蚀刻液组合物及使用它的薄膜晶体管显示面板的制造方法 |
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| 申请号 | CN201710437114.6 | 申请日 | 2017-06-12 | 公开(公告)号 | CN107488856A | 公开(公告)日 | 2017-12-19 |
| 申请人 | 三星显示有限公司; 株式会社; 东进世美肯; | 发明人 | 金真锡; 金俸均; 金奎佈; 申贤哲; 李相赫; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及蚀刻液组合物及使用它的 薄膜 晶体管 显示面板 的制造方法。本发明的一 实施例 的蚀刻液组合物包括0.1wt％至5wt％的磺酸类化合物、0.1wt％至3wt％的氟化合物、0.1wt％至5wt％的 铜 化合物及余量的 水 ，并且所述蚀刻液组合物的pKa值为3以下。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种蚀刻液组合物，包括： |
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| 说明书全文 | 蚀刻液组合物及使用它的薄膜晶体管显示面板的制造方法技术领域背景技术[0003] 形成金属布线的过程包括通过溅射所进行的金属膜形成工序、通过光致抗蚀剂的涂布、曝光及显影所进行的在被选区域上形成光致抗蚀剂的工序及蚀刻工序步骤。 [0004] 所述蚀刻工序是指将光致抗蚀剂作为掩模使用并在被选区域上残留金属膜的工序，这种蚀刻工序通常包括使用等离子体等的干式蚀刻或使用蚀刻液的湿式蚀刻。此外，在形成金属布线后，为了形成半导体层需要进行进一步的蚀刻。 发明内容[0006] 为了解决这种问题，本发明的实施例的蚀刻液组合物包括0.1wt％至5wt％的磺酸类化合物、0.1wt％至3wt％的氟化合物、0.1wt％至5wt％的铜化合物及余量的水，并且所述蚀刻液组合物的pKa值为3以下。 [0007] 所述磺酸类化合物可为选自由包括苯磺酸、对甲苯磺酸和苄磺酸的环状苯磺酸；包括甲磺酸的烃类磺酸；磺酸铵(ammonium sulfonic acids)；磺酰胺酸(sulfamic acid)及氨基磺酸(Amino sulfonic acid)构成的组中的至少一种。 [0008] 所述氟化合物可为选自由MgF2、H2SiF6、NaF、NaHF2、NH4F、NH4HF2、NH4BF4、KF、KHF2、AlF3及H2TiF6构成的组中的至少一种。 [0009] 所述铜化合物可为选自由CuSO4、CuCl2、CuNO3、CuOH、Cu(CH3COO)及CuBr2构成的组中的至少一种。 [0010] 所述蚀刻液组合物可进一步包括无机酸，所述无机酸在蚀刻液组合物总重量中的含量低于1wt％。 [0012] 所述蚀刻液组合物对n+非晶硅和非晶硅的蚀刻速度之比可为3:1至4:1，所述蚀刻速度的单位为 [0013] 所述蚀刻液组合物对n+非晶硅和SiNx的蚀刻速度之比可为18:1至20:1，所述蚀刻速度的单位为 [0014] 所述蚀刻液组合物可同时蚀刻金属膜和n+非晶硅膜。 [0015] 所述蚀刻液组合物可同时蚀刻金属膜和n+非晶硅膜及非晶硅膜。 [0016] 所述金属膜可为包括铜和钛的多层膜。 [0017] 所述蚀刻液组合物可进一步包括0.1wt％至3wt％的唑类化合物。 [0018] 所述唑类化合物可为选自由氨基四唑、苯并三唑、咪唑及吡唑构成的组中的至少一种。 [0019] 所述蚀刻液组合物可进一步包括5wt％至20wt％的过硫酸类化合物。 [0020] 所述过硫酸类化合物可为选自由(NH4)2S2O8、Na2S2O8及K2S2O8构成的组中的至少一种。 [0021] 所述蚀刻液组合物可进一步包括氮类环状化合物。 [0022] 所述氮类环状化合物可为三氮类环状化合物。 [0023] 所述三氮类环状化合物可为选自由1,2,4-三唑、3-氨基-1,2,4-三唑、3-巯基-1,2,4-三唑、3-氨基-1,2,4-三唑-5-硫醇及其混合物构成的组中的一种。 [0024] 本发明的一实施例的薄膜晶体管显示面板的制造方法包括以下步骤：在基板上形成栅极绝缘膜；在所述栅极绝缘膜上形成半导体层；在所述半导体层上形成欧姆接触层；在所述欧姆接触层上形成金属膜；和使用蚀刻液组合物同时蚀刻所述金属膜、所述欧姆接触层及所述半导体层，其中，所述蚀刻液组合物包括0.1wt％至5wt％的磺酸类化合物、0.1wt％至3wt％的氟化合物、0.1wt％至5wt％的铜化合物及余量的水，并且所述蚀刻液组合物的pKa值为3以下。 [0025] 所述蚀刻液组合物对n+非晶硅和非晶硅的蚀刻速度之比可为3:1至4:1，所述蚀刻液组合物对n+非晶硅和SiNx的蚀刻速度之比可为18:1至20:1，所述蚀刻速度的单位为[0026] 如上所述，本实施例的蚀刻液组合物能够同时蚀刻金属膜和非晶硅膜。此外，当使用这种蚀刻液组合物制造薄膜晶体管显示面板时，能够简化制造工序，并能节俭费用。附图说明 [0027] 图1为表示实施例1至7的蚀刻轮廓的图像。 [0028] 图2为表示比较例1至6的蚀刻轮廓的图像。 [0029] 图3为表示在使用本发明的一实施例的蚀刻液组合物制造薄膜晶体管显示面板的工序中的蚀刻步骤的流程图。 [0030] 图4至图7为表示本发明的一实施例的薄膜晶体管显示面板制造工序的工序剖视图。 [0031] 附图标记说明 [0033] 140：绝缘膜 154：半导体层 [0034] 164：欧姆接触层 171：金属物质层 [0035] 173：源电极 175：漏电极 具体实施方式[0036] 下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明，以使本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施。但本发明可由多种不同的形式实现，并不限于在此说明的实施例。 [0037] 在附图中，为了清楚表示多个层及区域，放大厚度而表示。在说明书全文中，对相似的部分使用相同的附图标记。当提到层、膜、区域或板等的部分位于另一部分的“上方”时，该表述不仅包括该部分位于另一部分的“正上方”，还包括两者之间还有其他部分的情况。反之，当提到某一部分位于另一部分的“正上方”时，表示两者之间没有其他部分。 [0038] 下面，详细说明本发明的一实施例的蚀刻液组合物。 [0039] 本发明的一实施例的蚀刻液组合物能够同时蚀刻金属膜、n+非晶硅膜及非晶硅膜。特别是，本发明的一实施例的蚀刻液组合物能够在蚀刻由含铜多层膜构成的金属膜的同时，蚀刻n+非晶硅膜及非晶硅膜。含铜多层膜可为在钛膜上面形成有铜膜的多层膜，但并不限于此，可以是包括钼膜和铜膜的多层膜、包括钼膜、钛膜及铜膜的多层膜等，可以有多种变形。 [0040] 因此，在使用所述蚀刻液组合物制造薄膜晶体管显示面板的工序中，可将用于形成源电极、漏电极、及源电极和漏电极之间的沟道的蚀刻过程作为一个步骤来执行。 [0041] 本发明的一实施例的蚀刻液组合物包括0.1wt％至5wt％的磺酸类化合物、0.1wt％至3wt％的氟化合物、0.1wt％至5wt％的铜化合物及余量的水，并且所述蚀刻液组合物的酸解离常数(pKa)值为3以下。 [0042] 所述磺酸类化合物可为选自由包括苯磺酸、对甲苯磺酸和苄磺酸的环状苯磺酸；包括甲磺酸的烃类磺酸；氨磺酸、磺酰胺酸及氨基磺酸构成的组中的至少一种。 [0044] 所述氟化合物可为选自由MgF2、H2SiF6、NaF、NaHF2、NH4F、NH4HF2、NH4BF4、KF、KHF2、AlF3及H2TiF6构成的组中的至少一种。