KR20160115189A - 은 함유 박막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents

은 함유 박막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질산철, 무기산, 초산 및/또는 초산염, 부식방지제, 킬레이트제, 글리콜산 및 물을 포함하는 은 함유 박막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

은 함유 박막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법 {ETCHING SOLUTION COMPOSITION FOR SILVER-CONTAINING LAYER AND MANUFACTURING METHOD OF AN ARRAY SUBSTRATE FOR DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물 및 이를 이용한 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
본격적인 정보화 시대로 접어들게 됨에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는 디스플레이 분야가 급속도로 발전해 왔으며, 이에 부응하여 다양한 평판 디스플레이가 개발되어 각광받고 있다.
이러한 평판 디스플레이 장치의 예로는 액정디스플레이장치(Liquid Criystal Display device: LCD), 플라즈마디스플레이장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출디스플레이장치(Field Emission Display device: FED), 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 등을 들 수 있으며, 일례로서 초박막 액정표시장치(TFT-LCD)의 경우는 대화면화 되면서, 박막트랜지스터와 연결되는 게이트 배선 및 데이터 배선 또한 길어지게 되어 배선의 저항이 함께 증가한다. 이러한 이유로 종래에 주로 사용되었던 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금을 박막 트랜지스터 (Thin Film Transistor, TFT)에 사용되는 게이트 및 데이터 배선 등으로 이용하는 것은 평판표시장치의 대형화 및 고해상도 실현을 어렵게 만드는 원인으로 작용하고 있다.
저항 증가에 의한 신호 지연 등의 문제를 해결하기 위해서는, 상기 게이트 및 데이터 배선을 최대한 낮은 비저항을 가지는 재료로 형성할 필요가 있고, 그러한 노력의 일환으로 다른 금속들에 비해 낮은 비저항과 높은 휘도, 전도도를 가지고 있는 은(Ag: 비저항 약 1.59μΩ㎝)막, 은합금막 또는 은막이나 은합금막을 포함한 다층막을 칼라필터의 전극, 배선 및 반사판에 적용하여 평판 디스플레이장치의 대형화와 고해상도 및 저전력 소비 등을 실현하기 위한 노력이 경주되고 있으며, 이러한 재료에 적용하기 위한 식각액이 요구되고 있다.
은(Ag) 함유 박막이 증착된 경우, 이를 패터닝하기 위해 종래의 식각액을 사용하는 경우에는 식각이 불량하여 잔사 또는 재흡착이 발생하거나, 높은 점도로 인해 오버코팅 재료가 도포된 나노 사이즈의 은 나노 와이어를 식각하기 어려워 공정 시간이 길어지는 문제가 야기될 수 있다. 또한, 이와는 반대로 은(Ag)이 과도하게 식각되거나 불균일하게 식각되어 배선의 들뜸 또는 벗겨짐 현상이 발생하고, 배선의 측면 프로파일이 불량하게 되는 단점을 보여왔다.
이에, 대한민국 공개특허 10-2008-0110259호에서는 종래 은 식각액으로 사용되어온 인산, 질산, 아세트산 및 물로 이루어진 식각액에 첨가제로서 제1인산나트륨(NaH2PO)를 추가한 식각액 조성물을 제시하고 있으나, 은 나노 와이어를 보호하기 위하여 오버코팅 재료가 도포된 은 나노 와이어를 식각하는 경우, 식각액이 오버코팅 재료 내부의 은 나노 와이어에 빠르게 침투하지 못하고 오버코팅 재료 내부에서의 식각속도가 느려 식각 공정의 효율이 낮은 한계점을 보이고 있다.
