KR20190112621A - 은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용하여 제조된 표시장치용 어레이기판 및 이의 제조방법 - Google Patents
은 함유 박막 식각액 조성물 및 이를 이용하여 제조된 표시장치용 어레이기판 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 조성물 총 중량에 대하여, 인산 40.0 내지 60.0 중량%; 질산 5.0 내지 9.0 중량 %; 질산제이철 0.1 내지 4.0 중량%; 무기산염 0.5 내지 5.0 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 은 함유 박막의 식각액 조성물 및 이를 이용하여 제조된 표시장치용 어레이기판 및 이의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 은 함유 박막 식각액 조성물, 이를 이용하여 제조된 표시장치용 어레이기판 및 이의 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.
은(Ag) 포함 박막을 이용하는 경우, 저해상도 표시장치에서 은의 재흡착의 발생이 문제되지 않았지만, 고해상도 표시장치 기술에서는 은의 재흡착 이 문제로 대두되고 있는 실정이다. 이와 관련하여 기존에 인산, 초산, 질산을 포함하는 식각액 조성물(한국 등록공보 제 10-0579421호)등으로 은을 포함하는 박막을 식각하는 방법이 개발되었지만, 초산을 포함할 경우 초산의 강한 휘발성에 의해 경시 안정성이 떨어지는 문제가 있었으며, 직진성 제어 효과가 떨어지는 문제 등이 발생하였다.
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 은을 포함하는 금속막의 식각시 경시 안정성 문제가 개선되며, 은 잔사 및 재흡착이 거의 없어 우수한 효과를 나타내며, 직진성이 우수한 은 함유 박막의 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하여 제조된 표시 장치용 어레이기판 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 조성물 총 중량에 대하여, 인산 40.0 내지 60.0 중량%; 질산 5.0 내지 9.0 중량 %; 질산제이철 0.1 내지 4.0 중량%; 무기산염 0.5 내지 5.0 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 은 함유 박막의 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 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 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 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상술한 식각액 조성물을 사용하여 식각된 표시장치용 어레이기판을 제공한다.
본 발명은, 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 은을 포함하는 금속막의 식각시 경시 안정성 문제가 개선되며, 은 잔사 및 재흡착이 거의 없어 우수한 효과를 나타내며, 직진성이 우수한 은 함유 박막의 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 식각액 조성물을 사용하는 표시 장치용 어레이기판의 제조 방법을 제공한다.
도 1은 직진성이 양호함을 보여주는 사진으로, 실시예 1의 조성물을 사용하여 실험예의 시편을 식각할 경우의 SEM 사진이다.
도 2는 직진성이 불량함을 보여주는 사진으로, 비교예 1의 조성물을 사용하여 실험예의 시편을 식각할 경우의 SEM 사진이다.
도 2는 직진성이 불량함을 보여주는 사진으로, 비교예 1의 조성물을 사용하여 실험예의 시편을 식각할 경우의 SEM 사진이다.
본 발명은, 조성물 총 중량에 대하여, 인산 40.0 내지 60.0 중량%; 질산 5.0 내지 9.0 중량 %; 질산제이철 0.1 내지 4.0 중량%; 무기산염 0.5 내지 5.0 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 은 함유 박막의 식각액 조성물에 대한 것으로, 은을 금속막의 식각시 경시 안정성 문제가 개선되며, 은 잔사 및 재흡착이 거의 없어 우수한 효과를 나타내며, 직진성이 우수한 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 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 40.0 내지 60.0 중량% 포함 될 수 있다. 인산의 함량이 40 중량% 미만인 경우에는 은의 식각 속도 저하와 식각 프로파일의 불량을 야기시킬 수 있으며 Ag 재흡착이 증가하게 되고, 60 중량%를 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 5.0 내지 9.0 중량% 포함될 수 있다. 질산의 함량이 5.0 중량% 미만인 경우에는 은(Ag)과 ITO의 식각 속도 저하가 발생하며 이로써 기판내의 식각 균일성(Uniformity)이 불량해지므로 얼룩이 발생하며, 9.0 중량%을 초과하는 경우에는 상하부 투명전도막의 식각 속도가 가속화 되어 상하부 투명전도막의 언더컷 발생으로 후속 공정에 문제가 발생되는 불리한 점이 있다.
