CN102576171B - 制造用于液晶显示装置的阵列基板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造用于液晶显示装置的阵列基板的方法，包含通过在基板上形成包含铜基金属层和钛基金属层的双层然后用蚀刻液组合物蚀刻所述双层从而形成栅极布线，以及通过形成包含铜基金属层和钛基金属层的双层然后用所述蚀刻液组合物蚀刻所述双层从而形成源极和漏极电极，基于其总重所述蚀刻液组合物包含，0.5～20wt％的过硫酸盐化合物，0.01～2.0wt％的能在溶液中离解成氟离子的化合物，0.01～5.0wt％的不被或被一个或多个C1至C4的直链或支链烷基取代的环己胺化合物，和余量水，不包括过氧化氢；涉及所述蚀刻液组合物；以及涉及蚀刻包含铜基金属层和钛基金属层的双层的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造用于液晶显示装置的阵列基板的方法，一种用于蚀刻含有铜(Cu)基金属层和钛(Ti)基金属层的双层的蚀刻液组合物，以及一种用所述蚀刻液组合物蚀刻含有Cu基金属层和Ti基金属层的双层的方法。
背景技术
通常，在用于半导体装置的基板上形成金属布线包括采用溅射形成金属层、涂布光刻胶、实行曝光与显影以使得光刻胶在选择的区域上成形，并进行蚀刻，且在每个这些独立工序之前或之后进行清洗工序。使用光刻胶作为掩模进行蚀刻工序，这样金属层留在选定的区域上，蚀刻工序通常包括使用等离子体或类似物的干蚀刻或使用蚀刻液组合物的湿蚀刻。
近来，此等的半导体装置最受关注的是金属布线的电阻。这是因为，就薄膜晶体管-液晶显示器(TFTLCD)而言，解决RC信号延迟问题对增加面板尺寸和达到高分辨率非常重要；其中，此类RC信号延迟主要由电阻导致。因此，降低RC信号延迟是增加TFT-LCD的尺寸的本质需求，这就必须开发具有低电阻的材料，通常使用铬(Cr，电阻率：12.7×10-8Ωm)、钼(Mo，电阻率：5×10-8Ωm)、铝(Al，电阻率：2.65×10-8Ωm)及其合金。然而，这些材料具有高电阻，使得它们难以用于大型TFT-LCD的栅极和数据布线中。
因此，研究中的金属层，例如，包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层，和用于蚀刻所述双层的蚀刻液组合物受到大量关注。
然而，迄今已知的蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层的蚀刻液组合物不再符合用户的需求，这就需要进行改善其性能的研究和开发。
具体地，目前可用的蚀刻液组合物包括过氧化物，如作为主要氧化剂的过氧化氢或过硫酸盐，由于过氧化物的自我分解，从而不可预期地导致贮存稳定性下降的问题。另外，就使用过氧化氢作为主要氧化剂而言，蚀刻液中的Cu离子的浓度可能会因蚀刻而增加，从而不可预期地发生由于过氧化氢链的分解而导致过热的危险。
发明内容
相应地，本发明的目的是提供一种用于蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层的蚀刻液组合物，所述蚀刻液组合物呈现了优良的贮存稳定性，从而长时间保持优良的蚀刻性能，并且不会遭受使用过氧化氢作为主要氧化剂时过热带来的危险。
另外本发明的另一个目的是提供一种用于蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层的蚀刻液组合物，所述蚀刻液组合物可在蚀刻时形成具有高线性度的良好倾斜剖面，没有蚀刻残留留下，并能批量蚀刻栅级电极和栅极布线，以及数据电极和数据布线。
另外本发明的进一步目的是提供一种使用上述蚀刻液组合物蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层的方法，以及一种使用上述蚀刻液组合物制造用于液晶显示装置的阵列基板的方法，
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层的蚀刻液组合物，基于所述组合物的总重，包含：A)0.5～20wt％的过硫酸盐化合物；B)0.01～2.0wt％的能在溶液中离解成氟离子的化合物；C)0.01～5.0wt％的不被或被一个或多个C1至C4的直链或支链烷基取代的环己胺化合物；和D)余量水，明显不包括过氧化氢。
