KR102012426B1 - 표시장치용 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents
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- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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-
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Abstract
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여 (A)과산화수소(H2O2) 5 내지 30 중량%, (B)불소화합물 0.01 내지 3 중량%, (C) 5-(탄소수 1 내지 5의 알킬)- 1H-테트라졸 0.01 내지 3 중량%, (D)한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5 중량%, (E)황산염 화합물 0.05 내지 1 중량%, (F)다가알코올형 계면활성제 1 내지 5 중량%, 및 (G)잔량의 물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물 및 상기 식각액 조성물을 사용하는 표시장치용 어레이 기판의 제조방법 및 식각방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
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.
이러한 반도체 장치에서, 최근 금속배선의 저항이 주요한 관심사로 떠오르고 있다. 왜냐하면 저항이 RC 신호지연을 유발하는 주요한 인자이므로, 특히 TFT-LCD(thin film transistor-liquid crystal display)의 경우 패널크기 증가와 고해상도 실현이 기술개발에 관건이 되고 있기 때문이다. 따라서, TFT-LCD의 대형화에 필수적으로 요구되는 RC 신호지연의 감소를 실현하기 위해서는, 저저항의 물질개발이 필수적이다. 따라서, 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 LCD 에 사용되는 게이트 및 데이터 배선 등으로 이용하기 어려운 실정이다.
이와 같은 배경하에서, 새로운 저저항 금속막으로서 구리막 및 구리 몰리브덴막 등의 구리계 금속막 및 이의 식각액 조성물에 대한 관심이 높다. 하지만, 구리계 금속막에 대한 식각액 조성물의 경우 현재 여러 종류가 사용되고 있으나, 사용자가 요구하는 성능을 충족시키지 못하고 있는 실정이다. 일례로 한국공개특허 제10-2010-0090538호에서는 일정 함량의 과산화수소, 유기산, 인산염 화합물, 수용성 시클릭 아민 화합물, 한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물, 함불소 화합물, 다가알코올형 계면활성제, 및 물을 포함하는 구리계 금속막의 식각액 조성물을 개시하고 있으나, 후막 금속층(Cu) 식각 시 사이드 에칭 조절 및 처리매수에 따른 식각속도 유지면에서 한계를 가지고 있다.
본 발명은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 표시장치용 어레이 기판 제조 시에 구리계 금속막을 일괄 식각할 수 있으면서도 후막(Cu) 금속층 식각시 사이드에치 및 테이퍼앵글의 조절이 가능하며, 처리매수에 따른 식각속도를 유지할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 식각 프로파일 및 직진성이 우수하며, 스탭커버리지 불량 및 식각잔사의 발생도 방지되는 금속막 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은,
(a) 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
(b) 상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
(c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;
(d) 상기 반도체층상에 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 드레인전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며;
상기 (a)단계 또는 (d)단계 중 하나 이상은 상기 기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계, 및 상기 형성된 구리계 금속막을 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 (A)과산화수소(H2O2) 5 내지 30 중량%, (B)불소화합물 0.01 내지 3 중량%, (C) 5-(탄소수 1 내지 5의 알킬)- 1H-테트라졸 0.01 내지 3 중량%, (D)한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5 중량%, (E)황산염 화합물 0.05 내지 1 중량%, (F)다가알코올형 계면활성제 1 내지 5 중량%, 및 (G)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
조성물 총 중량에 대하여 (A)과산화수소(H2O2) 5 내지 30 중량%, (B)불소화합물 0.01 내지 3 중량%, (C) 5-(탄소수 1 내지 5의 알킬)- 1H-테트라졸 0.01 내지 3 중량%, (D)한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5 중량%, (E)황산염 화합물 0.05 내지 1 중량%, (F)다가알코올형 계면활성제 1 내지 5 중량%, 및 (G)잔량의 물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
(a) 기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계;
(b) 상기에서 형성된 막 상에 선택적으로 광반응물질을 남기는 단계; 및
(c) 상기 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 상기에서 형성된 막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식각방법을 제공한다.
