KR100553642B1

KR100553642B1 - 금속박막 식각액 조성물

Info

Publication number: KR100553642B1
Application number: KR1020030022116A
Authority: KR
Inventors: 노재호; 정중기; 백진수; 박효준
Original assignee: 일동화학 주식회사
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2006-02-22
Also published as: KR20040088108A

Abstract

본 발명은 TFT-LCD의 게이트 및 소스/드레인의 회로구성부분을 형성할 때 사용되는 금속박막 식각액 조성물에 관한 것이다. 특히 Mo/Al-Nd막, Mo막에서 미세패턴(pattern)을 얻기 위하여 포토레지스트를 도포하고 패턴을 뜬 후 포토레지스트가 제거된 부분을 식각할 때 Mo/Al-Nd 이중층 과 Mo 단일층의 두 종류 금속막 재료를 동시에 에칭할 수 있도록 기존에 사용하고 있는 2종류의 에칭액을 일괄 에칭액으로 개선한 것으로 50-60wt%의 인산; 0.5-2.5wt%의 질산; 15-25wt%의 초산; 탄소수 1 내지 탄소수 3의 알칸올과 탄소수 1 내지 탄소수 4의 알킬기로 수소가 하나 이상 치환된 수산화암모늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 알칸올 및/또는 치환된 수산화암모늄 0.1-1wt%; 및 잔량의 물로 이루어지는 식각액 조성물을 제공한다.

Description

금속박막 식각액 조성물{Composition for etching metal thin film}

도1은 Mo/Al-Nd이중막의 불량한 프로파일 개략도

도2는 Mo/Al-Nd층의 양호한 프로파일 개략도

도3은 종래기술의 복수층과 단일층 에칭프로파일을 보이는 단면사진

도4는 본 발명(실시예2)의 복수층과 단일층 에칭프로파일 사진

도5는 본 발명(실시예3)의 복수층과 단일층의 에칭프로파일 사진

본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치("TFT LCD")의 회로를 구성하는 게이트(Gate) 및 소스/드레인(Source/drain)전극용 금속박막의 복수층 및 단일층에 다함께 적용될 수 있는 식각액(etchant) 조성물 특히 몰리브덴/알루미늄-네오디니움(Mo/Al-Nd) 이중층(Double layer) 과 몰리브덴(Mo) 단일층을 동시에 에칭하기 위한 식각액 조성물에 관한 것이다.

TFT-LCD의 게이트 및 소스/드레인 어레이 형성공정에서 회로 구성요소로서 사용되는 금속 박막을 포토레지스트로 도포하고 패턴을 뜬후 포토레지스트가 제거된 부분을 식각하여 원하는 미세패턴(micro-pattern)의 금속 박막을 얻는다. 일반 적으로 Al 또는 Al합금, Mo금속박막은 공정가스(Cl₂,BCl₃,SF₆,CF₄등)를 이용하는 플라즈마를 사용하여 건식 에칭 하거나 인산, 질산, 아세트산 및 물로 구성된 에칭용액을 이용하여 30-40℃에서 습식 에칭한다.

최근 들어서 회로구성요소는 금속 막을 복수층으로 하는 경우뿐만아니라 단일층과 복수층으로 동시에 복합적으로 하는 경우도 있다. 이러한 경우에 단일층과 복수층에 동시에 적용될 수 있는 식각액 조성물이 제공될 수 있다면 제조경비의 저감과 공정의 단순화에 크게 기여할 수 있다. 동시에 적용되지 않는 경우라 하더라도 범용적으로 적용될 수 있다면 하나의 식각액 조성물로서 여러 경우에 사용할 수 있는 장점이 있다.

TFT-LCD의 게이트 및 소스/드레인 배선용 금속막을 복수로 구성할 경우에는 습식 에칭은 높은 생산성 및 저비용의 장점에도 불구하고 복수층간의 에칭속도차이에 의하여 우수한 프로파일(습식각후의 단면)을 얻기가 어려운 문제점이 있다. 예를 들면 Mo/Al이중막을 기존의 Al에칭 용액(인산, 질산, 초산, 물의 혼합액)을 사용하여 에칭하면, 상부층 Mo층의 에칭 속도가 Al층의 에칭 속도보다 작기 때문에, 상부 Mo 층이 하부 Al 층의 외부로 돌출 되는 단면을 갖게되는 불량한 프로파일이 나타난다. 이러한 프로파일로 인해, 후속 공정에서 단차 카버리지(하부단차의 사면을 얼마나 잘 덮느냐를 나타내는 양)가 불량하게 되고 상부층이 경사면에서 단선되든가 또는 상하 금속이 단락이 일어날 확률이 커지며 주요한 배선 불량의 원인이 될 수 있다.

