TWI524428B - 液晶顯示器用之陣列基板及其製造方法以及蝕刻銅系金屬層之方法及其蝕刻劑組成物 - Google Patents
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Description
本發明係揭示一種製造液晶顯示器用之陣列基板的方法、銅系金屬層用的蝕刻劑組成物，及一種使用蝕刻劑組成物蝕刻銅系金屬層的方法。
通常而言，於半導體裝置之基板上形成金屬配線係包括濺鍍形成金屬層，塗佈光阻，實行曝光與顯影以使得在選擇的區域上形成光阻，及實行蝕刻，且在個別程序之前或後進行清洗程序。進行蝕刻程序時，使用光阻作為光罩，使金屬層形成在選定的區域上。蝕刻程序通常包括使用電漿的乾性蝕刻或使用蝕刻劑組成物的濕性蝕刻。
近來，在此等的半導體裝置中，金屬配線的電阻被認為相當重要。這是因為當誘導RC信號延遲時，電阻是一個主要的因素。於薄膜電晶體顯示器(TFT-LCD)的情況中，解決RC信號延遲的問題乃是增加面板尺寸與達到高解析度的關鍵。因此，為了達到降低RC信號延遲，進而增加TFT-LCD的尺寸，需要開發低電阻的材料。
傳統上，鉻(Cr，電阻率12.7×10-8Ωm)、鉬(Mo，電阻率5×10-8Ωm)、鋁(Al，電阻率2.65×10-8Ωm)及其合金帶有高電阻，因而難以用於大尺寸TFT-LCD之閘配線與資料配線。因此，如銅層或銅-鉬層之含有銅(Cu)系金屬層的低電阻金屬層與相關的蝕刻劑組成物正受到矚目。然而，鑑於至目前為止，用於銅系金屬層的蝕刻劑組成物的表現尚無法滿足使用者需求，故正進行提升此表現的研發。
因此，本發明的目的在提供一種銅系金屬層用的蝕刻劑組成物，該組成物可形成具有優越的蝕刻均勻性與線性的錐形輪廓(taper profile)，且不會有殘餘金屬層。
同時，本發明的目的亦在提供一種銅系金屬層用的蝕刻劑組成物，組成物可蝕刻銅系金屬層所製成之液晶顯示器的閘極、閘配線、源極/汲極與資料配線所構成群組當中的全部。
同時，本發明的目的亦在提供一種使用如上之蝕刻劑組成物蝕刻銅系金屬層，以製造液晶顯示器陣列基板的方法。
本發明之其中一個面向為提供一種用於銅系金屬層的蝕刻劑組成物，其按組成物的總重量計係包含：A) 5.0~25重量%的過氧化氫(H2O2)，B) 0.01~1.0重量%的含氟(F)化合物，C) 0.1~5.0重量%的唑(azole)化合物，D) 0.1~10.0重量%之選自膦酸衍生物及其鹽的一或多種化合物，E)餘量為水。
本發明之第二面向為提供一種蝕刻銅系金屬層的方法，其包含於基板上形成銅系金屬層，於銅系金屬層上選擇性地形成感光性材料，並使用本發明之蝕刻劑組成物蝕刻銅系金屬層。
本發明的第三面向為提供一種製造液晶顯示器用之陣列基板方法，包含a)於基板上形成閘配線，b)於包含閘配線的基板上形成閘絕緣層，c)於閘絕緣層上形成半導體層，d)於半導體層上形成源極/汲極，及e)形成與汲極連結的像素電極。其中a)包含於基板上形成銅系金屬層，並依據本發明之蝕刻劑組成物蝕刻該銅系金屬層，因而形成閘配線；d)包含於半導體層上形成銅系金屬層，並使用蝕刻劑成分蝕刻銅系金屬層，因而形成源極/汲極。
本發明的第四面向為提供一種陣列基板用之液晶顯示器，包含選自閘配線、源極/汲極中所選出之一或多者，並由本發明之蝕刻劑組成物各別加以蝕刻。
當使用本發明之蝕刻劑組成物蝕刻銅系金屬層，可形成具有優越的蝕刻均勻性與線性的錐形輪廓，同時不會產生蝕刻殘餘物，因而可防止短路、不良配線或低亮度之產生。
同時，當使用本發明之蝕刻劑組成物製造液晶顯示器用的陣列基板時，以銅系金屬所製得之液晶顯示器的閘極電極、閘配線、源極/汲極與資料配線均可用蝕刻劑組成物蝕刻，因而可簡化蝕刻程序，將製程良率最大化。
因此，使用本發明之蝕刻劑組成物可以非常有效率地製造液晶顯示器用陣列基板，其具有可實現大尺寸螢幕與高亮度的優良電路系統。
(最適發明樣態)
