CN1873054A - 蚀刻组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供蚀刻组合物，采用所述组合物可以以下部膜Al－Nd或Mo不产生底切现象的方式通过单一工序对构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT的栅极配线材料Al－Nd/Mo双层膜或Mo/Al－Nd/Mo三层膜进行湿式蚀刻，并可以获得优异的锥度，同时源极/漏极配线材料Mo单层膜也可以形成优异的轮廓。本发明的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物含有磷酸、硝酸、乙酸、磷酸盐阴离子表面活性剂和水。

Description

蚀刻组合物
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管液晶显示装置的栅电极用金属膜和源/漏电极用金属膜的蚀刻组合物，更详细来说，本发明涉及下述蚀刻组合物，采用所述组合物，可以以下部膜Al-Nd或Mo不产生底切现象的方式通过单一工序对构成薄膜晶体管液晶显示装置(TFT LCD，thin film transistorliquid crystal display)的TFT的栅极配线材料Al-Nd/Mo双层膜或Mo/Al-Nd/Mo三层膜进行湿式蚀刻，并可以获得优异的锥度(taper)，同时源极/漏极配线材料Mo单层膜也可以形成优异的轮廓(profile)。
背景技术
蚀刻工序是在基板上形成极其微细的电路的过程，形成与通过显影工序而形成的光致抗蚀剂图案相同的金属图案。
蚀刻工序根据其方式大致分为湿式蚀刻和干式蚀刻，湿式蚀刻是利用酸(acid)类化学药品与金属等反应而对其进行腐蚀，将光致抗蚀剂图案以外的部分溶掉；干式蚀刻是通过对离子(ion)进行加速而除去暴露部位的金属，从而形成图案。
与湿式蚀刻相比，干式蚀刻的优点在于：具有各向异性轮廓、蚀刻控制力优异。但是，其问题在于：设备昂贵、难以进行大面积化、并由于蚀刻速度慢而使生产性降低。
相反，与干式蚀刻相比，湿式蚀刻的优点在于：可以进行大量以及大型处理、由于蚀刻速度快而生产性高、设备便宜。但是，其问题在于：蚀刻剂(etchant)和纯水的使用量大、废液量多。
一般在进行干式蚀刻时，为了除去表面的部分固化的光刻胶，会追加等离子灰化工序，其成为设备成本、工序时间损失等生产性降低以及制品竞争力减弱的主要原因，因此，在实际现场，事实上主要使用湿式蚀刻。
此外，对于用于湿式蚀刻的蚀刻剂，由于要求更精密的微细电路，应用蚀刻剂时蚀刻剂受到欲蚀刻的金属种类的限定。
作为一个例子，下述专利文献1和下述专利文献2公开了对Al单层膜进行蚀刻的蚀刻剂，该蚀刻剂是由磷酸、硝酸、乙酸、表面活性剂和水构成的。
此外，下述专利文献1公开了用于对Al-Nd膜进行蚀刻的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物含有磷酸、硝酸、乙酸、水和氟碳类表面活性剂；下述专利文献3公开了用于对铝和ITO(氧化铟锡)进行蚀刻的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物含有可将草酸和组合物的pH调节为3～4.5的酸，并含有盐酸、磷酸、硝酸；下述专利文献4公开了用于对银或银合金进行蚀刻的配线用蚀刻液，该配线用蚀刻液含有磷酸、硝酸、乙酸和氧硫酸钾；下述专利文献5公开了用于对IZO(氧化铟锌)进行蚀刻的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物含有盐酸、乙酸、抑制剂和水。
此外，下述专利文献6公开了用于对源电极和漏电极用Mo或Mo-W(钼和钨的合金)进行蚀刻的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物含有磷酸、硝酸、乙酸、酸化调整剂和水。
但是，上述以往的蚀刻剂适用于仅对一种金属膜进行蚀刻的用途，因而其在设备和工序效率性方面较差。鉴于此，有必要对用于同时蚀刻各种金属膜的组合物进行研究。
作为一个例子，下述专利文献7和下述专利文献8公开了用于对Al/Mo、Al-Nd/Mo或A1-Nd/Mo-W的双层膜进行蚀刻的蚀刻液，该蚀刻液含有磷酸、硝酸、乙酸和酸化调整剂；下述专利文献9公开了用于对Mo/Al(Al-Nd)/Mo膜进行蚀刻的蚀刻液，该蚀刻液含有磷酸、硝酸、乙酸和酸化调整剂。