뿐만아니라 에칭속도의 차이 때문에 단일층과 복수층에 다함께 범용적으로 적용되거나 동시에 적용될 수 있는 습식에칭용 식각액 조성물을 제공한다는 것은 지극히 어려운 문제이다. 이러한 경우에는 건식에칭이 하나의 해결수단이 될 수 있으나 생산성의 저하, 비용의 상승 등의 문제점 때문에 산업현장에 직접 적용하기에 곤란한 경우가 발생한다.

대한민국특허공개2001-0075932호에서는 몰리브덴/알루미늄(Mo/Al) 이중층의 식각액으로 인산(60-70wt%)+질산(5-14wt%)+초산(5-15wt%)+HClO₄ 또는 HIO₄(0.1-10wt%)+물 잔량의 식각 조성물을 개시하고 있다.

순수한 알루미늄은 배선을 형성하기 쉽고 충분히 낮은 비저항을 가지기 때문에 널리 사용되나 내열성이 약하기 때문에 소성, 어닐링과 같은 열처리 후에 미세한 돌출이 형성되고 이것은 배선의 단락과 에칭제의 투과라는 문제를 야기한다. 이러한 배선 결함문제를 해결하기 위하여 다양한 알루미늄 합금이 제안되고 있다. 이러한 알루미늄 합금중에서 Al-Nd 합금이 우수한 물리적 특성을 제공한다. 그러나 상기 대한민국특허공개2001-0075932호에 기재된 식각액 조성물은 몰리브덴/알루미늄-네오디니움 (Mo/Al-Nd) 이중층(Double layer)의 식각액 조성물로는 여전히 상기한 단차문제를 극복하지 못할뿐만아니라 단일층과 복수층에 다함께 적용될 수는 없다.

대한민국특허공개2001-0028729호에서는 몰리브덴/알루미늄-네오디니움(Mo/Al-Nd) 이중층의 식각액으로 인산(40-70wt%)+질산(5-20wt%)+ 초산(10-20wt%)+불소계 계면활성제(0.01-0.05wt%)+물 잔량으로 된 식각액 조성물을 개시하고 있다. 이러한 식각액 조성물은 종래 Al단일층의 식각액 조성물을 기본으로 하여 개선한 것이기는 하나 여러가지 상황 즉 단일층과 복수층에 다함께 적용하거나 동시에 적용할 때는 양호한 프로파일의 만족스러운 결과는 얻을 수 없었다. Mo 단일층(Mo 또는 Mo 합금)에 적용되면 Mo단일막 또는 Mo합금 단일막은 Mo의 에칭속도가 빠른 관계로 한 기판내의 에칭 균일도가 좋지 않아서 공정 진행의 여유가 작고 후공정 진행시 불균일 점등불량(예:얼룩)이 많이 발생한다.

본 발명은 금속박막의 복수층 및 단일층에 다함께 적용될 수 있는 식각액(etchant) 조성물을 제공하기 위한 것이다. 특히 본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치("TFT LCD")의 회로를 구성하는 게이트(Gate) 및 소스/드레인(Source/drain)전극용 몰리브덴/알루미늄-네오디니움(Mo/Al-Nd) 이중층(Double layer) 과 몰리브덴(Mo) 단일층에 다함께 적용될 수 있는 식각액 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명자들은 기존 Al 식각액의 조성성분을 조정하고 알칸올기 또는 히드록시(OH)기를 갖는 특정 화합물을 조절제로서 첨가하면 적용성이 넓은 식각액 조성물을 제공할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다. 본 발명에 의하여 50-60wt%의 인산; 0.5-2.5wt%의 질산; 15-25wt%의 초산; 탄소수 1 내지 탄소수 3의 알칸올과 탄소수 1 내지 탄소수 4의 알킬기로 수소가 하나 이상 치환된 수산화암모늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 알칸올 및/또는 치환된 수산화암모늄으로된 0.1-1wt%의 조절제;및 잔량의 물로 이루어지는 Mo/Al-Nd이중층 및 Mo단일막을 동시에 습식에칭하는 식각액 조성물이 제공된다. 상기 알칸올으로는 예를 들면 메탄올(CH₃OH), 에탄올(CH₃CH₂OH), 이소프로필알코홀이 있고 상기 치환된 수산화암오늄으로는 바람직하게는 테트라메틸수산화암모늄([CH₃]₄NOH)이 있다.

