TW201634666A - 用於氧化銦層的蝕刻劑組合物，蝕刻方法，使用它們的液晶顯示器陣列基板及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

公開了用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物，蝕刻方法，使用它們的液晶顯示器陣列基板及其製造方法，所述蝕刻劑組合物包括硝酸或亞硝酸、氯化合物、硝酸鹽化合物和水。

Description

用於氧化銦層的蝕刻劑組合物，蝕刻方法，使用它們的液晶顯示器陣列基板及其製造方法 發明領域
本發明涉及用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物，蝕刻方法，和使用它們的液晶顯示器陣列基板及其製造方法，更具體地說，涉及包括硝酸或亞硝酸、氯化合物、硝酸鹽化合物和水的用於蝕刻氧化銦層蝕刻劑組合物，以及使用它們的液晶顯示器陣列基板及其製造方法。
發明背景
在平板顯示器之中，液晶顯示(LCD)裝置由於它的解析度高、圖像清晰、耗電低和顯示螢幕薄受到了注意。通常可用作驅動LCD裝置的電子電路是薄膜電晶體(TFT)電路，特別是對顯示螢幕的每個像素形成TFT。利用TFT作為開關元件的TFT-LCD包括設置在基質中的TFT基板、佈置成面向所述基板的彩色濾光片基板和介於上述兩個基板之間的液晶材料。製作TFT-LCD的方法包括製備TFT基板、形成彩色濾光片基板、液晶盒加工和模組加工。 因此，為了實現準確和清晰的圖像，所述TFT基板和所述彩色濾光片基板的製作被認為是非常重要的。
所述LCD裝置包括傳輸掃描信號的閘極線或掃描信號線、傳輸圖像信號的資料線或圖像信號線、與所述閘極線和資料線連接的TFT、和與所述TFT連接的像素電極。
所述LCD裝置如下製造：在基板上形成用於閘極線和資料線的金屬層，蝕刻所述金屬層，形成與TFT連接的像素電極，施加光刻膠，並形成圖案。因而，與所述像素電極層連接或裸露的所述閘極線或源/汲極線在所述像素電極形成圖案的過程中可能變形。
為了解決這個問題，用於像素電極的材料的種類必須不同於用於所述閘極或源/汲極的金屬。具體而言，所述像素電極的材料包括具有光學透明度和高導電性的氧化銦層，例如a-ITO、IZO、IGZO或ITZO。
最近，所述氧化銦層被形成為具有更精細的圖案並且更厚，以便實現具有高解析度和快速回應速度的顯示裝置。
韓國專利申請公佈No.10-2012-0093499公開了用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物，但是問題在於使用了環境有害的硫酸，況且，不能蝕刻厚氧化銦層。
[引用列表]
[專利文獻]
專利文件：韓國專利申請公佈No.10-2012-0093499
發明概要
因此，本發明的目的是提供用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物，其可以蝕刻氧化銦層同時最小化對佈置在所述氧化銦層之下的下部金屬層的損害。
本發明的另一個目的是提供用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物，其具有蝕刻厚氧化銦層的高能力，因此能夠形成精細圖案，並且其還可以降低所述氧化銦層的側蝕距離，從而防止由於過蝕刻所述圖案導致的線條損失。
