CN103026293A - 用于制造液晶显示装置用阵列基板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造液晶显示装置用阵列基板的方法，其中，使用一种蚀刻剂组合物，该蚀刻剂组合物按组合物的总重量计包含：a)5～25wt％的过氧化氢(H2O2)；b)0.1～5wt％的硫酸；c)0.01～1.0wt％的含氟化合物；d)0.1～5wt％的唑化合物；e)0.1～5wt％的咪唑化合物；以及f)其余为水。

Description

用于制造液晶显示装置用阵列基板的方法
技术领域
本发明涉及一种制造液晶显示装置用阵列基板的方法。
背景技术
在半导体装置的基板上形成金属配线包括形成金属层、涂布光阻、进行曝光与显影使得在选择性区域上形成光阻，以及进行蚀刻。此外，形成金属配线包括在每个单独的工艺前后进行清洁工艺。进行蚀刻工艺，使得使用光阻作为掩模而在选择性区域上形成金属层，并且蚀刻工艺一般包括使用等离子体的干式蚀刻，或使用蚀刻剂组合物的湿式蚀刻。
在此类半导体装置中，金属配线的电阻近来被视为重要的。因为在诱发RC信号延迟时电阻为主要因素。具体地，在薄膜晶体管-液晶显示装置(TFT-LCD)的情况下，已发展相关技术以增加面板的大小和实现高分辨率。因此为了实现增加TFT-LCD的大小所必需的RC信号延迟减小，必须发展具有低电阻的材料。传统地，主要使用铬(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)，以及它们的合金，但是其实际上难以用于大型TFT-LCD的栅线和数据线。
发明内容
因而本发明意图提供一种铜(Cu)基金属层用蚀刻剂组合物，其中，在蚀刻Cu基金属层时形成具有高线性的锥形外形，而且无蚀刻残渣。
本发明还意图提供一种铜(Cu)基金属层用蚀刻剂组合物，其使栅极、栅线、源极/漏极，与数据线一起蚀刻。
本发明还意图提供一种蚀刻Cu基金属层的方法以及一种制造液晶显示装置用阵列基板的方法，所述方法使用上述蚀刻剂组合物。
本发明的一个方面提供一种制造液晶显示装置用阵列基板的方法，其包括：1)使用蚀刻剂组合物蚀刻配置在基板上的Cu基金属层，因此形成栅极；2)形成使所述栅极绝缘的栅绝缘层；3)在所述栅绝缘层上形成半导体层；4)形成使所述半导体层绝缘的绝缘层；5)在使所述半导体层绝缘的绝缘层上形成铜基金属层，而且使用所述蚀刻剂组合物蚀刻该铜基金属层，因此形成源极/漏极；以及6)形成电连接到漏极的像素电极，其中，1)和5)中的蚀刻剂组合物按组合物的总重量计包含：a)5～25wt％的过氧化氢(H2O2)；b)0.1～5wt％的硫酸；c)0.01～1.0wt％含氟(F)化合物；d)0.1～5wt％的唑化合物；e)0.1～5wt％的咪唑化合物；以及f)其余为水。
本发明的另一方面是提供一种蚀刻Cu基金属层的方法，其包括：A)在基板上形成Cu基金属层；B)在所述Cu基金属层上选择性地配置光反应性材料；以及C)使用蚀刻剂组合物蚀刻所述Cu基金属层，其中所述蚀刻剂组合物按组合物的总重量计包含：a)5～25wt％的过氧化氢(H2O2)；b)0.1～5wt％的硫酸；c)0.01～1.0wt％的含氟化合物；d)0.1～5wt％的唑化合物；e)0.1～5wt％的咪唑化合物；以及f)其余为水。
本发明的又一方面提供一种Cu基金属层用蚀刻剂组合物，其按组合物的总重量计包含：a)5～25wt％的过氧化氢(H2O2)；b)0.1～5wt％的硫酸；c)0.01～1.0wt％的含氟化合物；d)0.1～5wt％的唑化合物；e)0.1～5wt％的咪唑化合物；以及f)其余为水。
根据本发明，蚀刻剂组合物在蚀刻Cu基金属层时可形成具有优异线性的锥形外形。此外，若使用根据本发明的蚀刻剂组合物蚀刻Cu基金属层，则不产生蚀刻残渣，因此防止发生电短路、配线不良或低亮度。此外，若使用根据本发明的蚀刻剂组合物制造液晶显示装置用阵列基板，则可大为简化蚀刻程序且将工艺良率最大化，因为可使栅极、栅线、源极/漏极，与数据线一起蚀刻。此外使用根据本发明的蚀刻剂组合物蚀刻具有低电阻的Cu或Cu合金配线，由此制造一种具有实现大屏幕与高亮度的电路且环境友善的液晶显示装置用阵列基板。
