KR101621545B1 - Manufacturing method of an array substrate for liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 게이트 배선 형성 단계에서 기판 상에 구리계 금속막을 형성한 후 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선을 형성하는 공정, 및 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계에서 구리계 금속막을 형성한 후 식각액 조성물로 식각하여 소스 및 드레인 전극을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 식각액 조성물은, 조성물의 총 중량을 기준으로 과황산염 화합물 0.5 내지 20 중량%; 글리콜에테르류 화합물 0.01 내지 5.0 중량% 및 잔량의 물을 포함하며, 과산화수소를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법; 상기 식각액 조성물; 및 구리계 금속막의 식각방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display, comprising the steps of: forming a copper-based metal film on a substrate in a gate wiring formation step and etching the same with an etchant composition to form a gate wiring; And forming a source and drain electrode by etching with an etchant composition, wherein the etchant composition comprises 0.5-20 wt% persulfate compound based on the total weight of the composition; 0.01 to 5.0% by weight of a glycol ether compound, and the balance of water, and does not contain hydrogen peroxide. The etchant composition; And a method of etching a copper-based metal film.
구리막, 식각액, 액정표시장, 어레이 기판 Copper film, etchant, liquid crystal display, array substrate
Description
본 발명은 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법, 구리계 금속막의 식각액 조성물, 및 상기 식각액 조성물을 사용하는 구리계 금속막의 식각방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing an array substrate for a liquid crystal display, an etching liquid composition for a copper-based metal film, and a method for etching a copper-based metal film using the etching liquid composition.
반도체 장치에서 기판 위에 금속 배선을 형성하는 과정은 통상적으로 스퍼터링 등에 의한 금속막 형성공정, 포토레지스트 도포, 노광 및 현상에 의한 선택적인 영역에서의 포토레지스트 형성공정, 및 식각공정에 의한 단계로 구성되고, 개별적인 단위 공정 전후의 세정 공정 등을 포함한다. 이러한 식각공정은 포토레지스트를 마스크로 하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미하며, 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식식각 또는 식각액 조성물을 이용하는 습식식각이 사용된다. The process of forming a metal wiring on a substrate in a semiconductor device is generally composed of a metal film forming process by sputtering or the like, a photoresist coating process, a photoresist forming process in an optional region by exposure and development, and an etching process , A cleaning process before and after the individual unit process, and the like. This etching process refers to a process of leaving a metal film in a selective region using a photoresist as a mask. Typically, dry etching using plasma or wet etching using an etching composition is used.
이러한 반도체 장치에서, 최근 금속배선의 저항이 주요한 관심사로 떠오르고 있다. 저항은 RC 신호지연을 유발하는 주요한 인자이므로, 특히 TFT LCD(thin film transistor liquid crystal display)의 경우 패널크기 증가와 고해상도 실현 에 관건이 되고 있기 때문이다. 따라서, TFT LCD 의 대형화에 필수적으로 요구되는 RC 신호지연의 감소를 실현하기 위해서는, 저저항의 물질개발이 필수적이며 종래에 주로 사용되었던 크롬(Cr, 비저항: 12.7 ×10-8Ωm), 몰리브덴(Mo, 비저항: 5×10-8Ωm), 알루미늄(Al, 비저항: 2.65 ×10-8Ωm) 및 이들의 합금은 대형 TFT LCD에 사용되는 게이트 및 데이터 배선 등으로 이용하기 어려운 실정이다. In such a semiconductor device, resistance of metal wiring has recently become a major concern. This is because the resistance is a key factor that causes the RC signal delay, especially in the case of thin film transistor liquid crystal display (TFT LCD), which is the key to increasing panel size and realizing high resolution. Therefore, in order to realize a reduction in the RC delay signal which is indispensable for the large-sized TFT LCD, the development of low resistance material are required, and chrome which was mainly used conventionally (Cr, specific resistance: 12.7 × 10 -8 Ωm), molybdenum ( Mo, specific resistance: 5 × 10 -8 Ωm), aluminum (Al, specific resistance: 2.65 × 10 -8 Ωm), and their alloys is difficult to use as the gate and data wirings and the like used in large TFT LCD.
