KR20080016290A - 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조공정에 사용되는금속막에 대한 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조공정에 사용되는 금속막에 대한 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각방법에 관한 것으로, 상세하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금층을 함유한 다층막 또는 단일막, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금층을 함유한 다층막 또는 단일막, 또는 산화인듐막에 대한 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 식각액 조성물은 조성물 총중량에 대해 1~40 중량%의 Fe3 +를 포함한 화합물, 0.1~10.0 중량%의 함불소 화합물 및 50~98.1중량%의 물을 함유하는 것을 특징으로 한다.
액정표시장치, 식각액, 불소, Fe

Description

박막트랜지스터 액정표시장치의 제조공정에 사용되는 금속막에 대한 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각방법{A composition of etching solution for metal film using in manufacturing process of thin film transistor liquid crystal display and etching method using the same}
도 1은 본 발명에 따른 실시예 2 식각액 조성물로 Mo/Al-Nd 이중막을 식각하여 수득된 프로파일을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 따른 실시예 2 식각액 조성물로 Mo/Al/Mo 삼중막을 식각하여 수득된 프로파일을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 2 식각액 조성물로 산화인듐막을 식각하여 수득된 프로파일을 나타낸 도이다.
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조공정에 사용되는 금속막에 대한 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각방법에 관한 것이다.
통상적으로, 반도체 장치와 같은 박막트랜지스터 액정표시장치(TFT-LCD) 기판 위에 금속 배선을 형성하는 과정은, 스퍼터링에 의한 금속막 형성공정, 포토레 지스트 도포, 노광 및 현상에 의한 선택적인 영역에서의 포토레지스트 형성공정, 및 식각 공정에 의한 단계로 구성되고, 개별적인 단위 공정 전후의 세정 공정 등을 포함한다. 이러한 식각 공정은 포토레지스트 마스크를 사용하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미하며, 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식 식각 또는 식각 용액을 사용하는 습식 식각이 사용된다.
이러한 반도체 장치에서, TFT-LCD (thin film transistor liquid crystal display)의 배선재료로서 일반적으로 사용되는 금속은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로서, 순수한 알루미늄은 화학물질에 대한 내성이 약하고 후속 공정에서 배선 결합 문제를 야기할 수 있으므로 알루미늄 합금 형태로 사용되거나, 알루미늄 또는 알루미늄 합금층 위에 또 다른 금속층, 예컨대 몰리브덴, 크롬, 텅스텐, 주석 등의 금속층을 갖는 다층의 적층 구조가 적용될 수 있다.
이와 같이, TFT-LCD 등의 반도체 장치의 배선을 형성하기 위한 금속막을 다중층 구조로 할 경우에는 습식 공정과 건식 공정을 함께 적용함으로서 서로의 단점을 보완하는 것이 일반적이다.
예컨대, Mo/Al-Nd 이중막의 경우 통상 인산-주성분 알루미늄 식각액으로 식각할 수 있으나, 두 층간의 식각 속도 차이로 인하여 Mo 오버행(overhang)이 발생하므로 후속공정으로 이러한 오버행을 건식 식각하는 것으로 알려져 있다.
즉, Mo/Al-Nd 이중막을 종래 기술에 의한 알루미늄 식각액으로 습식 식각할 경우, 상부 Mo 층의 식각 속도가 알루미늄 합금층의 식각 속도보다 작기 때문에 상부 Mo 층이 하부 Al-Nd 층의 외부로 돌출되는 단면을 갖게 되는 불량한 프로파일을 나타낸다. 이러한 불량한 프로파일로 인해 후속 공정에서 단차 커버리지(coverage)가 불량하게 되고 상부층이 경사면에서 단선되든가 또는 상하부 금속이 단락될 확률이 커지게 된다. 이러한 경우, 1차로 알루미늄 식각 용액으로 습식 식각하고, 2차로 식각 속도의 차이로 인해 미처 식각되지 못하고 하부층 바깥으로 돌출된 상부층을 다시 건식 식각하는 2단계 공정을 적용하는 것이 일반적이나, 공정이 복잡하여 생산성 및 비용적인 측면에서 불리하며, 제품 손상 등의 문제점이 존재한다.
