專利名稱：腐蝕劑和具有用腐蝕劑蝕刻之銅線的陣列式基片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明要求2000年12月20日在韓國申請的第2000-79355號韓國專利申請的權益。
通常在液晶顯示(LCD)裝置中使用陣列式基片。陣列式基片的性能特征和運行特性部分取決于形成陣列式基片各元件的材料。例如，陣列式基片的柵極線和數(shù)據(jù)線對陣列式基片的性能特征和運行特性有明顯影響。雖然在小尺寸LCD裝置用于形成柵極線和數(shù)據(jù)線的材料電阻率比較小，但是大尺寸特別是超過18英寸的LCD裝置中柵極線和數(shù)據(jù)線的電阻率則決定著圖象質量。因此，在具有高分辨率的大LCD裝置中，用于形成柵極線和數(shù)據(jù)線的材料包括鋁(Al)或鋁合金，這是因為這些材料的電阻較低。
然而，當進行酸性處理時，純鋁的化學性質較弱，而且可能在高溫處理期間在柵極線和柵極的表面上形成蝕丘。此外，出現(xiàn)蝕丘會使柵極線和柵極上形成的柵極絕緣層產生異常生長。這樣，柵極絕緣層可能遭到破壞，而且柵極和柵極絕緣層上形成的活性層之間可能產生電短路。因此，用純鋁制成的具有柵極線和柵極的薄膜晶體管(TFTs)不能充分起到開關裝置的作用。
為了克服這些問題，采用諸如釹化鋁(AlNd)等鋁合金作為柵極線和柵極。此外，用多層鋁結構作為柵極線和柵極。具體地說，將鋁(Al)層與具有高耐蝕性和耐久性的鉬(Mo)層疊在一起。然而，如果用多層鋁結構作為柵極線，則需要有其它制造工藝。因此，建議用價格低且具有低電阻的銅(Cu)作為柵極線，由此可減少制造工藝的總數(shù)量。


圖1是示意性局部平面圖，其表示按照已有技術所述用于液晶顯示裝置中的陣列式基片，圖2是沿圖1中的II-II剖切的剖面圖。在圖1和圖2中，陣列式基片10包括象素區(qū)“P”，象素區(qū)內設有相應的薄膜晶體管(TFT)“T”和象素電極42。柵極線13布置在橫向上而數(shù)據(jù)線15布置在縱向上，從而每一對柵極線13和數(shù)據(jù)線15形成象素區(qū)“P”。TFT“T”包括柵極32、源極34、漏極36和半導體層38。TFT“T”的柵極32從柵極線13延出，而TFT“T”的源極34從數(shù)據(jù)線15延出。基片10上形成的柵極絕緣層24蓋住柵極32和柵極線13。漏極36與源極34彼此隔開，而且在柵極絕緣層24上具體地說是在柵極32上方設置半導體層38。半導體層38分成活性層38a，和歐姆接觸層38b?；钚詫?8a用純非晶硅制作，而歐姆接觸層38b用含雜質的非晶硅制作。由于歐姆接觸層38b附著在源極34和漏極36上，所以歐姆接觸層38b降低了活性層38a、源極34和漏極36之間的接觸電阻。源極34和漏極36分別與柵極32的相對端部交疊。在基片10的整個表面上設置鈍化層39以便保護TFT“T”和數(shù)據(jù)線15。鈍化層39上具有處在漏極36上方的漏極接觸孔40，其使得一部分象素電極42交疊在一部分漏極36上，并通過漏極接觸孔40與漏極36電性接觸。
在圖1和圖2所述活性陣列式液晶顯示(AM-LCD)裝置的結構和布局中，通常用鋁(Al)作為柵極線13以減少RC滯后。
圖3是圖表，其表示按照已有技術所述電子設備中作為布線使用的金屬的特征。在圖3所示的金屬材料中，用鋁(Al)或鉻(Cr)作為傳統(tǒng)陣列式基片中的金屬線。然而，雖然鋁(Al)的電阻較低而且具有優(yōu)良的粘接強度，但是鋁在暴露于熱和酸的條件下易受到損害。因此，建議用具有低電阻且價格低的銅(Cu)作為陣列式基片中的金屬線。
