TW200538800A - A wiring substrate and method using the same - Google Patents

Description

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93042TW 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明主要與顯示器面板所使用的配線基板及其製造方法有關。 【先前技術】 液晶顯示面板乃是在對向排列的配線基板與彩色渡光基板之間封住液 晶而成。近來主動式矩陣(ActiveMatrix)液晶顯示面板，其中之配線美板上 有閘極線與訊號線交叉，各自平行地進行配線。此外，兩者交叉配置薄膜 晶體（Thin Film Transistors，以下簡稱 TFT )。 目前，配線基板的閘極線及訊號線使用主成分為鋁A1或銘A1合金的金 屬’例如湘Mo/紹合金A1 alloy或純鋁A卜後利用磷酸(Ph〇sph〇ric)/醋 酸(Acetic) /硝酸(Nitric)此系列之蝕刻液(以下簡稱pAN系)進行钱刻步 驟，使其剖面形成梯形形狀。 近來隨面板高品質化與大畫面化，配線阻抗及寄生電容大增，造成配 線遲延的問題便凸顯出來。不過，在目前的情況下，若不影響開口率，唯 有將配線膜厚加大，但如此一來，配置其上之化學氣相沈積CVD絕緣膜， 若不增加膜厚之情況下，絕緣膜較薄的地方沒辦法確保所要的絕緣性，易 造成階梯覆蓋性(step coverage)不佳，進而導致製造良率降低。 未來或許可使用更低阻抗材料，例如銅〇1作為配線材料，解決這個問 題，但使用銅Cu作為配線材料有以下問題需克服：⑴需有有效抑制銅cu 擴散的方法；⑵改善銅Qi與基板之間_著性；⑶需能形成梯形圖案 化的方法。 上述（1)的抑制方法有其必要，以抑制銅Cu在製備TFT的非晶形矽内 部擴散導致該半導體性能劣化。又上述⑵Cu與基板的附著性問題，主要 疋玻璃基板與作為0&線的核心、金屬（eGremetal) Cu之畴性不佳，所以於 200538800

93042TW 製備Cu之步驟時，易造成Cl!從基板上脫落。此外，和上述傳統鉬M〇// 鋁合金A1 alloy不同，配線核心金屬上使用Cu之後，蝕刻的速度方面cu 比Mo快，所以，配線圖案斷面會像圖6那樣，上部M〇層容易切削成類似 屋簷（遮蓋物）的形狀。因此，在後面的絕緣層進行被覆配線時，覆蓋度 就會降低，造成製品不良。因此有必要解決上述問題(3)成為正梯形圖案的 方法。 專利文獻1主要說明形成鎢W、銖Re或此二者與鎳Ni合金，在銅Cu 上層這種方法抑制Cu的擴散。只是採用這樣的方法，就很難形成數百入 籲程度而且表面光滑的薄膜。因此，接下來如何與液晶顯示器製造工廠整合， 便成問題。 钽Ta/銅Cu/鈕Ta這種三層構造是可以考慮的方式。也就是上層鈕 Ta當作接觸金屬（contactmeta丨）以作為銅^的擴散抑制膜使用，下層鈕 Ta當做與玻璃接觸的附著密合層使用。不過，丁&與Cu的蝕刻做法在此會 變成乾蝕刻一溼蝕刻一乾蝕刻多階段蝕刻，其生產成本與配線形狀方面還 有一些有待解決的課題。 【專利文獻1】專利公告2 003 —35322 2號公報（〔2 3〕〜 φ 〔3 1〕） 【發明内容】 本發明提供與基板具有高密著性、低阻抗值且充分防止Cu擴散的高品 質配線基板。一種配線基板，包括：一基板；以及一銅配線層，該銅配線 層配置於該基板上方，其中該銅配線層為銅或以銅為主要成分； 一擴散抑制層，該擴散抑制層配置於該銅配線層上部及側面，且該擴散抑 制層為含氮之金屬。其中亦可將一附著密合層配置於該銅配線層之下部， 其中該附著密合層包括金屬或含氮之金屬層；此外，上記銅配線因為要在 該當銅配線上部及側部被覆擴散防止層，所以，斷面最好為梯形形狀。此 7 200538800

