KR20140065616A - 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 a)기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; b)상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계; c)상기 게이트 절연층 상에 금속 산화물막(액티브층)을 형성하는 단계; 및 d)상기 금속 산화물막 상에 몰리브덴 금속막(소스/드레인 전극)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 d)단계는 상기 금속 산화물막 상에 몰리브덴 금속막을 형성하고, 상기 몰리브덴 금속막을 식각액 조성물로 식각하는 단계를 포함하며, 상기 식각액 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여, A)과산화수소(H2O2), B)pH조절 첨가제 및 C)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 TFT array 배선형성을 위한 몰리브덴 금속막/금속 산화물막의 이중막에서 하부 금속산화물 층에 어택(Attack)을 최소화하고, 상부 몰리브덴 금속막에 대해 직진성이 우수한 테이퍼 프로파일(Taper Profile)을 형성하며, 상부 몰리브덴 금속막만 선택적으로 식각하는 식각액 조성물, 이를 이용한 배선 형성 방법 및 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
TFT-LCD와 같은 반도체장치의 금속 배선 물질로 기판의 종류, 요구되는 특성에 따라 여러가지 금속 또는 이의 합금이 사용되는데, 예를 들면, Al, Al-Cu, Ti-W, Ti-N 등이 제안되어 있으며, TFT-LCD의 소스/드레인 배선용으로는 전기저항이 작은 Al 또는 이들의 합금이 많이 사용되었었다.
그러나, 최근에는 공정 단순화, 원가 절감 및 기판의 대형화에 따른 전기적 특성의 개선 등의 이유로, 기존의 Cr 단일막, Al 또는 Al 합금의 단일막 또는 다중막(예, Mp/Al-Nd 이중막 또는 Mp/Al-Nd/Mo 삼중막) 대신에, Mo로 이루어진 단일막의 적용이 시도되고 있다.
한편, 평판표시장치를 구동하기 위한 박막 트랜지스터의 반도체층은 주로 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 형성되는데, 비정질 실리콘은 성막 공정이 간단하고 생산 비용이 적게 드는 장점이 있지만 전기적 신뢰성이 확보되지 못하는 문제가 있고, 다결정 실리콘은 높은 공정 온도로 인하여 대면적 응용이 매우 곤란하며, 결정화 방식에 따른 균일도가 확보되지 못하는 문제점이 있다.
그런데, 산화물로 반도체층을 형성할 경우 낮은 온도에서 성막하여도 높은 이동도를 얻을 수 있으며 산소의 함량에 따라 저항의 변화가 커서 원하는 물성을 얻기가 매우 용이하기 때문에 최근 박막 트랜지스터로의 응용에 있어 큰 관심을 끌고 있다.
예를 들어 TFT array 배선형성에 Mo 금속막/금속산화물로 이루어진 이중막을 적용한 박막 트랜지스터 제조 방법이 시도되고 있는데, 따라서 하부 금속산화물층에 대한 어택이 없이 몰리브덴 금속막만 선택적으로 식각할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
이와 관련하여 대한민국 공개특허 2010-0082094호는 과황산나트륨, 과황산칼륨 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 과산화물, 산화제, 함불소 화합물, 첨가제 및 탈이온수를 포함하는 구리막, 구리합금막, 티타늄막, 티타늄합금막, 몰리브덴 금속막, 몰리브덴합금막 또는 이들이 적층된 다중막의 식각조성물을 개시하고 있고, 대한민국 공개특허 2007-0005275호는 인산, 질산, 무기 인산염계 화합물 또는 무기 질산염계 화합물, 및 잔량의 물(H2O)로 구성된 Mo, Al, Mo합금 또는 Al합금으로 이루어진 다층막 및 단일막을 습식 식각액 조성물을 개시하고 있다.
그러나 상기 식각액 조성물은 Mo 금속막/금속산화물로 이루어진 이중막을 적용한 박막 트랜지스터 제조 방법에 있어서, 몰리브덴 금속막 식각 시 하부 금속산화물층을 어택(attack)할 우려가 있다.
