KR20190000458A - 식각액 조성물 및 이를 이용한 화상표시장치용 어레이 기판의 제조방법 - Google Patents

식각액 조성물 및 이를 이용한 화상표시장치용 어레이 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 식각액 조성물은 과황산염; 불소 화합물; 무기산; 고리형 아민 화합물; 유기산; 유기산염; 술팜산; 글라이신; 및 물을 포함하고, 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 상기 술팜산이 0.1 내지 6 중량%로 포함되고, 상기 글라이신이 0.1 내지 5 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 식각액 조성물은 기존의 식각액보다 처리매수 특성이 향상되어, 원하는 구리막의 식각 형상을 더 오랜 공정시간 유지할 수 있는 이점이 있다.

Description

식각액 조성물 및 이를 이용한 화상표시장치용 어레이 기판의 제조방법{ETCHANT COMPOSITION AND MANUFACTURING METHOD OF AN ARRAY SUBSTRATE FOR IMAGE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 구리막 및 티타늄막을 식각 가능한 식각액 조성물 및 이를 이용한 화상표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
IT(information technology) 분야의 발전과 함께 현대 사회에서 반도체 직접 회로(IC;integrated circuit), 반도체 소자, 반도체 장치 등의 역할은 갈수록 중요해지고 있으며, 다양한 산업 분야의 전자기기에서 광범위하게 사용되고 있다. 최근 전자기기들이 소형화, 박형화, 경량화, 고성능화가 진행됨에 따라서, 사용되는 반도체 소자도 우수한 저장 능력과 고속 저장 동작이 요구되고 있다. 이러한 반도체 소자의 고집적화에 따라 수십 나노미터(㎚) 이하의 미세한 패턴형성이 필요하게 되었다.
대한민국 공개특허 제2012-0138290호는 식각액 조성물, 및 이를 이용한 금속 배선과 박막 트랜지스터 기판 형성 방법에 관한 것으로서, 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.5중량% 내지 20중량%의 과황산염, 0.01중량% 내지 2중량%의 불소화합물, 1중량% 내지 10중량%의 무기산, 0.5중량% 내지 5중량%의 고리형 아민화합물, 0.1중량% 내지 10.0 % 중량의 술폰산, 0.1중량% 내지 10중량%의 유기산과 그의 염 중 적어도 하나, 및 전체 조성물의 총 중량이 100중량%가 되도록 하는 물을 포함하는 식각액 조성물에 관련된 내용을 개시하고 있다.
그러나 종래의 비과수형 금속막 식각액 조성물의 경우 약액 내에 구리이온이 증가할수록 금속막의 테이퍼 각(taper angle)은 커지고, 측면 식각(side edge)량은 감소하여 목적하고자 한 식각 형상에서 많은 변형이 일어난다. 따라서, 식각액을 장시간 사용하지 못하고 자주 교체해야 하기 때문에 경제적인 손실이 크고 제품 단가 상승의 원인이 되는 문제가 있다. 또한, 삼중막 식각시 상부 티타늄막질의 팁(tip)이 통상적인 길이보다 길어 일괄식각이 어려운 문제가 있었다.
대한민국 공개특허 제2012-0138290호 (2012.12.26.)
본 발명의 목적은 경시 안정성이 우수하고, 식각 프로파일이 변형되지 않아 고처리매수 효과가 있는 식각액 조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 티타늄막 및 구리막의 다중막의 식각이 가능한 식각액 조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 균일한 배선의 형성이 가능한 금속 배선의 형성 방법 및 화상표시장치용 어레이 기판의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 식각액 조성물은 과황산염; 불소 화합물; 무기산; 고리형 아민 화합물; 유기산; 유기산염; 술팜산; 글라이신; 및 물을 포함하고, 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 상기 술팜산이 0.1 내지 6 중량%로 포함되고, 상기 글라이신이 0.1 내지 5 중량%로 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 금속 배선의 형성 방법은 전술한 식각액 조성물로 구리막 및 티타늄막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 화상표시장치용 어레이 기판의 제조방법은 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 배선을 형성하는 단계; 및 e) 상기 드레인 배선에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 d) 단계를 반도체층 상에 구리막 및 티타늄막을 형성하고 상기 구리막 및 티타늄막을 전술한 식각액 조성물로 식각하여 소스 및 드레인 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 식각액 조성물은 기존의 식각액보다 처리매수 특성이 향상되어, 원하는 구리막의 식각 형상을 더 오랜 공정시간 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 금속 배선의 제조방법 및 표시장치용 어레이 기판의 제조방법은 균일한 금속 배선을 제조할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 처리매수에 따른 테이퍼 각의 변화를 나타낸 도이다.
