KR102471019B1 - 식각액 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법 - Google Patents
식각액 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물은 식각액 조성물 총 중량에 대하여 5 중량% 이상 20 중량% 이하의 질산, 1 중량% 이상 15 중량% 이하의 아세트산, 0.1 중량% 이상 5 중량% 이하의 아세트산염, 0.1 중량% 이상 4 중량% 이하의 함할로겐 화합물 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 식각액 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 표시 장치에 이용되는 표시 기판은 각 화소 영역을 구동하기 위한 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결된 신호 배선 및 화소 전극을 포함한다. 상기 신호 배선은 게이트 구동 신호를 전달하는 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 교차하면서 데이터 구동 신호를 전달하는 데이터 배선을 포함한다.
박막 트랜지스터는 게이트 배선의 일부인 게이트 전극과 채널을 형성하는 반도체층, 데이터 배선의 일부인 소스 전극 및 드레인 전극으로 이루어진다. 박막 트랜지스터는 게이트 배선을 통하여 전달되는 게이트 신호에 따라 데이터 배선을 통하여 전달되는 데이터 전압을 화소 전극에 전달 또는 차단하는 스위칭 소자이다.
박막 트랜지스터 제조시 먼저 기판 위에 게이트 또는 소스/드레인 전극용 배선 재료로 금속층을 적층시키고, 이들 금속층을 부식성을 가지는 기체나 용액으로 깎아내어 원하는 전기 회로의 선로를 구현하는 식각 과정이 그 뒤를 따르게 된다.
또한, 소스, 드레인 전극층 위에 화소 전극 재료로 투명 물질을 적층시키고, 이러한 투명 물질 층을 식각하여 화소 전극을 형성하는 과정이 요구된다.
일반적으로, 표시 장치에 이용되는 표시 기판은 각 화소 영역을 구동하기 위한 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터, 상기 박막 트랜지스터와 연결된 신호 배선 및 화소 전극을 포함한다. 상기 신호 배선은 게이트 구동 신호를 전달하는 게이트 배선과, 상기 게이트 배선과 교차하면서 데이터 구동 신호를 전달하는 데이터 배선을 포함한다.
박막 트랜지스터는 게이트 배선의 일부인 게이트 전극과 채널을 형성하는 반도체층, 데이터 배선의 일부인 소스 전극 및 드레인 전극으로 이루어진다. 박막 트랜지스터는 게이트 배선을 통하여 전달되는 게이트 신호에 따라 데이터 배선을 통하여 전달되는 데이터 전압을 화소 전극에 전달 또는 차단하는 스위칭 소자이다.
박막 트랜지스터 제조시 먼저 기판 위에 게이트 또는 소스/드레인 전극용 배선 재료로 금속층을 적층시키고, 이들 금속층을 부식성을 가지는 기체나 용액으로 깎아내어 원하는 전기 회로의 선로를 구현하는 식각 과정이 그 뒤를 따르게 된다.
또한, 소스, 드레인 전극층 위에 화소 전극 재료로 투명 물질을 적층시키고, 이러한 투명 물질 층을 식각하여 화소 전극을 형성하는 과정이 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 환경오염을 방지하면서도 우수한 식각 특성을 갖는 식각액 조성물 및 이를 이용한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법을 제공하고자 한다.
이러한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물은 식각액 조성물 총 중량에 대하여 5 중량% 이상 20 중량% 이하의 질산, 1 중량% 이상 15 중량% 이하의 아세트산, 0.1 중량% 이상 5 중량% 이하의 아세트산염, 0.1 중량% 이상 4 중량% 이하의 함할로겐 화합물 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함한다.
상기 아세트산염은 B(CH3COO)n 구조의 화학식으로, 상기 B는 수소 이온(H+), 암모늄 이온(NH4 +), 철 이온(Fe2 +, Fe3 +), 알루미늄 이온(Al3 +), 산화수가 1 내지 3인 알킬금속 이온 중 적어도 하나의 이온일 수 있다.
상기 함할로겐 화합물은 염화수소(HCl), 염화알루미늄(AlCl3), 암모늄플로라이드(NH4F), 요오드화칼륨(KI), 염화칼륨(KCl) 및 염화암모늄(NH4Cl)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 식각액 조성물은 에틸렌 글리콜을 포함하지 않을 수 있다.
상기 식각액 조성물은 황산을 포함하지 않을 수 있다.
상기 식각액 조성물은 투명 전도성 산화물을 식각할 수 있다.
상기 투명 전도성 산화물은 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법은 기판 위에 데이터 도전체를 형성하는 단계; 상기 데이터 도전체 위에 투명 전도성 산화물을 증착하는 단계; 및 상기 투명 전도성 산화물을 식각액 조성물을 이용하여 식각하는 단계를 포함하며, 상기 식각액 조성물은 5 중량% 이상 20 중량% 이하의 질산, 1 중량% 이상 15 중량% 이하의 아세트산, 0.1 중량% 이상 5 중량% 이하의 아세트산염, 0.1 중량% 이상 4 중량% 이하의 함할로겐 화합물 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함할 수 있다.
