KR20120066950A - 식각액, 이를 이용한 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 식각액은 과황산염 5 내지 20 중량%, 무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%, 고리형 아민화합물 0.3 내지 5중량%, 유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10중량%, p-톨루엔 술폰산 0.1 내지 5중량%, 그리고 물을 포함한다.

Description

식각액, 이를 이용한 표시 장치 및 그 제조 방법{ECHTANT, DISPLAY DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 식각액, 이를 이용한 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 박막 트랜지스터 표시판(Thin Firm Transistor, TFT)은 액정 표시 장치나 유기 EL(Electro Luminescence) 표시 장치 등에서 각 화소를 독립적으로 구동하기 위한 회로 기판으로써 사용된다. 박막 트랜지스터 표시판은 주사 신호를 전달하는 주사 신호 배선 또는 게이트 배선과, 화상 신호를 전달하는 화상 신호선 또는 데이터 배선이 형성되어 있고, 게이트 배선 및 데이터 배선과 연결되어 있는 박막 트랜지스터, 박막 트랜지스터와 연결되어 있는 화소 전극 등으로 이루어져 있다.
이러한 박막 트랜지스터 표시판의 제조 시에 기판 위에 게이트 배선 및 데이터 배선용 금속층을 적층시키고, 이들 금속층을 식각하는 과정이 그 뒤를 따르게 된다.
게이트 배선 및 데이터 배선은 전기 전도도가 좋고, 저항이 낮은 구리를 사용한다. 한편, 표시 장치가 대형화됨에 따라 구리 배선의 두께가 두꺼워지는데, 이러한 두꺼운 구리 배선을 식각할 시에 프로파일이 우수하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하려는 두꺼운 구리 배선의 식각 시 식각 특성이 우수한 식각액을 제공하는 것이다.
또한, 이러한 식각액을 이용한 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 식각액은 과황산염 5 내지 20 중량%, 무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%, 고리형 아민화합물 0.3 내지 5 중량%, 유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%, p-톨루엔 술폰산 0.1 내지 5 중량%, 그리고 물을 포함한다.
과황산염은 과황산암모늄, 과황산소다 및 과황산칼륨 중에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있다.
무기산은 질산, 황산, 인산 및 과염소산 중에서 선택되는 화합물을 포함하고, 무기산염은 질산염, 황산염, 인산염 및 과염소산염 중에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있다.
고리형 아민화합물은 5-아미노테트라졸, 톨리트리아졸, 벤조트리아졸 및 메틸트리아졸 중에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있다.
유기산은 초산, 글리콜산, 구연산 및 옥살산 중에서 선택되는 화합물을 포함하고, 유기산염은 초산, 글리콜산, 구연산 및 옥살산 중에서 선택되는 화합물의 칼륨염, 나트륨염 및 암모늄염 중에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있다.
함불소화합물 0.01 내지 2 중량% 를 더 포함할 수 있다.
함불소화합물은 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨 및 중불화칼륨 중에서 선택되는 화합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법은 절연 기판 위에 하부 게이트 금속층 및 상부 게이트 금속층을 포함하는 게이트 금속층을 형성하는 단계, 구리-티타늄 식각액을 사용하여 게이트 금속층을 식각하여 게이트 전극을 포함하는 게이트선을 형성하는 단계, 게이트선 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계, 게이트 절연막 위에 제1 비정질 규소층, 제2 비정질 규소층, 하부 데이터 금속층 및 상부 데이터 금속층을 순차적으로 형성하는 단계, 제1 비정질 규소층, 제2 비정질 규소층, 하부 데이터 금속층 및 상부 데이터 금속층을 식각하여 반도체, 저항성 접촉층, 소스 전극을 포함하는 데이터선 및 드레인 전극을 형성하는 단계, 데이터선, 드레인 전극 및 게이트 절연막 위에 보호막을 형성하는 단계, 그리고 보호막 위에 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하고, 구리-티타늄 식각액은 과황산염 5 내지 20 중량%, 무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%, 고리형 아민화합물 0.3 내지 5 중량%, 유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%, p-톨루엔 술폰산 0.1 내지 5 중량%, 함불소화합물 0.01 내지 2 중량%, 그리고 물을 포함한다.
하부 게이트 금속층 및 하부 데이터 금속층은 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속으로 형성하고, 상부 게이트 금속층 및 상부 데이터 금속층은 구리 또는 구리를 포함하는 금속으로 형성할 수 있다.
상부 데이터 금속층 및 하부 데이터 금속층은 구리-티타늄 식각액을 사용하여 한번에 식각할 수 있다.
상부 데이터 금속층은 구리 식각액을 사용하여 식각할 수 있다.