도 2는 처리매수에 따른 측면 식각 변화를 나타낸 도이다.
도 3a 및 도 3b는 실시예 및 비교예에 따른 삼중막에서의 일괄식각 가능여부 테스트 결과를 나타낸 도이다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 발명에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
< 식각액 조성물>
본 발명의 한 양태는, 과황산염; 불소 화합물; 무기산; 고리형 아민 화합물; 유기산; 유기산염; 술팜산; 글라이신; 및 물을 포함하고, 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 상기 술팜산이 0.1 내지 6 중량%로 포함되고, 상기 글라이신이 0.1 내지 5 중량%로 포함되는 식각액 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 식각액 조성물은 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 상기한 성분 외에 추가 식각 조절제, 계면활성제, pH 조절제와 같은 첨가제를 더 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 상기 과황산염 0.5 내지 20 중량%; 상기 불소 화합물 0.01 내지 2.0 중량%; 상기 무기산 0.1 내지 10 중량%; 상기 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5 중량%; 상기 유기산 0.1 내지 20 중량%; 상기 유기산염 0.1 내지 10 중량%; 및 물 잔부로 포함될 수 있다.
과황산염
본 발명의 식각액 조성물은 과황산염을 포함한다. 상기 과황산염은 주산화제로서 식각시에 구리막 및 티타늄막에 대하여 테이퍼를 형성하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 과황산염은 상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 0.5 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 18 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 15 중량%로 포함될 수 있으며, 이 경우 식각률이 바람직한 이점이 있다. 상기 과황산염이 상기 범위 미만으로 포함될 경우 식각률이 다소 저하되어 충분한 식각이 이루어지지 않을 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 식각률이 다소 지나치게 빠를 수 있어 식각 정도를 제어하기가 어려워 상기 구리막 및 티타늄막이 과식각(overetching) 될 수 있는 문제점이 생길 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 과황산염은 과황산칼륨(K2S2O8), 과황산나트륨(Na2S2O8) 및 과황산암모늄((NH4)2S2O8)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 이상을 포함할 수 있다.
불소화합물
본 발명에 따른 식각액 조성물은 불소 화합물을 포함한다. 본 발명에 따른 식각액 조성물이 불소화합물을 포함할 경우 티타늄막의 식각이 용이한 이점이 있다. 구체적으로, 상기 불소화합물은 상기 식각액 조성물 내에서 불소 이온 또는 다원자 불소 이온으로 해리될 수 있는 화합물로서, 티타늄막의 식각을 가능하게 하며, 상기 식각에 의해 발생할 수 있는 잔사를 제거하는 역할을 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 불소 화합물은 불화암모늄(ammonium fluoride), 불화나트륨(sodium fluoride), 불화칼륨 (potassium fluoride), 중불화암모늄(ammonium bifluoride), 중불화나트륨(sodium bifluoride) 및 중불화칼륨(potassium bifluoride)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 이상을 포함할 수 있다. 요컨대, 상기 불소 화합물은 이들 중 두 종 이상의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 불소 화합물은 상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.01 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 다만, 상기 불소 화합물이 상기 범위 내로 포함될 경우 티타늄막이 적정량으로 식각되고, 우수한 식각 프로파일을 얻을 수 있는 이점이 있다. 상기 불소 화합물이 상기 범위의 하한치 이상으로 포함될 경우 티타늄막의 식각 속도가 저하되어 잔사가 발생하는 현상을 방지할 수 있고, 원하는 정도의 식각을 달성할 수 있으며, 상기 범위의 상한치 이하로 포함되는 경우 상기 티타늄막 외의 상기 티타늄막이 적층된 유리 등의 기판과 실리콘막 등의 절연막의 손상을 방지하므로 상기 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
무기산
본 발명의 식각액 조성물은 무기산을 포함한다. 상기 무기산은 보조 산화제의 역할을 수행할 수 있는 것으로, 상기 무기산의 함량에 따라 식각 속도가 제어될 수 있다.