상기 아세트산염은 B(CH3COO)n 구조의 화학식으로, 상기 B는 수소 이온(H+), 암모늄 이온(NH4 +), 철 이온(Fe2 +, Fe3 +), 알루미늄 이온(Al3 +), 산화수가 1 내지 3인 알킬금속 이온 중 적어도 하나의 이온일 수 있다.
상기 함할로겐 화합물은 염화수소(HCl), 염화알루미늄(AlCl3), 암모늄플로라이드(NH4F), 요오드화칼륨(KI), 염화칼륨(KCl) 및 염화암모늄(NH4Cl)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
상기 식각액 조성물은 에틸렌 글리콜을 포함하지 않을 수 있다.
상기 식각액 조성물은 황산을 포함하지 않을 수 있다.
상기 투명 전도성 산화물은 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물일 수 있다.
상기 투명 전도성 산화물을 식각액 조성물을 이용하여 식각하는 단계로 화소 전극이 형성되며, 상기 화소 전극은 복수의 절개부를 가질 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물은 황산 대신 아세트산과 아세트산염, 함할로겐 화합물을 사용하여 환경 오염을 예방하고 발열 문제를 해결하면서도, 우수한 식각 능력을 유지하였다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 식각액과 비교예에 따른 식각액에 대하여 식각 프로파일을 실험한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 식각액과 비교예에 따른 식각액에 대하여 PR crack test를 수행하고 그 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명 일실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 공정을 나타낸 공정 단면도 및 배치도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 식각액과 비교예에 따른 식각액에 대하여 PR crack test를 수행하고 그 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명 일실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 공정을 나타낸 공정 단면도 및 배치도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물 및 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물은 기판 상에 적층된 투명 전도성 산화물을 식각할 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 식각액은 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물로 이루어진 전극을 식각할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 식각액 조성물은 질산, 아세트산, 아세트산염, 및 함할로겐 화합물을 포함한다. 함 할로겐 화합물은 할로겐을 포함하는 화합물을 의미한다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물은 5 중량% 이상 20 중량% 이하의 질산, 1 중량% 이상 15 중량% 이하의 아세트산, 0.1 중량% 이상 5 중량% 이하의 아세트산염, 0.1 중량% 이상 4 중량% 이하의 함할로겐 화합물 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 식각액 조성물은 화소 전극, 즉 투명 전도성 산화물을 식각하는 식각액으로서, 산화물을 식각하기 때문에 별도의 산화제가 필요하지 않다. 즉, 별도의 산화제 없이 질산으로 식각이 되며, 그 반응은 하기와 같다.
In2O3 + 6HNO3 -> In2(NO3)6 + 3H2O
SnO2 + 4HNO3 -> Sn(NO3)4 + 2H2O
ZnO + 2HNO3 -> Zn(NO3)2+ 2H2O
본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물은 황산을 포함하지 않는다. 통상적으로 사용되던 투명 전도성 산화물의 식각액은 pH 조절을 위하여 황산을 포함하였다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물은 황산 대신에, 아세트산을 사용하여 pH를 조절할 수 있다.
즉, 식각액에 황산을 포함하는 경우, 사용후 폐액이 환경오염을 일으키는 문제가 있었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물은 황산 대신에 아세트산을 사용함으로써 이러한 환경 오염 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 질산을 5중량% 내지 20중량% 이하로 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물에 포함된 질산은 에칭제(etching agent)이다. 즉, 하기와 같이 질산과 인듐 산화물, 주석 산화물 또는 아연 산화물의 반응에 의해 인듐아연 산화물이나 인듐주석 산화물과 같은 투명 전도성 산화물이 식각된다.
In2O3 + 6HNO3 -> In2(NO3)6 + 3H2O
SnO2 + 4HNO3 -> Sn(NO3)4 + 2H2O
ZnO + 2HNO3 -> Zn(NO3)2+ 2H2O
이러한 질산의 함량은 5 중량% 내지 20중량% 사이인 것이 바람직하다. 질산의 함량이 5중량% 미만인 경우, 식각률이 감소하여 충분한 식각이 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 식각액의 산화력이 저하되어 불균일한 식각 프로파일이 얻어지고 식각액의 수명이 감소될 수 있다. 또한 이러한 질산의 함량이 20 중량% 초과인 경우 식각률이 지나치게 빠르기 때문에 식각 정도를 제어하기 힘들며, 과식각이 발생할 위험이 있다. 또한, 불균일한 식각 프로파일이 얻어질 수 있으며, 질산이 휘발하여 발생하는 흄(fume)에 의하여 작업 환경을 오염시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 아세트산을 1 중량% 이상 15 중량% 이하로 포함한다. 본 실시예에서 아세트산은 pH 조절제이다.
