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KR100595910B1 - 평판디스플레이용 투명도전막의 에칭액 조성물 - Google Patents

평판디스플레이용 투명도전막의 에칭액 조성물 Download PDF

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KR100595910B1
KR100595910B1 KR1020040047290A KR20040047290A KR100595910B1 KR 100595910 B1 KR100595910 B1 KR 100595910B1 KR 1020040047290 A KR1020040047290 A KR 1020040047290A KR 20040047290 A KR20040047290 A KR 20040047290A KR 100595910 B1 KR100595910 B1 KR 100595910B1
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etching
transparent conductive
film
conductive film
liquid composition
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정지완
백귀종
이태형
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테크노세미켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 박막트랜지스터 액정표시장치 등의 평판디스플레이의 제조공정에서 투명도전막인 비정질 산화인듐주석(ITO)막과 산화인듐아연(IZO)막의 패턴에칭을 위해 사용되는 투명도전막의 에칭액 조성물에 관한 것으로서, 진한 황산 1 내지 10 중량%와 투명도전막 이외의 게이트 또는 소스/드레인 막으로 사용되는 알루미늄, 몰리브덴, 동, 티타늄금속 등에 대해 에칭을 시키지 않도록 하는 선택적 식각억제제 역할을 할 수 있도록 Al2(SO4)3, M2MoO4 (M= Na 또는 K 또는 Li 또는 NH4) 또는 아졸계 화합물, 또는 그 혼합물로부터 선택되는 금속식각억제제 0.1 내지 5 중량% 및 나머지가 물로 구성되는 것을 특징으로 하며, 상기 투명도전막용 에칭액 조성물에 에칭속도를 조정하기 위하여 0.1 내지 5중량% 산화제를 추가로 첨가한 것을 특징으로 한다. 또한, 경시변화를 완전히 제어하기 위하여 5 내지 50중량%의 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 아세트산 등 비점조정제를 추가로 첨가한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 투명도전막용 에칭액은 에칭시 잔사 발생현상 및 경시변화 제거특성과 게이트, 소스 및 드레인 금속으로 사용되는 알루미늄, 몰리브덴, 동, 티타늄 등의 단일금속 또는 합금막에 대한 에칭 선택성을 가지게 함으로써 공정수율을 향상시키는 장점이 있다.
산화인듐주석(ITO)막, 산화인듐아연(IZO)막, 에칭액 조성물

Description

평판디스플레이용 투명도전막의 에칭액 조성물 {Etchant composition for pixel layer of FPD}
본 발명은 평판디스플레이용 액정표시장치 등에서 투명전극의 미세패턴을 형성하는데 사용되는 비정질 산화인듐주석막 (이하 ‘ITO막’이라 함.) 또는 산화인듐아연막 (이하 ‘IZO막’이라 함.)인 투명도전막을 에칭시키는 평판디스플레이용 투명도전막의 에칭액 조성물에 관한 것이다.
투명도전막은 박막트랜지스터 액정표시장치, 플라즈마 디스플레이 패널표시장치, 일렉트로 루미네센스 표시장치 등의 평판디스플레이용 표시장치에 폭넓게 사용되고 있는 박막으로서, 상기 평판디스플레이용 표시장치에 투명도전막을 형성하기 위해서는 원하는 미세패턴을 형성시키는 에칭 공정이 필요하며, 이때 사용되는 투명도전막으로서는 IZO막 또는 ITO막이 주로 사용되고 있다.
상기 ITO막 또는 IZO막의 사용은 보호막 등의 위에 ITO막 또는 IZO막을 형성시킨 다음 포토레지스터를 마스크로서 도포 한 후 ITO막 또는 IZO막을 에칭하게 되는 것으로 기존의 ITO막 또는 IZO막용 에칭액으로는 염산·질산 혼합수용액(왕수 계), 염산·초산 혼합수용액, 염화제이철 수용액, 요소산 수용액, 인산수용액, 옥살산(수산)수용액 등이 사용되고 있지만, 이러한 종래의 ITO막 또는 IZO막용 에칭액 들은 아래와 같은 문제점을 내재하고 있다.
첫째, 염산·질산 혼합수용액과 염산·초산 혼합수용액은 에칭속도는 크고 안정되어 있지만, 에칭액이 경시변화가 나타나는 점과 염산에 의한 장치 부식현상과 박막트랜지스터 제조공정에서 게이트 전극으로 사용하고 있는 알루미늄 또는 알루미늄·네오디늄 합금을 에칭시키는 단점이 있다.
둘째, 염화제이철 수용액은 에칭속도는 크고 안정되어 있지만, 상대적으로 측면 에칭량이 크고 철의 오염을 유발시키는 단점이 있다.
