KR101346917B1 - 박막트랜지스터의 제조방법, 및 상기 방법에 이용되는식각액 조성물 - Google Patents

박막트랜지스터의 제조방법, 및 상기 방법에 이용되는식각액 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 반도체층, 게이트 절연막, 구리막과 몰리브덴 합금막을 포함하는 게이트 전극, 층간절연막, 및 구리막과 몰리브덴 합금막을 포함하는 소오스/드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터에 있어서, 상기 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극을 조성물의 총 중량에 대해, 무기염 산화제 1 내지 20중량%; 무기산 1 내지 10중량%; 인산염 0.1 내지 5중량%; 질소원자를 포함하는 제 1 첨가제 0.2 내지 4중량%; 질소원자를 포함하는 제 2 첨가제 0.2 내지 4중량%; 플루오르 화합물 0.01 내지 1.0중량%; 및 물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막 식각액 조성물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법 및 상기 제조방법에 이용되는 식각액 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 조성물을 사용하는 경우, 종래에 과산화수소수를 주산화제로 사용하는 조성물과 달리 불안정성 문제가 없으며, 식각 잔사가 발생하지 아니하여 전기적인 쇼트나 배선의 불량, 휘도의 감소 등의 문제가 발생하지 않으며, 게이트 전극 및 게이트 배선, 데이터 전극 및 데이터 배선을 일괄 식각하는 것이 가능하게 되어 공정이 매우 단순화되고 공정수율이 극대화 되는 효과를 얻을 수 있다.
구리막, 몰리브덴막, 박막트랜지스터, 식각액 조성물

Description

박막트랜지스터의 제조방법, 및 상기 방법에 이용되는 식각액 조성물{Fabrication method of thin film transistor, etching solution composition used the method}
본 발명은, 박막트랜지스터의 제조방법 및 상기 제조방법에 이용되는 식각액 조성물에 관한 것이다.
반도체 장치 및 평판표시장치의 제조공정에서 기판 위에 금속 배선을 형성하는 과정은 통상적으로 스퍼터링 등에 의한 금속막 형성공정, 포토레지스트 도포, 노광 및 현상에 의한 선택적인 영역에서의 포토레지스트 형성공정, 및 식각공정에 의한 단계로 구성되고, 개별적인 단위 공정 전후의 세정 공정 등을 포함한다. 이러한 식각공정은 포토레지스트를 마스크로 하여 선택적인 영역에 금속막을 남기는 공정을 의미하며, 통상적으로 플라즈마 등을 이용한 건식식각 또는 식각액 조성물을 이용하는 습식식각이 사용된다.
이러한 반도체 장치 및 평판표시장치에서, 최근 금속배선의 저항이 주요한 관심사로 떠오르고 있다. 저항은 RC 신호지연을 유발하는 주요한 인자이므로, 특히 TFT LCD(thin film transistor liquid crystal display)의 경우 패널크기 증가와 고해상도 실현에 관건이 되고 있기 때문이다. 따라서, TFT LCD의 대형화에 필수적으로 요구되는 RC 신호지연의 감소를 실현하기 위해서는, 저저항의 물질개발이 필수적이며 종래에 주로 사용되었던 크롬(Cr 비저항: 12.7×10-8Ωm), 몰리브데늄(Mo 비저항:5×10-8Ωm), 알루미늄(Al 비저항:2.65 ×10-8Ωm) 및 이들의 합금은 대형 TFT LCD 에 사용되는 게이트 및 데이터 배선 등으로 이용하기 어려운 실정이다.
이와 같은 배경하에서, 새로운 저저항 금속막 중 하나인 구리막에 대한 관심이 높다. 구리막은 알루미늄막이나 크롬막 보다 저항이 현저하게 낮고 환경적으로도 큰 문제가 없는 장점이 있는 것으로 알려지고 있기 때문이다. 그러나, 구리막은 포토레지스트를 도포하고 패터닝하는 공정에서 어려운 점들이 많이 발견되었고, 실리콘 절연막과의 접착력이 나빠지는 문제점이 발견되었다.
한편, 저저항 구리 단일막의 단점을 보완하는 다중 금속막에 대한 연구가 진행되고 있으며, 그 중에서 특히 각광받은 물질이 구리 티타늄막이었다. 이 구리 티타늄 이중막에 대해서는 종래에 알려진 식각액 조성물이 존재하고 새롭게 많은 식각액 조성물이 발표되고 있으나, 티타늄 막의 특수한 화학적 성질로 인하여 플루오르 이온이 존재하지 않으면 식각이 되지않는 단점을 가지고 있다.
