KR101293387B1 - 금속배선 형성을 위한 저점도 식각용액 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 금속막 식각용액에 관한 것으로서, 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 40중량%의 황산과; 조성물의 총 중량에 대해 0.5 내지 30중량%의 질산과; 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 10중량%의 할로겐 계열 첨가제와; 조성물의 총 중량에 대해 0.5 내지 20중량%의 유기산 또는 유기산에서 파생되는 염과 조성물의 총 중량에 대해 나머지 성분은 물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속막 식각용액으로, 인듐산화막, 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴 및 몰리브덴합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막을 식각할 경우, 매우 양호한 식각특성을 제공할 수 있다. 더욱이, 액정표시장치용 어레이기판의 제조시 본 발명에 따른 금속막 식각용액을 사용하는 경우 식각속도의 조절이 가능하며, 양호한 프로파일을 얻을 수 있으며, 기판의 크기가 크거나 경사 장비에서도 식각균일성을 유지할 수 있다.
액정표시장치용 어레이기판, 금속막, 식각, 황산, 질산, 할로겐 계열 첨가제, 유기산 또는 유기산에서 파생되는 염.

Description

금속배선 형성을 위한 저점도 식각용액{LOW VISCOSITY ETCHANT FOR METAL ELECTRODE}
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 금속막 식각용액을 이용한 액정표시장치용 어레이기판 제조과정을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 금속막 식각용액으로 몰리브덴 단일막을 식각한 후, 표면의 주사전자현미경 사진,
도 3은 본 발명에 따른 금속막 식각용액으로 몰리브덴/알루미늄합금 이중막을 식각한 후, 표면의 주사전자현미경 사진,
도 4는 본 발명에 따른 금속막 식각용액으로 인듐산화막을 식각한 후, 표면의 주사전자현미경 사진이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 기판 20 : 금속층
20a : 게이트 전극 30 : 게이트 절연층
40 : 엑티브층 41 : 옴익콘텍층
50 : 소스전극 51 : 드레인전극
60 : 절연막 70 : 화소전극
본 발명은, 금속막 식각용액에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 인듐산화막, 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴 및 몰리브덴합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막을 식각할 수 있는 금속막 식각용액에 관한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 박막트랜지스터 기판과 컬러필터 기판, 그리고 두 기판 사이에 주입되어 있는 액정층으로 이루어진 액정패널을 포함한다.
액정층은 두 기판의 가장자리 둘레에 인쇄되어 있으며 액정층을 가두는 봉인제로 결합되어 있다. 액정패널은 비발광소자이기 때문에 박막트랜지스터 기판의 후면에는 백라이트 유닛이 위치하고 있다. 백라이트에서 조사된 빛은 액정분자의 배열상태에 따라 투과량이 조절된다.
박막트랜지스터 기판에는 액정층에 신호를 전달하기 위해 배선이 형성되어 있다. 박막트랜지스터 기판의 배선은 게이트 배선과 데이터 배선을 포함한다.
게이트배선은 게이트 신호가 인가되는 게이트라인과 박막트랜지스터의 게이트전극을 포함하며, 데이터배선은 게이트배선과 절연되어 데이터신호를 인가하는 데이터라인과 박막트랜지스터의 데이터전극을 구성하는 드레인전극과 소스전극을 포함한다. 여기서, 드레인전극을 통해 들어오는 신호는 투명한 금속으로 마련된 화소전극에 의해 직접 액정 측에 전달된다.
이러한 배선은 금속 단일층 또는 합금 단일층으로 이루어질 수도 있고, 각 금속 또는 합금의 단점을 보완하고 원하는 물성을 얻기 위하여 다중층으로 형성할 수도 있다.
배선 형성을 위해 일반적으로 알루미늄을 많이 사용하는데, 순수한 알루미늄은 화학약품에 대한 내식성이 약하고 후속공정에서 배선 결함문제를 야기할 수도 있으므로, 이를 보완하기 위해 알루미늄합금을 사용하거나 알루미늄 또는 알루미늄합금 위에 또 다른 금속층, 예를 들어 몰리브덴, 크롬, 텅스텐 및 주석 등의 금속층을 적층시킨 다중층을 사용하기도 한다.
기판 소재상에 증착된 이러한 다중층은 식각을 통하여 배선으로 패터닝된다. 식각에는 건식식각과 습식식각이 있는데, 균일하게 식각되고 생산성이 높은 습식식각이 많이 사용된다.
