KR20100104360A - Etchant composition for thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막트랜지스터용 식각액 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박막트랜지스터의 제조공정에 이용되는 식각액 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an etching liquid composition for a thin film transistor, and more particularly to an etching liquid composition used in the manufacturing process of the thin film transistor.
박막트랜지스터(thin folm transistor)는 액정표시장치(liquid crystal display) 또는 유기발광표시장치(organic light emitting display) 등과 같은 평판표시장치에서 스위칭 소자로서 사용된다. 상기 박막트랜지스터의 성능을 판단하는 요소인 전하의 이동도(mobility) 및 누설전류 등은 활성층의 재질 및 상태에 의존한다.The thin folm transistor is used as a switching element in a flat panel display such as a liquid crystal display or an organic light emitting display. The mobility of the charge, the leakage current, and the like, which determine the performance of the thin film transistor, depend on the material and state of the active layer.
기존의 액정표시장치에서 박막트랜지스터의 활성층으로는 비정질 실리콘막이 주로 사용된다. 비정질 실리콘에서 전하 이동도는 0.5㎠/Vs 정도로 매우 낮기 때문에 액정표시장치의 구동 속도를 증가시키기 어렵다. 또한, 상기 비정질 실리콘은 건식 식각에 의하여 식각되므로 고가의 장비와 공정상의 어려움이 수반된다.In an existing liquid crystal display device, an amorphous silicon film is mainly used as an active layer of a thin film transistor. Since the charge mobility in amorphous silicon is very low, such as 0.5 cm 2 / Vs, it is difficult to increase the driving speed of the liquid crystal display. In addition, since the amorphous silicon is etched by dry etching, expensive equipment and process difficulties are involved.
따라서, 비정질 실리콘에 비하여 높은 전하이동도를 가지며 습식 식각으로 용이하게 식각할 수 있으면서도 상기 박막트랜지스터의 활성층으로 사용될 수 있는 물질에 대한 연구가 시도되고 있다.Therefore, studies have been made on a material having a higher charge mobility than amorphous silicon, which can be easily etched by wet etching, and which can be used as an active layer of the thin film transistor.
이러한 물질로서 인듐-갈륨-아연-산화물(In-Ga-Zn-O, IGZO)이 사용될 수 있다. 그러나, 상기 IGZO막은 비정질 실리콘에 비하여 식각이 상대적으로 어렵다.Indium-gallium-zinc-oxide (In-Ga-Zn-O, IGZO) may be used as such a material. However, the IGZO film is relatively hard to etch compared to amorphous silicon.
상기 IGZO막에 적용될 수 있는 식각액으로서, 종래의 ITO, IZO 등의 투명 도전성 산화막의 식각에 사용되는 왕수계 식각액, 옥살산계 식각액 등이 고려될 수 있다.As an etchant that can be applied to the IGZO film, aqua regia etchant, oxalic acid etchant used for etching conventional transparent conductive oxide films such as ITO, IZO and the like may be considered.
그러나, 상기 염산/초산 혼합 수용액과 같은 왕수계 식각액은 식각 속도가 빠르고 안정되지만, 하부막을 손상시킬 수 있으며, 상기 식각액에서 염산 또는 질산이 휘발하여 흄(fume)이 발생함에 의하여 식각액 조성물의 조성 변동이 심하고 작업환경이 오염될 수 있다.However, an aqueous hydrophobic etchant such as the hydrochloric acid / acetic acid mixed aqueous solution has a fast and stable etching rate, but may damage the lower layer. This can be severe and pollute the working environment.
또한, 상기 옥살산계 식각액은 식각 특성이 안정되고 경시 변화도 없으나, 저온에서 용해도가 낮으므로 식각 과정에서 잔사가 발생하기 쉽다. 따라서, 식각 후 장치 내벽에 옥살산 결정과 같은 잔류물이 발생하기 쉽다.In addition, the oxalic acid-based etching solution has stable etching characteristics and no change over time, but low solubility at low temperatures is likely to cause residue during etching. Therefore, residues such as oxalic acid crystals are likely to occur on the inner wall of the apparatus after etching.
따라서, 상기 종래의 식각액들이 가지는 문제를 극복하고 IGZO막을 습식 식각하는데 적합한 식각액 조성물이 요구된다.Accordingly, there is a need for an etchant composition suitable for wet etching an IGZO film and overcoming the problems of the conventional etchant.
본 발명의 한 측면은 새로운 조성을 가지는 식각액 조성물을 제공하는 것이다.One aspect of the present invention is to provide an etchant composition having a new composition.
