KR20180090008A

KR20180090008A - 은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시장치용 어레이기판의 제조방법

Info

Publication number: KR20180090008A
Application number: KR1020170014870A
Authority: KR
Inventors: 김진성; 김련탁; 양규형
Original assignee: 동우 화인켐 주식회사
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2017-02-02
Publication date: 2018-08-10
Also published as: KR102680506B1

Abstract

본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, 인산 40 내지 60 중량%; 질산 3 내지 15 중량 %; 아세트산 5 내지 20 중량%; 인산염 0.1 내지 5 중량%; 티올기를 포함하는 화합물 0.05 내지 5 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시장치용 어레이기판의 제조방법을 제공한다.

Description

은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시장치용 어레이기판의 제조방법{ETCHING SOLUTION COMPOSITION FOR SILVER-CONTAINING LAYER AND MANUFACTURING METHOD FOR AN ARRAY SUBSTRATE FOR DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시장치용 어레이기판의 제조방법에 관한 것이다.

본격적인 정보화시대로 접어들게 됨에 따라 대량의 정보를 처리 및 표시하는

표시장치 분야가 급속도로 발전해 왔으며, 이에 부응하여 다양한 평판 디스플레이가 개발되어 각광받고 있다.

이러한 평판 표시장치 장치의 예로는 액정디스플레이장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 플라즈마 디스플레이장치(Plasma Display Panel device: PDP), 전계방출디스플레이장치(Field Emission Display device: FED), 유기발광소자(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 등을 들 수 있다.

일례로서, OLED는 소자 자체적으로 빛을 발광하면서 저전압에서도 구동될 수있기 때문에 휴대기기 등의 소형 표시장치 시장에 빠르게 적용되고 있을 뿐만 아니라, 표시장치의 대화면화에 대한 트랜드에 따라 대형 TV 등에의 상용화를 목전에 둔 상황이다. 표시장치가 대화면화 되면서, 배선 등이 길어지게 되어 배선 저항이 증가하게 됨에 따라, 저항을 낮추어 표시장치의 대형화 및 고해상도 실현을 가능하게 하는 방법이 요구되고 있다.

저항 증가에 의한 신호 지연 등의 문제를 해결하기 위해서는, 상기 배선을 최대한 낮은 비저항을 가지는 재료로 형성할 필요가 있다. 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 컬러필터의 전극, 배선 및 반사막 등에 적용하여 평판 표시장치장치의 대형화와 고해상도 및 저전력 소비 등을 실현하기 위한 노력이 경주되고 있으며, 이러한 재료에 적용하기 위한 식각액이 요구되고 있다.

근래에 들어, 평판 표시장치 장치의 사이즈가 대형화되면서 기판의 식각 방식에 있어서도 종래와 다른 방식들이 적용되고 있다. 예컨대, 대형 기판을 식각하는 경우 식각 중 기판 위에 위치하는 식각액의 중량이 상당히 커지므로 기판이 파손될 가능성도 증가하게 된다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 기판에 경사를 주어 식각하는 방식이 적용되고 있다.

그런데, 상기와 같은 방식의 경우, 경사 위쪽에 위치하는 기판상부와 경사 아래쪽에 위치하는 기판하부에 높이 차이가 발생하며, 그로 인하여 기판상부와 기판하부에 대한 식각액의 접촉빈도가 다르게 되고 식각속도의 차이도 발생하게 된다. 따라서 기판의 균일한 식각이 어려울 뿐아니라, 기판하부의 배선이 유실되는 문제도 야기될 수 있다.

한국 등록특허공보 제10-1323458호

본 발명은 종래 기술의 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

경사식 식각에 따르는 식각의 불균일, 하부기판에 형성된 배선의 유실을 방지하여 균일한 식각을 가능하게 하는 은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시장치용 어레이기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 조성물 총 중량에 대하여,

인산 40 내지 60 중량%;

질산 3 내지 15 중량 %;

아세트산 5 내지 20 중량%;

인산염 0.1 내지 5 중량%;

티올기를 포함하는 화합물 0.05 내지 5 중량%; 및

잔량의 물을 포함하는 은 함유 박막 식각액 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은

상기 식각액 조성물을 사용하는 표시 장치용 어레이기판의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시장치용 어레이기판의 제조방법은 기판의 경사식 식각에 따르는 식각의 불균일, 하부기판에 형성된 배선의 유실을 방지하여 균일한 식각을 가능하게 한다. 따라서 상기 은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시장치용 어레이기판의 제조방법은 은 평판표시장치의 고해상도 구현 및 대형화를 위하여 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 대형 기판의 경사식 식각 공정을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에서 사이드에치의 정의를 도식화하여 나타낸 이미지이다.

