CN102471687A - 用于形成金属互连的刻蚀剂组合物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于刻蚀包括选自铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层中的一种或更多种的金属层的刻蚀溶液组合物；其中，铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层用作像素电极、栅电极、源电极和漏极电极的导线。该刻蚀溶液组合物在刻蚀铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层的各层方面是优异的，并且在刻蚀铝-镧基合金层方面是特别优越的。此外，可以用于对包括铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层的三层进行有效的成批刻蚀。

Description

用于形成金属互连的刻蚀剂组合物

技术领域

本发明涉及一种适用于在半导体器件制造中湿法刻蚀金属层的刻蚀溶液组合物，更具体地，本发明涉及一种对包括选自铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层中的一种或更多种的金属层进行刻蚀的刻蚀溶液组合物；其中，铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层用于平板显示器的像素电极、栅电极、源电极和漏电极。

背景技术

为了实现平板显示器的显像，将透明的像素电极、栅电极、源电极和漏电极用在TFT(薄膜晶体管)阵列中。通常，像素电极包括主要由铟所构成的透明导电层，并且栅电极、源电极和漏电极可能包括主要由Cr、Cu、Mo、Ti、Al等所构成的单层或多层。

进来，为了简化生产工艺以提高生产率，业界正在开发一种新型的三层，该三层包括作为上层的主要由铟所构成的铟基透明导电层、作为中间层的主要由铝所构成的铝基金属层、和作为下层的主要由钛所构成的钛基金属层。因此，需要一种能够对这种三层进行有效的成批湿法刻蚀的刻蚀溶液。

为了避免由于因热造成的铝凸起(hillock formation of Al)所导致的工艺问题，已有人将铝基金属层设计成多种合金；其中，合金包含铝与如下所举例的金属：La、Mg、Zn、In、Ca、Te、Sr、Cr、Co、Mo、Nb、Ta、W、Ni、Nd、Sn、Fe、Si、Ti、Pt、C等；特别是已开发出诸如铝-镧合金或铝-镧-X合金的铝合金；其中，铝-镧-X合金含有作为主成分的铝-镧以及其它金属。其它金属可能包括Mg、Zn、In、Ca、Te、Sr、Cr、Co、Mo、Nb、Ta、W、Ni、Nd、Sn、Fe、Si、Ti、Pt、C等，该合金形态主要是由铝构成并且包含90％或更多的铝以及10％或更少的如下所举例的成分：La、Mg、Zn、In、Ca、Te、Sr、Cr、Co、Mo、Nb、Ta、W、Ni、Nd、Sn、Fe、Si、Ti、Pt、C等。

常规的铝金属层可利用典型的主要由磷酸所构成的铝刻蚀溶液进行刻蚀。然而，在利用常规刻蚀溶液组合物刻蚀铝合金层(诸如铝-镧或者铝-镧-X合金层)的情况下，在铝基金属层与光刻胶之间以及在铝基金属层与玻璃上表面之间的刻蚀速率存在着差异，因而在铝基金属层上发生卷曲，从而不合需要地导致较差的轮廓。由于这种较差的轮廓，在随后的工艺中阶梯覆盖(step coverage)变差，并且上层会在倾斜面上断开或者在上层/下层金属中存在短路。

因此，为了有效地实现该三层的成批刻蚀，需要一种在刻蚀铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层方面优异的刻蚀溶液，尤其需要一种可有效地刻蚀可用作铝基金属层的铝-镧或铝-镧-X形态的铝合金层的刻蚀溶液。

发明内容

因此，鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种刻蚀溶液组合物，该组合物在刻蚀铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层方面是优异的，特别是能够有效地刻蚀可用作铝基金属层的铝-镧基合金层以及包括铟基透明导电层、铝-镧基合金层和钛基金属层的三层。

本发明的一个方面提供一种用于刻蚀包括选自铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层中的一种或更多种的金属层的刻蚀溶液组合物，基于该组合物的总重量，该组合物包含0.1～10wt％的硝酸、0.1～10wt％的硫酸、0.01～5wt％的含氟化合物、及余量的水。

