KR20080098249A - 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 박막트랜지스터기판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

포토레지스트 조성물은 글리시딜 아크릴레이트 수지 약 1 내지 약 70 중량부, 광산 발생제 약 0.5 내지 약 10 중량부, 가교제 약 1 내지 약 20 중량부 및 용매 약 10 내지 약 200 중량부를 포함한다. 상기 포토레지스트 조성물은 포토레지스트 패턴의 내열성을 향상시키고, 포토레지스트 패턴의 경사각을 크게하여 공정의 신뢰성을 높일 수 있다.

포토레지스트 조성물, 4마스크 공정

Description

포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 박막트랜지스터 기판의 제조방법{PHOTORESIST COMPOSITION AND METHOD OF MANUFACTURING A THIN-FILM TRANSISTOR SUBSTRATE USING THE SAME}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터 기판을 나타낸 평면도이다.

도 2 내지 도 8은 도 1에 도시된 박막트랜지스터 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

본 발명은 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 박막트랜지스터 기판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 4 마스크 공정에 사용될 수 있는 포토레지스트 조성물 및 이를 이용한 박막트랜지스터 기판의 제조방법에 관한 것이다.

액정표시장치는 액정 물질의 광학적, 전기적 성질을 이용하여 이미지를 표시한다. 액정표시장치는 CRT, 플라즈마 디스플레이 패널 등과 비교하여, 경량, 저전력, 낮은 구동 전압 등의 장점을 갖는다.

일반적으로, 액정표시장치는 액정표시패널과 상기 액정표시패널에 광을 공급 하는 광원을 포함한다. 상기 액정표시패널은 복수의 픽셀들과 복수의 박막트랜지스터들을 포함한다. 상기 픽셀과 박막트랜지스터들은 포토레지스트 조성물을 이용한 포토리소그라피 공정을 통하여 형성되는데, 최근에는 공정 단순화를 위하여 4매의 마스크를 사용하는 4매 마스크 공정이 개발된 바 있다.

상기 4매 마스크 공정에서 데이터 메탈층 위에 형성되는 포토레지스트 패턴은 두께가 상대적으로 얇은 채널 형성부를 포함하는데, 종래의 포토레지스트 조성물을 이용하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 경우, 상기 채널 형성부의 경사각이 작아서 채널부 형성 공정의 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다.

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 포토레지스트 패턴의 채널 형성부의 경사각을 증가시킬 수 있는 포토레지스트 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 포토레지스트 조성물을 이용한 박막트랜지스터 기판의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 포토레지스트 조성물은 글리시딜 아크릴레이트 수지 약 1 내지 약 70 중량부, 광산 발생제 약 0.5 내지 약 10 중량부, 가교제 약 1 내지 약 20 중량부 및 용매 약 10 내지 약 200 중량부를 포함한다.

예를 들어, 상기 글리시딜 아크릴레이트 수지는 하기의 화학식 1의 구조를 포함할 수 있다.

<화학식 1>

(R₁, R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 메틸기 또는 수소 원자를 나타내며, R₂는 페닐 또는 벤질기를 나타내며, k, l, m 및 n 각각은 0.01 내지 0.99이며, k, l, m 및 n의 총합은 1이다.)

바람직하게, 상기 포토레지스트 조성물은 페놀계 수지 또는 아크릴계 수지를 더 포함할 수 있다. 상기 페놀계 수지 또는 아크릴계 수지의 함량은 약 1 내지 약 70 중량부일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물은 하기의 화학식 2의 아민 화합물 약 0.01 내지 약 5 중량부를 더 포함할 수 있다.

<화학식 2>

(n은 1 내지 3의 자연수이다.)

본 발명의 일 특징에 따른 박막트랜지스터 기판의 제조방법에 따르면, 게이 트 라인 및 게이트 전극이 형성된 베이스 기판 위에 게이트 절연막, 액티브층 및 데이터 금속층을 차례로 형성한다. 상기 데이터 금속층 위에 글리시딜 아크릴레이트 수지 약 1 내지 약 70 중량부, 광산 발생제 약 0.5 내지 약 10 중량부, 가교제 약 1 내지 약 20 중량부 및 용매 약 10 내지 약 200 중량부를 포함하는 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트막을 형성한다.

상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 제1 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 제1 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 데이터 금속층 및 액티브 층을 식각하여 데이터 라인 및 채널부를 형성한다. 상기 제1 포토레지스트 패턴의 일부를 제거하여 상기 데이터 금속층의 일부를 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 제2 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 데이터 금속층 및 상기 액티브층을 식각하여 소스 전극, 드레인 전극 및 오믹 콘택 패턴을 형성한다.

예를 들어, 상기 제2 포토레지스트 패턴은 상대적으로 두께가 얇은 채널 형성부를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바에 따르면, 포토레지스트 패턴의 내열성을 향상시키고, 포토레지스트 패턴의 경사각을 크게하여 공정의 신뢰성을 높일 수 있으며, 특히, 4마스크 공정에서 TFT의 채널부 형성 신뢰성을 높일 수 있다.

