KR102586421B1 - 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 식각 개시제, 무기산, 유기산, 유기염 및 여분의 물을 포함하며, 상온에서 점도가 1 내지 3.3cp인 금속막 식각액 조성물을 제공한다. 금속막 식각액 조성물을 사용하여 식각 불량이 감소되며 향상된 균일성을 갖는 미세 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 일반적으로 다량의 산 성분들을 포함한다. 상기 산 성분들의 종류에 따라 식각 특성이 변화할 수 있으며, 과식각 또는 미식각, 식각 잔류물 발생 등의 불량이 야기될 수 있다. 또한, 상기 산 성분들 중 점도가 큰 산 용액이 다량 함유될 경우, 조성물 흐름이 원활하지 못해 균일한 식각 특성이 확보되지 않을 수 있다.
예를 들면, 한국등록특허 제10-0579421호는 은 식각액 조성물이 개시되어 있으나, 상기 산 성분에 따른 식각 불균일성을 충분히 해결하기에는 한계가 있다.
한국등록특허공보 10-0579421 호(2006.05.08.)
본 발명의 일 과제는 향상된 식각 균일성, 고해상도를 갖는 금속막 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 금속막 식각액 조성물을 사용한 도전 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 금속막 식각액 조성물을 사용한 디스플레이 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.
1. 식각 개시제; 무기산; 유기산; 유기염; 및 여분의 물을 포함하며,
상온에서 점도가 1 내지 3.3cp인, 금속막 식각액 조성물.
2. 위 1에 있어서, 상기 식각 개시제는 황화과산화물, 과산화수소, 과황산염 및 과질산염으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
3. 위 2에 있어서, 상기 식각 개시제는 옥손(oxone)을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
4. 위 1에 있어서, 상기 무기산은 질산을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
5. 위 1에 있어서, 상기 유기산은 제1 유기산 및 상기 제1 유기산보다 약산인 제2 유기산을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
6. 위 5에 있어서, 상기 제1 유기산은 초산을 포함하며,
상기 제2 유기산은 이미노디아세트산(iminodiacetic acid: IDA), 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid: EDTA), 글리신(glycine), 살리실산(salicylic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 옥살산(oxalic acid), 말론산(malonic acid), 숙신산(succinic acid), 부탄산(butyric acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid) 및 펜탄산(pentanoic acid)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물
7. 위 1에 있어서, 상기 유기염은 아세테이트 혹은 옥살레이트 계열 화합물을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
8. 위 7에 있어서, 상기 유기염은 소듐 아세테이트 또는 암모늄 아세테이트 중 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
9. 위 1에 있어서, 조성물 총 중량 중,
상기 식각 개시제 0.5 내지 20중량%;
상기 무기산 1 내지 10중량%;
상기 유기산 10 내지 60중량%;
상기 유기염 0.1 내지 5중량%; 및
여분의 물을 포함하는 금속막 식각액 조성물.
10. 위 1에 있어서, 인산 또는 인산 계열 화합물을 포함하지 않는 금속막 식각액 조성물.
11. 기판 상에 금속막을 형성하는 단계; 및
상기 금속막을 위 1 내지 10 중 어느 한 항의 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 적어도 1층의 투명 도전성 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는, 도전 패턴 형성 방법.
14. 위 13에 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, 도전 패턴 형성 방법.
15. 위 11에 있어서, 상기 금속막이 형성된 상기 기판을 틸팅시키는 단계를 더 포함하는, 도전 패턴 형성 방법.
16. 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.
17. 위 16에 있어서, 상기 도전 패턴은 화상 표시 장치의 공통 전극, 반사 전극 또는 배선으로 제공되는, 도전 패턴 형성 방법.
18. 위 11에 있어서, 상기 도전 패턴은 터치 센서의 트레이스 또는 센싱 전극으로 제공되는, 도전 패턴 형성 방법.
전술한 본 발명의 실시예들에 따르는 금속막 식각액 조성물은 식각 개시제, 무기산, 유기산 및 물을 포함하며, 상온에서 약 1 내지 3.3cp의 점도를 가질 수 있다. 이에 따라, 기판 상에서 위치에 따른 식각량의 편차 없이 균일한 도전 패턴이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 금속막 식각액 조성물은 복수 종의 유기산을 포함하며, 유기염을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 식각률의 미세 콘트롤을 통해 원하는 임계 치수의 미세 도전 패턴을 형성할 수 있다.