상기 무기산이 상기 식각액 조성물에 포함되는 경우 상기 무기산이 구리막 식각 과정에서 용출된 구리 이온과 반응할 수 있으며, 이에 따라 상기 구리 이온이 증가되는 현상을 방지하여 식각 속도 또는 식각률이 감소하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
상기 무기산은 상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 4 중량%이며, 이 경우 적절한 식각 속도를 가지는 식각액 조성물의 제공이 가능한 이점이 있다.
상기 무기산이 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 식각률이 다소 저하되어 충분한 식각 속도에 도달하지 못할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우 구리막 식각시 사용되는 감광막에 균열(crack)이 생기거나 상기 감광막이 벗겨지는 현상이 발생할 수 있다. 상기 감광막에 균열이 생기거나 상기 감광막이 벗겨지는 경우에는 상기 감광막의 하부에 위치한 티타늄막 또는 구리막이 과도하게 식각될 수 있으므로, 상기 무기산이 상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여 상기 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 무기산은 예컨대 질산, 황산, 인산 또는 과염소산을 단독 또는 두 종 이상 혼합하여 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
고리형 아민 화합물
본 발명에 따른 식각액 조성물은 고리형 아민 화합물을 포함한다. 상기 고리형 아민 화합물이 상기 식각액 조성물에 포함되는 경우 부식 방지 역할을 하며, 식각 속도를 조절할 수 있는 역할을 수행할 수 있다.
상기 고리형 아민 화합물은 상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.1 중량% 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.3 내지 3 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 상기 고리형 아민 화합물이 상기 범위 미만으로 포함될 경우 구리막의 식각률이 다소 높아져 과식각이 될 위험이 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 구리막의 식각률이 다소 저하되어 원하는 정도의 식각을 얻지 못할 수 있다.
상기 고리형 아민 화합물은 예컨대, 아미노테트라졸(aminotetrazole)계, 이미다졸(imidazole)계, 인돌(indole)계, 푸린(purine)계, 피라졸(pyrazole)계, 피리딘(pyridine)계, 피리미딘(pyrimidine)계, 피롤(pyrrole)계, 피롤리딘(pyrrolidine)계 및 피롤린(pyrroline)계로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 고리형 아민 화합물은 아미노테트라졸계 화합물일 수 있으며, 더욱 구체적으로 5-아미노테트라졸일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
유기산 및 유기산염
본 발명에 따른 식각액 조성물은 유기산 및 유기산염을 포함할 수 있다.
상기 유기산 및 유기산염은 본 발명에 따른 식각액 조성물의 식각 속도를 조절할 수 있는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 유기산은 상기 식각액 조성물 내에서 함량이 증가함에 따라 상기 식각액 조성물의 식각 속도를 높일 수 있으며, 상기 유기산염은 상기 식각액 조성물 내에서 함량이 증가함에 따라 식각 속도를 낮추는 역할을 한다.
이론에 의해 구속되는 것을 바라지는 않으나, 상기 유기산염은 킬레이트로 작용하여 상기 식각액 조성물 중의 구리막 식각 과정에서 용출된 구리 이온과 착물을 형성함으로써 구리막의 식각 속도를 조절할 수 있다.
요컨대, 본 발명에 따른 식각액 조성물은 상기 유기산과 상기 유기산염의 함량을 적절한 수준으로 조절함으로써 식각 속도의 조절이 가능하다.
상기 유기산은 상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.1 중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 유기산이 상기 범위 내로 포함될 경우 적절한 식각속도를 나타내며 구리막의 테이퍼 각(taper angle)의 조절이 용이한 이점이 있다.
상기 유기산이 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 식각속도가 다소 저하될 수 있으며, 구리막의 테이퍼 각이 낮아질 수 있다. 상기 유기산이 상기 범위를 초과하여 포함되는 경우 식각속도가 다소 빨라질 수 있으며, 테이퍼 각이 의도했던 각보다 높아지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 유기산염은 상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 4 중량%로 포함될 수 있으며, 이 경우 처리매수가 증가하는 이점이 있다.
