KR20140060679A

KR20140060679A - 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법

Info

Publication number: KR20140060679A
Application number: KR1020120127269A
Authority: KR
Inventors: 최용석; 권오병; 김동기
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-05-21
Also published as: CN103806000A

Abstract

본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, A)과산화수소(H₂O₂), B)pH조절제 및 C)물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 식각액 조성물은 구리계 금속막으로 이루어진 단층 혹은 다층 금속층을 식각할 때, 일괄식각으로 패턴을 형성할 수 있으며, 식각된 구리계 금속막의 계면 변형이 없고, 직선성이 우수한 테이퍼 프로파일을 구현할 수 있다.

Description

액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF AN ARRAY SUBSTRATE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 구리계 금속막으로 이루어진 단층 혹은 다층 금속층을 일괄식각할 수 있으며, 식각된 구리계 금속막의 계면 변형이 없고, 직선성이 우수한 테이퍼 프로파일을 구현할 수 있으며, 잔사를 발생시키지 않으므로 전기적인 쇼트나 배선의 불량, 휘도의 감소 등의 문제로부터 자유로울 수 있는 식각액 조성물, 이를 이용한 배선 형성 방법 및 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 장치에서 기판 위에 금속 배선을 형성하는 과정은 통상적으로 스퍼터링 등에 의한 금속막 형성공정, 포토레지스트 도포, 노광 및 현상에 의한 선택적인 영역에서의 포토레지스트 형성공정, 및 식각공정에 의한 단계로 구성되고, 개별적인 단위 공정 전후의 세정 공정 등을 포함한다. 이러한 식각공정은 포토레지스트를 마스크로 하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미하며, 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식식각 또는 식각액 조성물을 이용하는 습식식각이 사용된다.

이러한 반도체 장치에서, 최근 금속배선의 저항이 주요한 관심사로 떠오르고 있다. 왜냐하면 저항이 RC 신호지연을 유발하는 주요한 인자이므로, 특히 TFT-LCD(thin film transistor-liquid crystal display)의 경우 패널크기 증가와 고해상도 실현이 기술개발에 관건이 되고 있기 때문이다. 따라서, TFT-LCD의 대형화에 필수적으로 요구되는 RC 신호지연의 감소를 실현하기 위해서는, 저저항의 물질개발이 필수적이다. 따라서, 종래에 주로 사용되었던 크롬(Cr, 비저항: 12.7×10^-8Ω·m), 몰리브덴(Mo, 비저항: 5×10^-8Ω·m), 알루미늄(Al, 비저항: 2.65×10^-8Ω·m) 및 이들의 합금은 대형 TFT LCD 에 사용되는 게이트 및 데이터 배선 등으로 이용하기 어려운 실정이다.

이와 같은 배경하에서, 새로운 저저항 금속막으로서 구리막 및 구리 몰리브덴막 등의 구리계 금속막 및 이의 식각액 조성물에 대한 관심이 높다. 하지만, 구리계 금속막에 대한 식각액 조성물의 경우 현재 여러 종류가 사용되고 있으나, 사용자가 요구하는 성능을 충족시키지 못하고 있는 실정이다.

예를 들어, 대한민국 공개특허 2010-0090535호는 과산화수소를 주산화제로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물을 제안하고 있다. 과산화수소를 사용한 구리막 식각액의 경우 습식식각 및 패턴 형성은 가능하지만, 구리막 식각액의 pH가 1.6 미만이면 금속층 식각시 부분적으로 약화된 금속 영역에서 식각이 가속화되어 부분적으로 배선이 끊기는 현상이 발생하는 문제점이 있다.

KR

2010-0090535

A

따라서, 본 발명은 구리계 금속층의 습식식각 시 부분적으로 식각이 가속화되어 배선이 끊기지 않도록 식각액의 pH를 조절할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치의 TFT(Thin film transistor)를 구성하는 게이트 전극과 게이트 배선 및 소스/드레인 전극과 데이터 배선의 일괄 식각이 가능한 구리계 금속막의 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하는 구리계 금속막의 식각방법 및 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 A)과산화수소(H₂O₂), B)pH조절제 및 C)물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물로서, 상기 조성물은 pH 가 1.6 ~ 3인 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물을 제공한다. 상기 조성물의 pH는 1.6 ~ 2.4인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명은 Ⅰ)기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계; Ⅱ)상기 구리계 금속막 상에 선택적으로 광반응 물질을 남기는 단계; 및 Ⅲ)본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 상기 구리계 금속막을 식각하는 단계를 포함하는 구리계 금속막의 식각방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 a)기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계; b)상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계; c)상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계; d)상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및 e)상기 드레인 전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서, 상기 a)단계는 기판 상에 구리계 금속막을 형성하고 상기 구리계 금속막을 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 d)단계는 반도체층 상에 구리계 금속막을 형성하고 상기 구리계 금속막을 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.　