구리 식각액은 과황산염 5 내지 20 중량%, 무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%, 고리형 아민화합물 0.3 내지 5 중량%, 유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%, p-톨루엔 술폰산 0.1 내지 5 중량%, 그리고 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 절연 기판, 절연 기판 위에 위치하는 게이트선, 게이트선 위에 위치하는 게이트 절연막, 게이트선 위에 위치하는 반도체, 반도체 위에 위치하며, 소스 전극을 포함하는 데이터선, 반도체 위에 위치하며, 소스 전극과 마주하는 드레인 전극, 그리고 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 포함하고, 게이트선, 데이터선 및 드레인 전극은 각각 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속으로 이루어진 하부막 및 구리 또는 구리를 포함하는 금속으로 이루어진 상부막을 포함하고, 상부막의 두께는 10000 내지 50000 Å 이고, 상부막의 측면은 절연 기판에 대해 40 내지 60도만큼 경사져 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 구리-티타늄 식각액 또는 구리 식각액을 사용하여 두꺼운 구리막의 식각 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법 중 일부를 도시한 단면도이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 식각액에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 식각액은 티타늄(Ti) 또는 티타늄을 포함하는 금속막 및 티타늄(Ti) 또는 티타늄을 포함하는 금속막 위에 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 금속막이 형성되어 있는 이중막으로 이루어진 금속 배선을 식각하기 위한 것으로, 이중막을 한번에 식각할 수 있는 구리-티타늄 식각액과 구리(Cu) 또는 구리를 포함하는 금속만을 선택적으로 식각하는 구리-식각액을 포함한다.
- 구리-티타늄 식각액 -
우선, 구리-티타늄 식각액에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 구리-티타늄 식각액은 과황산염, 함불소화합물, 무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물, 고리형 아민화합물, 유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물, p-톨루엔 술폰산 및 물을 포함한다.
과황산염은 구리 또는 구리를 포함하는 금속막을 식각하는 주산화제로서, 구리-티타늄 식각액의 총 함량에 대하여 5 내지 20 중량%로 포함되고, 7 내지 18 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 과황산염이 구리-티타늄 식각액에 포함됨으로써, 구리 또는 구리를 포함하는 금속막이 적정량으로 식각되고, 식각 프로파일도 우수해진다.
과황산염은 과황산암모늄(APS), 과황산소다(SPS) 및 과황산칼륨(PPS) 중에서 선택될 수 있다.
함불소화합물은 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막을 식각하는 주성분으로서, 구리-티타늄 식각액의 총 함량에 대하여 0.01 내지 2 중량%로 포함되고, 0.05 내지 1 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 함불소화합물이 구리-티타늄 식각액에 포함됨으로써, 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막이 적정량으로 식각되고, 식각 프로파일도 우수해진다.
함불소화합물의 함유량이 0.01 중량% 미만일 경우, 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막의 식각속도가 저하되어 잔사가 발생할 수 있고, 함불소화합물의 함유량이 2 중량%를 초과하면 유리 등의 기판과 실리콘을 포함하는 절연막에 손상을 입힐 수 있다.
함불소화합물은 불소 이온 또는 다원자 불소이온으로 해리될 수 있는 화합물을 의미하며, 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨 및 중불화칼륨 중에서 선택될 수 있다.
무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물은 구리 또는 구리를 포함하는 금속막을 산화 및 식각하고, 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막을 산화시킨다.
무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물은 구리-티타늄 식각액의 총 함량에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함되고, 2 내지 7 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물이 구리-티타늄 식각액에 포함됨으로써, 구리 또는 구리를 포함하는 금속막과 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막이 적정량으로 식각되고, 식각 프로파일도 우수해진다.
무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물의 함유량이 1 중량% 미만일 경우, 식각속도가 저하되어 식각 프로파일에 불량이 발생할 수 있으며, 잔사가 발생할 수 있고, 무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물의 함유량이 10 중량% 이상일 경우, 과식각이 발생할 수 있고, 포토레지스트에 크랙이 발생하여, 크랙으로 식각액이 침투되어 배선이 단락될 수 있다.
무기산은 질산, 황산, 인산 및 과염소산 중에서 선택될 수 있고, 무기산염은 질산염, 황산염, 인산염 및 과염소산염 중에서 선택될 수 있다.
고리형 아민 화합물은 구리 또는 구리를 포함하는 금속막을 식각 시, 프로파일을 형성한다. 고리형 아민 화합물은 구리-티타늄 식각액의 총 함량에 대하여 0.3 내지 5 중량%로 포함되고, 0.5 내지 3 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 고리형 아민 화합물이 구리-티타늄 식각액에 포함됨으로써, 적당한 구리 식각율과 테이퍼 앵글을 형성하고, 측면 식각량을 조절하는 효과가 있다.
고리형 아민 화합물은 5-아미노테트라졸, 톨리트리아졸, 벤조트리아졸 및 메틸트리아졸 중에서 선택될 수 있다.
