KR20240044088A - 루테늄 금속막 식각액 조성물, 이를 이용한 패턴의 형성 방법, 어레이 기판의 제조방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판 - Google Patents

루테늄 금속막 식각액 조성물, 이를 이용한 패턴의 형성 방법, 어레이 기판의 제조방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과아이오딘산 또는 그 염; 및 양이온성 고분자;를 포함하는 루테늄 금속막 식각액 조성물로, pH가 6 내지 8인 루테늄 금속막 식각액 조성물, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판을 제공한다.

Description

루테늄 금속막 식각액 조성물, 이를 이용한 패턴의 형성 방법, 어레이 기판의 제조방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판 {ETCHANT COMPOSITION FOR RUTHENIUM METAL FILM, PATTERN FORMATION METHOD, MANUFACTURING METHOD OF ARRAY SUBSTRATE AND ARRAY SUBSTRATE MANUFACTURED THEREOF}
본 발명은 루테늄 금속막 식각액 조성물과, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판에 관한 것이다.
텅스텐은 액정 디스플레이, 반도체 디바이스의 박막 트랜지스터의 게이트 전극, 배선, 배리어층이나 콘택트홀, 비어홀의 매립 등에 사용되어 왔다. 그러나, 텅스텐을 전극 등으로 사용하는 경우, 비교적 높은 저항을 나타내는 문제가 있어, 현재 새로운 금속으로의 재료변경을 모색하고 있는 상황이다.
관련하여, 루테늄은 산화 이후에도 전도성을 계속 유지하여 용량 저하를 일으키지 않고, 비교적 저렴한 가격으로 기존 텅스텐을 대체할 수 있는 전극재료로 주목 받고 있다.
한편, 반도체 소자 제조 공정에 있어서, 기판상의 배선이나 비아홀 등을 형성하기 위하여 필요한 부분만을 남기고 불필요한 부분을 제거하는 공정이 필요하며, 특히 최근 커패시터의 점유면적을 줄이기 위하여 전극막을 좁은 홀 속에 형성하는 방식의 공정이 빈번하게 채용되고 있다.
이에 따라, 얇은 루테늄 금속막을 균일하게 형성하기 위하여, 루테늄 금속막을 효율적으로 식각할 수 있는 식각액 조성물의 개발이 요구되고 있다.
루테늄을 식각 처리하기 위한 루테늄 금속막 식각액으로는, 예를 들어, 오르토과요오드산과 암모니아를 함유하고 pH가 8 내지 10인 루테늄 에칭액(대한민국 공개특허공보 제10-2021-0062564호), H5IO6 또는 HIO4로부터 선택된 하나 이상의 7가 산화제; 완충제로서 알킬암모늄 히드록시드 화합물 또는 알킬포스포늄 히드록시드 화합물;을 포함하며 pH가 9 내지 12.5인 구리/루테늄 에칭액(대한민국 공개특허공보 제10-2021-0092311호)이 제안되어 있다.
pH 6 미만의 산성영역 조건에서 루테늄을 식각할 경우, 다공성 구조인 루테늄의 특성으로 인하여 균일한 표면을 얻기 어려운 점이 있으며, 독성기체인 RuO4가 형성될 수 있기 때문에 중성 내지 알칼리 조건에서 루테늄을 식각하는 것이 바람직하다.
그러나 상기 선행문헌에 제시된 바와 같이 식각액 조성물의 pH가 8을 초과할 경우 산화제인 과아이오딘산 또는 그 염의 안정성이 급격히 감소함에 따라 루테늄막 식각 속도가 저하되는 문제가 있으나, 이를 해결하지 못하는 실정이다.
이에 독성기체인 RuO4를 생성하지 않으면서 루테늄 금속막을 빠르게 식각할 수 있으며, 균일한 식각 표면을 얻기 위해, 비교적 온화한 알칼리 조건에서 루테늄 금속막을 식각할 수 있는 새로운 조성이 필요하다.
(선행문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0062564호 (선행문헌 2) 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0092311호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 비교적 온화한 알칼리 조건에서 루테늄 금속막을 식각함으로써 식각 속도가 저하되지 않으면서 독성 기체인 RuO4가 생성되지 않는 루테늄 금속막 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 균일한 식각 표면을 얻을 수 있는 루테늄 금속막 식각액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 과아이오딘산 또는 그 염 및 양이온성 고분자를 포함하는 것으로서 6 내지 8의 pH를 갖는 루테늄 금속막 식각액 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은, 상기 루테늄 금속막 식각액 조성물을 사용하는 패턴 형성 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 상기 루테늄 금속막 식각액 조성물을 사용하는 표시장치용 어레이 기판의 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 상기 제조 방법에 따라 제조된 표시장치용 어레이 기판을 제공한다.
