TWI514479B

TWI514479B - 用以製造液晶顯示裝置用之陣列基板的方法及銅系金屬層用之蝕刻劑組成物

Info

Publication number: TWI514479B
Application number: TW099125579A
Authority: TW
Inventors: Suk Lee; Yong-Suk Choi; Young-Jin Yoon; Woo-Ram Lee
Original assignee: Dongwoo Fine Chem Co Ltd
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2015-12-21
Also published as: TW201207951A

Description

用以製造液晶顯示裝置用之陣列基板的方法及銅系金屬層用之蝕刻劑組成物

本發明關於一種製造液晶顯示裝置用之陣列基板的方法。

在半導體裝置之基板上形成金屬配線係包括形成金屬層，塗佈光阻，實行曝光與顯影使得在選擇性區域上形成光阻，及實行蝕刻。又形成金屬配線包括在個別程序前後進行清潔程序。蝕刻程序係使用光阻作為光罩使得在選擇性區域上形成金屬層而進行，及蝕刻程序一般包括使用電漿之乾式蝕刻、或使用蝕刻劑組成物之濕式蝕刻。

在此等半導體裝置中，金屬配線之電阻近來被視為重要的。因為在誘發RC信號延遲時電阻為主要因素。特定言之，在薄膜電晶體-液晶顯示裝置(TFT-LCD)之情形，已發展相關技術以增加面板之大小及達成高解析度。因此為了達成增加TFT-LCD之大小所必要之RC信號延遲減小，必須發展具有低電阻之材料。習知上主要使用鉻(Cr，電阻率：12.7×10^-8 歐姆米)、鉬(Mo，電阻率：5×10^-8 歐姆米)、鋁(Al，電阻率：2.65×10^-8 歐姆米)、及彼等合金，但是其實際上難以用於大型TFT-LCD之閘極及資料配線。

因而本發明意圖提供一種銅(Cu)系金屬層用之蝕刻劑組成物，其中在蝕刻Cu系金屬層時形成具有高線性之尖錐外形，而且無蝕刻殘渣。

又本發明意圖提供一種銅(Cu)系金屬層用之蝕刻劑組成物，其使閘極、閘配線、源極/汲極、與資料配線一起蝕刻。

又本發明意圖提供一種蝕刻Cu系金屬層之方法、及一種製造液晶顯示裝置用之陣列基板的方法，彼等使用以上之蝕刻劑組成物。

本發明之一個實施形態提供一種製造液晶顯示裝置用之陣列基板的方法，其包含1)使用蝕刻劑組成物蝕刻配置在基板上之Cu系金屬層，因此形成閘極；2)形成使閘極絕緣之閘極絕緣層；3)在閘極絕緣層上形成半導體層；4)形成使半導體層絕緣之絕緣層；5)在使半導體層絕緣之絕緣層上形成銅系金屬層，而且使用蝕刻劑組成物蝕刻銅系金屬層，因此形成源極/汲極；及6)形成電連接汲極之像素電極，其中1)及5)之蝕刻劑組成物按組成物之總重量計係包含a) 5~25重量%之過氧化氫(H₂ O₂ )；b) 0.1~5重量%之硫酸；c) 0.01~1.0重量%之含氟(F)化合物；d) 0.1~5重量%之唑化合物；e) 0.1~5重量%之咪唑化合物；及f)其餘為水。

本發明之另一個實施形態提供一種蝕刻Cu系金屬層之方法，其包含A)在基板上形成Cu系金屬層；B)在Cu系金屬層上選擇性地配置光反應性材料；及C)使用蝕刻劑組成物蝕刻Cu系金屬層，其中蝕刻劑組成物按組成物之總重量計係包含a) 5~25重量%之過氧化氫(H₂ O₂ )；b) 0.1~5重量%之硫酸；c) 0.01~1.0重量%之含F化合物；d) 0.1~5重量%之唑化合物；e) 0.1~5重量%之咪唑化合物；及f)其餘為水。

本發明之一個進一步實施形態提供一種Cu系金屬層用之蝕刻劑組成物，其按組成物之總重量計係包含a) 5~25重量%之過氧化氫(H₂ O₂ )；b) 0.1~5重量%之硫酸；c) 0.01~1.0重量%之含F化合物；d) 0.1~5重量%之唑化合物；e) 0.1~5重量%之咪唑化合物；及f)其餘為水。

以下為本發明之詳細說明。

本發明提供一種Cu系金屬層用之蝕刻劑組成物，其按組成物之總重量計係包含a) 5~25重量%之過氧化氫(H₂ O₂ )；b) 0.1~5重量%之硫酸；c) 0.01~1.0重量%之含F化合物；d) 0.1~5重量%之唑化合物；e) 0.1~5重量%之咪唑化合物；及f)其餘為水。

