蝕刻組合物的製作方法

2023-05-04 05:10:36 2

專利名稱：蝕刻組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及薄膜電晶體液晶顯示裝置的柵電極用金屬膜和源/漏電極用金屬膜的蝕刻組合物，更詳細來說，本發明涉及下述蝕刻組合物，採用所述組合物，可以以下部膜Al-Nd或Mo不產生底切現象的方式通過單一工序對構成薄膜電晶體液晶顯示裝置(TFT LCD，thin film transistorliquid crystal display)的TFT的柵極配線材料Al-Nd/Mo雙層膜或Mo/Al-Nd/Mo三層膜進行溼式蝕刻，並可以獲得優異的錐度(taper)，同時源極/漏極配線材料Mo單層膜也可以形成優異的輪廓(profile)。
背景技術：
蝕刻工序是在基板上形成極其微細的電路的過程，形成與通過顯影工序而形成的光致抗蝕劑圖案相同的金屬圖案。
蝕刻工序根據其方式大致分為溼式蝕刻和乾式蝕刻，溼式蝕刻是利用酸(acid)類化學藥品與金屬等反應而對其進行腐蝕，將光致抗蝕劑圖案以外的部分溶掉；乾式蝕刻是通過對離子(ion)進行加速而除去暴露部位的金屬，從而形成圖案。
與溼式蝕刻相比，乾式蝕刻的優點在於具有各向異性輪廓、蝕刻控制力優異。但是，其問題在於設備昂貴、難以進行大面積化、並由於蝕刻速度慢而使生產性降低。
相反，與乾式蝕刻相比，溼式蝕刻的優點在於可以進行大量以及大型處理、由於蝕刻速度快而生產性高、設備便宜。但是，其問題在於蝕刻劑(etchant)和純水的使用量大、廢液量多。
一般在進行乾式蝕刻時，為了除去表面的部分固化的光刻膠，會追加等離子灰化工序，其成為設備成本、工序時間損失等生產性降低以及製品競爭力減弱的主要原因，因此，在實際現場，事實上主要使用溼式蝕刻。
此外，對於用於溼式蝕刻的蝕刻劑，由於要求更精密的微細電路，應用蝕刻劑時蝕刻劑受到欲蝕刻的金屬種類的限定。
作為一個例子，下述專利文獻1和下述專利文獻2公開了對Al單層膜進行蝕刻的蝕刻劑，該蝕刻劑是由磷酸、硝酸、乙酸、表面活性劑和水構成的。
此外，下述專利文獻1公開了用於對Al-Nd膜進行蝕刻的蝕刻液組合物，該蝕刻液組合物含有磷酸、硝酸、乙酸、水和氟碳類表面活性劑；下述專利文獻3公開了用於對鋁和ITO(氧化銦錫)進行蝕刻的蝕刻液組合物，該蝕刻液組合物含有可將草酸和組合物的pH調節為3～4.5的酸，並含有鹽酸、磷酸、硝酸；下述專利文獻4公開了用於對銀或銀合金進行蝕刻的配線用蝕刻液，該配線用蝕刻液含有磷酸、硝酸、乙酸和氧硫酸鉀；下述專利文獻5公開了用於對IZO(氧化銦鋅)進行蝕刻的蝕刻液組合物，該蝕刻液組合物含有鹽酸、乙酸、抑制劑和水。
此外，下述專利文獻6公開了用於對源電極和漏電極用Mo或Mo-W(鉬和鎢的合金)進行蝕刻的蝕刻液組合物，該蝕刻液組合物含有磷酸、硝酸、乙酸、酸化調整劑和水。
但是，上述以往的蝕刻劑適用於僅對一種金屬膜進行蝕刻的用途，因而其在設備和工序效率性方面較差。鑑於此，有必要對用於同時蝕刻各種金屬膜的組合物進行研究。
作為一個例子，下述專利文獻7和下述專利文獻8公開了用於對Al/Mo、Al-Nd/Mo或A1-Nd/Mo-W的雙層膜進行蝕刻的蝕刻液，該蝕刻液含有磷酸、硝酸、乙酸和酸化調整劑；下述專利文獻9公開了用於對Mo/Al(Al-Nd)/Mo膜進行蝕刻的蝕刻液，該蝕刻液含有磷酸、硝酸、乙酸和酸化調整劑。
此外，下述專利文獻10、11、12公開了可以適用於Al-Nd/Mo、Al-Nd/Mo-W、Mo/Al-Nd/Mo、Mo-W/Al-Nd/Mo-W、Mo單層膜和Mo-W單層膜中的全部膜的蝕刻液，該蝕刻液含有磷酸、硝酸、乙酸、鉬蝕刻抑制劑(銨鹽、鉀鹽)和水。
但是，利用上述以往的蝕刻組合物對構成薄膜電晶體液晶顯示裝置的源/漏電極用金屬膜的Mo膜進行蝕刻時所存在的問題是，其會引起如7所示的輪廓錐度不良，從而可能在後續工序中使得所層積的上部膜的階梯覆蓋(step coverage)不良。
