KR20070108643A - 알루미늄, 몰리브덴, 인듐 틴 옥사이드를 식각하기 위한식각액 - Google Patents

알루미늄, 몰리브덴, 인듐 틴 옥사이드를 식각하기 위한식각액 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액정표시장치용 식각용액에 관한 것으로 특히, 몰리브덴과 알루미늄 합금(Mo/AlNd)의 이중층으로 구성되는 게이트전극, 몰리브덴(Mo)으로 구성되는 소스/드레인전극과 ITO로 구성된 화소전극을 단일 용액을 사용하여 식각하기 위한 것이다.
본 발명은 40 ~ 70wt%의 인산, 2 ~ 15wt%의 질산, 4 ~ 35wt%의 초산을 주성분으로 하여 0.05 ~ 5wt%의 염소계 화합물, 0.05 ~ 5wt%의 염소 안정제, 0.05 ~ 5wt%의 리튬계 화합물, 0.05 ~ 5wt%의 황화염계 화합물를 포함하는 첨가제 및 잔량의 물을 포함하는 식각액을 구성하는 것이다.
이로 인하여, 단일 식각액으로 상기 각 마스크 공정에서 단일 식각액을 사용함으로써 생산성 향상 및 재료비용 절감를 가져온다.
몰리브덴(Mo), 알루미늄 합금(AlNd), ITO, 식각액

Description

알루미늄, 몰리브덴, 인듐 틴 옥사이드를 식각하기 위한 식각액{Etchant for etching Al, Mo and ITO}
도 1은 일반적인 액정패널을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 어레이기판을 개략적으로 도시한 도면.
도 3a ~ 3b는 본 발명의 실시예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진.
도 4a ~ 4b는 본 발명의 실시예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 소스 및 드레인 전극의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진.
도 5a ~ 5b는 본 발명의 실시예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 화소전극의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진.
도 6a ~ 6b는 본 발명의 제 1 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진.
도 7a ~ 7b는 본 발명의 제 2 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진.
도 8a ~ 8b는 본 발명의 제 3 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진.
도 9a ~ 9b는 본 발명의 제 4 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진.
도 10는 본 발명의 제 5 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 ITO로 구성된 화소전극의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진.
도 11a ~ 11b는 본 발명의 제 6 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진.
도 12a ~ 12b는 본 발명의 제 7 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 소스 및 드레인전극을 구성하는 몰리브덴 단일층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
111 : 기판 115 : 게이트전극
117 : 게이트절연막 119 : 액티브층
121 : 오믹콘택층 123a, 123b : 소스 및 드레인전극
125 : 보호막 135 : 화소전극
본 발명은 액정표시장치용 식각용액에 관한 것으로 특히, 몰리브덴과 알루미늄 합금(Mo/AlNd)의 이중층으로 구성되는 게이트전극, 몰리브덴(Mo)으로 구성되는 소스/드레인전극과 ITO로 구성된 화소전극을 단일 용액을 사용하여 식각하기 위한 것이다.
일반적으로 액정표시장치는 박막트랜지스터 및 화소전극을 형성하는 어레이기판 제조공정과 컬러필터 및 공통전극을 형성하는 컬러필터기판 제조공정을 통해 각각 어레이기판 및 컬러필터기판을 형성하고, 이 두 기판 사이에 액정을 개재하는 액정셀 공정을 거쳐 완성한다.
전술한 바와 같은 일반적인 액정패널의 제조방법을 도 1을 참조하여 자세히 살펴보면, 먼저 어레이기판(11)을 표시영역(AA)과 비표시영역(NA)으로 나뉜 뒤, 상기 하부기판(11)의 표시영역(AA)과 비표시영역(NA) 전면에 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd),텅스텐(W), 크롬(Cr)과 같은 도전성 금속물질을 전면 증착한다.
특히, 저저항인 알루미늄 합금(AlNd)을 사용할 경우에는 몰리브덴(Mo)을 사용하여 이중층으로 구성한다.
다음으로 포토레지스트의 도포, 마스크를 이용한 노광, 포토레지스트를 현상 한 후, 노출된 금속물질 층을 습식식각(wet etching) 하여 제거하는 등 일련의 공 정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 상기 기판(11)상에 증착된 금속물질을 패터닝함으로써 게이트전극(15)을 형성한다.
이때, 상기 습식식각 시 사용되는 식각액으로는 인산, 질산, 초산으로 이루어진 식각액을 사용한다.
상기 게이트전극(15)을 포함한 기판(11)의 전면에 절연물질을 증착하여 게이트절연막(17)을 형성하고, 상기 게이트절연막(17) 상부에 비정질실리콘층과 n+층을 증착한 다음, 도전성 금속물질인 몰리브덴(Mo) 전면 증착한다.
