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KR100692122B1 - 평판디스플레이 금속 전극용 식각액 조성물 - Google Patents

평판디스플레이 금속 전극용 식각액 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치를 포함한 평판디스플레이의 TFT를 구성하는 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극으로 사용되는 Mo, Al, Mo합금 또는 Al합금으로 이루어진 단일막 및 다층막을 습식 식각하는 식각액에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인산 50 ~ 77 중량%, 질산 2.5 ~ 7 중량%, 무기 인산염계 화합물 또는 무기 질산염계 화합물 1 ~ 10 중량%, 및 나머지는 물(H2O)로 구성된 평판디스플레이의 박막트랜지스터 형성을 위한 금속전극용 식각액 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 식각액은 포토레지스트(Photoresist)의 파손방지 및 측면 식각에 의한 손실(CD, Critical Dimension)의 최소화와 식각 형태의 불균일성에 따른 얼룩이 생기지 않으며 원하는 경사각으로 우수한 식각 패턴을 유지할 수 있는 장점이 있다.
알루미늄, 몰리브덴, 식각액

Description

평판디스플레이 금속 전극용 식각액 조성물{Etchant Composition for making metal electrodes of FPD}
도1은 본 발명의 실시예 4에 따른 식각액으로 습식 식각한 후의 Mo 단일막의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 사진이고,
도2는 본 발명의 실시예 4에 따른 식각액으로 습식 식각한 후의 패턴 상부의 포토레지스트를 전자현미경의 측정사진으로 도시한 사진이고,
도3은 본 발명의 실시예 13에 따른 식각액으로 습식 식각한 후의 Mo/AlNd 이중막의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 사진이고,
도4는 본 발명의 실시예 13에 따른 식각액으로 습식 식각한 후의 Mo/AlNd/Mo 삼중막의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 사진이고,
도5는 본 발명의 실시예 12에 따른 식각액으로 습식 식각한 후의 AlNd 단일막의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 사진이며,
도6은 비교예 5에 따른 종래 식각액으로 습식 식각한 후의 Mo/AlNd 이중막의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 사진이며,
도7은 비교예 1에 따른 종래 식각액으로 습식 식각한 후의 포토레지스트를 전자현미경의 측정사진으로 도시한 사진이다.
본 발명은 평판표시장치(FPD, Flat Panel Display)를 구성하는 금속전극을 형성하기 위한 습식 식각에 사용되는 새로운 식각액 조성물에 관한 것이다. 특히 본 발명은 평판디스플레이의 TFT(Thin Film Transistor)를 구성하는 게이트(Gate)전극 및 데이터(Data)전극인 소스(Source)전극과 드레인(Drain) 전극용 금속 배선에서 Mo, Al, Mo합금 또는 Al합금을 포함한 Mo, Al의 단일막과 Mo/Al의 이중막, Mo/Al/Mo의 삼중막을 함유한 다층막 및 단일막 식각에 있어 포토레지스트의 파손(Damage)을 유발하지 않고, 상부 또는 하부의 Mo막에 대한 팁(Tip) 및 언더컷(undercut) 현상이 나타나지 않는 식각액에 관한 것으로, 상기 식각액은 종래의 식각액에서 초산이 배제된 인산, 질산, 물 및 새로운 식각 조절제의 혼합 용액이다.
