KR20190108518A - 불소가 포함되지 않는 식각액 조성물 및 이를 이용한 금속배선 형성방법 - Google Patents
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Abstract
액정 표시 장치나 OLED(Organic Light Emitting Diode) 표시 장치 등에 사용되는 불소가 포함되지 않는 몰리브덴-구리 합금막 식각액 조성물이 개시된다. 상기 식각액 조성물은 과산화수소 5 내지 20 중량%; 4 질소 고리형 화합물 0.01 내지 1.5 중량%; 3 질소 고리형 화합물 0.01 내지 1.5 중량%; 방향족 화합물 0.01 내지 1 중량% 아민계 화합물 3 내지 10 중량%; 및 물을 포함하는 식각액 조성물을 포함하며, 과산화수소 안정제 1 내지 5중량%, 유기산을 1 내지 5 중량%, 무기산 0.1 내지 5 중량%, 술폰산계 화합물 1 내지 5 중량%; 을 더욱 포함하는 몰리브덴-구리 식각액 조성물을 포함한다.
Description
본 발명은 불소가 포함되지 않는 식각액 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정 표시 장치나 OLED(Organic Light Emitting Diode) 표시 장치 등에 사용되는 불소가 포함되지 않는 몰리브덴-구리 합금막 식각액 조성물에 관한 것이다.
박막 트랜지스터 (Thin Firm Transistor, TFT)는 액정 표시 장치나 OLED (Organic Light Emitting Diode) 표시 장치 등에서 각 화소에 특정 신호를 인가하여 구동하기 위한 회로로서 사용된다. 박막 트랜지스터의 구성은 주사 신호를 전달하는 게이트 배선과, 화상 신호를 전달하는 데이터 배선 그리고 상기 두 배선과 연결되어 있는 화소 전극 등으로 이루어져 있다. 박막 트랜지스터는 게이트 전극과 채널을 형성하는 반도체층, 데이터 배선의 일부인 소스 전극 및 드레인 전극으로 이루어지며 이를 구성하는 금속 박막은 대부분 Mo/Cu, MoTi/Cu, Ti/Cu로 구성되어 있다. 박막 트랜지스터 제조 공정은 유리 기판 위에 게이트 또는 소스/드레인 전극용 배선 재료로 금속층을 적층시키고, 이들 금속층을 부식성을 가지는 기체나 용액으로 식각시켜 원하는 전기 회로의 선로를 구현하는 식각 과정으로 이루어진다. 일반적으로 식각 공정에 사용되는 식각액으로는 과산화수소계 식각액과 비과산화수소계 식각액이 있으며 과산화수소계 식각액은 불소를 포함하는 식각액을 사용할 수 있다. 불소가 포함된 식각액의 경우 active layer인 amorphous silicon에 damage를 유발하여 트랜지스터의 구동 특성에 좋지 않은 영향을 미치게 될 여지와 폐수 처리비용 발생 등의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 몰리브덴(Mo)-구리(Cu)이중 박막을 식각시키고 몰리브덴(Molybdenum)의 잔사 제어가 가능하면서 언더컷이 발생하지 않는 몰리브덴-구리 합금막 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 과산화수소의 분해반응을 억제하여 안정성을 기존 과산화수소계 식각액 대비 향상시킨 불소가 포함되지 않는 몰리브덴-구리 합금막 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 과산화수소 5 내지 20 중량%; 4 질소 고리형 화합물 0.01 내지 1.5 중량%; 3 질소 고리형 화합물 0.01 내지 1.5 중량%; 방향족 화합물 0.01 내지 1 중량%; 및 물을 포함하는 식각액 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 불소가 포함되지 않는 식각액 조성물은 몰리브덴(Molyb denum)의 잔사(잔유물, residue) 및 언더컷 제어가 가능한 식각액 조성물을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 13의 식각 조성물로 식각한, 적층된 몰리브덴-구리 이중막 및 포토레지스트 패턴을 포함하는 샘플의 주사전자현미경 사진.
도 2는 본 발명의 비교예 1 내지 9의 식각 조성물로 식각한, 적층된 몰리브덴-구리 이중막 및 포토레지스트 패턴을 포함하는 샘플의 주사전자현미경 사진.
도 3은 본 발명의 참고예 13 내지 16의 식각 조성물로 식각한, 적층된 몰리브덴-구리 이중막 및 포토레지스트 패턴을 포함하는 샘플의 주사전자현미경 사진.
도 2는 본 발명의 비교예 1 내지 9의 식각 조성물로 식각한, 적층된 몰리브덴-구리 이중막 및 포토레지스트 패턴을 포함하는 샘플의 주사전자현미경 사진.
도 3은 본 발명의 참고예 13 내지 16의 식각 조성물로 식각한, 적층된 몰리브덴-구리 이중막 및 포토레지스트 패턴을 포함하는 샘플의 주사전자현미경 사진.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 몰리브덴-구리 합금막 식각액 조성물로써, 과산화수소, 4 질소 고리형 화합물, 3 질소 고리형 화합물, 아민계 화합물, 방향족 화합물 및 물을 포함하며, 상기 몰리브덴-구리 합금막 식각액 조성물은 불소가 포함되지 않는 식각액 조성물로서, 구리계 금속막을 식각한다.
