KR20100038748A - Etchant, method of fabricating a metal interconnetion using the same and circuit board fabricated by using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 식각액, 배선 형성 방법 및 회로 기판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식각액, 이를 이용하는 금속 배선 형성 방법 및 이를 이용하여 제작된 회로 기판에 관한 것이다.The present invention relates to an etching solution, a wiring forming method and a circuit board, and more particularly, to an etching solution, a metal wiring forming method using the same, and a circuit board manufactured using the same.
반도체 칩이 구비된 전자 장치 및 전자 부품은 고집적화, 소형화 및 경량화 추세로 인하여 이들을 구성하는 전자 회로의 설계와 더불어 제조 공정에서도 고집적화를 실현할 수 있는 기술들이 도입되고 있다. 이러한 전자 장치 등은 반도체 기판 상에 다층 배선들이 형성된 반도체 칩과 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)과 전기적으로 연결된 형태로 구현될 수 있다. 반도체 칩의 집적도가 증가함에 따라 반도체 칩의 외부 단자들 사이의 간격이 줄어든다. 그 결과, 인쇄 회로 기판에 형성되는 도전성 패드들 이들을 서로 전기적으로 연결하는 배선들의 간격들 칩의 외부 단자들에 상응하여 감소되어야 한다. Due to the trend toward high integration, miniaturization, and weight reduction of electronic devices and electronic components equipped with semiconductor chips, technologies that can realize high integration in the manufacturing process as well as the design of electronic circuits constituting them are being introduced. Such an electronic device may be implemented in the form of being electrically connected to a semiconductor chip and a printed circuit board (PCB) having multilayer wirings formed thereon. As the degree of integration of semiconductor chips increases, the spacing between external terminals of the semiconductor chips decreases. As a result, the spacings of the wirings that electrically connect these conductive pads formed on the printed circuit board to be reduced correspondingly to the external terminals of the chip.
한편, 인쇄 회로 기판에 배선을 형성하는 과정은 반도체 칩에서 배선 형성 과정에서 사용된 기술과 유사한 기술을 통하여 제작될 수 있다. 예를 들어, 인쇄 회로 기판에 실장되는 배선은 인쇄 회로 기판을 구성하는 벌크 기판 상에 금속막에 대하여 패터닝 공정을 통하여 소정의 형상을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 패터닝 공정은 반도체 칩에 적용된 제조 과정과 마찬가지로, 증착 공정, 포토리소그래피(photolithography) 공정, 식각 공정 및 세정 공정의 순으로 구성될 수 있다. 이 경우에, 식각 공정에 사용되는 기술은 식각에 사용되는 물질에 따라 습식 식각과 건식 식각으로 대별될 수 있다. On the other hand, the process of forming the wiring on the printed circuit board may be manufactured through a technique similar to the technique used in the wiring forming process in the semiconductor chip. For example, the wiring mounted on the printed circuit board may be formed to have a predetermined shape on the bulk substrate constituting the printed circuit board through a patterning process with respect to the metal film. The patterning process may be configured in the order of a deposition process, a photolithography process, an etching process, and a cleaning process, similarly to a manufacturing process applied to a semiconductor chip. In this case, the technique used in the etching process may be roughly classified into wet etching and dry etching, depending on the material used for etching.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 습식 식각에 따른 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다. 1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of forming a metal wire according to a conventional wet etching method.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 금속막(20)과 같은 도전막을 증착한다. 금속막(20) 상에 포토레지스트막을 형성할 수 있다. 포토레지스트막에 대하여 사진 공정을 통하여 소정의 패턴을 갖는 포토레지스트 패턴(30)을 형성한다. Referring to FIG. 1A, a conductive film such as a metal film 20 is deposited on the
도 1b를 참조하면, 포토레지스트 패턴(30)을 식각 마스크로 이용하여 금속막(20)에 대하여 습식 식각 공정을 진행한다. 습식 식각의 진행 중에 형성되는 금속막 패턴(22)의 측벽 프로파일(profile)은 포토레지스트 패턴(30)의 측벽 프로파일과 일치되지 않는다. 이는 습식 식각에서 흔히 발생되는 현상으로 식각액의 식각 진행 방향이 방사형으로 진행되는데 기인한다. 즉, 습식 식각은 등방성 식각으로 진행되는 관계로 포토레지스트 패턴(30)의 하부의 금속막(20)까지 식각이 진행됨으로써 언더컷(undercut; U)이 발생된다. Referring to FIG. 1B, a wet etching process is performed on the metal film 20 using the
도 1c를 참조하면, 포토레지스트 패턴(30)을 애슁 공정 등의 방법으로 제거된 후에, 금속막 패턴(22)이 잔류한다. 상술한 등방성 식각으로 인하여, 금속막 패턴(22)은 바닥 폭에 대한 상부 폭의 비율(top/bottom; T/B)이 1로 되지 않고, 1보다 훨씬 작게 형성된다. 인쇄 회로 기판에 배치되는 배선들의 집적도가 증가함에 따라 금속 배선의 폭이 감소되는 것이 요구되는 상황에서 미세 패턴을 형성하는데 한계를 갖는다. 이에 더하여, 금속 배선의 제작시 설정되는 피치 사이즈(pitch size)가 감소됨으로써 금속막 패턴들(22)의 바닥은 전부 식각되지 않아 분리되지 않고 단락될 수 있다. Referring to FIG. 1C, after the
상술한 현상을 극복하기 위해, 플라즈마를 이용한 건식 식각 등이 사용될 수 있으나, 이는 습식 식각에 비해 고가의 장비를 수반한다. 따라서, 습식 식각에서 언더 컷의 발생 등을 방지하기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있는 실정이다. In order to overcome the above-described phenomenon, dry etching using plasma may be used, but this involves expensive equipment compared to wet etching. Therefore, various techniques for preventing the occurrence of undercuts in wet etching have been studied.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 트리아졸계 화합물을 함유하는 식각액을 이용함으로써 측방향 식각을 억제하는데 기여하는 식각액을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide an etching solution that contributes to suppressing lateral etching by using an etching solution containing a triazole compound.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 다른 과제는 트리아졸계 화합물을 함유하는 식각액을 이용함으로써 측방향 식각을 억제하는데 기여하는 금속 배선 형성 방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a metal wiring formation method that contributes to suppressing lateral etching by using an etchant containing a triazole-based compound.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 다른 과제는 트리아졸계 화합물을 함유하는 식각액을 이용함으로써 식각 억제막을 갖는 금속 배선을 구비하는 회로 기판을 제 공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a circuit board having a metal wiring having an etch inhibiting film by using an etchant containing a triazole-based compound.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 양태에 따르면, 식각액이 제공된다. 상기 식각액은 염화제2철(FeCl3) 및 트리아졸계(triazole type) 화합물을 함유한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, an etchant is provided. The etchant contains ferric chloride (FeCl 3 ) and triazole type compounds.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 트리아졸계 화합물은 0.3 내지 1.0%의 농도로 함유될 수 있다. In some embodiments of the present invention, the triazole-based compound It may be contained at a concentration of 0.3 to 1.0%.
다른 실시예들에서, 상기 염화제2철은 5 내지 25%의 함량을 가질 수 있다. In other embodiments, the ferric chloride may have a content of 5 to 25%.
