CN1992150A - 薄膜刻蚀方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种薄膜刻蚀方法，是应用于一半导体或薄膜晶体管阵列(TFTArray)的薄膜制程中，用以改良现有刻蚀后产生倒角(Undercut)的问题，或使刻蚀后的薄膜形状更加的完美。该薄膜刻蚀方法是将现有的刻蚀制程，分为两阶段加以进行，且于该两阶段的刻蚀制程间，再插入一退光刻胶的刻蚀制程，通过由将光刻胶适度的刻蚀后，使得薄膜与刻蚀材料的接触面积增加，因此可以消除现有刻蚀所产生的倒角或薄膜形状不完美的问题。

Description

薄膜刻蚀方法

技术领域

本发明为一种薄膜刻蚀方法，特别是指一种应用于半导体或薄膜晶体管阵列的薄膜制程中，用以消除刻蚀后产生的倒角或改善刻蚀后薄膜形状不完美的薄膜刻蚀方法。

背景技术

利用薄膜技术制造电子组件或导线时，一般均会依照所制造组件的特性，而有多道的成膜、光刻胶及刻蚀等制程，而其中刻蚀是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术，通过由刻蚀将薄膜形成特定的结构形状，如此才能达到特定的功能。刻蚀技术可以分为「湿刻蚀」(Wet Etching)及「干刻蚀」(Dry Etching)两类。在湿刻蚀中，是使用化学溶液，经由化学反应以达到刻蚀的目的，而干刻蚀，通常是一种等离子体刻蚀(Plasma Etching)较为普及。

就湿刻蚀作用而言，每一种特定的被刻蚀材料，通常可以找到一种对其快速有效且不致刻蚀其它材料的「刻蚀剂」，因此，通常湿刻蚀对不同材料会具有相当高的「选择性」(Selectivity)。由于化学反应并不会对特定方向有任何的偏好，因此湿刻蚀本质上乃是一种「等向性刻蚀」(Isotropic Etching)。等向性刻蚀意味着，湿刻蚀不但会在纵向进行刻蚀，而且也会有横向的刻蚀效果。横向刻蚀会导致所谓「倒角」(Undercut)的现象发生。相反的，在等离子体刻蚀中，等离子体是一种由正电荷(离子)，负电荷(电子)及中性自由基(Radical)所构成的部份解离气体。其最大的优点即是「非等向性刻蚀」(Anisotropic Etching)。然而，干刻蚀的选择性却比湿刻蚀来得低，这是因为干刻蚀的刻蚀机制基本上是一种物理交互作用；因此离子的撞击不但可以刻蚀薄膜，也同时会对光刻胶进行刻蚀。

如图1A所示，是为一薄膜液晶显示器栅极电极制程，于光刻(photolithography)后的结构示意图。如图1B所示，是为图1A的栅极电极制程，进行刻蚀步骤(Etch Step)的示意图。如图1C所示，是为图1B的栅极电极制程，剥除光刻胶后的结构示意图。一般薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)面板的阵列(Array)制程，其第一道栅极电极的制造，先以物理气相沉积(PVD，Physical Vapor Deposition)方法沉积于一基板10上形成一钕铝合金(AlNd)的第一薄膜21及一氮化钕铝合金(AlNdN)的第二薄膜22，共计形成两层金属薄膜结构，再由黄光光刻制程将栅极的图案定义出来。接着在光刻胶30的作用下，以湿刻蚀的方法，将图案转移至薄膜，最后经过剥膜程序，即完成阵列的第一道制程。然而、在湿刻蚀过程中，由于氮化钕铝合金(AlNdN)的刻蚀速率较钕铝合金(AlNd)刻蚀速率为慢，造成栅极边角(Taper)不良，甚至有倒角不良的形状出现。

如图2A、2B及2C所示，是为一单层薄膜结构的刻蚀制程示意图。如图3A、3B及3C所示，是为一三层薄膜结构的刻蚀制程示意图。其中图2A及3A均为光刻后的结构示意图，图2B及3B均为刻蚀步骤的示意图。而图2C及3C则均为剥除光刻胶后的结构示意图。由以上图示得知，除了图1A、1B及1C所示双层膜刻蚀会有倒角或形状不良的问题外，在单层薄膜刻蚀或多层薄膜刻蚀时，亦会有刻蚀不良的问题。

上述不良形状结构造成的缺点包括：1.所形成的倒角，因为是一具由尖型的导体结构，因此容易有尖端放电的效应，造成静电破坏而使组件失效。2.剥膜时，容易造成液体或异物堆积于倒角的部位，使清洁不完全，因而造成皮膜披覆能力变差，因而形成膜浮或膜剥等不良。3.以上不良的现象，当位于扫描线或数据线等导线结构时，往往会造成电路不良的现象。