본 발명의 구리계 금속막 식각액 조성물은 구리계 금속막을 일괄 식각할 수 있으면서도 후막(Cu) 금속층 식각시 사이드에치, 테이퍼앵글의 조절이 가능하며, 처리매수에 따른 식각속도를 유지할 수 있다. 또한, 식각시에 우수한 식각 프로파일 및 직진성을 제공하며, 스텝커버리지 불량 및 식각잔사의 발생도 효과적으로 방지한다.
본 발명은,
조성물 총 중량에 대하여 (A)과산화수소(H2O2) 5 내지 30 중량%, (B)불소화합물 0.01 내지 3 중량%, (C) 5-(탄소수 1 내지 5의 알킬)- 1H-테트라졸 0.01 내지 3 중량%, (D)한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5 중량%, (E)황산염 화합물 0.05 내지 1 중량%, (F)다가알코올형 계면활성제 1 내지 5 중량%, 및 (G)잔량의 물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서, 상기 구리계 금속막은 구리 또는 구리 합금의 단일막; 또는 몰리브덴막, 몰리브덴 합금막, 티타늄막 및 티타늄 합금막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 막과 구리막 및 구리 합금막 중에서 선택되는 하나 이상의 막을 포함하는 다층막일 수 있으며, 상기 합금막이라 함은 질화막 또는 산화막을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 다층막은 구리/몰리브덴막, 구리/몰리브덴 합금막, 구리 합금/몰리브덴 합금막, 구리/티타늄막 등의 2중막, 또는 3중막을 들 수 있다. 상기 구리/몰리브덴막은 몰리브덴층과 상기 몰리브덴층 상에 형성된 구리층을 포함하는 것을 의미하며, 상기 구리/몰리브덴 합금막은 몰리브덴 합금층과 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리층을 포함하는 것을 의미하고, 구리 합금/몰리브덴 합금막은 몰리브덴 합금층과 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리 합금층을 포함하는 것을 의미하며, 상기 구리/티타늄막은 티타늄층과 상기 티타늄층 상에 형성된 구리층을 포함하는 것을 의미한다.
또한, 상기 몰리브덴 합금층은 예컨대, 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 네오디늄(Nd), 및 인듐(In)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속과 몰리브덴의 합금으로 이루어진 층을 의미한다.
본 발명에서 구리계 후막 금속막은 두께가 최소 5000Å 이상 되는 금속막으로서 박막과 차별된다. 후막의 경우 기존의 식각액으로 식각하는 경우 부식속도가 느리므로 Process Time이 증가하게 된다. 따라서 기존 식각액 대비 빠른 부식속도(150Å/sec 이상)가 요구되므로 기존의 식각액의 적용이 어렵다. 또한 후막의 특성상 테이퍼앵글(Taper Angle)이 높을 경우(Taper Angle 60° 이상) 후속 공정 진행시 스탭커버리지(Step Coverage) 불량이 발생할 수 있으므로 테이퍼앵글을 낮게 조절하는 것이 필수적인데 기존 식각액의 경우 테이퍼앵글이 높게 형성되므로 후막에 적용하기가 어렵다.
이하, 본 발명의 식각액 조성물의 구성을 상세히 설명한다.
(A) 과산화수소(
H
2
O
2
)
상기 과산화수소(H2O2)는 몰리브덴층과 상기 몰리브덴층 상에 형성된 구리층을 포함하는 구리 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금층과 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리층을 포함하는 구리 몰리브덴 합금막을 포함하는 구리계 금속막의 식각에 영향을 주는 주산화제이다.
상기 과산화수소는 조성물 총 중량에 대하여, 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 15 내지 26 중량%, 더욱 바람직하게는 18.0 내지 24.0 중량%로 포함된다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 구리계 금속막의 식각력이 부족하여 충분한 식각이 이루어지지 않을 수 있으며, 상술한 범위를 초과하여 포함될 경우, 구리 이온 증가에 따른 발열 안정성이 크게 저하된다.
(B)
함불소화합물
상기 함불소화합물은 물에 해리되어 플루오르(F)이온을 낼 수 있는 화합물을 의미한다. 상기 불소화합물은 몰리브덴 합금막을 포함하는 몰리브덴계 금속막의 식각 속도에 영향을 주는 보조산화제이며, 몰리브덴계 금속막의 식각 속도를 조절한다.
