CN101070596A - 薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物 - Google Patents

薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，通过使用该组合物即可利用单一工序来对构成薄膜晶体管液品显示装置的TFT中的作为栅极配线材料的Mo/AlNd双重膜或Mo/AlNd/Mo三重膜进行湿式蚀刻以获得优异的锥形而不会产生作为下部膜的AlNd或Mo的底切现象，同时使得作为源极/漏极配线材料的Mo单一膜和Mo/AlNd/Mo三重膜也可以形成优异的轮廓。本发明涉及薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，特别是涉及含有a)磷酸、b)硝酸、c)乙酸、d)锂类化合物、e)磷酸盐类化合物和f)水的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物。

Description

薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，更详细地说，本发明涉及下述的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物：通过使用该组合物即可利用单一工序来对构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT(薄膜晶体管，thin film transistor)中的作为栅极(gate)配线材料的Mo/AlNd双重膜或Mo/AlNd/Mo三重膜进行湿式蚀刻以获得优异的锥形(taper)而不会产生作为下部膜的AlNd或Mo的底切(undercut)现象，同时使得作为源极/漏极(source/drain)配线材料的Mo单一膜和Mo/AlNd/Mo三重膜也可以形成优异的轮廓(profile)。
背景技术
蚀刻工序是最终在基板上形成微细电路的过程，该过程形成与通过显影工序形成的光致抗蚀剂图案相同的金属图案。
蚀刻工序根据其方式大致分为湿式蚀刻和干式蚀刻，湿式蚀刻中，使用与金属等反应而使金属发生腐蚀的酸(acid)类化学试剂，溶解除去无光致抗蚀剂图案的部分；干式蚀刻中，使离子(ion)加速以除去暴露部位的金属，由此形成图案。
与湿式蚀刻相比，上述干式蚀刻具有下述优点：其具有各向异性轮廓，蚀刻控制力优异。但是干式蚀刻存在下述问题：其装备昂贵，难以实现大面积化，并且由于蚀刻速度慢而具有生产效率(throughput)低的问题。
相反地，与干式蚀刻相比，上述湿式蚀刻具有下述优点：其可以进行大量和大型处理且蚀刻速度快因而生产效率高，且其装备廉价。但是上述湿式蚀刻中存在蚀刻液和纯水的用量较多、废液量较多的问题。
一般，进行干式蚀刻时，为了除去表面的部分固化的光致抗蚀剂(photoresist)而要追加等离子体灰化(plasma ashing)工序，该工序的追加成为导致装备价格、工序时间损失等生产效率降低和制品竞争力变差的主要原因，所以实际情况是在实际现场中主要使用湿式蚀刻。
此外，由于要求更精密的微细电路，应用中需要根据待蚀刻的金属的种类来确定湿式蚀刻中所使用的蚀刻液。
在一个例子中，作为蚀刻Al单一膜的蚀刻液，有下述专利文献1和专利文献2中所公开的由磷酸、硝酸、乙酸、表面活性剂和水构成的蚀刻液。
此外，下述专利文献3中公开了用于蚀刻AlNd膜的蚀刻液，该蚀刻液中含有磷酸、硝酸、乙酸、水和氟碳类表面活性剂；下述专利文献4中公开了用于蚀刻铝和ITO(铟锡氧化物，indium-tin oxide)的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物中含有草酸(oxalic acid)、能够将组合物的pH调节为3～4.5的酸、盐酸、磷酸和硝酸；下述专利文献5中公开了用于蚀刻银或银合金的配线用蚀刻液，该蚀刻液中含有磷酸、硝酸、乙酸和硫酸氧钾(potassium oxysulfate)；下述专利文献6中公开了用于蚀刻IZO(铟锌氧化物，indium-zinc oxide)的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物含有盐酸、乙酸、抑制剂和水。
此外，下述专利文献7中公开了用于蚀刻源电极和漏电极用Mo或MoW(钼和钨的合金)的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物含有磷酸、硝酸、乙酸、氧化调整剂和水。
但是，上述以往的蚀刻液被应用于仅对一种金属膜进行蚀刻的用途中，因而其在装备和工序的效率性方面的效果较差，所以目前正对用于同时蚀刻多种金属膜的组合物进行研究。
与此相关的一个例子中，下述专利文献8和专利文献9中公开了用于蚀刻Mo/Al或Mo/AlNd、MoW/AlNd双重膜的蚀刻液，该蚀刻液中含有磷酸、硝酸、乙酸和氧化调整剂；下述专利文献10中公开了用于蚀刻Mo/Al(AlNd)/Mo膜的蚀刻液，该蚀刻液中含有磷酸、硝酸、乙酸和氧化调整剂。
