KR20230015757A - 은계 금속막용 식각액 조성물 - Google Patents

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KR20230015757A
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Abstract

본 발명은 특정 금속염 화합물을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 제공한다. 본 발명에 따른 식각액 조성물은 마우스 바이트(mouse bite) 현상 발생을 억제하고, 외부 오염원에 의한 투명전도막의 식각속도 저하를 방지할 수 있다.

Description

은계 금속막용 식각액 조성물 {Composition for Etching Silver-Containing Metal Layer}
본 발명은 은계 금속막용 식각액 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마우스 바이트(mouse bite) 현상 발생을 억제하고, 외부 오염원에 의한 투명전도막의 식각속도 저하를 방지할 수 있는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물에 관한 것이다.
OLED는 소자 자체적으로 빛을 발광하며 저전압에서도 구동될 수 있기 때문에 최근 휴대기기 등의 소형 디스플레이는 물론 대형 TV까지 광범위하게 적용되고 있다.
한편, 산화주석인듐(Indium Tin Oxide, ITO)과 산화아연인듐(Indium Zinc Oxide, IZO)과 같은 도전성 금속은 빛에 대한 투과율이 비교적 뛰어나고, 도전성을 가지므로 평판디스플레이 장치에 사용되는 컬러필터의 전극으로 널리 쓰이고 있다.
또한, 반사판의 경우 과거 알루미늄(Al) 반사판을 주로 제품에 이용해왔으나, 휘도 향상을 통한 저전력 소비실현을 위해 반사율이 더 높은 금속으로의 재료 변경이 모색되고 있다.
이에, 평판디스플레이 장치에 적용되고 있는 금속들에 비해 낮은 비저항과 높은 휘도를 가지고 있는 은(Ag: 비저항 약 1.59μΩ·㎝) 또는 은합금을 컬러필터의 전극, LCD 또는 OLED의 배선 및 반사판의 재료로서 적용하는 방안이 제시되어, 은 또는 은합금의 적용을 위한 식각액의 개발이 요구되고 있다.
그러나, 은(Ag) 또는 은합금에 종래의 식각액을 사용하는 경우 은(Ag)이 과도하게 식각되거나, 불균일하게 식각되어 배선의 들뜸 또는 벗겨짐 현상이 발생하고, 배선의 측면 프로파일이 불량하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 고해상도 구현을 위한 낮은 스큐(Low Skew) 구현에 어려움이 있다.
특히, 은(Ag)은 산화/환원 전위가 낮아 식각된 이후, 재흡착, 잔사 등이 발생될 수 있으며, 이 경우 인접하는 도전 패턴끼리의 단락 등이 발생할 수도 있다.
더욱이, 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 종래의 식각액을 사용하여 동시에 식각하는 경우, 식각 공정에서 발생하는 외부 오염원, 예를 들어 유기 킬레이터로 인해 투명전도막의 식각속도가 저하되는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 투명전도막의 식각속도 저하 현상 발생시, 동일 공정시간내 원하는 배선을 형성할 수 없으며, 은 잔사 발생 확률이 높아지는 문제점이 있다.
또한, 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 종래의 식각액을 사용하여 동시에 식각하는 경우, 은 박막의 부분적인 과에칭 현상으로 인해 마우스 바이트(mouse bite) 현상이 발생하며, 이로 인해 후속 공정에 불량이 발생할 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0130515호는 은 함유 패턴의 식각액에 관한 것으로, 질산, 옥살산, 아세트산, 산화제로 설페이트계 화합물 및 부식억제제로 아졸계 화합물을 포함하여 은(Ag) 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 및 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 동시에 식각할 수 있는 식각액을 개시하고 있다.
하지만, 상기 식각액은 마우스 바이트 현상과 투명전도막의 식각속도 저하 문제를 완전히 해결하고 있지 못한 실정이다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0130515호
본 발명의 한 목적은 마우스 바이트(mouse bite) 현상 발생을 억제하고, 외부 오염원에 의한 투명전도막의 식각속도 저하를 방지할 수 있는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 이용하여 형성된 은(Ag)계 금속 배선을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 이용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 은(Ag)계 금속 배선의 제조 방법을 제공하는 것이다.
