KR20230103968A - 박막 트랜지스터 전극 및 반사 전극용 알루미늄, 망간, 티타늄 및 실리콘을 포함하는 합금 조성물 - Google Patents

박막 트랜지스터 전극 및 반사 전극용 알루미늄, 망간, 티타늄 및 실리콘을 포함하는 합금 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 알루미늄(Al), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 실리콘(Si)을 포함하는 합금 조성물로, 합금 조성물 총 중량%에 대하여 알루미늄(Al) 98 내지 99.9 중량% 포함하는 합금 조성물, 상기 조성물을 사용하여 제조한 합금막 및 상기 합금막을 포함하는 박막 트랜지스터의 배선용 전극 및 반사전극에 관한 것이다.

Description

박막 트랜지스터 전극 및 반사 전극용 알루미늄, 망간, 티타늄 및 실리콘을 포함하는 합금 조성물 {Alloy Composition Comprising Aluminum, Manganese, Titanium and Silicon for Thin Film Transistor Electrodes and Reflective Electrodes}
본 발명은, 알루미늄(Al), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 실리콘(Si)을 포함하는 합금 조성물, 상기 조성물을 사용하여 제조한 합금막 및 상기 합금막을 포함하는 박막 트랜지스터의 배선용 전극 및 반사 전극에 관한 것이다.
유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diodes, OLED) 디스플레이는, 전압의 인가에 의해 스스로 빛을 내는 유기물질을 이용한 자발광형 디스플레이로, 명암비, 응답 속도 등이 우수한 특징이 있다. 이러한 OLED 디스플레이의 해상도가 증가하면서 기존에 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT)의 배선막으로 사용하던 몰리브데넘(Mo) 박막보다 저항이 낮은 알루미늄(Al) 박막을 필요로 하게 되었는데, 다결정 폴리 실리콘에 대해 레이저 결정화 및 도핑층 활성화 공정 처리를 하는 과정에서 상기 알루미늄 배선이 400℃ 이상의 고온에 노출된다. 이때, 알루미늄과 상하부막의 열팽창계수 차이에 의해 열팽창 응력이 발생하며, 이러한 열팽창 응력은 결정립 계면에서 알루미늄의 확산을 유발하게 된다.
열팽창 응력에 의한 알루미늄 확산의 결과, 알루미늄이 집중되는 곳에 힐락(hillock)이 발생하며, 알루미늄이 부족한 곳에서는 공공(void)의 배선결함이 발생하는 문제가 있으며, 경우에 따라서는 상부 금속층(주로 몰리브데넘 또는 티타늄)과의 계면반응으로 배선저항이 급격히 증가하는 문제점이 있다. 이에, 내열성이 우수하여 고온 처리 시에도 힐락이 발생하지 않는, 알루미늄계 배선막의 개발이 요구되고 있다.
한편, 퀀텀 나노 발광다이오드(Quantum Nano-Emitting Diodes, QNED) 디스플레이는 OLED 디스플레이에 비해 수명이 길고, 전력소모가 적으며, 잔상이 덜 발생하는 등의 장점을 가진 차세대 디스플레이이다. QNED는 자체발광소자를 사용하고, 3T1C(3 트랜지스터 및 1 커패시터)의 박막트랜지스터(TFT) 구조를 가지고 있다는 점에서 OLED와 유사하다. 그러나 QNED는 발광소재로 나노미터 크기의 무기물인 퀀텀닷(Quantum Dot, QD)을 사용하며, 신호전달전극(화소전극)과 배선이 동일 평면에 위치하고, 화소전극 외에 출광효율 향상을 위한 반사전극이 별도로 존재한다는 점 등에서 OLED와 차이가 있다.
이때, 일반적으로 반사도가 우수한 알루미늄(Al) 계열의 박막이 반사판으로 사용된다. 그런데 순수 알루미늄 박막은 내열성이 다소 떨어지는 바, 고온의 열처리를 수반하는 디바이스 제조 공정에서 ITO와 같은 투명 산화물 도전막과의 계면에서 부도체인 산화 알루미늄(Al2O3)막을 생성하여 접촉저항의 증가 및 픽셀불량을 유발하는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하고자, 대한민국 공개특허 제 10-2018-0027402 호는 니켈(Ni) 및 란타넘(La)을 포함함으로써, 고온의 열처리 후에도 투명 산화물 도전막과의 직접 접촉 저항 유지가 가능한 AlNiLa 합금 조성물을 개시하고 있다.
