CN1614483A - 液晶显示器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

液晶显示器件制造方法。揭示了一种包含NH3、Fe(NO3) 3、HClO4以及NH4F的蚀刻剂以及制造液晶显示器件的方法。通过使用该蚀刻剂形成选通线和像素电极，并且在形成像素电极的工艺中可以同时去除短路棒。因此可以简化制造液晶显示器件的工艺。

Description

液晶显示器件制造方法
技术领域
本发明涉及用于制造液晶显示器件的蚀刻剂以及使用该蚀刻剂的液晶显示器件制造方法，更具体地，涉及用于形成选通线的蚀刻剂以及利用该蚀刻剂形成选通线和像素电极的方法。
背景技术
液晶显示板是当今主要应用的图像显示设备之一。特别地，使用TFT(薄膜晶体管)作为用于驱动单元像素的开关器件的TFT液晶显示器件得到广泛应用。
TFT液晶显示器件包括：TFT阵列基板，在该TFT阵列基板上以矩阵形式设置有作为开关器件的多个TFT；以及滤色器基板，具有对应于该TFT阵列基板形成的滤色器。在TFT阵列基板和滤色器基板之间填充有液晶。
液晶显示器件的TFT阵列基板通过TFT驱动单元像素，所以形成TFT阵列基板的工艺是形成TFT液晶显示器件的多个工艺中的关键部分。
通常，形成TFT阵列基板的工艺包括：形成栅极；在栅极上形成栅绝缘层；在栅绝缘层上形成半导体层；在半导体层上形成源/漏极和数据线；在数据线上形成钝化层；以及在钝化层上形成像素电极。
特别地，形成选通线的工艺包括：在透明基板上淀积栅金属(gatemetal)；以及通过采用光刻法形成选通线和栅极图案。
以下参照图1A至1D对选通线的形成进行详细说明。
首先，如图1A中所示，通过溅射法在基板1上设置诸如钼或铝合金的栅金属2。
作为栅金属，通常使用铜合金或铝合金，特别地，通常使用具有优异导电性和高欧姆接触特性并带有用于提供选通信号的焊盘部分的铝合金和钼的双层。
在基板上形成栅金属之后，对其进行构图以形成选通线和栅极。
如图1B中所示，通过旋涂法在其上淀积有栅金属的基板的整个表面上涂覆光刻胶层3，然后通过应用选通线构图掩模4对光刻胶层3进行曝光。
如图1C中所示，在对光刻胶层3进行曝光之后，执行显影工艺以选择性地去除已曝光的光刻胶层。在该显影工艺结束之后，具有选通线图案的光刻胶图案5保留在基板上，并通过采用光刻胶图案5作为掩模来执行蚀刻工艺。
如图1D中所示，通过蚀刻工艺形成选通线6。
蚀刻栅金属2的方法包括湿蚀刻和干蚀刻。湿蚀刻是在化学溶液中对栅金属进行氧化以将其去除，而干蚀刻是将等离子体态的离子照射到栅金属上以去除栅金属。
湿蚀刻具有蚀刻速率根据蚀刻方向一致的各向同性特性，干蚀刻具有蚀刻速率根据蚀刻方向不同的各向异性特性。
在选通线上形成多个薄层，并且需要将选通线形成为锥形形状，以便不致于切入这些薄层。因此，为了使选通线具有锥形形状，使用表现出各向同性蚀刻特性的湿蚀刻来蚀刻选通线。
通过湿蚀刻，可以将选通线形成为锥形形状，但是在这方面，使用铝合金和钼的双层作为栅金属并使用H3PO4、HNO3和CH3COOH的混合溶液作为蚀刻剂的现有技术存在下述问题，即铝合金层和钼层在蚀刻剂中的蚀刻速率不同，所以使锥形形状变形。
图2A和2B表示其中使用铝合金层与钼层的双层作为栅金属并通过使用磷酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)和乙酸(CH3COOH)的混合溶液作为蚀刻剂来形成选通线的方法。
