KR20230001681A - 식각액 조성물, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판 - Google Patents

식각액 조성물, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (A) 알칼리성 화합물, (B) 오가노알루미늄 및 (C) 물을 포함하는 식각액 조성물, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판을 제공한다.

Description

식각액 조성물, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판 {AN ETCHANT COMPOSITION, A PATTERN FORMATION METHOD AND A MANUFACTURING METHOD OF ARRAY SUBSTRATE USING THE ETCHANT COMPOSITION, AND AN ARRAY SUBSTRATE MANUFACTURED THEREFROM}
본 발명은 식각액 조성물, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법, 이에 따라 제조된 어레이 기판에 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.
반도체 소자 제조 공정은 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 및 이온주입 공정 등의 일련의 공정들을 수행하여 이루어지며, 이들 공정을 통하여 웨이퍼 위에 산화막, 질화막, 폴리실리콘막, 금속막 등 다양한 막들을 형성하고, 이들 막을 원하는 형상으로 패터닝하여 원하는 소자들을 완성한다. 이때 반도체 소자의 고집적화, 미세화를 위해서는 식각 대상 막질이 높은 식각 선택비로 제거되어야 한다.
반도체 소자에서 폴리실리콘은 다결정 실리콘(polycrystalline silicon, poly-Si) 물질로써, 게이트 전극, 캐패시터 전극, 플러그, 식각 마스크 등을 형성과 같은 매우 다양한 용도로 사용되고 있다. 이를 위해 폴리실리콘을 이용하여 막을 형성하는 방법과 함께, 형성된 폴리실리콘막을 제거하는 방법도 다양하게 개발되어 왔다.
폴리실리콘막을 제거하는 방법은 크게 건식 식각 공정과 습식 식각 공정으로 나눌 수 있다.
건식 식각 공정은 플라즈마 상태의 식각 가스를 이용하여 수행된다. 구체적으로, 상기 건식 식각 공정은 식각 가스 내의 이온 또는 라디칼 등의 반응성물질과 제거의 대상이 되는 물질의 화학 반응을 이용하여 식각하는 방법이다.
한편, 습식 식각 공정은 화학적 식각액을 이용하여 식각하는 방법으로서, 제거하고자 하는 대상체를 식각액에 담그는 등의 방법으로 식각 공정이 수행된다. 습식 식각 공정은 건식 식각 공정에 비하여 장비의 구성이 간단하고 시간이 단축된다는 장점이 있다. 이에 습식 식각 공정에 사용되는 식각액의 수요는 반도체가 응용되는 산업의 발전과 함께 급속도로 성장하였다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0079267호는 산성 기반의 식각액 조성물에 관한 발명으로, 인산 및 규소 화합물을 포함하여 실리콘 질화막을 식각하는 기술을 개시하고 있으나, 폴리실리콘에 대해 우수한 식각 속도를 나타내는 식각액 조성물을 개시하지는 못하며, 특히, 미세 패턴 식각에 충분한 식각 효과를 나타내지 못하고 있는 실정이다. 또한, 산성 기반의 식각액 조성물은 실리콘을 산화시켜 실리콘 산화막을 형성한 후 이를 불산 등의 불화물로 제거하는 메커니즘으로 이루어져 있어, 실리콘 산화막을 보호층으로 사용하는 구조에서는 적합하지 않다.
대한민국 공개특허 제10-2014-0079267 호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 50 내지 500 nm 크기의 미세 패턴을 식각함에 있어, 실리콘막에 대한 우수한 식각속도는 유지하면서도 실리콘 산화막의 방식성을 개선한 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 (A) 알칼리성 화합물, (B) 오가노알루미늄 및 (C) 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 식각액 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 기판 상에 실리콘막을 형성하는 단계; 및 본 발명에 따른 식각액 조성물을 사용하여 상기 실리콘막을 식각하는 단계;를 포함하는 패턴 형성 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 패턴 형성 방법을 포함하는 어레이 기판의 제조 방법과 이에 따라 제조된 어레이 기판을 제공한다.
