KR20160100592A - 식각액 조성물 및 이를 이용한 투명 전극의 형성방법 - Google Patents
식각액 조성물 및 이를 이용한 투명 전극의 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 질산 5 내지 10중량%, 술포닐 클로라이드(sulfonyl chloride)계 화합물 0.5 내지 5중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 인듐산화막 식각액 조성물 및 이를 이용한 투명 전극의 형성방법에 관한 것이다. 본 발명의 식각액 조성물은 저저항의 투명전극층 형성을 위한 후막용(1000Å 이상) 인듐산화막 식각에 있어 식각속도를 충분히 향상시키고 잔사가 발생하지 않아 공정 효율을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 식각액 조성물 및 이를 이용한 투명 전극의 형성방법에 관한 것이다.
인듐산화막, 특히 인듐 아연 산화물(Indium Zinc Oxide, 이하 ‘IZO’로 칭함)막, 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하 ‘ITO’로 칭함)막은 각종 전자 부품 회로 기판 위에 적층되어 투명전극으로 사용되고 있는 것으로, 이러한 IZO 또는 ITO 투명전극은 일반적으로 스퍼터링(sputtering) 등의 방법을 통해 절연 기판위에 적층되고, 그 위에 포토레지스트(photoresist)를 코팅하고 노광 및 현상 공정을 통하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 인듐산화막을 식각하여 형성된다.
인듐 산화막은 내화학성이 우수하여 식각이 용이하지 않는 물질 중의 하나로서, 인듐 산화막을 식각하기 위하여 예컨대 한국공개특허공보 제1997-0065685호에 개시된 염산, 약산 및 알코올 중에서 선택된 하나의 물질로 이루어진 식각액, 한국공개특허공보 제2000-0017470호에 개시된 옥살산 및 그것의 염 또는 알루미늄 염화물을 주성분으로 하는 식각액 등이 사용될 수 있다. 그러나, 옥살산으로 이루어진 식각액은 식각이 용이할지라도 저온에서 용해도가 낮아 석출물이 생기는 문제가 있다. 이외에 요오드화수소물(HI)로 이루어진 식각액의 경우, 식각속도가 크고 측면 식각이 적지만 가격이 비싸고 독성과 부식성이 커서 실제 공정에 사용하기에는 한계가 있다.
또한, 상술한 기존의 식각액은 대부분 강한 화학적 활성을 지니고 있어서 식각 중에 내화학성이 불량한 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 등의 인접 금속에 대해 침식을 일으킬 수 있다. 이는 상술한 금속 중에 하나를 포함하는 다층막 구조인 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 염산을 함유하는 식각액의 경우, 발연성이 있어 흄(fume)으로 인한 대기 오염의 문제를 유발하며 이에 따라 설비비의 증대 및 안전조업의 문제를 야기한다.
이에, 인듐산화막 식각 시 잔사가 발생하지 않으면서, 인접 금속에 대해 침식을 일으키지 않는(하부막의 손상이 발생하지 않는) 등의 식각 특성이 우수하면서도 식각속도가 충분히 향상된 식각액 조성물의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 인듐산화막 식각 시 잔사가 발생하지 않으면서 식각속도가 충분히 향상된 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하는데, 특히 저저항의 투명전극층 형성을 위한 후막용(1000Å 이상) 인듐산화막 식각에 있어 식각속도를 충분히 향상되고 잔사가 발생하지 않는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 질산 5 내지 10중량%, 술포닐 클로라이드(sulfonyl chloride)계 화합물 0.5 내지 5중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 인듐산화막 식각액 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현예는 술포닐 클로라이드계 화합물이 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물인 것일 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R은 클로라이드가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 지방족 탄화수소, 또는 클로라이드가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 10의 방향족 탄화수소이다.