在本發明中，Cu系金屬層(其中含Cu)可具有單層結構、或包含雙層之多層結構等，而且其實施例包括Cu或Cu合金之單層、及其多層(如Cu-Mo層或Cu-Mo合金層)。Cu-Mo層包括Mo層與形成於Mo層上之Cu層，及Cu-Mo合金層包括Mo合金層與形成於Mo合金層上之Cu層。此外Mo合金層係由Mo及選自由鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、釹(Nd)、與銦(In)所構成群組之一或多者所組成。

在依照本發明之蝕刻劑組成物中，a)過氧化氫(H₂ O₂ )為用以蝕刻Cu系金屬層之主要成分。a)過氧化氫(H₂ O₂ )係以按組成物之總重量計為5~25重量%，而且較佳為10~20重量%之量使用。如果其量小於以上範圍之下限，則無法蝕刻Cu系金屬層或者蝕刻速率可能太慢。相反地，如果其量超過以上範圍之上限，則總蝕刻速率可能變快，使其難以控制程序。

在依照本發明之蝕刻劑組成物中，b)硫酸之功能為調整蝕刻劑組成物之pH以形成適合蝕刻Cu系金屬層之條件，亦降低蝕刻劑組成物之pH以抑制過氧化氫之分解。b)硫酸係以按組成物之總重量計為0.1~5重量%，而且較佳為0.5~3重量%之量使用。如果其量小於以上範圍之下限，則調整pH之能力可能不足，因此Cu蝕刻速率可能太慢，同時可能加速過氧化氫之分解。相反地，如果其量超過以上範圍之上限，則Cu蝕刻速率可能變快。如果應用依照本發明之蝕刻劑組成物於Cu-Mo層或Cu-Mo合金層，則Mo或Mo合金蝕刻速率可能降低，因此CD損失可能增加。此外產生Mo或Mo合金殘渣之機率可能增加。

在依照本發明之蝕刻劑組成物中，c)含F化合物為在水中解離而產生F離子之化合物。c)含F化合物之功能為自蝕刻Cu-Mo層或Cu-Mo合金層之蝕刻劑去除無可避免地產生之蝕刻殘渣。c)含F化合物係以按組成物之總重量計為0.01~1.0重量%，而且較佳為0.1~0.5重量%之量使用。如果其量小於以上範圍之下限，則可能生成蝕刻殘渣。相反地，如果其量超過以上範圍之上限，則蝕刻玻璃基板之速率可能增加。

c)含F化合物可包括任何用於此技藝之材料而無限制，只要其在溶液中時解離成為F離子或多原子F離子，而且可包括選自由氟化銨(NH₄ F)、氟化鈉(NaF)、氟化鉀(KF)、氫氟化銨(NH₄ FHF)、氫氟化鈉(NaFHF)、與氫氟化鉀(KFHF)所構成群組之一或多者。

在依照本發明之蝕刻劑組成物中，d)唑化合物之功能為調整蝕刻Cu層或Cu合金層之速率，及降低圖案之CD損失，如此增加程序餘裕(process margin)。d)唑化合物係以按組成物之總重量計為0.1~5重量%，而且較佳為0.5~3重量%之量使用。如果其量小於以上範圍之下限，則蝕刻速率可能增加，因此可能產生太多之CD損失。相反地，如果其量超過以上範圍之上限，則Cu蝕刻速率可能降低且Mo層或Mo合金層蝕刻速率可能增加，因此可能過度蝕刻Mo或Mo合金層而不欲地造成底切。

d)唑化合物可包括選自由胺基四唑、苯并三唑、甲苯基三唑、吡唑、與吡咯所構成群組之一或多者。

在依照本發明之蝕刻劑組成物中，e)咪唑化合物之功能為在蝕刻Cu時螯合(chelate) Cu表面，使得Cu基板之全部表面被均勻地蝕刻及調整Cu蝕刻速率。e)咪唑化合物係以按組成物之總重量計為0.1~5重量%，而且較佳為1~4重量%之量使用。如果其量小於以上範圍之下限，則可能無法如此均勻地蝕刻Cu且CD損失可能不均勻，及Cu蝕刻速率可能太快。相反地，如果其量超過以上範圍之上限，則Cu蝕刻速率可能降低，及Mo或Mo合金層蝕刻速率可能增加，因此若將其應用於Cu-Mo層或Cu-Mo合金層，尖錐角度可能增加。

e)咪唑化合物可包括選自由咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2-胺基咪唑、4-甲基咪唑、4-乙基咪唑、與4-丙基咪唑所構成群組之一或多者。

在依照本發明之蝕刻劑組成物中，f)水為其餘之量，及其種類並未特別地限制但較佳為去離子水。特別有用為具有18百萬歐姆/公分或更大之電阻率(其為自水去除離子之程度)的去離子水。