為了實現上述目的，本發明提供了用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物，包括：基於其總重量，5至12wt%的硝酸或亞硝酸，0.01至5wt%的氯化合物，0.01至3wt%的硝酸鹽化合物，和餘量的水，使得所述蝕刻劑組合物的總重量是100wt%。
另外，本發明提供了蝕刻氧化銦層的方法，所述方法包括：(1)在基板上形成氧化銦層，(2)在所述氧化銦層上選擇性地留下光敏材料，和(3)利用本發明的蝕刻劑組合物蝕刻所述氧化銦層。
另外，本發明提供了製造液晶顯示器的陣列基板的方法，所述方法包括：(1)在基板上形成閘極線，(2)在包括所述閘極線的基板上形成閘極絕緣層，和(3)在所述閘極絕緣層上形成氧化物半導體層，(4)在所述氧化物半導體層上形成源極電極和汲極電極，和(5)形成與所述汲極電極連接的像素電極，其中(5)包括形成氧化銦層和 利用蝕刻劑組合物蝕刻所述氧化銦層，從而形成所述像素電極，並且所述蝕刻劑組合物是本發明的蝕刻劑組合物。
另外，本發明提供了通過上述方法製造的液晶顯示器陣列基板。
根據本發明，用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物具有蝕刻厚氧化銦層的高能力，從而形成精細圖案，並且通過抑制所述氧化銦層的過蝕刻而有效防止線條的損失。
此外，根據本發明，所述用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物可蝕刻氧化銦層同時最小化對所述氧化銦層之下的下部金屬層的損害。
本發明的上述和其他目的、特徵和優點將從以下結合附圖的詳細說明中更清楚地理解，其中：圖1是掃描電子顯微鏡(SEM)圖像，示出了氧化銦層的側蝕距離；圖2是SEM圖像，示出了沒有來自氧化銦層的殘渣；圖3是SEM圖像，示出了從氧化銦層產生的殘渣；圖4是SEM圖像，示出了沒有對氧化銦層之下的鋁/鉬層的損害；和圖5是SEM圖像，示出了對氧化銦層之下的鋁/鉬層的損害。
具體實施方式
在下文中，將給出本發明的詳細說明。
本發明提出了用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物，其包括，基於所述蝕刻劑組合物的總重量，5至12wt%的硝酸或亞硝酸，0.01至5wt%的氯化合物，0.01至3wt%的硝酸鹽化合物，和餘量的水，使得所述蝕刻劑組合物的總重量是100wt%。
雖然常規用於液晶顯示器中像素電極的氧化銦層具有500Å或更小的厚度，但為了實現具有快速回應速度和高解析度的液晶顯示器，它需要變得更厚。因此，所述氧化銦層的厚度必須設為1300Å或更厚。
隨著氧化銦層變厚，蝕刻所述氧化銦層以便形成像素電極所需要的時間段增加。因而，不僅在縱向而且在橫向的蝕刻量增加，不理想地導致過蝕刻，使得不可能蝕刻出確保高解析度的精細圖案。因此，難以形成精細的像素電極。
帶著解決這個問題的目標，根據本發明的用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物含有硝酸鹽化合物。
具體而言，根據本發明的蝕刻劑組合物可以展現蝕刻較厚的氧化銦層的能力，由此降低所述氧化銦層的側蝕程度，從而防止過蝕刻，並使得有可能蝕刻精細圖案，從而實現具有高解析度的液晶顯示器。
此外，因為所述蝕刻劑組合物中包括所述硝酸鹽化合物，在蝕刻氧化銦層時可以最小化對下部金屬層的損害。
利用根據本發明的蝕刻劑組合物蝕刻的氧化銦層具有500至1500Å的厚度，並優選900至1500Å。
