contact) TCO (IZO or ITO) 와의접촉저항이작을것 Etching 가공성우수 화학적안정성우수 배선저항이작을것 Step부 Open 이적을것 Cr Mo Cr/AlNd Mo/Al/Mo Ti/Al MoTi/Cu Ti/Cu 9

9 2) Metal-Semiconductor Contact 모든고체의표면에는전자를고체내로가두는 Energy Barrier 가존재하며, 이 Energy Barrier 의높이를 Work Function (φ, 일함수 ) 라고함. (Mg 3eV 부터 Pt 6eV 까지다양한값 ) Metal 의일함수를 φm, 반도체의일함수를 φs 라고할때, φm > φs : Schottky Contact, φm < φs : Ohmic Contact 대개는 Schottky Contact 을나타내며사이에 n+ a-si 층을사용하여 Contact 저항을작게함. Metal 일함수 (ev) Metal 일함수 (ev) 반도체 Electron Affinity (ev) Al 4.28 Ag 4.26 Si 4.01 Cu 4.7 Au 5.1 Ge 4.13 Mo 4.6 Ni 5.15 GaAs 4.07 Ti 4.33 Pd 5.12 Cr 4.5 W 4.55 Metal Semiconductor Φm > Φs Schottky contact 10

10 Aluminum, Copper 의 SD 적용한계와 Barrier Metal 필요성 구분 비저항 (μωcm) 녹는점 ( ) 열챙창계수 (ppm/ ) Si 과의반응온도 ( ) Stable on Si up to( ) Al ~250 도 (junction spike) 250 도 Cu 도이하 100 도이하 Mo ~ 700 도 400 도 Ti ~ 1000 도 400 도 Cr ~ 450 도 400 도 11

11 S/D Mo 증착 압력에 따른 단차부 Crack 불량 (FIB) Mo 3500Å at 0.2Pa Mo 3500Å at 0.4Pa SD Mo SD Mo Active G-SiN Active G-SiN AlNd/Mo AlNd/Mo High Resistance 34.4kΩ Low Resistance 16.0kΩ 80K 100K 13

12 1. Sputter Film 형성 2. Gate Al 공정 3. S/D Al, Mo 공정 4. Cu 배선 5. 투명전도막 14

1) Cu 의장점 1. 박막비저항, 두께감소 Al 3.1uΩcm, Cu 2.

Gate Ti/Cu SD Ti/Cu P-SiN MAM Pixel IZO P-SiN

13 1) Cu 의장점 1. 박막비저항, 두께감소 Al 3.1uΩcm, Cu 2.3uΩcm 배선두께또는선폭감소가능 : Gate Al 3000A, SD Al 4000A Gate Cu 2000A, SD Cu 2700A 2. 배선적층수 ( total 5 4 ) Gate Al/Mo SD Mo/Al/Mo Gate Ti/Cu SD Ti/Cu P-SiN MAM Pixel IZO P-SiN Ti/Cu Pixel IZO Al/Mo a-si/n+ G-SiN Ti/Cu a-si/n+ G-SiN Glass Glass 15

14 Difficulties in Cu Film Process 16

15 1. Sputter Film 형성 2. Gate Al 공정 3. S/D Al, Mo 공정 4. Cu 배선 5. 투명전도막 (TCO) 20

16 TCO (ITO InSnO3) *TCO (Transparent Conductive Oxide) -Resistivity <100 u-ohm-cm -Optical transmittance >90% InO3 + Sn dopant One excess electron from Oxygen atom becomes free electron metal like Conductivity Display Applications Pixel electrode in Displays Touch screen 21

17 a-ito의 특성 Ar + H2O (또는 H2) Gas 사용하여 상온에서 Sputtering시 a-ito 형성 H+ 또는 OH-가 In-O-In-O-In 결합을 방해하여 결정 성장 저하 가열 Etch할 때까지만 amorphous 유지 (비저항, 투과율 )하며, 약산으로 Etch 가능. 열처리 후에는 c-ito로 변환 (비저항, 투과율 ) 실제 라인 공정에서는 결정화를 위한 열처리 공정이 따로 없으며, PI Cure시 열처리 공정으로 대체함. (210도 15분) 22

18 1) Pixel 재료요구특성 Pixel 재료로서요구되는특성과사용예는다음과같다. 구분재료의요구특성사용 Metal Pixel 전극 가시광선영역에서투과율양호 가공성 (Etching) 우수하여잔사 free 저비저항 Gate-TCO, SD-TCO Contact 저항양호 ( 1E+04Ω) Depo Rate 우수 IZO ITO a-ito AZO, GZO 등 23

19 Sputtered TCO 2) 투명전도막물질 금속비저항 (μω cm ) 결정구조투과율 ITO (In-Sn-O) 180~200 Cubic Bixbyite 400~ 500 (As Depo) Amorphous 90% 이상 (550nm 이하 ) 95% 이상 (550nm 이상 ) ITO 표면 (60,000X) IZO (In-Zn-O) 300~340 Amorphous 90% 이상 (550nm 이하 ) 85% 이상 (550nm 이상 ) 3) Black Matrix 물질 금속 비저항 (μωcm) 녹는점 ( ) 공정적용시고려할사항 Cr 21.0 (12.9) 1875 CrOx/Cr, CrOxNy/Cr 구조 Mo 11.5 (5.4) 2610 MoOx/Mo 구조 Ni 50 (7.8) 1453 강자성체로서 DC Sputter 불가 -> Ni alloy 사용 (NiW or NiCu) 24

20 비저항 (Ω cm) ITO 의막특성 기판온도 ( ) In2O3, ITO 의기판온도에따른비저항변화 산소분압에따른 ITO Film 의 Hall 측정결과 (ρ = 1/nqμ) 26

