專利名稱：用于多層銅和鉬的蝕刻溶液及使用該蝕刻溶液的蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬層的蝕刻溶液，更確切地說，本發(fā)明涉及用于銅-鉬層的蝕刻溶液及使用該蝕刻溶液的蝕刻方法。
背景技術(shù)：
為了在半導(dǎo)體裝置的襯底上形成一金屬線，通常需要如下的多個(gè)步驟，例如，用濺射法在襯底上形成一金屬層，通過涂敷、曝光和顯影在金屬層上形成一光阻(PR)圖形，以及對金屬層蝕刻，其中在每個(gè)步驟之前和/或之后都要進(jìn)行清潔步驟。在蝕刻步驟過程中，用PR圖形作為蝕刻掩模對金屬層進(jìn)行構(gòu)圖。對于蝕刻步驟，可以采用借助等離子體的干刻法或借助蝕刻溶液的濕刻法。
近來，金屬層的電阻已經(jīng)成為半導(dǎo)體裝置領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)課題。金屬層的電阻是半導(dǎo)體裝置中RC(電阻-電容)信號延遲部件的關(guān)鍵因素。同樣，應(yīng)該考慮金屬層的電阻用來增加薄膜晶體管液晶顯示(TFT-LCD)裝置的面板尺寸和分辨率。對于大尺寸的TFT-LCD裝置，應(yīng)當(dāng)減小RC信號延遲并開發(fā)具有低電阻率的材料。通常，例如鉻(Cr)(電阻率約為12.7×10-8Ωm)、鉬(Mo)(電阻率約為5×10-8Ωm)、鋁(Al)(電阻率約為2.65×10-8Ωm)等金屬及其它們的合金已經(jīng)被用于TFT-LCD裝置的金屬層。然而，這些金屬由于其電阻高而不適用于大尺寸TFT-LCD裝置的柵極線和數(shù)據(jù)線。因此，建議將銅(Cu)作為金屬線的材料。銅(Cu)的電阻率小于鋁(Al)和鉻(Cr)，對環(huán)境而言還具有其他的優(yōu)點(diǎn)。然而，銅對于包括PR涂敷和構(gòu)圖步驟的光刻工序卻是不利的。此外，銅與含硅(Si)絕緣層的粘著力較差。
為了克服單一銅(Cu)層的缺點(diǎn)，已采用了包含銅(Cu)的多層。例如，多層銅(Cu)和鈦(Ti)已被用5作大尺寸的TFT-LCD裝置的金屬線?，F(xiàn)已存在用于多層銅(Cu)和鈦(Ti)的蝕刻溶液，并已采用了許多其它的蝕刻溶液。然而，由于用于多層銅(Cu)和鈦(Ti)的蝕刻溶液因鈦(Ti)的化學(xué)性質(zhì)的原因而需含有氟離子，因此，TFT-LCD裝置中含有硅的那些層(即，玻璃基板、含硅的有源層、氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiO2)的絕緣層)也會(huì)因此而被蝕刻。含硅層不期望的蝕刻使TFT-LCD裝置的制造工藝變得復(fù)雜化。
因此，有建議采用多層的銅(Cu)和鉬(Mo)。通過控制厚度比，多層的(Cu)和鉬(Mo)的性質(zhì)可以等同于或優(yōu)于多層的銅(Cu)和鈦(Ti)。此外，由于氟離子對多層銅(Cu)和鉬(Mo)的蝕刻沒有直接的影響，因此，僅需將少量的氟離子加入到用于多層銅(Cu)和鉬(Mo)的蝕刻溶液中，從而含硅層也就不會(huì)被蝕刻。
公開的專利號為No.KP 1999-0017836的專利中公開了一種用于多層銅(Cu)且含有磷酸、硝酸和乙酸的蝕刻溶液，公開的專利號為No.KP2000-0032999的專利中公開了一種用于多層銅(Cu)且含有三氯化鐵(III)六水合物和氫氟酸的蝕刻溶液。然而，當(dāng)這些蝕刻溶液用于蝕刻多層銅(Cu)和鉬(Mo)時(shí)會(huì)存在諸多缺點(diǎn)。首先，蝕刻速度太快以至于不能控制蝕刻步驟，因此工藝范圍太窄。第二，由于已蝕刻的多層的剖面傾斜角大于等于約90°，這樣在后續(xù)工序中可能會(huì)使裝置出現(xiàn)缺陷或不利。第三，已蝕刻的多層的平直度差。第四，當(dāng)使用含有三氯化鐵(III)六水合物和氫氟酸的蝕刻溶液時(shí)，含硅層也同樣會(huì)發(fā)生如使用多層銅(Cu)和鈦(Ti)的蝕刻溶液的情況下所出現(xiàn)的不期望的蝕刻。
圖1A的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示了用含有磷酸、硝酸和乙酸的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻而形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形，而圖1B的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示了用含有三氯化鐵(III)六水合物和氫氟酸的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻而形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形。如圖1A和1B所示，銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形具有不良的剖面和差的平直度。特別是在圖1B，玻璃基板具有一粗糙的上表面，這是因?yàn)槲g刻溶液中的氫氟酸蝕刻了含硅的玻璃基板。