셋째, 요소산수용액은 상대적 측면 에칭량이 작고 양호한 에칭특성을 가지지만, 에칭액의 경시변화가 큰 단점이 있다.
넷째, 인산수용액은 게이트 전극으로 사용되고 있는 알루미늄 또는 알루미늄·네오디늄 합금을 에칭시키는 단점이 있다.
다섯째, 옥살산(수산)수용액은 에칭특성이 안정되어 있고 에칭액의 경시변화도 일어나지 않아 양호하지만 에칭시 잔사가 발생하기 쉬운 단점을 가지고 있다.
한편 본 발명자들은 상기의 문제점을 극복하기 위하여 평판디스플레이용 액정표시장치의 투명도전막인 ITO막을 에칭시키는 에칭액 조성물에 대하여 10-2001-18351호와 10-2003-0029922호를 출원한 바 있으며, 상기 발명에 따른 에칭액은 주성분인 MHSO4(M=K 또는 Na 또는 NH4)의 농도를 조절하거나 첨가제로 KMnO4, H2O2, H2SO4, MHSO5(M=K 또는 Na 또는 NH4)등을 첨가함으로서 에칭시 잔사 발생현상과 알루미늄·네오디늄 함금과 몰리브덴 또는 몰리브덴·텅스텐 합금 등의 ITO 막 이외의 다른 박막을 에칭시키는 현상을 제거하는 효과를 제공한다.
그러나 상기 에칭액 조성물들은 알루미늄 또는 알루미늄·네오디늄 합금 등 ITO막 또는 IZO막 이외의 다른 박막의 측면 에칭현상, 경시변화현상, 에칭시 잔사 발생현상을 완벽하게 방지하는 데에는 한계가 있다는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 기존의 ITO막 또는 IZO막용 에칭액인 염산·질산혼합수용액(왕수계), 염산·초산혼합수용액, 염화제이철 수용액, 요소산수용액, 인산수용액, 옥살산(수산)수용액 사용시 발생되는 측면 에칭현상, 경시변화현상, 에칭시 잔사 발생현상, 등의 단점을 극복할 수 있는 평판디스플레이용 표시장치의 에칭액 조성물을 제공하는 것이며, 특히 투명도전막 이외의 게이트, 소스 및 드레인 금속막으로 사용되는 알루미늄 또는 알루미늄·네오디늄 합금, 몰리브덴, 동, 티타늄 등의 단일금속 또는 합금막을 에칭시키는 현상을 제거하는 에칭 선택성을 가지게 함으로써 ITO막 또는 IZO막 에칭공정에서의 에칭 불량률을 감소시켜 공정수율을 향상시킬 수 있는 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은 TFT-LCD를 포함한 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막인 ITO 또는 IZO막의 패턴에칭시 적용되는 투명도전막 에칭액에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 ITO막 또는 IZO막용 에칭액은 황산을 주성분으로 하고, 상기의 투명도전막 이외의 게이트, 소스 및 드레인 금속막으로 사용되는 알루미늄, 몰리브덴, 동, 티타늄 등의 단일금속 또는 합금막을 에칭시키는 현상을 제거하여 줄 수 있는 식각억제의 특성을 부여하는 목적으로 Al2(SO4)3, M2MoO4(M=Na 또는 K 또는 Li 또는 NH4), 아졸계화합물 등의 유·무기 화합물을 첨가제로 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 따른 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물은 진한 황산 1 내지 10 중량%와 Al2(SO4)3, M2MoO4 (M= Na 또는 K 또는 Li 또는 NH4) 또는 아졸계 화합물, 또는 그 혼합물로부터 선택되는 금속식각억제제 0.1 내지 5 중량% 및 나머지가 물로 구성되는 것을 특징으로 한다.
진한 황산은 에칭의 조건에 따라 1 내지 10 중량%의 범위 내에서 조절이 가능하지만 2 내지 4 중량%가 에칭의 생산성 및 에칭특성의 면에서 더욱 바람직하다.
상기 아졸계 화합물은 트리아졸, 아미노테트라졸, 벤조트리아졸, 이미다졸, 테트라졸, 티아졸 또는 피라졸, 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 특히 아미노테트라졸, 벤조트리아졸 또는 이미다졸, 또는 이들의 혼합물이 바람직하다.
한편, 금속식각억제제는 0.1 내지 5 중량% 의 범위이면 적절한 성능을 발휘하나, 0.5 내지 3 중량%의 범위일 때 에칭선택성이 높아진다.