本发明的刻蚀溶液组合物在刻蚀铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层方面是优异的，并且在刻蚀可用作铝基金属层的铝-镧基合金层的方面是特别优越的，并且可以用于对包括铟基透明导电层、铝-镧基合金层、和钛基金属层的三层进行有效的成批刻蚀。因此，本发明的刻蚀溶液组合物可以简化刻蚀工艺并大幅提高生产率。

附图说明

图1示出了利用实例7的刻蚀溶液来刻蚀氧化铟锡/铝镧镍/钛(a-ITO/AlLaNi/Ti)三层的结果的扫描电子显微镜(SEM)图像；

图2示出了利用比较例2的刻蚀溶液来刻蚀氧化铟锡/铝镧镍/钛三层的结果的扫描电子显微镜图像。

具体实施方式

根据本发明，用于刻蚀包括选自铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层中的一种或更多种的金属层的刻蚀溶液组合物，基于该组合物的总重量，包含0.1～10wt％的硝酸、0.1～10wt％的硫酸、0.01～5wt％的含氟化合物、以及余量水。

本发明中所使用的铟基透明导电层是指主要由铟所构成的透明导电层，其具体实例可包括氧化铟层，氧化铟层例如为氧化铟锌(IZO)层、氧化铟锡(ITO)层等。

铝基金属层是指铝层或者主要由铝所构成的铝合金层。

钛基金属层是指钛层或者主要由钛所构成的钛合金层。例如，钛合金层可包括含有作为主成分的钛以及W、Mo、Nd、Ni、Ta等的合金层。

在本发明中，包括选自铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层的一种或更多种的金属层可包括：单层以及包含至少双层的多层。

优选地，将本发明的刻蚀溶液组合物应用于三层的成批刻蚀；其中，铟基透明导电层形成为上层，铝基金属层形成为中间层，钛基金属层形成为下层。

此外，更优选地，将本发明的刻蚀溶液组合物应用于包括铝-镧基合金层的金属层(单层或多层)的刻蚀。例如，该刻蚀溶液可有效地应用于铝-镧基合金层，或者包括作为上层的铟基透明导电层、作为中间层的铝-镧基合金层和作为下层的钛基金属层的三层的刻蚀。

在本发明中，铝-镧基合金层是指包含90wt％或更多的铝及10wt％或更少的镧的铝-镧或者铝-镧-X合金层；其中，X是选自Mg、Zn、In、Ca、Te、Sr、Cr、Co、Mo、Nb、Ta、W、Ni、Nd、Sn、Fe、Si、Ti、Pt和C中的一种或更多种金属。将铝-镧或者铝-镧-X合金层用作铝基金属层的情形是有利的，因为这可避免由于因热造成的铝凸起所导致的工艺问题。

利用本发明的刻蚀溶液组合物来刻蚀铝-镧基合金层的情形不会导致由于使用常规刻蚀溶液组合物所引起的问题，例如由于铝-镧基合金层与光刻胶之间以及铝-镧基合金层与基板上表面之间的刻蚀速率差异所导致的铝-镧基合金层上的卷曲；较差的锥角；较差的均匀性；以及由于平板与垫之间的刻蚀速率差异所导致的侧面刻蚀的增加，由此可以非常有效地刻蚀铝-镧基合金层。

在本发明的刻蚀溶液组合物中，硝酸的功用是氧化铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层的表面，基于该组合物的总重量，可按0.1～10wt％、优选2～7wt％的量添加硝酸。如果硝酸的量小于0.1wt％，那么铝基金属层和钛基金属层的刻蚀速率会降低，这导致基板上各位置的刻蚀速率不同，因而由于钛基金属层的尾渣(Tailing)而不合需要地产生污点。相反，如果硝酸的量超过10wt％，那么光刻胶会产生裂纹(Crack)而使液体化学物质渗入，从而不合需要地引起铝基金属层和钛基金属层中的短路，并且由于过度刻蚀而使铝基金属层和钛基金属层损失，因而导致金属线路的不合需要的功能下降。

