CN105907396A - 用于氧化铟层的蚀刻剂组合物，蚀刻方法，使用它们的液晶显示器阵列基板及其制造方法 - Google Patents

用于氧化铟层的蚀刻剂组合物，蚀刻方法，使用它们的液晶显示器阵列基板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物，蚀刻方法，使用它们的液晶显示器阵列基板及其制造方法，所述蚀刻剂组合物包括硝酸或亚硝酸、氯化合物、硝酸盐化合物和水。

Description

用于氧化铟层的蚀刻剂组合物，蚀刻方法，使用它们的液晶显 示器阵列基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物，蚀刻方法，和使用它们的液晶显示器阵列基板及其制造方法，更具体地说，涉及包括硝酸或亚硝酸、氯化合物、硝酸盐化合物和水的用于蚀刻氧化铟层蚀刻剂组合物，以及使用它们的液晶显示器阵列基板及其制造方法。
背景技术
在平板显示器之中，液晶显示(LCD)装置由于它的分辨率高、图像清晰、耗电低和显示屏薄受到了注意。通常可用作驱动LCD装置的电子电路是薄膜晶体管(TFT)电路，特别是对显示屏的每个像素形成TFT。利用TFT作为开关元件的TFT-LCD包括设置在基质中的TFT基板、布置成面向所述基板的彩色滤光片基板和介于上述两个基板之间的液晶材料。制作TFT-LCD的方法包括制备TFT基板、形成彩色滤光片基板、液晶盒加工和模块加工。因此，为了实现准确和清晰的图像，所述TFT基板和所述彩色滤光片基板的制作被认为是非常重要的。
所述LCD装置包括传输扫描信号的栅极线或扫描信号线、传输图像信号的数据线或图像信号线、与所述栅极线和数据线连接的TFT、和与所述TFT连接的像素电极。
所述LCD装置如下制造：在基板上形成用于栅极线和数据线的金属层，蚀刻所述金属层，形成与TFT连接的像素电极，施加光刻胶，并形成图案。因而，与所述像素电极层连接或裸露的所述栅极线或源/漏极线在所述像素电极形成图案的过程中可能变形。
为了解决这个问题，用于像素电极的材料的种类必须不同于用于所述栅极或源/漏极的金属。具体而言，所述像素电极的材料包括具有光学透明度和高导电性的氧化铟层，例如a-ITO、IZO、IGZO或ITZO。
最近，所述氧化铟层被形成为具有更精细的图案并且更厚，以便实现具有高分辨率和快速响应速度的显示装置。
韩国专利申请公布No.10-2012-0093499公开了用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物，但是问题在于使用了环境有害的硫酸，况且，不能蚀刻厚氧化铟层。
[引用列表]
[专利文献]
专利文件：韩国专利申请公布No.10-2012-0093499
发明内容
因此，本发明的目的是提供用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物，其可以蚀刻氧化铟层同时最小化对布置在所述氧化铟层之下的下部金属层的损害。
本发明的另一个目的是提供用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物，其具有蚀刻厚氧化铟层的高能力，因此能够形成精细图案，并且其还可以降低所述氧化铟层的侧蚀距离，从而防止由于过蚀刻所述图案导致的线条损失。
为了实现上述目的，本发明提供了用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物，包括：基于其总重量，5至12wt％的硝酸或亚硝酸，0.01至5wt％的氯化合物，0.01至3wt％的硝酸盐化合物，和余量的水，使得所述蚀刻剂组合物的总重量是100wt％。
另外，本发明提供了蚀刻氧化铟层的方法，所述方法包括：(1)在基板上形成氧化铟层，(2)在所述氧化铟层上选择性地留下光敏材料，和(3)利用本发明的蚀刻剂组合物蚀刻所述氧化铟层。
另外，本发明提供了制造液晶显示器的阵列基板的方法，所述方法包括：(1)在基板上形成栅极线，(2)在包括所述栅极线的基板上形成栅极绝缘层，和(3)在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层，(4)在所述氧化物半导体层上形成源极电极和漏极电极，和(5)形成与所述漏极电极连接的像素电极，其中(5)包括形成氧化铟层和利用蚀刻剂组合物蚀刻所述氧化铟层，从而形成所述像素电极，并且所述蚀刻剂组合物是本发明的蚀刻剂组合物。
另外，本发明提供了通过上述方法制造的液晶显示器阵列基板。
