專利名稱：液晶顯示組件的銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種液晶顯示組件的銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)及其制造方法，且特別是有關(guān)一種具有阻障層的銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
薄膜晶體管平面顯示屏幕，特別是薄膜晶體管液晶顯示(以下簡稱TFT-LCD)組件，主要是利用成矩陣狀排列的薄膜晶體管，配合適當(dāng)?shù)碾娙?、轉(zhuǎn)接墊等電子組件來驅(qū)動液晶像素，以產(chǎn)生豐富亮麗的圖形。由于TFT-LCD具有外型輕薄、耗電量少以及無輻射污染等特性，因此被廣泛地應(yīng)用在筆記本計(jì)算機(jī)(Notebook)、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)等攜帶式信息產(chǎn)品上，甚至已經(jīng)逐漸取代傳統(tǒng)臺式計(jì)算機(jī)的CRT監(jiān)視器。
習(xí)知TFT-LCD組件結(jié)構(gòu)都以鋁合金或純鋁復(fù)合膜作為導(dǎo)線的材料。為了克服大尺寸、高分辨率TFT-LCD或LCD-TV所產(chǎn)生訊號延遲(RC delay)的現(xiàn)象，則選擇導(dǎo)電率較高的材料。常用金屬導(dǎo)線的材料包括銅(Cu，copper)，導(dǎo)電率約1.7×10-6Ωcm；鋁(Al，aluminum)，導(dǎo)電率約2.6×10-6Ωcm；鈦(Ti，titanium)，導(dǎo)電率約41.6×10-6Ωcm；鉬(Mo，molybdenum)，導(dǎo)電率約5.7×10-6Ωcm；鉻(Cr，chromium)，導(dǎo)電率約12.8×10-6Ωcm；鎳(Ni，nickel)，導(dǎo)電率約6.8×10-6Ωcm。因此，以較高導(dǎo)電特性的銅材料取代鋁合金或純鋁導(dǎo)線是目前產(chǎn)業(yè)界的熱門研發(fā)方向。
請參照圖1，其是一種傳統(tǒng)的薄膜晶體管液晶顯示組件(TFT-LCD)的部分結(jié)構(gòu)示意圖。在透明的玻璃基板101上先濺鍍一層金屬銅，再利用微影制程蝕刻金屬銅以形成一圖案化銅導(dǎo)線層103。其中，圖案化銅導(dǎo)線層103的兩側(cè)必須形成適當(dāng)?shù)倪吘壭倍?Taper Angle)。之后再進(jìn)行其它后續(xù)制程，例如在圖案化銅導(dǎo)線層103上方依序形成一氮化硅層105、一非晶硅層(a-Si Layer)107和一n型非晶硅層(n+a-Si Layer)109。
雖然，銅導(dǎo)線具有較佳的導(dǎo)電度，但上述的傳統(tǒng)制程仍具有許多缺點(diǎn)，例如一、銅表面極易氧化。
二、銅不易蝕刻，在蝕刻時(shí)也很難控制銅導(dǎo)線層103的邊緣斜度。
三、銅與玻璃之間的附著性差，因此銅導(dǎo)線層103與玻璃基板101之間的接合強(qiáng)度(Adhesion Strength)不佳。
四、銅導(dǎo)線層103與氮化硅層105之間接合強(qiáng)度不佳。
五、當(dāng)銅導(dǎo)線層103與氮化硅層105直接接觸時(shí)，銅極易與硅反應(yīng)，形成Cu3Si，而改變硅的能帶結(jié)構(gòu)，影響組件的電特性。
六、當(dāng)銅導(dǎo)線層103與氮化硅層105直接接觸時(shí)，銅極易在氧化硅中擴(kuò)散，影響絕緣特性，造成較高的漏電流。
七、在進(jìn)行后續(xù)制程時(shí)，裸露的銅導(dǎo)線在等離子體化學(xué)氣相沉積(PlasmaEnhanced Chemical Vapour Deposition，PECVD)與干式蝕刻的等離子體環(huán)境下，反應(yīng)性極強(qiáng)，很容易污染制程機(jī)臺，影響到TFT組件。
目前，已經(jīng)提出克服銅導(dǎo)線缺點(diǎn)的制程如下一、在銅導(dǎo)線層103與氮化硅層105之間再加入一層金屬層，以解決銅與硅之間接合不佳、易起反應(yīng)與擴(kuò)散等問題。此金屬層的材料如氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2O3)、二氧化鈦(TiO2)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鎢(W)和鎳(Ni)等。然而，此種方式在制程中必須增加幾道的金屬鍍膜、顯影、蝕刻的步驟。