在本发明的刻蚀溶液组合物中，硫酸的功用是氧化铝基金属层和钛基金属层的表面并且用作铟基透明导电层的助氧化剂。基于该组合物的总重量，可按0.1～10wt％、优选2～7wt％的量添加硫酸。如果硫酸的量小于0.1wt％，那么铝基金属层的刻蚀速率会降低，因而产生刻蚀残留物或者不均匀刻蚀，从而导致基板中的污点形成。相反，如果硫酸的量超过10wt％，那么铝基金属层和钛基金属层会由于过高的刻蚀速率而损失。

在本发明的刻蚀溶液组合物中，含氟化合物的功用是刻蚀经氧化的铝基和钛基金属层的表面，基于该组合物的总重量，可按0.01～5wt％、优选0.1～2wt％的量添加含氟化合物。如果含氟化合物的量小于0.01wt％，那么铝基金属层和钛基金属层的刻蚀速率会降低，因而不合需要地引起基板中的不均匀刻蚀。相反，如果含氟化合物的量超过5wt％，那么铝基金属层和钛基金属层会由于过高的蚀刻速率而损失，并且会发生对下层的损伤。

含氟化合物表示当溶解时离解出氟离子或多原子氟离子的化合物，含氟化合物的具体实例包括：氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟化氢铵、氟化氢钠、氟化氢钾等，含氟化合物可以单独使用或者以其两种或更多种的组合形式而使用。

在本发明的刻蚀溶液组合物中，水可以是去离子水，特别有用的是适用于半导体加工且具有18MΩ/cm以上的去离子水。

除了上述成分以外，本发明的刻蚀溶液组合物还可包含选自刻蚀控制剂、表面活性剂、螯合剂、抗腐蚀剂和pH值调节剂中的一种或更多种。

实施例

以下所示的实例是用以说明本发明而不是限制本发明，通过这些实例可以更好地理解本发明，在本发明范围内本领域技术人员可对其做出修改或变更。

实例1至10及比较例1至3：刻蚀溶液组合物的制备

按以下表1中所示的量使用各成分，由此制备180kg的刻蚀溶液组合物。

表1

	硝酸	硫酸	NH4HF	水
					实例1	2	2	0.3	95.7
实例2	3	2	0.3	94.7
					实例3	3	3	0.5	93.5
实例4	4	2	0.3	93.7
					实例5	4	3	0.5	92.5
实例6	5	2	0.3	92.7
					实例7	5	3	0.5	91.5
实例8	6	4	0.5	89.5
					实例9	7	5	0.5	87.5
实例10	7	5	0.7	87.3
					比较例1	5	2	0.0	93.0

比较例2	12	3	0.3	84.7
					比较例3	12	8	3	77

(单位：wt％)

测试例：刻蚀性能的评价

用作试样的基板是：(1)包括沉积于玻璃上的铝-镧-镍合金单层和以预定图案形成于该单层上的光刻胶的基板、以及(2)包括沉积于SiNx层上的氧化铟锡/铝镧镍/钛(a-ITO/AlLaNi/Ti)三层和以预定图案形成于该三层上的光刻胶的基板。

将实例1至10及比较例1至3的刻蚀溶液放置在喷雾型刻蚀机(ETCHER(TFT)，可从SEMES公司获得)中，然后在将温度设定为30℃的条件下将刻蚀溶液升温。接着，在30±0.1℃的温度下实施刻蚀工艺。这样，在与EPD相比总刻蚀时间增加30％的条件下实施刻蚀工艺。接着，将试样放置在喷雾型刻蚀机中并利用各溶液进行喷雾，由此进行刻蚀。在刻蚀完成后，将试样从刻蚀机中移除，用去离子水清洗，再用热风干燥机干燥，然后用光刻胶剥离器(stripper)去除光刻胶(PR)。在清洗和干燥后，利用SEM(S-4700，可从HITACHI公司获得)对各试样的刻蚀轮廓的锥角、侧面刻蚀(CD(临界尺寸，critical dimension))损失、刻蚀残留物和对下层的损伤进行评价。结果示于以下的表2中。