본 발명은 본 발명은 조성물 총 중량에 대하여, 인산 40 내지 60 중량%; 질산 3 내지 15 중량 %; 아세트산 5 내지 20 중량%; 제1인산나트륨(NaH2PO4) 0.1 내지 5 중량%; 티올기를 포함하는 화합물 0.05 내지 5 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 은 함유 박막 식각액 조성물에 관한 것이다.

본 발명에서, 은 함유 박막은 은 또는 은합금의 단일막 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

본 발명에서, 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 및/또는 산화갈륨아연인듐(IGZO)등으로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 은 함유 박막 식각액 조성물.

본 발명에서, 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 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.

본 발명에서, 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막은 투명전도막/은, 투명전도막/은 합금, 투명전도막/은/투명전도막, 투명전도막/은 합금/투명전도막 등 일 수 있다.

본 발명의 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO), 산화갈륨아연인듐(IGZO) 등이 사용될 수 있다.

본 발명의 식각액에 포함되는 인산(H₃PO₄)은 주 산화제로 사용되는 성분으로서, 은(Ag)과 산화인듐막을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다.

상기 인산은 조성물 총 중량에 대하여 40~60 중량%로 포함될 수 있으며, 45~55 중량%가 더욱 바람직하게 사용될 수 있다. 인산의 함량이 40 중량% 미만일 경우에는 은의 식각 속도 저하와 은 잔사 발생에 따른 불량을 야기시킬 수 있으며, 60 중량%를 초과하는 경우에는 산화인듐막의 식각 속도는 저하되고, 은의 식각 속도는 너무 빨라져 상하부 산화인듐막의 팁(Tip)이 발생할 수 있으며, 과식각 현상의 발생으로 후속공정에 문제가 발생될 수 있다.

본 발명의 식각액에 포함되는 질산(HNO₃)은 보조 산화제로 사용되는 성분으로서, 은(Ag)과 산화인듐막을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다.

상기 질산은 조성물 총 중량에 대하여 3~15 중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 5~10 중량%로 포함될 수 있다. 질산의 함량이 3 중량% 미만일 경우에는 은(Ag)과 인듐산화막의 식각속도 저하가 발생하며 그에 따라, 기판내의 식각 균일성(Uniformity)이 불량해지므로 얼룩이 발생할 수 있다. 질산의 함량이 15 중량%를 초과하는 경우에는 상하부 산화인듐막의 식각 속도가 가속화 되어 상하부 산화인듐막의 과식각 발생으로 후속 공정에 문제가 발생될 수 있다.

본 발명의 식각액에 포함되는 아세트산(CH₃COOH)은 보조 산화제로 사용되는 성분으로서, 은(Ag)을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다.

상기 아세트산은 조성물 총 중량에 대하여 5~20 중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 10~15 중량%로 포함될 수 있다. 아세트산의 함량이 5 중량% 미만일 경우에는 기판 내의 식각 속도 불균일로 얼룩이 발생하는 문제가 있고, 20 중량%를 초과하는 경우에는 거품발생이 야기되며 이러한 거품이 기판내에 존재하게 되면 완전한 식각이 이루어지지 않아 후속공정에 문제가 야기될 수 있다.

본 발명의 식각액에 포함되는 인산염은 습식 식각 시 박막에 대한 CD bias를 감소시키고 또한 균일하게 식각 되도록 식각 속도를 조절하는 기능을 수행한다.

상기 인산염으로는 제1인산나트륨(NaH₂PO₄), 제2인산나트륨(Na₂HPO₄), 제3인산나트륨(Na₃PO₄), 제1인산칼륨(KH₂PO₄), 제2인산칼륨(K₂HPO₄), 제1인산암모늄((NH₄)H₂PO₄), 제2인산암모늄((NH₄)₂HPO₄), 및 제3인산암모늄((NH₄)₃PO₄) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용 될 수 있다.

상기 인산염은 조성물 총 중량에 대하여 0.1~5 중량%로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1~3 중량%로 포함될 수 있다. 인산염의 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 기판 내의 식각 균일성(Uniformity)이 저하되고 또한 기판 내에 부분적으로 은 잔사가 생길 수 있으며, 5 중량%를 초과하는 경우에는 식각 속도가 저하되어 원하는 식각 속도를 구현할 수 없으므로 공정상에서 문제를 야기할 수 있다.

