TWI460309B - 薄膜電晶體液晶顯示裝置之蝕刻組成物 - Google Patents

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Description

薄膜電晶體液晶顯示裝置之蝕刻組成物 發明領域
本發明係有關於一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之蝕刻組成物，更詳而言之係有關於一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之蝕刻組成物，其構成薄膜電晶體液晶顯示裝置之TFT(thin film transistor)係使用同一組成物之閘極配線材料之Mo/AlNd雙層膜或Mo/AlNd/Mo三層膜以單一製程使下部之AlNd膜層或Mo膜層無底切(undercut)現象地進行濕式蝕刻而可獲得優異的錐度，同時源極/汲極配線材料之Mo單層膜與Mo/AlNd/Mo三層膜皆可形成優異的輪廓(profile)者。
 發明背景
蝕刻製程係基板上形成極其細微回路之過程者，形成與藉顯像製程而形成之光阻圖案相同之金屬圖案。
蝕刻製程係依其進行方式大致區分成濕式蝕刻與乾式蝕刻，濕式蝕刻係使用與金屬等反應而腐蝕之酸系化學藥品，將無光阻圖案的部分溶出；乾式蝕刻係藉加速離子而去除露出部位之金屬以形成圖案者。
前述乾式蝕刻比起濕式蝕刻，具有非等向性輪廓而有所謂蝕刻控制力優異之長處。但是，設備高價、難以大面積化、蝕刻速度慢而造成生產量(throughput)低下這樣的問題點。
另一方面，前述濕式蝕刻比起乾式蝕刻，是有所謂可大量及大批處理，蝕刻速度快所以生產量高、設備低廉之長處。但，前述濕式蝕刻有蝕刻液及純水的使用量多、廢液量多這樣的問題點。
一般，進行乾式蝕刻時，為除去表面部分硬化之光阻(photoresist)，藉追加電漿灰化(plasma ashing)製程而造成設備價格、耗費製程時間等使生產量低下及製品競爭力變弱之主因，因此產業實際作業以使用濕式蝕刻為主。
又，濕式蝕刻所使用之蝕刻液係依據要求更精密的細微回路而適用特定金屬種類作蝕刻。
例如，以Al單層膜作為蝕刻之蝕刻液，下述專利文獻1及專利文獻2中，揭示以磷酸、硝酸、乙酸、界面活性劑、及水所構成之蝕刻液。
又，下述專利文獻3係揭示有關用以對AlNd膜蝕刻之包含磷酸、硝酸、乙酸、水、及氟碳系界面活性劑之蝕刻液，下述專利文獻4係揭示有關用以對鋁及ITO(indium-tin oxide)蝕刻之包含草酸及可調節組成物之pH值在3至4.5之酸與鹽酸、磷酸、及硝酸之蝕刻液組成物，下述專利文獻5則是係揭示有關用以對銀或銀合金蝕刻之包含磷酸、硝酸、乙酸、及硫酸氧化鉀之配線用蝕刻液，下述專利文獻6係揭示有關用以對IZO(indium-zinc oxide)蝕刻之包含鹽酸、乙酸、抑制劑、及水之蝕刻液組成物。
又，下述專利文獻7則是係揭示有關用以對源極及汲極電極用Mo或MoW(鉬與鎢之合金)蝕刻之包含磷酸、硝酸、 乙酸、氧化調整劑、及水之蝕刻液組成物。
但，如前述之以往的蝕刻液僅適用於對一片金屬膜蝕刻之用途，所以造成在裝備與製程之效率性方面之效果低下，因此持續的在研究關於用以同時地對多數金屬膜蝕刻之組成物。
有關於此之一例，下述專利文獻8及專利文獻9係揭示有關用以對Mo/Al或Mo/AlNd、MoW/AlNd之雙層膜蝕刻之包含磷酸、硝酸、乙酸、及氧化調整劑之蝕刻液，下述專利文獻10係揭示有關用以對Mo/Al(AlNd)/Mo膜蝕刻之包含磷酸、硝酸、乙酸、及氧化調整劑之蝕刻液。
又，下述專利文獻11、專利文獻12、專利文獻13係揭示有關皆可適用於Mo/AlNd、MoW/AlNd、Mo/AlNd/Mo、MoW/AlNd/MoW、Mo單層膜、及MoW單層膜之作為蝕刻液之包含磷酸、硝酸、乙酸、鉬蝕刻抑制劑(銨鹽、鉀鹽)、及水者。