그러나 상기 대한민국 공개특허 제 10-2018-0027402 호의 니켈(Ni) 및 란타넘(La)을 포함하는 AlNiLa 합금 조성물의 경우, 고가의 희토류 금속을 포함함에 따라 제조비용이 높고, 내화학성이 부족하여 현상액인 테트라메틸암모늄 히드록사이드(Tetramethylammonium hydroxide, TMAH)에 의해 과도한 침식이 발생하는 단점이 있다.
따라서, 순수 알루미늄과 실질적으로 동일한 정도의 반사도를 가지면서도, 내열성이 우수하여 박막 트랜지스터의 배선막 및 투명 산화물 도전막과 직접 접촉한 반사막을 형성할 수 있고, TMAH에 대한 내화학성이 우수한, 알루미늄계 합금 조성물에 대한 요구가 지속되고 있는 실정이다.
대한민국 공개특허 제 10-2018-0027402 호
본 발명은, 순수 알루미늄과 실질적으로 동일한 정도의 반사도를 가지면서도, 내열성이 우수하여 박막 트랜지스터의 배선막 및 투명 산화물 도전막과 직접 접촉한 반사막을 형성할 수 있고, TMAH에 대한 내화학성이 우수한 합금막을 제조할 수 있는 합금 조성물을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 알루미늄(Al), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 실리콘(Si)을 포함하는 합금 조성물로, 합금 조성물 총 중량%에 대하여 알루미늄(Al) 98 내지 99.9 중량% 포함하는 합금 조성물, 상기 조성물을 사용하여 제조한 합금막 및 상기 합금막을 포함하는 박막 트랜지스터의 배선용 전극 및 반사 전극을 제공한다.
본 발명에 따른 합금 조성물에 의하면, 합금 조성물의 총 중량%에 대하여 알루미늄(Al), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 실리콘(Si)을 일정 비율로 포함함으로써, 상기 조성물을 사용하여 제조한 합금막은 순수 알루미늄과 실질적으로 동일한 정도의 반사도를 가질 수 있으며, 내열성이 우수하여 박막 트랜지스터의 배선막 및 투명 산화물 도전막과 직접 접촉한 반사막을 형성할 수 있고, TMAH에 대한 내화학성이 더욱 향상된 것일 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 또는 복수의 실시예 및 비교예에 따른 합금막을 광학 현미경으로 관측한 도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 합금막의 열응력 곡선을 나타낸 도이다.
도 3은, 본 발명의 일 또는 복수의 실시예 및 비교예에 따른 합금막의 TMAH 식각 속도를 나타내는 도이다.
도 4는, 본 발명의 일 또는 복수의 실시예 및 비교예에 따른 합금막의 반사도 측정 결과를 나타내는 도이다.
도 5는, 본 발명의 일 또는 복수의 실시예 및 비교예에 따른 합금막의 접촉 저항 측정 결과를 나타내는 도이다.
본 발명은, 합금 조성물의 총 중량%에 대하여 알루미늄(Al), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 실리콘(Si)을 일정 비율로 포함하는 합금 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기 합금 조성물을 사용하여 제조됨으로써, 순수 알루미늄과 실질적으로 동일한 정도의 반사도를 가지며, 내열성 및 TMAH 내화학성이 우수한 합금막 및 상기 합금막을 포함하는 박막 트랜지스터의 배선용 전극 및 반사 전극에 관한 것이다.
본 명세서 내에서 사용된, 「실질적으로」는, 물리적으로 완전히 동일 내지 일치하는 것뿐만 아니라, 측정 내지 제조 공정 상의 오차 범위 이내인 것을 포함하는 것으로 해석될 수 있으며, 예를 들어, 오차 범위 1% 이하인 것으로 해석될 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
<합금 조성물>
본 발명은, 알루미늄(Al), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 실리콘(Si)을 포함하는 합금 조성물로, 합금 조성물 총 중량%에 대하여 알루미늄(Al) 98 내지 99.9 중량% 포함하는 합금 조성물에 관한 것이다.
