KR20190000331A - 은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시장치용 어레이기판의 제조방법 - Google Patents

은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용한 표시장치용 어레이기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인산 5.0 내지 48.0 중량%; 질산 2.0 내지 9.0 중량 %; 아세트산 5.0 내지 15.0 중량%; 질산제이철 0.1 내지 5.0 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 은 함유 박막의 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 일환으로다른 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.
은(Ag) 포함 박막을 이용하는 경우, 저해상도 표시장치에서 은의 재흡착의 발생이 문제되지 않았지만, 고해상도 표시장치 기술에서는 은의 재흡착 이 문제로 대두되고 있는 실정이다. 또한, 기존에 인산, 초산, 질산을 포함하는 식각액 조성물(한국 등록공보 제 10-0579421호)의 경우 점도 등의 문제가 발생하여, 종래 이용되는 경사진 Etcher 장비를 이용하여 식각 공정을 수행할 경우 상단부분과 하단부분의 사이드 에치 차이, 즉 skew 차이가 발생하는 문제점이 발생 하였다. 따라서, 이러한 문제점을 개선할 수 있는 식각액의 개발이 요구되는 실정이다.
한국 등록특허공보 제 10-0579421호
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 은을 포함하는 금속막의 식각시 편측식각(Side Etch; S/E)이 우수하고, 하부 데이터 배선을 손상시키지 않으며 식각 균일성을 유지하면서 미세 식각을 가능하게 하고, 은 잔사 및 재흡착 문제와 Etcher 장비를 이용하여 식각 공정을 수행할 경우 상단부분과 하단부분의 skew 차이가 발생하는 문제를 개선한 은 함유 박막의 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하는 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 인산 5.0 내지 48.0 중량%; 질산 2.0 내지 9.0 중량 %; 아세트산 5.0 내지 15.0 중량%; 질산제이철 0.1 내지 5.0 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 은 함유 박막 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하는 표시 장치용 어레이기판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 은을 포함하는 금속막의 식각시 편측식각(Side Etch; S/E)이 우수하고, 하부 데이터 배선을 손상시키지 않으며 식각 균일성을 유지하면서 미세 식각을 가능하게 하고, 은 잔사 및 재흡착 문제와 Etcher 장비를 이용하여 식각 공정을 수행할 경우 상단부분과 하단부분의 skew 차이가 발생하는 문제를 개선한 은 함유 박막의 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하는 표시 장치용 어레이기판의 제조 방법을 제공한다.
도 1은 실시예 1의 식각액 조성물로 은 함유 박막을 식각한 실험결과를 보여주는 사진이다. 도 1에서 (A)는 실시예 1의 은 식각액 조성물로 은 함유 박막을 식각한 후 은의 재흡착 정도를 보여주는 전자주사현미경(SEM) 사진이고, (B)는 실시예 1의 은 식각액 조성물로 은 함유 박막을 식각한 후 편측식각(S/E) 정도를 보여주는 전자주사현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 비교예 8의 식각액 조성물로 은 함유 박막을 식각한 실험결과를 보여주는 사진이다. (A)는 비교예 8의 조성물로 은 함유 박막을 식각한 후 은의 재흡착 정도를 보여주는 전자주사현미경(SEM) 사진이고, 은의 재흡착 결과 (B)는 비교예 8의 조성물로 은 함유 박막을 식각한 후 편측식각(Side Etch; S/E) 정도를 보여주는 전자주사현미경(SEM) 사진이다.
본 발명은 인산 5.0 내지 48.0 중량%; 질산 2.0 내지 9.0 중량 %; 아세트산 5.0 내지 15.0 중량%; 질산제이철 0.1 내지 5.0 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 은 함유 박막의 식각액 조성물을 제공한다.
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 이상일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
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 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. 상기 투명전도막/은/투명전도막은 a-ITO/AgX/a-ITO 일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서, skew 차란 상단부분과 하단부분의 편측식각(Side Etch; S/E) 차이를 의미하며, 상단부분은 식각을 위해 식각장치에 경사진 상태로 투입되는 기판의 상부를 의미하며, 하단부분이란 경사를 이루는 금속막의 끝단부분을 의미한다.
본 발명에서, 잔량의 물은 전체 조성물 총중량이 100 중량%가 되도록 포함된다.