본 발명의 식각액 중의 질산제이철은 보조 산화제 및 Ag 리간드로 사용되는 성분으로서, 습식 식각 시 박막에 대한 Ag 재흡착을 감소시키고 또한 균일하게 식각되도록 식각 속도를 조절한다. 그 함량은 식각액 조성물 총중량에 대하여 0.1 내지 4.0 중량%으로 포함될 수 있다. 질산제이철 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 기판 내의 식각 균일성(Uniformity)이 저하되고 또한 기판 내에 부분적으로 은 잔사가 생길 수 있으며, 4.0 중량%를 초과하는 경우에는 식각 속도가 저하되어 원하는 식각 속도를 구현할 수 없다.
본 발명의 식각액 중의 무기산염은 에칭 후 직진성을 제어하는 성분으로서, 그 함량은 식각액 조성물 총중량에 대하여 0.5~5.0 중량%으로 포함될 수 있다. 상기 무기산염 함량이 0.5중량% 미만인 경우에는 직진성이 불량이 되어 전기적 특성이 저하되고 또한 기판 내에 부분적으로 잔사가 생길 수 있으며, 5.0 중량%를 초과하는 경우에는 과식각이 발생하여 원하는 식각 속도를 구현할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서 무기산염은 질산, 황산 및/또는 인산의 칼륨염, 나트륨염 및/또는 암모늄염등이 사용될 수 있으며, 질산 칼륨 또는 황산암모늄이 바람직하며, 질산 칼륨이 보다 바람직 할 수 있다. 상기 무기산을 포함할 경우 직진성 및 잔사 문제의 개선이 가능하다.
본 발명에서, 본 발명에서 사용되는 물은 탈이온수를 의미하며 반도체 공정용을 사용하며, 바람직하게는 18㏁/㎝ 이상의 물을 사용할 수 있다. 잔량의 물은 전체 조성물 총중량이 100 중량%가 되도록 포함된다.
본 발명은 초산을 포함하지 않음에도 우수한 직진성 효과를 가지며, 은 재흡착 문제가 개선될 뿐만 아니라, 초산을 포함함으로써 발생되는 문제인 경시 안정성이 저하되는 문제가 현저히 개선된 식각액 조성물을 제공할 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 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.
또한, 본 발명은 상술한 식각액 조성물을 이용하여 제조된 표시장치용 어레이기판을 제공한다.
본 발명에서, 상술한 제조방법 및 상술한 식각액 조성물을 이용하여 제조되는 표시장치용 어레이기판은 유기발광소자용(OLED) 및/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 실시예10 및 비교예1 내지 비교예9 각각의 식각액 조성물 10㎏을 제조하였으며, 식각액 조성물 총 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함하였다.
[표 1]
[표 2]
<실험 예>
기판 상에 유기 절연막을 증착하고, 그 위에 ITO/Ag/ITO 삼층막을 75 ÅA / 1000 ÅA / 50 ÅA 의 두께로 증착한 것을 다이아몬드 칼을 이용하여 500×600mm로 절단하여 시편 준비를 하였다.
상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 9의 식각액 조성물을 사용하여 하기와 같이 성능 테스트를 진행하였다.
실험 예 1: Ag Side etch 평가
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: 5.5 ETCHER, 프로웨트 사) 내에 상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 9의 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 85초로 실시하였다. 기판을 넣고 분사를 시작하여 85초의 식각 시간이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조하고, 각각 6시간 및 12시간 후 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI사 제조)을 이용하여 분석을 진행하였고, 하기의 기준으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3 및 4에 나타내었다.
