KR20100133080A - 식각액 및 이를 이용한 습식 식각 방법 - Google Patents

식각액 및 이를 이용한 습식 식각 방법 Download PDF

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Abstract

기판 상에 형성된 폴리 실리콘층을 습식 식각하기 위한 식각액은 질산, 불화암모늄, 질산은 및 탈이온수를 포함한다.
식각액, 습식 식각, 폴리 실리콘층, 질산은

Description

식각액 및 이를 이용한 습식 식각 방법{ETCHANT AND WET ETCHING USING THE SAME}
본 발명은 습식 식각 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리 실리콘층을 습식 식각하기 위한 식각액 및 이를 이용한 습식 식각 방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정 또는 액정 표시 장치(liquid crystal display decice, LCD), 유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED) 및 전계 발광 장치(field emission display, FED) 등의 표시 소자의 제조 공정을 수행함에 있어서, 소자에 포함된 박막 트랜지스터(thin film trasistor, TFT)를 구성하는 소스/드레인 전극(source/drain electrode)으로서의 폴리 실리콘층(poly silicon layer)을 그 상부 또는 하부에 절연을 위한 절연층(예를 들어, 산화 실리콘층)이 존재하는 상태에서 식각해야 하는 경우가 종종 발생한다.
종래에는 폴리 실리콘층을 식각하기 위해 주로 플라즈마 식각 공정 등의 건식 식각 방법을 이용하였다. 이러한 플라즈마 식각 공정 등의 건식 식각 방법을 이용한 일 예로서, 한국 공개 특허 제2001-0060530호에는 “반도체 소자의 폴리실리콘층 식각방법” 이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.
상기 종래 발명은 기판 상에 형성된 폴리 실리콘층을 플라즈마를 이용하여 식각하는데, 이러한 건식 식각 방법은 건식 식각을 수행하는 환경 및 폴리 실리콘층 상에 형성된 마스크층의 패턴 형상에 의존하여 폴리 실리콘층을 식각하기 때문에, 식각 공정 시 폴리 실리콘층을 구성하는 재료의 특성을 크게 고려하지 않아도 되는 장점이 있었다.
그런데, 상기와 같은 건식 식각 방법은 폴리 실리콘층의 상부 또는 하부에 식각해서는 안되는 또 다른 층이 위치할 경우, 식각 깊이를 조정하여 폴리 실리콘층만을 식각해야 하기 때문에 식각 공정의 조절에 어려움이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 건식 식각 방법은 대면적의 기판에 형성된 폴리 실리콘층을 한번의 공정에 의해 식각하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 건식 식각 방법은 식각 수단으로서 플라즈마를 이용해야 하기 때문에, 플라즈마를 발생시키기 위한 설비를 구성하는데 높은 제조 비용이 발생하며, 이는 건식 식각 공정에 의해 제조되는 최종 제품의 단가 상승으로 이어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선택적으로 폴리 실리콘층을 식각할 수 있는 식각액 및 이를 이용한 습식 식각 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 대면적의 기판에 형성된 폴리 실리콘층을 한번의 공정에 의해 식각할 수 있는 식각액 및 이를 이용한 습식 식각 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 폴리 실리콘층의 식각 비용을 절감할 수 있는 식각액 및 이를 이용한 습식 식각 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 식각액에 식각의 촉매로서 질산은을 첨가할 경우, 폴리 실리콘층만이 선택적으로 식각됨을 발견하고 본 발명을 완성하였다. 특히, 단순히 식각액에 질산은을 첨가하는 것에 그치지 않고 전체 식각액에 대해 1 내지 10 중량%의 질산은을 포함하는 식각액을 습식 식각 공정에 사용할 경우, 선택적으로 폴리 실리콘만이 최적으로 식각되는 것을 발견하였다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면은 기판 상에 형성된 폴리 실리콘층을 습식 식각하기 위한 식각액에 있어서, 질산, 불화암모늄, 질산은 및 탈이온수를 포함하되, 상기 질산은 20 내지 60 중량%이 고, 상기 불화암모늄은 0.1 내지 5 중량%이며, 상기 질산은은 1 내지 10 중량%인 식각액을 제공한다.
또한, 본 발명의 제 2 측면은 기판 상에 형성된 폴리 실리콘층을 습식 식각하는 방법에 있어서, 상기 폴리 실리콘층 상에 설정된 패턴을 가진 마스크층을 형성하는 단계 및 20 내지 60 중량%인 질산, 0.1 내지 5 중량%인 불화암모늄, 1 내지 10 중량%인 질산은 및 탈이온수를 포함하는 식각액을 이용하여 상기 폴리 실리콘층을 습식 식각하는 단계를 포함하는 습식 식각 방법을 제공한다.
상기 기판과 상기 폴리 실리콘층 사이에 위치하도록 상기 기판 상에 산화 실리콘층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 식각액을 이용하여 상기 폴리 실리콘층을 습식 식각하는 단계는 상기 폴리 실리콘층만을 식각할 수 있다.
20 내지 60 중량%인 질산, 0.1 내지 5 중량%인 불화암모늄 및 탈이온수를 포함하는 식각액을 이용하여 상기 산화 실리콘층을 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 식각액을 이용하여 상기 폴리 실리콘층을 습식 식각하는 단계는 상기 식각액이 수용된 식각조에 상기 기판을 침지함으로써 수행할 수 있다.