상기 알루미늄(Al)은, 본 발명에 따른 합금 조성물의 주성분으로서, 반사도 및 TMAH에 대한 내화학성이 우수하여 박막 트랜지스터의 저저항 배선막 및 반사전극을 형성하기에 적합하다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 알루미늄(Al)은, 합금 조성물의 총 중량에 대하여, 후술할 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 실리콘(Si)의 함량의 잔량으로 포함될 수 있으며, 구체적으로는 98 내지 99.9 중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 98 내지 99.6 중량% 포함될 수 있다. 알루미늄(Al)의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 본 발명에 따른 합금 조성물로 제조한 합금막은 순수 알루미늄(Al)과 실질적으로 동일한 정도의 반사도를 나타낼 수 있으며, 예를 들면, 380 내지 770 nm 파장의 빛에 대한 반사도가 80% 이상일 수 있으며, 바람직하게는 85% 이상일 수 있다.
상기 망간(Mn)은, 본 발명의 합금막이 투명 산화물 전극과 직접 접촉하여 반사막을 형성하고, 고온 열처리 후에도 적절한 접촉저항을 유지하게 하기 위하여 구비되는 것일 수 있다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 망간(Mn)은, 합금 조성물의 총 중량에 대해 0.2 내지 2 중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.2 내지 1.5 중량% 포함될 수 있다. 망간(Mn)이 0.2 중량% 미만으로 포함될 경우, 투명 산화물 도전막과 알루미늄 기재가 계면에서 부도체 산화막을 형성하게 되어 접촉 저항이 증가할 수 있으며, 2.0 중량%를 초과할 경우, Al6Mn 석출물이 다량 발생할 수 있다. 상기 Al6Mn 석출물은 힐락(hillock) 저항성과 같은 기계적 특성의 저하 내지 전자의 산란을 야기하므로, 본 발명의 합금 조성물을 사용하여 제조한 합금막의 반사도 및 전기전도도를 저하시킬 수 있다.
상기 티타늄(Ti)은, 합금 조성물 내 알루미늄(Al)과 반응하여 AlTi3 석출물을 형성할 수 있는 것으로, 상기 AlTi3 석출물은 결정립계 열 확산 억제 및 열 처리 후 힐락(hillock) 생성을 억제함으로써 빛의 난반사로 인한 반사도 저하를 방지하는 역할을 하는 것일 수 있다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 티타늄(Ti)은, 합금 조성물의 총 중량에 대해 0.1 내지 1 중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.2 내지 0.6 중량% 포함될 수 있다. 티타늄(Ti)이 0.2 중량% 미만으로 포함될 경우, 투명 산화물 도전막과 알루미늄 기재가 계면에서 부도체 산화막을 형성하게 되어 접촉 저항이 증가할 수 있으며, AlTi3 석출물에 의한 결정립계 열 확산 억제 효과가 저하되어 반사도가 저하될 수 있다. 티타늄(Ti)이 2 중량%를 초과할 경우에는 전기전도도가 저하될 수 있다.
상기 실리콘(Si)은, 합금 조성물 내 알루미늄(Al)의 융점(melting point)를 낮추기 위하여 구비되는 것으로, 합금막의 반사도 및 전기전도도를 향상시키는 역할을 수행하는 것일 수 있다. 구체적으로, 실리콘(Si)을 포함하는 알루미늄(Al)계 합금 조성물은 순수 알루미늄(Al)보다 재결정 온도가 낮으므로, 열 처리 후 결정립이 더욱 빠른 속도로 성장할 수 있다. 결정립이 빠르게 성장할수록 결정립의 수가 감소하고 크기는 증가하므로, 결정립에 의한 빛과 전자의 산란이 최소화될 수 있다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 실리콘(Si)은 합금 조성물의 총 중량에 대하여 0.1 내지 1 중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.2 내지 0.6 중량% 포함될 수 있다. 실리콘(Si)의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 합금 조성물 내 알루미늄(Al)의 융점을 제어하는 효과가 감소하여 합금막의 반사도 및 전기전도도의 향상 효과가 떨어질 수 있다.
<합금막>
본 발명은, 상기 합금 조성물을 사용하여 제조한 합금막을 포함한다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 합금막의 용도는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 박막 트랜지스터의 배선막으로 사용될 수 있으며, 다른 실시 예에 있어서, QNED의 반사전극에 포함되는 반사막으로도 사용될 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
상기 합금막은, 합금 조성물을 기판 상에 증착함으로써 제조되는 것일 수 있다. 일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 합금막을 기판에 증착하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 스퍼터링(sputtering) 등 당해 분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 기판 상에 증착할 수 있다.