此外，本发明提供了一种蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层的方法，包含I)在基板上形成包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层；II)在包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层上选择性地留下感光材料；和III)使用根据本发明所述的蚀刻液组合物蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层。
此外，本发明提供了一种制造用于液晶显示装置的阵列基板的方法，包含：a)在基板上形成栅极布线；b)在包含栅极布线的基板上形成栅绝缘层；c)在栅绝缘层上形成半导体层；d)在半导体层上形成源极电极和漏极电极；和e)形成与漏极电极相连接的像素电极；其中，a)的进行是通过在基板上形成包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层，然后用根据本发明所述的蚀刻液组合物蚀刻该双层，从而形成栅极布线；和d)的进行是通过形成包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层，然后用根据本发明所述的蚀刻液组合物蚀刻该双层，从而形成源极电极和漏极电极。
此外，本发明提供了一种用于液晶显示装置的阵列基板，包含选自使用上述蚀刻液组合物蚀刻的栅极布线、源极电极和漏极电极中的一种或多种。
具体实施方式
本发明涉及一种用于蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层的蚀刻液组合物，包含A)过硫酸盐化合物；B)能在溶液中离解成氟离子的化合物；C)不被或被一个或多个C1至C4的直链或支链烷基取代的环己胺化合物；和D)水，不包括过氧化氢。
在本发明中，所述Cu基金属层指Cu层或Cu合金层(包括Cu的氧化或硝化层)，所述Ti基金属层指Ti层或Ti合金层。另外，所述包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层可包括，例如包含Ti基金属层/Cu基金属层的双层，其中，Cu基金属层设置为下层，Ti基金属层设置为上层；包含Cu基金属层/Ti基金属层的双层，其中，Ti基金属层设置为下层，Cu基金属层设置为上层。这些双层的结构取决于对上层或下层所用的材料或所述层的粘连的考虑。各个Cu层和Ti层的厚度没有限制，并且各种组合都是可能的。例如，Cu层可厚于或薄于Ti层。
在本发明中，所述过硫酸盐化合物是蚀刻Cu基金属层的主要组分。所述过硫酸盐化合物的具体例子可包括过硫酸钾(K2S2O8)、过硫酸钠(Na2S2O8)和过硫酸铵((NH4)2S2O8)等，所述过硫酸盐化合物可单独使用或两个或两个以上混合使用。
基于所述组合物的总重，所述过硫酸盐化合物的量可为0.5～20wt％。如果所述过硫酸盐化合物的量少于0.5wt％，所述Cu基金属层不蚀刻或蚀刻速率很低。相反，如果所述过硫酸盐化合物的量超过20wt％，总的蚀刻速率可能会增加，使得难以控制进程。
所述能在溶液中离解成氟离子的化合物的主要功能是蚀刻Ti基金属层以及起去除因蚀刻所产生的蚀刻残留的作用。所述能在溶液中离解成氟离子的化合物可包括能在溶液中离解成氟离子或多原子的氟离子的化合物，没有特别限制。其例子可包括氟化铵、氟化钠、氟化钾，和其氟化氢盐，包括氟化氢铵、氟化氢钠、氟化氢钾等，它们可单独使用或两个或两个以上混合使用。
基于所述组合物的总重，所述能在溶液中离解成氟离子的化合物的量可为0.01～2.0wt％。如果其量少于0.01wt％，Ti基金属层的蚀刻速率会降低从而产生蚀刻残渣。相反，如果其量超过2.0wt％，基板(玻璃等)及绝缘层(硅层等)可能会被损坏。
所述不被或被一个或多个C1至C4的直链或支链烷基取代的环己胺化合物的功能为降低所述过硫酸盐的分解率。所述不被或被一个或多个C1至C4的直链或支链烷基取代的环己胺化合物的具体例子可包括如下化学分子式1所示的化合物。
[化学分子式1]
在化学分子式1中，R1和R2为独立的氢或C1至C4的直链或支链烷基基团。
所述C1至C4的直链或支链烷基基团可包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基等。
基于所述组合物的总重，所述不被或被一个或多个C1至C4的直链或支链烷基取代的环己胺化合物的量可为0.01～5.0wt％。如果其量少于0.01wt％，抑制双氧水溶液分解的能力可能会降低。相反，如果其量超过5.0wt％，刻蚀速率可能会降低。
本发明中的水没有特别限制，但可以包括去离子水。具有18Ωm/cm或更多的电阻率(其为从水中去除离子的程度)的去离子水是特别有用的。
