KR102362556B1 - 인듐 산화막용 식각 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인듐 산화막용 식각 조성물로서, 질산, 고리형 아민 화합물, 불소 함유 화합물 및 히드록실아민 화합물을 포함하고, 상기 히드록실아민 화합물은 조성물의 전체 중량에 대해 0.1 내지 5.0 중량%의 양으로 포함되는 식각 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 식각 조성물은 액정표시장치용 어레이 기판의 화소 전극으로 사용되는 인듐 산화막의 식각 시에 처리매수가 증가하여도 식각 균일성을 유지함으로써, 액정표시장치의 구동 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

인듐 산화막용 식각 조성물 {Composition for Etching Indium Oxide Layer}
본 발명은 인듐 산화막용 식각 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인듐 산화막의 처리매수가 증가하여도 식각 균일성을 유지할 수 있는 식각 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 표시 패널은 화소를 구동하기 위한 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터가 형성된 표시 기판을 포함한다. 상기 표시 기판은 다수의 금속 패턴들을 포함하고, 상기 금속 패턴들은 주로 포토리소그래피(photolithography) 방식을 통해 형성된다. 상기 포토리소그래피 방식은 기판에 형성된 식각 대상이 되는 금속막 상에 포토레지스트막을 형성하고, 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 방지막으로 이용하고 식각액으로 상기 금속막을 식각함으로써 상기 금속막을 패터닝할 수 있는 공정이다.
액정표시장치용 어레이 기판의 화소(pixel) 전극에는 투명한 광학적 특성을 가지면서 전기 전도도가 높은 물질로 구성된 투명 도전막이 사용되며, 상기 투명 도전막으로는 주로 인듐아연산화물(IZO) 또는 인듐주석산화물(ITO)의 인듐 산화막이 사용된다.
상기 인듐 산화막의 식각 용액으로는 염산 및 질산의 혼합 수용액(왕수, HCl+CH3COOH+HNO3), 염산 제2철(III)의 수용액(FeCl3/HCl), 옥살산 수용액 등의 습식 식각액이 사용되어 왔다(대한민국 공개특허 제10-2010-0053175호 참조).
이중에서, 상기 염산계 수용액은 가격은 저렴하나 패턴의 측면이 더 빨리 식각되어 프로파일(profile)이 불량하며, 하부 금속에 화학적 어택(attack)을 발생시킬 수 있다. 한편, 옥살산 수용액은 안정된 식각 특성은 제공할 수 있으나 인듐 산화막의 패턴 주위에 잔사가 발생하기 쉬우며, 저온에서 옥살산의 용해도가 낮아 석출물이 발생되어 식각 장비의 고장을 유발할 수 있다
따라서, 인듐 산화막을 보다 효율적으로 식각할 수 있는 식각 조성물의 개발이 지속적으로 요구되고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2010-0053175호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 한 목적은 인듐 산화막의 식각 성능을 개선할 수 있는 식각 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 식각 조성물을 이용하여 형성된 화소 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 화소 전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판을 제공하는 것이다.
한편으로, 본 발명은 인듐 산화막용 식각 조성물로서, 질산, 고리형 아민 화합물, 불소 함유 화합물 및 히드록실아민 화합물을 포함하고, 상기 히드록실아민 화합물은 조성물의 전체 중량에 대해 0.1 내지 5.0 중량%의 양으로 포함되는 식각 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 인듐 산화막은 인듐아연산화물(IZO), 인듐주석산화물(ITO) 또는 이들의 혼합물로 형성된 금속막일 수 있으며, 또한 그 위에 형성된 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금막을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 식각 조성물은 조성물 전체 중량에 대하여 질산 3 내지 30 중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 10 중량%, 불소 함유 화합물 0.01 내지 5.0 중량% 및 히드록실아민 화합물 0.1 내지 5.0 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 히드록실아민 화합물은 히드록실아민(hydroxylamine), 히드록실아민-o-설폰산(hydroxylamine-o-sulfonic acid), 히드록실아민 설페이트(hydroxylamine sulfate), N,N-디에틸히드록실아민(N,N-diethylhydroxylamine), N-메틸히드록실아민(N-methylhydroxylamine), N,N-디벤질히드록실아민(N,N-dibenzylhydroxylamine) 및 N,N,O-트리아세틸히드록실아민(N,N,O-triacetylhydroxylamine)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은 상기 식각 조성물을 이용하여 형성되는 화소 전극을 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명은 상기 화소 전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.
