KR102368027B1 - 금속막 식각액 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법 - Google Patents

금속막 식각액 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은 10중량%를 초과하며 50중량%이하의 유기 산화제, 무기산을 포함하는 식각 증진제 1 내지 10중량%, 식각 개시제 0.5 내지 15중량% 및 여분의 물을 포함하는 금속막 식각액 조성물을 제공한다. 금속막 식각액 조성물을 사용하여 식각 불량이 감소된 도전 패턴을 형성할 수 있다.

Description

금속막 식각액 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법{ETCHANT COMPOSITION FOR ETCHING METAL LAYER AND METHOD OF FORMING CONDUCTIVE PATTERN USING THE SAME}
본 발명은 금속막 식각액 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 산 성분을 포함하는 금속막 식각액 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 반도체 장치 및 디스플레이 장치의 구동 회로 중의 일부로서 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)가 활용되고 있다. TFT는 예를 들면, 유기 발광 디스플레이(OLED) 장치 또는 액정 표시 장치(LCD)의 기판 상에 각 화소마다 배열되며, 화소 전극, 대향 전극, 소스 전극, 드레인 전극, 데이터 라인, 전원 라인 등의 배선 들이 상기 TFT와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 전극 또는 배선을 형성하기 위해, 금속막을 디스플레이 기판 상에 형성하고, 상기 금속막 상에 포토레지스를 형성한 후, 식각액 조성물을 사용하여 상기 금속막을 부분적으로 제거할 수 있다.
배선 저항을 감소시켜 신호 전달 지연을 방지하고, 배선의 내화학성, 안정성을 확보하기 위해 상기 금속막은 서로 다른 화학적 특성을 갖는 이종 금속, 또는 이종의 도전 물질을 포함하는 다층막으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 저저항 특성 구현을 위해 은(Ag) 함유막을 형성하고, 내화학성, 안정성 및 투과도 향상을 위해 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide: ITO)과 같은 투명 도전성 산화물 막이 추가로 형성될 수 있다.
상기 식각액 조성물은 한국등록특허 제10-0579421호에 개시된 바와 같이 인산, 질산, 초산, 황산 등과 같은 무기 계열 강산이 베이스 성분으로 사용된다. 그러나, 무기 계열 강산을 사용하는 경우 이종의 도전막들의 식각율의 차이에 따른 불균일한 식각 프로파일, 과식각(over-etch), 오버행(over-hang) 등의 불량을 야기할 수 있다.
한국등록특허 제10-0579421호
본 발명의 일 과제는 향상된 식각 균일성, 신뢰성 및 식각 속도를 갖는 금속막 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 금속막 식각액 조성물을 사용한 도전 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
1. 조성물 총 중량 중, 20중량%를 초과하며 70중량% 이하의 유기 산화제; 무기산을 포함하는 식각 증진제 1 내지 10중량%; 식각 개시제 0.5 내지 15중량%; 및 여분의 물을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
2. 위 1에 있어서, 상기 유기 산화제는 초산, 메탄술폰산, 글리콜산, 포름산, 말론산, 구연산, 젖산, 말산, 글루콜산, 설파민산, 파라톨루엔술폰산, 이미노디아세트산, 옥살산, 타르타르산 및 아스코르브산으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
3. 위 1에 있어서, 상기 식각 증진제는 질산을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
4. 위 1에 있어서, 상기 식각 개시제는 옥손, 과산화수소, 과황산염 및 과질산염으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
5. 위 1에 있어서, 상기 금속막은 은 함유막을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
6. 위 5에 있어서, 상기 금속막은 투명 도전성 산화막을 더 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
7. 위 6에 있어서, 상기 투명 도전성 산화막은 상기 은 함유막을 사이에 두고 형성된 제1 투명 도전성 산화막 및 제2 투명 도전성 산화막을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
8. 위 6에 있어서, 상기 투명 도전성 산화막은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 인듐 주석아연 산화물(ITZO), 갈륨 아연 산화물(GZO) 및 인듐 갈륨아연 산화물(IGZO)로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
9. 위 1에 있어서, 인산 계열 화합물을 포함하지 않는, 금속막 식각액 조성물.
10. 위 1에 있어서, 조성물 총 중량 중, 상기 유기 산화제 30 내지 70중량%; 상기 식각 증진제 3 내지 7중량%; 상기 식각 개시제 1 내지 12중량%; 및 여분의 물을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
11. 기판 상에 금속막을 형성하는 단계; 및 상기 금속막을 위 1 내지 10 중 어느 하나의 금속막 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 단계를 포함하는, 도전 패턴 형성 방법.
12. 위 11에 있어서, 상기 금속막을 형성하는 단계는 은 함유막을 형성하는 단계를 포함하는, 도전 패턴 형성 방법
13. 위 12에 있어서, 상기 금속막을 형성하는 단계는 투명 도전성 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는, 도전 패턴 형성 방법.
14. 위 11에 있어서, 상기 금속막이 형성된 상기 기판을 틸팅시키는 단계를 더 포함하는, 도전 패턴 형성 방법.
