KR100469160B1 - 알루미늄계 금속물질을 이용한 금속 배선 사진식각 공정 - Google Patents

알루미늄계 금속물질을 이용한 금속 배선 사진식각 공정 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 순수 알루미늄, 알루미늄 합금 중 어느 한 금속물질인 알루미늄계 금속물질의 패터닝(patterning) 공정으로써, PR(photoresist)물질을 이용한 노광, 현상, 식각 공정을 포함하는 사진식각(Photolithography) 공정을 이용하며, 기판 상의 알루미늄계 금속층 및 PR층을 제거한 후 상기 사진식각 공정을 리워크(rework) 공정을 위해, 상기 알루미늄계 금속 및 PR을 일괄 제거하는 물질에 있어서, 상기 알루미늄 금속층 및 PR층을 일괄 제거하는 물질은 MEA(Mono Ethanol Amine) 5 중량% ~ 40 중량%, TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) 2 중량% ~ 10 중량%를 포함하는 물질인 알루미늄계 금속 및 PR의 일괄 제거제를 제공한다.

Description

알루미늄계 금속물질을 이용한 금속 배선 사진식각 공정{Photolithography progress for Metal Line used by Al containing Metal Material}
본 발명은 알루미늄계 금속물질로 이루어진 금속 배선에 관한 것이며, 특히 상기 금속 배선의 사진 식각 공정에 관한 것이다.
상기 알루미늄계 금속물질로 이루어진 금속 배선은 액정표시장치용 게이트 및 데이터 배선 재료로 널리 이용되고 있다.
액정표시장치는 소비전력이 낮고, 휴대성이 양호한 기술집약적이며 부가가치가 높은 차세대 첨단 표시장치 소자로 가장 각광받고 있다.
상기 액정표시장치는 투명 전극이 형성된 두 기판 사이에 액정을 주입하여, 상기 액정의 이방성에 따른 빛의 굴절률 차이를 이용해 영상효과를 얻는 방식으로 구동한다.
현재에는, 각 화소를 개폐하는 박막트랜지스터(Thin Film Transistor ; TFT)가 화소마다 위치하고, 이 박막트랜지스터가 스위치 역할을 하여, 제 1 전극은 화소 단위로 온/오프되고, 제 2 전극은 공통 전극으로 사용되는 능동행렬 액정표시장치(AM-LCD ; Active Matrix Liquid Crystal Display)가 해상도 및 동영상 구현능력이 우수하여 가장 주목받고 있다.
이하, 도면을 참조하여 액정표시장치용 어레이 기판의 기본 구조에 대해서 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치용 어레이 기판의 일부 영역에 대한 평면도이다.
도시한 바와 같이, 가로방향으로 게이트 배선(2)이 형성되어 있고, 이 게이트 배선(2)과 교차되는 세로 방향으로 데이터 배선(4)이 형성되어 있고, 이 게이트 및 데이터 배선(2, 4)이 교차되는 지점에는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(T)가 형성되어 있고, 이 게이트 및 데이터 배선(2, 4)이 교차되는 영역으로 정의되는 화소 영역에는 드레인 콘택홀(6)을 통해 박막트랜지스터(T)와 연결되는 화소 전극(8)이 형성되어 있다.
이러한 액정표시장치에서 신호 중개 역할을 하는 금속배선을 이루는 물질은 비저항값이 낮고 내식성이 강한 금속에서 선택될수록 제품의 신뢰성 및 가격 경쟁력을 높일 수 있다. 이러한 금속 배선물질로써 전술한 알루미늄계 금속물질이 주로 이용되고 있다.
상기 알루미늄계 금속물질은 순수 알루미늄 또는 알루미늄계 합금을 일컫는 금속물질로서, 이중 알루미늄 합금으로는 알루미늄 네이디뮴(AlNd), 알루미늄 탄탈(AlTa)이 주로 이용되고 있다.
