KR20060010565A - 식각액 - Google Patents

Abstract

본 발명은 몰리브덴층(Mo)과 알루미늄층(Al)을 포함하는 다중층을 식각하기 위한 식각액에 관한 것으로서, 인산 50 내지 70 중량%, 질산 10 내지 14 중량%, 초산 3 내지 9 중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 몰리브덴층과 알루미늄층을 포함하는 다중층을 언더컷 등이 없는 바람직한 프로파일로 형성할 수 있는 식각액이 제공된다.

Description

식각액{ETCHANT}

도 1a 과 도1b는 각각 Al/Mo으로 이루어진 게이트 배선을 본발명의 식각액을 이용하여 식각하는 과정과, 식각된 프로파일을 나타내는 단면도이며,

도 2a와 도 2b는 Mo/Al/Mo로 이루어진 데이터 배선을 본발명의 식각액을 이용하여 식각하는 과정과, 식각된 프로파일을 나타내는 단면도이며,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 식각액을 이용하여 식각한 게이트 배선의 SEM사진이며,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 식각액을 이용하여 식각한 데이터 배선의 SEM사진이다.

* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *

20 : 알루미늄층 30 : 몰리브덴층

40 : 감광막

본 발명은, 식각액에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄층과 몰리브덴층 을 포함하는 다중층을 식각하는 식각액에 관한 것이다.

액정표시장치는 박막트랜지스터 기판과 컬러필터 기판, 그리고 두 기판 사이에 주입되어 있는 액정층으로 이루어진 액정패널을 포함한다. 액정층은 두 기판의 가장자리 둘레에 인쇄되어 있으며 액정층을 가두는 봉인제로 결합되어 있다. 액정패널은 비발광소자이기 때문에 박막트랜지스터 기판의 후면에는 백라이트 유닛이 위치하고 있다. 백라이트에서 조사된 빛은 액정분자의 배열상태에 따라 투과량이 조절된다.

박막트랜지스터 기판에는 액정층에 신호를 전달하기 위해 배선이 형성되어 있다. 박막트랜지스터 기판의 배선은 게이트 배선과 데이터 배선을 포함하며, 데이터 배선은 소스 전극과 드레인 전극을 포함한다.

배선은 금속 단일층 또는 합금 단일층으로 이루어질 수도 있으나, 각 금속 또는 합금의 단점을 보완하고 원하는 물성을 얻기 위하여 다중층으로 형성하는 경우가 많다.

예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 하부층으로 사용하고 크롬이나 몰리브덴을 상부층으로 사용할 수 있다. 하부층에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하는 것은 배선저항에 의한 신호지연을 막기 위하여 비저항이 작은 금속을 사용하여야 하기 때문이다. 그러나 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 화학약품에 대한 내식성이 약하며 쉽게 산화되어 단선이 발생하는 문제가 있다. 이를 보완하기 위하여 화학약품에 대한 내식성이 강한 크롬이나 몰리브덴을 상부층으로 형성하는 것이다.

이중에서 알루미늄층과 몰리브덴층을 사용한 다중층이 주목받고 있는데, 이 경우 게이트 배선은 Mo/Al(상부층/하부층, 이하 같음)을 사용하며, 데이터 배선은 Mo/Al/Mo을 사용한다. 데이터 배선의 경우 화소전극으로 널리 사용되는 ITO(indium tin oxide)와 접촉하는데, 알루미늄층은 ITO와 접촉하면 변질되어 접촉저항을 증가시키므로 3중층을 사용하는 것이다.

기판 소재상에 증착된 다중층은 식각을 통하여 배선으로 패터닝된다. 식각에는 건식식각과 습식식각이 있는데, 균일하게 식각되고 생산성이 높은 습식식각이 많이 사용된다.

현재 알루미늄층과 몰리브덴층을 포함하는 다중층의 습식식각에는 인산, 질산, 아세트산이 혼합된 식각액을 사용한다.