다음으로 상기 몰리브덴(Mo) 금속물질 상부에 마스크(미도시)를 위치시킨 후, 포토레지스트의 도포, 마스크를 이용한 노광 및 포토레지스트 현상 후, 노출된 몰리브덴(Mo) 금속물질을 습식식각 하여 제거하고, 하부의 비정질실리콘층과 n+층을 건식식각하여 순수 비정질실리콘 층인 액티브층(19)과 불순물 비정질실리콘층인 오믹콘택층(21)을 형성하고, 상기 게이트전극(15) 양측으로 소스 및 드레인전극(23a, 23b)을 형성한다.
상기 몰리브덴(Mo) 금속층을 습식식각하기 위한 식각액으로는 인산, 질산, 초산으로 이루어진 식각액 또는 과수계 식각액을 사용한다.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극(23a, 23b)의 이격된 하부로 노출된 오믹콘택층(21)을 제거하여 하부의 액티브층(19)을 노출하는 공정을 진행한다.
이어, 상기 액티브층(19)을 포함하여 소스 및 드레인전극(23a, 23b)이 형성된 상부에 보호막(25)을 전면 증착한다.
다음으로 마스크 공정을 통해 상기 보호막(25)을 식각하여 상기 드레인전 극(23b)의 일부를 노출하는 드레인콘택홀(미도시)을 형성한다.
다음으로 상기 드레인전극(23b)과 접촉하는 투명한 화소전극(35)을 마스크 공정을 통해 상기 화소영역(P)에 형성하는데 이때, 화소전극(35) 역시 상기 게이트전극(15)과 소스 및 드레인전극(23a, 23b) 형성공정과 유사한 방법을 통해 포토레지스트의 도포, 마스크를 이용한 노광, 포토레지스트 현상, 노출된 금속물질 층을 습식식각(wet etching) 하여 제거하는 등 일련의 공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 화소전극을 형성한다.
이때, 화소전극(35)을 식각하기 위한 식각액으로 왕수계 식각액 또는 옥살산계 식각액을 사용한다.
한편, 상기 어레이기판(11)과 마주보는 컬러필터기판(13)의 일면에는 격자형상의 블랙수지를 전면 증착한 후, 마스크(미도시)공정을 통해 선택적으로 상기 하부기판(11)의 비표시영역(NA)과 대응되는 위치에 블랙매트릭스(27)를 형성한다.
다음으로, 상기 블랙매트릭스(27)가 형성된 기판(13)의 전면에 적, 녹, 청 컬러수지를 나타내는 감광성 컬러수지를 도포하여 컬러수지층을 형성한 후, 마스크(미도시)공정을 통해 패터닝하여 상기 화소영역(P)에 대응되는 영역에 적, 녹, 청의 컬러필터(29)를 순차 형성한다.
이어, 상기 컬러필터기판(13) 전면에 투명전극을 증착하여 공통전극(31)을 형성하여 컬러필터기판을 완성한다.
이와 같이, 어레이기판(11)과 컬러필터기판(13) 공정이 완료되면, 실 패턴(미도시)을 형성하여 상기 두 기판을 이격하여 합착하는 공정을 진행한 후, 상기 두 기판의 이격된 공간에는 액정층(50)을 구성한다.
앞서 전술한 바와 같이, 액정표시장치는 여러층의 물질을 증착하고 패터닝함으로써 완성되며, 구성층 마다 증착 -> 노광 -> 현상 -> 식각공정 등을 반복해야 하고 특히, 어레이기판은 각 금속층을 식각하는데 각기 다른 식각액을 사용하는 문제점이 있다.
이는, 식각 공정이 복잡해짐으로 인해, 공정의 효율성 및 생산성이 저하되는 문제점을 야기하며, 이로 인하여 공정비용이 상승되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 알루미늄 합금(AlNd)과 몰리브덴(Mo)의 이중층으로 구성된 게이트전극과, 몰리브덴(Mo)으로 구성된 소스 및 드레인전극 그리고, 화소전극(ITO)을 식각하는 공정에서 단일 식각액을 사용하여 식각하고자 하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 공정의 단순화 및 공정비용 절감을 제 2 목적으로 한다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 40 ~ 70wt%의 인산과; 2 ~ 15wt%의 질산과; 4 ~ 35wt%의 초산과; 0.05 ~ 5wt%의 염소계 화합물과; 0.05 ~5wt%의 염소 안정제와; 0.05 ~ 5wt%의 리튬계 화합물과 0.05 ~ 5wt%의 황화염계 화합물과 잔량의 물을 포함하는 식각액을 제공한다.