종래에 알려진 구리 몰리브덴막용 식각액 조성물에 대한 기술인 대한민국 공개 특허 제2004-0051502호는 과산화수소수, 무기산, 인산염 (phosphate), 질소(N)를 포함하는 첨가제 두 종류, 플루오르 화합물 및 탈이온수를 포함하는 식각 액 조성물을 개시하고 있으며, 이 식각액 조성물은 구리와 몰리브데늄막을 동시에 식각하면서도 식각 속도 제어가 쉽고, 테이퍼 프로파일이 양호하며, 패턴의 직선성이 좋고, 시디 로스(CD Loss)가 적으며, 많은 수의 기판을 식각하여도 식각 특성이 변하지 않고, 특히 구리막 식각에 초점을 맞추어 pH를 2 내지 4 정도로 유지하면서 몰리브덴막의 잔사가 남지 않는 특성을 가지고 있기 때문에 산업현장에서 유용하게 사용되고 있다.
그러나, 상기의 식각액 조성물은 주산화제로서 과산화수소수를 사용하고 있기 때문에 과산화수소수의 불안정성이라는 단점을 보유하고 있다. 이에 본 출원인은 구리막과 몰리브덴막을 효과적으로 일괄 식각할 수 있는 식각액 조성물 및 이를 이용한 박막트랜지스터의 제조방법을 개발하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명의 목적은, 구리-몰리브덴막인 게이트 전극, 소오스/드레인 전극을 제조할 때, 식각잔사가 발생하지 않고, 전기적인 쇼트나 배선의 불량이 발생하지 않는 박막트랜지스터의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 구리-몰리브덴막인 게이트 전극, 소오스/드레인 전극을 포함하는 평판표시장치가 식각잔사가 발생하지 않고, 전기적인 쇼트나 배선의 불량이 발생하지 않고, 고휘도를 구현할 수 있으며, 공정이 매우 단순화되고 공정 수율이 극대화되는 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 구리막과 몰리브덴막을 식각 잔사 없이 일괄 식각할 수 있는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 반도체층, 게이트 절연막, 구리막과 몰리브덴 합금막을 포함하는 게이트 전극, 층간절연막, 및 구리막과 몰리브덴 합금막을 포함하는 소오스/드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터에 있어서, 상기 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극을 조성물의 총 중량에 대해, 무기염 산화제 1 내지 20중량%; 무기산 1 내지 10중량%; 인산염 0.1 내지 5중량%; 질소원자를 포함하는 제 1 첨가제 0.2 내지 4중량%; 질소원자를 포함하는 제 2 첨가제 0.2 내지 4중량%; 플루오르 화합물 0.01 내지 1.0중량%; 및 물 잔량을 포함하는 것을 특 징으로 하는 구리-몰리브덴막의 식각액 조성물을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 조성물의 총 중량에 대해, 무기염 산화제 1 내지 20중량%; 무기산 1 내지 10중량%; 인산염 0.1 내지 5중량%; 질소원자를 포함하는 제 1 첨가제 0.2 내지 4중량%; 질소원자를 포함하는 제 2 첨가제 0.2 내지 4중량%; 플루오르 화합물 0.01 내지 1.0중량%; 및 물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막의 식각액 조성물을 제공한다.
본 발명의 구리막 식각액 조성물을 사용하는 경우, 종래에 과산화수소수를 주산화제로 사용하는 조성물과 달리 불안정성 문제가 없고, 식각 잔사가 발생하지 아니하여 전기적인 쇼트나 배선의 불량, 휘도 감소 등의 문제가 발생하지 않으며, 게이트 전극 및 게이트 배선, 데이터 전극 및 데이터 배선을 일괄 식각하는 것이 가능하게 되어 공정이 매우 단순화되고 공정 수율이 극대화 되는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.
Ⅰ. 박막트랜지스터의 제조방법
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예를 따른 박막트랜지스터의 제조방법을 설명한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 유리, 스테인레스 스틸 또는 플라스틱 등으로 구성된 기판(100) 상에 버퍼층(105)을 형성한다.
상기 버퍼층(105)은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 또는 이들의 다중층으로 형성할 수 있다. 상기 버퍼층(105)은 하부 기판에서 발생하는 수분 또는 불순물의 확산을 방지하는 역할을 한다. 또한 상기 버퍼층(105)은 결정화 시 열의 전달 속도를 조절함으로써 후공정에서 형성될 반도체층(110)의 결정화가 잘 이루어질 수 있도록 하는 역할을 한다.