此外，下述专利文献11、专利文献12、专利文献13中公开了能够适用于Mo/AlNd、MoW/AlNd、Mo/AlNd/Mo、MoW/AlNd/MoW、Mo单一膜和MoW单一膜中的全部膜的蚀刻液，该蚀刻液中含有磷酸、硝酸、乙酸、钼蚀刻抑制剂(铵盐、钾盐)和水。
但是，采用上述以往的蚀刻组合物对构成薄膜晶体管液晶显示装置的源/漏电极用金属膜的Mo膜进行蚀刻时，轮廓产生如图8所示的锥形不佳，在后续工序所层积的上部膜中可能会产生阶梯覆盖(step coverage)不良的问题。不仅如此，利用上述以往的蚀刻组合物对构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT的栅电极用金属膜的Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜进行蚀刻时，如图9所示，存在会产生上部Mo膜的突出现象和下部AlNd或Mo膜的底切现象的问题，由此，为了防止上述上部膜的突出现象，必须实施追加的工序来除去，而为了防止下部膜的底切现象，存在上部膜在倾斜面上断路或上下部金属短路(short circuit)的问题。
因此，在构成以往的薄膜晶体管液晶显示装置的TFT的栅(gate)电极和源/漏(source/drain)电极用金属膜为多重层结构时，一般通过同时应用湿式工序和干式工序来获得优选的轮廓。但是，如此同时使用湿式蚀刻和干式蚀刻，则存在在由于工序的烦杂所导致的生产效率降低以及在费用增加方面不利的问题。
[专利文献1]大韩民国专利申请第10-2002-0047933号
[专利文献2]美国专利第4895617号
[专利文献3]大韩民国专利申请第10-2000-0047933号
[专利文献4]大韩民国专利申请第10-2001-0030192号
[专利文献5]大韩民国专利申请第10-2001-0065327号
[专利文献6]大韩民国专利申请第10-2002-0010284号
[专利文献7]大韩民国专利申请第10-2001-0018354号
[专利文献8]大韩民国专利申请第10-2000-0002886号
[专利文献9]大韩民国专利申请第10-2001-0072758号
[专利文献10]大韩民国专利申请第10-2000-0013867号
[专利文献11]大韩民国专利申请第10-2002-0017093号
[专利文献12]大韩民国专利申请第10-2003-0080557号
[专利文献13]大韩民国专利申请第10-2004-0010404号
发明内容
本发明是为了解决上述现有技术的问题而提出的，其目的在于提供一种薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，通过使用该组合物即可利用单一工序来对构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT中的作为栅极配线材料的Mo/AlNd双重膜或Mo/AlNd/Mo三重膜进行湿式蚀刻以获得优异的锥形而不会产生作为下部膜的AlNd或Mo的底切现象，同时使得作为源极/漏极配线材料的Mo单一膜和Mo/AlNd/Mo三重膜也可以形成优异的轮廓。
本发明的其它的目的在于提供一种薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，使用该组合物时能够适用于构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT中的作为栅极配线材料的Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜以及作为源极/漏极配线材料的Mo单一膜和Mo/AlNd/Mo三重膜的蚀刻，发挥出优异的蚀刻效果，由此能够增大装备的效率性以及减少成本。
本发明的其它的目的在于提供一种薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，通过使用该组合物，即使在湿式蚀刻后不实施追加的干式蚀刻而仅利用湿式蚀刻也能适用于对作为栅极配线材料的Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜以及作为源极/漏极配线材料的Mo单一膜和Mo/AlNd/Mo三重膜进行的蚀刻，发挥出优异的蚀刻效果，由此能够简化工序，对减少成本以及提高生产效率有效的。
为了达成上述目的，本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，该蚀刻组合物的特征在于，其含有：
50重量％～80重量％的a)磷酸、
2重量％～15重量％的b)硝酸、
3重量％～20重量％的c)乙酸、
0.05重量％～3重量％的d)锂类化合物、
0.1重量％～5重量％的e)磷酸盐类化合物、以及
余量的f)水。
此外，本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，该制造方法的特征在于，其含有利用上述蚀刻组合物进行蚀刻的工序。