此外，所述氧化銦層包括選自由氧化銦錫(ITO)層，氧化銦鋅(IZO)層，氧化銦錫鋅(ITZO)層，和氧化銦鎵鋅(IGZO)層所組成的組中的至少一種。
所述氧化銦層之下的下層種類沒有特別的限制，但是可以包括單層，包括鉬基金屬層或鋁基金屬層，或者包括所述單層的多層。
下面是對根據本發明的蝕刻劑組合物的各個組分的說明。
在根據本發明的蝕刻劑組合物中，硝酸(HNO3)或亞硝酸(HNO2)通過氧化和置換反應用作氧化銦層的主要蝕刻劑。
基於所述蝕刻劑組合物總重量，硝酸或亞硝酸的用量是5至12wt%，並優選7至10wt%。
如果硝酸或亞硝酸的量小於5wt%，則不能有效蝕刻氧化銦層，不理想地增加了蝕刻時間並產生殘渣和蝕刻缺陷。另一方面，如果硝酸或亞硝酸的量超過12wt%，則由於氮量增加導致產生較大量的廢液，不理想地增加了廢液處置成本和環境污染處理成本。
在根據本發明的蝕刻劑組合物中，所述氯化合物通過取代起到所述氧化銦層的輔助蝕刻劑的作用。在蝕刻氧化銦層時，產生大量的蝕刻殘渣，所述氯化合物負責抑制殘渣的產生。
所述氯化合物包括選自由鹽酸、氯化鈉、氯化鉀和氯化銨所組成的組中的至少一種。
基於所述蝕刻劑組合物的總重量，所述氯化合物的用量是0.01至5wt%，並優選1至3wt%。
如果所述氯化合物的量小於0.01wt%，不能有效蝕刻氧化銦層，不理想地增加了蝕刻時間並產生殘渣和蝕刻缺陷。另一方面，如果所述氯化合物的量超過5wt%，則蝕刻速率過度增加，從而引起過蝕刻，由此不能充分形成驅動像素電極必要的面積。
在根據本發明的蝕刻劑組合物中，所述硝酸鹽化合物發揮了防止在所述氧化銦層之下的下部金屬層中接觸孔的周圍部分暴露於所述蝕刻劑組合物而產生的腐蝕的作用。
此外，當蝕刻具有500至1500Å、並優選900至1500Å厚度的氧化銦層時，所述硝酸鹽化合物還起到防止所述氧化銦層回應於蝕刻時間增加的過度側蝕的作用。
所述硝酸鹽化合物包括選自由硝酸鈉、硝酸銨和硝酸鉀所組成的組中的至少一種。
基於所述蝕刻劑組合物的總重量，所述硝酸鹽化合物的用量是0.01至3wt%，並優選1至2.5wt%。
如果所述硝酸鹽化合物的量小於0.01wt%，不能充分防止腐蝕，不理想地引起下部金屬層的損害並增加氧化銦層的側蝕，從而使得難以形成精細圖案的氧化銦層。另一方面，如果所述硝酸鹽化合物的量超過3wt%，它可以 起到防止腐蝕的作用，但是可以降低氧化銦層的蝕刻速率並可由此產生殘渣。
在本發明的蝕刻劑組合物中，使用的水量要使得所述蝕刻劑組合物的總重量是100wt%。所述水沒有特別的限制，但是優選包括去離子水。特別有用的是電阻率為18MΩ．cm或更高的去離子水，電阻率表明從所述水除去離子的程度。
根據本發明的蝕刻劑組合物還可以包括選自由掩蔽劑和抗腐蝕劑所組成的組中的至少一種。所述添加劑不限於此，並且為了更有效地展現本發明的效應，可以選擇性添加本領域已知的各種添加劑。
根據本發明的蝕刻劑組合物的組分可以利用通常已知的方法製備，並且可以具有適合於半導體加工的純度。
另外，本發明提出了蝕刻氧化銦層的方法，所述方法包括：(1)在基板上形成氧化銦層，(2)在所述氧化銦層上選擇性留下光敏材料，和(3)利用本發明的蝕刻劑組合物蝕刻所述氧化銦層。
在根據本發明的蝕刻方法中，所述光敏材料優選是通常的光刻膠材料，並且可以通過通常的曝光和顯影而選擇性留下。
所述氧化銦層以具有500至1500Å、並優選900至1500Å厚度的單層的形式提供。
所述氧化銦層包括選自由氧化銦錫(ITO)層， 氧化銦鋅(IZO)層，氧化銦錫鋅(ITZO)層，和氧化銦鎵鋅(IGZO)層所組成的組中的至少一種。
