KR101594465B1 - 박막 트랜지스터 액정표시장치용 식각조성물 - Google Patents

박막 트랜지스터 액정표시장치용 식각조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD, Thin Film Transistor - Liquid Crystal Display)를 구성하는 게이트(Gate) 전극 및 소스/드레인(Source/Drain)의 배선 재료인 구리막의 패턴닝(patterning)을 위한 식각액의 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 과황산나트륨, 과황산칼륨 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 과산화물 5 ~25중량%, 산화제 0.5~5 중량%, 함불소 화합물 0.1 ~ 1중량%, 첨가제 0.1~5 중량% 및 총 중량이 100 중량%가 되도록 탈이온수를 포함하는 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막의 식각조성물에 관한 것이다.
상기와 같은 식각액을 통해 공정에 적합한 식각 속도, 적당한 식각량 및 적절한 테이퍼 경사각을 제공할 수 있다. 또한, 인산계 식각액에 비해 점도가 낮으므로 균일한 식각 특성을 나타내며 과수계 식각액에 비해 안정하다는 장점이 있다.
구리, 박막트랜지스터액정표시장치, 식각조성물

Description

박막 트랜지스터 액정표시장치용 식각조성물{ETCHANT FOR THIN FILM TRANSISTOR-LIQUID CRYSTAL DISPLAYS}
본 발명은 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막의 식각조성물에 관한 것이다.
통상적으로 박막 트랜지스터 액정표시장치를 구성하는 게이트 전극 및 소스/드레인 전극은 기판 위에 스퍼터링(Sputtering)을 통해 금속막을 형성하고 포토레지스트(PR, Photo resist)를 도포한 후 마스크(MASK)를 이용하여 노광 및 현상에 의해 선택적으로 포토레지스를 남기게 한 후, 포토레지스트에 손상을 입히지 않고 금속막 만을 식각할 수 있는 플라즈마(Plasma)를 이용한 건식 식각 또는 식각조성물을 이용한 습식 식각으로 패터닝하여 선택적으로 필요한 배선만을 남기는 공정을 거치게 된다.
이 때 사용되는 금속막의 저항은 박막 트랜지스터 액정표시장치의 전기적 신호 지연을 유발하는 인자로 고해상도 실현 및 패널크기 향상에 직접적인 영향을 주게 된다. 따라서, 박막 트랜지스터 액정표시장치의 전기적 신호 지연을 감소시키기 위해서는 낮은 저항값을 갖는 금속을 선택하는 것이 필수적이다. 철(Fe, 비저항 : 9.68 x 10-8 Ωm), 몰리브덴(Mo, 비저항 : 5.05 x 10-8 Ωm), 알루미늄(Al, 비저항 : 2.75 x 10-8 Ωm), 금(Au, 비저항 : 2.44 x 10-8 Ωm)에 비해 구리(Cu, 비저항 : 1.69 x 10-8 Ωm)는 가격적인 측면에서 유리하며 낮은 저항값을 가지기 때문에 최근 관심이 높아지고 있다. 하지만 구리는 유리막 및 실리콘막과의 접착력(adhesion)이 좋지 않은 단점을 가지고 있어 단일 구리막으로 사용되기 어렵다.
따라서, 단일 구리막의 단점을 보완하여 구리와 다른 금속의 다중막을 배선용 금속으로 사용하는 많은 연구가 진행되고 있으며 그 중에서 특히 구리를 주요 배선 금속막으로 하고 유리막 및 실리콘막과의 접착력(adhesion)이 우수한 구리합금, 티타늄, 몰리브덴 및 몰리합금을 완충 금속막으로 사용하는 다중막이 각광을 받고 있다. 이러한 다중막을 식각하기 위해 종래에 알려진 식각조성물이 있다.