除了上述组分，根据本发明所述的蚀刻液组合物可包含乙二醇醚化合物。所述乙二醇醚化合物有助于环己胺的过硫酸盐的稳定作用，同时有助于降低表面张力，从而提高蚀刻的均匀性。
乙二醇醚的具体例子包括丙三醇、乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、二乙二醇(DEG)、三乙二醇(TEG)、二丙二醇(DPG)、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)等，它们可单独使用或两个或两个以上混合使用。
基于所述组合物总重，乙二醇醚化合物的量可为0.01～4wt％。如果其量少于0.01％，蚀刻的均匀度可能会降低。相反，如果其量超过4wt％的，可能产生大量的泡。
根据本发明所述的蚀刻液组合物除了上述组分，可包括典型的添加剂，所述添加剂的例子可包括螯合剂和防腐剂。
所述过硫酸盐、能在溶液中离解成氟离子的化合物、和不被或被一个或多个C1至C4的直链或支链烷基取代的环己胺化合物可以使用经典的方法制备，并可为适合半导体工序的纯度。
根据本发明，所述用于蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层的蚀刻液组合物可用于实现批量蚀刻液晶显示装置的栅极电极和栅极布线、数据电极和数据布线，所述液晶显示装置由包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层组成。
此外，本发明提供了一种蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层的方法，包含：I)在基板上形成包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层；II)在所述包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层上选择性地留下感光材料；和III)使用根据本发明所述的蚀刻液组合物蚀刻所述包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层。
根据本发明所述的蚀刻方法，所述感光材料可为典型的光致抗蚀剂材料，并可通过曝光与显影选择性地留下。
此外，本发明提供了一种制造用于液晶显示装置的阵列基板的方法，包含：a)在基板上形成栅极布线；b)在包含栅极布线的基板上形成栅绝缘层；c)在栅绝缘层上形成半导体层；d)在半导体层上形成源极电极和漏极电极；和e)形成与漏极电极相连接的像素电极；其中，a)的进行可通过在基板上形成包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层，然后用根据本发明所述的蚀刻液组合物蚀刻该双层，从而形成栅极布线；和d)的进行可通过形成包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层，然后用根据本发明所述的蚀刻液组合物蚀刻该双层，从而形成源极电极和漏极电极。
所述的用于液晶显示装置的阵列基板可为薄膜晶体管(TFT)阵列基板。
以下实施例用于说明，而不是用于限制本发明，并可提供更好地了解本发明。
实施例1和对比例1：制备蚀刻液组合物和评估蚀刻性能
采用如下表1所示的组分的量制备实施例1和对比例1的蚀刻液组合物。另外，它们用于蚀刻Cu/Ti双层。
<评估蚀刻性能>
将各个实施例1和对比例1的蚀刻液组合物放入喷淋式蚀刻机(型号名：ETCHER(TFT)，得自SEMES公司)中，然后在设定温度25℃下加热。随后，在30±0.1℃进行蚀刻工序。随后，将测试样品放入喷淋式蚀刻机中，喷淋每个溶液以便进行蚀刻。蚀刻完成之后，将测试样品从蚀刻机中取出，用去离子水清洗，用热风干燥机干燥，之后用光刻胶剥离剂去除光刻胶。在清洗和干燥之后，用扫描电子显微镜(SEM)(型号名：S-4700，得自Hitachi公司)评估测试样品的蚀刻性能和蚀刻残渣，其结果如下表1所示。
<评估蚀刻稳定性>
在用于进行上述蚀刻性能的评估的实施例1和对比例1的蚀刻液组合物被储存的期间，从蚀刻每个基板的第一天起3天后、7天后、15天后对每个基板进行蚀刻，以便评估贮存稳定性。所制备的蚀刻液组合物长时间储存，并重复用于进行蚀刻性能的评估，由此评估由长时间储存所引起的蚀刻性能的变化。。
表1
表1的结果显示，与所述不包括环己胺化合物的蚀刻液(对比例1)相比，可以看出，根据本发明所述的包括环己胺化合物的蚀刻液(实施例1)确保优良的贮存稳定性。