发明内容

本发明的目的，是要调整薄膜制造的步骤，通过由增加一道退光刻胶的刻蚀制程，使得薄膜与刻蚀材料接触的面积增加，因此可以消除现有刻蚀制程所产生的倒角或薄膜形状不完美的问题。

为达上述的目的，本发明提供一种薄膜刻蚀方法，是应用于一半导体或一薄膜晶体管阵列的薄膜制程中，其包括下列步骤：首先提供一基板，而该基板上已经形成有至少一层的薄膜，并且于最上面一层该薄膜的顶部形成有一光刻胶；接着使用第一刻蚀剂对该薄膜进行刻蚀；然后使用第二刻蚀剂对该光刻胶进行刻蚀；以及使用第一刻蚀剂对该薄膜再次进行刻蚀。

对薄膜进行刻蚀的方法，可使用一般现有的刻蚀方法，当薄膜刻蚀进行到因光刻胶覆盖，而使得该薄膜与刻蚀材料接触面积减少，因而造成不同薄膜间的刻蚀速率趋于不一致，或有倒角现象产生，或有薄膜的形状不完美等现象时，则可进行光刻胶刻蚀的制程。通过由对光刻胶适度的刻蚀，使光刻胶覆盖于薄膜的面积适度的减少，以改善光刻胶造成薄膜刻蚀不良的现象。当光刻胶造成刻蚀不良的因素被排除后，此时可再次对薄膜进行刻蚀，如此可以消除倒角的问题且使薄膜获得良好的刻蚀形状。

通过由本发明的实施，至少可达下列的功效：

一、可以改善及消除薄膜成形时的倒角问题。

二、以避免线不良或点不良的问题产生。

三、可以使薄膜成形的形状符合吾人所需，不会有锐角或不规则的形状产生。

四、消除倒角后，可避免因为尖端放电，造成静电破坏而使组件失效。

五、消除倒角后，不会造成液体或异物堆积于倒角的部位，使皮膜披覆能力提升，因而不会有膜浮或膜剥等不良的问题。

为使对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，兹配合图式及相关实施例详细说明如下：

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A是为一薄膜液晶显示器栅极电极制程，于光刻后的结构示意图；

图1B是为图1A的栅极电极制程，进行刻蚀步骤的示意图；

图1C是为图1B的栅极电极制程，剥除光刻胶后的结构示意图；

图2A是为一单层薄膜结构，于光刻后的结构示意图；

图2B是为一单层薄膜结构，于进行刻蚀步骤的示意图；

图2C是为一单层薄膜结构，于剥除光刻胶后的结构示意图；

图3A是为一三层薄膜结构，于光刻后的结构示意图；

图3B是为一三层薄膜结构，于进行刻蚀步骤的示意图；

图3C是为一三层薄膜结构，于剥除光刻胶后的结构示意图；

图4是为一本发明的薄膜刻蚀方法实施例流程图；

图5A是为一双层薄膜结构于光刻后的结构示意图；

图5B是为图5A的双层薄膜结构，进行第一阶段刻蚀的示意图；

图5C是为图5B的双层薄膜结构，进行第二阶段刻蚀的示意图；

图5D是为图5C的双层薄膜结构，进行第三阶段刻蚀的示意图；

图5E是为图5D的双层薄膜结构，第三阶段刻蚀后的示意图；

图5F是为图5E的双层薄膜结构，剥除光刻胶后的结构示意图；

图6A是为一单层薄膜结构于光刻后的结构示意图；

图6B是为图6A的单层薄膜结构，进行第一阶段刻蚀的示意图；

图6C是为图6B的单层薄膜结构，进行第二阶段刻蚀的示意图；

图6D是为图6C的单层薄膜结构，进行第三阶段刻蚀的示意图；

图6E是为图6D的单层薄膜结构，剥除光刻胶后的结构示意图；

图7A是为一三层薄膜结构于光刻后的结构示意图；

图7B是为图7A的三层薄膜结构，进行第一阶段刻蚀的示意图；

图7C是为图7B的三层薄膜结构，进行第二阶段刻蚀的示意图；

图7D是为图7C的三层薄膜结构，进行第三阶段刻蚀的示意图；

图7E是为图7D的三层薄膜结构，剥除光刻胶后的结构示意图。

其中，附图标记

10        基板

21        第一薄膜

22        第二薄膜

23        第三薄膜

30        光刻胶

步骤S1提供一基板，该基板上形成有至少一层薄膜，且于最上面一层该薄膜的顶部形成有一光刻胶

步骤S2使用第一刻蚀剂刻蚀该薄膜

步骤S3使用第二刻蚀剂刻蚀该光刻胶

步骤S4使用第一刻蚀剂再次刻蚀该薄膜

具体实施方式

如图4所示，是为一本发明的薄膜刻蚀方法实施例流程图。该薄膜刻蚀方法，是应用于一半导体或一薄膜晶体管阵列的薄膜制程中，其包括下列步骤：提供一基板，该基板上形成有至少一层薄膜，且于最上面一层该薄膜的顶部形成有一光刻胶(步骤S1)；第一阶段刻蚀，是使用第一刻蚀剂对该薄膜进行刻蚀(步骤S2)；第二阶段刻蚀，是于第一阶段刻蚀后，使用第二刻蚀剂对该光刻胶进行刻蚀(步骤S3)；以及第三阶段刻蚀，是于第二阶段刻蚀后，使用第一刻蚀剂对该薄膜再次进行刻蚀(步骤S4)。

