KR101341708B1 - 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄합금막을 포함하는 다층막 식각액 조성물 - Google Patents

티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄합금막을 포함하는 다층막 식각액 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조성물 총중량에 대하여, 1~20 중량%의 HNO3, 0.1~10 중량%의 H2SO4, 0.01~5 중량%의 NH4F·HF 및 잔량의 물을 함유하는 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막 식각액 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막으로 형성된 금속막을 식각함에 있어서, 식각속도가 빠르고 하부막 및 장비에 대한 손상이 없으며, 고가의 장비구성이 필요하지 않고 대면적화에 유리하며, 균일한 에칭 특성을 갖기 때문에 우수한 생산성을 갖는 식각액 조성물을 제공한다.
티타늄, 알루미늄, 다층막, 습식, 식각액

Description

티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막 식각액 조성물{ETCHANT COMPOSITION FOR MULTI LAYERS THIN FILM COMPRISING TITANIUM OR TITANIUM ALLOY LAYER, AND ALUMINUM OR ALUMINUM ALLOY LAYER}
도 1은 본 발명의 실시예 2의 식각액에 의한 Ti/Al/Ti 삼중막의 식각상태를 나타내는 SEM 이미지이다.
도 2은 본 발명의 실시예 5의 식각액에 의한 Ti/Al/Ti 삼중막의 식각상태를 나타내는 SEM 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예 7의 식각액에 의한 Ti/Al/Ti 삼중막의 식각상태를 나타내는 SEM 이미지이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1의 식각액에 의한 Ti/Al/Ti 삼중막의 식각상태를 나타내는 SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 비교예 3의 식각액에 의한 Ti/Al/Ti 삼중막의 식각상태를 나타내는 SEM 이미지이다.
본 발명은 액정디스플레이의 구성 중 게이트(Gate), 소스/드레인(Sorce/Drain) 전극에 사용되는 금속 중 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막으로 형성된 금속막을 습식 식각 할 수 있는 식각액 조성물에 관한 것이다.
액정디스플레이 장치에서 기판 위에 금속 배선을 형성하는 과정은 통상적으로 스퍼터링에 의한 금속막 형성공정, 포토레지스트 도포, 노광 및 현상에 의한 선택적인 영역에서의 포토레지스트 형성공정, 및 식각 공정에 의한 단계로 구성되고, 개별적인 단위 공정 전후의 세정 공정 등을 포함한다. 이러한 식각 공정은 포토레지스트 마스크를 사용하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미하며, 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식 식각 또는 식각 용액을 사용하는 습식 식각이 사용된다.
액정디스플레이의 구성 중, 금속막에서는 전도층으로 저항이 낮은 Al을 사용하게 되는데 알루미늄 층은 후속 공정에서 힐락(Hillock)에 의한 다른 전도층과의 쇼트현상 및 산화물층과의 접촉에 의한 절연층을 형성시키는 문제가 있다. 이에 버퍼 층으로 알루미늄 상부 또는 하부에 Mo, Ti, Cr 및 이들을 주성분으로 하는 합금 등을 사용하게 되며, 최근에는 내부식성, 견고성, 고강도를 갖는 Ti가 각광 받 고 있다.
Ti 층이 버퍼(Buffer) 층으로 사용되는 전극은, 종래에 건식 식각 공정에서 할로겐 가스를 사용하여 식각하였으나, 습식 식각 공정에 비하여 이방성 프로파일을 가지며 식각 제어력이 우수하다는 장점에도 불구하고, 고가의 장비구성과 대면적화의 구성에 어려움이 있으며, 식각 속도가 느리기 때문에 생산성이 저하된다는 문제가 있었다.
따라서, 대한민국 특허출원 10-1999-0005010호, 10-1999-0043017호 등은 Ti층을 습식 식각하기 위한 식각액 조성물의 일 성분으로서 HF를 사용하는 것을 개시하고 있다.