본 발명에 있어서, 전기적 신호를 전달하기 위한 금속 배선은 구리계 금속막으로써, 구리막, 구리 합금막 및 구리 하부막으로 몰리브덴(Molybdenum)막 또는 몰리브덴(Molybdenum) 합금막 중 하나일 수 있다. 본 발명에 사용되는 바람직한 구리계 금속막은 다층막으로서 구리-몰리브덴막 또는 구리-몰리브덴 합금막이다. 상기 구리-몰리브덴막은 몰리브덴층 및 상기 몰리브덴층 상에 형성된 상기 구리계 금속막을 포함하는 것을 의미하며, 상기 구리-몰리브덴 합금막은 몰리브덴 합금층 및 상기 몰리브덴 합금층 상에 형성된 상기 구리계 금속막을 포함하는 것을 의미한다.
상기 과산화수소는 금속막, 예를 들면 구리(Cu)-몰리브덴(Mo) 막을 산화시키는 주산화제로써 작용한다. 상기 과산화수소의 함량은 식각액 조성물 100 중량%에 대하여, 5 내지 20 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%이다. 상기 과산화수소의 함량이 5 중량% 미만이면, 산화가 잘되지 않아 식각 속도가 느려지는 문제가 있고, 20 중량% 초과하면, 식각 정도를 제어하기 어려운 문제가 있다.
상기 과산화수소가 산화제로 작용하면서 금속이온과 반응하여 분해가 일어난다. 예를 들면, 하기 반응식 1에 따라 과산화수소가 구리(Cu)를 포함하는 금속막을 산화 및 식각하며, 하기 반응식 2에 따라, 과수분해 반응이 일어난다. 상기 과수분해반응은 과산화수소가 분해되는 반응을 의미한다.
[반응식 1]
M + H2O2 → MO + H2O
[반응식 2]
H2O2 + M+ → OH + OH- + M2+
상기 반응식 1 및 2에서, M는 구리, 티타늄, 몰리브덴, 구리 합금, 티타늄 합금 및 몰리브덴 합금 등의 금속막을 의미한다. 상기 과산화수소의 분해반응으로 누적 매수 처리에 있어서 공정 단가가 상승하는 문제점이 발생한다.
따라서, 상기 과산화수소에 의해 발생되는 문제점을 억제하기 위해, 본 발명은 과산화수소 안정제를 더욱 포함할 수 있다. 상기 과산화수소 안정제는 과산화수소 분해 반응으로 인한 구리의 식각 속도 저하 및 처리매수의 감소 및 과산화수소의 발열반응에 의한 안정성이 떨어지는 문제점을 억제하여 공정 마진을 확보하고 공정 불량을 제어할 수 있다. 상기 과산화수소 안정제로는 인산염, 페닐요소, 디메틸요소, 글리콜류 화합물 등을 포함하며, 바람직하게는 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜이며, 더욱 바람직하게는 트리에틸렌글리콜이다. 상기 과산화수소 안정제의 함량은 식각액 조성물 100중량%에 대하여, 1 내지 5 중량%, 바람직하게는 1.5 내지 4.5 중량%이다. 상기 과산화수소 안정제의 함량이 1 중량% 미만이면, 과산화수소의 분해반응 및 발열반응으로 인하여 식각액의 안정성이 확보되지 않으며, 5 중량% 초과하면, 구리의 식각 능력이 감소하여 공정상 식각 시간이 길어질 수 있기에 생산성 수율 문제를 유발할 수 있다.
상기 4 질소 고리형 화합물은 몰리브덴(molybdenum)을 포함하는 금속층의 상부 및 하부에 몰리브덴과 다른 금속층으로 형성된 다층막에서 상기 몰리브덴과 다른 금속(예를 들어 티타늄, 티타늄 합금, 구리, 구리 합금 등) 사이의 식각 속도를 조절하는 역할을 한다. 상기 4 질소 고리형 화합물은 테트라졸계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이며, 바람직하게 테트라졸, 5-메틸-테트라졸, 5-머캅토-메틸테트라졸 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 4질소 고리형 화합물의 함량은 식각액 조성물 100 중량%에 대하여, 0.01 내지 1.5 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 1.0 중량%이다. 상기 4질소 고리형 화합물의 함량이 0.01 중량% 미만이면, 식각 속도가 빨라지는 문제가 있으며, 1.5 중량% 초과하면, 식각 속도가 느려져 식각 속도를 제어하는데 어려움이 있다.
