KR102368969B1 - 식각액 조성물 및 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents

식각액 조성물 및 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과산화수소, 아졸 화합물, 인산염 화합물, 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물, 분자량 1,000 내지 10,000의 폴리에틸렌이민, 다가 알코올형 계면활성제 및 물을 포함하는 식각액 조성물, 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.

Description

식각액 조성물 및 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법{ETCHING SOLUTION COMPOSITION, MANUFACTURING METHOD OF AN ARRAY SUBSTRATE FOR DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 식각액 조성물 및 이를 이용한 디스플레이 장치용 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 기술 개발에 관건이 되고 있기 때문이다. 따라서, TFT-LCD의 대형화에 필수적으로 요구되는 RC 신호지연의 감소를 실현하기 위해서는, 저-저항의 물질개발이 필수적이다. 따라서, 종래에 주로 사용되었던 크롬(Cr, 비저항: 12.7 ×10- 8Ωm), 몰리브데늄(Mo, 비저항: 5×10- 8Ωm), 알루미늄(Al, 비저항: 2.65×10- 8Ωm) 및 이들의 합금은 대형 TFT LCD에 사용되는 게이트 및 데이터 배선 등으로 이용하기 어려운 실정이다.
이와 같은 배경 하에서, 새로운 저-저항 금속막으로서 구리막 및 구리 몰리브데늄막 등의 구리계 금속막 및 이의 식각액 조성물에 대한 관심이 높아지고 있고, 이와 관련하여 대한민국 공개특허 제10-2007-0055259호에는 액정표시장치의 구리 및 구리/몰리브데늄 또는 구리/몰리브데늄 합금 전극용 식각 조성물을 개시하고 있다. 다만, 최근 고해상도 요구로 인한 금속 배선이 미세 패턴화되는 추세에서, 하부막인 몰리브데늄막에 손상을 주지 않는 식각액 조성물이 필요하나, 상기 선행문헌의 식각액 조성물은 하부막에 손상을 주어 공정 마진이 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 상부막인 구리막은 식각하면서 하부막인 몰리브데늄막의 식각을 방지할 수 있는 식각액 조성물에 대한 개발이 필요한 상황이다.
대한민국 공개특허 제10-2007-0055259호
본 발명은 식각 속도가 우수하며, 구리계 금속막을 포함하는 다층막 식각시, 구리계 금속막을 선택적으로 식각할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하여 미세패턴이 형성된 디스플레이 장치용 어레이 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 과산화수소, 아졸 화합물, 인산염 화합물, 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물, 폴리에틸렌이민, 다가 알코올형 계면활성제 및 물을 포함하는 식각액 조성물로,
상기 폴리에틸렌이민의 분자량은 1,000 내지 10,000인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 (a) 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;
(b) 상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
(c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;
(d) 상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
상기 (a) 및 (d)단계는 상기 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선, 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 디스플레이 장치용 어레이 기판을 제공한다.
본 발명의 식각액 조성물은 식각 속도가 우수하며, 구리계 금속막을 포함하는 다층막 식각시 구리계 금속만을 선택적으로 식각할 수 있어 미세패턴을 형성할 수 있는 효과를 지니고 있다.
구체적으로, 본 발명의 식각액 조성물은 구리계 금속막/몰리브데늄계 금속막으로 이루어진 이중막 식각시, 구리계 금속막을 식각하면서 몰리브데늄계 금속막의 식각을 방지할 수 있어 몰리브데늄계 금속막에 손상이 발생하는 것을 예방하는 효과를 지니고 있다.
또한, 본 발명의 식각액 조성물은 미세 패턴을 형성할 수 있어 고해상도의 디스플레이 장치용 어레이 기판을 제공할 수 있다.
도 1은 기판의 경사식 식각 공정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에서 사이드에치의 정의를 설명하기 위해 도식화하여 나타낸 이미지이다.
이하, 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
본 발명은 과산화수소, 아졸 화합물, 인산염 화합물, 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물, 폴리에틸렌이민, 다가 알코올형 계면활성제 및 물을 포함하는 식각액 조성물로,
상기 폴리에틸렌이민의 분자량은 1,000 내지 10,000인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물에 관한 것이다.