本发明具有下述优点：通过使用本发明的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，即使在进行湿式蚀刻后不实施追加的干式蚀刻而仅利用湿式工序，也能对构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT中的作为栅极配线材料的Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜进行湿式蚀刻以获得优异的锥形而不会产生作为下部膜的AlNd或Mo的底切现象，由此可以防止后续工序中出现在倾斜面上发生断路的不良问题，同时也可以防止作为源极/漏极配线材料的Mo单一膜出现反锥形现象、可以防止上/下层短路等不良问题，可以形成角度为40度～80度的优异的轮廓。本发明的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物还具有下述效果：通过使用该蚀刻组合物，能够适用于作为栅极配线材料的Mo/Al-Nd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜以及作为源极/漏极配线材料的Mo单一膜的蚀刻，由此可以简化工序、增大装备的效率性以及减少成本。
附图说明
图1是将通过本发明的一个实施方式制造的蚀刻组合物应用于Mo单一膜而形成的轮廓。
图2是说明将通过本发明的一个实施方式制造的蚀刻组合物应用于Mo/AlNd双重膜而形成的轮廓的照片。
图3是说明将通过本发明的一个实施方式制造的蚀刻组合物应用于Mo/AlNd/Mo三重膜而形成的轮廓的照片。
图4是说明将磷酸的用量较少的比较例的蚀刻组合物应用于Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜而形成的轮廓的照片。
图5是说明将硝酸的用量较少的比较例的蚀刻组合物应用于Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜而形成的轮廓的照片。
图6是说明将锂类化合物的用量较少的比较例的蚀刻组合物适用于Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜而形成的轮廓的照片。
图7是说明将磷酸盐类化合物的用量较少的比较例的蚀刻组合物应用于Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜而形成的轮廓的照片。
具体实施方式
下文对本发明进行详细的说明。
本发明的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物的特征在于，其含有a)磷酸、b)硝酸、c)乙酸、d)锂类化合物、e)磷酸盐类化合物和f)水。
本发明中所使用的上述磷酸、硝酸、乙酸和水使用作为半导体工序能够使用的纯度的物质为宜，也可以使用市售的物质，或者将工业用等级的物质通过所属技术领域中通常公知的方法进行纯化后来使用。
本发明中所使用的上述a)磷酸起着分解氧化铝(Al2O3)的作用，这样的现象根据下述反应式1所示的反应机理来进行。
[反应式1]
Al2O3+2H3PO4→2Al(PO4)+3H2O
上述磷酸在蚀刻组合物中的含量优选为50重量％～80重量％，进一步优选为62重量％～75重量％。其含量在上述范围内时，硝酸和铝反应而形成氧化铝(Al2O3)的蚀刻速度较快，具有提高生产效率的效果。
本发明中所使用的上述b)硝酸起着与铝反应生成氧化铝(Al2O3)的作用，这样的现象根据下述反应式2所示的反应机理来进行。
[反应式2]
4Al+2HNO3→2Al2O3+N2+H2
上述硝酸在蚀刻组合物中的含量优选为2重量％～15重量％，进一步优选为2.5重量％～8重量％。其含量在上述范围内时，具有可以在作为上部膜的Mo膜和作为下部膜的AlNd膜上有效地调节金属膜和其它层之间的选择比的效果。特别是上述硝酸小于2重量％时，具有会在Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜上产生底切现象的问题；超过15重量％时，具有会产生PR伤害(PR attack)的问题。
本发明中所使用的上述c)乙酸起着调节反应速度的缓冲剂的作用。
上述乙酸在蚀刻组合物中的含量优选为3重量％～20重量％，进一步优选为6重量％～15重量％。其含量在上述范围内时，具有可以通过适当调节反应速度来提高蚀刻速度从而提高生产效率的效果。
本发明中所使用的上述d)锂类化合物起着改善Mo单一膜、Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜的轮廓的作用。
上述锂类化合物可以使用LiNO3、CH3COOLi、C4H5O3Li、LiCl、LiF、LiI、C2HLiO4、LiClO4、Li2O2、Li2SO4、LiH2PO4或Li3PO4等，特别优选使用LiNO3或CH3COOLi。