대한민국 등록특허 제 10-1323458호에서는 인산, 질산, 초산, 제1인산나트륨을 포함하는 식각액 조성물에 대해 개시하고 있으나, 높은 점도로 인해 나노 크기의 구멍 속 금속 등에 대해서는 식각이 원활하지 못한 문제가 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하는 새로운 식각액의 개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 공개특허 10-2008-0110259호 대한민국 등록특허 제10-1323458호
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 산화인듐막으로 구성되는 다층막을 식각함에 있어서, 잔사 및 재흡착 발생이 없고 편측 식각(Side etch)량이 적으며, 균일한 식각 특성을 나타내는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은
조성물 총 중량에 대하여,
질산철(A) 1 내지 20 중량%;
질산, 황산 및 염산으로부터 선택되는 1종 이상의 산(B) 2 내지 8 중량%;
초산 및 초산염으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물(C) 5 내지 15 중량%;
부식방지제(D) 0.1 내지 5 중량%;
킬레이트제(E) 0.1 내지 5 중량%;
글리콜산(F) 0.1 내지 2 중량%; 및
물(G) 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물을 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 화소전극 또는 반사막을 형성하는 단계; 를 포함하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
상기 a) 단계, d) 단계 및 e) 단계 중 어느 한 단계 이상이, 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물로 식각하여 각각의 게이트 배선, 소스 및 드레인 전극, 화소 전극 또는 반사막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물을 사용하여 식각된 배선을 제공할 수 있다.
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물은 질산철, 무기산, 초산 및/또는 초산염, 부식방지제, 킬레이트제, 글리콜산 및 물을 포함함으로써, 은(Ag) 함유 박막을 식각함에 있어서 잔사 및 재흡착의 발생을 방지하고, 낮은 점도를 가짐으로써 나노 사이즈의 금속의 식각을 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하는 디스플레이장치용 어레이 기판을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 가로 너비가 포토레지스트 임계치수(PR CD)를 나타내는 SEM 사진이다.
도 2는 가로 너비가 패턴 임계치수(Pattern CD)를 나타내는 SEM 사진이다.
도 3은 식각액으로 식각한 후, 은(Ag)의 잔사 발생 유/무를 측정한 SEM 사진이다.
도 4는 식각액으로 식각한 후, 은(Ag)의 재흡착 발생 유/무를 측정한 SEM 사진이다.
본 발명자들은 은(Ag) 함유 박막에 대하여 식각 컨트롤이 우수하여 과식각이 발생하지 않는 우수한 식각 특성을 가지고, 금속 잔사 및 재흡착이 발생하지 않으며, 점도가 낮아 나노 사이즈의 은나노 와이어 등의 식각이 용이한 식각액 조성물을 제공하기 위해 예의 노력한 바, 질산철; 질산, 황산 및 염산으로부터 선택되는 1종 이상의 산; 초산 및/또는 초산염; 부식방지제; 킬레이트제; 글리콜산; 및 물을 포함하는 식각액 조성물로서 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은,
조성물 총 중량에 대하여,
질산철(A) 1 내지 20 중량%;
질산, 황산 및 염산으로부터 선택되는 1종 이상의 산(B) 2 내지 8 중량%;
초산 및 초산염으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물(C) 5 내지 15 중량%;
부식방지제(D) 0.1 내지 5 중량%;
킬레이트제(E) 0.1 내지 5 중량%;
글리콜산(F) 0.1 내지 2 중량%; 및
물(F) 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물에 관한 것이다.
상기 은(Ag) 함유 박막은 구성 성분 중에 은(Ag)이 포함되는 것으로서, 단일막 또는 이중막 이상의 다층막을 포함하는 개념이다. 상기 은(Ag) 함유 박막은 은(Ag) 또는 은합금의 단일막, 또는 상기 단일막과 인듐산화막으로 이루어진 다층막 등을 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물을 구성하는 성분을 설명한다. 그러나 본 발명이 이들 성분에 한정되는 것은 아니다.
(A) 질산철
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물에 포함되는 질산철은 은을 포함하는 은 함유 금속의 산화 및 해리를 통한 주식각제 역할을 한다. 상기 질산철은 구체예로서, 질산제1철(Fe(NO3)2·6H2O) 및 질산제2철 (Fe(NO3)3·6H2O)로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
종래 기술은 상기 질산철 외에 염화철, 황산철 또는 인산철을 포함하는 식각액 조성물에 관해 개시하고 있다. 그러나, 염화철과 황산철을 포함하는 식각액 조성물을 은 또는 은합금 배선의 식각에 사용할 경우 염화은(AgCl) 또는 황화은(AgS)이라는 난용성 석출물이 발생될 수 있고, 이로 인해 공정상 배관 막힘, 석출물의 배선 충격에 의한 단락 등의 문제를 야기할 수 있어 바람직하지 않다. 인산철의 경우는 용해도가 매우 낮아 식각액 조성물로 구성되기 어렵다는 한계가 있으므로 바람직하지 않다.