종래에 알려진 식각조성물은 크게 인산계 식각조성물과 과수계 식각조성물으로 나눌 수 있으며 구리막과 다른 금속막으로 이루어진 다중막 역시 인산계, 과수계 식각조성물로 식각이 가능하다. 하지만, 인산계 식각조성물은 보통 상온에서 4 mPa*s 이상의 점도를 가지고 있어 40℃이상의 공정으로 진행하여야 하며 높은 점도로 인한 불균일 식각으로 얼룩이 발생할 가능성이 있다. 또한 과수계 식각조성물은 금속의 식각에 의해 발생되는 금속이온이 일정농도 이상이 되면 과수의 분해를 촉진시켜 폭발할 수 있는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 금속배선 형성을 위한 구리막과 다른 금속막으로 이루어진 다중막의 일괄식각이 가능하며, 공정에 적합한 식각 속도, 적당한 식각량 및 적절한 테이퍼 경사각(Taper Angle)을 가지는 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들의 적층된 다중막의 식각조성물을 제공한다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 과산화물, 산화제, 함불소화합물, 첨가제 및 탈 이온수를 혼합한 식각조성물을 제공한다.
상기 구리막과 다른 금속막으로 이루어진 다중막이라함은 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들의 적층된 다중막을 말한다.
본 발명에 의한 식각조성물은 다중막의 일괄식각이 가능하고, 다른 식각조성물에 비해 낮은 온도에서 공정이 가능한 장점이 있다.
이하 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
본 발명은 과황산나트륨, 과황산칼륨 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 과산화물, 산화제, 함불소 화합물, 첨가제 및 탈이온수를 포함하는 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막의 식각조성물에 관한 것이다.
또한 본 발명은 과황산나트륨, 과황산칼륨 또는 이들의 혼합물로부터 선택되 는 과산화물 5 ~25중량%, 산화제 0.5~5 중량%, 함불소 화합물 0.1 ~ 1중량%, 첨가제 0.1~5 중량% 및 총 중량이 100 중량%가 되도록 탈이온수를 포함하는 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막의 식각조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 식각조성물은 상기 범위에서 혼합되었을 때 인산계 식각조성물의 높은 점도에 의해 발생할 수 있는 불균일 식각을 방지 할 수 있으며, 과수계 식각조성물에 비해 안정성 문제를 개선할 수 있다.
상기 과황산나트륨, 과황산칼륨 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 과산화물은 구리를 산화시켜, 산화구리(CuO2)를 형성하는 역할을 하며, 전체 조성물의 총 중량에 대해 5중량% 미만에서는 구리에 대한 균일한 식각이 이루어지지 않을 수 있으며, 25중량% 초과하여 함유될 경우 석출될 수도 있다.
본 발명에 따른 산화제는 질산나트륨, 황산암모늄, 황산나트륨 및 황산수소나트륨으로 이루어진 군으로부터 하나이상 선택될 수 있다. 상기 산화제는 본 발명에 따른 과산화물에 의해 생성된 산화구리를 질산구리(Cu(NO3)2)및 황산구리(CuSO4)로 치환시키며, 이때 생성된 화합물은 수용성으로 식각조성물에 용해 될 수 있다.
상기 산화제는 전체 조성물의 총 중량에 대해 0.5~5 중량%를 포함할 수 있으며, 0.5중량% 미만일 경우 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막에 식각을 하였을 때 원활한 식각이 되지 않을 수 있으며, 5중량%초과할 경우 상기 함불소 화합물에 포함되어 있는 불소이온의 활성도를 높여 유리기판의 손상을 초래할 수 있다.
본 발명에서 상기 함불소 화합물은 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막을 식각하는데 사용할 수 있으며, 산성불화암모늄, 불화규산 및 불화수소칼륨으로 이루어진 군으로부터 하나이상 선택될 수 있다.상기 함불소 화합물은 전체조성물의 총 중량에 대하여 0.1 ~ 1중량%를 포함할 수 있으며, 1중량% 초과하게 되면, 유리기판이나 실리콘막 등이 과도하게 식각될 수 있으며, 0.1중량%미만으로 함유하게 되면, 본 발명에서 사용되는 금속막의 식각 속도를 현저히 떨어뜨려 잔사 및 테일(Tail)이 발생하게 되어 후 공정 적용이 어려워진다. 이에 함불소 화합물은 유리기판이나 실리콘막이 식각되지 않는 범위로 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 첨가제를 포함할 수 있으며, 특별히 제한받지 않고 다양한 종류가 가능하며, 바람직한 예로서는 구리막의 식각 억제제로 사용할 수 있는 아졸계 화합물을 사용할 수 있다.상기 아졸계 화합물을 전체조성물의 총 중량에 대하여 0.1 ~5중량%를 첨가할 수 있으며, 구리 또는 구리합금의 식각속도 및 식각량 조절을 위하여 사용될 수 있다. 상기 아졸계화합물의 예로는 5-아미노테트라졸, 1,2,3-멘조트라졸 등을 들 수 있다.상기 첨가제가 0.1중량% 미만을 함유할 경우 식각에 의한 손실(CD,Critical Dimension)이 커지게 될 수 있으며, 5중량%을 초과하여 함유할 경우 구리 또는 구리합금의 식각속도가 늦어질 수 있을 뿐 아니라 테이퍼 경사각이 불균일 해질 수 있다. 본 발명에서 전체 조성물의 잔여량은 탈 이온수로 혼합될 수 있으며, 식각조성물을 희석하는 역할을 할 수 있다.