二、以銅合金如鉻化銅(Cu1-xCrx)、鎂化銅(Cu1-xMgx)做為銅導(dǎo)線層103，并在高溫的氧化環(huán)境下，于銅導(dǎo)線的表面形成氧化鉻(Cr2O3)或氧化鎂(MgO)，亦用來解決銅與硅之間接合不佳、易起反應(yīng)與擴(kuò)散等問題。然而，此種方式在制程中亦須增加金屬鍍膜、顯影、蝕刻、加熱的步驟。
三、在銅導(dǎo)線層103與玻璃基板101之間，加入一層可導(dǎo)電的氧化銦錫(IndiumTin Oxide，ITO)層，以提高接合強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種液晶顯示組件的銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)及其制造方法，在銅導(dǎo)線表面形成一阻障層，以提高銅與硅之間接合強(qiáng)度、防止銅與硅起反應(yīng)與銅在硅層中擴(kuò)散，以提高應(yīng)用組件的電性。
根據(jù)本發(fā)明的一方面提出一種銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在一TFT-LCD組件中，銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)至少包括一圖案化銅導(dǎo)線層(Patterned Copper Layer)，形成于一玻璃基板上；一阻障層(Barrier Layer)，形成于圖案化銅導(dǎo)線層上方，且阻障層的材料至少含有氮或磷其中之一；或是一合金材料，化學(xué)式為M1M2R，其中，M1為鈷(Co)或鉬(Mo)，M2為鎢(W)、鉬(Mo)、錸(Re)或釩(V)，R為硼(B)或磷(P)。
根據(jù)本發(fā)明另一方面提出一種銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的制造方法，應(yīng)用于一TFT-LCD組件的制程中，該方法包括步驟如下提供一玻璃基板；形成一金屬銅層于玻璃基板上方；圖案化金屬銅層，以形成一圖案化銅導(dǎo)線層；及形成一阻障層于圖案化銅導(dǎo)線層上并覆蓋該圖案化銅導(dǎo)線層，其中，形成阻障層的材料至少含有氮或磷其中之一，或是一合金材料其化學(xué)式為M1M2R，M1為鈷(Co)或鉬(Mo)，M2為鎢(W)、鉬(Mo)、錸(Re)或釩(V)，R為硼(B)或磷(P)。其中，可應(yīng)用涂布方式形成具氮或磷其中之一(如聚硅烷)的阻障層，或是以無電鍍(Electroless)(例如以具有電鍍液的電化學(xué)槽進(jìn)行化學(xué)鍍)方式形成合金材料的阻障層。
為讓本發(fā)明之上述目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明如下


圖1是一種傳統(tǒng)的薄膜晶體管液晶顯示組件(TFT-LCD)的部分結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2A～2E是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的部分薄膜晶體管液晶顯示組件(TFT-LCD)的制造方法。
圖3A～3G是依照本發(fā)明第二實(shí)施例的部分薄膜晶體管液晶顯示組件(TFT-LCD)的制造方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要是在銅導(dǎo)線表面形成一阻障層，以解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中銅與硅之間接合不佳、易起反應(yīng)與擴(kuò)散等問題。其中，阻障層的材料是至少含有氮或磷其中之一(如聚硅烷)，或是一合金材料化學(xué)式為M1M2R，M1為鈷(Co)或鉬(Mo)，M2為鎢(W)、鉬(Mo)、錸(Re)或釩(V)，R為硼(B)或磷(P)。
以下，是以應(yīng)用的TFT-LCD組件具有附著層做詳細(xì)說明。并且依照結(jié)構(gòu)與制造方法的些微差異，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，提出第一實(shí)施例和第二實(shí)施例。另外，在該些實(shí)施例中較佳地是在玻璃基板與銅導(dǎo)線層之間形成一附著層，附著層的材料可以是金屬，或是含氮、硅或兩者的高分子材料，以提高應(yīng)用組件的接合強(qiáng)度。然而，該些實(shí)施例并不會限縮本發(fā)明欲保護(hù)的范圍。本發(fā)明的技術(shù)亦不限于實(shí)施例中所敘述的模式。