93042TW 外，該銅配線層在本發明亦可稱為核心金屬。其中該擴散抑制層包括擁有 非晶形（amorpnous)構造的氮化鉬MoN、氮化鈦TiN。其中該附著密合層 包括擁有非晶形構造的鉬Mo、氮化鉬MoN、鈦Ti、氮化鈦TiN。 本發明提出一種形成配線基板之方法，其步驟包括:準備一基板； 沈積一附著密合層於該基板上，該附著密合層包括金屬或含氮之金屬層； 沈積一銅配線層於該附著密合層上，其中該銅配線層為銅或以銅為主要成 分；圖案化該銅配線層，使其形成一銅配線層圖案；沈積一擴散抑制層， 該擴散抑制層配置於該銅配線層圖案上且其中該擴散抑制層為含氮之金屬 φ 層；圖案化該擴散抑制層，使其分布於該銅配線層圖案之上部與側面。 其中形成配線基板之方法，其中該圖案化該擴散抑制層的步驟包括： 於該擴散抑制層上塗布一光阻劑；從玻璃基板側將該銅配線層當作光罩進 行背面曝光；將該光阻劑顯影，則該擴散抑制層上有光阻覆蓋區與光阻暴 露區；蝕刻該光阻暴露區之該擴散抑制層。 上述形成配線基板之方法，其中蝕刻該附著密合層的步驟，可於該圖 案化銅配線層的勉刻步驟時與銅配線層一起被钱刻或者於該圖案化該擴散 抑制層的蝕刻步驟時與該擴散抑制層一起被蝕刻，或者於該圖案化該擴散 #抑制層的蝕刻步驟後再行該附著密合層的蝕刻步驟。 上述形成配線基板之方法，其中該附著密合層或該擴散抑制層包括擁 有非晶形構造的氮化鈦，其巾於沈積該附著密合層與該擴散抑制層之步驟 包括進行-氮氣流量佔氬氣加氮氣的總流量比率為5%〜遍之反應性濺鍵 處理之步驟。 上述形成配雜板之方法，其巾制著密合層或該概抑懸包括擁有非 晶形構造的氮化翻。其巾於沈積制著密合層與該擴散抑綱之步驟包括 進行-氮氣流量佔氬氣加氮氣的總流量比率為30%卩下之反應性續處理 之步驟。此外，如果相對於上述佔全麵氣體流量的氮氣流量為〇%時，在 8 200538800

93042TW 此情況下進行反應性喷鍍，本說明書就把他定義成，上記擴散防止層及密 著層乃具備非晶形構造的鉬或鈦所形成。配線核心金屬的阻抗得到大幅改 善。此外，即使配線進行積層構造，薄板阻抗（sheetresistivity)也大概可 以減少一半。降低阻抗導致的配線延遲，就可朝向大型高精細化發展，改 善開口率。 【實施方式】 以圖1說明本發明之實施型態。本發明乃是可抑制銅擴散的配線基 板，可應用在形成銅配線層的面板特別是液晶顯示面板、有機EL面板等領 • 域。如圖1 (a)所示，本發明可抑制銅擴散的配線基板1 〇，包括基板1 2，以及在基板1 2上形成金屬或金屬氮化膜構成的附著密合層1 4，以 及在附著密合層上形成的銅配線層16，以及由被覆銅配線層16上部及 側部並完成積層的金屬氮化膜構成的擴散抑制層18。除此之外，另一實 施形態如圖1 (b)所示，可抑制本發明銅擴散的配線基板5 〇，也可由一 基板5 2，及於基板5 2之上形成、金屬或金屬氮化膜構成的附著密合層 5 4 ’以及於附著密合層5 4上形成的銅配線層5 6，以及被覆銅配線層 56上部而完成積層的擴散抑制層58。 • 上述基板12或5 2上面，使用可透光玻璃、石英等。以下實施例之 基板12或5 2以玻璃基板為例，本發明並不侷限於玻璃基板亦可使用其 他基板。配線5 6或16的下部、上部或者配線本身，可使用濺鍍等的成 膜方法，使作為金屬膜或金屬氮化膜如鉬M〇、氮化鉬M〇N、鈦Ti、氮化 鈦ΉΝ等之附著密合層14或5 4、擴散抑制層18或5 8成膜。提供附 著密合層14或5 4乃是增加基板12或5 2與銅配線層16或5 6間的 附著力’同時可防止基板内之離子於製程過程中擴散至銅配線層16或5 6内而影響成性質。提供擴散抑制層18或5 8在防止銅配線層16或5 6成膜後以CVD裝置製備絕緣膜、半導體層時，因銅配線層1 6或5 6熔 200538800