상기 염소계 화합물은 Cl-1 로 해리될 수 있는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 염소 안정제는 Zn, Cd, Pb, Ba 계열 화합물 및 올레인산으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬계 화합물은 LiNO3, CH3COOLi, C4H5O3Li, LiCl, Lif, Lil, C2HLiO4, Li2O2, Li2SO4, LiH2PO4, Li3PO4을 포함하며, 상기 황화염계 화합물은 H2SO4, Na2SO4, Na2S2O8, KHSO4, K2SO4, K2S2O8, CaSO4, (NH4)2S2O8을 포함한다.
또한, 상기 물은 이온교환수지를 통하여 여과한 순수를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액을 이용하여 기판 상부에 제 1 금속층을 식각하여 게이트전극을 형성하는 단계와; 상기 게이트전극 상부에 절연막을 형성하는 단계와; 상기 절연막 상부에 반도체층과 제 2 금속층을 적층하는 단계와; 상기 식각액을 통해 상기 제 2 금속층을 식각하여 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계와; 상기 소스 및 드레인전극 상부로 상기 드레인전극을 노출시키는 드레인콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와; 상기 보호층 상부에 상기 식각액을 통해 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법을 제공한다.
상기 제 1 금속층은 몰리브덴과 알루미늄 합금으로 된 이중층인 것을 특징으로 하며, 상기 제 2 금속층은 몰리브덴으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 화소전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어진 것을 특징으로 한 다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 어레이기판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도시한 바와 같이, 먼저 기판(111) 전면에 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(AlNd),텅스텐(W), 크롬(Cr)과 같은 도전성 금속물질을 스퍼터링(sputtering) 방법으로 전면 증착하여 제 1 금속층을 형성한다.
특히, 저저항인 알루미늄 합금(AlNd)을 사용할 경우에는 몰리브덴(Mo)을 사용하여 이중층으로 구성한다.
다음으로 상기 제 1 금속층 상부에 포토레지스트를 도포하여 PR층(미도시)을 형성하고, 마스크(미도시)를 이용하여 노광한 다음, 상기 노광된 부분의 포토레지스트를 제거하는 현상공정을 진행한다.
이와 같은 공정으로 PR패턴(미도시)이 형성되며, 노출된 제 1 금속층을 본 발명의 실시예에 따른 단일 식각액인 인산(H3PO4) 40 ~ 70wt%, 질산(HNO3) 2 ~ 15wt%, 초산(CH3COOH) 4 ~ 35wt%를 주성분으로 하여 염소계 화합물 0.05 ~ 5wt%, 염소 안정제 0.05 ~ 5wt%, 리튬계 화합물 0.05 ~ 5wt%, 황화염계 화합물 0.05 ~ 5wt%를 포함하는 첨가제 및 잔량의 물로 이루어진 식각액를 사용하여 습식식각(wet etching)하여 제거하여 상기 기판(111)상에 게이트전극(115)을 형성한다.
상기 게이트전극(115)을 포함한 기판(111)의 전면에 질화실리콘(SiNx) 또는 산화실리콘(SiO2)과 같은 절연물질을 증착하여 게이트절연막(117)을 형성하고, 상기 게이트절연막(117) 상부에 비정질실리콘층과 n+층을 증착한 다음, 도전성 금속물질인 몰리브덴(Mo)을 스퍼터링(sputtering) 방법으로 전면 증착하여 제 2 금속층을 형성한다.
다음으로 상기 제 2 금속층 상부에 마스크(미도시)를 위치시킨 후, 포토레지스트의 도포하여 PR층(미도시)을 형성하고, 마스크(미도시)를 이용하여 노광한 다음, 상기 노광된 부분의 포토레지스트를 제거하는 현상공정을 진행시켜 PR패턴(미도시)을 형성한다.
다음으로 상기 노출된 제 2 금속층을 본 발명의 실시예에 따른 식각액을 통해 습식식각 하여 제거하고, 하부의 비정질실리콘층과 n+층을 건식식각하여 순수 비정질실리콘 층인 액티브층(119)과 불순물 비정질실리콘층인 오믹콘택층(121)을 형성하고, 상기 게이트전극(115) 양측으로 소스 및 드레인전극(123a, 123b)을 형성한다.
이때, 상기 소스 및 드레인 전극(123a, 123b)의 이격된 하부로 노출된 오믹콘택층(121)을 제거하여 하부의 액티브층(119)을 노출하는 공정을 진행한다.
이어, 상기 액티브층(119)을 포함하여 소스 및 드레인전극(123a, 123b)이 형성된 상부에 벤조사이클로부텐(BCB)과 아크릴계 수지 등의 투명한 유기절연물질 중 선택된 하나를 도포하거나, 질화실리콘(SiNx)과 산화실리콘(SiO2)등의 무기절연물질중 선택된 하나를 증착하여 보호막(125)을 전면 증착한다.
다음으로 상기 보호막(125)을 마스크 공정을 통해 패턴하여 상기 드레인전 극(123b)의 일부를 노출하는 드레인콘택홀(미도시)을 형성한다.
다음으로 상기 드레인전극(123b)과 접촉하는 투명한 화소전극(135)을 마스크 공정을 통해 상기 화소영역에 형성하는데 이때, 화소전극(135) 역시 상기 게이트전극(115)과 소스 및 드레인전극(123a, 123b) 형성공정과 유사한 방법을 통해 포토레지스트의 도포, 마스크(미도시)를 이용한 노광, 포토레지스트 현상, 노출된 금속물질 층을 습식식각(wet etching) 하여 제거하는 등 일련의 공정을 포함하는 마스크 공정을 진행하여 화소전극(135)을 형성한다.
이때, 상기 ITO로 구성된 화소전극(135)의 습식식각 시 사용되는 식각액 역시, 인산 40 ~ 70wt%, 질산 2 ~ 15wt%, 초산 4 ~ 35wt%를 주성분으로 하여 염소계 화합물 0.05 ~ 5wt%, 염소 안정제 0.05 ~ 5wt%, 리튬계 화합물 0.05 ~ 5wt%, 황화염계 화합물 0.05 ~ 5wt%를 포함하는 첨가제 및 잔량의 물로 이루어진 식각액을 사용한다.
본 발명의 실시예에서는 상기 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), ITO를 식각하기 위한 단일 식각액으로 40 ~ 70wt%의 인산(55 ~ 65wt%가 가장 바람직), 2 ~ 15wt%의 질산(4 ~ 10wt%가 가장 바람직), 4 ~ 35wt%의 초산(8 ~ 25wt%가 가장 바람직)을 주성분으로 하여 0.05 ~ 5wt%의 염소계 화합물(0.07 ~ 3wt%가 가장 바람직), 0.05 ~ 5wt%의 염소 안정제(0.07 ~ 3wt%가 가장 바람직), 0.05 ~ 5wt%의 리튬계 화합물(0.3 ~ 3wt%가 가장 바람직), 0.05 ~ 5wt%의 황화염계 화합물(0.1 ~ 3wt%가 가장 바람직)을 포함하는 첨가제 및 잔량의 물로 이루어진다.
상기 본 발명의 단일 식각액에 대해 좀더 자세히 살펴보면 우선, 상기 인산은 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 분해시키는 역할로, 인산의 함량이 상기 40 ~ 70wt%를 이내일 경우에는 질산과 알루미늄이 반응하여 형성된 알루미늄 옥사이드(Al2O3)가 분해되면서, 상기 게이트전극(115)의 하부막인 알루미늄 합금(AlNd)의 금속층을 빠르게 식각할 수 있게 되어 식각속도가 빨라지게 된다.
이는, 생산성 향상의 효과를 가져온다.
또한, 질산은 알루미늄과 반응하여 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 형성하며, 상기 질산의 함량이 상기 2 ~ 15wt% 이내일 경우에는 상기 게이트전극(115)의 상부층인 몰리브덴과 하부층인 알루미늄 합금 사이의 식각 선택비를 효과적으로 조절한다.
그러나 질산이 2wt% 미만일 경우에는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층에서 하부층인 알루미늄 합금이 과잉 식각되는 언더컷(undercut) 현상이 발생하게 된다.
이는, 상기 몰리브덴과 알루미늄 합금의 식각율이 서로 다르기 때문에 발생되는 것이다. 즉, 상기 인산과 알루미늄 합금이 반응하여 알루미늄 합금이 식각되고 질산과 몰리브덴이 반응하여 몰리브덴층이 식각되는데, 상기 질산의 함량이 2wt% 미만일 경우에는 상기 알루미늄 합금과 인산의 반응성이 상기 몰리브덴과 질산의 반응성보다 크게 되기 때문이다.
이러한 현상은 액정표시장치 영상의 고해상도 및 선명한 색상구현이 어려워지는 문제점을 갖고 오게 된다.
초산은 반응 속도를 조절하는 완충제로서, 초산의 함량이 상기 4 ~ 35wt% 이 내일 경우에는 반응속도를 적절히 조절하여 식각속도를 향상시키게 된다.
이 역시, 생산성 향상의 효과를 가져온다.
그러나, 상기 초산의 함량이 5wt%미만일 경우에는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층에서 언더컷(undercut) 현상이 발생하게 된다.
이 역시, 상기 몰리브덴과 알루미늄 합금의 식각율이 다르기 때문이다.