也有建議采用另一種含有過氧化氫的蝕刻溶液來蝕刻多層的銅(Cu)和鉬(Mo)。然而，該蝕刻溶液對于銅(Cu)的第一最佳pH值為約2至約4，而對于鉬(Mo)的第二最佳pH值為約4至約7。因此，當(dāng)將蝕刻溶液控制在對于銅(Cu)而言的第一最佳pH值時(shí)，鉬(Mo)層會(huì)作為殘余物而殘留，而當(dāng)將蝕刻溶液控制在對于鉬(Mo)而言的第二最佳pH值時(shí)，銅(Cu)層的蝕刻速度則會(huì)極大地減慢。
圖2A的剖視掃描電鏡(SEM)圖像表示了用含有過氧化氫的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻而形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形，圖2B的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示了用含有過氧化氫的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻而形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形，圖2C的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示了經(jīng)含有過氧化氫的蝕刻溶液蝕刻后的襯底。如圖2A和2B所示，銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形具有相對較好的剖面和平直度。然而，如圖2C所示，由于蝕刻溶液的pH值是適合于銅(Cu)的pH值，蝕刻溶液沒有完全地對鉬(Mo)進(jìn)行蝕刻，因此，在襯底上能觀察到大量的鉬(Mo)殘余物。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明意欲提供一種用于多層銅(Cu)和鉬(Mo)的蝕刻溶液，其基本上克服了因現(xiàn)有技術(shù)的局限和缺點(diǎn)造成的一個(gè)或多個(gè)問題。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，提供一種蝕刻多層銅(Cu)和鉬(Mo)而基本上沒有鉬(Mo)殘余物的蝕刻溶液及使用該蝕刻溶液的蝕刻方法。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，提供一種用于多層銅(Cu)和鉬(Mo)的蝕刻溶液以及使用該蝕刻溶液的蝕刻方法，所述的蝕刻溶液提供了可控的蝕刻速度、約30°至約60°的傾斜角、優(yōu)良的平直度、較長壽命和相對于銅(Cu)而言約為2至約4的pH值。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，提供一種具有低電阻率且能防止環(huán)境污染的用于銅的蝕刻溶液。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在下面的說明中給出，其中一部分特征和優(yōu)點(diǎn)可以從說明中明顯得出或是通過對本發(fā)明的實(shí)踐而得到。通過在文字說明部分、權(quán)利要求書以及附圖中特別指出的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)。
為了得到本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn)并根據(jù)本發(fā)明的目的，作為具體和廣義的描述，一種用于多層銅和鉬的蝕刻溶液，包含約5％重量至約30％重量的過氧化氫；約0.5％重量至約5％重量的有機(jī)酸；約0.2％重量至約5％重量的磷酸鹽；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第一添加劑；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第二添加劑；約0.01％重量至約1.0％重量的含氟化合物；以及使蝕刻溶液的總量為100％的去離子水。
按照本發(fā)明的另一方面，一種用于多層銅和鉬的蝕刻方法，包括在襯底上形成多層的銅和鉬；在所述的多層上形成光阻圖形；用蝕刻溶液蝕刻該多層，所述的蝕刻溶液包含約5％重量至約30％重量的過氧化氫；約0.5％重量至約5％重量的有機(jī)酸；約0.2％重量至約5％重量的磷酸鹽；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第一添加劑；約0.2％重量至大約5％重量的含氮的第二添加劑；約0.01％重量至約1.0％重量的含氟化合物；以及使蝕刻溶液的總量為100％的去離子水。
按照本發(fā)明的另一方面，一種用于蝕刻多層銅和鉬的組合物，包含約5％重量至約30％重量的過氧化氫；約0.5％重量至約5％重量的有機(jī)酸；約0.2％重量至約5％的磷酸鹽；約0.2％重量至約5％的含氮的第一添加劑；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第二添加劑；約0.01％重量至約1.0％重量的含氟化合物；以及約45％重量至約93.89％重量的去離子水。