고해상도를 구현하기 위하여 미세 패턴을 형성할 수 있는 식각액 조성물이 요구되고 있다. 종래에는 구리계 금속막/몰리브데늄계 금속막의 이중막을 일괄 식각하는 식각액 조성물이 사용되었으나, 상기 이중막을 일괄 식각하면 미세 패턴을 형성하는데 어려움이 있다. 따라서, 최근에는 식각액 조성물로 상부의 구리계 금속막을 식각하고, 상부막 식각 후 진공 공정으로 하부의 몰리브데늄계 금속막을 식각하여 미세 패턴을 형성하는 방법이 사용되고 있다.
상기의 방법으로 미세 패턴을 형성하기 위해서는 식각액 조성물이 하부막은 식각하지 않고 상부막만을 식각해야 한다.
따라서, 본 발명에서는 상기 분자량은 1,000 내지 10,000의 폴리에틸렌이민을 포함함으로써 하부막에 손상을 가하지 않고, 상부막만을 식각할 수 있는 식각액 조성물을 제공하고자 하였다.
본 발명의 식각액 조성물은 구리막 및 구리 합금막 중에서 선택되는 하나 이상의 막과 몰리브데늄막 및 몰리브데늄 합금막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 막을 포함하는 다층막을 식각하는 식각액 조성물이며, 바람직하게는 구리막 또는 구리 합금막/몰리브데늄막 또는 몰리브데늄 합금막으로 이루어진 다층막을 식각하는 식각액 조성물이며, 보다 구체적으로 상기 다층막 중 구리막 또는 구리합금막은 식각하면서 몰리브데늄막 또는 몰리브데늄 합금막은 실질적으로 식각하지 않는 식각액 조성물이다.
상기 구리 합금막에서, 상기 합금은 예컨대 티타늄(Ti), 셀레늄(Se) 및 텔레늄(Te)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속과 구리의 합금으로 이루어진 합금막을 의미한다.
상기 몰리브데늄 합금막에서, 상기 합금은 예컨대 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 네오디늄(Nd), 및 인듐(In) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속과 몰리브데늄의 합금으로 이루어진 합금막을 의미한다.
이하, 본 발명의 식각액 조성물의 각 성분을 설명하기로 한다.
(A)과산화수소( H 2 O 2 )
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 과산화수소(H2O2)는 구리계 금속막 및 몰리브데늄계 금속막의 식각 속도에 영향을 주는 주산화제이다.
상기 과산화수소는 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 15 내지 25 중량%로 포함되며, 바람직하게는 18 내지 23 중량%로 포함된다.
상기 과산화수소가 15 중량% 내지 25 중량%로 포함되면 구리계 금속막 및 몰리브데늄계 금속막의 충분한 식각이 이루어질 수 있으며, 식각액 조성물의 안정성을 확보할 수 있다.
(B) 아졸 화합물
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 아졸 화합물은 구리계 금속막의 식각 속도를 조절하는 역할을 한다.
상기 아졸 화합물은 당 업계에서 사용되는 것이라면 그 종류를 특별히 제한하는 것은 아니나, 바람직하게는 피라졸(pyrazol)계, 이미다졸(imidazole)계, 트리아졸(triazole)계, 테트라졸(tetrazole)계, 옥사졸(oxazole)계, 이소옥사졸(isoxazole)계, 디아졸(thiazole)계 및 이소디아졸(isothiazole)계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 피라졸계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 다이메틸피라졸, 1-아미노피라졸, 및 5-아미노, 1,3-다이메틸 피라졸 등을 들 수 있다.
상기 이미다졸계 화합물은 구체적으로 예를 들어, N-아세틸이미다졸, 1-알리이미다졸 및 2-아미노벤젠이미다졸 등을 들 수 있다.
상기 트리아졸계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 5-아미노트리아졸, 및 2-아미노벤젠트리아졸 등을 들 수 있다.
상기 테트라졸계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 5-아미노테트라졸, 5-메틸테트라졸 및 5-아미노-1-메틸테트라졸 등을 들 수 있다.
상기 옥사졸계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 트리옥사졸 및 벤조옥사졸 등을 들 수 있다.
상기 이소옥사졸계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 페닐이속사졸 및 이속사졸 메톡시 페닐 등을 들 수 있다.