즉 아세트산은 식각 반응의 속도를 조절하고 식각액의 점도를 낮추는 역할을 한다. 투명 전도성 산화물막에 포함된 금속의 산화반응 속도는 식각액의 pH에 크게 의존하는데 약산인 아세트산은 pH 완충제로서 작용하여 식각액의 pH를 일정하게 유지시키고 식각액의 수명을 늘려주는 역할을 한다.
상기 아세트산의 함량이 1중량% 미만이면 완충 효과가 부족하여 식각액의 수명이 단축되고 식각액의 점도가 증가하여 식각 균일성이 저하될 수 있다. 상기 아세트산의 함량이 15중량% 초과이면 투명 전도성 산화막의 식각속도가 저하되어 공정 수율이 저하될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 아세트산염을 0.1 중량% 이상 5 중량% 이하로 포함한다.
상기 아세트산 염은 B(CH3COO)n 구조의 화학식으로, 상기 B는 수소 이온(H+), 암모늄 이온(NH4 +), 철 이온(Fe2 +, Fe3 +), 알루미늄 이온(Al3 +), 산화수가 1 내지 3인 알킬금속 이온 중 적어도 하나의 이온일 수 있다.
상기 아세트산 염은 상기 아세트산의 짝염기 역할을 하는 화합물로서 상기 아세트산과 함께 pH 완충제의 역할을 한다. 즉, 식각액의 pH을 일정하게 유지하고 식각액의 수명을 증가시킨다. 상기 아세트산염의 함량이 0.1중량% 미만이면 역테이퍼를 형성하여 불균일한 식각 프로파일이 얻어질 수 있으며, 상기 함량이 5중량% 초과이면 식각 속도가 느려져 잔사가 발생하거나 식각이 불충분할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은 함할로겐 화합물을 0.1 중량% 이상 4 중량% 이하로 포함한다. 본 실시예에서 함할로겐 화합물은 부식방지제이다. 상기 함할로겐 화합물은 염화수소(HCl), 염화알루미늄(AlCl3), 암모늄플로라이드(NH4F), 요오드화칼륨(KI), 염화칼륨(KCl) 및 염화암모늄(NH4Cl)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 조성물은, pH 조절제로 황산 대신 아세트산과 아세트산 염을 포함한다. 또한, 부식 방지제로서 함할로겐 화합물을 포함하고 있다. 따라서 황산을 사용하지 않아 환경 오염 문제를 해결하면서도, 아세트산 및 아세트산 염, 함할로겐 화합물의 화학 작용을 통해 기존 황산을 포함하는 식각액 조성물과 동등 또는 개선된 수준의 식각 성능을 확보하였다.
또한, 통상적으로 화소 전극 식각에 사용되던 식각액은 휘발방지제로 에틸렌 글리콜을 포함한다. 이러한 에틸렌글리콜의 경우 질산 혼입 시 H2O가 생성되면서 하기와 같은 매커니즘으로 발열이 발생한다.
Ethylene Glycol -> Acid -> 발열
즉 기존 식각액 조성물은, 식각액 조성물에 기 함유된 질산 외에, 폐액 처리 시 질산이 추가로 혼입되는 경우 추가 발열이 발생하는 위험이 있었다.
그러나 본 실시예에 따른 식각액 조성물은 에틸렌글리콜을 포함하지 않아, 이러한 발열 문제를 해결하였다. 즉, 휘발방지제로 에틸렌 글리콜을 사용하는 대신 아세트산, 아세트산염 및 함할로겐 화합물의 화학 작용에 의해 휘발을 방지하고 식각액의 성능을 유지하였다.
그러면 이하 실험을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물과 본 발명의 비교예에 따른 식각액 조성물의 성능을 비교한다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물과(실시예 1), 본 발명의 비교예에 다른 식각액 조성물(비교예 1)의 조성을 나타낸 것이다.
| 실시예 1 | H NO 3 | 아세트산염 | 함할로겐 화합물 | CH 3 COOH | 증류수 | |
| 9% | 2% | 1.2% | 3% | 나머지 | ||
| 비교예 1 | HNO 3 | 식각조절제 | 부식방지제 | H 2 SO 4 | 에틸렌글리콜 | 증류수 |
| 9% | 1% | 5% | 0.1% | 15% | 나머지 |
표 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물은 황산 및 에틸렌글리콜을 포함하지 않고, 아세트산, 아세트산 염 및 함할로겐 화합물을 포함하고 있다.
먼저, 상기 실시예 1 및 비교예 1의 식각액에 대하여 식각 프로파일을 실험하고 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1에 도시된 바와 같이, 비교예 1의 식각액(=기존 식각액)과 실시예 1의 식각액(=신규 식각액)에 대하여 80초, 100초, 120초의 시간동안 각각 ITO의 식각을 실시하고, CD skew의 깊이와 taper angle(°)을 측정하였다.
도 1을 참고로 하면, 황산을 포함하는 본 발명 비교예와 황산을 포함하지 않는 본 발명 실시예의 식각액에서, CD skew 및 taper angle이 동등 또는 유사수준임을 확인할 수 있었다.
