用于包括铜和钛的金属层的蚀刻液组合物

摘要

本发明提供一种用于金属层的蚀刻液组合物，具体地，金属层包括铜和钛，该蚀刻液组合物包括过硫酸盐、含氟化合物、无机酸、环胺化合物、含氯化合物、磷酸盐和水。

权利要求

1.一种用于包括铜和钛的金属层的蚀刻液组合物，所述蚀刻液组合物包括:基于所述组合物的总重量，5～20重量％的过硫酸盐、0.01～2重量％的含氟化合物、1～10重量％的无机酸、0.3～3重量％的环胺化合物、0.1～3重量％的含氯化合物、0.1～5重量％的磷酸盐和余量的水。

2.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其中，所述过硫酸盐为选自由过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾所组成的群组中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其中，所述含氟化合物为选自由氟化铵、氟化钠、氟化钾、氢氟化铵、氢氟化钠和氢氟化钾所组成的群组中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其中，所述无机酸为选自由硝酸、硫酸、磷酸和过氯酸所组成的群组中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其中，所述环胺化合物为唑类化合物。

6.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其中，所述环胺化合物为选自由5-氨基四唑、甲苯基三唑、苯并三唑、甲基苯并三唑和咪唑所组成的群组中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其中，所述含氯化合物为选自由氢氯酸、氯化钠、氯化钾和氯化铵所组成的群组中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其中，所述磷酸盐为选自由磷酸铵、磷酸钠和磷酸钾所组成的群组中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的蚀刻液组合物，其中，所述金属层为包括铜基金属层及钛基金属层的多层。

10.根据权利要求9所述的蚀刻液组合物，其中，所述铜基金属层为铜层或铜合金层，所述钛基金属层为钛层或钛合金层。

11.一种制造半导体装置的方法，所述方法包括使用权利要求1所述的蚀刻液组合物蚀刻包括铜和钛的金属层的过程。

12.一种制造平板显示装置的方法，所述方法包括使用权利要求1所述的蚀刻液组合物蚀刻包括铜和钛的金属层的过程。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述平板显示装置为薄膜晶体管阵列基板。

说明书

用于包括铜和钛的金属层的蚀刻液组合物

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于金属层的蚀刻液组合物，该金属层包括铜和钛，并且用于半导体装置及平板显示装置（尤其是薄膜晶体管（TFT））的栅极配线、源极/漏极配线、栅电极、及源电极/漏电极。

背景技术

[0002] 在半导体装置和平板显示装置的基板上形成金属配线的工序一般包括以下过程：通过溅射形成金属层；在选定区域上涂布、曝光及显影光刻胶图案；以及实施蚀刻。此外，在各独立的步骤之前或各个独立的步骤之后进行蚀刻过程。

[0003] 蚀刻过程表示使用光刻胶作为掩膜使金属层图案化的过程，且通常包括使用等离子的干蚀刻过程或使用蚀刻液的湿蚀刻过程。

[0004] 近年来，半导体装置或平板显示装置中金属配线的电阻已成为主要的顾虑。由于电阻是造成RC信号延迟的主要因素，所以在增加平板显示装置的面板尺寸及实现高分辨率显示时非常重要。

[0005] 为了实现平板显示装置所需的RC信号延迟的降低，必须发展低电阻材料。现有技术中主要使用的铬（Cr，电阻率：12.7×10-8Ωm）、钼（Mo，电阻率：5×10-8Ωm）、铝（Al，电阻率：2.65×10-8Ωm）、及它们的合金难以用于大尺寸的TFT LCD的栅极和数据互连中。

[0006] 在此情况下，新的低电阻金属层的铜层得到了极大的关注。这是因为已知的是铜层的电阻显著地低于铝层或铬层的电阻，并且不会产生显著的环境问题。然而，铜对于涂布光刻胶和图案化光刻胶的过程中造成许多困难，且发现其较差地附着至硅绝缘层。

[0007] 因此，现已研究了克服低电阻铜单层的缺点的多金属层，其中，铜-钛双层尤其得到关注。

[0008] 然而，在蚀刻铜-钛双层的过程中，问题在于：对于各个层应当使用不同组合物的不同蚀刻液。具体地，为了蚀刻包括铜的金属层，主要使用过氧化氢类或过硫酸氢钾（OXONE）类蚀刻液组合物。然而，过氧化氢类蚀刻液组合物的缺点在于其会被分解并且会随着时间而不稳定。而过硫酸氢钾类蚀刻液组合物的缺点在于其蚀刻速率低且会随时间而不稳定。

发明内容

[0009] 本发明是鉴于上述现有技术中所具有的问题而完成的，且本发明的一个目的是提供一种用于包括铜和钛的金属层的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物能够呈现优良的蚀刻特征，并且在老化时仍维持该蚀刻特征。

[0010] 为了实现上述目的，本发明的一个方面是提供一种用于包括铜和钛的金属层的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物包括过硫酸盐、含氟化合物、无机酸、环胺化合物、含氯化合物、磷酸盐和水。