본 발명은 TFT array 배선형성을 위한 몰리브덴 금속막/금속 산화물막의 이중막에서 하부 금속 산화물 막에 대한 어택(Attack)을 최소화하고, 상부 몰리브덴 금속막에 대해 직진성이 우수한 테이퍼 프로파일(Taper Profile)을 형성하며, 상부 몰리브덴 금속막만 선택적으로 식각하는 식각액 조성물, 이를 이용한 배선 형성 방법 및 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
A)과산화수소(H2O2) 5.0 내지 25.0 중량%;
B)pH조절 첨가제 1.0 내지 5.0 중량%; 및
C)잔량의 물을 포함하며,
몰리브덴 금속막/금속 산화물막의 이중막에서 상부 몰리브덴 금속막을 식각하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
Ⅰ)기판 상에 금속 산화물막을 형성하는 단계;
Ⅱ)상기 금속 산화물막 상 위에 몰리브덴 금속막을 형성하는 단계;
III)상기 몰리브덴 금속막 상에 선택적으로 광반응 물질을 남기는 단계; 및
Ⅳ)식각액 조성물을 사용하여 상기 몰리브덴 금속막을 식각하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여, A)과산화수소(H2O2) 5.0 내지 25.0 중량%; B)pH조절 첨가제 1.0 내지 5.0 중량%; 및 C)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배선 형성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은,
a)기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
b)상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
c)상기 게이트 절연층 상에 금속 산화물막(액티브층)을 형성하는 단계; 및
d)상기 금속 산화물 반도체층 상에 몰리브덴 금속막(소스/드레인 전극)을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 d)단계는 상기 금속 산화물 반도체층 상에 몰리브덴 금속막을 형성하고, 상기 몰리브덴 금속막을 식각액 조성물로 식각하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여, A)과산화수소(H2O2) 5.0 내지 25.0 중량%; B)pH조절 첨가제 1.0 내지 5.0 중량%; 및 C)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 TFT array 배선형성을 위한 몰리브덴 금속막/금속 산화물막의 이중막에서 하부 금속 산화물막에 대한 어택(Attack)을 최소화하고, 상부 몰리브덴 금속막에 대해 직진성이 우수한 테이퍼 프로파일(Taper Profile)을 형성하며, 상부 몰리브덴만 선택적으로 식각할 수 있다.
도 1은 실시예 1의 식각액 조성물을 이용하여 식각된 몰리브덴 금속막 및 금속산화물막의 SEM 이미지이다.
도 2는 실시예 3 의 식각액 조성물을 이용하여 식각된 몰리브덴 금속막 및 금속산화물막의 SEM 이미지이다.
도 3은 실시예 4 의 식각액 조성물을 이용하여 식각된 몰리브덴 금속막 및 금속산화물막의 SEM 이미지이다.
도 4는 비교예 2의 식각액 조성물을 이용하여 식각된 몰리브덴 금속막 및 금속산화물막의 SEM 이미지이다.
도 2는 실시예 3 의 식각액 조성물을 이용하여 식각된 몰리브덴 금속막 및 금속산화물막의 SEM 이미지이다.
도 3은 실시예 4 의 식각액 조성물을 이용하여 식각된 몰리브덴 금속막 및 금속산화물막의 SEM 이미지이다.
도 4는 비교예 2의 식각액 조성물을 이용하여 식각된 몰리브덴 금속막 및 금속산화물막의 SEM 이미지이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은
A)과산화수소(H2O2) 5.0 내지 25.0 중량%;
B)pH조절 첨가제 1.0 내지 5.0 중량%; 및
C)잔량의 물을 포함하며,
몰리브덴 금속막/금속 산화물막의 이중막에서 상부 몰리브덴 금속막을 식각하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 ‘금속 산화물막’은 통상 AxByCzO(A, B, C = Zn, Cd, Ga, In, Sn, Hf, Zr, Ta; x, y, z≥0, 여기서 x, y, z 중 2개 이상은 0이 아니다)의 조합으로 이루어진 삼성분계 또는 사성분계 산화물을 함유하여 구성된 막으로서, 산화물 반도체층이라고 불리거나 또는 산화물 반도체층을 구성하는 막일 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 A)과산화수소(H2O2)는 상부 몰리브덴 금속막의 식각의 주산화제 역할을 한다. 상기 A)과산화수소(H2O2)는 조성물 총 중량에 대하여, 5.0 내지 25.0 중량%로 포함되고, 바람직하게는 8.0 내지 16.0중량%로 포함된다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 식각력이 부족하여 충분한 식각이 이루어지지 않을 수 있으며, 25.0 중량%를 초과하여 포함될 경우, 식각 속도가 전체적으로 빨라지기 때문에 공정 컨트롤이 어렵다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 B)pH조절 첨가제는 과산화수소 및 물에 해리되어 식각액의 pH를 높이는 화합물을 의미한다. 상기 B)pH조절 첨가제는 상부 몰리브덴 금속막의 식각 속도를 높이고, 식각하는 용액에서 필연적으로 발생하는 잔사를 제거하며, 하부 금속산화물층에 어택(Attack)을 최소화 하는 역할을 한다.