또 다른 실시예들에서, 상기 트리아졸계 화합물은 벤조트리아졸(BTA), 벤조트리아졸 카르복시산(BTA carboxylic acid), 소디움 벤조트리아졸(Sodium benzotriazole) 및 포타시움 톨리트리아졸(potasium tolytriazole)로 이루어진 일 군중 적어도 하나를 함유할 수 있다. In another embodiment, the triazole-based compound is composed of benzotriazole (BTA), benzotriazole carboxylic acid, sodium benzotriazole, and potasium tolytriazole. It may contain at least one crowd.
또 다른 실시예들에서, 상기 식각액에 계면활성제를 더 함유할 수 있다. 상기 계면활성제는 1.0 내지 3.0%의 농도로 함유될 수 있다. 이 경우에, 상기 계면활성제는 양성(amphoteric) 계면활성제, 양이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제로 이루어진 일 군중 적어도 하나를 함유할 수 있다. 상기 양성 계면활성제는 카르복시베타인형 알킬베타인, 지방산아미도프로필베타인 및 알킬에스터로 이루어진 일 군 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 비이온성 계면활성제는 리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 스테아릴에테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥 시프로필렌 및 아민옥사이드로 이루어진 일 군 중 적어도 하나를 함유할 수 있다. 상기 양이온성 계면활성제는 디메틸알킬아민,세틸트리메틸암모늄크롤라이드 및 디스테아릴디메틸암모늄크롤라이드로 이루어진 일 군 중 적어도 하나를 함유할 수 있다. In still other embodiments, the etchant may further contain a surfactant. The surfactant may be contained at a concentration of 1.0 to 3.0%. In this case, the surfactant may contain at least one moiety consisting of an amphoteric surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant. The amphoteric surfactant may include at least one of a group consisting of a carboxybetaine type alkyl betaine, a fatty acid amidopropyl betaine, and an alkyl ester. The nonionic surfactant may contain at least one selected from the group consisting of rioxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxypropylene and amine oxide. The cationic surfactant may contain at least one of the group consisting of dimethylalkylamine, cetyltrimethylammonium chloride and distearyldimethylammonium chloride.
또 다른 실시예들에서, 상기 식각액에 산화방지안정제를 더 함유할 수 있다. 이 경우에, 상기 산화방지안정제는 5 내지 20ppm의 농도로 함유될 수 있다. 상기 산화방지안정제는 페놀계, 아민계 화합물, 함인계화합물, 함유황계화합물 및 부틸하이드로옥시아니솔(BHA)로 이루어진 일 군 중 적어도 하나를 함유할 수 있다. In still other embodiments, the etchant may further contain an antioxidant stabilizer. In this case, the antioxidant stabilizer may be contained at a concentration of 5 to 20 ppm. The antioxidant stabilizer may contain at least one of a group consisting of phenolic, amine-based compounds, phosphorus-containing compounds, sulfur-containing compounds and butyl hydrooxyanisole (BHA) .
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 다른 양태에 따르면, 금속 배선 형성 방법이 제공된다. 상기 금속 배선 형성 방법은 기판 상에 마스크 패턴을 갖는 금속막을 형성하는 것을 구비한다. 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 사용하여 금속막을 식각하여 금속 배선을 형성하는 것을 포함하되, 상기 식각시 염화제2철(FeCl3) 및 트리아졸계(triazole type) 화합물을 함유하는 식각액을 사용한다.According to another aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a metal wiring forming method is provided. The metal wiring forming method includes forming a metal film having a mask pattern on a substrate. A metal layer is etched using the mask pattern as an etch mask to form metal lines, and an etching solution containing ferric chloride (FeCl 3) and a triazole type compound is used during the etching.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 금속 배선은 금속 패턴 및 상기 금속 패턴의 측벽들 상에 식각 억제막을 포함하도록 형성되되, 상기 식각 억제막은 상기 금속막을 식각하는 동안에 상기 마스크 패턴 하부에 노출되는 상기 금속 패턴의 측벽들 상에 형성될 수 있다. In some embodiments of the present invention, the metal wire is formed to include an etch inhibiting film on the metal pattern and sidewalls of the metal pattern, wherein the etch inhibiting film is exposed below the mask pattern while etching the metal film. It can be formed on the sidewalls of the pattern.
다른 실시예들에서, 상기 금속막은 구리를 포함하는 막으로 형성될 수 있다. In other embodiments, the metal film may be formed of a film including copper.
또 다른 실시예들에서, 상기 식각은 20 내지 50℃의 온도에서 진행될 수 있다. In still other embodiments, the etching may be performed at a temperature of 20 to 50 ℃.
또 다른 실시예들에서, 상기 식각은 상기 기판을 향하여 상기 식각액을 분사하는 방식으로 진행되되, 상기 분사 압력은 1 내지 5 kg/cm2으로 설정될 수 있다. In another embodiment, the etching may be performed by spraying the etchant toward the substrate, and the spraying pressure may be set to 1 to 5 kg / cm 2 .
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 회로 기판이 제공된다. 상기 회로 기판은 제1 절연 기판의 적어도 일측면 상에 제1 금속 패턴 및 상기 제1 금속 패턴의 측벽들 상에 제1 식각 억제막을 갖는 제1 금속 배선을 포함한다. 이 경우에, 상기 제1 식각 억제막은 트리아졸계 화합물을 함유하는 금속 착물로 형성된다.According to another aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a circuit board is provided. The circuit board includes a first metal wire having a first metal pattern on at least one side of the first insulating substrate and a first etch inhibiting film on sidewalls of the first metal pattern. In this case, the first etch inhibiting film is formed of a metal complex containing a triazole compound.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 상기 제1 금속 배선을 갖는 상기 제1 절연 기판의 적어도 일측면 상에 위치되는 제2 절연 기판 및 상기 제2 절연 기판 상에 위치되는 제2 금속 배선을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제2 금속 배선은 제2 금속 패턴 및 상기 제2 금속 패턴의 측벽들 상에 제2 식각 억제막을 구비하고, 상기 제2 식각 억제막은 트리아졸계 화합물을 함유하는 금속 착물로 형성될 수 있다. In some embodiments of the present disclosure, a second insulating substrate positioned on at least one side of the first insulating substrate having the first metal wiring and a second metal wiring positioned on the second insulating substrate may be included. have. In this case, the second metal interconnection may include a second etching inhibiting film on the second metal pattern and sidewalls of the second metal pattern, and the second etching inhibiting film may be formed of a metal complex containing a triazole-based compound. Can be.
다른 실시예들에서, 상기 금속 배선들은 상기 염화제2철(FeCl3) 및 트리아졸계(triazole type) 화합물을 함유하는 식각액을 사용하여 형성되며, 상기 식각 억제막은 금속막을 식각하는 동안에 노출되는 상기 금속 패턴들의 측벽들과 상기 트리아졸계 화합물과 반응하여 형성될 수 있다.In other embodiments, the metal wires are formed using an etchant containing the ferric chloride (FeCl 3 ) and a triazole type compound, and the etch inhibiting layer is exposed to the metal during etching of the metal film. It may be formed by reacting with the sidewalls of the pattern and the triazole-based compound.