또한, 본 발명은 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 식각된 게이트 배선 및 소스/드레인 전극 중 하나 이상을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.

본 발명의 식각액 조성물은 구리계 금속막으로 이루어진 단층 혹은 다층 금속층을 식각할 때, 일괄식각으로 패턴을 형성할 수 있으며, 식각된 구리계 금속막의 계면 변형이 없고, 직선성이 우수한 테이퍼 프로파일을 구현할 수 있으며, 잔사를 발생시키지 않으므로 전기적인 쇼트나 배선의 불량, 휘도의 감소 등의 문제로부터 자유롭다.

또한, 본 발명의 식각액 조성물은 액정표시장치용 어레이 기판을 제조시, 게이트 전극과 게이트 배선 및 소스/드레인과 데이터 배선을 일괄 식각할 수 있어, 식각공정을 단순화시키며 공정 수율을 극대화시킨다.

따라서, 본 발명의 식각액 조성물은 대화면, 고휘도의 회로가 구현되는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조시에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 실시예 1의 식각액 조성물로 식각한 구리계 금속막의 SEM 이미지이다.
도 2는 비교예 1의 식각액 조성물로 식각한 구리계 금속막의 SEM 이미지이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은

A)과산화수소(H₂O₂),

B)pH조절제 및

C)물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물로서,

상기 조성물은 pH 가 1.6 ~ 3인 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물에 관한 것이다.

상기 조성물의 pH는 1.6 ~ 2.4인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명에서 구리계 금속막은 막의 구성성분 중에 구리가 포함되는 것으로서, 단일막 및 이중막 등의 다층막을 포함하는 개념이다. 예컨대, 구리 또는 구리 합금의 단일막, 다층막으로서 구리 몰리브덴막, 구리 몰리브덴 합금막 등이 포함된다. 상기 구리 몰리브덴막은 몰리브덴층과 상기 몰리브덴층 상에 형성된 구리층을 포함하는 것을 의미하며, 상기 구리 몰리브덴 합금막은 몰리브덴 합금층과 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리층을 포함하는 것을 의미한다. 또한, 상기 몰리브덴 합금층은 예컨대, 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 네오디늄(Nd), 및 인듐(In)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상과 몰리브덴의 합금을 의미한다.

본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 A)과산화수소(H₂O₂)는 구리계금속막을 식각하는 주성분이다. 상기 A)과산화수소(H₂O₂)는 조성물의 pH가 1.6 내지 3이 되도록 포함된다. 바람직하게는 1.6 내지 2.4가 되도록 포함된다. 상기 A)과산화수소의 함량이 조성물의 pH가 1.6 미만이 되도록 포함되면, 약화된 구리계 금속막의 식각이 가속화되어 부분적으로 구리 배선이 끊기는 현상이 발생되고, 조성물의 pH가 3.0를 초과하도록 포함되면, 식각이 안되거나 식각속도가 아주 느려지게 되어 공정 컨트롤이 어렵다.

본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 B)pH 조절제는 pH를 낮추는 유기산 및 무기산, pH를 높일 수 있는 염기 및 중성염 등을 의미한다. 상기 B)pH 조절제에 있어서, pH를 낮추는 화합물의 함량은, pH가 1.6 이상이 되도록 포함되어야 하고, 염기성 물질, 혹은 중성염 물질에 비해 많이 포함되어 식각액 조성물의 pH가 1.6 미만으로 이루어지도록 포함되면, 구리계 금속의 식각이 가속화되어 부분적으로 구리 배선이 끊기는 현상이 발생 한다. 또한, 상기 B)pH 조절제에 있어서, pH를 높이는 화합물의 함량은, pH가 3.0 이하가 되도록, 바람직하게는 2.4이하가 되도록 포함되어야 하고, 무기산, 혹은 유기산 물질에 비해 많이 포함되어 식각액 조성물의 pH 가 3.0을 초과하도록 포함되면, 식각이 안되거나 식각속도가 아주 느려지게 되어 공정 컨트롤이 어려워지게 된다.