图2A表示由于不同的蚀刻速率而通过蚀刻剂以非正常方式对铝合金层21和钼层22进行蚀刻。已经知道，蚀刻剂的磷酸与铝合金层21发生反应以蚀刻铝合金层21，蚀刻剂的硝酸与钼层22发生反应以蚀刻钼层。在这方面，由于铝合金层21和磷酸之间的反应性大于钼层22和硝酸之间的反应性，所以如图2A中所示，在进行蚀刻之后，铝合金层21上侧经构图的钼层22大于经蚀刻的铝合金层21。
因此，为了形成理想的锥形，需要通过干蚀刻对经湿蚀刻的钼层22再蚀刻一次。然后，钼层22具有如同铝合金层21那样的锥形。
图2B表示通过干法蚀刻使层叠的钼层22和铝合金层21成为锥形。
在蚀刻工艺结束之后，去除并清洗剩余在基板上的光刻胶以形成选通线。
总之，可以将选通线形成工艺分为以下步骤：在基板上淀积栅金属；通过曝光工艺形成光刻胶层图案；通过采用光刻胶层图案作为掩模来执行湿蚀刻，另外，对经湿蚀刻的栅金属进行干蚀刻；以及去除光刻胶层并进行清洗。
在形成TFT之后，执行形成用于向液晶施加电场的像素电极的工艺。作为像素电极，通常使用由非晶ITO(铟锡氧化物)制成的透明电极。已知通过乙二酸(COOH)2对由ITO层制成的像素电极进行湿蚀刻。
在TFT阵列基板的制造工艺中，为了防止在阵列基板的制造过程中在选通线或数据线处产生静电，将选通线和数据线的端部彼此连接以使它们等电位。通过在形成像素电极的步骤中去除在选通线或数据线的端部形成的短路棒部分，来形成包括分离的选通线和数据线的TFT阵列基板。
可以通过使用与形成选通线时所使用的蚀刻剂相同的蚀刻剂进行蚀刻或者通过磨削(一种物理方法)来去除短路棒部分。可以通过使用用于蚀刻选通线的蚀刻剂来去除短路棒部分，因为在形成选通线时形成的短路棒部分具有与选通线相同的成分。
通过磨削去除短路棒部分会产生大量微粒而导致缺陷，所以通过蚀刻去除短路棒部分的方法是优选的。
通过像素电极形成步骤和短路棒部分去除步骤两个阶段来执行通过使用用于形成选通线的蚀刻剂去除短路棒部分。在形成像素电极的步骤中，通过采用乙二酸对像素电极进行构图，并且在去除短路棒部分的步骤中，通过使用用于构图选通线的蚀刻剂来去除短路棒部分。
在使用铝合金层与钼层的双层制造TFT阵列的工艺中，如果使用传统蚀刻方法，则执行湿蚀刻并且随后另外执行干蚀刻，导致工艺迟缓。另外，由于需要用于干蚀刻的设备，所以会增加费用。
此外，对于通过使用传统蚀刻剂进行的选通线构图，由于锥形的侧倾角很大，而使得在选通线上形成薄层时会导致切断(cutting)。
图3是通过电子显微镜拍摄的照片，表示通过使用传统蚀刻剂蚀刻的选通线。如图所示，选通线的外形具有急剧的倾斜。
此外，在形成像素电极的步骤中，由于将乙二酸(COOH)2用于对像素电极进行构图，并且将蚀刻剂另外用于对短路棒部分进行蚀刻，这要执行两种工艺，而使得工艺复杂化。
此外，当非晶ITO层(即像素电极材料)与乙二酸(COOH)2发生反应时，在进行蚀刻的设备中沉淀结晶体，即反应残留物，而导致下述问题，即操作者必须定期去除曝露在外部的冰柱形的结晶体沉淀物。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种蚀刻剂，该蚀刻剂能够在形成液晶显示器件的多个步骤中的利用铝合金层与钼层的双层形成选通线的步骤中，通过一次性湿蚀刻形成选通线。
本发明的另一目的是通过施加根据本发明的蚀刻剂形成由非晶ITO层制成的像素电极。
本发明的另一目的是通过在形成非晶ITO的工艺中同时去除为防止选通线的静电而形成的短路棒部分来简化工艺。
为了实现这些和其他优点并根据本发明的目的，如在此具体实施和广泛描述的那样，提供了一种包括NH3、Fe(NO3)3、HClO4以及NH4F的蚀刻剂。