상기 디아졸계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 옥사디아졸 및 1,2,4-옥사디아졸 등을 들 수 있다.
상기 이소디아졸계 화합물은 구체적으로 예를 들어, 이소코나졸 및 1,3-아이소디아졸 등을 들 수 있다.
상기 아졸계 화합물 중 테트라졸계 화합물을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 테트라졸계 화합물 중에서도 5-아미노테트라졸(5-aminotetrazole)을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 아졸 화합물은 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 1 중량%로 포함되며, 바람직하게는 0.2 내지 0.8 중량%로 포함된다.
상기 아졸 화합물이 0.1 내지 1 중량%로 포함되면 몰리브데늄계 막의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 1 중량%를 초과하여 포함되면 몰리브데늄계 금속막의 식각 속도가 감소하여 공정시간에 손실이 발생할 수 있다.
(C)인산염 화합물
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 인산염 화합물은 구리계 금속막, 바람직하게는 구리계 금속막을 포함하는 이중막의 식각 속도를 조절하는 역할을 한다.
만일, 본 발명의 식각액 조성물이 인산염 화합물을 포함하지 않으면 식각 속도가 매우 낮아 식각 프로파일이 불량하게 될 수 있다.
상기 인산염 화합물은 인산의 수소가 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속으로 하나 또는 두 개 치환된 염에서 선택되는 것이면 특별히 한정되지 않으며, 제1인산암모늄(ammonium phosphate monobasic), 제2 인산암모늄(ammonium phosphate dibasic), 제1인산나트륨(sodium phosphate monobasic), 제2 인산나트륨(sodium phosphate dibasic), 제1인산칼륨(potassium phosphate monobasic) 및 제2 인산칼륨(potassium phosphate dibasic)이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. 바람직하게는 제1 인산나트륨(sodium phosphate monobasic)을 사용할 수 있다.
상기 인산염 화합물은 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 1.5 중량%로 포함되며, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%로 포함된다.
상기 인산염 화합물이 0.1 내지 1.5 중량%로 포함되면 우수한 식각 속도를 나타내어 잔사 발생을 억제할 수 있으며, 씨디로스 발생을 억제할 수 있다.
(D)한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물
일반적으로 과산화수소를 포함하는 식각액 조성물은 보관 시 과산화수소가 자체 분해하여 보관기간이 길지 못하고, 보관 용기가 폭발할 수 있는 위험성이 있다.
본 발명의 식각액 조성물은 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물을 포함함으로써 상기의 문제점을 방지할 수 있다.
즉, 과산화수소의 분해 속도를 약 10배 가까이 감소시켜 보관기간 및 안정성을 확보시킬 수 있다.
또한, 구리계 금속막의 경우, 식각액 조성물 내에 구리 이온이 다량 잔존하면 구리 이온이 패시베이션(passivation) 막을 형성하여 까맣게 산화된 후 더 이상 식각되지 않는 경우가 발생할 수 있으나, 상기 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물을 포함함으로써 상기 현상을 예방할 수 있다.
상기 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 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 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이미노디아세트산을 사용할 수 있다.
상기 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물은 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 5 중량%, 바람직하게는 1 내지 3 중량%로 포함된다.
상기 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물이 0.5 내지 5 중량%로 포함되면 약 500매 이상의 다수의 기판 식각시 패시베이션 막이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
만약 상기 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물이 5 중량%를 초과하여 포함되면 식각액 조성물의 점도가 증가하여 5세대 이상의 대형 기판의 상부 및 하부의 식각 특성이 다르게 나타날 수 있다.
(E)폴리에틸렌이민
본 발명의 식각액 조성물은 분자량 1,000 내지 10,000의 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine)을 포함한다.
상기 폴리에틸렌이민은 몰리브데늄계 금속막의 식각을 방지하는 역할을 한다. 보다 구체적으로 폴리에틸렌이민의 질소 원자(N)가 몰리브데늄계 금속막에 흡착되어 몰리브데늄계 금속막을 보호하는 역할, 즉 부식방지제의 역할을 함으로써 몰리브데늄계 금속막의 식각을 방지할 수 있다.
