KR20110120421A - 구리와 티타늄을 포함하는 금속막용 식각액 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, 과황산염 5~20중량%; 함불소화합물 0.01~2중량%; 무기산, 무기산염 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상 1~10중량%; 고리형 아민화합물 0.3~5중량%; p-톨루엔 술폰산(p-toluene sulfonic acid) 0.1~5중량%; 및 물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리와 티타늄을 포함하는 금속막용 식각액 조성물을 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 장치 및 평판표시장치, 특히 TFT의 게이트, 소스/드레인 배선 및 전극으로 사용되는 구리와 티타늄을 포함하는 금속막용 식각액 조성물에 관한 것이다.
반도체 장치 및 평판표시장치에서 기판 위에 금속 배선을 형성하는 과정은 통상적으로 스퍼터링에 의한 금속막 형성공정, 포토레지스트 도포, 노광 및 현상에 의한 선택적인 영역에서의 포토레지스트 형성공정, 및 식각공정에 의한 단계로 구성된다. 또한, 개별적인 단위 공정 전후의 세정공정 등을 포함한다. 이러한 식각공정은 포토레지스트를 마스크로 사용하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미하며, 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식 식각 또는 식각액을 사용하는 습식 식각이 사용된다.
반도체 장치 및 평판표시장치의 구성 중 TFT의 게이트, 소스/드레인 어레이 배선으로 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 TFT의 게이트, 소스/드레인 어레이 배선 및 전극으로 구리와 티타늄을 포함하는 이중막이 제시되어 있다.
하지만, 구리와 티타늄을 포함하는 이중막을 식각하기 위해서는 각 층마다 다른 식각액 조성물을 이용해야 하는 문제점이 있다. 특히 구리를 포함하는 금속막을 식각하기 위해서는 식각액 조성물의 경우, 과수계 또는 옥손계 식각액 조성물이 주로 이용되는데, 과수계 식각액 조성물의 경우 식각액 조성물이 분해되거나 경시(aging)에 의해 불안정한 단점이 있고, 옥손계 식각액 조성물의 경우 식각 속도가 느리고 경시에 의해 불안정한 단점이 있다.
본 발명의 목적은 구리와 티타늄을 포함하는 금속막, 보다 상세하게는 Cu/Ti 구조의 이중막을 일괄 습식 식각할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 과산화수소 및/또는 옥손(oxone)을 포함하지 않고도 구리에 대하여 빠른 식각속도를 구현할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 식각 공정의 간소화 및 생산성 향상 효과를 제공할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 빠른 식각속도 및 균일한 에칭을 구현할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 장비를 손상시키지 않으며, 식각 시에도 고가의 장비구성이 필요하지 않는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 대면적화에 유리하여 경제적인 이점을 제공할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 식각액 조성물은 구리와 티타늄을 포함하는 금속막 이외에도, 화소전극으로 사용되는 IZO 또는 a-ITO를 식각할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, 과황산염 5~20중량%; 함불소화합물 0.01~2중량%; 무기산, 무기산염 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상 1~10중량%; 고리형 아민화합물 0.3~5중량%; p-톨루엔 술폰산(p-toluene sulfonic acid) 0.1~5중량%; 및 물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리와 티타늄을 포함하는 금속막용 식각액 조성물을 포함한다.
본 발명의 식각액 조성물은 구리와 티타늄을 포함하는 금속막, 보다 상세하게는 Cu/Ti 구조의 이중막을 일괄 습식 식각할 수 있어서, 식각 공정의 간소화 및 생산성 향상 효과를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 식각액 조성물을 이용하면 빠른 식각속도를 구현할 수 있고, 균일한 에칭이 가능하여 우수한 식각 특성을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 식각액 조성물은 장비를 손상시키지 않으며, 식각 시에도 고가의 장비구성이 필요하지 않고 대면적화에 유리하여 매우 경제적인 이점을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 식각액 조성물은 구리와 티타늄을 포함하는 금속막 이외에도, 화소전극으로 사용되는 IZO 또는 a-ITO를 식각할 수 있다. 또한 본 발명의 식각액 조성물은 구리와 티타늄을 포함하는 금속막이 소스/드레인 전극으로 사용되고, 화소전극으로 IZO 또는 a-ITO가 사용될 경우, 소스/드레인 전극과 화소전극을 일괄적으로 식각할 수 있다. 또한, 본 발명의 식각액 조성물은 과산화수소 및/또는 옥손(OXONE)을 포함하지 않고도 구리에 대하여 빠른 식각 속도를 구현할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 구리와 티타늄을 포함하는 금속막용 식각액 조성물은 과황산염, 함불소화합물, 무기산, 무기산염 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상, 고리형 아민화합물, p-톨루엔 술폰산 및 물을 포함한다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 과황산염은 구리를 포함하는 막을 식각하는 주산화제로서, 조성물 총 중량에 대하여, 5~20 중량%로 포함되고, 7~18 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상술한 범위로 포함되면, 구리를 포함하는 막이 적정량으로 식각되고, 식각 프로파일도 우수해진다.