본 발명의 식각액 조성물은 50 내지 500 nm 크기의 미세 패턴을 식각함에 있어, 실리콘에 대한 우수한 식각특성을 가지면서도 실리콘 산화물에 대하여는 방식특성을 나타내어, 실리콘막과 실리콘 산화막에 대한 선택비가 개선된 식각액 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 (A) 알칼리성 화합물, (B) 오가노알루미늄 및 (C) 물을 포함하는 식각액 조성물, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판을 제공한다.
본 발명에 따른 식각액 조성물은 미세 패턴을 식각함에 있어, 실리콘막에 대한 우수한 식각속도는 유지하면서도 실리콘 산화막의 방식성을 개선할 수 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서, 상기 미세 패턴은 50 내지 500 nm 크기의 패턴일 수 있다.
본 발명의 알칼리 조성의 식각액 조성물은, 실리콘을 식각하고 실리콘 산화막을 보호층으로 사용하는 구조에서, 실리콘 산화막(452kJ/mol)에 비해 결합에너지가 작은 실리콘(340kJ/mol)이 알칼리성 화합물의 하이드록사이드(OH-)에 의해 결합이 깨지는 과정, 즉 실리콘 식각이 상대적으로 매우 빠르게 진행되기 때문에 실리콘 산화막에 데미지를 최소화할 수 있고, 이에 따라 실리콘막 및 실리콘 산화막에 대한 식각 선택비가 우수한 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 식각액 조성물은 실리콘 식각용 식각액 조성물로, 바람직하게는 폴리실리콘(poly-silicon)의 식각에 사용될 수 있고, 실리콘 산화물에 대하여는 방식 특성을 가짐으로써, 실리콘을 선택적으로 식각할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 식각 대상이 되는 상기 실리콘은 다결정성 구조를 가지고 있어 산/알칼리 환경에서 빠른 식각속도를 보이며, 이로 인해 빠른 식각속도를 요하는 공정에서 더미 구조체로 주로 사용되고 있는 폴리실리콘으로, 깊은 트렌치를 갖는 구조와 같이 빠른 식각속도를 요하는 공정에서 사용되는 더미 실리콘일 수 있다.
본원 명세서에서 실리콘 또는 실리콘막은 폴리실리콘 또는 폴리실리콘막을 의미하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 식각액 조성물은 알칼리계 실리콘 식각용 식각액 조성물로, 수산화 이온(OH-)이 충분히 제공되지 않는 pH 9 이하에서는 실리콘 식각반응이 일어나지 않으며, 수산화 이온(OH-)이 충분히 제공되는 pH 12이상에서 유효하게 사용될 수 있다. 식각액 조성물의 pH가 12 이상인 경우 실리콘에 대한 식각 속도가 증가되며, 실리콘 산화물(SiOx) 및 실리콘 질화물(SiN)에 대한 상대적인 식각 속도는 느리기 때문에, 실리콘 식각에 대한 선택성(selectivity)을 확보할 수 있다. 따라서 실리콘, 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물을 포함하는 패턴 구조, 예를 들어, 실리콘 산화물/실리콘 질화물이 순차적으로 증착된 패턴 구조에 포함된 실리콘을 선택적으로 식각함에 있어, 실리콘 식각에 대한 식각속도 및 선택성은 매우 중요한 요소로 작용한다.
< 식각액 조성물 >
본 발명의 식각액 조성물은, (A) 알칼리성 화합물 및 (B) 오가노알루미늄을 포함하며, 용제로서 (C) 물을 포함할 수 있다.
(A) 알칼리성 화합물
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 알칼리성 화합물은 폴리실리콘을 식각하기 위한 용도로 첨가되며, 식각액 조성물의 식각 속도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 알칼리성 화합물은 조성물의 pH를 높이기 위한 요소로 실리콘 식각과 오가노알루미늄 첨가제의 안정성을 높이기 위해 사용될 수 있으며, 유기 수산화물, 무기 수산화물 또는 아민계 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 알칼리성 화합물은 무기 또는 유기 양이온과 결합된 형태로 이루어진 수산화물을 포함하는 할 수 있다.