这种氟化合物起到硅膜氧化剂的作用。 [0045] 所述铜化合物可为选自由CuSO4、CuCl2、CuNO3、CuOH、Cu(CH3COO)及CuBr2构成的组中的至少一种。这种铜化合物与所述氟化合物一起起到蚀刻非晶硅膜及n+非晶硅膜的作用。 [0046] 本发明的一实施例的蚀刻液组合物的酸解离常数(pKa)值为3以下。此时，本说明书中的酸解离常数值为以25℃为基准时的数值。所谓酸解离常数为酸的离子化平衡的平衡常数，是表示酸强度的尺度，其值越大，则表示离子化倾向越强。 [0047] 当酸解离常数超过3时，不能正常进行非晶硅膜的蚀刻，因此不合适。即，一般使用的金属布线的蚀刻液组合物为酸解离常数超过3的强酸。当使用这种强酸组合物时，不能蚀刻非晶硅膜。 [0048] 对于这种酸解离常数的值，可通过改变构成本发明的一实施例的蚀刻液组合物的成分的组成来适当调节。此外，为了将酸解离常数调节为3以下，还可进一步包括由过硫酸类或硫酸系物质组成的氧化剂。 [0049] 本实施例的蚀刻液组合物可包括少量的无机酸。此时，含在本实施例的蚀刻液组合物中的无机酸的含量可低于蚀刻液组合物总量的1wt％。无机酸一般为强酸，当含量过多时，会使蚀刻液组合物的酸度非常高。即，当蚀刻液组合物中含有过量的无机酸时，蚀刻液组合物的酸解离常数显著超过3，这种蚀刻液组合物不能蚀刻非晶硅膜。 [0050] 然而，本实施例的蚀刻液组合物包括含量低于1wt％的无机酸，能够保持可蚀刻非晶硅膜的适当的酸度。 [0051] 所述无机酸可为选自由硝酸、硫酸、磷酸及盐酸构成的组中的至少一种。 [0052] 本实施例的蚀刻液组合物能够同时蚀刻金属膜、n+非晶硅膜及非晶硅膜。然而，本实施例的蚀刻液组合物几乎不会蚀刻包括氧化硅或氮化硅的栅极绝缘膜。 [0053] 即，本实施例的蚀刻液组合物对n+非晶硅膜及非晶硅膜的蚀刻速度之比可为3:1至4:1，其中，蚀刻速度的单位为 此外，本实施例的蚀刻液组合物对n+非晶硅膜及对包括氧化硅或氮化硅的栅极绝缘膜的蚀刻速度之比可为18:1至20:1，其中，蚀刻速度的单位为 [0054] 作为一例，本实施例的蚀刻液组合物对n+a-Si:a-Si:SiNx的蚀刻速度之比可为约19:5:1，其中，蚀刻速度的单位为 即，本实施例的蚀刻液组合物最能蚀刻n+非晶硅膜，其次为非晶硅膜，并且几乎不会蚀刻SiNx。这是因为，本实施例的蚀刻液组合物包括含量低于1wt％的无机酸，并且酸解离常数为3以下。 [0055] 本实施例的蚀刻液组合物可进一步包括唑类化合物。此时，唑类化合物可为选自由氨基四唑、苯并三唑、咪唑及吡唑构成的中的至少一种。在本实施例的蚀刻液组合物中，唑类化合物的含量可为0.1wt％至3wt％。 [0056] 所述唑类化合物防止非晶硅膜的过蚀刻，并起到非晶硅膜的防腐剂作用。虽然在后面将有描述，可使用本实施例的蚀刻液组合物同时蚀刻金属膜、n+非晶硅膜及非晶硅膜来形成薄膜晶体管，但此时需要仅蚀刻非晶硅膜的一部分，而且不应过蚀刻。唑类化合物预防非晶硅膜的过蚀刻。 [0057] 此外，本实施例的蚀刻液组合物可进一步包括5wt％至20wt％的过硫酸类化合物。这种过硫酸类化合物可促进铜和钛的蚀刻。 [0058] 所述过硫酸类化合物可为选自由(NH4)2S2O8、Na2S2O8及K2S2O8构成的组中的至少一种。 [0059] 此外，本实施例的蚀刻液组合物可进一步包括氮类环状化合物。所述氮类环状化合物指在环状结构中含有氮的化合物。这种氮类环状化合物用作溶于所述蚀刻液组合物中的铜的螯合剂。在所述蚀刻液组合物中，氧化成一价的铜离子与氮类环状化合物结合而螯合化。 [0060] 所述氮类环状化合物可为三氮类环状化合物。所述三氮类环状化合物可为选自1,2,4-三唑、3-氨基-1,2,4-三唑、3-巯基-1,2,4-三唑、3-氨基-1,2,4-三唑-5-硫醇及其混合物中的至少一种。 [0061] 下面，基于具体实施例说明本发明的一实施例的蚀刻液组合物的效果。然而，以下实施例为示例性的，本发明并不限于以下实施例的内容。 [0062] 以下表1表示本发明的实施例及比较例的蚀刻液组合物的含量及酸解离常数(pKa)。在以下表1中表示的各化合物的含量单位为wt％。 [0063] [表1] [0064] [0065] 使用具有所述实施例1至7、所述比较例1至6的组成的蚀刻液组合物来蚀刻非晶硅膜，并在表2中示出其蚀刻性能。对非晶硅膜的蚀刻水平为200nm以上时表示为良好(O)，蚀刻水平为100nm以上且低于200nm时表示为一般(Δ)，蚀刻水平低于100nm时表示为不良(X)。 [0066] [表2] [0067] 蚀刻水平 实施例1 ○ 实施例2 ○ 实施例3 ○ 实施例4 Δ 实施例5 Δ 实施例6 ○ 实施例7 Δ 比较例1 Ⅹ 比较例2 Ⅹ 比较例3 Ⅹ 比较例4 Ⅹ 比较例5 Ⅹ 比较例6 Ⅹ [0069] 比较例1、2的蚀刻液组合物只包括磺酸化合物、氟化合物及铜化合物中的一部分，该组合物虽然酸解离常数值为3以下，但对非晶硅膜的蚀刻并不理想。 [0070] 但是，可以确认到以适当的比率包括磺酸化合物、氟化合物及铜化合物的全部的本发明的实施例的蚀刻液组合物对非晶硅膜的蚀刻超出一般水平。 [0071] 此外，实施例1、2、3、4、5、6和7表现出一般水平以上的蚀刻水平，通过比较实施例1、2、3和实施例4、5可知，当酸解离常数低于2时，对非晶硅膜的蚀刻更加良好。 [0072] 图1为表示实施例1至7的蚀刻轮廓的图像。实施例1至7为表示蚀刻非晶硅膜后状态的图像，实施例7为在非晶硅膜上设置有n+非晶硅膜、金属膜及光致抗蚀剂的图像。 [0073] 参照图1可知，与实施例3相比，pKa常数为3以下的实施例1至2对非晶硅膜的蚀刻更加良好。这可通过图中显示的槽的深度了解。 [0074] 此外，实施例7为在非晶硅膜上层叠有n+非晶硅膜和金属膜，并且使用一种光致抗蚀剂蚀刻后的图像，从中可知本实施例的蚀刻液组合物能够同时蚀刻金属膜、n+非晶硅膜和非晶硅膜。在实施例7的图像中，最上方形成有光致抗蚀剂，并使用这样的一种光致抗蚀+剂来蚀刻金属膜及其下方的n非晶硅膜。不过，可以看出，由于实施例4、5及7的pKa值大于实施例1及2的pKa值，因此对非晶硅膜本身的蚀刻能力有所降低。 [0075] 图2为表示所述比较例1至6的蚀刻轮廓的图像。参照图2可知，比较例1至4的蚀刻液组合物几乎未能蚀刻非晶硅膜。此外，比较例5及6蚀刻了部分非晶硅膜，但其蚀刻量很少。 [0076] 如上所述，本发明的一实施例的蚀刻液组合物以适当的比率包括磺酸化合物、氟化合物及铜化合物的全部，并包括低于1wt％的无机酸，且酸解离常数为3以下，能够同时蚀刻金属膜、n+非晶硅膜及非晶硅膜。 [0077] 因此，当将这种蚀刻液组合物用于薄膜晶体管显示面板的制造时，能够将分别蚀刻金属膜及非晶硅膜的两个步骤缩短为一个步骤。 [0078] 图3表示在薄膜晶体管显示面板的制造工序中，使用本发明的一实施例的蚀刻液组合物的蚀刻步骤。 [0079] 如图3所示，在使用本发明的一实施例的蚀刻液组合物的制造方法中，使用一种蚀刻液组合物通过湿式蚀刻(wet etch)一并进行包括铜和钛的金属膜蚀刻(形成源电极和漏电极)、以及n+非晶硅膜和非晶硅膜的蚀刻(形成沟道)。 [0080] 然而，在以往的薄膜晶体管显示面板的制造方法中，需要两个步骤：即，首先使用蚀刻液组合物蚀刻包括铜和钛的金属膜之后，通过干式蚀刻(dry etch)蚀刻n+非晶硅膜及非晶硅膜以形成沟道。其理由如下：在包括铜和钛的金属膜的蚀刻中使用的以往的蚀刻液组合物、例如前面说明的比较例1至3的蚀刻液组合物几乎不能蚀刻n+非晶硅膜及非晶硅膜，因此为了形成沟道，需要另行通过干式蚀刻来蚀刻n+非晶硅膜及非晶硅膜。 [0081] 然而，本实施例的蚀刻液组合物由于同时蚀刻金属膜、n+非晶硅膜及非晶硅膜，并且不会蚀刻非晶硅膜下方的栅极绝缘膜，因此能够通过使用一种蚀刻液的一个工序来蚀刻金属膜、n+非晶硅膜及非晶硅膜。因此，与以往工序相比更加经济，且能缩短工序所需时间。 [0082] 下面，参照附图对使用本发明的一实施例的蚀刻液组合物制造薄膜晶体管显示面板的方法进行说明。 [0083] 图4至图7为表示本发明的一实施例的薄膜晶体管显示面板的制造工序的工序剖视图。 [0084] 如图4所示，首先在基板110上形成栅电极124及覆盖栅电极124的栅极绝缘膜140。 [0085] 基板110可为绝缘基板，可包括塑料或玻璃等。 [0086] 栅电极124可包括铝(Al)或铝合金等的铝系金属；银(Ag)或银合金等的银系金属；铜(Cu)或如铜锰(CuMn)的铜合金等的铜系金属；钼(Mo)或钼合金等的钼系金属；钴(Cr)；钽(Ta)；及钛(Ti)等。 [0088] 在本实施例中说明了栅电极124形成为单层膜，但并不限于此，栅电极124可形成为两层膜或三层膜形式等。 [0089] 栅极绝缘膜140可包括氧化硅、氮化硅(SiNx)、氮氧化硅(SiON)或有机绝缘物质等。 [0090] 接下来，如图5所示，以与栅电极124部分重叠的方式形成半导体层154及欧姆接触+层164。半导体层154可由非晶硅膜形成，欧姆接触层164可由n非晶硅膜形成。 [0091] 虽然未图示，但这种半导体层154及欧姆接触层164可通过在整个基板上涂布用于形成半导体层的物质及用于形成欧姆接触层的物质后，使用光致抗蚀剂等形成图案的方式来形成。此时，由于半导体层154及欧姆接触层164同时被蚀刻，因此半导体层154及欧姆接触层164具有相同的形状。 [0092] 接下来，如图6所示，在栅极绝缘膜140及欧姆接触层164上形成金属物质层171。 [0093] 金属物质层171可由包括钛和铜的多层膜构成。即，金属物质层171可具有包括钛的下部膜及包括铜的上部膜的两层膜结构，或者，也可具有钛/铜/钛的三层膜结构。可以取代钛而包括钼，也可包括钛和钼的合金。 [0094] 接下来，如图7所示，使用本实施例的蚀刻液组合物来蚀刻金属物质层171、半导体层154及欧姆接触层164。此时，所使用的蚀刻液组合物与前述对蚀刻液组合物的说明相同。即，蚀刻液组合物包括0.1wt％至5wt％的磺酸类化合物、0.1wt％至3wt％的氟化合物、 0.1wt％至5wt％的铜化合物及余量的水，所述蚀刻液组合物的pKa值为3以下，并且包括低于1wt％的无机酸。具体说明则省略。 [0095] 在本步骤中，金属物质层171经蚀刻后成为源电极173及漏电极175。此外，源电极173和漏电极175之间的欧姆接触层164完全被蚀刻，半导体层154也被部分蚀刻而形成沟道。 [0096] 即，在本实施例中使用的蚀刻液组合物的蚀刻速度之比可为n+非晶硅膜:非晶硅膜:SiNx＝19:5:1，其中，蚀刻速度的单位为 因这种蚀刻速度之比的差别，在完全蚀刻在源电极173和漏电极175之间由n+非晶硅膜构成的欧姆接触层164的过程中，仅部分蚀刻由非晶硅膜构成的半导体层154而形成沟道。 [0097] 如上所述，在本实施例的薄膜晶体管显示面板的制造方法中，使用一种蚀刻液通过一个工序来实现源电极和漏电极的形成及沟道的形成。这是因为在本实施例中使用的蚀刻液能够在蚀刻包括铜和钛的金属膜的同时，蚀刻n+非晶硅膜及非晶硅膜。此外，在本实施例中使用的蚀刻液由于对用作绝缘膜的SiNx的蚀刻较差，因此在蚀刻过程中能够防止绝缘膜受损。 [0098] 如上所述，本实施例的蚀刻液组合物及薄膜晶体管显示面板的制造方法通过一个湿式蚀刻(wet etch)工序一并形成源极、漏极和沟道，因此能够简化制造工序，并能节俭费用。 |
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