CN1687823A - 导线结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种适用于显示装置的导线结构。导线结构包括：一透明基板、一第一阻挡层、一金属层、以及一感旋光性保护层。第一阻挡层设置于透明基板上。金属层设置于第一阻挡层上，而感旋光性保护层设置于第一阻挡层上，并形成于金属层的二侧。本发明亦揭示一种导线结构的制造方法。

Description

导线结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种导线结构，特别是涉及一种适用于显示装置的铜导线结构及其制造方法，其可改善薄膜覆盖度(film coverage)并简化工艺。

背景技术

典型的液晶显示器包括：一薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)基板、一滤光片(color filter，CF)基板、以及位于薄膜晶体管基板与滤光片基板之间的液晶层。薄膜晶体管基板包含了多个由数据线与扫描线所构成的像素以及由多个电子元件所构成的像素驱动电路，例如薄膜晶体管及电容。在传统的技术中，连接薄膜晶体管的导线(数据线及扫描线)所用的材料为铝、铬、钼、或钨，其中由于铝具有较高的导电度，通常被用作栅极线(扫描线)。然而，随着液晶显示器尺寸增加及分辨率的提高，信号延迟效应(resistance-capacitance RC delay effect)必须进一步改善之。因此，近来制造者以铜取代铝金属作为液晶显示器导线材料有增加的趋势，因为铜的导电度高于铝。

然而，铜难以蚀刻且不易控制铜导线边缘斜度(taper angle)，导致后续薄膜沉积的覆盖度(coverage)降低。再者，铜易与硅反应而形成铜硅化物(如：Cu₃Si)，影响元件的电特性。再者，铜原子易于氧化硅中扩散，使元件具有较高的漏电流。再者，铜金属层与下方的玻璃基板之间的接合强度(adhesion strength)不佳。因此，以铜金属来制作导线时，增加工艺困难度及降低元件的电特性及可靠度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导线结构及其制造方法，其通过一感旋光性保护层来控制金属层边缘的斜度(taper angle)，藉以改善薄膜覆盖度(filmcoverage)。再者，通过阻挡层来增加导线与基板的接合强度并防止导线中原子的扩散。再者，其通过镶嵌工艺来制备金属导线，以避免金属不易蚀刻的问题。

本发明的一实施例在于提供一种导线结构，其包括：一透明基板、一阻挡层、一金属层、及一感旋光性保护层。阻挡层设置于透明基板上。金属层设置于阻挡层上，而感旋光性保护层设置于阻挡层上，并形成于金属层的二侧。

本发明的另一实施例在于提供一种导线结构的制造方法。于一透明基板上形成一阻挡层。于阻挡层上形成一感旋光性材料图案层，其具有一开口而露出阻挡层。于开口中形成一金属层，并选择性移除感旋光性材料图案层，以在金属层的二侧形成一感旋光性保护层。移除未被感旋光性保护层及金属层所覆盖的阻挡层。

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下配合附图以及优选实施例，以更详细地说明本发明。

附图说明

图1A至1E为绘示出根据本发明第一实施例的导线结构的制造方法剖面示意图。

图2A至2F为绘示出根据本发明第二实施例的导线结构的制造方法剖面示意图。

简单符号说明

100、200～导线结构；101、201～透明基板；102、202～第一阻挡层；103、203～黏着层；104～感旋光性材料层；105～光掩模；105a、105b、105c～透光区域；106、206～感旋光性材料图案层；106a～第一部分；106b～第二部分；106c、206a～开口；108、208～金属层；110、210～第二阻挡层；112、214～感旋光性保护层；211～光致抗蚀剂层；213～蚀刻保护层。