이어서, 상기 버퍼층(105) 상에 비정질 실리콘층을 형성하고 패터닝하거나, 비정질 실리콘층을 결정화하여 결정질 실리콘층을 형성하고 패터닝하여 반도체층(110)을 형성한다.
상기 비정질 실리콘은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition) 또는 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition)을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 비정질 실리콘을 형성할 때, 또는 형성한 후에 탈수소 처리하여 수소의 농도를 낮추는 공정을 진행할 수 있다.
상기 결정질 실리콘층은, 비정질 실리콘층을 상기 버퍼층(105) 상에 형성한 후, 상기 비정질 실리콘층을 결정화하여 형성한다. 상기 결정질 실리콘층은 다결정 또는 단결정 실리콘층이다. 결정화 방법으로는 RTA(Rapid Thermal Annealing) 공정, SPC법(Solid Phase Crystallization), MIC법(Metal Induced Crystallization), MILC법(Metal Induced Lateral Crystallization), SGS법(Super Grain Silicon), ELA법(Excimer Laser Crystallization) 또는 SLS법(Sequential Lateral Solidification) 중 어느 하나 이상을 이용할 수 있다.
이어서, 상기 반도체층(110)을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 또는 이들의 다중층인 게이트 절연막(115)을 형성한다. 상기 게이트 절연막(115) 상에 구리막 또는 몰리브덴 합금막으로 제 1 금속막(120a)을 형성하고, 상기 제 1 금속막(120a) 상에 몰리브덴 합금막 또는 구리막으로 제 2 금속막(120b)을 형성한다. 상기 제 2 금속막(120b) 상의 게이트 전극 예정영역과, 게이트 배선 예정영역(미도시) 또는 스캔배선 예정영역(미도시)에 포토레지스트 패턴(200)을 형성한다.
이때, 상기 제 1 금속막(120a)과 상기 제 2 금속막(120b)은 서로 다른 금속막인 것이 바람직하고, 도면에 도시되지 않았지만 상기 제 2 금속막(120b) 상에 제 3 금속막을 더 포함할 수 있다. 상기 제 3 금속막은 구리막 또는 몰리브덴 합금막이지만, 제 2 금속막(120b)과 서로 다르다. 상기 몰리브덴 합금막은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 네오디늄(Nd) 및 인듐(In) 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 제 1 및 제 2 금속막(120a, 120b)을 식각액 조성물로 식각하여 게이트 전극(120), 게이트배선(미도시) 또는 스캔배선(미도시)을 형성한다.
여기서, 상기 식각액 조성물은 조성물의 총 중량에 대해, 무기염 산화제 1 내지 20중량%; 무기산 1 내지 10중량%; 인산염 0.1 내지 5중량%; 질소원자를 포함하는 제 1 첨가제 0.2 내지 4중량%; 질소원자를 포함하는 제 2 첨가제 0.2 내지 4중량%; 플루오르 화합물 0.01 내지 1.0중량%; 및 물 잔량을 포함한다.
상기 무기염 산화제는 FeCl3, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3, NH4Fe(SO4)2, Fe(ClO4)3, FePO4, Fe(NH4)3(C2O4)3, CuCl2, Cu(NO3 )2, CuSO4, Al(NO3)3, 및 Al2(SO4)3으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 무기산은 질산(HNO3), 황산(H2SO4)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 인산염은 인산에서 수소가 알칼리 금속 혹은 알칼리 토금속으로 한 개 내지 세 개가 치환된 염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 인산염으로는 인산이수소나트륨(sodium dihydrogenphosphate), 또는 인산이수소칼륨(potassium dihydrogen phosphate) 등을 들 수 있다.