이러한 습식식각에 사용되는 식각용액의 한 예로서, 인산, 질산, 아세트산 및 물을 포함하는 에칭용액을 사용하여 Mo/Al-Nd 이중층을 식각하는 기술이 본 출원인에 의해 한국등록특허 제0330582호에 제시된 바 있으며, 인산, 질산, 아세트산 및 산화제와 물을 포함하는 에칭용액을 사용하여 Mo/Al 이중층을 식각하는 기술은 한국등록특허 제 0315648호에 제시된 바 있다.
여기서, 에칭용액의 인산, 질산 및 아세트산의 조성비를 특정하게 변화시키거나, 특별한 효과를 가지는 첨가제(예를 들면 산화제 등)를 도입함으로써, 상부 몰리브덴층이 하부 알루미늄합금층의 외부로 돌출되는 단면을 갖게 되는 불량한 프로파일이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 추가의 건식 식각이 필요하지 않을 정도로 우수한 프로파일을 수득할 수 있게 된다.
그러나, 인산, 질산 및 아세트산이 주성분으로 이루어진 식각용액에서는 조성을 변화시킬 수 있는 범위가 작고 이에 따라, 식각속도 조절에 한계가 있다. 또한 기판의 크기가 점차 대형화됨에 따라, 점도가 높은 인산, 질산 및 아세트산의 식각용액은 대형 기판 상에 원활한 흐름을 일으키지 못하고 한정된 지역에 과도하게 접촉되는 경향이 있어, 전체적인 균일성 저하로 얼룩이 발생될 수 있다.
한편 최근에 대형화된 식각 장비는 기판을 경사지게 진행시킴으로써 약액이 기판과 함께 배출되는 현상을 막고 있으나, 점도가 높은 식각용액을 사용할 경우 경사를 도입함에도 불구하고 약액의 움직임이 제한되어 그 효과를 크게 기대하기 어렵다. 이에, 본 출원인은 이를 해결할 수 있도록 새로운 특성을 갖는 금속막 식각용액을 개발하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은, 금속막 식각시 넓은 범위에서 식각 속도를 조절할 수 있고, 액정표시장치용 어레이기판의 제조시 기판의 크기가 커도 식각균일성을 유지할 수 있으며, 테이퍼각을 낮추는 한편, 경사 장비에서도 효과를 극대화 할 수 있는 금속막 식각용액을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 40중량%의 황산과; 조성물의 총 중량에 대해 0.5 내지 30중량%의 질산과; 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 10중량%의 할로겐 계열 첨가제와; 조성물의 총 중량에 대해 0.5 내지 20중량%의 유기산 또는 유기산에서 파생되는 염과 나머지 성분은 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속막 식각용액에 의해 달성된다.
여기서, 상기 할로겐 계열 첨가제는 HF, (NH4)F, (NH4)HF2, KF, NaF, MgF2, AlF3, HCl, (NH4)Cl, KCl, NaCl, MgCl2, FeCl3, AlCl3, HBr, (NH4)Br, KBr, NaBr, MgBr2, AlBr3, HI, (NH4)I, KI, NaI, MgI2 및 AlI3 로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 유기산은 탄소의 개수가 5개 이하이면서 카르복실기를 포함하고 있고, 상기 유기산에서 파생되는 염은 한 개 내지 두 개 이상의 수소가 암모늄이온, 알칼리금속이온 또는 알칼리토금속이온으로 치환된 염으로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 식각조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, 부식 방지제 및 pH 조절제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 금속막 식각용액은 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴, 몰리브덴합금 및 인듐산화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막의 식각에 사용되는 것이 바람직하다.
그리고, TFT-LCD의 게이트전극, 소스전극, 드레인전극 및 화소전극 형성용 다층 또는 단일 금속막의 식각에 사용되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, (a)기판 상에 금속층을 형성하는 단계와; (b)상기 금속층을 식각하여 게이트 전극을 형성하는 단계와; (c)상기 게이트 전극 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계와; (d)상기 게이트 절연층 상에 반도체 층을 형성하는 단계와; (e)상기 반도체층 상에 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계와; (f)상기 소스 및 드레인전극 상에 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 (b)단계, (e)단계 및 (f)단계 중 적어도 어느 한 단계에서는 상기 금속막 식각용액으로 식각하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법에 의해서도 달성된다.
상기 (b)단계에서 상기 금속층은 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴 및 몰리브덴합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막인 것이 바람직하다.
상기 (e)단계에서 상기 소스 및 상기 드레인전극은 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴 및 몰리브덴합금 중 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막을 상기 금속막 식각용액으로 식각하여 형성하는 것이 바람직하다.