이러한 종래 기술에 대응하여, 본 출원인에 의해 기 출원된 대한민국 특허출원 제 10-1999-41119호 (공개번호 제 10-2001-28729호)는 인산-주성분 식각액을 기재하고 있다. 상기 식각액은 인산, 질산 및 아세트산의 조성비를 특정하게 변화시킴으로써, 상부 Mo 층이 하부 알루미늄 합금층의 외부로 돌출되는 단면을 갖게 되는 불량 프로파일이 없어지고, 추가의 건식 식각이 필요하지 않을 정도로 우수한 프로파일을 수득할 수 있으므로, 2단계 공정의 종래 기술에 비해 매우 간단하고 경제적으로 식각을 행할 수 있었다.
그러나, 기판의 크기가 커짐에 따른 장비의 물리적인 특성이 매우 민감하게 작용하여 Mo 오버행이 부분적으로 발생한다거나, 경사각(taper angle)이 당 업계에서 요구되는 60도가 아닌 여러 가지 각도가 나타나서 얼룩이 발생하는 문제점이 나타나, 결국 장비 의존성에 대한 문제점은 해결되지 못하였다.
상기 문제점을 극복하기 위한 것으로, 대한민국 특허출원 제 10-2003-20425호는 평판디스플레이용 액정표시장치의 알루미늄 또는 알루미늄 합금층을 함유한 다층막 또는 단일막을 식각하기 위한 새로운 형태의 식각액 조성물에 대하여 기재 하고 있다. 상기 발명에 따른 식각액의 주성분은 전체 조성물 총중량에 대하여 1~15 중량%의 Fe3 +를 포함한 화합물, 3~20 중량%의 HNO3, 0.1~5.0 중량%의 함불소 화합물, 0.1~5.0 중량%의 산화제, 0~5.0 중량%의 식각 조절제, 및 잔량의 물을 함유하는 식각액 조성물로서, 장비 의존성이 없고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금층을 함유한 다층막 또는 단일막은 경사각이 60도 이하로 양호한 식각 특성을 갖는다.
그러나 상기 식각액 조성물들은 다량의 질산을 함유하고 있어 환경적인 문제를 야기할 수 있다. 한편, 알루미늄 또는 알루미늄 합금층의 특수한 화학적 성질로 인하여 함불소 화합물이 존재하지 않으면 식각이 되지 않는 점을 가지고 있어 함불소 화합물을 반드시 사용하여야 한다. 그러나 강산 분위기에서 함불소 화합물을 사용하기 때문에 식각용액 내에 미량의 함불소 화합물이 포함되어 있어도 유리 기판 및 각종 실리콘 층 (반도체 층과 실리콘 질화막으로 이루어진 패시베이션 층)도 함께 식각되어 공정상에서 불량이 일어날 수 있는 요소가 많이 존재한다.
또한 상기 식각액 조성물이 유리 기판이나 실리콘 막을 식각시키지 않을 정도의 소량을 함불소 화합물을 함유하는 경우는 기판의 크기가 커짐에 따른 매수별 경시 변화 문제를 해결하는데 한계가 있다는 단점이 있다.
이에, 본 발명자들은 식각 속도와 특성의 제어가 용이한 환경친화적인 식각액 조성물에 대하여 연구하던 중, Fe3 +를 포함한 화합물, 함불소 화합물 및 물을 함 유하고 산성 화합물은 포함하지 않는 식각액 조성물이 알루미늄계 금속막과 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 단일막 또는 다층막, 및/또는 산화인듐막을 일괄 식각할 수 있으며, 식각 속도의 조절이 자유롭고, 테이퍼 프로파일이 양호하게 나타남을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조공정에 사용되는 금속막에 대한 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조공정에 사용되는 금속막에 대한 식각액 조성물로서, Fe3 +를 포함한 화합물, 함불소 화합물 및 물을 함유하고 산성 화합물은 포함하지 않는 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 이용한 식각방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 식각액 조성물은 조성물 총중량에 대해 1~40 중량%의 Fe3 +를 포함한 화합물, 0.1~10.0 중량%의 함불소 화합물 및 50~98.1중량%의 물을 함유하고 산성 화합물은 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 식각액 조성물은 조성물 총중량에 대해 1~35 중량%의 Fe3 +를 포함한 화합물, 0.1~6.3 중량%의 함불소 화합물 및 잔량의 물을 함유한다.
본 발명에 따른 식각액 조성물은 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조공정에 사용되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금층을 함유한 다층막 또는 단일막, 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금층을 함유한 다층막 또는 단일막, 및/또는 산화인듐막을 식각하기 위한 식각액 조성물이다.