附图说明
图1是示出使用根据本发明的实施例1的蚀刻剂组合物蚀刻的Cu/Mo-Ti双层的横截面的扫描电子显微镜(SEM)图像；
图2是示出使用根据本发明的实施例1的蚀刻剂组合物蚀刻的Cu/Mo-Ti双层的全貌的SEM图像；
图3是示出使用根据本发明的实施例1的蚀刻剂组合物蚀刻的Cu/Mo-Ti双层的Cu配线附近表面的SEM图像以证实无蚀刻残渣；
图4是示出使用根据本发明的比较例1的蚀刻剂组合物蚀刻的Cu/Mo-Ti双层的全貌的SEM图像；以及
图5是示出使用根据本发明的比较例2的蚀刻剂组合物蚀刻的Cu/Mo-Ti双层的全貌的SEM图像。
具体实施方式
以下为本发明的详细说明。
本发明提供一种Cu基金属层用蚀刻剂组合物，其按组合物的总重量计包含：a)5～25wt％的过氧化氢(H2O2)；b)0.1～5wt％的硫酸；c)0.01～1.0wt％的含氟化合物；d)0.1～5wt％的唑化合物；e)0.1～5wt％的咪唑化合物；以及f)其余为水。
在本发明中，Cu基金属层(其中含有Cu)可具有单层结构，或包含双层的多层结构等，而且其实例包括Cu的单层或Cu合金的单层，以及它们的多层(如Cu-Mo层或Cu-Mo合金层)。Cu-Mo层包括Mo层与形成在Mo层上的Cu层，及Cu-Mo合金层包括Mo合金层和形成在Mo合金层上的Cu层。此外，Mo合金层由Mo和选自由钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、镍(Ni)、钕(Nd)以及铟(In)组成的组中的一种或多种组成。
在根据本发明的蚀刻剂组合物中，a)过氧化氢(H2O2)是用于蚀刻Cu基金属层的主要成分。a)过氧化氢(H2O2)按组合物的总重量计以5～25wt％，并且优选以10～20wt％的量使用。如果其量小于上述范围的下限，则无法蚀刻Cu基金属层或者蚀刻速率可能太慢。相反，如果其量超过上述范围的上限，则总蚀刻速率可能变快，使得难以控制该工艺。
在根据本发明的蚀刻剂组合物中，b)硫酸的功能为调整蚀刻剂组合物的pH以形成适合蚀刻Cu基金属层的条件，还为降低蚀刻剂组合物的pH以抑制过氧化氢的分解。b)硫酸按组合物的总重量计以0.1～5wt％，并且优选以0.5～3wt％的量使用。如果其量小于上述范围的下限，则调整pH的能力可能不足，因此Cu蚀刻速率可能太慢，同时可能加速过氧化氢的分解。相反，如果其量超过上述范围的上限，则Cu蚀刻速率可能变快。如果将根据本发明的蚀刻剂组合物应用于Cu-Mo层或Cu-Mo合金层，则Mo或Mo合金蚀刻速率可能降低，因此CD损失可能增加。此外，产生Mo或Mo合金残渣的机率可能增加。
在根据本发明的蚀刻剂组合物中，c)含氟化合物为在水中解离而产生氟离子的化合物。c)含氟化合物的功能为去除由蚀刻Cu-Mo层或Cu-Mo合金层的蚀刻剂不可避免地产生的蚀刻残渣。c)含氟化合物按组合物的总重量计以0.01～1.0wt％，并且优选以0.1～0.5wt％的量使用。如果其量小于上述范围的下限，则可能生成蚀刻残渣。相反，如果其量超过上述范围的上限，则蚀刻玻璃基板的速率可能增加。
c)含氟化合物可包括本领域内使用的任何材料而无限制，只要其在溶液中时解离成为氟离子或多原子氟离子，而且可包括选自由氟化铵(NH4F)、氟化钠(NaF)、氟化钾(KF)、氢氟化铵(NH4FHF)、氢氟化钠(NaFHF)以及氢氟化钾(KFHF)组成的组中的一种或多种。
在根据本发明的蚀刻剂组合物中，d)唑化合物的功能为调整蚀刻Cu层或Cu合金层的速率以及降低图案的CD损失，如此增加工艺余裕(process margin)。d)唑化合物按组合物的总重量计以0.1～5wt％，并且优选以0.5～3wt％的量使用。如果其量小于上述范围的下限，则蚀刻速率可能增加，因此可能产生太多的CD损失。相反，如果其量超过上述范围的上限，则Cu蚀刻速率可能降低且Mo层或Mo合金层蚀刻速率可能增加，因此可能过度蚀刻Mo或Mo合金层而不期望地造成底切。