상기 유기산염이 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 구리막의 식각 속도 조절이 어려워 과식각이 일어날 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 구리막 식각 속도가 다소 느려짐에 따라 공정상 식각 시간이 길어지게 되며, 이에 따라 처리하고자 하는 기판의 매수가 감소할 수 있으므로, 상기 유기산 및 상기 유기산염을 상기 함량으로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유기산은 예컨대 카르복시산, 디카르복시산, 또는 트리카르복시산 또는 테트라카르복시산일 수 있으며, 상세하게는 아세트산(acetic acid), 부탄산(butanoic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 글루콘산(gluconic acid), 글리콜산(glycolic acid), 말론산(malonic acid), 옥살산(oxalic acid), 펜탄산(pentanoic acid), 설포벤조산(sulfobenzoic acid), 설포석신산(sulfosuccinic acid), 설포프탈산(sulfophthalic acid), 살리실산(salicylic acid), 설포살리실산(sulfosalicylic acid), 벤조산(benzoic acid), 락트산(lactic acid), 글리세르산(glyceric acid), 석신산(succinic acid), 말산(malic acid), 타르타르산(tartaric acid), 이소시트르산(isocitric acid), 프로펜산(propenoic acid), 이미노디아세트산(imminodiacetic acid), 및 에틸렌디아민테트라아세트산(ethylenediaminetetraacetic acid; EDTA) 또는 이들 가운데 두 종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 유기산염은 상기 유기산들의 칼륨염, 나트륨염 또는 암모늄염을 포함할 수 있다.
술팜산
본 발명의 식각액 조성물은 경시 변화 방지용 첨가제로서, 술팜산을 포함할 수 있다. 상기 술팜산은 목적하는 테이퍼 각을 유지 시켜주는 역할을 수행할 수 있다. 상기 술팜산이 상기 식각액 조성물에 포함되는 경우 구리 용해도가 향상되어 구리가 증착된 기판, 요컨대 구리막을 식각시에 약액에 용출되는 구리 이온들의 용해가 용이하며, 한번의 식각액 충전으로 더욱 많은 양의 기판들을 식각할 수 있는 이점이 있다.
상기 술팜산은 상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.1 내지 6 중량%, 바람직하게는 1 내지 5 중량%, 더욱 바람직하게는 2 내지 4 중량%로 포함될 수 있으며, 이 경우 처리 매수가 증가하는 이점이 있다.
상기 술팜산이 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 식각 형상을 유지 시켜주는 역할을 충분히 수행하지 못하여 약액, 요컨대 상기 식각액의 교체 주기가 짧아질 수 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 식각 속도가 과도하게 빨라져 공정 상 제어가 어려워질 수 있는 문제점이 있다.
글라이신
글라이신은 상기 식각액 조성물에 포함되어 목적하는 측면 식각(side etch)량을 유지시켜 주는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 글라이신은 성분 자체의 경시 변화도 없기 때문에 상기 식각액 조성물에 포함될 경우 상기 식각액 조성물의 경시 변화를 억제할 수 있으며, 약액에 용출되는 구리이온들을 킬레이팅(chelating) 시켜 약액을 안정화 시키는 역할을 수행할 수 있다.
상기 글라이신은 상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 3 중량%, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2.5 중량%로 포함될 수 있으며, 이 경우 측면 식각량이 일정하게 유지되고, 처리매수가 증가하는 이점이 있다.
상기 글라이신이 상기 범위 미만으로 포함되는 경우 구리막에서 용출되는 구리 이온에 대한 킬레이팅 효과가 다소 감소되어 약액 안정성이 감소될 수 있으며, 상기 함량을 초과하여 포함되는 경우 구리막에 대한 식각 속도가 다소 저하되어 공정 상 식각 시간이 다소 길어질 수 있으므로, 상기 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
물
본 발명의 식각액 조성물은 전체 100 중량%에 대하여, 상기 과황산염 0.5 내지 20 중량%; 상기 무기산 0.1 내지 10 중량%; 상기 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5 중량%; 상기 유기산 0.1 내지 20 중량%; 상기 유기산염 0.1 내지 10 중량%; 상기 술팜산 0.1 내지 6 중량%; 상기 글라이신 0.1 내지 5 중량%; 및 잔부의 물을 포함한다.