상기 유기 수산화물은 구조에 따라 구분될 수 있으며, 4급 알킬암모늄 화합물, 아자바이사이클로(Azabicyclo-)형 화합물, 다이아자바이사이클로(Diazabicyclo-)형 화합물, 및 트리아자바이사이클로(Triazabicyclo-)형 화합물을 포함하는 것으로서; 예를 들어, 탄소 바이사이클로 구조에 질산이 포함된 아자바이사이클로(Azabicyclo-)형, 다이아자바이사이클로(Diazabicyclo-)형, 트리아자바이사이클로(Triazabicyclo-)형의 군 중, 탄소수 및 결합수에 따라 부탄(-butane), 펜탄(-petane),헥산(-hexane), 헵탄(-heptane), 옥탄(-octane), 노난(-nonane), 데칸(-decane), 운데칸(-undecane), 도데칸(-dodecane), 트리데칸(-tridecane), 테트라데칸(-tetadecane), 노넨(-nonene), 데센(-decene), 및 운데센(-undecene)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 아민계 화합물은 구조에 따라 구분될 수 있으며, 1,2-다이아미노프로판, 1-아미노-2-프로판올, 2-아미노-1-부탄올, 3-아미노-1-프로판올, 3-아미노-1,2-프로파네다이올, 2,3-부다네디올, 다이에틸렌트리아민, 아이소프로필아민, 메틸디에탄올아민, 트리에틸아민, 트리메틸아민, 메틸아민, 에틸아민, 프로판올아민, 에탄올아민, 아닐린, 2-아미노펜탄, 다이에틸아민, 다이에탄올아민, N-메틸에탄올아민, N-메틸다이에탄올아민, 2-아미노-3-메틸-1-부탄올, 3-아미노-2,2-다이메틸-1-프로판올, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄, 2-아미노-2-메틸-1,3-프로파네다이올, 3-메틸아미노-1-프로판올, 2-다이메틸아미노-2-메틸-1-프로판올, 1-다이메틸아미노-2-프로판올, 3-다이메틸아미노-1-프로판올, 2-다이메틸아미노-1-프로판올, 2-다이에틸아미노-1-프로판올, 2-다이에틸아미노-1-에탄올, 2-에틸아미노-1-에탄올, 1-(다이메틸아미노)2-프로판올, 다이에탄올아민 N-프로필다이에탄올아민, N-이소프로필다이에탄올아민, N-(2-메틸프로필)다이에탄올아민, N-n-부틸다이에탄올아민, N-t-부틸에탄올아민, N-사이클로헥실다이에탄올아민, N-도데실다이에틸아민, 2-(다이메틸아미노)에탄올, 2-다이에틸아미노에탄올, 2-다이프로필아미노에탄올, 2-부틸아미노에탄올, 2-t-부틸아미노에탄올, 2-사이클로아미노에탄올, 2-아미노-2-펜탄올, 2-[비스(2-히드록시에틸)아미노]-2-메틸-1-프로판올, 2-[비스(2-히드록시에틸)아미노]-2-프로판올, N,N-비스(2-히드록시프로필)에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올, 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄, 트리아이소프로판올아민, 트리메틸피리딘, 및 다이메틸피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있다.
상기 무기 수산화물로는 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 루비듐, 수산화 세슘, 수산화 프랑슘 등이 있을 수 있다.
본원의 일 실시예에서, 상기 4급 알킬암모늄 화합물은 4급 알킬암모늄 수산화물로서, 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00001
상기 화학식 2에서, R8 내지 R11은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 탄화수소기이며, 바람직하게는 탄소수 1 내지 8의 알킬기이고, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 4의 알킬기이다.
