CN101139713B

CN101139713B - 蚀刻液以及使用此蚀刻液的图案化导电层的制造方法

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Publication number: CN101139713B
Application number: CN2006101516094A
Authority: CN
Inventors: 刘思呈; 杨承慈; 吴健为; 梁硕玮
Original assignee: TTLA; Industrial Technology Research Institute ITRI; Toppoly Optoelectronics Corp; Chunghwa Picture Tubes Ltd; Chi Mei Optoelectronics Corp; Hannstar Display Corp; AU Optronics Corp; Quanta Display Inc
Current assignee: TTLA; Industrial Technology Research Institute ITRI; Chunghwa Picture Tubes Ltd; Chi Mei Optoelectronics Corp; Hannstar Display Corp; AU Optronics Corp; Quanta Display Inc; TPO Displays Corp
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2026-09-07
Also published as: CN101139713A

Abstract

一种蚀刻液，可用以蚀刻含铜的复层结构。此蚀刻液是以过醋酸为蚀刻的主成分。蚀刻液中还包括过醋酸稳定剂、有机酸、无机酸、盐类以及水。过醋酸的含量为蚀刻液总重量的5至40wt％。过醋酸稳定剂的含量为5至15wt％。有机酸的含量为5至10wt％。无机酸的含量为5至15wt％。盐类的含量为8至15wt％。

Description

蚀刻液以及使用此蚀刻液的图案化导电层的制造方法

技术领域

本发明涉及一种蚀刻液以及使用此蚀刻液的电子元件的图案化导电层的制造方法。

背景技术

随着薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)面板尺寸愈做愈大，伴随的是金属导线阻值不够低所产生的电阻电容(RC)延迟效应，因而，导致信号在传输的过程中产生扭曲失真，而影响面板画质的呈现。利用阻值低的铜金属来形成金属导线，可以有效降低RC延迟效应。然而，由于铜与玻璃基板的附着力不佳，且由于铜金属易于扩散，因此，往往需通过其它金属如钼，来作为黏着层，来增加其与玻璃基板的之间的附着力，并作为阻障层，来避免扩散的情形。

但是，复层金属的蚀刻并不容易。通常，必须采用两种以上的蚀刻剂来进行两个以上的蚀刻步骤方能完成复层的蚀刻。但是，这种方法相当耗时。若以传统封装产业常用的纯铜蚀刻液或面板业所使用的铝酸(PAN Acid)来进行蚀刻时，易产生电池效应(Galvanic Effect)，造成底切现象，且不易控制蚀刻速率，因此，无法获得良好的蚀刻结果。另一种蚀刻液，如美国专利第6780784号是以双氧水(H₂O₂)为主配方。然而，以双氧水为主配方的蚀刻液的浓度稳定性不易控制，且双氧水的浓度过高对机器的零元件会有损害与工安危害的疑虑。因此，目前亟需一种可以用来蚀刻复层金属导线的蚀刻液。

发明内容

本发明的目的就是在提供一种蚀刻液及使用此蚀刻液的电子元件的图案化导电层的制造方法，其可以以一步骤完成复层结构的蚀刻且可以节省工艺的时间。

本发明的再一目的是提供一种蚀刻液及使用此蚀刻液的电子元件的图案化导电层的制造方法，其可以避免在蚀刻过程中产生电池效应。

本发明的又一目的是提供一种可以有效控制浓度的蚀刻液及使用此蚀刻液的电子元件的图案化复层的制造方法。

本发明的另一目的是提供一种不会损害机器或造成公安危害的蚀刻液及使用此蚀刻液的电子元件的图案化复层的制造方法。

本发明提出一种蚀刻液，此蚀刻液是以过醋酸(Peracetic Acid、PAA)为主成分。蚀刻液中还包括过醋酸稳定剂、有机酸、无机酸、盐类以及水。过醋酸的含量为蚀刻液总重量的5至40wt％。过醋酸稳定剂的含量为5至15wt％。有机酸的含量为5至10wt％。无机酸的含量为5至15wt％。盐类的含量为8至15wt％。各组分含量之和为100％。

本发明提出一种电子元件的图案化导电层的制造方法。此方法是先在基板上形成导电层，此导电层为两种材料不同的金属层的复层结构。之后，选择性裸露出该复层结构，形成一暴露部分与一未暴露部分。其后，以一蚀刻液蚀刻去除暴露部份以及一部份的未暴露部份，以形成导线，其中蚀刻液包括过醋酸、过醋酸稳定剂、有机酸、无机酸以及盐类。

依照本发明实例所述，上述过醋酸的含量为蚀刻液总重量的5至40wt％。过醋酸稳定剂的含量为5至15wt％。有机酸的含量为5至10wt％。无机酸的含量为5至15wt％。盐类的含量为8至15wt％。各组分含量之和为100％。