상기 물은 상기 식각액 조성물의 함량을 고려하여 적절히 조절될 수 있는 것으로, 이에 한정되지는 않으나 순수, 초순수, 탈이온수, 증류수 등을 들 수 있으며, 탈이온수(Deionized water)인 것이 바람직하며, 물 속에서 이온이 제거된 정도를 보여주는 물의 비저항값이 18MΩ·㎝ 이상인 탈이온수를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 식각액 조성물은 구리막 및 티타늄막의 식각액 조성물인 것인 식각액 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 식각액 조성물은 과황산염; 불소 화합물; 무기산; 고리형 아민 화합물; 유기산; 유기산염; 술팜산; 글라이신; 및 물을 포함하고, 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 상기 술팜산이 0.1 내지 6 중량%로 포함되고, 상기 글라이신이 0.1 내지 5 중량%로 포함됨에 따라 경시 안정성이 우수하고, 높은 구리이온 농도의 약액에서도 식각 프로파일이 변형되지 않는, 고처리매수 효과가 있어 한번 충진된 약액으로 기존의 식각액 조성물보다 더 많은 구리피간의 식각이 가능한 이점이 있다. 또한, 티타늄/구리로 구성된 이중막 뿐만 아니라 티타늄/구리/티타늄 등으로 구성된 다중막까지 일괄 식각이 가능하다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 구리막은 구리 단독막 또는 구리와 알루미늄, 마그네슘, 망간, 베릴륨, 하프늄, 나이오븀, 텅스텐 및 바나듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 "구리막"은 구리만으로 구성된 구리 단독막일 수 있고, 구리 합금으로 구성된 구리 합금막일 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 티타늄막은 티타늄 단독막일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 상기 구리막 및 티타늄막은 구리막과 티타늄막이 1회 이상 교대로 적층된 다중막일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
구체적으로, 본 발명에 있어서, 상기 구리막, 티타늄막은 구리막/티타뮴막의 순으로 적층된 이중 금속막, 티타늄막/구리막의 순으로 적층된 이중 금속막을 포함할 수 있다. 또한, 구리막과 티타늄막이 3층 이상으로 교대로 적층된 다중 금속막, 예컨대 구리막/티타늄막/구리막의 삼중 금속막, 티타늄막/구리막/티타늄막의 삼중 금속막, 구리막/티타늄막/구리막/티타늄막/구리막의 다중 금속막 등도 포함한다. 상기 티타늄막의 두께는 예컨대 100 내지 300Å일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 상기 구리막의 두께는 통상 2000 내지 7000Å일 수 있으나 역시 이에 한정되지 않는다.
<금속 배선의 패턴의 형성 방법 및 표시장치용 어레이 기판의 제조방법>
본 발명의 다른 양태는, 전술한 식각액 조성물로 구리막 및 티타늄막을 식각하는 단계를 포함하는 금속 배선의 패턴의 형성 방법에 관한 것이다. 이러한 금속 배선 형성방법은 박막트랜지스터 어레이 기판의 형성에 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 박막트랜지스터 어레이 기판은 각종 표시장치용 어레이 기판, 메모리 반도체 표시판 등의 제조에도 이용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는, 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 배선을 형성하는 단계; 및 e) 상기 드레인 배선에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 d) 단계는 반도체층 상에 구리막 및 티타늄막을 형성하고 상기 구리막 및 티타늄막을 전술한 식각액 조성물로 식각하여 소스 및 드레인 배선을 형성하는 단계인 화상표시장치용 어레이 기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 표시장치의 어레이 기판의 제조방법에 의하면 우수한 금속 배선, 즉 게이트 배선 및 소스/드레인 배선을 용이하게 형성할 수 있으며, 특히 식각 속도의 조절이 용이함에 따라 균일한 금속 배선을 제조할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세히 설명한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지는 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 이하에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4
하기 표 1의 성분 및 조성(중량%)을 포함하는 식각액 조성물을 제조하였다.