상기 불소화합물은 조성물 총 중량에 대하여, 0.01 내지 3 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 1 중량%로 포함된다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 몰리브덴계 금속막의 식각 속도가 느려지며, 상술한 범위를 초과하여 포함되면, 몰리브덴계 금속막의 식각 성능은 향상되지만, 식각 속도가 전체적으로 빨라지기 때문에 언더컷 현상이나 하부층(n+a-Si:H, a-Si:G 등의 반도체층; AxByCzO 등의 산화물반도체층(식 중, A, B 및 C는 각각 아연(Zn), 티타늄(Ti), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 및 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 군에서 선택되는 금속이고, x, y 및 z는 0 이상임); 등)의 식각 Damage가 크게 나타난다.
상기 함불소화합물은 이 분야에서 공지된 물질로서 용액 내에서 플루오르 이온 혹은 다원자 플루오르 이온으로 해리될 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 대표적인 예로는 불산(hydrofluoric acid, HF), 불화암모늄(ammonium fluoride: NH4F), 불화나트륨(sodium fluoride: NaF), 불화칼륨(potassium fluoride: KF), 중불화암모늄(ammonium bifluoride: NH4F·HF), 중불화나트륨(sodium bifluoride: NaF·HF), 중불화칼륨(potassium bifluoride, KF·HF), 불화붕소산(fluoroboric acid, HBF4), 불화알루미늄(aluminium fluoride, AlF3), 불화칼슘(calcium fluoride, CaF2), 규불화수소산(Hydrofluorosilicic Acid, H2SiF6) 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다. 특히, 중불화암모늄(ammonium bifluoride: NH4F·HF)이 바람직하게 사용될 수 있다.
(C)
5-(
탄소수
1 내지 5의
알킬
)- 1H-
테트라졸
상기 5-(탄소수 1 내지 5의 알킬)- 1H-테트라졸은 구리계 금속막의 식각 속도를 조절하며 패턴의 시디로스(CD Loss)를 줄여주어 공정상의 마진을 높이는 역할을 한다.
상기 5-(탄소수 1 내지 5의 알킬)- 1H-테트라졸은 조성물 총 중량에 대하여, 0.01 내지 3 중량%로 포함되며, 바람직하게는 0.05 내지 2 중량%로 포함되고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1.5 중량%로 포함된다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 과식각 및 처리매수에 따른 Etch Profile 변동이 크게 나타난다. 상술함 범위 초과하는 경우, 구리의 식각속도가 너무 느려지기 때문에 공정시간 손실이 있을수 있다.
상기 5-(탄소수 1 내지 5의 알킬)- 1H-테트라졸로는 5-메틸- 1H-테트라졸, 5-에틸- 1H-테트라졸, 5-프로필- 1H-테트라졸, 5-부틸- 1H-테트라졸 등을 들수 있으며, 특히 바람직한 것으로는 5-메틸- 1H-테트라졸을 들 수 있다.
(D) 한 분자 내에
질소원자와
카르복실기를 갖는 수용성 화합물
상기 한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물은 식각액 조성물의 보관 시 발생할 수 있는 과산화수소수의 자체 분해 반응을 막아주고 많은 수의 기판을 식각할 때 식각 특성이 변하는 것을 방지한다. 일반적으로 과산화수소수를 사용하는 식각액 조성물의 경우 보관시 과산화수소수가 자체 분해하여 그 보관기간이 길지가 못하고 용기가 폭발할 수 있는 위험요소까지 갖고 있다. 그러나 한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물이 포함될 경우 과산화수소수의 분해 속도가 10배 가까이 줄어들어 보관기간 및 안정성 확보에 유리하다. 특히 구리층의 경우 식각액 조성물 내에 구리 이온이 다량 잔존할 경우에 패시베이션(passivation) 막을 형성하여 까맣게 산화된 후 더 이상 식각되지 않는 경우가 많이 발생할 수 있으나 이 화합물을 첨가하였을 경우 이런 현상을 막을 수 있다.