상기 3 질소 고리형 화합물은 몰리브덴 식각제로써, 식각 속도를 조절하여 편측(CD-Loss, critical dimension-Loss)을 조절해주는 역할을 한다. 상기 편측은 포토레지스트(PR) 끝단에서부터 횡방향으로 식각된 길이다. 상기 3 질소 고리형 화합물은 티올(Thiol)기를 포함할 수 있고, 트리아졸계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이며, 바람직하게는 1,2,4-트리아졸, 3-아미노-1,2,4-트리아졸-5-티올, 벤조트리아졸, 1,2,4-트리아졸-3-티올, 3-머캅토-4메틸-1,2,4-트리아졸 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 상기 3질소 고리형 화합물의 함량은 식각액 조성물 100 중량%에 대하여, 0.01 내지 1.5 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 1.0 중량%이다. 상기 3 질소 고리형 화합물의 함량이 0.01 중량% 미만이면, 몰리브덴의 잔사를 유발하는 문제가 있으며, 1.5 중량% 초과하면, 몰리브덴의 언더컷을 유발한다.
본 발명에 따른 몰리브덴은 pH 3 내지 5 영역에서 식각이 잘되는 특성이 있다. 따라서, 본 발명은 상기 아민계 화합물을 사용함으로써, pH를 증가시켜 몰리브덴의 식각을 용이하게 한다. 적절한 pH를 조절함으로 몰리브덴(molybdenum)의 잔사 및 언더컷 현상을 억제한다. 상기 잔사(residue)는 식각 공정을 거쳐 금속막의 표면에 작은 돌기 형태의 잔유물이다. 상기 언더컷 현상은 몰리브덴의 과식각을 뜻하며, 식각 모형의 분해능 저하를 일으키는 한 원인이다.
상기 아민계 화합물은 디에탄올아민, N-메틸에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, N-에틸에탄올아민, N-아미노에틸에탄올아민, N-프로필에탄올아민, N-부틸에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 1-아미노-2-프로판올, N-메틸이소프로판올아민 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 디에탄올아민이다. 상기 아민계 화합물의 함량은 식각액 조성물 100 중량%에 대하여 3 내지 10 중량%이며, 바람직하게는 3.5 내지 9.8중량%이다. 상기 아민계 화합물의 함량이 3 중량% 미만이면, 몰리브덴의 잔사를 유발하는 문제가 있고, 10 중량% 초과하면, 몰리브덴의 언더컷이 발생하는 문제가 있다.
상기 방향족 화합물은 구리(Cu) 식각률(E/R, etch rate)이 저하(drop)되는 것을 방지할 수 있으며, 방향족 화합물은 구리와 몰리브덴의 보조 식각제 역할을 함으로서 구리 및 몰리브덴의 식각률 저하를 방지하여 식각 속도를 유지시킨다. 구리(Cu)의 식각 속도 변화폭을 감소시켜, 식각 속도를 유지시킬 수 있다. 또한, 몰리브덴(Mo)의 식각제의 역할을 한다.
상기 방향족 화합물은 탄소수 4 내지 10의 히스티딘(histidine), 페닐알라닌(phenylalanine), 바닐린산(vanillic acid), 만델산(mandelic acid), 피라졸산(pyrazolic acid) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 만델산이다. 상기 방향족 화합물의 함량은 식각액 조성물 100 중량%에 대하여 0.01 내지 1 중량%이며, 바람직하게는 0.1 내지 1 중량%이다. 상기 방향족 화합물의 함량이 0.01 중량% 미만이면, 구리의 식각률이 저하가 되며 몰리브덴의 잔사가 발생하며, 1 중량%를 초과하면, 구리가 과식각되며, 몰리브덴의 언더컷을 유발한다.
상기 식각액 조성물은 술폰산계 화합물를 더욱 포함할 수 있다. 술폰산계 화합물은 구리의 보조 산화제로서 구리의 주 산화제인 과산화수소의 분해작용으로 소모되는 산화력을 보충하여 산화력 저하를 방지해주며, 식각속도를 유지시키는 역할을 한다. 상기 술폰산계 화합물은 메탄술폰산, 설파믹산, 벤젠술폰산, p-톨루엔술폰산, 암모늄술폰산, 아미도술폰산, 고리형술폰산 화합물, 탄화수소계 술폰산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 1종 이상 포함할 수 있다. 상기 술폰산계 화합물의 함량은 식각액 조성물 100 중량%에 대하여, 1 내지 5 중량%이고, 바람직하게는 1.5 내지 4.5 중량%이다. 상기 술폰산계 화합물의 함량이 1 중량% 미만이면, 구리의 식각 속도가 느려지는 문제가 있고, 5 중량% 초과하면, 구리의 과식각이 발생하는 문제가 있다.
상기 식각액 조성물은 유기산을 더욱 포함할 수 있다. 상기 유기산은 구리이온의 킬레이트제로 사용한다. 본 발명의 식각액 조성물은 식각 공정이 반복됨에 따라 식각액 내에 금속이온, 예를 들어 구리이온들의 농도가 증가하게 된다. 이러한 구리이온들은 주산화제인 과산화수소의 분해를 촉진하는데, 구리이온과 과산화수소의 반응을 제어할 수 있는 물질로써, 상기 유기산을 사용할 수 있다. 유기산은 구리이온과 킬레이트를 형성하여, 과산화수소의 분해촉진을 방지할 수 있다.