과황산염1 ) 불소 화합물2 ) 무기산3 ) 고리형 아민화합물4) 유기산5 ) 유기산염6 ) 술팜산7 ) 글라이신 DI water
실시예 1 12 0.7 3.3 0.7 2.0 3.0 4.0 0.5 잔량
실시예 2 12 0.7 3.3 0.7 2.0 3.0 2.0 0.5 잔량
실시예 3 12 0.7 3.3 0.7 2.0 3.0 4.0 2.5 잔량
비교예 1 12 0.7 3.3 0.7 2.0 3.0 0 0.5 잔량
비교예 2 12 0.7 3.3 0.7 2.0 3.0 7.0 0.5 잔량
비교예 3 12 0.7 3.3 0.7 2.0 3.0 4.0 0 잔량
비교예 4 12 0.7 3.3 0.7 2.0 3.0 4.0 5.5 잔량
1) APS: 암모늄 퍼설페이트(과황산암모늄)
2) AF: 암모늄 플루오라이드
3) HNO3
4) ATZ: 5-아미노테트라졸
5) AcOH: 아세트산
6) A.A: 암모늄 아세테이트
7) S.A: 술팜산
실험예 1: 처리매수에 따른 테이퍼 각(T/A) 변화량 측정
실시예 및 비교예에 따른 식각액 조성물을 각각 25℃로 유지한 후, 시간당 구리파우더 1000ppm을 투입한 뒤에 게이트 기판(Ti/Cu=200/6000Å)의 식각 테스트를 진행하였다. 총 식각시간은 Cu가 식각되는 시점에서 2배를 하여 오버 식각(Over etch)을 진행하였고, Etchersms 0.5세대, Glass Size를 처리할 수 있는 장비를 사용하였다. 이때, 약액 분사는 스프레이 타입을 사용하였으며, 분사 압력은 0.1MPa, Ether zone에서의 배기압력은 20Pa를 유지하였으며, 처리매수에 따른 테이퍼 각(T/A)를 표 2 및 도 1에 나타내었다.
처리매수
Cu ion(ppm)		 실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
0 34.5 36.1 33.2 35.3 37.6
1000 35.0 36.5 33.5 38.6 36.5
2000 35.2 36.9 33.3 41.0 39.2
3000 35.1 37.2 34.5 43.6 40.6
4000 35.8 37.5 34.7 46.1 42.8
5000 36.0 37.3 35.0 49.4 45.0
6000 36.4 38.5 35.6 - 47.2
7000 37.0 39.6 35.4 - 49.3
8000 37.6 40.3 36.8 - 51.0
9000 38.5 40.9 37.6 - -
10000 38.7 39.7 37.1 - -
11000 38.2 38.6 36.4 - -
12000 37.0 37.4 34.7 - -
도 1은 구리 농도에 따른 술팜산 함량별 T/A의 변화 정도를 SEM(S-4700, Hitachi社) 측정으로 나타낸 결과값이다. 초기 T/A값 기준으로 일정수준 이상 벗어나는 지점부터는 실제 라인 공정에서 사용할 수 없으므로 신액으로 교체를 진행한다. 도 1 및 표 2를 참고하면, 실시예 1 내지 3의 경우에는 술팜산이 적정 함량 범위에 있을 경우 비교예 1, 2보다 더 높은 구리 농도에서 T/A 변화가 적고, 같은 양의 식각액으로 더 오랜 공정시간에서 사용할 수 있음을 알 수 있다.
실험예 2: 처리매수에 따른 측면 식각 (S/E) 변화량 측정
실험예 1과 동일한 방법을 통하여 처리매수에 따른 측면 식각(S/E)를 측정하여 표 3 및 도 2에 나타내었다.
처리매수
Cu ion(ppm)		 실시예1 실시예2 실시예3 비교예3 비교예4
0 1.12 1.10 1.15 1.02 1.11
1000 1.14 1.10 1.15 1.01 0.63
2000 1.14 1.09 1.16 1.03 0.20
3000 1.13 1.09 1.16 1.02 -　
4000 1.13 1.12 1.18 1.01 -　
5000 1.12 1.13 1.18 0.98 -　
6000 1.13 1.10 1.19 0.95 -　
7000 1.11 1.10 1.19 0.88 -　
8000 1.14 1.08 1.16 -　 -　
9000 1.16 1.09 1.15 -　 -　
10000 1.12 1.06 1.14 -　 -　
11000 1.11 1.02 1.12 -　 -　
12000 1.04 0.95 1.07 -　 -　
도 2는 구리 농도에 따른 글라이신 함량별 S/E의 변화 정도를 SEM(S-4700, Hitachi社) 측정으로 나타낸 결과값이다. T/A와 마찬가지로 초기 S/E값 기준으로 일정수준 이상 벗어나는 지점부터는 실제 라인공정에서 사용할 수 없으모 신액으로 교체를 진행한다. 도 2 및 표 3을 참고하면, 실시예 1 내지 3의 경우에는 글라이신이 적정 함량이었을 경우 비교예 3, 4보다 더 높은 구리 농도에서 S/E 변화가 적고, 원하던 식각 형상을 더 오랜 공정시간에서 유지할 수 있음을 알 수 있다.
