CN103160831A - 用于形成金属线的蚀刻液组合物及制造薄膜晶体管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蚀刻液组合物，所述蚀刻液组合物能同时蚀刻包括IZO透明导电层、铝和铝合金层(称为铝基金属层)以及钼和钼合金(称为钼基金属层)的多层，该多层用作像素电极、栅极、源极和漏极的线。另外还提供了一种利用所述蚀刻液组合物制造薄膜晶体管的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请请求2011年12月15日递交的韩国专利申请第10-2011-0135864号的权益，该专利申请全文通过引用方式并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种适用于在制造半导体器件时湿蚀刻金属层的蚀刻液组合物以及一种制造薄膜晶体管的方法，更具体地，涉及通过提高对不同In基透明导电层的蚀刻选择性，用于同时蚀刻包括In基透明导电层、Al基金属层及Mo基金属层的多层的蚀刻液组合物，该多层用于形成平板显示器的像素电极、栅极、源极和漏极，并且涉及一种利用所述蚀刻液制造薄膜晶体管的方法。
背景技术
为了实现通过平板显示器显示图像，在TFT(薄膜晶体管)阵列中使用透明像素电极、栅极、源极和漏极。通常，像素电极包括主要由In组成的透明导电层，而栅极、源极和漏极可包括主要由Cr、Cu、Mo、Ti、Al等组成的单层或多层。
随着近来生产过程的简化以提高生产率，正在开发共有四层的栅极线，所述四层包括：由沉积在最下层位置的氧化铟锡(ITO或无定形ITO)构成的In基透明导电层、沉积在In基透明导电层上的包括Mo基金属上层和Mo基金属下层及介于Mo基金属上层和Mo基金属下层之间的Al基金属层的三层。此外，新开发了共有四层的数据线，所述四层包括：利用In作为主要成分沉积为上层的氧化铟锌(IZO)薄层、位于氧化铟锌薄层下面包括Mo基金属上层和Mo基金属下层及介于Mo基金属上层和Mo基金属下层之间的Al基金属层的三层。为了蚀刻栅极线，最下层ITO薄层不被刻蚀，而仅形成在最下层上的三层(Mo基金属上层和Mo基金属下层及位于Mo基金属上层和Mo基金属下层之间的Al基金属层)必须选择性地同时被刻蚀。另一方面，在数据线的情况下，需要开发组合蚀刻液，该蚀刻液能同时蚀刻包括主要由In组成的作为最上层的IZO薄层及形成在最上层下面的三层(Mo基金属上层和Mo基金属下层及介于Mo基金属上层和Mo基金属下层之间的Al基金属层)的共四层。
在包括Al基金属层和Mo基金属层的传统多层的情况下，可使用主要由磷酸组成的Al蚀刻液蚀刻。然而，当包括主要由In组成的IZO薄层和形成在IZO薄层下面的包括Mo基金属上层和Mo基金属下层及介于Mo基金属上层和Mo基金属下层之间的Al基金属层的三层的上述四层利用主要由磷酸组成的传统蚀刻液蚀刻时，作为上层In基透明导电层的IZO以比位于In基透明导电层下面的Mo基金属层和Al基金属层慢的蚀刻速率被蚀刻，因此，由于来自蚀刻表面的上层IZO薄层的突出而产生尖端，不期望地产生劣质的轮廓。因为严重产生尖端的劣质轮廓，在随后的工艺中，台阶覆盖(step coverage)会劣化，而且上层在斜面上被破坏的可能性或上层和下层金属短路的可能性会提高。
因此，为了有效地同时进行多层蚀刻，需要开发一种蚀刻液，该蚀刻液对Al基金属层和Mo基金属层具有优异的蚀刻能力，并且还能够通过有效地蚀刻IZO薄层而不蚀刻ITO薄层来最小化尖端的产生。
专利文献1：韩国未审查专利公开号2002-0043402
发明内容
