KR20110049671A - 식각액 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철 화합물 0.1 중량% 내지 10 중량%; 질산 0.1 중량% 내지 10 중량%; 함불소 화합물 0.01 중량% 내지 5 중량%; 및 잔량의 물을 포함하고, 인산염 화합물 0.1 중량% 내지 5 중량%를 추가로 포함하는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막의 식각액 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반도체 장치 및 평판표시장치, 특히 TFT 또는 OLED 등의 게이트, 소스/드레인 어레이 배선용으로 이용되는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막을 식각할 수 있는 식각액 조성물에 관한 것이다.
평판표시장치에서 기판 상에 금속 배선을 형성하는 과정은 통상적으로 스퍼터링에 의해 금속막을 형성하는 공정, 금속막 상에 포토레지스트를 도포하고 노광하고 현상하여 선택적인 영역에 포토레지스트를 형성하는 공정 및 금속막을 식각하는 공정으로 구성된다. 또한, 개별적인 단위 공정 전후의 세정공정 등을 포함한다. 이러한 식각공정은 포토레지스트를 마스크로 사용하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미한다. 식각공정으로는 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식 식각, 또는 식각액을 이용하는 습식 식각이 사용된다.
한편, 평판표시장치에서 화소전극으로 인듐계 금속막인 투명전도막이 주로 사용된다. 또한, 소스/드레인 전극으로는 알루미늄계 금속막, 예를 들어 Al-La-X (X= Mg, Zn, In, Ca, Te, Sr, Cr, Co, Mo, Nb, Ta, W, Ni, Nd, Sn, Fe, Si, Mo, Pt, C에서 선택되는 금속) 형태의 알루미늄 란탄계 합금막이 주로 사용된다. 또한, 소스/드레인 전극 하부에는 소스/드레인 전극과 절연막의 접착을 위하여 완충막으로 티타늄 또는 몰리브덴을 포함하는 금속막이 주로 사용된다.
이러한 평판표시장치의 화소전극, 소스/드레인 전극 및 완충막을 식각하기 위해서 종래에는 각 전극마다 다른 식각액 조성물을 사용해야만 했다. 예를 들어 대한민국 공개특허 제10-2006-0104926호에서는 인산, 질산, 수용성 유기산, 식각활성제, 식각조절제 및 물을 포함하는 식각액 조성물을 개시하고 있다. 하지만 상기 조성물은 알루미늄, 니켈, 첨가금속으로 구성된 단일막에는 효과가 있으나, 다중막에서는 식각특성이 발휘되지 않는다.
따라서, 평판표시장치의 화소전극, 소스/드레인 전극 및 완충막을 일괄식각할 수 있는 새로운 식각액 조성물의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 반도체 장치 및 평판표시장치에서 배선으로 사용되는 인듐을 포함하는 금속막, 알루미늄을 포함하는 금속막, 특히, 알루미늄 란타늄 니켈 합금막, 그리고 티타늄 또는 몰리브덴을 포함하는 금속막으로 이루어진 삼중막을 일괄 식각할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 식각 공정을 간소화시키고 생산성을 향상시킬 수 있고 식각 특성이 우수한 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 고가의 장비구성이 필요하지 않고 대면적화에 유리하여 매우 경제적인 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, 철 화합물 0.1 중량% 내지 10 중량%; 질산 0.1 중량% 내지 10 중량%; 함불소 화합물 0.01 중량% 내지 5 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막의 식각액 조성물을 제공한다.
바람직하게는, 본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, 철 화합물 1 중량% 내지 7 중량%; 질산 2 중량% 내지 7 중량%; 함불소 화합물 0.1 중량% 내지 2 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막의 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 조성물에 인산염 화합물 0.1 중량% 내지 5 중량%를 추가로 포함하는 삼중막의 식각액 조성물을 제공한다.