상기 (f)단계에서 상기 화소전극은 인듐산화막을 상기 금속막 식각용액으로 식각하여 형성하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 금속막 식각용액은, TFT-LCD의 화소전극용으로 사용되는 인듐산화막, TFT-LCD의 게이트전극, 소스전극, 드레인전극으로 사용되는 알루미늄 , 알루미늄합금, 몰리브덴 및 몰리브덴합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막을 식각하기 위한 용액이다.
여기서, 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴 및 몰리브덴합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막으로는 그 형태가 다양하며, Al, Mo, Al-Nd 및 Mo-W 등의 단일막과; Mo/Al-Nd, Mo-W/Al 등의 이중막과; Mo/Al/Mo, Mo/Al-Nd/Mo 및 Mo-W/Al/Mo-W 등의 삼중막 등을 예로 들 수 있다.
그리고 알루미늄합금이나 몰리브덴합금은 알루미늄이나 몰리브덴을 주성분으로 하여 Nd, W, Ti, Cr, Ta, Hf, Zr, Nb 및 V 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태와; 몰리브덴이나 알루미늄의 질화물, 규화물, 탄화물 형태와; 알루미늄합금이나 몰리브덴합금의 질화물, 규화물, 탄화물 형태 등 다양할 수 있다.
또한, 화소전극을 형성하는데 사용되는 인듐산화막의 예로서 인듐아연산화물(Indium Zinc Oxide, 이하 'IZO'로 칭함)막, 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide, 이하 'ITO'로 칭함)막 등을 들 수 있다.
여기서, IZO 는 In2O3 와 ZnO 가 적정비율로 혼합되어 있는 산화물이고, ITO 는 In2O3 와 SnO2 가 적정비율로 혼합되어 있는 산화물이며, ITO의 경우 스퍼터링 및 어닐링 방법에 따라 결정질과 비결정질로 구분된다.
이러한 금속막 등을 식각하는 본 발명에 따른 금속막 식각용액은 조성물의 총 중량에 대해 5 내지 40중량%의 황산과; 조성물의 총 중량에 대해 0.5 내지 30중량%의 질산과; 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 10중량%의 할로겐 계열 첨가제와; 조성물의 총 중량에 대해 0.5 내지 20중량%의 유기산 또는 상기 유기산에서 파생되는 염과; 나머지 성분은 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속막 식각용액에 의해 달성된다. 그리고 필요에 따라, 소량의 식각조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, 부식 방지제 및 pH 조절제 등을 첨가할 수 있다.
황산은 주산화제로서, 5중량% 미만인 경우 식각력이 부족하여 충분한 식각이 이루어지지 않을 수 있으며, 40중량%를 초과하는 경우 식각력이 과다하여 식각되고 남아있는 금속막의 면적이 작아져 전극으로서의 역할을 수행하지 못하게 될 수 있다.
질산은 보조산화제로서 작용하여, 식각속도를 조절해주고 테이퍼각을 낮추어주는 역할을 한다. 식각속도를 조절하기 위해 조성비를 0.5중량% 부터 30중량% 까지 다양하게 적용시킬 수 있으며, 그 조성비에 따라 테이퍼각을 조절해 줄 수도 있다. 상기 질산이 포함되지 않거나 0.5 중량% 미만일 경우, 식각이 안되거나 매우 느린 식각속도로 식각이 되고, 테이퍼각도 매우 크게 나오게 된다. 또한 30 중량% 초과가 되면 과도한 식각 속도로 인해 공정상 조절이 어렵고 남아있는 금속막의 면적도 작아 전극으로써 역할 수행이 어렵게 된다.
할로겐 계열 첨가제는 식각개시제 및 식각도움제로서, 주산화제에 의해 식각이 일어날 수 있도록 금속막의 표면을 활성화시켜주며, 식각이 일어나는 과정 중에서 일부 부족한 식각력을 보완하여 잔사 및 불량한 프로파일이 발생하지 않도록 하는 역할도 한다. 상기 할로겐 계열 첨가제가 0.1 중량% 미만일 경우 일부 부족한 식각력으로 인하여 금속막의 잔사가 발생할 수 있으며, 프로파일의 직선성이 부족할 수 있다. 10 중량% 초과가 되면, 과도한 식각력으로 인해 식각 후 배선 형태가 불량하게 되고, 일부 공정에서는 유리 기판을 공격하여 공정상 불량의 원인이 될 수 있다.
여기서, 할로겐 계열 첨가제는 무기할로겐화물로서, 할로겐족원소인 F-, Cl-, Br-, I- 를 포함하는 화합물인 것이 바람직하다.