다른 일 구현예는 술포닐 클로라이드계 화합물이 메탄술포닐 클로라이드, 에탄술포닐 클로라이드, 클로로벤젠술포닐 클로라이드, 벤질술포닐 클로라이드, 클로로에탄술포닐 클로라이드, 이소프로필술포닐 클로라이드, 프로판술포닐 클로라이드 및 디클로로벤젠술포닐 클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 고리형 아민 화합물이 피롤(pyrrole)계 화합물, 피라졸(pyrazol)계 화합물, 이미다졸(imidazole)계 화합물, 트리아졸(triazole)계 화합물, 테트라졸(tetrazole)계 화합물, 펜타졸(pentazole)계 화합물, 옥사졸(oxazole)계 화합물, 이소옥사졸(isoxazole)계 화합물, 디아졸(thiazole)계 화합물 및 이소디아졸(isothiazole)계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 인듐산화막이 인듐아연산화막(IZO) 또는 인듐주석산화막(ITO)인 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 베이스 기판 위에 금속 산화물을 포함하는 투명 전극층을 형성하는 단계; 상기 투명 전극층 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여, 상기 금속산화물을 포함하는 투명 전극층에, 질산 5 내지 10중량%, 술포닐 클로라이드(sulfonyl chloride)계 화합물 0.5 내지 5중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 식각액 조설물로 상기 투명전극층을 식각하는 단계를 포함하는 투명 전극의 형성방법을 제공한다.
일 구현예는 술포닐 클로라이드계 화합물이 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물인 것일 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R은 클로라이드가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 지방족 탄화수소, 또는 클로라이드가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 10의 방향족 탄화수소이다.
다른 일 구현예는 술포닐 클로라이드계 화합물이 메탄술포닐 클로라이드, 에탄술포닐 클로라이드, 클로로벤젠술포닐 클로라이드, 벤질술포닐 클로라이드, 클로로에탄술포닐 클로라이드, 이소프로필술포닐 클로라이드, 프로판술포닐 클로라이드 및 디클로로벤젠술포닐 클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 고리형 아민 화합물이 피롤(pyrrole)계 화합물, 피라졸(pyrazol)계 화합물, 이미다졸(imidazole)계 화합물, 트리아졸(triazole)계 화합물, 테트라졸(tetrazole)계 화합물, 펜타졸(pentazole)계 화합물, 옥사졸(oxazole)계 화합물, 이소옥사졸(isoxazole)계 화합물, 디아졸(thiazole)계 화합물 및 이소디아졸(isothiazole)계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 투명전극층이 인듐-아연 산화물 또는 인듐-주석 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물은 저저항의 투명전극층 형성을 위한 후막용(1000Å 이상) 인듐산화막 식각에 있어 식각속도를 충분히 향상시키고 잔사가 발생하지 않아 공정 효율을 높일 수 있다.
도 1은 실시예 1의 식각액 조성물의 잔사 측정 및 하부막 손상 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 2의 식각액 조성물의 잔사 측정 및 하부막 손상 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 비교예 1의 식각액 조성물의 잔사 측정 및 하부막 손상 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 비교예 2의 식각액 조성물의 잔사 측정 및 하부막 손상 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 2의 식각액 조성물의 잔사 측정 및 하부막 손상 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 비교예 1의 식각액 조성물의 잔사 측정 및 하부막 손상 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 비교예 2의 식각액 조성물의 잔사 측정 및 하부막 손상 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 질산 5 내지 10중량%, 술포닐 클로라이드(sulfonyl chloride)계 화합물 0.5 내지 5중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 인듐산화막 식각액 조성물 및 이를 이용한 투명 전극의 형성방법에 관한 것이다.
본 발명의 식각액 조성물에는 술포닐 클로라이드계 화합물이 포함됨에 따라 인듐산화막의 식각속도가 향상되고 잔사 발생이 제어되는 것이 특징이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 질산 5 내지 10중량%, 술포닐 클로라이드(sulfonyl chloride)계 화합물 0.5 내지 5중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 인듐산화막 식각액 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서 질산은 인듐을 포함하는 인듐산화막을 식각하는 주성분으로서, 인듐산화막을 산화시켜 습식식각하는 역할을 수행하며 식각액 조성물에 포함된 술포닐 클로라이드계 화합물의 활성도를 높인다. 질산은 식각액 조성물 총 함량에 대하여 5 내지 10중량%인 것이 바람직하다. 상기 기준으로 질산이 5중량% 미만인 경우에는 식각력이 부족하여 충분한 식각이 이루어지지 않거나 식각속도가 아주 느려질 수 있으며, 9중량%를 초과하는 경우에는 포토 레지스트에 크랙(crack)이 발생하여 패턴에 단락이 발생하는 문제와 하부 금속배선에 손상(damage)가 발생할 수 있다.
