KR20140084417A - 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물 및 채널 형성 방법 - Google Patents

박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물 및 채널 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물 및 채널 형성 방법에 관한 것으로서서, 보다 상세하게는 과산화수소 15 내지 25중량%, 불소 함유 화합물 0.01 내지 5중량%, 아졸 화합물 0.1 내지 5중량%, 한 분자 내에 질소 원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5중량%, 인산염 화합물 0.1 내지 5중량%, 유기산 0.1 내지 5중량%, 다가알코올형 계면활성제 0.001 내지 5중량% 및 잔량의 물을 포함함으로써, 1회의 식각 공정에서 소스/드레인 전극층과 n+도핑층을 모두 식각할 수 있는 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물 및 채널 형성 방법에 관한 것이다.

Description

박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물 및 채널 형성 방법 {ECHAING COMPOSITION FOR PREPARING A CHANNEL OF THIN FILM TRANSISTOR AND METHOD OF PREPARING A CHANNEL OF THIN FILM TRANSISTOR}
본 발명은 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물 및 채널 형성 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 박막 트랜지스터의 채널을 간단하고 용이하게 형성할 수 있는 채널 형성용 식각액 조성물 및 채널 형성 방법에 관한 것이다.
오늘날, 정보통신의 발달과 더불어 표시장치는 현대인에게 있어 필수품으로 자리잡고 있다. 표시장치는 내부광을 외부로 방출하여 사용자에게 영상을 제공한다. 여기서, 내부광은 외부의 조명장치로부터 제공된 광이거나 자 체에서 형성된 광일 수 있다.
표시장치의 예들로서는 액정표시장치 및 유기발광다이오드 표시장치등을 들 수 있다. 이와 같은 표시장치는 영상을 표시하기 위한 다수의 화소들을 구비한다. 여기서, 각 화소는 박막 트랜지스터를 포함하는 구동소자들이 배치되어 있다. 여기서, 박막 트랜지스터는 각 화소를 제어하는 구동 박막트랜지스터일 수 있다. 이에 더하여, 박막 트랜지스터는 상기 구동 박막 트랜지스터를 스위칭하는 스위칭 박막 트랜지스터일 수 있다.
도 1은 일반적인 박막 트랜지스터의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 일반적인 박막 트랜지스터는 소정의 기판(10) 위에 형성된 게이트전극(21), 상기 게이트전극(21) 위에 형성된 게이트 절연막(15a), 상기 게이트 절연막(15a) 위에 반도체로 형성된 활성층(24), 상기 활성층(24)의 상부에는 반도체에 n형 불순물이 고농도로 도핑된 n+도핑층(25), 상기 n+도핑층(25)의 소정영역과 전기적으로 접속하는 소스/드레인전극(22, 23), 상기 소스/ 드레인전극(22, 23) 위에 형성된 보호막(15b) 및 상기 드레인전극(23)과 전기적으로 접속하는 화소전극(18)으로 이루어져 있다.
그런데, 종래에는 소스 전극(22)과 드레인 전극(23)은 채널(30)을 중심으로 서로 마주보고 있게 되는데, 채널(30)을 형성하기 위해서는 n+도핑층을 형성하고 그 위에 소스/드레인 전극층을 형성한 다음에, 소스/드레인 전극층을 식각하여 소스 전극(22) 및 드레인 전극(23)을 형성하고 n+도핑층을 일부 식각하는 2단계의 식각 공정을 거쳐야 하는 번거로움이 있었다.