다음, 상기 실시예 1 및 비교예 1의 식각액에 대하여 금속 용출량을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| Metal 용출 평가 (24Hr) | |||||||
| 비교예 1의 식각액 | 실시예 1의 식각액 | 비고 | |||||
| 시간 | 0Hr | 24Hr | 용출량 | 0Hr | 24Hr | 용출량 | 동등 수준 |
| Al | 0.028ppm | 0.037ppm | 0.009ppm | 0.018ppm | 0.021ppm | 0.003ppm | |
| Cu | 0.027ppm | 7.100ppm | 7.073ppm | 0.038ppm | 7.021ppm | 6.983ppm | |
| Mo | 0.010ppm | 3.725ppm | 3.715ppm | 0.012ppm | 3.614ppm | 3.602ppm | |
상기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 실시예 1의 식각액 조성물은, 비교예 1의 식각액 조성물과 비교하여 메탈 용출 평가에서 동등 수준의 물성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 실시예 1의 식각액 조성물은 비교예 1의 식각액 조성물에 비하여 황산 및 에틸렌 글리콜을 포함하지 않았지만, 아세트산, 아세트산 염 및 함할로겐 화합물의 상호 작용에 의하여 기존 사용된 황산 포함 식각액을 대체할 수 있는 물성을 나타내었다.
다음, 실시예 1 및 비교예 1의 식각액에 대하여 PR crack test를 수행하고 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1 과 비교예 1의 인듐아연산화물(ITO) 및 인듐주석산화물(IZO)에 대한 crack test 결과, 동등 수준으로 PR crack이 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.
다음, 실시예 1 및 비교예 1의 식각액에 대하여 보관일수에 따른 특성 변화를 실험한 후, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
상기 실험은 각각의 식각액 및 식각 대상에 대하여, 보관일수를 달리하여 ITO 및 IZO을 식각한 후, CD skew 의 길이를 측정한 것이다.
만약 보관일수에 따라 식각액의 성능이 변하였다면, CD skew 길이 또한 보관일수에 따라 달라질 것이며, 따라서 이러한 CD skew의 변화량을 측정하여 표 3의 총 변화량 항목에 나타내었다.
| Metal | IZO (CD Skew, ㎛) | ITO (CD Skew, ㎛) | ||||
| 비교예 1 | 40 | 60 | 80 | 80 | 100 | 120 |
| 0일차 | 0.31 | 0.50 | 0.75 | 0.13 | 0.21 | 0.25 |
| 1일차 | 0.30 | 0.49 | 0.78 | 0.13 | 0.21 | 0.25 |
| 3일차 | 0.31 | 0.51 | 0.79 | 0.13 | 0.20 | 0.27 |
| 5일차 | 0.33 | 0.54 | 0.78 | 0.13 | 0.20 | 0.29 |
| 총 변화량 | 0.02 | 0.04 | 0.03 | 0 | -0.01 | 0.04 |
| 실시예 1 | 40 | 60 | 80 | 80 | 100 | 120 |
| 0일차 | 0.27 | 0.46 | 0.70 | 0.13 | 0.18 | 0.23 |
| 1일차 | 0.28 | 0.47 | 0.71 | 0.13 | 0.18 | 0.23 |
| 3일차 | 0.27 | 0.49 | 0.71 | 0.13 | 0.18 | 0.24 |
| 5일차 | 0.28 | 0.49 | 0.70 | 0.13 | 0.18 | 0.25 |
| 총 변화량 | 0.01 | 0.03 | 0 | 0 | 0 | 0.02 |
상기 표 3에서 확인할 수 있듯이 실시예 1의 식각액은 비교예 1의 식각액과 비교하였을 때 보관일수에 따른 특성 변화가 우수하였다. 즉, 실시예 1의 식각액은 비교예 1의 식각액와 비교하였을 때 보관 일수에 따른 특성 변화가 더 적었으며, 식각액의 성능을 더 잘 유지함을 확인할 수 있었다.
다음, 실시예 1 및 비교예 1의 식각액에 대하여 보관일수에 따른 특성 변화를 실험한 후, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
상기 실험은 각각의 식각액에 대하여, 누적 일수를 달리하여 IZO를 식각한 후, CD skew 의 길이를 측정한 것이다.
보관 일수란 식각액이 사용전에 용기에 보관된 상태에서 보관한 일수를 의미하며, 누적 일수란 식각액이 실제 공정중에서 사용된 시간을 의미한다.