한편으로, 본 발명은 질산, 유기산 및 금속염 화합물을 포함하며, 상기 금속염 화합물은 나이오븀(Nb), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 비스무트(Bi), 팔라듐(Pd) 및 우라늄(U)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 은(Ag)계 금속막은 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO) 중 하나 이상을 포함하는 막일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 유기산은 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산 및 알킬술폰산 외 유기산을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산은 메탄술폰산, 에탄술폰산 및 프로판술폰산으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 알킬술폰산 외 유기산은 아세트산, 구연산, 글리콜산, 말론산, 락트산 및 타르타르산으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속염 화합물은 지르코늄(Zr) 및 비스무트(Bi)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속염 화합물은 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 0.5 중량%의 양으로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 황산염 화합물을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 황산염 화합물은 황산의 알칼리금속염, 황산의 알칼리토금속염 및 황산의 암모늄염으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 조성물 전체 중량에 대하여 질산 8 내지 15 중량%, 유기산 30 내지 63 중량% 및 금속염 화합물 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 조성물 전체 중량에 대하여 질산 8 내지 15 중량%, 유기산 30 내지 63 중량%, 황산염 화합물 7 내지 25 중량% 및 금속염 화합물 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명은 상기 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 이용하여 형성된 은(Ag)계 금속 배선을 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명은 상기 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 이용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 은(Ag)계 금속 배선의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 마우스 바이트(mouse bite) 현상 발생을 억제하고, 외부 오염원에 의한 투명전도막의 식각속도 저하를 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시형태는 질산, 유기산 및 금속염 화합물을 포함하며, 상기 금속염 화합물은 나이오븀(Nb), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 비스무트(Bi), 팔라듐(Pd) 및 우라늄(U)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 은(Ag)계 금속막은 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막일 수 있다. 즉, 본 발명의 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막을 식각할 수 있을 뿐만 아니라 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 동시에 식각할 수도 있다.
상기 은합금은 은을 주성분으로 하여 Nd, Cu, Pd, Nb, Ni, Mo, Ni, Cr, Mg, W, Pa 및 Ti 등의 다른 금속을 포함하는 합금 형태와; 은의 질화물, 규화물, 탄화물, 산화물 형태 등 다양할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO) 중 하나 이상을 포함하는 막일 수 있다.
상기 다층막은 투명전도막/은, 투명전도막/은 합금, 투명전도막/은/투명전도막, 또는 투명전도막/은 합금/투명전도막으로 형성되는 것을 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시형태에 따른 식각액 조성물의 구성성분들에 대해 보다 상세히 설명한다.
질산(A)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 질산(A)은 산화제로서, 상기 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 즉 은 박막과 상기 투명전도막을 산화시키는 데 사용될 수 있다.
상기 질산은 조성물 전체 중량에 대하여 8 내지 15 중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 8 내지 12 중량%로 포함될 수 있다. 상기 질산이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우, 식각 속도의 제어가 용이하여, 상기 은 박막과 상기 투명전도막을 균일하게 식각할 수 있다.
유기산(B)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 유기산(B)은 상기 은 박막에 대한 식각제로서, 상기 질산에 의해 산화된 상기 은 박막을 식각하는 데 사용될 수 있다.
상기 유기산은 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산(B-1) 및 알킬술폰산 외 유기산(B-2)을 포함할 수 있다.
상기 유기산은 조성물 전체 중량에 대하여 30 내지 63 중량%로 포함될 수 있다. 상기 유기산이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우, 은 박막의 식각 속도의 제어가 용이하여, 은 잔사 및 은 재흡착 발생에 따른 불량을 방지할 수 있다.
탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산(B-1)
상기 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산(B-1)은 질산으로 산화된 상기 은 박막과 함께 투명전도막을 식각하는 데 사용될 수 있다.
상기 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산으로는 메탄술폰산, 에탄술폰산, 프로판술폰산 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다. 바람직하기로, 상기 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산으로는 메탄술폰산을 사용할 수 있다.