예로서, HF, (NH4)F, (NH4)HF2, KF, NaF, MgF2, AlF3, HCl, (NH4) Cl, KCl, NaCl, MgCl2, FeCl3, AlCl3, HBr,(NH4)Br, KBr, NaBr, MgBr2, AlBr3, HI ,(NH4)I, KI, NaI, MgI2 및 AlI3등을 들 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
유기산 또는 유기산에서 파생되는 염은 그 속에 포함되어 있는 카르복실기가 금속이온을 킬레이트시키는 역할을 하여, 식각되는 과정에서 주산화제가 금속막을 산화시켜 이온이 된 후 식각용액 내에 원활하게 녹아들어 갈 수 있게 안정화시켜줌과 동시에 식각된 금속이온들이 기판에 환원되어 재흡착되는 반응을 방지해 주는 역할도 한다. 또한 유기산 또는 유기산에서 파생되는 염은 점도가 물보다 낮은 화합물들로써 기존의 식각액보다 더 낮은 점도 특성을 나타내 주어 기판 상에서의 움직임을 빠르게 할 수 있어 경사 식각 장비에서 기판과 함께 식각액이 방출되는 것을 방지시켜 주는 효과를 극대화 시킬 수 있다.
상기 유기산 또는 유기산에서 파생되는 염의 함량이 0.5중량% 미만일 경우 식각된 금속이온들을 충분히 킬레이트화시키지 못하여 이온에서 금속으로 환원되어 기판에 재흡착될 수 있으며, 20중량% 초과가 되면, 식각되기 전에 금속막에 빠른 속도로 흡착되어 식각력을 제공하는 성분들이 금속막에 작용하여 산화작용을 일으키는 과정을 방해하여 식각 과정이 원활하게 일어나지 못하는 경우가 발생하게 되 고, 식각액의 점도가 너무 낮아짐에 따라 그 움직임이 과도하여 안정적으로 식각될 수 있는 충분한 시간적 여유를 제공하지 못한다.
여기서 유기산 또는 유기산에서 파생되는 염은 유기산 또는 그러한 유기산에서 파생되는 염으로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 유기산은 탄소의 개수가 5개 이하이면서 카르복실기를 포함하고 있고, 상기 유기산에서 파생되는 염은 한 개 내지 두 개 이상의 수소가 암모늄이온, 알칼리금속이온 또는 알칼리토금속이온으로 치환된 염으로 구성된 군에서 선택되는 것이다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
물은 특별히 한정되는 것은 아니나, 탈이온수가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 물의 비저항 값(즉, 물속에 이온이 제거된 정도)이 18㏁/㎝이상인 탈이온수를 사용하는 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예 및 비교예를 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
식각특성 시험
몰리브덴(Mo) 단일막, Mo/Al-Nd이중막, 비결정질 ITO단일막 기판을 준비하였다. 황산, 질산, KF, 옥살산 및 잔량의 물을 표 1, 표 2, 표3에 기재된 전체 조성물의 총 중량에 대한 조성비로 함유하는 식각액을 180kg이 되도록 제조하였다. 　또한 황산, 질산, (NH4)F, 아세트산칼륨 및 잔량의 물을 표4, 표 5, 표 6에 기재된 전체 조성물의 총 중량에 대한 조성비로 함유하는 식각액을 180Kg이 되도록 제조하였 다. 분사식 식각 방식의 실험장비 (KDNS사 제조, 모델명: ETCHER(TFT)) 내에 제조된 식각액을 넣고 온도를 30℃ 로 세팅하여 가온한 후, 온도가 30±0.5℃에 도달하면 식각 공정을 수행하였다. O/E(Over Etch)를 패드부분의 EPD(End Point Detection)를 기준으로 하여 30%를 주어 실시하였다. 기판을 넣고 분사를 시작하여 식각이 종료되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토 레지스트(PR) 박리기(stripper)를 이용하여 포토 레지스트를 제거하였다.　세정 및 건조 후 전자주사현미경 (SEM ; HITACHI사 제조, 모델명: S-4700)을 이용하여 식각 프로파일을 경사각, 사이드 식각 CD (critical dimension) 손실, 식각 잔류물 등으로 평가하였다. 그 결과를 표1 내지 표 6에 나타내었다.