第一實(shí)施例請參照圖2A～2E，其是依照本發(fā)明第一實(shí)施例的部分薄膜晶體管液晶顯示組件(TFT-LCD)的制造方法。首先，提供一玻璃基板201，并以去離子水洗凈。接著，是較佳地在玻璃基板201上方形成一附著層(Adhesion Layer)210，如圖2A所示。形成附著層210的方法可以是旋轉(zhuǎn)式涂布(Spin Coating)或非旋轉(zhuǎn)式涂布(Spinless Coating)。其中，附著層210的材料至少含有氮或磷其中之一，例如高透明度及熱穩(wěn)定性佳的高分子材料聚硅烷(Polysilane)、PS-MSZ(Photosensitive Methylsilazane)感光型光阻或非感光型MSZ光阻(Clariant Cop.提供)。而附著層210的厚度范圍約100nm-3000nm。
然后，再以濺鍍的方式形成一金屬銅層202于附著層210上，如圖2B所示。接著，利用光阻和微影、蝕刻等制程將金屬銅層202圖案化。圖案化的步驟例如是先形成一光阻層(未顯示)于金屬銅層202上，再曝光顯影光阻層以形成一光阻圖案。根據(jù)光阻圖案蝕刻金屬銅層202，以形成一圖案化銅導(dǎo)線層203。最后去除光阻圖案，如圖2C所示。
接著，在圖案化銅導(dǎo)線層203上方形成一阻障層并覆蓋圖案化銅導(dǎo)線層203，阻障層的材料為至少含有氮或磷其中之一，例如是以聚硅烷(Polysilane)為主的高分子材料，形成厚度較佳地為500nm-3μm；或是一合金材料，化學(xué)式為M1M2R，M1為鈷(Co)或鉬(Mo)，M2為鎢(W)、鉬(Mo)、錸(Re)或釩(V)，R為硼(B)或磷(P)。在第一實(shí)施例中，是以形成至少含有氮或磷其中之一的阻障層作說明。
如圖2D所示，在圖案化銅導(dǎo)線層203上方形成一阻障層(BarrierLayer)214，形成的方法可以是旋轉(zhuǎn)式涂布(Spin Coating)或非旋轉(zhuǎn)式涂布(Spinless Coating)。其中，阻障層214的材料至少含有氮或磷其中之一，例如高透明度及熱穩(wěn)定性佳的高分子材料聚硅烷(Polysilane)、PS-MSZ(Photosensitive Methylsilazane)感光型光阻或非感光型MSZ光阻(ClariantCop.提供)。而阻障層214的厚度為100nm-3000nm。
然后再進(jìn)行其它后續(xù)制程，例如圖2E所示，在圖案化銅導(dǎo)線層203上方依序形成一氮化硅層205、一非晶硅層(a-Si Layer)207和一n型非晶硅層(n+a-Si Layer)209，形成方式例如是等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)。
另外，在第一實(shí)施例中，亦可選擇導(dǎo)電的金屬材料做為附著層210，材料例如是選自鉬(Mo)、鎢(W)、鉬化鎢(MoW)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鎢化鈦(TiW)、銠(Rh)、錸(Re)、釕(Ru)和鈷(Co)所組成的群組。在制程中則以濺鍍方式形成(圖2A)此導(dǎo)電的附著層210，且厚度范圍約20nm-200nm。
第二實(shí)施例請參照圖3A～3G，其是依照本發(fā)明第二實(shí)施例的部分薄膜晶體管液晶顯示組件(TFT-LCD)的制造方法。首先，提供一玻璃基板301，并以去離子水洗凈。接著，在玻璃基板301上方形成一附著層(Adhesion Layer)310，如圖3A所示。形成附著層310的方法可以是旋轉(zhuǎn)式涂布(Spin Coating)或非旋轉(zhuǎn)式涂布(Spinless Coating)。其中，附著層310的材料至少含有氮或磷其中之一，例如高透明度及熱穩(wěn)定性佳的高分子材料聚硅烷(Polysilane)、PS-MSZ(Photosensitive Methylsilazane)感光型光阻或非感光型MSZ光阻(Clariant Cop.提供)。而附著層310的厚度范圍約100nm-3000nm。
然后，再以濺鍍的方式形成一金屬銅層302于附著層310上，如圖3B所示。接著，利用光阻和微影、蝕刻等制程將金屬銅層302圖案化。圖案化的步驟例如是先形成一光阻層(未顯示)于金屬銅層302上，再曝光顯影光阻層以形成一光阻圖案。根據(jù)光阻圖案蝕刻金屬銅層302，以形成一圖案化銅導(dǎo)線層303。最后去除光阻圖案，如圖3C所示。