93042TW 需此擴 點低造成銅擴散進入絕緣膜、半導體層，更甚者污染其成膜裝置故 散抑制層18或5 8以抑制銅配線層之擴散。 造成銅配線層1 6或5 6的銅金屬中的擴散，主要來自_層與鋼配 線層界面間之擴散。故本發明配線基板i 〇或5 〇，為了抑制上^銅擴散己， 必須使用具備微小且緻密非晶形構造的擴散抑制膜丄6或5 6以抑制上述 銅與接觸層之界面間擴散。其中本發明提出以氮化鈦（TiN )、氮化鋼（編^ 等金屬氮化膜比較有效果，控制這些材料的氮含量，就可做出具備微小且 緻密的非晶形構造且不會和其他配線層或電極層互相擴散之擴散抑制膜工 φ 8 或 5 8。 以下表1為使用本發明形成如圖l(a)之配線基板1 〇的步驟，分為前 工程步驟1〜7與後工程步驟8〜11加以說明。 【表1】

步驟 内容 1 洗淨 2 濺鍵 MoN 150A Cu 3000A 3 光阻塗布 4 曝光 5 顯影 6 溼蝕刻 PAN系 7 光阻剝離 8 濺鍍 MoN 500A 9 光阻塗布 10 背面曝光·顯影 200538800

93042TW 11 溼蝕刻 PAN系 12 光阻剝離 本發明配線基板1 〇之前工程步驟1〜7，包括（1 )準備玻璃基板1 2 並加以洗淨的步驟，（2 )在基板1 〇上面被覆氮化鉬MoN、氮化鈦TiN 等金屬或金屬氮化膜構成的附著密合層1 4，並在附著密合層1 4後進行 銅層（Cu)被覆的步驟，（3 )在銅層（Ci〇上面進行光阻劑塗布的步驟， (4)從光阻劑側進行曝光的步驟，照射到基板12之後，光就會對鋼層 • (Cu)上面的光阻劑作用。（5 )顯影形成銅配線1 6圖案的步驟，（6 ) 利用PAN系（Phosphoric/Acetic/Nitric ;磷酸·醋酸·硝酸）等蝕刻液進 行銅層之溼蝕刻形成銅配線層1 6圖案的步驟，（7 )剝離光阻劑的步驟。 此外，上述配線基板1 〇的前工程，大致上乃是和傳統上利用鋁（A1) 製造配線基板的製造工程相同，不須引進新裝置。變更點則有二點，也就 是濺鍍的膜種從鋁A1或鋁-鈥合金AINd變成銅Cu時，以及蝕刻配線PAN 系蝕刻液的組成改變。 其次’說明本發明配線基板之後段工程步驟8〜11。後段工程包括（8 ) •利用濺鍍形成由氮化鉬MoN、氮化鈦TiN等金屬氮化膜構成的擴散抑制層 1 8，於銅配線層1 6上進行濺鍍的步驟，（9 )在擴散抑制層1 8上面進 行光阻劑塗布的步驟，（1 〇 )從玻璃基板側，將銅Cu層當作光罩進行背 面曝光然後顯影的步驟，（1 1 )利用PAN系蝕刻液進行溼蝕刻附著密合 層1 4與擴散抑制層1 8的步驟，（1 2 )剝離光阻劑的步驟。 圖5 (a)、（b)、（c)分別對應上述步驟的（8)、（9)(10)、（11) 的本發明配線基板1 〇剖面圖。即圖5 (a)為將前工程所完成之上述步驟 (1 )〜（7 )之基板1 2上完全彼覆附著密合層1 4與定義出銅配線層i 6圖案上濺鍍擴散抑制層1 8如步驟（8 )，圖5 (b)表示在擴散抑制層 200538800