此外，下述专利文献10、11、12公开了可以适用于Al-Nd/Mo、Al-Nd/Mo-W、Mo/Al-Nd/Mo、Mo-W/Al-Nd/Mo-W、Mo单层膜和Mo-W单层膜中的全部膜的蚀刻液，该蚀刻液含有磷酸、硝酸、乙酸、钼蚀刻抑制剂(铵盐、钾盐)和水。
但是，利用上述以往的蚀刻组合物对构成薄膜晶体管液晶显示装置的源/漏电极用金属膜的Mo膜进行蚀刻时所存在的问题是，其会引起如7所示的轮廓锥度不良，从而可能在后续工序中使得所层积的上部膜的阶梯覆盖(step coverage)不良。
此外，如果用上述以往的蚀刻剂或蚀刻液组合物对构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT的栅电极用金属膜Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜进行蚀刻，则存在的问题是，会产生如图8所示的上部Mo膜的凸出现象和下部Al-Nd或Mo膜的底切现象，该上部膜的凸出现象必须实施追加工序来除去，而下部膜的底切现象会导致上部膜在倾斜面产生断线或者上下部金属在倾斜面被短路的问题。
因此，以往将构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT的栅电极用金属膜和源/漏电极用金属膜制成多层结构时，一般通过同时应用湿式工序和干式工序来得到理想的轮廓。但是，若如此同时使用湿式蚀刻和干式蚀刻，则存在由工序麻烦所致的生产性降低和费用增加的问题，因而是不利的。
[专利文献1]大韩民国专利申请第10-2000-0047933号
[专利文献2]美国专利第4895617号
[专利文献3]大韩民国专利申请第10-2001-0030192号
[专利文献4]大韩民国专利申请第10-2001-0065327号
[专利文献5]大韩民国专利申请第10-2002-0010284号
[专利文献6]大韩民国专利申请第10-2001-0018354号
[专利文献7]大韩民国专利申请第10-2000-0002886号
[专利文献8]大韩民国专利申请第10-2001-0072758号
[专利文献9]大韩民国专利申请第10-2000-0013867号
[专利文献10]大韩民国专利申请第10-2002-0017093号
[专利文献11]大韩民国专利申请第10-2003-0080557号
[专利文献12]大韩民国专利申请第10-2004-0010404号
发明内容
为了解决上述以往技术所存在的问题，本发明的目的在于，提供一种蚀刻组合物，采用所述组合物仅通过湿式工序即可以以下部膜Al-Nd和Mo不产生底切现象的方式使构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT的栅极配线材料Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜得到优异的锥度，同时源极/漏极配线材料Mo单层膜也可以形成优异的轮廓。
本发明的另一目的在于，提供一种蚀刻组合物，通过将该蚀刻组合物应用于构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT的栅极配线材料Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜以及源极/漏极配线材料Mo单层膜，会显示出优异的蚀刻效果，据此可以增大设备的效率性和减少成本。
本发明的又一目的在于，提供一种蚀刻组合物，采用所述蚀刻组合物即使在湿式蚀刻后不实施追加的干式蚀刻而仅对栅极配线材料Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜以及源极/漏极配线材料Mo单层膜进行湿式蚀刻，也可显示出优异的蚀刻效果，从而可简化工序，并有效减少成本以及提高生产性。
本发明的其他目的在于，提供一种蚀刻组合物，该蚀刻组合物的表面张力得到降低，因而该蚀刻组合物可以更好地扩散，据此可以提高所述蚀刻组合物在大型基板上的蚀刻均一性。
为了达成上述目的，本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其含有：a)40重量％～80重量％的磷酸、b)2重量％～15重量％的硝酸、c)3重量％～20重量％的乙酸、d)0.01重量％～5重量％的磷酸盐、e)0.001重量％～1重量％的阴离子表面活性剂、以及f)剩余量的水。