具体实施方式

图1E为绘示出本发明第一实施例的导线结构100的剖面示意图。此导线结构100可适用于显示装置中，例如液晶显示装置、电激发光显示装置或其它平面显示装置，其显示装置包括：一透明基板101、第一及第二阻挡层102及110、一金属层108以及一感旋光性保护层112。在本实施例中，第一阻挡层102设置于透明基板101上，且其材料可为导电材料，举例而言，第一阻挡层102的材料可选自钼(Mo)、钨(W)、钼钨合金(MoW)、铬(Cr)、钽(Ta)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钛钨合金(TiW)、铑(Rh)、铼(Re)、钌(Ru)或钴(Co)。在另一实施例中，第一阻挡层102亦可为非导电材料且可选自有机聚合物或无机物质(如：SiC、SiN、金属氧化物或其它材料)。金属层108，例如铜金属层，设置于第一阻挡层102上。另外，可在第一阻挡层102与金属层108之间选择性设置一黏着层103，其材料可选自金属氧化物、金属氮化物、金属或其组合。该金属氧化物，例如：铟锡氧化物(indiumtin oxide，ITO)、铟锌氧化物(indium zinc oxide，IZO)层、铝锌氧化物(aluminum-doped zinc oxide，AZO)、镉锌氧化物(cadmium tin oxide，CTO)或其它金属氧化物。该金属氮化物，例如：氮化钽(tantalum nitride，TaN)、氮化钛(titanium nitride，TiN)或其它的金属氮化物。该金属，例如：钽(tantalum，Ta)、钛(titanium，Ti)或其它金属。在本实施例中，第二阻挡层110则设置于金属层108上，且其材料可为导电材料，举例而言，第二阻挡层110的材料可选自钴、镍(Ni)或含有上述至少一种金属的合金。在另一实施例中，第二阻挡层110亦可为非导电材料。第一及第二阻挡层102及110及位于两者之间的金属层108构成一复合导线层。感旋光性保护层112设置于第一阻挡层102上，并形成于金属层108的二侧侧壁。感旋光性保护层112可为一低介电材料，且其介电常数范围大约为2.7至3.4。在本实施例中，感旋光性保护层112包括一含氮的硅氧化合物，例如PS-MSZ(photosensitive-methylsilazane)或其它类似性质的化合物。

以下配合图1A至1E说明本发明第一实施例的导线结构的制造方法剖面示意图。首先，请参照图1A，提供一透明基板101，例如一玻璃基板。接着，在清洗透明基板101之后，依序在透明基板101上形成第一阻挡层102及感旋光性材料层104。在本实施例中，第一阻挡层102可通过溅射法(physical vapor deposition，PVD)形成、化学气相沉积法(chemical vapordeposition，CVD)形成或旋转涂布方法(spin-on)形成之，其厚度范围大约为20纳米(nm)至200纳米。第一阻挡层102用以加强透明基板101与后续金属导线之间的接合强度(adhesion strength)。另外，可于形成感旋光性材料层104之前，在第一阻挡层102上选择性形成一黏着层(adhesion layer)103，用以再加强第一阻挡层102与后续金属导线之间的接合强度(adhesionstrength)，而黏着层103的材料，可包括：金属氧化物、金属氮化物、金属或其组合。感旋光性材料层104包括一低介电材料，例如PS-MSZ或其它类似性质的化合物。

接着，通过一光掩模105，例如半透光掩模(half-tone mask)或栅状光掩模(slit-pattern mask)，对感旋光性材料层104实施一光刻工艺，以在黏着层103上形成一感旋光性材料图案层106，其具有露出黏着层103的一开口106c，用以定义一导线区，如图1B所示。由于光掩模105具有三个不同透光度的透光区域105a、105b、及105c，使得感旋光性材料图案层106具有一第一部份106a与开口106c相邻及自第一部份106a侧向延伸的一第二部份106b，其中第一部分106a的厚度较厚于第二部分106b。举例而言，对应于开口106c的透光区域105a的透光度高于对应于第二部份106b的透光区域105c，而透光区域105c的透光度高于对应于第一部份106a的透光区域105b。此处，第一部分106a的厚度范围大约为1000纳米至3000纳米，而第二部分106b的厚度小于2500纳米。

接着，请参照图1C，于开口106c中形成作为导线的一金属层108，例如铜金属层，以利用镶嵌方式解决铜金属不易蚀刻的问题。铜金属层108依照第一阻挡层102的导电与否来决定形成方法。若第一阻挡层102的材料选用导电材料，铜金属层108使用电化学镀法形成，若第一阻挡层102的材料选用非导电材料，铜金属层108使用无电电镀法或化学电镀法形成。举例而言，第一阻挡层102为导电材料，铜金属层108通过电化学镀法形成之，且其厚度小于感旋光性材料图案层106的一第一部份106a。如之前所述，铜易与硅反应或易于氧化硅中扩散。另外，露出的铜金属由于反应性强，而易于后续的化学沉积工艺及干式蚀刻工艺中污染工艺机器。因此，需在铜金属层108上方形成一阻挡层。在本实施例中，通过电化学镀法在铜金属层108上形成一第二阻挡层110。第二阻挡层110包括钴、镍或含有上述至少一种金属的合金，且其厚度范围大约为5纳米至50纳米。

接下来，请参照图1D，选择性移除感旋光性材料图案层106，以在金属层108的二侧侧壁形成一感旋光性保护层112并露出黏着层103。在本实施例中，感旋光性保护层112可通过干式蚀刻具有不同厚度的感旋光性材料图案层106形成之。此处，感旋光性保护层112具有渐细(taper)轮廓，且其上表面大体切齐第二阻挡层110的上表面。具有渐细轮廓的感旋光性保护层112，可改善薄膜覆盖度而提高工艺成品率。