93042TW 1 8上進行光阻層2 〇塗布如步驟（9 )，接下來，進行步驟（i 〇 )、（丄 1 )彳文玻璃基板1 2表面側進行的背面曝光，因為使用背面曝光所以銅配 線層圖案1 6區域m曝光光線如uv光無法通過而非銅配線層圖案區 光可通過，故進行光阻層2 〇之顯影時，使得未照光之銅配線層圖案丄6 區留下覆蓋於擴散抑制層1 8上，所以，以PAN系侧液進行溼侧時，。 如圖5 (C)如上述將光阻層2 〇顯影且利用PAN系蝕刻液進行溼蝕刻附著 密合層1 4與擴散抑制層1 8的溼蝕刻步驟，就可在鋼配線層i 6上只留 下擴散抑制層18地完成圖案。 # 根據上述說明製造完成的本發明配線基板10，其中蝕刻該附著密合層工 4的步驟，可於該圖案化銅配線層16的蝕刻步驟時與銅配線層i 6一起 被姓刻或者於该圖案化該擴散抑制層18的勉刻步驟時與該擴散抑制層1 8—起被钱刻，或者於該圖案化該擴散抑制層18的蝕刻步驟後再行該附 著密合層14的蝕刻步驟。 (實施例 改變鈦（Ti)與氮化鈦（TiN)進行反應性濺鍍成膜時的氮氣（n2)添 加量，再以穿透式電子顯微鏡（TEM )進行構造解析。其中不添加氮而成 •膜的鈦之中，如圖2 (a)所示，可發現柱狀的結晶結構。接下來的反應性 賤鍍之中，在氬（Ar)氣上面添加氮氣（NO，就可改變其結晶構造。氬氣 與N2氣之比為9 5 : 5時，如圖2 (b)所示，上述柱狀結晶結構就會看 起來較不顯著。若添加更多的氮氣，讓氬氣與N2氣之比為70 : 3 0，圖 2 (a)的柱狀結晶構造就會消失。此時就可發現類似圖2 (c)緻密、微細 的非晶形構造。 例 2) 其次，與實施例1相同，改變反應性濺鍍中的氮氣（Ν2)添加量，就 可測定成膜的鈦（Ti)、氮化鈦（TiN)之比阻抗(Resistivity)與表面粗鍵度 12 200*538800

93042TW (Rms)如圖3所示。以擴散抑制層及附著密合層來說，可以控制氮氣比例 之方式來控制其比阻抗與表面粗韃度。由圖3中可知氮氣比例越高則其比 阻抗越高但其表面粗糙度則越低即越平坦；而且於3 〇%左右之氮氣比例 其比阻抗與表面粗糙度為一穩定之值。所以如圖3所示，氮氣流量如果只 占氬氣加氮氣加總流量的5〜3 0%，在此範圍内可充分做出所需阻抗且 平坦的膜。 (實施例3) 實施例3之中，為了了解擴散抑制性質（barrier)的評價，本實驗在高 • 溫高壓之下進行絕緣破壞之可靠度實驗，實驗的條件於溫度1 5 0°C之條 件下，將膜厚1 5 〇 〇 A的SiN絕緣膜與本次實驗之被測物質置於一電場 作用下’紀錄其SiN絕緣膜被被測物質擴散而導致其絕緣性降低之時間， 為其壽命(Failtime)以模擬其擴散抑制能力。其中將被測物質製備成圓筒形 的面積為1.3 4 6mm2的試片，被測物質使用（Mo)為對照組，實驗組 分別為銅（Cu)單體、氮添加量3 〇% (N2氣體為氬Ar氣體的3 0%) 的氮化鈦。由圖4可知，氮氣添加量3 〇% (氮氣的量只有氬氣的3 〇%) 之氮化鈦’顯示出於不同的電場作用下，均比銅單體佳而且比對照組（M〇) 0佳或幾乎與對照組（Mo)同等的性能，並且證明其充分具備抑制擴散的效 果。另一方面，雖然沒有圖示，但氮氣添加量低於5%(氮氣的量只占5 %)的氮化鈦，不太具備抑制擴散的效果。 (實施例4) 如表2所示，傳統Mo/AINd積層構造與本發明實施形態之一的TiN /Cu/Ti積層構造之比較。就兩種構造而言，擴散抑制層及核心金屬（c〇re metal)厚度，分別為5 0 0 A與3 0 0 〇 A。此外，TiN/Cu/Ti積層構造 的附著密合層也就是Ti膜厚度，為1 5 0A。 13 200.538800