만약 누적일수에 따라 식각액의 성능이 변하였다면, CD skew 길이 또한 보관일수에 따라 달라질 것이며, 따라서 이러한 CD skew의 변화량을 측정하여 표 4의 총 변화량 항목에 나타내었다.
| 누적 일수에 따른 특성 변화 | |||
| Metal | IZO ( CD Skew , ㎛) | ||
| 기존 식각액 | 40 | 60 | 80 |
| 0Hr | 0.29 | 0.47 | 0.73 |
| 12Hr | 0.30 | 0.48 | 0.78 |
| 24Hr | 0.34 | 0.58 | 0.80 |
| 총 변화량 | 0.05 | 0.11 | 0.07 |
| 신규 식각액 | 40 | 60 | 80 |
| 0Hr | 0.29 | 0.48 | 0.72 |
| 12Hr | 0.29 | 0.48 | 0.72 |
| 24Hr | 0.30 | 0.50 | 0.72 |
| 총 변화량 | 0.01 | 0.02 | 0 |
상기 표 4에서 확인할 수 있듯이 실시예 1의 식각액은 비교예 1의 식각액과 비교하였을 때 누적일수에 따른 특성 변화가 우수하였다. 즉, 실시예 1의 식각액은 비교예 1의 식각액와 비교하였을 때 누적 일수에 따른 특성 변화가 더 적었으며, 식각액의 성능을 더 잘 유지함을 확인할 수 있었다. 즉 본 발명 일 실시예에 따른 실시예 1의 식각액은 누적 시간이 24시간이 경과하더라도 식각 특성이 거의 변하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
다음, 실시예 1 및 비교예 1의 식각액에 대하여 질산을 혼입한 후 발열 유무를 측정하여 하기 표 5에 나타내었다.
| 비교예 1 | 질산 혼입 | 발열유무 | 발열온도 (℃) | 발생 시간 ( Min ) |
| + 3% | O | 48.0 | 2970min | |
| + 6% | O | 50.4 | 2520min | |
| + 9% | O | 53.9 | 1570min | |
| + 12% | O | 60.7 | 1235min | |
| 실시예 1 | 질산 혼입 | 발열유무 | 발열온도 (℃) | 발생 시간 ( Min ) |
| + 3% | X | - | - | |
| + 6% | X | - | - | |
| + 9% | X | - | - | |
| + 12% | X | - | - |
상기 표 5를 참고로 하면, 비교예 1의 식각액 조성물은 질산 혼입에 따라 발열이 발생하였고, 발열온도는 45도 이상, 발생시간 또한 1000min 이상이었다. 그러나 본 발명의 실시예 1의 식각액 조성물은 질산을 혼입하더라도 발열이 전혀 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 이는 본 실시예 1의 식각액 조성물이 에틸렌 글리콜을 포함하지 않기 때문으로, 따라서 식각액 폐수 처리시 발생하는 질산 혼입에 따른 발열 문제를 예방할 수 있다.
그러면 이하에서 함할로겐 화합물, 유기산(아세트산) 및 아세트산염 모두를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물(실시예 2 내지 5)과 상기 조성 중 일부만을 포함하는 본 발명의 비교예에 따른 식각액 조성물(비교예 2 내지 4)에 대하여 분석 시행 결과를 설명한다.
표 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물 (실시예 2 내지 5) 및 본 발명 비교예에 따른 식각액 조성물 (비교예 2 내지 4)의 조성을 나타낸 것이다.
| 조성 (wt%) | ||||
| 질산 | 유기산 | 초산염 | 함할로겐화합물 | |
| 실시예 2 | 9.0% | 3.0% | 2.0% | 0.6% |
| 실시예 3 | 9.0% | 1.5% | 2.0% | 1.2% |
| 실시예 4 | 9.0% | 3.0% | 1.0% | 1.2% |
| 실시예 5 | 9.0% | 3.0% | 2.0% | 1.2% |
| 비교예 2 | 9.0% | 3.0% | 2.0% | - |
| 비교예 3 | 9.0% | - | 2.0% | 1.2% |
| 비교예 4 | 9.0% | 3.0% | - | 1.2% |
다음 상기 실시예 2 내지 5의 식각액 조성물 및 상기 비교예 2 내지 4의 식각액 조성물에 대하여 에칭 속도(Å/sec) 및 잔사 제거 능력을 측정한 후 이를 표 7에 나타내었다.
| 에칭 속도(Å/ sec ) |
잔사
제거
(◎: 매우양호 , ○: 양호, X: 불량) |
||
| ITO 550 Å | IZO 550Å | ||
| 실시예 2 | 9.17 | 22.00 | ○ |
| 실시예 3 | 11.00 | 27.50 | ○ |
| 실시예 4 | 11.00 | 27.50 | ○ |
| 실시예 5 | 12.22 | 36.67 | ◎ |
| 비교예 2 | 6.88 | 10.00 | X |
| 비교예 3 | 10.00 | 18.33 | ○ |
| 비교예 4 | 10.00 | 22.00 | ○ |
표 7을 참고로 하면, 함할로겐 화합물, 유기산(아세트산) 및 아세트산염 모두를 포함하는 본 발명 실시예에 따른 식각액 조성물은 함할로겐 화합물, 유기산(아세트산) 및 아세트산염 중 일부만 포함하는 본 발명 비교예에 따른 식각액 조성물에 비하여 에칭속도가 빠르게 나타남을 확인할 수 있었다. 또한 본 발명의 실시예 2 내지 4는 잔사 제거 능력이 양호하였으나, 함할로겐 화합물을 포함하지 않는 비교예 2의 경우 잔사 제거 능력이 현저히 떨어짐을 확인할 수 있었다.
