TWI542732B - 含銅及鈦之金屬層用蝕刻液組成物 - Google Patents

Description

含銅及鈦之金屬層用蝕刻液組成物

本發明係關於一種金屬層用蝕刻液組成物，該金屬層係包含銅及鈦，且其係用於半導體裝置及平板顯示裝置(具體而言為薄膜電晶體(TFT))之閘極配線、源極/汲極配線、閘極、及源極/汲極。

在半導體裝置及平板顯示裝置之基板上形成金屬線的製程一般包含以下之步驟：藉由濺射而形成金屬層；在選擇區域上將光阻圖案塗布、曝光及顯影；以及實施蝕刻。此外，其在各步驟前後實施蝕刻步驟。

蝕刻步驟係表示使用光阻做為光罩將金屬層圖案化之步驟，且通常包括使用電漿之乾式蝕刻步驟、或使用蝕刻液之濕式蝕刻步驟。

近年來，半導體裝置或平板顯示裝置中金屬線之電阻已成為主要之顧慮。由於電阻為造成RC信號延遲之主因，故在增加平板顯示裝置之面板尺寸及獲得高解析度顯示時非常重要。

為了如平板顯示裝置所需而降低RC信號延遲，其必須發展低電阻材料。先行技藝中主要使用之鉻(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)、及其合金係難以用於大型TFT LCD之閘極及資料互連。

在此情況下，成為新穎低電阻金屬層之銅層極受注目。其乃因為已知銅層之電阻顯著地低於鋁或鉻層，且無重大之環境問題。然而銅對於將光阻塗布及圖案化之步驟造成許多困難，且發現其不良地黏附於矽絕緣層。

因而現已研究克服低電阻銅單層之缺點的多金屬層，其中銅-鈦雙層特別受到注目。

然而，在蝕刻銅-鈦雙層之步驟中，因對各層應使用不同組成物之不同蝕刻液而有問題。具體而言，為了蝕刻含銅之金屬層，其主要使用過氧化氫系或過硫酸氫鉀系蝕刻液組成物。然而過氧化氫系蝕刻液組成物之缺點在於其會被分解且隨時間而不安定。又過硫酸氫鉀系蝕刻液組成物之缺點在於其蝕刻速率低且會隨時間而不安定。

本發明現已鑑於上述在先行技藝所發生的問題而完成，且本發明之一個目的為提供一種對含銅及鈦之金屬層可呈現優良的蝕刻特徵，且在老化時仍維持該蝕刻特徵之蝕刻液組成物。

為了達成以上之目的，本發明之一個態樣係提供一種含銅及鈦之金屬層用蝕刻液組成物，該蝕刻液組成物係包含過硫酸鹽、含氟化合物、無機酸、環狀胺化合物、含氯化合物、磷酸鹽、及水。

本發明之蝕刻液組成物較佳為包含按組成物總重量計為5~20重量%之過硫酸鹽、0.01~2重量%之含氟化合物、1~10重量%之無機酸、0.3~3重量%之環狀胺化合物、0.1~3重量%之含氯化合物、0.1~5重量%之磷酸鹽，及剩餘為水。

本發明之另一個態樣係提供一種製造半導體裝置或平板顯示裝置之方法，該方法係包含使用該蝕刻液組成物以蝕刻含銅及鈦之金屬層的步驟。

在本發明中，平板顯示裝置可為薄膜電晶體(TFT)矩陣基板。

以下，將進一步詳述本發明。

本發明係關於一種含銅及鈦之金屬層用蝕刻液組成物，該蝕刻液組成物係包含過硫酸鹽、含氟化合物、無機酸、環狀胺化合物、含氯化合物、磷酸鹽、及水。

在本發明中，含銅及鈦之金屬層為例如含銅系金屬層及鈦系金屬層之多層。銅系金屬層係表示銅層或銅合金層，及其實施例係包括CuN層、CuO層與Cu-Al合金層。鈦系金屬層係表示鈦層或鈦合金層，及其實施例係包括Ti層與Mo-Ti合金層。