종래에는 인산 + 질산 + 초산 + 물로 이루어진 정규의 Al계 식각액을 사용하거나 Mo 및 Mo 합금막을 포함한 단일막 또는 다층막을 식각하기 위한 인산 + 질산 + 초산 + 첨가제 + 물로 이루어진 식각액을 사용하였다. 인산 + 질산 + 초산 + 물로 이루어진 식각액을 사용하는 Mo, Al, Mo합금 또는 Al합금을 함유한 다층막 및 단일막의 식각 방법은 불균일한 표면반응 현상으로 인하여 원하는 완벽한 패턴을 형성하지 못하고 도 6과 같이 표면이 매끄럽지 못하고 돌출되는 팁(Tip) 현상과 불균일한 식각으로 인한 얼룩이 발생하여 수율을 저하시키는 문제점을 내재하고 있으 며, 인산 + 질산 + 초산 + 첨가제 + 물로 이루어진 식각액을 사용하는 식각 방법은 원하는 패턴은 형성시키나, 특히 게이트(Gate) ­ 액티브(Active) ­ 데이터(Data) ­ 패시베이션(Passivation) 순의 4 mask 공정에서 도 7과 같이 포토레지스트의 파손을 유발하며 초산 조성의 증가에 따른 제조원가가 증가되는 문제점을 가지고 있다.
현재 TFT 배선(Array) 공정은 공정의 단순화와 공정비용 절감을 위해서 패터닝 방법을 게이트(Gate) ­ (액티브)Active ­ 픽셀(Pixel) ­ 데이터(Data) ­ 패시베이션(Passivation) 순의 5 mask 공정에서 게이트(Gate) ­ 액티브(Active) 데이터(Data) ­ 패시베이션(Passivation) 순의 4 mask 공정으로의 공정의 단순화가 진행되고 있으며 또한, 액정 기판의 대형화가 진행됨에 따라 공정의 변화에 따른 측면 식각에 대한 손실의 최소화 및 포토레지스트의 파손 방지와 식각시 균일성을 갖는 식각액에 대한 중요성이 부각되고 있다.
본 발명의 목적은 박막트랜지스터 액정표시장치를 포함한 평판디스플레이의 게이트, 소스 및 드레인 전극의 재질인 Mo, Al, Mo합금 또는 Al합금을 함유한 다층막 및 단일막을 식각하는 식각액 조성물에 있어서, 각 막의 균일한 식각으로 얼룩 문제를 해결하고 우수한 프로파일을 제공하며 특히, 공정의 단순화에 따른 포토레지스트의 파손억제 및 측면 식각에 대한 손실이 최소화된 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하고자 본 발명자들은 종래의 식각액에서 초산 및 초산염을 배제한 조성에 무기인산염계 화합물 또는 무기질산염계 화합물을 첨가함으로써 포토레지스트의 파손을 억제하고, 우수한 식각 특성을 갖는 식각액을 개발할 수 있었다.
본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치를 포함한 평판디스플레이의 TFT를 구성하는 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극으로 사용되는 Mo, Al, Mo합금 또는 Al합금으로 이루어진 단일막 및 다층막을 습식 식각하는 식각액에 관한 것으로서, 인산 50 ~ 77 중량%, 질산 2.5 ~ 7 중량%, 무기 인산염계 화합물 또는 무기 질산염계 화합물 1 ~ 10 중량%, 및 나머지는 물(H2O)로 구성되는 평판디스플레이의 박막트랜지스터 형성을 위한 금속전극용 식각액 조성물을 제공한다.
본 발명의 식각액에 포함되는 질산은 Mo, Al, Mo합금 또는 Al합금의 산화막을 형성시키고, 인산과 물은 산화막 표면을 분해시키는 식각을 진행한다. 이때 물은 식각액을 희석하는 역할도 한다. 종래의 식각액에 포함되어 있는 초산은 산화반응 속도를 조절하기 위한 완충제로서 사용되며, 일반적으로 산화제로 사용되는 질산의 분해속도를 감소시키는 역할을 하지만 포토레지스트를 파손시키는 인자로 작용하는 단점을 갖고 있음을 발견하였으며, 본 발명은 초산이 배제된 식각액에서 우 수한 프로파일과 포토레지스트의 파손이 없는 새로운 식각액을 발명하였다.
본 발명에서 사용되는 인산, 질산, 물은 반도체 공정용으로 사용 가능한 순도의 것이 바람직하며, 물은 일반적으로 탈이온수(De-Ionized Water)이며, 바람직하게는 18Ω 이상의 물을 사용한다.