상기 폴리에틸렌이민의 분자량은 2,500 내지 10,000인 것이 보다 바람직하며, 분자량이 1,000 미만이면 몰리브데늄계 막의 식각, 즉 손상을 방지하는 효과가 매우 미미하며, 10,000을 초과하면 식각액 조성물의 점도가 상승하여 구리계 금속막을 식각할 수 없다.
본 발명에서 폴리에틸렌이민의 분자량은 평균 분자량을 의미한다.
상기 폴리에틸렌이민은 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 2 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 1 중량%로 포함된다.
상기 폴리에틸렌이민이 0.1 내지 2 중량%로 포함되면 몰리브데늄계 금속막의 식각을 효과적으로 방지할 수 있으며, 점도의 상승을 방지하여 우수한 속도로 구리계 금속막을 식각할 수 있다.
(F)다가 알코올형 계면활성제
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 다가 알코올형 계면활성제는 표면 장력을 저하시켜 식각 균일성을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 구리계 금속막을 식각한 후 식각액 조성물에 해리된 구리 이온(Cu2 +)을 둘러쌈으로써 구리 이온의 활동도를 억제하여 과산화수소의 분해 반응을 억제시키는 역할을 하며, 상기 구리 이온의 활동도 억제로 인하여 식각액 조성물을 사용하는 동안 식각 공정을 안정적으로 진행할 수 있다.
상기 다가 알코올형 계면 활성제는 글리세롤(glycerol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol) 및 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 트리에틸렌글리콜을 사용할 수 있다.
상기 다가 알코올형 계면 활성제는 본 발명의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 5 중량%, 바람직하게는 1.5 내지 3 중량%로 포함된다.
상기 다가 알코올형 계면 활성제가 1 내지 5 중량%로 포함되면, 과산화수소의 분해를 방지할 수 있어 안정성을 확보할 수 있으며, 식각시 거품이 발생하지 않아 효율적으로 식각할 수 있다.
(G)물
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 물은 특별히 한정하지 않으나, 탈이온수를 이용하는 것이 바람직하며, 상기 탈이온수는 반도체 공정용으로 비저항값이 18 ㏁/㎝ 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은
(a) 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;
(b) 상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
(c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;
(d) 상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
(e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
상기 (a) 및 (d)단계는 상기 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선, 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
상기 화소 전극은 바람직하게는 구리막 및 구리 합금막 중에서 선택되는 하나 이상의 막과 몰리브데늄막 및 몰리브데늄 합금막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 막을 포함하는 다층막일 수 있으며, 상기 다층막을 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 화소 전극을 제조할 수 있다.
상기 구리 합금막 및 몰리브데늄 합금막에 대한 내용은 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명의 제조방법으로 제조된 디스플레이 장치용 어레이 기판에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되지 않으며, 다양하게 수정 및 변경될 수 있다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해질 것이다.
< 식각액 조성물 제조>
실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 7.
하기 표 1에 나타낸 조성 및 함량으로 실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 7의 식각액 조성물을 제조하였으며, 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 탈이온수를 포함하였다.
(단위 : 중량%)
구분 H2O2 ATZ IDA NHP TEG PEI ABF GA
500 1200 2500 5000 10000 60000