일 실시예를 들어, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 수산화 테트라메틸암모늄, 수산화 테트라에틸암모늄, 수산화 테트라프로필암모늄, 수산화 테트라부틸암모늄, 수산화 테트라헥실암모늄, 수산화 테트라옥틸암모늄과, 수산화 벤질트리에틸암모늄, 수산화 디에틸디메틸암모늄 및 수산화 메틸트리부틸암모늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 바람직하게는 수산화 테트라메틸암모늄, 수산화 테트라에틸암모늄, 수산화 테트라프로필암모늄, 수산화 테트라부틸암모늄, 수산화 테트라헥실암모늄 및 수산화 테트라옥틸암모늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 수산화 테트라메틸암모늄, 수산화 테트라에틸암모늄, 수산화 테트라프로필암모늄 및 수산화 테트라부틸암모늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 알칼리성 화합물의 함량이 0.1 내지 80 중량% 인 경우, 상기 알칼리성 화합물의 함량에 따라 식각액 조성물의 pH를 기준으로 pH 12 이상이 되도록 조절될 수 있고, 예를 들어, 상기 알칼리성 화합물이 수산화 테트라메틸암모늄인 경우, 이의 함량이 0.1 내지 80 중량% 일 때 식각액 조성물의 pH가 12 이상이 된다. 구체적으로, 상기 알칼리성 화합물의 함량은 조성물 총 중량에 대하여, 0.1 내지 80 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 0.1 내지 50 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 식각액 조성물의 pH를 기준으로 pH 12 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 알칼리성 화합물이 상기 함량 범위 내로 포함되고, 상기 식각액 조성물의 pH가 상기 범위 내로 포함되는 경우, 수산화 이온(OH-)의 절대량이 적정 수준으로 유지되어 폴리실리콘의 식각속도가 증가하고, 오가노알루미늄 첨가제와 OH-의 반응을 통해 알루미늄 수산화물 형태로 가수분해(hydrolysis)가 빠르게 진행되어 오가노알루미늄 첨가제의 용해성이 증가하여 오가노알루미늄 첨가제의 안정성이 증가하고 실리콘 산화막의 방식성을 유발할 수 있다. 반면, 상기 알칼리성 화합물의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우, 알루미늄 수산화물 간에 용해도가 떨어져 응집 및 침전 현상이 발생하고, 실리콘 산화막의 방식성이 저하될 수 있고, 상기 알칼리성 화합물의 함량이 80 중량% 초과인 경우, 알칼리성 화합물에 의한 실리콘 방식효과가 유발되어 폴리실리콘에 대한 식각성능이 저하될 수 있다.
(B) 오가노알루미늄
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 오가노알루미늄은 실리콘 산화물에 대한 방식성을 개선하기 위한 첨가제로서, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R3는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 5의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이며, 상기 탄소수 1 내지 5의 알킬기는 아민기, 아닐기, 퀴놀기, 수소, 규소 및 할로겐 중 하나 이상으로 치환 되거나 비치환된 것을 포함한다.
상기 오가노알루미늄은 산성 조건에서 Al3+의 양이온형태로 존재하고, pH가 증가함에 따라 Al3+과 수산화 이온(OH-)간의 친핵반응(Sn2)이 유발되어 알루미늄 수산화물이 형성된다. 특히, pH 12 이상의 조건에서 상기 알루미늄 수산화물이 Al(OH)4 -, Al(OH)5 2- 등의 이온형태로 존재하여 용액상에서 높은 용해도를 가져 안정성이 높아지게 되고, 실리콘 산화막 표면에서 알루미노 실리케이트 구조를 형성하여 실리콘 산화막의 방식효과를 유발시킬 수 있다. 상기 실리콘 산화막의 방식효과로 실리콘의 일정한 막두께의 제거와 실리콘막과 실리콘 산화막의 에칭 선택성을 가질 수 있어 에칭공정의 신뢰성을 높여 품질 및 생산성이 높은 반도체 소자를 제공할 수 있다.