15. 위 11에 있어서, 상기 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계; 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계; 및 상기 화소 전극 상에 표시층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 금속막은 상기 표시층 상에 형성되는, 도전 패턴 형성 방법.
16. 위 15에 있어서, 상기 도전 패턴은 화상 표시 장치의 공통 전극, 반사 전극 또는 배선으로 제공되는, 도전 패턴 형성 방법.
17. 위 15에 있어서, 상기 도전 패턴은 터치 센서의 트레이스 또는 센싱 전극으로 제공되는, 도전 패턴 형성 방법.
전술한 본 발명의 실시예들에 따르는 금속막 식각액 조성물은 베이스 물질로서 유기 산화제를 포함할 수 있다. 따라서, 인산과 같은 강산 사용에 따른 금속막(예를 들면, 은 함유막)의 과식각, 팁(tip) 현상 등을 방지할 수 있다.
또한, 인산, 황산 등과 같은 강산의 함량이 배제 또는 감소됨에 따라 식각 대상막 외에 다른 하부 구조물의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 금속막 식각액 조성물은 식각 개시제를 포함할 수 있고, 이에 따라 유기 산화제를 보조하여 특히, 투명 도전성 산화막의 식각 속도를 개선할 수 있다.
또한, 상기 금속막이 투명 도전성 산화막을 더 포함하는 경우, 상기 유기 산화제가 주 식각제로 사용됨에 따라, 예를 들면 상기 은 함유막 및 투명 도전성 산화막의 식각 속도의 차이가 감소되어 배선 또는 패턴의 프로파일의 연속성, 균일성이 향상될 수 있다.
상기 금속막 식각액 조성물을 사용하여 예를 들면, 화상 표시 장치의 반사 전극과 같은 전극 또는 배선, 터치 센서의 센싱 전극, 트레이스 또는 패드 등을 원하는 종횡비 및 프로파일을 갖도록 형성할 수 있다.
도 1 및 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 도전 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 3은 비교예에 따라 형성된 도전 패턴 형상을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 도전 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따라 제조된 화상 표시 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 6은 일부 예시적인 실시예들에 따라 형성된 터치 센서를 나타내는 개략적인 평면도이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 유기 산화제, 식각 증진제, 식각 개시제 및 물을 포함하는 금속막 식각액 조성물(이하, "식각액 조성물"로 약칭한다)이 제공된다. 또한, 상기 금속막 식각액 조성물을 활용한 도전 패턴 형성방법이 제공된다.
본 출원에 사용되는 용어 "금속막"은 상기 금속 단일막, 및 상기 금속 단일막 및 투명 도전성 산화막의 적층 구조를 포괄하는 용어로 사용된다. 또한, 상기 금속막은 이종의 금속으로 형성된 복수의 금속 단일막들을 포함할 수도 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 금속막은 은 함유막을 포함할 수 있다. 상기 은 함유막은 은 또는 은 합금을 포함하는 막을 지칭할 수 있다. 또한, 상기 은 함유막은 2층 이상의 다층 구조를 포함할 수도 있다.
예를 들면, 상기 은 합금은 네오디늄(Nd), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 니오븀(Nb), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 프로트악티늄(Pa), 티타늄(Ti) 또는 이들의 2 이상의 조합, 및 은(Ag)의 합금; 질소(N), 규소(Si), 탄소(C) 등의 도펀트 원소들이 함유된 은 화합물; 또는 이들의 2 이상의 조합을 포함할 수 있다.
상기 투명 도전성 산화물은 투명 금속 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 투명 금속 산화물은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 인듐 주석아연 산화물(ITZO), 갈륨 아연 산화물(GZO), 인듐 갈륨아연 산화물(IGZO) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하며, 상기 금속막이 은 함유막 및 투명 도전성 산화막을 포함하는 경우를 예로 들어 설명한다. 그러나 이는 바람직한 예시들에 해당되며, 본 발명의 사상 및 범위가 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
< 식각액 조성물>
본 발명의 실시예들에 따른 식각액 조성물에 포함되는 상기 유기 산화제는 금속막 산화 또는 해리를 위한 주 식각제 또는 주 산화제로 포함될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 유기 산화제는 상기 식각액 조성물 중 물을 제외하고 가장 다량으로 포함되는 성분일 수 있다.
상기 유기 산화제는 상기 은 함유막을 산화 또는 해리 시켜 습식 식각 공정을 구현하는 성분으로 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 유기 산화제는 초산, 메탄술폰산, 글리콜산, 포름산, 말론산, 구연산, 젖산, 말산, 글루콜산, 설파민산, 파라톨루엔술폰산, 이미노디아세트산, 옥살산, 타르타르산, 아스코르브산 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 유기 산화제는 적어도 2종의 유기산을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 유기 산화제로서 식각 속도 측면에서 초산 및 글리콜산의 조합을 사용할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 유기 산화제의 함량은 조성물 총 중량 중 약 20중량%를 초과하며 약 70중량% 이하일 수 있다. 상기 유기 산화제의 함량이 약 20중량% 이하인 경우, 충분한 식각 능력이 확보되지 않을 수 있으며 이에 따라 은 잔사, 식각 공정에서의 처리 매수를 감소시킬 수 있다. 상기 유기 산화제의 함량이 약 70중량%를 초과하는 경우, 은 함유막의 과식각이 초래되어 투명 도전성 산화막의 식각 영역에서 팁(tip) 현상이 발생할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 은 함유막 및 투명 도전성 산화막의 균일한 식각 속도를 고려하여 상기 유기 산화제의 함량은 약 30 내지 70중량%로 조절될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 식각액 조성물은 무기산을 포함하는 식각 증진제를 포함할 수 있다. 상기 식각 증진제는 상기 유기 산화제를 통해 진행되는 습식 식각 공정에 있어, 식각 속도를 보충하는 성분으로 제공될 수 있다.