또한, 소스/드레인 전극층을 식각하기 위해서는 플라즈마 식각법과 같은 건식 식각을 사용하는데, 건식 식각은 반도체의 백-스퍼터링 및 산소 결핍(oxygen deficiency)으로 인해 활성층(및 n+도핑층)이 변성되게 되는 문제가 있을 뿐만 아니라, 장비 구축과 운용 측면에서 경제성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 박막 트랜지스터의 채널을 용이하고 간단하게 식각할 수 있는 식각용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 소스/드레인 전극층과 n+도핑층을 일괄적으로 식각할 수 있는 식각용 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전술한 식각용 조성물을 사용하여 1회의 식각 공정만으로 소스/드레인 전극층과 n+도핑층을 전부 식각하여 박막 트랜지스터의 채널을 용이하게 형성할 수 있는 채널 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 과산화수소 15 내지 25중량%, 불소 함유 화합물 0.01 내지 5중량%, 아졸 화합물 0.1 내지 5중량%, 한 분자 내에 질소 원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5중량%, 인산염 화합물 0.1 내지 5중량%, 유기산 0.1 내지 5중량%, 다가알코올형 계면활성제 0.001 내지 5중량% 및 잔량의 물을 포함하는 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
2. 위 1에 있어서, 상기 식각액 조성물은 소스/드레인 전극층과 n+도핑층을 전부 식각하는 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
3. 위 2에 있어서, 소스/드레인 전극층은 구리계 금속막으로 형성된 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
4. 위 3에 있어서, 상기 구리계 금속막은 구리 또는 구리 합금의 단일막, 몰리브덴층과 상기 몰리브덴층 상에 형성된 구리층을 포함하는 구리 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금층과 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리층을 포함하는 구리 몰리브덴 합금막인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
5. 위 1에 있어서, 상기 불소 함유 화합물은 HF, NaF, NH4F, NH4BF4, NH4FHF, NaFHF, KF, KHF2, CaF2, AlF3, H2SiF6 및 HBF4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
6. 위 1에 있어서, 상기 아졸 화합물은 벤조트리아졸계 화합물, 아미노테트라졸계 화합물, 이미다졸계 화합물, 인돌계 화합물, 푸린계 화합물, 피라졸계 화합물, 피리딘계 화합물, 피리미딘계 화합물, 피롤계 화합물, 피롤리딘계 화합물 및 피롤린계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
7. 위 1에 있어서, 상기 한 분자 내에 질소 원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물은 알라닌(alanine), 아미노부티르산(aminobutyric acid), 글루탐산(glutamic acid), 글리신(glycine), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid) 및 사르코신(sarcosine)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
8. 위 1에 있어서, 상기 인산염 화합물은 인산나트륨(sodium phosphate), 인산칼륨(potassium phosphate) 및 인산암모늄(ammonium phosphate)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
9. 위 1에 있어서, 상기 유기산은 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 메탄술폰산(methanesulfonic acid), 펜탄산(pentanoic acid) 및 옥살산(oxalic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
10. 위 1에 있어서, 상기 다가알코올형 계면활성제는 글리세롤(glycerol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol) 및 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
11. 소스/드레인 전극층과 n+도핑층을 위 1 내지 10 중 어느 한 항의 식각액 조성물로 일괄 식각하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 채널 형성 방법.
본 발명의 식각액 조성물은 소스/드레인 전극층과 n+도핑층을 모두 식각할 수 있으므로, 1회의 식각 공정만으로 박막 트랜지스터의 채널을 형성할 수 있다.
이러한 본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 박막 트랜지스터의 채널을 형성하게 되면, 종래의 2번의 식각 공정을 수행해야 했던 채널 형성 방법을 1회의 습식 식각 공정만으로 완료할 수 있으므로 경제적이면서 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 채널 형성 방법은 건식 식각 방식이 아닌 습식 식각 방식이므로 고가의 장비 등이 필요 없으므로 경제적이다.
도 1은 통상적인 박막 트랜지스터의 수직 단면도이다.