상기 과황산염은 과황산암모늄(APS), 과황산소다(SPS) 및 과황산칼륨(PPS)으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 함불소화합물은 티타늄을 포함하는 막, ITO 또는 a-ITO를 식각하는 주성분로서, 조성물 총 중량에 대하여, 0.01~2중량%로 포함되고, 0.05~1중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 티타늄을 포함하는 막이 적정량으로 식각되고, 식각 프로파일도 우수해진다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 티타늄을 포함하는 막의 식각속도가 저하되어 잔사가 발생할 수 있다. 상술한 범위를 초과하면 유리 등의 기판과 실리콘을 포함하는 절연막에 손상을 입힐 수 있다.
상기 함불소화합물은 불소 이온 또는 다원자 불소이온으로 해리될 수 있는 화합물을 의미하며, 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨 및 중불화칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 무기산, 무기산염 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상은 구리를 포함하는 막을 산화 및 식각하고, 티타늄을 포함하는 막을 산화시킨다. 상기 무기산, 무기산염 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상은 조성물 총 중량에 대하여, 1~10중량%로 포함되고, 2~7중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 구리를 포함하는 막과 티타늄을 포함하는 막이 적정량으로 식각되고, 식각 프로파일도 우수해진다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 식각속도가 저하되어 식각 프로파일에 불량이 발생할 수 있으며, 잔사가 발생할 수 있다. 상술한 범위를 초과하면, 과식각이 발생할 수 있고, 포토레지스트에 크랙이 발생하여, 크랙으로 식각액이 침투되어 배선이 단락될 수 있다.
상기 무기산은 질산, 황산, 인산 및 과염소산으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 무기산염은 질산의 염, 황산의 염, 인산의 염 및 과염소산의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 고리형 아민 화합물은 구리를 포함하는 막을 식각시, 프로파일을 형성한다. 조성물 총 중량에 대하여, 상기 고리형 아민 화합물은 0.3~5중량%로 포함되고, 0.5~3중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상술한 범위로 포함되면, 적당한 구리 식각율과 테이퍼 앵글을 형성하고, 사이드 에칭량을 조절하는 효과가 있다.
상기 고리형 아민 화합물은 5-아미노테트라졸, 톨리트리아졸, 벤조트리아졸 및 메틸트리아졸으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 p-톨루엔 술폰산(p-toluene sulfonic acid)은 식각액 제조 후, 자체 경시에 의해 조성이 변하여 식각 특성이 달라지는 것을 방지하고, 식각액을 장기간 동안 보관할 수 있게 한다. 상기 p-톨루엔 술폰산은 조성물 총 중량에 대하여 0.1~5중량%로 포함되고, 0.5~3중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상술한 범위 미만으로 포함되면 자체 경시에 따른 약액의 변화를 막기 힘들고, 상술한 범위를 초과하여 포함되면 자체경시를 방지할 수 있으나, 과에칭 현상이 발생하여 프로파일이 우수하지 못하다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 물은 탈이온수를 의미하며 반도체 공정용을 사용하며, 바람직하게는 18㏁/㎝ 이상의 물을 사용한다. 조성물 총 중량에 대하여, 상기 물은 본 발명의 식각액 조성물의 총 중량이 100중량%가 되도록 잔량 포함된다.