상기 식각 증진제는 예를 들면, 질산을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 식각 증진제는 조성물 총 중량 중 약 1 내지 10중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 식각 증진제의 함량이 약 1중량% 미만인 경우, 식각 속도가 지나치게 저하되어 은 잔사로 인한 배선 쇼트가 야기될 수 있다. 또한, 상기 은 잔사로 인해 암점(dark spot 또는 blind spot)이 발생할 수 있다. 상기 식각 증진제의 함량이 약 10중량%를 초과하는 경우, 상기 유기 산화제의 주 산화제 작용을 저해할 수 있으며, 과식각 등과 같은 금속막의 식각 제어 불량이 발생할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 은 함유막 및 투명 도전성 산화막의 균일한 식각 속도를 고려하여 상기 식각 증진제의 함량은 약 3 내지 7중량%로 조절될 수 있다.
상기 식각액 조성물은 상기 유기 산화제 및/또는 상기 식각 증진제 외에 식각 개시제를 더 포함할 수 있다. 상기 식각 개시제는 상기 유기 산화제의 습식 식각 공정에 있어, 은(Ag) 등의 식각 속도을 촉진하고 식각 균일성 향상시킬 수 있는 보조 성분으로 제공될 수 있다. 또한, 은에 비해 상대적으로 산화/환원 특성이 낮은 투명 도전성 산화막에 대해 치환 반응을 유도하여 식각을 촉진하는 성분으로서 포함될 수 있다. 이에 따라 상기 식각액 조성물은 유기 산화제를 과량 첨가하지 않아도 불균일 식각을 방지하고 충분한 식각 속도를 도모할 수 있으며, 예를 들면 은 함유막과 투명 전도성 산화막의 식각 속도 차이를 최소화할 수 있다.
상기 식각 개시제는 예를 들면, 옥손(oxone, Potassium peroxymonosulfate), 과산화수소, 과황산염 및/또는 과질산염을 포함할 수 있고, 바람직하게는 옥손을 포함할 수 있다.
상기 과황산염으로서 과황산칼륨(K2S2O8), 과황산나트륨(Na2S2O8) 또는 과황산암모늄((NH4)2S2O8) 중에서 적어도 하나의 물질이 사용될 수 있으며, 상기 과질산염으로서 과질산칼륨(KNO4), 과질산나트륨(NaNO4) 또는 과질산암모늄(NH4NO4) 중에서 적어도 하나의 물질이 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 식각 개시제는 조성물 총 중량 중 약 0.5 내지 15중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 식각 개시제의 함량이 약 0.5중량% 미만인 경우, 식각 속도가 지나치게 저하되고 불균일 식각이 야기될 수 있으며, 은 잔사로 인한 배선 쇼트가 발생될 수 있으며, 투명 전도성 산화막의 식각 촉진 효과가 미미할 수 있다. 상기 식각 개시제의 함량이 약 15중량% 초과인 경우, 식각 속도가 지나치게 향상되어 과식각 발생의 우려가 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 은 함유막 및 투명 도전성 산화막의 식각 속도 차이를 최소화하고, 우수한 식각 균일성을 도모한다는 측면에서 상기 식각 개시제의 함량은 1 내지 12중량%로 조절될 수 있다.
상기 식각액 조성물은 상기 유기 산화제, 상기 식각 증진제 및 상기 식각 개시제를 제외한 여분 또는 잔량의 물을 포함할 수 있으며, 예를 들면 탈이온수를 포함할 수 있다. 상기 탈이온수의 경우, 예를 들면 18 ㏁/㎝ 이상의 비저항 값을 가질 수 있다.
본 출원에 사용된 용어 "여분 또는 잔량"은 기타 첨가제가 포함되는 경우, 상기 유기 산화제, 상기 식각 증진제, 상기 식각 개시제 및 상기 첨가제를 제외한 양을 포함하는 가변적인 양을 의미한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 첨가제는 상술한 유기 산화제, 식각 증진제 및/또는 식각 개시제의 작용을 저해하지 않는 범위 내에서 식각 효율성 또는 식각 균일성을 향상시키기 위해 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기 첨가제는 당해 기술분야에서 널리 사용되는 부식 방지, pH 조절제, 식각 부산물 흡착 방지제, 식각 패턴의 테이퍼각 조절 등을 위한 제제 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 식각액 조성물은 인산 또는 인산계열 화합물(예를 들면, 인산염)을 포함하지 않을 수 있다. 상기 인산 또는 인산계 화합물의 경우, 상기 금속막의 과식각으로 인한 손실, 하부 구조물의 손상, 은 재흡착 등을 야기할 수 있다. 또한, 상기 인산 또는 인산계 화합물의 경우 식각액 조성물의 점도를 지나치게 증가시켜 식각 대상막의 영역별 식각 편차를 야기할 수 있다.