含銅系金屬層及鈦系金屬層之多層的實施例係包括：包含銅系金屬層做為下層及鈦系金屬層做為上層之「鈦系金屬層/銅系金屬層」；包含銅系金屬層做為上層及鈦系金屬層做為下層之「銅系金屬層/鈦系金屬層」；及包含三層或以上之多層，其中將銅系金屬層及鈦系金屬層彼此沉積，如鈦系金屬層/銅系金屬層/鈦系金屬層、或銅系金屬層/鈦系金屬層/銅系金屬層。

此多層結構可考量以下而形成：用於上層或下層之材料、層間黏附性等。亦可將銅系金屬層與鈦系金屬層以各種方式但不限制其各厚度而彼此組合。例如銅系金屬層可比鈦系金屬層厚或薄。

同時，本發明之蝕刻液組成物因其不僅可蝕刻含銅及鈦之金屬層，亦可蝕刻用於像素電極之IZO或a-ITO而為有利。

本發明之蝕刻液組成物，其係包含過硫酸鹽、含氟化合物、無機酸、環狀胺化合物、含氯化合物、磷酸鹽、及水，可藉習知方法製備，且較佳為具有半導體處理級純度。

用於本發明之過硫酸鹽係做為用於蝕刻銅系金屬層的主要氧化劑。雖然過硫酸鹽並未特別地限制，其可為例如選自過硫酸銨(APS)、過硫酸鈉(SPS)、過硫酸鉀(PPS)等之一或兩者或以上的混合物。

過硫酸鹽較佳為含有按本發明組成物總重量計為5~20重量%，且更佳為7~18重量%之量。在過硫酸鹽係含有在以上範圍內之量時，其係蝕刻適量之銅系金屬層，且蝕刻外形亦優異。

如果過硫酸鹽係含有小於5重量%之量，則金屬層之蝕刻速率會降低而無法達成充分之蝕刻。另一方面，過硫酸鹽之含量超過20重量%則金屬層的蝕刻速率過快而難以控制蝕刻程度，結果可能會過度地蝕刻鈦層及銅層。

用於本發明之含氟化合物係做為用於蝕刻鈦系金屬層、IZO或a-ITO的主要成分。含氟化合物可為任何可解離成為氟離子或多原子氟離子之化合物。雖然含氟化合物並未特別地限制，但其可為例如選自氟化銨、氟化鈉、氟化鉀、氫氟化銨、氫氟化鈉、氫氟化鉀等之一或兩者或以上的混合物。

含氟化合物較佳為含有按組成物總重量計為0.01~2重量%，且更佳為0.05~1重量%之量。如果含氟化合物係含有小於0.01重量%之量，則鈦系金屬層之蝕刻速率會降低而造成殘渣，且如果其係含有超過2重量%之量，則會損壞基板(如玻璃)及含矽之絕緣層。

用於本發明之無機酸係用於將銅系金屬層氧化及蝕刻，及將鈦系金屬層氧化。雖然無機酸並未特別地限制，但其可為例如選自硝酸、硫酸、磷酸、過氯酸等之一或兩者或以上的混合物。

無機酸較佳為含有按本發明組成物總重量計為1~10重量%，且更佳為2~7重量%之量。如果無機酸之量小於1重量%，則金屬層之蝕刻速率會降低而造成不良之蝕刻外形及殘渣。如果無機酸之量超過10重量%則會發生過度蝕刻，且光阻會裂開而由於蝕刻液滲透造成電線短路。

用於本發明之環狀胺化合物係用於在蝕刻銅系金屬層時形成外形。雖然環狀胺化合物並未特別地限制，但較佳為唑化合物。例如可使用5-胺基四唑、甲苯基三唑、苯并三唑、甲基苯并三唑、咪唑等單獨或其兩者或以上的混合物。

環狀胺化合物較佳為含有按本發明組成物總重量計為0.3~3重量%，且更佳為0.5~2重量%之量。在環狀胺化合物係含有在以上範圍內之量時，其具有提供適當之銅蝕刻速率，形成合適之錐角，及控制側面蝕刻量的效果。

如果環狀胺化合物係含有小於0.3重量%之量，則銅層之蝕刻速率會增加而造成將銅層過度蝕刻，及如果其係含有超過3重量%之量，則銅蝕刻速率會降低而無法獲得所欲的蝕刻程度。