도 2는 종래의 박막 트랜지스터의 채널 형성 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 박막 트랜지스터의 채널 형성 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
본 발명은 과산화수소 15 내지 25중량%, 불소 함유 화합물 0.01 내지 5중량%, 아졸 화합물 0.1 내지 5중량%, 한 분자 내에 질소 원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5중량%, 인산염 화합물 0.1 내지 5중량%, 유기산 0.1 내지 5중량%, 다가알코올형 계면활성제 0.001 내지 5중량% 및 잔량의 물을 포함함으로써, 1회의 식각 공정에서 소스/드레인 전극층과 n+도핑층을 모두 식각할 수 있는 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물 및 채널 형성 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 식각액 조성물에 있어서, 과산화수소는 소스/드레인 전극층을 식각에 기여하는 주산화제이다. 과산화수소(H2O2)는 조성물 총 중량에 대하여, 15 내지 25중량%로 포함되고, 바람직하게는 18 내지 23중량%로 포함된다. 함량이 15중량% 미만이면, 소스/드레인 전극층 및 n+도핑층에 대한 식각력이 부족하여 충분한 식각이 이루어지지 않을 수 있으며, 25중량% 초과이면, 식각 속도가 전체적으로 빨라지기 때문에 공정 컨트롤이 어렵다.
본 발명의 식각액 조성물에 있어서, 불소 함유 화합물은 물에 해리되어 F-이온을 낼 수 있는 화합물을 의미한다. 상기 불소 함유 화합물은 소스/드레인 전극층 및 n+도핑층의 식각 속도에 영향을 주는 보조산화제로서, 식각 시 발생하는 잔사를 제거하며 식각 속도를 조절한다.
불소 함유 화합물은 조성물 총 중량에 대하여, 0.01 내지 5중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3중량%로 포함될 수 있다. 그 함량이 0.01중량% 미만이면 소스/드레인 전극층과 n+도핑층에 대한 식각 속도가 느려지며, 5중량% 초과이면 식각 성능은 향상되지만, 식각 속도가 전체적으로 빨라지기 때문에 공정 컨트롤이 어렵다.
불소 함유 화합물은 당분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, HF, NaF, NH4F, NH4BF4, NH4FHF, NaFHF, KF, KHF2, CaF2, AlF3, H2SiF6, HBF4 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 KHF2를 사용할 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물에 있어서, 아졸 화합물은 식각 속도를 조절하며 패턴의 시디로스(CD Loss)를 줄여주어 공정상의 마진을 높이는 역할을 한다. 상기 아졸 화합물의 함량은 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 5중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2중량%로 포함될 수 있다. 그 함량이 0.1중량% 미만인 경우, CD Loss가 너무 크게 발생될 수 있으며, 5중량% 초과인 경우, 소스/드레인 전극층의 식각속도가 너무 느려지기 때문에 공정시간이 지나치게 길어진다.
아졸 화합물은 당분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 아졸 화합물은 탄소수가 1 내지 30인 아졸 화합물인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 벤조트리아졸계 화합물, 아미노테트라졸계 화합물, 이미다졸계 화합물, 인돌계 화합물, 푸린계 화합물, 피라졸계 화합물, 피리딘계 화합물, 피리미딘계 화합물, 피롤계 화합물, 피롤리딘계 화합물, 피롤린계 화합물 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 이미다졸계 화합물로는 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 2-에틸이미다졸, 2-프로필이미다졸, 2-아미노이미다졸, 4-메틸이미다졸, 4-에틸이미다졸, 4-프로필이미다졸을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 아미노테트라졸계 화합물로는, 예를 들면, 아미노테트라졸, 5-아미노-1-페닐테트라졸, 5-아미노-1(1-나프틸)테트라졸, 1-메틸-5-아미노테트라졸, 1,5-디아미노테트라졸 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 아미노테트라졸을 사용할 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물에 있어서, 한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물은 식각액 조성물의 보관 시 발생할 수 있는 과산화수소수의 자체 분해 반응을 막아주고 많은 수의 기판을 식각할 시에 식각 특성이 변하는 것을 방지한다. 일반적으로 과산화수소수를 사용하는 식각액 조성물의 경우 보관 시 과산화수소수가 자체 분해하여 그 보관기간이 길지가 못하고 용기가 폭발할 수 있는 위험요소까지 갖추고 있다. 그러나 한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물이 포함될 경우 과산화수소수의 분해 속도가 10배 가까이 줄어들어 보관기간 및 안정성 확보에 유리하다. 특히 소스/드레인 전극층으로 구리층을 사용할 경우에, 식각액 조성물 내에 구리 이온이 다량 잔존하게 되면 패시베이션(passivation) 막을 형성하여 까맣게 산화된 후 더 이상 식각되지 않는 경우가 발생할 수 있으나, 이 화합물을 첨가하였을 경우 이런 현상을 방지할 수 있다.