상기 질산철(A)은 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물 총 중량에 대하여, 1 내지 20 중량%, 보다 바람직하게는 5 내지 10 중량%로 포함되는 것이 좋다. 상기 질산철 함량이 1 중량% 미만일 경우 은 함유 금속의 식각 속도가 느려져 식각이 완벽히 이루어지지 않고 잔사가 발생할 우려가 있다. 잔사가 발생할 경우, 원하지 않는 곳에 전기가 흘러 전기적 쇼크가 발생할 수 있으므로 적절하지 않다. 반면, 질산철 함량이 20 중량%를 초과하는 경우, 은함유 금속막의 식각속도가 너무 빨라져 배선의 단락 또는 배선폭의 감소 현상으로 인해 전극으로서의 역할을 수행할 수 없는 문제가 있다.
(B) 질산, 황산 및 염산으로부터 선택되는 1종 이상의 산
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물에 포함되는 질산, 황산 및 염산으로부터 선택되는 1종 이상의 산은 예를 들면, 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 또는 산화갈륨아연인듐(IGZO) 등의 인듐 산화막(I-X-O)을 식각하는 역할을 하며, 상술한 질산철(A)과 함께 은 함유 박막을 산화시켜 식각을 돕는 보조 식각제 역할을 수행한다.
다만, 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물은 인산을 포함하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 종래 기술에 사용되는 은을 포함하는 금속의 식각액 조성물은 인산, 질산 및 기타 첨가제를 포함하는 식각액 조성물에 대해 개시하고 있으나, 은 나노 와이어(AgNW)와 같이 나노(nm) 크기 와이어 등의 금속을 식각하기에는 부적합하다. 이는 인산의 높은 점도에서 기인한 것으로, 인산을 주 식각 성분으로 포함할 경우 식각액 조성물이 10cP(상온 25 ℃ 기준) 이상의 높은 점도를 가지게 된다. 이로 인해 식각 후, 은 함유 금속 또는 식각액 조성물이 은 나노 와이어(AgNW)와 같은 미세한 크기를 식각하기에 용이하지 않으며, 이는 불량의 원인이 된다. 뿐만 아니라 인산을 포함하게 될 경우, 40℃ 이상의 사용 온도가 요구될 수 있어, 하부 플렉서블 층에 손상을 줄 수 있어 바람직하지 않다.
이에 반하여, 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물은 1.5 cP 이하 (25℃ 기준)의 낮은 점도를 가지며, 30℃ 이하의 온도에서 사용 가능하므로, 은 나노 와이어(AgNW)를 이용한 플렉서블 기판 제조에 사용하기 유리한 장점을 갖는다.
상기 질산, 황산 및 염산으로부터 선택된 1종 이상의 산(acid)은 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물 총 중량에 대하여, 2 내지 8 중량%로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 5 내지 8 중량%로 포함되는 것이 좋다. 상기 질산, 황산 및 염산으로부터 선택된 1종 이상의 산이 2 중량% 미만으로 포함될 경우, 은 또는 은 합금, 인듐 산화막의 식각 속도 저하가 발생할 수 있다. 이러한 현상은 기판 내 위치에 따른 식각 속도 차이를 유발하므로 은 함유 박막의 불균일 식각 현상을 유발할 수 있으며, 이로 인해 얼룩이 발생되는 문제점이 있다. 반면, 8 중량%를 초과하여 포함될 경우, 포토레지스트에 크랙(crack)이 발생하며, 이로 인한 약액 침투 현상이 발생하여 의도하지 않은 위치의 식각 발생으로 인해 인듐 산화막과 은 또는 은 합금 박막에 단락이 발생할 수 있다. 또한, 과식각으로 인해 은 함유 금속의 소실로 인하여 금속 배선의 기능을 상실할 수 있어 바람직하지 않다.