일반적으로, 상기 게이트 및 데이터 배선(2, 4) 그리고, 박막트랜지스터(T)를 이루는 각 패턴들은, 금속층(또는, 절연층) 상부에 감광성 물질인 PR(photoresist)층의 노광, 현상을 통해 패턴화된 PR층을 마스크로 하여 식각하는 방법으로 패터닝하는 사진식각(photolithography) 공정에 의해 형성된다.
이하, 상기 알루미늄계 금속물질로 이루어진 금속 배선(이하, 알루미늄 배선으로 약칭함)의 사진식각 공정에 대해서 설명한다.
도 2a 내지 2d는 기존의 알루미늄 배선의 사진식각 공정을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 2a에서는, 투명 기판(1) 상에 알루미늄계 금속물질을 증착하여, 알루미늄 금속층(10)을 형성하는 단계이고, 도 2b에서는, 상기 알루미늄 금속층(10) 상부에 패턴화된 PR층(12)을 형성하는 단계이다.
도면으로 제시하지는 않았지만, 이 단계에서는, 상기 알루미늄 금속층(10) 상부에 PR 물질을 도포하는 단계와, 상기 PR이 도포된 기판 상에 일정패턴을 가지는 마스크를 배치하는 단계와, 상기 마스크를 거쳐 PR 물질을 노광, 현상하여 패턴화된 PR층(12)을 형성하는 단계를 포함한다.
도 2c에서는, 상기 패턴화된 PR층(12)을 마스크로 하여, 그 하부층의 노출된 알루미늄 금속층(10)을 식각하여, 상기 PR층(12)과 대응되는 알루미늄 금속층(10)을 패턴화하는 단계이다.
상기 알루미늄 금속층(10)은 습식 식각법에 의해 패터닝되며, 에천트(etchant)로는 혼산(인산+질산+초산)계열 용액이 이용된다.
도 2d에서는, 상기 PR층(12)을 스트립(strip)하여 알루미늄 배선(14)을 완성하는 단계이다.
상기 PR층(12)은 박리제(stripper)를 이용하여 스트립되며, 통상적으로 NMP(N-Methyl-2-Pyrrolidone)를 베이스(base) 물질로 하는 박리제에서 선택된다.
이와 같은 사진식각 공정을 통해 알루미늄 배선(14)이 완성되고, 이러한 알루미늄 배선(14)은 액정표시장치용 금속 배선으로 이용된다.
그러나, 상기 사진식각 공정중에 기판 상에 이물질이 존재하는 경우 PR층 패턴불량이 발생될 수 있으므로, 기판 상의 PR층 및 알루미늄 금속층을 제거한 후,사진식각 공정을 재진행하는 리워크(rework) 공정이 요구된다.
도 3a 내지 3h는 리워크 공정을 포함하는 알루미늄 배선의 사진식각 공정을 단계별로 나타낸 단면도이다.
도 3a는 투명 기판(1) 상에 알루미늄계 금속물질을 증착하여 알루미늄계 금속층(22)을 형성하는 단계로서, 이때 투명 기판(1) 상에 이물(20)이 존재할 경우, 이물(20) 상부에 증착된 알루미늄 금속층(22)에는 볼록부(II)가 형성됨에 따라 평탄도 특성이 떨어지게 된다.
도 3b에서는, 상기 알루미늄계 금속층(22) 상부에 패턴화된 PR층(24)을 형성하는 단계로서, 상기 PR층(24)은 한 예로 평탄한 알루미늄계 금속층(22) 상부에 형성된 제 1 PR층(24a) 및 볼록부(II) 상에 형성된 제 2 PR층(24b)으로 이루어지고, 이때 제 2 PR층(24b)은 비평탄한 표면을 따라 일그러진 패턴으로 형성되어 리워크 공정이 요구된다.
도 3c, 3d는 기판 상의 이물을 제거하기 위해, 상기 PR층(24)과 알루미늄계 금속층(22)을 제거하는 공정이다. 이때, 일반적으로 상기 PR층(24)과 알루미늄계 금속층(22)은 서로 다른 화학물질에 의해 제거되는 특성을 가진다. 즉, 도 3c에서는 상기 PR층(24)을 제거하기 위해 박리제를 이용하여 스트립하는 단계이고, 도 3d에서는 알루미늄계 금속층(22)을 전면 식각하고, 기판 상의 이물을 제거하는 단계이다.