따라서, 저저항 금속막으로서 구리막 및 구리 몰리브덴막 등의 구리계 금속막과 그에 대한 식각액 조성물이 주목을 받고 있다. Therefore, a copper-based metal film such as a copper film and a copper molybdenum film and an etchant composition therefor are attracting attention as a low resistance metal film.
한편, 이러한 구리계 금속막에 대한 식각액으로서 현재까지 알려진 식각액 조성물들은 사용자가 요구하는 성능을 충족시키지 못하고 있어서 이의 개선을 위한 연구개발이 요구되고 있다. On the other hand, the etchant compositions known to date as the etchant for the copper-based metal film do not satisfy the performance required by the user, and research and development for improvement thereof are required.
즉, 구리계 금속막에 대한 식각액으로서 여러 종류의 식각액 조성물들이 사용되고 있으나, 이러한 식각액 조성물들은 주로 과산화수소 또는 과황산염 등의 과산화물을 주산화제로 사용하고 있어서, 과산화물의 자체 분해반응에 의한 저장안정성 저하라는 문제를 야기하고 있다. 또한, 과산화수소를 주산화제로 사용하는 경우에는 식각 시 식각액 내의 구리이온 농도가 높아짐에 따라 과산화수소의 연쇄분해 반응이 일어나므로 그로 인한 과열의 위험이 문제가 되고 있다. That is, various kinds of etchant compositions are used as an etchant for a copper-based metal film. However, since these etchant compositions mainly use peroxide such as hydrogen peroxide or persulfate as a peroxide, Causing problems. In addition, when hydrogen peroxide is used as a main oxidizing agent, a chain decomposition reaction of hydrogen peroxide occurs as the copper ion concentration in the etchant increases at the time of etching, thereby causing a risk of overheating.
따라서, 본 발명은 저장안정성이 우수하여 장기간 우수한 식각특성이 유지되고, 과산화수소의 사용에 의해 발생하는 과열로 인한 위험이 없는 구리계 금속막의 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an etchant composition for a copper-based metal film which is excellent in storage stability, maintains excellent etching properties for a long time, and is free from the risk of overheating caused by use of hydrogen peroxide.
또한, 본 발명은 식각시 직선성이 우수한 테이퍼프로파일이 형성되고 잔사가 남지 않으며, 게이트 전극 및 게이트 배선, 데이터 전극 및 데이터 배선의 일괄 식각이 가능한 구리계 금속막의 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an etching solution composition for a copper-based metal film capable of forming a taper profile having excellent linearity at the time of etching and leaving no residue, and capable of batch etching the gate electrode, the gate wiring, the data electrode and the data wiring .
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하는 구리계 금속막의 식각방법 및 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is still another object of the present invention to provide a method of etching a copper-based metal film using the etchant composition and a method of manufacturing an array substrate for a liquid crystal display device.
본 발명은, 조성물 총중량에 대하여The present invention relates to
A) 과황산염 화합물 0.5 내지 20 중량%;A) from 0.5 to 20% by weight of a persulfate compound;
B) 글리콜에테르류 화합물 0.01 내지 5.0 중량%; 및B) from 0.01 to 5.0% by weight of a glycol ether compound; And
C) 잔량의 물을 포함하며, 과산화수소를 포함하지 않는 구리계 금속막의 식각액 조성물을 제공한다.C) residual water, and does not contain hydrogen peroxide.
또한, 본 발명은In addition,
Ⅰ) 기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계;I) forming a copper-based metal film on a substrate;
Ⅱ) 상기 구리계 금속막 상에 선택적으로 광반응 물질을 남기는 단계; 및II) selectively leaving a photoreactive material on the copper-based metal film; And
Ⅲ) 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 상기 구리계 금속막을 식각하는 단계를 포함하는 구리계 금속막의 식각방법을 제공한다.III) A method for etching a copper-based metal film comprising the step of etching the copper-based metal film using the etchant composition of the present invention.