포토레지스트 조성물

본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물은 글리시딜 아크릴레이트 수지 약 1 내지 약 70 중량부, 광산 발생제 약 0.5 내지 약 10 중량부, 가교제 약 1 내지 약 20 중량부 및 용매 약 10 내지 약 200 중량부를 포함한다. 상기 글리시 딜 아크릴레이트 수지의 중량평균분자량은 약 2000 내지 약 20000일 수 있다.

예를 들어, 상기 글리시딜 아크릴레이트 수지는 하기의 화학식 1의 구조를 포함할 수 있다.

<화학식 1>

(R₁, R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 메틸기 또는 수소 원자를 나타내며, R₂는 페닐 또는 벤질기를 나타내며, k, l, m 및 n 각각은 0.01 내지 0.99이며, k, l, m 및 n의 총합은 1이다.)

바람직하게, 상기 포토레지스트 조성물은 페놀계 수지 또는 아크릴계 수지를 더 포함할 수 있다. 상기 페놀계 수지 또는 아크릴계 수지의 함량은 약 1 내지 약 70 중량부일 수 있으며, 중량평균분자량은 약 2000 내지 약 20000일 수 있다.

상기 페놀 수지는 알카리 가용성이며, 페놀계 화합물과 알데하이드계 화합물 또는 케톤계 화합물을 산성촉매의 존재 하에서 반응시켜 얻을 수 있다.

상기 페놀계 화합물로는 페놀, 오르토크레졸, 메타크레졸, 파라크레졸, 2,3-디메틸페놀, 3,4-디메틸페놀, 3,5-디메틸페놀, 2,4-디메틸페놀, 2,6-디메틸페놀, 2,3,6-트리메틸페놀, 2-t-부틸페놀, 3-t-부틸페놀, 4-t-부틸페놀, 2-메틸레졸시놀, 4-메틸레졸시놀, 5-메틸레졸시놀, 4-t-부틸카테콜, 2-메톡시페놀, 3-메톡시페놀, 2-프로필페놀, 3-프로필페놀, 4-프로필페놀. 2-이소프로필페놀, 2-메톡시-5-메틸페놀, 2-t-부틸-5-메틸페놀, 티몰, 이소티몰 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로, 또는 혼합되어 사용될 수 있으며, 포토레지스트의 감도제어를 고려하였을 때, 메타크레졸과 파라크레졸을 병용하여 사용될 수 있다. 이 때, 메타크레졸과 파라크레졸의 중량비는 약 80:20 내지 약 20:80일 수 있으며, 바람직하게는 약 70:30 내지 약 50:50일 수 있다.

상기 알데하이드계 화합물로는 포름알데하이드, 포르말린, 파라포름알데하이드, 트리옥산, 아세트알데하이드, 프로필알데하이드, 벤즈알데하이드, 페닐아세트알데하이드, α-페닐프로필알데하이드, β-페닐프로필알데하이드, o-하이드록시벤즈알데하이드, m-하이드록시벤즈알데하이드, p-하이드록시벤즈알데하이드, o-클로로벤즈알데하이드, m-클로로벤즈알데하이드, p-클로로벤즈알데하이드, o-메틸벤즈알데하이드, m-메틸벤즈알데하이드, p-메틸벤즈알데하이드, p-에틸벤즈알데하이드, p-n-부틸벤즈알데하이드, 테레프탈산알데하이드 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 케톤계 화합물로는, 아세톤, 메틸에틸케톤, 디에틸케톤, 디페닐케톤을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 아크릴 수지는 알카리 가용성이며, 예를 들어, 메틸메타 아크릴레이트, 에틸메타 아크릴레이트, 메타크릴산, 스티렌, 벤질아크릴레이트, 아크릴산 등의 모 노머들로부터 공중합되어 얻어질 수 있다.

광산발생제는 노광에 의해 브뢴스테드 산 또는 루이스 산을 발생한다. 예를 들어, 상기 광산발생제는 오늄염, 할로겐화 유기화합물, 퀴논디아지드 화합물, 비스(설포닐)디아조메탄계 화합물, 설폰 화합물, 유기산에스테르 화합물, 유기산아미드 화합물, 유기산이미드 화합물 등을 포함할 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 오늄염으로는 디아조늄염, 암모늄염, 디페닐요오드늄트리플레이트 등의 요오드늄염, 트리페닐설포늄트리플레이트 등의 설포늄염, 포스포늄염, 아르소늄염, 옥소늄염 등을 예로 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 할로겐화 유기화합물로는 할로겐함유 옥사디아졸계 화합물, 할로겐함유 트리아진계 화합물, 할로겐 함유 아세트페논계 화합물, 할로겐함유 벤조페논계 화합물, 할로겐함유 설폭사이드계 화합물, 할로겐함유 설폰계 화합물, 할로겐함유 티아졸계 화합물, 할로겐 함유 옥사졸계 화합물, 할로겐함유 트리아졸계 화합물, 할로겐 함유 2-피론계 화합물, 기타 할로겐 함유 헤테로환상 화합물, 할로겐함유 지방족 탄화수소 화합물, 할로겐함유 방향족 탄화수소 화합물, 설페닐할라이드 화합물 등을 예로 들 수 있다.