본 발명의 식각액 조성물은 필요에 따라서 3-7wt%의 산화제를 더 포함할 수 있다. 이러한 산화제는 발생기 산소를 제공하는 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면 H₂O₂, HClO₄, HIO₄,가 사용된다.

질산은 Al-Nd와 반응하여 알루미늄옥사이드를 형성하고, 인산과 물은 이 물질을 분해시킨다. 이때 물은 에칭 용액을 희석하는 역할도 한다. 초산은 반응속도 등을 조절하기 위하여 완충제로서 사용되는데 일반적으로 질산의 분해속도를 조절하며, 일반적으로 분해속도를 감소시킨다.

하부층 및 상층부의 이중층으로 된 금속막을 에칭하고 동시에 단일막을 적절하게 에칭하기 위해서는 에칭속도(E/R, etching rate)가 비슷하게 되도록 에칭용액의 조성비를 조절하여야한다.

하부층이 Al-Nd이고 상부층이 Mo금속일 경우에 Mo 층의 에칭속도가 Al-Nd합금층의 에칭속도보다 느리기 때문에, Mo의 에칭속도에 직접적인 영향을 주는 질 산의 함량을 증가시키는 것이 바람직하지만, Mo단일막의 경우는 반대로 에칭속도가 빠를 때 과도한 에칭이 일어남으로 질산의 함량을 적절하게 조정하는 것이 필요하다.

Mo/Al-Nd이중층에서 Al-Nd층의 에칭 속도를 상대적으로 감소시키고 Mo단일막에서 Mo의 에칭속도를 늦추기 위하여 인산의 함량을 감소시키고 초산의 함량을 증가시켰다. 인산의 함량이 50중량%이하로 감소하면 질산과 알루미늄과 반응하여 형성되는 알루미늄 옥사이드가 제대로 분해되지 않아서 전체적인 에칭속도가 감소하게 되고 생산성이 저하된다. 반면 인산의 함량이 60중량%를 초과하면 Al-Nd합금층의 에칭속도가 증대되어 생산성이 좋아지지만 에칭 용액의 점도가 상승하여 공정진행시 기판이송 오류가 다발하고 린스(Rinse)시 에칭액의 제거시간이 길어지며 과도한 에칭현상이 발생하게된다.

종래기술에서는 높은 질산 농도(5%이상)때문에 에칭시간이 짧지만 복합층에서 에칭의 단차를 제어하기가 곤란하다. 단일층의 경우에도 에칭이 과도하게 빨리 진행된다. 따라서 부분적으로 과도한 CD(critical dimension:에칭칫수)손실이 발생하여 선폭이 작아져서 저항이 커지거나 불량이 될 수 있다.

하부 Al-Nd층, 상부 Mo 및 Mo단일막의 에칭속도는 질산과 인산의 함량조절뿐만 아니라 조절제의 배합에 의하여 조절된다. 조절제로는 저급 알킬알칸올 및/또는 치환된 수산화암모늄이 사용된다. 이러한 조절제는 식각액의 식각능력을 활성화 시키고 식각액의 에칭면 침투능력을 배가시킨다. 서로 다른 이금속막의 에칭속도를 조절한다. 본 발명에서는 낮은 질산 농도(0.5%~2.5W%)를 채용하여 에칭속도를 낮추는 대신에 OH기를 갖는 조절제를 첨가함으로써 포토 레지스트 하부층 금속에 대한 에칭능력을 증가시켰다. 이것은 포토레지스트와의 계면활성이 좋아지기 때문이다.

전체적으로 식각액의 에칭속도를 증가시키기 위하여 필요한 경우에는 산화제를 추가적으로 배합할 수 있다. 산화제는 발생기 산소를 제공할 수 있는 화합물로서 예를 들면 H₂O₂, HClO_4, HClO₄, HIO₄가 사용된다.