(C) 초산 및 초산염으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물에 포함되는 초산 및/또는 초산염은, 은 함유 박막의 식각 속도를 조절함으로써 식각 프로파일(etch profile)의 균일성(uniformity)을 갖도록 컨트롤하는 역할을 한다.
상기 초산염은 특별히 한정하는 것은 아니나, 구체예로서 초산칼륨, 초산나트륨 및 초산암모늄으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 초산 및/또는 초산염은 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물 총 중량에 대하여, 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 5 내지 10 중량%로 포함되는 것이 좋다. 상기 초산 및/또는 초산염이 5 중량% 미만으로 포함될 경우 은 함유 박막의 식각 속도에 기여하는 부분이 미미하여 첨가의 효과를 낼 수 없다. 반면 15 중량%를 초과하는 경우에는 은 함유 박막의 식각 속도가 지나치게 느려질 위험이 있으며, 이로 인해 금속의 잔사가 남아 불량 발생의 위험이 있다.
(D) 부식방지제
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물에 포함되는 부식방지제(D)는 은(Ag) 함유 박막의 과식각을 방지하는 역할을 한다. 상기 부식방지제는 바람직하게는 고리형 아민 화합물을 사용할 수 있다. 상기 고리형 아민 화합물의 바람직한 예로는 피롤(pyrrole)계, 피라졸(pyrazol)계, 이미다졸(imidazole)계, 트리아졸(triazole)계, 테트라졸(tetrazole)계, 펜타졸(pentazole)계, 옥사졸(oxazole)계, 이소옥사졸(isoxazole)계, 티아졸(thiazole)계 및 이소티아졸(isothiazole)계 화합물 등을 들 수 있으며 이로부터 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 트리아졸계 화합물로서 바람직하게는 벤조트리아졸, 테트라졸계 화합물로서 5-아미노테트라졸, 3-아미노테트라졸, 및 5-메틸테트라졸로부터 선택되는 1종 이상을 들 수 있다.
상기 부식방지제(D)는 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.5 내지 3 중량%로 포함되는 것이 좋다. 상기 부식방지제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 은 함유 박막의 식각 과정에서 과식각이 발생하여 배선 단락의 불량이 발생할 수 있으며, 5 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 은 함유 박막의 식각이 완전하게 이루어지지 않고, 잔사가 남아 전기적 쇼트를 일으켜 불량을 야기할 수 있다.
(E) 킬레이트제
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물에 포함되는 킬레이트제(E)는 은(Ag)의 재흡착을 방지하는 역할을 한다. 은(Ag)은 환원력이 매우 강한 금속으로서 이온 상태에서도 쉽게 환원이 되어 석출될 수 있다. 이렇게 쉽게 재흡착되는 은(Ag)의 화학적 성질에 의해 원하지 않는 위치에 은 함유 금속이 흡착될 수 있으며, 이는 불량의 원인이 된다. 상기 킬레이트제는 은(Ag) 함유 금속이 화학결합을 통한 불특정 위치에 흡착이 되는 것을 방지하여 불량을 방지하는 역할을 한다.
상기 킬레이트제의 구체적인 예로서 나이트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA), 이미노다이아세트산(iminodiacetic acid, IDA), 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 에틸렌 글리콜테트라 아세트산(ethylene glycol tetraacetic acid, EGTA), 1,2-비스(o-아미노페녹시)에탄- N,N,N',N'-테트라아세트산(1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid, BAPTA), 1,4,7,10-테트라자-사이클로도데칸 테트라아세트산(1,4,7,10-tetraaza-cyclododecane tetraaceticacid, DOTA), N-하이드록시에틸-에틸렌디아민-트리아세트산(N-hydroxyethyl-ethylenediamine-triacetic acid, HEDTA) 및 다이에틸렌 테트라아민 펜타아세트산(diethylene tetramine penta-acetic acid, DTPA)으로부터 선택되는 1종 이상을 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 킬레이트제(E)는 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량%로 포함될 수 있으며, 0.5 내지 3 중량%로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다. 상기 킬레이트제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 은 함유 금속의 재흡착 방지 역할을 원활히 수행할 수 없다. 반면, 5 중량%를 초과하여 포함되는 경우에는 은 함유 금속의 식각 사면에 흡착을 일으켜 식각 속도가 현저히 느려지고, 일부 위치에서는 식각이 되지 않는 현상이 발생할 수 있다.