실시예1 17 0.7 1.5 1 2 - 0.1 - - - - - -
실시예2 17 0.7 1.5 1 2 - 0.5 - - - - - -
실시예3 17 0.7 1.5 1 2 - 1 - - - - - -
실시예4 17 0.7 1.5 1 2 - 2 - - - - - -
실시예5 17 0.7 1.5 1 2 - - 0.1 - - - - -
실시예6 17 0.7 1.5 1 2 - - 0.5 - - - - -
실시예7 17 0.7 1.5 1 2 - - 1 - - - - -
실시예8 17 0.7 1.5 1 2 - - 2 - - - - -
실시예9 17 0.7 1.5 1 2 - - - 0.1 - - - -
실시예10 17 0.7 1.5 1 2 - - - 0.5 - - - -
실시예11 17 0.7 1.5 1 2 - - - 1 - - - -
실시예12 17 0.7 1.5 1 2 - - - 2 - - - -
실시예13 17 0.7 1.5 1 2 - - - - 0.1 - - -
실시예14 17 0.7 1.5 1 2 - - - - 0.5 - - -
실시예15 17 0.7 1.5 1 2 - - - - 1 - - -
실시예16 17 0.7 1.5 1 2 - - - - 2 - - -
실시예17 17 0.7 1.5 1 2 - 1 - - - - 0.2 -
실시예18 17 0.7 1.5 1 2 - - 1 - - - 0.2 -
실시예19 17 0.7 1.5 1 2 - - - 1 - - 0.2 -
실시예20 17 0.7 1.5 1 2 - - - - 1 - 0.2 -
비교예1 17 0.7 1.5 1 2 - - - - - - - -
비교예2 17 0.7 1.5 1 2 - - - - - - 0.2 -
비교예3 17 0.7 1.5 1 2 0.5 - - - - - - -
비교예4 17 0.7 1.5 1 2 0.5 - - - - - 0.2 -
비교예5 17 0.7 1.5 1 2 - - - - - 0.5 - -
비교예6 17 0.7 1.5 1 2 - - - - - 0.5 0.2 -
비교예7 17 0.7 1.5 1 - - - - - - - 0.2 2
ATZ : 5-Aminotetrazole,
IDA: Iminodiacetic acid,
NHP: sodium phosphate monobasic,
TEG : triethyleneglycol,
PEI : Polyethyleneimine,
ABF : ammonium bifluoride,
GA : glycolic acid
실험예 1. 식각액 조성물의 특성 평가
상기 실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 7에서 제조한 식각액 조성물을 이용하여 Cu 및 Mo-Ti막의 식각속도(etching rate, E/R)을 측정하였다.
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 통상 50 내지 80초 정도로 진행하였다. 상기 식각 공정에서 식각된 구리계 금속막의 식각 속도를 단면 SEM(Hitachi사 제품, 모델명 S-4700)을 사용하여 측정하였다. 식각공정에 사용된 구리계 금속막의 경우 Cu/Mo-Ti 5000/100Å 박막 기판을 사용하였다.
Cu의 E/R은 80 내지 120Å/sec가 바람직하며, 하부막인 Mo-Ti의 손상을 최소화하기 위하여 Mo-Ti의 E/R은 5Å/sec 이하인 것이 바람직하다.
본 식각 속도 측정 평가에서 Cu의 E/R는 80 내지 120Å/sec이고, Mo-Ti의 E/R은 5Å/sec이하인 조건이 충족되는 경우에 식각액 조성물을 식각 공정에 계속 사용할 수 있는 것으로 정하고 실험을 실시하였으며, 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
실험예 2. 식각액 조성물의 사이드 에치 측정
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER, K.C.Tech사) 내에 상기 실시예 1 내지 20 및 비교예 1 내지 7의 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 40℃로 설정하여 가온한 후, 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 60 내지 200초로 실시하였다.
식각은 도 1에 예시된 바와 같은 방식으로 기판 상, 하부에 5도의 경사차이를 주어 실시하였으며, 기판의 사이즈는 680X880mm이며, 기판은 Cu/Mo-Ti 5000/100Å를 사용하였다.
기판을 위치시키고 분사를 시작하여 60 내지 200초의 식각 시간이 다 되면 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM; 모델명: S-4700, HITACHI사 제조)을 이용하여 도 2에 도시된 사이드 에치를 측정하였다. 실험은 기판 상부 및 하부의 사이드 에치를 각각 측정하고, 상부 및 하부의 사이드 에치 차이(△상부-하부)를 구하였다. 상기 상부 및 하부의 사이드 에치 차이는 1 미만이 바람직하며, 1 이상이면 상부 및 하부의 사이드 에치 차이가 지나치게 크게 발생하여 식각 불량을 발생시킨다.
