KR20100001624A - 식각액 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, H2O2 5 내지 30 중량%; 함불소 화합물 0.1 내지 2 중량%; 아미노기와 카르복실기를 함유하는 화합물 1 내지 10 중량%; 인산염 0.5 내지 5 중량%; 및 물 잔량을 함유하는 식각액 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 티타늄 또는 티타늄 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 단일막 및 상기 금속을 포함하는 이중막 이상의 다중막을 일괄 습식 식각할 수 있는 식각액 조성물에 관한 것이다. 또한, 식각속도가 빠르고 하부막 및 장비에 대한 손상이 없으며, 고가의 장비구성이 필요하지 않고 대면적화에 유리하며, 균일한 식각 특성을 갖기 때문에 우수한 생산성을 갖는 식각액 조성물에 관한 것이다.
티타늄, 알루미늄, 다층막, 습식, 식각액

Description

식각액 조성물{ETCHING SOLUTION COMPOSITION}
본 발명은 평판표시장치의 구성 중 게이트, 소스/드레인 전극에 사용되는 티타늄 또는 티타늄 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 단일막 및 상기 금속을 포함하는 이중막 이상의 다중막을 일괄 습식 식각할 수 있는 식각액 조성물에 관한 것이다.
액정표시장치에서 기판 위에 금속 배선을 형성하는 과정은 통상적으로 스퍼터링에 의한 금속막 형성공정, 포토레지스트 도포, 노광 및 현상에 의한 선택적인 영역에서의 포토레지스트 형성공정, 및 식각 공정에 의한 단계로 구성된다. 또한, 개별적인 단위 공정 전후의 세정 공정 등을 포함한다. 이러한 식각 공정은 포토레지스트를 마스크로 사용하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미하며, 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식 식각 또는 식각 용액을 사용하는 습식 식각이 사용된다.
액정표시장치의 구성 중, 금속막에서는 전도층으로 저항이 낮은 알루미늄을 사용하게 되는데 알루미늄 층은 후속 공정에서 힐락(Hillock)에 의한 다른 전도층과의 쇼트현상 및 산화물층과의 접촉에 의한 절연층을 형성시키는 문제가 있다. 이에 절연층으로 알루미늄 상부 또는 하부에 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 및 이들을 주성분으로 하는 합금 등을 사용하게 되며, 최근에는 내부식성, 견고성, 고강도를 갖는 티타늄이 각광받고 있다.
티타늄층이 절연층으로 사용되는 전극은, 종래에 건식 식각 공정에서 할로겐 가스를 사용하여 식각하였다. 하지만, 습식 식각 공정에 비하여 이방성 프로파일을 가지며 식각 제어력이 우수하다는 장점에도 불구하고, 고가의 장비구성과 대면적화의 구성에 어려움이 있으며, 식각 속도가 느리기 때문에 생산성이 저하된다는 문제가 있었다.
따라서, 대한민국 특허출원 10-1999-0005010호, 10-1999-0043017호 등은 티타늄층을 습식 식각하기 위한 식각액 조성물의 일성분으로서 HF를 사용하는 것을 개시하고 있다.
그러나, 습식 식각을 위하여 HF를 사용하는 경우에는, 하부막 및 장비의 손상 때문에 공정상의 조건에 많은 제약이 수반되며, 이런 제약은 생산성을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명의 목적은 티타늄 또는 티타늄 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 단일막 및 상기 금속으로 이루어진 이중막 이상의 다중막을 일괄 습식 식각할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 식각속도가 빠르고 하부막 및 장비에 대한 손상이 없으며, 고가의 장비구성이 필요하지 않고 대면적화에 유리하며, 균일한 에칭 특성을 갖기 때문에 우수한 생산성을 갖는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, H2O2 5 내지 30 중량%; 함불소 화합물 0.1 내지 2 중량%; 아미노기와 카르복실기를 함유하는 화합물 1 내지 10 중량%; 인산염 0.5 내지 5 중량%; 및 물 잔량을 함유하는 식각액 조성물을 제공한다.
본 발명의 식각액 조성물은 티타늄 또는 티타늄 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 단일막 및 상기 금속으로 이루어진 이중막 이상의 다중막을 일괄 습식 식각할 수 있다. 또한, 식각속도가 빠르고 하부막 및 장비에 대한 손상이 없으며, 고가의 장비구성이 필요하지 않다. 또한, 대면적화에 유리하며, 균일한 식각 특성을 갖기 때문에 우수한 생산성을 갖는다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 식각액 조성물은 H2O2, 함불소 화합물, 아미노기와 카르복실기를 함유하는 화합물, 인산염, 및 물을 함유한다.
본 발명의 식각액 조성물에 함유되는 H2O2는 티타늄과 알루미늄을 표면을 산화시키는 역할을 한다. 상기 H2O2는 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 30 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 티타늄층 및 알루미늄층의 식각률 저하를 방지하며 적정량이 식각되게 하고, 식각 프로파일이 우수하다. 상술한 범위를 벗어나면, 티타늄층과 알루미늄층의 과식각이 발생하여 패턴 소실 및 금속배선으로서의 기능이 상실된다.