但，如前述用以往的蝕刻組成物構成薄膜電晶體液晶顯示裝置之源極/汲極電極用金屬膜對Mo膜蝕刻時，其輪廓會引起如第8圖之錐度(taper)不良，而產生在後續製程所層積之上部膜層之階梯覆蓋率(step coverage)不良這樣的問題點。此外，前述用以往的蝕刻組成物對構成薄膜電晶體液晶顯示裝置之TFT的閘極電極用金屬膜之Mo/AlNd雙層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜蝕刻時，則產生如第9圖上部Mo膜之突出現象與下部AlNd或Mo膜之底切現象這樣的問題點，因此為防止前述上膜層之突出現象則必須實施追加之 製程來去除，防止為下膜層之底切現象，使在傾斜面上膜層之斷線或上下金屬短路(short circuit)這樣的問題點。
因此、一般構成以往薄膜電晶體液晶顯示裝置之TFT之閘極及源極/汲極電極用金屬膜作成多層構造時，則同時適用於濕式製程與乾式製程而可獲得較佳的輪廓。但，這樣的濕式蝕刻與乾式蝕刻共同使用則有製程麻煩、生產量低下及費用增加方面的不利之問題點。
【專利文獻1】韓國專利申請第10-2002-0047933號
【專利文獻2】美國專利第4,895,617號
【專利文獻3】韓國專利申請案第10-2000-0047933號
【專利文獻4】韓國專利申請案第10-2001-0030192號
【專利文獻5】韓國專利申請案第10-2001-0065327號
【專利文獻6】韓國專利申請案第10-2002-0010284號
【專利文獻7】韓國專利申請案第10-2001-0018354號
【專利文獻8】韓國專利申請案第10-2000-0002886號
【專利文獻9】韓國專利申請案第10-2001-0072758號
【專利文獻10】韓國專利申請案第10-2000-0013867號
【專利文獻11】韓國專利申請案第10-2002-0017093號
【專利文獻12】韓國專利申請案第10-2003-0080557號
【專利文獻13】韓國專利申請案第10-2004-0010404號
 發明概要
為解決上述以往之技術所存在之問題點，本發明之目的，係提供一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之蝕刻組成物， 其構成薄膜電晶體液晶顯示裝置之TFT係使用同一組成物之閘極配線材料之Mo/AlNd雙層膜或Mo/AlNd/Mo三層膜以單一製程使下部之AlNd膜層或Mo膜層無底切現象地進行濕式蝕刻而可獲得優異的錐度，同時源極/汲極配線材料之Mo單層膜與Mo/AlNd/Mo三層膜皆可形成優異的輪廓者。
本發明之另一目的，係提供一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之蝕刻組成物，其構成薄膜電晶體液晶顯示裝置之TFT係使用同一組成物之閘極配線材料之Mo/AlNd雙層膜或Mo/AlNd/Mo三層膜與源極/汲極配線材料之Mo單層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜皆適用而達到優異的蝕刻效果，藉此增大裝備之效率及可節省成本者。
本發明之另一目的，係提供一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之蝕刻組成物，即使在濕式蝕刻後不追加實施乾式蝕刻，僅以濕式蝕刻之閘極配線材料之Mo/AlNd雙層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜與源極/汲極配線材料之Mo單層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜皆適用而達到優異的蝕刻效果，藉此可將製程單純化、節省成本及有效提昇生產量者。
為解決上述課題，本發明係提供一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之蝕刻組成物，其特徵在於包含有：(a)磷酸50重量%至80重量%；(b)硝酸2重量%至15重量%；(c)乙酸3重量%至20重量%；(d)鋰系化合物0.05重量%至3重量%； (e)磷酸鹽系化合物0.1重量%至5重量%；及(f)剩餘比例之水。
又，本發明係提供一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之製造方法，係利用前述蝕刻組成物，進行蝕刻之步驟者。