按照本發(fā)明的另一方面，一種用于液晶顯示裝置的陣列基板的制造方法，包括在襯底上形成柵極和柵極線；在柵極和柵極線上形成第一絕緣層；在第一絕緣層上形成半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層上形成源極和漏極，形成與柵極線交叉的數(shù)據(jù)線，所述源極和漏極彼此分隔開，源極與數(shù)據(jù)線相連，柵極線和數(shù)據(jù)線限定一象素區(qū)，其中柵極線和數(shù)據(jù)線中至少一條是多層的銅和鉬，并且用一種蝕刻溶液對該多層進(jìn)行蝕刻，所述蝕刻溶液包含約5％重量至約30％重量的過氧化氫；約0.5％重量至約5％重量的有機(jī)酸；約0.2％重量至約5％重量的磷酸鹽；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第一添加劑；約0.2重量％至大約5％重量的含氮的第二添加劑；約0.01％重量至大約1.0％重量的含氟化合物；以及使蝕刻溶液的總量為100％的去離子水。
很顯然，上面的一般性描述和下面的詳細(xì)說明都是示例性和解釋性的，其意在對本發(fā)明的權(quán)利要求作進(jìn)一步解釋。


本申請所包含的附圖用于進(jìn)一步理解本發(fā)明，其與說明書相結(jié)合并構(gòu)成說明書的一部分，所述附圖表示本發(fā)明的實(shí)施例并與說明書一起解釋本發(fā)明的原理。附圖中圖1A的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示用含有磷酸、硝酸和乙酸的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻而形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形；圖1B的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示用含有三氯化鐵(III)六水合物和氫氟酸的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻而形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形；圖2A的剖視掃描電鏡(SEM)圖像表示用含有過氧化氫的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻而形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形；圖2B的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示用含有過氧化氫的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻而形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形；圖2C的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示經(jīng)含有過氧化氫的蝕刻溶液蝕刻后的襯底；圖3A至3F的示意性剖視圖表示按照本發(fā)明實(shí)施例的方法對多層進(jìn)行蝕刻的過程；圖4A的剖視掃描電鏡(SEM)圖像表示用按照本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻而形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形；圖4B的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示用按照本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻而形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形；圖4C的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示經(jīng)按照本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻溶液蝕刻后的基板；圖5A的示意圖表示用按照本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻溶液制造的用于液晶顯示裝置的陣列襯底；圖5B是沿著圖5A中線“VB-VB”剖切的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述優(yōu)選實(shí)施例示于附圖中。在可能的情況下，所有附圖中都用相同的標(biāo)號代表相同或相似的部件。
多層的銅(Cu)和鉬(Mo)包括具有一下銅(Cu)層和一上鉬(Mo)層的雙層，具有一下鉬(Mo)層和一上銅(Cu)層的雙層，以及具有一下鉬(Mo)層、一中銅(Cu)層和一上鉬(Mo)層的三層。換句話說，多層銅(Cu)和鉬(Mo)包括其間交替設(shè)置的多個(gè)銅(Cu)層和多個(gè)鉬(Mo)層。多層銅(Cu)和鉬(Mo)的結(jié)構(gòu)是由多層的下層或上層的材料以及與層與層之間的粘合劑所決定的。銅(Cu)層的厚度和鉬(Mo)層的厚度可以沒有限制且彼此獨(dú)立。因此，當(dāng)鉬(Mo)層的厚度為零時(shí)，所述的多層就意味著是單銅(Cu)層。