根据本发明，用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物具有蚀刻厚氧化铟层的高能力，从而形成精细图案，并且通过抑制所述氧化铟层的过蚀刻而有效防止线条的损失。
此外，根据本发明，所述用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物可蚀刻氧化铟层同时最小化对所述氧化铟层之下的下部金属层的损害。
附图说明
本发明的上述和其他目的、特征和优点将从以下结合附图的详细说明中更清楚地理解，其中：
图1是扫描电子显微镜(SEM)图像，示出了氧化铟层的侧蚀距离；
图2是SEM图像，示出了没有来自氧化铟层的残渣；
图3是SEM图像，示出了从氧化铟层产生的残渣；
图4是SEM图像，示出了没有对氧化铟层之下的铝/钼层的损害；和
图5是SEM图像，示出了对氧化铟层之下的铝/钼层的损害。
具体实施方式
在下文中，将给出本发明的详细说明。
本发明提出了用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物，其包括，基于所述蚀刻剂组合物的总重量，5至12wt％的硝酸或亚硝酸，0.01至5wt％的氯化合物，0.01至3wt％的硝酸盐化合物，和余量的水，使得所述蚀刻剂组合物的总重量是100wt％。
虽然常规用于液晶显示器中像素电极的氧化铟层具有或更小的厚度，但为了实现具有快速响应速度和高分辨率的液晶显示器，它需要变得更厚。因此，所述氧化铟层的厚度必须设为或更厚。
随着氧化铟层变厚，蚀刻所述氧化铟层以便形成像素电极所需要的时间段增加。因而，不仅在纵向而且在横向的蚀刻量增加，不理想地导致过蚀刻，使得不可能蚀刻出确保高分辨率的精细图案。因此，难以形成精细的像素电极。
带着解决这个问题的目标，根据本发明的用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物含有硝酸盐化合物。
具体而言，根据本发明的蚀刻剂组合物可以展现蚀刻较厚的氧化铟层的能力，由此降低所述氧化铟层的侧蚀程度，从而防止过蚀刻，并使得有可能蚀刻精细图案，从而实现具有高分辨率的液晶显示器。
此外，因为所述蚀刻剂组合物中包括所述硝酸盐化合物，在蚀刻氧化铟层时可以最小化对下部金属层的损害。
利用根据本发明的蚀刻剂组合物蚀刻的氧化铟层具有500至的厚度，并优选900至
此外，所述氧化铟层包括选自由氧化铟锡(ITO)层，氧化铟锌(IZO)层，氧化铟锡锌(ITZO)层，和氧化铟镓锌(IGZO)层所组成的组中的至少一种。
所述氧化铟层之下的下层种类没有特别的限制，但是可以包括单层，包括钼基金属层或铝基金属层，或者包括所述单层的多层。
下面是对根据本发明的蚀刻剂组合物的各个组分的说明。
在根据本发明的蚀刻剂组合物中，硝酸(HNO3)或亚硝酸(HNO2)通过氧化和置换反应用作氧化铟层的主要蚀刻剂。
基于所述蚀刻剂组合物总重量，硝酸或亚硝酸的用量是5至12wt％，并优选7至10wt％。
如果硝酸或亚硝酸的量小于5wt％，则不能有效蚀刻氧化铟层，不理想地增加了蚀刻时间并产生残渣和蚀刻缺陷。另一方面，如果硝酸或亚硝酸的量超过12wt％，则由于氮量增加导致产生较大量的废液，不理想地增加了废液处置成本和环境污染处理成本。
在根据本发明的蚀刻剂组合物中，所述氯化合物通过取代起到所述氧化铟层的辅助蚀刻剂的作用。在蚀刻氧化铟层时，产生大量的蚀刻残渣，所述氯化合物负责抑制残渣的产生。
所述氯化合物包括选自由盐酸、氯化钠、氯化钾和氯化铵所组成的组中的至少一种。
基于所述蚀刻剂组合物的总重量，所述氯化合物的用量是0.01至5wt％，并优选1至3wt％。
如果所述氯化合物的量小于0.01wt％，不能有效蚀刻氧化铟层，不理想地增加了蚀刻时间并产生残渣和蚀刻缺陷。另一方面，如果所述氯化合物的量超过5wt％，则蚀刻速率过度增加，从而引起过蚀刻，由此不能充分形成驱动像素电极必要的面积。
在根据本发明的蚀刻剂组合物中，所述硝酸盐化合物发挥了防止在所述氧化铟层之下的下部金属层中接触孔的周围部分暴露于所述蚀刻剂组合物而产生的腐蚀的作用。
此外，当蚀刻具有500至并优选900至厚度的氧化铟层时，所述硝酸盐化合物还起到防止所述氧化铟层响应于蚀刻时间增加的过度侧蚀的作用。
所述硝酸盐化合物包括选自由硝酸钠、硝酸铵和硝酸钾所组成的组中的至少一种。
基于所述蚀刻剂组合物的总重量，所述硝酸盐化合物的用量是0.01至3wt％，并优选1至2.5wt％。