다음, 상기 실시예 2 내지 5의 식각액 조성물 및 상기 비교예 2 내지 4의 식각액 조성물에 대하여 각 배선 물질의 손상 정도를 측정하고 이를 표 8에 나타내었다.
| Damage | |||
| Al | Cu | Mo | |
| 실시예 2 | ◎ | ◎ | ◎ |
| 실시예 3 | ○ | ○ | ○ |
| 실시예 4 | ○ | ○ | ○ |
| 실시예 5 | ◎ | ◎ | ◎ |
| 비교예 2 | ○ | ○ | ○ |
| 비교예 3 | X | X | X |
| 비교예 4 | X | X | X |
(◎: 매우양호, ○: 양호, X: 불량)
표 8을 참고로 하면 함할로겐 화합물, 유기산(아세트산) 및 아세트산염 모두를 포함하는 본 발명 실시예에 따른 식각액 조성물은 배선 손상 정도가 양호하지만, 함할로겐 화합물, 유기산(아세트산) 및 아세트산염 중 일부만 포함하는 본 발명 비교예에 따른 식각액 조성물에 비하여 배선 손상이 현저함을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물은 황산 대신 아세트산 및 아세트산 염을 사용하고, 추가로 함할로겐 화합물을 포함한다. 또한 에틸렌 글리콜을 포함하지 않는다.
따라서 황산을 포함하는 비교예 1의 식각액 조성물과 식각 특성에 있어서 동등 수준의 식각 성능을 유지하면서도, 보관일수 및 누적일수에 따른 특성 변화에서는 더욱 우수한 특성을 가짐을 확인할 수 있었다. 이는 본 실시예에 따른 식각액 조성물에 포함된 아세트산과 아세트산염, 함할로겐 화합물을 상호작용 때문이다.
또한, 본 실시예에 따른 식각액 조성물은 식각액에 질산이 추가로 혼입되는 경우에도 발열이 발생하지 않아 폐수 처리시 발생하던 발열 문제를 해결하였다.
또한 본 실시예에 따른 식각액 조성물은 함할로겐 화합물, 아세트산 및 아세트산염 모두를 포함하여 에칭 속도 및 잔사 제거 능력이 우수하며, 빠른 에칭 속도를 유지하면서도 배선의 손상을 최소화 하였다.
그럼 이하에서, 상기 실시예에 따른 식각액 조성물을 사용한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판을 도시한 평면도이다. 도 4는 도 3의 박막 트랜지스터 표시판을 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다. 도 3 및 도 4를 참고로 하여 박막 트랜지스터 표시판의 구조에 대하여 간략히 설명한다.
투명한 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어진 절연 기판(110) 위에 게이트선(121)을 포함하는 게이트 도전체가 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 전극(124) 및 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 게이트선(121)은 알루미늄(Al)이나 알루미늄 합금 등 알루미늄 계열 금속, 은(Ag)이나 은 합금 등 은계열 금속, 구리(Cu)나 구리 합금 등 구리 계열 금속, 몰리브덴(Mo)이나 몰리브덴 합금 등 몰리브덴 계열 금속, 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta) 및 티타늄(Ti) 따위로 만들어질 수 있다. 그러나 게이트선(121)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 도전막을 포함하는 다중막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 도전체(121) 위에는 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 등으로 이루어지는 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 물리적 성질이 다른 적어도 두 개의 절연층을 포함하는 다층막 구조를 가질 수도 있다.
게이트 절연막(140) 위에는 비정질 규소 또는 다결정 규소 등으로 만들어진 반도체층(154)이 형성되어 있다. 반도체층(154)은 산화물 반도체를 포함할 수 있다.
반도체층(154) 위에는 저항성 접촉 부재(163, 165)가 형성되어 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 인(phosphorus) 따위의 n형 불순물이 고농도로 도핑되어 있는 n+ 수소화 비정질 규소 따위의 물질로 만들어지거나 실리사이드(silicide)로 만들어질 수 있다. 저항성 접촉 부재(163, 165)는 쌍을 이루어 반도체층(154) 위에 배치될 수 있다. 반도체층(154)이 산화물 반도체인 경우, 저항성 접촉 부재(163, 165)는 생략 가능하다.
저항성 접촉 부재(163, 165) 및 게이트 절연막(140) 위에는 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171)과 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체가 형성되어 있다.
데이터선(171)은 다른 층 또는 외부 구동 회로와의 접속을 위한 넓은 끝 부분(도시하지 않음)을 포함한다. 데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다.
