KR102371074B1 - 구리계 금속막용 식각 조성물 - Google Patents

구리계 금속막용 식각 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR102371074B1
KR102371074B1 KR1020170166130A KR20170166130A KR102371074B1 KR 102371074 B1 KR102371074 B1 KR 102371074B1 KR 1020170166130 A KR1020170166130 A KR 1020170166130A KR 20170166130 A KR20170166130 A KR 20170166130A KR 102371074 B1 KR102371074 B1 KR 102371074B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
copper
film
etching
based metal
compound
Prior art date
Application number
KR1020170166130A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190066424A (ko
Inventor
이은원
양승재
전현수
Original Assignee
동우 화인켐 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동우 화인켐 주식회사 filed Critical 동우 화인켐 주식회사
Priority to KR1020170166130A priority Critical patent/KR102371074B1/ko
Publication of KR20190066424A publication Critical patent/KR20190066424A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102371074B1 publication Critical patent/KR102371074B1/ko

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/10—Etching compositions
    • C23F1/14—Aqueous compositions
    • C23F1/16—Acidic compositions
    • C23F1/18—Acidic compositions for etching copper or alloys thereof
    • 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
    • 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
    • C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/44—Compositions for etching metallic material from a metallic material substrate of different composition
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/136286—Wiring, e.g. gate line, drain line
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/136—Liquid crystal cells structurally associated with a semi-conducting layer or substrate, e.g. cells forming part of an integrated circuit
    • G02F1/1362—Active matrix addressed cells
    • G02F1/136286—Wiring, e.g. gate line, drain line
    • G02F1/136295—Materials; Compositions; Manufacture processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/124—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or layout of the wiring layers specially adapted to the circuit arrangement, e.g. scanning lines in LCD pixel circuits

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Weting (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

본 발명은 과산화수소, 아졸 화합물, 질소 원자 및 카르복실기를 갖는 수용성 화합물, 인산염 화합물 및 질산염 화합물을 포함하며, 상기 질산염 화합물은 질산 금속염을 포함하는 구리계 금속막용 식각 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 식각 조성물은 구리계 금속막의 식각 시에 하부에 위치하는 산화물층에 데미지를 주지 않으면서도 양호한 식각 프로파일을 제공할 뿐만 아니라 식각 후 금속막의 잔사가 남지 않아 식각 특성을 개선할 수 있다.

Description

구리계 금속막용 식각 조성물{Composition for Etching Copper-Containing Metal Layer}
본 발명은 구리계 금속막용 식각 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하부에 위치하는 산화물층에 데미지를 주지 않으면서도 구리계 금속막의 식각 특성이 우수한 식각 조성물에 관한 것이다.
액정표시장치(LCD) 및 유기발광다이오드(OLED) 표시장치의 박막 트랜지스터(Thin film transistor, TFT) 기판에는 액정층 및 OLED 소자에 신호를 전달하기 위해 배선이 형성되어 있다. 박막 트랜지스터 기판의 배선은 게이트 배선과 데이터 배선을 포함한다. 상기 게이트 배선은 게이트 신호가 인가되는 게이트 라인과 박막 트랜지스터의 게이트 전극을 포함하며, 데이터 배선은 게이트 배선과 절연되어 데이터 신호를 인가하는 데이터 라인과 박막 트랜지스터의 데이터 전극을 구성하는 소스 전극과 드레인 전극을 포함한다.
이러한 배선으로는 통상적으로 저항이 낮고 환경적으로 문제가 없는 구리 금속이 사용되고 있다. 그러나, 구리는 유리 기판과의 접착력이 낮고 하부 막으로 확산되는 문제점이 있어 몰리브덴을 하부 배리어 금속으로 함께 사용하고 있다.
이러한 금속 배선은 식각 공정을 통하여 배선으로 패터닝된다. 기존에 구리/몰리브덴(합금)막으로 이루어진 다중 금속막을 식각하기 위해 사용되는 식각 조성물은 몰리브덴(합금)막의 식각을 위해 불소 함유 화합물을 포함한다[대한민국 공개특허 제10-2017-0068328호 참조].