如果所述硝酸盐化合物的量小于0.01wt％，不能充分防止腐蚀，不理想地引起下部金属层的损害并增加氧化铟层的侧蚀，从而使得难以形成精细图案的氧化铟层。另一方面，如果所述硝酸盐化合物的量超过3wt％，它可以起到防止腐蚀的作用，但是可以降低氧化铟层的蚀刻速率并可由此产生残渣。
在本发明的蚀刻剂组合物中，使用的水量要使得所述蚀刻剂组合物的总重量是100wt％。所述水没有特别的限制，但是优选包括去离子水。特别有用的是电阻率为18MΩ·㎝或更高的去离子水，电阻率表明从所述水除去离子的程度。
根据本发明的蚀刻剂组合物还可以包括选自由掩蔽剂和抗腐蚀剂所组成的组中的至少一种。所述添加剂不限于此，并且为了更有效地展现本发明的效应，可以选择性添加本领域已知的各种添加剂。
根据本发明的蚀刻剂组合物的组分可以利用通常已知的方法制备，并且可以具有适合于半导体加工的纯度。
另外，本发明提出了蚀刻氧化铟层的方法，所述方法包括：(1)在基板上形成氧化铟层，(2)在所述氧化铟层上选择性留下光敏材料，和(3)利用本发明的蚀刻剂组合物蚀刻所述氧化铟层。
在根据本发明的蚀刻方法中，所述光敏材料优选是通常的光刻胶材料，并且可以通过通常的曝光和显影而选择性留下。
所述氧化铟层以具有500至并优选900至厚度的单层的形式提供。
所述氧化铟层包括选自由氧化铟锡(ITO)层，氧化铟锌(IZO)层，氧化铟锡锌(ITZO)层，和氧化铟镓锌(IGZO)层所组成的组中的至少一种。
另外，本发明提出了制造液晶显示器的阵列基板的方法，所述方法包括：(1)在基板上形成栅极线，(2)在包括所述栅极线的基板上形成栅极绝缘层，(3)在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层，(4)在所述氧化物半导体层上形成源极电极和漏极电极，和(5)形成与所述漏极电极连接的像素电极，其中(5)包括形成氧化铟层和利用蚀刻剂组合物蚀刻所述氧化铟层，从而形成所述像素电极，并且所述蚀刻剂组合物是上文描述的蚀刻剂组合物。
所述氧化铟层以具有500至并优选900至厚度的单层的形式提供。
所述氧化铟层包括选自由氧化铟锡(ITO)层，氧化铟锌(IZO)层，氧化铟锡锌(ITZO)层，和氧化铟镓锌(IGZO)层所组成的组中的至少一种。
在上述方法的(5)中，所述像素电极可以通过利用本发明的蚀刻剂组合物蚀刻所述氧化铟层形成。
更具体地说，利用根据本发明的蚀刻剂组合物，可以以精细图案而且没有过度侧蚀的形式蚀刻所述具有500至并优选900至厚度的氧化铟层，所述氧化铟层用于实现具有快速响应速度和高分辨率的液晶显示器，由此形成达到高分辨率的像素电极。
当利用本发明的蚀刻剂组合物蚀刻氧化铟层时，可以防止对所述氧化铟层之下的下部金属层的损害，从而在不损害下部金属层下形成像素电极。
液晶显示装置的阵列基板可以是薄膜晶体管(TFT)阵列基板。
另外，本发明提出了通过上述方法制造的液晶显示器的阵列基板。
所述阵列基板包括通过利用根据本发明的蚀刻剂组合物蚀刻而形成的像素电极。
此外，除了本发明的阵列基板之外，本发明还可以提供利用上述蚀刻剂组合物制造的有机发光二极管(OLED)、触摸屏(TS)或其他电子器件。
因此，仅提出以下实施例进行说明但是不应被解释为限制本发明，并且可以由本领域技术人员在本发明的范围内适当修改或改变。
<用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物的制备>
实施例1至4和比较例1至7
利用下面表1中示出的量的组分制备实施例1至4和比较例1至7的蚀刻剂组合物，并且使用的水量使得所述蚀刻剂组合物的总重量是100wt％。
[表1]
(单位：wt％)
试验例1：用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物的性质评价
在玻璃基板(100mm x 100mm)上，沉积铝/钼层以形成源/漏极，然后在所述铝/钼层上形成硅并在其中形成孔，由此暴露铝/钼，其是所述源/漏极的金属层。之后，将ITO层沉积到厚度然后进行光刻，从而形成在所述基板上具有预定图案的光刻胶，随后利用实施例1至4和比较例1至7的各蚀刻剂组合物蚀刻所述ITO层。
在蚀刻过程中，使用喷雾蚀刻机(ETCHER(TFT)，SEMES制造)，并且所述蚀刻剂组合物的温度设置到约40℃。此外，取决于其他加工条件和其他因素，适当的温度根据需要而变。蚀刻时间取决于蚀刻温度而变，但是在LCD蚀刻过程中设置在约50至120秒的范围内。
利用SEM(S-4700，HITACHI制造)观察蚀刻过程中蚀刻的ITO层的横截面轮廓，并观察侧蚀、残渣产生和对下部金属(Al/Mo)的侵蚀，基于以下评价标准进行评价。结果显示在下面表2中。