본 발명에 의한 식각조성물로 식각공정을 수행하였을 때, 식각에 의한 손실이 0.7㎛이하이며, 테이퍼 경사각이 20°이상으로 효과적으로 식각할 수 있다.
본 발명에 의한 식각조성물은 박막 트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD, Thin Film Transistor - Liquid Crystal Display)를 구성하는 게이트(Gate) 전극 및 소스/드레인(Source/Drain)의 배선 재료인 구리막의 패턴닝(patterning)을 위하여 사용될 수 있다.
본 발명에 의한 식각조성물은 식각이 균일하게 일어나고, 안정성이 뛰어나 인산계 식각조성물의 높은 점도에 의해 발생할 수 있는 불균일 식각의 문제와 과수계 식각조성물에 의한 안정성 문제를 개선할 수 있는 장점이 있다.
보다 구체적으로 인산계 식각조성물의 높은 점도에 의한 얼룩문제를 개선하여 균일한 식각 특성을 가질 수 있다. 또한 본 발명에 의한 식각조성물은 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막의 일괄 식각이 가능한 장점이 있다.
이하, 실시예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안된다.
[실시예1]
과황산나트륨 10중량%, 불화암모늄 0.7중량%, 질산나트륨3.5중량%, 5-아미노 테트라졸 3중량% 및 탈이온수 82.8중량%를 혼합하여 식각조성물을 제조하였다.
상기 식각조성물의 구성성분과 함량은 하기 표 1에 나타내었다.
[실시예 2 내지 16 ]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1에 나타난 구성성분과 함량으로 혼합하여 제조하였다.
[비교예 1 내지 10]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 2에 나타난 구성성분과 함량으로 혼합하여 제조하였다.
[시험예]
식각공정 1
상기 제조된 실시예 1 내지 16 및 비교예 1 내지 10의 식각조성물을 사용하여 33℃의 온도에서 티타늄막과 구리막이 적층된 다중막(티타늄막/구리막)에 식각공정을 각각 수행하였다. 상기 다중막은 패터닝을 거쳐 포토레지스트막이 형성된막이었다. 상기 티타늄막은 두께가 300Å, 구리막의 두께는 3000Å이었다. 상기 식각은 균일한 분사(Spray)방식을 통해 식각조성물을 상기 막에 분무시켜 식각공정을 수행하였다.
상기 식각공정은 유리기판의 유리가 노출되는 시점인 식각 종말점 검출(EPD, End Point Detect)로부터 60% 초과된 후 물성평가를 하였다. 이때, 60% 초과된 과잉 식각을 하는 이유는 다른 금속막의 식각 속도(Etch Rate)가 구리막에 비해 상대적으로 느리기 때문에 다른 금속막의 테일 및 잔사가 충분히 제거될 수 있도록 하 기 위해서이다.
물성평가
실시예1 내지 16과 비교예1 내지 10을 하기의 방법으로 식각손실과 경사각을 측정하여 그 결과를 표 3 또는 표 4에 나타내었다. 식각손실이 0.50㎛ 이하, 경사각 30도 이상 우수하다고 평가하였으며, 식각손실 0.70㎛ 이하, 경사각 20도 이상 양호로 평가하였다.
하기 도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 식각조성물로 식각 후의 티타늄막/구리막의 프로파일을 전자현미경으로 관찰한 사진도이다.