본 발명의 식각액 조성물은 상기에 언급된 성분들 외에 식각조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제 및 부식 방지제로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물은 구리와 티타늄을 포함하는 금속막, 특히 Cu/Ti 구조의 이중막에 특히 효과적이다. 또한 IZO 또는 a-ITO의 식각에도 효과적이다.
이하에서, 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예 및 시험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예1 및 비교예1: 식각액 조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 성분 및 조성비에 따라 식각액 조성물이 180kg이 되도록 제조하였다.
| APS (중량%) |
ABF (중량%) |
HNO3 (중량%) |
ATZ (중량%) |
PTA (중량%) |
물 (중량%) |
|
| 실시예1 | 10 | 0.5 | 3 | 1 | 2 | 잔량 |
| 비교예1 | 10 | 0.5 | 3 | 1 | 0 | 잔량 |
APS: 과황산암모늄 ABF: 중불화암모늄
ATZ: 5-아미노 테트라졸 PTA: p-톨루엔 술폰산
시험예: 식각액 조성물의 특성 평가
글래스 위에 SiNx층이 증착되어 있고 SiNx층 위에 구리막이 적층되어 있으며, 구리막 상에 티타늄막이 적층되어 있다. 상기 티타늄막 상에는 일정한 형태의 모양으로 포토레지스트가 패터닝된 기판을 다이아몬드 칼을 이용하여 550×650㎜로 잘라 시편을 제조하였다.
<식각특성 평가방법>
분사식 식각 방식의 실험장비(제조사: SEMES사, 모델명: ETCHER(TFT)) 내에 실시예1 및 비교예1의 식각액 조성물을 넣고 온도를 25℃로 세팅하여 가온하였다. 그 후, 온도가 30±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 특성을 평가하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<보관특성 평가방법>
실시예1 및 비교예1의 식각액 조성물을 충분히 많은 양으로 제조하여 레퍼런스 식각(reference etch)을 진행하고 남은 약액을 25℃ 에서 보관하면서 계획된 날짜(여기서는 5일을 기준)가 경과한 후, 동일한 조건으로 다시 식각 테스트를 진행하여 레퍼런스 테스트 결과와 비교하여 실험을 진행하였다.
| 식각특성 | 보관특성 | |
| 실시예1 | ◎ | ◎ |
| 비교예1 | ◎ | X |
<식각특성>
◎: 매우 우수(CD Skew: ≤1㎛, 테이퍼각: 40°~ 60°),
○: 우수(CD Skew: ≤1.5㎛, 테이퍼각: 30°~ 60°)
△: 양호(CD Skew: ≤2㎛, 테이퍼각: 30°~ 60°)
×: 불량(금속막 소실 및 잔사 발생),
<보관특성>
◎: 매우 우수 (매수경시 진행시, 5일 경과 후 식각프로파일 우수)
×: 불량 (매수경시 진행시, 5일 경과 후 식각프로파일 양호 이하 수준)
표 2를 참조하면, 본 발명을 따른 실시예1의 조성물을 이용하면 식각특성 및 보관특성이 모두 우수한 것을 알 수 있다. 반면에, p-톨루엔 술폰산을 포함하지 않는 비교예1의 조성물의 경우 보관특성이 불량인 것을 알 수 있다.
Claims (5)
- 조성물 총 중량에 대하여,
과황산염 5~20중량%;
함불소화합물 0.01~2중량%;
무기산, 무기산염 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 1종 이상 1~10중량%;
고리형 아민화합물 0.3~5중량%;
p-톨루엔 술폰산(p-toluene sulfonic acid) 0.1~5중량%; 및
물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리와 티타늄을 포함하는 금속막용 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 과황산염은 과황산암모늄, 과황산소다 및 과황산칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 구리와 티타늄을 포함하는 금속막용 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 함불소화합물은 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨 및 중불화칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 구리와 티타늄을 포함하는 금속막용 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 무기산은 질산, 황산, 인산 및 과염소산으로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 무기산염은 질산의 염, 황산의 염, 인산의 염 및 과염소산의 염으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 구리와 티타늄을 포함하는 금속막용 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서,
상기 고리형 아민화합물은 5-아미노 테트라졸, 톨리트리아졸, 벤조트리아졸, 메틸벤조트리아졸로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 구리와 티타늄을 포함하는 금속막용 식각액 조성물.
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