通过施加蚀刻剂形成选通线的步骤包括在基板上形成栅金属以及通过施加包括NH3、Fe(NO3)3、HClO4以及NH4F的蚀刻剂对栅金属进行蚀刻。通过施加蚀刻剂形成TFT阵列基板的步骤包括通过施加包括NH3、Fe(NO3)3、HClO4以及NH4F的蚀刻剂形成选通线以及通过施加蚀刻剂进行蚀刻以形成像素电极。
在形成像素电极的步骤中，通过施加蚀刻剂将短路棒部分的一部分与选通线分离。
当结合附图时，本发明的上述和其他目的、特征、方面以及优点将根据本发明的以下详细说明而变得更加明了。
附图说明
附图帮助更好地理解本发明，并将其并入构成本说明书的一部分，附图显示了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
在附图中：
图1A至1D表示根据传统技术的形成液晶显示器件的选通线的序列工艺；
图2A和2B是表示根据传统技术的选通线的蚀刻形状的剖面图；
图3是通过电子显微镜拍摄的照片，表示通过使用根据传统技术的栅金属蚀刻的蚀刻剂形成的选通线的外观；
图4是通过电子显微镜拍摄的照片，表示通过施加根据本发明的蚀刻剂形成的选通线的外观；
图5是表示根据本发明的液晶显示器件的TFT阵列基板的平面图；
图6A至6F表示通过采用图5的线I-I’作为切割线制造具有短路棒的TFT阵列基板的序列工艺；以及
图7A至7C表示通过采用图5的线J-J’作为切割线制造具有短路棒的TFT阵列基板的序列工艺。
具体实施方式
本发明提供了一种用于蚀刻金属的新蚀刻剂。现将对本发明进行详细说明。
用于蚀刻栅金属的本发明的蚀刻剂包括NH3、Fe(NO3)3、HClO4以及NH4F，在这种情况下，NH3、Fe(NO3)3、HClO4以及NH4F各自的比重大约为7～12wt％、2～4wt％、1～4wt％以及0.1～2.0wt％。其余部分为水。
现将通过化学反应式对蚀刻剂的成份与构成选通线的铝合金层与钼层的双层发生反应以蚀刻选通线的工艺进行说明。
[化学反应式1]
栅金属的钼层与本发明的蚀刻剂成份的硝酸发生反应。
(从硝酸(HNO3)得到)
如在以上化学反应式中，通过与硝酸的氧化和还原反应去除钼层。
[化学反应式2]
通过与蚀刻剂中的Fe(NO3)3发生反应去除栅金属的铝合金层。
(从Fe(NO3)3得到)
通过以上化学反应式，通过与蚀刻剂的Fe(NO3)3的氧化和还原反应去除铝层。
蚀刻剂中的HClO4用于获得可以通过降低蚀刻剂的pH值使蚀刻反应活跃的环境，NH4F用于防止在执行蚀刻时所蚀刻的微粒吸附到栅金属表面上以及被氧化的钼离子的重新吸收。
特别地，HClO4比盐酸强，并且盐酸中所包含的氧越多，盐酸的酸性越强。也可以使用H2SO4或HClO、HCl2或HClO3来替代HClO4。
通过与蚀刻剂成份中的NH3和Fe(NO3)3发生反应来去除被构成为铝合金层和钼层的双层的选通线。
此时，由于铝合金层与钼层具有相似的蚀刻速率，所以可以通过湿蚀刻将选通线蚀刻为理想的锥形形状。
另外，在通过施加本发明的蚀刻剂形成选通线的情况下，改善了选通线的外形并且锥形选通线的外形具有平缓的侧倾角。为了防止在形成在选通线上的薄层的淀积工艺中发生切断，该选通线的外形是非常重要的，在这方面，外形的斜度越平缓越好。
图4是通过电子显微镜拍摄的照片，表示利用根据本发明的蚀刻剂形成的具有改进外形的选通线。
如图4中所示，锥形选通线的侧面外形的倾斜角为大约45度，显示出与具有70～80度的外形倾斜角的传统技术的选通线相比的改进。