<표1> 몰리브덴 단일막
조성(중량%)
(황산/질산/KF/옥살산/물)		 식각속도
(Å/초)		 식각특성
실시예
1		 15/6/0.5/1/77.5 130 ◎
실시예
2		 25/6/0.5/1/67.5 250 ◎
실시예
3		 40/6/0.5/1/52.5 300 ◎
실시예
4		 15/15/0.5/1/68.5 220 ◎
실시예
5		 15/30/0.5/1/53.5 320 ○
실시예
6		 15/6/0.1/1/77.9 100 ○
실시예
7		 15/6/5/1/73 180 ◎
실시예
8		 15/6/10/1/68 200 ○
실시예
9		 15/6/0.5/5/73.5 120 ◎
실시예
10		 15/6/0.5/10/68.5 110 ○
실시예
11		 20/10/0.5/5/64.5 250 ○
비교예
1		 3/6/0.5/1/89.5 X 식각안됨
비교예
2		 50/6/0.5/1/42.5 1000 X
비교예
3		 25/0/0.5/1/73.5 X 식각안됨
비교예
4		 15/35/0.5/1/48.5 1200 X
비교예
5		 15/6/0/1/78 40 X
비교예
6		 15/6/12/1/66 400 기판식각됨
비교예
7		 15/6/0.5/0/78.5 160 ○
비교예
8		 15/6/0.5/22/56.5 식각안됨 석출물발생
비교예
9		 5/6/0.5/1/87.5 60 ○
◎: 우수 2) ○: 양호 3) △: 보통 4) X: 불량
<표2> 몰리브덴/알루미늄합금 이중막
조성(중량%)
(황산/질산/KF/옥살산/물)		 식각속도
(Å/초)		 식각특성
실시예
1		 15/6/0.5/1/77.5 60 ◎
실시예
2		 25/6/0.5/1/67.5 95 ◎
실시예
3		 40/6/0.5/1/52.5 160 ◎
실시예
4		 15/15/0.5/1/68.5 90 ◎
실시예
5		 15/30/0.5/1/53.5 180 △
실시예
6		 15/6/0.1/1/77.9 60 ◎
실시예
7		 15/6/5/1/73 50 ○
실시예
8		 15/6/10/1/68 50 △
실시예
9		 15/6/0.5/5/73.5 60 ◎
실시예
10		 15/6/0.5/10/68.5 60 ○
실시예
11		 20/10/0.5/5/64.5 55 ○
비교예
1		 3/6/0.5/1/89.5 X 식각안됨
비교예
2		 50/6/0.5/1/42.5 250 X
비교예
3		 25/0/0.5/1/73.5 X 식각안됨
비교예
4		 15/35/0.5/1/48.5 320 X
비교예
5		 15/6/0/1/78 30 잔사존재
비교예
6		 15/6/12/1/66 60 기판식각됨
비교예
7		 15/6/0.5/0/78.5 65 Overhang
비교예
8		 15/6/0.5/22/56.5 식각안됨 석출물발생
비교예
9		 5/6/0.5/1/87.5 30 ○
◎: 우수 2) ○: 양호 3) △: 보통 4) X: 불량
<표3> 비결정질 ITO 단일막
조성(중량%)
(황산/질산/KF/옥살산/물)		 식각속도
(Å/초)		 식각특성
실시예
1		 15/6/0.5/1/77.5 9.6 ◎
실시예
2		 25/6/0.5/1/67.5 10.2 ◎
실시예
3		 40/6/0.5/1/52.5 10.5 ◎
실시예
4		 15/15/0.5/1/68.5 9.9 ◎
실시예
5		 15/30/0.5/1/53.5 12.1 ◎
실시예
6		 15/6/0.1/1/77.9 6.4 ○
실시예
7		 15/6/5/1/73 14.1 ◎
실시예
8		 15/6/10/1/68 14.2 ◎
실시예
9		 15/6/0.5/5/73.5 8.4 ◎
실시예
10		 15/6/0.5/10/68.5 8.4 ○
실시예
11		 20/10/0.5/5/64.5 10.8 ◎
비교예
1		 3/6/0.5/1/89.5 4.4 ○
비교예
2		 50/6/0.5/1/42.5 15.0 △
비교예
3		 25/0/0.5/1/73.5 X 식각안됨
비교예
4		 15/35/0.5/1/48.5 13.5 ○
비교예
5		 15/6/0/1/78 X 식각안됨
비교예
6		 15/6/12/1/66 14.4 기판식각됨
비교예
7		 15/6/0.5/0/78.5 9.4 ○
비교예
8		 15/6/0.5/22/56.5 식각안됨 석출물발생
비교예
9		 5/6/0.5/1/87.5 5 ○
◎: 우수 2) ○: 양호 3) △: 보통 4) X: 불량
<표4> 몰리브덴 단일막
조성(중량%)
(황산/질산/NH4F/아세트산칼륨/물)		 식각속도
(Å/초)		 식각특성
실시예
12		 15/6/0.5/1/77.5 130 ◎
실시예
13		 25/6/0.5/1/67.5 230 ◎
실시예
14		 40/6/0.5/1/52.5 310 ◎
실시예
15		 15/15/0.5/1/68.5 200 ◎
실시예
16		 15/30/0.5/1/53.5 310 ○
실시예
17		 15/6/0.1/1/77.9 100 ○
실시예
18		 15/6/5/1/73 180 ◎
실시예
19		 15/6/10/1/68 180 ○
실시예
20		 15/6/0.5/5/73.5 100 ◎
실시예