상기 기판은, 기판 상에 합금막이 증착될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 투명 산화물 도전막 등의 박막이 형성된 기판을 포함하는 것일 수 있다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 투명 산화물 도전막은, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 인듐아연주석산화물(IZTO), 알루미늄아연산화물(AZO), 갈륨아연산화물(GZO), 플로린주석산화물(FTO) 및 아연산화물(ZnO) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
종래에는, 고온의 열 처리 과정에서 순수 알루미늄(Al) 박막과 투명 산화물 도전막의 계면에 Al2O3 산화막이 형성됨에 따라 접촉 저항이 증가하는 문제를 해결하기 위하여, 순수 알루미늄(Al) 박막과 투명 산화물 도전막 사이에 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti)과 같은 내열 합금층을 개재함으로써 Al2O3의 형성을 억제하고자 하였다. 그러나, Al/W/ITO, Al/Mo/ITO, Al/Ti/ITO와 같이 알루미늄(Al)과 투명 산화물 도전막이 별개의 중간층을 사이에 두고 접촉하고 있는 경우, Al2O3의 형성은 억제할 수 있으나, 본래의 목적인 반사도 유지를 달성하기 어렵다.
이에, 본 발명에 따른 합금막은, 투명 산화물 도전막에 직접 접촉하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 따른 합금 조성물은, 내열성이 우수하여 열 처리 과정에서 투명 산화물 도전막과의 계면에서 Al2O3 산화막을 형성하지 않으므로, 중간에 별개의 내열 합금층을 형성하지 않고도 합금막이 투명 산화물 도전막 상에 직접 증착될 수 있다.
상기 합금막의 투명 산화물 도전막 상 직접 증착 여부는, 투명 산화물 도전막 상에 증착된 합금막에 대해 고온의 열 처리를 한 뒤, 비저항 또는 접촉 저항을 측정함으로써 확인할 수 있다. 예를 들어, 200℃ 대기압 하에서 1시간 동안 열 처리를 거친 합금막의 비저항이 10 μΩ·m 미만이거나, 접촉저항이 10×10-5 Ω·cm2 미만인 경우, 합금막이 투명 산화물 도전막 상에 직접 증착된 것으로 평가할 수 있다.
<배선용 전극>
본 발명은, 상기 합금막을 포함하는 박막 트랜지스터의 배선용 전극을 포함하며, 상기 배선용 전극은, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어인, 「배선막」은, 박막 트랜지스터의 배선용 전극에 포함되는 합금막을 의미하는 것일 수 있다.
상기 배선용 전극은, 상술한 합금막을 포함하여 공지의 방법으로 제조된 배선용 전극이면 특별히 한정되지 않으나, 기판 상에 증착된 합금막을 포토리소그래피 공정을 통하여 특정 패턴을 형성함으로써 제조되는 것일 수 있다.
일 또는 복수의 실시 예에 있어서, 상기 배선용 전극은, 2층 이상의 다층 구조를 갖는 것일 수 있다. 이때 배선막은, 기판 상에 직접 형성될 수도 있으나, 기판 상에 SiO2 하부막을 먼저 형성한 뒤 상기 하부막 상에 형성되는 것일 수도 있으며, 배선막 상에 몰리브데넘(Mo) 내지 티타늄(Ti)과 같은 금속으로 상부 금속층을 더 형성할 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 배선용 전극은, 폴리 실리콘(poly silicone)/SiO2/배선막/티타늄(Ti)의 다층 구조를 가지는 게이트 전극일 수 있다.
<반사 전극>
본 발명은, 상기 합금막을 포함하는 반사 전극을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 용어인, 「반사막」은, 반사 전극에 포함되는 합금막을 의미하는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 본 발명에 따른 반사 전극은, QNED의 출광 효율을 높이기 위하여 구비되는 것일 수 있으며, 투명 산화물 도전막에 직접 접촉하여 형성되는 반사막을 포함하는 것일 수 있다.
