KR20170047921A - 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents

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KR20170047921A
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 어레이 기판 제조 시 사용되는 식각액 조성물은 몰리브덴계 금속막 및 금속산화물막 식각 시, 종래 식각액 조성물에 비해 식각 특성을 유지하면서도 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage)을 최소화시킬 수 있어 고품질의 액정표시장치용 어레이 기판을 구현해 낼 수 있다.

Description

액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF AN ARRAY SUBSTRATE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
몰리브덴-티타늄 합금막 또는 인듐 산화막을 사용한 화소전극은, 일반적으로 스퍼터링 등의 방법을 통해 유리 기판 등의 위에 몰리브덴-티타늄 합금막 또는 인듐 산화막을 적층시키고, 그 위에 포토레지스트를 코팅하고 노광 및 현상 공정을 통하여 패턴을 형성한 후, 식각함으로써 화소 전극을 형성하게 된다.
몰리브덴-티타늄 합금막은 내화학성이 우수하여 화학반응으로 식각이 용이하지 않은 물질이며, 종래에는 화소전극으로서 사용되지 않던 물질이다. 따라서, 몰리브덴-티타늄 합금막을 식각하기 위하여 사용되는 기술은 보고 된 바 없으며, 다만, 데이터 배선으로 사용되는 몰리브덴 단일막을 식각하기 위한 식각액으로서 한국 공개특허공보 제2001-0100226호에 과수계 (H2O2+NH4COOH) 식각액이 개시되어 있다. 그러나, 상기 식각액을 몰리브덴-티타늄 합금막에 적용할 경우, 몰리브덴-티타늄 합금막의 내식각성이 강하여 식각이 불가능 하며, 하부 금속막으로 사용되는 구리 배선에 어텍을 가하기 때문에 데이터 배선으로 구리 배선을 사용하는 경우에는 사용이 불가능 하다는 문제점이 있다. 또한 상기 식각액은 화소전극으로 몰리브덴-티타늄 합금막과 병행하여 사용되는 인듐 산화막에 대해 식각이 불가능 하다는 단점이 있다.
인듐 산화막의 식각액으로는 옥살산 계열의 식각액 및 염산 계열의 식각액이 쓰이고 있다. 그러나, 옥살산 계열의 식각액은 0℃ 이하에서의 옥살산의 결정화 현상이 발생하고, 염산 계열의 식각액은 하부 금속막을 어텍하는 문제점을 갖고 있는 것으로 알려져 있다.
몰리브덴-티타늄 합금막과 인듐 산화막은 액정표시장치용 TFT 어레이 기판의 화소전극으로 병행하여 사용되고 있다. 따라서, 화소전극의 형성을 위한 식각공정에서 몰리브덴-티타늄 합금막과 인듐 산화막을 모두 효과적으로 식각할 수 있는 식각액 조성물을 제조하는 기술은 식각공정의 효율성을 극대화하기 위하여 반드시 필요한 기술이라고 할 수 있다. 이에, 식각액 조성물에 대한 활발한 연구 끝에 대한민국 공개특허 10-2008-0045853호에서는 과산화수소, 함불소화합물, 헤테로사이클릭 아민 화합물 및 물을 포함하는 식각액 조성물을 제시하였다.
그러나, 상기 조성물의 경우 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage)이 발생하여 TFT 소자 구동 특성 및 리워크(Rework)면에서 문제점을 가지고 있다.
대한한국 공개특허 10-2001-0100226호 대한민국 공개특허 10-2008-0045853호
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로, 종래 식각액 조성물의 식각 특성을 유지하면서도 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage)을 최소화시키는 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하여 몰리브덴계 금속막 또는 금속 산화물막을 식각하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 액정표시장치용 어레이 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 실란(silane)을 포함하는 화합물, 과산화수소, 불소화합물 및 아졸화합물을 포함하며, 상기 실란을 포함하는 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 1중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막 식각액 조성물을 제공한다.
일 구현예는 실란을 포함하는 화합물이 알콕시실란을 포함하는 화합물인 것일 수 있다.
다른 일 구현예는 실란을 포함하는 화합물이 3-아미노프로필트리에톡시실란, 벤조일옥시프로필트리메톡시실란, 아세트아미도프로필트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란 및 헥사에톡시디실란 에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 조성물 총 중량을 기준으로 실란을 포함하는 화합물 0.01 내지 1중량%, 과산화수소 15 내지 25중량%, 불소화합물 0.1 내지 2중량%, 아졸화합물 0.1 내지 1중량% 및 잔량의 물을 포함하는 것일 수 있다.