유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물은 구리 또는 구리를 포함하는 금속막의 테이퍼각을 조절하고, 구리 또는 구리를 포함하는 금속막의 식각 속도를 조절하여 원하는 측면 식각을 얻기 위하여 일정한 식각 프로파일을 유지할 수 있게 한다.
유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물은 구리-티타늄 식각액의 총 함량에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함되고, 2 내지 7 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물의 함유량이 1 중량% 미만일 경우, 일정한 식각 프로파일의 유지가 힘들어지고, 유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물의 함유량이 10 중량% 이상일 경우, 과식각이 발생하여 측면 식각이 커지는 현상이 발생할 수 있다.
유기산은 초산, 글리콜산, 구연산 및 옥살산 중에서 선택될 수 있고, 유기산염은 초산, 글리콜산, 구연산 및 옥살산 중에서 선택된 화합물의 칼륨염, 나트륨염 및 암모늄염 중에서 선택될 수 있다.
p-톨루엔 술폰산(p-toluene sulfonic acid)은 구리-티타늄 식각액의 제조 후, 자체 경시에 의해 조성이 변하여 식각 특성이 달라지는 것을 방지하고, 구리-티타늄 식각액을 장기간 동안 보관할 수 있게 한다.
p-톨루엔 술폰산은 구리-티타늄 식각액의 총 함량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함되고, 0.5 내지 3 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
p-톨루엔 술폰산의 함유량이 0.1 중량% 미만일 경우, 자체 경시에 따른 식각액의 변화를 막기 힘들고, p-톨루엔 술폰산의 함유량이 3 중량 % 이상일 경우, 자체 경시를 방지할 수 있으나, 과식각 현상이 발생하여 프로파일이 우수하지 못하게 된다.
물은 탈이온수를 의미하며 반도체 공정용을 사용하며, 바람직하게는 18㏁/㎝ 이상의 물을 사용한다. 구리-티타늄 식각액의 총 함량에 대하여 물은 구리-티타늄 식각액 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량 포함된다.
또한, 구리-티타늄 식각액에는 식각 조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제 및 부식 방지제 중에서 선택되는 적어도 하나의 성분을 더 포함할 수 있다.
이러한 구리-티타늄 식각액은 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막 및 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막 위에 구리 또는 구리를 포함하는 금속막이 형성되어 있는 이중막으로 이루어진 금속 배선을 효과적으로 식각할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실험예를 통하여 본 발명의 구리-티타늄 식각액의 성능을 설명한다.
<실시예 1>
하기 표 1에서와 같이, 과황산암모늄 10 중량%, 중불화암모늄 0.5 중량%, 질산 3 중량%, 5-아미노 테트라졸 1 중량%, 초산암모늄 3 중량%, 초산 5 중량%, p-톨루엔 술폰산 2 중량% 및 물을 포함하는 구리-티타늄 식각액을 180kg 이 되도록 제조하였다.
<비교예 1>
하기 표 1에서와 같이, 과황산암모늄 10 중량%, 중불화암모늄 0.5 중량%, 질산 3 중량%, 5-아미노 테트라졸 1 중량% 및 물을 포함하는 구리-티타늄 식각액을 180kg 이 되도록 제조하였다.
APS
(중량%)		 ABF
(중량%)		 HNO3
(중량%)		 ATZ
(중량%)		 AA
(중량%)		 AcOH
(중량%)		 PTA
(중량%)		 물
(중량%)

실시예1
10
0.5
3
1
3
5
2
잔량

비교예1
10
0.5
3
1
0
0
0
잔량
APS: 과황산암모늄 ABF: 중불화암모늄
ATZ: 5-아미노 테트라졸 AA: 초산암모늄
AcOH: 초산 PTA: p-톨루엔 술폰산
<실험예 1 - 식각 특성 평가>
글래스 위에 SiNx층이 증착되어 있고 SiNx층 위에 티타늄막이 적층되어 있으며, 티타늄막 상에 구리막이 적층되어 있다. 구리막 상에는 일정한 형태의 모양으로 포토레지스트가 패터닝된 기판을 다이아몬드 칼을 이용하여 550ㅧ650㎜로 잘라 시편을 제조하였다.
분사식 식각 방식의 실험장비 내에 실시예 1 및 비교예 1의 구리-티타늄 식각액을 넣고 온도를 25℃로 가온하였다. 그 후, 온도가 30ㅁ0.1℃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, 포토 레지스트 박리기(stripper)를 이용하여 포토 레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경을 이용하여 식각 특성을 평가하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<실험예 2 - 보관 특성 평가>
실시예 1 및 비교예 1의 구리-티타늄 식각액을 충분히 많은 양으로 제조하여 레퍼런스 식각(reference etch)을 진행하고 남은 식각액을 25℃ 에서 보관하면서 계획된 날짜(여기서는 5일을 기준)가 경과한 후, 동일한 조건으로 다시 식각 테스트를 진행하여 레퍼런스 테스트 결과와 비교하여 실험 진행하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
<실험예 3 - 처리 매수 평가>
실시예 1 및 비교예 1의 구리-티타늄 식각액을 이용하여 레퍼런스 식각(reference etch)을 진행하고 구리 파우더를 4,000ppm씩 첨가하여 완전히 녹였다. 다음 다시 식각 테스트를 진행하여 레퍼런스 대비 측면 식각의 변화량이 0.2㎛초과하여 차이가 발생할 경우 불량으로 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.