일 실시예를 들어, 상기 오가노알루미늄은 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄, 알루미늄 옥타데세노에이트, 알루미늄 아세테이트, 다이아이소부틸알루미늄 하이드라이드, 트라이메틸알루미늄, 트라이에틸알루미늄, 알루미늄 노르말-부톡사이드, 알루미늄 트라이-세크-부톡사이드, 트리스(노르말-나이트로소-노르말-페닐하이드록실아미네이토)알루미늄, 알루미늄 트라이포메이트, 알루미늄 아이소프로폭사이드, 알루미늄 아세틸아세토네이트, 알루미늄 글리시네이트, 다이에틸알루미늄 클로라이드, 알루미늄 트라이플로로메탄네설포네이트, 알루미늄 터트-부톡사이드, 트라이아이소부틸알루미늄, 알루미늄 아크리레이트, 알루미늄 헥사플로로-2,4-펜타네다이오네이트, 트라이프로필알루미늄, 알루미늄 페녹사이드, 에틸알루미늄 세스키클로라이드, 알루미늄 다이(아이소프로폭사이드)아세토아세틱 에스터 킬레이트, 비스(에틸아세토아세테이토)(2,4-펜타네다이오네이토)알루미늄, 다이아이소부틸알루미늄 클로라이드, 에틸알루미늄 다이클로라이드, 비스(8-하이드록시-2-메틸퀴놀린)-(4-페닐페녹시)알루미늄, 알루미늄 9-옥타데세닐아세토- 다이아이소프로폭사이드, 알루미늄 2-에틸헥사노에이트, 다이아이소부틸알루미늄 플로라이드, 알루미늄 메톡사이드, 알루미늄 에톡사이드, 다이메틸알루미늄 아이소프로폭사이드, 알루미늄 프탈로사이아나인, 다이에틸알루미늄 아이오다이드, 트라이-노르말-부틸알루미늄, 트리스(2,2,6,6-테트라메틸-3,5-헵타네다이오네이토)알루미늄, 트라이-노르말-헥실알루미늄, 트라이-노르말-옥틸알루미늄, 폴리(옥소알루미늄 2-에틸헥사노에이트), 다이에틸알루미늄 에톡사이드, 알루미늄 프탈로사이아나인 클로라이드, 메틸알루미노옥산, 알루미늄 다이(세크-부톡사이드)아세토아세틱 에스터 킬레이트, 알루미늄 마그네슘 아이소프로폭사이드, 다이메틸알루미늄 클로라이드, 알루미늄 타르트레이트, 알루미늄 말톨레이트, 알루미늄 사이트레이트, 알루미늄 엘-락테이트, 알루미늄 미리스테이트 알루미늄 벤조에이트, 및 다이하이드록시알루미늄 옥탄에이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
바람직하게, 트라이메틸알루미늄, 트라이에틸알루미늄, 알루미늄 노르말-부톡사이드, 알루미늄 트라이-세크-부톡사이드, 다이에틸알루미늄 클로라이드, 트라이이소부틸알루미늄, 알루미늄 2-에틸헥사노에이트, 아이아이소부틸알루미늄 플로라이드, 알루미늄 메톡사이드, 알루미늄 에톡사이드, 다이메틸알루미늄 아이소프로폭사이도, 메틸알루미노옥산 및 다이메틸알루미늄 클로라이드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
더 바람직하게는, 트라이메틸알루미늄, 알루미늄 트라이-세크-부톡사이드, 다이에틸알루미늄 클로라이드, 알루미늄 에톡사이드 및 메틸알루미노옥산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 오가노알루미늄의 함량은 조성물 총 중량에 대해서, 0.001 내지 20 중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 0.01 내지 10 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 오가노알루미늄이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우, 상기 오가노알루미늄은 pH 12 이상의 조건에서 가수분해(hydrolysis) 반응을 통해 알루미늄 수산화물의 형태로 변하며, 상기 알루미늄 수산화물이 실리콘 산화막 표면에서 알루미노 실리케이트 구조를 형성하여 실리콘 산화막의 방식효과를 유발시킬 수 있다. 반면, 상기 오가노알루미늄의 함량이 조성물 총 중량에 대해서 0.001 중량% 미만인 경우, 상기 실리콘 산화막에 대한 방식효과가 미미해져 실리콘막과 실리콘 산화막간의 에칭 선택성을 가지기 어려울 수 있고, 상기 오가노알루미늄의 함량이 조성물 총 중량에 대해서 20 중량% 초과인 경우, 오가노알루미늄의 용해성이 떨어져 충분한 알루미늄 수산화물을 형성하기 어렵고, 실리콘 막에 대한 식각 inhibitor로 작용할 수 있다.
(C) 물
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 물은 반도체 공정용 탈이온수일 수 있으며, 바람직하게는 18㏁/㎝ 이상의 상기 탈이온수를 사용할 수 있다.
본 발명에서 물은 잔량으로 포함될 수 있으며, 상기 잔량은, 본 발명의 필수 성분 및 그 외 다른 성분들을 더 포함한 조성물의 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 잔량을 의미한다.
구체적으로, 본 발명은 조성물의 총 중량 대비 75 내지 95 중량%로 포함될 수 있다.
< 패턴 형성 방법 >
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 식각액 조성물을 이용하는 패턴 형성 방법을 제공한다. 본 발명의 패턴 형성 방법은, 본 발명에 따른 식각액 조성물을 사용하는 점을 제외하고는, 공지의 패턴 형성 방법에 따라 패턴을 형성 할 수 있다.