본 발명에 따르면, 염화제2철과 트리아졸계 화합물을 함유하는 식각액을 사용하여 기판 상에 금속 배선을 형성한다. 그 결과, 식각 과정에서 금속 배선을 구 성하는 금속 패턴의 측벽들 상에 트리아졸계 화합물과 금속이 반응되어 형성된 착물의 형태로 식각 억제막이 형성된다. 이에 따라, 습식 식각 과정에서 금속 패턴의 측벽에 언더컷의 형상이 발생을 방지할 수 있어, 금속 패턴은 거의 수직된 측벽 프로파일을 갖도록 형성될 수 있다. 결론적으로, 기존의 습식 식각 장비를 사용하여 언더컷이 발생하지 않고, 균일하면서 미세한 선폭을 갖는 회로 배선의 구현이 가능하다. According to the present invention, a metal wiring is formed on a substrate using an etchant containing ferric chloride and a triazole-based compound. As a result, an etch inhibiting film is formed in the form of a complex formed by reacting a triazole-based compound and a metal on sidewalls of the metal pattern forming the metal wiring during the etching process. Accordingly, the shape of the undercut may be prevented from occurring in the sidewall of the metal pattern in the wet etching process, so that the metal pattern may be formed to have a substantially vertical sidewall profile. As a result, it is possible to implement circuit wiring having a uniform and fine line width without undercutting using existing wet etching equipment.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 소자(element) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and the contents described below. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are being provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thicknesses of layers and regions are exaggerated for clarity. Like numbers refer to like elements throughout. Also, an element or layer is referred to as "on" or "on" of another element or layer by interposing another layer or other element in the middle as well as directly above the other element or layer. Include all cases.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액에 대해 설명한다.Hereinafter, an etching solution according to an embodiment of the present invention will be described.
식각액은 염화제2철(FeCl3) 및 트리아졸계(triazole type) 화합물을 함유한다. 염화제2철은 수용액에 포함되며, 금속막, 예를 들어, 구리막에 대한 주식각제 역할을 한다. 염화제2철은 금속막에 대하여 수직 방향으로 양호한 식각력을 가짐과 아울러서우수한 식각 속도를 갖는다. 더욱 양호한 식각력을 갖도록 염화제2철은 전체 식각액에서 5 내지 25%의 농도를 가질 수 있다. 염화제2철의 농도가 5% 미만인 경우에는 식각 속도가 저하될 뿐만 아니라 식각 방향의 조절이 용이하지 않다. 한편, 염화제2철 이외에도 식각력을 더 향상시키기 위해 강산, 예를 들어 염산,황산 또는 질산 등이 식각액에 포함될 수 있다. The etchant contains ferric chloride (FeCl 3 ) and triazole type compounds. Ferric chloride is contained in the aqueous solution and serves as a stock agent for the metal film, for example, the copper film. Ferric chloride has a good etching force in the vertical direction with respect to the metal film and an excellent etching rate. To have a better etching power, the ferric chloride may have a concentration of 5 to 25% in the total etching solution. When the concentration of ferric chloride is less than 5%, not only the etching rate is lowered but also the adjustment of the etching direction is not easy. Meanwhile, in addition to ferric chloride, a strong acid, for example, hydrochloric acid, sulfuric acid, or nitric acid, may be included in the etching solution to further improve the etching power.
트리아졸계 화합물은 식각되어 식각액 속에 잔류된 금속과 반응하여 유기성 금속 착물을 형성하는데 기여한다. 트리아졸계 화합물을 함유하는 금속 착물은 금속막의 식각 과정에서 노출된 금속막의 측벽들 상에 흡착되어 식각 억제막을 형성한다. 상기 착물로 형성된 식각 억제막은 금속막 측벽들로 식각액이 침투하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 식각 억제막은 측방향의 식각을 억제하여 수직 방향의 식각을 진행시키는데 기여한다. 이러한 트리아졸계 화합물은 벤조트리아졸(benzotriazole; BTA) 및 이의 유도체들로 이루어진 일 군으로부터 선택된 적어도 하나로 구성될 수 있다. 이의 유도체들로서는 벤조트리아졸 카르복시산(BTA carboxylic acid), 소디움 벤조트리아졸(sodium BTA) 및 포타시움 톨리트리아졸(potasium tolytriazole)로 이루어진 일 군중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 트리아졸계 화합물은 0.3% 내지 1%의 농도로 함유될 수 있다. 트리아졸계 화합물의 농도가 0.3% 미만인 경우에 측 방향 식각방지기능이 현저하게 감소되고, 1%을 초과하는 경우에는 식각의 과도한 억제가 발생되어 식각 속도가 저하된다. The triazole-based compound is etched and reacts with the metal remaining in the etchant to contribute to the formation of an organic metal complex. The metal complex containing the triazole-based compound is adsorbed on sidewalls of the exposed metal film during the etching process of the metal film to form an etch inhibiting film. An etch inhibiting layer formed of the complex may prevent the etching solution from penetrating into the metal film sidewalls. That is, the etch inhibiting film suppresses lateral etching and contributes to the progress of vertical etching. The triazole-based compound may be composed of at least one selected from the group consisting of benzotriazole (BTA) and derivatives thereof. Derivatives thereof may be at least one group consisting of benzotriazole carboxylic acid, sodium benzotriazole and sodium tolytriazole. In addition, the triazole-based compound may be contained at a concentration of 0.3% to 1%. When the concentration of the triazole compound is less than 0.3%, the lateral etching prevention function is remarkably reduced, and when the concentration of the triazole compound is greater than 1% , excessive inhibition of etching occurs, thereby decreasing the etching rate.
한편, 상술한 트리아졸계 금속 착물을 결정물로서 식각액 내에 안정한 상태로 분산시키기 위해 식각액 중에 계면활성제가 더 함유될 수 있다. 계면활성제는 양성(amphoteric) 계면활성제, 양이온 계면활성제 및 비이온 계면활성제로 이루어진 일 군중 적어도 하나를 함유될 수 있다. 양성 계면활성제는 카르복시베타인형 알킬베타인, 지방산아미도프로필베타인 및 알킬에스터로 이루어진 일 군 중 적어도 하나를 함유할 수 있다. 비이온성 계면활성제는 리옥시에틸렌노닐페닐에테르, 폴리옥시에틸렌 스테아릴에테르, 폴리옥시프로필렌 및 아민옥사이드로 이루어진 일 군 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 또한, 양이온성 계면활성제는 디메틸알킬아민,세틸트리메틸암모늄크롤라이드 및 디스테아릴디메틸암모늄크롤라이드로 이루어진 일 군 중 적어도 하나를 함유할 수 있다. 계면활성제는 1.0 내지 3.0%의 농도로 함유될 수 있다. 계면활성제의 농도가 1.0% 미만일 경우에는 낮은 표면장력, 저습윤성의 특성들이 유발되며, 기포 발생이 용이하지 않을 수 있다. 이에 더하여, 식각액의 수직 방향에 대한 식각 특성이 저하될 수 있다. 이와는 달리, 3.0%를 초과하는 경우에는 식각액 내에 거품이 지나치게 발생됨으로써 식각액 및 식각 공정에 곤란을 가져올 수 있다. Meanwhile, a surfactant may be further contained in the etchant to disperse the above-described triazole-based metal complex as a crystal in a stable state. The surfactant may contain at least one moiety consisting of an amphoteric surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant. The amphoteric surfactant may contain at least one of a group consisting of carboxybetaine type alkylbetaine, fatty acid amidopropylbetaine, and alkylesters. The nonionic surfactant may be composed of at least one selected from the group consisting of reoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxypropylene and amine oxide. The cationic surfactant may also contain at least one of the group consisting of dimethylalkylamine, cetyltrimethylammonium chloride and distearyldimethylammonium chloride. The surfactant may be contained at a concentration of 1.0 to 3.0%. When the concentration of the surfactant is less than 1.0%, low surface tension, low wettability characteristics are induced, and bubble generation may not be easy. In addition, the etching characteristics in the vertical direction of the etching solution may be lowered. On the contrary, when it exceeds 3.0%, bubbles are excessively generated in the etching solution, which may cause difficulty in the etching solution and the etching process.