그러나, 상기 식각액 조성물은 인산 또는 상기 인산계열 화합물이 배제되고, 상기 유기 산화제가 주식각 성분으로 사용됨에 따라 상기 은 함유막의 과식각을 방지하면서 식각 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 식각액 조성물은 황산을 포함하지 않을 수 있다. 황산이 식각액 조성물에 첨가되는 경우 상기 은 함유막의 식각시 은과 반응하여 황화은을 형성할 수 있는데, 이러한 황화은은 물에 대한 용해도가 좋지 않아 인접한 다른 배선 등에 흡착되어 전기적 쇼트, 배선 막힘 등을 유발할 우려가 있다.
그러나, 상기 식각액 조성물은 황산이 배제되고, 질산 등의 식각 증진제를 포함함에 따라 은 또는 은 화합물의 재흡착 문제를 방지하여 식각 균일성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 식각액 조성물은 불산과 같은 불소계열 화합물을 포함하지 않을 수 있다. 상기 불소계열 화합물이 포함되는 경우, 금속막이 형성되는 글래스, 실리콘 산화물과 같은 하부 기재가 손상될 수 있다. 그러나, 일 실시예에 있어서, 상기 식각액 조성물은 불소 계열 화합물이 배제되고, 질산 등의 식각 증진제를 포함함에 따라 하부 기재 손상 없이 금속막의 식각 선택성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 식각액 조성물의 점도는 약 1.2 내지 3.0cp일 수 있다(예를 들면, 25℃온도에서). 상기 식각액 조성물이 상대적으로 감소된 점도를 가지므로, 조성물의 유동성이 향상되고, 식각 대상체의 디핑(dipping)에 따른 식각 편차 증가를 억제할 수 있다.
전술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 식각액 조성물은 유기 산화제를 주 식각 제제로서 포함하며, 예를 들면 은 함유막 또는 은 함유막/투명 도전성 산화막의 적층 구조의 식각 공정에 효율적으로 활용될 수 있다. 상기 유기 산화제에 의해 이온화 경향이 큰 상기 은 함유막의 과식각, 손상, 재흡착을 방지하며, 하부 배선 또는 하부 도전 패턴의 손상 없이 우수한 식각 프로파일, 식각 균일성을 갖는 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 상대적으로 저점도 식각 조성물이 구현되어 디핑에 따른 식각 편차를 감소시킬 수 있다.
<도전 패턴 형성 방법>
도 1 및 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 도전 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 하부 도전 패턴(115) 및 하부 절연막(110)을 형성할 수 있다.
기판(100)은 글래스 기판, 고분자 수지 또는 플라스틱 기판, 무기 절연 기판 등을 포함할 수 있다.
하부 도전 패턴(115)은 예를 들면, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), ITO와 같은 투명 도전성 산화물 등을 포함하도록 형성될 수 있다. 하부 절연막(110)은 아크릴계 수지, 폴리실록산 등과 같은 유기 절연 물질, 및/또는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등과 같은 무기 절연 물질을 포함하도록 형성될 수 있다.
하부 도전 패턴(115)은 예를 들면, 도전 비아 또는 도전 콘택으로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 하부 절연막(110) 및 하부 도전 패턴(115) 상에 순차적으로 적층된 제1 투명 도전성 산화막(121), 은 함유막(123) 및 제2 투명 도전성 산화막(125)을 포함하는 금속막(120)을 형성할 수 있다.
제1 및 제2 투명 도전성 산화막들(121, 125)은 ITO, IZO, GZO, IGZO 등과 같은 투명 도전성 산화물을 포함하도록 형성될 수 있다. 은 함유막(123)은 상술한 바와 같이 은 및/또는 은 합금을 포함하도록 형성될 수 있다. 제1 투명 도전성 산화막(121), 은 함유막(123) 및 제2 투명 도전성 산화막(125)은 예를 들면, 스퍼터링(sputtering) 공정과 같은 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
금속막(120) 상에는 마스크 패턴(130)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 제2 투명 도전성 산화막(125) 상에 포토레지스트 막을 형성한 후, 노광 및 현상 공정을 통해 상기 포토레지스트 막을 부분적으로 제거하여 마스크 패턴(130)을 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 전술한 예시적인 실시예들에 따른 금속막 식각액 조성물을 사용하여 금속막(120)을 식각하여 도전 패턴(120a)을 형성할 수 있다. 도전 패턴(120a)은 예를 들면, 하부 절연막(110) 상에 순차적으로 적층된 제1 투명 도전성 산화막 패턴(122), 은 함유 패턴(124) 및 제1 투명 도전성 산화막 패턴(126)을 포함할 수 있다.