상기 B)pH조절 첨가제는 조성물 총 중량에 대하여 1.0 내지 5.0중량%로 포함된다. 상술한 범위 미만으로 포함되면, 상부 몰리브덴 금속막의 식각속도가 저하되어 부분적 언에치(Unetch) 현상이나 잔사가 발생할 수 있고, 하부 금속산화물의 어택(Attack)이 심해질 수 있다. 5.0중량%를 초과하여 포함될 경우, 상부 몰리브덴 금속막이 과다하게 식각되어 금속막이 기판으로부터 리프트-오프(Lift-Off) 될 수 있다.
상기 B)pH조절 첨가제는 과산화수소의 에칭작용을 활성화시키기 위한 pH조절제이며, 그 예로는 소듐 디히드로겐 시트레이트/디소듐 히드로겐 시트레이트, 디소듐 히드로겐 포스페이트/트리소듐 시트레이트, 또는 암모늄 아세테이트 등이 있다. 또한, 에칭 용액에 통상적으로 사용되는 첨가제로서, 특별히 한정됨이 없이 또 다른 첨가제를 포함할 수 있으며, 예를 들면 계면활성제, 금속이온 봉쇄제 등을 언급할 수 있다. 계면활성제는 에칭 용액의 점도를 저하시켜 에칭 균일성(unformity)을 향상시키기 위해 첨가되며, 에칭 용액에 견딜 수 있고 상용성이 있는 종류라면 임의의 음이온성, 양이온성, 양쪽이온성 또는 비이온성 계면활성제를, 바람직하게는 불소계 계면활성제를 사용한다.
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 발명에서 사용되는 A)과산화수소(H2O2), B)pH조절 첨가제, C)물은 통상적으로 공지된 방법에 의해서 제조가 가능하며, 본 발명의 식각액 조성물은 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은
Ⅰ)기판 상에 금속 산화물막을 형성하는 단계;
Ⅱ)상기 금속 산화물막 상 위에 몰리브덴 금속막을 형성하는 단계;
III)상기 몰리브덴 금속막 상에 선택적으로 광반응 물질을 남기는 단계; 및
Ⅳ)식각액 조성물을 사용하여 상기 몰리브덴 금속막을 식각하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여, A)과산화수소(H2O2) 5.0 내지 25.0 중량%; B)pH조절 첨가제 1.0 내지 5.0 중량%; 및 C)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배선 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 배선 형성방법에서, 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 전극을 형성하는 단계;
b)상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
c)상기 게이트 절연층 상에 금속 산화물막(액티브층)을 형성하는 단계; 및
d)상기 금속 산화물 반도체층 상에 몰리브덴 금속막(소스/드레인 전극)을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 d)단계는 상기 금속 산화물 반도체층 상에 몰리브덴 금속막을 형성하고, 상기 몰리브덴 금속막을 식각액 조성물로 식각하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여, A)과산화수소(H2O2) 5.0 내지 25.0 중량%; B)pH조절 첨가제 1.0 내지 5.0 중량%; 및 C)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법은 몰리브덴 금속막/금속 산화물막의 이중막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 액정표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판일 수 있다. 그리고, 상기 액정표시장치용 어레이 기판은 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 식각된 몰리브덴 금속막을 포함한다.
상기 몰리브덴 금속막을 상기 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 몰리브덴 금속막을 상기 식각액 조성물로 식각하는 시간은, 온도 및 박막의 두께 등에 따라 변할 수 있으나 일반적으로 수초 내지 수십분이다.
또한, 본 발명은 상기 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 4, 및 비교예 1 내지 2의 식각액 조성물을 제조하였다.