93042TW 【表2】 Mo/AINd TiN/Cu/Ti Top Mo TiN Resistivity [Ε —6Ω · cm] 20 200 Thickness [A] 500 500 Core AlNd2% Cu Resistivity [Ε—6Ω · cm] 4.8 2.2 Thickness [A] 3000 3000 Bottom — Ti Resistivity [E —6Q · cm] 0 200 Thickness [A] 0 150 Sheet Resistivity [m Ω /□] 153.8 73.2 根據表2，核心金屬為AINd時，比阻抗為4 · 8 " Ω(：Γη。相對的，如 果核心金屬是Cu，比阻抗紋2 · 2 V Qem。如此—來，配線核心金屬的 比阻抗就會大幅改善。另外，即使把配線當作基層構造，薄板阻抗也會減 少大概-半。Mo/AINd的配線，其薄板阻抗為工5 4ιηΩ/□，相對的， _使用本發明基層構造TiN/Cu/Ti，只有7 3 m Ω /□，同樣地較Mo/AINd 低。 針對以上與本發明有關、可抑制鋼擴散的配線基板，雖然以實施例做 了說明，但本發明的配線基板並沒有局限在上述實施例之中。核心金屬乃 疋以銅Cu或以銅Οι為主成份的核心金屬層，而擴散抑制層及附著密合層 在MoN或TiN任何一者之中形成皆可。 此外本^明乃可防止銅擴散配線基板針之實施型態，主要是以配線 土板1 0進行4明’但本發明配線基板並不限定上記實施形態，也可包含 上述配線基板5 〇等其他形態。 14 200538800

93042TW 另外，本發明可防止銅擴散配線基板的、配線積層構造的各層厚度， 並不侷限於上記實施例4提到的厚度。各層厚度沒有特別限定，因此，上 記積層構造各層厚度比也沒有特別限定。 本發明配線基板5 0的製造工程，與上記配線基板1〇前工程大略相 同。亦即，本發明配線基板5 0的前工程（2 )，以MoN、Ti、TiN、Ti等 金屬或金屬氮化膜構成的密著層5 4被覆，然後密著層5 4上面被覆銅層 (Cu) 5 6，在這個銅層上面進一步用MoN、TiN等金屬或金屬氮化膜緊 緊地積層擴散抑制層5 8。接下來，經由上記前工程（3)〜（7)，就可 _ 得到如圖1 (b)所示、本發明之配線基板5 〇。 除此之外，本發明在不脫離其主旨的範圍之内，可以由各該業者根據 自己的專業知識，進行改良、修正與變更。 銅配線層構成的配線基板特別是液晶電視或個人電腦螢幕及其他顯示 器使用的配線基板，都可應用本發明的成果。 【圖式簡單說明】 【圖1】U)乃是與本發明有關、可抑制銅擴散的配線基板、形成銅配線 • 層的部分剖面圖。 【圖2】藉由穿透式電子顯微鏡（TEM)拍_己線構造剖面圖的解析照片， (a)乃疋反應性濺鍍之中不添加氣（叫）而成膜的擴散抑制⑻乃是反 應濺鍍之中，氬氣與氮氣之比為9 5 : 5而成膜的擴散抑制層⑷乃是 反應雜，中，氬氣與氮氣之比為7 〇 : 3 〇而成膜的擴散抑制層。 圖3】改隻氬氣與氮氣之比而成膜的擴散抑制層，其比阻抗及表面粗縫 度（Rms)測定值畫成的圖表。 【圖4】乃絕緣破壞壽命試驗之中，被檢測物質是銅（a)單體、氮化欽 (™ ·’ N2氣體只佔Ar氣體的3 〇 %)、錮（m。）電極情況下，根據輸入 15 200538800