또 다른 일 구현예는 상기 몰리브덴계 금속막이 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 네오디늄(Nd) 및 인듐(In)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속과 몰리브덴의 합금으로 이루어진 것이며, 상기 금속 산화물막은 AxByCzO(A, B, C = Zn, Cd, Ga, In, Sn, Hf, Zr, Ta; x, y, z=0)로 이루어진 삼성분계 또는 사성분계 산화물막인 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 실란(silane)을 포함하는 화합물, 과산화수소, 불소화합물 및 아졸화합물을 포함하며, 상기 실란을 포함하는 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 1중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막 식각액 조성물을 사용하여 몰리브덴계 금속막 또는 금속 산화물막을 식각하는 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 반도체층을 형성하는 단계;
d) 상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및
e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 e) 단계는 몰리브덴 금속막 또는 금속 산화물막을 형성하고, 실란(silane)을 포함하는 화합물, 과산화수소, 불소화합물 및 아졸화합물을 포함하며 상기 실란을 포함하는 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 1중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막 식각액 조성물로 상기 몰리브덴 금속막 또는 금속 산화물막을 식각하는 공정을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 식각액 조성물은 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막 식각 시, 종래 식각액 조성물에 비해 식각 특성을 유지하면서도 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage)을 최소화시킬 수 있다.
본 발명은 식각액 조성물, 식각 방법 및 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 식각액 조성물은 실란을 포함하는 화합물을 포함함에 따라 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막 식각 시, 종래 식각액 조성물에 비해 식각 특성을 유지하면서도 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage)을 최소화시킬 수 있는 것이 특징이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 실란(silane)을 포함하는 화합물, 과산화수소, 불소화합물 및 아졸화합물을 포함하며, 상기 실란을 포함하는 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 1중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막 식각액 조성물을 제공한다.
상기 식각액 조성물에 포함되는 실란을 포함하는 화합물은 글라스 및 패시 손상(Glass & Passi Damage) 감소 효과의 기능을 한다.
상기 실란을 포함하는 화합물은 알콕시실란을 포함하는 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 3-아미노프로필트리에톡시실란, 벤조일옥시프로필트리메톡시실란, 아세트아미도프로필트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란 및 헥사에톡시디실란 에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있다.
상기 실란을 포함하는 화합물은 조성물 총 중량을 기준으로 0.01 내지 1중량%로 포함되며, 0.05 내지 0.5중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량 범위 미만으로 포함되면 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage) 감소에 영향이 없고, 상기 함량 범위를 초과하여 포함되면 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막 식각속도가 느려져 unetch 현상이 발생한다. 상기 unetch 현상은 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막이 식각되지 않아 패턴이 형성되지 않음을 의미한다.
상기 식각액 조성물에 포함되는 과산화수소는 몰리브덴계 금속막 및 금속산화물막의 식각속도에 영향을 주는 주산화제이다.
상기 과산화수소는 조성물 총 중량을 기준으로 15 내지 25중량% 포함되는 것이 바람직하며, 18 내지 23중량%로 포함되는 것이 가장 바람직하다. 상기 함량 범위 내인 경우 적절한 식각 속도를 나타내며, 적정량의 과산화수소를 포함함에 따라 식각액 안정성도 도모할 수 있다.
상기 식각액 조성물에 포함되는 불소화합물은 물에 해리되어 플루오르 이온을 낼 수 있는 화합물을 의미한다. 상기 불소화합물은 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막의 식각 속도에 영향을 주는 해리제이며, 몰리브덴계 금속막의 식각 속도를 조절한다.
상기 불소 화합물은 당해 기술분야에서 사용되는 물질로서 용액 내에서 플루오르 이온 또는 다원자 플루오르 이온으로 해리될 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 불소 화합물은 HF, NaF, NH4F, NH4BF4, NH4FHF, KF, KHF2, AlF3 및 HBF4으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것일 수 있으며, 바람직하게는 SiO2 손상 측면에서 HF기가 없는 NH4F가 바람직하다
상기 불소화합물은 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 2중량% 포함되는 것이 바람직하며, 0.5 내지 1.5중량%로 포함되는 것이 가장 바람직하다. 상기 함량 범위 내인 경우 식각속도가 느려지지 않으면서도 Si 계열의 하부층의 식각 손상도 최소화할 수 있다.
