CN102666780B - 蚀刻液及电子元件制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蚀刻液，是相对于本征半导体层有选择地蚀刻配置于电子元件的金属电极与所述本征半导体层之间的掺杂半导体层的蚀刻液，包括：过渡金属和/或过渡金属盐；以及氟酸和/或含氟无机盐。
Description
技术领域
本发明涉及蚀刻液及使用所述蚀刻液的电子元件制造方法。
背景技术
薄膜晶体管(thin film transistor)作为一种电子元件，在诸如液晶显示装置(liquid crystal display)或有机发光显示装置(organic light emitting display)等的平板显示装置中用作开关元件。薄膜晶体管例如可以具有如图1f所示的结构。在图1f中，在绝缘基板10上配置栅电极2，在栅电极2上配置栅极绝缘层3，在栅极绝缘层3上配置一般作为不掺杂本征半导体层的沟道层4，在所述沟道层4上配置一般作为掺杂半导体层的欧姆接触层5a、5b，在所述欧姆接触层5上配置漏/源电极6a、6b。
图1f中的隔离的漏/源电极6a、6b及隔离的欧姆接触层5a、5b借助于在图1d中依次蚀刻电极层6及欧姆接触层5而获得。电极层6的蚀刻使用湿式蚀刻，欧姆接触层5的蚀刻使用干式蚀刻。因此，制造工序复杂。
与欧姆接触层5相比，以往的蚀刻液对栅极绝缘层3、绝缘基板10、沟道层4等表现出更高的蚀刻性能。因此，欧姆接触层5的蚀刻不能应用湿式蚀刻。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的一个方面提供具有新的组成的蚀刻液。
本发明的另一方面提供使用所述蚀刻液的电子元件制造方法。
解决问题的技术手段
根据本发明的一个方面，提供一种蚀刻液，
其为相对于本征半导体层，有选择地蚀刻配置于电子元件的金属电极与所述本征半导体层之间的掺杂半导体层的蚀刻液，其包括：
过渡金属、过渡金属盐或它们的混合物；
以及氟酸、含氟无机盐或它们的混合物。
根据本发明的另一方面，提供一种电子元件制造方法，其包括相对于本征半导体层，有选择地蚀刻配置于电子元件的金属电极与所述本征半导体层之间的掺杂半导体层的步骤，所述蚀刻步骤中使用的蚀刻液包括：
过渡金属、过渡金属盐或它们的混合物；
以及氟酸、含氟无机盐或它们的混合物。
有益效果
根据本发明的一个方面的蚀刻液，相对于本征半导体层，有选择地蚀刻配置于电子元件的金属电极与所述本征半导体层之间的掺杂半导体层，从而能够简化电子元件制造工序，增大制造工序的效率性，节省生产成本，和/或提高电子元件的性能。
附图说明
图1a至1f是用于说明一实施方式的薄膜晶体管制造工序的剖面图。
图2是对评价例1中使用的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图3是对利用实施例1的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图4是对利用实施例2的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图5是对利用实施例3的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图6是对利用实施例4的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图7是对利用实施例5的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图8是对利用实施例6的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图9是对利用实施例7的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图10是对利用实施例8的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图11是对利用实施例9的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图12是对利用实施例10的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图13是对利用实施例11的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