JPWO2003036707A1 - アルミニウム／モリブデン積層膜のエッチング方法 - Google Patents

アルミニウム／モリブデン積層膜のエッチング方法 Download PDF

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Abstract

本発明のエッチング方法においては、少なくとも一のアルミニウム系金属膜と少なくとも一のモリブデン系高融点金属膜とを含む積層膜を、リン酸、硝酸、有機酸およびカチオン生成成分を含有する水溶液からなるウェットエッチング液を用いてエッチングする。ウェットエッチング液の水分含量を１０〜３０重量％に維持することによって、積層膜を良好な順テーパ形状にウエットエッチングすることが出来る。

Description

技術分野
本発明は、液晶表示装置等の、信号配線に用いる積層配線の形成方法に関し、更に詳しくは、基板上のアルミニウム系金属層とモリブデン等の高融点金属層との積層膜のエッチング方法に関し、信頼性の高い積層配線の形成方法に関する。
背景技術
ガラス基板上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の透明画素電極をマトリクス状に配列し、これをＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）で駆動するアクティブマトリクス型の液晶表示装置においては、ＴＦＴを駆動するためのゲート電極、およびこのゲート電極から延在するゲート配線やデータ配線等を同じガラス基板上に形成したＴＦＴパネル構造が採用される。
最も一般的な逆スタガ型のＴＦＴパネル構造の概略を図１に示した断面図を参照して説明する。
ガラス基板１上にゲート電極２を順テーパ状に形成し、ゲート絶縁膜３およびｉ型半導体層４、ｎ型半導体層５を介してソース電極６とドレイン電極７をゲート電極２と対向して配置することにより、ＴＦＴが形成される。通常ｉ型半導体層４はノンドープのａ−Ｓｉから、ｎ型半導体層５はｎ型不純物を含むｎ＋ａ−Ｓｉから形成される。ゲート電極２はＡｌ系金属等からなり、この上層に形成されるｉ型半導体層４のステップカバレッジを確保したり、ゲート絶縁膜３の絶縁耐性を向上するためにその側面は順テーパ状に加工されている。
従来よりＡｌ系金属等からなるゲート電極２やここから延在するゲート配線を順テーパ状に加工するためにはガラス基板１上全面にＡｌ系金属層をスパッタリング等で成膜し、この上にレジストパターンを選択的に形成後、このレジストパターンをマスクとして等方的にウエットエッチングする方法が採用されている。
ところで、近年のＴＦＴパネルにおいては、Ａｌ系金属配線とＩＴＯ膜とのコンタクトを形成したり、Ａｌ系金属配線のヒロック防止するために図２の様に、低抵抗のＡｌ系金属配線（Ａｌ系ゲート電極）２１の上層に、モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属配線（Ｍｏ系ゲート電極）２２を積層した積層配線構造、あるいは図３の様に、低抵抗のＡｌ系金属配線２１の上層、下層の両面に、Ｍｏ等の高融点金属配線２２を積層した積層配線構造が多く採用されるようになり、この場合もＭｏ等の高融点金属配線２２の側面を順テーパ状に加工することにより絶縁耐性を向上することが出来る。
従来、Ａｌ系金属膜のウエットエッチング液としては、燐酸、硝酸、酢酸を混合した混酸が使用されている（特開平７−１７６５００号公報、特開平７−１７６５２５号公報、特開平９−１２７５５５号公報）。しかし、上記、混酸を使用した場合には、Ａｌ系金属膜と高融点金属膜との積層構造を順テーパ状に加工することは、Ａｌと積層する金属の標準電極電位が異なるため、エッチング工程で電池反応が起こるなどの理由により極めて困難である。
しかしながら、特開平６−１０４２４１号公報には、Ｍｏ／Ａｌ系積層膜を上記の混酸を使用して、ウエットエッチングを行う場合の手段として、積層膜の膜厚比を制御することが記載されているが、根本的な解決には至っていない。
以上の状況から、上記積層膜を良好な順テーパ形状にエッチングすることができる優れたエッチング方法が要望されている。
発明の開示
本発明の目的は、上記従来技術における種々の問題点を解決し、アルミニウム系金属膜、特に、アルミニウム系金属膜とモリブテン等の高融点金属膜との積層膜を良好な順テーパ形状にウエットエッチングする方法を提供することである。
本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、少なくとも一のアルミニウム系金属膜と少なくとも一のモリブデン系高融点金属膜とを含む積層膜をリン酸、硝酸、有機酸および陽イオン成分を含有する水溶液からなるエッチング液を使用してエッチングする際に、エッチング液中の水分含有量を、１０〜３０重量％の間に維持することにより良好な順テーパ形状にエッチングすることが出来ることを見出し、本発明を完成させるに至った。
発明を実施するための最良の形態
本発明に使用されるウエットエッチング液は、リン酸、硝酸、有機酸、および陽イオン成分を含有する水溶液である。
リン酸の濃度はウエットエッチング液の５０〜８０重量％、好ましくは６０〜７５重量％である。リン酸は、主にＡｌ系金属膜のエッチングに寄与するものであり、５０重量％未満であると、Ａｌ系金属膜のエッチング速度が遅くなり、また８０重量％を超えるとＡｌ系金属膜のエッチング速度が速くなり過ぎ好ましくない。なお、本発明において、「Ａｌ系金属膜」とはアルミニウム膜およびアルミニウム含量が８０重量％以上のアルミニウム合金の膜をいう。合金元素としてはＮｄ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｓｉ等が挙げられる。
硝酸の濃度は、ウエットエッチング液の０．５〜１０重量％、好ましくは１〜８重量％である。硝酸は、主にＭｏ系高融点金属膜のエッチングに寄与するものであり、０．５重量％未満では、Ｍｏ系高融点金属膜のエッチング速度が遅くなり、１０重量％を超えるとＭｏ系高融点金属膜のエッチング速度が速くなり過ぎ好ましくない。なお、本発明において、「Ｍｏ系高融点金属膜」とはモリブデン膜およびモリブデン含量が８０重量％以上のモリブデン合金の膜をいう。合金元素としてはＷ等が挙げられる。