도 3e 내지 3h는 전술한 도 2a 내지 2d와 동일한 공정을 차례대로 진행하는 공정에 관한 것으로, 도 3e에서는 투명 기판(1) 상에 알루미늄계 금속층(22)을 형성하는 단계이고, 도 3f에서는 알루미늄계 금속층(22) 상부에 패턴화된 PR층(24)을 형성하는 단계이고, 도 3g에서는 상기 PR층(24)을 마스크로 하여 알루미늄계 금속층(22)을 식각하여 알루미늄 금속층(22)을 패턴화하는 단계이고, 도 3h에서는 PR층(24)을 스트립하여 알루미늄 배선(26)을 완성하는 단계이다.
이와 같이, 기존의 알루미늄 배선의 사진식각 공정에서는 리워크 공정이 포함될 경우, PR층 및 알루미늄계 금속층을 별도의 공정에서 스트립 및 식각하는 공정을 각각 거쳐야 하므로, 공정 시간이 지연되고 재료 비용이 소모됨에 따라 공정 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 알루미늄계 금속물질을 사진식각 공정에 의해 알루미늄 배선으로 패터닝하는 공정에 있어서, 리워크 공정 효율을 높이는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 리워크 공정시 PR층 및 알루미늄계 금속층을 동시에 제거할 수 있는 화학물질을 제공하고자 한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치용 어레이 기판의 일부 영역에 대한 평면도.
도 2a 내지 2d는 기존의 알루미늄 배선의 사진식각 공정을 단계별로 나타낸 도면.
도 3a 내지 3h는 리워크 공정을 포함하는 알루미늄 배선의 사진식각 공정을 단계별로 나타낸 단면도.
도 4a 내지 4g는 본 발명에 따른 Al/PR 일괄 제거제를 이용한 리워크 공정을 포함하는 알루미늄 배선의 사진식각 공정에 대해서 단계별로 나타낸 단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
120 : 이물 122 : 알루미늄계 금속층
124 : PR층 III : 볼록부
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는 순수 알루미늄, 알루미늄 합금 중 어느 한 금속물질인 알루미늄계 금속물질의 패터닝(patterning) 공정으로써, PR(photoresist)물질을 이용한 노광, 현상, 식각 공정을 포함하는 사진식각(Photolithography) 공정을 이용하며, 기판 상의 알루미늄계 금속층 및 PR층을 제거한 후 상기 사진식각 공정을 리워크(rework) 공정을 위해, 상기 알루미늄계 금속 및 PR을 일괄 제거하는 물질에 있어서, 상기 알루미늄 금속층 및 PR층을 일괄 제거하는 물질은 MEA(Mono Ethanol Amine) 5 중량% ~ 40 중량%, TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) 2 중량% ~ 10 중량%를 포함하는 물질인 알루미늄계 금속 및 PR의 일괄 제거제를 제공한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 순수 알루미늄, 알루미늄 합금 중 어느 한 금속물질인 알루미늄계 금속물질의 패터닝(patterning) 공정으로써, PR(photoresist)물질을 이용한 노광, 현상, 식각 공정을 포함하는 사진식각(Photolithography) 공정을 이용하며, 기판 상의 알루미늄계 금속층 및 PR층을 제거한 후 상기 사진식각 공정을 리워크(rework) 공정을 위해, 상기 알루미늄계 금속 및 PR층을 일괄 제거하는 물질에 있어서, 상기 알루미늄 금속층 및 PR층을 일괄 제거하는 물질은 MEA(Mono Ethanol Amine) 1 중량% ~ 5 중량%, TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) 90 중량% ~ 98 중량%를 포함하는 물질인 알루미늄계 금속 및 PR의 일괄 제거제를 제공한다.