본 발명의 식각액 조성물을 사용하여 루테늄 금속막을 식각할 경우 독성기체인 RuO4가 생성되지 않으면서도 루테늄 금속막을 빠른 속도로 식각할 수 있고 균일한 식각 표면을 얻을 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 과아이오딘산 또는 그 염, 양이온성 고분자를 포함하는 루테늄 금속막 식각액 조성물로서 pH가 6 내지 8인 루테늄 금속막 식각액 조성물, 이를 이용한 패턴 형성 방법 및 어레이 기판의 제조 방법, 및 이에 따라 제조된 어레이 기판에 관한 것으로, 독성기체인 RuO4를 생성하지 않으면서 루테늄 금속막을 빠르게 식각하며, 균일한 식각 표면을 얻을 수 있는 효과를 가짐을 실험적으로 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명에 있어서, 상기 루테늄 금속막은 루테늄막, 루테늄합금막 또는 루테늄산화막으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 실리콘막 및 배리어막으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 다층막일 수 있다.
또한, 상기 실리콘막은 실리콘산화막, 실리콘산질화막, 탄화산화실리콘막, 탄화실리콘막 및 실리콘질화막으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 배리어막은 질화티탄막 및 질화탄탈막으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
< 루테늄 금속막 식각액 조성물 >
본 발명의 루테늄 금속막 식각액 조성물은 (A) 과아이오딘산 또는 그 염, (B) 양이온성 고분자를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 식각액 조성물은 pH 6~8 인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 식각액 조성물은 pH 조절제를 더 포함할 수 있다.
(A) 과아이오딘산 또는 그 염
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 과아이오딘산 또는 그 염은 루테늄 금속막을 산화시켜 식각하는 역할을 한다.
본 발명의 과아이오딘산 또는 그 염은 비한정적으로 과아이오딘산(H5IO6 또는 HIO4), 포타슘 퍼아이오데이트(KIO3), 테트라에틸암모늄 퍼아이오데이트((N(CH2CH3)4IO3) 및 테트라부틸암모늄 퍼아이오데이트(N(CH2CH2CH2CH3)4IO3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 과아이오딘산 또는 그 염에 의해 루테늄 금속막은 pH 6 미만에서는 RuO4 형태로, 중성 및 알칼리 영역에서는 RuO4 - 및 RuO4 2- 형태로 산화되어 식각된다.
상기 과아이오딘산 또는 그 염의 함량은 식각액 조성물 총 중량에 대해 0.1 ~ 5 중량%이며, 바람직하게는 1 ~ 3 중량%이다. 과아이오딘산 또는 그 염이 0.1 중량% 미만인 경우에는 산화력 감소에 따라 식각속도가 감소하며, 5 중량%를 초과하는 경우에는 루테늄 보호막질의 과식각으로 인해 표면의 거칠기가 증가한다.
(B) 양이온성 고분자
본 발명의 식각액 조성물에 포함되는 양이온성 고분자는 루테늄 기판 표면과의 높은 친화도로 인하여 루테늄 금속막의 표면을 둘러싸면서 보호하게 되며, 이에 따라 균일한 에칭 표면을 확보할 수 있다.
이러한 측면에서, 상기 양이온성 고분자는 분자 내에 양이온기를 갖는 고분자 물질이면 크게 제한되지는 않지만, pH 6~8 범위에서 양이온성을 갖는 고분자인 것일 수 있다.
상기 pH 범위에서 양이온성을 갖는 고분자는 아민, 암모늄, 포스포늄, 설포늄 등 형태를 갖는 양이온기를 포함하는 것이 바람직하며, 예컨대 에틸렌이민, 다이알릴다이메틸암모늄, 비닐벤질트리메틸암모늄, 아크릴로일옥시에틸트리에틸암모늄, 알릴아민, 알킬암모늄, 피리디늄, 알킬포스포늄, 알킬설포늄, 알킬설폭소늄 등의 양이온기를 포함하는 고분자 화합물을 들 수 있다.
또한 상기 양이온성 고분자로 폴리아크릴아마이드-아크릴산 공중합체를 사용할 수 있으며, 상기 아크릴아마이드 단량체의 함량이 아크릴산 단량체의 함량보다 상대적으로 많을 경우 루테늄 금속막 식각시 표면 거칠기가 더 개선되며, 이러한 점에서 아크릴아마이드 단량체와 아크릴산 단량체의 혼합비는 9:1 ~ 6:4 인 것이 바람직하다.