21 O2 유량에따른 ITO 표면변화 (SEM) O2 : 0.4 sccm O2 : 1.2 sccm O2 : 2.0 sccm O2 유량의증가에따른 ITO Film 의표면 SEM 변화 ( 60,000) (O2 유량증가에따라 Etch Rate 도감소함 ) ITO Glass 1237A ITO 의 Vertical SEM 측정 28

22 ITO 와 IZO 의열처리 (200,2hr) 전후에따른 RS 비교 ITO 는열처리후결정화가일어나면서 RS 감소함. 이에반해 IZO 는열처리후 RS 가거의변화하지않음. 29

23 Amorphous ITO 의열처리전후결정화분석 amorphous ITO 의결정성분석 (As Deposited) 230 도, 1 시간, 공기분위기열처리후 32

24 [1.4.2] Thin Film Semiconductor and Insulators Chemical Vapor Deposition (CVD) 1) Thermal CVD 2) Plasma-Enhanced CVD (PECVD) 3) ECR-CVD 4) Photo-CVD 5) Metal-Organic CVD (MOCVD) 33

25 CVD Process PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 증착조건 : Plasma + 저압 + 저온 (300~350C) LCD CVD 공정에의 Main 으로사용 장점 : 증착속도빠름, 저온 Process 가능 34

26 a-si PECVD Process Plasma 에너지를이용하여기체상태에서반응 유리기판표면에박막형성. 상대적으로낮은 ~350C 에서 CVD 박막형성가능 장점 Plasma Energy, Gas mix, Gas Flow, Pressure 의공정 Parameter 들을조절하여 박막의물리적, 화학적특성을 Control 할수있다 단점 : High Cost of equipment, Uniformity Control 35

27 CVD Process (A Simple Model) Main Gas Flow Region Reactant gas, Carrier gas, By-product Gas Phase Reaction Transfer of by-products to main flow Transport to Surface Surface Diffusion Redesorption of Film Precursor Desorption of Volatile Surface Reaction Products Adsorption of Film Precursor Nucleation & Island Growth Step Growth - Diffusion of gaseous reactants to the surface - Adsorption of the reacting species on to surface sites - Surface chemical reaction between the reactants - Desorption of the reaction by-products - Diffusion of the by-products away from the surface 36

28 PECVD in TFT Process RF-Power 13.56MHz (SiH4, NH3, N2, H2) Process Gas In Process Gas mix a-si : SiH 4 + H 2 n+ a-si : SiH 4 + H 2 + PH 3 SiN x : SiH 4 + NH 3 + H 2 SiO x : SiH 4 + N 2 O Plasma SiH* SiH2* H2 H+ NH3* SiNx e- Heater Substrate Gas Out Process Parameters RF power Substrates Temperature Chamber Pressure Gas Flow Rate Distance btw. Glass/Electrode 37

29 [1.7] 미세패턴공정 (Photolithography) 38

30 TFT Fab 공정 Flow 세정 (Cleaning) 박막 증착 (Deposition) 사진 (Photolithography) 식각 (Etching) 검사 (Test) 39

31 TFT Fab 공정

32 세정 (Cleaning) 유리기판의오염제거 Organic, Ionic contamination Particle 공정중에발생하는금속막잔류 알카리성 Ion Na+ 세정기술 물리적세정 Brush scrubbing/water jet/ Ultrasonic -- particle 제거 화학적세정 유기용제 유기물오염 dilute HF Dry 세정 UV/ Ozone/ Plasma cleaning 41

33 세정 CLEAN 전처리본세정 Rinse 건조 목적 본세정에서의 세정력강화 실질적인오염원제거 chemical physical 잔류 Particle 제거 잔류약액제거 기판위 DI 제거 종류 Step 별세정 UV Excimer UV O 3 알칼리 (TMAH) 중성 산 (HF) BRUSH Water Jet Ultra Sonic (US/MS) DI water Air Knife 초기세정 DI 세정 Sub 세정 HF 세정 Photo 전세정 Depo 전세정 유기세정 TMAH 세정유기세정 Brush 세정

Photo resist Soft-Bake glass light Align & Exposure ( 노광 ) mask exposure Develop

34 Photolithography PR coating Align Exposure Develop Cleaning 의공정들을통해 Photo m 설계된패턴을유리기판위에일련의사진공정으로 Transfer 시킨다 Pre-Bake glass thin film Spin Coating PR Coating Photo resist Soft-Bake glass light Align & Exposure ( 노광 ) mask exposure Develop glass developer Alignment mark Hard-Bake glass film etching Inspection ADI 검사 glass Etch O.K. 43

35 감광제 도포 공정 Roll coater Spin coater Slit coater Spin M 44

36 Photo 공정의개요 Photo 공정이란? Photo Resist란빛을받으면화학적변화를수반하여용해도가달라지는감광성고분자물질을말함. 이러한물질을이용하게되면원하는 Pattern 형상을 Mask 을이용하여만 든뒤노광기에서 빛에노출시키면 빛을받은부분은화학반응이일어나조사되지않은부분에비하여현상 Photo resist 액에대해서더욱 노광기종류 Positive PR ( 노광영역이현상액과반응 - 용해 ) 가용성이되거나불용성이되어원하는 Pattern을 - Proximity 선택적으로 aligner 형성할수 Negative PR ( 노광영역이현상액과무반응 ) 있음. UV 광원 g-line (436nm) i- line (364nm) Photo mask Developer( 현상액 ) - Stepper (lens projection type) - Scanner (mirror projection projection) Etching - wet etching - dry etching

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2002. 4. 4. DISPLAY CLASS Electronic Information Displays CRT Flat Panel Display Projection Emissive Display Non Emissive Display Cathode Ray Tube Light Valve FED VFD PDP OLED ELD LED LCD ECD DMD DC Type