有機酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等のモノカルボン酸類；シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸等のジカルボン酸類；トリメリット酸等のトリカルボン酸類；ヒドロキシ酢酸、乳酸、サリチル酸等のオキシモノカルボン酸類；リンゴ酸、酒石酸等のオキシジカルボン酸；クエン酸等のオキシトリカルボン酸類；アスパラギン酸、グルタミン酸等のアミノカルボン酸類が挙げられる。
有機酸の濃度は、ウエットエッチング液の０．５〜１０重量％、好ましくは５〜８重量％である。有機酸の濃度はリン酸、硝酸の濃度、あるいはエッチングの条件等により、適宜決定すれば良い。
カチオン生成成分としては、アンモニア；水酸化アンモニウムなどのアンモニウム塩；メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジプロピルアミン、トリプロピルアミン、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリブチルアミン等の脂肪族アミン類；モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミン類；エチレンジアミン、プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン等のポリアミン類；ピロール、ピロリン、ピロリジン、モルホリン等の環式アミン類；およびテトラメチルアンモニウム水酸化物、テトラエチルアンモニウム水酸化物、トリメチル（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム水酸化物等の、第四級アンモニウム水酸化物が挙げられる。また、上記アンモニア、アミン、第四級アンモニウム水酸化物の他に、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の塩もカチオン生成成分として用いられる。上記カチオン生成成分のうち、アンモニウム塩が特に好ましい。
上記、カチオン生成成分の濃度はウエットエッチング液の０．１〜２０重量％、好ましくは１〜１０重量％である。０．１重量％未満では、エッチング液の寿命が短くなり、さらに２０重量％を超えると、Ｍｏ系金属膜、Ａｌ系金属膜のエッチング速度が遅くなり好ましくない。
本発明において、ウエットエッチング液の最適な水分含有量は、エッチングする金属膜の種類、組成により固有の範囲となるため、実際に使用する金属膜ごとに適宜決定する必要があるが、通常１０〜３０重量％の範囲が好ましい。例えば、Ｍｏ等の高融点金属膜／Ａｌ系金属膜をウエットエッチングする場合の水分含量は、１５〜２０重量％、好ましくは１６〜１９重量％であり、Ｍｏ等の高融点金属膜／Ａｌ系金属膜／Ｍｏ等の高融点金属膜をウエットエッチングする場合の水分含量は、１８〜２３重量％、好ましくは１９〜２２重量％である。
エッチング条件は特に限定されず、従来公知の条件を採用することが出来る。例えば、常温（２０〜２５℃）〜５０℃で０．５〜３分間金属膜をウエットエッチング液に接触させることにより行われるが、エッチング条件は、使用される積層膜の種類、厚さ等から、勘案して、適宜決定すれば良い。
実施例１
図４（ａ）〜（ｃ）を用いて、詳細に説明する。まず、、アルミニウム合金（９９．１重量％Ａｌ、０．９重量％Ｚｒ）、ついでモリブデン合金（８５重量％Ｍｏ、１５重量％Ｗ）をスパッタし、ＴＦＴガラス基板１上にモリブデン合金膜２２（７５０Å）／アルミニウム合金膜２１（７５０Å）の積層膜を形成した（図４（ａ））。モリブデン合金／アルミニウム合金積層膜上に、フォトレジスト２３を塗布し、あらかじめ用意したパターンマスクを通して露光後、現像し所望のフォトレジストパターンを形成した（図４（ｂ））。
上記図４（ｂ）の基板を用いて、
（１）リン酸６５重量％、硝酸９重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分１９重量％、
（２）リン酸６６重量％、硝酸９重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分１８重量％、
（３）リン酸６７重量％、硝酸９重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分１７重量％、および
（４）リン酸６８重量％、硝酸９重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分１６重量％、
の４種類のエッチング液で４５℃でジャストエッチまでエッチングを行い、水でリンス後、乾燥し、さらにアミン系剥離液でフォトレジスト２３を剥離した後、電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察を行った。その結果、図４（ｃ）に示す様な、良好な順テーパー状のモリブデン合金／アルミニウム合金積層膜が得られた。
比較例１
前記、図４（ｂ）の基板を用いて、
（５）リン酸６２重量％、硝酸９重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分２２重量％、および
（６）リン酸７１重量％、硝酸９重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分１３重量％、
の２種類のエッチング液で４５℃でジャストエッチまでエッチングを行い、水でリンス後、乾燥し、さらにアミン系剥離液でフォトレジスト２３を剥離した後、電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察を行った。その結果、図５に示す様な非テーパー状の積層膜となり、図４（ｃ）に示すような順テーパー状のモリブデン合金／アルミニウム合金積層膜は得られなかった。
実施例２
図６（ａ）〜（ｃ）を用いて詳細に説明する。まず、モリブデン合金（８５重量％Ｍｏ、１５重量％Ｗ）、アルミニウム合金（９９．１重量％Ａｌ、０．９重量％Ｚｒ）、ついでモリブデン合金（８５重量％Ｍｏ、１５重量％Ｗ）をスパッタし、ＴＦＴガラス基板１上にモリブデン合金膜２２（７５０Å）／アルミニウム合金膜２１（１５００Å）／モリブデン合金膜２２（７５０Å）の積層膜を形成した（図６（ａ））。積層膜上に、フォトレジスト２３を塗布し、あらかじめ用意したパターンマスクを通して露光後、現像して所望のフォトレジストパターンを形成した（図６（ｂ））。