상기 제 1 첨가제는 수용성 시클릭 아민 화합물(cyclic amine compound)인 것이 바람직하다. 상기 수용성 시클릭 아민 화합물로는 아미노테트라졸(aminotetrazole), 이미다졸(imidazole), 인돌(indole), 푸린(purine), 피라졸(pyrazole), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 피롤(pyrrole), 피롤리딘(pyrrolidine) 및 피롤린 (pyrroline)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2 종 이상을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 첨가제는 한 분자 내에 아미노기 및 카르복실산기를 가지고 있는 수용성 화합물인 것이 바람직하다. 상기 수용성 화합물로는 알라닌(alanine), 아미노부티르산(aminobutyric acid), 글루탐산(glutamic acid), 글리신(glycine), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid) 및 사르코신(sarcosine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 플루오르 화합물은 불화암모늄(ammoniumfluoride), 불화나트륨(sodium fluoride), 불화칼륨(potassium fluoride), 중불화암모늄(ammonium bifluoride), 중불화나트륨(sodium bifluoride), 및 중불화칼륨(potassium bifluoride) 내에서 플루오르이온 또는 다원자 플루오르이온으로 해리될 수 있는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 물은 탈이온수인 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 상기 게이트 전극(120)을 포함하는 기판 전면에 걸쳐 실리콘 질화막, 실리콘 산화막 또는 이들의 다중층인 층간절연막(125)을 형성한다. 상기 층간절연막(125)을 식각하여 상기 반도체층(110)을 노출시키는 콘택홀(125a)을 형성한다. 상기 콘택홀(125a)을 통하여 상기 반도체층(110)과 연결되도록 구리막 또는 몰리브덴 합금막으로 제 4 금속막(130a)을 형성하고, 상기 제 4 금속막(130a) 상에 몰리브덴 합금막 또는 구리막으로 제 5 금속막(130b)을 형성한다. 상기 제 5 금속막(130b) 상의 소오스/드레인 전극 예정영역에 포토레지스트 패턴(200)을 형성한다.
이때, 상기 제 4 금속막(130a)과 상기 제 5 금속막(130b)은 서로 다른 금속막인 것이 바람직하고, 도면에 도시되지 않았지만 상기 제 5 금속막(130b) 상에 제 6 금속막을 더 포함할 수 있다. 상기 제 6 금속막은 구리막 또는 몰리브덴 합금막이지만, 제 5 금속막(130b)과 서로 다르다. 상기 몰리브덴 합금막은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 네오디늄(Nd) 및 인듐(In) 중에서 선택된 어느 하나를 포함한다.
도 1d를 참조하면, 상기 제 4 및 제 5 금속막(130a, 130b)을 상기 식각액 조성물로 식각하여 소오스/드레인 전극(130)을 형성하고, 이로써 박막트랜지스터를 완성한다.
본 명세서에서는 탑게이트 박막트랜지스터의 제조방법을 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 바텀 게이트 박막트랜지스터의 제조방법도 해당된다. 또한, 본 발명의 박막트랜지스터의 제조방법은 액정표시장치, 유기전계발광표시장치 등의 평판표시장치의 제조방법에 사용될 수 있다.
Ⅱ. 식각액 조성물
본 발명에 따른 식각액 조성물은 무기염 산화제 1.0 내지 20.0중량%, 무기산 1.0 내지 10.0중량%, 인산염 0.1 내지 5.0중량%, 질소원자를 포함하는 제 1 첨가제 0.2 내지 4.0중량%, 질소원자를 포함하는 제 2 첨가제 0.2 내지 4.0중량%, 플 루오르 화합물 0.01 내지 1.0중량% 및 물 잔량을 포함한다.
상기 무기염 산화제는 구리막을 식각하는 주성분이며, 반도체 공정용의 순도를 가져 금속 불순물이 ppb 수준 이하 인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 무기염 산화제의 종류는 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 가능하며, 바람직하게는 FeCl3, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3, NH4Fe(SO4)2, Fe(ClO4)3, FePO4, Fe(NH4)3(C2O4)3, CuCl2, Cu(NO3 )2, CuSO4, Al(NO3)3, 및 Al2(SO4)3로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 무기염 산화제는 조성물 충 중량에 대하여, 1 내지 20 중량%로 포함된다. 상술한 범위로 포함되면, 적당한 식각속도를 가져 공정마진을 향상시키며, 공정제어가 용이한 이점이 있다.
상기 무기산은 구리층을 식각하는 주성분이다. 상기 무기산으로는 질산 또는 황산을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 무기산은 조성물 총 중량에 대하여, 1 내지 10 중량%로 포함된다. 상술한 범위로 포함되면, 구리막과 몰리브덴막의 일괄 식각이 가능하며, 식각속도 제어가 용이하여 사이드 에칭을 최소화할 수 있어 공정 적용이 용이한 이점이 있다.
상기 인산염을 포함하는 화합물은, 테이퍼 프로파일을 양호하게 만들어주는 성분이다. 상기 인산염의 역할은 몰리브덴과 구리 사이의 전기 효과를 줄여주어 몰리브덴 막이 구리 막 하부로 심하게 파고 들어가는 언더컷(undercut) 현상을 막아주는 것이다.
상기 인산염은 인산에서 수소가 알칼리 금속 혹은 알칼리 토금속으로 한개 내지 세개 치환된 염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다. 상기 인산염으로는 인산이수소나트륨(sodium dihydrogen phosphate), 인산이수소칼륨(potassium dihydrogen phosphate) 등이 있다.
