KR20110016724A - 금속 배선 형성을 위한 식각액 조성물 - Google Patents

금속 배선 형성을 위한 식각액 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소스/드레인 및 게이트 전극의 배선용으로 사용되는 Al-La계 합금막의 식각에 사용되는 식각액 조성물에 관한 것이다. 상기 식각액 조성물에 의하면, Al-La계 합금으로 이루어진 단일막을 식각할 때 상부나 하부 금속막의 식각불량 문제; Al-La계 합금막과 포토레지스트, Al-La계 합금막과 기판상부와의 식각 속도 차이로 인한 Al-La계 합금막 상부의 말림현상; 경사각 불량; 균일성 불량; 패널과 패드의 식각 차이에 의한 사이드에치 증가의 문제가 발생하지 않기 때문에 효율적으로 Al-La계 합금막을 식각할 수 있다.
식각액, Al-La 합금, Al-La-X 합금, 알루미늄 합금

Description

금속 배선 형성을 위한 식각액 조성물{ETCHING SOLUTION COMPOSITION FOR FORMATION OF METAL LINE}
본 발명은 반도체 장치의 제조에 있어서 금속막의 습식 식각에 사용되는 식각액 조성물에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 평판디스플레이의 구성 성분 중 소스/드레인 및 게이트 전극의 배선용으로 사용되는 Al-La계 합금막의 식각에 사용되는 식각액 조성물에 관한 것이다.
평판디스플레이의 박막트랜지스터를 구성하는 게이트전극, 소스전극 및 드레인 전극으로 사용되는 종래의 금속막으로는 Al 단일막; Al-Nd, Al-Nd/Mo 이중막; Mo/Al/Mo, Mo/Al-Nd/Mo 삼중막 등이 있으나, 이러한 금속막을 사용하는 경우, 알루미늄의 열에 의한 힐락(hillock) 현상이 발생하여 공정상에 많은 어려움이 야기 되는 문제가 있었다.
이에 힐락(hillock)이 없고 Al-Nd와 같이 저항이 낮은 알루미늄 합금, 특히 알루미늄과 합금되는 금속이 La, Mg, Zn, In, Ca, Te, Sr, Cr, Co, Mo, Nb, Ta, W, Ni, Nd, Sn, Fe, Si, Ti, Pt, C인 알루미늄 합금이 개발되었으며, 특히 Al-La 합금 또는 Al-La를 주성분으로 하여 추가적으로 다른 금속이 합금된 Al-La-X 형태 의 알루미늄 합금이 개발되었다. 상기 다른 금속은 Mg, Zn, In, Ca, Te, Sr, Cr, Co, Mo, Nb, Ta, W, Ni, Nd, Sn, Fe, Si, Ti, Pt, C 등을 의미하며, 합금 형태는 알루미늄을 주성분으로 구성된 합금으로서, 90% 이상의 알루미늄과 10% 이하의 La를 포함하는 Mg, Zn, In, Ca, Te, Sr, Cr, Co, Mo, Nb, Ta, W, Ni, Nd, Sn, Fe, Si, Ti, Pt, C 등의 성분이 포함 된다.
기존의 알루미늄 단일막의 경우는 통상의 인산-주성분 알루미늄 식각액으로 식각할 수 있으나, 이러한 Al-La 또는 Al-La-X 형태의 알루미늄 합금 단일막의 경우는 기존 조성의 식각액을 사용하여 식각을 행할 경우, 알루미늄 합금막과 포토레지스트, 알루미늄 합금막과 글라스상부와의 식각 속도 차이로 인하여 금속막 상부의 말림현상이 발생하여 불량한 프로파일이 나타난다. 　이러한 불량한 프로파일로 인해 후속 공정에서 단차 커버리지(coverage)가 불량하게 되고 상부층이 경사면에서 단선되거나 또는 상하부 금속이 단락될 확률이 커지게 된다. 따라서, 상기 Al-La 또는 Al-La-X 형태의 알루미늄 합금 단일막의 특성에 맞는 식각액의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 Al-La계 합금으로 이루어진 단일막에 사용하기 위한 것으로서, 상부나 하부 금속막의 식각 불량 문제; Al-La계 합금막과 포토레지스트, Al-La계 합금막과 기판상부와의 식각 속도 차이로 인한 Al-La계 합금막막 상부의 말림현상 발생; 경사각 불량; 균일성 불량; 패널과 패드의 식각 차이에 의한 사이드에치 증가의 문제가 발생하지 않아서 효율적으로 Al-La계 합금막을 식각할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여 질산 0.1~10 중량%, 황산 0.1~10 중량%, 함불소화합물 0.01~5 중량% 및 조성물 총 중량이 100 중량% 가 되도록 물을 포함하는 Al-La계 합금막의 식각액 조성물을 제공한다.　