본 발명에 있어서 술포닐 클로라이드계 화합물은 인듐산화막의 식각속도를 향상시키면서 잔사를 제거하는 역할을 수행하여 후막의 인듐산화막을 식각하는데 효과적이다. 술포닐 클로라이드계 화합물은 식각액 조성물 총 함량에 대하여 0.5 내지 5중량%인 것이 바람직하다. 상기 기준으로 술포닐 클로라이드계 화합물이 0,5중량% 미만인 경우에는 인듐산화물의 식각속도가 느려지고 이에 따라 공정시간 내에서 인듐산화막의 잔사가 발생할 수 있으며, 5중량%를 초과하는 경우에는 인듐산화막의 과식각이 발생하거나, 하부에 존재하는 금속막에 손상이 발생할 수 있다.
상기 술포닐 클로라이드계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R은 클로라이드가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 지방족 탄화수소, 또는 클로라이드가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 10의 방향족 탄화수소이다.
예컨대, 상기 술포닐 클로라이드계 화합물은 메탄술포닐 클로라이드, 에탄술포닐 클로라이드, 클로로벤젠술포닐 클로라이드, 벤질술포닐 클로라이드, 클로로에탄술포닐 클로라이드, 이소프로필술포닐 클로라이드, 프로판술포닐 클로라이드 및 디클로로벤젠술포닐 클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서 고리형 아민 화합물은 식각하고자 하는 막질의 하부에 Cu, Al, Mo, Ti 등의 하부막이 존재할 시 식각액에 의해 발생할 수 있는 하부막의 손상 발생률을 낮추어준다. 고리형 아민 화합물은 식각액 조성물 총 함량에 대하여 0.1 내지 5중량%인 것이 바람직하다. 상기 기준으로 고리형 아민 화합물이 0.1중량% 미만이면 하부막의 손상 발생률을 낮추기 어렵고, 5중량% 초과할 경우 술포닐 클로라이드계 화합물의 활성도를 낮추게 되어 인듐산화막의 식각력이 감소되므로 인듐산화막의 식각 후 잔사 발생률이 증가시키고 식각 속도가 저하되게 된다.
고리형 아민 화합물은 피롤(pyrrole)계 화합물, 피라졸(pyrazol)계 화합물, 이미다졸(imidazole)계 화합물, 트리아졸(triazole)계 화합물, 테트라졸(tetrazole)계 화합물, 펜타졸(pentazole)계 화합물, 옥사졸(oxazole)계 화합물, 이소옥사졸(isoxazole)계 화합물, 디아졸(thiazole)계 화합물 및 이소디아졸(isothiazole)계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다. 바람직하게는 트리아졸계 화합물로서 벤조트리아졸, 테트라졸계 화합물로서 5-아미노테트라졸, 3-아미노테트라졸, 5-메틸테트라졸 및 5-아미노테트라졸에서 선택되는 1종 이상을 들 수 있으며, 가장 바람직하게는 벤조트라이졸일 수 있다.
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 물로는 탈이온수를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 탈이온수는 반도체 공정용으로서 18㏁/㎝ 이상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 물은 식각액 조성물의 총중량이 100중량%가 되도록 잔량 포함된다.
또한, 본 발명은 베이스 기판 위에 금속 산화물을 포함하는 투명 전극층을 형성하는 단계; 상기 투명 전극층 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여, 상기 금속산화물을 포함하는 투명 전극층에, 질산 5 내지 10중량%, 술포닐 클로라이드(sulfonyl chloride)계 화합물 0.5 내지 5중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 식각액 조성물로 상기 투명전극층을 식각하는 단계를 포함하는 투명 전극의 형성방법을 제공한다.