本發明關於一用於銅系金屬層的蝕刻劑組成物，按組成物的總重量計係包含：A) 5.0~25重量%的過氧化氫(H2O2)，B) 0.01~1.0重量%的含氟(F)化合物，C) 0.1~5.0重量%的唑化合物，D) 0.1~10.0重量%之選自膦酸衍生物及其鹽的一或多種化合物，E)餘量為水。
本發明中之含銅的銅系金屬層，可為單層結構或含雙層等的多層結構。其實施例包括單層的銅或銅合金，及如銅-鉬層或銅-鉬合金層的多層結構。銅-鉬層包括一鉬層及形成於鉬層之上的銅層；而銅-鉬合金層包括一鉬合金層及形成於鉬合金層之上的銅層。此外，鉬合金層可由鉬及選自由鈦(Ti)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、釹(Nd)、銦(In)所構成群組中之一或多者所組成。
本發明之蝕刻劑組成物中，A)過氧化氫(H2O2)是用以蝕刻銅系金屬層的主要成分，按蝕刻劑組成物的總重量計使用量為5.0~25重量%。若A)過氧化氫的量小於5.0重量%，可能無法蝕刻銅系金屬層，或蝕刻率會過低。相對而言，若其量超過25重量%，總體蝕刻率會變快，造成難以控制製程。
本發明之蝕刻劑組成物中，B)含氟化合物為可於水中解離產生氟離子的化合物，B)含氟化合物的功能在當同時蝕刻銅層與鉬層時，去除無法避免而由蝕刻劑產生的蝕刻殘餘物。按蝕刻劑組成物的總重量計，B)含氟化合物的使用量為0.01~1.0重量%，若B)含氟化合物的量小於0.01重量%，可能造成蝕刻殘餘物的產生。相對而言，若其量超過1.0重量%，玻璃基板被蝕刻的速率將會增加。
B)含氟化合物可包括任何使用於先前技術的材料而無限制，只要其可於水中解離，在溶液中產生氟離子或多原子氟離子。含氟化合物可包含選自由氟化銨(NH4F)、氟化鈉(NaF)、氟化鉀(KF)、氟化氫銨(NH4FHF)、氟化氫鈉(NaFHF)及氟化氫鉀(KFHF)所構成群之一或多者。
本發明之蝕刻劑組成物中，C)唑化合物的功能在調整蝕刻銅系金屬層的蝕刻率，並降低蝕刻圖案(pattern)的CD損失，因此提高製程邊限(process margin)。按蝕刻劑組成物的總重量計，C)唑化合物的使用量為0.1~5.0重量%，若C)唑化合物的量小於0.1重量%，蝕刻率可能會增加，並造成過多的CD損失。相對而言，若其量超過5.0重量%，銅蝕刻率會降低，且鉬或鉬合金的蝕刻率會增加，因此鉬或鉬合金可能非所欲地過度蝕刻而造成底切。
C)唑化合物的實施例包括胺基四唑、苯并***、甲苯***、吡唑、吡咯、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，其可單獨使用或為兩種以上之混合物。
本發明之蝕刻劑組成物中，D)選自膦酸衍生物及其鹽中之一或多者，其功能在螯合蝕刻銅層後溶於蝕刻劑中的銅離子，以便抑制銅離子的活性，而抑制過氧化氫的分解。當銅離子的活性經由此法加以抑制時，於用蝕刻劑進行蝕刻製程時，將有助製程的穩定。按蝕刻劑組成物的總重量計，D)選自膦酸衍生物及其鹽的一或多者之使用量為0.1~10.0重量%。若D)選自膦酸衍生物及其鹽的一或多者的量小於0.1重量%，蝕刻均勻性將會降低，過氧化氫的分解將會加速。相對而言，若其量超過10.0重量%，蝕刻率可能變得過快。
D)選自膦酸衍生物及其鹽的一或多者，膦酸衍生物的一個典型的實施例可包括1-羥基亞乙基1,1-二膦酸(HEDP)；膦酸衍生物鹽的一個典型實施例可包括HEDP的鈉鹽或鉀鹽。
本發明之蝕刻劑組成物中，E)水並無特別限制，但可包括去離子水。去離子水特別有用，因其電阻(指離子從水中被去除的程度)為18 MΩ/cm或更多。
另外，本發明之蝕刻劑組成物可額外包含選自醋酸鹽或過醋酸鹽的一或多者。這些化合物可扮演增加蝕刻均勻性的角色。
因此，按組成物的總重量計，選自醋酸鹽或過醋酸鹽的一或多者的使用量，為0.05~5.0重量%。若選自醋酸鹽或過醋酸鹽的一或多者的量小於0.05重量%，蝕刻均勻性會降低。相對而言，若其量超過5.0重量%，蝕刻率可能變得太低。
在選自醋酸鹽或過醋酸鹽的一或多者中，醋酸鹽的典型實施例可包括醋酸銨、醋酸鈉及醋酸鉀；過醋酸鹽的典型實施例可包括過醋酸銨、過醋酸鈉及過醋酸鉀。