依照本发明实例所述，上述有机酸选自于由醋酸(Acetic Acid)、柠檬酸(Citric Acid)、草酸(Oxalic Acid)、酒石酸(Tartatic acid)及其混合物所组成的族群。

依照本发明实例所述，上述无机酸选自于由H₂SO₄、HNO₃、HCl、H₃PO₄及其混合物所组成的族群。

依照本发明实例所述，上述盐类选自于由KCl、NaCl、KHSO₄、KIO₄、(NH₄)HPO₄、CH₃COONH₄、CH₃COONa、CH₃COOK及其混合物所组成的族群。

依照本发明实例所述，上述复层结构包括一第一金属层与一第二金属层，其中第一金属层的材料包括铜及其合金；第二金属层的材料是选自于由钼、钽、钛、铬及其合金所组成的族群。

依照本发明实例所述，上述复层结构包括该第一金属层/该第二金属层结构或该第二金属层/该第一金属层/该第二金属层结构。

依照本发明实例所述，上述复层结构的形成方法可以采用溅射、蒸镀、电镀或无电镀方式。

依照本发明实例所述，上述图案化导电层结构可以是薄膜晶体管液晶显示器或等离子体显示器的金属导线。

依照本发明实例所述，上述图案化导电层可以是导线、接触部、源极/漏极、数据线或扫描线。

本发明的蚀刻液可以以一步骤完成复层结构的蚀刻，节省工艺的时间。而且，蚀刻液的浓度可以有效控制，使复层蚀刻成所需的图案，如梯形，以利于后续薄膜工艺时有优选的阶梯覆盖能力。此外，使用本发明的蚀刻液蚀刻不会有电池效应，也不会损害机器或造成公安危害等问题。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，以下配合附图以及优选实施例，以更详细地说明本发明。

附图说明

图1A至1G是依照本发明一实施例所绘示的薄膜晶体管的制造方法的流程剖面图。

简单符号说明

100：基板

110、120：光致抗蚀剂层

138a、140a、153、157、159：金属层

142a：扫描线

142b、142c：栅极导体层

142d、170c：电容器的电极

150、150a、150b：介电层

152：通道层

154：欧姆接触层

156a、156b：源极/漏极

156c：数据线

160：保护层

155、162、164：开口

170：导电层

170a、170d：接触部

170b：像素电极

具体实施方式

本发明的蚀刻液包括过醋酸、过醋酸稳定剂、有机酸、无机酸、盐类以及水，其可一步骤蚀刻复层结构中两种材料不同的金属层，或是用来蚀刻单层金属层。复层结构例如是第一金属层/第二金属层双层结构或是第二金属层/第一金属层/第二金属层三层结构，其中第一金属包括铜及其合金；第二金属是选自于钼、银、钽、钛、铬、镍、钨、金及其合金所组成的族群。单层金属层为铜合金层，其中铜合金层的合金元素选自于镁、银、铬、钨、钼、铌、氮、银、钌、碳及其混合合金所组成的族群。

蚀刻液中过醋酸的含量为蚀刻液总重量的0.5至40wt％。优选的是5wt％至39wt％。

在一实施例中，蚀刻液是用来蚀刻含有铜与钼的结构，其中过醋酸与铜的反应机构如下：

CH₃COOOH+Cu＝CuO+CH₃COOH

CuO+2CH₃COOH＝Cu(CH₃COO)₂+H₂O

过醋酸与钼的反应机构如下：

3CH₃COOOH+Mo＝MoO₃+3CH₃COOH

过醋酸与钼反应所形成的MoO₃易溶于水。

过醋酸稳定剂是用来稳定过氧状态的过醋酸，以避免过醋酸自分解(Self-decomposition)。过醋酸稳定剂的含量为蚀刻液总重量的3wt％至20wt％。优选的是5wt％至15wt％。过醋酸稳定剂例如是羟基亚乙基二膦酸(1-Hydroxyethylidene-l，l-Diphosphonic Acid，HEDP)、2，6-吡啶二羧酸(2，6-pyridinedicarboxylic acid)。

有机酸是用来辅助铜与钼的蚀刻。有机酸例如是醋酸(Acetic Acid)、柠檬酸(Citric Acid)、草酸(Oxalic Acid)、酒石酸(Tartatic Acid)及其混合物。优选的是柠檬酸、醋酸。有机酸的含量为蚀刻液总重量的2wt％至15wt％。优选的是5wt％至10wt％。

无机酸亦可用来蚀刻铜与钼金属。无机酸包括H₂SO₄、HNO₃、HCl、H₃PO₄及其混合物。无机酸的含量为蚀刻液总重量的2wt％至20wt％。优选的是5wt％至15wt％。