21		 15/6/0.5/10/68.5 100 ○
실시예
22		 20/10/0.5/5/64.5 280 ○
비교예
10		 3/6/0.5/1/89.5 X 식각안됨
비교예
11		 50/6/0.5/1/42.5 950 X
비교예
12		 25/0/0.5/1/73.5 X 식각안됨
비교예
13		 15/35/0.5/1/48.5 1200 X
비교예
14		 15/6/0/1/78 40 X
비교예
15		 15/6/12/1/66 380 기판식각됨
비교예
16		 15/6/0.5/0/78.5 180 ○
비교예
17		 15/6/0.5/22/56.5 20 X
비교예
18		 5/6/0.5/1/87.5 50 ○
◎: 우수 2) ○: 양호 3) △: 보통 4) X: 불량
<표5> 몰리브덴/알루미늄합금 이중막
조성(중량%)
(황산/질산/NH4F/아세트산칼륨/물)		 식각속도
(Å/초)		 식각특성
실시예
12		 15/6/0.5/1/77.5 60 ◎
실시예
13		 25/6/0.5/1/67.5 90 ◎
실시예
14		 40/6/0.5/1/52.5 150 ◎
실시예
15		 15/15/0.5/1/68.5 90 ◎
실시예
16		 15/30/0.5/1/53.5 170 ○
실시예
17		 15/6/0.1/1/77.9 55 ○
실시예
18		 15/6/5/1/73 50 ○
실시예
19		 15/6/10/1/68 55 △
실시예
20		 15/6/0.5/5/73.5 60 ◎
실시예
21		 15/6/0.5/10/68.5 60 ○
실시예
22		 20/10/0.5/5/64.5 50 ○
비교예
10		 3/6/0.5/1/89.5 X 식각안됨
비교예
11		 50/6/0.5/1/42.5 200 X
비교예
12		 25/0/0.5/1/73.5 X 식각안됨
비교예
13		 15/35/0.5/1/48.5 300 X
비교예
14		 15/6/0/1/78 30 잔사존재
비교예
15		 15/6/12/1/66 70 기판식각됨
비교예
16		 15/6/0.5/0/78.5 65 Overhang
비교예
17		 15/6/0.5/22/56.5 25 X
비교예
18		 5/6/0.5/1/87.5 28 ○
◎: 우수 2) ○: 양호 3) △: 보통 4) X: 불량
<표6> 비결정질 ITO 단일막
조성(중량%)
(황산/질산/NH4F/아세트산칼륨/물)		 식각속도
(Å/초)		 식각특성
실시예
12		 15/6/0.5/1/77.5 9.5 ◎
실시예
13		 25/6/0.5/1/67.5 10.0 ◎
실시예
14		 40/6/0.5/1/52.5 10.2 ◎
실시예
15		 15/15/0.5/1/68.5 9.5 ◎
실시예
16		 15/30/0.5/1/53.5 12.0 ◎
실시예
17		 15/6/0.1/1/77.9 6.5 ◎
실시예
18		 15/6/5/1/73 14.3 ◎
실시예
19		 15/6/10/1/68 14.3 ◎
실시예
20		 15/6/0.5/5/73.5 7.9 ◎
실시예
21		 15/6/0.5/10/68.5 8.0 ○
실시예
22		 20/10/0.5/5/64.5 10.4 ◎
비교예
10		 3/6/0.5/1/89.5 4.3 ○
비교예
11		 50/6/0.5/1/42.5 15.4 △
비교예
12		 25/0/0.5/1/73.5 X 식각안됨
비교예
13		 15/35/0.5/1/48.5 14.5 △
비교예
14		 15/6/0/1/78 X 식각안됨
비교예
15		 15/6/12/1/66 14.4 기판식각됨
비교예
16		 15/6/0.5/0/78.5 9.4 ○
비교예
17		 15/6/0.5/22/56.5 2.6 잔사발생
비교예
18		 5/6/0.5/1/87.5 5.1 ○
◎: 우수 2) ○: 양호 3) △: 보통 4) X: 불량
표 1 내지 표 6 에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 금속막 식각용액을 사용하여 식각하면, 양호한 식각특성을 제공함을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 조성액 중 성분 함유량의 범위를 벗어난 비교예의 식각용액을 사용한 경우에는 원하는 식각특성을 만족시키지 않음을 확인할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 금속막 식각용액으로 몰리브덴 단일막을 식각한 후 표면의 주사전자현미경 사진(도 2참조)과, 본 발명에 따른 금속막 식각용액으로 몰리브덴/알루미늄합금 이중막을 식각한 후 표면의 주사전자현미경 사진(도 3참조)과, 본 발명에 따른 금속막 식각용액으로 인듐산화막을 식각한 후 표면의 주사전자현미경 사진(도 4참조)를 통해서도 확인할 수 있다. 즉, 기판 전체에서 몰리브덴 단일막의 중심부와 말단부, 몰리브덴/알루미늄합금 이중막의 중심부와 말단부 및 인듐산화막의 중심부와 말단부를 각각 관찰한 결과 도 2 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 식각프로파일이 균일한 것을 볼 수 있다.