此外，如果用上述以往的蝕刻劑或蝕刻液組合物對構成薄膜電晶體液晶顯示裝置的TFT的柵電極用金屬膜Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜進行蝕刻，則存在的問題是，會產生如圖8所示的上部Mo膜的凸出現象和下部Al-Nd或Mo膜的底切現象，該上部膜的凸出現象必須實施追加工序來除去，而下部膜的底切現象會導致上部膜在傾斜面產生斷線或者上下部金屬在傾斜面被短路的問題。
因此，以往將構成薄膜電晶體液晶顯示裝置的TFT的柵電極用金屬膜和源/漏電極用金屬膜製成多層結構時，一般通過同時應用溼式工序和乾式工序來得到理想的輪廓。但是，若如此同時使用溼式蝕刻和乾式蝕刻，則存在由工序麻煩所致的生產性降低和費用增加的問題，因而是不利的。
大韓民國專利申請第10-2000-0047933號[專利文獻2]美國專利第4895617號[專利文獻3]大韓民國專利申請第10-2001-0030192號[專利文獻4]大韓民國專利申請第10-2001-0065327號[專利文獻5]大韓民國專利申請第10-2002-0010284號[專利文獻6]大韓民國專利申請第10-2001-0018354號[專利文獻7]大韓民國專利申請第10-2000-0002886號[專利文獻8]大韓民國專利申請第10-2001-0072758號[專利文獻9]大韓民國專利申請第10-2000-0013867號[專利文獻10]大韓民國專利申請第10-2002-0017093號[專利文獻11]大韓民國專利申請第10-2003-0080557號[專利文獻12]大韓民國專利申請第10-2004-0010404號發明內容為了解決上述以往技術所存在的問題，本發明的目的在於，提供一種蝕刻組合物，採用所述組合物僅通過溼式工序即可以以下部膜Al-Nd和Mo不產生底切現象的方式使構成薄膜電晶體液晶顯示裝置的TFT的柵極配線材料Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜得到優異的錐度，同時源極/漏極配線材料Mo單層膜也可以形成優異的輪廓。
本發明的另一目的在於，提供一種蝕刻組合物，通過將該蝕刻組合物應用於構成薄膜電晶體液晶顯示裝置的TFT的柵極配線材料Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜以及源極/漏極配線材料Mo單層膜，會顯示出優異的蝕刻效果，據此可以增大設備的效率性和減少成本。
本發明的又一目的在於，提供一種蝕刻組合物，採用所述蝕刻組合物即使在溼式蝕刻後不實施追加的乾式蝕刻而僅對柵極配線材料Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜以及源極/漏極配線材料Mo單層膜進行溼式蝕刻，也可顯示出優異的蝕刻效果，從而可簡化工序，並有效減少成本以及提高生產性。
本發明的其他目的在於，提供一種蝕刻組合物，該蝕刻組合物的表面張力得到降低，因而該蝕刻組合物可以更好地擴散，據此可以提高所述蝕刻組合物在大型基板上的蝕刻均一性。
為了達成上述目的，本發明提供一種薄膜電晶體液晶顯示裝置的蝕刻組合物，其含有a)40重量％～80重量％的磷酸、b)2重量％～15重量％的硝酸、c)3重量％～20重量％的乙酸、d)0.01重量％～5重量％的磷酸鹽、e)0.001重量％～1重量％的陰離子表面活性劑、以及f)剩餘量的水。
此外，本發明提供一種薄膜電晶體液晶顯示裝置的製造方法，所述方法包括用上述蝕刻組合物來進行蝕刻的工序。
