KR20090095181A - 금속배선 형성용 식각액 조성물, 이 조성물을 이용한도전막의 패터닝 방법 및 평판 표시 장치의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
박막 트랜지스터 액정표시장치를 포함한 평판 디스플레이의 TFT를 구성하는 게이트전극, 소스 및 드레인 전극과 게이트, 데이터 배선으로 사용되는 몰리브덴(Mo)과 알루미늄(Al) 몰리브덴 합금 또는 알루미늄 합금 등을 포함하는 단층막 또는 다층막으로 이루어진 도전막을 습식 식각하는 식각액은 인산 50 내지 77 중량%, 질산 2 내지 5 중량%, 초산 1 내지 20 중량%, 초산염계 화합물 1 내지 10 중량%, 및 여분의 물(H2O)을 포함한다. 그리고, 상기 식각액 조성물을 이용하여 상기 도전막을 패터닝하여, 평판 표시 장치를 제조한다.
알루미늄, 몰리브덴, 식각액, 조성물, 초산염
Description
본 발명은 금속배선 형성용 식각액 조성물, 이 조성물을 이용한 도전막의 패터닝 방법 및 평판 표시 장치의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 평판 표시 장치(FPD, Flat Panel Display)를 구성하는 금속전극 및 금속배선을 형성하기 위한 도전막의 습식 식각에 사용되는 새로운 식각액 조성물, 이를 이용한 식각 방법 및 평판 표시 장치의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 도전막의 패터닝을 위한 식각 공정에서 인산, 질산, 초산 및 물로 이루어진 정규의 알루미늄(Al)계 식각액을 사용하거나 인산, 질산, 초산, 첨가제 및 물로 이루어진 식각액을 사용하였다. 상기 인산, 질산, 초산 및 물로 이루어진 식각액을 사용하는 식각 방법은 하기와 같은 문제점이 나타난다.
먼저 불균일한 표면반응 현상으로 인하여 원하는 완벽한 패턴을 형성하지 못하고 24시간 이후에 식각액의 질산의 함량이 급격히 줄어들어 표면이 매끄럽지 못 하고 돌출되는 팁(Tip) 현상과 불균일한 식각으로 인한 얼룩이 발생하여 수율을 저하시키는 문제점을 내재하고 있으며, 특히 고성능 배선에 필요한 측면 식각에 의한 손실이 1마이크로미터를 초과하여 고성능 배선 요구에 부합되지 않고, 과도한 질산의 함량은 과도한 표면반응을 일으켜 패터닝을 위한 포토레지스터 막의 파손을 유발하는 문제점을 가지고 있다.
특히, 서로 다른 물질로 이루어진 다층막은 물질마다 식각속도에 차이가 나는 등 식각특성이 서로 달라 동일한 조성을 가지는 식각액으로 식각 공정을 수행하는데 어려움이 있다. 이 경우 원칙적으로 서로 다른 조성을 가지는 식각액을 이용해야 하므로 식각 공정을 위한 장비도 다르게 사용해야 한다. 이로써, 상기 박막트랜지스터 및 다수의 배선을 형성하기 위한 식각 공정들은 공정이 복잡해지며, 제조 비용 및 시간이 증대되어 제품의 생산성이 저하된다. 비록 식각 공정에 있어 동일한 식각액으로 다층막을 식각 하더라도 서로 상이한 식각 속도 및 서로 다른 금속 전위의 금속이 접촉할 경우 발생하는 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)이 발생할 수 있다. 또한 동일한 식각액을 사용할 경우 그 조성이 최적화 되어 있지 않으면 금속마다 틀린 식각속도에 의해 다층막을 구성하는 금속 중 특정 금속의 식각이 덜 진행되어 식각 단면의 형상이 선형프로파일이 아닌 팁 현상이 발생되는 문제가 발생한다.
또한, 현재 TFT 배선(Array) 공정은 공정의 단순화와 공정비용 절감을 위해서 패터닝 방법을 Gate-Active-Pixel-Data-Passivation 순의 5 mask 공정에서 Gate-Active-Data-Passivation 순의 4 mask 공정으로의 공정의 단순화가 진행되고 있으며 또한, 고해상도를 위한 패턴 형성에서 액정 기판의 대형화가 진행됨에 따라 공정의 변화에 따른 측면 식각에 대한 손실의 최소화와 식각 할 때 다층막을 이루는 물질에 상관없이 에칭 프로파일의 균일성을 담보하는 식각액에 대한 중요성이 부각되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 박막트랜지스터 액정표시장치를 포함한 평판디스플레이의 게이트 배선 및 게이트전극, 데이터 배선, 소스 및 드레인 전극의 재질인 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo)의 합금 또는 알루미늄(Al)의 합금 등의 금속층을 포함하는 다층막 또는 이들 중 어느 하나의 금속층으로 이루어진 단층막을 식각하는 식각액 조성물에 있어서, 상기 금속층으로 이루어진 다층막 또는 단층막을 균일하게 식각 하여 얼룩 문제를 해결하고, 공정의 단순화에 따른 측면 식각손실을 최소화하여 우수한 프로파일을 제공하는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 식각액 조성물을 이용한 도전막의 패터닝 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 식각액 조성물을 이용한 평판 표시 장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 식각액 조성물은 인산, 질산, 초산, 물 및 초산염계 화합물을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 식각액 조성물은 바람직하게는 인산 50 내지 77 중량%, 질산 2 내지 5 중량%, 초산염계 화합물 1 내지 10 중량%, 및 여분의 물(H2O)을 포함한다. 상기 식각액 조성물은 초산 25 중량% 이하를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 일 측면에 의하면 도전막의 패터닝 방법이 제공된다. 상기 패터닝 방법은 기판을 제공하는 단계; 상기 기판상에 도전막을 형성하는 단계; 상기 도전막 상에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 상기 도전막을 식각하는 단계를 포함하며, 상기 도전막은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 몰리브덴 합금 및 알루미늄 합금 중 적어도 하나 이상의 금속층을 포함하는 단층막 또는 다층막이며, 상기 식각액 조성물은 인산, 질산, 물 및 초산염계 화합물을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명의 또 다른 일 측면은 평판 표시 장치의 제조방법을 제공한다. 상기 제조 방법은 기판을 제공하는 단계; 상기 기판 상에 제 1 도전막을 형성한 후 패터닝 하여 게이트 전극을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극 상에 게이트 절연막을 형성하는 단계; 상기 게이트 전극과 대응되는 상기 게이트 절연막 상에 반도체층을 형성하는 단계; 상기 반도체층 상에 제 2 도전막을 형성한 후 패터닝 하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 상기 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 위치하며, 상기 드레인 전극의 일부분을 노출하는 컨택홀을 구비하는 보호층을 형성하는 단계; 및 상기 보호층 상에 위치하고, 상기 컨택홀을 통하여 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되도록 하는 제 3 도전막을 형성한 후 패터닝 하여 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 게이트 전극, 소스 전극, 드레인 전극 및 화소전극은 동일한 식각액 조성물로 이루어진 식각액을 이용하여 패터닝 하여 형성할 수 있다.
상기 식각액 조성물은 인산 50 내지 77 중량%, 질산 2 내지 5 중량%, 초산염계 화합물 1 내지 10 중량%, 및 여분의 물(H2O)을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 식각액 조성물은 초산 25 중량% 이하를 더 포함할 수 있다. 상기 제 1 도전막은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 몰리브덴 합금 및 알루미늄 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 단층막 또는 다층막일 수 있다. 상기 제 2 도전막은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 몰리브덴 합금 및 알루미늄 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 단층막 또는 다층막일 수 있다. 상기 제 3 도전막은 ITO 또는 IZO로 이루어질 수 있다. 상기 평판 표시 장치는 액정표시장치 또는 유기전계 발광표시장치일 수 있다.
본 발명에 따른 식각액은 포토레지스트 패턴의 파손방지 및 최근 고해상도 TFT의 구현을 위한 고성능 배선 형성을 위한 측면 식각에 의한 손실(CD, Critical Dimension)의 최소화와 식각 형태의 불균일성에 따른 얼룩이 생기지 않으며 식각 패턴을 형성시키는데 가장 중요한 산화제의 휘발도를 낮추어서 식각액의 라이프타임(Life Time)의 증가로 뛰어난 식각 패턴을 유지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 “바로 위에” 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 발명에서 개시하고 있는 상기 식각액 조성물은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 몰리브덴 합금 또는 알루미늄(Al)에 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 니오브(Nb) 등이 첨가되어 있는 알루미늄 합금으로 이루어진 금속층을 포함하는 단층막 또는 다층막을 식각 하는데 이용할 수 있다.
간략히 식각시 발생하는 화학반응과정을 살펴보면, 화학물질이 식각 하고자 하는 물질의 표면에 공급이 되고, 표면에서 상기 화학물질과 화학반응이 일어난 후, 반응이 끝난 생성물질이 표면으로부터 떨어져 나오는 순서로 진행이 된다. 즉, 화학반응을 통해 용해성물질이 생성되어 표면으로부터 제거 되는 것이다. 다시 말해 본 발명의 식각액에 포함되는 질산은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo)의 합금 또는 알루미늄(Al)의 합금의 표면에 산화막을 형성시키고, 인산, 초 산 및 물은 상기 산화막 표면을 분해시키는 식각을 진행한다.
이하, 본 발명에서 개시하는 식각액 조성물의 성분에 대해서 상세히 살펴보기로 한다. 상기 식각액 조성물은 인산, 질산, 물 및 초산염계 화합물을 포함한다. 여기서, 상기 식각액 조성물은 인산 약 50 내지 77 중량%, 질산 약 2 내지 5 중량%, 초산염계 화합물 약 1 내지 10 중량%, 및 여분의 물(H2O)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 식각액 조성물은 초산 약 25 중량% 이하를 더 포함할 수 있다.
이하, 상기 식각액의 구성 성분역할에 대해 더욱 자세히 살펴본다.
질산은 알루미늄과 반응하여 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 형성하며, 질산의 함량이 본 발명에서 개시하고 있는 약 2 내지 5 중량% 이내일 경우 다층막사이의 선택비를 효과적으로 조절한다.
인산은 상기 알루미늄 옥사이드(Al2O3)를 분해시키는 역할을 하는 바, 인산의 함량이 본 발명에서 개시하고 있는 50 내지 77 중량% 이내일 경우 질산과 알루미늄과 반응하여 형성된 알루미늄 옥사이드(Al2O3)가 적절히 분해되어 금속층을 빠르게 식각 할 수 있게 된다. 이처럼 식각속도가 빨라질 경우 생산성이 향상되는 이점이 있다.
이때 초산과 물은 식각액을 희석하는 역할을 하며, 특히 초산은 산화반응 속도를 조절하기 위한 완충제로서 사용된다. 그리고 초산은 질산의 분해속도를 억제하고 에칭을 위한 질산의 산화력을 증가시키는 역할을 한다.
일반적으로 산화제로 사용되는 질산의 과도한 분해속도는 오히려 프로파일 유지시간을 단축시키는 것이 발견되었다. 이에 본 발명은 초산염계 화합물이 첨가 된 식각액을 통하여 질산의 과도한 분해속도를 적절히 억제하여 프로파일 유지시간을 늘리는 것을 특징으로 한다. 즉, 초산염계 화합물을 통하여 에칭 공정진행 시 측면식각이 과도하게 이루어 지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 상기 초산염계 화합물은 아세트산염 이라고도 하며, 아세트산의 수소원자를 금속으로 치환하면 생기는 염이다. 금속, 산화물, 수산화물, 탄산염을 아세트산에 녹여 얻으며, 대부분의 염은 물에 녹아 금속이온과 아세트산이온으로 해리된다. 일반식은 Mn(CH3COO)n (Mn은 n가의 금속 또는 암모늄)으로 표시되는 정염(正鹽:예를 들면, 아세트산나트륨(CH3COONA), 아세트산칼슘(CH3COOCa등) 외에 산성염으로서 Mn(CH3COO)nm(CH3COOH), 염기성염으로서 MⅢ(OH)(CH3COO)2(MⅢ:Al, Ga 등) 및 MⅢO(CH3COO) 등도 알려져 있다. 상기 초산염계 화합물은 배선으로 사용되는 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴(Mo) 합금과 알루미늄(Al) 또는 알루미늄(Al) 합금에 대한 식각 속도를 조정하는 역할과 식각액 조성에서 질산의 분해속도를 조절함으로써 메탈 패턴이 우수한 프로파일을 유지하도록 한다. 이를 통해 본 발명이 목적으로 하는 측면 식각에 의한 손실을 최소화하여 고해상도 TFT의 구현을 위한 고성능 배선을 형성할 수 있게 된다. 또한 상기 초산염계 화합물은 산화제인 상기 질산보다 휘발이 더 잘되는 특성을 가지고 있어 우수한 식각패턴을 유지시켜주는 동시에 질산의 휘발속도를 억제하여 식각액의 라이프타임을 증가시킬 수 있다.
초산염계 화합물의 화학식은 Mn(CH3COO)n의 정염 또는 산성염 Mn(CH3COO)nm(CH3COOH)이다. (상기 식에서 Mn과 m은 각각 n가의 금속 또는 암모늄이며, m은 다중 염기를 나타낸다.)
본 발명에서는 정염의 경우 CH3COOK, CH3COONa, CH3COONH4, (CH3COO)2Ca, Al(CH3COO)3 중 적어도 하나 이상의 초산염계 화합물을 선택하여 식각액의 성분으로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 인산, 질산, 물은 반도체 공정용으로 사용 가능한 순도의 것이 바람직하며, 물은 일반적으로 탈이온수(De-Ionized Water)를 사용한다. 본 발명에 의하면 식각액에 사용되는 각 물질의 함량은 하기 지정되는 범위 이내에서 조합될 경우 본 발명이 목표하는 수준의 적은 측면 식각결과가 나오게 된다. 이하 식각액에 사용되는 물질의 함량이 제한 되는 이유를 자세히 설명한다.
상기 인산의 경우는 77 중량%를 초과하여 사용하는 경우 점도가 너무 높아 식각 공정상 사용되는 펌프의 용량을 초과시켜 식각 할 때 스프레이 분사를 원활하게 하지 못하는 문제점을 유발시켜 식각장비에 무리를 주게 되며, 50 중량% 미만으로 사용하는 경우에는 산화막 표면을 충분히 분해시키지 못하는 문제로 인해 요구하는 식각특성을 나타내기가 어려우므로 상기 범위를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 질산의 경우는 5 중량%를 초과하여 사용하는 경우 포토레지스트의 파손을 가져와 원하는 패턴을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴이 나타나지 않으며, 측 면 식각에 대한 손실이 커져 배선의 단락 등의 문제점을 유발시키며, 2 중량% 미만으로 사용하는 경우에는 산화막을 제대로 형성 시키지 못해 부분적인 산화막 형성 또는 산화막 형성을 하지 못하는 문제점이 발생하게 된다.
상기 초산의 경우는 25 중량%를 초과하여 사용하는 경우 역시 포토레지스트의 파손을 유발하여 원하는 패턴을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴이 나타나지 않는 문제점이 발생하게 된다.
상기 초산염계 화합물은 약 1 내지 10 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 10 중량%를 초과하여 사용할 경우 고점도 및 과도한 식각 속도 감소에 따른 식각이 되지 않는 문제가 있고, 1 중량% 미만으로 사용할 경우 식각속도 조절이 힘들 수가 있다. 질산의 경우 산화환원반응의 산화제 역할도 하지만 막과 포토레지스트의 접착력을 약화시키는 역할도 있어 측면식각을 하는 주요인자이다. 따라서, 초산염계 화합물을 통해 질산의 산화환원반응의 속도를 조절함과 동시에 포토레지스트의 접착력이 약화되는 것을 방지하여 본 발명에서 개시하고 있는 과도한 측면식각을 방지하는 효과를 얻을 수 있을 것이다. 다시 말해, 본 발명에서 개시하고 있는 범위 내에서 초산염계를 식각속도 조절용으로 쓸 경우 본 발명의 효과인 측면식각을 최소화하면서 도전막의 패터닝을 실시할 수 있다. 그리고, 상기 초산염계 화합물은 식각패턴을 형성하는데 가장 중요한 산화제의 휘발도를 낮추어서 식각액의 라이프 타임(Life Time)을 증가시켜 뛰어난 식각 패턴을 유지할 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안 된다.
시편 준비
본 발명에서 사용된 식각 막 시료는 유리기판(약 100mm X 100mm)에 Mo, Mo/Al, Mo/Al/Mo를 증착한 것으로 증착한 막의 두께는 다음의 표 1과 같다.
표 1
표 1에 의할 경우 Mo 단일막의 경우 약 2500 Å의 두께로 증착 하였다. Mo/ Al 이중막의 경우 각각 약 500Å/ 2500Å을 증착 하였다. Mo/ Al/ Mo 삼층막의 경우 각각 약 1000Å/ 2000Å/ 500Å의 두께로 증착 하였다. 본 실시예에서 사용되는 알루미늄 층은 순수 알루미늄뿐만 아니라 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.
실시예 1 내지 7
인산, 질산, 초산, 초산염계 화합물(KCH3COO, NH4CH3COO) 및 물을 아래의 표 2에 기재된 조성비에 따라 전체 조성물의 총 중량%에 대한 조성비로 함유하는 식각액을 약 15kg 제조 후, 분사식 식각 장비 내에 넣고 온도는 40±0.5℃로 유지하였다. 표 1의 몰리브덴(Mo) 단층막, Mo/Al 이중막 및 Mo/Al/Mo 삼층막이 각각 형성된 기판들에 대하여 사진 현상 공정을 진행하여 식각 시료를 준비한 후 본 실시 예에서 제조한 식각액을 사용하여 스프레이 방식으로 식각 공정을 수행하였다. 각각의 총 식각 시간은 패드부분의 식각 종말점 검출(End Point Detection;EPD)를 기준으로 과식각율(Over Etch;O/E) 50% 및 70%를 주어 실시하였으며, 식각이 종료되면 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM, HITACHI사 제조, 모델명: S-4700)을 이용하여 식각 프로파일의 측면 식각 손실, 경사각(Taper Angle), 포토레지스터의 파손 및 식각 잔류물 등을 평가하였다. 식각 후 결과를 아래의 표 2, 도 1 및 도 2에 나타내었다.
평가항목의 경우 우수는 70 %의 오버에칭 시 CD skew가 약 0.5 m 미만이며, 상부 또는 상하부 몰리브덴(Mo)에 대한 tip 및 side etch가 없을 경우이다. 양호의 경우 70 %의 오버에칭 시 CD skew가 약 0.5 내지 0.6 m이내이며, 상부 또는 상하부 몰리브덴(Mo)에 대한 tip 및 side etch가 약 0.03m 미만인 경우 표시하였다. 불량의 경우에는 식각액의 조성으로서 불충분한 것을 말하는데, 일괄적으로 상기 우수 및 양호 상태를 벗어나는 식각 프로파일 및 CD skew를 가질 경우 불량으로 표시하였다. 여기서, CD skew 라 함은 식각 전 노광상태의 선폭에서 식각 후 포토레지스터 제거 후의 선폭과의 차이를 말한다.
표 2
비교예 1 내지 5
인산, 질산, 초산, 초산염계 화합물(KCH3COO, NH4CH3COO) 및 물을 아래의 표 3에 기재된 전체 조성물의 총 중량에 대한 조성비로 함유하는 식각액을 약 15kg 제조 후 이하 실시예와 동일한 방법으로 평가하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.
표 3
이하에서는 상기 표 2, 표 3 및 도면을 중심으로 본 발명의 식각액의 조성에 대해 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예 2에 따른 식각액으로 약 24시간 습식 식각한 후의 Mo/Al 이중막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다. 금속배선은 몰리브덴층(20) 및 알루미늄층(10)의 다층막으로 이루어져 있으며, Mo/Al 이중막에 포토레지스트 패턴(50)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴(50)을 마스크로 이용하여 상기 Mo/Al 이중막에 식각액을 가하였다. 이 금속배선의 패터닝을 위해 사용된 식각액의 조성은 하기와 같다. 인산은 약 65중량%, 질산은 약 3.5 중량%, 초산은 약 15.5 중량%, 초산염계 화합물은 약 2.5 중량%, 물은 약 13.5 중량%가 사용되었다. 본 실시예에 사용된 초산염계 화합물은 아세트산 칼륨(CH3COOK)이었다. 상기 조성에 의해 행하여진 식각 결과를 아래에서 살펴보기로 한다. CD skew(측면식각손실량)는 식각 전 노광상태의 선폭 에서 식각 후 포토레지스터 제거 후의 선폭 과의 차이를 말한다. 오버에치율이 50% 가 되었을 경우 측면식각에 의한 손실양은 약 0.34 m이었다. 오버에치율이 70%가 되었을 경우 그 손실양은 약 0.41 m이었다. 식각 결과를 볼 때 상기 평가기준에 따라 오버에치율이 70%인 경우 측면식각손실량이 0.5m 미만이었으므로, 본 조성에 의한 식각액 조성물의 경우 식각 시에 우수한 성능을 발휘한다고 할 수 있다. 본 실시예의 경우 측면식각 손실량이 적은 것 이외에도 상부의 몰리브덴(Mo)층(20)에 대한 tip 현상도 보이지 않았다. 그리고, 프로파일 자체도 경사도 약 73.65도로서 안정적인 형태를 취했다. 즉, 본 발명에서 개시하고 있는 조성범위 내에서 식각액 조성을 맞출 경우 원하는 형태의 패턴을 형성할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예 3에 따른 식각액으로 약 24시간 습식 식각한 후의 Mo/Al/Mo 삼층막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다.
표 1의 Mo/Al/Mo 삼층막 위에 포토레지스트 패턴(51)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴(51)을 마스크로 이용하여 상기 Mo/Al/Mo 삼층막에 식각액을 가하여 몰리브덴층(11), 알루미늄층(21) 및 몰리브덴층(31)을 포함하는 금속배선을 형성하였다. 이 금속배선의 패터닝을 위해 사용된 식각액의 조성은 하기와 같다. 인산은 약 65중량%, 질산은 약 3.5 중량%, 초산은 약 15.5 중량%, 초산염은 약 2.5 중량%, 물은 약 13.5 중량%이 사용되었다. 본 실시예에 사용된 초산염은 아세트산 칼 륨(CH3COOK)이었다. 본 실시예의 경우 식각 대상이 되는 배선을 제외하고 상기 실시예 2와 동일한 조건하에서 이루어졌다. 오버에칭이 50%, 70% 되었을 때 측면식각손실량은 각각 약 0.34 m, 약 0.47m로 우수하였다. 경사각의 경우 오버에치가 50% 되었을 경우 경사각은 약 63.43도, 70% 되었을 경우 경사각은 약 70.50도이었다. 본 실시예의 경우 측면식각손실량이 약 0.47 m 이므로 본 발명에서 제시한 식각액의 기준에 부합하고 상하부 층에 각각 형성된 몰리브덴(Mo)(11, 31) 층에 tip 현상이 발생하지 않아서 안정적인 경사형태를 보여주었다.
도 3은 질산 함량 약 10 중량% 식각액(비교예 1)으로 습식식각한 후의 몰리브덴(Mo) 단층막의 포토레지스터트 패턴을 전자현미경으로 측정한 사진이다. 도면에서도 알 수 있듯이 포토레지스트 자체(60)가 파손이 되어 발명에서 요구하는 식각수준을 만족할 수 없다. 즉 포토레지스트가 파손이 될 경우 도전막을 원하는 형태로 패터닝을 할 수가 없게 된다. 이는 질산의 함량이 약 10 중량%일 때의 결과를 보여주고 있지만, 본 발명의 실시예에 따른 식각액 조성물의 범위를 벗어나는, 즉 본 발명에서 제시하고 있는 최대 질산의 함량 5 중량%를 과도하게 초과하여 사용하는 경우에 나타나는 효과와 같은 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 포토레지스터 자체가 파손이 되고, 측면 식각에 대한 손실이 커져 원하는 패턴을 형성할 수 없게 되는 것이다.
도 4는 질산 함량 약 7 중량% 식각액(비교예 3의 식각액)으로 습식 식각한 후의 Mo/Al/Mo 삼층막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다. 식각대상이 되는 Mo/Al/Mo 3층막 위에 포토레지스트 패턴(52)을 형성한 후, 비교예 3의 식각액 을 이용하여 상기 Mo/Al/Mo 3층막을 식각하여 몰리브덴층(12), 알루미늄층(22) 및 몰리브덴층(32)을 포함하는 금속배선을 형성하였다. 구체적으로, 사용된 초산염계 화합물은 아세트산 칼륨이고, 인산, 질산, 초산, 초산염, 물 의 함량은 각각 약 63 중량%, 약 7 중량%, 약 13 중량% 약 3 중량%, 약 14 중량% 이다. 상기 제시한 평가기준에 따라 오버에치 비율이 70% 일 때 측면식각 손실양은 약 0.88 m 로서 평가기준이 요구하는 수준을 벗어났다. 식각 된 단면부를 보게 되면 경사진 곳을 중심으로 과도한 표면반응에 의해 식각을 조절하기가 어려워 패터닝이 제대로 형성되지 않은 것을 볼 수 있다. 또한 프로파일 자체도 선형적이지 않다. 이는 도 3의 비교예 1과 같이 본 발명에서 개시하고 있는 범위를 벗어나 과도한 질산의 함량으로 인해 측면식각에 대한 손실률이 커졌기 때문이다.
도 5는 첨가제 0 중량% 식각액(비교예 4의 식각액)으로 습식 식각한 후의 Mo/Al/Mo 삼층막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다. 구체적으로, Mo/Al/Mo 삼층막 위에 포토레지스트 패턴(53)을 형성한 후, 비교예 4의 식각액을 이용하여 상기 Mo/Al/Mo 3층막을 식각하여 몰리브덴층(13), 알루미늄층(23) 및 몰리브덴층(33)을 포함하는 금속배선을 형성하였다. 이 경우 본 발명의 필수 구성요소인 초산염계 화합물을 포함하고 있지 아니하다. 초산염계 화합물을 포함하고 있지 아니할 경우, 질산의 분해속도 조절에 있어 어려움을 겪게 된다. 도면에서 확인할 수 있듯이 상부 몰리브덴층(33)이 과도하게 식각되어 포토레지스트(53)와 알루미늄 층(23) 사이에 공간(O)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 그리고, 과도한 측면식각손실이 발생하였다. 그 결과를 살펴보게 되면 오버에치 비율이 70%인 경우 측 면식각손실량은 1.02 m로서 양호하다고 평가할 수 있는 기준인 0.6 m 도 훨씬 초과함을 확인할 수 있다. 이는 본 발명에서 개시하고 있는 초산염계 화합물이 없음으로 인해 식각속도를 적절히 조절할 수 있는 요소가 없기 때문이다. 따라서, 측면식각손실을 최소화하기 위한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 초산염계 화합물이 필수적으로 필요함을 확인할 수 있다.
도 6은 질산 함량 약 1 중량% 식각액(비교예 5의 식각액)으로 습식 식각한 후의 Mo/Al/Mo 삼층막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다. 구체적으로, Mo/Al/Mo 삼층막 위에 포토레지스트 패턴(54)을 형성한 후, 비교예 4의 식각액을 이용하여 상기 Mo/Al/Mo 3층막을 식각하여 몰리브덴층(14), 알루미늄층(24) 및 몰리브덴층(34)을 포함하는 금속배선을 형성하였다. 이 경우 평가기준을 적용하여 보면 측면식각손실량이 약 0.52 m로서 양호한 수준임을 확인할 수 있다. 그러나, 도면에서 확인할 수 있듯이 상부 몰리브덴층(34)이 식각이 덜 되어 선형 프로파일에서 벗어나 있다. 즉 Tip 현상(T)이 발생한 것이다. 이는 충분한 질산의 함량이 뒷받침 되지 아니하면 산화막이 제대로 형성되지 않아 원하는 대로 식각이 이루어지지 않기 때문이다. 따라서, 본 실시예를 통해서 본 발명에서 개시하고 있는 질산의 최소함량 2 중량%을 포함하고 있어야 원하는 식각 패턴을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 7에서 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도전막의 패터닝 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7을 참조하면, 절연 기판(100) 상에 도전막(200)을 형성한다. 상기 도전 막(200)은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 몰리브덴 합금 또는 알루미늄(Al)에 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 니오브(Nb) 등의 금속이 첨가되어 있는 알루미늄 합금 등을 포함하는 단층막 또는 다층막일 수 있다.
상기 도전막(200)상에 포토레지스트막(300)을 형성한다. 이어서 상기 포토레지스트막(300) 상에 상기 도전막을 패턴하고자 하는 형태를 가지는 노광마스크를 정렬한 후, 상기 노광마스크로 자외선 광을 조사한다. 이로써, 상기 포토레지스트막에 노광마스크의 형상에 따라 자외선 광이 조사된다. 이때, 상기 포토레지스트막은 자외선이 조사되지 않은 영역이 제거되는 음성 또는 자외선이 조사되는 영역이 제거되는 양성의 포토레지스트막일 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 이에 한정되는 것은 아니다.
도 8을 참조하면, 상기 포토레지스트막(300)에 현상액을 적용하면 상기 도전막(200)의 일부분을 노출하는 포토레지스트 패턴(300`)을 형성할 수 있다. 이후에, 노출된 도전막을 식각액을 이용하여 식각하여 도전막 패턴(200`)을 형성할 수 있다. 상기 식각액 조성물은 인산 약 50 내지 77 중량%, 질산 약 2 내지 5 중량%, 초산염계 화합물 약 1 내지 10 중량%, 및 여분의 물(H2O)을 포함할 수 있으며, 초산 약 25 중량% 이하를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 초산염계 화합물은 Mn(CH3COO)n (Mn은 n가의 금속 또는 암모늄)으로서, 초산염계 화합물에 쓰일 수 있는 원소는 나트륨, 칼륨, 암모니아, 칼슘, 알루미늄 등이다. 상기 원소의 양 이온가에 따라서 (CH3COO)n 의 n이 정하여진다. 또는 상기 초산염계 화합물은 이외에 산성염 Mn(CH3COO)nm(CH3COOH) 이 사용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(300')을 제거함으로써, 도전막 패턴(200`)을 형성할 수 있다.
도 10에서 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 표시 장치의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.
도 10을 참조하면, 절연기판(100)이 제공된다. 상기 절연기판(100)은 플라스틱, 유리 또는 금속기판일수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 절연기판의 종류를 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 기판 상에 제1 도전막을 형성한 후 패터닝 하여 게이트 배선(미도시) 및 게이트전극(110)을 형성한다. 상기 제 1 도전막은 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 몰리브덴 합금 또는 알루미늄(Al)에 네오디뮴(Nd), 니켈(Ni), 니오브(Nb) 등의 금속이 첨가되어 있는 알루미늄 합금 등을 포함하는 단층막 또는 다층막으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 게이트 배선(미도시) 및 게이트 전극(110)은 몰리브덴과 알루미늄을 순차적으로 적층한 이중막으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 11을 참조하면, 상기 게이트 배선 및 게이트 전극상에 산화 실리콘 막, 질화 실리콘막 또는 상기 산화 실리콘막 및 상기 질화 실리콘 막을 순차적으로 적층한 이층막으로 이루어진 게이트 절연막(120)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(120)은 화학기상증착법 또는 스퍼터링법을 이용하여 형성할 수 있으며, 이를테면, 상기 화학기상증착법은 저압화학기상증착법, 상압화학기상증착법 및 플라즈마 화학기상증착법 등의 방법을 사용할 수 있다.
상기 게이트 전극과 대응되는 상기 게이트 절연막(120) 상에 액티브 층(131)과 오믹 컨택층(132)을 적층하여 반도체층(130)을 형성한다. 여기서, 상기 액티브 층(131)은 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있으며, 상기 오믹 컨택층(132)은 N형 또는 P형 불순물이 도핑 되어 있는 비정질 실리콘으로 이루질 수 있다. 상기 오믹 컨택층(132)은 서로 이격되어 있는 한 쌍의 패턴으로 이루어질 수 있다.
이후에 상기 반도체층 상에 제 2 도전막을 형성한 후 패터닝 하여 데이터 배선(미도시), 소스 전극(140a) 및 드레인 전극(140b)을 형성한다. 여기서, 상기 제 2 도전막은 알루미늄, 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 물질로 이루어진 단층막 또는 적층막으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 데이터 배선(미도시), 소스 전극(140a) 및 드레인 전극(140b)은 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴 의 삼층막으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
이로써, 상기 게이트 전극(110), 상기 소스/ 드레인 전극(140a, 140b) 및 상기 반도체층(130)으로 이루어진 박막 트랜지스터를 제조할 수 있다.
도 12를 참조하면, 상기 데이터 배선 및 소스/ 드레인 전극(140a, 140b) 상에 보호층(150)을 형성하고, 상기 드레인 전극의 일부분을 노출하는 컨택홀(CNT)을 형성한다. 여기서, 상기 보호층(150)은 질화실리콘, 산화실리콘으로 이뤄질 수 있다.
이후에, 상기 컨택홀을 통하여 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 보호층상에 제 3 도전막을 형성한 후 패터닝 하여 화소전극(160)을 형성한다. 상기 화소전극(160)은 투명전극으로 인듐-아연 산화물(ITO) 또는 인듐-아연 산화물(IZO) 등으로 이루어 질 수 있다.
상기 게이트 전극, 상기 소스/ 드레인 전극 및 상기 화소전극을 이루는 각 도전막은 동일한 식각액 조성물로 이루어진 식각액으로 패터닝 할 수 있다. 여기서, 상기 식각액 조성물은 인산 약 50 내지 77 중량%, 질산 약 2 내지 5 중량%, 초산염계 화합물 약 1 내지 10 중량%, 및 여분의 물(H2O)을 포함할 수 있으며, 초산 약 25 중량% 이하를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 바텀 게이트형 박막 트랜지스터를 제조하는 방법에 한정하여 설명하였으나, 이에 한정되지 아니하고 탑 게이트 형 박막 트랜지스터와 같은 다른 형태의 박막트랜지스터를 제조함에 있어 상술한 식각액 조성물을 이용하여 제조할 수 있다. 이후에, 도면에는 도시하지 않았으나 통상의 방법에 의해 평판 표시 장치를 제조한다. 이를 테면, 상기 평판 표시 장치가 액정표시장치일 경우에는 컬러필터와 투명전극을 구비하는 대향 기판을 상기 박막트랜지스터가 형성된 기판과 부착시킨 후 액정을 주입하는 단계를 수행하여 액정표시장치를 제조할 수 있다. 또한, 상기 평판 표시 장치가 유기전계발광표시장치일 경우에는 상기 화소 전극상에 발광층을 포함한 유기층을 형성한 후, 상기 유기층 상에 대향전극을 형성함으로써 유기전계발광표시장치를 제조할 수 있다. 여기서, 상기 유기층은 전하 수송층 또는 전하주입층을 더욱 포함할 수 있다. 이로써, 게이트 배선 및 게이트 전극, 데이터 배선 및 소스/드레인 전극, 화소 전극이 다른 도전물질로 이루어질 경우에 동일한 조성을 가지는 식각액을 이용하여 패터닝 하여 형성할 수 있어, 공정을 더 욱 단순화하여 평판 표시 장치를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 식각액은 포토레지스트 패턴의 파손방지 및 최근 고해상도 TFT의 구현을 위한 고성능 배선 형성을 위한 측면 식각에 의한 손실(CD, Critical Dimension)의 최소화와 식각 형태의 불균일성에 따른 얼룩이 생기지 않으며 식각 패턴을 형성시키는데 가장 중요한 산화제의 휘발도를 낮추어서 식각액의 라이프타임(Life Time)의 증가로 뛰어난 식각 패턴을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 2에 따른 식각액으로 약 24시간 습식 식각한 후의 Mo/Al 이중막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다.
도 2는 본 발명에 실시예 3에 따른 식각액으로 약 24시간 습식 식각한 후의 Mo/Al/Mo 삼층막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다.
도 3는 비교예 1의 식각액으로 습식 식각한 후의 몰리브덴(Mo) 단층막의 포토레지스트 패턴을 전자현미경으로 측정한 사진이다.
도 4는 비교예 3의 식각액으로 습식 식각한 후의 Mo/Al/Mo 삼층막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다.
도 5는 비교예 4의 식각액으로 습식 식각한 후의 Mo/Al/Mo 삼층막의 프로파일을 전자현미경의 측정한 사진이다.
도 6은 질산 함량 약 1 중량% 식각액(비교예 5의 식각액)으로 습식 식각한 후의 Mo/Al/Mo 삼층막의 프로파일을 전자현미경으로 측정한 사진이다.
도 7 내지 도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전막의 패터닝 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10 내지 도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 평판 표시 장치의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.
Claims (14)
- 50 내지 77 중량%의 인산, 2 내지 5 중량%의 질산, 1 내지 10 중량%의 초산염계 화합물 및 여분의 물을 포함하는 도전체용 식각액 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 초산염계 화합물은 나트륨, 칼륨, 암모니아, 칼슘 및 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 양이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전체용 식각액 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 초산염계 화합물은 산성염인 것을 특징으로 하는 도전체용 식각액 조성물.
- 제1항에 있어서, 25 중량% 이하의 초산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도전체용 식각액 조성물.
- 절연 기판 상에 도전막을 형성하는 단계;상기 도전막 상에 포토리지스트막을 형성하는 단계;상기 포토레지스트막을 패터닝하여 포토레지스트패턴을 형성하는 단계; 및상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하고 상기 도전막에 식각액 조성물을 가하여 상기 도전막을 식각하는 단계를 포함하며,상기 도전막은 알루미늄, 몰리브덴, 알루미늄 합금 및 몰리브덴 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 단층막 또는 다층막이며,상기 식각액 조성물은 인산, 질산, 초산염계 화합물 및 물을 포함하는 도전막의 패터닝 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 식각액 조성물은 50 내지 77 중량%의 인산, 2 내지 5 중량%의 질산, 1 내지 10 중량%의 초산염계 화합물 및 여분의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전막의 패터닝 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 초산염계 화합물은 나트륨, 칼륨, 암모니아, 칼슘 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 양이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 도전막의 패터닝 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 초산염계 화합물은 산성염인 것을 특징으로 하는 도전막의 패터닝 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 식각액 조성물은 25 중량% 이하의 초산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도전막의 패터닝 방법.
- 기판을 제공하는 단계;상기 기판 상에 제 1 도전막을 형성한 후 패터닝 하여 게이트 배선 및 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 게이트 배선이 형성된 상기 기판 상에 반도체 층을 형성하는 단계;상기 반도체층 상에 제 2 도전막을 형성한 후 패터닝 하여 소스 전극 및 드레인 전극을 형성하는 단계;상기 드레인 전극의 일부분을 노출하는 컨택홀을 구비하는 보호층을 형성하는 단계; 및상기 보호층 상에 위치하고, 상기 컨택홀을 통하여 상기 드레인 전극과 전기적으로 연결되는 제 3 도전막을 형성한 후 패터닝 하여 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 게이트 배선, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극은 50 내지 77 중량%의 인산, 2 내지 5 중량%의 질산, 1 내지 10 중량%의 초산염계 화합물 및 여분의 물을 포함하는 것을 특징 식각액 조성물로 이루어진 식각액으로 상기 제1 도전막 및 상기 제2 도전막을 패터닝 하여 형성하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 장치의 제조방법
- 제10항에 있어서, 상기 식각액 조성물은 50 내지 77 중량%의 인산, 2 내지 5 중량%의 질산, 1 내지 10 중량%의 초산염계 화합물 및 여분의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 장치의 제조 방법
- 제11항에 있어서, 상기 초산염계 화합물은 나트륨, 칼륨, 암모니아, 칼슘 및 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 양이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 장치의 제조 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 초산염계 화합물은 산성염인 것을 특징으로 하는 평판 표시 장치의 제조방법.
- 제11항에 있어서, 상기 식각액 조성물은 25 중량% 이하의 초산을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판 표시 장치의 방법.
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