일 예로, 상기 패턴 형성 방법은, 기판 상에 실리콘막을 형성하는 단계; 및 본 발명에 따른 식각액 조성물을 사용하여 상기 실리콘막을 식각하는 단계;를 포함한다. 여기서, 상기 실리콘막은 폴리실리콘막을 포함한다.
또한, 상기 패턴 형성 방법은, 실리콘 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이때, 상기 실리콘막 식각 단계에서, 상기 식각액 조성물이 상기 실리콘막을 선택적으로 식각하는 것을 포함할 수 있다.
< 어레이 기판의 제조 방법 >
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 식각액 조성물을 이용하는 어레이 기판의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 어레이 기판의 제조 방법은, 본 발명에 따른 식각액 조성물을 사용하는 점을 제외하고는, 공지의 어레이 기판의 제조 방법에 따라 어레이 기판을 제조 할 수 있다.
일 예로, 상기 어레이 기판의 제조 방법은, 상술한 패턴 형성 방법을 포함하며, 구체적으로, a) 기판 상에 게이트 전극을 형성하는 단계; b) 상기 게이트 전극을 포함한 기판 상에 게이트 절연층을 형성하는 단계; c) 상기 게이트 절연층 상에 반도체층(a-Si:H)을 형성하는 단계; d) 상기 반도체 층 상에 소스/드레인 전극을 형성하는 단계; 및 e) 상기 드레인 전극에 연결된 화소전극을 형성하는 단계;를 포함하는 어레이 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 a)단계, b)단계 또는 c)단계에서 본 발명에 따른 식각액 조성물로 식각하는 것을 포함할 수 있다.
< 상기 어레이 기판의 제조 방법에 따라 제조된 어레이 기판 >
또한, 본 발명은 상술한 어레이 기판의 제조 방법에 따라 제조된 어레이 기판 및 이를 포함하는 일체의 소자를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에 따른 식각액 조성물의 제조
하기 표 1 및 표 2에 기재된 성분 및 함량(중량%)으로 혼합하고, 공통적으로 잔량의 물을 포함시켜 실시예 및 비교예들의 식각액 조성물을 제조하였다. 알칼리성 화합물의 경우 최종 식각액 조성물 pH 기준으로 함량을 설정하였다.
조성
(중량%)
조성물 pH A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 B-1 B-2 B-3 B-4 B-5
실시예 1 14 10 0.1 잔량
실시예 2 14 5 0.1 잔량
실시예 3 13 1 0.1 잔량
실시예 4 12.5 50 0.1 잔량
실시예 5 12 80 0.1 잔량
실시예 6 14 10 0.01 잔량
실시예 7 14 10 1 잔량
실시예 8 14 10 5 잔량
실시예 9 14 10 10 잔량
실시예 10 13 1 0.1 잔량
실시예 11 12 0.1 0.1 잔량
실시예 12 11 0.01 0.1 잔량
실시예 13 14 85 0.1 잔량
실시예 14 14 10 0.0001 잔량
실시예 15 14 10 0.001 잔량
실시예 16 14 10 1 잔량
실시예 17 14 10 5 잔량
실시예 18 14 10 10 잔량
실시예 19 14 10 20 잔량
실시예 20 14 10 25 잔량
조성
(중량%)
조성물 pH A-1 C-1 C-2 C-3 B-1 D-1 D-2 D-3
비교예 1 14 10 잔량
비교예 2 11 0.01 잔량
비교예 3 8 10 0.1 잔량
비교예 4 9 10 0.1 잔량
비교예 5 6 10 0.1 잔량
비교예 6 14 10 0.1 잔량
비교예 7 14 10 0.1 잔량
비교예 8 14 10 0.1 잔량
A-1: 수산화 테트라메틸암모늄(tetramethylammonium hydroxide)
A-2: 1,8-다이아자바이사이클로[5.4.0]운덱-7-엔 (1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene)
A-3: 수산화 칼륨(Potassium hydroxide)
A-4 : 1,2-다이아미노프로판(1,2-Diaminopropane)
A-5 : 1-아미노-2-프로판올(1-Amino-2-propanol)
B-1 : 알루미늄 에톡사이드(Aluminum ethoxide)
B-2 : 알루미늄 트리-세크-부톡사이드(Aluminum tri-sec-butoxide)
B-3 : 트리메틸알루미늄(Trimethylaluminum)
B-4 : 디에틸알루미늄클로라이드(Diethylaluminum chloride)
B-5 : 메틸알루녹산(Methylaluminoxane)
C-1 : 황산 칼륨(Potassium sulfate)
C-2 : 테트라메틸알루미늄 클로라이드(Tetramethylammonium chloride)
C-3 : 에틸렌글리콜(Ethylene glycol)
D-1 : 테트라에틸오르토카보네이트(Tetraethylorthocarbonate)
D-2 : 테트라메틸실란(Tetramethylsilane)
D-3 : 트리에틸 포스페이트 (Triethyl phosphate)
실험예
실시예 및 비교예에 따른 식각액 조성물에 대해, 성능 평가를 다음과 같이 실시하였다.