또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,
a) 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;a) forming a gate wiring on the substrate;
b) 상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;b) forming a gate insulating layer on the substrate including the gate wiring;
c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;c) forming a semiconductor layer on the gate insulating layer;
d) 상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및d) forming source and drain electrodes on the semiconductor layer; And
e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 있어서,e) forming a pixel electrode connected to the drain electrode, the method comprising the steps of:
상기 a) 단계에서는 기판 상에 구리계 금속막을 형성한 후, 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선을 형성하고, 상기 d) 단계에서는 구리계 금속막을 형성한 후, 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 소스 및 드레인 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제공한다.In the step a), a copper-based metal film is formed on the substrate, and then a gate wiring is formed by etching with the etching solution composition of the present invention. In the step d), a copper-based metal film is formed, And forming a source electrode and a drain electrode on the substrate.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하여 식각된 게이트 배선 및 소스 및 드레인 전극 중 하나 이상을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.The present invention also provides an array substrate for a liquid crystal display comprising at least one of a gate wiring and a source and a drain electrode etched using the etchant composition.
본 발명의 식각액 조성물은 저장안정성이 우수하여 장기간 우수한 식각특성 이 유지되며, 과산화수소의 사용에 의해 발생하는 과열로 인한 위험이 없는 효과를 제공한다. The etchant composition of the present invention is excellent in storage stability, maintains excellent etching properties for a long time, and provides no risk of overheating caused by the use of hydrogen peroxide.
또한, 본 발명의 식각액 조성물로 구리계 금속막을 식각하게 되면 직선성이 우수한 테이퍼프로파일이 형성되고 구리계 금속막의 잔사가 남지 않으므로 전기적인 쇼트나 배선의 불량, 휘도의 감소 등의 문제로부터 자유로울 수 있다.Further, if the copper-based metal film is etched with the etching solution composition of the present invention, a taper profile having an excellent linearity is formed and the residue of the copper-based metal film is not left, so that it can be free from problems such as electrical shorts, poor wiring, .
또한, 본 발명에 따른 식각액 조성물만으로 게이트 전극 및 게이트 배선, 데이터 전극 및 데이터 배선을 일괄 식각하는 것이 가능하므로, 공정이 매우 단순화되어 공정수율을 극대화 할 수 있다. In addition, since the gate electrode, the gate wiring, the data electrode, and the data wiring can be etched in a batch by using only the etchant composition according to the present invention, the process can be greatly simplified and the process yield can be maximized.
더욱이, 본 발명에 따른 식각액 조성물을 사용할 경우, 저항이 낮은 구리 또는 구리 합금 배선을 이용하여 대화면, 고휘도의 회로를 구현함과 더불어 환경친화적인 반도체 장치를 제작할 수 있다.Further, when the etchant composition according to the present invention is used, it is possible to manufacture a semiconductor device having environment-friendly characteristics by realizing a large-sized circuit and a high-brightness circuit by using copper or copper alloy wiring with low resistance.
본 발명은, A) 과황산염 화합물, B) 글리콜에테르류 화합물 및 C) 물을 포함하며, 과산화수소를 포함하지 않는 구리계 금속막의 식각액 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to an etching solution composition of a copper-based metal film containing A) a persulfate compound, B) a glycol ether compound, and C) water and containing no hydrogen peroxide.
본 발명에서 구리계 금속막은 막의 구성성분 중에 구리가 포함되는 것으로서, 단일막 및 이중막 등의 다층막을 포함하는 개념이다. 예컨대, 구리 또는 구리 합금(구리의 산화막, 질화막 포함)의 단일막, 다층막으로서 구리 또는 구리 합금막과 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금막으로 이루어진 다층막 등이 포함된다. 상기 몰리 브덴 합금막은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 네오디늄(Nd), 및 인듐(In) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상과 몰리브덴의 합금을 의미한다.In the present invention, the copper-based metal film includes copper as a constituent component of the film, and includes a multilayer film such as a single film and a double film. For example, a single film of copper or a copper alloy (including an oxide film and a nitride film of copper), a multilayer film of a copper or copper alloy film and a molybdenum or molybdenum alloy film as a multilayer film, and the like. The molybdenum alloy film may include an alloy of molybdenum and at least one selected from the group consisting of titanium (Ti), tantalum (Ta), chromium (Cr), nickel (Ni), neodymium (Nd) it means.
상기에서 과황산염은 구리계 금속막을 식각하는 주성분이다. 과황산염의 구체적인 예로는 과황산칼륨(K2S2O8), 과황산나트륨(Na2S2O8), 과황산암모늄((NH4)2S2O8) 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.The persulfate is the main component for etching the copper-based metal film. Specific examples of the persulfate include potassium persulfate (K 2 S 2 O 8 ), sodium persulfate (Na 2 S 2 O 8 ) and ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) They may be used alone or in combination of two or more.