그런데 게이트 배선의 형성의 경우에는, 알루미늄층과 몰리브덴층간의 전지 효과(battery effect)에 의하여 몰리브덴층의 식각속도가 느려진다. 이에 의해 게이트 배선이 테이퍼 형상을 갖지 못하고, 하부의 알루미늄층에 언더컷(undercut)이 발생하는 문제가 있다. 언더컷이 발생하면 상부막이 끊어지는 스텝 오픈(step open)이 발생할 수 있다.

한편 데이터 배선의 경우에는 전지 효과는 발생하지 않으나, 상부 몰리브덴층의 과도한 식각으로 상부 몰리브덴층과 알루미늄층 간의 길이차이가 0.5㎛이상 발생하는 문제가 있다. 이러한 길이 차이는 얼룩을 발생시키는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 알루미늄층과 몰리브덴층을 포함하는 다중층을 식각하여 배선을 형성하는데 있어, 언더컷 또는 층간의 길이차이의 문제가 감소되는 식 각액을 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 몰리브덴층(Mo)과 알루미늄층(Al)을 포함하는 다중층을 식각하기 위한 식각액에 있어서, 인산 50 내지 70 중량%, 질산 10 내지 14 중량%, 아세트산 3 내지 9 중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 것에 의하여 달성될 수 있다.

식각액은 상기 몰리브덴층과 상기 알루미늄층 간의 전지 효과(battery effect)를 감소시키는 제1계면활성제를 3 내지 9중량% 더 포함하는 것이 바람직하다.

식각액은 상기 제1계면활성제는 실록산(siloxane)계열인 것이 바람직하다.

식각액은 상기 몰리브덴층의 식각을 억제하는 제2계면활성제를 1 내지 3중량% 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명은 원하는 프로파일을 형성하는 식각액을 위하여 질산의 함량을 조절하고, 몰리브덴층과 알루미늄층 간의 전지 효과를 감소시키는 제1계면활성제와 몰리브덴층의 식각을 억제하는 제2계면활성제를 첨가하였다.

인산은 물과 함께, 질산과 알루미늄이 반응하여 형성된 알루미늄 옥사이드를 분해시킨다. 물은 식각액을 희석시키는 역할도 한다. 여기서 사용되는 물은 통상 초순수(ultra pure water)이다. 본 발명의 식각액에서 인산의 함량은 50 내지 70 중량%인 것이 바람직하다. 인산의 함량이 50중량%보다 낮으면 알루미늄 옥사이드가 제대로 분해되지 않아 식각속도가 전체적으로 감소하게 되고, 생산성이 저하된다. 반면 70중량%보다 크면, 알루미늄층의 식각속도가 증대되어 게이트 배선에 있어 언더컷 문제를 해결하는데 문제가 생긴다.

질산은 금속의 산화반응에 대한 산화제로서 기여할 뿐 아니라, 용해를 위한 산으로서 기능한다. 질산의 함량이 늘어나면 식각 시에 다중층의 상부에 형성된 감광막을 들어올리게 된다. 이는 게이트 배선의 식각에서 몰리브덴층의 식각을 촉진시켜 언더컷 문제를 해결하는데 도움이 된다. 본 발명의 식각액에서 질산은 10 내지 14 중량%인 것이 바람직하다. 질산의 함량이 10%보다 적으면 위에서 언급한 감광막을 들어올리는 효과가 미미하며, 전체적인 식각속도도 지나치게 느려질 우려가 있다. 반면, 질산의 함량이 14%보다 높으면 알루미늄층의 식각속도도 빨라져 언더컷 문제를 해결하는데 문제가 된다.

아세트산은 반응속도 등을 조절하기 위한 완충제로 사용되는데, 질산의 분해속도를 조절하여, 일반적으로 분해속도를 감소시킨다. 아세트산의 사용은 소수성인 감광막에 대한 식각액의 친화성을 개선시키는데 효과적이다. 즉 아세트산에 의해 식각액은 기판 상에 미세하게 패터닝되어 있는 감광막 사이의 미세하고 복잡한 영역에 침투할 수 있는 것이다. 아세트 산의 함량은 식각될 면적비 등에 따라 적합하게 결정될 수 있다. 본 발명의 식각액에서 아세트 산의 함량은 3 내지 9중량%이다.