상기 상부 및 하부의 사이드 에치 차이 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 식각 속도(E/R)
Cu E/R(Å/sec.) MoTi E/R(Å/sec.) △상부-하부(㎛)
실시예1 98 0 0.2
실시예2 95 0 0.3
실시예3 97 0 0.1
실시예4 85 0 0.1
실시예5 86 0 0.5
실시예6 87 0 0.4
실시예7 96 0 0.4
실시예8 93 0 0.4
실시예9 88 0 0.5
실시예10 82 0 0.2
실시예11 83 0 0.1
실시예12 85 0 0.5
실시예13 86 0 0.4
실시예14 87 0 0.5
실시예15 95 0 0.1
실시예16 94 0 0.3
실시예17 95 0 0.2
실시예18 98 0 0.2
실시예19 85 0 0.4
실시예20 96 0 0.1
비교예1 95 20 0.2
비교예2 92 18 0.4
비교예3 92 3 0.3
비교예4 94 7 0.4
비교예5 95 0 1.5
비교예6 94 0 1.8
비교예7 87 20 0.5
상기 표 2의 결과에서, 분자량 1,000 내지 10,000의 폴리에틸렌이민을 포함한 본 발명의 식각액 조성물인 실시예 1 내지 20은 MoTi막을 식각하지 않고 Cu막을 식각한 결과를 보였다. 즉, 본 발명의 식각액 조성물은 Cu/MoTi 이중막 식각시, MoTi막의 식각을 방지하면서 Cu를 식각하는 것을 실험을 통하여 확인할 수 있었다.
일반적으로 함불소 화합물을 포함하면 MoTi막이 식각된다. 그러나, 상기 실시예 17 내지 20은 함불소 화합물을 포함하더라도 MoTi막이 식각되지 않는 결과를 보였다. 즉, 본 발명의 식각액 조성물은 식각액 조성물에 함불소 화합물이 포함되더라도, 분자량 1,000 내지 10,000의 폴리에틸렌이민을 포함하면, MoTi막은 식각하지 않으면서 Cu막만을 식각하는 것을 알 수 있다.
분자량 1,000 내지 10,000의 폴리에틸렌이민을 포함하지 않는 비교예 1 및 2의 식각액 조성물은 MoTi막을 식각하였으며, 또한, 분자량 1,000 미만의 폴리에틸렌이민을 포함한 비교예 3 및 4의 식각액 조성물은 MoTi막을 식각하였다.
분자량 10,000을 초과하는 폴리에틸렌이민을 포함한 비교예 5 및 6의 식각액 조성물은 MoTi막을 식각하지는 않았지만 조성물의 점도가 높아 상부 및 하부의 식각 차이 발생을 보였으며, 폴리에틸렌이민 대신 유기산을 포함한 비교예 7의 식각액 조성물은 MoTi막을 식각하는 결과를 보였다.
따라서, 본 발명의 식각액 조성물은 구리계 금속막을 선택적으로 식각할 수 있는 효과를 지니고 있으며, 그로 인하여 미세패턴을 형성할 수 있어 고해상도의 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

Claims (10)

  1. 과산화수소, 아졸 화합물, 인산염 화합물, 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물, 폴리에틸렌이민, 다가 알코올형 계면활성제 및 물을 포함하는 식각액 조성물로,
    상기 인산염 화합물은 제1인산암모늄, 제2인산암모늄, 제1인산나트륨, 제2인산나트륨, 제1인산칼륨 및 제2인산칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하며,
    상기 폴리에틸렌이민의 분자량은 1,000 내지 10,000인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 아졸 화합물은 피롤계, 피라졸계, 이미다졸계, 트리아졸계, 테트라졸계, 펜타졸계, 옥사졸계, 이소옥사졸계, 디아졸계 및 이소디아졸계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물은 알라닌, 아미노부티르산, 글루탐산, 글리신, 이미노디아세트산, 니트릴로트리아세트산 및 사르코신으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 다가 알코올형 계면 활성제는 글리세롤, 트리에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 식각액 조성물 총 중량에 대하여, 과산화수소 15 내지 25 중량%, 아졸 화합물 0.1 내지 1 중량%, 인산염 화합물 0.1 내지 1.5 중량%, 한 분자 내에 질소원자 및 카르복실기를 포함하는 수용성 화합물 0.5 내지 5 중량%, 폴리에틸렌이민 0.1 내지 2 중량%, 다가 알코올형 계면활성제 0.1 내지 5 중량% 및 식각액 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 식각액 조성물은 구리막 및 구리 합금막 중에서 선택되는 하나 이상의 막과 몰리브데늄막 및 몰리브데늄 합금막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 막을 포함하는 다층막을 식각하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  8. (a) 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;
    (b) 상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;
    (d) 상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
    상기 (a) 및 (d)단계는 상기 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선, 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 디스플레이 장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법.
  10. 청구항 9항의 제조방법으로 제조된 디스플레이 장치용 어레이 기판.
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