상기 식각액 조성물을 사용하여 예를 들면, 디스플레이 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 내지 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 도전 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 일부 예시적인 실시예들에 따라 제조된 디스플레이 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따라 제조된 터치 센서를 나타내는 개략적인 평면도이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 소정의 점도 범위에서 식각 개시제, 무기산, 유기산, 유기염 및 물을 포함하는 금속막 식각액 조성물(이하, "식각액 조성물"로 약칭한다)이 제공된다. 또한, 상기 금속막 식각액 조성물을 활용한 도전 패턴 형성방법, 디스플레이 기판의 제조 방법이 제공된다.
본 출원에 사용되는 용어 "금속막"은 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 산화막은 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 식각 개시제는 은(Ag) 등의 식각 속도를 촉진하고 식각 균일성을 향상시킬 수 있는 성분으로 제공될 수 있다. 또한, 은에 비해 상대적으로 산화/환원 특성이 낮은 투명 도전성 산화막에 대해 금속 치환 반응을 개시 또는 유도하여 식각을 촉진하는 성분으로서 포함될 수 있다.
또한, 상기 식각 개시제가 포함되면서 후술하는 무기산의 활성이 촉진됨에 따라, 무기산의 함량을 상대적으로 줄일 수 있다. 따라서, 무기산 과다 포함 시 초래되는 과식각, 식각 불균일 등을 억제할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 식각 개시제는 황화과산화물, 과산화수소, 과황산염 및/또는 과질산염을 포함할 수 있고, 바람직하게는 옥손(oxone)과 같은 황화과산화물을 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 20중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 식각 개시제의 함량이 약 0.5중량% 미만인 경우, 상기 은 함유막에 대한 식각 속도가 지나치게 저하되고 불균일 식각이 야기될 수 있다. 또한, 은 잔사로 인한 배선 쇼트가 발생될 수 있으며, 투명 전도성 산화막의 식각 촉진 효과가 미미할 수 있다. 상기 식각 개시제의 함량이 약 20중량% 초과인 경우, 오히려 무기산의 산화 작용을 저해하여, 상기 투명 도전성 산화막의 식각 속도가 지나치게 저하될 수 있다.
상기 무기산은 상술한 식각 개시제와 상호 작용하여 산화제 역할을 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 무기산은 ITO와 같은 투명 도전성 산화막에 대한 주 산화제 역할을 수행할 수 있다. 상기 무기산과 상기 식각 개시제가 함께 작용함으로써, 은 함유막 및 투명 도전성 산화막이 함께 균일하게 식각될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 무기산은 질산을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 무기산은 질산염을 함께 포함할 수 있다. 상기 질산염의 예로서 질산 나트륨(sodium nitrate), 질산칼륨(potassium nitrate), 또는 질산 암모늄(ammonium nitrate) 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 무기산은 조성물 총 중량 중 약 1 내지 10중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 무기산의 함량이 약 1중량% 미만인 경우, 식각 속도가 지나치게 저하되어 예를 들면, ITO 잔사, 은 잔사로 인한 배선 쇼트가 야기될 수 있다. 또한, 상기 ITO 잔사 또는 은 잔사로 인해 암점(dark spot 또는 blind spot)이 발생할 수 있다. 상기 무기산의 함량이 약 10중량%를 초과하는 경우, 과식각 등과 같은 금속막의 식각 제어 불량이 발생할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 은 함유막 및 투명 도전성 산화막의 균일한 식각 속도 및 제어특성을 고려하여 상기 무기산의 함량은 약 1 내지 9중량%로 조절될 수 있다.
상기 유기산은 예를 들면, 상기 은 함유막의 식각 속도를 적절히 촉진 혹은 조절하여 수득되는 도전 패턴의 임계 치수 손실(CD Loss)을 감소시키고, 미세 패턴 형성을 촉진하기 위해 포함될 수 있다.
일부 실시들에 있어서, 상기 유기산은 제1 유기산 및 상기 제1 유기산 보다 약산인 제2 유기산을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 유기산은 초산을 포함하며, 보조 산화제 혹은 은에 대한 주산화제로서 기능할 수 있다. 상기 제2 유기산은 이미노디아세트산(iminodiacetic acid: IDA), 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid: EDTA), 글리신(glycine), 살리실산(salicylic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 옥살산(oxalic acid), 말론산(malonic acid), 숙신산(succinic acid), 부탄산(butyric acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 펜탄산(pentanoic acid) 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 바람직하게는, 상기 제2 유기산으로서 옥살산을 사용할 수 있다.