此外依照本發明之蝕刻劑組成物不包含羧酸與磷酸鹽。磷酸鹽具有鹼性陽離子，因此其功能為增加pH。因此依照本發明之蝕刻劑組成物不含有此磷酸鹽。

依照本發明之蝕刻劑組成物可進一步包含界面活性劑。界面活性劑之功能為降低表面張力以增加蝕刻均勻性。界面活性劑並未特別地限制，只要其耐依照本發明之蝕刻劑組成物且具有相容性，但是其可包括選自由陰離子性界面活性劑、陽離子性界面活性劑、兩性界面活性劑、非離子性界面活性劑、與多元醇界面活性劑所構成群組之一或多者。

除了以上之成分，組成物可進一步包含典型添加劑，其實施例包括螯隔劑(sequestering agent)、抗腐蝕劑等。

用於本發明之a)過氧化氫(H₂ O₂ )，b)硫酸，c)含F化合物，d)唑化合物，及e)咪唑化合物可使用一般已知方法製備，而且較佳為適用於半導體程序之純度。

依照本發明之Cu系金屬層用之蝕刻劑組成物可使液晶顯示裝置之由Cu系金屬製成之閘極、閘配線、源極/汲極、與資料配線全部一起蝕刻。

另外本發明提供一種蝕刻Cu系金屬層之方法，其包含A)在基板上形成Cu系金屬層；B)在Cu系金屬層上選擇性地形成光反應性材料；及C)使用依照本發明之蝕刻劑組成物蝕刻Cu系金屬層。

在依照本發明之蝕刻方法中，光反應性材料可為典型光阻，及可使用典型曝光與顯影而選擇性地形成。

另外本發明提供一種製造液晶顯示裝置用之陣列基板的方法，其包含1)使用蝕刻劑組成物蝕刻配置在基板上之Cu系金屬層，因此形成閘極；2)形成使閘極絕緣之閘極絕緣層；3)在閘極絕緣層上形成半導體層；4)形成使半導體層絕緣之絕緣層；5)在使半導體層絕緣之絕緣層上形成銅系金屬層，而且使用蝕刻劑組成物蝕刻銅系金屬層，如此形成源極/汲極；及6)形成電連接汲極之像素電極，其中用於1)及5)之蝕刻劑組成物為依照本發明之蝕刻劑組成物。

液晶顯示裝置用之陣列基板可為TFT陣列基板。

經由以下敘述以例證但不視為限制本發明之實施例可較佳地了解本發明。

實施例1至6、比較例1與2：Cu系金屬層用之蝕刻劑組成物之製備

依照以下表1所示之成分製備實施例1至6之蝕刻劑組成物。

測試例：蝕刻劑組成物之性質評估

使用實施例1至6之蝕刻劑組成物實行Cu系金屬層(Cu單層與Cu/Mo-Ti雙層)之蝕刻。在蝕刻時，設定蝕刻劑組成物之溫度為約30℃，但是其可依照其他之程序條件及因素而適當地改變。此外雖然蝕刻時間可依照蝕刻溫度而改變，其通常設為約30~180秒。在蝕刻程序中使用SEM(S-4700，得自Hitachi)觀察經蝕刻Cu系金屬層之橫切面外形。結果示於以下表2。

如表2所示，使用實施例1至6之蝕刻劑組成物的Cu系金屬層之蝕刻速率為適當的。此外如第1及2圖所示，使用實施例1之蝕刻劑組成物蝕刻的Cu系金屬層出現良好之蝕刻外形。此外如第3圖所示，在使用實施例1之蝕刻劑組成物蝕刻Cu層時並無蝕刻殘渣。

然而如第4圖所示，在使用無唑化合物之比較例1之蝕刻劑組成物蝕刻時，過度蝕刻Cu層。如第5圖所示，在使用無咪唑化合物之比較例2的情形，在下層界面處可能發生Cu層之底切。在比較例1與2中未有效率地進行蝕刻，因此無法測量蝕刻速率。

因此依照本發明之蝕刻劑組成物因提供Cu系金屬層之優異尖錐外形、圖案線性、及合適之蝕刻速率而有利，而且特別是在蝕刻後未殘留蝕刻殘渣。

如前所述，本發明提供一種製造液晶顯示裝置用之陣列基板的方法。依照本發明，蝕刻劑組成物在蝕刻Cu系金屬層時可形成具有優異線性之尖錐外形。又若使用依照本發明之蝕刻劑組成物蝕刻Cu系金屬層則不產生蝕刻殘渣，因此防止發生電短路、配線不良或低光度。又若使用依照本發明之蝕刻劑組成物製造液晶顯示裝置用之陣列基板，則可大為簡化蝕刻程序且將程序良率最大化，因為可使閘極、閘配線、源極/汲極、與資料配線一起蝕刻。此外使用依照本發明之蝕刻劑組成物蝕刻具有低電阻之Cu或Cu合金配線，藉此製造一種具有達成大螢幕與高光度之電路且為環境友善的液晶顯示裝置用之陣列基板。