在用銅(Cu)形成柵極線時，通常用過硫酸銨((NH4)2S2O8)作為腐蝕劑來腐蝕銅層以形成Cu柵極線。然而，用銅(Cu)形成數(shù)據(jù)線時存在一些問題。首先，當用銅(Cu)形成數(shù)據(jù)線時，源極和漏極也要用銅(Cu)制作。但是，相應的半導體層的硅元件與源極和漏極的Cu元件相互反應，從而在Cu制源極和漏極以及半導體硅層之間形成中間層。中間層對相應的薄膜晶體管(TFT)的電特性有負面影響。
其次，如果在Cu層和半導體層之間設置鈦(Ti)或鉬(Mo)等其它金屬來克服上述問題，則腐蝕劑必須同時腐蝕兩個金屬層(Cu-Ti或Cu-Mo)。為了腐蝕雙層金屬層(Cu-Ti或Cu-Mo)，廣泛公知的是，通常用氟化氫(HF)或氧基腐蝕溶液作為腐蝕劑。然而，HF腐蝕劑不僅腐蝕雙層金屬層，而且還腐蝕玻璃基片和用氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiOx)制成的絕緣層。結果，HF腐蝕劑對絕緣層產生明顯損害，進而危及由絕緣層保護的柵極線和柵極的性能特征。因此，用銅(Cu)制作數(shù)據(jù)線、源極和漏極是十分困難的。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明在于提供一種腐蝕劑和具有銅線的陣列式基片，所述銅線是用腐蝕劑蝕刻而成的，本發(fā)明基本上消除了因已有技術的限制和缺點而導致的一個或多個問題。
本發(fā)明的目的是提供一種同時蝕刻雙層金屬層的腐蝕劑。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種形成帶有銅線的陣列式基片和電極的方法。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將體現(xiàn)在以下的描述中，這些特征和優(yōu)點的一部分將能從說明中明顯得出，或是通過本發(fā)明的實踐而悟出。通過書面說明及其權利要求以及所附附圖中特別指出的結構將能實現(xiàn)和達到本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點。
正如以上概括和廣義描述的那樣，為了實現(xiàn)這些和其它優(yōu)點并按照本發(fā)明的目的，腐蝕劑和帶有用腐蝕劑蝕刻之銅線的陣列式基片包括含有過氧化氫(H2O2)的腐蝕劑，和包含有機酸、無機酸以及中性鹽中至少一種的混合溶液。
另一方面，在薄膜晶體管液晶顯示(TFT-LCD)裝置中使用的形成陣列式基片的方法包括在基片上形成第一金屬層，在第一金屬層上形成圖形以便得到柵極線和從柵極線延出的柵極，在基片上形成柵極絕緣層以便蓋住已構成圖形的第一金屬層，在柵極絕緣層上并在柵極的上方形成活性層，在活性層上形成歐姆接觸層，在柵極絕緣層上形成第二金屬層以蓋住歐姆接觸層和活性層，在第二金屬層上形成第三金屬層，用腐蝕劑同時在第二金屬層和第三金屬層上構成圖形以便形成雙層數(shù)據(jù)線，雙層源極和雙層漏極，所述腐蝕劑包括過氧化氫(H2O2)，H2O2穩(wěn)定劑，和有機酸、無機酸以及中性鹽中的至少一種，并形成與雙層漏極接觸的象素電極。
顯然，上述一般描述和下面的詳細描述都是示例性和解釋性的，并且意在對本發(fā)明所要求的權利作進一步說明。
在本發(fā)明中，例如可以用銅-鉬雙層結構制成陣列式基片的數(shù)據(jù)線以及薄膜晶體管的源極和漏極。此外，按照本發(fā)明，可以用下面將要說明的腐蝕劑來腐蝕Cu-Mo雙層結構。