이 때, 데이터선(171)은 액정 표시 장치의 최대 투과율을 얻기 위해서 굽어진 형상을 갖는 제1 굴곡부를 가질 수 있으며, 굴곡부는 화소 영역의 중간 영역에서 서로 만나 V자 형태를 이룰 수 있다. 화소 영역의 중간 영역에는 제1 굴곡부와 소정의 각도를 이루도록 굽어진 제2 굴곡부를 더 포함할 수 있다.
소스 전극(173)은 데이터선(171)의 일부이고, 데이터선(171)과 동일선 상에 배치된다. 드레인 전극(175)은 소스 전극(173)과 나란하게 뻗도록 형성되어 있다. 따라서, 드레인 전극(175)은 데이터선(171)의 일부와 나란하다.
게이트 전극(124), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 반도체층(154)과 함께 하나의 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT)를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(154)에 형성된다.
데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 몰리브덴, 크롬, 탄탈륨 및 티타늄 등 내화성 금속(refractory metal) 또는 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하며, 내화성 금속막(도시하지 않음)과 저저항 도전막(도시하지 않음)을 포함하는 다중막 구조를 가질 수 있다. 다중막 구조의 예로는 크롬 또는 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 상부막의 이중막, 몰리브덴 (합금) 하부막과 알루미늄 (합금) 중간막과 몰리브덴 (합금) 상부막의 삼중막을 들 수 있다. 그러나 데이터선(171)과 드레인 전극(175)은 이외에도 여러 가지 다양한 금속 또는 도전체로 만들어질 수 있다. 데이터선(171)의 폭은 약 3.5㎛±0.75 정도일 수 있다.
데이터 도전체(171, 173, 175), 게이트 절연막(140), 그리고 반도체층(154)의 노출된 부분 위에는 제1 보호막(180n)이 배치되어 있다. 제1 보호막(180n)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제1 보호막(180n) 위에는 제2 보호막(180q)이 배치되어 있다. 제2 보호막(180q)은 생략 가능하다. 제2 보호막(180q)은 색필터일 수 있다. 제2 보호막(180q)이 색필터인 경우, 제2 보호막(180q)은 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시할 수 있으며, 기본색의 예로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색 또는 황색(yellow), 청록색(cyan), 자홍색(magenta) 등을 들 수 있다. 도시하지는 않았지만, 색필터는 기본색 외에 기본색의 혼합색 또는 백색(white)을 표시하는 색필터를 더 포함할 수 있다.
제2 보호막(180q) 위에는 공통 전극(common electrode)(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)이 형성되어 있다. 공통 전극(270)은 면형으로서 기판(110) 전면 위에 통판으로 형성되어 있을 수 있고, 드레인 전극(175) 주변에 대응하는 영역에 배치되어 있는 개구부(도시하지 않음)를 가질 수 있다. 즉 공통 전극(270)은 판 형태의 평면 형태를 가질 수 있다.
인접 화소에 위치하는 공통 전극(270)은 서로 연결되어, 표시 영역 외부에서 공급되는 일정한 크기의 공통 전압을 전달 받을 수 있다.
공통 전극(270) 위에는 제3 보호막(180z)이 배치되어 있다. 제3 보호막(180z)은 유기 절연 물질 또는 무기 절연 물질 등으로 이루어질 수 있다.
제3 보호막(180z) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 데이터선(171)의 제1 굴곡부 및 제2 굴곡부와 거의 나란한 굴곡변(curved edge)을 포함한다. 화소 전극(191)은 복수의 제1 절개부(92)를 가지며, 복수의 제1 절개부(92)에 의해 정의되는 복수의 제1 가지 전극(192)을 포함한다. 이러한 화소 전극(191)의 굴곡부, 절개부와 같은 형상을 형성하는데 본 실시예에 따른 식각액이 이용된다. 구체적인 제조 방법은 후술한다.
제1 보호막(180n), 제2 보호막(180q), 그리고 제3 보호막(180z)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 제1 접촉 구멍(185)이 형성되어 있다. 화소 전극(191)은 제1 접촉 구멍(185)을 통해 드레인 전극(175)과 물리적 전기적으로 연결되어, 드레인 전극(175)으로부터 전압을 인가 받는다.
도시하지는 않았지만, 화소 전극(191)과 제3 보호막(180z) 위에는 배향막(alignment layer)이 도포되어 있고, 배향막은 수평 배향막일 수 있으며, 일정한 방향으로 러빙되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에 따르면, 배향막은 광반응 물질을 포함하여, 광배향될 수 있다.
그러면 이하에서, 도 5 내지 도 8을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 5 내지 도 7은 도 4와 동일한 단면을 도시한 공정 단면도이다. 도 8은 화소 전극이 식각되기 전 박막 트랜지스터 표시판을 나타낸 것이다.
도 5를 참고로 하면, 먼저 기판(110)위에 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트 도전체, 게이트 절연막(140), 반도체층(154), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)을 포함하는 데이터 도전체를 차례로 형성한다.
다음, 제1 보호막(180n) 및 제2 보호막(180q)을 형성한 후, 공통 전극(270)을 형성한다.