본 발명의 식각액 조성물에 의하면, Al-La계 합금으로 이루어진 단일막을 식각할 때, 상부나 하부 금속막의 식각불량 문제; Al-La계 합금막과 포토레지스트, Al-La계 합금막과 기판상부와의 식각 속도 차이로 인한 Al-La계 합금막 상부의 말림현상; 경사각 불량; 균일성 불량; 패널과 패드의 식각 차이에 의한 사이드에치 증가의 문제가 발생하지 않기 때문에 효율적으로 Al-La계 합금막을 식각할 수 있 다.
본 발명은, 조성물 총 중량에 대하여 질산 0.1~10 중량%, 황산 0.1~10 중량%, 함불소화합물 0.01~5 중량% 및 조성물 총 중량이 100 중량% 가 되도록 물을 포함하는 Al-La계 합금막의 식각액 조성물에 관한 것이다.　
본 발명에 있어서, Al-La계 합금막은 예컨대, 90중량% 이상의 알루미늄과 10중량% 이하의 La를 포함하는 다른 금속으로 이루어지는 Al-La 또는 Al-La-X(X는 Mg, Zn, In, Ca, Te, Sr, Cr, Co, Mo, Nb, Ta, W, Ni, Nd, Sn, Fe, Si, Ti, Pt Pt 및 C 중에서 선택되는 1종 이상의 금속) 합금으로 형성된 막을 의미한다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 질산은 Al-La계 합금 표면을 산화시키는 역할을 하며, 조성물 총 중량에 대하여 0.1~10 중량%, 더욱 바람직하게는 2~7 중량%로 함유된다. 질산이 0.1 중량% 미만으로 함유되는 경우에는 Al-La계 합금막의 식각속도 저하가 발생되며 이러한 현상은 상/하부 기판 간의 식각속도 차이를 유발하여 얼룩을 발생시킨다. 질산이 10중량%를 초과하는 경우에는 포토레지스트에 크랙(Crack)이 발생하며, 그에 따르는 약액 침투에 의해 Al-La계 합금막이 단락되는 현상이 발생할 수 있으며, 과식각에 의한 Al-La계 합금막의 소실로 인하여 금속 배선이 기능을 상실할 우려가 있다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 황산은 Al-La계 합금 표면을 산화시키는 역할을 하며, 조성물 총 중량에 대하여 0.1~10 중량%, 더욱 바람직하게는 2~7 중량%로 포함된다. 0.1 중량% 미만으로 함유되는 경우에는 Al-La계 합금막의 식각 속도가 저하되며, 그에 따르는 잔사의 발생이나 불균일 식각에 의해 기판내에 얼룩이 발생하며, 10중량%를 초과하는 경우에는 과도한 식각속도에 의해서 Al-La계 합금막이 소실 될 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 함불소 화합물은 산화된 Al-La계 합금막 표면을 식각하는 역할을 하며, 조성물 총 중량에 대하여 0.01~5 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1~2 중량%로 함유된다. 함불소화합물이 0.01 중량% 미만으로 함유되는 경우에는 식각속도가 저하되며, 그에 따라 기판내에 불균일 식각이 유발될 수 있다. 함불소화합물이 5 중량%를 초과하는 경우에는 과도한 식각속도에 의해 Al-La계 합금막이 소실될 수 있으며, 하부막의 손상이 발생할 수 있다. 또한, 공정 조절이 어려워진다.
상기 함불소화합물은 용해 상태에서 불소 이온 또는 다원자 불소이온이 해리될 수 있는 화합물을 의미하며, 구체적으로는 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨, 중불화칼륨 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 물로는 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 탈이온수는 반도체 공정용으로서 18㏁/㎝ 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물은 상기에 언급된 성분들 외에 식각조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, 부식 방지제 및 pH 조절제 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
실시예 1 내지 10 및 비교예 1내지 3: 식각액 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 성분 및 조성비에 따라 식각액 조성물이 180 kg이 되도록 제조하였다.
질산 황산 NH4FHF 물
실시예 1 2 2 0.3 95.7
실시예 2 3 2 0.3 94.7
실시예 3 3 3 0.5 93.5
실시예 4 4 2 0.3 93.7
실시예 5 4 3 0.5 92.5
실시예 6 5 2 0.3 92.7
실시예 7 5 3 0.5 91.5
실시예 8 6 4 0.5 89.5
실시예 9 7 5 0.5 87.5
실시예 10 7 5 0.7 87.3
비교예 1 12 3 0.3 84.7
비교예 2 12 8 3 77
(단위: 중량%)
시험예: 식각 특성 평가
시험용 기판으로는 글래스 위에 Al-La-Ni 합금 단일막이 증착되어 있고 일정한 형태의 모양으로 포토레지스트가 패터닝된 것을 사용하였다.
분사식 식각 방식의 실험장비(SEMES사 제조, 모델명: ETCHER(TFT)) 내에 상기 실시예 1 내지 10에서 제조된 식각액을 넣고 온도를 30℃로 세팅하여 가온한 후, 온도가 30±0.1℃에 도달한 후, 식각 공정을 수행하였다. 총 에칭 시간을 EPD를 기준으로 30%로 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: HITACHI사 제조, 모델명: S-4700)을 이용하여 식각 프로파일의 경사각, 사이드 에치(CD: critical dimension) 손실, 식각 잔류물 및 Glass 손상을 평가하여, 그 결과를 하기 표 2 에 나타내었다.
[식각 프로파일의 평가 기준]
◎: 매우 우수(CD Skew:≤1㎛, Taper Angle: 40°~ 80°)
○: 우수(CD Skew:≤1.5㎛, Taper Angle: 40°~ 80°)
△: 양호(CD Skew:≤2㎛, Taper Angle: 40°~ 80°)
×: 불량 (금속막 소실 및 잔사발생)
박막의 종류 식각프로파일 Glass 손상 잔사
실시예 1 Al-La-Ni ○ 없음 없음
실시예 2 ◎ 없음 없음
실시예 3 ◎ 없음 없음
실시예 4 ◎ 없음 없음
실시예 5 ◎ 없음 없음
실시예 6 ◎ 없음 없음
실시예 7 ◎ 없음 없음
실시예 8 ◎ 없음 없음
실시예 9 ◎ 없음 없음
실시예 10 ◎ 없음 없음
비교예 1 × 없음 없음
비교예 2 × 있음 없음
상기 표2로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1내지 10의 식각액 조성물은 식각 프로파일이 우수하며, Glass 손상 및 잔사가 관찰되지 않아서, Al-La-Ni 합금 단일막에 대한 우수한 식각특성을 가짐을 확인할 수 있었다. 그러나, 질산이 과량으로 함유된 비교예1 및 2의 식각액은 식각프로파일 불량 및 Glass 손상이 관찰되었다.

Claims (4)

  1. 조성물 총 중량에 대하여 질산 0.1~10 중량%, 황산 0.1~10 중량%, 함불소화합물 0.01~5 중량% 및 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 물을 포함하는 Al-La계 합금막의 식각액 조성물.　
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 Al-La계 합금막은 90% 이상의 알루미늄과 10% 이하의 La를 포함하는 다른 금속으로 이루어지는 Al-La 또는 Al-La-X(X는 Mg, Zn, In, Ca, Te, Sr, Cr, Co, Mo, Nb, Ta, W, Ni, Nd, Sn, Fe, Si, Ti, Pt 및 C 중에서 선택되는 1종 이상의 금속) 합금으로 형성된 막인 것을 특징으로 하는 Al-La계 합금막의 식각액 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 함불소 화합물은 용해 상태에서 불소 이온 또는 다원자 불소이온이 해리될 수 있는 화합물로서, 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨, 및 중불화칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 것임을 특징으로 하는 Al-La계 합금막의 식각액 조성물.
  4. 　청구항 1에 있어서, 상기 식각액 조성물은 식각조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, 부식 방지제 및 pH 조절제 중 하나 이상의 성분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Al-La계 합금막의 식각액 조성물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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