본 발명의 식각액에 포함되는 티올(Thiol)를 포함하는 화합물은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판의 크기가 대형화 되어 식각액의 무게에 의한 기판 파손을 막기 위해 기판 상, 하부의 높이 차를 발생시키는 경사식 식각에 있어서, 상부기판의 식각액이 하부기판으로 흘러내려 상대적으로 기판 하부의 패턴 유실 현상이 발생하는 문제를 해결하기 위하여 사용된 성분으로서, 기판의 상, 하부의 식각 속도를 유지하는 역할을 수행한다.

상기 티올기를 포함하는 화물로는 예를 들어, 1-프로판티올(1-Propanethiol), 2-프로판티올(2-Propanethiol), 에탄티올(Ethanethiol), 시스테인(Cysteine), 및 티오아세트산(Thioacetic acid) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것이 사용 될 수 있다.

상기 티올기를 포함하는 화합물은 조성물 총 중량에 대하여 0.05~5 중량%로 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.1~5 중량%로 포함될 수 있다. 티올기를 포함하는 화합물의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 Passive Layer의 형성이 느려 기판 상, 하부의 식각 속도 차이로 인해 하부 기판의 배선 유실 현상이 발생 할 수 있으며, 5 중량%를 초과하는 경우에는 Passive Layer 형성이 빨라 unetch 현상이 발생 되어, 공정상에 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 물은 특별히 한정하지 않으나, 탈이온수를 이용하는 것이 바람직하며, 상기 탈이온수는 반도체 공정용으로 비저항값이 18 ㏁/㎝ 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 '잔량의 물'은 물이 전체 조성물 총중량이 100 중량%가 되도록 포함되는 것을 의미한다.

본 발명의 식각액은 표시 장치(OLED, LCD 등)의 제조 시, 배선 및 반사막으로 사용되는 은 또는 은 합금의 단일막 뿐만 아니라, 투명전도막/ 은, 투명전도막/은 합금의 이중막, 투명전도막/은/투명전도막으로 구성되는 3중막에 대해서도 일괄 에칭에도 사용이 가능하며, 2 단계 에칭 상부 투명전도막을 다른 식각액으로 에칭 후 본 식각액으로 은(은합금) 및 하부 투명전도막을 에칭 가능하며, 3 단계 에칭 즉 상부 투명전도막을 다른 식각액으로 에칭 후 본 식각액으로 은(은합금) 에칭 후 다른 식각액으로 하부 투명전도막을 에칭하는 공정에서도 사용 가능하다.

현재 은 또는 은 합금은 높은 전기전도도로 인하여 OLED, LCD, TSP 등의 배선에 이용되며, 또한 가시광 영역에서의 높은 반사율을 이용하기 위하여, 자체 발광 표시장치인 OLED의 반사막으로 주로 이용되고 있다.

표시 장치의 제조 시, 배선 및 반사막으로 사용되는 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막 및 기 단일막과 투명전도막으로 구성된 다층막 대해 본 발명의 식각액 조성물을 사용하는 경우, 패턴부의 배선 및 반사막에 대한 미세 식각 균일성을 나타내고 Pad부 Data배선의 손상으로부터 발생하는 Ag 재흡착 문제도 개선할 수 있다.

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 산화물 반도체층을 형성하는 단계; d) 상기 산화물 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 e) 단계는 기판 상에 은(Ag) 함유 박막을 형성하고, 상술한 본 발명의 은 함유 박막의 식각액 조성물로 식각하여 화소전극 또는 반사막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 어레이기판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서, 상술한 제조방법에 의해 제조되는 표시장치용 어레이기판은 유기발광소자(OLED) 또는 액정표시장치(LCD)일 수 있으며, 이에 제한 되지 않는다.

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 1~6 및 비교예 1~3: 은 식각액 조성물 제조

하기 표 1에 나타낸 조성 및 함량에 따라 실시예 1 내지 실시예6 및 비교예 1 내지 비교예3 각각의 식각액 조성물 10㎏을 제조하였다.

시험예 1: 사이드에치 측정

분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER, K.C.Tech사) 내에 상기 실시예 1~6 및 비교예 1~3의 은 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 40℃로 설정하여 가온한 후, 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 100초로 실시하였다.

식각은 도 1에 예시된 바와 같은 방식으로 기판 상, 하부에 5도의 경사를 주어 실시하였으며, 기판의 사이즈는 680 X 880mm인 것을 사용하였다.