(F) 글리콜산
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물에 포함되는 글리콜산(F)은 상술한 질산철이 수용액 상태로 존재할 때 나타나는 갈변 현상을 억제하는 역할을 한다.
상기 글리콜산(F)은 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 2 중량%로 포함될 수 있으며, 0.5 내지 1.5 중량%로 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다. 상기 글리콜산이 2 중량%를 초과하여 포함될 경우, 상술한 무기산과의 반응에 의해 폭발을 일으킬 위험이 있어 바람직하지 않다.
(G) 물
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물에 포함되는 물(G)은 특별히 한정하지 않으나 탈이온수를 이용하는 것이 바람직하며, 상기 탈이온수는 반도체 공정용으로서 비저항값이 18 ㏁/㎝ 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 물은 식각액 조성물 총 100 중량%에 대하여 잔량으로 포함될 수 있다.
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물은 상기에 언급한 성분들 외에 식각 조절제, 계면활성제, 금속 이온 봉쇄제, pH 조절제 및 이에 국한되지 않는 다른 첨가제로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다. 상기 첨가제는, 본 발명의 범위 내에서 본 발명의 효과를 더욱 양호하게 하기 위하여, 당해 분야에서 통상적으로 사용하는 첨가제들로부터 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물을 구성하는 성분들은 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물이 적용되는 은(Ag) 함유 박막은, 막의 구성 성분 중에 은(Ag)이 포함되는 것으로서, 은(Ag) 또는 은 합금의 단일막, 또는 상기 단일막과 인듐 산화막으로 구성된 다층막 등을 들 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 은 합금은 특별히 한정하지 않으나 구체적인 예로서, 은을 주성분으로 하며 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 크롬(Cr), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 네오디늄(Nd), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 프로트악티늄(Pa), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 등으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 은 합금막일 수 있으며, 보다 바람직하게는 팔라듐(Pd) 또는 구리(Cu)를 포함하는 은 합금막일 수 있다.
상기 은(Ag) 함유 박막은 상기 은(Ag) 또는 은 합금의 단일막과 인듐산화막으로 구성된 다층막 등도 포함한다. 상기 인듐 산화막의 구체예로서 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 또는 산화갈륨아연인듐(IGZO) 등을 들 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 다층막의 보다 구체적인 예로서, 인듐산화막/은(Ag) 또는 인듐산화막/은 합금(silver alloy) 등의 이중막, 인듐산화막/은(Ag)/인듐산화막 또는 인듐산화막/은 합금/인듐산화막 등의 삼중막 등을 들 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.
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 화소전극 또는 반사막을 형성하는 단계; 를 포함하는 표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
상기 a) 단계, d) 단계 및 e) 단계 중 어느 한 단계 이상이, 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물로 식각하여 각각의 게이트 배선, 소스 및 드레인 전극, 화소 전극 또는 반사막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
보다 상세하게, 상기 a) 단계는 기판 상에 은(Ag) 함유 박막을 형성하고, 본 발명의 은 함유 박막의 식각액 조성물로 식각하여 게이트 배선을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 d) 단계는 반도체층 상에 은(Ag) 함유 박막을 형성하고, 본 발명의 은 함유 박막의 식각액 조성물로 식각하여 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 디스플레이 장치는 유기발광소자(OLED) 또는 액정표시장치(LCD)일 수 있으며, 상기 디스플레이 장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판일 수 있다.
상기 은(Ag) 함유 박막은 상술한 의미가 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은
본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물을 사용하여 식각된 배선을 제공할 수 있다.
보다 상세하게, 상기 배선은 터치스크린 패널(Touch Screen Panel, TSP)에서 주로 X, Y 좌표에 센싱된 신호를 읽어들이는 트레이스(Trace) 배선 또는 플렉서블용 은 나노와이어 배선일 수 있다.