d)唑化合物可包括选自由氨基四唑、苯并三唑、甲苯基三唑、吡唑以及吡咯组成的组中的一种或多种。
在根据本发明的蚀刻剂组合物中，e)咪唑化合物的功能是在蚀刻Cu时螯合(chelate)Cu表面使得Cu基板的全部表面被均匀地蚀刻，并且调整Cu蚀刻速率。e)咪唑化合物按组合物的总重量计以0.1～5wt％，并且优选以1～4wt％的量使用。如果其量小于上述范围的下限，则可能无法如此均匀地蚀刻Cu且CD损失可能不均匀，并且Cu蚀刻速率可能太快。相反，如果其量超过上述范围的上限，则Cu蚀刻速率可能降低，并且Mo或Mo合金层蚀刻速率可能增加，因此若将其应用于Cu-Mo层或Cu-Mo合金层，锥形角度可能增加。
e)咪唑化合物可包括选自由咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2-氨基咪唑、4-甲基咪唑、4-乙基咪唑以及4-丙基咪唑组成的组中的一种或多种。
在根据本发明的蚀刻剂组合物中，f)水为其余的量，并且水的种类并没有特别地限制但优选为去离子水。特别有用的是具有18MΩ/cm或更大电阻率(其为从水中去除离子的程度)的去离子水。
此外，根据本发明的蚀刻剂组合物不包含羧酸与磷酸盐。磷酸盐具有碱性阳离子，因此其功能为增加pH。因此根据本发明的蚀刻剂组合物不含有此磷酸盐。
根据本发明的蚀刻剂组合物可进一步包含表面活性剂。表面活性剂的功能为降低表面张力以增加蚀刻均匀性。表面活性剂并没有特别地限制，只要其耐根据本发明的蚀刻剂组合物且具有相容性，但是其可包括选自由阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂以及多元醇表面活性剂组成的组中的一种或多种。
除了上述成分外，上述组合物可进一步包含典型的添加剂，该添加剂的实例包括螯合剂(sequestering agent)、抗腐蚀剂等。
用于本发明的a)过氧化氢(H2O2)，b)硫酸，c)含氟化合物，d)唑化合物，以及e)咪唑化合物可使用一般已知的方法制备，并且优选具有适用于半导体工艺的纯度。
根据本发明的Cu基金属层用蚀刻剂组合物可使液晶显示装置的由Cu基金属制成的栅极、栅线、源极/漏极，以及数据线全部一起蚀刻。
另外，本发明提供一种蚀刻Cu基金属层的方法，其包括：A)在基板上形成Cu基金属层；B)在Cu基金属层上选择性地形成光反应性材料；以及C)使用根据本发明的蚀刻剂组合物蚀刻Cu基金属层。
在根据本发明的蚀刻方法中，光反应性材料可为典型的光阻，并且可使用典型曝光与显影而选择性地形成。
另外，本发明提供一种制造液晶显示装置用阵列基板的方法，其包括：1)使用蚀刻剂组合物蚀刻配置在基板上的Cu基金属层，因此形成栅极；2)形成使栅极绝缘的栅绝缘层；3)在栅绝缘层上形成半导体层；4)形成使半导体层绝缘的绝缘层；5)在使半导体层绝缘的绝缘层上形成铜基金属层，而且使用蚀刻剂组合物蚀刻该铜基金属层，如此形成源极/漏极；以及6)形成电连接到漏极的像素电极，其中，用于1)和5)的蚀刻剂组合物为根据本发明的蚀刻剂组合物。
液晶显示装置用阵列基板可为TFT阵列基板。
经由下述以例证但不视为限制本发明的实施例可更好地理解本发明。
实施例1至6、比较例1与2：Cu基金属层用蚀刻剂组合物的制备
根据下表1所示的成分制备实施例1至6的蚀刻剂组合物。
表1
测试例：蚀刻剂组合物的性质评估
使用实施例1至6的蚀刻剂组合物进行Cu基金属层(Cu的单层与Cu/Mo-Ti双层)的蚀刻。在蚀刻时，设定蚀刻剂组合物的温度为约30℃，但是其可根据其他的工艺条件和因素而适当地改变。此外，虽然蚀刻时间可根据蚀刻温度而改变，但其通常设为约30～180秒。在蚀刻工艺中使用SEM(S-4700，得自Hitachi)观察经蚀刻的Cu基金属层的横截面外形。结果示于下表2。