상기 유기산은 숙신산, 말론산, 말릭산, 개미산, 말레산, 아세트산, 구연산, 주석산 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 유기산의 함량은 식각액 조성물 100 중량%에 대하여 1 내지 5 중량%이며, 바람직하게는 1.5 내지 4.5 중량%이다. 상기 유기산의 함량이 1 중량% 미만이면, 킬레이트 능력이 저하되어 처리 매수가 감소되는 문제가 있고, 5 중량% 초과하면 처리매수는 증가하나 구리의 과식각을 유발한다.
본 발명의 식각액 조성물은 무기산을 더 포함할 수 있다. 상기 무기산은 과산화수소의 분해시 발생되는 라디칼과 결합을 하여 지속적인 라디칼 발생을 억제시켜 주는 역할을 한다. 상기 무기산은 라디칼 반응을 제어하여 과산화수소의 안정제 역할을 하여 과산화수소의 안정성을 확보할 수 있으며. 테이퍼 각도(Taper angle)를 조절해 주는 역할을 한다.
상기 무기산은 인산, 아인산, 메타인산, 피로인산, 오쏘인산, 삼인산, 사인산인 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 아인산일 수 있다. 상기 무기산의 함량은 식각액 조성물 100 중량%에 대하여, 0.1 내지 5 중량%이며, 바람직하게는 0.5 내지 4.5 중량%이다. 상기 무기산의 함량이 0.1 중량% 미만이면, 테이퍼각이 증가하는 문제가 있고, 5 중량% 초과하면 테이퍼각이 감소하는 문제가 있다.
본 발명의 식각액 조성물에서 용매로 물을 사용할 수 있으며, 상기 물의 함량은 전체 식각액 조성물 100중량%에 대하여, 상기 식각액 조성물에 포함되는 성분들의 함량을 제외한 나머지 함량이다.
상기 식각액 조성물은 불소가 포함되지 않는 것이 특징이며, 종래의 식각액 조성물에서 불소화합물은 구리/몰리브덴 합금을 동시에 식각할 때 몰리브덴 합금의 식각 속도를 향상시켜 몰리브덴 합금의 잔사를 제거하여 주는 작용을 하였다. 그러나 상기 불소화합물은 몰리브덴 합금뿐만 아니라 구리/몰리브덴 합금인 게이트 배선의 하부막인 유리기판과 소스드레인 배선의 하부막인 SiNx도 식각하게 된다. 하부막의 식각 증가는 후공정 및 재생산(rework) 공정에서의 식각 얼룩에 의한 불량과 슬리밍 공정에서의 식각 얼룩에 의한 불량을 증가시킨다. 또한, 불소가 함유되어 있는 몰리브덴-구리 식각액은 불소에 의하여 몰리브덴의 언더컷 유발 가능성이 있다. 따라서, 본 발명은 불소이온을 포함하지 않고도, 몰리브덴(Mo)-구리(Cu) 이중 박막을 식각시키고 몰리브덴(Molybdenum)의 잔사 제어가 가능하며, 상기 과산화수소의 분해반응을 억제하여 안정성을 기존 과산화수소계 식각액 대비 향상시킨 조성물을 제공할 수 있다. 상기 식각액 조성물에서 종래의 불소화합물의 역할을 할 수 있는 화합물은 4 질소 고리형 화합물이다.
또한, 불소로 인해 몰리브덴(Molybdenum)의 일부가 식각이 되지 않고 기판 표면에 남게 되어 트랜지스터의 누설전류(off current)의 증가를 유발하는 가능성이 있으나, 본 발명은 불소를 포함하지 않음으로써 폐수 처리비용 절감 효과가 있으며, 유리 기판(Glass substrate)에 영향(damage)을 주지 않아 재생산(rework) 공정에 유리하다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 배선 형성 방법은 기판 상에 구리를 포함하는 단일막 또는 구리를 포함하며 하부막으로 몰리브덴(Molybdenum, Mo)막 중 적어도 한가지 이상을 포함하는 다중막을 형성하는 단계; 상기 형성된 단일막 또는 다중막을 식각액 조성물을 사용하여 식각하는 단계를 포함한다.
구체적으로는, 상기 다층막은 몰리브덴 합금막, 알루미늄 합금막, 몰리브덴 합금막 및 몰리브덴 합금 산화막이 순차적으로 적층된 것일 수 있다. 그리고 상기 금속패턴은 액정표시장치용 박막 트랜지스터(Thin Firm Transistor, TFT) 어레이 기판 상에 형성될 수 있다.
상기 박막 트랜지스터 어레이 기판 상에 형성된 구리-몰리브덴 다중막을 식각액 조성물을 이용하여 식각할 수 있는데, 상기 식각 공정은 당 기술분야에 알려져 있는 방법으로 수행할 수 있으며, 상기 식각 공정시의 온도는 일반적으로 30℃ 내지 35℃이다. 그러나, 상기 범위에 한정되지 않고 당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다른 공정조건 및 요인에 의해 필요에 따라 적당한 식각 공정 조건을 정할 수 있다.