상기 배선은 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 인듐산화막으로 구성된 다층막일 수 있다. 상기 은 합금의 단일막, 상기 단일막과 인듐 산화막으로 구성된 다층막에 대한 내용은 은(Ag) 함유 박막에 대해 상술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 은 함유 박막의 식각액 조성물은 표시 장치(OLED, LCD 등)의 제조 시, 배선 및 반사막 등으로 사용되는 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막 및 상기 단일막과 인듐산화막으로 구성된 다층막의 식각에 사용할 수 있다. 또한, 터치스크린 패널의 배선 형성 시 식각에 사용할 수 있다.
즉, 본 발명의 은 함유 박막의 식각액 조성물은 OLED, LCD, TSP 등의 제조에 다양하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되지 않으며, 다양하게 수정 및 변경될 수 있다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해질 것이다.
< 실시예 및 비교예 > 식각액 조성물의 제조
하기 표 1에 나타낸 조성 및 함량으로 실시예 1~8 및 비교예 1~11의 식각액 조성물을 제조하였다.
(중량%)
항목 질산철 염화
제2철		 황산
제2철		 무기산 초산/초산염 부식방지제 킬레이트제 글리콜산 탈이온수
질산
제2철		 질산
제1철		 질산 황산 인산 초산 초산
칼륨		 메틸
테트라졸		 5-아미노
테트라졸		 IDA DTPA EDTA
실시예 1 10 5 - 5 1 1 1 잔량
실시예 2 15 7 - 5 1 1 1
실시예 3 5 3 - 5 1 1 1
실시예 4 20 2 - 15 5 5 2
실시예 5 10 5 - 5 1 1 1
실시예 6 10 5 - 10 1 1 1
실시예 7 10 5 - 5 1 1 1
실시예 8 10 5 - 5 2 1 1
비교예 1 - 10 5 - 5 1 1 1
비교예 2 - 10 5 - 5 1 1 1
비교예 3 30 5 - 5 1 1 1
비교예 4 10 10 - 5 1 1 1
비교예 5 10 5 - 20 1 1 1
비교예 6 10 5 - 5 1 1 3
비교예 7 10 5 - 5 - 1 1
비교예 8 10 5 - 5 1 - 1
비교예 9 10 5 - 5 1 0.05 1
비교예 10 10 2 - 15 5 6 2
비교예 11 25 5 - 5 5 1 1 1
주)
IDA: 이미노다이아세트산(iminodiacetic acid)
DTPA: 다이에틸렌 테트라아민 펜타아세트산(diethylene tetramine penta-acetic acid)
EDTA: 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid)
< 실험예 > 식각액 조성물의 성능 테스트
기판 상에 은나노와이어를 오버코트 물질과 함께 도포하고, 그 위에 포토레지스트를 노광, 현상 공정을 통해 패터닝을 한 기판을 다이아몬드 칼을 이용하여 500 X 600mm로 절단하여 시편을 준비하였다.
상기 실시예 1~8 및 비교예 1~11의 식각액 조성물을 사용하여 하기와 같이 성능 테스트를 진행하였다.
실험예 1. CD skew (CD skew = PR CD - Pattern CD) 평가
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), K.C.Tech사) 내에 상기 실시예 1~8 및 비교예 1~11의 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 30℃로 설정하여 가온한 후, 온도가 30±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 60초로 실시하였다.
기판을 넣고 분사를 시작하여 60초의 식각 시간이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 공기 분사 건조장치를 이용하여 건조하였다. 세정 및 건조 후 기판을 절단하고 패터닝 된 포토레지스트 너비와 포토레지스트를 스트립 공정을 통해 제거(박리) 한 후 식각 후 남아 있는 은나노와이어의 너비를 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI사 제조)을 이용하여 측정하였다.
CD skew는 [포토레지스트 너비(PR CD) - 은나노와이어의 너비(Pattern CD)]의 값을 하기의 기준으로 평가하여, 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<CD skew 평가 기준>
◎ 우수: 0.2㎛ 미만
○ 양호: 0.2 ~ 0.5㎛ 미만
X 불량: 0.5㎛ 이상
실험예 2. 잔사 측정
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), K.C.Tech사) 내에 상기 실시예 1~8 및 비교예 1~11의 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 40℃로 설정하여 가온한 후, 온도가 30±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 60초로 실시하였다.