根據本發明，即使濕式蝕刻後，不追加實施乾式蝕刻，使用同一組成物而僅以濕式製程所構成薄膜電晶體液晶顯示裝置TFT之閘極配線材料之Mo/AlNd雙層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜使下部之AlNd膜層或Mo膜層無底切現象而可獲得優異的錐度，因此在後續製程時可防止在傾斜面之斷線，同時亦可防止源極/汲極配線材料之Mo單層膜之逆錐度現象，並可防止上/下層短路，而有可形成角度40~80°之優異輪廓之長處。又，使用同一組成物之閘極配線材料之Mo/AlNd雙層膜與Mo/AlNd/Mo三層膜、源極/汲極配線材料之Mo單層膜皆適用，因此有將製程單純化、增大裝備之效率及可節省成本的效果。
 較佳實施例之詳細說明
以下，詳細說明本發明。
本發明之薄膜電晶體液晶顯示裝置之蝕刻組成物係包含：a)磷酸、b)硝酸、c)乙酸、d)鋰系化合物、e)磷酸鹽系化合物、及f)水。
本發明所使用之前述磷酸、硝酸、乙酸、及水係使用可作為半導體製程用之純度物質為佳，亦可使用市售之販之物質或使用依熟知該領域之業者所公知之方法精製之工 業用等級之物質。
本發明所使用之前述a)之磷酸係作用於分解氧化鋁(Al2 O3 )，如此之現象係依照下述反應式1之反應機構。
〔反應式1〕Al2 O3 +2H3 PO4 →2Al(PO4 )+3H2 O
前述磷酸係佔蝕刻組成物之50重量%至80重量%者為佳，更以佔62重量%至75重量%者為較佳。該含量在前述範圍內的情況下，係硝酸與鋁反應形成之氧化鋁(Al2 O3 )之蝕刻速度變快，而有提昇生產量之效果。
本發明所使用之前述b)之硝酸與鋁反應形成氧化鋁(Al2 O3 )之作用，此之現象係依照下述反應式2之反應機構。
〔反應式2〕4Al+2HNO3 →2Al2 O3 +N2 +H2
前述硝酸佔蝕刻組成物之2重量%至15重量%者為佳，更以佔2.5重量%至8重量%者為較佳。該含量在前述範圍內的情況下，係上部膜層之Mo膜及下部膜層之AlNd膜可有效地調節金屬膜與其他層之間的選擇比。特別是，前述硝酸未滿2重量%的情況下，係Mo/AlNd雙層膜與Mo/AlNd/Mo三層膜產生底切現象這樣的問題點；超過15重量%的情況下，則產生PR侵蝕(PR attack)這樣的問題點。
本發明所使用之前述c)之乙酸係於調節反應速度之緩衝劑。
前述乙酸係佔蝕刻組成物之3重量%至20重量%者為佳，更以佔6重量%至15重量%者為較佳。該含量在前述範 圍內的情況下係適當地調節反應速度來提昇蝕刻速度，藉此可有提昇生產量這樣的效果。
本發明所使用之前述d)之鋰系化合物係可提昇Mo單層膜、Mo/AlNd雙層膜、及Mo/AlNd/Mo三層膜之輪廓。
前述鋰系化合物係可使用LiNO3 、CH3 COOLi、C4 H5 O3 Li、LiCl、LiF、LiI、C2 HLiO4 、LiClO4 、Li2 O2 、Li2 SO4 、LiH2 PO4 、或Li3 PO4 等，特別是使用LiNO3 或CH3 COOLi者為佳。
前述鋰系化合物係佔蝕刻組成物之0.05重量%至3重量%者為佳，更以佔0.1重量%至2重量%者為較佳。該含量在未滿0.05重量%的情況下係產生在Mo單層膜有逆錐度及凸肩(shoulder)現象，而有閘極配線材料之Mo/AlNd雙層膜與Mo/AlNd/Mo三層膜中AlNd產生底切現象這樣的問題點，超過3重量%的情況下係Mo單層膜之蝕刻速度變慢，而有在Mo/AlNd雙層膜與Mo/AlNd/Mo三層膜產生階梯型輪廓這樣的問題點。
本發明所使用之前述e)之磷酸鹽系化合物係促進分解由硝酸所氧化而成之氧化鋁，如此之現象係依照下述反應式3之反應機構。
〔反應式3〕2Al2 O3 +4PO4 3- →4Al(PO4 )+3O2
前述磷酸鹽系化合物係使用可解離PO4 3- 之化合物為佳，具體而言可使用NaH2 PO4 、Na2 HPO4 、Na3 PO4 、NH4 H2 PO4 、(NH4 )2 HPO4 、(NH4 )3 PO4 、KH2 PO4 、K2 HPO4 、 K3 PO4 、Ca(H2 PO4 )2 、Ca2 HPO4 、及Ca3 PO4 等，特別是使用NH4 H2 PO4 或KH2 PO4 較佳。