본 발명의 식각액 조성물은 인듐을 포함하는 금속막, 알루미늄을 포함하는 금속막, 티타늄 또는 몰리브덴을 포함하는 금속막으로 이루어진 삼중막을 일괄 식각할 수 있어서 식각 공정을 간소화시키고 생산성을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 식각액 조성물은 식각속도가 빠르고 하부막 및 장비에 대한 손상이 없고 균일한 에칭이 가능하여 식각 특성이 우수하다. 또한, 본 발명의 식각액 조성물은 고가의 장비구성이 필요하지 않고 대면적화에 유리하여 매우 경제적이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 식각액 조성물은 철 화합물, 질산, 함불소 화합물 및 물을 포함한다.
본 발명에서 철 화합물은 알루미늄계 금속막과, 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막의 표면을 산화시키는 역할을 한다.
상기 철 화합물은 조성물 총 중량에 대하여, 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 1 중량% 내지 7 중량%로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 알루미늄을 포함하는 금속막의 식각 속도가 저하되고, 이로 인해 잔사가 발생하게 된다. 또한, 불균일한 식각 특성으로 인해 기판 내에 얼룩이 발생한다. 상술한 범위를 초과하면, 과도한 식각속도에 의해서 알루미늄을 포함하는 금속막과, 티타늄 또는 몰리브덴을 포함하는 금속막이 소실 될 수 있다.
상기 철 화합물은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면 FeCl3, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3, NH4Fe(SO4)2, Fe(ClO4)3, FePO4, Fe(NH4)3(C2O4)3 등을 들 수 있고, 이들을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 질산은 알루미늄계 금속막과, 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막의 표면을 산화시키는 역할을 한다.
상기 질산은 조성물 총 중량에 대하여, 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 2 중량% 내지 7 중량%로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 알루미늄계 금속막과, 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막의 식각 속도 저하가 발생한다. 또한, 기판 간의 식각 속도 차이를 유발하여 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막에 테일링(Tailing) 현상의 식각을 발생시킴으로써 얼룩이 생길 수 있다. 상술한 범위를 초과하면 PR 크랙 발생에 의한 약액 침투에 의해 알루미늄계 금속막과 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막이 단락되는 현상이 발생할 수 있다. 또한 과 식각에 의해 알루미늄계 금속막과 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막이 소실되거나 금속 배선으로서의 기능을 상실할 수도 있다.
본 발명에서 함불소 화합물은, 산화된 인듐계 금속막과, 산화된 알루미늄계 금속막 및 하부의 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막을 식각하는 역할을 한다.
상기 함불소 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 0.1 중량% 내지 2 중량%로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 알루미늄계 금속막이 낮은 식각속도를 가지게 되어 기판 내에서 불균일한 식각 특성으로 유발될 수 있다. 상술한 범위를 초과하여 포함되면, 알루미늄계 금속막이 과도한 식각속도에 의해서 소실이 될 수 있고, 하부막인 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막이 손상될 수 있다.
상기 함불소 화합물은 특별히 제한되는 것은 아니나 불소 이온 또는 다원자 불소이온으로 해리될 수 있는 화합물인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 함불소 화합물로는 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨, 중불화칼륨 등을 사용할 수 있다. 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용 가능하다.
본 발명에서, 물은 탈이온수를 의미한다. 상기 물로는 반도체 공정용을 사용하며, 바람직하게는 18㏁/㎝ 이상의 물을 사용한다. 상기 물은 조성물 총 중량에 대하여 본 발명의 식각액 조성물의 총 중량이 100중량%가 되도록 잔량 포함된다.
또한 본 발명의 식각액 조성물은 상기 필수 성분들 외에 인산염 화합물을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 조성물이 인산염 화합물을 포함하는 경우에는, 하부막이 몰리브덴계 금속막인 삼중막의 일괄식각에 보다 적합하다.
본 발명에서 인산염 화합물은 테이퍼 프로파일을 양호하게 하고, 알루미늄계 금속막 및 몰리브덴계 금속막의 식각 속도를 조절하는 역할을 한다.