상기 인산의 경우는 77 중량%를 초과하여 사용하는 경우 고점도에 따른 식각 공정상에 펌프의 용량을 초과시켜 식각시 스프레이 분사를 원활하게 하지 못하는 문제점을 유발시키며, 50중량% 미만으로 사용하는 경우에는 식각하고자 하는 금속 표면에 형성되는 금속산화막을 충분히 분해시키지 못하는 문제가 있으므로 전체 조성물의 50 ~ 77중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 질산의 경우는 전체 조성물의 2.5~7 중량%를 사용하는 것이 바람직한데, 이는 7 중량%를 초과하여 사용하는 경우 포토레지스트의 파손과 측면 식각에 대한 손실이 커지는 문제점을 유발시키며, 2.5중량% 미만으로 사용하는 경우에는 금속산화막을 제대로 형성시키지 못하는 문제점이 발생하기 때문이다.
상기 무기인산염계 또는 무기질산염계 화합물은 식각 속도를 조정하는 역할을 하며, 상기 무기 인산염계 화합물은 하기 화학식 1에서 선택되고, 상기 무기 질산염계 화합물은 하기 화학식 2에서 선택되는 화합물을 사용한다.
[화학식 1]
M1H2PO4, M1 2(HPO4), M1 3PO4, M2(H2PO4)2, M2HPO4 또는 M2 3(PO4)2
[화학식 2]
M1NO3 또는 M2(NO3)2
(상기 식에서 M1은 NH4, Li, Na 또는 K이고, M2는 Ca 또는 Mg이다.)
상기 무기인산염계 또는 무기질산염계 화합물은 Mo 또는 Mo 합금의 식각 속도를 감소시키는 역할을 함으로써 Mo 또는 Mo 합금의 식각 속도를 조절하여 원하는 패턴의 식각을 할 수 있게 하고, 시간에 따른 식각액의 농도 변화를 감소시켜 원하는 균일한 프로파일을 형성하도록 한다. 상기 무기 인산염계 또는 무기 질산염계 화합물은 1 ~ 10 중량%를 사용하는 것이 바람직하며, 10 중량%를 초과하여 사용할 경우 고점도 및 과도한 식각 속도 감소에 따라 식각이 되지 않는 문제가 발생할 수 있고, 1중량% 미만으로 사용할 경우 식각 속도 조절 범위가 작아지는 문제가 발생할 수 있다.
이하, 실시 예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인하여 한정되는 식으로 해석되어서는 안 된다.
[실시예]
본 발명에서 사용된 식각 막 시료는 유리기판(100mm X 100mm)에 Mo, AlNd, Mo/AlNd, Mo/Al/Mo, Mo/AlNd/Mo를 증착한 것으로 증착된 막의 두께는 다음 표1과 같다.
[표 1]
Figure 112005036437316-pat00001
[실시예 1~14]
인산, 질산, 무기인산염계 화합물 또는 무기질산염계 화합물(K2HPO4, KNO3, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4) 및 나머지 물을 표 2에 기재된 전체 조성물의 총 중량에 대한 조성비로 함유하는 식각액을 15kg 제조 후 분사식 식각 장비 내에 넣고 온도는 40±0.5℃로 유지하였다. Mo 단일막과 AlNd 단일막, Mo/AlNd 이중막, Mo/Al/Mo, Mo/AlNd/Mo 삼중막 기판을 사진 현상 공정을 진행하여 식각 시료를 준비한 후 본 실시 예에서 제조한 식각액을 사용하여 스프레이 방식으로 식각 공정을 수행하였다. 각각의 총 식각 시간은 패드부분의 종말점 검출(End Point Detection;EPD)를 기준으로 오버 에치(Over Etch;O/E) 50% 및 100% 또는 30% 및 60%를 주어 실시하였으며, 식각이 종료되면 세정 및 건조 후 전자주사현미경(SEM, HITACHI사 제조, 모델명: S-4700)을 이용하여 식각 프로파일의 측면 식각 손실, 경사각(Taper Angle), 포토레지스트의 파손 및 식각 잔류물 등을 평가하였다. 식각 후 결과를 표 2, 도 1 내지 도 5에 나타내었다.