본 발명의 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 식각액에 포함되는 인산(H3PO4)은 주 해리제로 사용되는 성분으로서, 은(Ag)과 투명전도막을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다. 그 함량은 식각액 조성물 총중량에 대하여 5~48 중량% 포함 될 수 있다. 인산의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 은의 식각 속도 저하와 식각 프로파일의 불량을 야기시킬 수 있으며 Ag 재흡착이 증가하게 되고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 투명전도막의 식각 속도는 저하되고, 은의 식각 속도는 너무 빨라져 상하부 투명전도막의 팁(Tip)이 발생하게 되어 후속공정에 문제가 되는 불리한 점이 있다.
본 발명의 식각액에 포함되는 질산(HNO3)은 산화제로 사용되는 성분으로서, 은(Ag)과 투명전도막을 산화시켜 습식 식각하는 역할을 수행한다. 그 함량은 식각액 조성물 총중량에 대하여 2~9 중량% 포함될 수 있다. 질산의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 은(Ag)과 투명전도막 (예컨대, ITO등)의 식각 속도 저하가 발생하며 이로써 기판내의 식각 균일성(Uniformity)이 불량해지므로 얼룩이 발생할 수 있다. 질산이 상기 범위를 초과하는 경우에는 상하부 투명전도막의 식각 속도가 가속화 되어 상하부 투명전도막의 언더컷 발생으로 후속 공정에 문제가 발생되는 불리한 점이 있다.
본 발명의 식각액에 포함되는 아세트산(CH3COOH)은 보조 산화제로 사용되는 성분으로서, 은(Ag)을 산화시켜 습식식각하는 역할을 수행한다. 그 함량은 식각액 조성물 총중량에 대하여 5~15 중량% 포함될 수 있다. 아세트산의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 기판 내의 식각 속도 불균일로 얼룩이 발생하는 문제점이 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 거품발생이 야기되며 이러한 거품이 기판 내에 존재하게 되면 완전한 식각이 이루어지지 않아 후속공정에 문제를 야기할 수 있으며 Ag 재흡착이 발생할 수 있다.
본 발명의 식각액 중의 질산제이철(Fe(NO3)3)은 보조 산화제 및 Ag 리간드로 사용되는 성분으로서, 습식 식각 시 박막에 대한 Ag 재흡착을 감소시키는 효과가 있어 은 재흡착 개선제로써의 역할을 하며, 은 식각액 조성물에 포함되어 금속막의 상부부분과 하부부분의 사이드 에치 차이, 즉 상부부분과 하부부분의 skew 차이를 최소화 하여 금속막이 균일하게 식각되도록 식각 속도를 조절할 수 있다. 그 함량은 식각액 조성물 총중량에 대하여 0.1~5.0 중량% 포함될 수 있다. 질산제이철 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 기판 내의 식각 균일성(Uniformity)이 저하되고 또한 기판 내에 부분적으로 은 잔사가 생길 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 식각 속도가 저하되어 원하는 식각 속도를 구현할 수 없고, 상부 인듐산화막에 Tip이 발생하여 공정상에 문제가 될 수 있다.
본 발명의 식각액은 은 또는 은 합금의 단일막 뿐만 아니라, 투명전도막/ 은, 투명전도막/은 합금의 이중막, 투명전도막/은/투명전도막으로 구성되는 3중막에 대해서도 일괄 에칭도 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.
표시 장치의 제조 시, 배선 및 반사막으로 사용되는 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막 및 상기 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 유기발광소자용(OLED) 또는 액정표시장치(LCD)용으로 사용될 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 및 비교예> 은 식각액 조성물 제조
하기 표 1에 나타낸 조성 및 함량에 따라 실시예1 내지 실시예9 및 비교예1 내지 비교예8 각각의 식각액 조성물 10㎏을 제조하였으며, 식각액 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함하였다.
[표 1]
Figure pat00001
<실험 예>
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 1~9 및 비교예 1~11의 식각액 조성물을 사용하여 하기와 같이 성능 테스트를 진행하였다.