본 발명에 따른 식각 조성물은 액정표시장치용 어레이 기판의 화소 전극으로 사용되는 인듐 산화막의 식각 시에 처리매수가 증가하여도 식각 균일성을 유지함으로써, 액정표시장치의 구동 특성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태는 인듐 산화막용 식각 조성물로서, 질산(A), 고리형 아민 화합물(B), 불소 함유 화합물(C) 및 히드록실아민 화합물(D)을 포함하고, 상기 히드록실아민 화합물은 조성물의 전체 중량에 대해 0.1 내지 5.0 중량%의 양으로 포함되는 식각 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 인듐 산화막은 막의 구성성분 중에 인듐 산화물이 포함되는 것으로서, 인듐 산화물의 단일막으로 형성되거나, 인듐 산화막 및 그 위에 형성된 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금막을 추가로 포함하는 다층막의 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 인듐 산화물은 인듐아연산화물(IZO), 인듐주석산화물(ITO) 또는 이들의 혼합물일 수 있고, 상기 합금막은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 네오디늄(Nd)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 금속과의 합금을 의미한다.
특히, 본 발명의 식각액 조성물은 인듐산화막과 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금막을 포함하는 다층막에 적용될 수 있다.
상기 인듐 산화막은 그 두께가 50 내지 500 Å의 범위일 수 있고, 상기 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금막은 그 두께가 50 내지 500 Å의 범위일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시형태에 따른 식각 조성물의 구성성분들에 대해 보다 상세히 설명한다.
질산(A)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 질산(A)은 인듐 산화막에 대해 우수한 식각 성능을 나타내는 주산화제로서, 인듐 산화막에 대한 식각 속도가 빨라 화소 전극의 제조시에 요구되는 큰 사이드 에치, 예컨대 0.3㎛ 이상의 사이드 에치를 확보할 수 있다.
상기 질산은 조성물 전체 중량에 대하여 3 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 20 중량%로 포함될 수 있다. 상기 질산의 함량이 3 중량% 미만인 경우, 인듐 산화막의 식각 속도가 느려질 수 있고, 30 중량%를 초과할 경우에는 하부 및 인접 금속에 화학적 어택(attack)을 발생시킬 수 있으며 과도한 식각 속도로 인해 공정 컨트롤이 어려울 수 있다.
고리형 아민 화합물(B)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 고리형 아민 화합물(B)은 화소 전극과 접촉하게 되는 구리 배선에 대한 화학적 어택을 최소화하는 역할을 한다.
상기 고리형 아민 화합물로는 트리아졸(triazole), 벤조트리아졸(benzotriazole), 테트라졸(tetrazole), 이미다졸(imidazole), 인돌(indole), 푸린(purine), 피라졸(pyrazole), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 피롤(pyrrole), 피롤리딘(pyrrolidine) 및 피롤린(pyrroline)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 사용될 수 있으며, 구체적으로 벤조트리아졸이 사용될 수 있다.
상기 고리형 아민 화합물은 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2.0중량%로 포함될 수 있다. 상기 고리형 아민 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 구리 배선에 대한 어택이 발생할 수 있고, 10 중량%를 초과할 경우 인듐 산화막의 식각 속도가 떨어질 수 있다.
불소 함유 화합물(C)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 불소 함유 화합물(C)은 물에 해리되어 불소 이온을 발생시키는 화합물로서, 인듐 산화막의 식각 시에 잔사를 제거하는 역할을 한다.