식각특성 보관특성 처리매수
실시예 1 CD Skew: ≤1㎛,
테이퍼각: 40 내지 60도		 식각프로파일 우수 측면 식각 변화
0.2㎛ 이내
비교예 1 CD Skew: ≤1㎛,
테이퍼각: 40 내지 60도		 식각프로파일 양호 이하 수준 측면 식각 변화
0.2㎛ 초과
상기 표 2를 참고하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 구리-티타늄 식각액의 경우, 식각 특성이 CD Skew: ≤1㎛, 테이퍼각: 40 내지 60도로 매우 우수하게 나타냈고, 보관 특성 및 처리 매수 특성 또한 우수하게 나타났다.
반면에, 유기산염, p-톨루엔 술폰산을 포함하지 않는 비교예 1의 구리-티타늄 식각액의 경우, 식각 특성은 CD Skew: ≤1㎛, 테이퍼각: 40 내지 60도로 매우 우수하게 나타났지만, 보관 특성 및 처리 매수 특성은 불량으로 나타났다.
- 구리 식각액 -
이어서, 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막 및 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막 위에 구리 또는 구리를 포함하는 금속막이 형성되어 있는 이중막으로 이루어진 금속 배선에서 구리 또는 구리를 포함하는 금속만을 선택적으로 식각하는 구리 식각액에 대해서 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 구리 식각액은 과황산염, 무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물, 고리형 아민화합물, 유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물, p-톨루엔 술폰산 및 물을 포함한다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 구리 식각액은 구리-티타늄 식각액과 비교하였을 때, 함불소화합물이 포함되지 않는다. 함불소화합물이 본 발명의 실시예에 따른 구리 식각액에 포함될 경우, 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막에 손상이 발생한다.
과황산염은 구리 또는 구리를 포함하는 금속막을 식각하는 주산화제로서, 구리 식각액의 총 함량에 대하여 5 내지 20 중량%로 포함되고, 7 내지 18 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 과황산염이 구리 식각액에 포함됨으로써, 구리 또는 구리를 포함하는 금속막이 적정량으로 식각되고, 식각 프로파일도 우수해진다.
과황산염은 과황산암모늄(APS), 과황산소다(SPS) 및 과황산칼륨(PPS) 중에서 선택될 수 있다.
무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물은 구리 또는 구리를 포함하는 금속막을 산화 및 식각한다.
무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물은 구리 식각액의 총 함량에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함되고, 2 내지 7 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물이 구리 식각액에 포함됨으로써, 구리 또는 구리를 포함하는 금속막이 적정량으로 식각되고, 식각 프로파일도 우수해진다.
무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물의 함유량이 1 중량% 미만일 경우, 식각속도가 저하되어 식각 프로파일에 불량이 발생할 수 있으며, 잔사가 발생할 수 있고, 무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물의 함유량이 10 중량% 이상일 경우, 과식각이 발생할 수 있고, 포토레지스트에 크랙이 발생하여, 크랙으로 식각액이 침투되어 배선이 단락될 수 있다.
무기산은 질산, 황산, 인산 및 과염소산 중에서 선택될 수 있고, 무기산염은 질산염, 황산염, 인산염 및 과염소산염 중에서 선택될 수 있다.
고리형 아민 화합물은 구리 또는 구리를 포함하는 금속막을 식각 시, 프로파일을 형성한다. 고리형 아민 화합물은 구리 식각액의 총 함량에 대하여 0.3 내지 5 중량%로 포함되고, 0.5 내지 3 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 이러한 범위의 고리형 아민 화합물이 구리 식각액에 포함됨으로써, 적당한 구리 식각율과 테이퍼 앵글을 형성하고, 측면 식각량을 조절하는 효과가 있다.
고리형 아민 화합물은 5-아미노테트라졸, 톨리트리아졸, 벤조트리아졸 및 메틸트리아졸 중에서 선택될 수 있다.
유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물은 구리 또는 구리를 포함하는 금속막의 테이퍼각을 조절하고, 구리 또는 구리를 포함하는 금속막의 식각 속도를 조절하여 원하는 측면 식각을 얻기 위하여 일정한 식각 프로파일을 유지할 수 있게 한다.
유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물은 구리 식각액의 총 함량에 대하여 1 내지 10 중량%로 포함되고, 2 내지 7 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물의 함유량이 1 중량% 미만일 경우, 일정한 식각 프로파일의 유지가 힘들어지고, 유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물의 함유량이 10 중량% 이상일 경우, 과식각이 발생하여 측면 식각이 커지는 현상이 발생할 수 있다.