按照本發(fā)明用于多層銅(Cu)和鉬(Mo)的蝕刻溶液包含過氧化氫、有機(jī)酸、磷酸鹽、含氮的第一添加劑、含氮的第二添加劑和含氟化合物，這些組分可以用傳統(tǒng)方法制備得到，且含有的雜質(zhì)滿足半導(dǎo)體裝置制造工藝的要求，所述蝕刻溶液用去離子水作為溶劑。去離子水的電阻約在18MΩ/cm以上。也可以加入用于蝕刻溶液的其它常用的添加劑。
過氧化氫和有機(jī)酸是用于蝕刻銅(Cu)和鉬(Mo)的組分，它們含有的雜質(zhì)滿足半導(dǎo)體裝置制造工藝的要求。例如，過氧化氫和有機(jī)酸含有的金屬雜質(zhì)密度低于10 ppb(part per billion，十億分之一)?？梢詻]有特殊限制地使用各種類型的有機(jī)酸。例如，可以使用乙酸、丁酸、檸檬酸、甲酸、葡萄糖酸、乙醇酸、丙二酸、乙二酸和戊酸和其它水溶性的有機(jī)酸作為有機(jī)酸。
有機(jī)酸控制著蝕刻溶液的pH值，從而對銅(Cu)和鉬(Mo)進(jìn)行蝕刻。如果蝕刻溶液僅含有過氧化氫而沒有有機(jī)酸，則蝕刻溶液不能蝕刻銅(Cu)。含有有機(jī)酸的蝕刻溶液的pH值可以為約0.5至約4.5。
磷酸鹽控制著已蝕刻的多層的剖面外形，該剖面外形與已蝕刻的多層的傾斜角有關(guān)。可以沒有特殊限制地使用各種類型的磷酸鹽。例如，可以使用由堿金屬或堿土金屬取代磷酸中至少一個(gè)氫原子的磷酸二氫鈉和磷酸二氫鉀作為磷酸鹽。磷酸鹽減小了銅(Cu)和鉬(Mo)之間的電場，從而防止了所謂的“底切現(xiàn)象”(undercut phenomenon)。例如，如果蝕刻具有一上銅(Cu)層和一下鉬(Mo)層的多層，則當(dāng)出現(xiàn)底切現(xiàn)象時(shí)，下鉬(Mo)層會(huì)在剖視圖上被蝕刻溶液蝕刻掉。如果蝕刻溶液不包括磷酸鹽，則由于下鉬(Mo)層幾乎被蝕刻掉而使得上銅(Cu)層會(huì)被升起來(lift off)。
含氮的第一添加劑控制著多層銅(Cu)和鉬(Mo)的蝕刻速度以減少了圖形的臨界尺寸(“CD”)損失，從而改善了制造工藝范圍?？梢詻]有特殊限制地使用各種類型的添加劑。例如，可以用氨基四唑、咪唑、吲哚、嘌呤、吡唑、吡啶、嘧啶、吡咯、吡咯烷、吡咯啉和其它的水溶性環(huán)胺化合物作為第一添加劑。如果蝕刻溶液不含有第一添加劑，則不能控制蝕刻速度，也不能得到合適的圖形寬度。因而，裝置出現(xiàn)缺陷和變差的可能性增加了，同時(shí)制造工藝范圍也就降低了。這些會(huì)在大規(guī)模生產(chǎn)中引起很多問題。
盡管含氮的第二添加劑與剖面外形或蝕刻速度不直接相關(guān)，但第二添加劑能防止在貯存蝕刻溶液時(shí)出現(xiàn)的過氧化氫的自分解反應(yīng)，而且，甚至在多次使用蝕刻溶液后還能保持蝕刻溶液均勻的蝕刻性質(zhì)。可以沒有特殊限制地使用各種類型的添加劑?？梢杂冒ò被螋然乃苄曰衔镒鳛榈诙砑觿绫彼?、氨基丁酸、谷氨酸、甘氨酸、亞氨基二乙酸、次氮基三乙酸、肌氨酸及其它們的衍生物。通常，在貯存含有過氧化氫的溶液時(shí)，會(huì)出現(xiàn)過氧化氫的自分解反應(yīng)。因此，很難長時(shí)間貯存含有過氧化氫的溶液，含有該溶液的容器甚至?xí)霈F(xiàn)爆炸的可能。然而，如果將含氮的第二添加劑加入蝕刻溶液中，過氧化氫的分解速度會(huì)減小大約初始值的十分之一。這樣就可以可靠地長時(shí)間貯存含有過氧化氫的蝕刻溶液。此外，由于第二添加劑抑制了在蝕刻銅(Cu)和鉬(Mo)過程中由螯合反應(yīng)產(chǎn)生的銅(Cu)離子和鉬(Mo)離子的活化，因此可以防止由于離子產(chǎn)生的其它反應(yīng)。結(jié)果，甚至長時(shí)間使用蝕刻溶液后仍能保持均勻的蝕刻性質(zhì)。特別是，如果有大量的銅(Cu)離子存在于沒有第二添加劑的蝕刻溶液中，銅(Cu)離子就會(huì)形成鈍化層，而鈍化層會(huì)氧化變黑。不含第二添加劑的蝕刻溶液不能很好地蝕刻氧化的銅(Cu)離子鈍化層。然而，由于第二添加劑抑制了銅(Cu)離子的活化，所以，將第二添加劑加入蝕刻溶液中時(shí)不會(huì)形成銅(Cu)離子鈍化層。
含氟化合物是本發(fā)明蝕刻溶液的主要成分。含氟化合物去除了同時(shí)蝕刻銅(Cu)和鉬(Mo)時(shí)產(chǎn)生的殘余物?？梢詻]有特殊限制地使用各種類型的含氟化合物?？梢允褂媚軌蛟谌芤褐斜唤怆x為氟離子或多原子氟離子的化合物作為含氟化合物，例如氟化銨、氟化鈉、氟化鉀以及它們的二氟化物，如氟化氫銨、氟化氫鈉和氟化氫鉀。通常，具有約2至約4第一pH值的蝕刻溶液對于銅(Cu)具有優(yōu)良的蝕刻性質(zhì)，而具有約5至約7第二最佳pH值的蝕刻溶液對于鉬(Mo)具有優(yōu)良的蝕刻性質(zhì)。為了一起蝕刻銅(Cu)和鉬(Mo)，可以將蝕刻溶液調(diào)整為第一和第二最佳pH值之一。典型的是根據(jù)厚度更大的那個(gè)層來確定蝕刻溶液的pH值。由于銅(Cu)層通常比鉬(Mo)層要厚一些，因此，蝕刻溶液刻可以具有約2至約4的第一pH值。具有約2至約4第一pH值的蝕刻溶液可以很好地蝕刻銅(Cu)，也可以以較慢的蝕刻速度蝕刻鉬(Mo)。然而，由于蝕刻過程中鉬(Mo)的自身性質(zhì)，鉬(Mo)會(huì)產(chǎn)生顆粒形式的殘余物。殘余物殘留在襯底或下層上，并會(huì)引起電短路或亮度變差。含氟化合物去除了蝕刻溶液中的鉬(Mo)殘余物。因?yàn)楹衔镂g刻了玻璃襯底和含硅層，所以蝕刻溶液可以包含少量的含氟化合物，從而使玻璃襯底和含硅層不受到蝕刻。例如，約0.01％重量至約1.0％重量的含氟化合物足以去除鉬(Mo)殘余物，且并不會(huì)蝕刻玻璃襯底和含硅層。