본 발명의 한 측면에 따라According to one aspect of the invention
인산 5 내지 70중량%;5-70% by weight phosphoric acid;
질산 0.3 내지 10중량%;0.3 to 10 weight percent nitric acid;
아세트산 1 내지 30 중량%;Acetic acid 1-30 wt%;
아세트산염 화합물 또는 이미노디아세트산 0.1 내지 4 중량%; 및0.1-4% by weight of an acetate compound or iminodiacetic acid; And
그 나머지로서 초순수;를 포함하는 식각액 조성물을 제공한다.It provides an etchant composition comprising the rest; ultrapure water.
본 발명의 한 측면에 따른 식각액 조성물은 IGZO 막에 대하여 우수한 테이퍼 식각 프로파일을 얻을 수 있으며, 조성이 안정적이며, 식각 과정에서 잔사가 발생하지 않는다.The etchant composition according to one aspect of the present invention can obtain an excellent tapered etching profile for the IGZO film, the composition is stable, and no residue occurs in the etching process.
이하에서 본 발명의 일 구현예에 따른 식각액 조성물에 관하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter will be described in more detail with respect to the etching liquid composition according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일구현예에 따른 식각액 조성물은 인산 5 내지 70중량%; 질산 0.3 내지 10중량%; 아세트산 1 내지 30 중량%; 아세트산염 화합물 또는 이미노디아세트산 0.1 내지 4 중량%; 및 그 나머지로서 초순수;를 포함한다. 상기 식각액 조성물은 특히 IGZO와 같은 투명 전도성 산화막의 식각에 적합하다. 예를 들어, 상기 식각액 조성물에서 초순수의 함량은 28.6 내지 93.6중량%일 수 있다.Etching liquid composition according to an embodiment of the present invention 5 to 70% by weight phosphoric acid; 0.3 to 10 weight percent nitric acid; Acetic acid 1-30 wt%; 0.1-4% by weight of an acetate compound or iminodiacetic acid; And ultrapure water as the rest. The etchant composition is particularly suitable for etching transparent conductive oxide films such as IGZO. For example, the content of ultrapure water in the etchant composition may be 28.6 to 93.6% by weight.
상기 조성물에서 질산은 투명 전도성 산화막, 즉 IGZO 막,을 산화시키는 역할을 한다. 상기 식각액에서 질산의 함량은 전체 식각액 중량 대비 0.3 내지 10 중량% 범위가 바람직하며, 0.5 내지 10 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 질산 함량이 0.3중량% 미만이면 식각액의 산화력이 저하되어 불균일한 식각 프로파일이 얻어지고 식각액의 수명이 감소된다. 상기 질산 함량이 10 중량% 초과이면 식각 속도가 지나치게 증가하여 불균일한 식각 프로파일이 얻어질 수 있다. 또한, 질산이 휘발하여 발생하는 흄(fume)에 의하여 작업 환경을 오염시킬 수 있으며, 박막트랜지스터 제조공정에서 전극 재료로 사용되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 손상시킬 수 있다.Nitric acid in the composition serves to oxidize the transparent conductive oxide film, that is, the IGZO film. The content of nitric acid in the etching solution is preferably in the range of 0.3 to 10% by weight, more preferably 0.5 to 10% by weight relative to the total weight of the etching solution. When the nitric acid content is less than 0.3% by weight, the oxidizing power of the etchant is lowered, thereby obtaining a non-uniform etching profile and reducing the lifetime of the etchant. When the nitric acid content is more than 10% by weight, the etching rate may be excessively increased to obtain a non-uniform etching profile. In addition, fumes generated by volatilization of nitric acid may contaminate the working environment, and may damage aluminum or aluminum alloys used as electrode materials in the thin film transistor manufacturing process.
상기 조성물에서 인산은 질산에 의하여 형성된 산화물을 분해시키는 역할을 한다. 상기 식각액에서 인산의 함량은 전체 식각액 중량 대비 5 내지 70 중량% 범위가 바람직하며, 10 내지 30 중량%가 더욱 바람직하다. 상기 인산 함량이 5중량% 미만이면 식각 속도가 불균일하여 식각의 직진성이 저하되므로 불균일한 식각 프로파일이 얻어지게 된다. 상기 인산 함량이 30중량% 초과이면 인산의 점도에 의하여 식각액의 점도가 증가하여 균일한 식각이 얻어지기 어렵다.Phosphoric acid in the composition serves to decompose the oxide formed by nitric acid. The amount of phosphoric acid in the etching solution is preferably in the range of 5 to 70% by weight, more preferably 10 to 30% by weight based on the total weight of the etching solution. If the phosphoric acid content is less than 5% by weight, the etching rate is nonuniform, so that the straightness of the etching is lowered, thereby obtaining a nonuniform etching profile. If the phosphoric acid content is more than 30% by weight, the viscosity of the etchant is increased by the viscosity of the phosphoric acid, it is difficult to obtain a uniform etching.