然后，根據(jù)圖案化銅導(dǎo)線層303對下方的附著層310進(jìn)行圖案化(例如以干式蝕刻的方式)，而產(chǎn)生一圖案化附著層311，如圖3D所示。
接著，在圖案化銅導(dǎo)線層303上方形成一阻障層并覆蓋圖案化銅導(dǎo)線層303，阻障層的材料為至少含有氮或磷其中之一，例如是以聚硅烷(Polysilane)為主的高分子材料，形成厚度較佳地為500nm-3μm；或是一合金材料，化學(xué)式為M1M2R，M1為鈷(Co)或鉬(Mo)，M2為鎢(W)、鉬(Mo)、錸(Re)或釩(V)，R為硼(B)或磷(P)。在第二實(shí)施例中，是以形成具合金材料M1M2R的阻障層作說明。
在形成阻障層之前，如圖3E所示，對圖案化銅導(dǎo)線層303的表面進(jìn)行活化作用(Activated Reaction)，方法例如是利用金屬鈀(Pd)進(jìn)行取代反應(yīng)(Displacement Reaction)以活化圖案化銅導(dǎo)線層303的表面。
之后，如圖3F所示，利用無電鍍(Electroless)方式在圖案化銅導(dǎo)線層303上方形成一阻障層(Barrier Layer)314，厚度范圍約5nm-50nm。其中，阻障層314是為一合金材料，化學(xué)式為M1M2R，其中，M1為鈷(Co)或鉬(Mo)，M2為鎢(W)、鉬(Mo)、錸(Re)或釩(V)，R為硼(B)或磷(P)。實(shí)施方式例如是將具有圖案化銅導(dǎo)線層303的玻璃基板301浸入含有適當(dāng)電鍍液(如鈷電鍍液..)的電化學(xué)槽中，以化學(xué)鍍方式形成阻障層(如Co、CoWP、NiWP...等)314。
然后再進(jìn)行其它后續(xù)制程，例如圖3G所示，在阻障層314上方依序形成一氮化硅層305、一非晶硅層(a-Si Layer)307和一n型非晶硅層(n+a-SiLayer)309，形成方式例如是等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)。
另外，在第二實(shí)施例中，亦可選擇導(dǎo)電的金屬材料做為附著層310，材料例如是選自鉬(Mo)、鎢(W)、鉬化鎢(MoW)、鉻(Cr)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鎢化鈦(TiW)、銠(Rh)、錸(Re)、釕(Ru)和鈷(Co)所組成的群組。在制程中則以濺鍍方式形成(圖3A)此導(dǎo)電的附著層310，形成的厚度范圍約20nm-200nm。并且以蝕刻方式產(chǎn)生圖案化附著層311(圖3D)。
根據(jù)上述第一、第二實(shí)施例，在沉積氮化硅層205、305前，先形成一阻障層214、314，例如是以涂布方式形成厚度為100nm-3000nm的高分子阻障層，其材料至少含有氮或磷其中之一(例如聚硅烷(Polysilane)、PS-MSZ感光型光阻或非感光型MSZ光阻(Clariant Cop.提供))；或是以化學(xué)鍍的方式，在裸露的銅導(dǎo)線上，選區(qū)鍍上合金材料M1M2R，5nm-50nm厚度的阻障層。
依照上述，阻障層除了有平坦化的功用外，還可避免銅導(dǎo)線在后續(xù)的制程中裸露而氧化(因此不須增加去除氧化銅的制程)。有阻障薄膜層保護(hù)的銅導(dǎo)線在后續(xù)制程中(如以PE-CVD進(jìn)行SiN/a-Si/n+三層薄膜的沉積，與干式蝕刻的等離子體環(huán)境下)，由于沒有裸露的銅導(dǎo)線，因此對機(jī)臺造成污染的可能性亦大幅降低。
若選用至少含有氮或磷其中之一的高分子材料作為阻障層，可使用旋轉(zhuǎn)式涂布(spin coating)或非旋轉(zhuǎn)式涂布(spinless coating)技術(shù)形成，除了較傳統(tǒng)的黃光方式減少鍍膜、顯影、蝕刻的制程外，材料及機(jī)臺的制造成本都較為低廉，因此可使制造成本降低。此外，選用例如是聚硅烷(Polysilane)材料作為阻障層，則具有良好的熱穩(wěn)定性與高透光度，對于應(yīng)用組件的光學(xué)性與信賴性不致有太大影響，因此在銅導(dǎo)線的蝕刻過程中對于邊緣斜度的容忍度將提高。