图14是对利用实施例12的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图15是对利用实施例13的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图16是对利用实施例14的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图17是对利用实施例15的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图18是对利用实施例16的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
图19是对利用比较例1的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。
<附图标记说明>
2是栅电极；3是绝缘膜；4是本征半导体层(沟道层)；5、5a、5b是掺杂半导体层(欧姆接触层)；6是金属层；10是绝缘基板；6a、6b是源/漏电极。
具体实施方式
下面就例示性的一实施方式的蚀刻液及使用所述蚀刻液的电子元件制造方法，进一步进行详细说明。
例示性的一实施方式的蚀刻液作为相对于本征半导体层，有选择地蚀刻配置于电子元件的金属电极与所述本征半导体层之间的掺杂半导体层的蚀刻液，包括：过渡金属、过渡金属盐或它们的混合物；以及氟酸、含氟无机盐或它们的混合物。
在所述蚀刻液中，来自过渡金属或过渡金属的盐的过渡金属离子，发挥有选择地提高对掺杂半导体层的蚀刻速度的作用。因此，能够在抑制对所述本征半导体层的蚀刻的同时，有选择地只使所述掺杂半导体层蚀刻。所述蚀刻液能够在使对所述电子元件包括的电极层、电极绝缘层、绝缘基板等其它层的蚀刻实现最小化的同时，有选择地只蚀刻掺杂半导体层。
不同于此，如果使用以往的没有过渡金属或过渡金属盐而包括氟酸或氟等的蚀刻液，那么，有可能所述掺杂半导体层几乎不被蚀刻，相反，电极层、电极绝缘层、绝缘基板等被蚀刻。
例如，在所述蚀刻液中，所述过渡金属、过渡金属盐或它们的混合物的含量以所述蚀刻液总重量为基准，可以为0.005～30重量%。例如，所述过渡金属、过渡金属盐或它们的混合物的含量以所述蚀刻液总重量为基准，可以为0.05～20重量%。例如，所述过渡金属、过渡金属盐或它们的混合物的含量以所述蚀刻液总重量为基准，可以为0.01～10%重量。
例如，在所述蚀刻液中，所述氟酸、含氟无机盐或它们的混合物的含量以所述蚀刻液总重量为基准，可以为0.05～30重量%。例如，所述氟酸、含氟无机盐或它们的混合物的含量以所述蚀刻液总重量为基准，可以为0.05～20重量%。例如，所述氟酸、含氟无机盐或它们的混合物的含量以所述蚀刻液总重量为基准，可以为0.05～10重量%。
例如，所述蚀刻液可以包括：所述过渡金属、过渡金属盐或它们的混合物0.005～30重量%；所述氟酸、含氟无机盐或它们的混合物0.05～30重量%；以及水40～99.945重量%。
在所述蚀刻液中，所述过渡金属可以是在由Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、镧族元素及锕族元素组成的组中选择的一种以上。例如，所述过渡金属可以是Cu。
在所述蚀刻液中，所述过渡金属盐可以是包括在由Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、镧族元素及锕族元素组成的组中选择的1种以上金属离子的过渡金属盐。
在所述蚀刻液中，所述过渡金属盐可以是在由CuSO4、Cu(NO3)2、CuO、(CH3CO2)2Cu、葡萄糖酸铜(Copper Gluconate)、CuCl、CuCl2、CuF2、Cu(OH)2、Cu2S、Fe(NO3)3、FeSO4、Ni(NO3)2、NiSO4、AgNO3、Ag2SO4、(CH3CO2)2Co、(CH3CO2)2Pd、Pd(NO3)2、Rh(CH3CO2)2、Rh2O3等组成的组中选择的一种以上。例如，所述过渡金属盐可以是CuSO4。
在所述蚀刻液中，所述含氟无机盐可以是在KF、LiF、NaF、RbF、CsF、MgF2、NH4F、H2SiF6、NaHF2、NH4F、NH4HF2、NH4BF4、KHF2、AlF3、HBF4等含氟无机盐中选择的一种以上。所述含氟无机盐可以与氟酸混合使用。
例如，所述蚀刻液可以包括所述铜或铜盐0.01～10重量%、所述氟酸或含氟无机盐0.05～10重量%、以及水80～99.94重量%。
