TW201404936A - 蝕刻液與形成圖案化多層金屬層的方法 - Google Patents

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Abstract

一種蝕刻液，用以蝕刻形成圖案化多層金屬層。蝕刻液包括二價銅離子、氨水、磷酸銨溶液與有機銨鹽。一種形成圖案化多層金屬層的方法也被提出。首先，提供前述蝕刻液。接著，形成多層金屬層於基板上。之後，以蝕刻液蝕刻多層金屬層以形成圖案化多層金屬層。

Description

蝕刻液與形成圖案化多層金屬層的方法
本發明是有關於一種蝕刻液以及形成圖案化金屬層的製造方法，且特別是有關於一種用以蝕刻多層金屬層的蝕刻液以及形成圖案化多層金屬層的製造方法。
目前薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)的製程為大尺寸、高頻驅動、高解析度的趨勢，為達此需求，在製程上所使用的金屬導線需要具備較細線寬、較低阻抗以及較佳的抗電致遷移能力等等特性。傳統製程中所使用的鋁金屬因材料特性已漸漸無法滿足大尺寸產品之需求，而銅相較於鋁有較低之電阻率、較低之熱膨脹係數、較高之熔點、較高之導熱率以及較佳的抗電致遷移能力，因此開發銅金屬導線之製程成為TFT-LCD發展的關鍵技術。
開發銅金屬導線之製程仍有許多挑戰，包括銅無法形成自我保護的氧化層，使得銅在大氣環境下很容易被氧化和腐蝕。此外，由於銅和基板的附著性不良，因此需要底層(或阻障層)金屬協助銅附著於基板上。另外，由於銅製程的金屬層為雙層以上的結構，而不同金屬之還原電位不同會造成蝕刻率差異，因此同時蝕刻雙層金屬時容易有突懸(overhang)或底切(undercut)等問題。
先前所開發的銅製程之蝕刻液大部分以雙氧水(H2O2)為氧化劑，然而，因H2O2穩定性不佳容易分解成H2O以 及氧氣，所以需要添加安定劑。而且，前述分解反應為放熱反應，若溶液中含有重金屬離子(銅離子)更會催化此分解反應的進行。由於放熱反應會造成溶液溫度上升，而且金屬催化會加速分解反應進行並產生大量氧氣，高溫加上大量氧氣使蝕刻系統有爆炸的危險性。
另外，銅製程蝕刻液也包括過硫酸系列(oxone)及過醋酸系列，但此兩種系列也存在著蝕刻速率不穩定、易分解放熱、需額外添加穩定劑、以及蝕刻液中的銅離子越多對於蝕刻速率影響越大等缺點。再者，過酸系列常需搭配氟化物，而摻雜氟化物的缺點在於對玻璃基板的再利用容易造成表面破壞且對環境影響較大。
本發明提供一種蝕刻液，其具有良好的穩定性且對於多層金屬層具有一致的金屬蝕刻率。
本發明再提供一種形成圖案化多層金屬層的方法，其使用上述蝕刻液，以對多層金屬層提供一致的金屬蝕刻率。
本發明提供一種蝕刻液，用以蝕刻形成圖案化多層金屬層，其中蝕刻液包括二價銅離子、氨水、磷酸銨溶液與有機銨鹽。
在本發明之一實施例中，上述蝕刻液中的二價銅離子的重量百分比為5%至7%。
在本發明之一實施例中，上述蝕刻液中的氨水的重量百分比為0.01%至3%。
在本發明之一實施例中，上述蝕刻液中的磷酸銨溶液的重量百分比為10%至20%。
在本發明之一實施例中，上述蝕刻液中的有機銨鹽的重量百分比為0.01%至3%。
在本發明之一實施例中，上述蝕刻液更包括一界面活性劑。
在本發明之一實施例中，上述蝕刻液中的界面活性劑的重量百分比為1%至20%。
在本發明之一實施例中，上述氨水中的氨(NH4OH)的莫耳濃度為0.002M至0.1M。
在本發明之一實施例中，上述磷酸銨溶液中的磷酸銨((NH4)3PO4．3H2O)的莫耳濃度為0.45M至1M。
本發明再提出一種形成圖案化多層金屬層的方法，包括：提供如前述之蝕刻液；形成多層金屬層於基板上；以蝕刻液蝕刻多層金屬層以形成圖案化多層金屬層。
在本發明之一實施例中，上述多層金屬層包括一含銅層與一含鉬層。
在本發明之一實施例中，上述含鉬層的材質包括氮化鉬或氧化鉬。
在本發明之一實施例中，上述含銅層的厚度大於該含鉬層的厚度，其中該含銅層的厚度為1000 Å至6000A Å且該含鉬層的厚度為100 Å至300 Å。
在本發明之一實施例中，上述圖案化多層金屬層的表面為該含銅層。
基於上述，本發明之蝕刻液具有良好的穩定性且在使用過程中不會產生氧氣。另外，使用本發明之蝕刻液來形成圖案化的多層金屬層時，蝕刻液對於多層金屬層之間蝕刻率差異小。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例之形成圖案化多層金屬層的流程示意圖。請參考圖1，首先，進行步驟S102，提供蝕刻液110。詳細而言，蝕刻液110包括二價銅離子、氨水、磷酸銨溶液與有機銨鹽。二價銅離子的功能在於蝕刻銅金屬以產生一價銅離子，銨水、磷酸銨及有機銨鹽的功能在於調整適當的蝕刻環境且可以螯合一價銅離子以使一價銅離子不沉澱。
以蝕刻液110的總重量計，二價銅離子的重量百分比例如是5%至7%。二價銅離子例如是由硝酸銅或硫酸銅所提供，其中以硝酸銅的蝕刻效果較佳。
以蝕刻液110的總重量計，氨水的重量百分比例如是0.01%至3%，其中氨水中的氨(NH4OH)的莫耳濃度例如是0.002M至0.1M。
以蝕刻液110的總重量計，磷酸銨溶液的重量百分比例如是10%至20%，其中磷酸銨溶液中的磷酸銨((NH4)3PO4．3H2O)的莫耳濃度例如是0.45M至1M。
以蝕刻液110的總重量計，有機銨鹽的重量百分比例如是0.01%至3%。有機銨鹽例如是醋酸銨。
在其他實施例中，為進一步增加蝕刻均勻性，蝕刻液110可以更包括界面活性劑，界面活性劑例如聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)類，其中以聚乙二醇400(PEG400)的效果較佳。以蝕刻液110的總重量計，界面活性劑的重量百分比例如是1%至20%。