最后，请参照图1E，利用感旋光性保护层112及第二阻挡层110作为蚀刻掩模来移除露出的黏着层103及其下方的第一阻挡层102，以完成导线结构100的制作。

以下配合图2A至2F说明本发明第二实施例的导线结构的制造方法剖面示意图。首先，请参照图2A，提供一透明基板201，例如一玻璃基板。接着，在清洗透明基板201之后，在透明基板201上形成第一阻挡层202，其材料可为导电材料，举例而言，第一阻挡层202的材料可选自钼、钨、钼钨合金、铬、钽、钛、氮化钛、钛钨合金、铑、铼、钌或钴。在另一实施例中，第一阻挡层202亦可为非导电材料且可选自有机聚合物或无机物质(如：SiC、SiN、金属氧化物或其它材料)。在本实施例中，第一阻挡层202可通过溅射法形成(PVD)形成、化学气相沉积法(CVD)形成或旋转涂布方法(spin-on)形成之，其厚度范围大约为20纳米至200纳米。第一阻挡层202，用以加强透明基板201与后续金属导线之间的接合强度(adhesion strength)。另外，可在第一阻挡层202上选择性形成一黏着层203，而黏着层203的材料，可包括：金属氧化物、金属氮化物、金属或其组合，以进一步提升接合强度。该金属氧化物，例如：铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、铟锌氧化物(indiumzinc oxide，IZO)层、铝锌氧化物(aluminum-doped zinc oxide，AZO)、镉锌氧化物(cadmium tin oxide，CTO)或其它金属氧化物。该金属氮化物，例如：氮化钽(tantalum nitride，TaN)、氮化钛(titanium nitride，TiN)或其它的金属氮化物。该金属，例如：钽(tantalum，Ta)、钛(titanium，Ti)或其它金属。接着，在黏着层203上形成一感旋光性材料图案层206，其具有露出黏着层203的一开口206a，用以定义一导线区。感旋光性材料图案层206包括一低介电材料，例如PS-MSZ或其它类似性质的化合物。

接着，请参照图2B，于开口206a中形成作为导线的一金属层208，例如铜金属层。铜金属层208可依照第一阻挡层202的导电与否来决定形成方法。若第一阻挡层202的材料选用导电材料，铜金属层208使用电化学镀法形成，若第一阻挡层202的材料选用非导电材料，铜金属层208使用无电电镀法或化学电镀法形成。举例而言，第一阻挡层202为导电材料，铜金属层208通过电化学镀法形成之，且其厚度小于感旋光性材料图案层206。接着，在铜金属层208上形成一第二阻挡层210，在本实施例中，可通过电化学镀法在铜金属层208上形成一第二阻挡层210。第二阻挡层210包括钴、镍或含有上述至少一种金属的合金，且其厚度范围大约为5纳米至50纳米。此处，感旋光性材料图案层206的上表面大体切齐第二阻挡层210的上表面。

接下来，请参照图2C，于感旋光性材料图案层206上涂覆一光致抗蚀剂层211，并覆盖金属层208上方的第二阻挡层210。之后，图案化光致抗蚀剂层211，以形成一蚀刻保护层213，其覆盖第二阻挡层210并局部覆盖金属层208的二侧的感旋光性材料图案层206，如图2D所示。

接下来，请参照图2E，移除未被蚀刻保护层213覆盖的感旋光性材料图案层206，以在金属层208的二侧侧壁形成一具有渐细轮廓的感旋光性保护层214并露出黏着层203。

最后，请参照图2F，在去除蚀刻保护层213之后，可利用感旋光性保护层214及第二阻挡层210作为蚀刻掩模来移除露出的黏着层203及其下方的第一阻挡层202，以完成导线结构200的制作。

由于铜导线以电化学镀法形成之，相较于溅射法而言，可有效降低制作成本。再者，铜导线上下方具有阻挡层，可改善铜金属与下方玻璃基板及上方栅极介电层(氮化硅)之间的接合强度并防止铜氧化、扩散、形成硅化物、及污染工艺机器。再者，铜导线两侧形成有具斜度的感旋光性保护层，可改善薄膜覆盖度。因此，根据本发明的导线结构可简化工艺、降低制作成本，并增加元件的可靠度。

虽然本发明以优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当以后附的权利要求所界定者为准。

Claims (34)