상기 한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물의 함량은 0.5 내지 5 중량%로 포함되고, 바람직하게는 1.0 내지 3 중량%로 포함될 수 있다. 상술한 범위 미만으로 포함되는 경우, 다량의 기판(약 500매)의 식각 후에는 패시베이션 막이 형성되어 충분한 공정 마진을 얻기가 어려워지며, 상술한 범위를 초과할 경우, 몰리브덴 또는 몰리브덴합금의 식각속도가 느려지므로 구리 몰리브덴막 또는 구리 몰리브덴합금막의 경우 몰리브덴 또는 몰리브덴합금막의 잔사 문제가 발생할수 있다.
상기 한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물로는 알라닌(alanine), 아미노부티르산 (aminobutyric acid), 글루탐산(glutamic acid), 글리신(glycine), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid), 및 사르코신(sarcosine)등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용될 수 있다. 특히, 이 성분들 중에서 이미노디아세트산(iminodiacetic acid)이 가장 바람직하게 사용될 수 있다.
E) 황산염 화합물
상기 황산염은 Cu 표면의 산화전위를 조절하여 구리막의 식각속도를 증가시켜주는 성분이다. 만약 상기 황산염 화합물이 본 발명의 식각액 조성물에 존재하지 않으면 식각속도가 매우 낮아 식각프로파일이 불량하게 될 수 있다.
상기 황산염 화합물의 함량은 조성물 총 중량에 대하여 0.05 내지 1.0 중량%로 포함되고, 특히 바람직하게는 0.1 내지 0.5 중량%이다. 상술함 범위 미만으로 포함될 경우, 식각속도가 매우 낮아 식각프로파일 불량 및 공정타임 손실이 발생할 수 있으며, 상술한 범위를 초과하여 포함될 경우에는 구리 또는 구리합금막의 식각속도가 너무 빨라지거나 테이퍼 앵글이 너무 높아져 Step coverage 불량에 취약해지므로 후막 적용에 어려움이 있다.
상기 황산염으로는 황산암모늄, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘 및 황산리튬 등을 들 수 있다.
(F)
다가알코올형
계면활성제
상기 다가알코올형 계면활성제는 표면장력을 저하시켜 식각의 균일성을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 다가알코올형 계면활성제는 구리막을 식각한 후 식각액에 녹아져 나오는 구리 이온을 둘러 쌈으로서 구리이온의 활동도를 억제하여 과산화수소의 분해 반응을 억제한다. 이렇게 구리 이온의 활동도를 낮추게 되면 식각액을 사용하는 동안 안정적으로 공정을 진행 할 수 있다.
상기 다가알코올형 계면활성제는 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 5 중량%로 포함되며, 바람직하게는 1.5 내지 3 중량%로 포함된다. 상술한 범위 미만으로 포함되는 경우 식각 균일성이 저하되고 과산화수소의 분해가 가속화 되는 문제점이 생길 수 있으며, 상술한 범위를 초과하면 거품이 많이 발생되는 단점이 야기된다.
상기 다가알코올형 계면활성제로는 글리세롤(glycerol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol) 및 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)등을 들 수 있으며, 이들 중에서도 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol)이 가장 바람직하다.
(E) 물
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 물은 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량 포함된다. 본 발명의 식각액 조성물 중 물은 식각액 조성물을 희석시키는 역할을 한다. 상기 물은 특별히 한정하지 않으나, 탈이온수를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 물은 물속에 이온이 제거된 정도를 보여주는 물의 비저항 값이 18㏁·㎝ 이상인 탈이온수를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 과산화수소(H2O2), 함불소화합물, 아졸화합물, 화학식 1의 화합물 및 잔량의 물은 반도체 공정용으로 사용가능 한 순도의 것을 사용하는 것이 바람직하며, 시판되는 것을 사용하거나, 공업용 등급을 당업계에 통상적으로 공지된 방법에 따라 정제하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 식각액 조성물에는 전술한 성분 이외에 통상의 첨가제를 더 첨가할 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 식각액 조성물은 계면 활성제, 금속 이온 봉쇄제 및 부식 방지제 중 선택되는 어느 하나 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
계면 활성제는 표면장력을 저하시켜 식각의 균일성을 증가시키는 역할을 한다. 이러한 계면 활성제로는 식각액에 견딜 수 있고 상용성이 있는 형태의 계면 활성제가 바람직하다. 그 예로는 임의의 음이온성, 양이온성, 양쪽 이온성 또는 비이온성 계면 활성제 등을 들 수 있다. 또한, 계면 활성제로서 불소계 계면 활성제를 사용할 수 있다.