본 발명에 있어서 투명 전극은 표시 장치의 화소 전극 또는 공통 전극으로 사용될 수 있으며, 투명 전극층은 도전하는 물질이면 어떤 것이든지 사용할 수 있으나, 바람직하게는 인듐-아연 산화물 또는 인듐-주석 산화물을 포함하는 것일 수 있다.
상기 투명 전극층을 형성하는 단계는 당해 분야에 공지된 방법에 따라 수행될 수 있으며, 상기 식각하는 단계에서 식각액 조성물은 분사법, 침지법 등에 의해 제공될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예, 비교예 및 실험예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예, 비교예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명은 하기 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
실시예
1~4 및
비교예
1~6.
식각액
조성물의 제조
하기 표 1에 기재된 조성 및 함량으로 식각액 조성물을 제조하였다.
| 구분 | 질산 | 술포닐 클로라이드(sulfonyl chloride)계 화합물 | 벤조트리아졸 | 탈이온수 | ||
| 메탄 술포닐 클로라이드 | 에탄 술포닐 클로라이드 | 벤질술포닐 클로라이드 | ||||
| 실시예 1 | 7중량% | 2중량% | - | - | 1중량% | 잔량 |
| 실시예 2 | 7중량% | - | 2중량% | - | 1중량% | 잔량 |
| 실시예 3 | 9중량% | 4중량% | - | - | 3중량% | 잔량 |
| 실시예 4 | 7중량% | - | - | 3중량% | 2중량% | 잔량 |
| 비교예 1 | 9중량% | 4중량% | - | - | - | 잔량 |
| 비교예 2 | 9중량% | 0.1중량% | - | - | 2중량% | 잔량 |
| 비교예 3 | 4중량% | 5중량% | - | - | 2중량% | 잔량 |
| 비교예 4 | 12중량% | 3중량% | - | - | 1중량% | 잔량 |
| 비교예 5 | 7중량% | - | 3중량% | - | 7중량% | 잔량 |
| 비교예 6 | 9중량% | 10중량% | - | - | 1중량% | 잔량 |
실험예
1.
식각특성
평가
베이스 기판상에 인듐산화막을 도포하고, 포토리소그래피 공정을 통하여 기판 상에 소정의 패턴을 가진 포토레지스트가 형성되도록 한 후, 상기 [표 1]의 조성물을 각각 사용하여 인듐산화막 기판에 대하여 식각공정을 실시하였다.
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사)를 이용하였고, 식각공정시 식각액 조성물의 온도는 약 40℃ 내외로 하였으며, 식각시간은 120초 정도로 진행하였다. 상기 식각공정에서 식각된 인듐산화막의 프로파일을 전자현미경 (모델명: SU-8010, HITACHI사)을 사용하여 검사하였다.
(1) 식각속도(etch rate) 측정
인듐산화막의 두께를 횡방향의 식각이 완료되어 바닥면이 드러나기까지 걸리는 시간으로 나누어 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<평가기준>
우수: 15Å/초(sec) 이상,
양호: 15Å/초(sec) 미만 ~ 10Å/초(sec) 이상,
불량: 10Å/초(sec) 미만
(2) 잔사 측정
식각이 완료된 후 포토레지스트가 형성되지 않았던 바닥면에 인듐산화막의 잔여물이 남아있는지 유무를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1 내지 도 4에 나타내었다.
(3) 하부막 손상(damage) 평가
하부막으로 사용될 수 있는 알루미늄 기판을 상기 실시예 1~4 및 비교예1~6의 식각액 조성물로 식각한 후, 기판의 손상여부를 평가하였고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1 내지 도 4에 나타내었다.
| 구분 | 총 에칭시간 | 식각속도 측정 | 잔사 측정 | 하부막 손상 |
| 실시예 1 | 120 sec |
우수 | 무 | 무 |
| 실시예 2 | 우수 | 무 | 무 | |
| 실시예 3 | 우수 | 무 | 무 | |
| 실시예 4 | 우수 | 무 | 무 | |
| 비교예 1 | 우수 | 무 | 유 | |
| 비교예 2 | 불량 | 유 | 무 | |
| 비교예 3 | 양호 | 유 | 무 | |
| 비교예 4 | 우수 | 무 | 유 | |
| 비교예 5 | 불량 | 유 | 무 | |
| 비교예 6 | 패턴 유실 | 유 | ||
표 2 및 도 1 내지 도 4에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 4는 비교예 1 내지 6과 비교하여 잔사 및 하부막 손상이 없으면서 우수한 식각속도(etch rate)를 보였다.