表2
Figure BDA00002785589800071
如表2所示，使用实施例1至6的蚀刻剂组合物的Cu基金属层的蚀刻速率是适当的。此外，如图1和图2所示，使用实施例1的蚀刻剂组合物蚀刻的Cu基金属层表现出良好的蚀刻外形。此外，如图3所示，在使用实施例1的蚀刻剂组合物蚀刻Cu基金属层时并无蚀刻残渣。
然而如图4所示，在使用不含唑化合物的比较例1的蚀刻剂组合物蚀刻时，发生Cu层过度蚀刻。如图5所示，在使用不含咪唑化合物的比较例2的情形，在下层界面处可能发生Cu层的底切。在比较例1和比较例2中没有有效地进行蚀刻，因此无法测量蚀刻速率。
因此，根据本发明的蚀刻剂组合物因提供Cu基金属层的优异锥形外形、图案线性，以及合适的蚀刻速率而有利，并且特别是在蚀刻后未残留蚀刻残渣。

Claims (9)

1.一种制造液晶显示装置用阵列基板的方法，所述方法包括：
1)使用蚀刻剂组合物蚀刻配置在基板上的铜基金属层，因此形成栅极；
2)形成使所述栅极绝缘的栅绝缘层；
3)在所述栅绝缘层上形成半导体层；
4)形成使所述半导体层绝缘的绝缘层；
5)在使所述半导体层绝缘的绝缘层上形成铜基金属层，而且使用所述蚀刻剂组合物蚀刻该铜基金属层，因此形成源极/漏极；以及
6)形成电连接到所述漏极的像素电极，
其中，1)和5)的所述蚀刻剂组合物按组合物的总重量计包含：a)5～25wt％的过氧化氢(H2O2)；b)0.1～5wt％的硫酸；c)0.01～1.0wt％的含氟化合物；d)0.1～5wt％的唑化合物；e)0.1～5wt％的咪唑化合物；以及f)其余为水。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液晶显示装置用阵列基板为薄膜晶体管(TFT)阵列基板。
3.一种蚀刻Cu基金属层的方法，所述方法包含：
A)在基板上形成Cu基金属层；
B)在所述Cu基金属层上选择性地配置光反应性材料；以及
C)使用蚀刻剂组合物蚀刻所述Cu基金属层，
其中，所述蚀刻剂组合物按组合物的总重量计包含：a)5～25wt％的过氧化氢(H2O2)；b)0.1～5wt％的硫酸；c)0.01～1.0wt％的含氟化合物；d)0.1～5wt％的唑化合物；e)0.1～5wt％的咪唑化合物；以及f)其余为水。
4.一种Cu基金属层用蚀刻剂组合物，其按组合物的总重量计包含：
a)5～25wt％的过氧化氢(H2O2)；
b)0.1～5wt％的硫酸；
c)0.01～1.0wt％的含氟化合物；
d)0.1～5wt％的唑化合物；
e)0.1～5wt％的咪唑化合物；以及
f)其余为水。
5.根据权利要求4所述的蚀刻剂组合物，其中，c)含氟化合物包含选自由NH4FHF、KFHF、NaFHF、NH4F、KF以及NaF组成的组中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的蚀刻剂组合物，其中，d)唑化合物包含选自由氨基四唑、苯并三唑、甲苯基三唑、吡唑以及吡咯组成的组中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的蚀刻剂组合物，其中，e)咪唑化合物包含选自由咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2-氨基咪唑、4-甲基咪唑、4-乙基咪唑以及4-丙基咪唑组成的组中的一种或多种。
8.根据权利要求4所述的蚀刻剂组合物，其不包含羧酸与磷酸盐。
9.根据权利要求4所述的蚀刻剂组合物，其中，所述铜基金属层为铜的单层或铜合金的单层，包含钼层与形成在所述钼层上的铜层的铜-钼层，或包含钼合金层与形成在所述钼合金层上的铜层的铜-钼合金层。
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