상기 첨가제는 이에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 하기 위하여, 당업계에 공지되어 있는 여러 다른 첨가제들을 선택하여 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명은
(a) 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
(b) 상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
(c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;
(d) 상기 반도체층상에 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 드레인전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며;
상기 (a)단계 또는 (d)단계 중 하나 이상은 상기 기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계, 및 상기 형성된 구리계 금속막을 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 (A)과산화수소(H2O2) 5 내지 30 중량%, (B)불소화합물 0.01 내지 3 중량%, (C) 5-(탄소수 1 내지 5의 알킬)- 1H-테트라졸 0.01 내지 3 중량%, (D)한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5 중량%, (E)황산염 화합물 0.05 내지 1 중량%, (F)다가알코올형 계면활성제 1 내지 5 중량%, 및 (G)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
상기 표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판일 수 있다.
상기 반도체층은 n+a-Si:H, a-Si:G 등으로 형성되거나, AxByCzO 등의 산화물반도체로 형성될 수 있다(상기 식 중, A, B 및 C는 각각 아연(Zn), 티타늄(Ti), 카드뮴(Cd), 갈륨(Ga), 인듐(In), 주석(Sn), 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr) 및 탄탈륨(Ta)으로 이루어진 군에서 선택되는 금속이고, x, y 및 z는 0 이상임).
상기 어레이 기판의 제조방법에서 각 단계의 공정은 이 분야에 공지된 방법에 의해 수행될 수 있다.
상기에서 구리계 금속막은 상기에서 기술된 것과 동일하다.
또한, 본 발명은
(a) 기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계;
(b) 상기에서 형성된 막 상에 선택적으로 광반응물질을 남기는 단계; 및
(c) 상기 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 상기에서 형성된 막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식각방법에 관한 것이다.
상기에서 구리계 금속막은 상기에서 기술된 것과 동일하다.
상기 식각방법의 각 단계의 공정은 이 분야에 공지된 방법에 의해 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
실시예
1 내지 9 및
비교예
1 내지 5:
식각액
조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 조성에 따라 식각액 조성물 180㎏을 제조하였다.
| 구 분 | H2O2 | ABF | 5-MTZ | IDA | AS | NHP | TEG | 5-ATZ | 물 |
| 실시예1 | 18 | 1.0 | 0.05 | 1.0 | 0.1 | - | 1.5 | 잔량 | |
| 실시예2 | 20 | 0.5 | 0.10 | 1.7 | 0.2 | - | 2.0 | 잔량 | |
| 실시예3 | 22 | 0.1 | 0.15 | 2.3 | 0.3 | - | 2.5 | 잔량 | |
| 실시예4 | 24 | 0.05 | 0.20 | 3.0 | 0.5 | - | 3.0 | 잔량 | |
| 실시예5 | 15 | 0.1 | 0.05 | 2.0 | 0.5 | 2.0 | 잔량 | ||
| 실시예6 | 5 | 0.5 | 0.05 | 2.0 | 0.5 | 2.0 | 잔량 | ||