본 발명에서의 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 및/또는 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 이루어진 단일막 또는 다층막이란 그 형태가 다양하며, 예를 들면 Mo/Al-Nd 이중막의 경우, 몰리브덴 막을 상부 막으로 하고 Al-Nd을 하부 막으로 하거나, 그의 역으로도 이중막을 형성할 수 있으며, Mo-W/Al-Nd 이중막의 경우는 Mo-W 합금막을 상부막으로 하고, Al-Nd 합금막을 하부막으로 사용할 수 있다. 또한, Mo/Al/Mo, Mo/Al-Nd/Mo 삼중막인 경우에는 몰리브덴을 상하부 막으로 하고 순수한 알루미늄 및 Al-Nd을 중간 막으로 사용할 수 있다. 또한 본 막질의 구성에서 몰리브덴의 경우 텅스텐 등의 금속과의 합금 형태로도 사용될 수 있다. 또한 위에서 설명한 다층막의 경우는 물론, Al, Al-Nd, Mo, Mo-W 등의 단일막 형태로도 사용되고 있다.
본 발명에 따른 식각액 조성물에 사용되는 Fe3 +를 포함한 화합물은 상부 몰리브덴막을 빠른 시간에 효과적으로 식각하는 역할을 한다. Fe3 +를 포함한 화합물의 함량은 조성물 총중량에 대해 1~40 중량%를 함유하는 것이 바람직하며, 공정 조건에 따라 함불소 화합물의 조성범위에 따라 다양하게 함량 범위를 조절할 수 있다. 그러나 상기 Fe3 +를 포함한 화합물의 함량이 40 중량% 초과하면 침전물이 생겨 이물로 인하여 공정에 문제가 발생할 수 있으며, 1 중량% 미만이면 식각속도가 저하되 는 문제점이 생긴다.
본 발명의 식각액 조성물에 사용되는 Fe3 +를 포함한 화합물은 Fe3 +를 포함한 염의 형태로 제공되며, 그 종류는 특별히 한정되지는 않으나, 예컨대 FeCl3, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3, NH4Fe(SO4)2, Fe(ClO4)3, FePO4 또는 Fe(NH4)3(C2O4)3 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 Fe(NO3)3 이다.
본 발명에 따른 식각액 조성물에 사용되는 함불소 화합물은 알루미늄막과 인듐산화막을 식각할 수 있는 중요한 성분이다. 함불소 화합물은 염기성 조건보다는 강산성 조건에서 유리 기판 및 각종 실리콘 층 (반도체 층과 실리콘 질화막으로 이루어진 패시베이션 층)도 함께 식각되어 공정상에서 불량이 날 수 있는 요소가 많이 존재한다. 그러나 본 발명에 따른 식각액 조성물은 플루오르 이온을 활성화시켜 직접적으로 유리성분을 식각시키는 다른 산성 성분이 없기 때문에 유리 기판이나 실리콘 막을 식각시키지 않는 함량 범위 내에서 함불소 화합물의 농도를 조절함으로써 식각용액의 특성을 좋게 할 수 있는 장점이 있다. 함불소 화합물의 함량은 조성물 총중량에 대해 0.1~10.0 중량% 함유하는 것이 바람직하며, 만일 상기 함불소 화합물의 함량이 10.0 중량% 초과하면 유리 기판의 식각이 심해져 유리 기판의 손상이 심하게 되며, 0.1 중량% 미만이면 산화력이 떨어져 식각속도가 저하되는 문제점이 생긴다.
본 발명의 식각액 조성물에 사용되는 함불소 화합물은 물에 해리되어 F-를 낼 수 있는 화합물의 형태로 제공되며, NaF, NaHF2, NH4F, NH4HF2, NH4BF4, NH4F·HF, KF, KHF2, AlF3 또는 HBF4 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 NaF 또는 NH4F·HF 이다.
