ＴＦＴ-ＬＣＤ용 금속 배선 형성을 위한 식각액 조성물 document_id A220623048437

액정 표시 소자(liquid crystal display device, LCD device)는 뛰어난 해상도에 따른 선명한 영상을 제공하며 전기를 적게 소모하고 디스플레이 화면을 얇게 만들 수 있게 하여 준다는 특성 때문에 평판 디스플레이 장치 중 가장 각광을 받고 있다. 오늘날 이러한 액정 표시 소자를 구동하는 전자 회로로서 대표적인 것은 박막 트랜지스터(thin film transistor, TFT) 회로로서 전형적인 박막 트랜지스터 액정표시(TFT-LCD) 소자는 디스플레이 화면의 화소(pixel)를 이루고 있다. TFT-LCD 소자에서 스위칭 소자로 작용하는 TFT는 매트릭스 형태로 배열한 TFT용 기판과 그 기판을 마주 보는 컬러 필터 기판 사이에 액정 물질을 채워 제조한 것이다. TFT-LCD의 전체 제조 공정은 크게 TFT 기판 제조 공정, 컬러 필터 공정, 셀 공정, 모듈 공정으로 나뉘는데 정확하고 선명한 영상을 나타내는 데 있어서 TFT 기판과 컬러 필터 제조 공정의 중요성은 매우 크다. TFT 기판 제조 공정에서, TFT의 게이트와 소스/드레인(source/drain) 전극용 배선재료로는 알루미늄(aluminium, Al) 또는 알루미늄 합금층이 흔히 사용되는데, 구체적으로 몰리브덴(molybdenum, Mo)과 알루미늄 각각의 순수한 금속 또는 그 합금의 조합, 예를 들어 몰리브덴과 알루미늄-네오디뮴(neodymium, Nd)으로 이루어진 이중층 또는 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴의 3중층 등의 형태로 기판 위에 적층(積層)된다. 이들 금속층에 원하는 전기회로의 선로를 구현하려면 회로 패턴대로 금속층을 깎아내는 식각 (蝕刻, etching) 과정이 필요하다. TFT 기판 위로는 많은 박막층이 놓이게 되므로 이들 사이의 원하지 않는 전기적 단락이 일어나는 것을 방지하기 위해서는 식각한 금속층의 절단 측면 즉 식각 프로파일(profile)이, 고르게 비탈지면서 하방이 상방보다 더 넓은, 완만한 테이퍼(taper) 형상인 것이 바람직하다. 식각 프로파일이 완만한 테이퍼 형상이 되면 형성된 여러 박막층 사이의 단차가 줄어들기 때문이다. 실제로 게이트 금속층의 식각 패턴이 불균일하고 정밀하지 않을 경우에는 TFT-LCD 영상의 해상도가 떨어지고 색상이 정확하지 않은 문제가 발생한다. 식각방법으로서, 습식 식각법은 모든 방향으로 고루 식각이 일어나는 등방성 (isotropic) 식각이기 때문에 3μm 이하의 형상을 제조하는 데에는 사용되지 못하며 식각제(etchant)와 탈이온수(deionized water) 가격이 높다는 단점이 있으나 공정을 위한 설비 투자 비용이 낮고 식각 환경을 고진공 상태로 유지할 필요가 없으며 마스크와 기판 모두에 대하여 식각 선택성이 뛰어나다는 장점을 가진다. 알루미늄 합금 전극용 배선 재료의 경우 인산-질산-아세트산의 혼합산 식각액이 널리 사용되어 왔다. 혼합산 식각액에서 질산은 알루미늄을 알루미늄 옥사이드로 산화시키고 몰리브덴을 몰리브덴 옥사이드로 산화시키는 기능을 하고, 아세트산은 반응속도를 조절하는 완충용액 기능을 하며, 인산은 상기 알루미늄 옥사이드 및 몰리브덴 옥사이드를 용해하는 기능을 한다. 그러나 인산은 고가이고 점성이 높다는 문제점이 있었다. 건식 식각법은 비등방성(anisotropic) 식각법이며, 3μm 이하 구조의 식각이 가능하다는 것이 최대 장점이지만, 고가의 진공 장비를 요하고 물리적 건식 식각법의 경우 선택성이 떨어진다는 단점이 있다. 종래의 1회의 습식식각만으로는 우수한 식각 프로파일, 즉 예를 들어 하부 금속층인 알루미늄이 몰리브덴층보다 더 많이 식각되는 이른바 언더컷(undercut) 현상 등이 없는 테이퍼 형상의 식각 프로파일을 얻기 어려웠다. 언더컷이 발생한 경우 돌출한 몰리브덴층을 식각하기 위하여 건식식각을 추가하는 방법이 사용되어 왔으나, 이는 공정 지연과 비용상승으로 인한 생산성 저하의 문제가 있었다. 따라서 업계에서는 저렴하면서 선택성이 높은 식각액을 사용한 1회의 습식 식각만으로 우수한 식각 프로파일을 얻을 수 있는 방법을 찾고자 다양한 시도를 하여 왔다. 이에 대하여, 대한민국 특허출원 제2003-70738호는, 단일 공정으로 Mo/AlNd 이중층을 식각하기 위한 조성으로서 질산, 질산철과 산화제로서 1~4 중량% 과염소산(HClO4)을 포함하는 식각액을 제시하고 있다. 그러나 과염소산은 성층권의 오존층을 파괴하는 염소 라디칼(Cl·)의 방출원이 될 수 있으므로 환경유해 물질로 분류되어 그 사용이 제한받고 있다. 또한 과염소산은 잔사 등의 불필요한 물질을 기판에 석출시킬 수 있어 다른 성분과 함께 사용하기 어려운 문제점이 있다. 과산화수소는 산화력이 양호하고 인듐 주석 산화물막을 깎는데에도 도움이 되지만, 식각액을 불안정하게 하기 때문에 식각액의 수명을 단축시켜 결과적으로 비용 상승의 원인이 된다. 대한민국 등록 특허 제598418호는 중량비 기준으로 질산 10~50%, 아세트산 5~30%, 함불소(含弗素) 화합물 0.1~5%, 함붕소 화합물 0.1~5%으로 이루어지는 식각액을 개시하고 있는데, 이 특허 발명은 불소계 화합물의 사용으로 기판의 유리가 부식되는 문제점이 있고, 철(Fe)계열 화합물의 사용으로 갈변현상이 발생한다.