이에 더하여, 계면활성제가 장시간 열이나 기계적 마찰로 이하여 공기 중의 산소와 반응하여 분해되거나 계면활성제 내에 가교 반응이 발생함으로 인하여 계면활성제의 분자량과 구조가 변형되는 것을 차단하기 위해 상기 식각액 중에 산화방 지안정제가 더 첨가될 수 있다. 또한, 산화방지안정제는 식각액 내에 라디칼 생성을 방지하고, 하이드로퍼옥사이드(hydroperoxide)에 의한 연쇄전파를 억제할 수 있다. 산화방지안정제는 페놀계, 아민계 화합물, 함인계화합물, 함유황계화합물 및 부틸하이드로옥시아니솔(BHA)로 이루어진 일 군 중 적어도 하나를 함유할 수 있다. 산화방지안정제는 5 내지 20ppm의 농도로 포함될 수 있다. 산화방지안정제의 농도가 5ppm 미만일 경우에는 계면활성제의 분해(degradation) 방지 기능이 되지 않는 관계로 계면활성제의 기능이 단시간에 저하될 수 있다. In addition, in order to prevent the surfactant from being deformed by reaction with oxygen in the air due to heat or mechanical friction for a long time, or the crosslinking reaction in the surfactant, the molecular weight and structure of the surfactant are prevented from being oxidized. More stabilizers may be added. In addition, the antioxidant stabilizer can prevent the generation of radicals in the etchant, and can suppress the chain propagation by hydroperoxide (hydroperoxide). Antioxidant stabilizers may contain at least one of a group consisting of phenolic, amine-based compounds, phosphorus-containing compounds, sulfur-containing compounds, and butylhydrooxyanisole (BHA). Antioxidant stabilizers may be included at a concentration of 5 to 20 ppm. If the concentration of the antioxidant stabilizer is less than 5ppm, the function of the surfactant may be reduced in a short time because it does not become a function of preventing degradation of the surfactant.
이외에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액의 식각 성능을 향상시키기 위해 당업자에게 자명하게 공지된 여러 다른 첨가제들을 선택하여 사용할 수 있다. In addition, various other additives well known to those skilled in the art may be selected and used to improve the etching performance of the etchant according to an embodiment of the present invention.
상술한 식각액은 상술한 성분들과 함께 잔량의 순수(deionized water)로 구성될 수 있으며, 식각액은 예를 들어, 트리아졸계 화합물, 계면활성제 및 산화방지안정제가 염화제2철 용액에 충분히 혼합되도록 소정의 시간을 두고 혼합함으로써 제조될 수 있다. 이뿐만 아니라, 상술한 성분들의 수용액을 각각 달리 제조한 다음 이를 혼합하여 제조할 수도 있으나, 그 제조 방법은 이들에 제한되지 않는다. 또한, 혼합 순서에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. The above-mentioned etching solution may be composed of residual amount of deionized water together with the above-mentioned ingredients, and the etching solution may be, for example, such that the triazole-based compound, the surfactant, and the antioxidant stabilizer are sufficiently mixed in the ferric chloride solution. It can be prepared by mixing over time. In addition to this, the aqueous solution of the above-described components may be prepared by mixing each other, and then mixing them, but the preparation method is not limited thereto. The mixing order is not particularly limited either.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액을 사용하여 금속 배선을 형성하는 방법을 설명하기로 한다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액을 사용하여 수행되는 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다. Hereinafter, referring to FIGS. 2 to 4, a method of forming metal wires using an etchant according to an embodiment of the present invention as described above will be described. 2 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings performed using an etchant according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 기판, 예를 들면 절연 기판(110) 상에 마스크 패턴(130)을 갖는 금속막(120)을 증착한다. 이 경우에, 기판은 강성 회로 기판 또는 연성 회로 기판일 수 있다. 강성 회로 기판으로는, 예를 들어 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)일 수 있으며, 연성 회로 기판으로는, 예를 들어 FPC(Flexible PCB), FRPCB(Flexible Rigid PCB) 및 세라믹 기판 등이 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기판은 패키지 기판, 멀티 칩 모듈(multi-chip module)용 기판, 일반 마더 보드(mother board) 등에 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 기판은 금속막(120) 하부에 폴리이미드, 유리 섬유 강화 필름(FRP; Fiber glass Reinforced Plastic), BT(Bismaleimide Triazine), PPE(Poly Phenylene Ether), PPO(Poly Phenylene Oxide) 수지 등으로 형성된 절연성 수지층을 가질 수 있으며, 본 명세서에서는 이러한 의미로 절연 기판(110)이라는 용어를 사용하도록 한다. 금속막(120)은 예를 들어, 구리막 또는 알루미늄막일 수 있으나 양호한 도전성을 갖기 위해 구리막으로 채택되는 것이 바람직하다. 아울러, 마스크 패턴(130)은 금속막(120)에 대하여 패터닝 공정을 진행하여 마스크 패턴(130)과 동일한 패턴을 전사시키는데 기여한다. 마스크 패턴(130)은 금속막(120)에 대하여 습식 식각 선택비를 갖는 물질막으로 형성되며, 통상적으로 포토레지스트, 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2, a
도 3을 참조하면, 마스크 패턴(130)을 식각 마스크로 사용하여 상술한 식각액(140)으로 금속막(120)에 대하여 습식 식각 공정을 진행한다. 식각액(140)은 상술한 바와 같이, 염화제2철, 염산 등과 같은 강산, 트리아졸계 화합물, 계면활성제, 산화방지안정제 및 잔량의 순수를 함유할 수 있다. 식각액을 구성하는 구체적 성분들 및 그 농도는 앞서 언급하였으므로 생략하기로 한다. 이러한 식각액(140)을 이용한 습식 식각 공정은 공지된 다양한 방법으로 진행될 수 있으며, 예를 들어 절연 기판(110) 상부에 적어도 하나 이상의 노즐들이 설치되어 노즐들을 통하여 절연 기판(110)을 향하여 분사하는 방법으로 수행될 수 있다. 이 경우에, 분사압력은 1 내지 5 kg/cm2으로 설정될 수 있으며, 식각 공정시 수반되는 온도는 20 내지 50℃로 조절될 수 있다. 식각 진행 온도가 50℃를 초과하는 경우에는 계면활성제의 열분해에 의해 계면활성제의 기능이 급격히 저하될 수 있다. Referring to FIG. 3, a wet etching process is performed on the