上記図６（ｂ）の基板を用いて、
（７）リン酸６４重量％、硝酸７重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分２２重量％、
（８）リン酸６５重量％、硝酸７重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分２１重量％、
（９）リン酸６６重量％、硝酸７重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分２０重量％、および
（１０）リン酸６７重量％、硝酸７重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分１９重量％、
の４種類のエッチング液で４５℃でジャストエッチまでエッチングを行い、水でリンス後、乾燥し、さらにアミン系剥離液でフォトレジスト２３を剥離した後、電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察を行った。その結果、図６（ｃ）に示す様な、良好な順テーパー状のモリブデン合金／アルミニウム合金／モリブデン合金積層膜が得られた。
実施例３
上記図６（ｂ）の基板を用いて、
（１１）リン酸６３重量％、硝酸８重量％、プロピオン酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分２２重量％、
（１２）リン酸６４重量％、硝酸８重量％、プロピオン５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分２１重量％、
（１３）リン酸６５重量％、硝酸８重量％、プロピオン５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分２０重量％、
（１４）リン酸６６重量％、硝酸８重量％、プロピオン５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分１９重量％、
の４種類のエッチング液で４５℃でジャストエッチまでエッチングを行い、水でリンス後、乾燥し、さらにアミン系剥離液でフォトレジスト２３を剥離した後、電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察を行った。その結果、図６（ｃ）に示す様な、良好な順テーパー状のモリブデン合金／アルミニウム合金／モリブデン合金積層膜が得られた。
実施例４
上記図６（ｂ）の基板を用いて、
（１５）リン酸６２重量％、硝酸８重量％、酢酸５重量％、水酸化ナトリウム３重量％、水分２２重量％、
（１６）リン酸６３重量％、硝酸８重量％、酢酸５重量％、水酸化ナトリウム３重量％、水分２１重量％、
（１７）リン酸６４重量％、硝酸８重量％、酢酸５重量％、水酸化ナトリウム３重量％、水分２０重量％、および
（１８）リン酸６５重量％、硝酸８重量％、酢酸５重量％、水酸化ナトリウム３重量％、水分１９重量％、
の４種類のエッチング液で４５℃でジャストエッチまでエッチングを行い、水でリンス後、乾燥し、さらにアミン系剥離液でフォトレジスト２３を剥離した後、電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察を行った。その結果、図６（ｃ）に示す様な、良好な順テーパー状のモリブデン合金／アルミニウム合金／モリブデン合金積層膜が得られた。
比較例２
上記図６（ｂ）の基板を用いて、
（１９）リン酸６１重量％、硝酸７重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分２５重量％、
（２０）リン酸７０重量％、硝酸７重量％、酢酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分１６重量％、
の２種類のエッチング液で４５℃でジャストエッチまでエッチングを行い、水でリンス後、乾燥し、さらにアミン系剥離液でフォトレジスト２３を剥離した後、電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察を行った。その結果、図７に示す様な非テーパー状の積層膜となり、図６（ｃ）に示す様な順テーパー状のモリブデン合金／アルミニウム合金／モリブデン合金積層膜は得られなかった。
比較例３
上記図６（ｂ）の基板を用いて、
（２１）リン酸６０重量％、硝酸８重量％、プロピオン酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分２５重量％、
（２２）リン酸６９重量％、硝酸８重量％、プロピオン酸５重量％、水酸化アンモニウム２重量％、水分１６重量％、
の２種類のエッチング液で４５℃でジャストエッチまでエッチングを行い、水でリンス後、乾燥し、さらにアミン系剥離液でフォトレジスト２３を剥離した後、電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察を行った。その結果、図７に示す様な非テーパー状の積層膜となり、図６（ｃ）に示す様な順テーパー状のモリブデン合金／アルミニウム合金／モリブデン合金積層膜は得られなかった。
産業上の利用の可能性
本発明のエッチング方法を使用することにより、アルミニウム系金属膜、特に、アルミニウム系金属膜とモリブテン系高融点金属膜との積層膜を良好な順テーパ形状にウエットエッチングすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
図１は、一般的な逆スタガ型のＴＦＴパネル構造の概略断面図である。
図２は、低抵抗のＡｌ系金属配線の上層に、高融点金属配線を積層した積層構造を示す概略図である。
図３は、低抵抗のＡｌ系金属配線の上層、下層の両面に、Ｍｏ系高融点金属配線を積層した積層構造を示す概略図である。
図４は、順テーパー状のＡｌ系金属配線／Ｍｏ系高融点金属配線積層構造を形成する様子を示す工程図である。
図５は、非テーパー状のＡｌ系金属配線／Ｍｏ系高融点金属配線積層構造を示す概略図である。
図６は、順テーパー状のＭｏ系高融点金属配線／Ａｌ系金属配線／Ｍｏ系高融点金属配線積層構造を形成する様子を示す工程図である。
図７は、非テーパー状のＭｏ系高融点金属配線／Ａｌ系金属配線／Ｍｏ系高融点金属配線積層構造を示す概略図である。