다음, 도 6을 참고로 하면 공통 전극(270)위에 제3 보호막(180z)을 형성한 후, 그 위에 화소 전극 물질층(191p)을 증착한다.
도 6에 도시된 화소 전극 물질층(191p)은 패터닝되지 않고 화소 영역 전면에 도시된 모습이다.
도 6 단계에서의 박막 트랜지스터 표시판의 배치도를 도시하면 도 7과 같다. 도 7에서 음영으로 도시된 것이 화소 전극 물질이다. 이때 증착되는 화소 전극 물질층은 물질은 투명 전도성 산화물이다. 이러한 물질은 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물일 수 있다.
다음, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 조성물을 이용하여 화소 전극 물질층을 식각한다. 이때 사용되는 식각액 조성물은 앞서 설명한 식각액 조성물과 같다. 즉, 5 중량% 이상 20 중량% 이하의 질산, 1 중량% 이상 15 중량% 이하의 아세트산, 0.1 중량% 이상 5 중량% 이하의 아세트산염, 0.1 중량% 이상 4 중량% 이하의 함할로겐 화합물 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함하는 식각액 조성물을 이용하여 화소 전극을 식각한다.
도 8은 화소 전극이 식각된 박막 트랜지스터 표시판의 단면을 나타낸 것이다. 이와 같은 식각에 의해 도 9에 도시한 바와 같은 화소 전극이 형성되며, 박막 트랜지스터 표시판이 완성된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
110: 절연 기판 3: 액정층
121: 게이트선 124: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154: 반도체층
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 180: 보호막
191: 화소 전극 270: 공통 전극
121: 게이트선 124: 게이트 전극
140: 게이트 절연막 154: 반도체층
171: 데이터선 173: 소스 전극
175: 드레인 전극 180: 보호막
191: 화소 전극 270: 공통 전극
Claims (14)
- 식각액 조성물 총 중량에 대하여
5 중량% 이상 20 중량% 이하의 질산,
1 중량% 이상 15 중량% 이하의 아세트산,
0.1 중량% 이상 5 중량% 이하의 아세트산염,
0.1 중량% 이상 4 중량% 이하의 함할로겐 화합물 및
전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함하고,
상기 식각액 조성물은 에틸렌 글리콜을 포함하지 않는 식각액 조성물. - 제1항에서,
상기 아세트산염은 B(CH3COO)n 구조의 화학식으로, 상기 B는 암모늄 이온(NH4 +), 철 이온(Fe2 +, Fe3 +), 알루미늄 이온(Al3 +), 산화수가 1 내지 3인 알킬금속 이온 중 적어도 하나의 이온인 식각액 조성물. - 제1항에서,
상기 함할로겐 화합물은 염화수소(HCl), 염화알루미늄(AlCl3), 암모늄플로라이드(NH4F), 요오드화칼륨(KI), 염화칼륨(KCl) 및 염화암모늄(NH4Cl)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 식각액 조성물. - 삭제
- 제1항에서,
상기 식각액 조성물은 황산을 포함하지 않는 식각액 조성물. - 제1항에서,
상기 식각액 조성물은 투명 전도성 산화물을 식각하는 식각액 조성물. - 제6항에서,
상기 투명 전도성 산화물은 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물인 식각액 조성물. - 기판 위에 데이터 도전체를 형성하는 단계;
상기 데이터 도전체 위에 투명 전도성 산화물을 증착하는 단계; 및
상기 투명 전도성 산화물을 식각액 조성물을 이용하여 식각하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은 5 중량% 이상 20 중량% 이하의 질산, 1 중량% 이상 15 중량% 이하의 아세트산, 0.1 중량% 이상 5 중량% 이하의 아세트산염, 0.1 중량% 이상 4 중량% 이하의 함할로겐 화합물 및 전체 조성물의 총 중량이 100 중량% 가 되도록 하는 물을 포함하고,
상기 식각액 조성물은 에틸렌 글리콜을 포함하지 않는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법. - 제8항에서,
상기 아세트산염은 B(CH3COO)n 구조의 화학식으로, 상기 B는 암모늄 이온(NH4 +), 철 이온(Fe2 +, Fe3 +), 알루미늄 이온(Al3 +), 산화수가 1 내지 3인 알킬금속 이온 중 적어도 하나의 이온인 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법. - 제8항에서,
상기 함할로겐 화합물은 염화수소(HCl), 염화알루미늄(AlCl3), 암모늄플로라이드(NH4F), 요오드화칼륨(KI), 염화칼륨(KCl) 및 염화암모늄(NH4Cl)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법. - 삭제
- 제8항에서,
상기 식각액 조성물은 황산을 포함하지 않는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법. - 제8항에서,
상기 투명 전도성 산화물은 인듐 주석 산화물 또는 인듐 아연 산화물인 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법. - 제8항에서,
상기 투명 전도성 산화물을 식각액 조성물을 이용하여 식각하는 단계로 화소 전극이 형성되며,
상기 화소 전극은 복수의 절개부를 갖는 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법.
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