상기 양이온성 고분자의 중량평균분자량(Mw)은 크게 제한되지는 않지만, 1000 내지 100,000 g/mol 인 것일 수 있다. 양이온성 고분자의 중량평균분자량이 상기 범위 내인 경우, 양이온성 고분자의 루테늄 금속막 식각용 조성물에서 용해도가 우수하며, 식각 공정 후의 잔류물 감소 측면에서도 효과적이다.
상기 양이온성 고분자는, 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.001 ~ 5 중량% 포함하며, 바람직하게는 조성물 총 중량에 대하여 0.01 ~ 1중량% 포함한다. 상기 양이온성 고분자는 루테늄 표면에서 정전기적으로 흡착하여 루테늄의 산화 균일성을 확보하며, 이러한 효과를 통해서 루테늄이 식각될 때 균일한 에칭 표면을 확보할 수 있다. 상기 양이온성 고분자를 0.001중량% 미만으로 포함하는 경우, 균일하지 못한 에칭 표면을 갖게 되며, 5중량% 초과인 경우에는 양이온성 고분자가 루테늄 막 표면에 과도하게 잔류하여 루테늄의 식각속도를 감소시킨다.
pH
본 발명의 식각액 조성물은 pH가 6 내지 8인 것을 특징으로 한다. pH가 6 미만인 경우 독성 및 휘발성을 갖는 RuO4 증기가 형성되므로, RuO4 증기의 형성을 피하기 위해서는 중성 및 알칼리 영역에서 루테늄 금속막을 식각하는 것이 바람직하다. 한편 pH가 8을 초과하는 경우에는 산화제인 과아이오딘산 또는 그 염의 안정성이 급격히 감소함에 따라 루테늄 금속막 식각속도가 감소하게 된다.
과아이오딘산 또는 그 염을 단독으로 사용하는 경우 pH 2 정도이므로 RuO4 증기가 형성될 수 있다. 본 발명 식각액 조성물의 pH는 양이온성 고분자에 포함되는 아민 양이온, 암모늄 이온, 포스포늄 이온 및/또는 설포늄 이온 등에 의해 6 내지 8로 조정될 수 있으나, 아민 양이온, 암모늄 이온, 포스포늄 이온 및/또는 설포늄 이온만으로 불충분한 경우에는 제4급 알킬암모늄 수산화물 등의 pH 조절제를 추가로 더 사용할 수 있다.
pH 조절제
본 발명은 추가적으로 pH 조절제를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 제4급 알킬암모늄 수산화물을 포함할 수 있다. 상기 제4급 알킬암모늄 수산화물은 수산화기에 의해 본 발명 식각액 조성물의 pH를 추가적으로 조절하는 기능을 수행한다.
상기 제4급 알킬암모늄 수산화물로는 수산화 테트라메틸암모늄(tetramethylammonium hydroxide), 수산화 테트라에틸암모늄(tetraethylammonium hydroxide), 수산화 테트라프로필암모늄(tetrapropylammonium hydroxide), 수산화 테트라부틸암모늄(tetrabutylammonium hydroxide), 수산화 테트라헥실암모늄(tetrahexylammonium hydroxide), 수산화 테트라옥틸암모늄(tetraoctylammonium hydroxide), 수산화 벤질트리에틸암모늄(benzyltrimethylammonium hydroxide), 수산화 디에틸디메틸암모늄(diethyldimethylammonium hydroxide), 수산화 헥사데실트리메틸암모늄(hexadecyltrimethylammonium hydroxide), 수산화 메틸트리부틸암모늄(methyltributylammonium hydroxide) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 것이 사용될 수 있다.
상기 제4급 알킬암모늄 수산화물은 조성물 총 중량에 대하여 0.5 내지 1 중량%로 포함될 수 있다. 수산화알킬암모늄의 함량이 상술한 범위를 벗어나는 경우에는 식각 성능이 저하되며 공정 시간이 길어질 수 있다.
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 총 조성물의 중량이 100 중량%가 되도록 하는 잔량을 의미한다.
한편, 본 발명의 루테늄 금속막 식각액 조성물이 불소이온을 내는 화합물을 포함하는 경우, 하부막인 실리콘막 및 배리어막을 손상시키는 문제점을 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명의 루테늄 금속막 식각액 조성물은 불소이온을 내는 화합물을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 상기 불소이온을 내는 화합물은 구체적으로 불산 등을 들 수 있다.