또한, 본 발명의 식각액 조성물을 이용하여 박막트랜지스터(TFT)-LCD 디스플레이 또는 OLED 등의 전극으로 사용되는 상기 구리-몰리브덴 합금막을 식각하면, 하부막의 식각을 최소화하여 후공정인 유기기판 슬리밍 공정 또는 재생산 공정에서 발생할 수 있는 불량을 최소화할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 9] 식각액 조성물
하기 표 1에 기재된 성분 함량으로 각 성분 및 나머지 물을 혼합하여 실시예 1 내지 13를 및 비교예 1 내지 9의 식각액 조성물을 제조하였다.
하기 표 1에서 4 질소고리형화합물은 5-메틸-테트라졸(5-Methyltetrazole), 유기산은 말론산, 3질소고리형화합물은 3-아미노-1,2,4-트리아졸-5-티올(3-Amino-1,2,4-triazole-5-thiol), 아민류는 디에탄올 아민(Diethanolamine), 술폰산 화합물은 메탄술폰산(Methane sulfonic acid), 방향족 화합물은 만델산(Mandelic acid), 불화물은 암모늄바이플로라이드(Ammonium bifluoride)을 사용하였다.
트리 에틸렌글리콜 (wt%) |
아인산 (wt%) |
4질소고리형화합물 (wt%) |
유기산 (wt%) |
3질소고리형화합물 (wt%) |
아민류 (wt%) |
술폰산 화합물 (wt%) |
방향족 화합물 (wt%) |
과산화수소 (wt%) |
불화물 (wt%) |
|
실시예1 | 3 | 3 | 0.01 | 3 | 0.01 | 5 | 3 | 0.5 | 15 | 0 |
실시예2 | 1 | 1 | 0.5 | 1 | 0.1 | 5 | 5 | 0.05 | 10 | 0 |
실시예3 | 2 | 3 | 0.1 | 3 | 0.5 | 5 | 5 | 0.5 | 10 | 0 |
실시예4 | 1 | 5 | 0.5 | 3 | 0.5 | 8 | 5 | 0.5 | 10 | 0 |
실시예5 | 3 | 0.5 | 0.5 | 3 | 0.01 | 8 | 5 | 0.1 | 15 | 0 |
실시예6 | 2 | 0.5 | 0.5 | 1 | 0.5 | 3 | 1 | 0.1 | 15 | 0 |
실시예7 | 1 | 0.5 | 0.1 | 5 | 0.5 | 3 | 3 | 0.5 | 15 | 0 |
실시예8 | 1.5 | 0.5 | 0.5 | 5 | 0.5 | 5 | 3 | 0.5 | 15 | 0 |
실시예9 | 5 | 0.1 | 1 | 5 | 1 | 10 | 5 | 1 | 15 | 0 |
실시예10 | 0 | 0 | 0.5 | 0 | 0.5 | 3 | 0 | 0.5 | 15 | 0 |
실시예11 | 0 | 5 | 0.01 | 3 | 0.01 | 5 | 3 | 0.5 | 15 | 0 |
실시예12 | 3 | 3 | 0.01 | 3 | 0.01 | 5 | 0.05 | 0.5 | 15 | 0 |
실시예13 | 2 | 1 | 0.5 | 1 | 0.5 | 8 | 6 | 0.5 | 18 | 0 |
비교예1 | 3 | 0 | 2 | 3 | 0.5 | 5 | 3 | 0.5 | 15 | 0 |
비교예2 | 3 | 3 | 0.01 | 3 | 2 | 5 | 3 | 0.5 | 15 | 0 |
비교예3 | 3 | 3 | 0.01 | 3 | 0.01 | 1 | 3 | 0 | 15 | 0 |
비교예4 | 3 | 3 | 0.01 | 3 | 0.01 | 5 | 3 | 0.5 | 4 | 0 |
비교예5 | 3 | 3 | 0.5 | 3 | 0.5 | 5 | 3 | 0.5 | 15 | 0.5 |
비교예6 | 5 | 5 | 0 | 5 | 0.5 | 5 | 3 | 1 | 15 | 0 |
비교예7 | 1 | 0.5 | 0.5 | 1 | 0 | 3 | 5 | 0.5 | 15 | 0 |
비교예8 | 1 | 3 | 0.01 | 3 | 0.01 | 11 | 3 | 0.1 | 15 | 0 |
비교예9 | 1 | 1 | 0.5 | 5 | 0.5 | 3 | 5 | 0.5 | 22 | 0 |
[실험예 1] 몰리브덴 잔사 및 언더컷 측정
적층된 몰리브덴/구리 이중막 및 포토레지스트 패턴을 포함하는 샘플에 실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 9의 식각 조성물로 수직단면을 식각 하여 각 샘플들에 대한 몰리브덴 잔사 및 언더컷를 주사전자현미경 사진을 이용하여 측정한 후, 하기 표 2에 기재하였고, 상기 실시예 및 비교예에 대한 주사현미경 사진은 하기 도 1과 도 2에 기재하였다.