| 단위:중량% | H2O2 | pH조절 첨가제 | DIW | 몰리브덴 | 금속산화물막 |
| 식각특성 | Attack 여부 | ||||
| 실시예 1 | 12 | 1 | 87 | ◎ | 무 |
| 실시예 2 | 15 | 1 | 84 | ◎ | 무 |
| 실시예 3 | 15 | 5 | 80 | ○ | 무 |
| 실시예 4 | 25 | 1 | 74 | △ | 무 |
| 비교예1 | 3 | 0 | 97 | X | 유 |
| 비교예2 | 12 | 0 | 88 | ◎ | 유 |
◎: 매우 우수(CD Skew:≤1㎛, Taper Angle: 40°~ 60°)
○: 우수(CD Skew:≤1.5㎛, Taper Angle: 30°~ 60°)
△: 양호(CD Skew:≤2㎛, Taper Angle: 20°~ 60°)
×: 불량 (금속막 소실 및 잔사 발생)
시험예
:
식각액
조성물의 특성평가
실시예 1 내지 4, 및 비교예 1 내지 2의 식각액 조성물을 이용하여 상부 몰리브덴 금속막 및 하부 금속산화물 층의 식각 공정을 수행하였다. 분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사)를 이용하였고, 식각 공정시 식각액 조성물의 온도는 약 40℃ 내외로 하였으나, 적정온도는 다른 공정조건과 기타 요인에 의해 필요에 따라 변경될 수 있다. 식각 시간은 식각 온도에 따라서 다를 수 있으나, 통상 100초 정도로 진행한다. 상기 식각 공정에서 식각된 몰리브덴 금속막 및 금속산화물막의 이미지는 SEM(Hitachi사 제품, 모델명 S-4700)을 사용하여 검사하였다.
상기 표 1과 도 1 내지 3에서 보는 것과 같이 실시예 1 내지 실시예 4의 식각액은 과산화수소 함량이 증가함에 따라 모두 양호한 식각 특성을 나타내었으며 잔사 또한 발생하지 않았다. 특히 실시예 4의 식각액은 과산화수소 함량이 높아 몰리브덴 금속막의 식각 속도가 빨라짐을 확인하였다.
또한 도 2에서 보는 바와 같이 실시예 3의 식각액은 pH 조절 첨가제의 함량이 증가하였을 경우 몰리브덴 금속막의 식각속도가 증가함을 알 수 있다.
비교예 1의 식각액은 과산화수소 함량이 상술한 범위보다 너무 낮아 몰리브덴 금속막을 부분적으로 식각하지 않고, 잔사형태도 존재함을 볼 수 있고, 도 4에서 보는 바와 같이 비교예 2의 식각액은 상부 몰리브덴 금속막의 식각 특성은 우수하나, pH 조절 첨가제를 포함하고 있지 않아 하부 금속산화물막에 대한 어택(Attack)을 보여준다.
Claims (8)
- a)기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
b)상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
c)상기 게이트 절연층 상에 금속 산화물막(액티브층)을 형성하는 단계; 및
d)상기 금속 산화물막 상에 몰리브덴 금속막(소스/드레인 전극)을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 d)단계는 상기 금속 산화물막 상에 몰리브덴 금속막을 형성하고, 상기 몰리브덴 금속막을 식각액 조성물로 식각하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여, A)과산화수소(H2O2) 5.0 내지 25.0 중량%; B)pH조절 첨가제 1.0 내지 5.0 중량%; 및 C)잔량의 물을 포함하는 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 금속 산화물막은 AxByCzO(A, B, C = Zn, Cd, Ga, In, Sn, Hf, Zr, Ta; x, y, z≥0, 여기서 x, y, z 중 2개 이상은 0이 아니다)의 조합으로 이루어진 삼성분계 또는 사성분계 산화물을 함유하여 구성된 막인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물. - A)과산화수소(H2O2) 5.0 내지 25.0 중량%;
B)pH조절 첨가제 1.0 내지 5.0 중량%; 및
C)잔량의 물을 포함하며,
몰리브덴 금속막/금속 산화물막의 이중막에서 상부 몰리브덴 금속막을 식각하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물. - 청구항 4에 있어서, 상기 B)pH조절 첨가제는 소듐 디히드로겐 시트레이트/디소듐 히드로겐 시트레이트, 디소듐 히드로겐 포스페이트/트리소듐 시트레이트, 또는 암모늄 아세테이트인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
- 청구항 4에 있어서, 상기 식각액 조성물은 금속이온 봉쇄제 또는 부식방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
- Ⅰ)기판 상에 금속 산화물막을 형성하는 단계;
Ⅱ)상기 금속 산화물막 상 위에 몰리브덴 금속막을 형성하는 단계;
III)상기 몰리브덴 금속막 상에 선택적으로 광반응 물질을 남기는 단계; 및
Ⅳ)식각액 조성물을 사용하여 상기 몰리브덴 금속막을 식각하는 단계를 포함하며,
상기 식각액 조성물은, 조성물 총 중량에 대하여, A)과산화수소(H2O2) 5.0 내지 25.0 중량%; B)pH조절 첨가제 1.0 내지 5.0 중량%; 및 C)잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 배선 형성 방법. - 청구항 4의 식각액 조성물을 사용하여 식각된 소스 및 드레인 전극을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판.
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