盐类是用来控制蚀刻液的酸碱(pH)值，可调变铜与钼的相对蚀刻率。盐类包括卤盐、硫酸盐、碘酸盐、磷酸盐、醋酸盐及其混合物。卤盐的实例包括KCl、NaCl。硫酸盐的实例包括KHSO₄。碘酸盐的实例包括KIO₄。磷酸盐的实例包括(NH₄)HPO₄。醋酸盐的实例包括CH₃COONH₄、CH₃COONa、CH₃COOK。优选的是KCl、NaCl、KHSO₄、KIO₄、(NH₄)HPO₄、CH₃COONH₄、CH₃COONa、CH₃COOK及其混合物。盐类含量为蚀刻液总重量的5至20wt％。优选的是8wt％至15wt％。

水可以采用纯水或是去离子水。水的含量为蚀刻液总重量的10至80wt％。优选的是15wt％至75wt％。

本发明的蚀刻剂可以用于蚀刻复层结构，例如是薄膜晶体管液晶显示器或是等离子体显示器的金属导线。以下是将本发明的蚀刻液应用于薄膜晶体管液晶显示器的实例，其是用以说明本发明，而非用以限制本发明。

请参照图1A，在基板100上形成金属层138a与140a，之后在形成光致抗蚀剂层110。金属层138a的材料例如是选自于由钼、银、铝、钽、钛、铬、镍、钨、金及其合金所组成的族群。金属层140a例如是铜及其合金。金属层138a与140a的形成方法可以采用溅射、蒸镀、电镀或无电镀等方式。

请参照图1B，以一蚀刻剂蚀刻光致抗蚀剂层110所裸露的金属层138a与140a以及一部份未被光致抗蚀剂层110所覆盖的金属层138a与140a，以形成扫描线的端子部142a、第一栅极的栅极导体层142b、第二栅极的栅极导体层142c以及电容器的电极142d，这一些蚀刻后的构件可具有倾斜角，如图所示，以增进后续沉积层的阶梯覆盖性。之后，再移除光致抗蚀剂层110。所使用的蚀刻剂的成分包括过醋酸、过醋酸稳定剂、有机酸、无机酸、盐类及水。过醋酸的含量为蚀刻液总重量的5至40wt％。过醋酸稳定剂的含量为5至15wt％。有机酸的含量为5至10wt％。无机酸的含量为5至15wt％。盐类的含量为8至15wt％。有机酸选自于由醋酸、柠檬酸、草酸、酒石酸及其混合物所组成的族群。无机酸选自于由H₂SO₄、HNO₃、HCl、H₃PO₄及其混合物所组成的族群。盐类选自于由KCl、NaCl、KHSO₄、KIO₄、(NH₄)HPO₄、CH₃COONH₄、CH₃COONa、CH₃COOK及其混合物所组成的族群。水的含量为15至75wt％

之后，请参照图1C，在基板100上方形成一层介电层150。覆盖在第一栅极的栅极导体层142b与第二栅极的栅极导体层142c上的介电层150是作为栅介电层150a；覆盖在电极142d的介电层150是作为储存电容器的介电层150b。介电层150的材料例如是SiO₂、Ta₂O₅等。介电层150的形成方法可以采用化学气相沉积法。之后，在介电层150上形成一层图案化的通道层152与图案化的欧姆接触层154。通道层152的材料例如是非晶硅；欧姆接触层154的材料例如是具有n型掺杂的多晶硅。

其后，请参照图1D，在基板100上方形成金属层153。金属层153包括金属层157与159。金属层157的材料例如是钼、钽、钛、铬及其合金。金属层159例如是铜及其合金。金属层157与159的形成方法可以采用溅射、电镀或无电镀等方式。之后，在金属层153上形成一层光致抗蚀剂层120。

之后请参照图1E，以一蚀刻剂蚀刻光致抗蚀剂层120所裸露的金属层157与159以及一部份被光致抗蚀剂层120所覆盖的金属层157与159。图案化的金属层157与159是用来作为源极/漏极156a、156b以及数据线端子部156c。蚀刻剂包括过醋酸、过醋酸稳定剂、有机酸、无机酸以及盐类。过醋酸的含量为蚀刻液总重量的5至40wt％。过醋酸稳定剂的含量为5至15wt％。有机酸的含量为5至10wt％。无机酸的含量为5至15wt％。盐类的含量为8至15wt％。有机酸选自于由醋酸、柠檬酸、草酸、酒石酸及其混合物所组成的族群。无机酸选自于由H₂SO₄、HNO₃、HCl、H₃PO₄及其混合物所组成的族群。盐类选自于由KCl、NaCl、KHSO₄、KIO₄、(NH₄)HPO₄、CH₃COONH₄、CH₃COONa、CH₃COOK及其混合物所组成的族群。