상기 반사 전극은, 상술한 합금막을 포함하여 공지의 방법으로 제조된 반사 전극이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 기판 상에 증착된 합금막을 포토리소그래피 공정을 통하여 특정 패턴을 형성함으로써 제조되는 것일 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 또는 복수의 실시예 및 비교예에 따른 합금막을 광학 현미경으로 관측한 도이며, 도 2는, 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 합금막의 열응력 곡선을 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 AlMnTiSi 합금막의 경우, 포토리소그래피 특성이 우수하여, 형성된 전극에서 힐락(hillock) 내지 TMAH에 의한 전극의 침식이 관찰되지 않는 것을 확인할 수 있다. 반면, 본 발명의 범위를 벗어나는 순수 알루미늄(Al) 박막 및 AlMnTiSi 합금막의 경우, 형성된 전극에서 힐락(hillock) 및 TMAH에 의한 전극 침식 내지 tapered angle이 관찰되는 것으로 보아, 포토리소그래피 특성이 불량함을 알 수 있다.
상기 포토리소그래피 특성의 차이는, 첫 번째 열 사이클에서 고온에 의한 국부 경화 형성 여부에 기인하는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 AlMnTiSi 합금막은 첫 번째 열 사이클에서 고온에 의한 국부 경화가 형성된 후 두 번째, 세 번째 열 사이클에서는 상기 국부 경화에 의해 더 이상 탄성 변형되지 않는 양상이 관찰된다. 반면, 비교예에 따른 Al 박막의 경우, 첫 번째 열 사이클에서 450℃까지 열 처리를 하더라도 국부 경화가 형성되지 않아, 두 번째, 세 번째 열 사이클에서 여전히 탄성 변형이 이루어지는 양상을 관찰할 수 있다.
이하, 구체적으로 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
<반사 전극>
본 발명은, 상기 합금막을 포함하는 반사 전극을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 용어인, 「반사막」은, 반사 전극에 포함되는 합금막을 의미하는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 본 발명에 따른 반사 전극은, QNED의 출광 효율을 높이기 위하여 구비되는 것일 수 있으며, 투명 산화물 도전막에 직접 접촉하여 형성되는 반사막을 포함하는 것일 수 있다.
상기 반사 전극은, 상술한 합금막을 포함하여 공지의 방법으로 제조된 반사 전극이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 기판 상에 증착된 합금막을 포토리소그래피 공정을 통하여 특정 패턴을 형성함으로써 제조되는 것일 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 또는 복수의 실시예 및 비교예에 따른 합금막을 광학 현미경으로 관측한 도이며, 도 2는, 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 합금막의 열응력 곡선을 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 AlMnTiSi 합금막의 경우, 포토리소그래피 특성이 우수하여, 형성된 전극에서 힐락(hillock) 내지 TMAH에 의한 전극의 침식이 관찰되지 않는 것을 확인할 수 있다. 반면, 본 발명의 범위를 벗어나는 순수 알루미늄(Al) 박막 및 AlMnTiSi 합금막의 경우, 형성된 전극에서 힐락(hillock) 및 TMAH에 의한 전극 침식 내지 tapered angle이 관찰되는 것으로 보아, 포토리소그래피 특성이 불량함을 알 수 있다.
상기 포토리소그래피 특성의 차이는, 첫 번째 열 사이클에서 고온에 의한 국부 경화 형성 여부에 기인하는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 AlMnTiSi 합금막은 첫 번째 열 사이클에서 고온에 의한 국부 경화가 형성된 후 두 번째, 세 번째 열 사이클에서는 상기 국부 경화에 의해 더 이상 탄성 변형되지 않는 양상이 관찰된다. 반면, 비교예에 따른 Al 박막의 경우, 첫 번째 열 사이클에서 450℃까지 열 처리를 하더라도 국부 경화가 형성되지 않아, 두 번째, 세 번째 열 사이클에서 여전히 탄성 변형이 이루어지는 양상을 관찰할 수 있다.
이하, 구체적으로 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
<합금 조성물의 제조>
아래 표 1에 기재된 금속의 종류 및 중량비를 가지는 실시예 1-1 내지 1-5 및 비교예 1-1 내지 1-6의 합금 조성물을 제조하였다.