상기 인산염 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 5 중량%로 포함되는 것이 바람직하고, 0.1 중량% 내지 2 중량%로 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 알루미늄계 금속막 및 몰리브덴계 금속막의 식각속도를 조절하기 용이하고, 균일한 식각 특성을 구현할 수 있다.
상기 인산염 화합물은 인산에서 수소가 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속으로 한 개 내지 세 개가 치환된 염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 인산염 화합물로는 인산이수소나트륨(sodium dihydrogen phosphate), 인산이수소칼륨(potassium dihydrogen phosphate) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
또한 본 발명의 식각액 조성물은 상기에 언급된 성분들 외에 식각조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, 부식 방지제 등의 기타 첨가제를 1종 또는 2종 이상 함유할 수 있다.
한편 본 발명에서 인듐계 금속막은 투명전도막으로서, 예를 들면 인듐아연산화막(IZO), 인듐주석산화막(ITO) 등을 들 수 있다.
또한, 알루미늄계 금속막은 알루미늄 단일막 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 알루미늄 합금막을 의미한다. 상기 알루미늄 합금막은 알루미늄-란타늄 합금막인 것이 바람직하다. 여기서, 알루미늄-란타늄계 합금막은 알루미늄 90원자% 이상, La 10원자% 이하 및 다른 금속(X) 잔량을 포함하는 Al-La 또는 Al-La-X를 의미한다. 상기 다른 금속(X)은 Mg, Zn, In, Ca, Te, Sr, Cr, Co, Mo, Nb, Ta, W, Ni, Nd, Sn, Fe, Si, Ti, Pt 및 C로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 티타늄계 금속막은 티타늄 단일막 또는 티타늄 합금막인 것을 의미한다.
이하, 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예 및 시험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 실시예 8, 비교예 1 내지 비교예 7: 식각액 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 성분 및 조성비에 따라 식각액 조성물이 180kg이 되도록 제조하였다.
| Fe(NO3)3(중량%) | 질산(중량%) | NH4FHF(중량%) | 인산이수소 나트륨(중량%) |
물(중량%) | |
| 실시예1 | 2 | 2 | 0.3 | - | 잔량 |
| 실시예2 | 2 | 4 | 0.3 | - | 잔량 |
| 실시예3 | 4 | 2 | 0.5 | - | 잔량 |
| 실시예4 | 4 | 4 | 0.5 | - | 잔량 |
| 실시예5 | 2 | 2 | 0.3 | 1 | 잔량 |
| 실시예6 | 2 | 4 | 0.3 | 1 | 잔량 |
| 실시예7 | 4 | 2 | 0.5 | 2 | 잔량 |
| 실시예8 | 4 | 4 | 0.5 | 2 | 잔량 |
| 비교예1 | 2 | 2 | 0 | - | 잔량 |
| 비교예2 | 2 | 15 | 0.3 | - | 잔량 |
| 비교예3 | 0 | 7 | 0.3 | 1 | 잔량 |
| 비교예4 | 2 | 15 | 0.3 | 1 | 잔량 |
| 비교예5 | 4 | 0 | 0.5 | - | 잔량 |
| 비교예6 | 12 | 2 | 0.5 | - | 잔량 |
| 비교예7 | 4 | 2 | 6.0 | - | 잔량 |
시험예: 식각액 조성물의 특성 평가
<식각특성평가>
글래스 위에 ITO/Al-La-Ni/Ti 또는 ITO/Al-La-Ni/Mo 삼중막이 증착되어 있고, 일정한 형태의 모양으로 포토레지스트가 패터닝된 기판을 사용하였다. 분사식 식각 방식의 실험장비 (SEMES사 제조, 모델명: ETCHER(TFT)) 내에 상기 실시예 1 내지 실시예 8, 비교예 1 내지 비교예 7의 식각액 조성물을 넣고 온도를 30℃로 세팅하여 가온하였다. 그 후, 온도가 30±0.1℃에 도달한 후, 식각 공정을 수행하였다. 총 식각시간을 EPD를 기준으로 하여 30%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 포토레지스트를 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 하부막 손상을 평가하였다. 그 결과를 표 2 에 나타내었다.