기판을 위치시키고 분사를 시작하여 100초의 식각 시간이 다 되면 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI사 제조)을 이용하여 도 2에 도시된 사이드에치를 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

		인산	질산	초산	제1인산 나트륨	1-프로판티올	2-프로판티올	에탄티올	탈이온수	Etchant 사용 식각초기			Etchant 사용 12시간 후
										S/E (㎛)
										상부	하부	△ 상부-하부	상부	하부	△ 상부-하부
실시예	1	53	8	13	2	0.1	-	-	잔량	0.24	0.30	0.06	0.40	0.34	0.06
	2	53	8	13	2	1.0	-	-	잔량	0.22	0.28	0.06	0.35	0.30	0.05
	3	53	8	13	2	3.0	-	-	잔량	0.18	0.24	0.06	0.30	0.33	0.03
	4	53	8	13	2	5.0	-	-	잔량	0.14	0.19	0.05	0.26	0.29	0.03
	5	53	8	13	2	-	1.0	-	잔량	0.21	0.27	0.06	0.38	0.33	0.05
	6	53	8	13	2	-	-	1.0	잔량	0.20	0.27	0.07	0.35	0.31	0.04
비교예	1	53	8	13	2	-	-	-	잔량	0.25	0.30	0.05	배선유실	배선유실	※ 불량
	2	53	8	13	2	0.02	-	-	잔량	0.25	0.32	0.07	배선유실	배선유실	※ 불량
	3	20	8	13	2	6.0	-	-	잔량	unetch	unetch	※ 불량	unetch	unetch	※ 불량

상기 표 1의 시험결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1~6의 티올기를 함유하는 화합물을 포함하는 식각액 조성물은 식각 초기부터 사용 12시간 후까지 기판 상, 하부의 식각 속도의 차가 양호하였다.

반면, 비교예 1의 식각액 조성물의 경우 사용 식각 초기에는 기판 상, 하부의 식각 속도가 양호하였으나, 사용 12시간 후에는 배선유실 현상이 발생하였다. 또한, 비교예 2의 식각액 조성물의 경우는 티올기를 함유하는 화합물(1-프로판티올)이 부족하게 포함된 경우로서 사용 초기에는 기판 상, 하부의 식각 속도가 양호하였으나 사용 12시간 후에는 배선유실 현상이 발생하였다. 또한, 비교예 3의 식각액 조성물의 경우는 티올기를 함유하는 화합물(1-프로판티올)이 과하게 포함된 경우로서 unetch 현상이 발생하였다.

Claims

조성물 총 중량에 대하여,
인산 40 내지 60 중량%;
질산 3 내지 15 중량 %;
아세트산 5 내지 20 중량%;
인산염 0.1 내지 5 중량%;
티올기를 포함하는 화합물 0.05 내지 5 중량%; 및
잔량의 물을 포함하는 은 함유 박막 식각액 조성물.
제1항에 있어서, 상기 인산염은 제1인산나트륨(NaH₂PO₄), 제2인산나트륨(Na₂HPO₄), 제3인산나트륨(Na₃PO₄), 제1인산칼륨(KH₂PO₄), 제2인산칼륨(K₂HPO₄), 제1인산암모늄((NH₄)H₂PO₄), 제2인산암모늄((NH₄)₂HPO₄), 및 제3인산암모늄((NH₄)₃PO₄)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로하는 은 함유 박막 식각액 조성물.
제1항에 있어서, 상기 Thiol을 포함하는 화합물은 1-프로판티올(1-Propanethiol), 2-프로판티올(2-Propanethiol), 에탄티올(Ethanethiol), 시스테인(Cysteine), 및 티오아세트산(Thioacetic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것임을 특징으로하는 은 함유 박막 식각액 조성물.
제1항에 있어서, 상기 은 함유 박막 식각액 조성물은 은 또는 은합금의 단일막 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 포함하는 것을 특징으로 하는 은 함유 박막 식각액 조성물.
제4항에 있어서, 상기 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO)중 에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 은 함유 박막 식각액 조성물.
제1항에 있어서, 상기 식각액 조성물은 기판의 경사식 식각에 사용되는 것을 특징으로 하는 은 함유 박막의 식각액 조성물.
a) 기판 상에 게이트 배선을 형성하는 단계;
b) 상기 게이트 배선을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계;
c) 상기 게이트 절연층 상에 산화물 반도체층을 형성하는 단계;
d) 상기 산화물 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 e) 단계는 기판 상에 은(Ag) 함유 박막을 형성하고, 상기 제1항의 식각액 조성물로 식각하여 화소전극 또는 반사막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 어레이기판의 제조방법.