상기 인산염은 조성물 총 중량에 대하여, 0.1 내지 5 중량%로 포함된다. 상술한 범위로 포함되면, 몰리브덴막 상에 구리막이 위치하는 경우에 몰리브덴막의 과식각을 방지하여, 패턴이 기판과 분리되는 현상을 방지할 수 있다. 또한 몰리브덴막의 식각 속도를 일정하게 유지하는 이점이 있다.
상기 질소원자를 포함하는 제 1 첨가제는 수용성 시클릭 아민 화합물로서, 구리 몰리브덴합금의 식각 속도를 조절하며 패턴의 시디로스(CD Loss)를 줄여주어 공정상의 마진을 높이는 역할을 한다. 상기 제 1 첨가제의 역할은 매우 중요하여 만약 본 발명에 따른 식각액 조성물에 첨가되지 않으면, 식각 속도의 조절도 어려울 뿐만 아니라 원하는 패턴의 폭을 얻을 수 없어 불량이 발생할 확률이 크고 공정 마진이 적어 양산시 문제점이 생길 소지가 다분하다.
상기 제 1 첨가제로는 다양한 종류가 가능하며, 그 중에서 수용성 시클릭 아민 화합물(cyclic amine compound)을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 수용성 시클릭 아민 화합물로 아미노테트라졸(aminotetrazole), 이미다졸(imidazole), 인돌(indole), 푸린(purine), 피라졸(pyrazole), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 피롤(pyrrole), 피롤리딘(pyrrolidine) 및 피롤린(pyrroline)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 1 첨가제는 조성물 총 중량에 대하여, 0.2 내지 4중량%로 포함된다. 상술한 범위로 포함되면, 구리막에 대해 적절한 식각속도를 구현할 수 있는 이점이 있다.
상기 질소원자를 포함하는 제 2 첨가제는 한 분자 내에 아미노기와 카르복실산기를 가지고 있는 수용성 화합물이다. 상기 제 2 첨가제는 구리막 식각 시에 필연적으로 발생하는 구리 이온들을 킬레이션(chelation) 반응을 통해 비활성화 시킴으로써 이온들에 의해 발생할 수 있는 추가적인 반응들을 막아주어 많은 수의 기판을 식각하여도 식각 특성이 변하지 않는 장점을 제공한다. 상기 제 2 첨가제의 역할 또한 중요하며, 특히 구리층의 경우 식각액 조성물 내에 구리 이온이 다량 잔존할 경우에 패시베이션(passivation)막을 형성하여 까맣게 산화된 후 더 이상 식각되지 않는 경우가 많이 발생할 수 있으나 이 화합물을 첨가하였을 경우 이런 현상을 막을 수 있다.
상기 제 2 첨가제로는 다양한 종류가 사용 가능하며, 알라닌(alanine), 아미노부티르산(aminobutyric acid), 글루탐산(glutamic acid), 글리신(glycine), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid) 및 사르코신(sarcosine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제 2 첨가제는 조성물 총 중량에 대하여, 0.2 내지 4중량%로 포함된다. 상술한 범위로 포함되면, 구리막에 대해 적절한 식각속도를 구현할 수 있고, 식각 균일성이 우수한 이점이 있다.
상기 플루오르 화합물은 본 발명에서 가장 중요한 성분으로 구리막과 몰리브덴 막을 동시에 식각하는 용액에서 필연적으로 발생하게 되는 잔사를 제거하여 주는 역할을 한다. 특별히 한정되지 않고 다양한 종류가 사용 가능하며, 불화암모늄(ammonium fluoride), 불화나트륨(sodium fluoride), 불화칼륨(potassium fluoride) 등과 이들의 중불화 화합물 즉, 중불화암모늄(ammonium bifluoride), 중불화나트륨(sodium bifluoride), 중불화칼륨(potassium bifluoride)에서 플루오르 이온 혹은 다원자 플루오르 이온으로 해리될 수 있는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 바람직하게 사용된다.
상기 플루오르 화합물은 조성물 총 중량에 대하여, 0.01 내지 1.0 중량%로 포함된다, 상술한 범위로 포함되면, 몰리브덴막에 대한 식각잔사가 발생하지 않으며, 유리 기판 및 페시베이션막의 어택을 방지하는 이점이 있다.