도전 패턴(120a)은 예를 들면, 화상 표시 장치의 패드, 전극 또는 배선으로 활용될 수 있다. 저저항, 신호 전달 특성이 우수한 상대적으로 은 함유 패턴(124)을 내부식성이 우수한 제1 및 제2 투명 도전성 산화막 패턴들(122, 126) 사이에 형성함에 따라, 저저항 및 기계적, 화학적 신뢰성이 향상된 도전 패턴이 구현될 수 있다.
또한, 유기 산화제, 식각 증진제 및 식각 개시제를 포함하며, 인산과 같은 강산의 양이 배제 또는 감소된 식각액 조성물을 활용함에 따라, 은 함유 패턴(124)의 과식각이 방지되고, 실질적으로 균일하고 연속적인 측벽 프로파일을 갖는 도전 패턴(120a)이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 은 함유막(123) 또는 은 함유 패턴(124)의 두께는 약 800Å 이상, 일 실시예에 있어서 약 1000Å 이상일 수 있다. 제1 및 제2 투명 도전성 산화막 패턴들(122, 126)의 두께는 약 50 내지 100Å 일 수 있다.
저저항 구현을 위해 은 함유 패턴(124)의 두께가 증가하고, 도전 패턴(120a)의 종횡비가 증가함에 따라, 은 잔사, 과식각에 따른 식각 불량이 초래될 수 있다. 그러나, 예시적인 실시예들에 따른 식각액 조성물을 사용하여 상기 식각 불량이 억제된 습식 식각 공정이 구현될 수 있다.
도 3은 비교예에 따라 형성된 도전 패턴 형상을 나타내는 개략적인 단면도이다. 예를 들면, 비교예는 인산계 식각액 조성물 또는 황산을 사용하여 형성된 도전 패턴(140)의 형상을 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 상기 인산계 식각액 조성물이 사용되는 경우 은 함유 패턴(144)의 편측 식각이 심화되어 제1 및 제2 투명 도전성 산화막 패턴(142, 146)의 측부에 팁(tip)(150)이 초래될 수 있다. 이 경우, 도전 패턴(140)을 덮는 절연막의 찢김, 박리가 초래될 수 있다.
또한, 도전 패턴(140)이 형성되면서, 하부 도전 패턴(115)이 노출되는 경우, 상기 인산계 식각액 조성물에 의해 하부 도전 패턴(115)이 일부 식각되어 손상되어 리세스(155)가 초래될 수 있다. 또한, 상기 인산계 식각액 조성물에 의해 하부 절연막(110)도 함께 손상될 수 있다.
그러나, 예시적인 실시예들에 따르면 인산 또는 인산염이 배제된 식각액 조성물이 사용되어 도 2에 도시된 바와 같이, 도전 패턴(120a) 및 하부 도전 패턴(115)의 손상이 감소된 고신뢰성의 습식 식각 공정이 수행될 수 있다.
또한 도 3을 참조하면, 식각액 조성물에 황산이 사용되는 경우, 예를 들면 은 함유 패턴(144)을 형성함에 따라 발생된 은과 황산이 반응하여 황화은을 형성하게 되는데, 황화은은 물에 대한 용해도가 매우 낮아 인접한 다른 배선에 달라붙거나 흡착되는 현상이 발생하여 배선간 쇼트, 배선 막힘 등의 문제가 초래될 수 있다.
그러나, 예시적인 실시예들에 따르면, 황산이 배제된 식각액 조성물이 사용됨에 따라 배선간 쇼트, 배선 막힘 등의 발생을 방지할 수 있고, 도 2와 같이 식각 균일성이 향상된 도전 패턴(120a)을 형성할 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 도전 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 4를 참조하면, 금속막(120)이 형성된 기판(100)의 면적이 증가되어 대형화됨에 따라 식각 효율 및 기판(100) 파손 방지를 위해 기판(100)을 소정의 각도로 경사지도록 틸팅(tilting)시킬 수 있다. 이후, 경사진 기판(100) 상에 형성된 금속막(120) 상에 식각액 분사 장비(50)를 통해 식각액 조성물을 분사할 수 있다.
비교예에 있어서, 고점도의 인산계 식각액 조성물이 사용되는 경우 기판(100)의 하부(도 3에서 우측부)는 식각액 조성물에 의해 상대적으로 장시간 침지 또는 디핑되어 도전 패턴이 손상되거나 소실될 수 있다.
그러나, 예시적인 실시예들에 따른 식각액 조성물은 인산 또는 인산염이 배제되어 저점도를 가질 수 있으며, 높이 또는 위치 차이에 따른 식각 편차를 감소시킬 수 있다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따라 제조된 화상 표시 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 기판(200) 상에 박막 트랜지스터(TFT)를 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 TFT는 액티브 층(210), 게이트 절연막(220) 및 게이트 전극(225)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 기판(200) 상에 액티브 층(210)을 형성한 후, 액티브 층(210)을 덮는 게이트 절연막(220)을 형성할 수 있다.
액티브 층(210)은 폴리실리콘 또는 예를 들면, 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO)과 같은 산화물 반도체를 포함하도록 형성될 수 있다. 게이트 절연막(220)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산질화물을 포함하도록 형성될 수 있다.