| 실시예7 | 20 | 0.1 | 0.01 | 2.0 | 0.5 | 2.0 | 잔량 | ||
| 실시예8 | 23 | 0.1 | 1.5 | 2.0 | 0.5 | 2.0 | 잔량 | ||
| 실시예9 | 23 | 0.1 | 2 | 2.0 | 0.5 | 2.0 | 잔량 | ||
| 비교예1 | 22 | 0.1 | - | 2.3 | 0.3 | - | 2.5 | 잔량 | |
| 비교예2 | 22 | 0.1 | 0.15 | 2.3 | - | - | 2.5 | 잔량 | |
| 비교예3 | 22 | 0.1 | - | 2.3 | 0.3 | - | 2.5 | 0.15 | 잔량 |
| 비교예4 | 22 | 0.1 | - | 2.3 | 0.3 | - | 2.5 | 0.50 | 잔량 |
| 비교예5 | 22 | 0.1 | 0.15 | 2.3 | 0.3 | 2.5 | 잔량 |
(단위: 중량%)
(주) ABF: ammonium bifluoride; 5-MTZ: 5-methyltetrazole; AS: ammonium sulfate; TEG: triethyleneglycol; 5-ATZ: 5-aminotetrazole; IDA: iminodiacetic acid; NHP: Sodium Phosphate [Na3HPO4]
시험예
:
식각액
특성평가
실시예 1 내지 9, 비교예 1 내지 5의 식각액 조성물을 각각 사용하여 식각 공정을 실시하였다. 분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사)를 이용하였고, 식각 공정시 식각액 조성물의 온도는 약 33℃ 내외로 하였다. 식각 시간은 식각 온도에 따라서 다를 수 있으나, LCD Etching 공정에서 통상적으로 실시하는 것처럼 50 내지 80초 정도로 진행하였다. 상기 식각 공정에서 식각된 구리계 금속막의 프로파일을 단면 SEM(Hitachi사 제품, 모델명 S-4700)을 사용하여 검사하였고, 결과를 하기 표 2에 기재하였다. 상기 식각공정에서는 Cu/Mo-Ti 5000/100Å의 금속막이 증착된 기판을 사용하였다.
Cu 농도에 따른 Side Etch(㎛) 변화량을 측정하였다. Taper Angle은 Cu 사면의 기울기, Side Etch는 식각 후에 측정된 포토레지스트 끝단과 하부 금속 끝단 사이의 거리를 말한다. Side etch 량이 변화 하면, TFT 구동시 신호 전달 속도가 변화하게 되어 얼룩이 발생 될 수 있기 때문에, Side Etch 변화량은 최소화 되는 것이 바람직하다. 본 평가에서는 Side Etch 변화량이 ±0.1 ㎛, Taper angle 40~60˚ 인 조건이 충족되는 경우에 식각액 조성물을 식각 공정에 계속 사용할 수 있는 것으로 정하고 실험을 실시하였다. 상기 사이드 에치 변화량은 SEM을 이용하여 편측 0.5㎛ 정도에서 줄어들거나 늘어나는 변화량을 측정하여 구하였다.
| 구 분 | 식각 Profile | 식각 직진성 | Side etch 변화량(㎛) |
Taper angle (˚) |
| 실시예1 | ○ | ○ | 0.08 | 43~48 |
| 실시예2 | ○ | ○ | 0.05 | 47~53 |
| 실시예3 | ○ | ○ | 0.03 | 48~55 |
| 실시예4 | ○ | ○ | 0.05 | 50~58 |
| 실시예5 | ○ | ○ | 0.05 | 48~55 |
| 실시예6 | ○ | ○ | 0.09 | 40~45 |
| 실시예7 | ○ | ○ | 0.09 | 50~58 |
| 실시예8 | ○ | ○ | 0.06 | 45~55 |
| 실시예9 | ○ | ○ | 0.09 | 42~47 |
| 비교예1 | X | X | 0.8 | 20~30 |
| 비교예2 | Unetch | Unetch | - | - |
| 비교예3 | ○ | ○ | 0.5 | 50~65 |
| 비교예4 | △ | △ | 0.1 | 45~60 |
| 비교예5 | ○ | ○ | 0.15 | 60~80 |
(주) ○: 좋음, △: 보통, Х: 나쁨, Unetch : 식각불가
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4의 식각액 조성물은 식각 프로파일 및 직진성이 우수하였으며, Mo, Ti 잔사 또한 발생하지 않았다. 또한 Side Etch 변화량도 ±0.1 ㎛의 범위이고, 테이퍼앵글도 40~60˚인 조건을 충족하였다.