하기 도 3은 비교예 1에 따른 식각조성물로 식각 후 티타늄막/구리막의 포토레지스트(PR,Photo resist)의 스트립(Strip)후, 유리막을 전자현미경으로 관찰한 사진도이며, 티타늄의 테일 및 잔사가 남아있었다.
하기 도 5는 비교예 6에 따른 식각조성물로 식각 후 티타늄막/구리막의 프로파일을 전자현미경으로 관찰한 사진도이며, 불균일한 테이퍼 경사각을 형성하였다.
[식각손실측정]
상기 식각공정1의 방법을 통해 식각된 티타늄막과 구리막이 적층된 다중막(티타늄막/구리막)의 프로파일(profile)을 전자현미경(SEM, Hitachi社 S-4700)을 사용하여 관찰하고 포토레지스트 끝단과 구리막의 끝단의 거리를 측정하여 식각손실측정으로 나타내었다.
[경사각측정]
상기 식각공정1의 방법을 통해 식각된 티타늄막과 구리막이 적층된 다중막 (티타늄막/구리막)의 프로파일(profile)을 전자현미경(SEM, Hitachi社 S-4700)을 사용하여 관찰하고 식각된 막 측면의 경사각의 값을 측정하여 경사각을 나타내었다.
식각공정2
상기 실시예 3과 비교예 6의 조성물에 따른 식각조성물로 식각공정1과 동일한 방법으로 각각 수행하되 식각된 막은 몰리브덴막과 구리막이 적층된 다중막(몰리브덴막/구리막)이고 상기 몰리브덴막은 300Å 구리막의 두께는 3000Å이었다.
하기 도 2는 실시예 3에 따른 식각조성물로 식각공정을 한 후 몰리브덴막/구리막의 프로파일을 전자현미경으로 관찰한 사진도이다.
하기 도 4는 비교예 3에 따른 식각조성물로 식각공정을 한 후 몰리브덴막/구리막의 포토레지스트의 스티립 후 유리막을 전자현미경으로 관찰한 사진도이다.
표1
Figure 112009001045609-pat00001
표2
Figure 112009001045609-pat00002
표3
Figure 112009001045609-pat00003
표4
Figure 112009001045609-pat00004
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 식각조성물로 식각 후의 티타늄막/구리막의 프로파일을 전자현미경으로 관찰한 사진도이다.
도 2는 실시예 3에 따른 식각조성물로 식각공정을 한 후 몰리브덴막/구리막의 프로파일을 전자현미경으로 관찰한 사진도이다.
도 3은 비교예 1에 따른 식각조성물로 식각 후 티타늄막/구리막의 포토레지스트(PR,Photo resist)의 스트립(Strip)후, 유리막을 전자현미경으로 관찰한 사진도이다.
도 4는 비교예 3에 따른 식각조성물로 식각공정을 한 후 몰리브덴막/구리막의 포토레지스트의 스티립 후 유리막을 전자현미경으로 관찰한 사진도이다.
도 5는 비교예 6에 따른 식각조성물로 식각 후 티타늄막/구리막의 프로파일을 전자현미경으로 관찰한 사진도이다.

Claims (5)

  1. 과황산나트륨, 과황산칼륨 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 과산화물, 질산나트륨 및 황산나트륨 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 산화제, 함불소 화합물, 첨가제 및 탈이온수를 포함하며,
    경사각이 21.15 내지 39.81도로 식각할 수 있는 게이트(Gate)전극 배선재료용 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막의 식각조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 식각조성물은 과황산나트륨, 과황산칼륨 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 과산화물 5 ~ 25중량%, 질산나트륨 및 황산나트륨 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 산화제 0.5 ~ 5 중량%, 함불소 화합물 0.1 ~ 1중량%, 첨가제 0.1 ~ 5 중량% 및 총 중량이 100 중량%가 되도록 탈이온수를 포함하는 게이트(Gate)전극 배선재료용 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막의 식각조성물.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 함불소 화합물은 산성불화암모늄, 불화규산 및 불화수소칼륨으로 이루어진 군으로부터 하나이상 선택되는 게이트(Gate)전극 배선재료용 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막의 식각조성물.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 첨가제는 아졸계 화합물인 게이트(Gate)전극 배선재료용 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막의 식각조성물.
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KR100415261B1 (ko) * 1998-03-26 2004-03-26 이기원 전자표시장치및기판용세정및식각조성물
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