구체적으로, 트리스(2,3-디브로모프로필)포스페이트, 트리스(2,3-디브로모프로필)포스페이트, 트리스(2,3-디브로모-3-클로로프로필)포스페이트, 테트라브로모클로로부탄, 2-[2-(3,4-디메톡시페닐)에테닐]-4,6-비스(트리클로로메틸)-S-트리 아진, 헥사클로로벤젠, 헥사브로모벤젠, 헥사브로모시클로도데칸, 헥사브로모시클로도데센, 헥사브로모비페닐, 알릴트리브로모페닐에테르, 테트라클로로비스페놀 A , 테트라브로모비스페놀 A, 테트라클로로비스페놀 A 의 비스(클로로에틸)에테르, 테트라클로로비스페놀 S, 테트라브로모비스페놀 S, 테트라클로로비스페놀 A의 비스(2,3-디클로로프로필)에테르, 테트라브로모비스페놀 A의 비스(2,3-디브로모프로필)에테르, 테트라클로로비스페놀 S의 비스(클로로에틸)에테르, 테트라브로모비스페놀 S의 비스(브로모에틸)에테르, 비스페놀 S의 비스(2,3-디클로로프로필)에테르, 비스페놀 S의 비스(2,3-디브로모프로필)에테르, 트리스(2,3-디브로모프로필)이소시아누레이트, 2,2-비스(4-하이드록시-3,5-디브로모페닐)프로판, 2,2-비스(4-(2-하이드록시에톡시)-3,5-디브로모페닐)프로판, 디클로로디페닐트리클로로에탄, 펜타클로로페놀, 2,4,6-트리클로로페닐-4-니트로페닐에테르, 2,4-디클로로페닐에테르, 3'-메톡시-4'-니트로페닐에테르, 2,4-디클로로페녹시아세트산, 4,5,6,7-테트라클로로프탈리드, 1,1-비스(4-클로로페닐)에탄올, 1,1-비스(4-클로로페닐)-2,2,2-트리클로로에탄올, 2,4,4',5-테트라클로로디페닐설파이드, 2,4,4'5-테트라클로로디페닐설폰 등을 예로 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

퀴논디아지드 화합물의 예로는, 1,2-벤조퀴논디아지드-4-설폰산에스테르, 1,2-나프토퀴논디아지드-4-설폰산에스테르와 같은 퀴논디아지드 유도체의 설폰산에스테르; 1,2-벤조퀴논-2-디아지드-4-설폰산클로라이드, 1,2-나프토퀴논-2-디아지드-4-설폰산클로라이드, 1,2-나프토퀴논─디아지드-5-설폰산클로라이드 , 1,2-나프토퀴논-1-디아지드-6-설폰산클로라이드, 1,2-벤조퀴논-1-디아지드-5-설폰산클로라이 드 등의 퀴논디아지드 유도체의 설폰산클로라이드 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

비스(설포닐)디아조메탄계 화합물로는, 미치환, 대칭적 또는 비대칭적으로 치환된 알킬기, 알케닐기, 아프알킬기, 방향족기, 또는 헤테로환상기를 갖는 α,α'-비스(설포닐)디아조메탄을 예로 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

설폰 화합물로는, 미치환, 대칭적 또는 비대칭적으로 치환된 알킬기, 알케닐기, 아르알킬기, 방향족기, 또는 헤테로환상기를 갖는 설폰 화합물, 디설폰 화합물 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

유기산에스테르로는, 카르복실산에스테르, 설폰산에스테르, 인산에스테르 등을 들 수 있고, 유기산아미드로는, 카르복실산아미드, 설폰산아미드, 인산아미드 등을 들 수 있고, 유기산이미드로는 , 카르복실산이미드, 설폰산이미드, 인산이미드 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

이 외에, 상기 광산발생제로는 시클로헥실메틸(2-옥소시클로헥실)설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 디시클로헥실(2-옥소시클로헥실)설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 2-옥소시클로헥실(2-노르보르닐)설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 2-시클로헥실설포닐시클로헥사논, 디메틸(2-옥소시클로헥실)설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 트리페닐설포늄 트리플루오로메탄설포네이트, 디페닐요오드늄 트리플루오로메탄설포네이트, N-하이드록시숙시이미딜트리플루오로메탄설포네이트, 페닐파라톨루엔설포네이트, 미치환, 대칭적 또는 비대칭적으로 치환된 알킬기, 알 케닐기, 아르알킬기, 방향족기, 또는 헤테로환상기를 갖는 α-카르보닐-α -설포닐디아조메탄 등을 예로 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 광산발생제의 함량이 과도하게 작은 경우, 노광에 의해 생성되는 산의 양이 부족하여 선명한 포토레지스트 패턴이 형성되지 않으며, 과도하게 많은 경우, 산이 과다하게 생성되어 패턴의 가장자리가 둥글게 형성되거나 포토레지스트 패턴이 현상 공정에서 손실될 수 있다.

상기 가교제는 상기 광산발생제에 의해 발생된 산에 의해 활성화되어 상기 바인더 수지와 결합하여 상기 바인더 수지를 가교화 한다.

상기 가교제는, 예를 들어, 알콕시메틸화 요소 수지, 알콕시메틸화 멜라민 수지, 알콕시메틸화 우론 수지, 알콕시메틸화 글리콜우릴 수지 등의 알콕시메틸화 아미노 수지, 알킬에테르화 멜라민 수지, 벤조구아나민 수지, 알킬에테르화 벤조구아나민 수지, 우레아 수지, 알킬에테르화 우레아 수지, 우레탄-포름알데하이드 수지, 레졸형 페놀포름알데하이드 수지, 알켈에테르화 레졸형 페놀포름알데하이드 수지, 에폭시 수지 등이 사용될 수 있으며, 구체적으로, 메톡시메틸화 아미노 수지, 에톡시메틸화 아미노 수지, n-부톡시메틸화 아미노 수지 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 가교제의 함량이 과도하게 적으면, 가교반응이 충분히 진행되지 않아 포토레지스트 패턴의 잔막율이 저하되거나, 변형이 발생할 수 있으며, 가교제의 함량이 과도하게 많으면, 해상도가 저하되거나 기판과의 접착성이 저하될 수 있다.

상기 용매로는, 메탄올, 에탄올 등의 알코올류; 테트라히드로퓨란 등의 에테르류; 에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 에틸렌글리콜 모노에틸에테르 등의 글리콜에테르류; 메틸셀로솔브아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트 등의 에틸렌글리콜알킬에테르 아세테이트류; 디에틸렌글리콜 모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜 디메틸에테르 등의 디에틸렌글리콜류; 프로필렌글리콜 메틸에테르, 프로필렌글리콜 에틸에테르, 프로필렌글리콜 프로필에테르, 프로필렌글리콜 부틸에테르 등의 프로필렌글리콜 모노알킬에테르류; 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 프로필에테르아세테이트, 프로필렌글리콜 부틸에테르아세테이트 등의 프로필렌글리콜 알킬에테르아세테이트류; 프로필렌글리콜 메틸에테르프로피오네이트, 프로필렌글리콜 에틸에테르프로피오네이트, 프로필렌글리콜 프로필에테르프로피오네이트, 프로필렌글리콜 부틸에테르프로피오네이트의 프로필렌글리콜 알킬에테르아세테이트류; 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소류; 메틸에틸케톤, 시클로헥사논, 4-하이드록시-4-메틸-2-펜타논 등의 케톤류; 및 초산 메틸, 초산 에틸, 초산 프로필, 초산 부틸, 2-하이드록시 프로피온산 에틸, 2-하이드록시-2-메틸프로피온산 메틸, 2-하이드록시-2-메틸프로피온산 에틸, 하이드록시초산 메틸, 하이드록시초산 에틸, 하이드록시초산 부틸, 유산 메틸, 유산 에틸, 유산 프로필, 유산 부틸, 3-하이드록시프로피온산 메틸, 3-하이드록시프로피온산에틸, 3-하이드록시프로피온산 프로필, 3-하이드록시프로피온산 부틸, 2-하이드록시-3-메틸부탄산 메틸, 메톡시초산 메틸, 메톡시초산 에틸, 메톡시초산 프로필, 메톡시초산 부틸, 에톡시초산 메틸, 에톡시초산 에 틸, 에톡시초산 프로필, 에톡시초산 부틸, 프로폭시초산 메틸, 프로폭시초산에틸, 프로폭시초산 프로필, 프로폭시초산 부틸, 부톡시초산 메틸, 부톡시초산 에틸, 부톡시초산 프로필, 부톡시초산 부틸, 2-메톡시프로피온산 메틸, 2-메톡시프로피온산 에틸, 2-메톡시프로피온산 프로필, 2-메톡시프로피온산 부틸, 2-에톡시프로피온산 메틸, 2-에톡시프로피온산 에틸, 2-에톡시프로피온산 프로필, 2-에톡시프로피온산 부틸, 2-부톡시프로피온산 메틸, 2-부톡시프로피온산 에틸, 2-부톡시프로피온산 프로필, 2-부톡시프로피온산 부틸, 3-메톡시프로피온산 메틸, 3-메톡시프로피온산 에틸, 3-메톡시프로피온산 프로필, 3-메톡시프로피온산 부틸, 3-에톡시프로피온산 메틸, 3-에톡시프로피온산 에틸, 3-에톡시프로피온산 프로필, 3-에톡시프로피온산 부틸, 3-프로폭시프로피온산 메틸, 3-프로폭시프로피온산 에틸, 3-프로폭시프로피온산 프로필, 3-프로폭시프로피온산 부틸, 3-부톡시프로피온산 메틸, 3-부톡시프로피온산 에틸, 3-부톡시프로피온산 프로필, 3-부톡시프로피온산 부틸 등의 에스테르류 등을 들 수 있다. 이 중에서, 용해성 및 각 성분과의 반응성이 우수하고 도포막의 형성이 용이한 글리콜에테르류, 에틸렌글리콜 알킬에테르아세테이트류 및 디에틸렌글리콜류가 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물은 하기의 화학식 2의 아민 화합물 약 0.01 내지 약 5 중량부를 더 포함할 수 있다.

<화학식 2>

(n은 1 내지 3의 자연수이다.)

본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물은 접착 증진제, 계면 활성제, 산 확산 억제제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제의 함량은 약 0.1 내지 약 10 중량부일 수 있다.

상기 접착 증진제는 기판과 포토레지스트 패턴의 접착성을 향상시키기 위한 것으로, 예를 들어, 카르복실기, 메타크릴기, 이소시아네이트기, 에폭시기등의 반응성 치환기를 갖는 실란커플링제 등이 사용될 수 있다. 구체적 예로는 γ-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐트리메톡시실란, γ-이소시아네이트프로필트리에톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, β-(3,4-에폭시 시클로 헥실에틸트리메톡시실란 등이 있다. 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.

상기 계면 활성제는 포토레지스트 조성물의 도포성이나 현상성을 향상시키기 위한 것으로, 예를 들어, 폴리옥시에틸렌옥틸페닐에테르, 폴리옥시에틸렌노닐페닐에테르, F171, F172, F173(상품명; 대일본잉크사), FC430, FC431(상품명; 수미또모트리엠사), KP341(상품명; 신월화학공업사) 등을 들 수 있다.

상기 산 확산 억제제는 빛을 받지 않은 영역으로 산이 확산되는 것을 방지한 다. 상기 산 확산 억제제로는, 예를 들어, 수산화암모늄 및 감광성 염기 등이 사용될 수 있다. 구체적으로, 테트라부틸암모늄 하이드록시드, 트리메틸설포늄 하이드록시드, 트리페닐설포늄 하이드록시드 등이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물은 내열성이 우수하고 테이퍼 각이 큰 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있으며, 포토레지스트 패턴의 스트립 특성을 개선할 수 있다. 또한, 4마스크 공정에 적용시 테이퍼 각이 큰 채널부를 형성할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막트랜지스터 기판의 제조방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

박막트랜지스터 기판의 제조방법

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 박막트랜지스터 기판을 나타낸 평면도이며, 도 2 내지 도 8은 도 1에 도시된 박막트랜지스터 기판의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다. 여기서, 도 2 내지 도 8은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ'선을 따라 절단한 경우의 단면도들이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 베이스 기판(110) 상에 게이트 금속층을 형성한 후, 제1 노광 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통해 상기 게이트 금속층을 패터닝하여, 게이트 라인(122) 및 게이트 라인(122)과 연결된 게이트 전극(124)을 포함하는 게이트 배선(120)을 형성한다. 상기 게이트 금속층은 예를 들어, 스퍼터링 방법을 통해 베이스 기판(110) 상에 형성된다. 또한, 게이트 배선(120)의 패터닝은 예를 들어, 습식 식각 공정을 통해 진행된다.

베이스 기판(110)은 투명성 절연 기판, 예를 들어, 유리 기판으로 형성된다.

게이트 배선(120)은 예를 들어, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 네오디뮴(Nd), 크롬(Cr), 탄탈륨(Ta), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 단일 금속 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 게이트 배선(120)은 물리적 성질이 다른 2개 이상의 금속층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 게이트 배선(120)은 저저항 배선을 위하여, 알루미늄(Al)과 몰리브덴(Mo)이 적층된 Al/Mo 2층막 구조로 형성될 수 있다.

게이트 라인(122)은 예를 들어, 가로 방향으로 연장되어 각 화소(P)의 상측 및 하측을 정의한다. 게이트 전극(124)은 게이트 라인(122)과 연결되며, 각 화소(P)에 형성되는 스위칭 소자인 박막트랜지스터(TFT)의 게이트 단자를 구성한다.

다음 도 3을 참조하면, 게이트 배선(120)이 형성된 베이스 기판(110) 상에 게이트 절연막(130) 및 액티브층(140)을 순차적으로 형성한다. 게이트 절연막(130) 및 액티브층(140)은, 예를 들어, 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 방법을 통해 형성된다.

게이트 절연막(130)은 게이트 배선(120)을 보호하고 절연시키기 위한 절연막으로서, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOx)으로 형성된다. 게이트 절연막(130)은 예를 들어, 약 4500Å의 두께로 형성된다.

액티브층(140)은 반도체층(142) 및 오믹 콘택층(144)을 포함한다. 예를 들어, 반도체층(142)은 비정질 실리콘(amorphous Silicon : 이하, a-Si)으로 형성되 며, 오믹 콘택층(144)은 n형 불순물이 고농도로 도핑된 비정질 실리콘(이하, n+a-Si)으로 형성된다.

이어서, 액티브층(140) 상에 데이터 금속층(150)을 형성한다. 상기 데이터 금속층(150)은 저저항 배선의 형성을 위하여 Mo/Al/Mo 3층막 구조로 형성될 수 있으며, 다른 방법으로, 데이트 금속층(150)은 몰리브덴 또는 알루미늄 등을 포함하는 단일막일 수 있다.

다음 도 4를 참조하면, 데이터 금속층(150) 상에 포토레지스트(photo resist) 조성물을 도포하여 포토레지스트 막을 형성한 후, 슬릿(slit) 마스크 또는 하프톤(half tone) 마스크 등의 제2 노광 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통해 상기 포토레지스트 막을 패터닝하여 제1 포토레지스트 패턴(160)을 형성한다.

상기 포토레지스트 조성물은 글리시딜 아크릴레이트 수지 약 1 내지 약 70 중량부, 광산 발생제 약 0.5 내지 약 10 중량부, 가교제 약 1 내지 약 20 중량부 및 용매 약 10 내지 약 200 중량부를 포함한다. 상기 글리시딜 아크릴레이트 수지의 중량평균분자량은 약 2000 내지 약 20000일 수 있다.

예를 들어, 상기 글리시딜 아크릴레이트 수지는 하기의 화학식 1의 구조를 포함할 수 있다.

<화학식 1>

(R₁, R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 메틸기 또는 수소 원자를 나타내며, R₂는 페닐 또는 벤질기를 나타내며, k, l, m 및 n 각각은 0.01 내지 0.99이며, k, l, m 및 n의 총합은 1이다.)

상기 포토레지스트 조성물은 위에서 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

제1 포토레지스트 패턴(160)은 채널 형성 영역(CR)이 다른 영역에 비하여 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 형성된다. 예를 들어, 제1 포토레지스트 패턴(160)의 채널 형성 영역(CR)은 약 5000Å 내지 8000Å의 두께로 형성된다. 상기 포토레지스트 조성물은 채널 형성 영역(CR)의 경사각을 증가시켜 공정 신뢰도를 높일 수 있다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 제1 포토레지스트 패턴(160)을 식각 방지막으로 이용하여 데이터 금속층(150)을 식각한다. 이와 같은 데이터 금속층(150)의 식각 공정은 예를 들어, 습식 식각 공정으로 진행될 수 있다.

제1 포토레지스트 패턴(160)을 이용한 습식 식각 공정을 통해 데이터 금속층(150)의 식각이 완료되면, 데이터 라인(155)과 소스/드레인 금속패턴(156)만이 남게 된다. 데이터 라인(155)은 예를 들어, 게이트 라인(122)과 교차하는 세로 방향으로 연장되어 각 화소(P)의 좌측 및 우측을 정의한다.

데이터 금속층(150)의 식각은 습식 식각 공정에 의해 이루어지므로, 실제로는 데이터 라인(155)와 소스/드레인 금속패턴(156)의 가장자리는 제1 포토레지스트 패턴(160)의 가장자리와 일치하지 않고 언더컷을 형성한다. 상기 포토레지스트 조성물은 포토레지스트 패턴의 경사각을 증가시켜 언더컷의 폭(△d)을 감소시킬 수 있다.

이어서, 제1 포토레지스트 패턴(160)을 식각 방지막으로 이용하여 액티브층(140)을 식각한다. 이때, 액티브층(140)의 식각 공정은. 예를 들어, 건식 식각 공정으로 진행될 수 있다. 상기 액티브층(140)이 식각된 후 남겨진 반도체층(142)는 박막트랜지스터의 채널부에 해당한다.

다음 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 포토레지스트 패턴(160)을 일정 두께만큼 식각하여 채널 형성 영역(CR)이 개구된 제2 포토레지스트 패턴(162)을 형성한다. 이에 따라, 채널 형성 영역(CR)에 대응되는 소스/드레인 금속패턴(156)이 외부로 노출된다.

한편, 액티브층(140)의 식각 공정은 제2 포토레지스트 패턴(162)의 형성 후에 진행될 수 있다.

다음 도 1 및 도 7을 참조하면, 제2 포토레지스트 패턴(162)을 식각 방지막 으로 이용하여 채널 형성 영역(CR)을 통해 노출된 소스/드레인 금속 패턴(156)을 식각하여 소스 전극(157) 및 드레인 전극(158)을 형성한다. 상기 식각은, 예를 들어, 습식 식각 공정을 통해 이루어질 수 있다.