유기산은 초산, 글리콜산, 구연산 및 옥살산 중에서 선택될 수 있고, 유기산염은 초산, 글리콜산, 구연산 및 옥살산 중에서 선택된 화합물의 칼륨염, 나트륨염 및 암모늄염 중에서 선택될 수 있다.
p-톨루엔 술폰산(p-toluene sulfonic acid)은 구리 식각액의 제조 후, 자체 경시에 의해 조성이 변하여 식각 특성이 달라지는 것을 방지하고, 구리 식각액을 장기간 동안 보관할 수 있게 한다.
p-톨루엔 술폰산은 구리 식각액의 총 함량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함되고, 0.5 내지 3 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
p-톨루엔 술폰산의 함유량이 0.1 중량% 미만일 경우, 자체 경시에 따른 식각액의 변화를 막기 힘들고, p-톨루엔 술폰산의 함유량이 3 중량 % 이상일 경우, 자체 경시를 방지할 수 있으나, 과식각 현상이 발생하여 프로파일이 우수하지 못하게 된다.
물은 탈이온수를 의미하며 반도체 공정용을 사용하며, 바람직하게는 18㏁/㎝ 이상의 물을 사용한다. 구리 식각액의 총 함량에 대하여 물은 구리-티타늄 식각액 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량 포함된다.
또한, 구리 식각액에는 식각 조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제 및 부식 방지제 중에서 선택되는 적어도 하나의 성분을 더 포함할 수 있다.
이러한 구리 식각액은 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막 및 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막 위에 구리 또는 구리를 포함하는 금속막이 형성되어 있는 이중막으로 이루어진 금속 배선에서 구리 또는 구리를 포함하는 금속막만을 선택적으로 식각할 수 있다.
이하에서는 구체적인 실험예를 통하여 본 발명의 구리 식각액의 성능을 설명한다.
<실시예 2>
하기 표 3에서와 같이, 과황산암모늄 12 중량%, 질산 3 중량%, 5-아미노 테트라졸 0.5 중량%, 초산암모늄 2 중량%, 초산 5 중량%, p-톨루엔 술폰산 1 중량% 및 물을 포함하는 구리 식각액을 180kg 이 되도록 제조하였다.
<비교예 2>
하기 표 1에서와 같이, 과황산암모늄 10 중량%, 질산 3 중량%, 5-아미노 테트라졸 0.5 중량% 및 물을 포함하는 구리 식각액을 180kg 이 되도록 제조하였다.
<비교예 3>
하기 표 3에서와 같이, 과황산암모늄 12 중량%, 질산 3 중량%, 5-아미노 테트라졸 0.5 중량%, 초산암모늄 2 중량%, 초산 5 중량%, p-톨루엔 술폰산 1 중량%, 불화암모늄 0.05 중량% 및 물을 포함하는 구리 식각액을 180kg 이 되도록 제조하였다.
APS
(중량%)		 HNO3
(중량%)		 ATZ
(중량%)		 AA
(중량%)		 AcOH
(중량%)		 PTA
(중량%)		 AF
(중량%)		 물
(중량%)
실시예2 12 3 0.5 2 5 1 0 잔량
비교예2 12 3 0.5 0 0 0 0 잔량
비교예3 12 3 0.5 2 5 1 0.05 잔량
APS: 과황산암모늄 ATZ: 5-아미노 테트라졸
AA: 초산암모늄 AcOH: 초산
PTA: p-톨루엔 술폰산 AF: 불화암모늄
<실험예 4 - 식각 특성 평가>
글래스 위에 SiNx층이 증착되어 있고 SiNx층 위에 티타늄막이 적층되어 있으며, 티타늄막 상에 구리막이 적층되어 있다. 구리막 상에는 일정한 형태의 모양으로 포토레지스트가 패터닝된 기판을 다이아몬드 칼을 이용하여 550ㅧ650㎜로 잘라 시편을 제조하였다.
분사식 식각 방식의 실험장비 내에 실시예 2, 비교예 2 및 비교에 3의 구리 식각액을 넣고 온도를 25℃로 가온하였다. 그 후, 온도가 30ㅁ0.1℃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, 포토 레지스트 박리기를 이용하여 포토 레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경을 이용하여 식각 특성을 평가하여, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
<실험예 5 - 보관 특성 평가>
실시예 2 및 비교예 2의 구리 식각액을 충분히 많은 양으로 제조하여 레퍼런스 식각을 진행하고 남은 식각액을 25℃ 에서 보관하면서 계획된 날짜(여기서는 5일을 기준)가 경과한 후, 동일한 조건으로 다시 식각 테스트를 진행하여 레퍼런스 테스트 결과와 비교하여 실험 진행하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.