본 발명에 따른 식각액 조성물은 산성 화합물은 존재하지 않으면서 Fe3 +를 포함한 화합물과 함불소 화합물에서 기인한 플로오르 이온이 존재하는 2 성분계 통합 식각액으로서, Mo/Al 이중막, Mo/Al/Mo 삼중막, 비결정질의 ITO막에 대하여 식각을 완료한 후 전자주사현미경을 이용하여 관찰한 결과, Mo/Al 이중막, Mo/Al/Mo 삼중막, 비결정질의 ITO막에서 모두 테이퍼 프로파일이 우수하고, 식각 속도(총 식각 시간 2분 이내) 및 균일성이 양호하게 식각됨을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 식각액 조성물은 식각 속도의 조절이 자유롭고, 두가지 성분을 이용하여 제조함에 따라 제조 공정개선과 그에 따른 원가 절감 및 생산성을 향상시킬 수 있으며, 게이트 배선, 데이터 배선, 산화인듐 배선을 한가지 통합 식각용액으로 식각이 가능하여, TFT-어레이에 있어서 공정시간 단축과 공정의 단순화를 가능하게 할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~21 :
Mo/Al-Nd 이중막, Mo/Al/Mo 삼중막, 비결정질의 ITO막 기판을 각각 준비하였 다. Fe(NO3)3/NH4F·HF/물을 표 1, 2, 3에 기재된 전체 조성물의 총중량에 대한 조성비로 함유하는 식각액을 150 kg이 되도록 제조하였다.　분사식 식각 방식의 실험장비 (KDNS사 제조, 모델명: ETCHER(TFT)) 내에 제조된 식각액을 넣고 온도를 30℃로 세팅하여 가온한 후, 온도가 30±0.5℃에 도달하면 식각 공정을 수행하였다. O/E(Over Etch)를 패드부분의 EPD(End Point Detection)를 기준으로 하여 30%를 주어 실시하였다. 기판을 넣고 분사를 시작하여 식각이 종료되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트(PR) 박리기(stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다.　세정 및 건조 후 전자주사현미경 (SEM; HITACHI사 제조, 모델명: S-4700)을 사용하여 상기 식각된 시험편의 프로파일을 검사하였으며, 테이퍼 프로파일은 단위 공정에 적용 가능하였다.
각각의 금속막의 결과를 표 1, 표 2 및 표 3에 나타냈으며, 도 1, 도 2 및 도 3에는 각각 수득된 프로파일을 나타내는 사진을 도시하였다.
전자주사현미경에 의한 평가는 식각 경사각, 사이드 식각 손실, 식각 잔류물 등으로 평가하였으며, 이의 결과는 다음과 같이 표시하였다.
○ : 양호, 테이퍼 프로파일이 우수하고, 식각 속도(총 식각 시간 2분 이내) 및 균일성이 양호함.
X : 불량, 테이퍼 프로파일이 불량함, 사이드 손실 큼(편측 1 ㎛ 이상), 식각 속도 조절 불가(총 식각 시간 20초 이하), 균일성 불량.
기판 : Mo/Al-Nd 이중막
실시예 조성 (중량%) FW(Fe(NO3)3/NH4F·HF/물) 평가 비고
1 7/3/90 ○ 잔사 발생하지 않음
2 9/1.6/89.4 ○ 잔사 발생하지 않음
3 8/1.9/90.1 ○ 잔사 발생하지 않음
4 10/1.8/88.2 ○ 잔사 발생하지 않음
5 15/3/82 ○ 잔사 발생하지 않음
6 28/4/68 ○ 잔사 발생하지 않음
7 37/3/60 ○ 잔사 발생하지 않음
기판 : Mo/Al/Mo 삼중막
실시예 조성 (중량%) FW(Fe(NO3)3/NH4F·HF/물) 평가 비고
8 7/3/90 ○ 잔사 발생하지 않음
9 9/1.6/89.4 ○ 잔사 발생하지 않음
10 8/1.9/90.1 ○ 잔사 발생하지 않음
11 10/1.8/88.2 ○ 잔사 발생하지 않음
12 15/3/82 ○ 잔사 발생하지 않음
13 28/4/68 ○ 잔사 발생하지 않음
14 37/3/60 ○ 잔사 발생하지 않음
기판 : a-ITO막
실시예 조성 (중량%) FW(Fe(NO3)3/NH4F·HF/물) 평가 비고
15 7/3/90 ○ 잔사 발생하지 않음
16 9/1.6/89.4 ○ 잔사 발생하지 않음
17 8/1.9/90.1 ○ 잔사 발생하지 않음
18 10/1.8/88.2 ○ 잔사 발생하지 않음
19 15/3/82 ○ 잔사 발생하지 않음
20 28/4/68 ○ 잔사 발생하지 않음
21 37/3/60 ○ 잔사 발생하지 않음
표 1 내지 표 3과, 도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 식각액 조성물은 Mo/Al-Nd 이중막, Mo/Al/Mo 삼중막, 비결정질의 ITO막 기판에 대해 테이퍼 프로파일이 우수하고, 식각 속도(총 식각 시간 2분 이내) 및 균일성이 양호하며, 잔사가 발생하지 않았다.
