TWI510848B - 蝕刻劑組成物、蝕刻銅系金屬層之方法及用以製造液晶顯示裝置用之陣列基板的方法 - Google Patents
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Description
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各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。
在此半導體裝置中,金屬配線之電阻近來被視為重要的。其乃因為在誘發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:5×1O-8
歐姆米)、鋁(Al,電阻率:2.65×10-8
歐姆米)、及其合金,但實際上其難以用於大型TFT-LCD之閘極及資料配線。
因而本發明欲提供一種銅(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。
又本發明欲提供一種Cu系金屬層用之蝕刻劑組成物,其將閘極、閘配線、源極/汲極、與資料配線一起蝕刻。
又本發明欲提供一種蝕刻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,其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Cu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%之有機酸;c) 0.1~5重量%之磷酸鹽化合物;d) 0.1~5重量%之水溶性環形胺化合物;e) 0.1~5重量%之每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物;f) 0.01~1.0重量%之含氟(F)化合物;g) 0.001~5重量%之多元醇界面活性劑;及h)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%之有機酸;c) 0.1~5重量%之磷酸鹽化合物;d) 0.1~5重量%之水溶性環形胺化合物;e) 0.1~5重量%之每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物;f) 0.01~1.0重量%之含F化合物;g) 0.001~5重量%之多元醇界面活性劑;及h)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%之有機酸;c) 0.1~5重量%之磷酸鹽化合物;d) 0.1~5重量%之水溶性環形胺化合物;e) 0.1~5重量%之每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物;f) 0.01~1.0重量%之含F化合物;g) 0.001~5重量%之一種多元醇界面活性劑;及h)其餘為水。
以下為本發明之詳細說明。
本發明關於一種Cu系金屬層用之蝕刻劑組成物,其包含a)過氧化氫(H2
O2
),b)有機酸,c)磷酸鹽化合物,d)水溶性環形胺化合物,e)每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物,f)含F化合物,g)多元醇界面活性劑,及h)水。
在本發明中,Cu系金屬層(其中含Cu)可具有單層結構、或包含雙層等之多層結構,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
)以按組成物之總重量計係為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,使其難以控制製程序。
在依照本發明之蝕刻劑組成物中,b)有機酸之功能為適當地調整蝕刻劑組成物之pH以形成其中蝕刻劑組成物非常適於蝕刻Cu系金屬層之條件。b)有機酸以按組成物之總重量計係為0.1~5重量%,而且較佳為1~3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,如此難以將pH維持在約0.5~4.5。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,及Mo或Mo合金蝕刻速率可能變慢,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。
b)有機酸可包括選自由乙酸、丁酸、檸檬酸、甲酸、葡萄糖酸、羥乙酸、丙二酸、戊酸、與草酸所構成群組之一或多者。
在依照本發明之蝕刻劑組成物中,c)磷酸鹽化合物為使圖案之尖錐外形良好的成分。如果不將c)磷酸鹽化合物包括於依照本發明之蝕刻劑組成物,則蝕刻外形可能不良。c)磷酸鹽化合物以按組成物之總重量計係為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,則蝕刻外形可能不良。相反地,如果其量超過以上範圍之上限,則蝕刻速率可能變慢。
c)磷酸鹽化合物並未受特別地限制,只要其選自其中磷酸之氫原子被單價或二價陽離子取代之磷酸鹽,而且可包括選自由磷酸鈉、磷酸鉀與磷酸銨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)水溶性環形胺化合物之功能為控制Cu金屬蝕刻速率及減少圖案之CD損失,增加程序餘裕(process margin)。d)水溶性環形胺化合物以按組成物之總重量計係為0.1~5重量%,而且較佳為1~3重量%之量使用。如果其量小於以上範圍之下限,則可能產生太多之CD損失。相反地,如果其量超過以上範圍之上限,則Cu蝕刻速率可能增加,及Mo或Mo合金之蝕刻速率可能降低,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。
d)水溶性環形胺化合物可包括選自由胺基四唑、咪唑、吲哚、嘌呤、吡唑、吡啶、嘧啶、吡咯、吡咯啶、與吡咯啉(pyrroline)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)每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物之功能為在儲存蝕刻劑組成物時防止過氧化氫溶液發生自我分解,亦在蝕刻多片基板時防止蝕刻性質改變。通常使用過氧化氫溶液儲存蝕刻劑組成物,其儲存時間因過氧化氫溶液之自我分解而不長,及有容器***之危險。然而如果包含每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物,則過氧化氫溶液分解之速率降低約10倍,其有利地確保除存時間及安定性。特定言之,在Cu層之情形,如果Cu離子大量存在於蝕刻劑組成物,則可能經常發生由於形成鈍化層而氧化變黑,然後不再被蝕刻之現象。然而如果包含每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物,則可防止此現象。
e)每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物包含按組成物之總重量計係為0.1~5重量%,而且較佳為0.5~2重量%之量。如果其量小於以上範圍之下限,則在蝕刻多片基板(約500片基板)後可能形成鈍化層,因此使其難以得到足夠之程序餘裕。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合金之蝕刻速率可能增加,因此在使用Cu-Mo層或Cu-Mo合金層時尖錐角度可能變大。