<실험예 6 - 처리 매수 평가>
실시예 2 및 비교예 2의 구리 식각액을 이용하여 레퍼런스 식각을 진행하고 구리 파우더를 4,000ppm씩 첨가하여 완전히 녹였다. 그 다음 다시 식각 테스트를 진행하여 레퍼런스 대비 측면 식각의 변화량이 0.2㎛ 초과하여 차이가 발생할 경우 불량으로 평가하였다. 그 결과를 표 4에 나타내었다.
식각특성 보관특성 처리매수
실시예2 CD Skew: ≤1㎛,
테이퍼각: 40 내지 60도		 식각프로파일 우수 측면 식각 변화
0.2㎛ 이내
비교예2 CD Skew: ≤1㎛,
테이퍼각: 40 내지 60도		 식각프로파일
양호 이하 수준		 측면 식각 변화
0.2㎛ 초과
비교예3 하부막(Ti) 손상 - -
상기 표 4를 참고하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 구리 식각액의 경우, 식각 특성이 CD Skew: ≤1㎛, 테이퍼각: 40 내지 60도로 매우 우수하게 나타냈고, 보관 특성 및 처리 매수 특성 또한 우수하게 나타났다.
반면에, 유기산염, p-톨루엔 술폰산을 포함하지 않는 비교예 2의 구리 식각액의 경우, 식각 특성은 CD Skew: ≤1㎛, 테이퍼각: 40 내지 60도로 매우 우수하게 나타났지만, 보관 특성 및 처리 매수 특성은 불량으로 나타났다.
또한, 실시예 2의 구리 식각액에 불화암모늄을 추가한 비교예 3의 구리 식각액의 경우, 티타늄막에 손상이 발생하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 구리-티타늄 식각액 및 구리 식각액은 액정 표시 장치와 같은 평판 디스플레이의 제조뿐만 아니라, 메모리 반도체 표시판 등의 제조에도 사용될 수 있다. 또한, 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막 및 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속막 위에 구리 또는 구리를 포함하는 금속막이 형성되어 있는 이중막으로 이루어진 금속 배선을 포함하는 다른 전자 장치의 제조에도 사용될 수 있다.
- 표시 장치 -
그러면, 이하에서는 상술한 본 발명의 실시예에 따른 구리-티타늄 식각액 및 구리 식각액을 사용하여 표시 장치를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 배치도이고, 도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판은 유리 또는 플라스틱 따위의 절연 물질로 만들어진 기판(110) 위에 게이트 전극(124)을 포함하는 복수의 게이트선(121), 그 위에는 게이트 절연막(140), 복수의 반도체층(154), 복수의 저항성 접촉 부재(163, 165), 복수의 데이터선(171) 및 복수의 드레인 전극(175)이 차례로 형성되어 있다.
게이트선(121)은 게이트 신호를 전달하며 주로 가로 방향으로 뻗어 있고, 게이트 전극(124)은 게이트선(121) 위로 돌출되어 있다.
게이트선(121)은 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속으로 이루어진 하부막(124p)과 구리 또는 구리를 포함하는 금속으로 이루어진 상부막(124r)으로 이루어져 있다. 여기서, 상부막(124r)의 두께는 10000 내지 50000 Å이고, 상부막(124r)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며, 그 경사각은 40 내지 60도 인 것이 바람직하다.
데이터선(171)은 데이터 신호를 전달하며 주로 세로 방향으로 뻗어 게이트선(121)과 교차한다. 각 데이터선(171)은 게이트 전극(124)을 향하여 뻗은 복수의 소스 전극(173)을 포함한다. 드레인 전극(175)은 데이터선(171)과 분리되어 있으며 게이트 전극(124)을 중심으로 소스 전극(173)과 마주한다.
데이터선(171), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속으로 이루어진 하부막(171p, 173p, 175p)과 구리 또는 구리를 포함하는 금속으로 이루어진 상부막(171r, 173r, 175r)으로 이루어져 있다. 여기서, 상부막(171r, 173r, 175r)의 두께는 10000 내지 50000 Å이고, 상부막(124r)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며, 그 경사각은 40 내지 60도 인 것이 바람직하다.
반도체층(154)는 게이트 전극(124) 위에 위치하며 그 위의 저항성 접촉 부재(163, 165)는 반도체층(154)와 데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 사이에만 배치되어 이 둘 사이의 접촉 저항을 낮추어 준다.
하나의 게이트 전극(124), 하나의 소스 전극(173) 및 하나의 드레인 전극(175)은 반도체층(154)와 함께 하나의 박막 트랜지스터를 이루며, 박막 트랜지스터의 채널(channel)은 소스 전극(173)과 드레인 전극(175) 사이의 반도체층(154)에 형성된다.
데이터선(171) 및 드레인 전극(175) 위에는 질화 규소 및 산화 규소 따위로 만들어진 보호막(180)이 형성되어 있다.