본 발명의 제 1, 2 특징에 따른 상기 TMAH는 2.38 중량%로 농도조절된 TMAH에서 선택되는 알루미늄계 금속 및 PR의 일괄 제거제이며, 상기 알루미늄계 합금은 알루미늄 네오디뮴(AlNd), 알루미늄 탄탈(AlTa)인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 제 3 특징에서는, 상기 제 1, 2 특징에 따른 알루미늄계 금속 및 PR의 일괄 제거제를 이용하는 리워크 공정에 의해 형성된 금속 배선을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에서는 알루미늄계 금속물질과 사진식각용 PR 물질을 일괄 제거할 수 있는 화학물질에 관한 것이다.
기존의 알루미늄 배선의 리워크 공정에서는, PR층을 스트립하는 단계와, 알루미늄계 금속층을 전면 식각하는 단계를 각각 거쳐서, 기판 상의 알루미늄 금속층을 완전 제거할 수 있었으나, 본 발명에 따른 알루미늄계 금속물질 및 PR(이하, Al/PR로 약칭함)의 일괄 제거제에 의하면 리워크 공정을 단순화시킬 수 있다.
상기 Al/PR 일괄 제거제를 이루는 물질은 PR에 대한 스트립 능력과 알루미늄계 금속물질을 전면 식각시킬 수 있는 화학물질에서 선택되며, 이러한 물질로는 아민(amine)계 물질, TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide), 기타 용매로 구성되는 화학물질에서 선택되는 것이 바람직하며, 이때 아민계 물질로는 MEA(Mono Ethanol Amine)으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
그리고, 상기 TMAH는 2.38 중량%농도의 TMAH를 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 Al/PR 일괄 제거제로는 하기와 같은 조성비를 가졌을때 가장 효과적으로 Al/PR를 일괄 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제 1 Al/PR 일괄 제거제로는, 용매 내 MEA의 농도를 5 중량% ~ 40 중량%, TMAH(2.38 중량%) 2 중량% ~ 10 중량%, 기타 용매로 이루어진다.
그리고, 본 발명에 따른 제 2 Al/PR 일괄 제거제로는, 용매 내 MEA의 농도를 1 중량% ~ 5 중량%, TMAH(2.38 중량%) 90 중량% ~ 98 중량%, 기타 용매로 이루어진다.
이하, 도 4a 내지 4g는 본 발명에 따른 Al/PR 일괄 제거제를 이용한 리워크 공정을 포함하는 알루미늄 배선의 사진식각 공정에 대해서 단계별로 나타낸 단면도이다.
도 4a는 투명 기판(100) 상에 알루미늄계 금속물질을 증착하여 알루미늄 금속층(122)을 형성하는 단계이다.
이때, 상기 투명 기판(100) 상에 이물(120)이 존재할 경우, 이물(120) 상부에 형성된 알루미늄계 금속층(122)에는 볼록부(III)가 형성되게 된다.
도 4b에서는 상기 알루미늄계 금속층(122) 상부에 패턴화된 PR층(124)을 형성하는 단계이다. 이때, 상기 PR층(124)은 한 예로 평탄한 알루미늄계 금속층(122)에 형성된 제 1 PR층(124a)과, 상기 볼록부(III)에 형성된 제 2 PR층(124b)으로 구성되는데, 상기 제 2 PR층(124b)은 비평탄한 면에 형성됨에 따라 평탄한 면에 형성된 제 1 PR층(124a)과 동일 조건에서 노광, 현상시 불량 패턴으로 형성되게 된다.
도 4c에서는, 기판 상의 이물을 제거하기 위하여, 상기 패턴 불량된 PR층(124) 및 알루미늄계 금속층(122)을 일괄 제거하는 단계이다.
이 단계에서는, 본 발명에 따른 Al/PR 일괄 제거제인 MEA 5 중량% ~ 40 중량%, TMAH(2.38중량%) 2 중량% ~ 10 중량%, 기타 용매로 이루어진 제 1 Al/PR 일괄 제거제 또는 MEA 1 중량% ~ 5 중량%, TMAH(2.38중량%) 90 중량% ~ 98 중량%, 기타 용매로 이루어진 제 2 Al/PR 일괄 제거제를 이용하는 것을 특징으로 한다.