此外，本發明之蝕刻劑組成物可額外包含界面活性劑，界面活性劑的功能為降低表面張力，進而提高蝕刻均勻性。界面活性劑只要對本發明的蝕刻劑組成物有抗性與相容性，其餘並無特別限制，但可包括選自由陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、兩性界面活性劑、非離子界面活性劑及多元醇界面活性劑的所構成群組中的一或多者。
同時，本發明之蝕刻劑組成物於上述成分之外，可額外包含典型添加物。添加物的實施例可包括螯隔劑，抗腐蝕劑等。
可用典型已知方法製備包含A)過氧化氫(H2O2)，B)含氟化合物，C)唑化合物，D)選自膦酸衍生物及其鹽的一或多者，E)水的蝕刻劑組成物，但較佳達到適於半導體製程的純度。
本發明的蝕刻劑組成物可蝕刻銅系金屬層所製成之液晶顯示器的閘極電極、閘配線、源極/汲極資料配線之全部。
此外，本發明係關於一種蝕刻銅系金屬層的方法，包含I)於基板上形成銅系金屬層，II)於銅系金屬層上選擇性地形成感光性材料，III)使用本發明之蝕刻劑組成物蝕刻該銅系金屬層。
依據本發明中的蝕刻方法，感光性材料可為典型光阻，並且在進行典型曝光與顯影時，可選擇性形成感光材料層。
此外，本發明關於一種製造液晶顯示器用之陣列基板方法，包含a)於基板上形成閘配線，b)於包含閘配線的基板上形成閘絕緣層，c)於閘絕緣層上形成半導體層，d)於半導體層上形成源極/汲極，及e)形成與汲極連結的像素電極。其中a)可包含於基板上形成銅系金屬層，並依據本發明之蝕刻劑組成物蝕刻銅系金屬層，因而形成閘配線；d)可包含於半導體層上形成銅系金屬層，並使用依據本發明之蝕刻劑成分蝕刻銅系金屬層，因而形成源極/汲極。
液晶顯示器用陣列基板可為薄膜電晶體(TFT)陣列基板。
(發明態樣)
本發明可由以下實施例進一步說明，惟本發明係不限於以下實施例。
實施例1～12所列之蝕刻劑組成物乃由表1所列之成分製備。
測試例1：評估蝕刻劑組成物的性質
使用實施例1~12之蝕刻劑組成物進行銅系金屬層(包括單層銅與雙層之銅/鉬-鈦)之蝕刻。蝕刻時，設定蝕刻劑組成物的溫度為約30℃，但隨其他製程條件與因素的不同可加以適當變化。再者，雖然蝕刻時間會隨著蝕刻溫度而變動，但一般來說是設定在約30~180秒。在蝕刻製程中，使用SEM(S-4700，得自Hitachi)觀察銅系金屬層被蝕刻的剖視圖。結果如以下表2所示。
由表2明顯可見，由實施例1~12對蝕刻率的評估，顯示蝕刻率為適當。由圖1及圖2之使用組成物實施例1的組成物蝕刻銅/鉬-鈦與圖3及圖4使用組成物實施例7的組成物蝕刻銅/鉬-鈦，可見使用蝕刻劑組成物實施例1或7蝕刻銅系金屬層，顯示了良好的經蝕刻後之蝕刻輪廓。同時，由圖5所顯示用組成物實施例1蝕刻銅/鉬-鈦及由圖6所顯示用組成物實施例7蝕刻銅/鉬-鈦，可見當使用蝕刻劑組成物實施例1或7蝕刻銅系金屬層時，並無蝕刻殘餘物。
因此，本發明的蝕刻劑組成物是有利的，因銅系金屬層的優越錐形輪廓與線性圖樣與適宜的蝕刻率，特別是蝕刻後不會留下蝕刻殘餘物。
測試例2：評估以蝕刻劑組成物所處理的基板數目
表3表示使用蝕刻劑組成物比較例1(傳統蝕刻劑組成物)與本發明的蝕刻劑組成物實施例3及實施例9，依銅濃度不同，計算旁側蝕刻(side etch)(μm)的變化。旁側蝕刻係指蝕刻後測量之光阻邊緣與下方金屬邊緣之間的距離。假設旁側蝕刻值改變，驅動薄膜電晶體時的信號傳輸率也會改變，造成非所欲的污點(stains)。因此，旁側蝕刻的改變需要達到最小。本評估建立在一個前提下：即當蝕刻過程中的旁側蝕刻改變動±0.1μm以內，持續性地使用蝕刻劑組成物為可行的。
由表3明顯可見，比較例1的傳統蝕刻劑組成物可處理溶出為4500 ppm的銅，而本發明的蝕刻劑組成物實施例3及實施例9，可處理溶出為6000 ppm的銅。
比起蝕刻劑組成物實施例3，額外含有醋酸鹽成分的蝕刻劑組成物實施例9，不論處理的基板數目為何，都不會造成旁側蝕刻結果的差異。然而，醋酸鹽的功能是：當使用如蝕刻劑組成物實施例3時，防止上方銅層隨著處理基板數目的增加可能成比例地使錐形變圓。