Claims (11)

  1. 基板上に形成した、少なくとも一のアルミニウム系金属膜と少なくとも一のモリブデン系高融点金属膜とを含む積層膜を、リン酸、硝酸、有機酸およびカチオン生成成分を含有する水溶液からなるウェットエッチング液に、水分含有量を１０〜３０重量％に維持しながら接触させることを特徴とするエッチング方法。
  2. 前記積層膜が、基板上に形成したアルミニウム系金属膜および該アルミニウム系金属膜上に形成したモリブデン系高融点金属膜からなることを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
  3. 前記水分含量が１５〜２０重量％であることを特徴とする請求項２記載のエッチング方法。
  4. 前記積層膜が、基板上に形成したモリブデン系高融点金属膜、該モリブデン系高融点金属膜上に形成したアルミニウム系金属膜、および該アルミニウム系金属膜上に形成したモリブデン系高融点金属膜からなることを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
  5. 前記水分含量が１８〜２３重量％であることを特徴とする請求項４記載のエッチング方法。
  6. 前記リン酸の濃度が、ウエットエッチング液の５０〜８０重量％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のエッチング方法。
  7. 硝酸の濃度が、ウエットエッチング液の０．５〜１０重量％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエッチング方法。
  8. 前記有機酸がギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、トリメリット酸、ヒドロキシ酢酸、乳酸、サリチル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、アスパラギン酸、およびグルタミン酸かならなる群より選ばれた少なくとも一の酸であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエッチング方法。
  9. 前記有機酸の濃度が、ウエットエッチング液の０．５〜１０重量％であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のエッチング方法。
  10. 前記カチオン生成成分が、アンモニア、アンモニウム塩、脂肪族アミン類、アルカノールアミン類、ポリアミン類、環式アミン類、第四級アンモニウム水酸化物、アルカリ金属塩かならなる群より選ばれた少なくとも一の化合物であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のエッチング方法。
  11. 前記カチオン生成成分の濃度が、ウエットエッチング液の０．１〜２０重量％であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のエッチング方法。
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