另外，如上所述，可以通过施加包括NH3、Fe(NO3)3、HClO4以及NH4F的蚀刻剂对用作为像素电极的非晶ITO层进行蚀刻。通过该蚀刻剂对用作为像素电极的非晶ITO层进行蚀刻，不会产生作为反应副产物的结晶体，所以不需要传统技术中的结晶体沉淀去除工艺。
另外，当通过使用本发明的蚀刻剂蚀刻非晶ITO层时，还可以同时去除在形成选通线的步骤中为防止静电而形成的短路棒部分。在像素区域的外缘形成短路棒部分，并且当形成与制造TFT阵列的工艺的后面部分相对应的像素电极时，同时去除短路棒部分。
在形成选通线时形成短路棒部分，该短路棒部分由与选通线相同的材料制成，并通过用于形成根据本发明的选通线的蚀刻剂有效地去除该短路棒部分。
现将对使用该蚀刻剂的液晶显示器件的TFT阵列基板的制造工艺进行说明。
图5是表示液晶显示器件的TFT阵列基板的平面图。
如图5中所示，在TFT阵列基板51上，形成有平行设置的多条选通线510和与该多条选通线垂直交叉的多条数据线511。在多条选通线510和多条数据线511的交叉点处形成多个像素电极52。将作为用于控制像素电极的驱动的开关器件的TFT 53与选通线510和像素电极52相连。
在选通线510的一端，即，在像素区域的外缘，对应于各条选通线510形成选通焊盘54和58，并将与数据线511相连的数据焊盘55连接到数据线511的该端。通过对奇数线和偶数线进行分组来将选通焊盘54和58连接到短路棒部分。也就是，将奇数选通线连接到短路棒56的第一部分，将偶数选通线连接到在形成数据线时所形成的测试线540。为了不将偶数选通线与短路棒56的第一部分电连接，在各条偶数选通线处形成钝化孔530。
为了防止在制造TFT阵列基板的工艺过程中可能产生的静电，短路棒56和57通过将选通线和数据线相连使它们等电位。
短路棒56的第一部分与选通线510同时形成，并且与数据线511相连的短路棒57的第二部分与数据线511同时形成。
在形成选通线511时形成测试线540，并通过由ITO(铟锡氧化物)制成的焊盘58将测试线540连接到奇数选通线。
现将对制造具有上述结构的TFT阵列基板的工艺进行说明。
图6A至6F表示通过采用图5的线I-I’作为切割线制造具有短路棒的TFT阵列基板的序列工艺，图7A至7C表示通过采用图5的线J-J’作为切割线制造具有短路棒的TFT阵列基板的序列工艺。
参照图6A，制备具有优异透光性的基板51，在该基板51上通过溅射法淀积栅金属。作为栅金属，可以使用铝和钕(Nd)的合金。在淀积铝合金层510a之后，接着淀积钼金属层510b。铝合金层510a具有优异的导电性并由此适于作为选通线，但由于其在与非晶ITO层(该非晶ITO层与形成在选通线端部的焊盘部分相连并施加选通信号)的欧姆接触特性方面不良，所以在铝合金层510a上另外形成钼层510b以提高欧姆接触特性。
尽管未示出，但在基板上淀积由铝合金层510a和钼层510b构成的栅金属510之后，在栅金属的整个表面上涂覆光刻胶层。可以通过普通旋涂法进行光刻胶层的涂覆，并且可以采用任何方法，只要该方法可在基板上均匀地涂覆光刻胶层即可。
在涂覆光刻胶层之后，采用掩模并通过光刻工艺形成选通线和栅极510c。此时，还形成短路棒56的第一部分。如图5中所示，选通线与短路棒的第一部分相连。
通过湿蚀刻形成选通线和栅极，此时，用于湿蚀刻的蚀刻剂包括NH3、Fe(NO3)3、HClO4以及NH4F。通过与蚀刻剂中的硝酸的氧化和还原反应去除钼层，并通过与Fe(NO3)3的氧化和还原反应去除铝合金层。
在形成选通线、栅极510c和短路棒56的第一部分之后，通过光刻胶层剥离工艺完全去除残留在栅金属上的光刻胶层。
在光刻胶剥离工艺之后，对所得到的基板结构进行清洗处理，以去除部分残留在基板上的杂质，并且随后执行以下工艺。