본 발명의 식각액 조성물에 함유되는 함불소 화합물은 산화된 티타늄과 알루미늄 표면을 식각하는 역할을 한다. 상기 함불소 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 2 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 상하부의 티타늄과 알루미늄층이 적절한 속도로 식각되어 균일한 식각특성을 구현하고, 잔사를 방지한다. 상술한 범위를 벗어나면, 불균일한 식각특성으로 인해 기판 내 얼룩이 발생하며, 과도한 식각속도에 의해서 하부막의 손상이 있을 수 있고, 공정 시 식각속도 조절이 어렵다. 상기 함불소 화합물은 불소 이온 또는 다원자 불소이온으로 해리될 수 있는 화합물인 것이 바람직하다. 상기 불소 이온 또는 다원 자 불소이온으로 해리될 수 있는 화합물은 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화나트륨, 및 중불화칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물에 함유되는 아미노기와 카르복실기를 함유하는 화합물은 티타늄층에 대하여 팁(tip) 제거 및 식각 균일성을 향상시키는 조절제로서 역할을 한다. 상기 아미노기와 카르복실기를 함유하는 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 1 내지 10 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 티타늄층의 팁의 발생을 억제하며, 적당량이 식각된다. 상술한 범위를 벗어나면, 티타늄층의 과식각 현상이 발생 할 수 있다. 상기 아미노기와 카르복실기를 함유하는 화합물은 알라닌계열, 아미노부티르산계열, 글루탐산계열, 글리신계열, 이미노디아세트산계열, 니트릴로트리아세트산계열 및 사르코신계열 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물에 함유되는 인산염은 알루미늄층에 대하여 식각억제제 역할을 한다. 상기 인산염은 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 5 중량%의 중량%로 함유되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 식각균일성이 우수하다. 상술한 범위를 벗어나면, 식각균일성이 저하되어 기판내의 식각차이를 유발시켜 얼룩이 발생할 수 있다. 또한 알루미늄층의 식각저하가 발생하여 불균일한 식각특성을 유발할 수 있다. 상기 인산염은 수소가 알칼리 금속 혹은 알칼리 토 금속 으로 1 내지 3가 치환된 염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물이다.
본 발명의 식각액 조성물에 함유되는 물은 탈이온수를 의미하며 반도체 공정용을 사용하며, 바람직하게는 18㏁/㎝ 이상의 물을 사용한다.
본 발명의 식각액 조성물은 상기에 언급된 성분들 외에 식각조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, 부식 방지제 및 pH 조절제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종이상을 함유할 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물은 티타늄 또는 티타늄 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 단일막 및 상기 금속을 포함하는 이중막 이상의 다층막을 일괄 식각할 수 있는 식각액이다. 여기서, 다층막은 알루미늄 또는 알루미늄 합금막의 상부 또는 하부에 티타늄 또는 티타늄 합금막이 적층된 이중막을 포함하며, 또한, 예들 들어 티타늄 또는 티타늄 합금막, 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금막이 교대로 적층되는 삼중막 이상의 다중 금속막의 경우도 포함하는 개념이다. 본 발명의 식각액 조성물은 특히, 상부층이 티타늄 또는 티타늄 합금막; 중간층이 알루미늄 또는 알루미늄 합금막; 하부층이 티타늄 또는 티타늄 합금막으로 이루어진 삼중막에 바람직하게 사용될 수 있다. 상기에서 티타늄 또는 티타늄 합금막이란 티타늄막 또는 막의 특성에 따라 티타늄을 주성분으로 하고 다른 금속을 사용하여 합 금으로 된 금속막을 포함하는 개념이다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금막이란 알루미늄막 또는 막의 특성에 따라 알루미늄을 주성분으로 하고 다른 금속을 사용하여 합금으로 된 금속막을 포함하는 개념이다.
이하에서, 실시예및 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예 및 시험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예1 내지 5 및 비교예1 내지 3: 식각액 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 성분 및 조성비에 따라 식각액 조성물이 180kg이 되도록 제조하였다.
　 H2O2 (중량%) 함불소 화합물(중량%) 아미노기와 카르복실기를 함유하는 화합물(중량%) 인산염 (중량%) 물 (중량%)
HF NH4FHF 합계 C4H7NO4 NH4H2PO4
실시예1 20 0.1 1 1.1 3 4 잔량
실시예2 20 0.2 1 1.2 5 3 잔량
실시예3 15 0 1 1.0 5 2 잔량
실시예4 15 0 1.2 1.2 4 3 잔량
실시예5 15 0.5 0 0.5 5 4 잔량
비교예1 10 0.5 2 2.5 5 1 잔량
비교예2 15 0.5 0.5 1.0 2 7 잔량
비교예3 4 0.3 0.5 0.8 5 5 잔량
비교예4 20 0.1 1 1.1 0 4 잔량
시험예 : 식각 특성 평가
글래스 위에 SiNx층이 증착되어 있고 SiNx층 위에 Ti/Al/Ti 삼중막이 적층되어 있으며, 삼중막 위에는 일정한 형태의 모양으로 포토레지스트가 패터닝된 기판을 다이아몬드 칼을 이용하여 550×650mm로 잘라 시편을 제조하였다.