例如，所述蚀刻液可以包括CuSO40.01～10重量%、HF 0.05～10重量%、以及水80～99.94重量%。
在使用所述蚀刻液制造的电子元件中，所述本征半导体层可以是非晶硅。另外，所述掺杂半导体层可以是以n-型掺杂物掺杂的非晶硅。例如，所述掺杂半导体层可以是n+非晶硅(n+a-Si:H)。所述n-型掺杂物可以是最外层电子多于硅的元素周期表中的5A族元素。例如，可以是P、As、Sb等。所述n-型掺杂物的掺杂含量可以是不足50摩尔%。
使用所述蚀刻液制造的电子元件可以是薄膜晶体管，但并不限于薄膜晶体管，只要是可在本技术领域使用的电子元件，均可使用。
所述薄膜晶体管例如可以具有图1f的结构。在图1f中，绝缘基板10可以是玻璃，但并不限于玻璃，可以是例如聚碳酸酯、水晶等，只要是可以在本技术领域用作基板的，均可使用。在图1f中，栅电极2可以是钼、铝、铌、它们的合金等导电性金属，但并不限于金属，只要是可以在本技术领域用作电极材料的，均可使用。在图1f中，栅极绝缘层3可以是氮化硅(SiNx)，但并不限于此，只要是可以在本技术领域用作栅电极绝缘层的，均可使用。在图1f中，半导体层4作为非掺杂的本征半导体层，可以是非晶硅，但并不限于非晶硅，只要是可以在本技术领域用作本征半导体层的，均可使用。在图1f中，半导体层4在薄膜晶体管中发挥沟道层的作用。在图1f中，欧姆接触层5a、5b作为以n-型掺杂物掺杂的半导体层，可以是n+非晶硅，但并不限于此，只要是可以在本技术领域执行作为欧姆接触层的作用的材料，均可使用。
本发明另一方面的电子元件制造方法，包括相对于本征半导体层，有选择地蚀刻配置于电子元件的金属电极与所述本征半导体层之间的掺杂半导体层的步骤，所述蚀刻步骤中使用的蚀刻液包括：过渡金属、过渡金属盐或它们的混合物；以及氟酸、含氟无机盐或它们的混合物。
例如，用于所述制造方法的蚀刻液可以包括：所述过渡金属、过渡金属盐或它们的混合物0.005～30重量%；所述氟酸、含氟无机盐或它们的混合物0.05～30重量%；以及水40～99.945重量%。
在用于所述制造方法的蚀刻液中，所述过渡金属可以是在由Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、镧族元素以及锕族元素组成的组中选择的一种以上。例如，所述过渡金属可以是Cu。
在用于所述制造方法的蚀刻液中，所述过渡金属盐可以是包括在由Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、镧族元素及锕族元素组成的组中选择的1种以上金属离子的过渡金属盐。
在用于所述制造方法的蚀刻液中，所述过渡金属盐可以是在由CuSO4、Cu(NO3)2、CuO、(CH3CO2)2Cu、葡萄糖酸铜(Copper Gluconate)、CuCl、CuCl2、CuF2、Cu(OH)2、Cu2S、Fe(NO3)3、FeSO4、Ni(NO3)2、NiSO4、AgNO3、Ag2SO4、(CH3CO2)2Co、(CH3CO2)2Pd、Pd(NO3)2、Rh(CH3CO2)2、Rh2O3等组成的组中选择的一种以上。例如，所述过渡金属盐可以是CuSO4。
在用于所述制造方法的蚀刻液中，所述含氟无机盐可以是在KF、LiF、NaF、RbF、CsF、MgF2、NH4F、H2SiF6、NaHF2、NH4F、NH4HF2、NH4BF4、KHF2、AlF3、HBF4等的含氟无机盐中选择的一种以上，可以与氟酸混合使用。
例如，用于所述制造方法的蚀刻液可以包括所述铜或铜盐0.01～10重量%、所述氟酸或含氟无机盐0.05～10重量%、以及水80～99.94重量%。
例如，用于所述制造方法的蚀刻液可以包括CuSO40.01～10重量%、HF0.05～10重量%、以及水80～99.94重量%。
在所述电子元件制造方法中，所述本征半导体层可以是非晶硅。另外，所述掺杂半导体层可以是以n-型掺杂物掺杂的非晶硅。例如，所述掺杂半导体层可以是n+非晶硅(n+a-Si:H)。所述n-型掺杂物可以是最外层电子多于硅的元素周期表中的5A族元素。例如，可以是P、As、Sb等。所述n-型掺杂物掺杂的含量可以不足50摩尔%。
利用所述电子元件制造方法制造的电子元件可以是薄膜晶体管，但并不限于薄膜晶体管，只要是可以在本技术领域使用的电子元件，均可使用。
所述电子元件一实施方式的薄膜晶体管的制造方法，在所述蚀刻步骤之前可以包括：在绝缘基板上配置栅电极的步骤；在所述栅电极上依次配置绝缘层、本征半导体层及掺杂半导体层的步骤；以及在所述掺杂半导体层上配置相互隔离的漏电极及源电极的步骤。