상기 한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물의 함량은 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 5중량%, 바람직하게는 1 내지 3중량%일 수 있다. 상기 함량이 0.5중량% 미만일 경우 다량의 기판(약 500매)의 식각 후에는 패시베이션 막이 형성되어 충분한 공정 마진을 얻기가 어려워진다. 또한, 그 함량이 5중량%를 초과할 경우, 몰리브덴 또는 몰리브덴합금의 식각속도는 느려지므로 소스/드레인 전극층에 구리 몰리브덴막 또는 구리 몰리브덴합금막을 사용할 경우에는 테이퍼 각도가 작아지게 된다.
상기 한 분자 내에 질소원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물의 예를 들면, 알라닌(alanine), 아미노부티르산(aminobutyric acid), 글루탐산(glutamic acid), 글리신(glycine), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid), 사르코신(sarcosine)등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 이미노디아세트산(iminodiacetic acid)을 사용할 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물에 있어서, 인산염 화합물은 식각 패턴의 테이퍼 프로파일을 양호하게 만들어주는 성분이다. 인산염 화합물의 함량은 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 5중량%, 바람직하게는 0.5 내지 3중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량이 0.1중량% 미만일 경우 식각 프로파일이 불량하게 되며, 5중량% 초과인 경우에는 소스/드레인 전극층에 사용될 수 있는 몰리브덴 또는 몰리브덴합금막의 식각속도가 느려지는 문제가 있다.
사용가능한 인산염 화합물로는 인산에서 수소가 알칼리 금속 혹은 알칼리 토금속으로 하나 또는 두 개 치환된 염에서 선택되는 것이면 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 인산나트륨(sodium phosphate), 인산이수소나트륨(Monobasic sodium phosphate), 인산칼륨(potassium phosphate) 및 인산암모늄(ammonium phosphate)등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 이중에서 인산나트륨(sodium phosphate)이 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물에 있어서, 유기산은 pH를 적절하게 조절하여 식각액의 환경을 소스/드레인 전극층이이 식각되기 용이하게 만든다. 유기산 화합물이 함량은 조성물 총 중량에 대하여, 0.1 내지 5중량%, 바람직하게는 0.5 내지 2중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량이 0.1중량% 미만으로 포함되면 공정에 적합한 pH를 조절하는 영향력이 부족하여 0.5 내지 4.5 정도의 pH 유지가 어려워진다. 또한 5중량%를 초과하면 구리의 식각속도가 빨라지고 몰리브덴 또는 몰리브덴합금의 식각속도가 빨라짐에 따라 씨디로스(CD Loss)가 너무 커지게 된다.
사용가능한 유기산 화합물로는 예를 들면, 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 메탄술폰산(methanesulfonic acid), 펜탄산(pentanoic acid) 및 옥살산(oxalic acid)등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 이중에서 글리콜산(glycolic acid)이 바람직하다.