상기 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산은 조성물 전체 중량에 대하여 3 내지 8 중량%로 포함될 수 있다. 상기 알킬술폰산이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우, 상기 은 박막의 식각 속도 및 투명전도막 식각 속도의 제어가 용이하며, 은 잔사 및 은 재흡착 발생에 따른 불량을 방지할 수 있다.
알킬술폰산 외 유기산(B-2)
상기 알킬술폰산 외 유기산(B-2)은 상기 은 박막에 대한 식각제로서, 상기 질산에 의해 산화된 상기 은 박막을 식각하는 데 사용될 수 있다.
상기 알킬술폰산 외 유기산으로는 아세트산, 구연산, 글리콜산, 말론산, 락트산, 타르타르산 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다. 바람직하기로, 상기 알킬술폰산 외 유기산으로는 아세트산 및 구연산을 사용할 수 있다.
상기 알킬술폰산 외 유기산은 조성물 전체 중량에 대하여 25 내지 55 중량%로 포함될 수 있다. 상기 유기산이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우, 상기 은 박막의 식각 속도의 제어가 용이하여, 은 잔사 및 은 재흡착 발생에 따른 불량을 방지할 수 있다.
금속염 화합물(C)
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속염 화합물(C)은 상기 투명전도막에 대한 식각속도 유지제로서, 식각 공정에서 발생할 수 있는 외부 오염원(유기 킬레이터 등의 유기물)으로 인한 투명전도막 식각속도 저하 현상을 방지하는데 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 금속염 화합물(C)은 식각 공정 중 발생하는 외부 오염원을 흡착함으로써 상기 외부 오염원이 투명전도막에 흡착되는 것을 막아주는 역할을 한다.
실제로 식각 공정시 사용되는 식각장비 내에는 포토레지스트 잔유물질, 기판 내 유기물질, 또한 여러 불순물들로 인한 오염물질이 존재 가능하며, 이러한 오염물질이 투명전도막에 흡착되어 식각을 방해하는 현상이 발생할 수 있다.
상기 금속염 화합물로는 상기 은 박막을 산화시킬 수 있는 금속염 화합물, 예를 들어 철, 몰리브데늄 등의 금속을 포함하는 금속염 화합물은 배제한다.
아울러, 본 발명의 일 실시형태에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 은 박막을 산화시킬 수 있으므로 철, 몰리브데늄 등의 금속 성분을 포함하지 않는 것이 바람직하다.
상기 금속염 화합물은 나이오븀(Nb), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 비스무트(Bi), 팔라듐(Pd) 및 우라늄(U)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속, 바람직하게는 지르코늄(Zr) 및 비스무트(Bi) 중에서 선택되는 하나 이상의 금속을 포함한다.
예를 들어, 상기 금속염 화합물로는 지르코늄인산염, 지르코늄황산염, 비스무스질산염, 리튬나이오브산염(lithium niobate), 코발트아세트산염, 산화하프늄(HfO2), 팔라듐아세트산염, 우라늄질산염 등을 들 수 있으며, 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다. 바람직하기로, 상기 금속염 화합물로는 지르코늄인산염, 지르코늄황산염 및/또는 비스무스질산염을 사용할 수 있다.
상기 금속염 화합물은 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 0.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 금속염 화합물이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우, 금속염 화합물 사용에 따른 일부 배선의 부분 과식각 현상, 즉 마우스바이트(mouse bite) 현상 발생 없이, 외부 오염원에 의한 투명전도막 식각속도 저하를 방지할 수 있다.
황산염 화합물(D)
본 발명의 일 실시형태에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 황산염 화합물(D)을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 황산염 화합물(D)은 상기 투명전도막에 대한 식각제로서 상기 투명전도막을 식각하는 데 사용될 수 있다. 또한, 상기 황산염 화합물(D)은 상기 은 박막의 etch stop 현상을 발생시키고, 따라서 식각 공정 상에서 식각 시간(etching time)이 증가하더라도 side etch가 증가하는 것을 방지할 수 있다. 다시 말하면, 상기 황산염 화합물(D)은 etch stop 현상의 발생을 제어하고, 이에 따라 식각 속도를 제어하여, side etch를 조절할 수 있다.