구리는 일반적으로 낮은 pH(2 내지 4) 에서 가장 식각이 잘 되는 것으로 알려져 있는 반면에 몰리브덴은 약산이나 거의 중성에 가까운 pH(5 내지 7)에서 식각이 가장 원활하게 일어난다고 밝혀져 있다. 즉, 구리막과 몰리브덴막을 포함하는 이중막을 동시에 식각하기 위해서는 필연적으로 구리막 혹은 몰리브덴막 중 하나에 초점을 맞추어야 한다. 이때 두께가 두꺼운 막에 초점을 맞추게 되는데, 일반적으로는 구리막의 두께가 훨씬 두껍게 되므로 pH는 낮은 상태를 갖게 된다. 2 내지 4 정도의 pH를 가지는 식각액 조성물은 구리막을 원활하게 식각하면서 비록 식각속도가 느리긴 하지만 몰리브덴 막의 식각도 어느 정도 가능하다. 하지만, 몰리브덴막 특유의 특성으로 인하여 필연적으로 작은 입자 형태의 잔사(Residue)를 발생시키게 된다. 이렇게 잔사가 발생하여 유리기판 혹은 하부막에 남게 되면 전기적으로 쇼트가 일어나거나 휘도를 떨어뜨리는 주요 원인이 된다. 잔사를 제거하기 위해 필수적으로 식각액 조성물에 첨가되어야 하는 것이 바로 플루오르 화합물이다. 상기 플루오르 화합물은 유리 기판이나 실리콘 막을 식각하는 단점이 있지만 매우 적은 농도로 포함된다면 식각을 막을 수 있다. 본 발명에서 제시하는 0.01~1.0 중량%는 유리 기판이나 실리콘 막의 식각이 일어나지 않는 농도 범위이며, 이 정도의 농도로도 몰리브덴막의 잔사는 충분히 제거할 수 있게 된다.
본 발명의 식각액 조성물은 필요에 따라 통상적인 다른 첨가제를 더 첨가할 수도 있다. 첨가될 수 있는 다른 첨가제의 예로서, 특별히 한정되지는 않지만, 일반적으로 계면 활성제, 금속이온 봉쇄제 및 부식 방지제 등을 사용할 수 있다.
상기 계면 활성제는 표면장력을 저하시켜 식각의 균일성을 증가시키기 위해 첨가될 수 있으며, 이러한 계면활성제로서 식각액 조성물에 견딜 수 있고 상용성이 있는 형태의 계면활성제가 바람직하다. 예컨대 임의의 음이온성, 양이온성, 양쪽 이온성 또는 비이온성 계면 활성제 등을 들 수 있다. 또한, 바람직하게는, 계면활성제로서 불소계 계면활성제를 첨가할 수 있다.
상기 물은 특별히 한정되는 것은 아니나, 탈이온수가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 물의 비저항 값(즉, 물속에 이온이 제거된 정도)이 18㏁/㎝이상인 탈이온수를 사용하는 것이다.
상기 무기염 산화제, 무기산, 인산염, 질소원자를 포함하는 제 1 첨가제, 질소원자를 포함하는 제 2 첨가제, 플루오르를 포함하는 화합물은 통상적으로 공지 된 방법에 의해서 제조 가능하고, 반도체 공정용의 순도를 가지는 것이 바람직하다.
본 명세서 내에서, 구리-몰리브덴 합금막이라 함은 구리를 하부막으로 하고 몰리브덴합금을 상부막으로 하는 몰리브덴 합금 구리막과, 몰리브덴 합금을 하부막으로 하고 구리를 상부막으로 하는 구리 몰리브덴 합금막을 포함한다. 또한 예를 들어 몰리브덴 합금, 구리, 몰리브덴 합금을 교대로 적층하는 3중 금속막 이상의 다중 금속막의 경우도 포함된다. 따라서, 구리-몰리브덴 합금막은 구리막과 몰리브덴 합금막을 교대로 배치한 복수개 이상의 다중막을 의미한다. 이러한 구리-몰리브덴 합금막은 구리 몰리브덴합금막의 하부에 배치되는 막이나 상부에 배치되는 막의 물질 또는 접합성(adhesion) 등을 복합적으로 고려하여 다중막의 구조를 결정할 수 있다. 또한, 구리막과 몰리브덴 합금막은 각각 서로의 두께가 한정되지 않고, 다양한 조합이 가능하다. 그리고, 몰리브덴 합금막은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 네오디늄(Nd) 및 인듐(In) 중 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예1 내지 실시예6을 구체적으로 설명하기로 한다.
실시예 1 내지 실시예 6: 식각액 조성물의 제조
표 1에 제시된 FeCl3, 질산, 인산이수소칼륨, 아미노테트라졸, 이미노디아세트산, 중불화암모늄, 탈이온수를 제시된 조성비로 식각액 조성물을 제조하였다.