前述磷酸鹽系化合物係佔蝕刻組成物之0.1重量%至5重量%者為佳，更以佔0.5重量%至3重量%者為較佳。該含量在前述範圍內的情況下，係Mo/AlNd雙層膜與Mo/AlNd/Mo三層膜中，下部膜層之AlNd無產生底切現象，同時有Mo單層膜亦可形成優異的輪廓這樣的長處。
本發明所使用之前述f)之水係佔剩餘比例之蝕刻組成物，分解硝酸與鋁反應生成之氧化鋁(Al2 O3 )，並達到稀釋蝕刻組成物之作用。
前述水係使用透過剩餘量之離子交換樹脂過濾之純水者為佳，特別是使用比電阻為18MΩcm以上之超純水者為較佳。
又，本發明係提供一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之製造方法，係利用前述蝕刻組成物，進行蝕刻之步驟者。本發明之薄膜電晶體液晶顯示裝置之製造方法以利用如前述之蝕刻組成物，可適用在蝕刻製程前後薄膜電晶體液晶顯示裝置之製造方法，當然亦可適用在一般之製程。
本發明之薄膜電晶體液晶顯示裝置之製造方法係使用包含如前述成分之本發明之蝕刻組成物，在濕式蝕刻後，不追加實施乾式蝕刻，使用同一組成物而僅以濕式製程所構成薄膜電晶體液晶顯示裝置TFT之閘極配線材料之Mo/AlNd雙層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜使下部之AlNd膜層或Mo膜層無底切現象而可獲得優異的錐度，因此在後續製 程時可防止在傾斜面之斷線，同時亦可防止源極/汲極配線材料之Mo單層膜之逆錐度現象，並可防止上/下層短路，而有可形成如第1圖所示角度為40~70°之優異輪廓之長處。又，使用同一組成物之閘極配線材料之Mo/AlNd雙層膜與Mo/AlNd/Mo三層膜、源極/汲極配線材料之Mo單層膜皆適用，因此有將製程單純化、增大裝備之效率及可節省成本的效果。
以下、提出為理解本發明之較佳實施形態，惟以下所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍。
實施例1
磷酸68重量%、硝酸4重量%、乙酸13重量%、LiNO3 1.0重量%、KH2 PO4 1.5重量%、剩餘比例之水均勻混合製造蝕刻組成物。
前述所製造之蝕刻組成物應用在Mo單層膜之結果，如第1圖所示，輪廓之角度為40~70°，可確認是優異的。
又，前述製造之蝕刻組成物用於Mo/AlNd雙層膜之結果，如第2圖所示，確實無底切現象形而可成優異的輪廓。
又，前述製造之蝕刻組成物用於Mo/AlNd/Mo三層膜之結果，如第3圖所示，確實無底切現象形而可成優異的輪廓。
比較例1~4
相較於前述實施例1中，比較例除使用下述表1所示成分與組成比例之外，與前述實施例1以同様的方法實施製造蝕刻組成物。下述表1中單位為重量%。
前述實施例1、及比較例1至4中所製造之蝕刻組成物之性能係根據如下述方法實施，其結果以第1圖至第7圖、及下述表2表示。
首先，玻璃基板上藉濺射形成Mo單層膜、Mo/AlNd雙層膜、及Mo/AlNd/Mo三層膜後，依據塗佈光阻顯像形成圖案之試片對前述實施例1、及比較例1乃至4中所製造之蝕刻組成物進行噴灑蝕刻處理。蝕刻後，對截面以掃描電子顯微鏡(SEM、S-4200、日立公司)觀察進而評價蝕刻組成物之性能。
如前述表2所示，根據本發明所製造之實施例1之蝕刻 組成物係與比較例1至4比較，可確認Mo單層膜、Mo/AlNd雙層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜皆產生優異的蝕刻效果。
又，蝕刻截面之掃描顯微鏡相片係如第1圖至第3圖所示，根據本發明所製造之實施例1之蝕刻組成物係如第2圖及第3圖所示，閘極配線材料之Mo/AlNd雙層膜與Mo/AlNd/Mo三層膜無產生底切現象，同時如第1圖所示，可確認源極/汲極配線材料之Mo單層膜亦形成優異的輪廓。