상기 불소 함유 화합물은 용액 내에서 플루오르 이온 또는 다원자 플루오르 이온을 발생시킬 수 있다면 특별히 한정하지 않는다. 구체적으로, 상기 불소 함유 화합물은 불화암모늄(ammonium fluoride: NH4F), 불화나트륨(sodium fluoride: NaF), 불화칼륨(potassium fluoride: KF), 중불화암모늄(ammonium bifluoride: NH4F·HF), 중불화나트륨(sodium bifluoride: NaF·HF) 및 중불화칼륨(potassium bifluoride: KF·HF)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 이중에서 중불화암모늄(ammonium bifluoride: NH4F·HF)이 바람직하다.
상기 불소 함유 화합물은 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 5.0 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 2.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 불소 함유 화합물의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 인듐 산화막 식각시 잔사가 발생될 수 있고, 5.0 중량%를 초과할 경우 하부에 존재하는 유리 기판 및 실리콘층까지 식각하는 손상을 일으킬 수 있다.
히드록실아민 화합물(D)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 히드록실아민 화합물(D)은 금속의 킬레이트제로 작용한다. 즉, 상기 질산에 의해 산화된 금속 이온들과 킬레이트를 형성하여 비활성화시킴으로써, 금속 이온에 대한 부반응 발생을 방지하고, 그 결과 반복되는 식각 공정에도 식각 성능을 유지할 수 있어 식각액의 최대 처리매수를 향상시킬 수 있다. 따라서, 금속 이온의 농도가 증가하여도 사이드 에치의 변화량을 감소시킴으로써 식각 균일성을 유지할 수 있다.
상기 히드록실아민 화합물은 히드록실아민(hydroxylamine), 히드록실아민-o-설폰산(hydroxylamine-o-sulfonic acid), 히드록실아민 설페이트(hydroxylamine sulfate), N,N-디에틸히드록실아민(N,N-diethylhydroxylamine), N-메틸히드록실아민(N-methylhydroxylamine), N,N-디벤질히드록실아민(N,N-dibenzylhydroxylamine) 및 N,N,O-트리아세틸히드록실아민(N,N,O-triacetylhydroxylamine)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 이중에서 N,N-디벤질히드록실아민(N,N-dibenzylhydroxylamine)이 바람직하다.
상기 히드록실아민 화합물은 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5.0 중량, 바람직하게는 0.3 내지 3.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 처리매수 증가시 사이드 에치 변화량이 증가하고, 5.0 중량%를 초과할 경우 식각 속도가 너무 느려져 공정 시간이 길어짐으로써 생산량이 감소할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시형태에 따른 식각 조성물은 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다. 본 발명에서, 상기 물은 특별히 한정하지 않으나, 탈이온수가 바람직하고, 물 속에 이온이 제거된 정도를 보여주는 물의 비저항값이 18㏁·cm 이상인 탈이온수가 보다 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 식각 조성물은 상기한 성분들 이외에도, 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 첨가제, 예를 들어 금속 이온 봉쇄제, 부식 방지제 등을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 상술한 식각 조성물을 이용하여 형성된 화소 전극에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 화소 전극은 상술한 식각 조성물을 이용하여 당해 분야에 통상적으로 알려진 식각 공정, 예컨대 기판상에 스퍼터링 등의 방법으로 인듐 산화막을 형성하는 단계; 상기 인듐 산화막 상에 포토레지스트 막을 형성한 후 패턴화하는 단계; 및 상술한 식각 조성물을 이용하여 상기 인듐 산화막을 식각하는 단계를 포함하는 식각 공정을 수행함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 상술한 화소 전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판에 관한 것이다. 일례로, 본 발명의 액정표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(thin film transistor) 어레이 기판일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 액정표시장치용 어레이 기판은 당해 분야의 통상적인 공정, 예컨대 a) 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; b) 상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계; c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층(n+a-Si:H 및 a-Si:G)을 형성하는 단계; d) 상기 반도체층 상에 소스/드레인 전극을 형성하는 단계; 및 e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하는 공정에 있어서, 상기 e) 단계에서 인듐 산화막을 형성하고 상술한 식각 조성물로 상기 인듐 산화막을 식각하여 화소 전극을 형성함으로써 제조될 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3:
하기 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 혼합하여 식각 조성물 180㎏을 제조하였다(단위: 중량%).