使用按照本發(fā)明的蝕刻溶液可以得到具有多層銅(Cu)和鉬(Mo)的導(dǎo)線。半導(dǎo)體裝置可以設(shè)置在襯底和多層銅(Cu)和鉬(Mo)之間。半導(dǎo)體裝置可以通過反復(fù)的光刻工序和沉積工序制成。在用于例如液晶顯示(LCD)裝置或等離子體顯示板(PDP)等顯示裝置的半導(dǎo)體裝置的情況下，可以用化學(xué)汽相沉積(CVD)設(shè)備沉積雙電層和包括非晶硅層或多晶硅層的半導(dǎo)體層，并用濺射設(shè)備對導(dǎo)電層進(jìn)行沉積。可以使用本發(fā)明的蝕刻溶液，將包括用于LCD裝置的薄膜晶體管(TFT)的源極和漏極的柵極線和數(shù)據(jù)線形成為具有多層的銅(Cu)和鉬(Mo)。這樣，可以最大限度地減小LCD裝置的RC信號延遲，并提高LCD裝置的尺寸。
圖3A至3F的示意性剖視圖表示按照本發(fā)明實(shí)施例的多層的蝕刻過程。
在圖3A中，在襯底10上依次形成鉬(Mo)層12和銅(Cu)層14。鉬(Mo)層12和銅(Cu)層14構(gòu)成鉬(Mo)和銅(Cu)的多層20。鉬(Mo)層12的厚度為約50至約200，而銅(Cu)層14的厚度為約1500至約2000。盡管圖3A未示出，但是可以通過反復(fù)的光刻工序和沉積工序在襯底10和鉬(Mo)層12之間形成例如薄膜晶體管(TFT)的半導(dǎo)體裝置。TFT包括柵極、柵極絕緣層、有源層、歐姆接觸層、源極和漏極?？梢詫⒔饘俨牧嫌糜跂艠O、源極和漏極?？梢詫⒗绲?SiNx)和氧化硅(SiO2)的無機(jī)材料用于柵極絕緣材料。本征非晶硅或本征多晶硅可以用于有源層。摻雜質(zhì)的非晶硅或摻雜質(zhì)的多晶硅可以用于歐姆接觸層。在光刻工序和沉積工序之前和/或之后可以進(jìn)行清潔工序。
在圖3B中，在銅(Cu)層14上形成光阻(PR)層16。PR層可以為正型或負(fù)型。
在圖3C中，通過對PR層16(圖3B中)進(jìn)行曝光和顯影可以獲得PR圖形16a。雖然圖3C中未示出，但是在PR層16(圖3B中)上方設(shè)置一掩模，并通過該掩模照射PR層16(圖3B中)。在負(fù)型PR顯影后保留PR層16(圖3B中)被暴露部分的同時(shí)，通過對正型PR顯影來去除PR層16(圖3B中)被暴露的部分?？梢赃M(jìn)一步執(zhí)行例如灰化和退火的其它步驟。
在圖3D中，用蝕刻溶液對銅(Cu)層14(圖3B中)進(jìn)行蝕刻以形成銅(Cu)圖形14a。蝕刻溶液可以包含約10％重量的過氧化氫；約2％重量的有機(jī)酸；約1％重量的磷酸鹽；約0.5％重量的含氮的第一添加劑；約0.5％重量的第二添加劑；約0.05％重量的含氟化合物；85.95％重量的去離子水。
在圖3E中，用相同的蝕刻溶液依次對鉬(Mo)層12(圖3B中)進(jìn)行蝕刻以形成鉬(Mo)圖形12a。可以采用浸漬法或噴射法蝕刻銅(Cu)層14(圖3B中)和鉬(Mo)層12(圖3B中)。可以根據(jù)工藝條件確定蝕刻溫度。例如，可以在大約30℃的溫度下對銅(Cu)層14(圖3B中)和鉬(Mo)層12(圖3B中)進(jìn)行蝕刻。蝕刻時(shí)間取決于蝕刻溫度。例如，可以對銅(Cu)層14(圖3B中)和鉬(Mo)層12(圖3B中)蝕刻約30秒至約180秒。
在圖3F中，在蝕刻銅(Cu)層14(圖3B中)和鉬(Mo)層12(圖3B中)之后，將PR圖形16a(圖3C中)剝除，得到銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形20a。銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形20a可以具有一傾斜角。
用掃描電鏡(SEM)來觀察用本發(fā)明蝕刻溶液蝕刻形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形。
圖4A的剖視掃描電鏡(SEM)圖像表示用本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻溶液蝕刻形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形，圖4B的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示用本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻溶液蝕刻形成的銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形，圖4C的透視掃描電鏡(SEM)圖像表示經(jīng)按照本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻溶液蝕刻后的襯底。所測得的銅(Cu)和鉬(Mo)的蝕刻速度分別為約50/秒和約7/秒。