[刻蚀轮廓的评价标准]

◎：优异(CD偏度(Skew)：≤1μm，锥角：40～80°)

○：好(CD偏度：≤1.5μm，锥角：40～80°)

△：尚可(CD偏度：≤2μm，锥角：40～80°)

×：差(金属层损失并产生残留物)

表2

从表2可以明显地看出，本发明的实例1至10的刻蚀溶液组合物不仅对(1)铝-镧-镍合金单层而且对(2)氧化铟锡/铝镧镍/钛三层显示优良的刻蚀轮廓，并且既没有对下层造成损伤也没有残留物产生(图1)。然而，不添加含氟化合物的比较例1的刻蚀溶液在(1)铝-镧-镍合金单层和(2)氧化铟锡/铝镧镍/钛三层的刻蚀轮廓方面较差并且钛层不被刻蚀。此外，观察到含有过量硝酸的比较例2和3的刻蚀溶液显示较差的刻蚀轮廓和/或对下层造成损伤(图2)。

Claims (9)

1.一种用于刻蚀包括选自铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层中的一种或更多种的金属层的刻蚀溶液组合物，基于所述组合物的总重量，所述组合物包含0.1～10wt％的硝酸、0.1～10wt％的硫酸、0.01～5wt％的含氟化合物、以及余量的水。

2.根据权利要求1所述的刻蚀溶液组合物，其中，所述铟基透明导电层是氧化铟锌(IZO)层或者氧化铟锡(ITO)层；所述铝基金属层是铝层或者主要由铝所构成的铝合金层；所述钛基金属层是钛层或者主要由钛所构成的钛合金层。

3.根据权利要求1所述的刻蚀溶液组合物，其中，所述包括选自铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层中的一种或更多种的金属层是包括作为上层的铟基透明导电层、作为中间层的铝基金属层和作为下层的钛基金属层的三层。

4.根据权利要求1所述的刻蚀溶液组合物，其中，所述含氟化合物是当溶解时离解出氟离子或多原子氟离子的化合物，并且选自氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟化氢铵、氟化氢钠和氟化氢钾中的一种或两种以上。

5.根据权利要求1所述的刻蚀溶液组合物，还包含选自刻蚀控制剂、表面活性剂、螯合剂、抗腐蚀剂和pH值调节剂中的一种或更多种。

6.根据权利要求1所述的刻蚀溶液组合物，其中，所述包括选自铟基透明导电层、铝基金属层和钛基金属层中的一种或更多种的金属层是包括铝-镧基合金层的单层或者多层。

7.根据权利要求6所述的刻蚀溶液组合物，其中，所述铝-镧基合金层是包含90wt％或更多的铝及10wt％或更少的镧的铝-镧或者铝-镧-X合金层；其中，X是选自Mg、Zn、In、Ca、Te、Sr、Cr、Co、Mo、Nb、Ta、W、Ni、Nd、Sn、Fe、Si、Ti、Pt及C中的一种或更多种金属。

8.根据权利要求6所述的刻蚀溶液组合物，其中，所述包括铝-镧基合金层的多层是包括作为上层的铟基透明导电层、作为中间层的铝-镧基合金层和作为下层的钛基金属层的三层。

9.根据权利要求8所述的刻蚀溶液组合物，其中，所述铝-镧基合金层是包含90wt％或更多的铝及10wt％或更少的镧的铝-镧或者铝-镧-X合金层；其中，X是选自Mg、Zn、In、Ca、Te、Sr、Cr、Co、Mo、Nb、Ta、W、Ni、Nd、Sn、Fe、Si、Ti、Pt及C的一种或更多种金属。

Images