상기 황산염 화합물은 황산의 알칼리금속염, 황산의 알칼리토금속염 및 황산의 암모늄염으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 황산염 화합물로는 중황산칼륨, 중황산나트륨, 중황산암모늄 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수 있다.
상기 황산염 화합물은 조성물 전체 중량에 대하여 7 내지 25 중량%로 포함될 수 있다. 상기 황산염 화합물이 상기 함량 범위 내로 포함되는 경우, 식각 속도의 제어, 즉, 식각 공정 상에서 식각 시간의 제어가 용이하며, etch stop 현상이 규칙적으로 발현되어, 상기 은 박막과 상기 투명전도막을 균일하게 식각할 수 있다.
물(E)
아울러, 본 발명의 일 실시형태에 따른 식각액 조성물은 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다. 본 발명에서, 상기 물은 특별히 한정하지 않으나, 반도체 공정용 탈이온수가 바람직하고, 물 속에 이온이 제거된 정도를 보여주는 물의 비저항값이 18㏁·㎝ 이상인 탈이온수가 보다 바람직하다.
본 발명의 “잔량”은 본 발명의 필수 성분 및 그 외 추가 성분들을 더 포함한 총 조성물의 중량이 100중량%가 되도록 하는 잔량을 의미하며, 상기 “잔량”의 의미로 인해 본 발명의 조성물이 추가 성분을 포함하지 않는 것으로 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 조성물 전체 중량에 대하여 질산 8 내지 15 중량%, 유기산 30 내지 63 중량% 및 금속염 화합물 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 조성물 전체 중량에 대하여 질산 8 내지 15 중량%, 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산 3 내지 8 중량%, 알킬술폰산 외 유기산 25 내지 55 중량% 및 금속염 화합물 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 조성물 전체 중량에 대하여 질산 8 내지 15 중량%, 유기산 30 내지 63 중량%, 황산염 화합물 7 내지 25 중량% 및 금속염 화합물 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 조성물 전체 중량에 대하여 질산 8 내지 15 중량%, 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산 3 내지 8 중량%, 알킬술폰산 외 유기산 25 내지 55 중량%, 황산염 화합물 7 내지 25 중량% 및 금속염 화합물 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 식각액 조성물에 사용되는 상기 성분들은 통상적으로 공지된 방법에 의해서 제조가 가능하며, 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 식각액 조성물은 마우스 바이트(mouse bite) 현상 발생을 억제하고, 외부 오염원에 의한 투명전도막의 식각속도 저하를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에 따른 식각액 조성물은 etch stop 현상을 발생시켜, 식각 속도를 제어하고, side etch를 조절할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시형태에 따른 식각액 조성물은 다층막의 미세패턴 구현이 가능하다.
아울러, 본 발명의 일 실시형태에 따른 식각액 조성물은 처리매수가 증가하여도 식각 성능이 유지될 수 있다.
본 발명의 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물은 반사막용 OLED TFT 어레이 기판, 터치스크린 패널용 트레이스(trace) 배선 또는 나노와이어(nanowire) 배선의 형성에 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 상기 단일막 및 상기 다층막을 포함하는 전자 부품 소재에 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시형태는 상술한 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 이용하여 형성된 은(Ag)계 금속 배선에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 은(Ag)계 금속 배선은 상술한 식각액 조성물을 이용하여 당해 분야에 통상적으로 알려진 식각 공정을 수행함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 상술한 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 이용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 은(Ag)계 금속 배선의 제조 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 상기 은(Ag)계 금속 배선의 제조 방법은 i) 기판 상에, 은 또는 은 합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막을 형성하는 단계; ii) 상기 단일막 또는 상기 다층막 상에 포토레지스트 막을 형성한 후 패턴화하는 단계; 및 iii) 상술한 식각액 조성물을 이용하여 상기 단일막 또는 상기 다층막을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예, 비교예 및 실험예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 5:
하기 표 1에 나타낸 바와 같이 각 성분들을 혼합하고, 전체 100 중량%가 되도록 잔량의 탈이온수를 추가하여 식각액 조성물을 제조하였다(단위: 중량%).