상기 제2 유기산은 식각 프로파일 증진제로서 기능할 수 있다. 상기 제1 유기산에 의한 산화 작용이 상기 제2 유기산에 의해 일부 억제 또는 컨트롤됨으로써, 도전 패턴의 CD 손실 또는 CD 바이어스가 현저히 감소될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 유기산은 조성물 총 중량 중 약 10 내지 60중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 유기산의 함량이 약 10중량% 미만인 경우, 식각 속도 저하에 따른 얼룩, 잔사가 발생할 수 있다. 상기 유기산의 함량이 약 60중량%를 초과하는 경우 조성물의 경시 안정성이 저하되며, 과식각에 의한 패턴 소실이 초래될 수 있다.
상기 도전 패턴의 프로파일 특성 향상을 고려하여, 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 유기산의 함량은 약 10 내지 40중량%일 수 있다.
상기 유기염은 실질적으로 상기 식각액 조성물의 프로파일 개선제로서 기능할 수 있다. 예를 들면, 상기 유기염은 상기 제1 유기산의 활성을 적절히 억제하거나, 상기 은 함유막 및/또는 투명 도전성 산화막의 표면을 패시베이션하여 식각 편차 또는 지나친 과식각을 차단할 수 있다.
예를 들면, 상기 유기염은 아세테이트 혹은 옥살레이트 계열의 염 화합물을 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서 상기 유기염은 소듐 아세테이트와 같은 금속 아세테이트, 혹은 암모늄 아세테이트를 포함하며, 바람직하게는 암모늄 아세테이트가 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 유기염은 조성물 총 중량 중 약 0.1 내지 5중량%의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 유기염의 함량이 약 0.1중량% 미만인 경우 충분한 패시베이션 효과가 구현되기 곤란하다. 상기 유기염의 함량이 약 5중량%를 초과하는 경우 조성물 점도가 상승할 수 있으며, 오히려 무기산 및/또는 유기산의 식각 활성이 저해될 수 있다. 바람직하게는, 상기 유기염은 약 0.1 내지 3중량% 함량으로 포함될 수 있다.
상기 식각액 조성물은 상술한 성분을 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, 상술한 성분 및 상기 첨가제를 제외한 양을 포함하는 가변적인 양을 의미한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 첨가제는 상술한 성분들의 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, 식각 부산물 흡착 방지, 식각 패턴의 테이퍼각 조절 등을 위한 제제 등을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 식각액 조성물은 상술한 식각 개시제, 무기산, 유기산, 유기염 및 물로 실질적으로 구성될 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 배제됨에 따라 상기 은 함유막의 과식각을 방지하면서 미세 패턴 치수를 갖는 도전 패턴을 형성할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에 따른 식각액 조성물에 포함되는 상기 무기산은 실질적으로 질산으로 구성되며, 염산 및 황산은 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 환경 오염 문제 및 은 석출 문제가 감소된 식각 공정이 구현될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 식각액 조성물의 점도는 상온(예를 들면, 약 25℃)에서 약 1 내지 3.3cp의 점도를 가질 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 식각액 조성물의 점도는 약 1 내지 3cp 범위 내일 수 있다.
상기 식각액 조성물의 점도가 약 1cp미만인 경우, 식각액 체류시간이 지나치게 감소되어 미식각이 초래될 수 있다. 상기 식각액 조성물의 점도가 약 3.3cp를 초과하는 경우, 조성물의 흐름이 저해되어 식각액 고임, 식각 시간 편차 등에 따른 도전 패턴의 영역별 불균일이 초래될 수 있다.
예를 들면, 대면적 디스플레이 기판에 적용되는 도전 패턴의 경우, 식각액 조성물의 점도를 예시적인 실시예들에 따른 범위로 조절하고, 상술한 성분들의 상호작용, 미세 함량 조절 등에 의해 영역별 패턴 치수 편차가 실질적으로 제거된 고해상도 식각 공정이 구현될 수 있다.
<도전 패턴 형성 방법>
도 1 내지 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 도전 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 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 금속 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 상대적으로 우수한 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.
도 3을 참조하면, 기판(100)의 면적이 대형화되는 경우 습식 식각 공정의 용이성을 위해 기판(100)의 일단을 상방으로 틸팅(tilting) 하여 경사를 부여한 후, 식각액 분사기기(50)를 통해 식각액 조성물을 분사하여 기판(100) 상에 형성된 금속막(120)의 식각을 수행할 수 있다.