另外，本發明提出了製造液晶顯示器的陣列基板的方法，所述方法包括：(1)在基板上形成閘極線，(2)在包括所述閘極線的基板上形成閘極絕緣層，(3)在所述閘極絕緣層上形成氧化物半導體層，(4)在所述氧化物半導體層上形成源極電極和汲極電極，和(5)形成與所述汲極電極連接的像素電極，其中(5)包括形成氧化銦層和利用蝕刻劑組合物蝕刻所述氧化銦層，從而形成所述像素電極，並且所述蝕刻劑組合物是上文描述的蝕刻劑組合物。
所述氧化銦層以具有500至1500Å、並優選900至1500Å厚度的單層的形式提供。
所述氧化銦層包括選自由氧化銦錫(ITO)層，氧化銦鋅(IZO)層，氧化銦錫鋅(ITZO)層，和氧化銦鎵鋅(IGZO)層所組成的組中的至少一種。
在上述方法的(5)中，所述像素電極可以通過利用本發明的蝕刻劑組合物蝕刻所述氧化銦層形成。
更具體地說，利用根據本發明的蝕刻劑組合物，可以以精細圖案而且沒有過度側蝕的形式蝕刻所述具有500至1500Å並優選900至1500Å厚度的氧化銦層，所述氧化銦層用於實現具有快速回應速度和高解析度的液晶顯示器，由此形成達到高解析度的像素電極。
當利用本發明的蝕刻劑組合物蝕刻氧化銦層時，可以防止對所述氧化銦層之下的下部金屬層的損害， 從而在不損害下部金屬層下形成像素電極。
液晶顯示裝置的陣列基板可以是薄膜電晶體(TFT)陣列基板。
另外，本發明提出了通過上述方法製造的液晶顯示器的陣列基板。
所述陣列基板包括通過利用根據本發明的蝕刻劑組合物蝕刻而形成的像素電極。
此外，除了本發明的陣列基板之外，本發明還可以提供利用上述蝕刻劑組合物製造的有機發光二極體(OLED)、觸控式螢幕(TS)或其他電子器件。
因此，僅提出以下實施例進行說明但是不應被解釋為限制本發明，並且可以由本領域技術人員在本發明的範圍內適當修改或改變。
<用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物的製備>
實施例1至4和比較例1至7
利用下面表1中示出的量的組分製備實施例1至4和比較例1至7的蝕刻劑組合物，並且使用的水量使得所述蝕刻劑組合物的總重量是100wt%。
試驗例1：用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物的性質評價
在玻璃基板(100mm x 100mm)上，沉積鋁/鉬層以形成源/汲極，然後在所述鋁/鉬層上形成矽並在其中形成孔，由此暴露鋁/鉬，其是所述源/汲極的金屬層。之後，將ITO層沉積到厚度1300Å，然後進行光刻，從而形成在所述基板上具有預定圖案的光刻膠，隨後利用實施例1至4和比較例1至7的各蝕刻劑組合物蝕刻所述ITO層。
在蝕刻過程中，使用噴霧蝕刻機(ETCHER (TFT)，SEMES製造)，並且所述蝕刻劑組合物的溫度設置到約40℃。此外，取決於其他加工條件和其他因素，適當的溫度根據需要而變。蝕刻時間取決於蝕刻溫度而變，但是在LCD蝕刻過程中設置在約50至120秒的範圍內。
利用SEM(S-4700，HITACHI製造)觀察蝕刻過程中蝕刻的ITO層的橫截面輪廓，並觀察側蝕、殘渣產生和對下部金屬(Al/Mo)的侵蝕，基於以下評價標準進行評價。結果顯示在下面表2中。
<側蝕距離>
◎：小於0.2μm(優秀)
○：0.2至小於0.5μm(良好)
X：0.5μm或更高或者未蝕刻(差)
<殘渣產生>
○：沒有殘渣(圖2)
X：產生殘渣(圖3)
<對下層的侵蝕(Al/Mo)>