본 발명에 따른 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물은 종래의 ITO 또는 IZO 에칭액의 단점을 완전히 제거하기 위하여 선택적으로 투명도전막 이외의 금속막에 대한 에칭현상이 없는 범위 내에서 에칭속도와 패턴에칭의 제특성을 조정하기 위하여 제 2의 첨가제로 H2O2, HNO3, HClO4. MClO4 (M=NH4 또는 Na 또는 K), KMnO4 등의 산화제를 함께 사용할 수 있다. 상기 산화제는 황산과 금속식각억제제 및 물로 이루어진 투명도전막용 에칭액 조성물에 0.1 내지 5중량%의 범위로 추가할 수 있으며, 특히 투명도전막용 에칭액 조성물에 1 내지 3중량%의 범위에서 첨가할 때 에칭속도와 패턴에칭의 제특성의 조정이 적절히 이루어지며, 에칭되는 속도를 더욱 빠르게 할 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 종래의 ITO 또는 IZO 에칭액의 단점인 경시변화를 완전히 제거하기 위하여 제 3의 첨가제로서는 에틸렌 글리콜, 폴리에칠렌 글리콜, 아세트산, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 에칭액의 비점조정제 역할을 구현할 목적으로 추가로 함께 사용할 수 있다.
상기의 비점조정제는 황산과 금속식각억제제 및 물로 이루어진 투명도전막용 에칭액 조성물에 5 내지 50중량%의 범위로 추가할 수 있으며, 특히 투명도전막용 에칭액 조성물에 20 내지 30중량%의 범위에서 첨가할 때 경시변화 특성의 조정이 적절히 이루어질 수 있다.
본 발명의 투명도전막 에칭액의 에칭 메카니즘은 아래와 같다.
ITO는 In2O3와 SnO2, IZO는 In2O3와 ZnO의 혼합물로 이루어져있으므로, 각 산 화물과 투명도전막 에칭액의 주요성분인 H2SO4와의 반응으로 이루어지며, 각각의 반응식을 표시해보면 아래와 같이 나타낼 수 있다.
In2O3 + 3H2SO4 --> In2(SO4)3 + 3H2O
SnO2 + 2H2SO4 --> Sn(SO4)2 + 2H2O
ZnO + H2SO4 --> ZnSO4 + H2O
본 발명은 하기의 실시예로 더 잘 이해할 수 있으며, 하기의 실시 예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것으로 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1]
진한 황산 3중량%와 Al2(SO4)3 2중량% 그리고 물 95 중량%의 조성으로 투명도전막용 에칭액을 제조하였다.
제조된 에칭액을 사용하여 포토레지스터로 패턴을 형성한 IZO막 기판 (두께 : 2000Å)을 40℃에서 3분간 스프레이하여 에칭을 한 후에 약 1분간 초순수에 의해 수세를 행한 후 질소를 사용하여 건조시켰다.
이와 같이 에칭을 완료한 후 기판 표면을 전자현미경에 의해 관찰해 본 결과, 기판 표면에 어떠한 잔사도 보이지 않았고 알루미늄·네오디늄막과 몰리브덴막에 대한 에칭현상도 없었으며, IZO막은 양호하게 에칭이 된 것을 확인할 수 있었 다.
[실시예 2]
진한 황산 3중량%와 아미노테트라졸 1중량% 물 96중량%의 조성으로 투명도전막용 에칭액을 제조하였다.
제조된 에칭액을 사용하여 포토레지스트로 패턴을 형성한 비정질 ITO막 기판 (두께 : 2000Å)을 40℃에서 3분간 스프레이하여 에칭을 한 후에 약 1분간 초순수에 의해 수세를 행한 후 질소를 사용하여 건조시켰다.
이와 같이 에칭을 완료한 후 기판 표면을 전자현미경에 의해 관찰해 본 결과, 기판 표면에 어떠한 잔사도 보이지 않았고 알루미늄·네오디늄막과 몰리브덴막에 대한 에칭현상도 없었으며, 비정질 ITO막은 양호하게 에칭이 된 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 3]
진한 황산 3중량%, 질산 1중량%, Al2(SO4)3 2중량%, 물 94중량%의 조성으로 투명도전막용 에칭액을 제조하였다.
제조된 에칭액을 사용하여 포토레지스트로 패턴을 형성한 비정질 ITO막 기판 (두께 : 2000Å)을 40℃에서 2분간 스프레이하여 에칭을 한 후에 약 1분간 초순수에 의해 수세를 행한 후 질소를 사용하여 건조시켰다.
이와 같이 에칭을 완료한 후 기판 표면을 전자현미경에 의해 관찰해 본 결과, 기판 표면에 어떠한 잔사도 보이지 않았고 알루미늄·네오디늄막과 몰리브덴막에 대한 에칭현상도 없었으며, 비정질 ITO막은 양호하게 에칭이 된 것을 확인할 수 있었다. 또한 에칭시간을 1분으로 줄여도 동일한 효과를 가지는 것임을 알 수 있어 첨가된 산화제에 의한 우수한 효과를 가지는 것임을 알 수 있었다.