그러나, 습식 식각을 위하여 HF를 사용하는 경우에는, 하부막 및 장비의 손상 때문에 공정상의 조건에 많은 제약이 수반되며, 이런 제약은 생산성을 저하시키는 원인이 된다.
이에 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 본 발명자들은 새로운 특성을 갖는 식각액 조성물을 개발하여 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막으로 형성된 금속막을 식각함에 있어서, 식각속도가 빠르 고 하부막 및 장비에 대한 손상이 없으며, 고가의 장비구성이 필요하지 않고 대면적화에 유리하며, 균일한 에칭 특성을 갖기 때문에 우수한 생산성을 갖는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 조성물 총중량에 대하여, 1~20 중량%의 HNO3, 0.1~10 중량%의 H2SO4, 0.01~5 중량%의 NH4F·HF, 및 잔량의 물을 함유하는 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막 식각액 조성물을 제공한다.
상기에서, 본 발명의 식각액 조성물은 조성물 총중량에 대하여, 5~15 중량%의 HNO3, 0.1~5 중량%의 H2SO4, 0.01~3 중량%의 NH4F·HF, 및 잔량의 물을 함유하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물은 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막에 적용되며, 여기에서 다층막이라 함은 알루미늄 또는 알루미늄 합금막의 상부 또는 하부에 티타늄 또는 티타늄 합금막이 적층된 이중막을 포함하며, 또한, 예들 들어 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막이 교대로 적층되는 삼중막 이상의 다중 금속막의 경우도 포함 하는 개념이다.
본 발명의 식각액 조성물은 특히, 상부층이 티타늄 또는 티타늄 합금막, 중간층이 알루미늄 또는 알루미늄 합금막, 하부층이 티타늄 또는 티타늄 합금막으로 이루어진 삼중막에 바람직하게 사용될 수 있다.
상기에서 티타늄 또는 티타늄 합금막이란 Ti 막 또는 막의 특성에 따라 Ti을 주성분으로 하고 다른 금속을 사용하여 합금으로 된 금속막을 포함하는 개념이며, 알루미늄 또는 알루미늄 합금막이란 Al 막 또는 막의 특성에 따라 Al을 주성분으로 하고 다른 금속을 사용하여 합금으로 된 금속막을 포함하는 개념이다.
본 발명의 조성물에서, HNO3, H2SO4, 및 NH4F·HF는 통상적으로 공지된 방법에 따라 제조가능하고, 특히 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에서 HNO3는 주 산화제로 사용되는 성분으로서 Ti와 Al을 산화시키며, 조성물 총 중량에 대하여 1~20 중량%로 함유되는 것이 바람직하며, HNO3가 1 중량% 미만으로 함유되는 경우에는 Al 및 Al 합금층의 에치(Etch) 속도 저하와 에치 프로파일의 불량을 야기시키는 문제가 발생하며, 20 중량%를 초과하는 경우에는 포토레지스트의 리프팅 및 크랙(Crack)을 발생시키며 사이드 에치의 조절(사이드 에치가 커지고 테이퍼 앵글이 매우 낮아짐)에 불리한 점이 있다.
본 발명에서 H2SO4는 주 산화제로 사용되는 성분으로서 Ti와 Al을 산화시키며, 조성물 총 중량에 대하여 0.1~10 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. H2SO4가 0.1 중량% 미만으로 함유되는 경우에는 상하부 Ti 및 Ti 합금층의 언더 컷(Under Cut)이 심화되어 기판내의 얼룩이 발생할 수 있는 문제가 발생하며, 10 중량%를 초과하는 경우에는 Al 및 Al 합금층의 에치 속도가 저하가 되는 불리한 점이 있다.
본 발명에서 NH4F·HF는 주 산화제들에 의하여 금속 또는 금속 합금의 산화된 표면을 식각하는 역할을 하며, 조성물 총 중량에 대하여 0.01~5 중량%의 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. NH4F·HF가 0.01 중량% 미만으로 함유되는 경우에는 Ti 및 Ti 합금층의 에치 속도가 저하 되어 기판내의 에치편차(Etch deviation)를 유발 시켜 얼룩의 문제가 발생하며, 5 중량%를 초과하는 경우에는 하부막 어택에 불리한 점이 있다.
본 발명의 식각액 조성물은 상기의 조성 외에 식각액 조성물에 통상적으로 사용되는 첨가제를 포함할 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물은 종래에 사용되던 HF 대신 NH4F·HF를 사용함으 로써 식각액에 의한 하부막 및 장비의 손상에 대한 문제를 야기하지 않는 특성을 갖는다.
이하에서, 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예 및 시험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~9 및 비교예 1~5: 식각액 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 성분 및 조성비에 따라 식각액 조성물이 180 kg이 되도록 제조하였다.
HNO3 H2SO4 NH4F·HF HF 물
실시예 1 7 0.1 0.1 잔량
실시예 2 7 0.5 0.1 잔량
실시예 3 7 2 0.1 잔량
실시예 4 5 0.5 0.1 잔량
실시예 5 9 0.5 0.1 잔량
실시예 6 15 0.5 0.1 잔량
실시예 7 9 1 0.1 잔량
실시예 8 9 1 1.0 잔량
실시예 9 9 1 3.0 잔량
비교예1 7 0 0.1 잔량
비교예2 25 5 1 잔량
비교예3 10 15 1 잔량
비교예4 10 5 1 잔량
비교예5 10 5 7 잔량
(단위: 중량%)
시험예 1
글래스 위에 SiNx층이 증착 되어있고 SiNx층 위에 Ti/Al/Ti(200/3000/200Å) 삼중막이 적층되어 있으며, 삼중막 위에는 일정한 형태의 모양으로 포토레지스트가 패터닝된 기판을 다이아몬드 칼을 이용하여 550×650mm로 잘라 시편을 제조하였다.
분사식 식각 방식의 실험장비 (SEMES사 제조, 모델명: ETCHER(TFT)) 내에 상기 실시예 1~9 및 비교예 1~5에서 제조된 식각액을 넣고 온도를 40 ℃ 로 세팅하여 가온한 후, 온도가 40±0.5℃에 도달한 후, 식각 공정을 수행하였다. 총 에칭 시간을 EPD를 기준으로 하여 40%를 주어 실시하였다. 시편을 넣고 분사를 시작하여 식각이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍(熱風) 건조장치를 이용하여 건조하고, 전자주사현미경(SEM ; HITACHI사 제조, 모델명: S-4700)을 이용하여 식각 프로파일의 경사각, 사이드 에치(CD(critical dimension) 손실, 식각 잔류물 및 하부막 손상을 평가하여, 그 결과를 표 2 에 나타내고 SEM 이미지를 도 1 내지 5로 나타내었다.
[식각프로파일 평가 기준]
◎: 우수
○: 양호
×: 불량
박막의 종류 식각
프로파일		 하부막
손상		 잔사
비고
실시예 1 Ti/Al/Ti ◎ 없음 없음 -
실시예 2 ◎ 없음 없음 -
실시예 3 ○ 없음 없음 -
실시예 4 ○ 없음 없음 -
실시예 5 ◎ 없음 없음 -
실시예 6 ○ 없음 없음 -
실시예 7 ◎ 없음 없음 -
실시예 8 ○ 없음 없음 -
실시예 9 ○ 없음 없음 -
비교예 1 X 없음 없음 상하부 under cut 발생
비교예 2 X 없음 없음 -
비교예 3 X 없음 없음 상부 Ti 팁발생
비교예 4 X 있음 없음 -
비교예 5 X 있음 없음 -
본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막으로 형성된 금속막을 식각함에 있어서, 식각속도가 빠르고 하부막 및 장비에 대한 손상이 없으며, 고가의 장비구성이 필요하지 않고 대면적화에 유리하며, 균일한 에칭 특성을 갖기 때문에 우수한 생산성을 갖는 식각액 조성물을 제공한다.

Claims (3)

  1. 조성물 총중량에 대하여, 5~15 중량%의 HNO3, 0.1~5 중량%의 H2SO4, 0.01~3 중량%의 NH4F·HF, 및 잔량의 물을 함유하는 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막 식각액 조성물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막이 알루미늄 또는 알루미늄 합금막의 상부 또는 하부에 티타늄 또는 티타늄 합금막이 적층된 이중막, 또는 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막이 교대로 적층되는 삼중막 이상의 다중 금속막인 것을 특징으로 하는 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막을 포함하는 다층막 식각액 조성물.
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