질산(A) 알킬술폰산(B-1) 알킬술폰산 외 유기산(B-2) 금속염(C) 황산염(D)
메탄술폰산 아세트산 구연산 지르코늄인산염 지르코늄황산염 비스무스질산염 몰리브데늄 황산 제2철 중황산암모늄
실시예 1 9.5 4.8 15 30 0.01 - - - - 13
실시예 2 9.6 4.8 19 29 - 0.20 - - - 14
실시예 3 10.0 5.0 10 31 - - 0.12 - - 12
실시예 4 14.5 7.6 20 30 - 0.10 - - - -
실시예 5 14.0 7.9 22 29 - - 0.20 - - -
비교예 1 9.8 4.7 16 29 - - - - - 12
비교예 2 9.7 4.9 20 29 - 0.005 - - - 13
비교예 3 9.9 4.9 16 30 - - 0.60 - - 13
비교예 4 9.5 4.5 16 30 - - - 0.03 - 13
비교예 5 9.8 4.6 16 31 - - - 0.40 12
실험예 1:
상기 제조된 실시예 및 비교예의 식각액 조성물에 대한 은(Ag) 재흡착, 투명전도막 식각 속도 저하 현상 및 마우스 바이트 현상을 하기와 같은 방법으로 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(1) 은(Ag) 재흡착
기판 상에 ITO/은/ITO 삼중막을 형성한 뒤, 상기 삼중막 상에 포토 레지스트를 패터닝하였다.
분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사) 내에 상기 실시예 및 비교예의 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 40℃로 설정하여 승온한 후, 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 총 식각 시간은 85초로 실시하였다. 기판(4×4 cm)을 넣고 분사를 시작하여 85초의 식각 시간이 다 되면 꺼내어 탈이온수로 세정한 후, 열풍건조장치를 이용하여 건조하였다. 세정 및 건조 후, 기판을 절단하여 분석 시편(0.5×0.5 cm)을 얻어 전자주사현미경(SEM; 모델명: SU-8010, HITACHI사 제조)을 이용하여 측정하였다. 상기 식각 공정으로 인해, 상기 기판 내 노출된 Source/Drain 부의 Ti/Al/Ti 삼중막의 상부 Ti에 흡착된 은 입자의 개수를 측정하고, 하기의 평가 기준으로 평가하였다.
<평가 기준>
양호: 은 재흡착 개수가 10개 이하임
불량: 은 재흡착 개수가 10개 초과임
(2) 투명전도막 식각 속도 저하 현상
기판 상에 ITO/은/ITO 삼중막을 형성한 뒤, 분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사) 내에 상기 실시예 및 비교예의 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 40℃로 설정하여 승온한 후, 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다. 외부 오염물질 역할을 모사하기 위하여 인위적인 유기 오염물로서 에틸렌 디아민(ethylene diamine) 및 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral)을 각각 100 ppm 및 50 ppm의 농도로 사용하였다. 상기 유기 오염물의 첨가 전/후에 최상위 ITO막이 식각되는 시간을 비교하여 식각속도 저하여부를 확인하였다. 초기 상부 ITO 막의 식각 완료 시점 (EPD) 기준으로 5% 이상 느려지면 식각속도가 저하되었다고 판단하고 ○로 표기하고, 5% 미만 느려지면 실험 오차로 판단하고 ×로 표기하였다.
(3) 마우스 바이트 현상(배선 부분 과식각)
마우스 바이트 현상은 식각 공정에서 발생하는 부분 과식각 현상의 일종으로서, 패터닝 후 배선 모양이 마치 쥐가 파먹은 듯한 형상이어서 명칭되었다.