< 식각 공정/방법 >
본 발명의 루테늄 금속막 식각액 조성물은 루테늄막 식각 공정/공정에 사용될 수 있다. 이때 루테늄막 식각 공정/방법은 당 업계에서 통상적으로 알려진 방법에 의하여 수행될 수 있다. 예컨대, 배치 타임(batch type)의 식각 장치 또는 싱글 타입(single type)의 식각 장치에서 침적, 분무 또는 침적 및 분무를 이용한 방법 등이 사용될 수 있으며, 빠른 식각 속도와 더불어 식각 균일성이 확보되어야 소자의 신뢰도를 높일 수 있다. 본 발명에 따른 루테늄 금속막 식각액 조성물은 빠른 식각 속도를 보이면서도 보호막질과의 높은 선택비로 식각 공정의 효율을 높일 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 루테늄 금속막으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 실리콘막 및 배리어막으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 다층막을 형성하는 단계; 및 본 발명에 따른 식각액 조성물을 사용하여 상기 루테늄 금속막을 선택적으로 식각하는 단계를 포함한다.
< 어레이 기판 제조 방법 >
또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 식각액 조성물을 이용하는 어레이 기판의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 표시장치용 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 또는 d)단계는 상기 기판 상에 루테늄 금속막을 형성하는 단계, 및 상기 형성된 루테늄 금속막을 본 발명에 따른 식각액 조성물로 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
< 상기 어레이 기판의 제조 방법에 따라 제조된 어레이 기판 >
또한, 본 발명은 상술한 어레이 기판의 제조 방법에 따라 제조된 표시장치용 어레이 기판 및 이를 포함하는 일체의 소자를 포함할 수 있다.
일 예로, 상기 어레이 기판은 박막트랜지스터(TFT) 어레이 기판일 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시예, 비교예 및 실험예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예, 비교예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명은 하기 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 한정되지 않고 다양하게 수정 및 변경될 수 있다.
실시예 및 비교예
하기의 표 1 및 표 2에 기재된 성분을 기재된 함량(단위: 중량%)으로 혼합한 뒤, 잔량의 물을 첨가하여 실시예 및 비교예의 식각액 조성물을 제조하였다.
1) A-1: 과아이오딘산(periodic acid)
2) A-2: 포타슘 퍼아이오데이트(potassium periodate)
3) A-3: 테트라에틸암모늄 퍼아이오데이트(tetraethylammonium periodate)
4) A-4: 테트라부틸암모늄 퍼아이오데이트(tetrabutylammonium periodate)
5) B-1: 폴리에틸렌이민 (Polyethyleneimnie Mw: 1,000)
6) B-2: 폴리에틸렌이민 (Polyethyleneimnie Mw: 3,000)
7) B-3: 폴리에틸렌이민 (Polyethyleneimnie Mw: 10,000)
8) B-4: 폴리에틸렌이민 (Polyethyleneimnie Mw: 100,000)
9) B-5: 폴리에틸렌이민 (Polyethyleneimnie Mw: 300)
10) B-6: 폴리에틸렌이민 (Polyethyleneimnie Mw: 101,000)
11) B-7: 폴리다이알릴다이메틸암모늄 클로라이드 (Poly(diallyl diammonium oxalate) chloride, Mw: 50,000)
12) B-8: 폴리비닐벤질트리메틸암모늄 클로라이드 (Poly(vinyl benzyl trimethylammonium chloride), Mw: 15,000)
13) B-9: 폴리 2-메타아크릴로일옥시에틸트리에틸암모늄 클로라이드 (Poly([(2-methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride, Mw: 85,000)
14) B-10: 폴리 2-다이메틸아미노에틸 메타아크릴레이트 (Poly(2-dimethylaminoethyl methacrylate), Mw: 10,000)
15) B-11: 폴리알릴아민하이드로 클로라이드 (Poly(allylamine hydrochloride), Mw: 55,000)
16) B-12: 폴리아크릴아마이드/아크릴산 공중합체 (Poly acrylamide/acrylic acid copolymer) 아크릴아마이드:아크릴산 = 8:2, Mw: 95,000)
17) C-1: 폴리아크릴산 (Polyacrylic acid, Mw: 10,000)
18) C-2: 폴리술폰산 (Polysulfonic acid, Mw: 15,000)
19) C-3: 폴리아크릴산/말론산 공중합체 (Polyacrylic acid/tetrabutylammonium acetate, Mw: 45,000)
20) C-4: 폴리-L-글루타믹산 소듐 (Poly-L-glutamic acid sodium, Mw: 3,000)
21) C-5: 폴리에틸렌글리콜 (Poly ethylene glycol, Mw: 50,000)
22) pH 조절제: 수산화 테트라메틸암모늄
상기 실시예 및 비교예에서의 양이온성 고분자(B-1 ~ B-12) 및 기타 고분자(C-1 ~ C-5)에 대하여 Spin-coating 기법을 이용하여 각 고분자 소재를 Si wafer 상에 코팅한 후, pH별 zeta-potential을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었으며, 상기 실시예에서 사용한 양이온성 고분자(B-1 ~ B-12)는 pH 6~8에서 양이온성을 갖는 것을 확인하였다.