평가 1: 실리콘에 대한 식각속도 평가
실리콘 웨이퍼 상에 실리콘이 6000Å 두께로 증착된 웨이퍼를 1.5 X 1.5 cm 크기로 잘라서 시편을 준비하였다. 상기 시편을 상기 실시예 및 비교예의 식각액 조성물이 담긴 70℃, 400rpm 조건에서 30초간 침지시켰다. 이어서, 시편을 꺼내 물로 세정한 후 Air를 이용하여 건조시킨 후, 엘립소미터를 사용하여 실리콘의 막두께를 측정한 뒤 각각의 막두께 변화값으로 실리콘막의 식각속도를 계산하였다. 이때 식각 속도는 아래와 같은 기준으로 평가하였으며 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
<평가 기준>
◎ : 식각속도 2500 Å/min 이상
○ : 식각속도 2500 Å/min 미만 ~ 2000 Å/min 이상
△ : 식각속도 2000 Å/min 미만 ~ 1500 Å/min 이상
Х : 식각속도 1500 Å/min 미만
평가 2: 실리콘 산화막 식각속도 평가
실리콘 산화막을 1.5 x 1.5cm 크기로 잘라서 시편을 준비하였다. 상기 시편을 실시예 및 비교예의 식각액 조성물 70℃, 400rpm 조건에서 10분간 침지시켰다. 이어서, 시편을 꺼내 물로 세정한 후 Air를 이용하여 건조시킨 후, 엘립소미터를 사용하여 실리콘 산화막 두께를 측정하여 식각 전후 두께변화로 속도를 계산하였다. 이때 식각 속도는 아래와 같은 기준으로 평가하였으며 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
<평가 기준>
◎ : 식각 속도 0.2 Å/min 이하
○ : 식각 속도 0.4 Å/min 이하 ~ 0.2Å /min 초과
△ : 식각 속도 0.6 Å/min 이하 ~ 0.4 Å/min 초과
Х : 식각 속도 0.6 Å/min 초과
평가 3: 혼합 안정성
본 조성물의 혼합 안정성을 확인하였다. 첨가제 비율에 따라 혼합 한정성이 떨어져 재결정화/침전이 유발될 경우 실리콘 막질 식각시 불순물로 작용할 수 있다. 이를 확인하기 위해 UV-Vis spectroscopy 장비로 조성물의 투명도 분석을 실시하여 실리콘 용해성을 계산하였다. 이때 용해성는 아래와 같은 기준으로 평가하였으며 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
<평가 기준>
◎ : 100%
○ : 100% 미만 ~ 98% 이상
△ : 98% 미만 ~ 95% 이상
Х : 95% 미만
실리콘 식각속도 실리콘 산화막 식각속도 혼합 안정성
실시예 1
실시예 2
실시예 3
실시예 4
실시예 5
실시예 6
실시예 7
실시예 8
실시예 9
실시예 10
실시예 11
실시예 12
실시예 13
실시예 14
실시예 15
실시예 16
실시예 17
실시예 18
실시예 19
실시예 20
비교예 1 Х
비교예 2 Х
비교예 3 Х Х
비교예 4 Х Х
비교예 5 Х Х
비교예 6 Х
비교예 7 Х
비교예 8 Х
알칼리성 화합물과 첨가제(오가노알루미늄)의 혼합 조성으로 실리콘에 대한 식각 특성 및 실리콘 산화막에 대한 방식효과를 확인하였다. 본 실험예를 통해 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 오가노알루미늄에 의한 실리콘 산화막의 방식성을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1 내지 20과 같이 식각액 조성물에 적절한 함량의 알칼리성 화합물 및 오가노알루미늄이 포함되고, 식각액 조성물이 pH 12 이상의 조건에서는 실리콘에 대한 식각속도가 우수하면서, 실리콘 산화막에 대한 방식성 증가로 식각 선택성을 가질 수 있었고, 오가노알루미늄의 혼합 안정성이 높은 것을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 1 내지 5와 같이 식각액 조성물의 조성 및 함량이 상이하거나 식각액 조성물이 pH 12 미만의 조건에서는 실리콘에 대한 식각속도 감소, 실리콘 산화막에 대한 방식성 저하 및 오가노알루미늄의 혼합 안정성 저하 현상이 나타났다.