如上文所描述的，因为贮存稳定性高而保持很长一段时间的优良的蚀刻性能，以及因为可防止由于使用过氧化氢而导致的过热的危险，所以根据本发明所述的蚀刻液组合物能提供优良的效果。
另外当采用根据本发明所述的蚀刻液组合物蚀刻包含Cu基金属层和Ti基金属层的双层时，能形成具有良好线性度的倾斜剖面，并能防止发生Cu基金属层残渣留下，从而防止发生电气短路、配线不良、低亮度等。
另外，根据本发明所述的蚀刻液组合物能批量蚀刻栅极电极和栅极布线、以及数据电极和数据布线，从而大大简化了蚀刻工艺，并最大限度地提高工序产率。
此外，根据本发明所述的蚀刻液组合物能用于蚀刻具有低电阻的Cu和Cu合金，由此制造的半导体设备具有大屏幕和高亮度所需的电路并且对环境友好。
Claims (14)
1.一种制造用于液晶显示装置的阵列基板的方法，包含：
a)在基板上形成栅极布线；
b)在包含所述栅极布线的所述基板上形成栅绝缘层；
c)在所述栅绝缘层上形成半导体层；
d)在所述半导体层上形成源极电极和漏极电极；和
e)形成与所述漏极电极相连接的像素电极；
其中a)的实施是通过在所述基板上形成包含铜基金属层和钛基金属层的双层，然后用蚀刻液组合物蚀刻所述双层，从而形成所述栅极布线，并且d)的实施是通过形成包含铜基金属层和钛基金属层的双层，然后用所述蚀刻液组合物蚀刻所述双层，从而形成所述源极电极和所述漏极电极，基于所述组合物的总重，所述蚀刻液组合物包含：A)0.5～20wt％的过硫酸盐化合物；B)0.01～2.0wt％的能在溶液中离解成氟离子的化合物；C)0.01～5.0wt％的不被或被一个或多个C1至C4的直链或支链烷基取代的环己胺化合物；和D)余量的水，不包括过氧化氢。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述用于液晶显示装置的阵列基板为薄膜晶体管阵列基板。
3.一种用于蚀刻包含铜基金属层和钛基金属层的双层的蚀刻液组合物，基于所述组合物的总重，包含：A)0.5～20wt％的过硫酸盐化合物；B)0.01～2.0wt％的能在溶液中离解成氟离子的化合物；C)0.01～5.0wt％的不被或被一个或多个C1至C4的直链或支链烷基取代的环己胺化合物；和D)余量的水，不包括过氧化氢。
4.如权利要求3所述的蚀刻液组合物，其中所述过硫酸盐为选自由过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵组成的组中的一种或多种。
5.如权利要求3所述的蚀刻液组合物，其中所述能在溶液中离解成氟离子的化合物为选自由氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟化氢铵、氟化氢钠和氟化氢钾组成的组中的一种或多种。
6.如权利要求3所述的蚀刻液组合物，基于所述组合物总重，进一步包含0.01～4wt％的乙二醇醚化合物。
7.如权利要求6所述的蚀刻液组合物，其中所述乙二醇醚化合物选自由丙三醇、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇组成的组中的一种或多种。
8.如权利要求3至7中任一项所述的蚀刻液组合物，其中所述包含铜基金属层和钛基金属层的双层为包含铜层或铜合金层和钛层或钛合金层的双层。
9.根据权利要求8所述的蚀刻液组合物，其中，所述铜层或铜合金层包括铜的氧化或硝化层。
10.一种蚀刻包含铜基金属层和钛基金属层的双层的方法，包含：
I)在基板上形成包含铜基金属层和钛基金属层的双层；
II)在所述包含铜基金属层和钛基金属层的双层上选择性地留下感光材料；和
III)使用如权利要求3至7中任一项所述的蚀刻液组合物蚀刻所述包含铜基金属层和钛基金属层的双层。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述感光材料为光致抗蚀剂材料，通过曝光与显影选择性地留下所述感光材料。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中所述包含铜基金属层和钛基金属层的双层为包含铜层或铜合金层和钛层或钛合金层的双层。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述铜层或铜合金层包括铜的氧化或硝化层。
14.一种用于液晶显示装置的阵列基板，包含选自使用如权利要求3至7中任一项所述的蚀刻液组合物蚀刻的栅极布线、源极电极和漏极电极中的一种或多种。
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