게이트 절연막(220) 상에는 액티브 층(210)과 중첩되도록 게이트 전극(225)을 형성할 수 있다. 게이트 전극(225)은 Al, Ti, Cu,W, Ta, Ag 등과 같은 금속을 포함하도록 형성될 수 있다.
게이트 절연막(220) 상에 게이트 전극(225)을 덮는 층간 절연막(230)을 형성한 후, 층간 절연막(230) 및 게이트 절연막(220)을 관통하여 액티브 층(210)과 접촉하는 소스 전극(233) 및 드레인 전극(237)을 형성할 수 있다. 소스 전극(233) 및 드레인 전극(237)은 Al, Ti, Cu,W, Ta, Ag 등과 같은 금속을 포함하도록 형성될 수 있다.
층간 절연막(230) 상에는 소스 전극(233) 및 드레인 전극(237)을 덮는 비아(via) 절연막(240)을 형성할 수 있다. 비아 절연막(240)은 아크릴계, 실록산계 수지 등과 같은 유기 절연 물질을 사용하여 형성될 수 있다.
비아 절연막(240) 상에는 드레인 전극(237)과 전기적으로 연결되는 화소 전극(245)이 형성될 수 있다. 화소 전극(245)은 비아 절연막(240)을 관통하여 드레인 전극(237)과 접촉하는 비아부(via portion)을 포함할 수 있다. 화소 전극(245)은 Al, Ti, Cu,W, Ta, Ag 등과 같은 금속 및/또는 투명 도전성 산화물을 포함하도록 형성될 수 있다.
비아 절연막(240) 상에는 화소 정의막(250)을 형성하고, 화소 정의막(250)에 의해 노출된 화소 정의막(250) 상면 상에 표시층(255)을 형성할 수 있다. 표시층(255)은 예를 들면, OLED 장치에 포함되는 유기 발광층(EML) 또는 LCD 장치에 포함되는 액정층으로 형성될 수 있다.
화소 정의막(250) 및 표시층(255) 상에는 대향 전극(260)이 형성될 수 있다. 대향 전극(260)은 화상 표시 장치의 공통 전극, 반사 전극 또는 음극(cathode)로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 대향 전극(260)은 제1 투명 도전성 산화막, 은 함유막 및 제2 투명 도전성 산화막을 순차적으로 적층한 후, 전술한 식각액 조성물을 사용한 습식 식각 공정을 통해 패터닝하여 형성될 수 있다.
이에 따라, 대향 전극(260)은 화소 정의막(250) 및 표시층(255) 상에 순차적으로 적층된 제1 투명 도전성 산화막 패턴(262), 은 함유 패턴(124) 및 제2 투명 도전성 산화막 패턴(266)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 화상 표시 장치는 표시 영역(I) 및 비표시 영역(II)을 포함할 수 있다. 상술한 TFT, 화소 전극(245), 표시층(255) 및 대향 전극(260)은 표시 영역(I) 상에 형성될 수 있다. 비표시 영역(II) 상에는 배선(270)이 형성될 수 있다. 배선(270)은 상기 TFT 또는 대향 전극(260)과 전기적으로 연결될 수 있다.
배선(270) 역시 예를 들면, 비아 절연막(240) 상에 순차적으로 적층된 제1 투명 도전성 산화막 패턴(272), 은 함유 패턴(274) 및 제2 투명 도전성 산화막 패턴(276)을 포함하며, 예시적인 실시예들에 따른 식각액 조성물을 사용하여 패터닝될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 배선(270)은 표시 영역(I) 상의 대향 전극(260)과 실질적으로 동일한 습식 식각 공정을 통해 함께 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 화상 표시 장치의 대향 전극(260) 및/또는 배선(270)을 제1 투명 도전성 산화막 패턴-은 함유 패턴-제2 투명 도전성 산화막 패턴을 포함하는 적층 구조로 형성함에 따라, 저저항 특성을 구현하면서, 기계적/화학적 안정성 및 광학 특성을 함께 향상시킬 수 있다. 또한, 유기 산화제를 포함하는 식각액 조성물이 사용됨에 따라, 은 잔사, 측부 손상, 팁 현상 등과 같은 불량을 억제할 수 있다.
도 6은 일부 예시적인 실시예들에 따라 형성된 터치 센서를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 6을 참조하면, 터치 센서(300)는 기재(300) 상에 형성된 센싱 전극(310), 트레이스(320) 및 패드(330)를 포함할 수 있다.
터치 센서(300)는 센싱 영역(A) 및 주변 영역(B)을 포함할 수 있다. 센싱 전극(310)의 센싱 영역(A)의 기재(300) 상에 형성되며, 트레이스(320) 및 패드(330)는 주변 영역(B)의 기재(300) 상에 형성될 수 있다.
센싱 전극(310)은 예를 들면, 기재(300)의 상면에 평행하며 서로 수직하게 교차는 제1 방향 및 제2 방향을 따라 배열된 제1 센싱 전극(310a) 및 제2 센싱 전극(310b)을 포함할 수 있다.