如图5A所示，是为一双层薄膜结构于光刻后的结构示意图。如图5B所示，是为图5A的双层薄膜结构，进行第一阶段刻蚀的示意图。如图5C所示，是为图5B的双层薄膜结构，进行第二阶段刻蚀的示意图。如图5D所示，是为图5C的双层薄膜结构，进行第三阶段刻蚀的示意图。如图5E所示，是为图5D的双层薄膜结构，第三阶段刻蚀后的示意图。如图5F所示，是为图5E的双层薄膜结构，剥除光刻胶后的结构示意图。本实施例首先以一薄膜晶体管液晶显示器面板的阵列制程为例，当其第一道栅极电极制造时，首先提供一玻璃基板10，并于该玻璃基板10上形成两层金属薄膜，其分别为一钕铝合金(AlNd)的第一薄膜21及一氮化钕铝合金(AlNdN)的第二薄膜22，并且于该第二薄膜22的顶部，形成一光刻胶30。

第一阶段刻蚀，是使用一般现有的湿刻蚀，对该第一薄膜21与第二薄膜22进行刻蚀。由于湿刻蚀具有等向性刻蚀的特性，也就是湿刻蚀不但会在纵向进行刻蚀，而且也会有横向的刻蚀效果。而此时第一薄膜21的刻蚀速率约为2100/分，而该第二薄膜22的刻蚀速率约为300/分，当第一薄膜21与第二薄膜22以不同的刻蚀速率进行一段时间后，在横向刻蚀的作用下，会导致所谓「倒角」的现象产生。因为此时距离第二金属最后要完成的图案尚有一段距离，因此有再次修正的空间。当第一阶段刻蚀进行到，因光刻胶30覆盖而使得第一薄膜21与刻蚀材料化学反应的面积减少，而造成第一薄膜21与第二薄膜22的刻蚀速率趋于不一致或有倒角现象产生或有薄膜的形状不完美等现象时，则可进行第二阶段刻蚀。

第二阶段刻蚀，是于第一阶段刻蚀后，对该光刻胶30进行刻蚀，一般而言，当第一阶段刻蚀时发生「倒角」现象或将要发生「倒角」现象时，则会进行第二阶段刻蚀。该第二阶段刻蚀特别是以一种干刻蚀法加以进行，而该干刻蚀法特别是一种含氧气的等离子体刻蚀法(02Plsma)。通过由干刻蚀具有「非等向性刻蚀」的特性，以移除部份的光刻胶30，因而使第二薄膜22背光刻胶30覆盖的面积减少，如此可增加第二薄膜22于湿刻蚀时的化学作用面积。因此该第二阶段刻蚀，主要是使该光刻胶30不覆盖该第一阶段刻蚀所产生的倒角(Undercut)为原则。

第三阶段刻蚀，是于第二阶段刻蚀后，对该薄膜再次进行刻蚀。其使用刻蚀的方式是与第一阶段刻蚀的湿刻蚀法相同，当经过第第二阶段刻蚀后，因为部份光刻胶30已被移除，因此第二薄膜22被光刻胶30覆盖的面积减少，也因此使得第三阶段刻蚀时，第二薄膜22被湿刻蚀的化学反应面积增加，使得第一金属及第二金属的化学反应速率相同，两者约同样的达到2100/分，因此可以改善因化学反应速率不同时，所造成倒角的问题。

如图6A所示，是为一单层薄膜结构于光刻后的结构示意图。如图6B所示，是为图6A的单层薄膜结构，进行第一阶段刻蚀的示意图。如图6C所示，是为图6B的单层薄膜结构，进行第二阶段刻蚀的示意图。如图6D所示，是为图6C的单层薄膜结构，进行第三阶段刻蚀的示意图。如图6E所示，是为图6D的单层薄膜结构，剥除光刻胶后的结构示意图。本实施例是为一适用于单层薄膜结构的薄膜刻蚀方法实施例，其首先提供一基板10，并于该基板10上形成一第一薄膜21，其例如铬金属(Cr)或钼金属(Mo)的金属薄膜，并且于该第一薄膜21顶部，形成一光刻胶30。