关于在所述绝缘基板上配置栅电极的步骤，可以是在绝缘基板上形成金属膜之后，蚀刻所述金属膜而进行。
关于在所述栅电极上依次配置绝缘层、本征半导体层及掺杂半导体层的步骤，可以是利用溅射、化学气相沉积、物理气相沉积等方法依次形成所述层而进行。
关于在所述掺杂半导体层上配置相互隔离的漏电极及源电极的步骤，可以是在所述掺杂半导体层上形成金属膜后，只使所述金属膜进行局部蚀刻而进行。所述蚀刻可以通过湿式蚀刻进行。
参照图1a至1f，具体说明所述薄膜晶体管的制造方法的一实施方式。
如图1所示，首先，在绝缘基板10上形成金属膜2。所述金属膜2可以是AlNd系的金属膜。为保护所述金属膜2，可以追加形成钼金属膜，但在附图中未示出。所述金属膜2的形成，例如可以以溅射方式沉积。
接着，在所述绝缘基板10的全部区域上形成光刻胶膜后，进行曝光、显影及蚀刻工序，如图1b所示，形成栅电极2。连接于所述栅电极2的栅极布线和栅极焊盘也同时形成，但附图中未示出。
所述栅电极形成后，如图1c所示，在所述绝缘基板10的全部区域，依次形成栅极绝缘膜3、本征半导体层4、掺杂半导体层5。接着，按照光刻工序进行蚀刻，在所述栅电极上形成沟道层4。在所述沟道层4上，留有掺杂半导体层5。
接着，如图1d所示，在所述掺杂半导体层5上沉积金属膜6。
接着，如图1e所示，对所述金属膜6进行湿式蚀刻，形成隔离的源/漏电极6a、6b。
接着，如图1f所示，使用上述的本发明的一实施方式的蚀刻液，相对于本征半导体层4，有选择地只蚀刻掺杂半导体层5，使本征半导体层4露出。
具体实施方式
以下列举实施例，进一步详细说明本发明。首先申明，以下实施例中显示的构成是用于帮助理解发明，无论在任何情况下，并非要把本发明的技术范围限定于在实施例中提出的实施形态。
(蚀刻液组合物制造)
实施例1至4及比较例1
本发明的蚀刻液组合物的实施例1至16及比较例1的蚀刻液，如下表1所示进行制造。实施例1至16及比较例1的组分显示于表1中。在以下表1中，把过渡金属、过渡金属盐或它们的混合物称为第一成份，把氟酸、含氟无机盐或它们的混合物称为第二成份。
在实施例1中使用的第一成份为CuSO4，第二成份为氟酸(HF)。
在实施例2中使用的第一成份为Cu(NO3)2，第二成份为氟酸。
在实施例3中使用的第一成份为Fe(NO3)3、第二成份为氟酸。
在实施例4中使用的第一成份为AgSO4、第二成份为氟酸。
在实施例5中使用的第一成份为(CH3CO2)2Cu、第二成份为KF。
在实施例6中使用的第一成份为CuCl2、第二成份为LiF。
在实施例7中使用的第一成份为CuF2、第二成份为NaF。
在实施例8中使用的第一成份为FeSO、第二成份为NH4F。
在实施例9中使用的第一成份为Ni(NO3)2、第二成份为H2SiF6。
在实施例10中使用的第一成份为(CH3CO2)2Co、第二成份为NaHF2。
在实施例11中使用的第一成份为(CH3CO2)2Pd、第二成份为NH4HF2。
在实施例12中使用的第一成份为Pd(NO3)2、第二成份为NH4BF4。
在实施例13中使用的第一成份为Rh(CH3CO2)2、第二成份为KHF2。
在实施例14中使用的第一成份为AgNO3、第二成份为AlF3。
在实施例15中使用的第一成份为Cu2S、第二成份为HBF4。
在实施例16中使用的第一成份为NiSO4、第二成份为MgF2。
表1
| 成份 | 第一成份[重量%] | 第二成份[重量%] | 水[重量%] |
| 实施例1 | 0.5 | 0.3 | 99.2 |
| 实施例2 | 0.5 | 0.3 | 99.2 |
| 实施例3 | 3 | 0.3 | 96.7 |
| 实施例4 | 1 | 0.3 | 98.7 |
| 实施例5 | 10 | 10 | 80 |
| 实施例6 | 5 | 10 | 80 |
| 实施例7 | 0.05 | 3 | 96.95 |
| 实施例8 | 2 | 1 | 97 |
| 实施例9 | 5 | 10 | 85 |
| 实施例10 | 3 | 2 | 95 |
| 实施例11 | 2 | 1 | 97 |
| 实施例12 | 0.5 | 2 | 97.5 |
| 实施例13 | 0.3 | 3 | 96.7 |
| 实施例14 | 3 | 10 | 87 |
| 实施例15 | 1 | 5 | 94 |
| 实施例16 | 1 | 7 | 92 |