如圖4A和4B所示，銅(Cu)和鉬(Mo)的圖形具有良好的剖面外形和平直度。此外，在襯底上沒有觀察到鉬(Mo)的殘余物。
表1表示用按照本發(fā)明實(shí)施例具有不同組分的蝕刻溶液進(jìn)行蝕刻得到銅(Cu)和鉬(Mo)的蝕刻速度。
表1 如表1所示，蝕刻速度由過氧化氫的含量和含氮的第一添加劑的含量所決定。由于表1中所示的所有組合物都具有足夠的蝕刻速度，因此，可以將含有這些組合物的蝕刻溶液應(yīng)用于多層銅(Cu)和鉬(Mo)的蝕刻工序中。
參照表1，示出了每個(gè)組分的含量。過氧化氫是蝕刻銅(Cu)和鉬(Mo)的主要成分。如果蝕刻溶液中含有的過氧化氫的小于5％重量，那么蝕刻速度太低且工序時(shí)間太長。因此，通過使用約5％重量至約30％重量過氧化氫的蝕刻溶液，可以減少工序時(shí)間并得到優(yōu)良的剖面外形。
有機(jī)酸控制著蝕刻溶液的pH值。如果蝕刻溶液中含有的有機(jī)酸的小于0.5％重量，則有機(jī)酸的量太少以至于不能控制蝕刻溶液的pH值，而且蝕刻溶液不能保持在約0.5至約4.5的最佳pH值。因此，含有重量為約0.5％至5％有機(jī)酸的蝕刻溶液能保持約0.5至約4.5的最佳pH值。
磷酸鹽通過減少銅(Cu)和鉬(Mo)的電反應(yīng)而防止了底切現(xiàn)象。如果蝕刻溶液包含小于約0.2％重量的磷酸鹽，則就會(huì)出現(xiàn)底切現(xiàn)象。因此，使用含有約0.2％重量至5％重量磷酸鹽的蝕刻溶液可以得到優(yōu)異的傾斜剖面外形。
含氮的第一添加劑控制著蝕刻速度并減少了CD損失。由CD損失來確定工藝范圍，并且電信號的傳輸取決于CD損失。特別是，由于用多層銅(Cu)和鉬(Mo)的導(dǎo)線制造的TFT-LCD具有大的面板尺寸和高亮度，因此，主要問題是在沒有時(shí)間延遲和干擾的情況下進(jìn)行電信號的傳輸。此外，隨著CD損失的增大，后續(xù)工序中出現(xiàn)平直度下降和變差的可能性也會(huì)增加。如果蝕刻溶液含有的第一添加劑重量小于0.2％，則CD損失會(huì)超過圖形的5％，從而不能獲得優(yōu)異的圖形。因此，使用含有約0.2％重量至約5％重量的含氮第一添加劑的蝕刻溶液可以使CD損失減小并獲得良好的傾斜剖面外形。
含氮的第二添加劑增加了蝕刻溶液的貯存時(shí)間，甚至在多次使用蝕刻溶液后仍能保持蝕刻溶液的均勻蝕刻性質(zhì)。通常，由于過氧化氫的自分解反應(yīng)，很難長時(shí)間貯存含有過氧化氫的溶液。此外，銅(Cu)離子會(huì)形成鈍化層。鈍化層氧化成黑色，而且氧化后的銅(Cu)離子鈍化層不能用蝕刻溶液來蝕刻。第二添加劑通過減少過氧化氫的自分解而延長了蝕刻溶液的貯存時(shí)間，并通過減少經(jīng)螯合反應(yīng)導(dǎo)致的銅(Cu)離子的活化而防止了鈍化層的形成。如果蝕刻溶液含有小于約0.2％重量的第二添加劑，那么在蝕刻例如500個(gè)襯底之后就會(huì)形成鈍化層，從而不能充分地使用蝕刻溶液。因此，使用含有約0.2％重量至5％重量的第二添加劑的蝕刻溶液可以使其具有充足的貯存時(shí)間和足夠的利用率。
含氟化合物去除了在pH值為約0.5至約4.5的蝕刻溶液中產(chǎn)生的鉬(Mo)殘余物。鉬(Mo)殘余物引起了導(dǎo)線的電短路和變差，從而降低了亮度。如果蝕刻溶液含有小于約0.01％重量的氟酸，就會(huì)殘留如圖2C所示的鉬(Mo)殘余物。因此，使用含有約0.01％重量至1.0％重量的含氟化合物的蝕刻溶液可以在不損壞層的同時(shí)防止鉬(Mo)殘余物。
圖5A的平面圖表示用按照本發(fā)明實(shí)施例的蝕刻溶液制造的用于液晶顯示裝置的陣列襯底，而圖5B是沿著圖5A中線“VB-VB”剖切的剖視圖。
在圖5A和5B中，在襯底100上形成柵極線110和柵極112。在襯底100和柵極線110之間形成絕緣材料的一緩沖層，并在形成柵極線110之前進(jìn)行清潔工序。在柵極線110和柵極112上形成柵極絕緣層114。在柵極112上方的柵極絕緣層114上形成例如非晶硅的半導(dǎo)體材料的有源層120，并在有源層120上形成摻雜質(zhì)的半導(dǎo)體材料的歐姆接觸層122。
在柵極絕緣層114上形成數(shù)據(jù)線130和存儲(chǔ)電極136，在歐姆接觸層122上形成源極132和漏極134。數(shù)據(jù)線130和柵極線110交叉限定象素區(qū)“P”，源極132和漏極134彼此隔開一定距離。存儲(chǔ)電極136與一部分柵極線110重疊而構(gòu)成了存儲(chǔ)電容“Cst”。用含有過氧化氫、有機(jī)酸、磷酸鹽、第一添加劑、第二添加劑、含氟化合物和去離子水的蝕刻溶液同時(shí)形成多層銅(Cu)和鉬(Mo)的數(shù)據(jù)線130、源極132、漏極134和存儲(chǔ)電極136。換句話說，數(shù)據(jù)線130包括數(shù)據(jù)鉬(Mo)層130a和數(shù)據(jù)銅(Cu)層130b，源極132包括源極鉬(Mo)層132a和源極銅(Cu)層132b，漏極134包括漏極鉬(Mo)層134a和漏極銅(Cu)層134b，以及存儲(chǔ)電極136包括存儲(chǔ)鉬(Mo)層136a和存儲(chǔ)銅(Cu)層136b。數(shù)據(jù)線130、源極132、漏極134和存儲(chǔ)電極136中的每一個(gè)都具有傾斜的剖面外形，而且在蝕刻后具有基本上少量的鉬(Mo)殘余物，從而改善了液晶顯示裝置的特性。