参照图6B，在形成选通线和栅极510c之后，在基板上形成栅绝缘层61。形成栅绝缘层61以使选通线绝缘并保护选通线。通常通过等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)将栅绝缘层61形成为二氧化硅层(SiO2)或氮化硅层(SiNx)。
在形成栅绝缘层61之后，在栅绝缘层61上形成由非晶硅层和高密度n层构成的半导体层。对该半导体层进行构图以形成TFT的有源层62。
接下来，如图6C中所示，通过溅射法在栅绝缘层61和有源层62上形成用于形成源极和漏极的导电层。对导电层进行构图以形成用于测试偶数选通线的测试线540、数据线、以及源极63和漏极64。
然后，如图6D中所示，形成钝化层65以保护这些元件。
在形成钝化层65之后，形成用于将短路棒部分与偶数选通线绝缘的钝化孔66、用于连接测试线和ITO层的第一接触孔67、用于连接测试线540和偶数选通线的第二接触孔68、以及用于连接像素电极和漏极64的第三接触孔69。
形成钝化孔66的原因是为了通过区分奇数选通线和偶数选通线来分别执行测试过程。
在完成TFT阵列基板之后，执行最终测试以检查是否存在由于选通线中产生的断路和短路而导致线路故障。由于在相邻选通线彼此接触时会产生线路故障，所以可以通过分别测试奇数选通线和偶数选通线来有效地检测该线路故障。
随后，在其中形成有接触孔66、67、68和69的钝化层上形成像素电极材料，并对像素电极材料进行构图以形成像素电极和选通焊盘。
在这种情况下，如图6E中所示，将像素电极材料填充到钝化孔66中并在钝化孔66的下端与选通线相连。
可以通过施加曾用于对栅金属进行构图的蚀刻剂来对像素电极材料的构图进行有效的蚀刻。通过该蚀刻剂，在去除钝化孔66内的像素电极材料和钝化孔66下端的选通线的同时形成像素电极52和选通焊盘58，由此将偶数选通线与短路棒的第一部分分离。
在对像素电极材料进行构图的工艺中，通过第一接触孔67和第二接触孔68将测试线540连接到像素电极材料。
图6F表示没有像素电极材料和选通线材料的钝化孔66、连接测试线540和选通线的选通焊盘58、以及连接到TFT的像素电极。
特别地，蚀刻像素电极的工艺使用包含NH3、Fe(NO3)3、HClO4以及NH4F的蚀刻剂。
本发明的蚀刻剂不仅可以蚀刻非晶ITO层，也可以蚀刻形成为铝合金层与钼层的双层的选通线。
在使用传统蚀刻剂的情况下，蚀刻非晶ITO层的步骤和蚀刻选通线短路棒部分的步骤是分别执行的，使得工艺复杂化。但相比之下，在本发明中，当使用蚀刻剂对ITO层进行蚀刻时，通过一次性湿蚀刻对形成ITO层的像素电极和选通线的一部分进行蚀刻，以将奇数选通线与偶数选通线分离。
此后，图7A至7C表示采用图5中的线J-J’作为切割线制造具有短路棒的TFT阵列基板的序列工艺。
如图7A中所示，在透明基板51上形成栅极510c以及由铝合金510a和钼510b构成的选通线。此时，还形成了短路棒56的第一部分。
在完成选通线和栅极510c之后，如图7B中所示，形成栅绝缘层61。
随后，形成TFT阵列基板的有源层62、源/漏极63与64以及测试线540。当形成测试线540时，还一起形成了数据线。
在形成源/漏极63与64之后，在基板上形成钝化层65。然后，形成用于构成选通线焊盘的第一接触孔以及用于连接漏极64和像素电极的第二接触孔，并涂覆像素电极材料。
对像素电极材料进行构图以在第一接触孔中形成选通焊盘部分54，并形成连接到漏极64的像素电极52。
