CN114086180B - 一种蚀刻液和使用了所述蚀刻液的阵列基板的制作方法 - Google Patents

一种蚀刻液和使用了所述蚀刻液的阵列基板的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种蚀刻液和使用了所述蚀刻液的阵列基板的制作方法，所述蚀刻液包括以下组分：10～20％质量百分比的过氧化氢；0.05～5％质量百分比的蚀刻抑制剂；0.1～2％质量百分比的氟化物组合物；0.5～5％质量百分比的硅蚀刻助剂；2～10％质量百分比的蚀刻添加剂；以及溶剂。所述蚀刻液对于源漏极层的铜/钼、铜/钛或铜/钼钛金属层有着蚀刻性能优异的效果且成本低，在保持器件高寿命的同时，可以蚀刻半导体层并降低金属残残留，从而降低后续干蚀刻制程带来的问题，甚至可以直接省去半导体层的干蚀刻制程，进而降低制作成本并且提高器件稳定性。

Description

一种蚀刻液和使用了所述蚀刻液的阵列基板的制作方法
【技术领域】
本申请涉及蚀刻领域，特别涉及一种蚀刻液和使用了所述蚀刻液的阵列基板的制作方法。
【背景技术】
在高世代的液晶显示器(thin-film transistor,TFT)中，阵列基板上一般有五层结构，分别是栅级层、半导体层、源漏极层、钝化层和像素电极层。在常规的阵列基板制程工艺中，每一层膜都会经过成膜，涂布，曝光，蚀刻，去光阻等主要步骤才能形成特定走线图案。其中，栅级层、源漏极层和氧化铟锡层为金属/金属氧化物，通常采用蚀刻液进行湿蚀刻制程，而半导体层和钝化层通常采用等离子体进行干蚀刻制程。在源漏极层蚀刻过程中，蚀刻液会与半导体层接触，常规情况下，需要保证蚀刻液不伤害到半导体层。
在实际工艺过程中，若能使得蚀刻液在蚀刻源漏极层(通常包括铜、钼、钛等金属)时，同时蚀刻半导体层(通常包括a-Si及SiNx)，则可以减少后续干蚀刻时间，甚至直接省去干蚀刻制程。由此带来的优点是湿蚀刻较为稳定温和，可降低后续干蚀刻制程带来的一些问题(如在等离子气体作用下诱导腐蚀，产生凹坑，导致电性不良)，同时，减少或省去干蚀刻制程，可以大大提高产能，降低生产成本。
此外，为了增加开态电流和降低关态电流，源漏极层的源极和漏极间的沟道在允许范围内越窄越好，即铜/钼膜层线宽要尽量长。在此条件下，蚀刻液对铜/钼膜层的蚀刻时间就要减小，所以容易造成钼的残留，钼残的存在，容易造成电极间短路或电弧等问题，因此，如何在不产生上述问题的情况下同时对源漏极层和半导体层进行蚀刻成为了阵列基板制程中的一大难题。
【发明内容】
为了在尽量避免金属线残留的情况下同时蚀刻阵列基板的源漏极层及半导体层，本申请提供一种蚀刻液，包括以下组分：10～20％质量百分比的过氧化氢；0.05～5％质量百分比的蚀刻抑制剂；0.1～2％质量百分比的氟化物组合物；0.5～5％质量百分比的硅蚀刻助剂；2～10％质量百分比的蚀刻添加剂；以及溶剂。
更进一步地，所述蚀刻抑制剂包括杂环化合物。
更进一步地，所述蚀刻抑制剂包括噻吩、苯并三氮唑、羟基苯并三氮唑、5-氨基-四氮唑、氨基四唑、吲哚、嘌呤、嘧啶、1,3-噻唑或吡咯。
更进一步地，所述氟化物组合物包括氟化钠、氟化钾、氢氟酸、氟化氨、氟化铝、氟化氢铵、氟化氢钠、氟化氢钾或氟硼酸。
更进一步地，所述氟化物组合物包括氟化物和氟化氢物。
更进一步地，所述硅蚀刻助剂包括硝酸，硫酸、盐酸或磷酸。
更进一步地，所述蚀刻添加剂包括丙二酸、丁二酸、亚氨基二乙酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、酒石酸、对氨基苯磺酸、氨基磺酸、琥珀酸、苹果酸、苯甲酸、柠檬酸、磺基水杨酸、水杨酸丙氨酸、甘氨酸或精氨酸。