FeCl3
(중량%)		 질산
(중량%)		 인산이수소칼륨
(중량%)		 아미노테트라졸
(중량%)		 이미노디아세트산
(중량%)		 중불화암모늄
(중량%)		 틸이온수
(중량%)
실시예 1 3 2 0.5 0.5 0.5 0.1 잔량
실시예 2 3 5 0.5 0.5 0.5 0.1 잔량
실시예 3 3 2 1 1 1 0.1 잔량
실시예 4 3 5 1 1 1 0.1 잔량
실시예 5 5 2 0.5 0.5 0.5 0.1 잔량
실시예 6 5 5 0.5 0.5 0.5 0.1 잔량
시험예1 : 식각특성 평가
본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 6의 식각액 조성물로 식각공정을 수행하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 식각공정 시 식각액 조성물의 온도는 약 30℃ 내외로 진행하였다.
식각특성
Cu/Mo 이중막
실시예 1 양호
실시예 2 양호
실시예 3 양호
실시예 4 양호
실시에 5 양호
실시예 6 양호
평가결과 식각특성은 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 모두에서 잔사가 없고, 테이퍼각(taper angle)이나 사이드에치(side etch)가 적정수준으로 나왔다.
도 5 및 도 6은 실시예 1에 따른 식각액 조성물으로 식각한 Cu/Mo막의 식각 프로파일을 나타내고 있으며, 도 7는 실시예 1에 따른 식각액 조성물으로 Cu/Mo막을 식각 한 후 식각 잔사가 남지 않는 결과를 나타내었다.
도 5 내지 도 7은 이러한 공정에 의하여 식각된 Cu/Mo막의 프로파일을 단면 SEM (Hitachi사 제품, 모델명 S-4700)을 사용하여 검사한 사진이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, Cu/Mo막의 우수한 테이퍼 프로파일과 패턴의 직선성을 나타내 주고 있다. 특히, 도 7을 통해서 식각 후 잔사가 전혀 남지 않음을 확인할 수 있다.
도 1 내지 도 4는 박막트랜지스터의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 식각액 조성물을 이용하여 구리막을 식각한 후, 전체적인 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진이고,
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 식각액 조성물을 이용하여 구리막을 식각한 후, 식각 잔사가 남지 않음을 나타내기 위해 구리 배선 주변 표면을 관찰한 전자주사현미경 사진이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 기판 105: 버퍼층
110: 반도체층 115: 게이트 절연막
120a: 제 1 금속막 120b: 제 2 금속막
120: 게이트 전극 125: 층간절연막
125a: 콘택홀 130a: 제 4 금속막
130b: 제 5 금속막 130: 소오스/드레인 전극
200: 포토레지스트 패턴

Claims (26)

  1. 반도체층, 게이트 절연막, 구리막과 몰리브덴막을 포함하는 게이트 전극, 층간절연막, 및 구리막과 몰리브덴막을 포함하는 소오스/드레인 전극을 포함하는 박막트랜지스터에 있어서,
    상기 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극을
    조성물의 총 중량에 대해,
    무기염 산화제 1 내지 20중량%;
    무기산 1 내지 10중량%;
    인산염 0.1 내지 5중량%;
    질소원자를 포함하는 제 1 첨가제 0.2 내지 4중량%;
    질소원자를 포함하는 제 2 첨가제 0.2 내지 4중량%;
    플루오르 화합물 0.01 내지 1.0중량%; 및
    물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막의 식각액 조성물을 이용하여 형성하는 것
    을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기염 산화제는 FeCl3, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3, NH4Fe(SO4)2, Fe(ClO4)3, FePO4, Fe(NH4)3(C2O4)3, CuCl2, Cu(NO3 )2, CuSO4, Al(NO3)3, 및 Al2(SO4)3으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 무기산은 질산(HNO3), 황산(H2SO4)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 인산염은 인산에서 수소가 알칼리 금속 혹은 알칼리 토금속으로 한 개 내지 세 개가 치환된 염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 인산염은 인산이수소나트륨(sodium dihydrogenphosphate), 또는 인산 이수소칼륨(potassium dihydrogen phosphate)인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 첨가제는 수용성 시클릭 아민 화합물(cyclic amine compound) 인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 첨가제는 아미노테트라졸(aminotetrazole), 이미다졸(imidazole), 인돌(indole), 푸린(purine), 피라졸(pyrazole), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 피롤(pyrrole), 피롤리딘(pyrrolidine) 및 피롤린(pyrroline)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 첨가제는 한 분자 내에 아미노기 및 카르복실산기를 가지고 있는 수용성 화합물인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 2 첨가제는 알라닌(alanine), 아미노부티르산(aminobutyric acid), 글루탐산(glutamic acid), 글리신(glycine), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid) 및 사르코신(sarcosine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 플루오르 화합물은 불화암모늄(ammoniumfluoride), 불화나트륨(sodium fluoride), 불화칼륨(potassium fluoride), 중불화암모늄(ammonium bifluoride), 중불화나트륨(sodium bifluoride), 및 중불화칼륨(potassium bifluoride) 내에서 플루오르이온 또는 다원자 플루오르이온으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 물은 탈이온수인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 게이트 전극 및 소오스/드레인 전극을 형성하는 단계는,