将奇数选通线分别连接到短路棒的第一部分，以使全部奇数选通线构成一个等电位面。在最终测试过程中还将短路棒的第一部分用作为用于检查奇数选通线的线路故障的测试线。
在完成TFT阵列基板之后，使用划片轮(scribe wheel)切除要被去除的选通焊盘和短路棒，由此形成TFT阵列基板。结果，选通线在其端部具有选通焊盘，并且当将选通焊盘连接到驱动电路时，TFT阵列基板工作。
如上所述，通过施加根据本发明的蚀刻剂来制造液晶显示器件，在形成被构成为由铝合金层和钼层组成的双层的选通线的工艺中，可以通过一次性湿蚀刻形成具有良好外形倾斜角的选通线，并且在形成像素电极的工艺中，通过施加蚀刻剂对像素电极进行蚀刻并去除选通线的一部分。因此，可以将短路棒与偶数选通线分离，缩减了工艺。
另外，在去除被形成为非晶ITO层的像素电极的步骤中，由于没有产生结晶体沉淀物，所以可以容易地操作设备，可以降低维护成本并缩减工艺。
由于在不背离本发明的精神及本质特性的情况下可以以多种形式实施本发明，所以还应该理解，除非另外指明，上述实施例并不限于以上描述的任何细节，而应该在由所附权利要求限定的精神和范围内得到广义地阐释，因此所附权利要求旨在涵盖落入权利要求的界限或该界限的等同物内的所有变化和修改。

Claims (11)

1.一种制造液晶显示器件的TFT阵列基板的方法，包括以下步骤：
制备一基板；
通过使用包含NH3、Fe(NO3)3、HClO4以及NH4F的蚀刻剂在所述基板上形成选通线；
在所述选通线上形成绝缘层；
在所述绝缘层的一部分上形成半导体层；
在所述绝缘层上形成测试线以及在所述半导体层上形成源极和漏极；
形成具有钝化孔的钝化层以曝露所述基板上的所述选通线的一部分；以及
通过施加所述蚀刻剂在所述钝化层上形成像素电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述选通线的步骤包括：
形成铝合金层；以及
在所述铝合金层上形成钼层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述选通线的步骤还包括：
形成短路棒的第一部分。
4.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述钝化孔的步骤还包括：
形成用于曝露所述测试线的第一接触孔、用于形成选通焊盘的第二接触孔以及用于连接所述漏极和所述像素电极的第三接触孔。
5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述像素电极的步骤包括：
形成选通焊盘。
6.根据权利要求1所述的方法，其中通过所述钝化孔曝露所述选通线的一部分，使得偶数选通线被曝露出来。
7.根据权利要求4所述的方法，其中同时形成所述钝化孔、所述第一接触孔、所述第二接触孔以及所述第三接触孔。
8.根据权利要求3所述的方法，其中形成所述像素电极的步骤包括：
在所述钝化层上形成像素电极材料；
去除所述钝化孔中的所述像素电极材料；以及
去除所述钝化孔下部的选通线，由此将所述短路棒与所述选通线的某些部分分离。
9.根据权利要求8所述的方法，其中通过用于形成所述选通线的蚀刻剂去除所述钝化孔中的像素电极材料以及所述选通线。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述像素电极为非晶ITO，即非晶铟锡氧化物。
11.根据权利要求1所述的方法，其中通过湿蚀刻形成所述选通线。
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