또한, 본 발명의 식각액에 첨가되는 첨가제인 염소계 화합물은 Cl-1 로 해리될 수 있는 화합물로서, KCl, HCl, LiCl, NH4Cl, CuCl2, FeCl3, FeCl2, CaCl2, CoCl2, NiCl2, ZnCl2, AlCl3, BaCl2, BeCl2, BiCl3, CdCl2, CeCl2, CsCl2, H2PtCl6, CrCl3등이 있으며, 이중에 KCl, HCl을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 염소계 화합물의 함량이 0.05 ~ 5wt% 이내일 경우에는 ITO, 몰리브덴, 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 식각 속도를 조절하며, 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층에서 하부층인 알루미늄 합금의 언더컷 현상을 발생시키지 않을 뿐만 아니라, ITO와 몰리브덴에서도 우수한 프로파일(profile)을 형성한다.
그러나, 상기 염소계 화합물의 함량이 0.05wt%미만일 경우에는 ITO의 식각속도가 느려지며, 5wt%이상일 경우에는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층에서 언더컷 현상이 발생하게 된다.
또한, 염소 안정제는 Zn, Cd, Pb, Ba 계열 화합물 및 올레인산으로 이루어지며, ZnCl2, Zn(NO3)2, Zn(CH3COO)2, Zn(C17H35COO)2, C2H2O4Zn, Zn3(PO4)2, ZnCO3, Cd(CH3COO)2, CdCl2, Cdl2, Cd(NO3)2, CdCO3, Pb(CH3COO)2, C12H10O14Pb3, Pbl4, Pb(NO3)2, Pb(C17H35COO)2, Ba(CH3COO)2, BaCO3, BaCl2, Bal2, Ba(NO3)2, BaHPO4 등이 있다. 이때, Zn(NO3)2, Zn(CH3COO)2가 가장 바람직하다.
염소 안정제의 함량이 0.05 ~ 5wt% 이내일 경우에는 식각속도를 조절하여 경사각이 60ㅀ이하인 양호한 프로파일을 나타내며, 식각액의 수명을 길게 하여 공정상의 마진을 높이는 역할을 한다.
상기 리튬계 화합물은 소스 및 드레인전극(123a, 123b)을 구성하는 몰리브덴 단일층 및 게이트전극(115)을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 프로파일을 향상시켜주는 역할로, LiNO3, CH3COOLi, C4H5O3Li, LiCl, Lif, Lil, C2HLiO4, Li2O2, Li2SO4, LiH2PO4, Li3PO4등이 있다. 이때, LiNO3와 CH3COOLi가 가장 바람직하다.
상기 리튬계 화합물의 함량이 0.05wt% 미만일 경우에는 몰리브덴 단일층에서 역테이퍼(reverse taper) 및 숄더(shoulder)현상이 발생하게 되고, 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층에서 하부층인 알루미늄 합금의 언더컷 현상이 발생하게 된다.
또한, 상기 리튬계 화합물의 함량이 5wt% 이상일 경우에는 몰리브덴 단일층의 식각속도가 느려지며, 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층에 계단형 프로파일이 형성된다.
상기 황화염계 화합물은 소스 및 드레인전극(123a, 123b)을 구성하는 몰리브덴 단일층의 식각속도 및 프로파일을 향상시켜주는 역할을 하며, H2SO4, Na2SO4, Na2S2O8, KHSO4, K2SO4, K2S2O8, CaSO4, (NH4)2S2O8 등이 있다. 이때, K2SO4 와 KHSO4가 가장 바람직하다.
상기 황화염계 화합물의 함량이 본 발명의 실시예에서 제시한 0.05wt% 미만일 경우에는 몰리브덴 단일층에서 패턴이 작게 형성되는 CD bias가 크게 나타나고 숄더가 발생하게 된다.
또한, 상기 황화염계 화합물의 함량이 5wt% 이상일 경우에는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 하부층인 알루미늄 합금의 언더컷 현상이 발생하게 된다.
잔량의 물은 질산과 알루미늄이 반응하여 생성된 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 분해하고, 식각 조성물을 희식식키는 역할을 한다.
특히, 잔량의 물은 이온교환수지를 통하여 여과한 순수를 사용하는 것이 바람직하며, 특히 비저항이 18㏁이상인 초순수를 사용하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같은, 본 발명의 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층으로 구성된 게이트전극(115), 몰리브덴 단일층으로 구성된 소스 및 드레인전극(123a, 123b)과 ITO로 구성된 화소전극(135)을 본 발명의 실시예에 따른 식각액을 통해 습식식각 공정한 후의 사진을 통해 좀더 자세하게 설명하도록 하겠다.
도 3a ~ 5b는 본 발명의 실시예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극, 소스 및 드레인 전극 및 화소전극의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진을 나타낸다.