소스 전극(157)은 데이터 라인(155)과 연결되어 박막트랜지스터(TFT)의 소스 단자를 구성한다. 드레인 전극(158)은 소스 전극(157)과 이격되어 박막트랜지스터(TFT)의 드레인 단자를 구성한다.

이후, 제2 포토레지스트 패턴(162)을 식각 방지막으로 이용하여 채널 형성 영역(CR)의 오믹 콘택층을 식각하여 채널부(146) 위에 서로 이격된 한 쌍의 오믹 콘택 패턴(148)을 형성한다. 다음으로, 데이터 라인(155), 소스 전극(157) 및 드레인 전극(158) 상에 존재하는 제2 포토레지스트 패턴(162)을 제거한다. 예를 들어, 제2 포토레지스트 패턴(162)은 스트립 용액을 이용한 스트립 공정을 통해 제거된다.

다음 도 1 및 도 8을 참조하면, 박막트랜지스터(TFT)가 형성된 베이스 기판(110) 상에 보호막(170)을 형성한다. 보호막(170)은 박막트랜지스터(TFT) 및 데이터 라인(155)을 보호하고 절연시키기 위한 절연막으로서, 예를 들어, 질화 실리콘(SiNx) 또는 산화 실리콘(SiOx)으로 형성되며, CVD 공정을 통해 약 500Å ~ 2000Å의 두께로 형성된다.

이후, 제3 노광 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통해 보호막(170)을 패터닝하여 드레인 전극(158)의 일부를 노출시키는 콘택 홀(172)을 형성한다.

콘택 홀(172)이 형성된 후, 보호막(170) 상에 투명성 도전막을 형성한 후, 제4 노광 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 통해 상기 투명성 도전막을 패터닝하여 각 화소(P) 내에 화소 전극(180)을 형성한다.

화소 전극(180)은 보호막(170)에 형성된 콘택 홀(172)을 통해 드레인 전극(158)과 전기적으로 연결된다. 화소 전극(180)은 예를 들어, 인듐 징크 옥사이드(Indium Zinc Oxide : IZO) 또는 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide : ITO)로 형성된다.

한편, 도시되지는 않았으나, 화소 전극(180)을 형성하기 전에 보호막(170) 상에 평탄화를 위한 유기 절연막을 더 형성할 수 있다.

이하에서는 구체적인 실시예 및 비교예를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 조성물에 대하여 설명하기로 한다.

실시예 1

중량평균분자량 약 7000의 노볼락 수지 약 10 중량부, 중량평균분자량이 약 4000인 하기의 화학식 3의 글리시딜 아크릴레이트 수지 약 4 중량부, 하기의 화학식 4의 아민 화합물 약 1 중량부, 광산발생제로서 트리아진 유도체 약 1 중량부, 가교제로서 멜라민계 수지 약 5 중량부, 용매로서 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 약 75 중량부를 혼합하여 네가티브 포토레지스트 조성물을 준비하였다.

<화학식 3>

<화학식 4>

실시예 2

중량평균분자량 약 7000의 노볼락 수지 약 4 중량부, 중량평균분자량이 약 4000인 상기 화학식 3의 글리시딜 아크릴레이트 수지 약 10 중량부를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 실질적으로 동일한 방법으로 네가티브 포토레지스트 조성물을 준비하였다.

비교예 1

중량평균분자량 약 7000의 노볼락 수지 약 70 중량부 및 광산발생제로서 나프토퀴논 디아지도설폰산 에스테르 약 30 중량부를 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트와 혼합하여 용해시키고 여과하여 파지티브 포토레지스트 조성물을 준비 하였다.

비교예 2

중량평균분자량 약 7000의 노볼락 수지 약 19 중량부, 광산발생제로서 트리아진 유도체 약 1 중량부, 가교제로서 멜라민계 수지 약 5 중량부, 용매로서 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트 약 75 중량부를 혼합하여 네가티브 포토레지스트 조성물을 준비하였다.

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 2의 네가티브 포토레지스트 조성물들을 각각 가로 길이가 약 370mm, 세로 길이가 약 470mm, 두께가 약 0.7mm인 유리 기판 위에 스핀 코터를 이용하여 도포하여 포토레지스트 막을 형성하였다. 각 포토레지스트 막을 약 110℃에서 프리 베이킹한 후, 채널부에 대응하는 반투과부를 갖는 하프톤 마스크를 이용하여 노광하였다. 다음으로, 각 포토레지스트 막을 약 120℃에서 포스트 베이킹한 후, 트리메틸암모늄 하이드록사이드 약 2.38 중량%를 포함하는 수용액을 이용하여 약 60초간 현상하여 두께가 상대적으로 얇은 채널부를 갖는 복수의 포토레지스트 패턴을 형성하였다.