雖然為了例證之目的已揭示本發明之較佳具體實施例，熟悉此技藝者應了解，在背離在所附申請專利範圍揭示之本發明的範圍及精神下，可進行各種修飾、添加及取代。

由以上之詳細說明結合附圖將更明確地了解本發明之特點及優點，其中：第1圖為顯示使用依照本發明之實施例1的蝕刻劑組成物蝕刻之Cu/Mo-Ti雙層的橫切面之掃描式電子顯微鏡(SEM)影像；第2圖為顯示使用依照本發明之實施例1的蝕刻劑組成物蝕刻之Cu/Mo-Ti雙層的全部外形之SEM影像；第3圖為為了證實無蝕刻殘渣而顯示使用依照本發明之實施例1的蝕刻劑組成物蝕刻之Cu/Mo-Ti雙層的Cu配線附近表面之SEM影像；第4圖為顯示使用依照本發明之比較例1的蝕刻劑組成物蝕刻之Cu/Mo-Ti雙層的全部外形之SEM影像；及第5圖為顯示使用依照本發明之比較例2的蝕刻劑組成物蝕刻之Cu/Mo-Ti雙層的全部外形之SEM影像。

Claims

一種製造液晶顯示裝置用之陣列基板的方法，其包含：1)使用蝕刻劑組成物蝕刻配置在基板上之銅(Cu)系金屬層，因此形成閘極；2)形成使該閘極絕緣之閘極絕緣層；3)在該閘極絕緣層上形成半導體層；4)形成使該半導體層絕緣之絕緣層；5)在使該半導體層絕緣之該絕緣層上形成銅系金屬層，而且使用該蝕刻劑組成物蝕刻該銅系金屬層，因此形成源極/汲極；及6)形成電連接該汲極之像素電極，其中1)及5)之該蝕刻劑組成物按組成物之總重量計係包含a)5~25重量%之過氧化氫(H₂ O₂ )；b)0.1~5重量%之硫酸；c)0.01~1.0重量%之含氟化合物；d)0.1~5重量%之唑化合物；e)0.1~5重量%之咪唑化合物；及f)其餘為水，其中該蝕刻劑組成物不包含羧酸與磷酸鹽。
如申請專利範圍第1項之方法，其中該液晶顯示裝置用之陣列基板為薄膜電晶體(TFT)陣列基板。
一種蝕刻銅(Cu)系金屬層之方法，其包含：A)在基板上形成銅(Cu)系金屬層；B)在銅(Cu)系金屬層上選擇性地配置光反應性材料；及C)使用蝕刻劑組成物蝕刻該銅(Cu)系金屬層，其中該蝕刻劑組成物按組成物之總重量計係包含 a)5~25重量%之過氧化氫(H₂ O₂ )；b)0.1~5重量%之硫酸；c)0.01~1.0重量%之含氟(F)化合物；d)0.1~5重量%之唑化合物；e)0.1~5重量%之咪唑化合物；及f)其餘為水，其中該蝕刻劑組成物不包含羧酸與磷酸鹽。
一種銅(Cu)系金屬層用之蝕刻劑組成物，其按組成物之總重量計係包含：a)5~25重量%之過氧化氫(H₂ O₂ )；b)0.1~5重量%之硫酸；c)0.01~1.0重量%之含氟化合物；d)0.1~5重量%之唑化合物；e)0.1~5重量%之咪唑化合物；及f)其餘為水，其中該蝕刻劑組成物不包含羧酸與磷酸鹽。
如申請專利範圍第4項之蝕刻劑組成物，其中c)含氟化合物係包含選自由NH₄ FHF、KFHF、NaFHF、NH₄ F、KF、與NaF所構成群組之一或多者。
如申請專利範圍第4項之蝕刻劑組成物，其中d)唑化合物係包含選自由胺基四唑、苯并三唑、甲苯基三唑、吡唑、與吡咯所構成群組之一或多者。
如申請專利範圍第4項之蝕刻劑組成物，其中e)咪唑化合物係包含選自由咪唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2-胺基咪唑、4-甲基咪唑、4-乙基咪唑、與4-丙基咪唑所構成群組之一或多者。
如申請專利範圍第4項之蝕刻劑組成物，其中該銅系金屬層為單層之銅或銅合金、包含鉬層與形成於該鉬層上之銅層的銅-鉬層、或包含鉬合金層與形成於該鉬合金層上之銅層的銅-鉬合金層。