상기 조성물에서 아세트산은 식각 반응의 속도를 조절하고 식각액의 점도를 낮추는 역할을 한다. 투명 도전성 산화물막에 포함된 금속의 산화반응 속도는 식각액의 pH에 크게 의존하는데 약산인 아세트산은 pH 완충제로서 작용하여 식각액의 pH를 일정하게 유지시키고 식각액의 수명을 늘려주는 역할을 한다. 상기 식각액에서 아세트산의 함량은 1 내지 30중량%가 바람직하며, 2 내지 10중량%가 더욱 바람직하다. 상기 아세트산의 함량이 1중량% 미만이면 완충 효과가 부족하여 식각액의 수명이 단축되고 식각액의 점도가 증가하여 식각 균일성이 저하된다. 상기 아세트 산의 함량이 30중량% 초과이면 투명 전도성 산화막의 식각속도가 저하되어 공정 수율이 저하된다.Acetic acid in the composition serves to control the rate of the etching reaction and lower the viscosity of the etching solution. The oxidation reaction rate of the metal contained in the transparent conductive oxide film is highly dependent on the pH of the etchant. Acetic acid, a weak acid, acts as a pH buffer to maintain the pH of the etchant and increase the life of the etchant. The content of acetic acid in the etching solution is preferably 1 to 30% by weight, more preferably 2 to 10% by weight. If the content of acetic acid is less than 1% by weight, the buffering effect is insufficient to shorten the life of the etching solution and the viscosity of the etching solution is increased to reduce the etching uniformity. When the content of acetic acid is more than 30% by weight, the etching rate of the transparent conductive oxide film is lowered, thereby lowering the process yield.
상기 조성물에서 아세트산염 화합물 또는 이미노디아세트산(iminodiacetic acid, NH(CH2COOH)2)은 상기 아세트산의 짝염기 역할을 하는 화합물로서 상기 아세트산과 함께 pH 완충제의 역할을 한다. 즉, 식각액의 pH을 일정하게 유지하고 식각액의 수명을 증가시킨다. 상기 식각액에서 상기 아세트산염 화합물의 함량은 0.1 내지 4중량%가 바람직하며, 0.5 내지 2중량%가 더욱 바람직하다. 상기 아세트산염 화합물의 함량이 0.1중량% 미만이면 역테이퍼를 형성하여 불균일한 식각 프로파일이 얻어질 수 있으며, 상기 함량이 4중량% 초과이면 식각 속도가 느려져 잔사가 발생하거나 식각이 불충분할 수 있다.Acetate compound or iminodiacetic acid (NH (CH 2 COOH) 2 ) in the composition is a compound acting as a base of the acetic acid and acts as a pH buffer with the acetic acid. That is, the pH of the etchant is kept constant and the life of the etchant is increased. The amount of the acetate compound in the etching solution is preferably 0.1 to 4% by weight, more preferably 0.5 to 2% by weight. If the content of the acetate compound is less than 0.1% by weight to form a reverse taper to obtain a non-uniform etching profile, if the content is more than 4% by weight slow etching rate may cause residue or insufficient etching.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 식각액 조성물에서 상기 아세트산염 화합물은 CH3COONH4, CH3COOK, 및 CH3COONa로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물일 수 있다. 상기 아세트산염 화합물들 중에서 CH3COONH4 이 특히 바람직하다.In the etching solution composition according to another embodiment of the present invention, the acetate compound may be at least one compound selected from the group consisting of CH 3 COONH 4 , CH 3 COOK, and CH 3 COONa. Of these acetate compounds, CH 3 COONH 4 is particularly preferred.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 식각액 조성물은 포함되는 성분들의 물에 대한 용해도가 높으므로 식각 과정 및 식각 후에 관련된 장치에 잔사가 발생하지 않는다.The etchant composition according to another embodiment of the present invention has high solubility in water of components included therein, so that residues do not occur in the apparatus involved after the etching process and the etching.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 아래 실시예들에 나타낸 구성은 어디까지나 발명의 이해를 돕기 위함이며 어떠한 경우에도 본 발명의 기술적 범위를 실시예에서 제시한 실시 태양으로 제한하려는 것이 아님을 밝혀 둔다.The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples. The configuration shown in the following examples are intended to help the understanding of the invention to the last, and in no case to limit the technical scope of the present invention to the embodiments presented in the examples.