圖1及圖2係掃描式電子顯微鏡(SEM)圖，分別表示以本發明實施例1之蝕刻劑組成物蝕刻銅/鉬-鈦雙層的剖視圖與經蝕刻後之整體蝕刻輪廓(Etching profile)圖。
圖3及圖4係掃描式電子顯微鏡圖，分別表示以本發明實施例7之蝕刻劑組成物蝕刻銅/鉬-鈦雙層的剖視圖與經蝕刻後之整體蝕刻輪廓(Etching profile)圖。
圖5及圖6係掃描式電子顯微鏡圖，分別表示以本發明實施例1與實施例7之蝕刻劑組成物蝕刻銅/鉬-鈦雙層後的銅配線表面周遭圖。
Claims (9)
- 一種製造液晶顯示器用之陣列基板的方法，其包含：a)於基板上形成閘配線；b)於包含該閘配線的該基板上形成閘絕緣層；c)於該閘絕緣層上形成半導體層；d)於該半導體層上形成源極/汲極；及e)形成與該汲極連結的像素電極，其中a)包含於該基板上形成銅系金屬層，並使用蝕刻劑組成物蝕刻該銅系金屬層，因而形成閘配線；d)包含於該半導體層上形成銅系金屬層，並使用該蝕刻劑組成物蝕刻該銅系金屬層，因而形成該源極/汲極；該蝕刻劑組成物按組成物總重量計係包含：A)5.0~25重量%的過氧化氫(H2O2)；B)0.01~1.0重量%的含氟化合物；C)0.1~5.0重量%的唑化合物；D)0.1~10.0重量%之選自1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸、1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸的鈉鹽及1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸的鉀鹽所構成群組的一或多種化合物；E)0.05~5.0重量%之選自醋酸鹽及過醋酸鹽中的一或多種化合物；及F)餘量為水。
- 如申請專利範圍第1項之方法，其中該液晶顯示器用之陣列基板為一薄膜電晶體(TFT)陣列基板。
- 一種銅系金屬層用的蝕刻劑組成物，其按組成物總重量計係包含：A)5.0~25重量%的過氧化氫(H2O2)；B)0.01~1.0重量%的含氟化合物；C)0.1~5.0重量%的唑化合物；D)0.1~10.0重量%之選自1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸、1-羥基亞 乙基-1,1-二膦酸的鈉鹽及1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸的鉀鹽所構成群組的一或多種化合物；E)0.05~5.0重量%之選自醋酸鹽及過醋酸鹽中的一或多種化合物；及F)餘量為水。
- 如申請專利範圍第3項之蝕刻劑組成物，其中B)含氟化合物係包含選自由氟化氫銨(NH4FHF)、氟化氫鉀(KFHF)、氟化氫鈉(NaFHF)、氟化銨(NH4F)、氟化鉀(KF)與氟化鈉(NaF)所構成群組之一或多者。
- 如申請專利範圍第3項之蝕刻劑組成物，其中C)唑化合物係包含選自由胺基四唑、苯并***、甲苯***、吡唑、吡咯、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3項之蝕刻劑組成物，其中選自醋酸鹽或過醋酸鹽的一或多種化合物係包含選自由醋酸銨、醋酸鈉、醋酸鉀、過醋酸銨、過醋酸鈉、與過醋酸鉀所構成群組中之一或多者。
- 如申請專利範圍第3項之蝕刻劑組成物，其中該銅系金屬層為單層的銅或銅合金、含有鉬層及形成於該鉬層之上的銅層之銅-鉬層、或含有鉬合金層及形成於該鉬合金層上的銅層之銅-鉬合金層。
- 一種蝕刻銅系金屬層之方法，其包含：於基板上形成銅系金屬層；於該銅系金屬層上選擇性地形成感光性材料層；及使用如申請專利範圍第3項之蝕刻劑組成物蝕刻該銅系金屬 層。
- 一種液晶顯示器用之陣列基板，其包含選自閘配線與源極/汲極之一或多者，使用如申請專利範圍第3項之蝕刻劑組成物蝕刻每一者。
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