본 발명의 식각액 조성물에 있어서, 다가알코올형 계면활성제는 표면장력을 저하시켜 식각의 균일성을 증가시키는 역할을 한다. 또한, 소스/드레인 전극층으로 사용될 수 있는 구리막을 식각한 후 식각액에 녹아져 나오는 구리 이온을 둘러 쌈으로서 구리이온의 활동도를 억제하여 과산화수소의 분해 반응을 억제하게 된다. 이렇게 구리 이온의 활동도를 낮추게 되면 식각액을 사용하는 동안 안정적으로 공정을 진행 할 수 있게 된다. 상기 다가알코올형 계면활성제의 함량은 조성물 총 중량에 대하여 0.001 내지 5중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3중량%일 수 있다. 상기 함량이 0.001중량% 미만인 경우 식각 균일성이 저하되고 과산화수소의 분해가 가속화 되는 문제점이 생긴다. 5중량% 초과이면 거품이 많이 발생되는 단점이 있다.
사용가능한 상기 다가알코올형 계면활성제로는 예를 들면, 글리세롤(glycerol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol)을 사용할 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물에 있어서, 물은 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 상기 성분들의 함량 외의 잔량으로 포함된다. 상기 물은 특별히 한정하지 않으나, 탈이온수를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 물은 물속에 이온이 제거된 정도를 보여주는 물의 비저항값이 18㏁·㎝ 이상인 탈이온수를 이용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물은 전술한 성분 이외에 통상의 첨가제를 더 첨가할 수 있으며, 예를 들면 금속 이온 봉쇄제, 및 부식 방지제 등을 들 수 있다.
전술한 바와 같은 성분을 포함하는 본 발명의 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물이 식각하게 되는 소스/드레인 전극층 및 n+도핑층은 당분야에서 사용되는 소스/드레인 전극층 및 n+도핑층을 특별한 제한 없이 식각할 수 있다.
소스/드레인 전극층으로는 예를 들면 구리계 금속막이 사용될 수 있다. 본 발명에서 구리계 금속막은 막의 구성성분 중에 구리가 포함되는 금속막을 의미하는 것으로서, 단일막 및 이중막 등의 다층막을 포함하는 개념이다. 보다 구체적인 예를 들면, 상기 구리계 금속막은 구리 또는 구리 합금의 단일막, 몰리브덴층과 상기 몰리브덴층 상에 형성된 구리층을 포함하는 구리 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금층과 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리층을 포함하는 구리 몰리브덴 합금막일 수 있다. 상기 구리 합금 또는 몰리브덴 합금은 서로 독립적으로 구리 또는 몰리브덴과 Ti, Ta, Cr, Ni, Nd 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속과의 합금일 수 있다.
n+도핑층은 반도체로 형성되는 활성층(24)의 상부를 n형 불순물로 고농도로 도핑하여 형성된다. 반도체로는 특별한 제한이 없으나, 통상적으로 비정질 실리콘(amorphous silicon)이 사용된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 박막 트랜지스터의 채널 형성 방법의 일 구현예를 설명하도록 한다.
도 2에는 종래의 박막 트랜지스터의 채널 형성 방법의 일 예시가 개략적으로 도시되어 있다. 종래에는 소스/드레인 전극층(22')을 먼저 식각한 후에(도 2의 (b)), n+도핑층(25)을 일부 식각하였다(도 2의 (c)). 이와 같이 2번의 식각 공정을 거처야 하므로 공정이 복잡하였을 뿐만 아니라, 소스/드레인 전극층(22')을 식각하기 위해서는 플라즈마 식각과 같은 건식 식각 공정을 거쳐야 했으므로, 식각 공정 자체가 복잡하고 고가의 장비를 마련해야만 했다.
하지만, 본 발명의 채널 형성 방법은 도 3에 나타난 바와 같이, 소스/드레인 전극층(22'), n+도핑층(25)을 일괄적으로 1번의 식각 공정을 통해 식각하므로 식각 공정의 횟수를 줄이며, 전술한 본 발명의 식각액 조성물을 사용하는 습식 식각 방법이므로 식각 공정 자체도 매우 간단하다.