한편, 최근 디스플레이의 고해상도화 및 대형화에 따라 TFT의 활성층(active layer), 즉 반도체층의 구성물질이 기존의 비정질 실리콘에서 산화물로 대체되고 있다. 이러한 산화물 TFT는 비정질 실리콘 TFT에 비해 소스 전극에서 드레인 전극으로 가는 전자의 이동도가 우수하여 고해상도 및 저전력 구동이 필요한 대형 LCD나 OLED에 사용된다.
그러나, 산화물 TFT 제조 시 구리/몰리브덴(합금)막으로 이루어진 다중 금속막을 식각하여 소스 전극과 드레인 전극을 형성시킬 때 식각액 중에 존재하는 불소 함유 화합물로 인해 하부에 위치하는 반도체층을 구성하는 산화물에 데미지를 줄 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 하부에 위치하는 산화물층에 데미지를 주지 않으면서도 구리계 금속막의 식각 특성이 우수한 식각 조성물의 개발이 필요하다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0068328호
본 발명의 한 목적은 하부에 위치하는 산화물층에 데미지를 주지 않으면서도 구리계 금속막의 식각 특성이 우수한 식각 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 식각 조성물을 이용하여 형성된 구리계 금속 배선을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 구리계 금속 배선을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판을 제공하는 것이다.
한편으로, 본 발명은 과산화수소, 아졸 화합물, 질소 원자 및 카르복실기를 갖는 수용성 화합물, 인산염 화합물 및 질산염 화합물을 포함하며, 상기 질산염 화합물은 질산 금속염을 포함하는 구리계 금속막용 식각 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구리계 금속막용 식각 조성물은 다가알코올형 계면활성제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구리계 금속막용 식각 조성물은 조성물 전체 중량에 대하여 과산화수소 5.0 내지 25.0 중량%, 아졸 화합물 0.1 내지 5.0 중량%, 질소 원자 및 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.1 내지 5.0 중량%, 인산염 화합물 0.1 내지 5.0 중량% 및 질산염 화합물 0.1 내지 5.0 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은 상기 구리계 금속막용 식각 조성물을 이용하여 형성된 구리계 금속 배선을 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명은 상기 구리계 금속 배선을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판을 제공한다.
본 발명에 따른 구리계 금속막용 식각 조성물은 구리계 금속막의 식각 시에 하부에 위치하는 산화물층에 데미지를 주지 않으면서도 양호한 식각 프로파일을 제공할 뿐만 아니라 식각 후 금속막의 잔사가 남지 않아 식각 특성을 개선할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태는 과산화수소(A), 아졸 화합물(B), 질소 원자 및 카르복실기를 갖는 수용성 화합물(C), 인산염 화합물(D) 및 질산염 화합물(E)을 포함하며, 상기 질산염 화합물(E)이 질산 금속염을 포함하는 구리계 금속막용 식각 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구리계 금속막은 막의 구성성분 중에 구리가 포함되는 것으로서, 구리 또는 구리 합금의 단일막; 및 구리막 및 구리 합금막 중에서 선택되는 하나 이상의 막과 몰리브덴막, 몰리브덴 합금막, 티타늄막 및 티타늄 합금막으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 막을 포함하는 다층막을 포함한다.
상기 구리 합금은 구리, 구리의 질화물 및 구리의 산화물 중에서 선택되는 하나 이상과 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 티타늄(Ti), 은(Ag), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 지르코늄(Zr), 나이오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 팔라듐(Pd), 하프늄(Hf), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W) 중에서 선택되는 하나 이상의 금속과의 합금을 의미한다.
상기 몰리브덴 합금은 몰리브덴, 몰리브덴의 질화물 및 몰리브덴의 산화물 중에서 선택되는 하나 이상과 나이오븀(Nb), 텅스텐(W), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni) 중에서 선택되는 하나 이상의 금속과의 합금을 의미한다.