更进一步地，所述蚀刻液还包括酸碱值调节剂，所述酸碱值调节剂包括异丙醇胺、环丙胺、二异丙胺，异丁胺、乙醇胺、三乙胺、N-乙基乙醇胺、无机碱氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或磷酸氢二铵。
更进一步地，所述蚀刻液之酸碱值为2～5。
为了在尽量避免金属线残留的情况下同时蚀刻阵列基板的源漏极层及半导体层，本申请还提供一种阵列基板的制作方法，包括以下步骤：S 1、提供玻璃基板；S2、在所述玻璃基板之上形成栅级层；S3、在所述栅级层之上形成半导体层；S4、在所述半导体层之上形成源漏极层；S5、在所述源漏极层之上形成钝化层；以及S6、在所述钝化层之上形成像素电极层；
其中，所述源漏极层的图案与所述半导体层的图案在同一道湿蚀刻制程中形成，在所述湿蚀刻制程中使用的蚀刻液为上述的蚀刻液。
本申请的有益效果为:本申请所提供的蚀刻液对于源漏极层的铜/钼、铜/钛或铜/钼钛金属层有着蚀刻性能优异的效果且成本低。在保持器件高寿命的同时，可以蚀刻半导体层，并且可以减少金属残留，降低后续半导体层的干蚀刻制程带来的一些问题(如在等离子气体作用下诱导腐蚀，产生凹坑，导致电性不良)。此外，所述蚀刻液具有对源漏极层及半导体层蚀刻形貌良好，蚀刻过程稳定，蚀刻速率适中等优点。甚至，通过本申请实施例所提供的质量百分比调配蚀刻液，可以实现将源漏极层的图案及半导体层的图案于同一道湿制程中形成，也就是说，可以将半导体层的干蚀刻制程省去，大幅地减少了制作成本并且增加了器件的稳定性。
为了让本申请的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
【附图说明】
图1为使用本申请所提供的蚀刻液蚀刻源漏极层及半导体层时的示意图。
【具体实施方式】
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”通常是指装置实际使用或工作状态下的上和下。
本申请实施例提供一种蚀刻液和使用了所述蚀刻液的阵列基板的制作方法，下文进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
为了在尽量避免金属线残留的情况下同时蚀刻阵列基板的源漏极层及半导体层，本申请的一个实施例提供一种蚀刻液，其优选蚀刻温度为28～35℃，所述蚀刻液包括以下组分：10～20％质量百分比的过氧化氢(H2O2)；0.05～5％质量百分比的蚀刻抑制剂；0.1～2％质量百分比的氟化物组合物；0.5～5％质量百分比的硅蚀刻助剂；2～10％质量百分比的蚀刻添加剂；以及溶剂。其中，所述溶剂优选为去离子水，所述蚀刻液对于源漏极层的铜/钼、铜/钛或铜/钼钛金属层有着蚀刻性能优异的效果且成本低，在保持器件高寿命的同时，可以蚀刻半导体层并降低金属残残留，从而降低后续干蚀刻制程带来的一些问题(如在等离子气体作用下诱导腐蚀，产生凹坑，导致电性不良)，甚至可以直接省去半导体层的干蚀刻制程，达成将源漏极层的图案和半导体层的图案于同一道湿制程完成的效果，大幅地减少了制作成本并且增加了器件的稳定性。
在本实施例中，所述蚀刻抑制剂可以附着于源漏极层之金属膜层之上，主要用于调节所述金属层之蚀刻速率，使得整个蚀刻过程平稳均匀。优选地，所述蚀刻抑制剂包括杂原子类物质，选自噻吩、苯并三氮唑、羟基苯并三氮唑、5-氨基-四氮唑、氨基四唑、吲哚、嘌呤、嘧啶、1,3-噻唑或吡咯的至少一种。