반면, 5-MTZ가 포함되지 않는 비교예 1의 경우 식각속도가 매우 빨라 식각프로파일이 매우 불량함을 알수 있었다. 사이드에치 변화량도 매우 크게 나타났으며, 테이퍼앵글도 30도 이하 수준을 나타내었다. 황산염을 포함하지 않은 비교예 2의 경우 구리막의 식각속도가 매우 느려 공정 unetch 현상이 발생하였다. 5-MTZ 대신 5-ATZ를 포함한 비교예 3의 경우 식각프로파일은 우수하였으나, 사이드에치 변화량이 매우 컸으며, 테이퍼앵글도 60도 이상을 나타내었다. 이와 달리 5-ATZ 함량을 높인 비교예4의 경우 사이드에치 변화량 및 테이퍼앵글은 만족하였으나, 느린 구리막 식각속도로 인해 식각 프로파일이 불량하게 나타났다. 황산염 대신 인산염을 포함한 비교예 5의 경우 식각 프로파일과 식각 직진성은 좋으나, Side Etch 변화량이 크고 테이퍼앵글이 높게 형성되는 결과를 나타냈다.
Claims (10)
- (a) 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
(b) 상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
(c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;
(d) 상기 반도체층상에 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 드레인전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며;
상기 (a)단계 또는 (d)단계 중 하나 이상은 상기 기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계, 및 상기 형성된 구리계 금속막을 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 단계를 포함하며,
상기 구리계 금속막은 두께가 5000Å 이상이고,
상기 식각액 조성물은 조성물 총 중량에 대하여 (A)과산화수소(H2O2) 5 내지 30 중량%, (B)불소화합물 0.01 내지 3 중량%, (C)5-(탄소수 1 내지 5의 알킬)- 1H-테트라졸 0.01 내지 3 중량%, (D)한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5 중량%, (E)황산염 화합물 0.05 내지 1 중량%, (F)다가알코올형 계면활성제 1 내지 5 중량%, 및 (G)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 어레이 기판의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판인 것을 특징으로 하는 표시장치용 어레이 기판의 제조방법. - 조성물 총 중량에 대하여 (A)과산화수소(H2O2) 5 내지 30 중량%, (B)불소화합물 0.01 내지 3 중량%, (C) 5-(탄소수 1 내지 5의 알킬)-1H-테트라졸 0.01 내지 3 중량%, (D)한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5 중량%, (E)황산염 화합물 0.05 내지 1 중량%, (F)다가알코올형 계면활성제 1 내지 5 중량%, 및 (G)잔량의 물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물로서,
상기 구리계 금속막은 두께가 5000Å 이상인 것인 구리계 금속막 식각액 조성물. - 청구항 3에 있어서,
상기 (B)불소화합물은 불산(HF), 불화암모늄(NH4F), 불화나트륨(NaF), 불화칼륨(KF), 중불화암모늄(NH4F·HF), 중불화나트륨(NaF·HF) 및 중불화칼륨(KF·HF), 불화붕소산(HBF4), 불화알루미늄(AlF3), 불화칼슘(CaF2), 및 규불화수소산(H2SiF6)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물. - 청구항 3에 있어서,
상기 (D)한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물은 알라닌(alanine), 아미노부티르산(aminobutyric acid), 글루탐산(glutamic acid), 글리신(glycine), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid), 및 사르코신(sarcosine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물. - 청구항 3에 있어서,
상기 (E)황산염 화합물은 황산암모늄, 황산암모늄, 황산나트륨, 황산칼륨, 황산마그네슘 및 황산리튬으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물. - 청구항 3에 있어서,
상기 (F)다가알코올형 계면활성제는 글리세롤(glycerol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol) 및 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물. - 청구항 3에 있어서,
상기 식각액 조성물은 계면활성제, 금속이온 봉쇄제 및 부식방지제 중에서 선택되는 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물. - 청구항 3에 있어서,
상기 구리계 금속막은 구리 또는 구리 합금의 단일막; 또는
몰리브덴막, 몰리브덴 합금막, 티타늄막 및 티타늄 합금막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 막과 구리막 및 구리 합금막 중에서 선택되는 하나 이상의 막을 포함하는 다층막인 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물. - (a) 기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계;
(b) 상기에서 형성된 구리계 금속막 상에 선택적으로 광반응물질을 남기는 단계; 및
(c) 청구항 3의 식각액 조성물을 사용하여 상기에서 형성된 구리계 금속막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식각방법.
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