○：無侵蝕(圖4)
X：侵蝕(圖5)
從表2的結果顯而易見，實施例1至4的蝕刻劑組合物，其使用基於所述蝕刻劑組合物的總重量為0.01至3wt%量的硝酸鹽化合物，觀察到側蝕小於0.2μm，既沒有發生殘渣也沒有發生對下層的侵蝕。
然而，在不含硝酸鹽化合物的比較例1的蝕刻劑組合物中，產生過度的側蝕，並觀察到殘渣和對下層的侵蝕，並且在比較例2的蝕刻劑組合物中觀察到對下層的侵蝕。
此外，在分別包括硫酸鉀和乙酸銨代替所述硝酸鹽化合物的比較例3和4的蝕刻劑組合物中，沒有產生殘渣，但是觀察到過度的側蝕和對下層的侵蝕。
在使用硝酸的量基於蝕刻劑組合物的總重量超過12wt%的比較例5的蝕刻劑組合物中和在使用氯化合物的量超過5wt%的比較例6的蝕刻劑組合物中，既沒有觀察到殘渣也沒有對下層的侵蝕，但是產生過度的側蝕。
此外，在使用硝酸鹽化合物的量基於所述蝕刻劑 組合物的總重量超過3wt%的比較例7的蝕刻劑組合物中，限制了側蝕並且不侵蝕下層，但是產生殘渣。
因此，包括基於蝕刻劑組合物的總重量為0.01至3wt%量的硝酸鹽化合物的根據本發明的蝕刻劑組合物，具有蝕刻厚氧化銦層的高能力，並且能夠蝕刻所述氧化銦層而不損害佈置在所述氧化銦層之下的下層。
雖然已經出於說明性的目的公開了本發明的優選實施方式，但本領域技術人員將領會，在不背離所附申請專利範圍中公開的本發明的範圍和精神之下，各種修改、添加和取代是可能的。

Claims (11)

  1. 一種用於蝕刻氧化銦層的蝕刻劑組合物，其包括：基於所述蝕刻劑組合物的總重量，5至12wt%的硝酸或亞硝酸，0.01至5wt%的氯化合物，0.01至3wt%的硝酸鹽化合物，和餘量的水，使得所述蝕刻劑組合物的總重量是100wt%。
  2. 如請求項1所述的蝕刻劑組合物，其中所述氯化合物包括選自由鹽酸、氯化鈉、氯化鉀和氯化銨所組成的群組中的至少一種。
  3. 如請求項1所述的蝕刻劑組合物，其中所述硝酸鹽化合物包括選自由硝酸鈉、硝酸銨和硝酸鉀所組成的群組中的至少一種。
  4. 如請求項1所述的蝕刻劑組合物，其中所述氧化銦層包括選自由氧化銦錫層，氧化銦鋅層，氧化銦錫鋅層，和氧化銦鎵鋅層所組成的群組中的至少一種。
  5. 如請求項1所述的蝕刻劑組合物，其中所述氧化銦層具有500至1500Å的厚度。
  6. 如請求項1所述的蝕刻劑組合物，還包括選自由掩蔽劑和抗腐蝕劑所組成的群組中的至少一種。
  7. 一種蝕刻氧化銦層的方法，包括：(1)在基板上形成氧化銦層；(2)在所述氧化銦層上選擇性地留下光敏材料；和(3)利用請求項1的蝕刻劑組合物蝕刻所述氧化銦 層。
  8. 如請求項7所述的方法，其中所述光敏材料是光刻膠材料，並且通過曝光和顯影而被選擇性地留下。
  9. 一種製造液晶顯示器的陣列基板的方法，所述方法包括：(1)在基板上形成閘極線；(2)在包括所述閘極線的基板上形成閘極絕緣層；(3)在所述閘極絕緣層上形成氧化物半導體層；(4)在所述氧化物半導體層上形成源極電極和汲極電極，和(5)形成與所述汲極電極連接的像素電極，其中(5)包括形成氧化銦層和利用蝕刻劑組合物蝕刻所述氧化銦層，從而形成所述像素電極，並且所述蝕刻劑組合物是如請求項1所述的蝕刻劑組合物。
  10. 如請求項9所述的方法，其中所述陣列基板是薄膜電晶體陣列基板。
  11. 一種液晶顯示器的陣列基板，通過如請求項9所述的方法製造。
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