*실험 예 1: Ag 식각량 평가
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: 5.5 ETCHER, 프로웨트 사) 내에 상기 실시 예 1~9 및 비교 예 1~11의 은 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 40℃로 설정하여 가온 한 후, 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 100초로 실시하였다. 기판을 넣고 분사를 시작하여 100초의 식각 시간이 다 되면 꺼내어 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 식각이 된 후 분석을 진행하였고, 하기의 기준으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[Ag 식각량 평가 기준]
◎ : 매우 우수 (편측식각(S/E) : ≤0.4㎛)
○ : 우수 (편측식각(S/E): ≤ 0.5㎛, > 0.4㎛)
△ : 양호 (편측식각(S/E): ≤ 0.6㎛, > 0.5㎛)
Ⅹ : 불량 (편측식각(S/E) : > 0.6㎛)
실험 예 2: Ag 재흡착 평가 (패드 부 분석)
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: 5.5 ETCHER, 프로웨트 사) 내에 상기 실시 예 1~9 및 비교 예 1~11의 은 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 40℃로 설정하여 가온 한 후, 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 100초로 실시하였다. 기판을 넣고 분사를 시작하여 100초의 식각 시간이 다 되면 꺼내어 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 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 통해 분석을 진행하였고, 하기의 기준으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
[Ag 재흡착 평가 기준]
◎ : 매우 우수 (50개 이하)
○ : 우수 (80개 이하)
△ : 양호 (100개 이하)
Ⅹ : 불량 (100개 이상)
실험 예 3: skew 차이 평가 실험 예 2와 동일 (동일 하게 평가하여 패턴 부 분석)
기판의 상단부분과 하단부분의 편측식각(S/E) 차이(즉, skew 차)를 측정한 것을 제외하고는, 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 실험을 실시하고, 하기의 기준으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.
[상단부분과 하단부분의 편측식각 차이(즉, skew 차)]
편측식각(S/E) 차이 (≤0.1㎛): 매우 우수
편측식각(S/E) 차이 (≤ 0.15㎛, > 0.1㎛): 우수
편측식각(S/E) 차이 (≤ 0.2㎛, > 0.15㎛): 양호
편측식각(S/E) 차이 (> 0.2㎛): 불량
[표 2]
Figure pat00002
실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 11의 조성비를 가진 식각액 조성물을 이용하여 은 함유 a-ITO/AgX/a-ITO박막을 식각한 결과, 실시예 1 내지 9의 식각액 조성물은 Ag 식각량, Ag 재흡착, 편측식각(S/E) 차이(skew 차)면에서 모두 우수한 결과를 나타내었다. 특히 실시예 1의 경우, 상단부분과 하단부분의 편측식각(S/E) 차이(skew 차)가 0.01㎛로 매우 우수 하였으며, Ag 재흡착이 전혀 발생하지 않았다(도 1참조). 반면, 비교예 1내지 8의 식각액 조성물의 경우 Ag 식각량, Ag 재흡착, 상단부분과 하단부분의 편측식각(S/E) 차이(즉, skew차)면 에서 모두 실시예에 비해 효과가 매우 떨어짐을 확인 하였다. 특히 질산제이철이 포함되지 않은 비교예 7의 경우, 상단부분과 하단부분의 편측식각(S/E) 차이(즉, skew차)가 0.45㎛로 불량하였으며, Ag 재흡착 량이 500개로 재흡착 문제가 발생하였다(도 2참조). 또한, 질산제이철이 아닌 다른 질산염이 사용된 비교예 9 및 비교예 10은 상단부분과 하단부분의 편측식각(S/E) 차이(즉, skew 차) 가0.29 및 0.27μm로 불량 하였으며, 재흡착 또한 300개 이상으로 재흡착 문제가 발생 하였다. 또한, 인산이 과량 첨가된 비교예 11의 경우 질산제이철을 사용하였음에도 재흡착 문제가 발생하였으며, 하단부분과 상단부분의 Ag 식각량이 모두 0.6㎛이상으로 불량하였다.

Claims (7)

  1. 인산 5.0 내지 48.0 중량%;
    질산 2.0 내지 9.0 중량 %;
    아세트산 5.0 내지 15.0 중량%;
    질산제이철 0.1 내지 5.0 중량%; 및
    잔량의 물을 포함하는
    은 함유 박막의 식각액 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 은 함유 박막은 은 또는 은합금의 단일막 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 포함하는 것을 특징으로 하는 은 함유 박막 식각액 조성물.
  3. 제 2항에 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.
  4. 제 2항에 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)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 은 함유 박막의 식각액 조성물.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막은 투명전도막/은, 투명전도막/은 합금, 투명전도막/은/투명전도막 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막인 것을 특징으로 하는 은 함유 박막의 식각액 조성물.
  6. 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 화소전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 있어서,
    상기 e) 단계는 기판 상에 은(Ag) 함유 박막을 형성하고, 청구항 1 의 은 함유 박막의 식각액 조성물로 식각하여 화소전극 또는 반사막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 어레이기판의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 표시장치용 어레이기판은 액정표시장치(LCD)용 또는 유기발광소자(OLED)용인 것을 특징으로 하는 표시장치용 어레이기판의 제조방법.
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