Mo 잔사 | 언더컷 | |
실시예1 | 무 | 무 |
실시예2 | 무 | 무 |
실시예3 | 무 | 무 |
실시예4 | 무 | 무 |
실시예5 | 무 | 무 |
실시예6 | 무 | 무 |
실시예7 | 무 | 무 |
실시예8 | 무 | 무 |
실시예9 | 무 | 무 |
실시예10 | 무 | 무 |
실시예11 | 무 | 무 |
실시예12 | 무 | 무 |
실시예13 | 무 | 무 |
비교예1 | 유 | 무 |
비교예2 | 무 | 유 |
비교예3 | 유 | 유 |
비교예4 | 유 | 무 |
비교예5 | 무 | 유 |
비교예6 | 유 | 무 |
비교예7 | 무 | 유 |
비교예8 | 유 | 유 |
비교예9 | 무 | 유 |
상기 표 2를 참고하면, 과산화수소 5 내지 20 중량%, 방향족 화합물 0.01 내지 1 중량%, 아민계화합물 3중량% 내지 10중량%, 4 질소 고리형 화합물 0.01중량% 내지 1 중량%, 3 질소 고리형 화합물 0.01 내지 1 중량%를 벗어나는 비교예 1 내지 4 및 비교예 6 내지 9 또는 식각액 조성물로서 불화물을 포함하는 비교예 5의 경우, 몰리브덴(Mo) 잔사가 발생하거나 언더컷이 발생하는 것을 알 수 있었다.
[실험예 2] CD-Loss 및 식각 속도 측정
구리 식각 속도(Cu Etch Rate)와 편측(CD-Loss)을 비교해 보면, 상기 구리 식각 속도는 80 내지 120 Å/sec인 경우가 적절한 식각 속도이며, 상기 편측(CD-Loss)은 포토레지스트 패턴 말단과 하부막 또는 Barrier막 말단 사이의 거리를 의미하며, 단차가 적고 균일한 테이퍼 식각을 위하여, 편측 0.5㎛ 내지 1.0㎛의 범위를 가진다.
CD-Loss (㎛) |
Cu Etch Rate (Å/sec) |
|
실시예1 | 0.72 | 100 |
실시예2 | 1.00 | 80 |
실시예3 | 0.60 | 80 |
실시예4 | 0.75 | 80 |
실시예5 | 1.00 | 110 |
실시예6 | 0.60 | 90 |
실시예7 | 1.00 | 110 |
실시예8 | 1.00 | 120 |
실시예9 | 1.00 | 110 |
실시예10 | 1.00 | 80 |
실시예11 | 0.95 | 110 |
실시예12 | 1.11 | 60 |
실시예13 | 0.72 | 121 |
상기 표 3을 참고하면, 술폰산 화합물의 함량이 1 내지 5 중량% 범위를 벗어나는 경우에는 몰리브덴잔사 및 언더컷은 발생되지 않으나, CD-Loss 및 Cu Etch Rate가 다소 적절한 범위에 미치지 못하는 것을 알 수 있었다.
[실험예 3] 발열에 대한 평가
트리 에틸렌글리콜 (wt%) |
아인산 (wt%) |
4 질소고리형화합물(wt%) | 유기산 (wt%) |
3 질소고리형화합물 (wt%) |
아민류 (wt%) |
술폰산 화합물 (wt%) | 방향족 화합물 (wt%) | 과산화 수소 (wt%) |
|
참고예11 | 0.05 | 0 | 0.01 | 3 | 0.01 | 5 | 3 | 0.5 | 15 |
참고예12 | 6 | 3 | 0.5 | 3 | 0.5 | 5 | 5 | 0.05 | 10 |
상기 표 4에 기재된 성분 함량의 조성물들 및 상기 조성물들의 함량을 제외한 나머지 함량에 해당되는 물을 혼합하여 참고예 11 내지 12를 제조하였고, 상기 실시예 1 내지 13 및 참고예 11 내지 12에 대한 발열 평가를 하기 표 5에 기재하였다.
상기 발열 평가는 지속적으로 금속이온을 식각액에 투입하여 구리 및 몰리브덴의 함유량 8000ppm 이상인 조건에서 온도가 40℃를 초과하지 않는다면 '안정'으로 표시하고, 이를 초과하였을 때 '발열'로 표시하였다.
발열 안정성 평가 | |
실시예1 | 안정 |
실시예2 | 안정 |
실시예3 | 안정 |
실시예4 | 안정 |
실시예5 | 안정 |
실시예6 | 안정 |
실시예7 | 안정 |
실시예8 | 안정 |
실시예9 | 안정 |
실시예10 | 발열 |
실시예11 | 발열 |
실시예12 | 안정 |
실시예13 | 안정 |
참고예11 | 발열 |
참고예12 | 발열 |
상기 표 5를 참고하면, 과산화수소의 분해반응으로 인한 발열 안정성에 있어서, 트리에틸렌클리콜의 함량이 1 내지 5 중량%의 값을 가질 경우에는 발열이 발생하지 않으나, 상기 트리에틸렌클리콜의 함량을 벗어나는 경우 발열이 발생하는 것을 알 수 있었다.
