KR101728542B1 - 몰리브덴용 식각액 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, H₂O₂ 5 내지 25 중량%; 고리형 아민 화합물 0.5 내지 3 중량%; pH 조절제를 포함하는 첨가제 0.5 내지 5 중량%; 및 물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰리브덴용 식각액 조성물에 관한 것이다.

몰리브덴, 식각액

Description

몰리브덴용 식각액 조성물{AN ETCHING SOLUTION COMPOSITION FOR MOLYBDENUM}

본 발명은 반도체 장치 및 평판표시장치, 특히 TFT의 게이트, 소스/드레인 어레이 배선용 몰리브덴 금속막을 식각할 수 있는 몰리브덴용 식각액 조성물에 관한 것이다.

반도체 장치 및 평판표시장치에서 기판 위에 금속 배선을 형성하는 과정은 통상적으로 스퍼터링에 의한 금속막 형성공정, 포토레지스트 도포, 노광 및 현상에 의한 선택적인 영역에서의 포토레지스트 형성공정, 및 식각공정에 의한 단계로 구성된다. 또한, 개별적인 단위 공정 전후의 세정공정 등을 포함한다. 이러한 식각공정은 포토레지스트를 마스크로 사용하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미하며, 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식 식각 또는 식각액을 사용하는 습식 식각이 사용된다.

반도체 장치 및 평판표시장치의 구성 중 TFT의 게이트, 소스/드레인 어레이 배선으로 금속막에서는 전도층으로 저항이 낮은 알루미늄을 사용하게 되는데 알루미늄 층은 후속 공정에서 힐락(Hillock)에 의한 다른 전도층과의 쇼트현상 및 산 화물층과의 접촉에 의한 절연층을 형성시키는 문제가 있다. 이에 TFT의 게이트, 소스/드레인 어레이 배선으로 몰리브덴(Mo)을 이용하는 방안이 제시되었고, 몰리브덴을 식각하는 건식 식각방법과 습식 식각법이 개시되어 있고, 습식 식각법에 사용되는 식각액 조성물도 국내외 특허에 개시되었다. 예를 들어, 미국등록특허 4,693,983호는 몰리브덴 금속막용 식각액 조성물으로서 시안화철(Ferric cyanide) 및 황산철(Ferric sulfate)를 사용하는 식각액이 제안되었다. 하지만, 폐액 처리가 어렵고 실제 제조 공정에 적용하기 위한 양호한 테이퍼각(taper angle)구현이 어렵다. 미국등록특허 5,693,983호는 배선 형성용 금속막, 특히 TFT 게이트, 소스/드레인 어레이 배선용 금속막으로서 Al 대신 Mo을 적용하는 것을 제안하고 있다. 그러나, 여기서는 건식 에칭법만 제시되었다. 대한민국공개특허 10-2000-0014088는 과산화수소를 기반으로 하는 Mo 단일막 식각액 조성물에 관한 것이지만, 처리매수가 적어 실제 공정에 적용하기 어렵다.

이와 같이 몰리브덴을 습식식각으로 효과적으로 식각할 수 있고, 양산에 적용하기 용이한 식각액 조성물은 아직 개발되지 않고 있다.

본 발명의 목적은 반도체 장치, 특히 TFT의 게이트, 소스/드레인 어레이 배선용 몰리브덴막을 습식 식각할 수 있는 몰리브덴용 식각액 조성물을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 식각 공정을 간소화시키고 생산성을 향상시킬 수 있고 식각 특성이 우수한 몰리브덴용 식각액 조성물을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 고가의 장비구성이 필요하지 않고 대면적화에 유리하여 매우 경제적인 몰리브덴용 식각액 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, H₂O₂ 5 내지 25 중량%; 고리형 아민 화합물 0.5 내지 3 중량%; pH 조절제를 포함하는 첨가제 0.5 내지 5 중량%; 및 물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰리브덴용 식각액 조성물을 제공한다.

본 발명의 식각액 조성물은 몰리브덴으로 형성된 단일막을 습식 식각할 수 있어서 식각 공정을 간소화시키고 생산성을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 식각액 조성물은 식각속도가 빠르고 하부막 및 장비에 대한 손상이 없고 균일한 에칭이 가능하여 식각 특성이 우수하다. 또한, 본 발명의 식각액 조성물은 고가의 장비구성이 필요하지 않고 대면적화에 유리하여 매우 경제적이다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 식각액 조성물은 H₂O₂, 고리형 아민 화합물, 첨가제, 및 물을 포함한다.

본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 H₂O₂는 몰리브덴을 산화시키는 역할을 한다. 조성물 총 중량에 대하여, 상기 H₂O₂는 5 내지 25 중량%로 포함되고, 10 내지 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 몰리브덴의 식각률 저하를 방지하여 몰리브덴이 적정량으로 식각되고, 몰리브덴의 식각 프로파일이 우수해진다. 상술한 범위를 벗어나면, 몰리브덴이 과식각되어 패턴이 소실되거나 금속배선으로서의 기능이 상실된다.

본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 고리형 아민 화합물은 식각 후 약액 중에 존재하는 몰리브덴 이온들과 안정된 화합물을 형성하여 기판의 처리매수를 증가시키는 역할을 한다. 조성물 총 중량에 대하여, 상기 고리형 아민 화합물은 0.5 내지 3 중량%로 포함되고, 1 내지 1.5 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 최소의 양으로 기판의 처리매수를 증가시킬 수 있다.

상기 고리형 아민 화합물은 아미노테트라졸, 벤조트리아졸, 이미다졸, 인돌, 퓨린, 피라졸, 피리딘, 피리미딘, 피롤, 피롤리딘 및 피롤린으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.

본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 pH 조절제를 포함하는 첨가제는 상기 H₂O₂가 몰리브덴막을 보다 효과적으로 조절할 수 있도록 pH를 조절한다. 조성물 총 중량에 대하여, 상기 첨가제는 0.5 내지 5 중량%로 포함되고, 1 내지 3 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 최소의 양으로 식각액 조성물의 pH를 조절할 수 있다.

상기 첨가제는 소듐 디히드로겐 시트레이트, 디소듐 히드로겐 시트레이트, 디소듐 히드로겐 포스페이트, 트리소듐 시트레이트 및 아세테이트염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 아세테이트염은 소듐 아세테이트염인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 물은 탈이온수를 의미하며 반도체 공정용을 사용하며, 바람직하게는 18㏁/㎝ 이상의 물을 사용한다. 조성물 총 중량에 대하여, 상기 물은 본 발명의 식각액 조성물의 총 중량이 100중량%가 되도록 잔량 포함된다.

본 발명의 식각액 조성물은 상기에 언급된 성분들 외에 식각조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제 및 부식 방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다.

본 발명의 식각액 조성물은 특히 몰리브덴 단일막에 효과적이다.

이하에서, 실시예및 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예 및 시험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예1 내지 실시예3 및 비교예1: 식각액 조성물의 제조

하기 표 1에 기재된 성분 및 조성비에 따라 식각액 조성물이 180kg이 되도록 제조하였다.

	H2O2(중량%)	벤조트리아졸(중량%)	소듐아세테이트(중량%)	물
실시예1	10	1	1	잔량
실시예2	15	1	2	잔량
실시예3	20	2	1	잔량
비교예1	23	-	1	잔량

시험예: 식각액 조성물의 특성 평가

글래스 위에 SiNx층이 증착되어 있고 SiNx층 위에 몰리브덴 단일막이 적층되어 있으며, 몰리브덴 단일막 위에는 일정한 형태의 모양으로 포토레지스트가 패터닝된 기판을 다이아몬드 칼을 이용하여 550×650㎜로 잘라 시편을 제조하였다.

<식각특성평가>

분사식 식각 방식의 실험장비 (제조사: SEMES사, 모델명: ETCHER(TFT)) 내에 실시예1 내지 실시예3, 비교예1의 식각액 조성물을 넣고 온도를 25℃로 세팅하여 가온하였다. 그 후, 온도가 30±0.1℃에 도달한 후, 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 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, 포토레지스트(PR) 박리기(stripper)를 이용하여 포토 레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM; 제조사: HITACHI사, 모델명: S-4700)을 이용하여 식각 특성을 평가하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<처리매수평가>

상기 식각특성평가를 수행한 실시예1 내지 실시예3, 및 비교예1의 식각액 조성물에 일정량의 몰리브덴 파우더를 첨가하여 녹였다. 그 후, 상기에 기재된 식각방법을 이용하여 식각을 재수행하고, 식각특성을 평가하였다. 이때, 최초 1매 식각평가한 결과와 10% 이내로 차이가 날 경우, 즉 CD skew와 테이퍼각의 차이가 10% 이하인 경우, 상기 식각액 조성물들에 다시 일정량의 몰리브덴 파우더를 첨가하여 녹이고, 식각을 재수행하였다. 이러한 방법을 거쳐 식각을 재 수행한 후, 최초 1매 식각평가한 결과와 10% 초과하여 차이가 날 경우, 즉 CD skew와 테이퍼각의 차이가 10% 초과인 경우, 재사용을 중단하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 평가 기준은 최초 1매 식각평가한 결과와 동일하지 않고 나빠지기 시작한 식각액 조성물 내의 Mo의 농도이다.

	식각 특성	처리매수평가
실시예1	◎	◎
실시예2	◎	◎
실시예3	○	◎
비교예1	○	X

<식각 특성>

◎: 매우 우수(CD Skew: ≤0.5㎛, 테이퍼각: 40°~ 60°),

○: 우수(CD Skew: ≤0.3㎛, 테이퍼각: 20°~ 40°)

△: 양호(CD Skew: ≤0.1㎛, 테이퍼각: 10°~ 20°)

×: 불량(금속막 소실 및 잔사발생),

<처리매수평가>

◎: 매우 우수 (Mo의 농도: 1,800ppm 이상)

○: 우수 (Mo의 농도: 1,200ppm 이상)

△: 양호 (Mo의 농도: 600ppm 이상)

×: 불량 (Mo의 농도: 600ppm 미만)

표 2를 참조하면, 실시예1의 경우 Mo의 농도가 1800ppm까지도 최초 식각평가한 결과와 유의차가 없는데 반해, 비교예1의 경우, Mo의 농도가 600ppm을 초과하면 식각특성이 나빠졌다.

Claims (4)

1. 조성물 총 중량에 대하여,

   H₂O₂ 5 내지 25 중량%;

   벤조트리아졸 0.5 내지 3 중량%;

   pH 조절제를 포함하는 첨가제 0.5 내지 5 중량%; 및

   물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰리브덴 단일막용 식각액 조성물.
2. 청구항 1에 있어서,

   조성물 총 중량에 대하여,

   상기 벤조트리아졸 1 내지 1.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰리브덴 단일막용 식각액 조성물.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 첨가제는 소듐 디히드로겐 시트레이트, 디소듐 히드로겐 시트레이트, 디소듐 히드로겐 포스페이트, 트리소듐 시트레이트 및 아세테이트염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰리브덴 단일막용 식각액 조성물.