이 경우, 식각액 조성물이 기판(100)의 경사 방향에 따라 흐르게 되므로 기판(100)의 상부 및 하부 사이에서 식각 속도 차이가 발생할 수 있다. 예를 들면 기판(100) 하부로 지나치게 식각액 조성물이 밀집되거나, 고이는 경우 기판(100)의 하부에 형성된 금속막(120) 부분이 과도하게 식각되어 하부 배선 유실 문제가 발생할 수 있다.
그러나, 상술한 바와 같이 예시적인 실시예들에 따른 식각액 조성물은 점도가 약 1 내지 3.3cp로 제어되어 조성물의 유동성이 증진되므로, 상술한 식각 편차, 배선 유실 문제를 억제 또는 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 제한된 점도 범위에서, 상술한 식각 개시제, 무기산, 유기산 및 유기염의 상호 작용에 의해 은 함유 패턴(124)의 미식각, 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 800 Å 이상, 일 실시예에 있어서 약 1000 Å 이상일 수 있다. 제1 및 제2 투명 도전성 산화막 패턴들(122, 126)의 두께는 약 50 내지 100 Å일 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 4는 일부 예시적인 실시예들에 따라 제조된 디스플레이 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 예를 들면, 도 4는 상술한 도전 패턴 형성 방법에 의해 형성된 배선, 전극 구조물을 포함하는 디스플레이 기판을 도시하고 있다.
도 4를 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)으로 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(264) 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, 상술한 식각액 조성물이 사용됨에 따라, 대면적 디스플레이에서의 상하부 식각 편차가 없는 전극 또는 배선이 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상술한 식각액 조성물 또는 도전패턴 형성 방법을 활용하여 게이트 전극(225), 소스 전극(233), 드레인 전극(237), 화소 전극(245)의 패터닝을 수행할 수도 있다.
도 5는 일부 예시적인 실시예들에 따라 형성된 터치 센서를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 5를 참조하면, 터치 센서는 기재(300) 상에 형성된 센싱 전극(310), 트레이스(320) 및 패드(330)를 포함할 수 있다.
상기 터치 센서는 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 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 센서의 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%)으로 실시예들 및 비교예들에 따른 금속막 식각액 조성물을 제조하였다.
질산 식각개시제
(옥손)		 인산 유기산 유기염
(암모늄 아세테이트)		 물 점도
(cp)
초산 옥살산
실시예 1 5 10 - 10 - 0.5 잔량 1.2
실시예 2 7 10 - 25 - 0.5 잔량 1.5
실시예 3 5 10 - 30 - 1 잔량 2.0
실시예 4 5 10 - 40 - 1 잔량 3.0
실시예 5 9 1 - 30 - 2 잔량 2.5
실시예 6 7 10 - 25 - 3 잔량 2.3
실시예 7 3 20 - 20 - 1 잔량 2.1
실시예 8 5 10 - 10 3 0.5 잔량 1.3
실시예 9 5 10 - 50 - 1 잔량 3.2
비교예 1 9 - 50 20 - - 잔량 6.7
비교예 2 9 - 30 20 - 1 잔량 5.5
비교예 3 9 10 10 20 - - 잔량 4.5
비교예 4 5 10 - 65 - 1 잔량 3.5
비교예 5 5 - 10 30 - 0.5 잔량 4.1
비교예 6 5 10 - - - 0.5 잔량 1.2
실험예
유리 기판 상에 ITO(100 Å)/Ag(1000 Å)/ITO(100Å) 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 85초 동안 수행하였다.
식각 공정이 종료된 후, 상기 샘플을 탈이온수로 세정하고, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다.
(1) 은 재흡착 평가
식각된 샘플을 전자주사현미경(SU-8010, HITACHI 사 제조)의 전면 관찰을 통해 은의 재흡착 여부를 평가하였다. 평가기준은 아래와 같다.
◎: 은 재흡착 사이트 관찰안됨
○: 은 재흡착 사이트 20개 이하로 관찰
X: 은 재흡착 사이트 20개 초과
(2) 식각 속도(Etch Rate: ER) 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
(3) 상하부 Gap 평가
상기 도전막 적층체가 형성된 유리기판을 틸팅각도 10o가 부여된 상태에서 식각 공정을 수행하였다. 식각 공정종료 후, 전자주사현미경(SU-8010, HITACHI 사 제조)를 이용하여 유리기판 최상부 및 최하부에서의 식각량의 차이를 ㎛단위로 비교하여 상하부 Gap을 측정하였다.