基於本發明的蝕刻組合物的優點在於，即使在溼式蝕刻後不實施追加的乾式蝕刻，採用所述組合物僅通過溼式工序既可以以Al-Nd或Mo不產生底切現象的方式使構成薄膜電晶體液晶顯示裝置的TFT的柵極配線材料Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜得到優異的錐度，同時源極/漏極配線材料Mo單層膜也可以形成優異的輪廓。此外，通過將所述蝕刻組合物應用於柵極配線材料Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜以及源極/漏極配線材料Mo單層膜，不僅可以簡化工序，增大設備的效率性以及減少成本，而且該蝕刻組合物的表面張力得到降低從而使蝕刻組合物更好地擴散，據此可以提高所述蝕刻組合物在大型基板上的蝕刻均一性。


圖1說明將基於本發明的一個實施例的蝕刻組合物用於Mo單層膜而形成的輪廓的照片。
圖2說明將基於本發明的一個實施例的蝕刻組合物用於Al-Nd/Mo雙層膜的結果的照片。
圖3說明將基於本發明的一個實施例的蝕刻組合物用於Mo/Al-Nd/Mo三層膜的結果的照片。
圖4說明將基於本發明的一個實施例的蝕刻組合物用於Mo單層膜、Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜的結果的照片。
圖5說明將不使用磷酸鹽而製造的蝕刻組合物用於Mo單層膜、Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜的結果的照片。
圖6說明將使用較少含量的硝酸來製造的蝕刻組合物用於Mo單層膜、Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜的結果的照片。
圖7的照片說明將以往的蝕刻組合物用於Mo單層膜，結果引起錐度不良。
圖8的照片說明將以往的蝕刻組合物用於Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜，結果產生上部膜Mo膜的凸出現象、以及下部膜Al-Nd或Mo膜的底切現象。
具體實施例方式
下文，對本發明進行詳細的說明。
本發明的薄膜電晶體液晶顯示裝置的蝕刻組合物，其特徵在於，其含有a)40重量％～80重量％的磷酸、b)2重量％～15重量％的硝酸、c)3重量％～20重量％的乙酸、d)0.01重量％～5重量％的磷酸鹽、e)0.001重量％～1重量％的陰離子表面活性劑、以及f)剩餘量的水。
對於本發明中所使用的磷酸、硝酸、乙酸、磷酸鹽和水，可以使用能夠用於半導體工藝的純度的物質，也可以使用市售的物質，或者將工業用等級的物質通過所述技術領域通常公知的方法進行精製後而使用。
本發明中所使用的上述a)磷酸發揮著將氧化鋁分解的作用。
上述磷酸在蝕刻組合物中優選含有40重量％～80重量％，進一步優選含有50重量％～75重量％。磷酸的含量在上述範圍內時，硝酸和鋁反應而形成的氧化鋁可以被適當地分解，蝕刻速度加快，具有提高生產性的效果。
本發明中所使用的上述b)硝酸與鋁反應，從而形成氧化鋁。
上述硝酸在蝕刻組合物中優選含有2重量％～15重量％，進一步優選含有3重量％～10重量％。其含量在上述範圍內時，具有可以有效地調節柵極金屬膜與其他層之間的選擇比的效果，所述柵極金屬膜由上部膜Mo膜和下部膜Al-Nd和Mo膜構成。特別地，上述硝酸小於2重量％時，存在的問題是在Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜會產生上部膜和下部Mo膜凸出的現象。
本發明中所使用的上述c)乙酸發揮著調節反應速度的緩衝劑的作用。
上述乙酸在上述蝕刻組合物中優選含有3重量％～20重量％，進一步優選含有8重量％～15重量％。其含量在上述範圍內時，可以適當地調節反應速度，提高蝕刻速度，據此具有能夠提高生產性的效果。
本發明中所使用的上述d)磷酸鹽發揮著在Mo單層膜上形成優異的輪廓的作用。特別地，通過將上述磷酸鹽用於蝕刻組合物，不僅使所述蝕刻組合物發揮出對源極/漏極Mo單層膜顯示出優異蝕刻效果的作用，而且也發揮出對Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜顯示出優異蝕刻效果的作用。