(식각액 조성물 제조)(Etch Composition)
실시예 1 및 비교예 1 내지 3Example 1 and Comparative Examples 1 to 3
본 발명의 식각액 조성물에 따른 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 식각액을 아래 표 1과 같이 제조하였다. 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 조성은 표 1에 나타내었다.The etchant of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 according to the etchant composition of the present invention was prepared as shown in Table 1 below. The compositions of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Table 1.
<표 1>TABLE 1
[중량%]Example 1
[weight%]
[중량%]Comparative Example 1
[weight%]
[중량%]Comparative Example 2
[weight%]
[중량%]Comparative Example 3
[weight%]
평가예 1 : 식각액 조성물의 식각 능력 평가Evaluation Example 1 Evaluation of Etching Ability of the Etching Liquid Composition
IGZO 막층이 표면에 각각 형성된 10cm×10cm의 유리 기판에 상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 식각액 10L를 스프레인 순환방식의 간이 장비(Mini-etcher)를 사용하여 2분 동안 식각하였다. 이어서, 기판의 식각 프로파일을 전자현미경으로 관찰하였고 그 결과의 일부를 도 1 내지 4에 나타내었다.10L × 10cm glass substrates each having an IGZO film layer formed on the surface thereof were etched for 10 minutes using a spray apparatus of Mini-etcher 10L of the etching solution of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. Subsequently, the etching profile of the substrate was observed under an electron microscope, and some of the results are shown in FIGS. 1 to 4.
도 1은 실시예 1의 식각액을 사용하여 식각한 IGZO 막층의 전자현미경 사진이다. 도 1에 보여지는 바와 같이 식각 프로파일이 균일하고, 직진도 및 균일성(uniformity)도 우수하였다.1 is an electron micrograph of an IGZO membrane layer etched using the etchant of Example 1. FIG. As shown in FIG. 1, the etching profile was uniform, and the straightness and uniformity were also excellent.
도 2는 비교예 1의 식각액을 사용하여 식각한 IGZO 막층의 전자현미경 사진이 다. 도 2에 보여지는 바와 같이 비교예 1의 삭각액은 인산 함량이 5중량% 미만으로 포함됨에 의하여 식각 프로파일이 균일하고 직진도가 저하되었다.2 is an electron micrograph of the IGZO membrane layer etched using the etchant of Comparative Example 1. As shown in FIG. 2, the etching solution of Comparative Example 1 contained less than 5% by weight of phosphoric acid, resulting in uniform etching profile and low straightness.
도 3은 비교예 2의 식각액을 사용하여 식각한 IGZO 막층의 전자현미경 사진이다. 도 3에 보여지는 바와 같이 비교예 2의 삭각액은 질산 함량이 10중량%를 초과하여 포함됨에 의하여 식각 속도가 증가하여 시각 프로파일을 조절하기 어렵다.3 is an electron micrograph of the IGZO membrane layer etched using the etchant of Comparative Example 2. As shown in FIG. 3, the cutting liquid of Comparative Example 2 has an etching rate that is increased by including nitric acid content of more than 10% by weight, making it difficult to control the visual profile.
도 4는 비교에 3의 식각액을 사용하여 식각한 IGZO 막층의 전자현미경 사진이다. 도 4에 보여지는 바와 같이 비교예 3의 식각액은 초산 함량이 1 중량% 미만으로 포함됨에 의하여 식각력이 저하되어 식각 프로파일이 불균일하였다.4 is an electron micrograph of the IGZO membrane layer etched using the etchant of 3 for comparison. As shown in FIG. 4, the etching solution of Comparative Example 3 contained an acetic acid content of less than 1 wt%, resulting in a decrease in etching power, resulting in an uneven etching profile.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.
도 1은 실시예 1의 식각액을 사용하여 식각한 IGZO 막층의 전자현미경 사진이다.1 is an electron micrograph of an IGZO membrane layer etched using the etchant of Example 1. FIG.
도 2는 비교예 1의 식각액을 사용하여 식각한 IGZO 막층의 전자현미경 사진이다.2 is an electron micrograph of the IGZO membrane layer etched using the etchant of Comparative Example 1.
도 3은 비교예 2의 식각액을 사용하여 식각한 IGZO 막층의 전자현미경 사진이다.3 is an electron micrograph of the IGZO membrane layer etched using the etchant of Comparative Example 2.
도 4는 비교에 3의 식각액을 사용하여 식각한 IGZO 막층의 전자현미경 사진이다.4 is an electron micrograph of the IGZO membrane layer etched using the etchant of 3 for comparison.
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