제1 센싱 전극(310a)은 상기 제1 방향으로 연장하며, 상기 제2 방향을 따라 복수의 제1 센싱 전극들(310a)이 형성될 수 있다. 제2 센싱 전극(310b)은 상기 제2 방향으로 연장하며 상기 제1 방향을 따라 복수의 제2 센싱 전극들(310b)이 형성될 수 있다.
제1 및 제2 센싱 전극들(310a, 310b)은 각각 예를 들면, 다각형 형상의 단위 패턴들을 포함하며, 이웃하는 단위 패턴들을 서로 연결하는 연결부를 포함할 수 있다. 상기 단위 패턴의 내부는 메쉬(mesh) 타입으로 패터닝된 도전 패턴을 포함할 수 있다.
트레이스(320)는 각 센싱 전극들(310a, 310b)으로부터 분기되며 트레이스(320)의 말단부는 패드(330)와 연결될 수 있다. 터치 센서(300)는 패드(330)를 통해, 예를 들면 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB)과 같은 외부 회로와 연결될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 트레이스(320)는 상술한 유기 산화제를 포함하는 식각액 조성물을 사용한 습식 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 트레이스(320)는 제1 투명 도전성 산화막 패턴-은 함유 패턴-제2 투명 도전성 산화막 패턴의 적층 구조로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 센싱 전극(310) 및/또는 패드(330) 역시 상기 식각액 조성물을 사용한 습식 식각 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들면, 센싱 전극(310) 및/또는 패드(330)는 트레이스(320)와 실질적으로 동일한 습식 식각 공정을 통해 함께 형성될 수 있다. 이 경우, 센싱 전극(310) 및/또는 패드(330) 역시 제1 투명 도전성 산화막 패턴-은 함유 패턴-제2 투명 도전성 산화막 패턴의 적층 구조로 형성될 수 있다.
터치 센서(300)의 도전성 패턴들이 상술한 은 함유 패턴 및 투명 도전성 산화막 패턴의 적층 구조를 포함함에 따라, 센싱 감도와 같은 전기적 특성 및 내크랙성과 같은 기계적 안정성이 함께 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이, 예시적인 실시예들에 따른 금속막 식각액 조성물을 사용하여 화상 표시 장치, 터치 센서 등에 포함되며 향상된 전기적, 기계적, 화학적 특성을 갖는 각종 도전 패턴들을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예들 및 비교예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 및 비교예
하기 표 1에 기재된 성분 및 함량(중량%)이 포함되도록 실시예, 비교예 및 참고예의 식각액 조성물을 제조하였다.
구분 조성물(중량%)
유기 산화제 식각 증진제 식각 개시제 인산 황산 물
초산 글리콜산 말론산 구연산 질산 옥손 과황산
나트륨		 과산화
수소
실시예 1 10 15 - - 5 10 - - - - 잔량
실시예 2 - 30 - - 5 10 - - - - 잔량
실시예 3 20 10 - - 9 15 - - - - 잔량
실시예 4 40 20 - - 5 10 - - - - 잔량
실시예 5 60 10 - - 1 1 - - - - 잔량
실시예 6 20 - 10 - 9 - 3 - - - 잔량
실시예 7 40 - 20 - 5 - 15 - - - 잔량
실시예 8 60 - 10 - 1 - 3 - - - 잔량
실시예 9 20 - - 10 9 10 15 - - - 잔량
실시예 10 40 - - 20 5 - - 3 - - 잔량
실시예 11 60 - - 10 1 - - 15 - - 잔량
비교예 1 10 10 - - 9 15 - - - - 잔량
비교예 2 - 20 - - 9 15 - - - - 잔량
비교예 3 60 20 - - 3 - 15 - - - 잔량
비교예 4 40 20 - - 5 - - - - - 잔량
참고예 1 40 20 - - - 15 - - 5 - 잔량
참고예 2 40 20 - - - 15 - - - 5 잔량
실험예
(1) 식각 특성 평가
유리 기판 상에 ITO(100 Å)/Ag(1000 Å)/ITO(100 Å) 삼중막을 형성하고, 다이아몬드 칼을 사용하여 10cmX10cm 크기로 절단한 샘플을 제조하였다.
분사식 식각 장비(ETCHER, K.C.Tech 사 제조)에 실시예 및 비교예의 금속막 식각액 조성물을 주입하였다. 금속막 식각액 조성물의 온도를 40℃로 설정한 후 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때 상기 샘플에 금속막 식각액 조성물을 분사하여 식각 공정을 100초 동안 수행하였다.
식각 공정이 종료된 후, 상기 시편을 탈이온수로 세정하고, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다.
(1-1) 식각 속도 평가
전자주사현미경(SU-8010, HITACHI 사 제조)를 이용하여 식각된 샘플의 두께를 측정하고, 식각된 샘플의 두께를 식각 수행 시간으로 나누어 종방향 식각 속도를 측정하였다. 이후, 하기의 기준에 따라 식각 속도 평가를 수행하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<평가 기준>
◎: 종방향 식각 속도가 30 Å/초 초과임
○: 종방향 식각 속도가 20 내지 30 Å/초임
X: 종방향 식각 속도가 20 Å/초 미만임
(1-2) 사이드 에치/식각 거리 평가
식각된 샘플을 전자주사현미경(SU-8010, HITACHI 사 제조)를 이용하여 형성된 도전 패턴의 사이드 에치 및 기판 상하부 사이의 평균 식각 거리 분포를 측정하였다.