Al Mn Ti Si
실시예 1-1 99 0.5 0.3 0.2
실시예 1-2 99.5 1 0.3 0.2
실시예 1-3 98 1.5 0.3 0.2
실시예 1-4 98.3 1 0.5 0.2
실시예 1-5 98.2 1 0.3 0.5
비교예 1-1 100 0 0 0
비교예 1-2 97.5 2 0.3 0.2
비교예 1-3 96.5 3 0.3 0.2
비교예 1-4 99 1 0 0
비교예 1-5 97.8 1 1 0.2
비교예 1-6 97.0 1 0.5 1.5
<합금막의 제조>
실시예 1-1 내지 1-5 및 비교예 1-1 내지 1-6의 합금 조성물을 각각 ITO 기판 상에 스퍼터링하여 증착함으로써, 2000Å의 두께를 가지는 실시예 2-1 내지 2-5 및 비교예 2-1 내지 2-6의 합금막을 제조하였다. 스퍼터링 조건은 다음과 같다.
<스퍼터링 조건>
도달 진공도: 4.0*10-6 Torr이하
Ar 가스압: 2 mTorr
Ar 가스 유량: 60 sccm
스퍼터링 파워: 200W
기판 온도: 실온
실험예
(1) 합금막 관측
광학 현미경(LEIKA DM750M Model)을 사용하여, 실시예 2-1 내지 2-5 및 비교예 2-1 내지 2-6의 합금막 표면을 관측하고, 얻은 광학 이미지를 도 1에 나타내었다.
(2) 합금막의 박막 응력 측정
상온(30℃부터 450℃까지 2.0℃/min의 속도로 열처리시 박막의 응력과, 450℃에서 상온(30℃까지 1.8℃/min의 속도로 냉각시 박막의 응력을 총 3회의 열처리 사이클(thermal cycle)을 적용하여 측정하였다. 열처리 사이클 종료 후 박막 응력 측정 시스템(FSM-500TC)를 사용하여 실시예 2-1과 비교예 2-1의 박막응력을 측정하고, 그 결과를 도 2의 온도-응력 그래프로 나타내었다.
(3) TMAH 내화학성 평가
실시예 2-1 내지 2-5 및 비교예 2-1 내지 2-6의 합금막을 half etch로 80초간 25℃, 2.38 wt% TMAH 용액에 침지 후, 남은 두께를 측정하여 식각 속도를 계산하였다. 계산 결과를 하기 표 2 및 도 3에 나타내었다.
(4) 반사도 평가
UV-Vis-NIR 분광 광도계를 사용하여 380 내지 770nm의 가시광선 파장대역에서 실시예 2-1 내지 2-5 및 비교예 2-1 내지 2-6의 합금막의 반사도를 측정하였다. 측정결과를 하기 표 2 및 도 4에 나타내었다.
(5) 비저항 평가
실시예 2-1 내지 2-5 및 비교예 2-1 내지 2-6의 합금막을 200℃ 대기압 하에서 1시간 동안 열 처리하였다. 이어서 4-point-probe를 사용하여 면저항을 측정하고 비저항을 계산하였다. 계산 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(6) 접촉 저항 평가
실시예 2-1 내지 2-5 및 비교예 2-1 내지 2-6의 합금막에 포토리소그래피 공정으로 TLM(Transfer Length Measurement) 패턴을 형성하고, 200℃ 대기압 하에서 1시간동안 열 처리한 뒤, 접촉 저항을 측정하였다. 측정 결과를 하기 표 2 및 도 5에 나타내었다.
(7) 힐락 밀도 측정
알루미늄 합금 박막 샘플들을 400oC 한 시간 열처리한 후 표면에 발생한 힐락의 밀도를 측정하였다. 힐락의 밀도는 Field emission scanning microscopy를 사용하여 50,000배에서 25장 이상을 측정하여 평균을 구하였다. 힐락 밀도는 순수 알루미늄을 기준으로 1 ㎛2당 0.3 개 미만을 적합한 수준으로 판단하였다.
합금막 합금
조성물		 식각속도
(
Figure pat00001
/sec)		 반사도(%)

 비저항
(μΩ·m)		 접촉저항
(10-5Ω·cm2)		 힐락밀도
(개/㎛2)
실시예 2-1 실시예 1-1 4.06 91.0 3.52 1.8 0.23
실시예 2-2 실시예 1-2 4.55 89.4 4.01 2.1 0.20
실시예 2-3 실시예 1-3 5.51 86.1 4.68 2.56 0.10
실시예 2-4 실시예 1-4 4.21 88.3 4.43 2.33 0.15
실시예 2-5 실시예 1-5 5.49 89.1 4.11 2.28 0.18
비교예 2-1 비교예 1-1 6.01 91.1 3.24 126.2 0.38
비교예 2-2 비교예 1-2 12.2 76.5 10.81 21 0.45
비교예 2-3 비교예 1-3 26.5 72.4 12.07 24 0.50
비교예 2-4 비교예 1-4 11.8 79.6 3.87 10.4 0.40
비교예 2-5 비교예 1-5 5.3 76.1 25.63 11.2 0.37
비교예 2-6 비교예 1-6 10.1 78.7 18.13 17.9 0.42
상기 표 2를 참조하면, 종래의 순수 알루미늄 박막인 비교예 2-1의 경우, TMAH 내화학성이 양호하고, 반사도가 85% 이상으로서 우수하며, 비저항도 10 μΩ·m 미만으로서 우수한 것을 알 수 있다. 그러나, 투명 산화물 도전막 상에 증착되는 과정에서 투명 산화물 도전막과의 계면에 Al2O3 산화막이 형성됨에 따라 고온의 열 처리 시 접촉저항이 현저하게 증가하는 바, 비교예 1-1의 순수 알루미늄 용액으로 제조된 합금막 2-1은 내열성이 부족한 것을 확인할 수 있다.
상기 내열성 문제를 해결하고자 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 실리콘(Si)을 첨가하더라도, 상기 금속들과 알루미늄(Al)의 중량비가 특정 범위를 만족하지 못하는 비교예 1-2 내지 1-6의 합금 조성물을 사용하여 제조한 비교예 2-2 내지 2-6의 합금막의 경우, TMAH 내화학성, 반사도 및 비저항이 불량하였으며, 접촉저항도 10×10-5Ω·cm2 미만으로 감소하지 않았고, 내열성 개선 효과도 작았다.
그러나, 본 발명에 따른 실시예 2-1 내지 2-5의 합금막은, TMAH 용액에서의 식각속도가 6
Figure pat00002
/sec 미만으로서 TMAH 내화학성이 우수하며, 상기 비교예 2-1과 유사한 수준의 반사도를 나타내면서도, 열 처리 후 비저항 10 μΩ·m 미만, 접촉저항 10×10-5Ω·cm2 미만 및 힐락 밀도가 1 ㎛2 당 0.3 개 미만으로서, 실시예 2-1 내지 2-5의 합금막 제조에 사용되는 실시예 1-1 내지 1-5의 합금 조성물은 비교예 1-1의 합금 조성물에 비하여 내열성이 현저하게 향상된 것을 확인할 수 있다.

Claims (11)

  1. 알루미늄(Al), 망간(Mn), 티타늄(Ti) 및 실리콘(Si)을 포함하는 합금 조성물 로,
    합금 조성물 총 중량%에 대하여, 알루미늄(Al) 98 내지 99.9 중량% 포함하는, 합금 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    합금 조성물 총 중량%에 대하여,
    망간(Mn) 0.2 내지 2 중량%;
    티타늄(Ti) 0.1 내지 1 중량%;
    실리콘(Si) 0.1 내지 1 중량%; 및
    알루미늄(Al) 98 내지 99.6 중량% 포함하는, 합금 조성물.
  3. 청구항 1의 조성물을 사용하여 제조한, 합금막.
  4. 청구항 3에 있어서, 380 내지 770 nm 파장의 빛에 대한 반사도가 80% 이상인, 합금막.
  5. 청구항 3에 있어서, 힐락 밀도가 0.3개/㎛2 미만인, 합금막.
  6. 청구항 3에 있어서, 200℃ 대기압 하에서 1시간 동안 열 처리 후 비저항이 10 μΩ·m 미만인, 합금막.
  7. 청구항 3에 있어서, 200℃ 대기압 하에서 1시간 동안 열 처리 후 접촉 저항이 10×10-5 Ω·cm2 미만인, 합금막.
  8. 청구항 3에 있어서, 상기 합금막은 투명 산화물 도전막에 직접 접촉하여 형성되는 것인, 합금막.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 투명 산화물 도전막은, 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO), 인듐아연주석산화물(IZTO), 알루미늄아연산화물(AZO), 갈륨아연산화물(GZO), 플로린주석산화물(FTO) 및 아연산화물(ZnO)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 합금막.
  10. 청구항 3의 합금막을 포함하는, 박막 트랜지스터의 배선용 전극.
  11. 청구항 3의 합금막을 포함하는, 반사 전극.

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