앞서 언급한 방법을 통하여 식각액(140)에 함유된 염화제2철 및 염산은 마스크 패턴들(130) 사이에 노출된 금속막(120)을 식각할 수 있다. 이 경우에, 도면에서 도시된 바와 같이, 습식 식각 과정에서 노출된 금속막(120)은 수직 방향으로 리세스(recess)되면서 식각됨과 아울러서 식각된 금속 이온은 식각액(140) 속의 염화제2철과 반응하여 염화금속막을 형성할 수 있다. Through the aforementioned method, the ferric chloride and hydrochloric acid contained in the
구체적으로, 금속막(120)이 구리로 형성된 경우를 예로 들어 설명한다. 금속막(120)이 식각되어 식각액(140)에 잔류된 구리 이온은 식각이 진행되는 동안에 염화제2철과 반응하여 염화제1구리를 생성할 수 있다. 염화제1구리는 다시 염산과 반응하여 염화제2구리로 생성될 수 있다. 계속해서, 염화제2구리는 식각액(140)에 함유된 예컨대 벤조트리아졸과 같은 트리아졸계 화합물과 반응하여 트리아졸계 구리 착물이 생성되며, 이 착물은 계면활성제의 작용에 의해 안정된 상태로 될 수 있다. 이러한 트리아졸계 구리 착물은 식각되는 바닥면 부근보다 노출된 금속막(120)의 측벽들 부근에서 잘 생성된다고 볼 수 있다. 이는 식각액(140)이 바닥면에서 체류하는 시간이 짧아서 식각액(140)의 성분과 구리가 반응하는 시간이 충분하지 않은데 기인하는 것으로 추측된다. Specifically, the case where the
트리아졸계 구리 착물은 식각 과정에서 노출된 측벽들을 따라 흡착 및 성장 과정을 반복하여 얇은 두께를 갖는 식각 억제막들(122)을 형성시킨다. 반면, 바닥면 상에 미량으로 흡착된 트리아졸계 구리 착물은 식각액(140)의 분사 압력 및 액체 흐름에 의해서 박리되어 제거될 수 있다. 그 결과, 식각 억제막들(122)은 식각 과정에서 노출된 금속막(120)의 측벽들 상에만 형성되어 식각액(140)이 마스크 패턴(130) 하부의 금속막(120)으로 침투되는 것을 저지하고, 언더컷의 발생을 방지할 수 있다. 아울러, 식각 억제막들(122)로 인하여 습식 식각의 주된 방향이 수직으로 이루도록 제어될 수 있다. The triazole-based copper complex repeats the adsorption and growth processes along sidewalls exposed in the etching process to form the
도 4를 참조하면, 습식 식각은 절연 기판(110)의 바닥면이 노출될 때까지 진행되어 금속 패턴들(124)을 형성한다. 이에 따라, 식각 억제막들(122)은 금속 패턴들(124)의 측벽들 전면에 형성될 수 있다. 그 결과, 금속 패턴(124) 및 식각 억제막(122)으로 구성되는 금속 배선들(126)이 완성될 수 있다. 식각 공정이 완료된 후에, 마스크 패턴(130)을 제거한다. 마스크 패턴(130)이 포토레지스트로 형성된 경우에 포토레지스트 패턴은 애슁(ashing) 공정을 통하여 제거될 수 있다. Referring to FIG. 4, the wet etching is performed until the bottom surface of the insulating
본 실시예에 따른 식각액을 사용하여 형성된 금속 배선들(126)은 언더컷의 발생없이 제조되어 상, 하부 간의 차이가 거의 없도록 형성될 수 있음과 아울러서 수직된 프로파일을 가져 균일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 식각액은 고집적도가 요구되는 금속 배선의 제조 공정에 적합하다. The
이하, 도 5를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 식각액을 사용하여 제작된 금속 배선을 구비하는 회로 기판에 대하여 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액을 사용하여 제작된 회로 기판의 단면도이다. Hereinafter, referring to FIG. 5, a circuit board including metal wires manufactured by using an etchant according to an exemplary embodiment of the present invention will be described. 5 is a cross-sectional view of a circuit board manufactured using an etchant according to an embodiment of the present invention.
회로 기판(200)은 내부에 적어도 하나 이상의 층으로 적층되는 배선들을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 제1 절연 기판(210) 및 이의 양측면 상에 소정의 패턴을 갖는 제1 금속 배선들(220a, 220b)을 구비한다. 제1 절연 기판(210)은 도 2를 참조하여 설명된 절연 기판과 실질적으로 동일한 기판일 수 있다. 제1 금속 배선들(220a, 220b)은 설계된 회로의 기능에 따라 전원 배선, 신호 배선, 접지 배선들로 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 금속 배선들을 구성하는 제1 상부 금속 배선들(220a)과 제1 하부 금속 배선들(220b)는 서로 다르게 배치될 수도 있고, 이들 각각은 다양한 배치로 형성될 수 있다. 제1 금속 배선들(220a, 220b)은 도면에 도시된 것과 달리 일측면 상에만 배치될 수도 있다. 제1 금속 배선들(220a, 220b)의 각각은 제1 금속 패턴들(222a, 222b) 및 그 측벽들 상에 위치되는 제1 식각 억제막들(224a, 224b)을 포함한다. 제1 금속 배선들(220a, 220b)은 본 실시예에 따른 식각액 및 도 2 내지 도 4에서 설명된 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 본 실시예의 식각액을 사용하는 경우에 식각액의 일 성분인 트리아졸계 화합물을 함유하는 금속 착물이 제1 식각 억제막들(224a, 224b)로 구성된다. 예를 들어, 금속 패턴들(222a, 222b) 및 트라아졸계 화합물로 각각 구리막 및 벤조트리아졸을 사용하는 경우에 제1 식각 억제막들(224a, 224b)은 벤조트리아졸 구리 착물로 형성될 수 있다. The
제1 금속 배선들(220a, 220b)을 갖는 제1 절연 기판(210)의 양 면 상에 제2 절연 기판들이 배치될 수 있다. 제2 절연 기판들은 제2 상부 절연 기판(230a) 및 제2 하부 절연 기판(230b)을 포함할 수 있다. 제2 절연 기판들(230a, 230b)은 제1 절연 기판(210)과 달리, 도 2에서 설명된 폴리이미드와 같은 절연성 수지층으로만 형성될 수 있다. 제2 절연 기판들(230a, 230b)은 당업자에게 알려진 통상의 방법을 통하여 형성될 수 있다. 한편, 제1 절연 기판(210) 과 제2 상, 하부 절연 기판들(230a, 230b)을 관통하여 배선 홀들(240)이 배치될 수 있다. 배선 홀들(240)의 측벽들을 따라 도전선들(242)이 배치될 수 있으며, 도전선들(242)은 제1 금속 배선들(220a, 220b)과 전기적으로 연결되도록 위치될 수 있다. 도전선들(242)은 예를 들면, 구리막으로 형성될 수 있으며, 이 경우에, 전해 전기 도금법이나 무전해 전기 도금법 등의 방법을 사용하여 형성될 수 있다. Second insulating substrates may be disposed on both surfaces of the first insulating
제2 상, 하부 절연 기판들(230a, 230b) 상에 도전선들(242)과 전기적으로 연결되는 제2 금속 배선들(250a, 250b)이 구비될 수 있다. 제2 금속 배선들(250a, 250b)은 제2 상부 금속 배선들(250a) 및 제2 하부 금속 배선들(250b)을 가질 수 있다. 제2 상부 금속 배선들(250a)은 별도로 제작된 반도체 칩이 탑재되도록 소정의 형상을 갖는 패드 형태로 형성될 수 있으며, 이들 역시 전원 패드, 신호 패드 및 접지 패드로 구별될 수 있다. 제2 하부 금속 배선들(250b)은 솔더 범프들(260)을 통하여 외부와 전기적으로 연결되고, 도전선들(242)을 통하여 반도체 칩으로 전기적 신호를 전송할 수 있다. 제2 금속 배선들(250a, 250b)은 제1 금속 배선들(220a, 220b)과 마찬가지로 제2 금속 패턴들(252a, 252b) 및 제2 식각 억제막들(254a, 254b)을 구비할 수 있다. 제2 금속 배선들(250a, 250b)은 제1 금속 배선들(220a, 220b)의 제조 방법과 실질적으로 동일하게 본 실시예에 따른 식각액을 사용하여 제조될 수 있다. 이 경우에, 제2 금속 패턴들(252a, 252b)의 측벽들 상에 트리아졸계 금속 착물로 형성된 제2 식각 억제막들(254a, 254b)이 제공된다. 한편, 제2 금속 배선들(250a, 250b)의 외부 노출을 방지하기 위해 제2 금속 배선들(250a, 250b)을 갖는 제2 절연 기판들(230a, 230b) 상에 피복층들(256a, 256b)이 배치될 수 있다.