| 比较例1 | 0 | 0.3 | 99.7 |
评价例1：蚀刻液的蚀刻能力评价
准备了具有图2的结构的薄膜晶体管。基板为玻璃，绝缘膜为氮化硅(SiNx)，本征半导体层为非晶硅(a-Si:H)，掺杂半导体层为n+非晶硅(n+a-Si:H)，源/漏(S/D)电极为钼(Molybdenum)。
在图3～18及图19中，显示出使用所述实施例1至16的蚀刻液及比较例1的蚀刻液蚀刻所述薄膜晶体管的结果。
图3～18是对使用实施例1～16的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片，图19是对使用比较例1的蚀刻液蚀刻后的薄膜晶体管的扫描电子显微镜照片。在图3～18中，各有三个照片，是图2中①、②、③位置的放大图。
如图3～18所示，在使用实施例1～16的蚀刻液的情况下，只有n+非晶硅被选择性地蚀刻，非晶硅层(a-Si:H)露出。
与之相比，如图19所示，在使用比较例1的蚀刻液的情况下，n+非晶硅层(n+a-Si:H)保持原样，而绝缘膜被蚀刻。
因此，实施例1～18的蚀刻液与比较例1相比，选择性显著提高。
工业实用性
本发明一个方面的蚀刻液相对于本征半导体层，有选择地蚀刻配置于电子元件的金属电极与所述本征半导体层之间的掺杂半导体层，从而能够简化电子元件制造工序，增大制造工序的效率性，节省生产成本，和/或提高电子元件的性能。
Claims (13)
1.一种蚀刻液，其为相对于非晶硅层有选择地蚀刻配置于电子元件的金属电极与所述非晶硅层之间的n+非晶硅层的蚀刻液，其由下列成分组成：
0.05～10重量％的过渡金属盐；
0.3～10重量％的氟酸、含氟无机盐或它们的混合物；以及
余量的水。
2.根据权利要求1所述的蚀刻液，所述过渡金属盐是在由CuSO4、Cu(NO3)2、(CH3CO2)2Cu、葡萄糖酸铜、CuCl、CuCl2、CuF2、Cu(OH)2、Cu2S、Fe(NO3)3、FeSO4、Ni(NO3)2、NiSO4、AgNO3、Ag2SO4、(CH3CO2)2Co、(CH3CO2)2Pd、Pd(NO3)2及Rh(CH3CO2)2组成的组中选择的1种。
3.根据权利要求1所述的蚀刻液，所述含氟无机盐是在由KF、LiF、NaF、RbF、CsF、NH4F、NH4F·HF、HBF4及H2SiF6组成的组中选择的1种。
4.根据权利要求1所述的蚀刻液，其包括：铜盐0.05～10重量％、氟酸或含氟无机盐0.3～10重量％、以及水80～99.65重量％。
5.根据权利要求1所述的蚀刻液，其包括：CuSO40.05～10重量％、HF0.3～10重量％、以及水80～99.65重量％。
6.根据权利要求1所述的蚀刻液，所述电子元件为薄膜晶体管。
7.一种电子元件制造方法，其包括相对于非晶硅层有选择地蚀刻配置于电子元件的金属电极与所述非晶硅层之间的n+非晶硅层的步骤，所述蚀刻步骤中使用的蚀刻液由下列成分组成：
0.05～10重量％的过渡金属盐；
0.3～10重量％的氟酸、含氟无机盐或它们的混合物；以及
余量的水。
8.根据权利要求7所述的电子元件制造方法，所述过渡金属盐是在由CuSO4、Cu(NO3)2、(CH3CO2)2Cu、葡萄糖酸铜、CuCl、CuCl2、CuF2、Cu(OH)2、Cu2S、Fe(NO3)3、FeSO4、Ni(NO3)2、NiSO4、AgNO3、Ag2SO4、(CH3CO2)2Co、(CH3CO2)2Pd、Pd(NO3)2及Rh(CH3CO2)2组成的组中选择的1种。
9.根据权利要求7所述的电子元件制造方法，所述含氟无机盐是在由KF、LiF、NaF、RbF、CsF、NH4F、NH4F·HF、HBF4及H2SiF6组成的组中选择的1种。
10.根据权利要求7所述的电子元件制造方法，所述蚀刻液包括：铜盐0.05～10重量％、氟酸或含氟无机盐0.3～10重量％、以及水80～99.65重量％。
11.根据权利要求7所述的电子元件制造方法，所述蚀刻液包括：CuSO40.05～10重量％、HF0.3～10重量％、以及水80～99.65重量％。
12.根据权利要求7所述的电子元件制造方法，所述电子元件为薄膜晶体管。
13.根据权利要求12所述的电子元件制造方法，在所述蚀刻步骤之前包括：在绝缘基板上配置栅电极的步骤；在所述栅电极上依次配置绝缘层、非晶硅层及n+非晶硅层的步骤；以及在所述n+非晶硅层上配置相互隔离的漏电极及源电极的步骤。
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