在本实施例中，所述氟化物组合物提供F-及HF-，主要作用是蚀刻包括a-Si及SiNx的半导体层，同时，对金属残留的去除有较好的效果。所述氟化物组合物选自氟化钠、氟化钾、氢氟酸、氟化氨、氟化铝、氟化氢铵、氟化氢钠、氟化氢钾或氟硼酸的至少一种，优选为氟化物与氟化氢物的组合。
在本实施例中，所述硅蚀刻助剂可与所述氟化物组合物共同作用，加强所述半导体层的蚀刻，同时降低所述半导体层的蚀刻粗糙度。所述硅蚀刻助剂为硝酸，硫酸、盐酸或磷酸的至少一种。
在本实施例中，所述蚀刻添加剂的主要作用是螯合蚀刻所产生的金属离子，提高器件稳定性，延长器件寿命，所述蚀刻添加剂选自丙二酸、丁二酸、亚氨基二乙酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、酒石酸、对氨基苯磺酸、氨基磺酸、琥珀酸、苹果酸、苯甲酸、柠檬酸、磺基水杨酸、水杨酸丙氨酸、甘氨酸或精氨酸的至少一种。
在本实施例中，所述蚀刻液还包括酸碱值调节剂，进而将所述蚀刻液之酸碱值范围控制在2～5之间，适中的酸度可以稳定过氧化氢的分解，同时使得所述金属膜层的蚀刻速率合适，得到布线形状良好的图案。所述酸碱值调节剂选自有机碱(如异丙醇胺、环丙胺、二异丙胺，异丁胺、乙醇胺、三乙胺、N-乙基乙醇胺或有机碱)，或无机碱(如氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或磷酸氢二铵)的至少一种。
为了在尽量避免金属线残留的情况下同时蚀刻阵列基板的源漏极层及半导体层，本申请的另一个实施例还提供一种阵列基板的制作方法，包括以下步骤：S1、提供玻璃基板；S2、在所述玻璃基板之上形成栅级层；S3、在所述栅级层之上形成半导体层；S4、在所述半导体层之上形成源漏极层；S5、在所述源漏极层之上形成钝化层；以及S6、在所述钝化层之上形成像素电极层。
其中，所述源漏极层的图案与所述半导体层的图案在同一道湿蚀刻制程中形成，在所述湿制程中所使用的蚀刻液为上述实施例所提供的蚀刻液。
如表一所示，本申请提供了16组不同组分及不同质量百分比的蚀刻液，并利用这16组蚀刻液蚀刻阵列基板之源漏极层的图案以及半导体层的图案，最后将蚀刻偏差、蚀刻锥角、蚀刻形貌、金属线是否残留、蚀刻速率以及表面粗糙度等实验数据记录于表二。
在上述16次实验中，蚀刻抑制剂为苯并三氮唑，氟化物组合物为氟化物与氟化氢物的组合，硅蚀刻助剂为磷酸、硝酸或硫酸，蚀刻添加剂为亚氨基二乙酸，酸碱值调节剂为氢氧化钾。
请参考图1，在上述实验过程中，蚀刻温度为30℃，蚀刻时间为135秒，源漏极层1的膜厚为(Cu/Mo),同时反映所述源漏极层1和半导体层2的蚀刻情况。
其中，所述半导体层2之蚀刻速率V＝(d-d1)/(135-EPD)。
EPD：蚀刻过程中，蚀刻液先蚀刻所述源漏极层1，待所述半导体层2暴露出来后，开始蚀刻所述半导体层2。从所述源漏极层1开始蚀刻到所述半导体层2暴露的时间为EPD。
d：所述半导体层2蚀刻前之厚度。
d1：所述半导体层2蚀刻后之厚度。
表一、蚀刻液之组分及其质量百分比
表二、源漏极层及半导体层蚀刻后之实验数据
从蚀刻液1～3来看，氟化物与氟化氢物组合效果好于单独使用；从蚀刻液3～5来看，氟化物与磷酸搭配使用具有最佳的综合效果(蚀刻速率适中，蚀刻后粗糙度良好)；氟化物与硫酸搭配使用蚀刻粗糙度较差；氟化物与硝酸搭配使用蚀刻速率较慢，蚀刻粗糙度较差。从蚀刻液3、6～8可以看出，随着磷酸含量增加，所述半导体层之蚀刻速率先增后减，当磷酸含量超过0.5％时，蚀刻速率增加缓慢。