상기 다층막의 예로는, 구리/몰리브덴막, 구리/몰리브덴 합금막, 구리 합금/몰리브덴 합금막 등의 2중막; 몰리브덴/구리/몰리브덴막, 몰리브덴 합금/구리/몰리브덴 합금막, 몰리브덴 합금/구리 합금/몰리브덴 합금막 등의 3중막 등을 들 수 있다. 상기 구리/몰리브덴막은 몰리브덴층과 상기 몰리브덴층 상에 형성된 구리층을 포함하는 것을 의미하고, 상기 구리/몰리브덴 합금막은 몰리브덴 합금층과 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리층을 포함하는 것을 의미하며, 상기 구리 합금/몰리브덴 합금막은 몰리브덴 합금층과 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리 합금층을 포함하는 것을 의미하고, 상기 몰리브덴/구리/몰리브덴막은 몰리브덴층, 상기 몰리브덴층 상에 형성된 구리층 및 상기 구리층 상에 형성된 몰리브덴층을 포함하는 것을 의미하며, 상기 몰리브덴 합금/구리/몰리브덴 합금막은 몰리브덴 합금층, 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리층 및 상기 구리층 상에 형성된 몰리브덴 합금층을 포함하는 것을 의미하고, 상기 몰리브덴 합금/구리 합금/몰리브덴 합금막은 몰리브덴 합금층, 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리 합금층 및 상기 구리 합금층 상에 형성된 몰리브덴 합금층을 포함하는 것을 의미한다.
특히, 본 발명의 식각액 조성물은 구리막 및 구리 합금막 중에서 선택되는 하나 이상의 막과 몰리브덴막 및 몰리브덴 합금막 중에서 선택되는 하나 이상의 막을 포함하는 다층막에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 구리계 금속막은 금속 산화물막 상에 형성된 것일 수 있다.
상기 금속 산화물막은 AxByCzO(A, B, C = Zn, Cd, Ga, In, Sn, Hf, Zr 또는 Ta; x, y, z≥0; 단, x, y, z 중 적어도 둘은 0이 아님)의 삼성분계 또는 사성분계 산화물을 함유하는 막으로서, 산화물 반도체층을 구성하는 막일 수 있다.
상기 구리막 및 구리 합금막은 그 두께가 2,000 내지 10,000Å, 바람직하게는 2,500 내지 6,500Å의 범위일 수 있고, 상기 몰리브덴막 및 몰리브덴 합금막은 그 두께가 100 내지 450Å, 바람직하게는 100 내지 300Å의 범위일 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시형태에 따른 식각 조성물의 구성성분들에 대해 보다 상세히 설명한다.
과산화수소(A)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 과산화수소(A)는 구리계 금속막의 식각에 영향을 미치는 주 산화제이다.
상기 과산화수소는 조성물 전체 중량에 대하여 5.0 내지 25.0 중량%, 바람직하게는 15.0 내지 23.0 중량%로 포함될 수 있다. 상기 과산화수소의 함량이 5.0 중량% 미만인 경우 구리계 금속막의 식각력이 부족하여 충분한 식각이 이루어지지 않을 수 있으며, 25.0 중량%를 초과하는 경우에는 식각 속도가 전체적으로 빨라지기 때문에 공정 컨트롤이 어려울 수 있다.
아졸 화합물(B)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 아졸 화합물(B)은 구리계 금속막의 식각 속도를 조절하며 패턴의 시디 로스(CD loss), 즉 사이드 에치(side etch)를 줄여주어 공정 상의 마진을 높이는 역할을 한다.