上述锂类化合物在蚀刻组合物中的含量优选为0.05重量％～3重量％，进一步优选为0.1重量％～2重量％。其含量小于0.05重量％时，具有在Mo单一膜上产生反锥形和肩角(shoulder)的现象以及在作为栅极配线材料的Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜上产生AlNd的底切现象的问题；超过3重量％时，Mo单一膜的蚀刻速度变慢，具有在Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜上产生阶梯型轮廓的问题。
本发明中所使用的上述e)磷酸盐类化合物促进由硝酸氧化的氧化铝的分解，该现象根据下述反应式3所示的反应机理来进行。
[反应式3]
2Al2O3+4PO4 3-→4Al(PO4)+3O2
上述磷酸盐类化合物使用能够解离为PO4 3-的化合物为宜，具体地说，可以使用NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4、KH2PO4、K2HPO4、K3PO4、Ca(H2PO4)2、Ca2HPO4或Ca3PO4等，优选使用(NH4)H2PO4或KH2PO4。
上述磷酸盐类化合物在蚀刻组合物中的含量优选为0.1重量％～5重量％，进一步优选为0.5重量％～3重量％。其含量在上述范围内时，具有不会在Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜上产生作为下部膜的AlNd的底切现象的优点，不仅如此，同时还具有即使是Mo单一膜也可以形成优异的轮廓的优点。
本发明中所使用的上述f)水在蚀刻组合物中以余量含有，起着对硝酸与铝反应而生成的氧化铝(Al2O3)进行分解、稀释蚀刻组合物的作用。
上述水优选使用通过离子交换树脂过滤而得到的纯水，该水的含量为余量；特别是进一步优选使用电阻率为18兆欧姆厘米(MΩcm)以上的超纯水。
此外，本发明提供薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，该制造方法具有利用含上述成分的蚀刻组合物进行蚀刻的工序。本发明的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法中，不言而喻，在利用上述蚀刻组合物进行蚀刻的工序之前和之后，可以应用在薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法中所应用的常规工序。
本发明的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法的优点在于，使用含有上述成分的本发明的蚀刻组合物进行湿式蚀刻后，即使不实施追加的干式蚀刻而仅利用该组合物进行湿式工序，也能对构成薄膜晶体管液晶显示装置中的TFT的作为栅极配线材料的Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜进行湿式蚀刻以获得优异的锥形而不会产生作为下部膜的AlNd或Mo的底切现象，由此可以防止后续工序中出现在倾斜面上发生断路的不良问题，同时也可以防止作为源极/漏极配线材料的Mo单一膜出现反锥形现象、可以防止上/下层短路等不良问题，如图1所示，可以形成角度为40度～70度的优异的轮廓。本发明的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法还具有下述效果：使用该蚀刻组合物能够适用于作为栅极配线材料的Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜以及作为源极/漏极配线材料的Mo单一膜的蚀刻，由此可以简化工序、增大装备的效率性以及减少成本。
下文为了理解本发明而举出优选的实施方式，但是下述实施方式仅是对本发明所列举的示例，本发明的范围并不限于下述实施方式。
[实施方式]
实施例1
将68重量％的磷酸、4重量％的硝酸、13重量％的乙酸、1.0重量％的LiNO3、1.5重量％的KH2PO4和余量的水混合均匀，制造蚀刻组合物。
将上述制造的蚀刻组合物应用于Mo单一膜后的结果如图1所示，可确认其轮廓的角度为40度～70度，轮廓优异。
此外，将上述制造的蚀刻组合物应用于Mo/AlNd双重膜后的结果如图2所示，可以确认其形成了优异的轮廓而未产生底切现象。
此外，将上述制造的蚀刻组合物应用于Mo/AlNd/Mo三重膜后的结果如图3所示，可以确认其形成了优异的轮廓而未产生底切现象。
比较例1～4
除了在上述实施例1中使用下述表1所示的成分和组成比之外，用与上述实施例1相同的方法实施制造蚀刻组合物。下述表1中单位为重量％。
[表1]
实施例1     比较例
    1     2     3     4
  磷酸     68     45     68     68     68
  硝酸     4     4     1     4     4
  乙酸     13     13     13     13     13
  锂类化合物     1.0     1.0     1.0     0.02     1.0