1、一种导线结构，包括：

一透明基板；

一第一阻挡层，设置于该透明基板上；

一金属层，设置于该第一阻挡层上；以及

一感旋光性保护层，设置于该第一阻挡层上，并形成于该金属层的二侧。

2、如权利要求1所述的导线结构，其中该第一阻挡层包括导电材料且选自钼、钨、钼钨合金、铬、钽、钛、氮化钛、钛钨合金、铑、铼、钌或钴。

3、如权利要求1所述的导线结构，其中该第一阻挡层包括非导电材料。

4、如权利要求1所述的导线结构，还包括一第二阻挡层，设置于该金属层上。

5、如权利要求4所述的导线结构，其中该第二阻挡层包括钴、镍或含有上述至少一种金属的合金。

6、如权利要求1所述的导线结构，其中该金属层为一铜金属层。

7、如权利要求1所述的导线结构，其中该感旋光性保护层包括一低介电材料，且其介电常数范围大约为2.7至3.4。

8、如权利要求1所述的导线结构，其中该感旋光性保护层包括一含氮的硅氧化合物。

9、如权利要求1所述的导线结构，会包括一黏着层，设置于该第一阻挡层与该感旋光性保护层之间。

10、如权利要求1所述的导线结构，其中该黏着层包括金属氧化物、金属氮化物、金属或其组合。

11、一种显示装置，包括如权利要求1所述的导线结构。

12、一种导线结构的制造方法，包括：

形成一第一阻挡层于一透明基板上；

形成一感旋光性材料图案层于该第一阻挡层上，其具有一开口而露出该第一阻挡层；

形成一金属层于该开口中；

选择性移除该感旋光性材料图案层，以在该金属层的二侧形成一感旋光性保护层；以及

移除未被该感旋光性保护层及该金属层所覆盖的该第一阻挡层。

13、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，其中该感旋光性材料图案层的形成，包括：

形成一感旋光性材料层于该第一阻挡层上；以及

图案化该感旋光性材料层，以在其中形成该开口；

其中该感旋光性材料图案层具有一第一部份与该开口相邻及自该第一部份侧向延伸的一第二部份，且该第一部分的厚度较厚于该第二部分。

14、如权利要求13所述的导线结构的制造方法，其中该第一部分的厚度范围大约为1000纳米至3000纳米。

15、如权利要求13所述的导线结构的制造方法，其中该第二部分的厚度小于2500纳米。

16、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，其中该金属层利用电化学镀法形成于该开口中。

17、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，其中该感旋光性材料图案层通过一半透光掩模或栅状光掩模形成之。

18、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，其中该第一阻挡层的厚度范围大约为20纳米至200纳米。

19、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，其中该第一阻挡层包括导电材料且选自于钼、钨、钼钨合金、铬、钽、钛、氮化钛、钛钨合金、铑、铼、钌或钴。

20、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，其中该第一阻挡层包括非导电材料。

21、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，还包括形成一第二阻挡层在该金属层上。

22、如权利要求21所述的导线结构的制造方法，其中该第二阻挡层的厚度范围大约为5纳米至50纳米。

23、如权利要求21所述的导线结构的制造方法，其中该第二阻挡层包括钴、镍或含有上述至少一种金属的合金。

24、如权利要求21所述的导线结构的制造方法，其中该第二阻挡层利用电化学镀法形成于该金属层上。

25、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，其中该金属层为一铜金属层。

26、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，其中该感光材料图案层包括一低介电材料，且其介电常数范围大约为2.7至3.4。

27、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，其中该感旋光性保护层包括一含氮的硅氧化合物。

28、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，其中选择性移除该感旋光性材料图案层，包括：

形成一光致抗蚀剂层于该感旋光性材料图案层上，并覆盖该金属层；

图案化该光致抗蚀剂层，以形成一蚀刻保护层，其覆盖该金属层并局部覆盖该金属层的二侧的该感旋光性材料图案层；以及

移除未被该蚀刻保护层覆盖的该感旋光性材料图案层。

29、如权利要求28所述的导线结构的制造方法，还包括形成一第二阻挡层在该金属层上。

30、如权利要求29所述的导线结构的制造方法，其中该第二阻挡层的厚度范围大约为5至50纳米。

31、如权利要求29所述的导线结构的制造方法，其中该第二阻挡层包括钴、镍或含有上述至少一种金属的合金。

32、如权利要求29所述的导线结构的制造方法，其中该第二阻挡层利用电化学镀法形成于该金属层上。

33、如权利要求12所述的导线结构的制造方法，还包括在该第一阻挡层与该感旋光性材料图案层之间形成一黏着层。

34、如权利要求33所述的导线结构的制造方法，其中该黏着层包括金属氧化物、金属氮化物、金属或其组合。

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