상기 아졸 화합물로는 당해 기술분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 탄소수가 1 내지 30인 아졸 화합물인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 아졸 화합물로는 피롤(pyrrole)계, 피라졸(pyrazol)계, 이미다졸(imidazole)계, 트리아졸(triazole)계, 테트라졸(tetrazole)계, 펜타졸(pentazole)계, 옥사졸(oxazole)계, 이소옥사졸(isoxazole)계, 티아졸(thiazole)계, 이소티아졸(isothiazole)계 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 아졸 화합물은 조성물 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5.0중량%로 포함될 수 있다. 상기 아졸 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 식각 속도가 증가하여 시디 로스가 크게 발생될 수 있고, 5.0 중량%를 초과할 경우 식각 속도가 감소하여 공정시간이 손실될 수 있다.
질소 원자 및 카르복실기를 갖는 수용성 화합물(C)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 질소원자 및 카르복실기를 갖는 수용성 화합물(C)은 식각 조성물의 보관시 발생할 수 있는 과산화수소의 자체 분해 반응을 막아주고 많은 수의 기판을 식각할 시에 식각 특성이 변하는 것을 방지한다. 일반적으로 과산화수소를 사용하는 식각 조성물의 경우 보관시 과산화수소가 자체 분해하여 그 보관기간이 길지가 못하고 폭발이 일어날 수 있다. 반면, 상기 질소 원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물이 포함될 경우 과산화수소의 분해 속도가 10배 가까이 줄어들어 보관기간 및 안정성 확보에 유리하다. 특히, 구리층의 경우 식각 조성물 내에 구리 이온이 다량 잔존할 경우에 패시베이션(passivation) 막을 형성하여 까맣게 산화된 후 더 이상 식각되지 않는 경우가 발생할 수 있으나, 상기 화합물(C)을 첨가하였을 경우 이런 현상을 막을 수 있다.
상기 질소 원자 및 카르복실기를 갖는 수용성 화합물의 예로는 알라닌(alanine), 아미노부티르산(aminobutyric acid), 글루탐산(glutamic acid), 글리신(glycine), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid) 및 사르코신(sarcosine) 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 질소 원자 및 카르복실기를 갖는 수용성 화합물은 조성물의 전체 중량에 대해서 0.1 내지 5.0 중량%의 범위로 포함될 수 있다. 상기 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 다량의 기판(약 500매)의 식각 후에 패시베이션 막이 형성되어 충분한 공정 마진을 얻기가 어려워지며, 5.0 중량%를 초과할 경우 몰리브덴 함유 막의 식각속도가 느려지므로 공정시간의 손실이 발생할 수 있다.
인산염 화합물(D)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 인산염 화합물(D)은 식각 프로파일을 양호하게 만들어주는 성분으로, 식각 조성물의 부분적 과침식 현상을 억제할 수 있다.
상기 인산염 화합물은 인산의 하나 또는 2개의 수소 이온이 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온 또는 암모늄 이온으로 치환된 염에서 선택되는 것이면 특별히 한정하지 않는다. 그 예로는 제1인산암모늄(ammonium dihydrogenphosphate), 제1인산나트륨(sodium dihydrogenphosphate), 제1인산칼륨(potassium dihydrogenphosphate), 제2인산암모늄(diammonium hydrogenphosphate), 제2인산나트륨(disodium hydrogenphosphate), 제2인산칼륨(dipotassium hydrogenphosphate) 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 인산염 화합물은 조성물의 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5.0 중량%의 범위로 포함될 수 있다. 상기 인산염 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 식각 프로파일이 불량하게 될 수 있고, 5.0 중량%를 초과할 경우 구리계 금속막의 식각 속도가 빨라질 수 있다.
질산염 화합물(E)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 질산염 화합물(E)은 몰리브덴막 및 몰리브덴 합금막의 보조산화제인 동시에 잔사가 발생하지 않도록 만들어주는 성분으로서, 질산 금속염을 포함한다.