또한, 비교예 1의 파지티브 포토레지스트 조성물을 각각 가로 길이가 약 370mm, 세로 길이가 약 470mm, 두께가 약 0.7mm인 유리 기판 위에 스핀 코터를 이용하여 도포하여 포토레지스트 막을 형성하였다. 채널부에 대응하는 반투과부를 갖는 하프톤 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트 막을 노광하고, 트리메틸암모늄 하이드록사이드 약 2.38 중량%를 포함하는 수용액을 이용하여 약 60초간 현상하여 두께가 상대적으로 얇은 채널부를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하였다.

상기 각 포토레지스트 패턴의 에지부의 경사각, 채널부 경사각, 채널부 잔량 생성 에너지 마진 및 리플로우 온도를 측정하고, 각 포토레지스트 패턴을 박리하는 데 소요된 시간을 측정하여 얻어진 결과를 하기의 표 1에 나타내었다.

표 1

	실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
에지부 경사각(도)	89	91	40	120
채널부 경사각(도)	65	68	30	52
에너지 마진(mJ/cm2)	9.2	8.0	10.0	1.5
리플로우 온도(℃)	145	140	120	130
박리 시간(초)	30	40	30	60

표 1을 참조하면, 실시예 1 및 실시예 2의 포토레지스트 패턴의 경우, 비교예 1 및 비교예 2의 포토레지스트 패턴에 비하여, 에지부의 경사각 및 채널부의 경사각이 컸으며, 역테이퍼를 형성하지 않았다. 또한, 리플로우 온도가 높으므로, 내열성이 우수함을 알 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 포토레지스트 패턴의 내열성을 향상시키고, 포토레지스트 패턴의 경사각을 크게하여 공정의 신뢰성을 높일 수 있으며, 특히, 4마스크 공정에서 TFT의 채널부 형성 신뢰성을 높일 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

1. 글리시딜 아크릴레이트 수지 1 내지 70 중량부;

   광산 발생제 0.5 내지 10 중량부;

   가교제 1 내지 20 중량부; 및

   용매 10 내지 200 중량부를 포함하는 포토레지스트 조성물.
2. 제1 항에 있어서, 상기 글리시딜 아크릴레이트 수지는 하기의 화학식 1의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.

   <화학식 1>

   

   (R₁, R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 메틸기 또는 수소 원자를 나타내며, R₂는 페닐 또는 벤질기를 나타내며, k, l, m 및 n 각각은 0.01 내지 0.99이며, k, l, m 및 n의 총합은 1이다.)
3. 제1 항에 있어서, 페놀계 수지 및 아크릴계 수지 중 선택된 적어도 하나의 수지 1 내지 70 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.
4. 제1 항에 있어서, 하기의 화학식 2의 아민 화합물 0.01 내지 5 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 조성물.

   <화학식 2>

   

   (n은 1 내지 3의 자연수이다.)
5. 게이트 라인 및 게이트 전극이 형성된 베이스 기판 위에 게이트 절연막, 액티브층 및 데이터 금속층을 차례로 형성하는 단계;

   상기 데이터 금속층 위에 글리시딜 아크릴레이트 수지 1 내지 70 중량부, 광산 발생제 0.5 내지 10 중량부, 가교제 1 내지 20 중량부 및 용매 10 내지 200 중량부를 포함하는 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트막을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 제1 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 데이터 금속층 및 액 티브 층을 식각하여 데이터 라인 및 채널부를 형성하는 단계;

   상기 제1 포토레지스트 패턴의 일부를 제거하여 상기 데이터 금속층의 일부를 노출시키는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 제2 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 데이터 금속층 및 상기 액티브층을 식각하여 소스 전극, 드레인 전극 및 오믹 콘택 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 박막트랜지스터 기판의 제조방법.
6. 제5 항에 있어서, 상기 제1 포토레지스트 패턴은 상대적으로 두께가 얇은 채널 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 기판의 제조방법.
7. 제5 항에 있어서, 상기 글리시딜 아크릴레이트 수지는 하기의 화학식 1의 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 기판의 제조방법.

   <화학식 1>

   

   (R₁, R₃ 및 R₄는 각각 독립적으로 메틸기 또는 수소 원자를 나타내며, R₂는 페 닐 또는 벤질기를 나타내며, k, l, m 및 n 각각은 0.01 내지 0.99이며, k, l, m 및 n의 총합은 1이다.)
8. 제5항에 있어서, 상기 포토레지스트 조성물은 페놀계 수지 및 아크릴계 수지 중 선택된 적어도 하나의 수지 1 내지 70 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터기판의 제조방법.
9. 제5 항에 있어서, 상기 포토레지스트 조성물은 하기의 화학식 2의 아민 화합물 0.01 내지 5 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터 기판의 제조방법.

   <화학식 2>

   

   (n은 1 내지 3의 자연수이다.)

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