[0011] 优选地，本发明的蚀刻液组合物包括：基于该组合物的总重量，5～20重量%的过硫酸盐、0.01～2重量%的含氟化合物、1～10重量%的无机酸、0.3～3重量%的环胺化合物、0.1～3重量%的含氯化合物、0.1～5重量%的磷酸盐和余量的水。

[0012] 本发明的另一个方面是提供一种制造半导体装置或平板显示装置的方法，该方法包括使用该蚀刻液组合物以蚀刻包括铜和钛的金属层的过程。

[0013] 在本发明中，平板显示装置可为薄膜晶体管（TFT）阵列基板。

[0014] 如上所述，本发明的蚀刻液组合物可湿式蚀刻包括铜和钛的金属层，例如具有铜（Cu）/钛（Ti）结构的双层，因此简化蚀刻步骤且改良生产力。

[0015] 本发明的蚀刻液组合物还可呈现快速的蚀刻速率且能够均匀地蚀刻，因此呈现优良的蚀刻性能。另外，由于老化时金属溶解所造成的蚀刻液中金属离子浓度增加，本发明的蚀刻液组合物可有效地防止锥角的改变，因而维持固定的轮廓。

[0016] 此外，本发明的蚀刻液组合物不损坏设备，在蚀刻时不需要昂贵的设备，且可有利地应用于大型显示面板，从而提供非常大的经济利益。

[0017] 此外，除了包括铜和钛的金属层外，本发明的蚀刻液组合物可蚀刻用于像素电极的IZO或a-ITO。同样，在包括铜和钛的金属层被用于源电极/漏电极和IZO或a-ITO被用于像素电极的情况中，本发明的蚀刻液组合物可一起蚀刻源电极/漏电极和像素电极。

[0018] 另外，本发明的蚀刻液组合物能够对铜得到快速的蚀刻速率而无需含有过氧化氢及/或过硫酸氢钾。

具体实施方式

[0019] 以下，将进一步详述本发明。

[0020] 本发明涉及一种用于包括铜和钛的金属层的蚀刻液组合物，该蚀刻液组合物包括过硫酸盐、含氟化合物、无机酸、环胺化合物、含氯化合物、磷酸盐和水。

[0021] 在本发明中，包括铜和钛的金属层为例如包括铜基金属层和钛基金属层的多层。铜基金属层表示铜层或铜合金层，铜基金属层的实施例包括CuN层、CuO层与Cu-Al合金层。
钛基金属层表示钛层或钛合金层，钛基金属层的实施例包括Ti层与Mo-Ti合金层。

[0022] 包括铜基金属层和钛基金属层的多层的实施例包括：包括作为下层的铜基金属层和作为上层的钛基金属层的“钛基金属层/铜基金属层”；包括作为上层的铜基金属层和作为下层的钛基金属层的“铜基金属层/钛基金属层”；及包括三层或多于三层的多层，其中将铜基金属层和钛基金属层彼此沉积，如钛基金属层/铜基金属层/钛基金属层、或铜基金属层/钛基金属层/铜基金属层。

[0023] 该多层结构可考虑以下而形成：用于表层或底层的材料、层间的黏附等。同样，可以将铜基金属层与钛基金属层以各种方式彼此组合，但不限制其各个层的厚度。例如铜基金属层可比钛基金属层厚或薄。

[0024] 同时，本发明的蚀刻液组合物具有的优点为：其不仅能够蚀刻包括铜和钛的金属层，也能够蚀刻用于像素电极的IZO或a-ITO。

[0025] 可通过常规方法制备本发明的蚀刻液组合物并且优选地制备的蚀刻液组合物具有用于半导体工艺的纯度，所述蚀刻液组合物包括过硫酸盐、含氟化合物、无机酸、环胺化合物、含氯化合物、磷酸盐和水。

[0026] 本发明中使用的过硫酸盐用作蚀刻铜基金属层的主要氧化剂。虽然过硫酸盐并未特别地限制，但其可为例如过硫酸盐为选自过硫酸铵（APS）、过硫酸钠（SPS）、过硫酸钾（PPS）等的一种，或两种或以上的混合物。

[0027] 基于本发明组合物的总重量，优选地含有5～20重量%的过硫酸盐，更优选含有7～18重量%的过硫酸盐。当含有的过硫酸盐的量落在上述范围内时，该蚀刻液组合物蚀刻适量的铜基金属层，且蚀刻轮廓优异。

[0028] 如果含有的过硫酸盐的量小于5重量%，则金属层的蚀刻速率会降低而无法达成充分的蚀刻。另一方面，如果过硫酸盐的含量超过20重量%则金属层的蚀刻速率过快而难以控制蚀刻程度，结果可能会过度地蚀刻钛层和铜层。

[0029] 本发明中使用的含氟化合物用作蚀刻钛基金属层、IZO或a-ITO的主要成分。含氟化合物可为任何能够解离出离子或多原子氟离子的化合物。虽然含氟化合物并未特别地限制，但其可为例如选自氟化铵、氟化钠、氟化钾、氢氟化铵、氢氟化钠、氢氟化钾等的一种，或两种或以上的混合物。