根據本實施例，蝕刻液110不需添加H2O2，因此本實施例之蝕刻液110具有良好的穩定性。此外，蝕刻液110不需添加過酸化合物，也不需另外摻雜氟化物，且不會造成玻璃基板的損害。
接著，進行步驟S104。於基板120上形成多層金屬層130a。根據本實施例，多層金屬層130a包括含銅層132a與含鉬層134a，且含銅層132a位於多層金屬層130a的表面。含銅層132a的厚度大於該含鉬層134a的厚度，其中含銅層132a的厚度例如是1000 Å至6000 Å且含鉬層134a的厚度例如是100 Å至300 Å。含鉬層134a的材質例如是氮化鉬或氧化鉬。
之後，進行步驟S106。以蝕刻液110蝕刻多層金屬層130a以形成該圖案化多層金屬層130。詳細而言，蝕刻液110可同時對多層金屬層130a中的含銅層132a以及含鉬層134a進行蝕刻，以形成圖案化的含銅層132以及圖案化的含鉬層134。由於蝕刻液110可以提供多層金屬層130a一致的蝕刻率，因此不易產生突懸以及底切問題。
實驗例
為說明本發明之蝕刻液具有良好的蝕刻效果，在此以實驗例作為說明。表一為實驗例之組成。表二為使用實驗例之蝕刻液對多層金屬層進行蝕刻後，所形成的金屬導線之關鍵尺寸偏差(Critical Dimension Bias，CD Bias)以及傾斜角(Taper angle)，其中多層金屬層是由含銅層以及含鉬層組成。
由表一以及表二得知，使用實驗例之蝕刻液對多層金屬層進行蝕刻後所得之金屬導線具有精確的關鍵尺寸，且具有良好的傾斜角。
綜上所述，本發明之蝕刻液具有良好的穩定性且在使用過程中不會產生氧氣，因此可避免於進行蝕刻製程時因放熱反應而造成爆炸之可能性。另外，使用本發明之蝕刻液來形成圖案化的多層金屬層時，蝕刻液對於多層金屬層之間具有一致的蝕刻率，因此不易有突懸或底切的問題。 此外，本發明更可藉由添加多種界面活性劑來改善蝕刻均勻性問題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
110‧‧‧蝕刻液
120‧‧‧基板
130a‧‧‧多層金屬層
130‧‧‧圖案化的多層金屬層
132a‧‧‧含銅層
132‧‧‧圖案化的含銅層
134a‧‧‧含鉬層
134‧‧‧圖案化的含鉬層
S102、S104、S106‧‧‧步驟
圖1為本發明一實施例之形成圖案化多層金屬層的流程示意圖。
110‧‧‧蝕刻液
120‧‧‧基板
130a‧‧‧多層金屬層
130‧‧‧圖案化的多層金屬層
132a‧‧‧含銅層
132‧‧‧圖案化的含銅層
134a‧‧‧含鉬層
134‧‧‧圖案化的含鉬層
S102、S104、S106‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種蝕刻液，用以蝕刻形成一圖案化多層金屬層，該蝕刻液包括二價銅離子、氨水、磷酸銨溶液與有機銨鹽。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液，其中該蝕刻液中的二價銅離子的重量百分比為5%至7%。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液，其中該蝕刻液中的氨水的重量百分比為0.01%至3%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液，其中該蝕刻液中的磷酸銨溶液的重量百分比為10%至20%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液，其中該蝕刻液中的有機銨鹽的重量百分比為0.01%至3%。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液，其中該蝕刻液更包括一界面活性劑。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之蝕刻液，其中該蝕刻液中的界面活性劑的重量百分比為1%至20%。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液，其中該氨水中的氨(NH4OH)的莫耳濃度為0.002M至0.1M。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液，其中該磷酸銨溶液中的磷酸銨((NH4)3PO4．3H2O)的莫耳濃度為0.45M至1M。
  10. 一種形成圖案化多層金屬層的方法：提供如申請專利範圍第1項所述之蝕刻液；形成一多層金屬層於一基板上；以及以該蝕刻液蝕刻該多層金屬層以形成該圖案化多層 金屬層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之方法，其中該多層金屬層包括一含銅層與一含鉬層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該含鉬層的材質包括氮化鉬或氧化鉬。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該含銅層的厚度大於該含鉬層的厚度，其中該含銅層的厚度為1000 Å至6000 Å且該含鉬層的厚度為100 Å至300 Å。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該圖案化多層金屬層的表面為該含銅層。
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