기판을 넣고 분사를 시작하여 60초의 식각 시간이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 공기 분사 건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI사 제조)을 이용하여 포토레지스트가 덮여 있지 않은 부분에 은(Ag)이 식각 되지 않고 남아 있는 현상인 잔사를 측정하였으며, 하기의 기준으로 평가하여, 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<잔사 평가 기준>
○ 양호: 잔사 미발생
X 불량: 잔사 발생
실험예 3. 은 재흡착 측정
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), K.C.Tech사) 내에 상기 실시예 1~8 및 비교예 1~11의 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 30℃로 설정하여 가온한 후, 온도가 30±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 60초로 실시하였다.
기판을 넣고 분사를 시작하여 60초의 식각 시간이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 공기 분사 건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI사 제조)을 이용하여 식각이 된 후, 주로 데이터 배선 등 이종 금속이 노출 된 부분이나 굴곡 현상에 의해 마찰이 발생할 수 있는 특정 부위에 식각된 은(Ag)이 흡착되어 있는 현상을 전면 관찰을 통한 분석을 진행하였고, 하기의 기준으로 평가하여, 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<재흡착 평가 기준>
○ 양호: 재흡착 미발생
X 불량: 재흡착 발생
실험예 4. 폭발 안정성 평가
상기 실시예 1~8 및 비교예 1~11의 식각액 조성물 제조 후, 30 ℃의 항온조에 보관하여 24시간 동안 약액의 온도 변화를 온도 모니터링 장비(온도모니터링 시스템, YOKOGAWA사 제조)로 관측하였다. 하기 평가 기준에 따라, 끓어 오름 또는 격렬한 반응을 육안으로 확인하여 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
<폭발 안정성 평가 기준>
○ 양호: 온도 상승 20℃ 미만 또는 폭발 및 격렬한 반응 미발생
X 불량: 온도 상승 20℃ 이상 또는 폭발 및 격렬한 반응 발생
실험예 5. 석출물 발생 평가
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), K.C.Tech사) 내에 상기 실시예 1~8 및 비교예 1~11의 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 30℃로 설정하여 가온한 후, 온도가 30±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 60초로 실시하였다.
기판을 넣고 분사를 시작하여 60초의 식각 시간이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 바람 분사 건조장치를 이용하여 건조하였다. 세정 및 건조 후 AgCl, AgS 등의 석출물 발생에 따른 침전물을 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI사 제조)을 이용하여 확인하고, 그 결과를 하기 표 2에 기재하였다
<석출물 발생 평가 기준>
○ 양호: 석출물 미발생
X 불량: 석출물 발생
실험예 6. 점도 측정
점도계(CANNON사)를 30℃의 항온조 내에 설치하고 30℃로 가온된 상기 실시예 1~8 및 비교예 1~11의 식각액 조성물의 점도를 측정하여, 하기 표 2에 기재하였다.
항목 CD skew 잔사 평가 재흡착 평가 폭발안정성 평가 석출물
평가		 점도 측정
(cP)
실시예 1 ◎ ○ ○ ○ ○ 0.86
실시예 2 ○ ○ ○ ○ ○ 0.81
실시예 3 ◎ ○ ○ ○ ○ 0.92
실시예 4 ○ ○ ○ ○ ○ 0.85
실시예 5 ◎ ○ ○ ○ ○ 0.95
실시예 6 ○ ○ ○ ○ ○ 0.86
실시예 7 ◎ ○ ○ ○ ○ 0.98
실시예 8 ◎ ○ ○ ○ ○ 0.84
비교예 1 ○ X ○ ○ X 0.85
비교예 2 ◎ X ○ ○ X 0.90
비교예 3 X ○ ○ ○ ○ 0.82
비교예 4 X ○ ○ ○ ○ 0.75
비교예 5 ○ X ○ ○ ○ 0.77
비교예 6 ◎ ○ ○ X X 0.88
비교예 7 X ○ ○ ○ ○ 0.84
비교예 8 ◎ ○ X X X 0.85
비교예 9 ◎ ○ X X X 0.85
비교예 10 ◎ X ○ ○ ○ 1.02
비교예 11 X X ○ ○ ○ 3.27
상기 표 2에 기재된 결과를 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물인 실시예 1~9는 CD skew, 잔사, 재흡착 평가와 폭발 안정성 및 석출물 평가에서 양산에 적합한 우수한 결과를 나타내었으며, 점도 또한 1.5 cP 미만으로 낮은 점도를 갖는 것을 확인할 수 있다.