[실험예 4] 테이퍼 각 측정
트리 에틸렌글리콜 (wt%) |
아인산 (wt%) |
4 질소고리형화합물(wt%) | 유기산 (wt%) |
3 질소고리형화합물 (wt%) |
아민류 (wt%) |
술폰산 화합물 (wt%) | 방향족 화합물 (wt%) | 과산화 수소 (wt%) |
|
참고예13 | 3 | 0.05 | 0.01 | 3 | 0.01 | 5 | 3 | 0.5 | 15 |
참고예14 | 1.5 | 6 | 0.5 | 1 | 0.5 | 3 | 1 | 0.5 | 15 |
상기 표 6에 기재된 함량의 조성물들 및 상기 조성물들의 함량을 제외한 나머지 함량에 해당되는 물을 혼합하여 참고예 13 및 14를 제조하였고, 적층된 몰리브덴/구리 이중막 및 포토레지스트 패턴을 포함하는 샘플에 실시예 1 내지 13 및 참고예 13 내지 14의 식각 조성물로 수직 단면을 식각하고, 주사전자현미경 사진을 이용하여, 테이퍼 각(Taper angel)을 측정한 값을 하기 표 7에 기재하였다. 테이퍼 각도는 45 내지 60° 범위일 때 바람직하다.
테이퍼각(°) | |
실시예1 | 46 |
실시예2 | 50 |
실시예3 | 47 |
실시예4 | 48 |
실시예5 | 46 |
실시예6 | 46 |
실시예7 | 50 |
실시예8 | 51 |
실시예9 | 50 |
실시예10 | 53 |
실시예11 | 45 |
실시예12 | 45 |
실시예13 | 50 |
참고예13 | 73 |
참고예14 | 38 |
상기 표 7을 참고하면, 테이퍼 각도는 45 내지 60° 범위일 때 적절하지만, 아인산의 함량이 0.1 내지 5 중량%를 벗어나면 테이퍼 각도가 45 내지 60°로 조절이 어려운 것을 알 수 있었다.
[실험예 5] 식각 속도 평가
트리 에틸렌 글리콜 (wt%) |
아인산 (wt%) |
4질소고리형화합물(wt%) | 유기산 (wt%) |
3질소고리형화합물(wt%) | 아민류 (wt%) |
술폰산 화합물 (wt%) | 방향족 화합물 (wt%) | 과산화수소 (wt%) |
|
참고예15 | 3 | 1 | 0.01 | 0.05 | 0.01 | 5 | 3 | 0.5 | 15 |
참고예16 | 5 | 0.5 | 0.5 | 6 | 1 | 10 | 3 | 0.1 | 18 |
상기 표 8에 기재된 함량의 조성물들 및 상기 조성물들의 함량을 제외한 나머지 함량에 해당되는 물을 혼합하여 참고예 15 및 16을 제조하였고, 적층된 몰리브덴/구리 이중막 및 포토레지스트 패턴을 포함하는 샘플에 참고예 15 내지 16의 식각 조성물로 수직 단면을 식각하고, 식각 속도를 측정하여 하기 표 9에 기재하였으며, 하기 도 3에 상기 참고예 15 내지 16에 대한 주사현미경 사진을 기재하였다. 상기 식각 속도 범위가 정해진 것은 없으나, 공정상 80 내지 120 Å/sec인 경우를 바람직하다.
CD-Loss (㎛) |
Cu Etch Rate (Å/sec) |
|
참고예 15 | 0.54 | 50 |
참고예 16 | 1.28 | 100 |
상기 표 9를 참고하면, 유기산의 함량이 1 내지 5 중량% 범위를 만족하는 경우, 식각속도가 80 Å/sec 내지 120 Å/sec 유지되면서 편측이 0.5㎛ 내지 1.0㎛ 유지됨을 알 수 있었다.
[실험예 6] 식각액 조성물의 보관 안정성 평가
발열 안정성 평가와 보관에 대한 안정성 평가는 다른 것으로 발열 안정성 평가는 금속에 의한 과수의 분해반응으로 식각액의 온도가 급격히 상승하는 상승점에 대한 평가이고, 보관 안정성은 식각액을 보관하였을 때 성능 변화없이 사용 가능한 유효기간에 대한 지표를 정하고자 실행한 실험이다.
상기 실시예 1 및 비교예 3의 식각액 조성물을 5kg 제조하여 약 25℃에서 일정 기간 보관 후, 약액 특성 변화를 검증하기 위해 보관에 대한 안정성 평가를 비교하여 하기 표 11에 정리하였다.
2일 | 5일 | 7일 | 10일 | 15일 | |
실시예 1 | 안정 | 안정 | 안정 | 안정 | 안정 |
비교예 3 | 안정 | 안정 | 특성 저하 | 특성 저하 | 특성 저하 |
상기 표 11을 참고하면, 실시예 1의 경우 보관 기간이 증가하더라도 구리 이온에 의한 발열 현상이 발생하지 않았다. 상기 비교예 3의 경우 보관일이 7일이 되는 시점부터 식각액의 구성성분의 분해가 발생하여 식각액의 특성이 저하되는 문제점이 발생하였다.