상기 질산 금속염은 질산의 수소 이온이 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온으로 치환된 염이다. 그 예로는 질산칼륨(KNO3), 질산나트륨(NaNO3), 질산칼슘(Ca(NO3)2) 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 질산염 화합물은 조성물의 전체 중량에 대하여 0.1 내지 5.0 중량%의 범위로 포함될 수 있다. 상기 질산염 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 잔사가 발생할 수 있고, 5.0 중량%를 초과할 경우 식각 프로파일이 불량해질 우려가 있을 뿐만 아니라 언더컷(undercut)이 발생할 우려가 있다.
다가알코올형 계면활성제(F)
본 발명의 일 실시형태에 따른 구리계 금속막용 식각 조성물은 표면장력을 저하시켜 식각의 균일성을 증가시키기 위하여 다가알코올형 계면활성제(F)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 상기 다가알코올형 계면활성제(F)는 구리막의 식각 후 식각액에 녹아져 나오는 구리 이온을 둘러 쌈으로써 구리 이온의 활동도를 억제하여 과산화수소의 분해 반응을 억제시키는 역할을 할 수 있다. 이와 같이, 구리 이온의 활동도를 낮추게 되면 식각액을 사용하는 동안 발열 없이 안정적인 공정을 진행할 수 있게 된다.
상기 다가알코올형 계면활성제의 예로는 글리세롤(glycerol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol), 트리에틸렌 글리콜(triethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 다가알코올형 계면활성제는 조성물의 전체 중량에 대하여 0.001 내지 5.0 중량%의 범위로 포함될 수 있다. 상기 다가알코올형 계면활성제의 함량이 0.001 중량% 미만인 경우, 식각 균일성이 저하되고 과산화수소의 분해가 가속화될 수 있고, 5.0 중량%를 초과할 경우 거품이 많이 발생될 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㏁·㎝ 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 실시형태에 따른 식각 조성물에 사용되는 상기 성분들은 통상적으로 공지된 방법에 의해서 제조가 가능하며, 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 식각 조성물은 구리계 금속막의 식각 시에 하부에 위치하는 산화물층에 데미지를 주지 않으면서도 식각 균일성 및 직진성이 우수한 양호한 식각 프로파일을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 식각 조성물은 식각 후 금속막의 잔사가 남지 않아 전기적인 쇼트, 배선의 불량 및 휘도의 감소 등을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 식각 조성물은 대화면 및/또는 고휘도의 회로가 구현되는 박막 트랜지스터 어레이 기판, 특히 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조시에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 상술한 식각 조성물을 이용하여 형성된 구리계 금속 배선에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 구리계 금속 배선은 상술한 식각 조성물을 이용하여 당해 분야에 통상적으로 알려진 식각 공정, 예컨대 기판상에 금속 산화물막을 형성하는 단계; 상기 금속 산화물막 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계; 상기 구리계 금속막 상에 포토레지스트 막을 형성한 후 패턴화하는 단계; 및 상술한 식각 조성물을 이용하여 상기 구리계 금속막을 식각하는 단계를 포함하는 식각 공정을 수행함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 상술한 구리계 금속 배선을 포함하는 표시장치용 어레이 기판에 관한 것이다. 일례로, 본 발명의 표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(thin film transistor) 어레이 기판일 수 있으며, 특히 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 표시장치용 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(금속 산화물막)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 d) 단계에서 반도체층 상에 구리계 금속막을 형성하고 상술한 식각 조성물로 상기 구리계 금속막을 식각하여 각각의 전극을 형성함으로써 제조될 수 있다.
상기 표시장치는 액정표시장치 또는 OLED 등일 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 본 발명의 식각액 조성물은 식각 시 몰리브덴 잔사를 발생시키지 않으므로 전기적인 쇼트나 배선의 불량 문제가 없어 대화면, 고휘도의 회로가 구현되는 표시장치용 어레이 기판의 제조 시에 유용하게 사용될 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 혼합하고, 전체 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 추가하여 식각 조성물 6㎏을 제조하였다(단위: 중량%).