상기 식각액을 이용하여 상기 폴리 실리콘층을 습식 식각하는 단계는 상기 식각액을 상기 기판에 스프레이함으로써 수행할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 하나에 의하면, 1 내지 10 중량%의 질산은을 포함하는 식각액을 사용한 습식 식각 공정을 이용함으로써, 선택적으로 폴 리 실리콘층을 식각할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 상기 식각액을 사용한 습식 식각 방법을 이용함으로써, 대면적의 기판에 형성된 폴리 실리콘층을 한번의 공정에 의해 식각할 수 있는 기술적 효과가 있다.
또한, 상기 식각액을 사용한 습식 식각 방법을 이용함으로써, 폴리 실리콘층의 식각 비용을 절감할 수 있는 기술적 효과가 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재와 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법을 나타낸 순서도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
우선, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 폴리 실리콘층(130) 상에 마스크층(140)을 형성한다(S100).
구체적으로, 우선, 실리콘, 유리, 금속 및 폴리머 중 하나 이상을 포함하는 기판(110) 상에 산화 실리콘층(120)을 형성한 후, 산화 실리콘층(120) 상에 폴리 실리콘층(130)을 형성한다. 이 때, 기판(110)이 실리콘을 포함하는 실리콘 기판일 경우, 산화 실리콘층(120)은 기판(110)의 표면을 산화시킴으로써 형성될 수 있으며, 폴리 실리콘층(130)은 기판(110)의 표면층을 결정화함으로써 형성될 수 있다. 기판(110)의 표면층을 결정화하는 공정으로서는, 고상 결정화(solid phase crystallization), 레이저 결정화(laser crystallization), 금속 유도 결정화(metal induced crystallization) 공정 등이 있다. 여기서, 기판(110)이란 반도체 소자 제조 공정 또는 표시 소자 제조 공정 시 사용되는 기판이다.
다음, 폴리 실리콘층(130) 상에 설정된 패턴(141)을 가지는 마스크층(140)을 형성한다. 마스크층(140)의 설정된 패턴(141)은 식각하고자 하는 폴리 실리콘층(130)을 노출시키는 개구(opening)의 형태이다. 한편, 마스크층(140)은 후에 사용될 식각액이 작용되지 않는 재료로 구성되어야 하며, 본 실시예에서는 포토레지스트(photoresist) 물질을 이용한다. 구체적으로, 설정된 패턴(141)을 가지는 마스크층(140)의 형성을 위해, 우선 포지티브(positive) 또는 네거티브(negative) 특성 을 가진 포토레지스트 물질을 포함하는 포토레지스트층을 스핀 코팅 또는 디핑 공정 등을 이용하여 폴리 실리콘층(130) 상에 형성한 후, 설정된 패턴(141)에 대응하는 광차단 또는 광허용 패턴을 가지는 광마스크를 포토레지스트층 상에 정렬시켜 광마스크를 통해 포토레지스트층을 노광 및 현상하여 설정된 패턴(141)을 가지는 마스크층(140)을 형성한다.
다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 폴리 실리콘층(130)을 습식 식각한다(S200).
구체적으로, 질산(HNO3), 불화암모늄(NH4F), 질산은(AgNO3) 및 탈이온수(deionized water, H2O)를 포함하는 식각액이 수용된 식각조에 폴리 실리콘층(130)이 형성된 기판(110)을 침지하거나, 폴리 실리콘층(130)이 형성된 기판(110)에 상기 식각액을 스프레이함으로써 마스크층(140)의 설정된 패턴(141)에 의해 개구된 폴리 실리콘층(130)의 일부 이상을 식각한다. 이 때, 상기 식각액에 의해 폴리 실리콘층(130)만이 선택적으로 식각된다.
폴리 실리콘층(130)만을 선택적으로 식각하는 식각액은 식각액 전체 중량에 대해 20 내지 60 중량%인 질산, 0.1 내지 5 중량%인 불화암모늄, 1 내지 10 중량%인 질산은 및 나머지 중량%를 가진 탈이온수를 포함한다. 여기서, 가장 중요하게 고려되어야 할 요소는 질산은(AgNO3)이다. 그 이유는 질산은이 포함되지 않고 식각액 전체 중량에 대해 20 내지 60 중량%인 질산, 0.1 내지 5 중량%인 불화암모늄, 나머지 중량%를 가진 탈이온수를 포함하는 식각액을 이용하여 폴리 실리콘층(130) 이 형성된 기판(110)을 습식 식각할 경우, 식각액이 폴리 실리콘층(130)에 작용하지 않는 반면 산화 실리콘층(120)에 작용하는 것을 발견하였기 때문이다. 즉, 질산은이 식각액에 포함된 경우에만 질산은을 통한 촉매 작용에 의해 식각액이 폴리 실리콘층(130)에 작용하여 폴리 실리콘층(130)이 식각된다.
한편, 질산은이 식각액에 포함되어 있는 경우, 산화 실리콘층(120)은 식각액에 의해 식각되지 않는 것을 발견하였다. 이러한 질산은이 포함되지 않은 식각액을 이용하여 식각된 폴리 실리콘층(130)의 일 부분에 의해 노출된 산화 실리콘층(120)의 부분 이상을 추가적으로 식각할 수 있다.
요컨대, 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법에 있어서, 습식 식각에 사용되는 식각액에 포함된 1 내지 10 중량%의 질산은의 유무(有無)를 이용함으로써, 선택적으로 폴리 실리콘층(130) 또는 산화 실리콘층(120)을 식각할 수 있다. 여기서, 질산은의 1 내지 10 중량%는 에칭 속도 및 마스크층(140)의 손상을 고려하여 복수번에 걸친 실험에 의해 도출해 낸 최적의 수치임을 우선적으로 밝히는 바이다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법에 사용하는 식각액에 포함된 질산은의 질량%에 따른 식각액의 특성을 살펴본다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법에 사용하는 식각액의 특성을 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 4는 식각액 내의 질산은의 양(중량%)에 따른 폴리 실리콘층(130)의 에칭 속도를 나타낸 그래프이며, 도 5는 식각액 내의 질산은의 양(중량%)에 따른 마스크층(photoresist, PR)의 손상률(%)을 나타낸 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 식각액 내의 질산은의 양(중량%)이 1 내지 10 중량%인 경우 가장 이상적인 폴리 실리콘층(130)의 에칭 속도가 나타나는 것을 알 수 있다. 여기서, (a) 영역의 에칭 속도가 낮은 이유는 촉매 작용을 하는 질산은의 양이 1중량% 미만으로서 전체 식각액에서 매우 적은 양으로 존재하므로 촉매로서 기능을 수행할 수 없기 때문이고, (b) 영역의 에칭 속도가 일정한 이유는 촉매 작용을 하는 질산은의 양이 일정 수준 이상인 경우 일정한 양의 질산은만이 촉매 작용에 관여하기 때문이며, (c) 영역의 에칭 속도가 떨어지는 이유는 수용액 내에 질산은의 양(중량%)이 10중량% 초과로서 전체 식각액에서 매우 많은 양으로 존재하게 되면 식각액 내에서 식각에 직접적으로 관여하는 질산의 양이 질산은에 대비하여 적어지기 때문이다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 식각액 내의 질산은의 양(중량%)이 1 중량% 이상인 경우 습식 식각 방법에 사용되는 마스크층의 손상률이 적은 상태로 유지되는 것을 알 수 있다. 여기서, (d) 영역의 마스크층의 손상률이 (e) 및 (f) 영역의 손상률보다 높은 이유는 수용액 내에서 습식 식각 시 촉매 작용을 하는 질산은의 양이 전체 수용액 내에서 1중량% 미만으로서 전체 식각액에서 매우 적은 양으로 존재하기 때문에, 질산의 양이 질산은의 양에 대비하여 더 많아지지 때문이다.
또한, (e) 및 (f) 영역에서 보는 바와 같이, 질산은의 양이 1 중량% 이상이 되면, 상대적으로 질산의 양이 적어지더라도, 일정 비율 이상의 마스크층 손상이 이루어진다.
도 4 및 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 에칭 속도와 마스크층의 손상을 고려할 때, 최적의 습식 식각 방법을 위해 사용되는 폴리 실리콘층을 습식 식각하기 위한 식각액은 전체 식각액에 대해 1 내지 10 중량%의 질산은을 포함하는 것이 가장 바람직하다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법에 사용되는 식각액을 사용한 실험예에 대하여 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법에 사용하는 식각액을 이용한 실험예를 나타낸 SEM 이미지이다. 여기서, 도 7은 도 6에 나타난 SEM 이미지의 확대 이미지이다.
우선, 기판 상에 산화 실리콘층, 폴리 실리콘층 및 마스크층이 순차적으로 형성된 기판을 준비하였다.
다음, 전체 식각액에 대해 40 중량%의 질산, 3 중량%의 불화암모늄, 5 중량%인 질산은 및 나머지 중량의 탈이온수를 포함하는 식각액이 수용된 식각조에 상기 기판을 침지하였다. 이 때, 30℃의 온도를 가진 환경에서 55초간 기판을 식각조에 수용된 식각액에 침지하였다.
다음, 식각액으로부터 기판을 꺼낸 후, 기판의 일 부분을 나타낸 SEM 이미지가 도 6 및 도 7에 나타낸 이미지다.
도 6에 도시된 바와 같이, 마스크층이 덮고 있지 않는 부분에 대응하는 폴리 실리콘층은 산화 실리콘층으로부터 제거된 것을 알 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이, 마스크층이 덮고 있으나, 마스크층의 단부에 대응하는 폴리 실리콘층의 일부가 제거된 것을 알 수 있다. 여기서, 마스크층의 단부에 대응하는 폴리 실리콘층의 제거된 부분의 식각 각도(A)는 실질적으로 직각을 형성하고 있다. 즉, 55초라는 비교적 짧은 시간에 빠른 속도로 폴리 실리콘층이 기판으로부터 제거됨을 확인할 수 있었다.
이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액 및 이를 이용한 습식 식각 방법은 식각액에 포함된 질산은의 중량%를 최적의 중량%로 설정함으로써, 빠른 시간 내에 선택적으로 폴리 실리콘층을 식각할 수 있다.
또한, 식각액을 사용한 습식 식각 방법을 이용함으로써, 건식 식각에 비해 대면적의 기판에 형성된 폴리 실리콘층을 한번의 공정에 의해 식각할 수 있다.
또한, 식각액을 사용한 습식 식각 방법을 이용함으로써, 건식 식각에 비해 폴리 실리콘층의 식각 비용을 절감할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분 산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법을 나타낸 순서도이고,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법을 설명하기 위한 단면도이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법에 사용하는 식각액의 특성을 나타낸 그래프이며,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 식각 방법에 사용하는 식각액을 이용한 실험예를 나타낸 SEM 이미지이다.