<侧蚀距离>
◎：小于0.2μm(优秀)
○：0.2至小于0.5μm(良好)
X：0.5μm或更高或者未蚀刻(差)
<残渣产生>
○：没有残渣(图2)
X：产生残渣(图3)
<对下层的侵蚀(Al/Mo)>
○：无侵蚀(图4)
X：侵蚀(图5)
[表2]
侧蚀(μm) 残渣 对下层的侵蚀
实施例1 ◎ ○ ○
实施例2 ○ ○ ○
实施例3 ○ ○ ○
实施例4 ○ ○ ○
比较例1 × × ×
比较例2 ○ ○ ×
比较例3 × ○ ×
比较例4 × ○ ×
比较例5 × ○ ○
比较例6 × ○ ○
比较例7 ○ × ○
从表2的结果显而易见，实施例1至4的蚀刻剂组合物，其使用基于所述蚀刻剂组合物的总重量为0.01至3wt％量的硝酸盐化合物，观察到侧蚀小于0.2μm，既没有发生残渣也没有发生对下层的侵蚀。
然而，在不含硝酸盐化合物的比较例1的蚀刻剂组合物中，产生过度的侧蚀，并观察到残渣和对下层的侵蚀，并且在比较例2的蚀刻剂组合物中观察到对下层的侵蚀。
此外，在分别包括硫酸钾和乙酸铵代替所述硝酸盐化合物的比较例3和4的蚀刻剂组合物中，没有产生残渣，但是观察到过度的侧蚀和对下层的侵蚀。
在使用硝酸的量基于蚀刻剂组合物的总重量超过12wt％的比较例5的蚀刻剂组合物中和在使用氯化合物的量超过5wt％的比较例6的蚀刻剂组合物中，既没有观察到残渣也没有对下层的侵蚀，但是产生过度的侧蚀。
此外，在使用硝酸盐化合物的量基于所述蚀刻剂组合物的总重量超过3wt％的比较例7的蚀刻剂组合物中，限制了侧蚀并且不侵蚀下层，但是产生残渣。
因此，包括基于蚀刻剂组合物的总重量为0.01至3wt％量的硝酸盐化合物的根据本发明的蚀刻剂组合物，具有蚀刻厚氧化铟层的高能力，并且能够蚀刻所述氧化铟层而不损害布置在所述氧化铟层之下的下层。
虽然已经出于说明性的目的公开了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员将领会，在不背离所附权利要求书中公开的本发明的范围和精神之下，各种修改、添加和取代是可能的。

Claims (11)

1.用于蚀刻氧化铟层的蚀刻剂组合物，其包括：基于所述蚀刻剂组合物的总重量，5至12wt％的硝酸或亚硝酸，0.01至5wt％的氯化合物，0.01至3wt％的硝酸盐化合物，和余量的水，使得所述蚀刻剂组合物的总重量是100wt％。
2.根据权利要求1所述的蚀刻剂组合物，其中所述氯化合物包括选自由盐酸、氯化钠、氯化钾和氯化铵所组成的组中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的蚀刻剂组合物，其中所述硝酸盐化合物包括选自由硝酸钠、硝酸铵和硝酸钾所组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的蚀刻剂组合物，其中所述氧化铟层包括选自由氧化铟锡层，氧化铟锌层，氧化铟锡锌层，和氧化铟镓锌层所组成的组中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的蚀刻剂组合物，其中所述氧化铟层具有500至的厚度。
6.根据权利要求1所述的蚀刻剂组合物，还包括选自由掩蔽剂和抗腐蚀剂所组成的组中的至少一种。
7.蚀刻氧化铟层的方法，包括：
(1)在基板上形成氧化铟层；
(2)在所述氧化铟层上选择性地留下光敏材料；和
(3)利用权利要求1的蚀刻剂组合物蚀刻所述氧化铟层。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述光敏材料是光刻胶材料，并且通过曝光和显影而被选择性地留下。
9.制造液晶显示器的阵列基板的方法，所述方法包括：
(1)在基板上形成栅极线；
(2)在包括所述栅极线的基板上形成栅极绝缘层；
(3)在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层；
(4)在所述氧化物半导体层上形成源极电极和漏极电极，和
(5)形成与所述漏极电极连接的像素电极，
其中(5)包括形成氧化铟层和利用蚀刻剂组合物蚀刻所述氧化铟层，从而形成所述像素电极，并且
所述蚀刻剂组合物是根据权利要求1所述的蚀刻剂组合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述阵列基板是薄膜晶体管阵列基板。
11.液晶显示器的阵列基板，通过根据权利要求9所述的方法制造。
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