[표 2]
Figure 112005036437316-pat00002
상기 표 2에서 알 수 있는 것처럼 Mo 단일막과 AlNd 단일막의 경우에는 질산 함량이 5%미만에서 측면 식각에 의한 손실과 경사각에서 우수한 프로파일을 나타냈으며 특히, 초산이 배제됨으로써 포토레지스트의 파손이 없고, 무기인산염계 화합물 또는 무기질산염계 화합물의 조성변화는 식각 속도를 조절하여 원하는 패턴 식각을 할 수 있게 하고, 시간에 따른 식각액의 농도 변화를 감소시켜 균일한 프로파일을 나타내는 우수한 식각 현상을 나타내었다.
[비교예 1~5]
인산, 질산, 초산, 무기인산염계 화합물 또는 무기질산염계 화합물(K2HPO4, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4) 및 나머지 물을 표 3에 기재된 전체 조성물의 총 중량에 대한 조성비로 함유하는 식각액을 15kg 제조 후 이하 실시 예와 동일한 방법으로 평가하여 그 결과를 표 3, 도 6 내지 도 7에 나타내었다. 도 6은 비교예 5에 따른 종래 식각액으로 습식 식각한 후의 Mo/AlNd 이중막의 프로파일을 전자현미경의 측정사진으로 도시한 사진이며, 도7은 비교예 1에 따른 종래 식각액으로 습식 식각한 후의 포토레지스트를 전자현미경의 측정사진으로 도시한 사진으로 포토레지스트 상부에 심한 파손이 발생하였음을 알 수 있다.
[표 3]
Figure 112005036437316-pat00003
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 평판디스플레이 금속전극용 식각액은 Mo, Al, Mo합금 또는 Al합금으로 이루어진 막을 함유한 단일막 및 다층막을 식각하기 위한 새로운 형태의 식각액 조성물에 관한 것으로, 기존의 식각액에서 산화반응 속도를 조절하는 완충제로 사용되던 초산 및 초산염을 배제하고 무기인산염계 화합물 또는 무기질산염계 화합물을 사용함으로써 다양한 종류의 기판을 적당한 식각 속도와 측면 식각에 의한 손실의 최소화와 포토레지스트의 파손이 없는 적당한 경사각을 가지는 균일한 패턴을 만드는 매우 우수한 식각 특성을 갖는 새로운 식각액을 발명하게 됨에 따라 종래의 식각액 사용시 보다 수율 향상, 생산성 향상 및 평판디스플레이의 화질 개선 등을 이룩할 수 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 박막트랜지스터 액정표시장치를 포함한 평판디스플레이의 TFT를 구성하는 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극으로 사용되는 Mo, Al, Mo합금 또는 Al합금으로 이루어진 다층막 및 단일막을 습식 식각하는 식각액에 있어서,
    인산 50 ~ 77 중량%, 질산 2.5 ~ 7 중량%, 하기 화학식 1의 무기 인산염계 화합물 또는 하기 화학식 2의 무기 질산염계 화합물 1 ~ 10 중량%, 및 나머지는 물(H2O)로 구성된 평판디스플레이의 박막트랜지스터 형성을 위한 금속전극용 식각액 조성물.
    [화학식 1]
    M1H2PO4, M1 2(HPO4), M1 3PO4, M2(H2PO4)2, M2HPO4 또는 M2 3(PO4)2
    [화학식 2]
    M1NO3 또는 M2(NO3)2
    (상기 식에서 M1은 NH4, Li, Na 또는 K이고, M2는 Ca 또는 Mg이다.)
  2. 삭제
  3. 삭제
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