用於本發明之含氯化合物係做為蝕刻銅系金屬層之輔助氧化劑。含氯化合物可為任何可解離成為氯離子之化合物。例如含氯化合物可為選自氫氯酸(HCl)、氯化鈉(NaCl)、氯化鉀(KCl)、氯化銨(NH₄Cl)等之一或兩者或以上的混合物。

含氯化合物較佳為含有按本發明組成物總重量計為0.1~3重量%，且更佳為0.5~2重量%之量。在含氯化合物係含有在以上範圍內之量時，其具有更有效地形成錐角的效果。

在含氯化合物係含有小於0.1重量%之量時，錐角過低且錐面變粗，因而在後續步驟中出問題。另一方面，如果其係含有超過3重量%之量，則錐角過高而在後續步驟中造成不良的階段式覆蓋。

用於本發明之磷酸鹽係用於在老化期間持續地維持被蝕刻銅之錐角，因而形成良好之外形。雖然磷酸鹽並未特別地限制，但其可為例如選自磷酸銨、磷酸鈉、磷酸鉀等之一或兩者或以上的混合物。

磷酸鹽較佳為含有按本發明組成物總重量計為0.1~5重量%，且更佳為0.5~3重量%之量。在磷酸鹽係含有在以上範圍內之量時，其可有效地防止在老化時由於金屬溶解所造成的錐角變化，如此可獲得連續而良好之蝕刻外形。

如果磷酸鹽係含有小於0.1重量%之量，則由於金屬溶解所造成的錐角變化顯著且蝕刻量亦改變，及如果其係含有超過5重量%之量，則鈦之蝕刻速率非常緩慢而造成長鈦尾或無法將其蝕刻的問題。

用於本發明之水為去離子水。水為半導體處理用水，且較佳為電阻率為18百萬歐姆/公分或更高之水。所含有的水量係使本發明組成物之總重量變成100重量%之量。

除了上述成分，本發明之蝕刻液組成物亦可進一步包含選自蝕刻控制劑、界面活性劑、金屬離子螯合劑、抗腐蝕劑等之一者或以上的添加劑。

本發明亦關於一種製造半導體裝置或平板顯示裝置之方法，該方法係包含使用上述蝕刻液組成物以蝕刻含銅及鈦之金屬層。平板顯示裝置在此可為薄膜電晶體(TFT)矩陣基板。

以下參考實施例而進一步詳述本發明，但是本發明之範圍不受這些實施例限制。

實施例1及比較例1：蝕刻液組成物之製備依照以下表1所示之成分及含量而製備180公斤之各蝕刻液組成物。

測試例：蝕刻液組成物性質之製備

將矽層(SiNx層)沉積在玻璃基板上，且將銅層及鈦層依序沉積在矽層上，藉此形成銅/鈦雙層。將光阻按預定圖案塗布於鈦層，且將所生成的基板切割成550 x 650毫米之大小，藉此製備測試樣品。

＜蝕刻性質之評估＞

將實施例1及比較例1之各蝕刻液組成物引入噴灑型蝕刻系統(得自SEMES之ETCHER(TFT)型)中，然後設定在25℃之溫度且加溫。在溫度已到達30±0.1℃之後進行蝕刻步驟。將總蝕刻時間設為EPD之40%。將測試樣品置於系統中且以該組成物噴灑。在蝕刻結束後將測試樣品從系統取出，以去離子水清洗，及使用熱風乾燥機乾燥，然後使用PR剝離劑將光阻(PR)移除。在蝕刻及乾燥之後，使用掃描電子顯微鏡(SEM)(得自HITACHI之S-4700型)評估蝕刻性質。

＜老化時蝕刻性質之評估＞

使用實施例1及比較例1之各蝕刻液組成物實施參考性蝕刻，然後加入4,000 ppm之銅粉且完全地溶於在參考性蝕刻後殘留的各組成物中。然後使用各組成物實施蝕刻測試，及將錐角偏離40°~60°之情形評估為不良。

評估結果係示於以下表2。

[蝕刻性質評估準則]

◎：非常優良(CD歪斜：≦1微米，錐角：40°~60°)

O：優良(CD歪斜：≦1.5微米，錐角：30°~60°)

Δ：良好(CD歪斜：≦2微米，錐角：30°~60°)

X：不良(損失金屬層且產生殘渣)