실험예 3: 삼중막에서의 일괄식각 가능여부 테스트
실시예 및 비교예에 따른 식각액 조성물(약액)을 25℃로 유지한 뒤에 삼중막 기판(Ti/Cu/Ti=200/6000/200Å)으로 식각 테스트를 진행하였다. 식각 테스트를 위한 실험 조건과 장비 조건은 실험예 1과 동일하며, 그 결과를 도 3a 및 도 3b에 나타내었다.
도 3a 및 도 3b를 살펴보면, 실시예 1 내지 3의 경우 Cu 막질위의 Ti 막질의 식각이 안정적으로 되어 Ti 잔사(Ti Tip)의 길이가 0.1㎛ 이하이고, 비교예 1 내지 4의 경우 평균 0.15㎛ 수준이다. 실제 라인 공정에서 통상 0.1㎛보다 길어지는 경우 후공정에서 증착되는 화소전극(pixel)의 단선이나 단락이 야기되므로, 비교예 1 내지 4의 경우는 삼중막 일괄식각액으로 적용이 불가능하다.

Claims (12)

  1. 과황산염; 불소 화합물; 무기산; 고리형 아민 화합물; 유기산; 유기산염; 술팜산; 글라이신; 및 물을 포함하고,
    식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여,
    상기 술팜산이 0.1 내지 6 중량%로 포함되고,
    상기 글라이신이 0.1 내지 5 중량%로 포함되는 식각액 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여,
    상기 과황산염 0.5 내지 20 중량%;
    상기 불소 화합물 0.01 내지 2.0 중량%;
    상기 무기산 0.1 내지 10 중량%;
    상기 고리형 아민 화합물 0.1 내지 5 중량%;
    상기 유기산 0.1 내지 20 중량%;
    상기 유기산염 0.1 내지 10 중량%; 및
    물 잔부로 포함되는 것인 식각액 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 상기 술팜산은 1 내지 5 중량%로 포함되는 것인 식각액 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 식각액 조성물 전체 100 중량%에 대하여, 상기 글라이신은 0.1 내지 3 중량%로 포함되는 것인 식각액 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 과황산염은 과황산칼슘, 과황산나트륨 및 과황산암모늄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 이상을 포함하는 것인 식각액 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 불소화합물은 불화암모늄, 불화나트륨, 불화칼륨, 중불화암모늄, 중불화나트륨 및 중불화칼륨으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1 이상을 포함하는 것인 식각액 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 식각액 조성물은 구리막 및 티타늄막의 식각액 조성물인 것인 식각액 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구리막은 구리 단독막 또는 구리와 알루미늄, 마그네슘, 망간, 베릴륨, 하프늄, 나이오븀, 텅스텐 및 바나듐으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 것인 식각액 조성물.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 티타늄막은 티타늄 단독막인 것인 식각액 조성물.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 구리막 및 티타늄막은 구리막과 티타늄막이 1회 이상 교대로 적층된 다중막인 것인 식각액 조성물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 식각액 조성물로 구리막 및 티타늄막을 식각하는 단계를 포함하는 금속 배선의 패턴의 형성 방법.
  12. 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 배선을 형성하는 단계; 및
    e) 상기 드레인 배선에 연결된 화소전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 d) 단계는 반도체층 상에 구리막 및 티타늄막을 형성하고 상기 구리막 및 티타늄막을 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 식각액 조성물로 식각하여 소스 및 드레인 배선을 형성하는 단계인 화상표시장치용 어레이 기판의 제조방법.
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