在數(shù)據(jù)線130、源極132、漏極134和存儲(chǔ)電極136上形成絕緣材料的鈍化層138，在鈍化層138上形成象素電極140。象素電極140與漏極134和存儲(chǔ)電極136相連。
在這個(gè)實(shí)施例中，如圖5A和5B所示，只有數(shù)據(jù)線130、源極132、漏極134和存儲(chǔ)電極136是由多層的銅(Cu)和鉬(Mo)形成。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，柵極線110和柵極112也可以由多層的銅(Cu)和鉬(Mo)形成。此外，在本實(shí)施例中，如圖5A和5B所示，雙層的銅(Cu)和鉬(Mo)可以用于數(shù)據(jù)線130、源極132、漏極134和存儲(chǔ)電極136。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解的是，可以使用包括多于兩層的銅(Cu)和鉬(Mo)的多層?？梢酝ㄟ^用濺射法的物理汽相沉積(PVD)法形成銅(Cu)層和鉬(Mo)層。另外，可以將按照本發(fā)明的蝕刻溶液用于蝕刻單個(gè)銅(Cu)層。
總之，按照本發(fā)明的蝕刻溶液和用該蝕刻溶液的蝕刻方法具有以下一些優(yōu)點(diǎn)。
易于控制蝕刻速度，能獲得傾斜角為約30°至約60°的優(yōu)良傾斜剖面以及優(yōu)異的導(dǎo)線平直度。另外，甚者在多次使用蝕刻溶液之后，蝕刻溶液仍能保持均勻的蝕刻性質(zhì)，例如蝕刻速度。蝕刻溶液能夠長時(shí)間地貯存且蝕刻性質(zhì)不發(fā)生變化。由于不會(huì)殘留pH值為約0.5至約4.5的蝕刻溶液中產(chǎn)生的鉬(Mo)殘余物，因而防止了電短路和線缺陷。這樣便改善了LCD裝置的亮度。因此，用按照本發(fā)明的蝕刻溶液對多層的銅(Cu)和鉬(Mo)進(jìn)行蝕刻，可以獲得高亮度的大尺寸LCD裝置。
對于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很顯然，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思或范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出各種改進(jìn)和變型。因此，本發(fā)明意在覆蓋那些落入所附權(quán)利要求及其等同物范圍內(nèi)的改進(jìn)和變型。
權(quán)利要求
1.一種用于多層銅和鉬的蝕刻溶液，包含約5％重量至約30％重量的過氧化氫；約0.5％重量至約5％重量的有機(jī)酸；約0.2％重量至約5％重量的磷酸鹽；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第一添加劑；約0.2％重量至大約5％重量的含氮的第二添加劑；為約0.01％重量至約1.0％重量的含氟化合物；以及使蝕刻溶液的總量為100％的去離子水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其特征在于，有機(jī)酸是水溶性的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蝕刻溶液，其特征在于，有機(jī)酸選自乙酸、丁酸、檸檬酸、甲酸、葡萄糖酸、乙醇酸、丙二酸、乙二酸和戊酸中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其特征在于，磷酸鹽是一種通過用堿金屬和堿土金屬之一取代磷酸中至少一個(gè)氫原子而得到的鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的蝕刻溶液，其特征在于，磷酸鹽是選自磷酸二氫鈉和磷酸二氫鉀中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其特征在于，第一添加劑為水溶性的環(huán)胺化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蝕刻溶液，其特征在于，第一添加劑選自氨基四唑、咪唑、吲哚、嘌呤、吡唑、吡啶、嘧啶、吡咯、吡咯烷和吡咯啉中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其特征在于，第二添加劑為包括氨基和羧基之一的水溶性化合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蝕刻溶液，其特征在于，第二添加劑是選自丙氨酸、氨基丁酸、谷氨酸、甘氨酸、亞氨基二乙酸、次氮基三乙酸、肌氨酸及其它們的衍生物中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其特征在于，含氟化合物是一種能在蝕刻溶液中被解離為氟離子或多原子氟離子中之一的化合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蝕刻溶液，其特征在于，含氟化合物是選自氟化銨、氟化鈉、氟化鉀、氟化氫銨、氟化氫鈉和氟化氫鉀中的一類。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蝕刻溶液，其特征在于，多層是包括一下鉬層和一上銅層的雙層。