이상에서는 4층으로 적층된 금속 배선들을 구비하는 회로 기판을 예시하여 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 이를 초과하는 짝수층을 구비하는 금속 배선들을 구비하는 회로 기판에 본 발명의 기술적 사상을 적용할 수 있다.In the above, the circuit board including the metal wires stacked in four layers has been described as an example, but the inventive concept may be applied to a circuit board including the metal wires having an even layer that is not limited thereto. .
이하, 실험예들을 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실험예들은 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 본 발명이 하기 실험예들에 의하여 한정되는 것은 아님으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples. However, the following experimental examples are for illustrating the present invention, it should be understood that the present invention is not limited by the following experimental examples.
<실험예들>Experimental Examples
실험예 1Experimental Example 1
(1) 식각액의 제조 (1) Preparation of etching solution
염화제2철용액(염화제2철: 2 mol/L, 염산 : 3mol/L)에 트리아졸계 화합물로 벤조트리아졸을 1%의 농도로 첨가하고, 비이온성계면활성제인 아민옥사이드를 1.5%의 농도로 첨가하여 식각액을 제조하였다To a ferric chloride solution (ferric chloride: 2 mol / L, hydrochloric acid: 3 mol / L), benzotriazole was added at a concentration of 1% as a triazole compound, and 1.5% of amine oxide as a nonionic surfactant was added. An etchant was prepared by adding in concentration.
(2) 포토레지스막 패턴 형성(2) photoresist film pattern formation
100mm의 폭을 갖는 폴리이미드 수지층을 기판 상에 8㎛의 두께를 갖는 구리 막을 형성한 후에, 구리막 상에 포토레지스트를 도포하고, 노광 및 현상 공정을 거쳐 미세 회로 패턴의 형상을 갖는 포토마스크 패턴을 갖는 포토레지스터 기판을 준비하였다. 이 경우에, 포토레지스트 패턴의 선폭은 25㎛이고, 포토레지스트 패턴들 사이의 간격(space)은 20㎛로 조절하였다. After forming a copper film having a thickness of 8 μm on a substrate with a polyimide resin layer having a width of 100 mm on the substrate, a photoresist is applied on the copper film, and a photomask having a shape of a fine circuit pattern through an exposure and development process. A photoresist substrate having a pattern was prepared. In this case, the line width of the photoresist pattern was 25 μm, and the space between the photoresist patterns was adjusted to 20 μm.
(3) 식각 및 포토레지스트 패턴의 박리(3) etching and peeling of photoresist pattern
상부하향식 2열 스프레이방식의 수평 식각 장치에 포토레지스트 패턴을 갖는 기판을 투입하여 식각액을 기판을 향하여 아래와 같은 조건으로 분사하였다. A substrate having a photoresist pattern was placed in a horizontal etching apparatus of a top-down two-row spray method, and the etching solution was sprayed toward the substrate under the following conditions.
선단거리 : 200mm, 분사 압력 : 3kg/cm2, Tip distance: 200mm, Injection pressure: 3kg / cm 2 ,
식각온도 : 48℃ , 식각시간 : 50secEtching Temperature: 48 ℃, Etching Time: 50sec
상술한 조건으로 식각을 진행한 후, 순수로 세정 후에 아세톤 또는 가성소다용액으로 포토레지스트 패턴을 제거함으로써 미세회로패턴을 갖는 구리 배선을 제조하였다.After etching under the above-described conditions, a copper wiring having a fine circuit pattern was manufactured by removing the photoresist pattern with acetone or caustic soda solution after washing with pure water.
실험예 2Experimental Example 2
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물을 실험예 1의 (1)의 농도로 혼합하나, 계면활성제를 첨가하지 않는 식각액을 제작하고, 실험예 1의 (3)에서 언급된 조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.A triazole-based compound was mixed with the ferric chloride solution at the concentration of (1) of Experimental Example 1, but an etching solution without adding a surfactant was prepared, and copper wiring was carried out under the same conditions as mentioned in (3) of Experimental Example 1. Was prepared.
실험예 3Experimental Example 3
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물을 실험예 1의 (1)의 농도로 혼합하고, 계면활성제(비이온성계면활성제인 아민옥사이드 농도)를 1.3%의 농도로 첨가하여 식각액을 제작하고, 실험예 1의 (3)에서 언급된 조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.Triazole-based compound was mixed with the ferric chloride solution at the concentration of (1) of Experimental Example 1, and a surfactant was prepared by adding a surfactant (amine oxide concentration as a nonionic surfactant) at a concentration of 1.3%. Copper wirings were manufactured under the same conditions as mentioned in (3).
실험예 4Experimental Example 4
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물을 실험예 1의 (1)의 농도로 혼합하고, 계면활성제를 1.1%의 농도로 첨가하여 식각액을 제작하고, 실험예 1 의 (3)에서 언급된 조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.The triazole-based compound was mixed with the ferric chloride solution at the concentration of (1) of Experimental Example 1, and a surfactant was added at a concentration of 1.1% to prepare an etching solution, and the conditions mentioned in (3) of Experimental Example 1 Copper wiring was similarly manufactured.
실험예 5Experimental Example 5
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물을 실험예 1의 (1)의 농도로 혼합하고,계면활성제를 1.9%의 농도로 첨가하여 식각액을 제작하고, 실험예 1 의 (3)조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.Triazole-based compound was mixed in the ferric chloride solution at the concentration of (1) of Experimental Example 1, and the surfactant was added at a concentration of 1.9% to prepare an etching solution, and copper was prepared in the same manner as in (3) of Experimental Example 1. Wiring was prepared.