과산화수소
(H2O2)		 아졸 화합물 (ATZ) 질소 원자 및 카르복실기를 갖는 화합물
(IDA)		 인산염
(NHP)		 질산염 다가알코올형 계면활성제(TEG) 불소 함유 화합물 (중불화암모늄)
질산칼륨 질산칼슘 질산암모늄
실시예 1 23.0 0.6 2.0 0.5 0.5 - - 3.0 -
실시예 2 23.0 0.6 2.0 0.5 0.5 - - - -
실시예 3 23.0 0.6 2.0 0.5 - 0.5 - 3.0 -
비교예 1 23.0 0.6 2.0 0.5 - - - 3.0 -
비교예 2 23.0 0.6 2.0 0.5 - - - 3.0 0.2
비교예 3 23.0 0.6 2.0 0.5 - - 0.5 3.0 -
ATZ: 5-아미노테트라졸(5-aminotetrazole)
IDA: 이미노디아세트산(iminodiacetic acid)
NHP: 제1인산나트륨(sodium dihydrogenphosphate)
TEG: 트리에틸렌글리콜(triethyleneglycol)
실험예 1:
제조된 식각 조성물의 식각 성능을 평가하기 위하여, 유리기판(100mm×100mm) 상에 금속 산화물막(IGZO)을 증착시키고, 상기 막 상에 Cu/Mo-Nb 3500Å/300Å 이중막을 순차적으로 형성한 다음, 포토리소그래피 공정을 진행하여 패턴을 형성시켰다.
이때, 식각 공정은 분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사)를 이용하였고, 식각 공정시 식각 조성물의 온도는 약 30℃ 내외로 하였다. 식각 시간은 식각 온도에 따라서 다를 수 있으나, 통상 110초 정도로 진행하였다.
(1) 식각 프로파일 및 직진성
식각 후, Cu/Mo-Nb 막의 식각 단면을 SEM(S-4700, Hitachi사)을 사용하여 관찰하고, 다음과 같은 평가 기준으로 식각 프로파일 및 직진성을 평가하였다.
<평가 기준>
○: 좋음
△: 보통
×: 나쁨
(2) 몰리브덴 합금막 잔사
식각 후, Mo-Nb 막의 잔사 발생 여부를 관찰하였다.
(3) 금속 산화물막 데미지
식각 후, 금속 산화물막(IGZO)의 표면을 관찰하여 데미지 발생 여부를 관찰하였다.
(4) 발열 특성
식각액에 Cu 이온을 4000ppm의 농도로 용해시킨 후 발열 발생 여부 및 발생 시간을 관찰하였다.
<평가 기준>
○: 발열이 발생하지 않음
△: 120 시간까지 발열 없음
×: 72 시간 이내 발열 발생
측정된 식각 물성에 대한 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
식각 프로파일 및 직진성 몰리브덴 합금막(Mo-Nb 막) 잔사 금속 산화물막 (IGZO) 데미지 발열 특성
실시예 1 ○ 없음 없음 ○
실시예 2 ○ 없음 없음 △
실시예 3 ○ 없음 없음 ○
비교예 1 ○ 있음 없음 ○
비교예 2 ○ 없음 있음 ○
비교예 3 ○ 있음 없음 ○
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 질산 금속염을 포함하는 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 식각 조성물은 산화물층에 데미지를 주지 않으면서도 양호한 식각 프로파일 및 직진성을 제공할 뿐만 아니라 식각 후 금속막의 잔사가 남지 않는 것을 확인하였다. 특히, 다가알코올형 계면활성제를 추가로 포함하는 실시예 1 및 3의 식각 조성물은 발열 특성도 우수하였다. 반면, 질산 금속염을 포함하지 않는 비교예 1 내지 3의 식각 조성물은 산화물층에 데미지를 주거나 식각 후 금속막의 잔사가 남는 것을 확인하였다.