상기 식각액 조성물에 포함되는 아졸화합물은 몰리브덴계 금속막 및 금속산화물막과 접촉하게 되는 구리 배선(Data 배선)의 식각속도를 조절한다.
상기 아졸화합물로는 예컨대, 피롤(pyrrole)계, 피라졸(pyrazol)계, 이미다졸(imidazole)계, 트리아졸(triazole)계, 테트라졸(tetrazole)계, 펜타졸(pentazole)계, 옥사졸(oxazole)계, 이소옥사졸(isoxazole)계, 디아졸(thiazole)계, 이소디아졸(isothiazole)계 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독으로 또는 2종 이상이 함께 사용될 수 있다. 이 중 트리아졸(triazole)계 화합물이 바람직하며, 벤조트리아졸(benzotriazole)이 적합하다.
상기 아졸화합물은 조성물 총 중량을 기준으로 0.1 내지 1중량%으로 포함되는 것이 바람직하며, 0.2 내지 0.8중량%로 포함되는 것이 가장 바람직하다. 상기 함량 범위 내인 경우 구리배선 식각속도가 증가함에 따른 어택방지 효과가 감소하는 것을 방지할 수 있으며, 식각속도를 적정하게 유지시킴에 따라 식각속도가 느려짐에 따른 공정시간 손실도 방지할 수 있다.
상기 식각액 조성물은 조성물 총 중량이 100중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다. 상기 물은 물은 특별히 한정하지 않으나, 탈이온수를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 물은 물속에 이온이 제거된 정도를 보여주는 물의 비저항값이 18MΩ·cm 이상인 탈이온수를 이용하는 것이 좋다.
본 발명의 식각액 조성물은 식각 성능을 향상시키기 위하여 당업계에 공지되어 있는 임의의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제로는 계면 활성제, 금속이온 봉쇄제, 및 부식 방지제 등을 사용할 수 있다.
상기 몰리브덴계 금속막은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 네오디늄(Nd) 및 인듐(In)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속과 몰리브덴의 합금으로 이루어진 것일 수 있으며, 예컨대 상기 몰리브덴계 금속막은 몰리브덴-티타늄 합금막일 수 있다.
상기 금속 산화물막은 AxByCzO(A, B, C = Zn, Cd, Ga, In, Sn, Hf, Zr, Ta; x, y, z=0)로 이루어진 삼성분계 또는 사성분계 산화물막인 것일 수 있으며, 예컨대 상기 금속 산화물막은 인듐아연산화막(IZO) 또는 인듐주석산화막(ITO)과 같은 인듐산화막일 수 있다.
또한, 본 발명은 실란(silane)을 포함하는 화합물, 과산화수소, 불소화합물 및 아졸화합물을 포함하며 상기 실란을 포함하는 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 1중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막 식각액 조성물을 사용하여 몰리브덴계 금속막 또는 금속 산화물막을 식각하는 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 반도체층을 형성하는 단계; d) 상기 반도체층 상에 소스 및 드레인 전극을 형성하는 단계; 및 e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 e) 단계는 몰리브덴 금속막 또는 금속산화물막을 형성하고, 실란(silane)을 포함하는 화합물, 과산화수소, 불소화합물 및 아졸화합물을 포함하며 상기 실란을 포함하는 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 1중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 몰리브덴계 금속막 및 금속 산화물막 식각액 조성물로 상기 몰리브덴 금속막 또는 금속산화물막을 식각하는 공정을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 액정표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판인 것일 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 1~3 및 비교예 1~3. 식각액 조성물의 제조
하기 표 1의 성분 및 함량(단위: 중량%)에 따라 식각액 조성물 6kg을 제조하였다.
구분 과산화수소 불화암모늄
(NH4FHF)		 벤조트리아졸 3-아미노프로필트리에톡시실란 물
실시예1 20 0.14 0.2 0.05 잔량
실시예2 20 0.14 0.2 0.10 잔량
실시예3 20 0.14 0.2 0.50 잔량
비교예1 20 0.14 0.2 0.005 잔량
비교예2 20 0.14 0.2 2.0 잔량
비교예3 20 0.14 0.2 - 잔량
실험예 . 식각 특성 평가
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 식각액 조성물을 각각 사용하여 식각 공정을 실시하였다. 분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사)를 이용하였고, 식각 공정시 식각액 조성물의 온도는 약 35℃ 내외로 하였다. 식각 시간은 식각 온도에 따라서 다를 수 있으나, 몰리브덴계 금속막 및 금속산화물막은 LCD Etching 공정에서 통상 80 내지 100초 정도로 진행하였고, 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage) 300sec로 진행하였다. 상기 식각 공정에서 식각된 몰리브덴계 금속막의 Side Etch의 단면, 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage) 단면 측정은 SEM(Hitachi사 제품, 모델명 S-4700)을 사용하여 검사하였고, 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
식각공정에 사용된 몰리브덴계 금속막은 Mo-Ti 300Å 박막 기판을 사용하였으며, 양산에서 사용할 수 있는 Mo-Ti S/E는 적어도 0.07㎛이상이며, TFT 소자 구동 특성 및 리워크(Rework)에 문제가 발생 할 수 있기 때문에 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage)은 최소화 하는 방향으로 실험을 진행하였다.
구 분 Mo-Ti S/E (㎛) Glass Damage (Å/sec) Passi Damage (Å/sec)
실시예1 0.10 1.0 0.4
실시예2 0.12 0.6 0.3
실시예3 0.10 0.0 0.0
비교예1 0.11 5.2 3.0
비교예2 0.03 0.0 0.0
비교예3 0.08 4.9 3.4
* 비교예 3은 양산에 적용될 수 있는 수준의 Mo-Ti S/E, 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage)의 결과 값을 수치로 표현한 것임
표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3의 식각액 조성물은 Mo-Ti S/E면에서 기존 양산품 대비 양호한 식각 특성을 나타내었고, 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage)면에서도 양산품 대비 특성이 좋음을 나타내었다.
반면, 비교예 1의 경우 실란을 포함하는 화합물의 함량이 전체 조성물 총 중량을 기준으로 0.01중량% 미만임에 따라 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage)의 감소 효과가 좋지 않음을 나타내었고, 비교예 2의 경우 실란을 포함하는 화합물의 함량이 상기 기준으로 2중량% 초과함에 글라스 및 파씨 손상(Glass & Passi Damage) 감소 효과는 좋은 것으로 나타났으나 Mo-Ti S/E 면에서 양산품 대비 크게 감소함을 알 수 있었다.

Claims (8)

  1. 실란(silane)을 포함하는 화합물, 과산화수소, 불소화합물 및 아졸화합물을 포함하며,
    상기 실란을 포함하는 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 1중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 몰리브덴계 금속막 및 금속산화물막 식각액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실란을 포함하는 화합물은 알콕시실란을 포함하는 화합물인 것을 특징으로 하는, 식각액 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 실란을 포함하는 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 벤조일옥시프로필트리메톡시실란, 아세트아미도프로필트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란 및 헥사에톡시디실란 에틸렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 식각액 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 조성물 총 중량을 기준으로 실란을 포함하는 화합물 0.01 내지 1중량%, 과산화수소 15 내지 25중량%, 불소화합물 0.1 내지 2중량%, 아졸화합물 0.1 내지 1중량% 및 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 식각액 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰리브덴계 금속막은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 네오디늄(Nd) 및 인듐(In)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속과 몰리브덴의 합금으로 이루어진 것이며,
    상기 금속산화물막은 AxByCzO(A, B, C = Zn, Cd, Ga, In, Sn, Hf, Zr, Ta; x, y, z=0)로 이루어진 삼성분계 또는 사성분계 산화물막인 것을 특징으로 하는, 식각액 조성물.
  6. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항의 식각액 조성물을 사용하여 몰리브덴계 금속막 또는 금속산화물막을 식각하는 방법.
  7. a) 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계;
    b) 상기 게이트 전극을 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 포함하며,
    상기 e) 단계는 몰리브덴 금속막 또는 금속산화물막을 형성하고, 상기 청구항 1의 식각액 조성물로 상기 몰리브덴 금속막 또는 금속산화물막을 식각하는 공정을 포함하는 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 액정표시장치용 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판인 것을 특징으로 하는, 액정표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190100843A (ko) * 2018-02-21 2019-08-29 동우 화인켐 주식회사 절연막 식각액 조성물 및 이를 이용한 패턴 형성 방법
KR20190105770A (ko) * 2018-03-06 2019-09-18 에스케이씨 주식회사 반도체 공정용 조성물 및 반도체 공정

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