상기 B)pH 조절제의 예로는 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스포닉산(HEDP), 글리콜산, 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 옥살산(oxalic acid), 펜탄산(pentanoic acid) 등의 유기산; 포스폰산류 등의 무기산; 인산이수소나트륨(sodium dihydrogen phosphate), 인산이수소칼륨(potassium dihydrogen phosphate) 등의 인산염, 불화물 등의 염; 아미노테트라졸(aminotetrazole), 벤조트리아졸(benzotriazole), 톨리트리아졸(tolyltriazole), 피라졸(pyrazole), 피롤(pyrrole), 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-프로필이미다졸, 2-아미노이미다졸, 4-메틸이미다졸, 4-에틸이미다졸, 4-프로필이미다졸이미다졸(imidazole) 등의 아졸계 화합물; 인돌(indole), 퓨린(purine), 피라졸(pyrazole), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 피롤(pyrrole), 피롤리딘(pyrrolidine), 피롤린(pyrroline) 및 그 외 수용성 시클릭 아민 화합물(cyclic amine compound) 등을 단독으로 또는 2종이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 C)물은 특별히 한정되는 것은 아니나, 탈이온수가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 물의 비저항 값(즉, 물속에 이온이 제거된 정도)이 18㏁·㎝이상인 탈이온수를 사용하는 것이 좋다. 상기 C)물은 본 발명의 식각액 조성물의 총 중량이 100중량%가 되도록 잔량 포함된다.

또한, 전술한 성분 이외에 통상의 첨가제를 더 첨가할 수 있으며, 첨가제로는 금속 이온 봉쇄제, 및 부식 방지제 등을 들 수 있다.

본 발명의 A)과산화수소(H₂O₂), B)pH 조절제 및 C)물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물은 통상적으로 공지된 방법에 의해서 제조가 가능하며, 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 식각액 조성물은 구리계 금속으로 이루어진 액정표시장치의 게이트 전극과 게이트 배선 및 소스/드레인 전극과 데이터 배선을 일괄 식각할 수 있다.

또한, 본 발명은,

Ⅰ)기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계;

Ⅱ)상기 구리계 금속막 상에 선택적으로 광반응 물질을 남기는 단계; 및

Ⅲ)본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 상기 구리계 금속막을 식각하는 단계를 포함하는 구리계 금속막의 식각방법에 관한 것이다.

본 발명의 식각방법에서, 상기 광반응 물질은 통상적인 포토레지스트 물질인 것이 바람직하며, 통상적인 노광 및 현상 공정에 의해 선택적으로 남겨질 수 있다.

또한, 본 발명은,

a)기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;

b)상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;

c)상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;

d)상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및

e)상기 드레인 전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,

상기 a)단계는 기판 상에 구리계 금속막을 형성하고 상기 구리계 금속막을 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함하며,

상기 d)단계는 반도체층 상에 구리계 금속막을 형성하고 상기 구리계 금속막을 본 발명의 식각액 조성물로 식각하여 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.

상기 액정표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판일 수 있다.

상기 구리계 금속막을 본 발명의 식각액 조성물로 식각하는 단계는 당업계 주지의 방법에 따라 행해질 수 있으며, 침지, 흘리기 등을 예시할 수 있다. 식각 공정시의 온도는 일반적으로 20~50℃, 바람직하게는 30~45℃ 이며, 적정 공정 온도는 다른 공정 조건 및 요인에 의해 필요에 따라 정해진다.

상기 구리계 금속막을 상기 식각액 조성물로 식각하는 시간은, 온도 및 박막의 두께 등에 따라 변할 수 있으나 일반적으로 수초 내지 수십분이다.

또한, 본 발명은, 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 식각된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판을 제공한다.

이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

<실시예>

식각액 조성물의 제조

하기 표 1에 나타낸 조성에 따라 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 2의 식각액 조성물을 제조하였다.