보호막(180)에는 드레인 전극(175)을 드러내는 접촉구(185)가 형성되어 있고, 보호막(180) 위에는 화소 전극(191)이 형성되어 있으며, 접촉구(185)를 통하여 드레인 전극(175)과 연결되어 있다.
그러면 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법에 대하여 도 3 내지 9를 도 2와 함께 참고하여 설명한다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치용 박막 트랜지스터 표시판의 제조 방법을 차례로 도시한 단면도이다.
먼저 도 3에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(110) 위에 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속으로 이루어진 하부 게이트 금속층(120p)과 구리 또는 구리를 포함하는 금속으로 이루어진 상부 게이트 금속층(120r)을 포함하는 게이트 금속층(120)을 형성한다.
이어서, 도 4에 도시한 바와 같이, 전술한 실시예에 따른 구리-티타늄 식각액을 사용하여 게이트 금속층(120)을 식각하여 게이트 전극(124)을 형성하고, 게이트 전극(124)을 포함한 절연 기판(110)의 전면에 게이트 절연막(140)을 형성한다.
게이트 전극(124)은 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속으로 이루어진 하부막(124p)과 구리 또는 구리를 포함하는 금속으로 이루어진 상부막(124r)을 포함한다. 여기서, 상부막(124r)의 두께는 10000 내지 50000 Å이고, 상부막(124r)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며, 그 경사각은 40 내지 60도 인 것이 바람직하다.
이어서, 도 5에 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(140) 위에 비정질 규소층(150), 불순물이 도핑된 비정질 규소층(160) 및 데이터 금속층(170)을 차례로 적층한다. 여기서, 데이터 금속층(170)은 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속으로 이루어진 하부 데이터 금속층(170p)과 구리 또는 구리를 포함하는 금속으로 이루어진 상부 데이터 금속층(170r)을 포함한다.
이어서, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 전술한 실시예에 따른 구리-티타늄 식각액을 사용하여 데이터 금속층(170)을 식각하고, 비정질 규소층(150) 및 불순물이 도핑된 비정질 규소층(160)을 식각하여 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171), 드레인 전극(175), 저항성 접촉층(163, 165) 및 반도체층(154)을 형성한다.
데이터선(171), 소스 전극(173) 및 드레인 전극(175)은 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속으로 이루어진 하부막(171p, 173p, 175p)과 구리 또는 구리를 포함하는 금속으로 이루어진 상부막(171r, 173r, 175r)을 포함한다. 여기서, 상부막(171r, 173r, 175r)의 두께는 10000 내지 50000 Å이고, 상부막(171r, 173r, 175r)의 측면은 기판(110) 면에 대하여 경사져 있으며, 그 경사각은 40 내지 60도 인 것이 바람직하다.
이어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 데이터선(171), 드레인 전극(175) 및 게이트 절연막(140)을 포함한 전면에 보호막(180)을 형성한 후, 도 2에 도시한 바와 같이, 드레인 전극(175)를 노출하는 접촉 구멍(185)를 형성하고, 보호막(180) 위에 화소 전극(191)을 형성한다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 상부 데이트 금속층(170r) 및 하부 데이트 금속층(170p)을 한번에 식각하지 않고, 상부 데이트 금속층(170r)을 먼저 식각한 후에, 하부 데이트 금속층(170p)을 식각할 수 있다. 이 때, 전술한 실시예에 따른 구리 식각액을 사용하여 하부 데이트 금속층(170p)의 손상 없이, 상부 데이트 금속층(170r)을 식각한다.
이어서, 도 7에 도시한 바와 같이, 소스 전극(173)을 포함하는 데이터선(171), 드레인 전극(175), 저항성 접촉층(163, 165) 및 반도체층(154)을 형성한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. 예컨대, 본 실시예는 액정 표시 장치를 다루고 있으나, 본 발명은 박막 트랜지스터를 포함하는 다른 여러 종류의 표시 장치에 적용될 수 있다.
110: 기판 121: 게이트선
154: 반도체층 171: 데이터선
173: 소스 전극 175: 드레인 전극

Claims (20)

  1. 과황산염 5 내지 20 중량%,
    무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%,
    고리형 아민화합물 0.3 내지 5 중량%,
    유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%,
    p-톨루엔 술폰산 0.1 내지 5 중량%, 그리고
    물을 포함하는 식각액.
  2. 제1항에서,
    상기 과황산염은 과황산암모늄, 과황산소다 및 과황산칼륨 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 식각액.
  3. 제2항에서,
    상기 무기산은 질산, 황산, 인산 및 과염소산 중에서 선택되는 화합물을 포함하고, 상기 무기산염은 질산염, 황산염, 인산염 및 과염소산염 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 식각액.
  4. 제3항에서,
    상기 고리형 아민화합물은 5-아미노테트라졸, 톨리트리아졸, 벤조트리아졸 및 메틸트리아졸 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 식각액.