e)每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物可包括選自由丙胺酸、胺基丁酸、麩胺酸、甘胺酸、亞胺基二乙酸、亞硝基三乙酸、與肌胺酸所構成群組之一或多者。
f)含F化合物為在水中解離而產生F離子之化合物。f)含F化合物之功能為自同時蝕刻Cu層與Mo層之蝕刻劑去除不可避免地產生之蝕刻殘渣。f)含F化合物包含按組成物之總重量計係為0.01~1.0重量%,而且較佳為0.1~0.5重量%之量。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。
f)含F化合物可包括任何用於此技藝之材料而無限制,只要其在溶液中解離成F離子或多原子F離子,而且可包括選自由氟化銨、氟化鈉、氟化鉀、氫氟化銨、氫氟化鈉、與氫氟化鉀所構成群組之一或多者。
在依照本發明之蝕刻劑組成物中,g)多元醇界面活性劑之功能為降低表面張力以增加蝕刻均勻性。此外g)多元醇界面活性劑係在蝕刻Cu層後溶出至蝕刻劑中之Cu離子附近形成,因此抑制Cu離子之活性而抑制過氧化氫之分解。在以此方式降低Cu離子之活性時,使用蝕刻劑使蝕刻程序安定。g)多元醇界面活性劑包含按組成物之總重量計係為0.001~5重量%,而且較佳為0.1~3重量%之量。如果其量小於以上範圍之下限,則蝕刻均勻性可能降低,及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,則可能產生大量泡沫。
g)多元醇界面活性劑可包括選自由甘油、三乙二醇與多乙二醇所構成群組之一或多者。
在依照本發明之蝕刻劑組成物中,h)水係剩餘之量,而且其種類並未特別地限制,但是較佳為去離子水。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。
除了以上之成分,依照本發明之蝕刻劑組成物可進一步包含典型添加劑。添加劑之實施例可包括螯隔劑、抗腐蝕劑等。
此外添加劑不限於此,而且為了使本發明之效果更佳,其可使用此技藝已知之其他添加劑。
用於本發明之a)過氧化氫(H2
O2
),b)有機酸,c)磷酸鹽化合物,d)水溶性環形胺化合物,e)每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物,f)含F化合物,及g)多元醇界面活性劑較佳為具有適用於半導體製程之純度。
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。
此外本發明關於一種蝕刻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,及可使用典型曝光及顯影而選擇性地配置。
此外本發明關於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Cu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: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。在蝕刻時將蝕刻劑組成物之溫度設為約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系金屬蝕刻速率為適當的。如第1及2圖所示,使用實例1之蝕刻劑組成物蝕刻的Cu層呈現良好之蝕刻外形。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。
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。又在使用依照本發明之蝕刻劑組成物蝕刻Cu系金屬層時未產生蝕刻殘渣,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,因為可一起蝕刻閘極、閘配線、源極/汲極、與資料配線。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,因而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,在不背離在所附申請專利範圍揭示之本發明的範圍及精神下,可實行各種修改、添加及取代。
由以上之詳細說明結合附圖而更為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層的全部外形之SEM影像;及
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層的Cu配線附近表面之SEM影像。
Claims (10)
- 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%之有機酸;c)0.1~5重量%之磷酸鹽化合物;d)0.1~5重量%之水溶性環形胺化合物;e)0.1~5重量%之每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物;f)0.01~1.0重量%之含氟化合物;g)0.001~5重量%之三乙二醇;及h)其餘為水。
- 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。
- 一種蝕刻銅系金屬層之方法,其包含:A)在基板上形成銅系金屬層;B)在該銅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%之有機酸;c)0.1~5重量%之磷酸鹽化合物;d)0.1~5重量%之水溶性環形胺化合物;e)0.1~5重量%之每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物;f)0.01~1.0重量%之含氟化合物;g)0.001~5重量%之三乙二醇;及h)其餘為水。
- 一種銅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%之有機酸;c)0.1~5重量%之磷酸鹽化合物;d)0.1~5重量%之水溶性環形胺化合物;e)0.1~5重量%之每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物;f)0.01~1.0重量%之含氟化合物;g)0.001~5重量%之三乙二醇;及h)其餘為水。
- 如申請專利範圍第4項之蝕刻劑組成物,其中b)有機酸包含選自由乙酸、丁酸、檸檬酸、甲酸、葡萄糖酸、羥乙酸、丙二酸、戊酸、與草酸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c)磷酸鹽化合物包含選自由磷酸鈉、磷酸鉀與磷酸銨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)水溶 性環形胺化合物包含選自由胺基四唑、咪唑、吲哚、嘌呤、吡唑、吡啶、嘧啶、吡咯、吡咯啶、與吡咯啉(pyrroline)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)每個分子具有一個氮原子與一個羧基的水溶性化合物包含選自由丙胺酸、胺基丁酸、麩胺酸、甘胺酸、亞胺基二乙酸、亞硝基三乙酸、與肌胺酸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f)含氟化合物包含選自由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,其中該銅系金屬層為單層之銅或銅合金、包含鉬層與形成於鉬層上之銅層的銅-鉬層、或包含鉬合金層與形成於鉬合金層上之銅層的銅-鉬合金層。
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