상술한 실험예의 평가 결과는 아래 표 2에 함께 기재하였다.
구분 은 재흡착 식각 속도 상하부 갭
(㎛)
실시예 1 ◎ ○ 0.1
실시예 2 ◎ ○ 0.1
실시예 3 ◎ ◎ 0.15
실시예 4 ◎ ◎ 0.15
실시예 5 ◎ ◎ 0.15
실시예 6 ◎ ◎ 0.12
실시예 7 ◎ ◎ 0.12
실시예 8 ◎ ◎ 0.08
실시예 9 ◎ ◎ 0.22
비교예 1 X ◎ 0.9
비교예 2 X ◎ 0.81
비교예 3 X ◎ 0.75
비교예 4 ○ ◎ 0.35
비교예 5 미식각 미식각 미식각
비교예 6 ◎ ○ 0.25
표 2를 참조하면, 점도가 3cp 이하로 조절된 실시예 1 내지 7의 경우 기판 상부, 하부 사이의 식각 편차가 실질적으로 제거되거나 감소되며, 은 재흡착이 방지되면서 식각 속도가 향상되었다. 제2 유기산으로서 옥살산이 추가된 실시예 8의 경우 상하부 식각 편차가 0.1 미만으로 감소되었다.
인산이 추가된 비교예 1 내지 3의 경우 식각 속도는 향상되었으나, 은 재흡착 및 상하부 식각 편차가 지나치게 초래되었다. 한편, 식각 개시제가 생략된 비교예 5의 경우 실질적으로 식각 공정이 구현되지 않았다. 유기산이 생략된 비교예 6의 경우, 실시예들에 비해 상하부 식각 편차가 증가되었으며, 식각 속도도 다소 감소하였다.
100, 200: 기판 110: 하부 절연막
115: 하부 도전 패턴 120: 금속막
120a: 도전 패턴 121: 제1 투명 도전성 산화막
122, 262, 272: 제1 투명 도전성 산화막 패턴
123: 은 함유막 124, 264, 274: 은 함유 패턴
125: 제2 투명 도전성 산화막
126, 266, 276: 제2 투명 도전성 산화막 패턴
210: 액티브 층 225: 게이트 전극
233: 소스 전극 237: 드레인 전극
245: 화소 전극 260: 대향 전극
270: 배선 300: 기재
310: 센싱 전극 320: 트레이스
330: 패드

Claims (18)

  1. 조성물 총 중량 중,
    황화과산화물, 과산화수소, 과황산염 및 과질산염으로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 식각 개시제 0.5 내지 20중량%;
    질산을 포함하는 무기산 1 내지 10중량%;
    초산을 포함하는 유기산 10 내지 60중량%;
    아세테이트 혹은 옥살레이트 계열 화합물을 포함하는 유기염 0.1 내지 5중량%; 및
    여분의 물을 포함하며, 상온에서 점도가 1 내지 3.3cp인, 금속막 식각액 조성물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 식각 개시제는 옥손(oxone)을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 유기산은 초산을 포함하는 제1 유기산 및 상기 제1 유기산보다 약산인 제2 유기산을 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제2 유기산은 이미노디아세트산(iminodiacetic acid: IDA), 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid: EDTA), 글리신(glycine), 살리실산(salicylic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 옥살산(oxalic acid), 말론산(malonic acid), 숙신산(succinic acid), 부탄산(butyric acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid) 및 펜탄산(pentanoic acid)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 유기염은 소듐 아세테이트 또는 암모늄 아세테이트 중 적어도 하나를 포함하는, 금속막 식각액 조성물.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서, 인산 또는 인산 계열 화합물을 포함하지 않는 금속막 식각액 조성물.
  11. 기판 상에 금속막을 형성하는 단계; 및
    상기 금속막을 청구항 1, 청구항 3, 청구항 5, 청구항 6, 청구항 8 및 청구항 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 적어도 1층의 투명 도전성 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는, 도전 패턴 형성 방법.
  14. 청구항 13에 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, 도전 패턴 형성 방법.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 금속막이 형성된 상기 기판을 틸팅시키는 단계를 더 포함하는, 도전 패턴 형성 방법.
  16. 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.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 도전 패턴은 화상 표시 장치의 공통 전극, 반사 전극 또는 배선으로 제공되는, 도전 패턴 형성 방법.
  18. 청구항 11에 있어서, 상기 도전 패턴은 터치 센서의 트레이스 또는 센싱 전극으로 제공되는, 도전 패턴 형성 방법.
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