반면, 비교예의 경우 실시한 평가 중 적어도 하나 이상에서 부적합한 평가 결과를 나타냈으며, 특히 비교예 11의 경우 인산을 포함함에 따라, 3 cP 이상의 높은 점도를 갖는 것을 확인할 수 있다.

Claims (18)

  1. 조성물 총 중량에 대하여,
    질산철(A) 1 내지 20 중량%;
    질산, 황산 및 염산으로부터 선택된 1종 이상의 산 (B) 2 내지 8 중량%;
    초산 및 초산염으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물(C) 5 내지 15 중량%;
    부식방지제(D) 0.1 내지 5 중량%;
    킬레이트제(E) 0.1 내지 5 중량%;
    글리콜산(F) 0.1 내지 2 중량%; 및
    물(G) 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물은 은 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 인듐산화막으로 구성되는 다층막을 식각할 수 있는 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 인듐산화막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO)으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 단일막과 인듐산화막으로 구성되는 다층막은 인듐산화막/은, 인듐산화막/은 합금, 인듐산화막/은/인듐산화막 또는 인듐산화막/은 합금/인듐산화막인 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 은합금은 은(Ag) 및, 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 망간(Mn), 크롬(Cr), 주석(Sn), 팔라듐(Pd), 네오디늄(Nd), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 마그네슘(Mg), 텅스텐(W), 프로트악티늄(Pa), 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti)으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 질산철은 질산제1철 및 질산제2철로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 초산염은 초산칼륨, 초산나트륨 및 초산암모늄으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 부식방지제는 고리형 아민 화합물인 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 고리형 아민 화합물은 피롤(pyrrole)계, 피라졸(pyrazol)계, 이미다졸(imidazole)계, 트리아졸(triazole)계, 테트라졸(tetrazole)계, 펜타졸(pentazole)계, 옥사졸(oxazole)계, 이소옥사졸(isoxazole)계, 티아졸(thiazole)계 및 이소티아졸(isothiazole)계 화합물로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 킬레이트제는 나이트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid, NTA), 이미노다이아세트산(iminodiacetic acid, IDA), 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA), 에틸렌 글리콜테트라 아세트산(ethylene glycol tetraacetic acid, EGTA), 1,2-비스(o-아미노페녹시)에탄- N,N,N',N'-테트라아세트산(1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid, BAPTA), 1,4,7,10-테트라자-사이클로도데칸 테트라아세트산(1,4,7,10-tetraaza-cyclododecane tetraaceticacid, DOTA), N-하이드록시에틸-에틸렌디아민-트리아세트산(N-hydroxyethyl-ethylenediamine-triacetic acid, HEDTA) 및 다이에틸렌 테트라아민 펜타아세트산(diethylene tetramine penta-acetic acid, DTPA)으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서,
    인산을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  12. 청구항 1에 있어서,
    조성물의 점도가 25℃에서 1.5 cP 이하인 것을 특징으로 하는 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물.
  13. 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물로 식각된 배선.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 배선은 터치스크린패널(TSP)용 터치 센싱 배선인 것을 특징으로 하는 배선.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 배선은 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 인듐산화막으로 구성된 다층막인 것을 특징으로 하는 배선.
  16. 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 화소전극 또는 반사막을 형성하는 단계; 를 포함하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
    상기 a) 단계, d) 단계 및 e) 단계 중 어느 한 단계 이상이, 청구항 1의 은(Ag) 함유 박막의 식각액 조성물로 식각하여 각각의 게이트 배선, 소스 및 드레인 전극, 화소 전극 또는 반사막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 디스플레이 장치용 어레이 기판이 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치용 어레이 기판의 제조방법.
  18. 청구항 16 내지 17 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 디스플레이 장치용 어레이 기판.
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