[老化時蝕刻性質評估準則]

◎：非常優良(錐角係維持在40°~60°之範圍)

X：不良(錐角偏離40°~60°之範圍)

由以上表2可知，依照本發明實施例1之組成物顯示優良的蝕刻性質，且蝕刻性質在老化時不變，而在比較例之組成物的情形，錐角改變且在老化時無法保持固定。

如上所述，本發明之蝕刻液組成物可濕式蝕刻含銅及鈦之金屬層，例如具有銅(Cu)/鈦(Ti)結構之雙層，如此簡化蝕刻步驟且改良生產力。

本發明之蝕刻液組成物亦可呈現快速之蝕刻速率且可均勻地蝕刻，如此呈現優良的蝕刻性質。另外，本發明之蝕刻液組成物可有效地防止錐角由於老化時金屬溶解所造成的蝕刻液中金屬離子濃度增加而改變，因而維持固定之外形。

此外，本發明之蝕刻液組成物不損壞設備，在蝕刻時不需要昂貴的設備，且可有利地應用於大型顯示面板，如此提供非常大之經濟利益。

此外，除了含銅及鈦之金屬層之外，本發明之蝕刻液組成物可蝕刻用於像素電極之IZO或a-ITO。又在將含銅及鈦之金屬層用於源極/汲極及將IZO或a-ITO用於像素電極的情形，本發明之蝕刻液組成物可一併蝕刻源極/汲極及像素電極。

另外，本發明之蝕刻液組成物不必含有過氧化氫及/或過硫酸氫鉀即可對銅獲得快速之蝕刻速率。

雖然為了例證目的而揭示本發明之各種態樣及具體實施例，但熟悉此技藝者應了解，各種修改、添加及取代為可行的，而不背離在所附申請專利範圍中所揭示的本發明之範圍及精神。

Claims (12)

1. 一種含銅及鈦之金屬層用蝕刻液組成物，其係包括按組成物總重量計為5~20重量%之過硫酸鹽、0.01~2重量%之含氟化合物、1~10重量%之無機酸、0.3~3重量%之環狀胺化合物、0.1~3重量%之含氯化合物、0.1~5重量%之磷酸鹽、及剩餘為水，其中該含氯化合物係選自由氯化鈉、氯化鉀、與氯化銨所組成的群組之至少一者，且該蝕刻液組成物不含過氧化氫。
2. 如申請專利範圍第1項之蝕刻液組成物，其中過硫酸鹽係選自由過硫酸銨、過硫酸鈉與過硫酸鉀所組成的群組之至少一者。
3. 如申請專利範圍第1項之蝕刻液組成物，其中含氟化合物係選自由氟化銨、氟化鈉、氟化鉀、氫氟化銨、氫氟化鈉、與氫氟化鉀所組成的群組之至少一者。
4. 如申請專利範圍第1項之蝕刻液組成物，其中無機酸係選自由硝酸、硫酸、磷酸、與過氯酸所組成的群組之至少一者。
5. 如申請專利範圍第1項之蝕刻液組成物，其中環狀胺化合物為唑化合物。
6. 如申請專利範圍第1項之蝕刻液組成物，其中環狀胺化合物係選自由5-胺基四唑、甲苯基三唑、苯并三唑、甲基苯并三唑、與咪唑所組成的群組之至少一者。
7. 如申請專利範圍第1項之蝕刻液組成物，其中磷酸鹽係選自由磷酸銨、磷酸鈉與磷酸鉀所組成的群組之至少一者。
8. 如申請專利範圍第1項之蝕刻液組成物，其中該金屬層為含銅系金屬層及鈦系金屬層之多層。
9. 如申請專利範圍第8項之蝕刻液組成物，其中該銅系金屬層 為銅層或銅合金層，及該鈦系金屬層為鈦層或鈦合金層。
10. 一種製造半導體裝置之方法，其係包括使用如申請專利範圍第1項之蝕刻液組成物以蝕刻含銅及鈦之金屬層的步驟。
11. 一種製造平板顯示裝置之方法，其係包括使用如申請專利範圍第1項之蝕刻液組成物以蝕刻含銅及鈦之金屬層的步驟。
12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該平板顯示裝置為薄膜電晶體(TFT)矩陣基板。