그리고, 인산, 질산, 아세트산의 화합물로 구성된 종래의 식각액의 경우 인산의 함량이 높아 점도가 크고, 이로 인해 식각액의 유동성이 현저하게 떨어지는 문제점이 있어 기판의 크기가 크면 기판 상부에 식각액이 고르게 퍼지지 못하여 일부분에 모여있는 현상이 발생할 수 있는 것과는 달리, 본 발명에 따른 금속막 식각용액은 각 성분의 조성비를 조절함에 따라 30Å/초 내지 180Å/초 (몰리브덴/알루미늄합금 이중막) 로 다양하게 식각속도를 조절할 수 있고 인산이 포함되지 않고 점도가 낮아 식각용액의 유동성이 좋고 기판 전체에 고르게 퍼질 수 있는 장점이 있어 식각균일성을 유지할 수 있으며, 식각 불균일에 의한 얼룩 발생을 방지할 수 있다.
또한 기존의 인산, 질산, 아세트산 화합물로 구성된 종래의 식각액의 경우에 는 기판과 함께 방출되는 식각액의 양이 현저하게 많게 되어 이를 방지하기 위해 경사 장비를 도입하여도 여전히 기판 위에 머물러 있는 양이 일정 수준 존재하지만, 본 식각액은 인산, 질산, 아세트산 화합물에 비해 약 5배 이상 점도가 낮으므로 기판 위에서의 유동성이 매우 좋아, 경사 장비를 도입할 경우 그 효과를 극대화 시킬 수 있다. 한편, 이하에서는 본 발명에 따른 금속막 식각용액을 이용한 액정표시장치용 어레이기판 제조과정을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 금속막 식각용액을 이용한 액정표시장치용 어레이기판 제조방법은 (a)기판 상에 금속층을 형성하는 단계와; (b)금속층을 식각하여 게이트 전극을 형성하는 단계와; (c)게이트 전극 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계와; (d)게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계와; (e)반도체층 상에 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계와; (f) 소스 및 드레인전극 상에 화소전극을 형성하는 단계를 포함한다.
도 1a 내지 도 1f를 참조하여, 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1a에 도시된 바와 같이 기판(10)상에 스퍼터링법으로 금속층(20)을 증착한 후, 본 발명에 따른 금속막 식각용액으로 식각하여, 도 1b에 도시된 바와 같이 게이트전극(20a)을 형성한다. 여기서, 기판상(10)에 증착되는 금속층(20)은 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴 및 몰리브덴합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막으로 마련되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서 금속층(20)을 기판(10) 상에 형성하는 방법으로 스퍼터링법을 사용하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 형성된 게이트전극(20a) 상부에 질화실리콘(SiNX)을 증착하여 게이트 절연층(30)을 형성한다. 여기서, 게이트 절연층(30)을 질화실리콘(SiNx)으로 형성한다고 설명하였으나 이에 한정되는 것이 아니라 산화실리콘(SiO2)을 포함하는 각종 무기절연물질중에서 선택된 물질을 사용하여 게이트 절연층(30)을 형성할 수 있다.
게이트 절연층(30) 상에 화학증기증착(CVD)방법을 이용하여 반도체층(40,41)을 형성한다. 즉, 순차적으로 엑티브층 (active layer)(40)과 옴익콘텍층 (ohmic contact layer)(41)을 형성한 후, 건식식각을 통해 도 1d에 도시된 바와 같이, 패턴을 형성한다.