此外，本发明提供一种薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，所述方法包括用上述蚀刻组合物来进行蚀刻的工序。
基于本发明的蚀刻组合物的优点在于，即使在湿式蚀刻后不实施追加的干式蚀刻，采用所述组合物仅通过湿式工序既可以以Al-Nd或Mo不产生底切现象的方式使构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT的栅极配线材料Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜得到优异的锥度，同时源极/漏极配线材料Mo单层膜也可以形成优异的轮廓。此外，通过将所述蚀刻组合物应用于栅极配线材料Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜以及源极/漏极配线材料Mo单层膜，不仅可以简化工序，增大设备的效率性以及减少成本，而且该蚀刻组合物的表面张力得到降低从而使蚀刻组合物更好地扩散，据此可以提高所述蚀刻组合物在大型基板上的蚀刻均一性。
附图说明
图1说明将基于本发明的一个实施例的蚀刻组合物用于Mo单层膜而形成的轮廓的照片。
图2说明将基于本发明的一个实施例的蚀刻组合物用于Al-Nd/Mo双层膜的结果的照片。
图3说明将基于本发明的一个实施例的蚀刻组合物用于Mo/Al-Nd/Mo三层膜的结果的照片。
图4说明将基于本发明的一个实施例的蚀刻组合物用于Mo单层膜、Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜的结果的照片。
图5说明将不使用磷酸盐而制造的蚀刻组合物用于Mo单层膜、Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜的结果的照片。
图6说明将使用较少含量的硝酸来制造的蚀刻组合物用于Mo单层膜、Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜的结果的照片。
图7的照片说明将以往的蚀刻组合物用于Mo单层膜，结果引起锥度不良。
图8的照片说明将以往的蚀刻组合物用于Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜，结果产生上部膜Mo膜的凸出现象、以及下部膜Al-Nd或Mo膜的底切现象。
具体实施方式
下文，对本发明进行详细的说明。
本发明的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其特征在于，其含有：a)40重量％～80重量％的磷酸、b)2重量％～15重量％的硝酸、c)3重量％～20重量％的乙酸、d)0.01重量％～5重量％的磷酸盐、e)0.001重量％～1重量％的阴离子表面活性剂、以及f)剩余量的水。
对于本发明中所使用的磷酸、硝酸、乙酸、磷酸盐和水，可以使用能够用于半导体工艺的纯度的物质，也可以使用市售的物质，或者将工业用等级的物质通过所述技术领域通常公知的方法进行精制后而使用。
本发明中所使用的上述a)磷酸发挥着将氧化铝分解的作用。
上述磷酸在蚀刻组合物中优选含有40重量％～80重量％，进一步优选含有50重量％～75重量％。磷酸的含量在上述范围内时，硝酸和铝反应而形成的氧化铝可以被适当地分解，蚀刻速度加快，具有提高生产性的效果。
本发明中所使用的上述b)硝酸与铝反应，从而形成氧化铝。
上述硝酸在蚀刻组合物中优选含有2重量％～15重量％，进一步优选含有3重量％～10重量％。其含量在上述范围内时，具有可以有效地调节栅极金属膜与其他层之间的选择比的效果，所述栅极金属膜由上部膜Mo膜和下部膜Al-Nd和Mo膜构成。特别地，上述硝酸小于2重量％时，存在的问题是在Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜会产生上部膜和下部Mo膜凸出的现象。
本发明中所使用的上述c)乙酸发挥着调节反应速度的缓冲剂的作用。
上述乙酸在上述蚀刻组合物中优选含有3重量％～20重量％，进一步优选含有8重量％～15重量％。其含量在上述范围内时，可以适当地调节反应速度，提高蚀刻速度，据此具有能够提高生产性的效果。