질산 고리형 아민 화합물
(벤조트리아졸)		 불소 함유 화합물
(중불화암모늄)		 히드록실아민 화합물 물
실시예 1 8 1.0 0.1 1.0 잔량
2 15 1.5 0.1 0.2 잔량
3 10 0.7 1.0 2.0 잔량
비교예 1 15 1.5 0.1 0 잔량
2 15 1.5 0.1 0.05 잔량
3 15 1.5 0.1 6.0 잔량
히드록실아민 화합물: N,N-디벤질히드록실아민(N,N-dibenzylhydroxylamine)
실험예 1:
제조된 식각 조성물의 식각 성능을 평가하기 위하여, 유리 기판(100㎜×100㎜) 상에 인듐주석산화막(ITO) 400Å 및 몰리브덴-티타늄(Mo-Ti) 합금막 100Å을 순차적으로 형성한 다음, 포토리소그래피 공정을 진행하여 패턴을 형성하였다.
이때 식각 공정은 분사식 식각 방식의 실험장비(ETCHER(TFT), SEMES사)를 이용하였고, 식각 공정시 식각 조성물의 온도는 약 35℃ 내외로 하였다. 식각 시간은 50 내지 100초 정도로 진행하였다.
식각 후, Mo-Ti/ITO 금속막의 식각 단면을 SEM(S-4700, Hitachi사)을 사용하여 관찰하였다. 사이드 에치로서 식각 후 형성된 패턴에서 포토레지스트의 끝단과 금속 끝단 사이의 거리(㎛)를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구 분 0ppm
(Mo-Ti 0 +ITO 0)		 1000ppm
(Mo-Ti 500 +ITO 500)		 2000ppm
(Mo-Ti 1000 +ITO 1000)
실시예 1 0.45㎛ 0.44㎛ 0.44㎛
2 0.42㎛ 0.42㎛ 0.41
3 0.39㎛ 0.38㎛ 0.39㎛
비교예 1 0.49㎛ 0.42㎛ 0.20㎛
2 0.45㎛ 0.35㎛ 0.20㎛
3 0.20㎛ 0.14㎛ 0.02㎛
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 식각 조성물은 히드록실아민 화합물을 소정의 함량으로 포함함에 따라, 비교예 1 내지 3 경우에 비해, 금속의 농도, 즉 처리매수가 증가하여도 사이드 에치의 변화량이 ±0.05㎛의 수준으로 작아 식각 균일성을 유지하였다. 그러므로, 본 발명의 식각 조성물은 액정표시장치용 어레이 기판의 화소 전극의 제조에 사용되어 액정표시장치의 구동 특성을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 인듐 산화막과, 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금막을 포함하는 다층막용 식각 조성물로서,
    조성물 전체 중량에 대하여 질산 3 내지 30 중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 10 중량%, 불소 함유 화합물 0.01 내지 5.0 중량% 및 히드록실아민 화합물 0.1 내지 5.0 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함하는 식각 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인듐 산화막은 인듐아연산화물(IZO), 인듐주석산화물(ITO) 또는 이들의 혼합물로 형성된 금속막인 식각 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 히드록실아민 화합물은 히드록실아민(hydroxylamine), 히드록실아민-o-설폰산(hydroxylamine-o-sulfonic acid), 히드록실아민 설페이트(hydroxylamine sulfate), N,N-디에틸히드록실아민(N,N-diethylhydroxylamine), N-메틸히드록실아민(N-methylhydroxylamine), N,N-디벤질히드록실아민(N,N-dibenzylhydroxylamine) 및 N,N,O-트리아세틸히드록실아민(N,N,O-triacetylhydroxylamine)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 식각 조성물.
  6. 제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 식각 조성물을 이용하여 형성되는 화소 전극.
  7. 제6항에 따른 화소 전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판.
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