在本發(fā)明中，腐蝕劑可以是過氧化氫(H2O2)、H2O2穩(wěn)定劑、和有機酸、無機酸以及中性鹽中一種物質的混合溶液，該腐蝕劑可以同時腐蝕Cu-Mo雙層結構。腐蝕劑中的Mo和H2O2的反應機理如下……………………………(1)如式(1)的結果所示，可以產生MoO3。然而，由于MoO3在水(H2O)中容易溶解，所以產生MoO3不會出現(xiàn)問題。因此，可以完成Mo層的腐蝕。此外，也可以僅用過氧化氫(H2O2)腐蝕Mo層。
而腐蝕劑中Cu和H2O2的反應機理可以用下式表示……………………………(2)在式(2)中，雖然可以產生銅的化合物CuO，但是反應產物(即，氧化銅(CuO))可以與包含在腐蝕劑中的有機酸、無機酸或中性鹽的陰離子發(fā)生反應。因此，按照本發(fā)明，可以通過腐蝕劑形成銅的化合物CuO和H2O。此外，可以產生氧化金屬或金屬離子。
為了腐蝕Cu層，需要H2O2和有機酸、無機酸以及中性鹽中的一種物質。而且，當腐蝕金屬層時，腐蝕劑需要H2O2穩(wěn)定劑來防止H2O2的自分解。
在本發(fā)明中，包含乙酸(CH3COOH)等有機酸的第一腐蝕劑例如H2O2和H2O2穩(wěn)定劑與銅(Cu)產生以下反應……(3)此外，按照本發(fā)明，當腐蝕劑中包含無機酸時，第二腐蝕劑可以包含H2O2、H2O2穩(wěn)定劑，和硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、鹽酸(HCl)以及磷酸(H3PO4)中的一種。因此，第二腐蝕劑可以與銅(Cu)產生以下反應。
在第二腐蝕劑包含硫酸(H2SO4)的情況下…………(4)
在第二腐蝕劑包含硝酸(HNO3)的情況下…………(5)在第二腐蝕劑包含鹽酸(HCl)的情況下…………(6)在第二腐蝕劑包含磷酸(H3PO4)的情況下…………(7)此外，按照本發(fā)明，當腐蝕劑中包含中性鹽時，第三腐蝕劑可以包括H2O2、H2O2穩(wěn)定劑，和氯化鉀(KCl)、氯化鈉(NaCl)、硫酸氫鉀(KHSO4)、以及偏高碘酸鉀(KIO4)中的一種。因此，具有例如硫酸氫鉀(KHSO4)的第三腐蝕劑與銅(Cu)產生用下式表示的反應…………(8)如上所述，按照本發(fā)明的腐蝕劑根據(jù)它們各自的成分可以分成第一、第二和第三腐蝕劑。因此，本發(fā)明的腐蝕劑可以包括有機酸、無機酸和中性鹽中的至少一種。此外，當腐蝕劑包括無機酸時，可以將兩種或三種無機酸與腐蝕劑混合。當腐蝕劑中包含中性鹽時，可以將兩種或三種中性鹽與腐蝕劑混合。
圖4是曲線圖，其表示按照本發(fā)明所述銅(Cu)層的蝕刻時間和過氧化氫(H2O2)與硫酸(H2SO4)的摩爾比之間的示例性關系，圖5是表示蝕刻速率和過氧化氫(H2O2)濃度之間的另一種示例性關系的曲線圖。
在圖4中，Cu層的厚度約為1,000埃(Δ)而硫酸(H2SO4)的重量百分比約為5％(重量)。如圖4所示，隨著過氧化氫(H2O2)摩爾量的增加，Cu層的蝕刻時間也增加。具體地說，隨著腐蝕劑中過氧化氫(H2O2)摩爾量的增加，氧化銅(CuO)的產量也增加。因此，需要花費更長的時間使氧化銅(CuO)與硫酸(H2SO4)反應。
在圖5中，隨著過氧化氫(H2O2)濃度的增加，鉬的蝕刻速率也增加。然而，在H2O2達到一定濃度之后，Mo的蝕刻速率變成連續(xù)增加。因此，當將過氧化氫(H2O2)的量控制在一定值時可以對Cu層和Mo層進行同時蝕刻。另外，由于氧化鉬(MoO3)溶解在水(H2O)中，所以即使是將有機酸、無機酸和中性鹽加到腐蝕劑中，蝕刻速率也不會改變。此外，在其它具有Cu層的電子設備中也可以采用這種腐蝕劑和使用腐蝕劑的方法。