[실시예 4]
진한 황산 3중량%, 질산 1중량%, 아미노테트라졸 1중량%, 물 95 중량%의 조성으로 투명도전막용 에칭액을 제조하였다.
제조된 에칭액을 사용하여 포토레지스트로 패턴을 형성한 IZO막 기판 (두께 : 2000Å)을 40℃에서 2분간 스프레이하여 에칭을 한 후에 약 1분간 초순수에 의해 수세를 행한 후 질소를 사용하여 건조시켰다.
이와 같이 에칭을 완료한 후 기판 표면을 전자현미경에 의해 관찰해 본 결과, 기판 표면에 어떠한 잔사도 보이지 않았고 알루미늄·네오디늄막과 몰리브덴막에 대한 에칭현상도 없었으며, IZO막은 양호하게 에칭이 된 것을 확인할 수 있었다. 또한 에칭시간을 1분으로 줄여도 동일한 효과를 가지는 것임을 알 수 있어 첨가된 산화제에 의한 우수한 효과를 가지는 것임을 알 수 있었다.
[실시예 5]
진한 황산 3중량%, 질산 1중량%, 아미노테트라졸 1중량%, 에틸렌글리콜 30중 량%, 물 65중량%의 조성으로 투명도전막용 에칭액을 제조하였다.
제조된 에칭액을 사용하여 포토레지스트로 패턴을 형성한 IZO막 기판 (두께 : 2000Å)을 40℃에서 2분간 스프레이하여 에칭을 한 후에 약 1분간 초순수에 의해 수세를 행한 후 질소를 사용하여 건조시켰다.
이와 같이 에칭을 완료한 후 기판 표면을 전자현미경에 의해 관찰해 본 결과, 기판 표면에 어떠한 잔사도 보이지 않았고 알루미늄·네오디늄막과 몰리브덴막에 대한 에칭현상도 없었으며, IZO막은 양호하게 에칭이 된 것을 확인할 수 있었다. 또한 에칭시간을 1분으로 줄여도 동일한 효과를 가지는 것임을 알 수 있어 첨가된 산화제에 의한 우수한 효과를 가지는 것임을 알 수 있었다.
또한, 장시간 사용시에도 에칭액의 증발속도가 감소되어 경시변화 특성이 70% 정도 개선되는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 투명도전막용 에칭액은 박막트랜지스터 액정표시장치를 포함한 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막인 비정질 ITO막 또는 IZO막의 패턴에칭을 위하여 적용할 경우 종래의 ITO 또는 IZO막용 에칭액과는 달리 에칭시 잔사발생 현상이나 알루미늄 또는 알루미늄·네오디늄 합금과 몰리브덴 또는 몰리브덴·스텐 합금과 동, 티타늄 금속과 같은 투명도전막 이외의 다른 박막을 에칭시키는 문제점이 발생하지 않기 때문에 제조원가 절감과 동시에 공정수율을 향상시키는 효과를 가지는 장점이 있다.

Claims (11)

  1. 진한 황산 2 내지 4 중량%와, Al2(SO4)3, M2MoO4 (M= Na 또는 K 또는 Li 또는 NH4) 또는 아졸계 화합물, 또는 그 혼합물로부터 선택되는 금속식각억제제 0.5 내지 3 중량%, 비점조정제 5 내지 50중량%, 및 나머지가 물로 구성되는 것을 특징으로 하는 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    아졸계 화합물은 트리아졸, 아미노테트라졸, 벤조트리아졸, 이미다졸, 테트라졸, 티아졸 또는 피라졸, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물.
  5. 제 4항에 있어서,
    아미노테트라졸, 벤조트리아졸 또는 이미다졸, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    투명도전막용 에칭액 조성물에 0.1 내지 5중량% 산화제를 추가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물.
  7. 제 6항에 있어서,
    투명도전막용 에칭액 조성물에 1 내지 3중량% 산화제를 추가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물.
  8. 제 6항 또는 제7항에 있어서,
    산화제는 H2O2, HNO3, HClO4, MClO4 (M=NH4 또는 Na 또는 K), 또는 KMnO4, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    비점조정제는 투명도전막용 에칭액 조성물에 대하여 20 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물.
  11. 제 10항에 있어서,
    비점조정제는 에칠렌 글리콜, 폴리에칠렌 글리콜, 아세트산, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 평판디스플레이용 표시장치의 투명도전막용 에칭액 조성물.
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