도 3을 참고하여, 본 발명의 박막 트랜지스터의 어레이 형성 방법의 일 구현예를 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저, 기판 상에 게이트 전극(21)을 형성한다. 게이트 전극(21)은 게이트 라인(미도시) 을 통하여 전달된 전기적 신호에 따라 소스/드레인 사이의 전류를 제어하는 기능을 한다. 게이트 전극(21)은 다음과 같이 형성된다. 통상적으로는 몰리브덴(Mo)막이 스퍼터링 방법 등에 의해 상기 기판 위에 균일하게 형성된다. 이후, 상기 몰리브덴 막은 식각되어 소정의 형태로 패터닝된다. 상기 소정의 형태로 패터닝되는 것은 포토리소그라피 방법 등에 의해 이루어진다. 상기 게이트 전극(21)은 반드시 몰리브덴으로 형성될 필요는 없고, 이후 공정에서 비정질 실리콘으로 형성되는 활성층(24)이 결정화될 때 발생하는 열에 의해 변화하지 않도록 높은 융점을 가지는 금속으로 형성될 수 있다.
다음으로, 게이트 전극(21) 위에 게이트 절연막을 형성한다. 게이트 절연막은 상부의 활성층(24)과 게이트 전극(21)을 분리하여 활성층(24)으로 흐르는 전류가 게이트 전극(21)으로 흘러들어가지 않도록 하는 기능을 한다.
게이트 절연막은 다음과 같이 형성된다. 즉, 플라즈마 화학기상증착(CVD) 방법 등에 의해서, 상기 게이트 전극(21)을 포함하는 기판 위에 균일하게 형성된다. 상기 게이트 절연막은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNx), 실리콘 산화질화물(SiONx) 등 중에서 적어도 하나의 물질로 형성되는 절연 재료로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 게이트 절연막 위에 반도체층인 활성층(24)을 형성한다. 활성층(24)는 게이트 전극(21)의 전기적 진호에 따라 전류의 통로가 된다. 통상적으로 비정질 실리콘을 사용하여 플라즈마 CVD 방법 등에 의해 상기 게이트 절연막 위에 균일 하게 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 활성층(24) 상에 n+도핑층(25)을 형성한다. n+도핑층(25)은 활성층(24)과 소스/드레인 전극(22, 23) 사이에 전류가 흐를 수 있도록 한다. 통상적으로는 n형 불순물이 도핑된 비정질 실리콘층으로 형성된다.
다음으로, 상기 n+도핑층(25) 상에 소스/드레인 전극층(22')을 형성한다. 소스/드레인 전극층(22')은 추후에 채널(30)이 형성됨으로써 소스 전극(22)과 드레인 전극(23)으로 분리된다. 소스 전극(22)과 드레인 전극(23)은 화소(픽셀)로 가는 전기적 신호를 전달하는 역할을 한다.
소스/드레인 전극층(22')으로는 예를 들면 구리계 금속막이 사용될 수 있다. 본 발명에서 구리계 금속막은 막의 구성성분 중에 구리가 포함되는 금속막을 의미하는 것으로서, 단일막 및 이중막 등의 다층막을 포함하는 개념이다. 보다 구체적인 예를 들면, 상기 구리계 금속막은 구리 또는 구리 합금의 단일막, 몰리브덴층과 상기 몰리브덴층 상에 형성된 구리층을 포함하는 구리 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금층과 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리층을 포함하는 구리 몰리브덴 합금막일 수 있다. 상기 구리 합금 또는 몰리브덴 합금은 서로 독립적으로 구리 또는 몰리브덴과 Ti, Ta, Cr, Ni, Nd 및 In으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 금속과의 합금일 수 있다.
다음으로, 박막 트렌지스터의 어레이 패턴에 따라 포토레지스트를 형성한다. 포토레지스트는 소스/드레인 전극층(22'), n+도핑층(25) 및 활성층(24) 중에서 식각될 부분은 노출시킨 패턴으로 형성된다.