若選用合金材料M1M2R作為阻障層，除了可作為良好的蝕刻終點(diǎn)層(etchstop layer)外，此阻障層的導(dǎo)電性質(zhì)可使銅導(dǎo)線借由此阻障層與其它導(dǎo)線層連接，而不必直接接觸；而以無電鍍(化學(xué)鍍)方式形成銅導(dǎo)線的M1M2R阻障層，除了較傳統(tǒng)的黃光方式減少鍍膜、顯影、蝕刻的制程外，材料及機(jī)臺的制造成本都較低廉，因此可使制造成本降低。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本技術(shù)的人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的等效的變化或替換，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的本申請權(quán)利要求范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在一薄膜晶體管液晶顯示組件中，該銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)至少包括一圖案化銅導(dǎo)線層，形成于一玻璃基板上；一阻障層，形成于該圖案化銅導(dǎo)線層上方，且該阻障層的材料至少含有氮或磷其中之一，或是一合金材料化學(xué)式為M1M2R，M1為鈷(Co)或鉬(Mo)，M2為鎢(W)、鉬(Mo)、錸(Re)或釩(V)，R為硼(B)或磷(P)。
2.如權(quán)利要求1所述的銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其特征在于該阻障層的材料為PS-MSZ(Photosensitive Methylsilazane)感光型光阻、或非感光型MSZ(Methylsilazane)光阻。
3.如權(quán)利要求2所述的銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其特征在于該阻障層的厚度為500nm-3μm。
4.如權(quán)利要求1所述的銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，其特征在于該阻障層為該合金材料M1M2R，其厚度為5nm-50nm。
5.如權(quán)利要求1所述的銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)還包括一附著層形成于該圖案化銅導(dǎo)線層和該玻璃基板之間。
6.一種銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的制造方法，包括步驟如下提供一玻璃基板；形成一金屬銅層于該玻璃基板上方；圖案化該金屬銅層，以形成一圖案化銅導(dǎo)線層；及形成一阻障層于該圖案化銅導(dǎo)線層上并覆蓋該圖案化銅導(dǎo)線層，其中，形成該阻障層的材料是至少含有氮或磷其中之一，或是一合金材料其化學(xué)式為M1M2R，M1為鈷(Co)或鉬(Mo)，M2為鎢(W)、鉬(Mo)、錸(Re)或釩(V)，R為硼(B)或磷(P)。
7.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于以涂布方式形成至少含有氮或磷其中之一的該阻障層。
8.如權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于該阻障層的材料為聚硅烷，且該阻障層形成的厚度為500nm-3000nm。
9.如權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于以化學(xué)鍍方式形成合金材料M1M2R的該阻障層于該圖案化銅導(dǎo)線層上，且該阻障層形成的厚度為5nm-50nm。
10.如權(quán)利要求9所述的制造方法，其特征在于在形成該阻障層的步驟前，先以鈀(Pd)活化該圖案化銅導(dǎo)線層的表面。
全文摘要
一種銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在一LCD組件中，銅導(dǎo)線結(jié)構(gòu)至少包括一圖案化銅導(dǎo)線層(Patterned Copper Layer)，形成于一玻璃基板上；一阻障層(Barrier Layer)，形成于圖案化銅導(dǎo)線層上方，且阻障層的材料至少含有氮或磷其中之一；或是一合金材料化學(xué)式為M
文檔編號G03F7/20GK1632678SQ20051000418
公開日2005年6月29日 申請日期2005年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月11日
發(fā)明者劉祐瑋, 蔡文慶, 黃國有, 林惠芬 申請人:友達(dá)光電股份有限公司