실험예 6Experimental Example 6
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물을 실험예 1의 (1)의 농도로 혼합하고, 계면활성제를 1.7%의 농도로 첨가하여 식각액을 제작하고, 실험예 1 의 (3)조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.The triazole compound was mixed with the ferric chloride solution at the concentration of (1) of Experimental Example 1, and the surfactant was added at a concentration of 1.7% to prepare an etching solution, and copper was prepared in the same manner as in (3) of Experimental Example 1 Wiring was prepared.
실험예 7Experimental Example 7
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물을 실험예 1의 (1)의 농도로 혼합하고, 계면활성제를 2.5%의 농도로 첨가하여 식각액을 제작하고, 실험예 1 의 (3)조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.Triazole-based compound was mixed in the ferric chloride solution at the concentration of (1) of Experimental Example 1, and the surfactant was added at a concentration of 2.5% to prepare an etching solution, and copper was prepared in the same manner as in (3) of Experimental Example 1. Wiring was prepared.
실험예 8Experimental Example 8
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물을 실험예 1의 (1)의 농도로 혼합하고, 계면활성제를 3.0%의 농도로 첨가하여 식각액을 제작하고, 실험예 1 의 (3)조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.Triazole-based compound was mixed in the ferric chloride solution at the concentration of (1) of Experimental Example 1, and a surfactant was added at a concentration of 3.0% to prepare an etching solution, and copper was prepared in the same manner as in (3) of Experimental Example 1. Wiring was prepared.
실험예 9Experimental Example 9
염화제2철 용액에 벤조트리아졸 및 계면활성제를 각각 0.8% 및 1.5%의 농도들로 첨가하여 식각액을 제작하고, 실험예 1 의 (3)조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.Benzotriazole and surfactant were added to the ferric chloride solution at concentrations of 0.8% and 1.5%, respectively, to prepare an etching solution, and copper wirings were prepared in the same manner as in (3) of Experimental Example 1.
실험예 10Experimental Example 10
염화제2철 용액에 벤조트리아졸 및 계면활성제를 각각 0.6% 및 1.5%의 농도들로 첨가하여 식각액을 제작하고, 실험예 1 의 (3)조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.Benzotriazole and surfactant were added to the ferric chloride solution at concentrations of 0.6% and 1.5%, respectively, to prepare an etching solution, and copper wirings were prepared in the same manner as in (3) of Experimental Example 1.
실험예 11Experimental Example 11
염화제2철 용액에 벤조트리아졸 및 계면활성제를 각각 0.4% 및 1.0%의 농도들로 첨가하여 식각액을 제작하고, 실험예 1 의 (3)조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.Benzotriazole and a surfactant were added to the ferric chloride solution at concentrations of 0.4% and 1.0%, respectively, to prepare an etching solution, and copper wiring was prepared in the same manner as in (3) of Experimental Example 1.
실험예 12Experimental Example 12
염화제2철 용액에 벤조트리아졸 및 계면활성제를 각각 0.3% 및 1.0%의 농도들로 첨가하여 식각액을 제작하고, 실험예 1 의 (3)조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.Benzotriazole and surfactant were added to the ferric chloride solution at concentrations of 0.3% and 1.0%, respectively, to prepare an etching solution, and copper wirings were prepared in the same manner as in (3) of Experimental Example 1.
실험예 13Experimental Example 13
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물 및 계면활성제를 실험예 1의 (1)의 농도들로 첨가하여 식각액을 제조하고, 분사압력을 1kg/cm2 설정하여 구리 배선을 제조하였다.A triazole-based compound and a surfactant were added to the ferric chloride solution at the concentrations of (1) of Experimental Example 1 to prepare an etching solution, and a copper pressure was prepared by setting the injection pressure to 1 kg / cm 2 .
실험예 14Experimental Example 14
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물 및 계면활성제를 실험예 1의 (1)의 농도들로 첨가하여 식각액을 제조하고, 분사압력을 2kg/cm2 설정하여 구리 배선을 제조하였다.A triazole-based compound and a surfactant were added to the ferric chloride solution at the concentrations of (1) of Experimental Example 1 to prepare an etching solution, and a copper wiring was prepared by setting the injection pressure to 2 kg / cm 2 .
실험예 15Experimental Example 15
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물 및 계면활성제를 실험예 1의 (1)의 농도들로 첨가하여 식각액을 제조하고, 분사압력을 4kg/cm2 설정하여 구리 배선을 제조하였다.A triazole-based compound and a surfactant were added to the ferric chloride solution at the concentrations of (1) of Experimental Example 1 to prepare an etching solution, and a copper wire was prepared by setting the spray pressure to 4 kg / cm 2 .
실험예 16Experimental Example 16
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물 및 계면활성제를 실험예 1의 (1)의 농도들로 첨가하여 식각액을 제조하고, 분사압력을 5kg/cm2 설정하여 구리 배선을 제조하였다.A triazole-based compound and a surfactant were added to the ferric chloride solution at the concentrations of (1) of Experimental Example 1 to prepare an etching solution, and a copper wiring was prepared by setting an injection pressure of 5 kg / cm 2 .
실험예 17Experimental Example 17
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물 및 계면활성제를 실험예 1의 (1)의 농도들로 첨가함과 아울러서 산화방지안정제(부틸하이드로옥시아니솔)를 5ppm의 농도로 첨가하여 식각액을 제조하고, 실험예 (3)에서 언급된 조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.An etchant was prepared by adding a triazole compound and a surfactant to the ferric chloride solution at the concentrations of Experiment (1) and adding an antioxidant stabilizer (butylhydrooxyanisole) at a concentration of 5 ppm. Copper wirings were manufactured under the same conditions as described in Experimental Example (3).
실험예 18Experimental Example 18
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물 및 계면활성제를 실험예 1의 (1)의 농도들로 첨가함과 아울러서 산화방지안정제(부틸하이드로옥시아니솔)를 10ppm의 농 도로 첨가하여 식각액을 제조하고, 실험예 (3)에서 언급된 조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.An etching solution was prepared by adding a triazole compound and a surfactant to the ferric chloride solution at the concentrations of (1) of Experimental Example 1, and adding an antioxidant stabilizer (butylhydrooxyanisole) at a concentration of 10 ppm. Copper wirings were manufactured under the same conditions as described in Experimental Example (3).
실험예 19Experimental Example 19
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물 및 계면활성제를 실험예 1의 (1)의 농도들로 첨가함과 아울러서 산화방지안정제(부틸하이드로옥시아니솔)를 15ppm의 농도로 첨가하여 식각액을 제조하고, 실험예 (3)에서 언급된 조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.An etching solution was prepared by adding a triazole compound and a surfactant to the ferric chloride solution at the concentrations of Experiment (1) and adding an antioxidant stabilizer (butylhydrooxyanisole) at a concentration of 15 ppm. Copper wirings were manufactured under the same conditions as described in Experimental Example (3).