비교예 :
종래의 산성 성분을 포함하는 4~5 성분계 알루미늄 식각액을 사용하여 상기 실시예 1~21과 동일한 방법으로 실시하였다.
상기 종래의 알루미늄 식각액 조성물은 FeCl3, HNO3, NaF, 옥손(칼륨 모노퍼술페이트) 및 물을 함유할 수 있으며, 물을 제외한 FeCl3/HNO3/NaF/옥손(칼륨 모노퍼술페이트)의 조성비가 1~15 중량%/3~20 중량%/0.1~5 중량%/0.1~5 중량% 이다.
결과는 표 4에 나타내었다.
비교예 기판 조성(중량%) 평가 비고
(FeCl3/HNO3/NaF/옥손)
1 Mo/Al 막 8/10/1.5/5 X 잔사 발생
2 Mo/Al/Mo 8/10/1.5/5 X 잔사 발생
3 a-ITO막 8/10/1.5/5 X 잔사 발생
표 4에 나타난 바와 같이, 산성 화합물을 포함하는 식각액 조성물의 경우 (비교예), Mo/Al-Nd 이중막, Mo/Al/Mo 삼중막, 비결정질의 ITO막 기판에 대해 식각이 심해져 잔사의 불량이 나타남을 알 수 있다.
본 발명에 따른 2 성분계 식각액 조성물은 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조공정에 사용되는 금속막에 대한 식각액 조성물로서, 알루미늄계 금속막과 몰리 브덴계 금속막으로 이루어진 단일막 또는 다층막, 및/또는 산화인듐막을 하나의 통합 식각용액으로 일괄 식각할 수 있으며, 식각 속도의 조절이 자유롭고, 테이퍼 프로파일이 양호하여 경사각이 30 내지 60도 정도로 유지되고, 패턴의 직선성이 우수하며, 많은 수의 기판을 식각하여도 식각특성이 초기와 유사하게 유지되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 2 성분계 식각액 조성물은 산성 화합물을 포함하지 않고 환경친화적인 두가지 성분을 이용하여 제조함에 따라 제조 공정개선과 그에 따른 원가 절감 및 생산성을 향상시킬 수 있으며, 게이트 배선, 데이터 배선, 산화인듐 배선을 한가지 통합 식각용액으로 식각이 가능하여, TFT-어레이에 있어서 공정시간 단축과 공정의 단순화를 가능하게 할 수 있다.

Claims (9)

  1. 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조공정에 사용되는 금속막에 대한 식각액 조성물로서, 조성물 총중량에 대해 1~40 중량%의 Fe3 +를 포함한 화합물, 0.1~10.0 중량%의 함불소 화합물 및 50~98.1중량%의 물을 함유하고 산성 화합물은 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 금속막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금층을 함유한 다층막 또는 단일막; 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금층을 함유한 다층막 또는 단일막; 또는 산화인듐막인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 Fe3 +를 포함한 화합물은 Fe3 +를 포함한 염의 형태인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 Fe3 +를 포함한 화합물은 FeCl3, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3, NH4Fe(SO4)2, Fe(ClO4)3, FePO4 및 Fe(NH4)3(C2O4)3으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 Fe3 +를 포함한 화합물은 Fe(NO3)3인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 함불소 화합물은 물에 해리되어 F-를 낼 수 있는 화합물의 형태인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 함불소 화합물은 NaF, NaHF2, NH4F, NH4HF2, NH4BF4, NH4F·HF, KF, KHF2, AlF3 및 HBF4으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 함불소 화합물은 NaF 또는 NH4F·HF인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  9. 청구항 1의 식각액 조성물을 이용한 금속막의 식각방법.
KR1020060078215A 2006-08-18 2006-08-18 박막트랜지스터 액정표시장치의 제조공정에 사용되는금속막에 대한 식각액 조성물 및 이를 이용한 식각방법 KR20080016290A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140138571A (ko) * 2012-10-15 2014-12-04 피에스테크놀러지(주) 은 또는 마그네슘 박막제거용 세정 조성물
CN114717559A (zh) * 2022-03-03 2022-07-08 深圳市金泉益科技有限公司 一种钛蚀刻液及其应用

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