사이드 에치(S/E)는 하기 수학식 1로 계산되어, 아래와 같이 평가하였다.
[수학식 1]
사이드 에치(S/E) = ((포토레지스트 양끝 부분의 너비) - (식각된 배선의 너비의 차))/2
◎: 우수(0.2㎛ 이하)
○: 양호(0.2㎛ 초과 및 0.5㎛ 이하)
X: 불량 (0.5㎛ 초과)
(2) 석출 여부 평가
식각 공정이 종료된 후, 상기 시편을 탈이온수로 세정하고, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 전자주사현미경(SU-8010, HITACHI 사 제조)를 이용하여 식각된 금속의 잔사, 석출 여부 등을 관찰하였다.
평가 결과는 하기의 표 2에 나타낸다.
Figure 112018015863310-pat00001
표 2를 참조하면, 유기 산화제가 20중량%를 초과하며 70중량% 이하이고, 무기산을 포함하는 식각 증진제 1 내지 10중량% 및 식각 개시제 0.5 내지 15중량% 범위로 포함된 식각액 조성물이 사용된 실시예들의 경우 비교예들에 비해 전체적으로 식각 속도, 석출 발생 및 사이드 에치 평가에서 우수한 결과를 나타내었다.
예를 들면, 유기 산화제가 과다 또는 과소하게 포함된 비교예 1 내지 3, 및 식각 개시제가 생략된 비교예 4의 경우 식각 속도 및 사이드 에치 특성이 모두 저하됨을 확인할 수 있었다.
또한, 인산이 함유된 참고예들은 은의 석출이 발생되었다.
100, 200: 기판 110: 하부 절연막
115: 하부 도전 패턴 120: 금속막
120a, 140: 도전 패턴
121: 제1 투명 도전성 산화막
122, 142, 262, 272: 제1 투명 도전성 산화막 패턴
123: 은 함유막
124, 144, 264, 274: 은 함유 패턴
125: 제2 투명 도전성 산화막
126, 146, 266, 276: 제2 투명 도전성 산화막 패턴
210: 액티브 층 210: 게이트 전극
233: 소스 전극 237: 드레인 전극
245: 화소 전극 260: 대향 전극
270: 배선 300: 터치 센서
310: 센싱 전극 320: 트레이스
330: 패드

Claims (17)

  1. 조성물 총 중량 중,
    20중량%를 초과하며 70중량% 이하의 유기 산화제;
    질산으로 구성되는 무기산 식각 증진제 1 내지 10중량%;
    식각 개시제 0.5 내지 15중량%; 및
    여분의 물을 포함하고,
    인산계열 화합물을 포함하지 않으며,
    상기 식각개시제는 옥손, 과산화수소, 과황산염 및 과질산염으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 산화제는 초산, 메탄술폰산, 글리콜산, 포름산, 말론산, 구연산, 젖산, 말산, 글루콜산, 설파민산, 파라톨루엔술폰산, 이미노디아세트산, 옥살산, 타르타르산 및 아스코르브산으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 금속막은 은 함유막을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 금속막은 투명 도전성 산화막을 더 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 투명 도전성 산화막은 상기 은 함유막을 사이에 두고 형성된 제1 투명 도전성 산화막 및 제2 투명 도전성 산화막을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 투명 도전성 산화막은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 인듐 주석아연 산화물(ITZO), 갈륨 아연 산화물(GZO) 및 인듐 갈륨아연 산화물(IGZO)로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서, 조성물 총 중량 중,
    상기 유기 산화제 30 내지 70중량%; 상기 식각 증진제 3 내지 7중량%; 상기 식각 개시제 1 내지 12중량%; 및 여분의 물을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
  11. 기판 상에 금속막을 형성하는 단계; 및
    상기 금속막을 청구항 1, 2, 5 내지 8 및 10 중 어느 한 항의 금속막 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 단계를 포함하는, 도전 패턴 형성 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 금속막을 형성하는 단계는 은 함유막을 형성하는 단계를 포함하는, 도전 패턴 형성 방법
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 금속막을 형성하는 단계는 투명 도전성 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는, 도전 패턴 형성 방법.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 금속막이 형성된 상기 기판을 틸팅시키는 단계를 더 포함하는, 도전 패턴 형성 방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;
    상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 화소 전극 상에 표시층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 금속막은 상기 표시층 상에 형성되는, 도전 패턴 형성 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 도전 패턴은 화상 표시 장치의 공통 전극, 반사 전극 또는 배선으로 제공되는, 도전 패턴 형성 방법.
  17. 청구항 15에 있어서, 상기 도전 패턴은 터치 센서의 트레이스 또는 센싱 전극으로 제공되는, 도전 패턴 형성 방법.
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