제1계면활성제는 알루미늄층과 몰리브덴층간의 전지 효과를 억제한다. 몰리브덴단일층과 알루미늄 단일층의 식각속도를 비교하면, 몰리브덴 단일층의 식각속도가 알루미늄 단일층에 비해 1.5 내지 2배 빠름을 알 수 있다. 그런데 몰리브덴층과 알루미늄층을 상호 접촉시켜 다중층으로 형성할 경우에는, 몰리브덴층의 식각속도 는 알루미늄층의 식각속도에 비하여 느려진다. 이는 알루미늄의 표준전위가 -1.66V로 몰리브덴의 -0.2V보다 작기 때문이다. 즉 산화경향성이 더 큰 알루미늄층이 몰리브덴층에 전자를 공급하게 되어 몰리브덴층의 식각경향성이 감소하는 것이다. 이를 전지 효과 또는 갈바닉 효과(galvanic effect)라고 하며, 게이트 배선에서 발생한다. 이러한 전지 효과에 의해 상부의 몰리브덴층의 식각속도가 느려져 게이트 배선에 언더컷이 발생하는 것이다. 제1계면활성제는 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 실록산 계열의 계면활성제로 이루어져 있으며, 본발명의 식각액에 3 내지 9중량% 함유되어 있다. 제1계면활성제의 사용량이 3중량%보다 작으면 전지 효과 억제력이 떨어지며, 9중량%이상이면 인산 또는 질산의 함량이 줄어들어 식각속도가 감소한다.

제2계면활성제는 몰리브덴층의 식각속도를 감소시키기 위한 것이다. 이는 데이터 배선에서 상부의 몰리브덴층이 과도하게 식각되는 것을 방지하기 위한 것이다. 3중층인 데이터 배선에서는 게이트 배선과 달리 전지효과가 발생하지 않는다. 따라서 단일층일 경우 식각속도가 빠른 몰리브덴층이 알루미늄층에 비해 더 빨리 식각되는 것이다. 따라서 몰리브덴의 식각속도를 감소시켜야만 원하는 데이터 배선 프로파일을 얻을 수 있다. 제2계면활성제는 게이트 배선의 몰리브덴층의 식각속도도 늦추도록 작용할 수 있다. 그러나 게이트 배선의 몰리브덴층은 높은 질산 함량에 의한 감광막 들림과 제1 계면활성제의 전지 효과 억제력에 의해 원하는 프로파일로 식각될 수 있다. 본 발명의 식각액에 있어서 제2계면활성제의 함량은 1 내지 3 중량%이다. 제2계면활성제의 함량이 1중량%이하일 경우 몰리브덴층의 식각 속도가 늦어지는 효과가 미미하며, 반면 3중량%이상일 경우 몰리브덴층의 식각속도가 너무 늦어져 게이트 배선에 언더컷이 발생할 수 있다.

이하 본발명의 식각액을 사용한 식각을 도면을 참조하여 설명하겠다.

도 1a 과 도1b는 각각 Al/Mo으로 이루어진 게이트 배선을 본발명의 식각액을 이용하여 식각하는 과정과, 식각된 형태를 나타내는 단면도이다.

게이트 배선은 하부의 알루미늄층(20)과 상부의 몰리브덴층(30)으로 이루어져 있으며 통상 기판 소재(10) 상에 형성되어 있다. 또한 몰리브덴층(30)의 상부에는 감광막(40)이 패터닝되어 있다. 식각은 스프레이 방식 또는 딥 방식으로 행해질 수 있다. 식각액이 공급되면서 식각이 진행된다.

여기서 식각액 중 제1계면활성제가 알루미늄층(20)과 몰리브덴층(30) 간에 전지효과가 발생되는 것을 억제한다. 이에 의해 몰리브덴층(30)의 식각속도가 알루미늄층(20)에 비하여 느려지는 문제가 상당부분 해소된다. 이와 함께 식각액 중 다량으로 포함되어 있는 질산의 작용으로 감광막(40)이 들어올려져, 감광막(40)의 하부에 위치한 몰리브덴층(30)이 식각된다. 제2계면활성제가 몰리브덴층(30)의 식각속도를 다소 늦추나, 제1계면활성제와 질산의 작용으로 몰리브덴층(30)의 식각속도는 알루미늄층(20)과 균형을 이룬다.