상기 과황산염의 함량은 조성물 총중량에 대하여 0.5 내지 20중량%인 것이 바람직하다. 과황산염의 함량이 0.5중량% 미만이면 구리계 금속의 식각이 되지 안되거나 식각속도가 아주 느리고, 20중량%를 초과할 경우에는 식각속도가 전체적으로 빨라지기 때문에 공정을 컨트롤하는 것이 어려워진다.The content of the persulfate is preferably 0.5 to 20% by weight based on the total weight of the composition. If the content of persulfate is less than 0.5% by weight, etching of the copper-based metal may not be performed or the etching rate may be very slow. If the content of the persulfate is more than 20% by weight, the etching speed may be accelerated.
상기 글리콜에테르류 화합물은 과황산염의 분해 속도를 늦추는 역할을 한다. 글리콜에테르류의 구체적인 예로는 디에틸렌글리콜(DEG), 트리에틸렌글리콜(TEG), 디프로필렌글리콜(DPG), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리프로필렌글리콜(PPG) 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다. The glycol ether compound serves to slow the decomposition rate of the persulfate. Specific examples of the glycol ethers include diethylene glycol (DEG), triethylene glycol (TEG), dipropylene glycol (DPG), polyethylene glycol (PEG) and polypropylene glycol (PPG) Two or more species may be used together.
상기 글리콜에테르류의 함량은 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 5.0 중 량%인 것이 바람직하며, 0.01 중량% 미만인 경우 과황산염의 분해 속도 억제력이 낮아지고, 5.0 중량%를 초과하는 경우 거품이 많이 발생되는 단점이 있다.The content of the glycol ethers is preferably 0.01 to 5.0% by weight based on the total weight of the composition. When the content of the glycol ethers is less than 0.01% by weight, the decomposition rate of the persulfate is lowered. When the content of the glycol ethers exceeds 5.0% There are disadvantages.
상기 물은 특별히 한정되는 것은 아니나, 탈이온수가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 물의 비저항 값(즉, 물속에 이온이 제거된 정도)이 18㏁/㎝이상인 탈이온수를 사용하는 것이 좋다. The water is not particularly limited, but deionized water is preferred. More preferably, it is preferable to use deionized water having a resistivity value of water (i.e., the degree of removal of ions in water) of 18 M? / Cm or more.
본 발명에 따른 식각액 조성물에는 전술한 성분 이외에 통상의 첨가제를 더 첨가할 수 있으며, 첨가제로는 금속 이온 봉쇄제, 및 부식 방지제 등을 사용할 수 있다.In the etchant composition according to the present invention, conventional additives may be further added in addition to the above-mentioned components. Metal ion sequestrants and corrosion inhibitors may be used as additives.
본 발명에서 사용되는 과황산염 및 글리콜에테르류 화합물은 통상적으로 공지된 방법에 의해서 제조 가능하고, 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.The persulfate and glycol ether compound used in the present invention can be prepared by a commonly known method and preferably have purity for semiconductor processing.
본 발명에 따른 구리계 금속막의 식각액 조성물은 구리계 금속으로 이루어진 액정표시장치의 게이트 전극 및 게이트 배선, 데이터 전극 및 데이터 배선을 일괄 식각할 수 있다.The etchant composition of the copper-based metal film according to the present invention can collectively etch gate electrodes, gate wirings, data electrodes, and data wirings of a liquid crystal display device made of a copper-based metal.
또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,
Ⅰ) 기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계;I) forming a copper-based metal film on a substrate;
Ⅱ) 상기 구리계 금속막 상에 선택적으로 광반응 물질을 남기는 단계; 및II) selectively leaving a photoreactive material on the copper-based metal film; And
Ⅲ) 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 상기 구리계 금속막을 식각하는 단계를 포함하는 구리계 금속막의 식각방법에 관한 것이다.III) etching the copper-based metal film using the etching solution composition of the present invention.
본 발명의 식각방법에서, 상기 광반응 물질은 통상적인 포토레지스트 물질인 것이 바람직하며, 통상적인 노광 및 현상 공정에 의해 선택적으로 남겨질 수 있다.In the etching method of the present invention, the photoreactive material is preferably a conventional photoresist material, and may be selectively left by conventional exposure and development processes.