上述磷酸鹽可以使用NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、NH4H2PO4、(NH4)3PO4、KH2PO4、K2HPO4、K3PO4、Ca(H2PO4)2、Ca2HPO4或Ca3PO4等，優選使用K3PO4或(NH4)3PO4。
上述磷酸鹽在蝕刻組合物中優選含有0.01重量％～5重量％，進一步優選含有0.1重量％～3重量％。其含量在上述範圍內時，不僅在Al-Nd/Mo雙層膜或Mo/Al-Nd/Mo三層膜上不會產生下部膜Al-Nd或Mo的底切現象，而且Mo單層膜也可形成優異的輪廓。
本發明中所使用的上述e)陰離子表面活性劑可以用於酸，通過降低蝕刻組合物對Al-Nd膜的接觸角，發揮著改善蝕刻組合物的潤溼性、降低蝕刻組合物的粘度、提高蝕刻均一性的作用。
上述陰離子表面活性劑優選使用磺醯亞胺氟代烷基銨(ammoniumfluoroalkyl sulfonimide)或全氟辛烷-1-磺酸銨(C8F17SO3NH4)。
上述陰離子表面活性劑在蝕刻組合物中優選含有0.001重量％～1重量％，其含量在上述範圍內時，對Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜的底切現象以及對Mo單層膜的輪廓形成無影響，在此狀態下可使蝕刻組合物的表面張力得到降低從而使蝕刻組合物更好地擴散，據此可以提高其在大型基板上的蝕刻均一性。
本發明中所使用的上述f)水為蝕刻組合物中的剩餘量，水發揮著分解硝酸與鋁反應而產生的氧化鋁、以及稀釋蝕刻組合物的作用。
上述剩餘量的水優選使用通過離子交換樹脂過濾過得到的純水，進一步特別優選使用比電阻大於等於18兆歐姆(MΩ)的超純水。
此外，本發明提供薄膜電晶體液晶顯示裝置的製造方法，所述方法包括用含有上述成分的蝕刻組合物進行蝕刻的工序。不言而喻，在利用了上述蝕刻組合物進行蝕刻的蝕刻工序之前和之後當然可以應用通常被用於薄膜電晶體液晶顯示器的製造方法的工序。
本發明的薄膜電晶體液晶顯示裝置的製造方法所具有的優點在於在使用含有上述成分的本發明的蝕刻組合物進行溼式蝕刻後，即使不實施追加的乾式蝕刻，採用所述組合物僅通過溼式工序即可以以Al-Nd或Mo不產生底切現象的方式使構成薄膜電晶體液晶顯示裝置的TFT的柵極配線材料Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜得到優異的錐度，據此可以在後續工序時防止在傾斜面產生斷線的不良情況，同時可以防止源極/漏極配線材料Mo單層膜產生反錐度現象，防止上/下層產生短路的不良情況，可以形成如圖1所示的角度為50度～70度的優異的輪廓(profile)。此外，由於是將所述蝕刻組合物應用於柵極配線材料Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜以及源極/漏極配線材料Mo單層膜，因此可以簡化工序，增大設備的效率性以及減少成本，不僅如此，由於該蝕刻組合物的表面張力得到降低而使蝕刻組合物更好地擴散，據此可以提高所述蝕刻組合物在大型基板上的蝕刻均一性。
下文為了理解本發明而舉出優選的實施例，但是下述實施例不過是對本發明進行示例，本發明的範圍並不限於下述實施例。
實施例1將63重量％的磷酸、4重量％的硝酸、17重量％的乙酸、1重量％的K3PO4(作為磷酸鹽)、0.005重量％的磺醯亞胺氟代烷基銨(作為陰離子表面活性劑)、以及剩餘量的水均一地混合，製造蝕刻組合物。
將上述蝕刻組合物應用於Mo單層膜，結果如圖1所示，可以確認輪廓優異，輪廓角度為50度～70度。
實施例2和比較例1～2除了在上述實施例1中使用下述表1所示的組成比之外，實施與上述實施例1相同的方法來製造蝕刻組合物。此時，下述表1的單位為重量％。