[Ag 식각량 평가 기준]
◎ : 매우 우수 (Side Etch : ≤0.2㎛)
○ : 우수 (Side Etch : >0.2㎛,≤ 0.3㎛)
△ : 양호 (Side Etch :>0.3㎛, ≤ 0.4㎛)
Ⅹ : 불량 (Side Etch : > 0.4㎛)
실험예 2: 직진성 평가
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: 5.5 ETCHER, 프로웨트 사) 내에 상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 9의 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 85초로 실시하였다. 기판을 넣고 분사를 시작하여 85초의 식각 시간이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 하고, 각각 6시간 및 12시간 후 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI사 제조)을 이용하여 SEM 30K 배율에서 금속배선의 프로파일을 관찰하였고, 이를 하기의 기준으로 평가하여 그 결과를 하기 표 3 및 4에 나타내었다. 직진성이 양호한 경우 anode 전극 크기에 의한 수율에 영향이 거의 발생하지 않으며, 직진성이 불량할 경우 후속 공정에서 anode 전극의 크기가 작은 문제가 발생하여 수율에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
◎ : 우수 ±0.1μm 미만
○ : 양호 ±0.1μm 이상 ±0.3μm 미만
△ : 보통 ±0.3μm 이상 ±0.5μm 미만
Ⅹ : 불량 ±0.5μm 이상
실험 예 3: Ag 재흡착 평가 (패드 부 분석)
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: 5.5 ETCHER, 프로웨트 사) 내에 상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 9의 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 85초로 실시하였다. 기판을 넣고 분사를 시작하여 85초의 식각 시간이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하고, 포토레지스트 박리기(PR stripper)를 이용하여 포토레지스트를 제거하였다. 세정 및 건조 하고, 각각 6시간 및 12시간 후 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI사 제조)을 이용하여, 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 진행하였다. 하기의 기준으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3 및 4에 나타내었다.
[Ag 재흡착 평가 기준]
◎ : 매우 우수 (50개 이하)
○ : 우수 (80개 이하)
△ : 양호 (100개 이하)
Ⅹ : 불량 (100개 초과)
[표 3]
[표 4]
본원발명의 구성 및 함량을 전부 포함하는 실시예 1 내지 10의 경우, side etch 값이 우수하였고, 직진성이 양호하였으며, Ag 재흡착 문제가 우수하거나 매우 우수하여 개선된 효과를 보였으며, 경시변화에 따른 식각액 조성물의 효과가 거의 변하지 않음을 확인 하였다. 한편, 본원발명의 구성 및 함량을 만족하지 않는 비교예 1 내지 9는 side etch, 얼룩, 재흡착 효과가 떨어짐을 확인하였다.
Claims (9)
- 조성물 총 중량에 대하여,
인산 40.0 내지 60.0 중량%;
질산 5.0 내지 9.0 중량 %;
질산제이철 0.1 내지 4.0 중량%;
무기산염 0.5 내지 5.0 중량%; 및
잔량의 물을 포함하는
은 함유 박막의 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 무기산염은 질산, 황산 또는 인산의 칼륨염, 나트륨염 및 암모늄염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 은 함유 박막의 식각액 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 은 함유 박막은 은 또는 은합금의 단일막 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 포함하는 것을 특징으로 하는 은 함유 박막 식각액 조성물.
- 청구항 3에 있어서, 상기 투명전도막은 산화주석인듐, 산화아연인듐, 산화주석아연인듐 및 산화갈륨아연인듐 중 에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 은 함유 박막 식각액 조성물.
- 청구항 3에 있어서, 상기 은합금은 은, 및 니켈, 구리, 아연, 망간, 크롬, 주석, 팔라듐, 네오디늄, 니오븀, 몰리브덴, 마그네슘, 텅스텐, 프로트악티늄, 알루미늄 및 티타늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 은 함유 박막의 식각액 조성물.
- 청구항 3에 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.
- 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 은함유 박막을 형성하고, 청구항 1 의 은 함유 박막의 식각액 조성물로 식각하여 화소전극 또는 반사막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표시장치용 어레이기판의 제조방법.
- 청구항 7에 있어서,
상기 표시장치용 어레이기판은 액정표시장치용 또는 유기발광소자용인 것을 특징으로 하는 표시장치용 어레이기판의 제조방법.
- 청구항 1 내지 6 중 어느 하나의 식각액 조성물을 사용하여 식각된 표시장치용 어레이기판.
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