Claims (10)
- 질산 5 내지 10중량%,
술포닐 클로라이드(sulfonyl chloride)계 화합물 0.5 내지 5중량%,
고리형 아민 화합물 0.1 내지 5중량%, 및
잔량의 물을 포함하는 인듐산화막 식각액 조성물. - 청구항 1에 있어서, 상기 술포닐 클로라이드계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물인 것인 식각액 조성물:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R은 클로라이드가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 지방족 탄화수소, 또는 클로라이드가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 10의 방향족 탄화수소이다. - 청구항 1에 있어서, 상기 술포닐 클로라이드계 화합물은 메탄술포닐 클로라이드, 에탄술포닐 클로라이드, 클로로벤젠술포닐 클로라이드, 벤질술포닐 클로라이드, 클로로에탄술포닐 클로라이드, 이소프로필술포닐 클로라이드, 프로판술포닐 클로라이드 및 디클로로벤젠술포닐 클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 고리형 아민 화합물은 피롤(pyrrole)계 화합물, 피라졸(pyrazol)계 화합물, 이미다졸(imidazole)계 화합물, 트리아졸(triazole)계 화합물, 테트라졸(tetrazole)계 화합물, 펜타졸(pentazole)계 화합물, 옥사졸(oxazole)계 화합물, 이소옥사졸(isoxazole)계 화합물, 디아졸(thiazole)계 화합물 및 이소디아졸(isothiazole)계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 인듐산화막은 인듐아연산화막(IZO) 또는 인듐주석산화막(ITO)인 것을 특징으로 하는 식각액 조성물.
- 베이스 기판 위에 금속 산화물을 포함하는 투명 전극층을 형성하는 단계;
상기 투명 전극층 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여, 상기 금속산화물을 포함하는 투명 전극층에, 질산 5 내지 10중량%, 술포닐 클로라이드(sulfonyl chloride)계 화합물 0.5 내지 5중량%, 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 식각액 조설물로 상기 투명전극층을 식각하는 단계를 포함하는 투명 전극의 형성방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 술포닐 클로라이드계 화합물은 하기 화학식 1의 구조를 갖는 화합물인 것인 투명 전극의 형성방법.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서, R은 클로라이드가 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 6의 지방족 탄화수소, 또는 클로라이드가 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 10의 방향족 탄화수소이다. - 청구항 6에 있어서, 상기 술포닐 클로라이드계 화합물은 메탄술포닐 클로라이드, 에탄술포닐 클로라이드, 클로로벤젠술포닐 클로라이드, 벤질술포닐 클로라이드, 클로로에탄술포닐 클로라이드, 이소프로필술포닐 클로라이드, 프로판술포닐 클로라이드 및 디클로로벤젠술포닐 클로라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 투명 전극의 형성방법.
- 청구항 6에 있어서, 상기 고리형 아민 화합물은 피롤(pyrrole)계 화합물, 피라졸(pyrazol)계 화합물, 이미다졸(imidazole)계 화합물, 트리아졸(triazole)계 화합물, 테트라졸(tetrazole)계 화합물, 펜타졸(pentazole)계 화합물, 옥사졸(oxazole)계 화합물, 이소옥사졸(isoxazole)계 화합물, 디아졸(thiazole)계 화합물 및 이소디아졸(isothiazole)계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 투명 전극의 형성방법.
- 청구항 6에 있어서, 상기 투명전극층은 인듐-아연 산화물 또는 인듐-주석 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극의 형성방법.
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