93042TW 各被仏’爾績魏軸壞壽命與各概導質《強度藝錢的圖表。 【圖5】（a)乃與本發明有關、可抑制銅擴散的配線基板、製造步驟（8) :=線==圖：乃與本發明有關、可抑制銅擴散的 梯日_ 線層形成部分的剖面圖。（C)乃與 x 可抑制銅擴散的配線基板、製造步驟 夕 形成部分的剖面圖。 之中鋼配線層 【圖6】不良之配線結構之剖面圖。 【符號說明】 10、5 Q :配線基板 12、5 2 :基板 14'5 4 ·•附著密合層 16、5 6 :銅配線層（核心金屬） 18、5 8 :擴散抑制層 2 0 :光阻層

Claims (1)

1. *200538800 93042TW 十、申請專利範圍： 1. 一種配線基板，包括： 一基板；以及 -銅配線層’該銅崎層配置於該基板上方，其中該娜線層· 或以銅為主要成分； -擴散抑制層，該擴散抑制層配置於該銅配線層上部及側面，且該 擴散抑制層為含氮之金屬。 ~ 2. —種配線基板，包括： 一基板；以及 一銅配線層，該銅配線層配置於該基板上方，其中該銅配線層為銅 或以銅為主要成分； 一附著密合層配置於該銅配線層之下部，其中該附著密合層包括金 屬或含氮之金屬層； 擴政抑制層，该擴散抑制層配置於該銅配線層上部及侧面，且該 擴散抑制層為含氮之金屬。 3·根據申請專利範圍1或申請專利範圍2所述之配線基板，其中該擴散抑 制層包括擁有非晶形（amorpnous)構造的氮化錮MoN、氮化欽TiN。 4·根據申請專利範圍2所述之配線基板，其中該附著密合層包括擁有非晶 形構造的鉬Mo、氮化鉬M〇N、鈦Ti、氮化鈦TiN。 17 •200538800 93042TW 5. —種形成配線基板之方法，其步驟包括： 準備一基板； 沈積一附著密合層於該基板上，該附著密合層包括金屬或含氮之金 屬層； 沈積一銅配線層於該附著密合層上，其中該銅配線層為銅或以鋼為 主要成分； 圖案化該銅配線層，使其形成一銅配線層圖案； 沈積一擴散抑制層，該擴散抑制層配置於該銅配線層圖案上且其中 • 該擴散抑制層為含氮之金屬層； 圖案化該擴散抑制層，使其分布於該銅配線層圖案之上部與側面。 6·根據申請專利範圍5所述之方法，其中該圖案化該擴散抑制層的步驟包 括： 於該擴散抑制層上塗布一光阻劑； 從玻璃基板側將該銅配線層當作光罩進行背面曝光； 將该光阻麵影’則賴散㈣層上有光阻覆蓋區與光阻暴露區； • 蝕刻該光阻暴露區之該擴散抑制層。 7. 根據申請專利範圍5所述之方法，其中侧該附著密合層的步驟，可於 該圖案化銅配線層的钮刻步驟時與銅配線層一起被侧或者於該圖案化該 擴散抑制層的姓刻步驟時與該擴散抑制層一起被侧，或者於該圖案化該 擴散抑制層的钮刻步驟後再行該附著密合層的侧步驟。 " 8. 根據申8月專利補5所述之方法，其中該附著密合層或該擴散抑制層包 括擁有非晶形構造的氮化鈦。 •200538800 93042TW 9·根據申料利範圍8所述之方法，其中於沈積該附著密合層與該擴散抑 制層之步.驟包括進行一氮氣流量佔氮氣力口氮氣的總流量比率為5% 〜30%之 反應性賤錢處理之步驟。 !〇·根據申請專利範圍5所述之方法，其中該附著密合層或該擴散抑制層包 括擁有非晶形構造的氮化錮。 u·根據申請專利範圍10所述之方法，其中於沈積該附著密合層與該擴散 _抑制層之步·驟包括進行一氮氣流量佔氬氣加氮氣的總流量比率為3〇%以下 之反應性濺鍍處理之步驟。