[실험예 7] 보관 안정성 평가
상기 실시예 1의 식각 조성물을 약 25 ℃에서 일정 기간 보관한 후, 상기 식각 조성물을 1일마다 동일한 조건으로 다시 식각 테스트를 진행하였으며 비교군으로 레퍼런스 테스트 결과와 비교하여, 그 결과를 하기 표 12에 기재하였다.
실시예1 | Ref | 1일 | 3일 | 7일 |
CuEtch Rate | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
CD-Skew(편측) | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
테이퍼 각 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
Mo 잔사 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
언더컷 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
◎: 매우 우수 (레퍼런스 대비 변화량 10% 이내) ×: 불량 (레퍼런스 대비 변화량 10% 초과)
상기 표 12를 참고하면, 상기 식각 조성물의 보관 기간이 증가하더라도 식각 속도, CD SKEW 및 테이퍼 각도(Taper angle)의 변화가 크지 않고 우수한 보관 안정성이 확보됨을 알 수 있다.
[실험예 8] 누적 매수 평가
상기 실시예 1의 식각액을 이용하여 구리이온 농도를 증가시켜 아래와 같이 기판의 처리 매수 평가를 진행하였으며, 레퍼런스 식각(reference etch)을 진행하고 구리 파우더를 500ppm부터 6000ppm까지 첨가하여 식각 테스트를 진행하였으며, 레퍼런스 테스트 결과와 비교하여 그 결과를 하기 표 13에 정리하였다.
실시예1 | Ref | 500ppm | 2000ppm | 4000ppm | 6000ppm |
CuEtch Rate | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
CD-Skew(편측) | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
테이퍼 각 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
Mo 잔사 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
언더컷 | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
◎: 매우 우수 (레퍼런스 대비 변화량 10% 이내) / ×: 불량 (레퍼런스 대비 변화량 10% 초과)
상기 표 13을 참고하면, 상기 식각 조성물 1(실시예 1) 내에서 구리 이온 농도가 증가하더라도, 식각 속도, CD SKEW 및 Taper angle의 변화가 크지 않음을 확인할 수 있다. 따라서 상기 식각 조성물은 신뢰성을 가짐을 알 수 있다.
Claims (15)
- 과산화수소 5 내지 20 중량%;
4 질소 고리형 화합물 0.01 내지 1.5 중량%;
3 질소 고리형 화합물 0.01 내지 1.5 중량%;
방향족 화합물 0.01 내지 1 중량%;
아민계 화합물 3 내지 10 중량%; 및
물을 포함하는 식각액 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 4 질소 고리형 화합물은
테트라졸, 5-메틸-테트라졸, 5-머캅토-메틸테트라졸 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 식각액 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 3 질소 고리형 화합물은
1,2,4-트리아졸, 3- 아미노-1,2,4-트리아졸-5-티올, 벤조트리아졸, 1,2,4-트리아졸-3-티올, 3-머캅토-4메틸-1,2,4-트리아졸 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 식각액 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 방향족 화합물은,
히스티딘, 페닐알라닌, 바닐린산, 만델산, 피라졸산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 식각액 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 아민계 화합물은,
디에탄올아민, N-메틸에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, N-에틸에탄올아민, N-아미노에틸에탄올아민, N-프로필에탄올아민, N-부틸에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 1-아미노-2-프로판올, N-메틸이소프로판올아민 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 1종 이상인, 식각액 조성물. - 제1항에 있어서,
과산화수소 안정제 1 내지 5중량%를 더 포함하는 식각액 조성물. - 제6항에 있어서,
과산화수소 안정제는
인산염, 페닐요소, 디메틸요소, 글리콜류 화합물 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 식각액 조성물. - 제1항에 있어서,
유기산을 1 내지 5 중량% 더 포함하는 식각액 조성물. - 제8항에 있어서
상기 유기산은,
숙신산, 말론산, 말릭산, 개미산, 말레산, 아세트산, 구연산, 주석산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 식각액 조성물. - 제1항에 있어서,
무기산 0.1 내지 5 중량%를 더 포함하는 식각액 조성물. - 제1항에 있어서,
술폰산계 화합물 1 내지 5 중량%를 더 포함하는 식각액 조성물. - 제11항에 있어서,
상기 술폰산계 화합물은
메탄술폰산, 설파믹산, 벤젠술폰산, p-톨루엔술폰산, 암모늄술폰산, 아미도술폰산, 고리형술폰산 화합물, 탄화수소계 술폰산 및 이들의 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인, 식각액 조성물. - 제1항에 있어서,
유기산 1 내지 5중량%;
무기산 0.1 내지 5 중량%; 및
술폰산계 화합물 1 내지 5 중량%; 를 더 포함하는 식각액 조성물. - 제 1항 내지 13항의 어느 한 항에 있어서,
식각액 조성물은 구리(Cu), 티타늄(Ti), 몰리브데늄(Mo), 구리 합금(Cu-alloy), 티타늄 합금(Ti-alloy) 및 몰리브데늄 합금(Mo-alloy) 중 선택되는 1종 이상을 식각하는 식각액 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 식각액 조성물은 불소가 포함되지 않는 것인, 식각액 조성물.
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