도 3a는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층으로 구성된 게이트전극의 습식식각 공정 후의 단면을 나타낸 사진으로, 애싱(ashing) 공정에 의한 PR패턴이 제거되기 전으로, 사진의 윗부분은 남아있는 PR패턴을 가리키며, 도 3b는 애싱 공정 후 PR패턴이 제거된 후의 사진이다.
도시한 바와 같이, 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층은 언더컷 현상이 없는 우수한 프로파일을 형성한 모습을 볼 수 있다.
도 4a는 몰리브덴의 단일층으로 구성된 소스 및 드레이전극의 습식식각 공정 후의 단면을 나타낸 사진으로, 애싱 공정에 의한 PR패턴이 제거되기 전으로, 사진의 윗부분은 남아있는 PR패턴을 가리키며, 도 4b는 애싱 공정 후 PR패턴이 제거된 후의 사진이다.
도시한 바와 같이, 몰리브덴 단일층으로 구성된 소스 및 드레이전극은 45 ~ 70ㅀ의 테이퍼(taper)를 갖는 우수한 프로파일을 형성한다.
도 5a는 ITO로 구성된 화소전극의 습식식각 공정 후의 단면을 나타낸 사진으로, 애싱 공정에 의한 PR패턴이 제거되기 전으로, 사진의 윗부분은 남아있는 PR패턴을 가리키며, 도 5b는 애싱 공정 후 PR패턴이 제거된 후의 사진이다.
도시한 바와 같이, ITO로 구성된 화소전극은 30 ~ 60°의 테이퍼를 갖는 우수한 프로파일을 형성한 모습을 볼 수 있다.
즉, 각각의 게이트전극, 소스 및 드레인전극과 화소전극의 형성에서, 식각 공정 후 전극 양측의 모양이 완만한 경사를 이루는 프로파일을 형성하는 것을 볼 수 있다.
이와 같이 액정표시장치용 어레이기판의 제조에 있어서, 각 마스크 공정에 사용되는 식각액을 단일 용액으로 함으로써, 식각액 관리가 용이해지며, 하나의 설비로 구성하여 제조비용이 절감되게 된다. 이는 생산성 향상을 가져오게 된다.
전술한 바와 같은 액정표시장치용 어레이기판은 현재 생산에 일반적으로 사용되고 있는 4 마스크 공정으로 제조될 수 있으나, 4 마스크 공정은 어레이기판의 제조방법 중의 일례일 뿐, 마스크 공정은 어떠한 것이든 무방하다.
이하 본 발명의 실시예를 더욱 뒷받침하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물과 본 발명의 식각액 조성물 범위를 벗어난 식각액 조성물을 비교하고자 한다.
표 1은 본 발명의 실시예와 비교예들의 식각액 함량을 정리한 표이다.
구분 본 발명의 실시예 실시예
1 2 3 4 5 6 7
인산 62 38 62 62 62 62 62 62
질산 3.5 3.5 1.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
초산 15 15 15 3 15 15 15 15
염소계 화합물 0.1 0.1 0.1 0.1 5.5 0.1 0.1 0.1
염소 안정제 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 6 0.1 0.1
리튬계 화합물 2 2 2 2 2 2 0.02 2
황화염계 화합물 2 2 2 2 2 2 2 0.02
물 100wt%까지
표 1 식각액 함량
<제 1 비교예>
본 발명의 실시예에 따른 식각액은 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 본 발명의 실시예의 식각액의 함량을 벗어나지 않는 함량 내에서 가장 바람직한 함량의 식각액이며, 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 제 1 비교 실시예는 인산 38wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 인산의 함량을 달리하여 구성하여, 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물의 함량을 벗어나도록 구성한다.
도 6a ~ 6b는 본 발명의 제 1 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
이때, 도 6a 사진은 애싱 공정에 의한 PR패턴이 제거되기 전으로, 사진의 윗부분은 남아있는 PR패턴을 가리킨다.
도시한 바와 같이, 인산의 함량을 40wt% 미만으로 구성한 경우의 몰리브덴(Mo)과 알루미늄 합금(AlNd)의 이중층은 하부층인 알루미늄 합금(AlNd)이 과잉 식각되어 언더컷 현상이 발생된다.
상기 인산은 질산과 알루미늄(Al)과 반응하여 형성된 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 분해시키는 역할로, 상기 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 분해하면서 상기 게이트전극의 하부층인 알루미늄 합금(AlNd)의 금속층을 상부층인 몰리브덴(Mo)에 비해 너무 빠르게 식각하기 때문이다.
<제 2 비교예>
본 발명의 실시예에 따른 식각액은 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 본 발명의 실시예의 식각액의 함량을 벗어나지 않는 함량 내에서 가장 바람직한 함량의 식각액이며, 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 제 1 비교 실시예는 인산 62wt%, 질산 1.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 질산의 함량을 달리하여 구성하여, 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물의 함량을 벗어나도록 구성한다.