通過下述的常規方法對由上述實施例1或2以及比較例1或2製造的蝕刻組合物的性能進行評價，該結果如下述表2和圖2～圖6所示。
首先在玻璃基板上通過濺射來分別形成Mo/Al-Nd雙層膜、Mo/Al-Nd/Mo三層膜和Mo單層膜，然後塗布光致抗蝕劑，將由實施例1或2以及比較例1或2製造的蝕刻組合物噴灑於通過顯影形成了圖案的試驗片來進行蝕刻處理。接著，進行蝕刻後，用掃描電子顯微鏡(SEM、S-4100，日立社)觀察截面，根據下述評價基準評價蝕刻組合物的性能。


由上述表2可以確認，與比較例1或2相比，利用本發明實施例1或2製造的蝕刻組合物時，在Al-Nd/Mo雙層膜(圖2、圖4)、Mo/Al-Nd/Mo三層膜(圖3、圖4)和Mo單層膜(圖1、圖4)均顯示出優異的蝕刻效果。
相反地，對於不使用磷酸鹽的比較例1和硝酸含量不足4重量％的比較例2，如圖5和圖6所示，在Al-Nd/Mo雙層膜產生底切現象，在Mo/Al-Nd/Mo三層膜產生上部和下部Mo的凸出現象。不僅如此，即使在Mo單層膜中也形成了不良的輪廓。
如圖5所示，在比較例1中，在Al-Nd/Mo雙層膜和Mo/Al-Nd/Mo三層膜中產生上部膜Mo膜的凸出現象和下部膜Al-Nd或Mo膜的底切現象，而與該比較例相比，利用上述實施例2的蝕刻組合物時，如圖4所示，可以確認，其未產生下部膜Al-Nd的底切現象，可以得到優異的錐度；此外，如圖5所示，在比較例1中，即使在Mo單層膜中也產生錐度不良、在後續工序中層積的上部膜在階梯覆蓋上產生問題，而與之相比，如圖4所示，實施例2中可以得到優異的錐度。
由該結果可知，與以往的蝕刻組合物相比，本發明的蝕刻組合物能夠形成更優異的階梯覆蓋。
權利要求
1.一種薄膜電晶體液晶顯示裝置的蝕刻組合物，其含有a)40重量％～80重量％的磷酸、b)2重量％～15重量％的硝酸、c)3重量％～20重量％的乙酸、d)0.01重量％～5重量％的磷酸鹽、e)0.001重量％～1重量％的陰離子表面活性劑、以及f)剩餘量的水。
2.如權利要求1所述的薄膜電晶體液晶顯示裝置的蝕刻組合物，其特徵在於，所述薄膜電晶體液晶顯示裝置是TFT LCD的柵極膜，即Al-Nd/Mo雙層膜或Mo/Al-Nd/Mo三層膜。
3.如權利要求1所述的薄膜電晶體液晶顯示裝置的蝕刻組合物，其特徵在於，所述薄膜電晶體液晶顯示裝置是TFT LCD的源極/漏極膜，即Mo單層膜。
4.如權利要求1所述的薄膜電晶體液晶顯示裝置的蝕刻組合物，其特徵在於，所述d)磷酸鹽可以使用NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4、NH4H2PO4、(NH4)3PO4、KH2PO4、K2HPO4、K3PO4、Ca(H2PO4)2、Ca2HPO4和Ca3PO4等，優選使用選自由K3PO4或(NH4)3PO4組成的組中的至少一種。
5.如權利要求1所述的薄膜電晶體液晶顯示裝置的蝕刻組合物，其特徵在於，所述e)陰離子表面活性劑為磺醯亞胺氟代烷基銨或全氟辛烷-1-磺酸銨，所述全氟辛烷-1-磺酸銨的分子式為C8F17SO3NH4。
6.一種薄膜電晶體液晶顯示裝置的製造方法，其包括採用權利要求1～5任意一項所述的蝕刻組合物進行蝕刻的工序。
全文摘要
本發明提供蝕刻組合物，採用所述組合物可以以下部膜Al－Nd或Mo不產生底切現象的方式通過單一工序對構成薄膜電晶體液晶顯示裝置的TFT的柵極配線材料Al－Nd/Mo雙層膜或Mo/Al－Nd/Mo三層膜進行溼式蝕刻，並可以獲得優異的錐度，同時源極/漏極配線材料Mo單層膜也可以形成優異的輪廓。本發明的薄膜電晶體液晶顯示裝置的蝕刻組合物含有磷酸、硝酸、乙酸、磷酸鹽陰離子表面活性劑和水。
文檔編號C23F1/10GK1873054SQ20061008469
公開日2006年12月6日 申請日期2006年5月29日 優先權日2005年5月30日
發明者李騏範, 曺三永, 申賢哲, 金南緒 申請人:東進世美肯株式會社