然后，将下方的欧姆接触层154再次图案化成彼此分离的欧姆接触层154a与154b。接着，将光致抗蚀剂层120移除。之后，进行另一个光刻、蚀刻工艺，将扫描线端子部142a上的介电层150再次图案化，以形成开口155。

其后，请参照图1F，在基板100上方形成保护层160，并将其图案化，以形成开口162、164。

之后，请参照图1G，在基板100上方形成导电层170。覆盖在扫描线端子部142a上方的导电层170作为一接触部170a；覆盖在栅极导体层142b、142c的导电层170作为像素电极170b的一部份；覆盖在电极142d上方的导电层170作为储存电容器的另一电极170c；覆盖在数据线端子部156c的导电层170作为一接触部170d。导电层170的材料例如是铟锡氧化物(ITO)。

实验

以过醋酸浓度分别为5wt％、15wt％以及39wt％的蚀刻液蚀刻铜/钼复层结构。其结果显示：蚀刻后的复层结构的倾斜角(Taper Angle)可以控制在45度至75度之间；关键尺寸的损失小于2微米；且无残留物的问题，此外，蚀刻速率可达1500埃/分钟，且均匀度可达10％。

本发明的蚀刻液可以以一步骤完成复层结构的蚀刻，节省工艺的时间。而且，蚀刻液的浓度可以有效控制，使复层蚀刻成所需的图案，如梯形。此外，使用本发明的蚀刻液蚀刻不会有电池效应，也不会损害机器或造成公安危害等问题。

虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种蚀刻液，用以图案化两种材料不同的金属层的复层结构，其包括：

含量为5wt％至40wt％的过醋酸；

含量为5wt％至15wt％的过醋酸稳定剂；

含量为5wt％至10wt％的有机酸；

含量为5wt％至15wt％的无机酸；

含量为8wt％至15wt％的盐类；以及

含量为15wt％至75wt％的水，

其中，各组分含量之和为100％，

该有机酸选自于由醋酸、柠檬酸、草酸、酒石酸及其混合物所组成的族群。

2.如权利要求1所述的蚀刻液，其中该无机酸选自于由H₂SO₄、HNO₃、HCl、H₃PO₄及其混合物所组成的族群。

3.如权利要求1所述的蚀刻液，其中该盐类选自于由KCl、NaCl、KHSO₄、KIO₄、(NH₄)HPO₄、CH₃COONH₄、CH₃COONa、CH₃COOK及其混合物所组成的族群。

4.一种电子元件的图案化导电层的制造方法，包括：

在基板上形成导电层，此导电层为两种材料不同的金属层的复层结构；

选择性裸露出该导电层，形成暴露部分与未暴露部分；以及

以蚀刻液蚀刻去除该暴露部份以及部份该未暴露部份，以形成图案化的导电层，其中该蚀刻液包括过醋酸、过醋酸稳定剂、有机酸、无机酸、盐类以及水。

5.如权利要求4所述的电子元件的图案化导电层的制造方法，其中该过醋酸的含量为蚀刻液总重量的5至40wt％；过醋酸稳定剂的含量为5至15wt％；有机酸的含量为5至10wt％；无机酸的含量为5至15wt％；盐类的含量为8至15wt％；水的含量为15至75wt％，其中各组分含量之和为100％。

6.如权利要求4所述的电子元件的图案化导电层的制造方法，其中该有机酸选自于由醋酸、柠檬酸、草酸、酒石酸及其混合物所组成的族群。

7.如权利要求4所述的电子元件的图案化导电层的制造方法，其中该无机酸选自于由H₂SO₄、HNO₃、HCl、H₃PO₄及其混合物所组成的族群。

8.如权利要求4所述的电子元件的图案化导电层的制造方法，其中该盐类选自于由KCl、NaCl、KHSO₄、KIO₄、(NH₄)HPO₄、CH₃COONH₄、CH₃COONa、CH₃COOK及其混合物所组成的族群。

9.如权利要求4所述的电子元件的图案化导电层的制造方法，其中该复层结构包括一第一金属层与一第二金属层，其中第一金属层的材料包括铜及其合金；该第二金属层的材料是选自于由钼、银、钽、钛、铝、铬、镍、钨、金及其合金所组成的族群。

10.如权利要求9所述的电子元件的图案化导电层的制造方法，其中该复层结构包括该第一金属层/该第二金属层结构或该第二金属层/该第一金属层/该第二金属层结构。

11.如权利要求9所述的电子元件的图案化导电层的制造方法，其中该复层结构的形成方法可以采用溅射、蒸镀、电镀或无电镀方式。

12.如权利要求4所述的电子元件的图案化导电层的制造方法，其中该图案化导电层结构为薄膜晶体管液晶显示器或等离子体显示器的金属导线。

13.如权利要求4所述的电子元件的图案化导电层的制造方法，其中该图案化导电层结构为导线、接触部、源极/漏极、数据线或扫描线。