또한, 본 발명은, Further, according to the present invention,
a) 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;a) forming a gate wiring on the substrate;
b) 상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;b) forming a gate insulating layer on the substrate including the gate wiring;
c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;c) forming a semiconductor layer on the gate insulating layer;
d) 상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및d) forming source and drain electrodes on the semiconductor layer; And
e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, e) forming a pixel electrode connected to the drain electrode, the method comprising the steps of:
상기 a) 단계에서는 기판 상에 구리계 금속막을 형성한 후, 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선을 형성하고, 상기 d) 단계에서는 구리계 금속막을 형성한 후, 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 소스 및 드레인 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것이다.In the step a), a copper-based metal film is formed on the substrate, and then a gate wiring is formed by etching with the etching solution composition of the present invention. In the step d), a copper-based metal film is formed, And forming a source electrode and a drain electrode on the substrate.
상기 액정표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판일 수 있다. The array substrate for a liquid crystal display may be a thin film transistor (TFT) array substrate.
이하에서 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 하 기의 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited by the following embodiments.
실시예 1 및 비교예1: 식각액 조성물의 제조 및 식각특성 평가Example 1 and Comparative Example 1: Preparation of etching composition and evaluation of etching characteristics
하기 표 1에 나타낸 조성에 따라 실시예 1 및 비교예 1의 식각액 조성물을 제조하였다. 그리고, 그 식각액 조성물을 이용하여 구리 단일막의 식각공정을 수행하였다.The etchant compositions of Example 1 and Comparative Example 1 were prepared according to the compositions shown in Table 1 below. Then, the etching process of the copper single layer was performed using the etchant composition.
<식각특성평가><Evaluation of etching characteristics>
분사식 식각 방식의 실험장비 (제조사: SEMES사, 모델명: ETCHER(TFT)) 내에 실시예1 내지 비교예1의 식각액 조성물을 넣고 온도를 25℃로 세팅하여 가온하였다. 그 후, 온도가 30±0.1℃에 도달한 후, 식각 공정을 수행하였다. 시편을 넣고 분사를 시작하여 식각이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍(熱風) 건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트(PR) 박리기(stripper)를 이용하여 포토 레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM; 제조사: HITACHI사, 모델명: S-4700)을 이용하여 잔사 여부 및 식각 특성을 평가하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.The etchant compositions of Examples 1 to 1 were placed in an experimental apparatus of a spray-type etching method (manufacturer: SEMES, model name: ETCHER (TFT)) and the temperature was set to 25 DEG C and the temperature was increased. Thereafter, after the temperature reached 30 +/- 0.1 DEG C, the etching process was performed. When the etching was completed, the specimen was injected. After the etching was completed, the substrate was rinsed with deionized water, dried using a hot air drying apparatus, and photoresist was removed using a photoresist (PR) stripper. After washing and drying, residue and etching characteristics were evaluated using an electron microscope (SEM; manufacturer: HITACHI, model: S-4700). The results are shown in Table 2.
<안정성 평가><Evaluation of stability>
상기 식각특성평가를 수행한 실시예1 내지 비교예1의 식각액을 보관하면서 상기 처음 식각을 수행한 날로부터 각각 3일, 7일, 15일이 지난 후에 기판을 1매씩 식각하여 저장 안정성을 평가하였다. 제조된 식각액 조성물을 장기 보관하여 식각특성 평가를 반복 시행함으로써, 장기 보관에 따른 식각성능의 변화를 평가하였다.After three days, seven days, and fifteen days from the day of performing the first etching while storing the etchant of Examples 1 to Comparative Example 1, the substrates were etched one by one to evaluate storage stability . The etch characteristics of the prepared etchant composition were evaluated by repeatedly evaluating the etch characteristics.
상기 표1의 평가결과에 나타난 바와 같이, 글리콜에테르류 화합물이 포함되지 않은 식각액(비교예1)과 비교하여 글리콜에테르류 화합물이 포함된 본 발명의 식각액(실시예1)은 저장 안정성이 우수하게 확보됨을 확인할 수 있었다.As shown in the evaluation results of Table 1, the etching solution of the present invention (Example 1) containing a glycol ether compound as compared with the etching solution containing no glycol ether compound (Comparative Example 1) It can be confirmed that it is secured.
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