本发明中所使用的上述d)磷酸盐发挥着在Mo单层膜上形成优异的轮廓的作用。特别地，通过将上述磷酸盐用于蚀刻组合物，不仅使所述蚀刻组合物发挥出对源极/漏极Mo单层膜显示出优异蚀刻效果的作用，而且也发挥出对Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜显示出优异蚀刻效果的作用。
上述磷酸盐可以使用NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、NH4H2PO4、(NH4)3PO4、KH2PO4、K2HPO4、K3PO4、Ca(H2PO4)2、Ca2HPO4或Ca3PO4等，优选使用K3PO4或(NH4)3PO4。
上述磷酸盐在蚀刻组合物中优选含有0.01重量％～5重量％，进一步优选含有0.1重量％～3重量％。其含量在上述范围内时，不仅在Al-Nd/Mo双层膜或Mo/Al-Nd/Mo三层膜上不会产生下部膜Al-Nd或Mo的底切现象，而且Mo单层膜也可形成优异的轮廓。
本发明中所使用的上述e)阴离子表面活性剂可以用于酸，通过降低蚀刻组合物对Al-Nd膜的接触角，发挥着改善蚀刻组合物的润湿性、降低蚀刻组合物的粘度、提高蚀刻均一性的作用。
上述阴离子表面活性剂优选使用磺酰亚胺氟代烷基铵(ammoniumfluoroalkyl sulfonimide)或全氟辛烷-1-磺酸铵(C8F17SO3NH4)。
上述阴离子表面活性剂在蚀刻组合物中优选含有0.001重量％～1重量％，其含量在上述范围内时，对Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜的底切现象以及对Mo单层膜的轮廓形成无影响，在此状态下可使蚀刻组合物的表面张力得到降低从而使蚀刻组合物更好地扩散，据此可以提高其在大型基板上的蚀刻均一性。
本发明中所使用的上述f)水为蚀刻组合物中的剩余量，水发挥着分解硝酸与铝反应而产生的氧化铝、以及稀释蚀刻组合物的作用。
上述剩余量的水优选使用通过离子交换树脂过滤过得到的纯水，进一步特别优选使用比电阻大于等于18兆欧姆(MΩ)的超纯水。
此外，本发明提供薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，所述方法包括用含有上述成分的蚀刻组合物进行蚀刻的工序。不言而喻，在利用了上述蚀刻组合物进行蚀刻的蚀刻工序之前和之后当然可以应用通常被用于薄膜晶体管液晶显示器的制造方法的工序。
本发明的薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法所具有的优点在于：在使用含有上述成分的本发明的蚀刻组合物进行湿式蚀刻后，即使不实施追加的干式蚀刻，采用所述组合物仅通过湿式工序即可以以Al-Nd或Mo不产生底切现象的方式使构成薄膜晶体管液晶显示装置的TFT的栅极配线材料Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜得到优异的锥度，据此可以在后续工序时防止在倾斜面产生断线的不良情况，同时可以防止源极/漏极配线材料Mo单层膜产生反锥度现象，防止上/下层产生短路的不良情况，可以形成如图1所示的角度为50度～70度的优异的轮廓(profile)。此外，由于是将所述蚀刻组合物应用于栅极配线材料Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜以及源极/漏极配线材料Mo单层膜，因此可以简化工序，增大设备的效率性以及减少成本，不仅如此，由于该蚀刻组合物的表面张力得到降低而使蚀刻组合物更好地扩散，据此可以提高所述蚀刻组合物在大型基板上的蚀刻均一性。
下文为了理解本发明而举出优选的实施例，但是下述实施例不过是对本发明进行示例，本发明的范围并不限于下述实施例。
实施例1
将63重量％的磷酸、4重量％的硝酸、17重量％的乙酸、1重量％的K3PO4(作为磷酸盐)、0.005重量％的磺酰亚胺氟代烷基铵(作为阴离子表面活性剂)、以及剩余量的水均一地混合，制造蚀刻组合物。
将上述蚀刻组合物应用于Mo单层膜，结果如图1所示，可以确认轮廓优异，轮廓角度为50度～70度。
实施例2和比较例1～2
除了在上述实施例1中使用下述表1所示的组成比之外，实施与上述实施例1相同的方法来制造蚀刻组合物。此时，下述表1的单位为重量％。
[表1]
区分   实施例   比较例
  1   2   1   2
  磷酸   63   68   63   63
  硝酸   4   5   4   1.5
  乙酸   17   10   17   17