포토레지스트가 형성된 후에는, 본 발명의 식각액 조성물로 소스/드레인 전극층(22') 및 n+도핑층(25)의 일부를 일괄 식각하여 박막 트렌지스터의 어레이를 형성한다(도 3의 (b)).
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예
하기 표 1에 나타낸 조성에 따라 실시예1 내지 실시예4, 비교예1 내지 비교예2의 식각액 조성물을 제조하였다(전체 100중량%).
H2O2 불소 함유 화합물 아미노테트라졸 이미노디아세트산 인산염 화합물 글리콜산 트리에틸렌글리콜 탈이온수
종류 함량 종류 함량
실시예1 15.0 A-1 0.5 3.0 2.0 B-1 1.5 2.0 2.0 잔량
실시예2 20.0 A-1 0.3 4.0 3.0 B-1 2.0 4.0 3.0 잔량
실시예3 23.0 A-1 0.3 4.0 3.0 B-1 2.0 4.0 3.0 잔량
실시예4 20.0 A-1 4.0 4.0 3.0 B-1 2.0 4.0 3.0 잔량
실시예5 20.0 A-2 0.3 4.0 3.0 B-1 2.0 4.0 3.0 잔량
실시예6 20.0 A-1 0.3 4.0 3.0 B-2 2.0 4.0 3.0 잔량
비교예1 - A-1 0.5 3.0 2.0 B-1 1.5 2.0 2.0 잔량
비교예2 15.0 - - 3.0 2.0 B-1 1.5 2.0 2.0 잔량
비교예3 5.0 A-1 3.0 1.0 0.5 B-1 0.5 1.0 0.5 잔량
비교예4 10.0 A-1 1.0 2.0 1.0 B-1 1.0 2.0 1.0 잔량
비교예5 13.0 A-1 0.5 3.0 2.0 B-1 1.5 2.0 2.0 잔량
비교예6 27.0 A-1 0.3 4.0 3.0 B-1 2.0 4.0 3.0 잔량
비교예7 20.0 A-1 6.0 4.0 3.0 B-1 2.0 4.0 3.0 잔량
A-1: 불화 암모늄
A-2: 불화 나트륨
B-1: 인산이수소나트륨
B-2: 인산나트륨
시험예
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 7의 식각액 조성물을 각각 사용하여 식각 공정을 실시하였다. 소스/드레인 전극층은 구리층과 몰리브렌-티타늄 합금층의 이중막, n+도핑층은 비정질 실리콘에 인(phosphorus)을 도핑한 층을 사용하였다.
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사)를 이용하였고, 식각 공정시 식각액 조성물의 온도는 약 30℃ 내외로 하였다. 식각 시간은 100초 정도로 진행하였다. 상기 식각 공정에서 식각된 소스/드레인 전극층의 프로파일을 단면 SEM(Hitachi사 제품, 모델명 S-4700)을 사용하여 검사하였고, 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
○: 식각시 패턴이 직선으로 형성되고, 테이퍼 각은 35° 이상 내지 60° 미만
△: 식각시 테이퍼 각은 35°이상 내지 60°미만이나, 패턴에 곡선 형태가 나타남
Х: 식각시 패턴에 곡선형태가 나타나고, 테이퍼각도 35°미만 또는 60°이상
Unetch : 식각 안 됨
식각 프로파일 식각 직진성 구리계 금속막 잔사유무 n+도핑층 식각유무
실시예1 ○ ○ 무 유
실시예2 ○ ○ 무 유
실시예3 ○ ○ 무 유
실시예4 ○ ○ 무 유
실시예5 ○ ○ 무 유
실시예6 ○ ○ 무 유
비교예1 Cu Unetch Cu Unetch - -
비교예2 Cu는 식각되나
Mo-Ti Unetch		 Cu는 식각되나
Mo-Ti Unetch		 - -
비교예3 Х Х 무 유
비교예4 Х Х 무 유
비교예5 △ △ 무 유
비교예6 △ ○ 무 유
비교예7 △ ○ 무 유
표 2에 나타난 바와 같이, 실시예1 내지 6의 식각액 조성물은 모두 양호한 식각 특성을 나타내었다. 세부적으로 실시예 1의 식각액 조성물을 이용하여 구리계 금속막을 식각할 경우 식각 프로파일 및 직직성이 우수하였으며, Mo, Ti 잔사 또한 발생하지 않았다. 또한, n+도핑층에 대한 식각 능력이 탁월하였다.