圖6A-6C是沿圖1中的VI-VI剖切的剖面圖，其表示本發(fā)明的示例性生產工藝。
在圖6A中，將第一金屬層置于基片100上，接著完成構圖以形成多條柵極線(圖1中的13)和多個柵極132。第一金屬層可以包括鋁(Al)、釹化鋁(AlNd)等鋁合金、鉻(Cr)、鎢(W)、鉬(Mo)或銅(Cu)。可以將多條柵極線布置在橫向上，而使每個柵極132從基片100上的每條柵極線上延出。此后，在基片100的表面上形成柵極絕緣層124以蓋住形成構圖的第一金屬層。柵極絕緣層124可以包括例如氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)等無機材料，或是例如苯并環(huán)丁烯(BCB)或丙烯?；鶚渲扔袡C材料。在基片100上形成蓋住構成圖形的第一金屬層的柵極絕緣層124之后，在柵極絕緣層124上尤其是在柵極132上方依次形成包含純非晶硅(a-Si:H)的活性層138a和包含帶添加劑的非晶硅(n+a-Si:H)的歐姆接觸層138b。因此，半導體層138包括活性層138a和歐姆接觸層138b?；钚詫?38a在薄膜晶體管起動時起活性溝道的作用。歐姆接觸層138b可以減小活性層138a和后序步驟中形成的電極之間的接觸電阻。
在圖6B中，在柵極絕緣層124的整個表面上形成第二金屬層，由此蓋住活性層138a和歐姆接觸層138b。然后，在第二金屬層上順序形成第三金屬層。第二金屬層可以由例如鉬(Mo)構成，而第三金屬層可以由例如銅(Cu)或銅合金構成。第二金屬層可以防止第三金屬層與半導體層138的硅成分產生化學反應。如果第三金屬層與半導體138產生反應，將會在第三金屬層和半導體層之間形成中間層，由此將會使薄膜晶體管的工作特性變壞。
此外在圖6B中，可以用上述腐蝕劑對第二和第三金屬層進行同時構圖。具體地說，在將H2O2、H2O2穩(wěn)定劑，和有機酸、無機酸以及中性鹽中的一種合成后，腐蝕劑對雙金屬層(Mo-Cu層)同時進行蝕刻和構成圖形以形成雙層數(shù)據(jù)線115、雙層源極134和雙層漏極130?？梢詫㈦p層數(shù)據(jù)線115布置得垂直于柵極線(圖1中的13)從而形成帶有雙層數(shù)據(jù)線115的象素區(qū)“P”(圖1)。雙層源極134可以從雙層數(shù)據(jù)線115上延出，而且雙層漏極136可以與雙層源極134彼此分開。雙層源極134和雙層漏極136可以分別與柵極132的相對端部交疊。此外，設置在活性層138a上的一部分歐姆接觸層138b可以用源極134和漏極136作為掩膜進行蝕刻，由此在源極134和漏極136之間的活性層138b內形成溝道區(qū)。
在圖6C中，在TFT“T”和柵極絕緣層124上形成鈍化層139。鈍化層139可以包括例如氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)等無機材料，或是例如苯并環(huán)丁烯(BCB)或丙烯酰基樹脂等有機材料。隨后，可以在鈍化層139上進行構圖以形成漏極接觸孔140從而露出一部分雙層漏極136。接著，在已構圖的鈍化層139上設置透明導電材料。透明導電材料可以包括例如氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)。然后，在象素區(qū)“P”對透明導電材料進行構圖以形成象素電極142。一部分象素電極142可以通過漏極接觸孔140與一部分漏極136交疊并與漏極136電性接觸。盡管上述方法中僅用Mo-Cu層作為數(shù)據(jù)線、源極和漏極，但是也可以在柵極線和柵極中采用Mo-Cu層。