  磷酸盐   1   1   -   1
  阴离子表面活性剂   0.005   0.005   0.005   0.005
  水   直至100重量％
通过下述的常规方法对由上述实施例1或2以及比较例1或2制造的蚀刻组合物的性能进行评价，该结果如下述表2和图2～图6所示。
首先在玻璃基板上通过溅射来分别形成Mo/Al-Nd双层膜、Mo/Al-Nd/Mo三层膜和Mo单层膜，然后涂布光致抗蚀剂，将由实施例1或2以及比较例1或2制造的蚀刻组合物喷洒于通过显影形成了图案的试验片来进行蚀刻处理。接着，进行蚀刻后，用扫描电子显微镜(SEM、S-4100，日立社)观察截面，根据下述评价基准评价蚀刻组合物的性能。
                         评价基准
○   在Al-Nd/Mo双层膜中不会产生下部膜Al-Nd的底切现象
  在Mo/Al-Nd/Mo三层膜中不会产生下部膜Mo的底切现象及上部膜的凸出现象
  在Mo单层膜中形成优异的轮廓
×   在Al-Nd/Mo双层膜中产生下部膜Al-Nd的底切现象
  在Mo/Al-Nd/Mo三层膜中产生下部膜Mo的底切现象及上部膜的凸出现象
  在Mo单层膜中形成不良的轮廓
[表2]
区分   实施例   比较例
  1   2   1   2
  性能   ○   ○   ×   ×
由上述表2可以确认，与比较例1或2相比，利用本发明实施例1或2制造的蚀刻组合物时，在Al-Nd/Mo双层膜(图2、图4)、Mo/Al-Nd/Mo三层膜(图3、图4)和Mo单层膜(图1、图4)均显示出优异的蚀刻效果。
相反地，对于不使用磷酸盐的比较例1和硝酸含量不足4重量％的比较例2，如图5和图6所示，在Al-Nd/Mo双层膜产生底切现象，在Mo/Al-Nd/Mo三层膜产生上部和下部Mo的凸出现象。不仅如此，即使在Mo单层膜中也形成了不良的轮廓。
如图5所示，在比较例1中，在Al-Nd/Mo双层膜和Mo/Al-Nd/Mo三层膜中产生上部膜Mo膜的凸出现象和下部膜Al-Nd或Mo膜的底切现象，而与该比较例相比，利用上述实施例2的蚀刻组合物时，如图4所示，可以确认，其未产生下部膜Al-Nd的底切现象，可以得到优异的锥度；此外，如图5所示，在比较例1中，即使在Mo单层膜中也产生锥度不良、在后续工序中层积的上部膜在阶梯覆盖上产生问题，而与之相比，如图4所示，实施例2中可以得到优异的锥度。
由该结果可知，与以往的蚀刻组合物相比，本发明的蚀刻组合物能够形成更优异的阶梯覆盖。

Claims (6)

1、一种薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其含有：a)40重量％～80重量％的磷酸、b)2重量％～15重量％的硝酸、c)3重量％～20重量％的乙酸、d)0.01重量％～5重量％的磷酸盐、e)0.001重量％～1重量％的阴离子表面活性剂、以及f)剩余量的水。
2、如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其特征在于，所述薄膜晶体管液晶显示装置是TFT LCD的栅极膜，即Al-Nd/Mo双层膜或Mo/Al-Nd/Mo三层膜。
3、如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其特征在于，所述薄膜晶体管液晶显示装置是TFT LCD的源极/漏极膜，即Mo单层膜。
4、如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其特征在于，所述d)磷酸盐可以使用NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、NH4H2PO4、(NH4)3PO4、KH2PO4、K2HPO4、K3PO4、Ca(H2PO4)2、Ca2HPO4和Ca3PO4等，优选使用选自由K3PO4或(NH4)3PO4组成的组中的至少一种。
5、如权利要求1所述的薄膜晶体管液晶显示装置的蚀刻组合物，其特征在于，所述e)阴离子表面活性剂为磺酰亚胺氟代烷基铵或全氟辛烷-1-磺酸铵，所述全氟辛烷-1-磺酸铵的分子式为C8F17SO3NH4。
6、一种薄膜晶体管液晶显示装置的制造方法，其包括采用权利要求1～5任意一项所述的蚀刻组合物进行蚀刻的工序。
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