이는 상부 인듐산화막의 불균일 성막 및 먼지 같은 불순물로 인해 존재하는 핀 홀 (Pin Hole)로 식각액 조성물이 스며들어 부분적으로 과 식각을 일으키기 때문에 발생하며, 일부 금속 및 일부 금속염과 같은 은 박막의 산화제가 포함된 식각액에서 보이는 현상이다.
기판 상에 ITO/은/ITO 삼중막을 형성한 뒤, 분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사) 내에 상기 실시예 및 비교예의 식각액 조성물을 각각 넣고, 온도를 40℃로 설정하여 승온한 후, 온도가 40±0.1℃에 도달하였을 때 상기 시편의 식각 공정을 수행하였다.
상기 식각 공정 후 광학 현미경(모델명: OLS5000, OLYMPUS사)을 이용하여 마우스 바이트 현상 발생 유무를 관찰하였다.
○: 마우스 바이트 현상 발생함
×: 마우스 바이트 현상 발생하지 않음
Ag 재흡착
(양호/불량)		 투명전도막 식각속도 저하 현상 마우스 바이트 현상
실시예1 양호 × ×
실시예2 양호 × ×
실시예3 양호 × ×
실시예4 양호 × ×
실시예5 양호 × ×
비교예1 양호 ○ ×
비교예2 양호 ○ ×
비교예3 금속염 과량 사용으로 인한 식각액 내 석출물 발생
비교예4 양호 × ○
비교예5 양호 × ○
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 특정 금속염 화합물을 포함하는 실시예 1 내지 5의 식각액 조성물은 마우스 바이트(mouse bite) 현상이 발생하지 않고, 투명전도막의 식각속도 저하 현상도 발생하지 않는 것으로 나타났다.
반면, 특정 금속염 화합물을 포함하지 않거나 함량 범위를 벗어나는 비교예 1 내지 3의 식각액 조성물은 투명전도막 식각속도 저하 현상이 발생하거나, 과량의 금속염 화합물 사용에 따라 식각액 내 석출물이 발생하였다.
또한, 몰리브데늄 또는 철염을 사용한 비교예 4 내지 5의 식각액 조성물은 은을 산화시켜 마우스 바이트(mouse bite) 현상이 발생하는 것으로 나타났다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 질산, 유기산 및 금속염 화합물을 포함하며,
    상기 금속염 화합물은 나이오븀(Nb), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 비스무트(Bi), 팔라듐(Pd) 및 우라늄(U)으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 은(Ag)계 금속막은 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 투명전도막으로 구성되는 다층막인 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 투명전도막은 산화주석인듐(ITO), 산화아연인듐(IZO), 산화주석아연인듐(ITZO) 및 산화갈륨아연인듐(IGZO) 중 하나 이상을 포함하는 막인 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유기산은 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산 및 알킬술폰산 외 유기산을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 탄소수 1 내지 3의 알킬술폰산은 메탄술폰산, 에탄술폰산 및 프로판술폰산으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 알킬술폰산 외 유기산은 아세트산, 구연산, 글리콜산, 말론산, 락트산 및 타르타르산으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속염 화합물은 지르코늄(Zr) 및 비스무트(Bi)로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 금속염 화합물은 조성물 전체 중량에 대하여 0.01 내지 0.5 중량%의 양으로 포함되는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 황산염 화합물을 추가로 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 황산염 화합물은 황산의 알칼리금속염, 황산의 알칼리토금속염 및 황산의 암모늄염으로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 조성물 전체 중량에 대하여 질산 8 내지 15 중량%, 유기산 30 내지 63 중량% 및 금속염 화합물 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  12. 제9항에 있어서, 조성물 전체 중량에 대하여 질산 8 내지 15 중량%, 유기산 30 내지 63 중량%, 황산염 화합물 7 내지 25 중량% 및 금속염 화합물 0.01 내지 0.5 중량%를 포함하며, 조성물의 전체 중량이 100 중량%가 되도록 잔량의 물을 포함하는 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 이용하여 형성된 은(Ag)계 금속 배선.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 은(Ag)계 금속막용 식각액 조성물을 이용하여 수행되는 식각 공정을 포함하는 은(Ag)계 금속 배선의 제조 방법.
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