도 7a ~ 7b는 본 발명의 제 2 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
이때, 도 7a 사진은 애싱 공정에 의한 PR패턴이 제거되기 전으로, 사진의 윗부분은 남아있는 PR패턴을 가리킨다.
도시한 바와 같이, 질산의 함량을 2wt% 미만으로 구성한 경우의 몰리브덴(Mo)과 알루미늄 합금(AlNd)의 이중층은 하부층인 알루미늄 합금(AlNd)이 과잉 식각되어 언더컷 현상이 발생된다.
이는, 상기 몰리브덴(Mo)과 알루미늄 합금(AlNd)의 식각율이 서로 다르기 때문에 발생된다. 왜냐하면 상기 인산과 알루미늄 합금(AlNd)이 반응하여 알루미늄 합금(AlNd)이 식각되고 질산과 몰리브덴(Mo)이 반응하여 몰리브덴층이 식각되는데, 상기 질산의 함량이 2wt% 미만일 경우에는 상기 알루미늄 합금(AlNd)과 인산의 반응성이 상기 몰리브덴(Mo)과 질산의 반응성보다 크게 되기 때문이다.
<제 3 비교예>
본 발명의 실시예에 따른 식각액은 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 본 발명의 실시예의 식각액의 함량을 벗어나지 않는 함량 내에서 가장 바람직한 함량의 식각액이며, 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 제 1 비교 실시예는 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 3wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 초산의 함량을 달리하여 구성하여, 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물의 함량을 벗어나도록 구성한다.
도 8a ~ 8b는 본 발명의 제 3 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
이때, 도 8a 사진은 애싱 공정에 의한 PR패턴이 제거되기 전으로, 사진의 윗부분은 남아있는 PR패턴을 가리킨다.
도시한 바와 같이, 초산의 함량을 3wt% 미만으로 구성한 경우의 몰리브덴(Mo)과 알루미늄 합금(AlNd)의 이중층은 하부층인 알루미늄 합금(AlNd)이 과잉 식각되어 언더컷 현상이 발생된다.
이는, 상기 몰리브덴(Mo)과 알루미늄 합금(AlNd)의 식각율이 다르기 때문이다.
<제 4 비교예>
본 발명의 실시예에 따른 식각액은 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로, 본 발명의 실시예의 식각액의 함량을 벗어나지 않는 함량 내에서 가장 바람직한 함량의 식각액이며, 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 제 1 비교 실시예는 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 5.5wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 염소계 화합물의 함량을 달리하여 구성하여, 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물의 함량을 벗어나도록 구성한다.
도 9a ~ 9b는 본 발명의 제 4 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
이때, 도 9a ~ 9b 사진은 애싱 공정에 의한 PR패턴이 제거되기 전으로, 사진의 윗부분은 남아있는 PR패턴을 가리킨다.
도시한 바와 같이, 염소계 화합물의 함량을 5wt% 초과하여 구성한 경우의 몰리브덴(Mo)과 알루미늄 합금(AlNd)의 이중층은 하부층인 알루미늄 합금(AlNd)이 과잉 식각되어 언더컷 현상이 발생된다.
또한, 도 9b에 도시한 바와 같이 PR패턴이 상기 식각액에 의해 녹아내리거나 갈라지는 등의 어택(attack)이 발생된다.
이는, 염소계 화합물을 5wt% 초과하여 과다 사용함으로써, 상기 염소계 화합물이 PR패턴에 영향을 끼치기 때문이다
<제 5 비교예>
본 발명의 실시예에 따른 식각액은 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 본 발명의 실시예의 식각액의 함량을 벗어나지 않는 함량 내에서 가장 바람직한 함량의 식각액이며, 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 제 1 비교 실시예는 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 6wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 염소 안정제의 함량을 달리하여 구성하여, 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물의 함량을 벗어나도록 구성한다.
도 10는 본 발명의 제 5 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 ITO로 구성된 화소전극의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도시한 바와 같이, 염소 안정제 함량을 5wt% 초과하도록 구성한 경우의 ITO 층의 식각 속도가 감소하고, 식각 시 완전한 형태로 식각되지 못하고 잔사(A)가 남아있는 것을 볼 수 있다.
이는, 염소 안정제를 과다 사용함으로써 ITO 층의 식각 속도를 저하하기 때문이다.
<제 6 비교예>
본 발명의 실시예에 따른 식각액은 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 본 발명의 실시예의 식각액의 함량을 벗어나지 않는 함량 내에서 가장 바람직한 함량의 식각액이며, 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 제 1 비교 실시예는 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 0.02wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 리튬계 화합물의 함량을 달리하여 구성하여, 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물의 함량을 벗어나도록 구성한다.