또한, 오가노알루미늄 대신 카보네이트계 화합물, 실란계 화합물 및 포스페이트계 화합물을 적용한 비교예 6 내지 8에서는 실리콘 산화막에 대한 방식성 저하 효과가 더 크게 나타나 실리콘막과 실리콘 산화막에 대한 식각 선택성을 갖기 어려운 것을 확인할 수 있었다.

Claims (14)

  1. (A) 알칼리성 화합물, (B) 오가노알루미늄 및 (C) 물을 포함하는,
    식각액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (B) 오가노알루미늄은,
    하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    식각액 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00003

    (상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R3는 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 탄소수 1 내지 5의 알콕시기 또는 탄소수 6 내지 30의 아릴기이며, 상기 탄소수 1 내지 5의 알킬기는 아민기, 아닐기, 퀴놀기, 수소, 규소 및 할로겐 중 하나 이상으로 치환 되거나 비치환된 것을 포함한다.)
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 (B) 오가노알루미늄은 메틸알루미노옥산인 것을 특징으로 하는,
    식각액 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서,
    조성물 총 중량에 대하여,
    상기 (A) 알칼리성 화합물 0.1 내지 80 중량%;
    상기 (B) 오가노알루미늄 0.001 내지 20 중량%; 및
    상기 식각액 조성물의 총 중량이 100 중량%가 되도록 하는 상기 (C) 물 잔량;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 식각액 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 식각액 조성물이 pH 12이상인 것을 특징으로 하는, 식각액 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 (A) 알칼리성 화합물은 무기 또는 유기 양이온과 결합된 형태로 이루어진 수산화물을 포함하는 것인, 식각액 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 알칼리성 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는, 식각액 조성물.
    [화학식 2]
    Figure pat00004

    상기 화학식 2에서,
    R8 내지 R11은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 8의 탄화수소기이다.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 수산화 테트라메틸암모늄, 수산화 테트라에틸암모늄, 수산화 테트라프로필암모늄, 수산화 테트라부틸암모늄, 수산화 테트라헥실암모늄, 수산화 테트라옥틸암모늄과, 수산화 벤질트리에틸암모늄, 수산화 디에틸디메틸암모늄 및 수산화 메틸트리부틸암모늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 식각액 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 식각액 조성물은 실리콘 식각용으로, 실리콘 산화물에 대하여는 방식 특성을 가지는 것을 특징으로 하는, 식각액 조성물.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 식각액 조성물은 실리콘을 선택적으로 식각하여 실리콘 미세 패턴을 형성하기 위한 것임을 특징으로 하는, 식각액 조성물.
  11. 기판 상에 실리콘막을 형성하는 단계; 및
    청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 식각액 조성물을 사용하여 상기 실리콘막을 식각하는 단계;를 포함하는, 패턴 형성 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 패턴 형성 방법은, 실리콘 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 실리콘막 식각 단계에서, 상기 식각액 조성물이 상기 실리콘막을 선택적으로 식각하는 것을 포함하는, 패턴 형성 방법.
  13. 청구항 11의 패턴 형성 방법을 포함하는, 어레이 기판의 제조 방법.
  14. 청구항 13의 제조 방법에 따라 제조된, 어레이 기판.

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