실시예 1.

종래의 에칭용액(인산 65wt%+질산9wt%+초산7wt+HClO₄0.3wt%)을 사용한 Mo/Al-Nd이중층과 Mo단일막을 동시에 에칭한 결과를 도3에 표시하였다. 결과를 확인하기 위하여 Hitachi사의 FE-SEM(S-4300)을 이용 단면 사진을 통해 검사했다. 도3의 왼쪽그림에는 하부의 Al-Nd막이 Mo상부막에 비하여 과잉에칭된 결과가 관찰되었다. 도3의 오름쪽그림에는 Mo단일막이 과잉에칭된 결과가 관찰되었다. CD손실이 1㎛에 이르렀다.

실시예 2.

인산(55wt%)+질산(1.2wt%)+초산(18wt%)+테트라메틸수산화암모늄(0.2wt%)+물 잔량으로된 에칭용액으로 실시의 예1과 같은 조건으로 습식에칭한 결과 도4의 왼쪽그림에서와 같이 하부의 Al-Nd 층이 상부의 Mo층에 비하여 과잉 에칭되지 않은 결과를 얻었다. 도4의 오른쪽그림에서와 같이 단일Mo층은 도4에 비하여 에칭속도가 저감되어 그림과 같이 과잉 에칭되지 않은 결과를 얻었다. CD손실이 200mm에 머물렀다.

실시예 3.

인산(58wt%)+질산(1.0wt%)+초산(20wt%)+테트라메틸수산화암모늄(0.2wt%)+HClO₄(3wt%)+물 잔량으로 된 에칭용액으로 실시예1과 같은 조건으로 습식에칭한 결과 도5의 왼쪽그림에서와 같이 하부의 Al-Nd 층이 상부의 Mo층에 비하여 과잉 에칭되지 않으면서 에칭속도가 빠른 결과를 얻었다. Mo단일층(도5의 오른쪽그림)에 비하여 과잉 에칭되지 않은 결과를 얻었다.

본 발명에 따른 액정표시장치의 TFT를 구성하는 게이트 및 소스/드레인 배선전극으로 사용하는 상부가 Mo, 하부가 Al-Nd인 Mo/Al-Nd이중막 및 Mo단일막에 동시에 적용 가능한 에칭용액으로서 Mo/Al-Nd이중막의 경우 하부 Al-Nd 층이 상부Mo층보다 돌출 되지 않으며 동시에 Mo단일막의 에칭속도가 저감되어 과도한 에칭을 방지하고, 원료의 낭비를 막아 원가절감에 도움을 줄 수 있다.

종래기술에 대하여 본 발명의 장점을 정리하면, 첫째로, 기존액 사용시 메탈에 따라 에칭액을 교환해 주어야 하지만 발명품은 하나의 용액으로 사용 가능하다. 둘째로, 에칭시간이 일정하므로 어느 메탈을 사용하더라도 교환시간이 대폭 단축되어 생산성이 향상되는 효과를 볼 수 있다. 셋째로, Mo의 경우 CD 손실이 작아 서 기판 전체의 CD 균일도가 향상되어 공정 관리가 쉽다. 넷째로 약액을 교환할 필요가 없으므로 원가 절감 효과가 뛰어 나다.

차이점을 아래표로 정리하였다.

	기 존 액(실시예1)		본 발명(실시예2)
Glass type	Al-Nd/Mo	Mo	Al-Nd/Mo	Mo
CD Loss(양쪽)	400㎚	1㎛	300㎚	200㎚
에칭 시간	55 sec	30 sec	55 sec

Claims

50-60wt%의 인산; 0.5-2.5wt%의 질산; 15-25wt%의 초산; 탄소수 1 내지 탄소수 4의 알킬기로 수소가 하나 이상 치환된 수산화암모늄으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 치환된 수산화암모늄 0.1-1wt%; 및 잔량의 물로 이루어지는 Mo/Al-Nd이중층 및 Mo단일막을 동시에 습식에칭하는 식각액 조성물.
제1항에 있어서, 상기 치환된 수산화암모늄이 테트라메틸수산화암모늄인 식각액 조성물.