이러한 식각과정을 거치고 감광막(40)을 제거하면 게이트 배선은 도 1b와 같은 프로파일을 갖는다. 알루미늄층(20)의 언더컷은 발생하지 않으며 테이퍼각(θ)은 60도 이하가 되어 상부막의 스텝 오픈 발생이 억제된다.

도 2a와 도 2b는 Mo/Al/Mo로 이루어진 데이터 배선을 본발명의 식각액을 이용하여 식각하는 과정과, 식각된 형태를 나타내는 단면도이다.

데이터 배선은 몰리브덴층(30)층 사이에 알루미늄층(20)이 위치하는 삼중층 구조이며, 통상 게이트 절연막(11)상에 형성된다. 데이터 배선에서는 전지 효과가 발생하지 않기 때문에 상부에 위치한 몰리브덴층(30)의 식각속도는 알루미늄층(20)보다 빠르게 된다. 이때 제2계면활성제가 몰리브덴층(30)의 식각을 억제하여, 몰리브덴층(30)의 식각속도를 알루미늄층(20)의 식각속도와 균형을 이루게 한다.

이러한 식각 과정을 거치고 감광막(40)을 제거하면 데이터 배선은 도 2b와 같은 프로파일을 갖는다. 몰리브덴층(30)과 알루미늄층(20)은 테이퍼 형상으로 형성되었으며, 상부 몰리브덴층(30)과 알루미늄층(20) 간의 길이차이(d)는 0.5㎛보다 훨씬 작게 된다.

<실시예>

인산 59중량%, 질산 12중량%, 아세트산 5.8중량%, 제1계면활성제 5.8중량%, 제2계면활성제 5.8중량%, 나머지 초순수로 이루어진 식각액을 이용하여 Mo/Al로 이루어진 다중층과 Mo/Al/Mo로 이루어진 다중층을 식각하여 각각 게이트 배선과 데이터 배선을 형성하였다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 식각액을 이용하여 식각한 게이트 배선의 SEM사진이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 식각액을 이용하여 식각한 데이터 배선의 SEM사진이다.

도 3에서와 같이 게이트 배선에는 언더컷이 발생되지 않았으며 테이퍼 형상을 이루고 있다. 또한 테이퍼각 역시 매우 완만하게 형성되어 있다.

도 4에서와 같이 데이터 배선 역시 테이퍼 형상을 이루고 있다. 또한 알루미늄층과 몰리브덴층간의 길이 차이는 크지 않다.

이상과 같이 본 발명의 식각액은 몰리브덴층의 식각속도를 증가시키기 위한 높은 함량의 질산과 제1계면활성제, 반대로 몰리브덴층의 식각속도를 감소시키기 위한 제2계면활성제를 적절한 비율로 사용한다. 이와 같은 식각액을 사용하여 Mo/Al의 게이트 배선과 Mo/Al/Mo의 데이터 배선을 하나의 식각액으로 식각할 수 있으며, 바람직한 프로파일로 식각할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 식각액을 사용하면, 몰리브덴층과 알루미늄층을 포함하는 다중층을 언더컷 등이 없는 바람직한 프로파일로 형성할 수 있다.

Claims (4)

1. 몰리브덴층(Mo)과 알루미늄층(Al)을 포함하는 다중층을 식각하기 위한 식각액에 있어서,

   인산 50 내지 70 중량%, 질산 10 내지 14 중량%, 초산 3 내지 9 중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 몰리브덴층과 상기 알루미늄층 간의 전지효과(battery effect)를 감소시키는 제1계면활성제를 3 내지 9중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제1계면활성제는 실록산(siloxane)계인 것을 특징으로 하는 식각액.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 몰리브덴층의 식각을 억제하는 제2계면활성제를 1 내지 3중량% 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액.

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