接着进行第一阶段刻蚀、第二阶段刻蚀及第三阶段刻蚀，其中第一及第三阶段刻蚀，主要是针对该第一薄膜21进行刻蚀，而第二阶段刻蚀主要对该光刻胶30进行刻蚀。而有关第一、第二及第三阶段刻蚀的方法及原理，是与双层薄膜结构刻蚀方法实施例的第一、第二及第三阶段刻蚀相同，在此不再赘述，通过由本单层薄膜结构刻蚀方法实施例的实施，亦可消除单层薄膜刻蚀后所产生的倒角问题，并使的该第一薄膜21的薄膜形状更为完美。

如图7A所示，是为一三层薄膜结构于光刻后的结构示意图。如图7B所示，是为图7A的三层薄膜结构，进行第一阶段刻蚀的示意图。如图7C所示，是为图7B的三层薄膜结构，进行第二阶段刻蚀的示意图。如图7D所示，是为图7C的三层薄膜结构，进行第三阶段刻蚀的示意图。如图7E所示，是为图7D的三层薄膜结构，剥除光刻胶后的结构示意图。本实施例是为一适用于三层或三层以上薄膜结构的薄膜刻蚀方法实施例。以三层薄膜结构为例，其首先提供一基板10，并于该基板10上形成三层金属薄膜，其分别为一钼金属(Mo)的第一薄膜21、一铝金属(Al)的第二薄膜22及一钼金属(Mo)的第三薄膜23，并且于该第三薄膜23的顶部，形成-光刻胶30。上述的第一薄膜21、第二薄膜22及第三薄膜23亦可以分别为铬金属(Cr)、铝金属(Al)、铬金属(Cr)或者其它材质。

接着进行第一阶段刻蚀、第二阶段刻蚀及第三阶段刻蚀，其中第一及第三阶段刻蚀，主要是针对该第一薄膜21、第二薄膜22及第三薄膜23的金属薄膜进行刻蚀，而第二阶段刻蚀主要对该光刻胶30进行刻蚀。而有关第一、第二及第三阶段刻蚀的方法与原理，是与双层薄膜结构刻蚀方法实施例的第一、第二及第三阶段刻蚀相同，在此不再赘述，通过由本三层薄膜结构刻蚀方法实施例的实施，亦可消除薄膜刻蚀后所产生倒角的问题，并使的该金属薄膜的形状更为完美。

以上所使用的第一刻蚀剂与第二刻蚀剂，其中第一薄膜21及第二薄膜22若为铝或铝合金，则所使用的刻蚀剂的主要成分为磷酸、硝酸与醋酸的混合溶液。

惟以上所述，仅为本发明的较佳实施例，当不能以的限制本发明的范围。即凡是依本发明申请专利范围所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神及范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。

Claims (17)

1.一种薄膜刻蚀方法，是应用于一半导体或一薄膜晶体管阵列的薄膜制程中，其包括下列步骤：

提供一基板，该基板上形成有至少一层薄膜，且于最上面一层该薄膜的顶部形成有一光刻胶；

使用第一刻蚀剂刻蚀该薄膜；

使用第二刻蚀剂刻蚀该光刻胶；以及

使用第一刻蚀剂再次刻蚀该薄膜。

2.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该刻蚀该薄膜的步骤是为一湿刻蚀法。

3.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该刻蚀该光刻胶的步骤是为一干蚀剂法，其包含一含氧气的等离子体刻蚀法(O₂ Plsma)。

4.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该再次刻蚀该薄膜的步骤是为一湿刻蚀法。

5.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该薄膜是为单层的薄膜。

6.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该薄膜是为多层的薄膜。

7.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该刻蚀该光刻胶的步骤，是使该光刻胶不覆盖该刻蚀该光刻胶的步骤所产生的倒角(Undercut)。

8.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该薄膜是为一金属薄膜。

9.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该第一刻蚀剂是为一磷酸、硝酸与醋酸的混合溶液。

10.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该第二刻蚀剂是为一磷酸、硝酸与醋酸的混合溶液。

11.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该基板上的该薄膜为一双层薄膜结构。

12.如权利要求11项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该双层薄膜结构包含有一钕铝合金(AlNd)的第一薄膜。

13.如权利要求11项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该双层薄膜结构包含有一氮化钕铝合金(AlNdN)的第二薄膜。

14.如权利要求1项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该基板上的该薄膜为一三层薄膜结构。

15.如权利要求14项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该三层薄膜结构包含有一钼金属(Mo)的第一薄膜。

16.如权利要求14项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该三层薄膜结构包含有一铝金属(Al)的第二薄膜。

17.如权利要求14项所述的薄膜刻蚀方法，其特征在于，该三层薄膜结构包含有一钼金属(Mo)的第三薄膜。

Images