Zeta-potential pH1 pH3 pH6 pH8 pH10
B-1 + + + + 0
B-2 + + + + 0
B-3 + + + + 0
B-4 + + + + 0
B-5 + + + + 0
B-6 + + + + 0
B-7 + + + + 0
B-8 + + + + 0
B-9 + + + + 0
B-10 + + + + 0
B-11 + + + + 0
B-12 + + + + 0
C-1 + 0 - - -
C-2 + 0 - - -
C-3 + 0 - - -
C-4 + 0 - - -
C-5 + 0 - - -
실험예
(1) 루테늄막 식각속도 평가
웨이퍼 상에 루테늄이 300Å 두께로 증착된 웨이퍼를 3.0 × 3.0 cm 크기로 잘라서 시편을 준비하였다. 상기 시편을 상온, 400rpm 조건에서 실시예 및 비교예의 식각액 조성물에 1분동안 침지시켰다. 이어서 시편을 꺼내 물로 세정한 후 air를 이용하여 건조시키고, XRF 분석을 통해 식각 후 루테늄의 막두께를 측정한 뒤, 각각의 막두께 변화값으로 루테늄막의 식각 속도를 계산하였다. 이때 식각 속도는 아래와 같은 기준으로 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
<평가 기준>
◎: 식각 속도 100 Å/min 이상
○: 식각 속도 75 Å/min 이상 ~ 100 Å/min 미만
△: 식각 속도 50 Å/min 이상 ~ 75 Å/min 미만
×: 식각 속도 50 Å/min 미만
(2) 루테늄 표면조도 평가
식각평가 후 루테늄 금속막 웨이퍼의 조각을 AFM(Atomic Force Microscopy)을 사용하여 표면조도를 측정하였다. 이때 표면조도는 아래와 같은 기준으로 평가하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다.
<평가 기준>
◎: 증감율 0%
○: 증감율 0% 초과 ~ 5% 이하
△: 증감율 5% 초과 ~ 10% 미만
×: 증감율 10% 초과
(3) RuO 4 가스 생성 평가
RuO4 가스는 생성 후 빛과 빠르게 반응해 RuO2·H2O 고체를 형성하며 상기 고체는 검은색을 띠므로, 검은색 고체의 형성을 관찰함으로써 RuO4 가스 생성 여부를 확인할 수 있다.
루테늄이 300Å 두께로 증착된 웨이퍼를 1.5 × 1.5 cm 크기로 자른 시편을 준비한 뒤, 실시예 및 비교예의 식각액 조성물 50ml를 보틀에 넣고, 각 보틀에 상기 시편을 첨가하였다. 루테늄 기판 첨가 후 구리 막질을 부착한 뚜껑으로 보틀의 입구를 밀봉하고 실온에 3시간 동안 방치한 후, 구리 막질의 변색을 육안으로 확인하였다. RuO4 가스 생성 여부는 아래와 같은 기준으로 평가하였으며 그 결과를 표 4에 나타내었다.
<평가 기준>
○: 구리 막질의 변색 없음(RuO4 가스 발생 없음)
×: 구리 막질의 변색 있음(RuO4 가스 발생 있음)
구분 Ru식각속도
평가(Å/min)		 Ru 표면조도
평가		 RuO4 가스생성
평가
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 ◎ ◎ ○
실시예 21 ○ ◎ ○
실시예 22 ◎ ◎ ○
실시예 23 ◎ ◎ ○
실시예 24 ◎ ◎ ○
실시예 25 ◎ ○ ○
실시예 26 ○ ◎ ○
실시예 27 ◎ ◎ ○
실시예 28 ◎ ◎ ○
실시예 29 ◎ ◎ ○
실시예 30 ◎ ◎ ○
실시예 31 ◎ ◎ ○
실시예 32 ◎ ◎ ○
실시예 33 △ ◎ ○
실시예 34 △ ◎ ○
실시예 35 ◎ △ ○
실시예 36 ◎ △ ○
실시예 37 △ ◎ ○
비교예 1 ◎ × ○
비교예 2 ◎ × ○
비교예 3 ◎ × ○
비교예 4 ◎ × ○
비교예 5 ◎ × ○
비교예 6 ◎ × ○
비교예 7 × ◎ ○
비교예 8 ◎ ○ ×
비교예 9 ◎ ○ ×
비교예 10 × ◎ ○
비교예 11 × ◎ ○
상기 실험결과를 통해, 본원 실시예에 따른 식각액 조성물을 사용하는 경우, 루테늄(Ru) 금속막에 대한 식각 속도가 우수하고, 균일한 식각 표면을 얻을 수 있으며, 식각 시 독성기체인 RuO4의 생성이 없는 것을 확인하였다.
반면 양이온성 고분자를 사용하지 않은 비교예 1 내지 6의 경우에는 루테늄 금속막의 표면 조도의 증감률이 높아 표면이 균일하지 않은 것을 알 수 있으며, 과아이오딘산 또는 그 염을 사용하지 않은 비교예 7, pH가 8을 초과하는 벗어나는 비교예 10 및 11의 경우 루테늄 금속막 식각 속도가 저하되었으며, pH가 6 미만인 비교예 8 및 9의 경우 식각 시 독성기체인 RuO4가 생성되는 것을 확인하였다.

Claims (12)

  1. (A) 과아이오딘산 또는 그 염; 및
    (B) 양이온성 고분자;를 포함하며,
    pH가 6 내지 8인, 루테늄 금속막 식각액 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (A) 과아이오딘산 또는 그 염은, 과아이오딘산, 포타슘 퍼아이오데이트, 테트라에틸암모늄 퍼아이오데이트 및 테트라부틸암모늄 퍼아이오데이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인, 루테늄 금속막 식각액 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 (A) 과아이오딘산 또는 그 염은, 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 5 중량% 포함하는 것인, 루테늄 금속막 식각액 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 (B) 양이온성 고분자는, 에틸렌이민, 다이알릴다이메틸암모늄, 비닐벤질트리메틸암모늄, 아크릴로일옥시에틸트리에틸암모늄, 알릴아민, 알킬암모늄, 피리디늄, 알킬포스포늄, 알킬설포늄 및 알킬설폭소늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 양이온기를 포함하는 고분자 화합물 또는 아크릴아마이드-아크릴산 공중합체 중 선택된 1종 이상인 것인, 루테늄 금속막 식각액 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 (B) 양이온성 고분자는, 식각액 조성물 총 중량에 대하여 0.001 ~ 5 중량% 포함하는 것인, 루테늄 금속막 식각액 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 (B) 양이온성 고분자는, 중량평균분자량(Mw)이 1,000 내지 100,000g/mol인 것인, 루테늄 금속막 식각액 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 제4급 알킬암모늄 수산화물을 더 포함하는, 루테늄 금속막 식각액 조성물.
  8. 기판 상에 루테늄 금속막으로 이루어진 단일막, 또는 상기 단일막과 실리콘막 및 배리어막으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성되는 다층막을 형성하는 단계; 및
    청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 식각액 조성물을 사용하여 상기 루테늄 금속막을 선택적으로 식각하는 단계를 포함하는 패턴 형성 방법.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 루테늄 금속막은 루테늄막, 루테늄합금막 또는 루테늄산화막으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 실리콘막은 실리콘산화막, 실리콘산질화막, 탄화산화실리콘막, 탄화실리콘막 및 실리콘질화막으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고,
    상기 배리어막은 질화티탄막 및 질화탄탈막으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  11. 청구항 8의 패턴 형성 방법을 포함하는 표시장치용 어레이 기판의 제조 방법.
  12. 청구항 11의 제조방법에 따라 제조된 표시장치용 어레이 기판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210092311A (ko) 2018-12-14 2021-07-23 엔테그리스, 아이엔씨. 루테늄 에칭 조성물 및 방법
KR20210062564A (ko) 2019-11-21 2021-05-31 도오꾜오까고오교 가부시끼가이샤 에칭액, 에칭액의 제조 방법, 피처리체의 처리 방법, 및 루테늄 함유 배선의 제조 방법

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