도 11a ~ 11b는 본 발명의 제 6 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 게이트전극을 구성하는 몰리브덴과 알루미늄 합금의 이중층의 단면을 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
이때, 도 11a 사진은 애싱 공정에 의한 PR패턴이 제거되기 전으로, 사진의 윗부분은 남아있는 PR패턴을 가리킨다.
도시한 바와 같이, 리튬계 화합물의 함량을 0.05wt% 미만으로 구성한 경우의 몰리브덴(Mo)과 알루미늄 합금(AlNd)의 이중층은 하부층인 알루미늄 합금(AlNd)이 과잉 식각되어 언더컷 현상이 발생된다.
이는, 몰리브덴 단일층의 식각속도를 느리게 하기 때문이다.
<제 7 비교예>
본 발명의 실시예에 따른 식각액은 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염 소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 2wt%로 본 발명의 실시예의 식각액의 함량을 벗어나지 않는 함량 내에서 가장 바람직한 함량의 식각액이며, 본 발명의 실시예와 비교하기 위한 제 1 비교 실시예는 인산 62wt%, 질산 3.5wt%, 초산 15wt%, 염소계 화합물 0.1wt%, 염소 안정제 0.1wt%, 리튬계 화합물 2wt%, 황화염계 화합물 0.02wt%로 황화염계 화합물의 함량을 달리하여 구성하여, 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물의 함량을 벗어나도록 구성한다.
도 12a ~ 12b는 본 발명의 제 7 비교예에 따른 식각액에 의한 습식식각 공정 후의 소스 및 게이트전극을 구성하는 몰리브덴 단일층의 단면을 주사전자현미경 사진이다.
이때, 도 12a 사진은 애싱 공정에 의한 PR패턴이 제거되기 전으로, 사진의 윗부분은 남아있는 PR패턴을 가리킨다.
도시한 바와 같이, 황화염계 화합물의 함량을 0.05wt% 미만으로 구성한 경우의 몰리브덴(Mo) 단일층은 마스크 패턴 크기보다 패턴 크기가 작게 형성되는 CD bais가 크게 발생하게 되며, 이로 인하여 숄더가 발생하게 된다.
이는, 몰리브덴(Mo) 단일층이 식각되는 속도가 너무 빨라지기 때문이다.
본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 단일 식각용액을 사용함으로써, 각 마스크 공정에서 각기 다른 식각액을 사용할 때 보다 독립적인 장비 구성이 필요하지 않으며, 공정의 단순화 및 공정비용 절감의 효과가 있다.
또한, 생산성 향상의 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 40 ~ 70wt%의 인산과;
    2 ~ 15wt%의 질산과;
    4 ~ 35wt%의 초산과;
    0.05 ~ 5wt%의 염소계 화합물과;
    0.05 ~ 5wt%의 염소 안정제와;
    0.05 ~ 5wt%의 리튬계 화합물과
    0.05 ~ 5wt%의 황화염계 화합물과
    잔량의 물을 포함하는 식각액.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 염소계 화합물은 Cl-1 로 해리될 수 있는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 식각액.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 염소 안정제는 Zn, Cd, Pb, Ba 계열 화합물 및 올레인산으로 이루어진 식각액.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬계 화합물은 LiNO3, CH3COOLi, C4H5O3Li, LiCl, Lif, Lil, C2HLiO4, Li2O2, Li2SO4, LiH2PO4, Li3PO4을 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 황화염계 화합물은 H2SO4, Na2SO4, Na2S2O8, KHSO4, K2SO4, K2S2O8, CaSO4, (NH4)2S2O8을 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 물은 이온교환수지를 통하여 여과한 순수를 사용하는 것을 특징으로 하는 식각액.
  7. 상기 제 1 항의 식각액을 이용하여 기판 상부에 제 1 금속층을 식각하여 게이 트전극을 형성하는 단계와;
    상기 게이트전극 상부에 절연막을 형성하는 단계와;
    상기 절연막 상부에 반도체층과 제 2 금속층을 적층하는 단계와;
    상기 식각액을 통해 상기 제 2 금속층을 식각하여 소스 및 드레인전극을 형성하는 단계와;
    상기 소스 및 드레인전극 상부로 상기 드레인전극을 노출시키는 드레인콘택홀을 갖는 보호층을 형성하는 단계와;
    상기 보호층 상부에 상기 식각액을 통해 화소전극을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 금속층은 몰리브덴과 알루미늄 합금으로 된 이중층인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 금속층은 몰리브덴으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 화소전극은 인듐-틴-옥사이드(ITO)로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이기판 제조방법.
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