단위: 중량%	H₂O₂	ATZ	HEDP	인산염	글리콜산	탈이온수	pH
실시예1	18	0.6	1.0	3.0	-	잔량	2.10
실시예2	19	0.6	5.0	1.0	-	잔량	1.65
비교예1	19	0.5	5.0	0.1	-	잔량	1.50
비교예2	21	0.5	5.0	1.0	1.0	잔량	1.17

*ATZ: 아미노테트라졸

*HEDP: 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스포닉산

시험예 및 비교시험예 : 식각액 조성물의 특성평가

유리기판(100mm×100mm)상에 Cu막을 증착시킨 뒤 포토리소그래피(photolithography) 공정을 통하여 기판 상에 소정의 패턴을 가진 포토레지스트가 형성되도록 한 후, 상기 실시예 1 내지 2, 및 비교예 1 내지 2의 조성물을 각각 사용하여 Cu막에 대하여 식각 공정을 실시하였다. 분사식 식각 방식의 실험장비(모델명 : ETCHER(TFT), SEMES사)를 이용하였고, 식각공정시 식각액 조성물의 온도는 약 30℃ 내외로 하였다. 식각 시간은 30 내지 180초 정도로 진행하였다. 상기 식각공정에서 식각된 구리계 금속막의 프로파일 및 배선 끊김 현상을 단면 SEM(Hitachi사 제품, 모델명 S-4700)을 사용하여 검사하였고, 결과를 하기 표2에 기재하였다.

시험예	식각액	식각 특성	배선 끊김 현상
시험예	식각액	Cu막	Cu막
시험예1	실시예1	O	무
시험예2	실시예2	O	무
비교시험예1	비교예1	O	유
비교시험예2	비교예2	O	유

주) O : 식각시 직진성이 좋고 우수한 테이퍼 프로파일을 형성

X : 식각시 직진성 및 테이퍼 프로파일이 불량함

상기 표 2, 도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예 1 내지 2의 식각액은 모두 양호한 식각 특성을 나타내었으나, pH가 1.6 미만인 비교예 1 내지 2는 배선 끊김 현상을 나타내었다.

Claims

a)기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;
b)상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
c)상기 게이트 절연층 상에 반도체층을 형성하는 단계;
d)상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
e)상기 드레인 전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
상기 a)단계는 기판 상에 구리계 금속막을 형성하고 상기 구리계 금속막을 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 d)단계는 반도체층 상에 구리계 금속막을 형성하고 상기 구리계 금속막을 식각액 조성물로 식각하여 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여, A)과산화수소(H₂O₂), B)pH조절제 및 C)물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물로서, 상기 조성물은 pH 가 1.6 ~ 3인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 액정표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 조성물은 pH가 1.6 ~ 2.4인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
A)과산화수소(H₂O₂),
B)pH조절제 및
C)물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물로서,
상기 조성물은 pH 가 1.6 ~ 3인 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물.
청구항 4에 있어서,
상기 조성물은 pH가 1.6 ~ 2.4인 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물.
청구항 4에 있어서, 상기 B)pH 조절제는 유기산, 무기산, 염, 아졸계 화합물 또는 수용성 시클릭 아민 화합물인 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물.
청구항 4에 있어서, 상기 B)pH 조절제는 1-히드록시에틸리덴-1,1-디포스포닉산(HEDP), 글리콜산, 포스폰산류, 인산염, 아미노테트라졸 또는 불화물인 것을 특징으로 하는 구리계 금속막 식각액 조성물.
청구항 4에 있어서, 상기 식각액 조성물은 금속이온 봉쇄제 또는 부식방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
Ⅰ)기판 상에 구리계 금속막을 형성하는 단계;
Ⅱ)상기 구리계 금속막 상에 선택적으로 광반응 물질을 남기는 단계; 및
Ⅲ)식각액 조성물을 사용하여 상기 구리계 금속막을 식각하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은 A)과산화수소(H₂O₂), B)pH조절제 및 C)물을 포함하는 구리계 금속막 식각액 조성물로서, 상기 조성물은 pH 가 1.6 ~ 3인 것을 특징으로 하는 구리계 금속막의 식각방법.
청구항 9에 있어서,
상기 조성물은 pH가 1.6 ~ 2.4인 것을 특징으로 하는 구리계 금속막의 식각방법.
청구항 4의 식각액 조성물을 사용하여 식각된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판.