    기판 상에 구리막 또는 몰리브덴 합금막인 제 1 금속막을 형성하는 단계;
    상기 제 1 금속막 상에 상기 제 1 금속막과 서로 다르고 구리막 또는 몰리브덴막인 제 2 금속막을 형성하는 단계;
    상기 제 2 금속막 상에 선택적으로 포토레지스트를 형성하는 단계; 및
    상기 식각액 조성물을 사용하여 상기 제 1 및 제 2 금속막을 일괄 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제 2 금속막 상에 상기 제 2 금속막과 서로 다르고, 구리막 또는 몰리브덴막인 제 3 금속막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 박막트랜지스터의 제조방법은 평판표시장치의 제조방법에 이용되는 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 평판표시장치는 액정표시장치 또는 유기전계발광소자인 것을 특징으로 하는 박막트랜지스터의 제조방법.
  16. 조성물의 총 중량에 대해,
    무기염 산화제 1 내지 20중량%;
    무기산 1 내지 10중량%;
    인산염 0.1 내지 5중량%;
    질소원자를 포함하는 제 1 첨가제 0.2 내지 4중량%;
    질소원자를 포함하는 제 2 첨가제 0.2 내지 4중량%;
    플루오르 화합물 0.01 내지 1.0중량%; 및
    물 잔량을 포함하는 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막의 식각액 조성물.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 무기염 산화제는 FeCl3, Fe(NO3)3, Fe2(SO4)3, NH4Fe(SO4)2, Fe(ClO4)3, FePO4, Fe(NH4)3(C2O4)3, CuCl2, Cu(NO3 )2, CuSO4, Al(NO3)3, 및 Al2(SO4)3으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막의 식각액 조성물.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 무기산은 질산(HNO3), 황산(H2SO4)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막 식각액 조성물.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 인산염은 인산에서 수소가 알칼리 금속 혹은 알칼리 토금속으로 한 개 내지 세 개가 치환된 염으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막의 식각액 조성물.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 인산염은 인산이수소나트륨(sodium dihydrogenphosphate), 또는 인산 이수소칼륨(potassium dihydrogen phosphate)인 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막의 식각액 조성물.
  21. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 1 첨가제는 수용성 시클릭 아민 화합물(cyclic amine compound) 인 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막의 식각액 조성물.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 제 1 첨가제는 아미노테트라졸(aminotetrazole), 이미다졸(imidazole), 인돌(indole), 푸린(purine), 피라졸(pyrazole), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 피롤(pyrrole), 피롤리딘(pyrrolidine) 및 피롤린(pyrroline)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막 식각액 조성물.
  23. 청구항 16에 있어서,
    상기 제 2 첨가제는 한 분자 내에 아미노기 및 카르복실산기를 가지고 있는 수용성 화합물인 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막 식각액 조성물.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 제 2 첨가제는 알라닌(alanine), 아미노부티르산(aminobutyric acid), 글루탐산(glutamic acid), 글리신(glycine), 이미노디아세트산(iminodiacetic acid), 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid) 및 사르코신(sarcosine)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막의 식각액 조성물.
  25. 청구항 16에 있어서,
    상기 플루오르 화합물은 불화암모늄(ammoniumfluoride), 불화나트륨(sodium fluoride), 불화칼륨(potassium fluoride), 중불화암모늄(ammonium bifluoride), 중불화나트륨(sodium bifluoride), 및 중불화칼륨(potassium bifluoride) 내에서 플루오르이온 또는 다원자 플루오르이온으로 해리될 수 있는 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막의 식각액 조성물.
  26. 청구항 16에 있어서,
    상기 물은 탈이온수인 것을 특징으로 하는 구리-몰리브덴막 식각액 조성물.
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