기존에는, 상기 PR층과 알루미늄계 금속층을 별도의 공정에서 각각 제거하였으나, 본 발명에서는 전술한 Al/PR 일괄 제거제에 의해 하나의 공정에서 초기 기판 상태를 만드는 것이 가능하다.
도 4d에서는, 상기 도 4c 단계를 거쳐 PR층(도 4c의 124) 및 알루미늄계 금속층(122)이 전면 제거되어 초기 상태의 투명 기판(100) 상에 알루미늄계 금속층(122)을 형성하는 단계이다.
상기 알루미늄계 금속층(122)을 이루는 물질로는 순수 알루미늄 또는 알루미늄 네오디뮴, 알루미늄 탄탈을 들 수 있다.
도 4e에서는, 상기 알루미늄계 금속층(122) 상부에 패턴화된 PR층(124)을 형성하는 단계이다.
도 4f에서는, 상기 PR층(124)을 마스크로 하여, 알루미늄계 금속층(124)을 식각하여 알루미늄 금속층(124)을 패턴화하는 단계이다.
도 4g에서는, 상기 PR층(124)을 스트립하여 패턴화된 알루미늄 금속층(도 4f의 124)을 알루미늄 배선(126)으로 완성하는 단계이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 Al/PR 일괄 제거제를 이용하는 리워크 사진 식각 공정에 의해 알루미늄 배선은 액정표시장치용 어레이 공정에 적용할 수 있다.
이외에도, 상기 알루미늄 배선은 전자기기 제품용 금속 배선으로 응용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 Al/PR 일괄 제거제를 이용한 리워크 공정에 의해알루미늄 배선을 제작하게 되면 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 공정수를 감소시킬 수 있다.
둘째, 공정수 감소에 따라 TAT(turn around time)을 감소시킬 수 있다.
셋째, 공정에 소요되는 재료비를 절감할 수 있다.

Claims (5)

  1. 순수 알루미늄, 알루미늄 합금 중 어느 한 금속물질인 알루미늄계 금속물질의 패터닝(patterning) 공정으로써, PR(photoresist)물질을 이용한 노광, 현상, 식각 공정을 포함하는 사진식각(Photolithography) 공정을 이용하며, 기판 상의 알루미늄계 금속층 및 PR층을 제거한 후 상기 사진식각 공정을 리워크(rework) 공정을 위해, 상기 알루미늄계 금속 및 PR을 일괄 제거하는 물질에 있어서,
    상기 알루미늄 금속층 및 PR층을 일괄 제거하는 물질은 MEA(Mono Ethanol Amine) 5 중량% ~ 40 중량%, TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) 2 중량% ~ 10 중량%를 포함하는 물질인 알루미늄계 금속 및 PR의 일괄 제거제.
  2. 순수 알루미늄, 알루미늄 합금 중 어느 한 금속물질인 알루미늄계 금속물질의 패터닝(patterning) 공정으로써, PR(photoresist)물질을 이용한 노광, 현상, 식각 공정을 포함하는 사진식각(Photolithography) 공정을 이용하며, 기판 상의 알루미늄계 금속층 및 PR층을 제거한 후 상기 사진식각 공정을 리워크(rework) 공정을 위해, 상기 알루미늄계 금속 및 PR층을 일괄 제거하는 물질에 있어서,
    상기 알루미늄 금속층 및 PR층을 일괄 제거하는 물질은 MEA(Mono Ethanol Amine) 1 중량% ~ 5 중량%, TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide) 90 중량% ~ 98 중량%를 포함하는 물질인 알루미늄계 금속 및 PR의 일괄 제거제.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 TMAH는 2.38 중량%로 농도조절된 TMAH에서 선택되는 알루미늄계 금속 및 PR의 일괄 제거제.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 알루미늄계 합금은 알루미늄 네오디뮴(AlNd), 알루미늄 탄탈(AlTa)인 알루미늄계 금속 및 PR의 일괄 제거제.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 의한 알루미늄계 금속 및 PR의 일괄 제거제를 이용하는 리워크 공정에 의해 형성된 금속 배선.
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