[0030] 基于组合物的总重量，优选地含有0.01～2重量%的含氟化合物，更优选含有0.05～1重量%的含氟化合物。如果含氟化合物的量小于0.01重量%，则钛基金属层的蚀刻速率会降低而产生残渣，且如果含有的含氟化合物的量超过2重量%，则会损坏基板（如玻璃）以及含硅的绝缘层。

[0031] 本发明中使用的无机酸用于氧化和蚀刻铜基金属层，以及氧化钛基金属层。虽然无机酸并未特别地限制，但其可为例如选自硝酸、硫酸、磷酸、过氯酸等的一种，或两种或以上的混合物。

[0032] 基于本发明组合物的总重量，优选地含有1～10重量%的无机酸，更优选地含有2～7重量%的无机酸。如果无机酸的量小于1重量%，则金属层的蚀刻速率会降低而造成不良的蚀刻外形及残渣。如果无机酸的量超过10重量%则会发生过度蚀刻，且光刻胶会裂开而由于蚀刻液渗透造成配线短路。

[0033] 本发明中使用的环胺化合物用于在蚀刻铜基金属层时形成轮廓。虽然环胺化合物并未特别地限制，但优选地为唑类化合物。例如，可使用5-氨基四唑、甲苯基三唑、苯并三唑、甲基苯并三唑、咪唑等中的一种，或两种或以上的混合物。

[0034] 基于本发明组合物的总重量，优选地含有0.3～3重量%的环胺化合物，更优选含有0.5～2重量%的环胺化合物。当含有的环胺化合物的量落在上述范围内时，该蚀刻液组合物具有提供适当的铜蚀刻速率，形成合适的锥角（taper angle），及控制侧面蚀刻的量的效果。

[0035] 如果含有的环胺化合物的量小于0.3重量%，则铜层的蚀刻速率会增加而造成将铜层过度蚀刻，及如果含有的环胺化合物的量超过3重量%，则铜蚀刻速率会降低而无法获得所需的蚀刻程度。

[0036] 本发明中使用的含氯化合物用作蚀刻铜基金属层的辅助氧化剂。含氯化合物可为任何能够解离出氯离子的化合物。例如，含氯化合物可为选自氢氯酸（HCl）、氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）、氯化铵（NH4Cl）等的一种，或两种或以上的混合物。

[0037] 基于组合物的总重量，优选地含有0.1～3重量%的含氯化合物，且更优选含有0.5～2重量%的含氯化合物。当含有的含氯化合物落在上述范围内时，该蚀刻液组合物具有更有效地形成锥角的效果。

[0038] 当含有的含氯化合物的量小于0.1重量%时，锥角过低且锥表面变粗糙，从而在后续步骤产生问题。另一方面，如果含有的含氯化合物的量超过3重量%，则锥角过高而在后续步骤中造成不良的阶段式覆盖。

[0039] 本发明中使用的磷酸盐用于在老化期间持续地维持被蚀刻的铜的锥角，从而形成良好的外形。虽然磷酸盐并未特别地限制，但其可为例如选自磷酸铵、磷酸钠、磷酸钾等的一种，或两种或以上的混合物。

[0040] 基于本发明组合物的总重量，优选地含有0.1～5重量%的磷酸盐，且更优选含有0.5～3重量%的磷酸盐。当含有的磷酸盐的量落在上述范围内时，该蚀刻液组合物能够有效地防止在老化时由于金属溶解所造成的锥角变化，如此可获得连续且良好的蚀刻轮廓。

[0041] 如果含有的磷酸盐的量小于0.1重量%，则由于金属溶解所造成的锥角变化显著且蚀刻量也会发生变化，如果含有的磷酸盐的量超过5重量%，则钛的蚀刻速率将非常缓慢而造成长钛尾或无法将其蚀刻的问题。

[0042] 本发明中使用的水为去离子水。水为用于半导体工艺的用水，且优选地为具有电阻率为18MΩ/cm或更高的水。所含有的水量为使本发明组合物的总重量达到100重量%的量。

[0043] 除了上述成分，本发明的蚀刻液组合物可进一步包括选自蚀刻控制剂、表面活性剂、金属离子螯合剂、抗腐蚀剂等的一种或以上的添加剂。

[0044] 以下参考实施例而进一步详述本发明，但是本发明的范围不受这些实施例限制。

[0045] 实施例1和比较例1：蚀刻液组合物的制备

[0046] 根据下表1所示的成分和含量而制备180kg的各个蚀刻液组合物。

[0047] [表1]

[0048]

[0049] 备注：APS：过硫酸铵；ABF：氢氟化钠铵；

[0050] ATZ：5-氨基四唑；PPM：磷酸二氢钾

[0051] 测试例：蚀刻液组合物性能的评估

[0052] 将硅层（SiNx层）沉积在玻璃基板上，且将铜层和钛层依次沉积在硅层上，从而形成铜/钛双层。将光刻胶按预定图案涂布至钛层，且将所得到的基板切割成550x650毫米的大小，从而制备测试样品。

[0053] ＜蚀刻性能的评估＞

[0054] 将实施例1及比较例1的各蚀刻液组合物引入喷淋型蚀刻系统（购自SEMES的