반면, 과산화수소를 포함하지 않는 비교예 1이나 불소 함유 화합물을 포함하지 않는 비교예2의 경우 Cu Unetch 및 Mo-Ti Unetch 현상으로 구리계 금속막과 n+도핑층의 일괄 식각액 조성물로 적합하지 않았다.
또한, 과산화수소의 함량이 본 발명의 범위보다 소량으로 첨가된 비교예 3-5는 식각 프로파일과 직진성이 모두 좋지 않았으며, 과산화수소의 함량과 불소 화합물의 함량이 각각 본 발명의 범위보다 과량으로 첨가된 비교예 6 및 7은 식각 프로파일이 좋지 않았다.
10: 기판 15a: 게이트 절연막
15b: 보호막 18: 화소전극
21: 게이트 전극 22: 소스전극
23: 드레인전극 22': 소스/드레인 전극층
24: 활성층 25: n+도핑층
30: 채널

Claims (11)

  1. 과산화수소 15 내지 25중량%, 불소 함유 화합물 0.01 내지 5중량%, 아졸 화합물 0.1 내지 5중량%, 한 분자 내에 질소 원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물 0.5 내지 5중량%, 인산염 화합물 0.1 내지 5중량%, 유기산 0.1 내지 5중량%, 다가알코올형 계면활성제 0.001 내지 5중량% 및 잔량의 물을 포함하는 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 식각액 조성물은 소스/드레인 전극층과 n+도핑층을 전부 식각하는 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서, 소스/드레인 전극층은 구리계 금속막으로 형성된 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 구리계 금속막은 구리 또는 구리 합금의 단일막, 몰리브덴층과 상기 몰리브덴층 상에 형성된 구리층을 포함하는 구리 몰리브덴막 또는 몰리브덴 합금층과 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 구리층을 포함하는 구리 몰리브덴 합금막인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 불소 함유 화합물은 HF, NaF, NH4F, NH4BF4, NH4FHF, NaFHF, KF, KHF2, CaF2, AlF3, H2SiF6 및 HBF4로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 아졸 화합물은 벤조트리아졸계 화합물, 아미노테트라졸계 화합물, 이미다졸계 화합물, 인돌계 화합물, 푸린계 화합물, 피라졸계 화합물, 피리딘계 화합물, 피리미딘계 화합물, 피롤계 화합물, 피롤리딘계 화합물 및 피롤린계 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 한 분자 내에 질소 원자와 카르복실기를 갖는 수용성 화합물은 알라닌(alanine), 아미노부티르산(aminobutyric acid), 글루탐산(glutamic acid), 글리신(glycine), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid) 및 사르코신(sarcosine)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 인산염 화합물은 인산나트륨(sodium phosphate), 인산칼륨(potassium phosphate) 및 인산암모늄(ammonium phosphate)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 유기산은 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 메탄술폰산(methanesulfonic acid), 펜탄산(pentanoic acid) 및 옥살산(oxalic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 다가알코올형 계면활성제는 글리세롤(glycerol), 트리에틸렌글리콜(triethylene glycol) 및 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 박막 트랜지스터의 채널 형성용 식각액 조성물.
  11. 소스/드레인 전극층과 n+도핑층을 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 식각액 조성물로 일괄 식각하는 단계를 포함하는 박막 트랜지스터의 채널 형성 방법.
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