  磷酸盐类化合物     1.5     1.5     1.5     1.5     0.05
  水     直至100重量％
由上述实施例1以及比较例1～4制造的蚀刻组合物的性能通过下述方法进行实验，其结果如图1～7以及下述表2所示。
首先在玻璃基板上通过溅射形成Mo单一膜、Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜，然后涂布光致抗蚀剂，通过显影形成图案，将由上述实施例1、以及比较例1～4制造的蚀刻组合物喷射到形成有图案的试验片上，进行蚀刻处理。蚀刻后，用扫描电子显微镜(SEM、S-4200、日立社)观察截面，对蚀刻组合物的性能进行评价。
[表2]
实施例1     比较例
    1     2     3     4
    性能 ◎     ×     ×     ×     ×
    [注]◎(优秀)：在Mo单一膜上形成优异的轮廓在Mo/AlNd双重膜、Mo/AlNd/Mo三重膜上无底切现象，锥形角度优异×(不好)：在Mo单一膜上形成的轮廓不佳在Mo/AlNd双重膜、Mo/AlNd/Mo三重膜上产生底切现象
如上述表2所示可知，与比较例1～4相比，通过本发明制造的实施例1的蚀刻组合物在Mo单一膜、Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜上都发挥了优异的蚀刻效果。
此外，图1～图3中显示了蚀刻截面的扫描显微镜照片，如图2和图3所示，通过本发明制造的实施例1的蚀刻组合物在作为栅极配线材料的Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜上不产生底切现象，同时如图1所示，即使是在作为源极/漏极配线材料的Mo单一膜上也可以形成优异的轮廓。
相反地，磷酸含量小于50重量％的比较例1、硝酸含量小于2重量％的比较例2中，如图4和图5所示，可知：在Mo/AlNd双重膜上产生底切现象，在Mo/AlNd/Mo三重膜上产生下部膜Mo的拖尾(tailing)现象。此外，锂类化合物小于0.05重量％的比较例3中，如图6所示，可知在Mo单一膜上形成了具有肩角的不佳的轮廓(profile)，在Mo/AlNd双重膜上产生底切现象。不仅如此，磷酸盐类含量小于0.1重量％的比较例4中，如图7所示，可知：在Mo/AlNd双重膜和Mo/AlNd/Mo三重膜上产生底切现象，在Mo单一膜上形成了具有肩角的不佳的轮廓。
由上述结果可知，与利用以往的蚀刻组合物进行蚀刻相比，利用本发明所得到的蚀刻组合物进行蚀刻时，可形成优异的阶梯覆盖(stepcoverage)。

Claims (6)

1.一种薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，该蚀刻组合物的特征在于，其含有：
50重量％～80重量％的a)磷酸、
2重量％～15重量％的b)硝酸、
3重量％～20重量％的c)乙酸、
0.05重量％～3重量％的d)锂类化合物、
0.1重量％～5重量％的e)磷酸盐类化合物、以及
余量的f)水。
2.如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其特征在于，所述薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物是TFTLCD中的栅极配线材料Mo/AlNd双重膜或Mo/AlNd/Mo三重膜的蚀刻组合物。
3.如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其特征在于，所述薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物是TFTLCD中的源极/漏极配线材料Mo单一膜的蚀刻组合物。
4.如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其特征在于，所述d)锂类化合物为选自由LiNO3、CH3COOLi、C4H5O3Li、LiCl、LiF、LiI、C2HLiO4、LiClO4、Li2O2、Li2SO4、LiH2PO4和Li3PO4组成的组中的1种以上的物质。
5.如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其特征在于，所述e)磷酸盐类化合物为选自由NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4、KH2PO4、K2HPO4、K3PO4、Ca(H2PO4)2、Ca2HPO4和Ca3PO4组成的组中的1种以上的物质。
6.一种薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，该制造方法的特征在于，其包括利用权利要求1～5任意一项所述的蚀刻组合物进行蚀刻的工序。
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