另一方面、磷酸含量未滿50重量%之比較例1、硝酸含量未滿2重量%之比較例2的情況下，係如第4圖及第5圖所示，Mo/AlNd雙層膜產生底切現象，Mo/AlNd/Mo三層膜中，係下部膜層之Mo產生拖尾(tailing)現象。又，鋰系化合物含量未滿0.05重量%之比較例3的情況下，係如第6圖所示，Mo單層膜產生凸肩而形成不良的輪廓，且Mo/AlNd雙層膜產生底切現象。除此之外，磷酸鹽系化合物含量使用未滿0.1重量%之比較例4的情況下，係如第7圖所示，Mo/AlNd雙層膜與Mo/AlNd/Mo三層膜產生底切現象，Mo單層膜產生凸肩而形成不良的輪廓。
由此結果可知，根據本發明所利用之蝕刻組成物相較於以往所利用之蝕刻組成物，本發明形成優異的階梯覆蓋率。
第1圖係顯示依本發明之一實施態樣所製造之蝕刻組成物，適用於Mo單層膜的輪廓相片。
第2圖係顯示依本發明之一實施態樣所製造之蝕刻組 成物，適用於Mo/AlNd雙層膜的輪廓相片。
第3圖係顯示依本發明之一實施態樣所製造之蝕刻組成物，適用於Mo/AlNd/Mo三層膜的輪廓相片。
第4圖係顯示使用較少磷酸之比較例之蝕刻組成物，適用於Mo/AlNd雙層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜的輪廓相片。
第5圖係顯示使用較少硝酸之比較例之蝕刻組成物，適用於Mo/AlNd雙層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜的輪廓相片。
第6圖係顯示使用較少鋰系化合物之比較例之蝕刻組成物，適用於Mo/AlNd雙層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜的輪廓相片。
第7圖係顯示使用較少磷酸鹽系化合物之比較例之蝕刻組成物，適用於Mo/AlNd雙層膜及Mo/AlNd/Mo三層膜的輪廓相片。

Claims (4)

  1. 一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之Mo/AlNd/Mo三層膜蝕刻組成物，且該Mo/AlNd/Mo三層膜係閘極(gate)配線材，該蝕刻組成物之特徵在於包含有：(a)磷酸50重量%至80重量%；(b)硝酸2重量%至15重量%；(c)乙酸3重量%至20重量%；(d)選自於由LiNO3 、CH3 COOLi、C4 H5 O3 Li、LiCl、LiF、LiI、C2 HLiO4 、LiClO4 、Li2 O2 、Li2 SO4 、LiH2 PO4 、及Li3 PO4 所構成之群之1種以上鋰系化合物0.05重量%至3重量%；(e)磷酸鹽系化合物0.1重量%至5重量%；及(f)剩餘比例之水。
  2. 一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之Mo單層膜蝕刻組成物，且該Mo單層膜係源極/汲極配線材，該蝕刻組成物之特徵在於包含有：(a)磷酸50重量%至80重量%；(b)硝酸2重量%至15重量%；(c)乙酸3重量%至20重量%；(d)選自於由LiNO3 、CH3 COOLi、C4 H5 O3 Li、LiCl、LiF、LiI、C2 HLiO4 、LiClO4 、Li2 O2 、Li2 SO4 、LiH2 PO4 、及Li3 PO4 所構成之群之1種以上鋰系化合物0.05重量%至3重量%；(e)磷酸鹽系化合物0.1重量%至5重量%；及 (f)剩餘比例之水。
  3. 如申請專利範圍第1項之薄膜電晶體液晶顯示裝置之Mo/AlNd/Mo三層膜蝕刻組成物，其中前述(e)磷酸鹽系化合物係選自於由NaH2 PO4 、Na2 HPO4 、Na3 PO4 、NH4 H2 PO4 、(NH4 )2 HPO4 、(NH4 )3 PO4 、KH2 PO4 、K2 HPO4 、K3 PO4 、Ca(H2 PO4 )2 、Ca2 HPO4 、及Ca3 PO4 所構成之群之1種以上者。
  4. 一種薄膜電晶體液晶顯示裝置之製造方法，其特徵在於包含有使用如申請專利範圍第1或25項之蝕刻組成物，來進行蝕刻之步驟者。
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