여기서, 엑티브층(40)은 일반적으로 순수한 비정질 실리콘 (a-Si:H)으로 형성하고, 옴익콘텍층(41)은 불순물이 포함된 비정질 실리콘 (n+a-Si:H)으로 형성한다. 이러한 엑티브층(40)과 옴익콘텍층(41)을 형성할 때 화학증기증착(CVD)방법을 이용한다고 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 옴익콘텍층(41) 위에 스퍼터링법을 통해 금속층을 증착하고 본 발명에 따른 금속막 식각용액으로 식각하여 도 1e에 도시된 바와 같이, 소스전극(50)과 드레인전극(51)을 형성한다. 여기서, 금속층은 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴 및 몰리브덴합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막으로 마련되는 것이 바람직하다.
소스 전극(50)과 드레인 전극(51)이 형성된 기판(10) 전면에 질화 실리 콘(SiNx)과 산화실리콘(SiO2)을 포함하는 무기절연그룹 또는 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴(acryl)계 수지(resin)를 포함한 유기절연물질 그룹 중 선택하여 단층 또는 이중층으로 절연막(60)을 형성한 후, 절연막(60)이 형성된 기판(10)의 전면에 스퍼터링법을 통해 인듐산화막[ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide)]과 같은 투명한 도전물질을 증착하고 본 발명에 따른 금속막 식각용액으로 식각하여, 도 1f에 도시된 바와 같이, 화소전극(70)을 형성한다.
이와 같이, 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법에 있어서, 본 발명에 따른 금속막 식각용액을 사용하는 경우 기판(10)의 크기가 커도 식각균일성을 유지할 수 있어, 얼룩발생을 방지할 수 있고 식각용액의 조성비에 따라 식각속도를 다양하게 조절할 수 있으며, 경사 장비에서 기판과 함께 방출되는 식각액의 양은 최소화 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속막 식각용액으로, 인듐산화막, 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴 및 몰리브덴합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막을 식각할 경우, 매우 양호한 식각특성을 제공할 수 있다. 더욱이, 액정표시장치용 어레이기판의 제조시 본 발명에 따른 금속막 식각용액을 사용하는 경우 각 성분의 조성비를 조절함에 따라 식각속도를 자유로이 조절할 수 있고 기판의 크기가 커도 식각균일성을 유지할 수 있어, 얼룩발생을 방지할 수 있다. 또한, 종래의 식각액에서 기판과 함께 방출되는 식각 액의 양이 너무 많아 액의 손실이 컸던 문제점에 대해 점도를 낮춰주어 기판 위에서의 유동성을 좋게 함으로써 액의 손실을 최소화 할 수 있는 장점을 가지는 식각액 및 식각 공정을 달성할 수 있다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. (a)기판 상에 금속층을 형성하는 단계와;
    (b)상기 금속층을 식각하여 게이트 전극을 형성하는 단계와;
    (c)상기 게이트 전극 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계와;
    (d)상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계와;
    (e)상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계와;
    (f)상기 소스 및 드레인전극 상에 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 (b)단계의 게이트 전극 및 (e)단계의 소스 및 드레인 전극 중 어느 하나 이상은 알루미늄, 알루미늄합금, 몰리브덴 및 몰리브덴합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 마련되는 단일막 또는 다층막으로 형성되며,
    상기 (f)단계에서 상기 화소 전극은 인듐산화막으로 형성되며,
    상기 (b)단계 및 (e)단계 중 어느 하나 이상의 단계와 (f)단계에서는
    조성물의 총 중량에 대해 15 내지 40중량%의 황산과;
    조성물의 총 중량에 대해 0.5 내지 30중량%의 질산과;
    조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 10중량%의 할로겐 계열 첨가제와;
    조성물의 총 중량에 대해 0.5 내지 20중량%의 유기산 또는 유기산에서 파생되는 염과;
    나머지 성분은 물을 포함하는 식각용액으로 게이트 전극 및, 소스 및 드레인 전극 중 어느 하나 이상의 전극과 화소 전극을 식각하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 식각용액 중 할로겐 계열 첨가제는 HF, (NH4)F, (NH4)HF2, KF, NaF, MgF2, AlF3, HCl, (NH4)Cl, KCl, NaCl, MgCl2, FeCl3, AlCl3, HBr, (NH4)Br, KBr, NaBr, MgBr2, AlBr3, HI, (NH4)I, KI, NaI, MgI2 및 AlI3 로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 식각용액 중 유기산은 탄소의 개수가 5개 이하이면서 카르복실기를 포함하고 있고, 상기 유기산에서 파생되는 염은 한 개 내지 두 개 이상의 수소가 암모늄이온, 알칼리금속이온 또는 알칼리토금속이온으로 치환된 염으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 식각용액은 식각조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, 부식 방지제 및 pH 조절제 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
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