  5. 제4항에서,
    상기 유기산은 초산, 글리콜산, 구연산 및 옥살산 중에서 선택되는 화합물을 포함하고, 상기 유기산염은 초산, 글리콜산, 구연산 및 옥살산 중에서 선택되는 화합물의 칼륨염, 나트륨염 및 암모늄염 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 식각액.
  6. 제5항에서,
    함불소화합물 0.01 내지 2 중량% 를 더 포함하는 식각액.
  7. 제6항에서,
    상기 함불소화합물은 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨 및 중불화칼륨 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 식각액.
  8. 제1항에서,
    함불소화합물 0.01 내지 2 중량% 를 더 포함하는 식각액.
  9. 제8항에서,
    상기 함불소화합물은 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨 및 중불화칼륨 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 식각액.
  10. 절연 기판 위에 하부 게이트 금속층 및 상부 게이트 금속층을 포함하는 게이트 금속층을 형성하는 단계,
    구리-티타늄 식각액을 사용하여 상기 게이트 금속층을 식각하여 게이트 전극을 포함하는 게이트선을 형성하는 단계,
    상기 게이트선 위에 게이트 절연막을 형성하는 단계,
    상기 게이트 절연막 위에 제1 비정질 규소층, 제2 비정질 규소층, 하부 데이터 금속층 및 상부 데이터 금속층을 순차적으로 형성하는 단계,
    상기 제1 비정질 규소층, 상기 제2 비정질 규소층, 상기 하부 데이터 금속층 및 상기 상부 데이터 금속층을 식각하여 반도체, 저항성 접촉층, 소스 전극을 포함하는 데이터선 및 드레인 전극을 형성하는 단계,
    상기 데이터선, 상기 드레인 전극 및 상기 게이트 절연막 위에 보호막을 형성하는 단계, 그리고
    상기 보호막 위에 상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 구리-티타늄 식각액은
    과황산염 5 내지 20 중량%,
    무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%,
    고리형 아민화합물 0.3 내지 5 중량%,
    유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%,
    p-톨루엔 술폰산 0.1 내지 5 중량%,
    함불소화합물 0.01 내지 2 중량%, 그리고
    물을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 하부 게이트 금속층 및 상기 하부 데이터 금속층은 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속으로 형성하고, 상기 상부 게이트 금속층 및 상기 상부 데이터 금속층은 구리 또는 구리를 포함하는 금속으로 형성하는 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에서,
    상기 과황산염은 과황산암모늄, 과황산소다 및 과황산칼륨 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 무기산은 질산, 황산, 인산 및 과염소산 중에서 선택되는 화합물을 포함하고, 상기 무기산염은 질산염, 황산염, 인산염 및 과염소산염 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 고리형 아민화합물은 5-아미노테트라졸, 톨리트리아졸, 벤조트리아졸 및 메틸트리아졸 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 유기산은 초산, 글리콜산, 구연산 및 옥살산 중에서 선택되는 화합물을 포함하고, 상기 유기산염은 초산, 글리콜산, 구연산 및 옥살산 중에서 선택되는 화합물의 칼륨염, 나트륨염 및 암모늄염 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 함불소화합물은 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨 및 중불화칼륨 중에서 선택되는 화합물을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에서,
    상기 상부 데이터 금속층 및 상기 하부 데이터 금속층은 상기 구리-티타늄 식각액을 사용하여 한번에 식각하는 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제11항에서,
    상기 상부 데이터 금속층은 구리 식각액을 사용하여 식각하는 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에서,
    상기 구리 식각액은
    과황산염 5 내지 20 중량%,
    무기산과 무기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%,
    고리형 아민화합물 0.3 내지 5 중량%,
    유기산과 유기산염 및 이들의 혼합물 중 적어도 하나의 화합물 1 내지 10 중량%,
    p-톨루엔 술폰산 0.1 내지 5 중량%, 그리고
    물을 포함하는 표시 장치의 제조 방법.
  20. 절연 기판;
    상기 절연 기판 위에 위치하는 게이트선,
    상기 게이트선 위에 위치하는 게이트 절연막,
    상기 게이트선 위에 위치하는 반도체,
    상기 반도체 위에 위치하며, 소스 전극을 포함하는 데이터선,
    상기 반도체 위에 위치하며, 상기 소스 전극과 마주하는 드레인 전극, 그리고
    상기 드레인 전극과 연결되는 화소 전극을 포함하고,
    상기 게이트선, 상기 데이터선 및 상기 드레인 전극은 각각 티타늄 또는 티타늄을 포함하는 금속으로 이루어진 하부막 및 구리 또는 구리를 포함하는 금속으로 이루어진 상부막을 포함하고,
    상기 상부막의 두께는 10000 내지 50000 Å 이고, 상기 상부막의 측면은 상기 절연 기판에 대해 40 내지 60도만큼 경사져 있는 표시 장치.
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