专利名称：腐蚀剂和具有用腐蚀剂蚀刻之铜线的阵列式基片的制作方法
技术领域：
本发明要求2000年12月20日在韩国申请的第2000-79355号韩国专利申请的权益。
通常在液晶显示(LCD)装置中使用阵列式基片。阵列式基片的性能特征和运行特性部分取决于形成阵列式基片各元件的材料。例如，阵列式基片的栅极线和数据线对阵列式基片的性能特征和运行特性有明显影响。虽然在小尺寸LCD装置用于形成栅极线和数据线的材料电阻率比较小，但是大尺寸特别是超过18英寸的LCD装置中栅极线和数据线的电阻率则决定着图象质量。因此，在具有高分辨率的大LCD装置中，用于形成栅极线和数据线的材料包括铝(Al)或铝合金，这是因为这些材料的电阻较低。
然而，当进行酸性处理时，纯铝的化学性质较弱，而且可能在高温处理期间在栅极线和栅极的表面上形成蚀丘。此外，出现蚀丘会使栅极线和栅极上形成的栅极绝缘层产生异常生长。这样，栅极绝缘层可能遭到破坏，而且栅极和栅极绝缘层上形成的活性层之间可能产生电短路。因此，用纯铝制成的具有栅极线和栅极的薄膜晶体管(TFTs)不能充分起到开关装置的作用。
为了克服这些问题，采用诸如钕化铝(AlNd)等铝合金作为栅极线和栅极。此外，用多层铝结构作为栅极线和栅极。具体地说，将铝(Al)层与具有高耐蚀性和耐久性的钼(Mo)层叠在一起。然而，如果用多层铝结构作为栅极线，则需要有其它制造工艺。因此，建议用价格低且具有低电阻的铜(Cu)作为栅极线，由此可减少制造工艺的总数量。
图1是示意性局部平面图，其表示按照已有技术所述用于液晶显示装置中的阵列式基片，图2是沿图1中的II-II剖切的剖面图。在图1和图2中，阵列式基片10包括象素区“P”，象素区内设有相应的薄膜晶体管(TFT)“T”和象素电极42。栅极线13布置在横向上而数据线15布置在纵向上，从而每一对栅极线13和数据线15形成象素区“P”。TFT“T”包括栅极32、源极34、漏极36和半导体层38。TFT“T”的栅极32从栅极线13延出，而TFT“T”的源极34从数据线15延出。基片10上形成的栅极绝缘层24盖住栅极32和栅极线13。漏极36与源极34彼此隔开，而且在栅极绝缘层24上具体地说是在栅极32上方设置半导体层38。半导体层38分成活性层38a，和欧姆接触层38b。活性层38a用纯非晶硅制作，而欧姆接触层38b用含杂质的非晶硅制作。由于欧姆接触层38b附着在源极34和漏极36上，所以欧姆接触层38b降低了活性层38a、源极34和漏极36之间的接触电阻。源极34和漏极36分别与栅极32的相对端部交叠。在基片10的整个表面上设置钝化层39以便保护TFT“T”和数据线15。钝化层39上具有处在漏极36上方的漏极接触孔40，其使得一部分象素电极42交叠在一部分漏极36上，并通过漏极接触孔40与漏极36电性接触。
在图1和图2所述活性阵列式液晶显示(AM-LCD)装置的结构和布局中，通常用铝(Al)作为栅极线13以减少RC滞后。
图3是图表，其表示按照已有技术所述电子设备中作为布线使用的金属的特征。在图3所示的金属材料中，用铝(Al)或铬(Cr)作为传统阵列式基片中的金属线。然而，虽然铝(Al)的电阻较低而且具有优良的粘接强度，但是铝在暴露于热和酸的条件下易受到损害。因此，建议用具有低电阻且价格低的铜(Cu)作为阵列式基片中的金属线。
在用铜(Cu)形成栅极线时，通常用过硫酸铵((NH4)2S2O8)作为腐蚀剂来腐蚀铜层以形成Cu栅极线。然而，用铜(Cu)形成数据线时存在一些问题。首先，当用铜(Cu)形成数据线时，源极和漏极也要用铜(Cu)制作。但是，相应的半导体层的硅元件与源极和漏极的Cu元件相互反应，从而在Cu制源极和漏极以及半导体硅层之间形成中间层。中间层对相应的薄膜晶体管(TFT)的电特性有负面影响。
其次，如果在Cu层和半导体层之间设置钛(Ti)或钼(Mo)等其它金属来克服上述问题，则腐蚀剂必须同时腐蚀两个金属层(Cu-Ti或Cu-Mo)。为了腐蚀双层金属层(Cu-Ti或Cu-Mo)，广泛公知的是，通常用氟化氢(HF)或氧基腐蚀溶液作为腐蚀剂。然而，HF腐蚀剂不仅腐蚀双层金属层，而且还腐蚀玻璃基片和用氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiOx)制成的绝缘层。结果，HF腐蚀剂对绝缘层产生明显损害，进而危及由绝缘层保护的栅极线和栅极的性能特征。因此，用铜(Cu)制作数据线、源极和漏极是十分困难的。
发明概述因此，本发明在于提供一种腐蚀剂和具有铜线的阵列式基片，所述铜线是用腐蚀剂蚀刻而成的，本发明基本上消除了因已有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种同时蚀刻双层金属层的腐蚀剂。
本发明的另一个目的是提供一种形成带有铜线的阵列式基片和电极的方法。
本发明的其它特征和优点将体现在以下的描述中，这些特征和优点的一部分将能从说明中明显得出，或是通过本发明的实践而悟出。通过书面说明及其权利要求以及所附附图中特别指出的结构将能实现和达到本发明的目的和其它优点。
正如以上概括和广义描述的那样，为了实现这些和其它优点并按照本发明的目的，腐蚀剂和带有用腐蚀剂蚀刻之铜线的阵列式基片包括含有过氧化氢(H2O2)的腐蚀剂，和包含有机酸、无机酸以及中性盐中至少一种的混合溶液。
另一方面，在薄膜晶体管液晶显示(TFT-LCD)装置中使用的形成阵列式基片的方法包括在基片上形成第一金属层，在第一金属层上形成图形以便得到栅极线和从栅极线延出的栅极，在基片上形成栅极绝缘层以便盖住已构成图形的第一金属层，在栅极绝缘层上并在栅极的上方形成活性层，在活性层上形成欧姆接触层，在栅极绝缘层上形成第二金属层以盖住欧姆接触层和活性层，在第二金属层上形成第三金属层，用腐蚀剂同时在第二金属层和第三金属层上构成图形以便形成双层数据线，双层源极和双层漏极，所述腐蚀剂包括过氧化氢(H2O2)，H2O2稳定剂，和有机酸、无机酸以及中性盐中的至少一种，并形成与双层漏极接触的象素电极。
显然，上述一般描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，并且意在对本发明所要求的权利作进一步说明。
在本发明中，例如可以用铜-钼双层结构制成阵列式基片的数据线以及薄膜晶体管的源极和漏极。此外，按照本发明，可以用下面将要说明的腐蚀剂来腐蚀Cu-Mo双层结构。
在本发明中，腐蚀剂可以是过氧化氢(H2O2)、H2O2稳定剂、和有机酸、无机酸以及中性盐中一种物质的混合溶液，该腐蚀剂可以同时腐蚀Cu-Mo双层结构。腐蚀剂中的Mo和H2O2的反应机理如下……………………………(1)如式(1)的结果所示，可以产生MoO3。然而，由于MoO3在水(H2O)中容易溶解，所以产生MoO3不会出现问题。因此，可以完成Mo层的腐蚀。此外，也可以仅用过氧化氢(H2O2)腐蚀Mo层。
而腐蚀剂中Cu和H2O2的反应机理可以用下式表示……………………………(2)在式(2)中，虽然可以产生铜的化合物CuO，但是反应产物(即，氧化铜(CuO))可以与包含在腐蚀剂中的有机酸、无机酸或中性盐的阴离子发生反应。因此，按照本发明，可以通过腐蚀剂形成铜的化合物CuO和H2O。此外，可以产生氧化金属或金属离子。
为了腐蚀Cu层，需要H2O2和有机酸、无机酸以及中性盐中的一种物质。而且，当腐蚀金属层时，腐蚀剂需要H2O2稳定剂来防止H2O2的自分解。
在本发明中，包含乙酸(CH3COOH)等有机酸的第一腐蚀剂例如H2O2和H2O2稳定剂与铜(Cu)产生以下反应……(3)此外，按照本发明，当腐蚀剂中包含无机酸时，第二腐蚀剂可以包含H2O2、H2O2稳定剂，和硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)以及磷酸(H3PO4)中的一种。因此，第二腐蚀剂可以与铜(Cu)产生以下反应。
在第二腐蚀剂包含硫酸(H2SO4)的情况下…………(4)
在第二腐蚀剂包含硝酸(HNO3)的情况下…………(5)在第二腐蚀剂包含盐酸(HCl)的情况下…………(6)在第二腐蚀剂包含磷酸(H3PO4)的情况下…………(7)此外，按照本发明，当腐蚀剂中包含中性盐时，第三腐蚀剂可以包括H2O2、H2O2稳定剂，和氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)、硫酸氢钾(KHSO4)、以及偏高碘酸钾(KIO4)中的一种。因此，具有例如硫酸氢钾(KHSO4)的第三腐蚀剂与铜(Cu)产生用下式表示的反应…………(8)如上所述，按照本发明的腐蚀剂根据它们各自的成分可以分成第一、第二和第三腐蚀剂。因此，本发明的腐蚀剂可以包括有机酸、无机酸和中性盐中的至少一种。此外，当腐蚀剂包括无机酸时，可以将两种或三种无机酸与腐蚀剂混合。当腐蚀剂中包含中性盐时，可以将两种或三种中性盐与腐蚀剂混合。
图4是曲线图，其表示按照本发明所述铜(Cu)层的蚀刻时间和过氧化氢(H2O2)与硫酸(H2SO4)的摩尔比之间的示例性关系，图5是表示蚀刻速率和过氧化氢(H2O2)浓度之间的另一种示例性关系的曲线图。
在图4中，Cu层的厚度约为1,000埃(Δ)而硫酸(H2SO4)的重量百分比约为5％(重量)。如图4所示，随着过氧化氢(H2O2)摩尔量的增加，Cu层的蚀刻时间也增加。具体地说，随着腐蚀剂中过氧化氢(H2O2)摩尔量的增加，氧化铜(CuO)的产量也增加。因此，需要花费更长的时间使氧化铜(CuO)与硫酸(H2SO4)反应。
在图5中，随着过氧化氢(H2O2)浓度的增加，钼的蚀刻速率也增加。然而，在H2O2达到一定浓度之后，Mo的蚀刻速率变成连续增加。因此，当将过氧化氢(H2O2)的量控制在一定值时可以对Cu层和Mo层进行同时蚀刻。另外，由于氧化钼(MoO3)溶解在水(H2O)中，所以即使是将有机酸、无机酸和中性盐加到腐蚀剂中，蚀刻速率也不会改变。此外，在其它具有Cu层的电子设备中也可以采用这种腐蚀剂和使用腐蚀剂的方法。
图6A-6C是沿图1中的VI-VI剖切的剖面图，其表示本发明的示例性生产工艺。
在图6A中，将第一金属层置于基片100上，接着完成构图以形成多条栅极线(图1中的13)和多个栅极132。第一金属层可以包括铝(Al)、钕化铝(AlNd)等铝合金、铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)或铜(Cu)。可以将多条栅极线布置在横向上，而使每个栅极132从基片100上的每条栅极线上延出。此后，在基片100的表面上形成栅极绝缘层124以盖住形成构图的第一金属层。栅极绝缘层124可以包括例如氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)等无机材料，或是例如苯并环丁烯(BCB)或丙烯酰基树脂等有机材料。在基片100上形成盖住构成图形的第一金属层的栅极绝缘层124之后，在栅极绝缘层124上尤其是在栅极132上方依次形成包含纯非晶硅(a-Si:H)的活性层138a和包含带添加剂的非晶硅(n+a-Si:H)的欧姆接触层138b。因此，半导体层138包括活性层138a和欧姆接触层138b。活性层138a在薄膜晶体管起动时起活性沟道的作用。欧姆接触层138b可以减小活性层138a和后序步骤中形成的电极之间的接触电阻。
在图6B中，在栅极绝缘层124的整个表面上形成第二金属层，由此盖住活性层138a和欧姆接触层138b。然后，在第二金属层上顺序形成第三金属层。第二金属层可以由例如钼(Mo)构成，而第三金属层可以由例如铜(Cu)或铜合金构成。第二金属层可以防止第三金属层与半导体层138的硅成分产生化学反应。如果第三金属层与半导体138产生反应，将会在第三金属层和半导体层之间形成中间层，由此将会使薄膜晶体管的工作特性变坏。
此外在图6B中，可以用上述腐蚀剂对第二和第三金属层进行同时构图。具体地说，在将H2O2、H2O2稳定剂，和有机酸、无机酸以及中性盐中的一种合成后，腐蚀剂对双金属层(Mo-Cu层)同时进行蚀刻和构成图形以形成双层数据线115、双层源极134和双层漏极130。可以将双层数据线115布置得垂直于栅极线(图1中的13)从而形成带有双层数据线115的象素区“P”(图1)。双层源极134可以从双层数据线115上延出，而且双层漏极136可以与双层源极134彼此分开。双层源极134和双层漏极136可以分别与栅极132的相对端部交叠。此外，设置在活性层138a上的一部分欧姆接触层138b可以用源极134和漏极136作为掩膜进行蚀刻，由此在源极134和漏极136之间的活性层138b内形成沟道区。