从蚀刻液3、9～16可以看出，随着氟化物含量增加，所述半导体层之蚀刻速率不断增加。可根据实际需求，或干蚀刻需求深度，调节氟化物含量，以调节湿蚀刻时所述半导体层之蚀刻速率，从而达到省去所述半导体层之干蚀刻制程的目标。
本申请所提供的蚀刻液对于源漏极层的铜/钼、铜/钛或铜/钼钛金属层有着蚀刻性能优异的效果且成本低。在保持器件高寿命的同时，可以蚀刻半导体层，并且可以减少金属残留，进而降低后续半导体层干蚀刻制程带来的一些问题(如在等离子气体作用下诱导腐蚀，产生凹坑，导致电性不良)。此外，所述蚀刻液具有对源漏极层及半导体层蚀刻形貌良好，蚀刻过程稳定，蚀刻速率适中等优点。甚至，通过本申请实施例所提供的质量百分比调配蚀刻液，可以实现将源漏极层的图案及半导体层的图案于同一道湿制程中形成，也就是说，可以将半导体层的干蚀刻制程省去，大幅地减少了制作成本并且增加了器件的稳定性。
以上对本申请实施例所提供的一种蚀刻液和使用了所述蚀刻液的阵列基板的制作方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (7)

1.一种蚀刻液，其特征在于，包括以下组分：
10~20%质量百分比的过氧化氢；
0.05~5%质量百分比的蚀刻抑制剂；
氟化物组合物，所述氟化物组合物包括0.10%质量百分比的氟化氢和0.15%质量百分比的氟化氢铵；
0.5%质量百分比的硅蚀刻助剂，所述硅蚀刻助剂为磷酸；
2~10%质量百分比的蚀刻添加剂；以及
溶剂。
2.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻抑制剂包括杂环化合物。
3.根据权利要求2所述的蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻抑制剂包括噻吩、苯并三氮唑、羟基苯并三氮唑、5-氨基-四氮唑、氨基四唑、吲哚、嘌呤、嘧啶、1,3-噻唑或吡咯。
4.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻添加剂包括丙二酸、丁二酸、亚氨基二乙酸、乙二胺四乙酸、氨基三乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、酒石酸、对氨基苯磺酸、氨基磺酸、琥珀酸、苹果酸、苯甲酸、柠檬酸、磺基水杨酸、水杨酸丙氨酸、甘氨酸或精氨酸。
5.根据权利要求1所述的蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻液还包括酸碱值调节剂，所述酸碱值调节剂包括异丙醇胺、环丙胺、二异丙胺，异丁胺、乙醇胺、三乙胺、N-乙基乙醇胺、氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或磷酸氢二铵。
6.根据权利要求5所述的蚀刻液，其特征在于，所述蚀刻液之酸碱值为2~5。
7.一种阵列基板的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供玻璃基板；
S2、在所述玻璃基板之上形成栅级层；
S3、在所述栅级层之上形成半导体层；
S4、在所述半导体层之上形成源漏极层；
S5、在所述源漏极层之上形成钝化层；以及
S6、在所述钝化层之上形成像素电极层；
其中，所述源漏极层的图案与所述半导体层的图案在同一道湿蚀刻制程中形成，在所述湿蚀刻制程中所使用的蚀刻液为权利要求1所述的蚀刻液。
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