對于本領域的普通技術人員來說很顯然，在不脫離本發(fā)明構思或范圍的情況下可以對腐蝕劑和帶有用腐蝕劑蝕刻之銅線的陣列式基片作出各種改進和變型。因此，本發(fā)明的意圖在于覆蓋在后附權利要求及其等同物所能包容的范圍內對本發(fā)明作出的改進和變型。
權利要求
1.一種腐蝕劑，包括過氧化氫(H2O2)；和包含有機酸、無機酸以及中性鹽中至少一種物質的混合溶液。
2.如權利要求1所述的腐蝕劑，進一步包括過氧化氫(H2O2)穩(wěn)定劑。
3.如權利要求1所述的腐蝕劑，其中腐蝕劑能腐蝕包含銅(Cu)層和(Mo)層的雙層金屬層。
4.如權利要求1所述的腐蝕劑，其中腐蝕劑能腐蝕包含銅(Cu)合金層和(Mo)層的雙層金屬層。
5.如權利要求1所述的腐蝕劑，其中有機酸包括乙酸(CH3COOH)。
6.如權利要求1所述的腐蝕劑，其中從包括硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、鹽酸(HCl)和磷酸(H3PO4)的一組物質中選擇無機酸。
7.如權利要求1所述的腐蝕劑，其中從包括氯化鉀(KCl)、氯化鈉(NaCl)、硫酸氫鉀(KHSO4)、以及偏高碘酸鉀(KIO4)的一組物質中選擇中性鹽。
8.制作薄膜晶體管液晶顯示(TFT-LCD)裝置中使用的陣列式基片的方法，包括在基片上形成第一金屬層；在第一金屬層上進行構圖以形成柵極線和從柵極線上延出的柵極；在基片上形成柵極絕緣層以覆蓋已有構圖的第一金屬層；在柵極絕緣層和柵極的上方形成活性層；在活性層上形成歐姆接觸層；在柵極絕緣層上形成第二金屬層以覆蓋歐姆接觸層和活性層；在第二金屬層上形成第三金屬層；用包含過氧化氫(H2O2)、H2O2穩(wěn)定劑，和有機酸、無機酸以及中性鹽中至少一種的腐蝕劑在第二金屬層和第三金屬層上同時進行構圖以形成雙層數(shù)據(jù)線、雙層源極和雙層漏極；和形成與雙層漏極接觸的象素電極。
9.如權利要求8所述的方法，其中第一金屬由銅構成。
10.如權利要求8所述的方法，其中第二金屬由鉬構成。
11.如權利要求8所述的方法，其中第三金屬由銅構成。
12.如權利要求8所述的方法，其中第三金屬由銅合金構成。
13.如權利要求8所述的方法，其中雙層數(shù)據(jù)線、雙層源極和雙層漏極由銅(Cu)層和鉬(Mo)層構成。
14.如權利要求8所述的方法，其中雙層數(shù)據(jù)線、雙層源極和雙層漏極由銅(Cu)合金層和鉬(Mo)層構成。
15.如權利要求8所述的方法，其中有機酸包括乙酸(CH3COOH)。
16.如權利要求8所述的方法，其中從包括硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、鹽酸(HCl)和磷酸(H3PO4)的一組物質中選擇無機酸。
17.如權利要求8所述的方法，其中從包括氯化鉀(KCl)、氯化鈉(NaCl)、硫酸氫鉀(KHSO4)、以及偏高碘酸鉀(KIO4)的一組物質中選擇中性鹽。
全文摘要
一種腐蝕劑包括過氧化氫(H
文檔編號C23F1/26GK1417383SQ0114449
公開日2003年5月14日 申請日期2001年12月19日 優(yōu)先權日2000年12月20日
發(fā)明者曺奎哲, 蔡基成 申請人:Lg.菲利浦Lcd株式會社