분사식 식각 방식의 실험장비 (제조사: SEMES사, 모델명: ETCHER(TFT)) 내에 상기 실시예 및 비교예에서 제조된 식각액을 넣고 온도를 25℃로 세팅하여 가온하였다. 그 후, 온도가 25±0.1℃에 도달한 후, 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간을 EPD를 기준으로 하여 40%를 주어 실시하였다. 시편을 넣고 분사를 시작하여 식각이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍(熱風) 건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트(PR) 박리기(stripper)를 이용하여 포토 레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM; 제조사: HITACHI사, 모델명: S-4700)을 이용하여 식각 프로파일의 경사각, 사이드 에칭, CD(critical dimension), 식각 잔류물 및 하부막 손상을 평가하여, 그 결과를 표 2 에 나타내었다.
[식각 프로파일의 평가 기준]
◎: 매우 우수(CD Skew: ≤1㎛, 테이퍼각: 40°내지 90°)
○: 우수(CD Skew: ≤1.5㎛, 테이퍼각: 40°내지 90°)
△: 양호(CD Skew: ≤2㎛, 테이퍼각: 40°내지 90°)
×: 불량(패턴 소실)
박막의 종류 식각 프로파일 하부막 손상 잔사
실시예1 Ti/Al/Ti ◎ 없음 없음
실시예2 ◎ 없음 없음
실시예3 ◎ 없음 없음
실시예4 ◎ 없음 없음
실시예5 ◎ 없음 없음
비교예1 × 있음 없음
비교예2 × 없음 있음
비교예3 × 없음 있음
비교예4 × 없음 없음
표 2를 참조하면, 실시예1 내지 5의 조건으로 식각 할 경우 우수한 성능을 갖는 특성을 볼 수 있었으며 비교예1 내지 4의 조건으로 식각 할 경우 하부막 손상 및 잔사가 발생하는 특성을 보였다. 구체적으로 설명하면, 비교예1의 경우와 같이 함불소 화합물의 양이 초과하게 되면 하부막 어택이 발생하게 된다. 비교예2의 경우와 같이 인산염의 양이 초과하게 되면 식각 속도가 저하되어 식각 시간 내에 원활하게 식각 되지 않아 잔사가 발생하게 된다. 비교예3의 경우의 경우와 같이 H2O2의 양이 미량으로 함유되면 불균일한 식각으로 인해서 불량한 식각 및 잔사가 남게 된다. 또한, 비교예4의 경우와 같이 아미노기와 카르복실기를 함유하는 화합물이 함유되지 않으면, 균일한 식각의 구현이 이루어 지지 않으며 상부 티타늄층의 팁이 발생되는 특성을 보이게 된다.
도 1은 실시예2을 이용하여 Ti/Al/Ti을 식각한 후의 SEM 사진이고, 도 2는 포토레지스트를 스트립한 후의 SEM 사진이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 식각프로파일이 우수하고, 하부막손상도 없으며 잔사가 발생하지 않음을 알 수 있다.
도 1은 실시예2를 이용하여 Ti/Al/Ti을 식각한 후의 SEM 사진이다.
도 2는 실시예2를 이용하여 Ti/Al/Ti을 식각하고, 포토레지스트를 스트립한 후의 SEM 사진이다.

Claims (7)

  1. 조성물 총 중량에 대하여,
    H2O2 5 내지 30 중량%;
    함불소 화합물 0.1 내지 2 중량%;
    아미노기와 카르복실기를 함유하는 화합물 1 내지 10 중량%;
    인산염 0.5 내지 5 중량%; 및
    물 잔량을 함유하는 식각액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 함불소 화합물은 불소 이온 또는 다원자 불소이온으로 해리될 수 있는 화합물인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 함불소 화합물은 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화나트륨, 및 중불화칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 아미노기와 카르복실기를 함유하는 화합물은 알라닌계열, 아미노부티르산계열, 글루탐산계열, 글리신계열, 이미노디아세트산계열, 니트릴로트리아세트산계열 및 사르코신계열 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 인산염은 인산에서 수소가 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속으로 1 내지 3개가 치환된 염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종이상인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 식각액 조성물은 티타늄 또는 티타늄 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성된 단일막 및 상기 금속을 포함하는 이중막 이상의 다중막을 일괄 습식 식각하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 식각액 조성물은 식각조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, 부식 방지제 및 pH 조절제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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