因此，牢记相关领域中存在的上述问题，作出了本发明，本发明的一个目的是提供一种蚀刻液组合物，所述蚀刻液组合物在蚀刻IZO透明导电层、Al基金属层及Mo基金属层方面优异，并且还不会蚀刻ITO(或无定形ITO)透明导电层。具体地，本发明旨在提供一种蚀刻液组合物，所述蚀刻液组合物可蚀刻IZO，从而其尖端的产生减少，并且由此能有效地同时蚀刻包括IZO透明导电层、Al基金属层及Mo基金属层的多层。
本发明提供一种蚀刻液组合物，基于组合物的总重量，所述蚀刻液组合物包括：60～70wt％的磷酸、2～8wt％的硝酸、5～15wt％的乙酸、0.1～7wt％的选自K3PO4、K2HPO4、KH2PO4、CH3CO2K及KNO3中的至少一种K类化合物以及加入以使所述组合物的总重量达到100wt％的余量水，其中，ITO不被蚀刻，而可同时蚀刻包括IZO透明导电层、Al基金属层及Mo基金属层的多层。
另外，本发明提供一种制造薄膜晶体管的方法，包括：利用蚀刻液蚀刻共有四层的金属层结构，所述四层包括：ITO(ITO或a-ITO)类透明导电层、沉积在所述ITO类透明导电层上的包括Mo基金属上层和Mo基金属下层及介于所述Mo基金属上层和Mo基金属下层之间的Al基金属层的三层，基于组合物的总重量，所述蚀刻液包括：60～70wt％的磷酸、2～8wt％的硝酸、5～15wt％的乙酸、0.1～7wt％的选自K3PO4、K2HPO4、KH2PO4、CH3CO2K及KNO3中的至少一种K类化合物以及加入以使所述组合物的总重量达到100wt％的余量水，从而位于下层位置的所述ITO类透明导电层不被蚀刻，而形成在所述ITO类透明导电层上的三层被同时蚀刻，由此形成栅极线；以及利用所述蚀刻液同时蚀刻共有四层的金属层结构，所述四层包括：包括Mo基金属上层和Mo基金属下层及介于所述Mo基金属上层和Mo基金属下层之间的Al基金属层的三层以及沉积在所述三层上的IZO类透明导电层，由此形成数据线。
具体实施方式
在下文中将给出本发明的详细描述。
根据本发明，用于蚀刻包括IZO透明导电层、Al基金属层及Ti基金属层的多层的蚀刻液组合物基于组合物的总重量包括：60～70wt％的磷酸、2～8wt％的硝酸、5～15wt％的乙酸、0.1～7wt％的选自K3PO4、K2HPO4、KH2PO4、CH3CO2K及KNO3中的至少一种K类化合物以及加入以使组合物的总重量达到100wt％的余量水。
如本文中所用，In基透明导电层指用作像素电极的主要由In组成的透明导电层，它特定的实例可包括氧化铟层，例如氧化铟锌层(IZO)、氧化铟锡层(ITO、a-ITO)等。根据本发明的主要由磷酸组成的蚀刻液对IZO和ITO具有非常高的蚀刻选择性。栅极的ITO层具有非常低的蚀刻速率，因此在加工时间内不进行蚀刻，而数据线的IZO具有比ITO层相对较高的蚀刻速率，由此能够同时蚀刻包括Mo和Al的多层结构。
Al基金属层指主要由Al组成的Al层或Al合金层。Al基合金层可为具有Al和其他金属的Al-X合金层(其中，X是选自La、Mg、Zn、In、Ca、Te、Sr、Cr、Co、Mo、Nb、Ta、W、Ni、Nd、Sn、Fe、Si、Ti、Pt及C中的一种或多种金属)。将Al-X合金层用作Al基金属层的情况是有利的，因为可避免由Al蚀丘的形成而造成的加工问题，其中，Al蚀丘的形成是由热所致。
Mo基金属层指主要由Mo组成的Mo层或Mo合金层，Mo基金属层对薄层之间的电解反应起缓冲作用。Mo合金层通过将作为主要成分的Mo和选自Ti、Ta、Cr、Ni、Nd、In及Al中的一种或多种金属合金化而形成。
在栅极线的情况下，本发明的多层以四层的形式提供，所述四层包括：作为下层的ITO透明导电层、及Mo基金属层、Al基金属层、及Mo基金属层，这些层按顺序形成。在数据线的情况下，提供共四层，所述四层包括：位于上层的IZO透明导电层、及Mo基金属层、Al基金属层、及Mo基金属层，这些层按顺序形成。
在本发明的蚀刻液组合物中，磷酸起氧化Al基金属层和Mo基金属层的作用，并且基于组合物的总重量，以60～70wt％的量包含。如果磷酸的量小于60wt％，Al基金属层或Mo基金属层的蚀刻速率可能会降低，不期望地导致产生残渣的风险。相反，如果磷酸的量大于70wt％，Al基金属层或Mo基金属层的蚀刻速率太快，而IZO透明导电层的蚀刻速率可能会变得相对较慢，不期望地大大增加尖端的产生。
在本发明的蚀刻液组合物中，硝酸起氧化IZO透明导电层表面、Al基金属层表面及Mo基金属层表面的作用，并且基于组合物的总重量，以2～8wt％的量包含。如果硝酸的量小于2wt％，Al基金属层和Mo基金属层的蚀刻速率可能会降低，这最终导致在基板的不同位置处的蚀刻速率不同，不期望地产生由Mo基金属层的拖尾(tailing)导致的瑕疵。相反，如果硝酸的量大于8wt％，在光刻胶上可能形成裂缝，由此化学物质可能通过这些裂缝渗入，不期望地导致Al基金属层和Mo基金属层之间的短路。而且，由于过蚀刻会损失Al基金属层和Mo基金属层，不期望地引起损失这些金属线功能的担心。
在本发明中，乙酸氧化IZO透明导电层、Al基金属层及Mo基金属层的表面，并且基于组合物的总重量，以5～15wt％的量包含。如果乙酸的量小于5wt％，IZO透明导电层、Al基金属层及Mo基金属层不被有效地蚀刻，由此Al和Mo可能不期望地部分残留在基板中。相反，如果乙酸的量大于15wt％，Mo和Al可能会过蚀刻，从而不可能获得均一的蚀刻。
在本发明的蚀刻液组合物中，K盐类化合物为选自K3PO4、K2HPO4、KH2PO4、CH3CO2K及KNO3中的一种或多种，起调节被氧化的Al基金属层和Mo基金属层的蚀刻轮廓的作用，并基于组合物的总重量，以0.1～7wt％的量，优选1～5wt％的量包含。如果K盐类化合物的量小于0.1wt％，Mo基金属层的蚀刻速率可能相对增加，由此IZO尖端可能会严重地形成在数据线中。相反，如果K盐类化合物的量大于7wt％，Al基金属层和Mo基金属层的蚀刻速率可能非常明显地降低，不期望地在Al基金属层和Mo基金属层上产生残渣，由此导致缺陷。
K类化合物优选以两种组分的混合物形式使用，更优选以包括KNO3和选自K3PO4、K2HPO4、CH3CO2K及KH2PO4中的一种或多种化合物的混合物的形式使用。在这种情况下，KNO3与其他组分的混合重量比可落入1∶3～3∶1的范围内。
在本发明的蚀刻液组合物中，水优选是去离子水，特别有用的是至少为18MΩ/cm的适用于半导体加工的去离子水。
除上述组分外，本发明中的蚀刻液组合物可进一步包括硫酸或硫酸盐类化合物作为蚀刻控制剂，以控制作为In基透明导电层的IZO的尖端。硫酸或硫酸盐类化合物指可离解成硫酸根离子的化合物，并且具体选自由硫酸、硫酸铵、硫酸钾、硫酸钙、硫酸钠、诸如对甲苯磺酸(PTSA)、甲磺酸等磺酸组成的组，这些物质可单独使用或以两种或更多种的组合使用。基于组合物的总重量，硫酸或硫酸盐类化合物可以0.1～5wt％的量包含。
除上述组分外，本发明的蚀刻液可进一步包括选自表面活性剂、金属多价螯合剂(sequestering agent)、抗蚀剂及pH调节剂中的一种或多种。
另外，本发明提供一种制造包括共有四层的栅极线和共有四层的数据线的薄膜晶体管的方法，栅极线的四层包括：ITO类透明导电层、沉积在ITO类透明导电层上的包括Mo基金属上层和Mo基金属下层及介于Mo基金属上层和Mo基金属下层之间的Al基金属层的三层，数据线的四层包括：作为上层的IZO类透明导电层、形成在IZO类透明导电层下的包括Mo基金属上层和Mo基金属下层及介于Mo基金属上层和Mo基金属下层之间的Al基金属层的三层，所述方法包括利用蚀刻液蚀刻栅极线和数据线，所述蚀刻液基于组合物的总重量包括：60～70wt％的磷酸、2～8wt％的硝酸、5～15wt％的乙酸、0.1～7wt％的选自K3PO4、K2HPO4、KH2PO4、CH3CO2K及KNO3中的至少一种K类化合物以及加入以使所述组合物的总重量达到100wt％的余量水。
在制造薄膜晶体管过程中，如果利用本发明的蚀刻液组合物蚀刻栅极线和数据线，栅极线的ITO薄层不受影响而仅形成在ITO薄层上的Mo基金属层和Al基金属层被蚀刻，反之，数据线的IZO层、Mo基金属层及Al基金属层可同时被蚀刻。本发明的蚀刻液组合物在提高对ITO和IZO的蚀刻选择性以实现同时蚀刻方面是有利的。
下面列出的实施例用以示例而不解释为限制本发明，这些实施例可提供对本发明更好的理解。
<实施例1和2及比较例1～4：蚀刻液组合物的制备>
使用下表1中所示组分的量制备180kg蚀刻液组合物。
[表1]
| 磷酸 | 硝酸 | 乙酸 | KH2PO4 | KNO3 | PTSA | 水 | |
| 实施例1 | 66 | 5 | 10 | 3 | 1 | 0 | 余量 |
| 实施例2 | 66 | 5 | 8 | 3 | 1 | 2 | 余量 |
| 比较例1 | 57 | 7 | 15 | 3 | 1 | 0 | 余量 |
| 比较例2 | 66 | 11 | 5 | 3 | 1 | 0 | 余量 |
| 比较例3 | 66 | 5 | 0 | 3 | 1 | 0 | 余量 |
| 比较例4 | 72 | 5 | 5 | 3 | 1 | 0 | 余量 |
PTSA：对甲苯磺酸(是硫酸盐类化合物)
<测试例：蚀刻性能的评估>
使用包括在玻璃上向上依次沉积的a-ITO/Mo/Al/Mo(栅极线)和Mo/Al/Mo/IZO(数据线)的测试基板，并且其中光刻胶以预定形状形成图案。
将实施例1和2与比较例1～4中的每种蚀刻液放入喷雾式蚀刻机(ETCHER(TFT)，购自SEMES)中，然后在温度设为40℃的条件下温热。接下来，在40±0.1℃温度下进行蚀刻过程。这样，在栅极基板的情况下，蚀刻过程在总蚀刻时间与EPD相比较增加50％的条件下进行。在数据基板的情况下，该过程在总蚀刻时间与EPD相比较增加100％的条件下进行。接下来，将每个测试样品放入喷雾式蚀刻机中并且用蚀刻液喷雾。蚀刻完成后，将测试样品从蚀刻机中取出，用去离子水清洗，然后利用热空气干燥器干燥，之后利用光刻胶剥离剂从其上除去光刻胶。清洗和干燥之后，利用SEM(S-4700，购自HITACHI)测量测试样品的蚀刻轮廓的锥角、侧蚀(CD(临界尺寸))损失、蚀刻残渣及数据线的IZO尖端的长度。结果示于下表2中。
[蚀刻轮廓的评估标准]
<a-ITO/Mo/Al/Mo薄层>
◎：非常优异(CD偏移(Skew)：＜1.0μm，T/A：40°～60°)
○：优异(CD偏移：≥1.0μm，T/A：＜40°)
△：良好(CD偏移：≥1.0μm，T/A：＞60°)
X：差(金属层损失并产生残渣)
<Mo/Al/Mo/IZO薄层>
◎：非常优异(CD偏移：＜2.0μm，T/A：50°～70°，IZO尖端：＜0.2μm)
○：优异(CD偏移：≥2.0μm，T/A：＜50°，IZO尖端：0.2～0.3μm)
△：良好(CD偏移：≥2.0μm，T/A：＞70°，IZO尖端：0.3～0.5μm)
X：差(金属层损失并产生残渣)
[表2]
从表2中明显看出，本发明的实施例1和2的蚀刻液组合物表现出优异的蚀刻轮廓并且不产生残渣而且IZO尖端小，由此表现出优异的蚀刻a-ITO/Mo/Al/Mo和Mo/Al/Mo/IZO薄层的能力。然而，包含57wt％磷酸的比较例1的蚀刻液对a-ITO/Mo/Al/Mo中的a-ITO下层产生损坏，导致劣质的蚀刻轮廓并且在Mo和Al薄层上产生残渣。在包含过量硝酸的比较例2中，由于过蚀刻，Mo/Al/Mo/IZO层损失。不包含乙酸的比较例3的蚀刻液产生劣质的蚀刻轮廓并且不蚀刻Mo和Al薄层。包含过量磷酸的比较例4的蚀刻液产生良好的蚀刻轮廓，但观察到IZO尖端大至0.5μm或更大的程度。
如上文所述，本发明的蚀刻液组合物非常良好地蚀刻IZO透明导电层、Al基金属层及Mo基金属层中的每层。具体地，该蚀刻液组合物不蚀刻栅极线的In基透明导电层，并能蚀刻数据线的作为In基透明导电层的IZO薄层，从而尖端的产生减小，由此能有效地同时蚀刻包括IZO透明导电层、Al基金属层及Mo基金属层的多层。由此，本发明蚀刻液组合物的使用颇能简化蚀刻过程，由此大大地提高生产率。
虽然为了示例的目的已经公开了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员明白，可进行各种修改、添加和替代而不背离如所附权利要求中公开的本发明的范围和精神。
Claims (6)
1.一种蚀刻液组合物，用于蚀刻包括IZO(氧化铟锌)透明导电层、铝基金属层和钼基金属层的多层，基于组合物的总重量，所述蚀刻液组合物包括：60～70wt％的磷酸、2～8wt％的硝酸、5～15wt％的乙酸、0.1～7wt％的选自K3PO4、K2HPO4、KH2PO4、CH3CO2K及KNO3中的至少一种钾类化合物以及加入以使所述组合物的总重量达到100wt％的余量水。
2.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其中，所述钾类化合物被提供为包括两种或更多种组分的混合物。
3.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其中，所述钾类化合物是包括KNO3和选自K3PO4、K2HPO4、CH3CO2K及KH2PO4中的一种或多种化合物的混合物。
4.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，进一步包括硫酸或硫酸盐类化合物。
5.一种制造包括共有四层的栅极线和共有四层的数据线的薄膜晶体管的方法，其中所述栅极线的四层包括氧化铟锡类透明导电层和沉积在所述氧化铟锡类透明导电层上的包括钼基金属上层和钼基金属下层以及介于钼基金属上层和钼基金属下层之间的铝基金属层的三层，所述数据线的四层包括位于上层的氧化铟锌类透明导电层和形成在所述氧化铟锌类导电层下面的包括钼基金属上层和钼基金属下层以及介于所述钼基金属上层和钼基金属下层之间的铝基金属层的三层，所述方法包括利用蚀刻液蚀刻所述栅极线和所述数据线，基于组合物的总重量，所述蚀刻液包括：60～70wt％的磷酸、2～8wt％的硝酸、5～15wt％的乙酸、0.1～7wt％的选自K3PO4、K2HPO4、KH2PO4、CH3CO2K及KNO3中的至少一种钾类化合物以及加入以使所述组合物的总重量达到100wt％的余量水。
6.一种制造薄膜晶体管的方法，包括以下步骤：
a)利用蚀刻液蚀刻共有四层的金属层结构，所述四层包括氧化铟锡类透明导电层及沉积在所述氧化铟锡类透明导电层上的包括钼基金属上层和钼基金属下层以及介于所述钼基金属上层和钼基金属下层之间的铝基金属层的三层，基于组合物的总重量，所述蚀刻液包括：60～70wt％的磷酸、2～8wt％的硝酸、5～15wt％的乙酸、0.1～7wt％的选自K3PO4、K2HPO4、KH2PO4、CH3CO2K及KNO3中的至少一种钾类化合物以及加入以使所述组合物的总重量达到100wt％的余量水，使得位于下层位置的所述氧化铟锡类透明导电层不被蚀刻，而形成在所述氧化铟锡类透明导电层上的所述三层被同时蚀刻，从而形成栅极线；以及
b)利用所述蚀刻液同时蚀刻共有四层的金属层结构，所述四层包括：包括钼基金属上层和钼基金属下层以及介于所述钼基金属上层和钼基金属下层之间的铝基金属层的三层以及形成在所述三层上的氧化铟锌类透明导电层，从而形成数据线。
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