13.一種用于多層銅和鉬的蝕刻方法，包括在基板上形成多層的銅和鉬；在多層上形成光阻圖形；用蝕刻溶液蝕刻多層，所述的蝕刻溶液包含約5％重量至約30％重量的過氧化氫；約0.5％重量至約5％重量的有機(jī)酸；約0.2％重量至約5％重量的磷酸鹽；約0.2％重量至大約5％重量的含氮的第一添加劑；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第二添加劑；約0.01％重量至大約1.0％重量的含氟化合物；以及使蝕刻溶液的總量為100％的去離子水。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，多層是包括一下鉬層和一上銅層的雙層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，上銅層的厚度大于下鉬層的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，襯底是用于液晶顯示裝置的玻璃襯底。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，多層用作液晶顯示裝置的數(shù)據(jù)線。
18.一種用于蝕刻多層銅和鉬的組合物，包含約5％重量至大約30％重量的過氧化氫；約0.5％重量至大約5％重量的有機(jī)酸；約0.2％重量至大約5％重量的磷酸鹽；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第一添加劑；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第二添加劑；約0.01％重量至約1.0％重量的含氟化合物；以及約45％重量至約93.89％重量的去離子水。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于，用有機(jī)酸控制組合物的pH值。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于，磷酸鹽減小銅和鉬之間的電場。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于，第一添加劑控制組合物的蝕刻速度。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于，第二添加劑減小過氧化氫的自分解反應(yīng)。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于，第二添加劑減小銅離子和鉬離子的活化。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的組合物，其特征在于，含氟化合物去除了鉬殘余物。
25.一種用于液晶顯示裝置的陣列襯底的制造方法，包括在襯底上形成柵極和柵極線；在柵極和柵極線上形成第一絕緣層；在第一絕緣層上形成半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層上形成源極和漏極，形成與柵極線交叉的數(shù)據(jù)線，所述源極和漏極彼此分隔開，源極與數(shù)據(jù)線相連，柵極線和數(shù)據(jù)線限定一象素區(qū)，其中柵極線和數(shù)據(jù)線中至少一條是多層的銅和鉬，并且用一種蝕刻溶液對多層進(jìn)行蝕刻，所述蝕刻溶液包含約5％重量至約30％重量的過氧化氫；約0.5％重量至約5％重量的有機(jī)酸；約0.2％重量至約5％重量的磷酸鹽；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第一添加劑；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第二添加劑；約0.01％重量至大約1.0％重量的含氟化合物；以及使蝕刻溶液的總量為100％的去離子水。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，多層包括一下鉬層和一上銅層的雙層。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，上銅層的厚度大于下鉬層的厚度。
全文摘要
一種用于多層銅和鉬的蝕刻溶液，包含約5％重量至約30％重量的過氧化氫；約0.5％重量至約5％重量的有機(jī)酸；約0.2％重量至約5％重量的磷酸鹽；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第一添加劑；約0.2％重量至約5％重量的含氮的第二添加劑；約0.01％重量至約1.0％重量的含氟化合物；以及使蝕刻溶液的總量為100％的去離子水。
文檔編號C23F1/10GK1510169SQ20031011852
公開日2004年7月7日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者金圣秀, 崔容碩, 曹奎哲, 蔡基成, 權(quán)五南, 李坰默, 黃龍燮, 李承庸 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會(huì)社