在图6C中，在TFT“T”和栅极绝缘层124上形成钝化层139。钝化层139可以包括例如氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)等无机材料，或是例如苯并环丁烯(BCB)或丙烯酰基树脂等有机材料。随后，可以在钝化层139上进行构图以形成漏极接触孔140从而露出一部分双层漏极136。接着，在已构图的钝化层139上设置透明导电材料。透明导电材料可以包括例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。然后，在象素区“P”对透明导电材料进行构图以形成象素电极142。一部分象素电极142可以通过漏极接触孔140与一部分漏极136交叠并与漏极136电性接触。尽管上述方法中仅用Mo-Cu层作为数据线、源极和漏极，但是也可以在栅极线和栅极中采用Mo-Cu层。
对于本领域的普通技术人员来说很显然，在不脱离本发明构思或范围的情况下可以对腐蚀剂和带有用腐蚀剂蚀刻之铜线的阵列式基片作出各种改进和变型。因此，本发明的意图在于覆盖在后附权利要求及其等同物所能包容的范围内对本发明作出的改进和变型。
权利要求
1.一种腐蚀剂，包括过氧化氢(H2O2)；和包含有机酸、无机酸以及中性盐中至少一种物质的混合溶液。
2.如权利要求1所述的腐蚀剂，进一步包括过氧化氢(H2O2)稳定剂。
3.如权利要求1所述的腐蚀剂，其中腐蚀剂能腐蚀包含铜(Cu)层和(Mo)层的双层金属层。
4.如权利要求1所述的腐蚀剂，其中腐蚀剂能腐蚀包含铜(Cu)合金层和(Mo)层的双层金属层。
5.如权利要求1所述的腐蚀剂，其中有机酸包括乙酸(CH3COOH)。
6.如权利要求1所述的腐蚀剂，其中从包括硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)和磷酸(H3PO4)的一组物质中选择无机酸。
7.如权利要求1所述的腐蚀剂，其中从包括氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)、硫酸氢钾(KHSO4)、以及偏高碘酸钾(KIO4)的一组物质中选择中性盐。
8.制作薄膜晶体管液晶显示(TFT-LCD)装置中使用的阵列式基片的方法，包括在基片上形成第一金属层；在第一金属层上进行构图以形成栅极线和从栅极线上延出的栅极；在基片上形成栅极绝缘层以覆盖已有构图的第一金属层；在栅极绝缘层和栅极的上方形成活性层；在活性层上形成欧姆接触层；在栅极绝缘层上形成第二金属层以覆盖欧姆接触层和活性层；在第二金属层上形成第三金属层；用包含过氧化氢(H2O2)、H2O2稳定剂，和有机酸、无机酸以及中性盐中至少一种的腐蚀剂在第二金属层和第三金属层上同时进行构图以形成双层数据线、双层源极和双层漏极；和形成与双层漏极接触的象素电极。
9.如权利要求8所述的方法，其中第一金属由铜构成。
10.如权利要求8所述的方法，其中第二金属由钼构成。
11.如权利要求8所述的方法，其中第三金属由铜构成。
12.如权利要求8所述的方法，其中第三金属由铜合金构成。
13.如权利要求8所述的方法，其中双层数据线、双层源极和双层漏极由铜(Cu)层和钼(Mo)层构成。
14.如权利要求8所述的方法，其中双层数据线、双层源极和双层漏极由铜(Cu)合金层和钼(Mo)层构成。
15.如权利要求8所述的方法，其中有机酸包括乙酸(CH3COOH)。
16.如权利要求8所述的方法，其中从包括硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、盐酸(HCl)和磷酸(H3PO4)的一组物质中选择无机酸。
17.如权利要求8所述的方法，其中从包括氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)、硫酸氢钾(KHSO4)、以及偏高碘酸钾(KIO4)的一组物质中选择中性盐。
全文摘要
一种腐蚀剂包括过氧化氢(H
文档编号C23F1/26GK1417383SQ0114449
公开日2003年5月14日 申请日期2001年12月19日 优先权日2000年12月20日
发明者曺奎哲, 蔡基成 申请人:Lg.菲利浦Lcd株式会社