| 박막의 종류 | 식각프로파일 | 하부막손상 | 잔사 | |
| 실시예1 | ITO/Al-La-Ni/Ti | ○ | 없음 | 없음 |
| 실시예2 | ◎ | 없음 | 없음 | |
| 실시예3 | ◎ | 없음 | 없음 | |
| 실시예4 | ◎ | 없음 | 없음 | |
| 실시예5 | ITO/Al-La-Ni/Mo | ○ | 없음 | 없음 |
| 실시예6 | ◎ | 없음 | 없음 | |
| 실시예7 | ◎ | 없음 | 없음 | |
| 실시예8 | ◎ | 없음 | 없음 | |
| 비교예1 | ITO/Al-La-Ni/Ti | × | 티타늄막 식각되지 않음 |
|
| 비교예2 | × | 있음 | 없음 | |
| 비교예3 | ITO/Al-La-Ni/Mo | × | 몰리브덴막 식각되지 않음 |
|
| 비교예4 | × | 있음 | 없음 | |
| 비교예5 | ITO/Al-La-Ni/Ti | × | 없음 | 있음 |
| 비교예6 | × | 없음 | 없음 | |
| 비교예7 | × | 있음 | 없음 | |
[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 잔사)
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 8의 식각액 조성물은 식각 프로파일이 우수하며 하부막 손상 및 잔사가 없는 식각 특성을 나타내었다.
그러나, 비교예 1 및 비교예 3의 식각액 조성물의 경우, 식각 프로파일이 좋지 않고, 하부막인 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막이 식각되지 않는 결과를 얻었다. 또한 비교예 2 및 비교예 4의 식각액 조성물의 경우에는 식각 프로파일이 좋지 않고, 하부막 손상이 있는 좋지 않은 결과를 얻었다. 비교예 5의 식각액 조성물의 경우, 질산이 없어 하부막 손상은 없었으나 식각 프로파일이 좋지 않고 잔사가 발생되었다. 비교예 6의 식각액 조성물의 경우에는 하부막 손상이나 잔사는 없었으나, 과식각에 의해 식각 프로파일이 매우 좋지 않았다. 또한 비교예 7의 식각액 조성물의 경우에는, 과량의 함불소 화합물에 의하여 하부막 손상이 매우 크게 나타났다.
Claims (7)
- 조성물 총 중량에 대하여,
철 화합물 0.1 중량% 내지 10 중량%;
질산 0.1 중량% 내지 10 중량%;
함불소 화합물 0.01 중량% 내지 5 중량%; 및
물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막의 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
조성물 총 중량에 대하여,
철 화합물 1 중량% 내지 7 중량%;
질산 2 중량% 내지 7 중량%;
함불소 화합물 0.1 중량% 내지 2 중량%; 및
잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막의 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 철 화합물은 FeCl3, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3, NH4Fe(SO4)2, Fe(ClO4)3, FePO4 및 Fe(NH4)3(C2O4)3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막의 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 함불소 화합물은 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨 및 중불화칼륨으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막의 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 식각액 조성물은 인산염 화합물 0.1 중량% 내지 5 중량%를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막의 식각액 조성물.
- 청구항 5에 있어서,
상기 인산염 화합물은 인산이수소나트륨, 인산이수소칼륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막의 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
상기 알루미늄계 금속막은, 알루미늄 90원자% 이상, La 10원자% 이하 및 다른 금속 X 잔량을 포함하는 Al-La 또는 Al-La-X로 표시되는 알루미늄-란타늄계 합금막이고, 여기에서 상기 다른 금속 X는 Mg, Zn, In, Ca, Te, Sr, Cr, Co, Mo, Nb, Ta, W, Ni, Nd, Sn, Fe, Si, Ti, Pt 및 C로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 인듐계 금속막, 알루미늄계 금속막, 및 티타늄계 또는 몰리브덴계 금속막으로 이루어진 삼중막의 식각액 조성물.
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| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |