TW201627473A - 氧化銦層蝕刻液組合物和利用其製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及氧化銦層蝕刻液組合物和利用其製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法，更具體地說，涉及不包括硫酸鹽或乙酸鹽、而是包括硝酸、唑類化合物、含氟化合物和水的氧化銦層蝕刻液組合物，以及利用其製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法。

Description

氧化銦層蝕刻液組合物和利用其製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法 技術領域
本發明涉及氧化銦層蝕刻液組合物和利用其製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法，更具體地說，涉及不包括硫酸鹽或乙酸鹽、而是包括硝酸、唑類化合物、含氟化合物和水的氧化銦層蝕刻液組合物，以及利用其製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法。
背景技術
液晶顯示裝置(LCD)在平板顯示裝置之中是最受喜愛的，因為它們提供了解析度優秀的清晰圖像、耗能較少、並且能夠使顯示幕變薄。現今驅動這種液晶顯示裝置的典型電子電路是薄膜電晶體(TFT)電路，並且典型的薄膜電晶體液晶顯示裝置(TFT-LCD)形成顯示幕的像素。在TFT-LCD中起到開關裝置功能的TFT通過用液晶材料填充以矩陣形式排列的TFT的基板和面對所述TFT基板的彩色 濾光片基板之間的空間來製造。完整的TFT-LCD製造過程大體上分成TFT基板製造過程、彩色濾光片過程、單元過程和組件過程，並且所述TFT基板製造過程和所述彩色濾光片製造過程在呈現準確又清晰的圖像方面非常重要。
當製造TFT-LCD的像素顯示電極時，需要由具有高電導率同時具有透明光學性質的材料製成的薄膜，並且基於氧化銦的氧化銦錫(ITO)和氧化銦鋅(IZO)當前用作透明導電膜的材料。
另外，為了在像素顯示電極中得到目標電路線，需要按照電路圖案修剪薄膜層的蝕刻過程。
然而，用通常用於蝕刻金屬雙層的現有蝕刻液，由於ITO氧化物的強耐化學性，難以蝕刻由ITO或IZO材料製成的透明導電膜。具體地說，王水(HCl+CH3COOH+HNO3)、氯化鐵(Ⅲ)的鹽酸溶液(FeCl3/HCl)、或草酸水溶液已經用作透明導電膜的濕蝕刻液，然而，當利用基於王水的蝕刻液或氯化鐵的鹽酸溶液蝕刻ITO層時，成本低但是由於在圖案側表面的蝕刻更快，輪廓低劣，並且因為鹽酸或硝酸在蝕刻液形成後揮發，所述蝕刻液組合物中的波動嚴重，而且可以對下部的金屬發生化學侵蝕。韓國專利申請公佈No.10-2000-0017470利用草酸蝕刻非晶氧化銦錫(ITO)，然而，在這種情況下，在ITO圖案周圍容易出現殘渣，並且因為草酸在低溫下具有低溶解度，引起沉澱物產生，故而出現蝕刻設備故障的問題。
另外，由HI製成的蝕刻液蝕刻速率高和側表面蝕刻 少，但是昂貴，具有高毒性和腐蝕性，並且引起對位於透明像素電極底部的資料線的侵蝕，因此，在實際過程中使用具有限制。
此外，韓國專利申請公佈No.10-2010-0053175公開了透明導電膜的蝕刻組合物，其包括含鹵素化合物、輔助氧化劑、蝕刻控制劑、殘渣抑制劑、腐蝕抑制劑和水，並且硫酸鹽和乙酸鹽分別用作蝕刻控制劑和殘渣抑制劑。然而，當蝕刻組合物中包括硫酸鹽和乙酸鹽時，橫向蝕刻速率低，導致側面蝕刻量小，並出現下層損傷的問題。
【現有技術文獻】
【專利文獻】
(專利文獻1)韓國專利申請公佈No.10-2000-0017470
(專利文獻2)韓國專利申請公佈No.10-2010-0053175
發明概要
本發明的目的是通過以不包括選自由硫酸鹽和乙酸鹽所組成的組中的一種或多種的氧化銦層蝕刻液組合物高速地有效蝕刻氧化銦層，從而最大化蝕刻過程效率。
另外，本發明的目的是通過最小化對氧化銦層的下層的侵蝕，提高薄膜電晶體-液晶顯示裝置(TFT-LCD)的驅動性能。
因此，本發明的目的是提供能夠提高蝕刻過程效率和薄膜電晶體-液晶顯示裝置(TFT-LCD)的驅動性能的氧化銦層蝕刻液組合物，利用其的蝕刻方法，和製造液晶顯示 裝置的陣列基板的方法。
鑒於上述，本發明的一個方面提供了氧化銦層蝕刻液組合物，其不包括選自由硫酸鹽和乙酸鹽所組成的組中一種或多種，但是相對於所述氧化銦層蝕刻液組合物的總重量包括3至30重量%的硝酸、0.1至10重量%的唑類化合物和0.01至5重量%的含氟化合物，以及餘量的水，使得所述氧化銦層蝕刻液組合物的總重量成為100重量%。
本發明的另一個方面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留下光反應性材料；和(3)利用本發明的氧化銦層蝕刻液組合物蝕刻所述氧化銦層。
本發明的又一個方面提供製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法，所述方法包括(1)在基板上形成柵極導線；(2)在包括所述柵極導線的基板上形成柵極絕緣層；(3)在所述柵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和漏極；和(5)形成與所述漏極連接的像素電極，其中步驟(1)包括在基板上形成銅/氧化銦層或銅合金/氧化銦層、和通過利用蝕刻液組合物蝕刻所述銅/氧化銦層或銅合金/氧化銦層形成柵極導線，步驟(5)包括形成氧化銦層、和利用蝕刻液組合物蝕刻所述氧化銦層形成像素電極，並且所述蝕刻液組合物是本發明的氧化銦層蝕刻液組合物。
本發明的再一個方面提供了液晶顯示裝置的陣列基板，其包括選自由利用本發明的氧化銦層蝕刻液組合物蝕 刻的柵極導線和像素電極所組成的組中的一種或多種。
具體實施方式
在下文中，將更詳細地描述本發明。
本發明涉及氧化銦層蝕刻液組合物，其不包括選自由硫酸鹽和乙酸鹽所組成的組中的一種或多種，但是相對於所述氧化銦層蝕刻液組合物的總重量包括3至30重量%的硝酸、0.1至10重量%的唑類化合物和0.01至5重量%的含氟化合物，以及餘量的水，使得所述氧化銦層蝕刻液組合物的總重量成為100重量%。
因不包括選自由硫酸鹽和乙酸鹽所組成的組中的一種或多種，本發明的氧化銦層蝕刻液組合物能夠以更高的速率蝕刻氧化銦層，因此，可以提高蝕刻過程效率。
本發明中的氧化銦層包括選自由氧化銦錫(ITO)層、氧化銦鋅(IZO)層和氧化銦鎵鋅(IGZO)層所組成的組中的一種或多種。
另外，用本發明的氧化銦層蝕刻液組合物蝕刻的氧化銦層可以是以氧化銦層形成的單層；或以所述單層和銅基金屬層形成的多層，並且所述銅基金屬層可以是銅層或銅合金層。所述合金層的概念也包括氮化物層或氧化物層。
本發明的氧化銦層蝕刻液組合物中包括的硝酸(HNO3)是氧化銦層的主要氧化劑，並且執行蝕刻所述氧 化銦層的作用。另外，硝酸對於氧化銦層具有高蝕刻速率並且能夠在蝕刻過程中確保所需的側面蝕刻大。
相對於所述氧化銦層蝕刻液組合物的總重量，硝酸占3至30重量%，並優選占5至25重量%。當硝酸占小於3重量%時，可以降低氧化銦層的蝕刻速率，而當大於30重量%時，有可能出現對所述氧化銦層的底部和相鄰金屬的化學侵蝕的問題，並且由於蝕刻速率過高而難以進行程序控制。
本發明的氧化銦層蝕刻液組合物中包括的唑類化合物執行最小化對接觸氧化銦層的銅導線的侵蝕的作用，所述氧化銦層用作液晶顯示裝置的陣列基板的像素電極。換句話說，所述唑類化合物執行最小化對銅基金屬層的侵蝕的作用，所述銅基金屬層是所述氧化銦層的下層。
所述唑類化合物優選包括選自由***類化合物、四唑類化合物、咪唑類化合物、吲哚類化合物、嘌呤類化合物、吡唑類化合物、吡啶類化合物、嘧啶類化合物、吡咯類化合物、吡咯烷類化合物和吡咯啉類化合物所組成的組中的一種或多種。
另外，更具體地說，所述唑類化合物優選包括選自由氨基四唑、苯並***、甲苯基***、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2-氨基咪唑、4-甲基咪唑、4-乙基咪唑和4-丙基咪唑所組成的組中的一種或多種。
相對於所述氧化銦層蝕刻液組合物的總重量，所述唑類化合物占0.1至10重量%，並優選占0.5至5重量%。當所述唑類化合物占小於0.1重量%時，可能會對作為氧化銦層下 層的銅層侵蝕，而當大於10重量%時，可以防止對所述銅層的侵蝕，然而，氧化銦層的蝕刻速率可能降低。
本發明的氧化銦層蝕刻液組合物中包括的含氟化合物當蝕刻氧化銦層時執行去除殘渣的作用。
所述含氟化合物沒有特別的限制，只要它能夠在溶液中解離成氟離子或多原子氟離子即可，但是優選包括選自由氟化銨(NH4F)、氟化鈉(NaF)、氟化鉀(KF)、氟氫化銨(NH4F．HF)、氟氫化鈉(NaF．HF)和氟氫化鉀(KF．HF)所組成的組中的一種或多種。
另外，相對於所述氧化銦層蝕刻液組合物的總重量，所述含氟化合物占0.01至5重量%，並優選占0.01至3重量%。當所述含氟化合物占小於0.01重量%時，當蝕刻氧化銦層時可能出現殘渣，而當大於5重量%時，有玻璃基板或矽層的蝕刻速率增加的問題。
本發明的氧化銦層蝕刻液組合物中包括的水占餘量，使得所述組合物的總重量成為100重量%。水沒有特別的限制，然而，優選使用去離子水。另外，優選使用比電阻值為18MΩ．cm或更高的去離子水，比電阻值是顯示水中離子去除程度的值。
另外，本發明的氧化銦層蝕刻液組合物還可以包括選自由金屬離子螯合劑和腐蝕抑制劑所組成的組中的一種或多種。另外，所述添加劑不限於此，為了促進本發明的效果，可以選擇和添加本領域已知的各種其它添加劑。
本發明的氧化銦層蝕刻液組合物的組分可以利用本領 域普遍知道的方法製備，並優選使用用於半導體工藝的純度。
另外，本發明涉及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反應性材料；和(3)利用本發明的氧化銦層蝕刻液組合物蝕刻所述氧化銦層。
在本發明的蝕刻方法中，所述光反應性材料優選是常用的光致抗蝕劑材料，並且可以利用常用的曝光和顯影過程被選擇性留下。
此外，本發明涉及製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法，包括(1)在基板上形成柵極導線；(2)在包括所述柵極導線的基板上形成柵極絕緣層；(3)在所述柵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和漏極；和(5)形成與所述漏極連接的像素電極，其中步驟(1)包括在基板上形成銅/氧化銦層或銅合金/氧化銦層、和通過利用蝕刻液組合物蝕刻所述銅/氧化銦層或銅合金/氧化銦層形成柵極導線，步驟(5)包括形成氧化銦層、和利用蝕刻液組合物蝕刻所述氧化銦層形成圖元電極，並且所述蝕刻液組合物是本發明的氧化銦層蝕刻液組合物。
包括硫酸鹽或乙酸鹽的現有氧化銦層蝕刻液組合物具有緩慢的橫向蝕刻速率，因此當蝕刻步驟(5)的像素電極時，側面蝕刻量小。然而，本發明的氧化銦層蝕刻液組合物不包括硫酸鹽和乙酸鹽，由此可以解決這種問題，並可 以防止對氧化銦層下層的銅基金屬層的侵蝕。
在步驟(1)的基板上形成的氧化銦層是銅/氧化銦層或銅合金/氧化銦層的多層，而在步驟(5)中形成的氧化銦層是氧化銦層的單層。
所述氧化銦層包括選自由氧化銦錫(ITO)層、氧化銦鋅(IZO)層和氧化銦鎵鋅(IGZO)層所組成的組中的一種或多種。
通過用本發明的氧化銦層蝕刻液組合物蝕刻，可以在步驟(1)中形成所述柵極導線，並可以在步驟(5)形成所述像素電極。
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，本發明涉及液晶顯示裝置的陣列基板，其包括選自由利用本發明的氧化銦層蝕刻液組合物蝕刻的柵極導線和像素電極所組成的組中的一種或多種。
在下文中，將參考實施例更詳細地描述本發明。然而，以下實施例只為了說明性的目的，本發明的範圍不限於以下實施例。以下實施例可以在本發明的範圍內由本領域技術人員適當地修改或改變。
<製備氧化銦層蝕刻液組合物>
實施例1至3和比較例1至10
用下表1中顯示的組成製備實施例1至3和比較例1至10的氧化銦層蝕刻液組合物，並包括餘量的水使得總重量成為100重量%。
BTA：苯並***
ABF：氟氫化銨
試驗例1. 對氧化銦層蝕刻液組合物的性質評價
通過在玻璃基板(100mm x 100mm)上沉積銅層形成源極/漏極後，通過在所述銅層上層疊矽形成孔，以便曝光所述源極/漏極的金屬層-銅。之後，在其上沉積氧化銦層，並利用光刻過程在所述基板上形成具有規定圖案的光 致抗蝕劑，然後利用實施例1至3和比較例1至10的各種氧化銦層蝕刻液組合物進行所述氧化銦層的蝕刻過程。
使用噴霧蝕刻型試驗設備(型號名稱：ETCHER(TFT)，SEMES Co.Ltd.)，並在蝕刻過程中對於所述蝕刻液組合物使用大約35℃的溫度，然而，必要時該適當溫度可以取決於其他過程條件和其他因素而改變。蝕刻時間取決於蝕刻溫度而不同，然而，在LCD蝕刻過程中蝕刻通常進行大約50至100秒。蝕刻過程中蝕刻的氧化銦層剖面利用截面SEM(Hitachi，Ltd.的產品，型號名稱S-4700)檢查，並觀察側面蝕刻、殘渣出現、玻璃蝕刻速率和下部金屬(Cu)侵蝕。結果顯示在下面表2中。
根據表2的結果，鑒定了實施例1至3中本發明氧化銦層蝕刻液組合物表現出優秀的側面蝕刻，沒有殘渣出現，和優秀的玻璃蝕刻速率，並且沒有侵蝕下層的銅層。
同時，比較例1和2的氧化銦層蝕刻液組合物具有本發明範圍之外的過氧化物含量，其側面蝕刻少，有圖案丟失，並且在過氧化物含量小於本發明的比較例1的氧化銦層蝕刻液組合物中，出現殘渣。
在唑類化合物含量較小的比較例3的氧化銦層蝕刻液組合物中，對下層的銅層有侵蝕，而在唑類化合物含量過多的比較例4的氧化銦層蝕刻液組合物中，側面蝕刻不優秀並且出現殘渣。
含氟化合物含量過多的比較例5的氧化銦層蝕刻液組合物對玻璃蝕刻速率沒有有利的結果。
另外，在包括硫酸鹽的比較例6的氧化銦層蝕刻液組合物和包括乙酸鹽的比較例7的氧化銦層蝕刻液組合物中，側面蝕刻結果和玻璃蝕刻結果不優秀，並鑒定出現殘渣。
不包括含氟化合物的比較例8的氧化銦層蝕刻液組合物，以及不包括過氧化物的比較例9和10的氧化銦層蝕刻液組合物，不具有優秀的側面蝕刻，並且它們全部出現殘渣。
因此，本發明的氧化銦層蝕刻液組合物通過不包括選 自由硫酸鹽和乙酸鹽所組成的組中的一種或多種，能夠增加側面蝕刻和玻璃蝕刻速率的效果。
另外，本發明的氧化銦層蝕刻液組合物在蝕刻期間不引起殘渣出現，並且當製造液晶顯示裝置的陣列基板時對氧化銦層下層的銅層沒有侵蝕，因此可以防止身為銅層的源/漏極的斷開缺陷，並可以有效蝕刻氧化銦層。
本發明的氧化銦層蝕刻液組合物通過以不包括選自由硫酸鹽和乙酸鹽所組成的組中的一種或多種而改善蝕刻速率，能夠有效蝕刻氧化銦層，並因此能夠提高蝕刻過程效率。
另外，本發明的氧化銦層蝕刻液組合物能夠最小化對所述氧化銦層下層的銅基金屬層的侵蝕，因此，能夠增強薄膜電晶體-液晶顯示裝置(TFT-LCD)的驅動性能，並且即使當基板尺寸大的時候仍然具有保持蝕刻均勻性的優點。

Claims (13)

  1. 一種氧化銦層蝕刻液組合物，其不包括選自由硫酸鹽和乙酸鹽所組成的組中的一種或多種，並相對於所述氧化銦層蝕刻液組合物的總重量包括：3至30重量%的硝酸；0.1至10重量%的唑類化合物；0.01至5重量%的含氟化合物；和餘量的水，使得所述氧化銦層蝕刻液組合物的總重量成為100重量%。
  2. 如請求項1所述的氧化銦層蝕刻液組合物，其中所述唑類化合物包括選自由***類化合物、四唑類化合物、咪唑類化合物、吲哚類化合物、嘌呤類化合物、吡唑類化合物、吡啶類化合物、嘧啶類化合物、吡咯類化合物、吡咯烷類化合物和吡咯啉類化合物所組成的組中的一種或多種。
  3. 如請求項1所述的氧化銦層蝕刻液組合物，其中所述含氟化合物包括選自由氟化銨、氟化鈉、氟化鉀、氟氫化銨、氟氫化鈉和氟氫化鉀所組成的組中的一種或多種。
  4. 如請求項1所述的氧化銦層蝕刻液組合物，其中所述氧化銦層是以氧化銦層形成的單層；或以所述單層和銅基金屬層形成的多層。
  5. 如請求項1所述的氧化銦層蝕刻液組合物，其中所述氧化銦層包括選自由氧化銦錫層、氧化銦鋅層和氧化銦鎵 鋅層所組成的組中的一種或多種。
  6. 如請求項4所述的氧化銦層蝕刻液組合物，其中所述銅基金屬層是銅層或銅合金層。
  7. 如請求項1所述的氧化銦層蝕刻液組合物，其還包括選自由金屬離子螯合劑和腐蝕抑制劑所組成的組中的一種或多種。
  8. 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留下光反應性材料；和(3)利用如請求項1至7任一項所述的氧化銦層蝕刻液組合物蝕刻所述氧化銦層。
  9. 如請求項8所述的蝕刻氧化銦層的方法，其中所述光反應性材料是光致抗蝕劑材料，並且通過曝光和顯影工序被選擇性留下。
  10. 一種製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法，所述方法包括：(1)在基板上形成柵極導線；(2)在包括所述柵極導線的基板上形成柵極絕緣層；(3)在所述柵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和漏極；和(5)形成與所述漏極連接的像素電極，其中步驟(1)包括在基板上形成銅/氧化銦層或銅 合金/氧化銦層，和通過利用蝕刻液組合物蝕刻所述銅/氧化銦層或銅合金/氧化銦層形成柵極導線；步驟(5)包括形成氧化銦層，和利用蝕刻液組合物蝕刻所述氧化銦層形成像素電極；並且所述蝕刻液組合物是如請求項1至7任一項所述的氧化銦層蝕刻液組合物。
  11. 如請求項10所述的製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法，其中所述氧化銦層包括選自由氧化銦錫層、氧化銦鋅層和氧化銦鎵鋅層所組成的組中的一種或多種。
  12. 如請求項10所述的製造液晶顯示裝置的陣列基板的方法，其中所述液晶顯示裝置的陣列基板是薄膜電晶體(TFT)陣列基板。
  13. 一種液晶顯示裝置的陣列基板，其包括選自由利用根據請求項1至7任一項所述的氧化銦層蝕刻液組合物蝕刻的柵極導線和像素電極所組成的組中的一種或多種。
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