Claims (6)

  1. 기판 상에 형성된 폴리 실리콘층을 습식 식각하기 위한 식각액에 있어서,
    질산, 불화암모늄, 질산은 및 탈이온수를 포함하되,
    상기 질산은 20 내지 60 중량%이고,
    상기 불화암모늄은 0.1 내지 5 중량%이며,
    상기 질산은은 1 내지 10 중량%
    인 식각액.
  2. 기판 상에 형성된 폴리 실리콘층을 습식 식각하는 방법에 있어서,
    상기 폴리 실리콘층 상에 설정된 패턴을 가진 마스크층을 형성하는 단계 및
    20 내지 60 중량%인 질산, 0.1 내지 5 중량%인 불화암모늄, 1 내지 10 중량%인 질산은 및 탈이온수를 포함하는 식각액을 이용하여 상기 폴리 실리콘층을 습식 식각하는 단계
    를 포함하는 습식 식각 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 폴리 실리콘층 사이에 위치하도록 상기 기판 상에 산화 실 리콘층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 식각액을 이용하여 상기 폴리 실리콘층을 습식 식각하는 단계는 상기 폴리 실리콘층만을 식각하는 것인 습식 식각 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    20 내지 60 중량%인 질산, 0.1 내지 5 중량%인 불화암모늄 및 탈이온수를 포함하는 식각액을 이용하여 상기 산화 실리콘층을 식각하는 단계를 더 포함하는 습식 식각 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 식각액을 이용하여 상기 폴리 실리콘층을 습식 식각하는 단계는 상기 식각액이 수용된 식각조에 상기 기판을 침지함으로써 수행하는 것인 습식 식각 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 식각액을 이용하여 상기 폴리 실리콘층을 습식 식각하는 단계는 상기 식각액을 상기 기판에 스프레이함으로써 수행하는 것인 습식 식각 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160107763A (ko) * 2015-03-05 2016-09-19 동우 화인켐 주식회사 식각액 조성물 및 이를 이용한 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조방법

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KR20160107763A (ko) * 2015-03-05 2016-09-19 동우 화인켐 주식회사 식각액 조성물 및 이를 이용한 액정 표시 장치용 어레이 기판의 제조방법

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