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 (9)

  1. 조성물 전체 중량에 대하여 과산화수소 5.0 내지 25.0 중량%, 아졸 화합물 0.1 내지 5.0 중량%, 질소 원자 및 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.1 내지 5.0 중량%, 인산염 화합물 0.1 내지 5.0 중량% 및 질산 금속염 0.1 내지 5.0 중량%를 포함하고, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함하며,
    불소 함유 화합물을 포함하지 않는 구리계 금속막용 식각 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구리계 금속막은 구리막 및 구리 합금막 중에서 선택되는 하나 이상의 막과 몰리브덴막 및 몰리브덴 합금막 중에서 선택되는 하나 이상의 막을 포함하는 다층막인 구리계 금속막용 식각 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 구리계 금속막은 금속 산화물막 상에 형성된 것인 구리계 금속막용 식각 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 질산 금속염은 질산칼륨, 질산나트륨 및 질산칼슘으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상인 구리계 금속막용 식각 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 다가알코올형 계면활성제 0.001 내지 5.0 중량%를 추가로 포함하는 구리계 금속막용 식각 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 구리계 금속막용 식각 조성물을 이용하여 형성된 구리계 금속 배선.
  8. 제7항에 따른 구리계 금속 배선을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판.
  9. 제8항에 있어서, 산화물 반도체층을 포함하는 박막 트랜지스터 어레이 기판.
KR1020170166130A 2017-12-05 2017-12-05 구리계 금속막용 식각 조성물 KR102371074B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170166130A KR102371074B1 (ko) 2017-12-05 2017-12-05 구리계 금속막용 식각 조성물

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170166130A KR102371074B1 (ko) 2017-12-05 2017-12-05 구리계 금속막용 식각 조성물

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190066424A KR20190066424A (ko) 2019-06-13
KR102371074B1 true KR102371074B1 (ko) 2022-03-07

Family

ID=66847571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170166130A KR102371074B1 (ko) 2017-12-05 2017-12-05 구리계 금속막용 식각 조성물

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102371074B1 (ko)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140084417A (ko) * 2012-12-26 2014-07-07 동우 화인켐 주식회사 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물 및 채널 형성 방법
KR101960342B1 (ko) * 2013-02-28 2019-03-21 동우 화인켐 주식회사 식각액 조성물, 이를 이용한 배선 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법
KR102517903B1 (ko) 2015-12-09 2023-04-05 솔브레인 주식회사 식각액 조성물, 및 식각액 조성물을 이용한 식각 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190066424A (ko) 2019-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101960342B1 (ko) 식각액 조성물, 이를 이용한 배선 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법
KR102255577B1 (ko) 식각액 조성물
KR102160286B1 (ko) 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR101845083B1 (ko) 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR102660286B1 (ko) 구리계 금속막 및 금속 산화물막 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각 방법
KR101965904B1 (ko) 액정 표시장치용 어레이 기판 제조방법
KR102091847B1 (ko) 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR102433304B1 (ko) 금속막 식각액 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법
KR102583609B1 (ko) 구리계 금속막용 식각액 조성물, 이를 이용한 표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR101966442B1 (ko) 액정 표시장치용 어레이 기판 제조방법
KR102092350B1 (ko) 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR102142382B1 (ko) 니켈계 금속막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법
CN107236956B (zh) 用于铜基金属层的蚀刻剂组合物及用其制造显示设备的阵列基板的方法
KR20170121505A (ko) 표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR102371074B1 (ko) 구리계 금속막용 식각 조성물
KR102371073B1 (ko) 구리계 금속막용 식각 조성물
KR102362555B1 (ko) 구리계 금속막용 식각 조성물
KR102384565B1 (ko) 구리계 금속막용 식각 조성물
KR102505196B1 (ko) 구리계 금속막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR102254563B1 (ko) 구리계 금속막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR102412334B1 (ko) 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR102457165B1 (ko) 은 함유막 식각액 조성물 및 이를 이용한 도전 패턴 형성 방법
KR20160112471A (ko) 식각액 조성물 및 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR102433337B1 (ko) 구리계 금속막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법
KR102639573B1 (ko) 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant