KR101972170B1 - 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, A)함불소화합물, B)무기산, C)아졸계 화합물, 및 D)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 질화막의 식각액 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 식각액 조성물은 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정에 있어서, 화소전극과 구리계 배선을 연결하기 위한 절연막, 예컨대 실리콘 질화막의 식각 공정에서, 구리계 배선에 Damage 없이 실리콘 질화막을 식각하고, 제조 원가를 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법{Method of Manufacturing an Array Substrate for Liquid Crystal Display Device}
본 발명은 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구리계 배선에 Damage가 없는 실리콘 질화막의 식각액 조성물을 이용하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
평판 표시 장치(flat panel display) 중 현재 가장 널리 사용되고 있는 것 중의 하나는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)이다. 액정 표시 장치는 복수의 화소 전극이 매트릭스(matrix) 형태로 배열되어 있는 기판과 하나의 공통 전극이 덮고 있는 기판으로 이루어질 수 있으며, 이러한 액정 표시 장치에서 화상의 표시는 각 화소 전극에 별도의 전압을 인가함으로써 이루어진다.
이를 위해서 화소 전극에 인가되는 전압을 스위칭하기 위한 박막트랜지스터를 각 화소 전극에 연결하고 이 박막 트랜지스터를 제어하기 위한 신호를 전달하는 게이트 배선(gate line)과 화소 전극에 인가될 전압을 전달하는 데이터배선(data line)을 기판 상에 형성한다.
한편, 액정표시장치의 표시 면적이 점점 대형화됨에 따라, 상기 박막 트랜지스터와 연결되는 게이트선 및 데이터선 또한 길어지고 그에 따라 배선의 저항 또한 증가한다. 이와 같은 이유로 인하여, 종래에 주로 사용되었던 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금을 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)에 사용되는 게이트 및 데이터 배선 등으로 계속 이용하는 것은 평판표시장치의 대형화 및 고해상도 실현을 어렵게 만드는 원인으로 작용하고 있다. 따라서, 이러한 저항 증가에 의한 신호 지연 등의 문제를 해결하기 위해서는, 상기 게이트선 및 데이터선을 최대한 낮은 비저항을 가지는 재료로 형성할 필요가 있다.
이와 관련하여 대한민국 공개특허 2007-0009329호는 데이터 배선의 상부에 질화규소(SiNx), 예를 들어 비정질 질화규소 또는 산화규소(SiO2), 예를 들어 저온 비정질 산화 규소 등의 보호막을 형성하고, 보호막 위에는 컨택홀을 통하여 드레인 전극과 전기적으로 연결되며 화소에 위치하는 화소 전극을 형성하는 컨택홀 형성방법을 이용하여 제조된 박막 트랜지스터 기판을 개시하고 있다.
상기 기술은 게이트 배선을 은 도전층으로 형성하는데 은은 열에 취약하여 절연막 등을 형성하는 후속 공정은 저온에서 진행되어야 한다. 그러나 이러한 저온 공정에서 형성된 절연막은 고온 공정에서 형성된 막질보다 상대적으로 단단하지 않게 형성되고, 이러한 절연막을 통상적인 건식식각 방법으로 패터닝하여 컨택홀을 형성하는 경우, 식각비(etch rate)의 제어가 어려울 뿐만 아니라, 언더컷(undercut)이 발생하여 식각 프로파일이 역 테이퍼(tapper)로 형성될 수 있다. 또한, 식각 공정에 의해 노출되는 게이트 배선 또는 데이터 배선도 산화되어 변색될 수 있다. 또한, 건식 식각 공정은 고가의 장비를 이용하므로 비경제적이고, 많은 시간이 소요되므로 비생산적일 수 있다.
따라서, 게이트 배선 및 데이터 배선을 최대한 낮은 비저항을 가지는 재료로 형성하고 절연막으로 실리콘 질화막을 사용하는 경우 실리콘 질화막의 식각 공정에서 건식 식각 대신 습식 식각을 이용하여, 데이터 배선에 Damage 없이 실리콘 질화막을 식각하고 제조 원가를 절감하며 생산성을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있으며, 이에 적합한 식각액 조성물이 필요한 실정이다.
KR 2007-0009329 A
본 발명은 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정에 있어서, 화소전극과 구리계 배선을 연결하기 위한 절연막, 예컨대 실리콘 질화막의 식각 공정에서 습식 식각을 이용하여, 구리계 배선에 Damage 없이 실리콘 질화막을 식각하고, 제조 원가를 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 식각액 조성물을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
조성물 총 중량에 대하여, A)함불소 화합물 0.1 내지 10.0중량%, B)무기산 2.0 내지 10.0중량%, C)아졸계 화합물 0.01 내지 5.0중량%, 및 D)잔량의 물을 포함하는 실리콘 질화막의 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
Ⅰ)기판 상에 게이트 전극 및 게이트 라인을 구비하는 게이트층을 형성하는 단계; Ⅱ)인접하는 두 개의 게이트 라인 사이의 중심부에 게이트 라인과 평행하게 공통 라인을 형성하는 단계; Ⅲ)상기 게이트층 및 상기 공통 라인 상에 드레인 전극, 소스 전극 및 데이터 라인을 구비하는 데이터층을 형성하는 단계; Ⅳ)상기 데이터층을 덮도록 실리콘 질화막(패시베이션층)을 형성하는 단계; Ⅴ)상기 실리콘 질화막에 컨택홀을 형성한 후 상기 컨택홀을 통해 드레인 전극과 접촉되는 화소전극을 형성하는 단계: 및 Ⅵ)상기 화소전극과 교대되며 상기 컨택홀을 통해 상기 공통 라인과 접촉되는 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
상기 Ⅴ)단계는 상기 실리콘 질화막을 식각액 조성물로 식각하여 화소전극과 구리계 배선을 연결하는 컨택홀을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 Ⅵ)단계는 상기 실리콘 질화막을 식각액 조성물로 식각하여 공통전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, A)함불소화합물 0.1 내지 10.0중량%, B)무기산 2.0 내지 10.0중량%, C)아졸계 화합물 0.01 내지 5.0중량%, 및 D)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 식각액 조성물은 액정표시장치용 어레이 기판의 제조 공정에 있어서, 화소전극과 구리계 배선을 연결하기 위한 절연막, 예컨대 실리콘 질화막의 식각 공정에서, 구리계 배선에 Damage 없이 실리콘 질화막을 식각하고, 제조 원가를 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 실시예 3의 식각액 조성물로 식각한 드레인 구리계 배선의 SEM 이미지이다.
도 2는 비교예 1의 식각액 조성물로 식각한 드레인 구리계 배선의 SEM 이미지이다.
도 3는 비교예 2의 식각액 조성물로 식각한 드레인 구리계 배선의 SEM 이미지이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, A)함불소 화합물 0.1 내지 10.0중량%, B)무기산 2.0 내지 10.0중량%, C)아졸계 화합물 0.01 내지 5.0중량%, 및 D)잔량의 물을 포함하는 실리콘 질화막의 식각액 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 실리콘 질화막 식각액 조성물에 포함되는 A)함불소 화합물은 물에 해리되어 불소 이온을 낼 수 있는 화합물을 의미한다. 상기 A)함불소 화합물은 실리콘 질화막의 구성성분 중 하나인 실리콘의 식각 속도에 영향을 주는 주성분이며, 실리콘 질화막의 식각 속도를 조절한다.
상기 A)함불소 화합물은 조성물 총중량에 대하여, 0.1 내지 10.0중량%로 포함되고, 3.0 내지 5.0중량% 범위인 조성물이 특히 바람직하다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 실리콘 질화막의 식각 속도가 느려진다. 상술한 범위를 초과하여 포함되면, 실리콘 질화막의 식각 성능은 향상되지만, 실리콘 질화막 하부에 위치하는 구리계 배선을 식각시켜 배선을 단락시키는 등의 공정 불량을 초래할 수 있다.
상기 A)함불소 화합물은 당업계에서 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 하지만, 상기 A)함불소 화합물은 HF, NaF, NH4F, NH4BF4, NH4FHF, KF, KHF2, AlF3 및 HBF4로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것이 바람직하고, HF가 보다 바람직하다.
본 발명의 실리콘 질화막 식각액 조성물에 포함되는 B)무기산은 조성물 총 중량에 대하여, 2.0 내지 10.0중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3.0 내지 5.0중량%로 포함되는 것이 좋다. 무기산이 2.0중량% 미만으로 포함되면 공정에 적합한 실리콘 질화막 식각 속도를 제공하지 못하며, 10.0중량%를 초과하면 실리콘 질화막 하부에 위치하는 구리계 배선을 식각시켜 배선을 단락시키는 등의 공정 불량을 초래할 수 있다.
상기 B)무기산은 인산, 염산, 질산 및 황산으로 이루어진 군에서 선택되는 1 종인 것이 바람직하고, 인산이 보다 바람직하다.
본 발명의 실리콘 질화막 식각액 조성물에 포함되는 C)아졸계 화합물은 실리콘 질화막 식각 공정에서 하부에 위치하는 구리계 배선을 보호해 준다. 일반적으로, 실리콘 질화막 식각 공정에서 실리콘 질화막 식각 후 구리계 배선이 식각액에 노출된다. 이때, 식각액이 실리콘 질화막 하부에 위치하는 구리계 배선을 식각시켜 배선을 단락시키는 등의 공정 불량을 초래할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실리콘 질화막 식각액 조성물은 실리콘 질화막 식각 공정 시 구리계 배선의 손상을 최소화하기 위해 구리계 배선의 보호 성분으로 아졸계 화합물을 포함한다.
상기 C)아졸계 화합물은 조성물 총 중량에 대하여, 0.01 내지 5.0중량%로 포함되고, 바람직하게는 0.05 내지 0.5중량%로 포함된다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 하부에 위치하는 구리계 배선을 식각하여 단선 불량이 생길 수 있다. 상술한 범위를 초과하여 포함되면, 실리콘 질화막의 식각율 감소와 구리계 배선에서의 Damage는 발생하지 않으나, 1,2,3 벤조트리아졸의 높은 가격을 고려할 때 상술한 범위를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
상기 C)아졸계 화합물은 당 업계에서 이용되는 것이라면 특별히 한정하지 않는다. 하지만, 상기 아졸계 화합물은 탄소수가 1~30인 아졸계 화합물인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 아졸계 화합물은 벤조트리아졸계 화합물, 아미노테트라졸계 화합물, 이미다졸계 화합물, 인돌계 화합물, 푸린계 화합물, 피라졸계 화합물, 피리딘계 화합물, 피리미딘계 화합물, 피롤계 화합물, 피롤리딘계 화합물 및 피롤린계 화합물으로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것이 보다 바람직하다. 이 중에서 아미노테트라졸계 화합물로는, 예를 들면, 아미노테트라졸, 5-아미노-1-페닐테트라졸, 5-아미노-1(1-나프틸)테트라졸, 1-메틸-5-아미노테트라졸, 1,5-디아미노테트라졸 등을 들 수 있다. 그리고 이중에서 1,2,3 벤조트리아졸이 바람직하다.
본 발명의 실리콘 질화막 식각액 조성물에 포함되는 C)물은 조성물 총 중량이 100중량%가 되도록 잔량 포함된다. 상기 물은 특별히 한정하지 않으나, 탈이온수를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 물은 물속에 이온이 제거된 정도를 보여주는 물의 비저항값이 18㏁·㎝ 이상인 탈이온수를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명은, Ⅰ)기판 상에 게이트 전극 및 게이트 라인을 구비하는 게이트층을 형성하는 단계; Ⅱ)인접하는 두 개의 게이트 라인 사이의 중심부에 게이트 라인과 평행하게 공통 라인을 형성하는 단계; Ⅲ)상기 게이트층 및 상기 공통 라인 상에 드레인 전극, 소스 전극 및 데이터 라인을 구비하는 데이터층을 형성하는 단계; Ⅳ)상기 데이터층을 덮도록 실리콘 질화막(패시베이션층)을 형성하는 단계; Ⅴ)상기 실리콘 질화막에 컨택홀을 형성한 후 상기 컨택홀을 통해 드레인 전극과 접촉되는 화소전극을 형성하는 단계: 및 Ⅵ)상기 화소전극과 교대되며 상기 컨택홀을 통해 상기 공통 라인과 접촉되는 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
상기 Ⅴ)단계는 상기 실리콘 질화막을 식각액 조성물로 식각하여 화소전극과 구리계 배선을 연결하는 컨택홀을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 Ⅵ)단계는 상기 실리콘 질화막을 식각액 조성물로 식각하여 공통전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, A)함불소화합물 0.1 내지 10.0중량%, B)무기산 2.0 내지 10.0중량%, C)아졸계 화합물 0.01 내지 5.0중량%, 및 D)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
상기 액정표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판일 수 있다. 그리고, 상기 액정표시장치용 어레이 기판은 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 식각된 실리콘 질화막을 포함한다.
상기 실리콘 질화막을 상기 식각액 조성물로 식각하는 단계는 당업계 주지의 방법에 따라 행해질 수 있으며, 침지, 흘리기 등을 예시할 수 있다. 식각 공정시의 온도는 일반적으로 20~50℃, 바람직하게는 30~45℃ 이며, 적정 공정 온도는 다른 공정 조건 및 요인에 의해 필요에 따라 정해진다.
상기 실리콘 질화막을 상기 식각액 조성물로 식각하는 시간은, 온도 및 박막의 두께 등에 따라 변할 수 있으나 일반적으로 수초 내지 수십분이다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하여 식각된 실리콘 질화막을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
<실시예>
식각액 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 조성에 따라 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2 의 식각액 조성물을 제조하였다.
단위:중량% HF 인산 1,2,3 벤조트리아졸 탈이온수
실시예1 1.0 3.0 0.5 잔량
실시예2 3.0 3.0 0.5 잔량
실시예3 5.0 3.0 0.5 잔량
비교예1 1.0 20.0 0.1 잔량
비교예2 15.0 3.0 0.5 잔량
시험예 : 식각액 조성물의 특성평가
기판상에 SiNx/Cu 이중막을 형성하고 다이아몬드 칼을 이용하여 10×10mm로 절단하여 시편을 준비하였다. 분사식 식각 방식의 실험장비(모델명 : ETCHER(TFT), SEMES사)를 이용하였고, 식각 공정시 식각액 조성물의 온도는 약 40℃ 내외로 하였으나, 적정온도는 다른 공정조건과 기타 요인에 의해 필요에 따라 변경될 수 있다. 식각 시간은 식각 온도에 따라서 다를 수 있으나, 통상 100초 정도로 진행한다.
상기 기판들을 식각이 이루어진 후에 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍(熱風)건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트(PR) 박리기(stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경 (SEM; HITACHI사 제조, 모델명: S-4700)을 이용하여 상기 식각 공정에서 식각된 실리콘 질화막 및 구리계 배선의 식각 상태를 검사하였고, 결과를 하기 표2에 기재하였다.
조성물 실리콘 질화막 식각율 (Å/sec) 구리계 배선 Damage
시험예1 실시예1 9.1 무
시험예2 실시예2 31.7 무
시험예3 실시예3 50.0 무
비교시험예1 비교예 1 9.2 유
비교시험예2 비교예 2 180.2 유
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이 실시예 1 내지 실시예 3의 식각액은 HF 조성물 함량이 증가함에 따라 실리콘 질화막의 식각율이 증가함이 확인되었다. 이때 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이 HF 조성물 함량이 10.0중량% 미만시 구리계 배선에서 Damage가 발생되지 않았다. 그러나, 상기 표 2 및 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 비교예 1의 식각액은 인산 조성물 함량이 10.0중량% 초과시 구리계 배선에서 Damage 발생이 확인되었다(도 2). 그리고 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 비교예 2의 식각액은 함불소 화합물의 함량이 10.0중량% 초과시 실리콘 질화막의 식각율은 증가하지만 구리계 배선에서 Damage 발생이 확인되었다.

Claims (8)

  1. Ⅰ)기판 상에 게이트 전극 및 게이트 라인을 구비하는 게이트층을 형성하는 단계;
    Ⅱ)인접하는 두 개의 게이트 라인 사이의 중심부에 게이트 라인과 평행하게 공통 라인을 형성하는 단계;
    Ⅲ)상기 게이트층 및 상기 공통 라인 상에 드레인 전극, 소스 전극 및 데이터 라인을 구비하는 데이터층을 형성하는 단계;
    Ⅳ)상기 데이터층을 덮도록 실리콘 질화막(패시베이션층)을 형성하는 단계;
    Ⅴ)상기 실리콘 질화막에 컨택홀을 형성한 후 상기 컨택홀을 통해 드레인 전극과 접촉되는 화소전극을 형성하는 단계: 및
    Ⅵ)상기 화소전극과 교대되며 상기 컨택홀을 통해 상기 공통 라인과 접촉되는 공통 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
    상기 Ⅴ)단계는 상기 실리콘 질화막을 식각액 조성물로 식각하여 화소전극과 드레인 전극을 연결하는 컨택홀을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 Ⅵ)단계는 상기 실리콘 질화막을 식각액 조성물로 식각하여 공통전극을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 식각액 조성물은 조성물 총 중량에 대하여, A)함불소화합물 0.1 내지 10.0중량%, B)무기산 2.0 내지 10.0중량%, C)아졸계 화합물 0.01 내지 5.0중량%, 및 D)잔량의 물을 포함하며, 상기 B)무기산은 인산인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 액정표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
  3. 조성물 총 중량에 대하여, A)함불소 화합물 0.1 내지 10.0중량%, B)무기산 2.0 내지 10.0중량%, C)아졸계 화합물 0.01 내지 5.0중량%, 및 D)잔량의 물을 포함하며, 상기 B)무기산은 인산인 것을 특징으로 하는 실리콘 질화막의 식각액 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 A)함불소 화합물은 HF, NaF, NH4F, NH4BF4, NH4FHF, KF, KHF2, AlF3 및 HBF4로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 실리콘 질화막의 식각액 조성물.
  5. 삭제
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 C)아졸계 화합물은 벤조트리아졸계 화합물, 아미노테트라졸계 화합물, 이미다졸계 화합물, 인돌계 화합물, 푸린계 화합물, 피라졸계 화합물, 피리딘계 화합물, 피리미딘계 화합물, 피롤계 화합물, 피롤리딘계 화합물 및 피롤린계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 실리콘 질화막의 식각액 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 아미노테트라졸계 화합물은 아미노테트라졸, 5-아미노-1-페닐테트라졸, 5-아미노-1(1-나프틸)테트라졸, 1-메틸-5-아미노테트라졸 또는 1,5-디아미노테트라졸인 것을 특징으로 하는 실리콘 질화막의 식각액 조성물.
  8. 청구항 3의 식각액 조성물을 사용하여 식각된 실리콘 질화막을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판.
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