실험예 20Experimental Example 20
염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물 및 계면활성제를 실험예 1의 (1)의 농도들로 첨가함과 아울러서 산화방지안정제(부틸하이드로옥시아니솔)를 20ppm의 농도로 첨가하여 식각액을 제조하고, 실험예 (3)에서 언급된 조건과 동일하게 구리 배선을 제조하였다.An etching solution was prepared by adding a triazole compound and a surfactant to the ferric chloride solution at the concentrations of (1) of Experimental Example 1, and adding an antioxidant stabilizer (butylhydrooxyanisole) at a concentration of 20 ppm. Copper wirings were manufactured under the same conditions as described in Experimental Example (3).
[표 1]TABLE 1
상기 [표 1]의 평가 항목에서 Top/bottom Ratio는 도 4에 도시된 바와 같이, 구리 배선의 바닥폭(B)에 대한 상부폭(T)을 의미한다. Top/bottom Ratio는 100%에 가까울수록 식각된 구리 배선의 폭이 균일하게 형성될 뿐만 아니라, 언더컷없는 수직에 근접한 측벽 프로파일을 갖는다. 상기 [표 1]에서 보는 바와 같이, 벤조트리아졸의 농도를 0.3 내지 1.0%로 조절해가면서 진행된 실험예들을 비교해보면, Top/bottom Ratio는 0.7 이상 1.0% 이하인 경우에 높은 것으로 나타난다. 계면활성제 농도는 1.0% 인 경우에 낮은 표면장력과 착물의 저분산성으로 인하여 Top/bottom Ratio가 낮은 것으로 나타난다. 또한, 산화방지안정제는 20ppm을 초과하는 경우에 식각 억제막의 형성에 장애를 주는 것으로 추측된다. In the evaluation item of [Table 1], as shown in FIG. 4, the top / bottom ratio means the upper width T of the bottom width B of the copper wiring. As the top / bottom ratio is closer to 100%, not only the width of the etched copper wiring is formed uniformly, but also the vertical sidewall profile close to the bottom without the undercut. As shown in Table 1, when comparing the experimental examples while adjusting the concentration of benzotriazole to 0.3 to 1.0%, Top / bottom ratio appears to be high when 0.7 or more and 1.0% or less. When the surfactant concentration is 1.0%, the top / bottom ratio is low due to the low surface tension and low dispersion of the complex. In addition, it is assumed that the antioxidant stabilizer interferes with the formation of the etch inhibiting film when it exceeds 20 ppm.
한편, 도 6a는 종래의 습식 식각에 따라 제작된 금속 배선의 SEM(Scanning Eelectron Microscope; 주사현미경) 사진이고, 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 제작된 금속 배선의 SEM 사진이다. 도 7a 내지 도 7c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 식각액을 사용하여 제작된 금속 배선들의 상부, 바닥 및 단면을 나타내기 위한 현미경사진들이다. 도 7a 내지 도 7c의 현미경사진은 500배율로 확대된 사진들이다. On the other hand, Figure 6a is a SEM (Scanning Electron Microscope) of the metal wiring fabricated according to the conventional wet etching, Figure 6b is a SEM photo of the fabricated metal wiring according to an embodiment of the present invention. 7A to 7C are micrographs showing top, bottom, and cross-sections of metal wires fabricated using an etchant according to an embodiment of the present invention, respectively. The micrographs of FIGS. 7A to 7C are photographs enlarged at 500 magnification.
도 6a에서의 식각은 트리아졸계 화합물 및 계면활성제가 제외된 염화제2철과 염산을 혼합하여 제조된 식각액으로 구리막에 대해 진행되었다. 구체적으로, 도 6a의 종래 식각액은 2mol/L의 염화제2철 및 3mol/L의 염산을 순수에 혼합하여 제조되었다. 도 6b 및 도 7a 내지 도 7c는 실험예 14의 식각액과 조건으로 진행되어 식각된 구리 배선들이다. 구체적으로, 염화제2철 용액에 트리아졸계 화합물 및 계면활성제를 1% 및 1.5%의 농도들로 첨가하여 식각액을 제조하고, 분사압력을 2kg/cm2 설정하였다. The etching in FIG. 6a was performed on the copper film with an etchant prepared by mixing ferric chloride and hydrochloric acid excluding the triazole compound and the surfactant. Specifically, the conventional etchant of Figure 6a was prepared by mixing 2 mol / L ferric chloride and 3 mol / L hydrochloric acid in pure water. 6B and 7A to 7C illustrate the copper wires etched by the etching solution and the conditions of Experimental Example 14. Specifically, the triazole-based compound and the surfactant were added to the ferric chloride solution at concentrations of 1% and 1.5% to prepare an etching solution, and the injection pressure was set at 2 kg / cm 2 .
이들을 비교해보면, 도 6a의 구리 배선에서는 상단에 언더컷이 형성되어 상, 하부의 폭들의 차가 두드러져 보이나, 도 6b의 구리 배선에서 언더컷의 형성이 현저하게 감소되어 상, 하부의 폭들의 차가 도 6a의 배선에 비해 작음을 볼 수 있다. 또한, 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 도 7a의 구리 배선들(리드선들)의 바닥들과 도 7b의 구리 배선들의 상부들이 실질적으로 동일한 폭을 갖는 것을 관찰할 수 있다. 아울러, 도 7c의 구리 배선들의 단면들에서도 상부 및 바닥의 폭들이 실질적으로 동일하게 형성됨과 아울러서 배선들의 선폭들이 서로 균일한 것을 관찰할 수 있 다. 즉, 본 발명에 따른 식각액을 사용함으로써 금속 배선들이 높은 Top/bottom Ratio으로 형성될 수 있다. Comparing them, in the copper wiring of FIG. 6A, an undercut is formed at the upper end so that the difference between the upper and lower widths is prominent. However, the formation of the undercut is significantly reduced in the copper wiring of FIG. Smaller than the wiring can be seen. 7A to 7C, it can be observed that the bottoms of the copper wires (lead lines) of FIG. 7A and the upper portions of the copper wires of FIG. 7B have substantially the same width. In addition, in the cross-sections of the copper wirings of FIG. 7C, the widths of the upper and the bottom may be substantially the same, and the line widths of the wirings may be uniform. That is, by using the etchant according to the present invention, the metal lines can be formed with a high top / bottom ratio.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 습식 식각에 따른 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다. 1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of forming a metal wire according to a conventional wet etching method.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액을 사용하여 수행되는 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다. 2 to 4 are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings performed using an etchant according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액을 사용하여 제작된 회로 기판의 단면도이다. 5 is a cross-sectional view of a circuit board manufactured using an etchant according to an embodiment of the present invention.
도 6a는 종래의 습식 식각에 따라 제작된 금속 배선의 SEM(Scanning Eelectron Microscope; 주사현미경) 사진이고, 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 식각액을 사용하여 제작된 금속 배선의 SEM 사진이다. 6A is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a metal wiring manufactured by a conventional wet etching, and FIG. 6B is a SEM photograph of a metal wiring manufactured using an etchant according to an embodiment of the present invention.
도 7a 내지 도 7c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 식각액을 사용하여 제작된 금속 배선들의 상부, 바닥 및 단면을 나타내기 위한 현미경사진들이다. 7A to 7C are micrographs showing top, bottom, and cross-sections of metal wires fabricated using an etchant according to an embodiment of the present invention, respectively.
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