专利名称：用于蚀刻铟锡氧化物层的蚀刻剂组合物及用其蚀刻的方法
技术领域：
本发明涉及用于蚀刻铟锡氧化物层的蚀刻剂组合物以及利用该蚀刻剂组 合物蚀刻铟锡氧化物层的方法，更详细地说，本发明涉及一种蚀刻剂组合物， 其对铟锡氧化物(ITO)透明导电层具有优异的蚀刻性能，具有稳定性，在蚀 刻工序期间减少对光敏材料例如光致抗蚀剂的化学侵蚀，并且不会留下残留物
i景技术 、 —、，
液晶显示器(LCD)设备具有高分辨率并显示生动的图像。另外，LCD 设备能耗低。此外，可以将LCD设备制得很薄。由于这些优点，LCD设备已 成为最常用的平板显示设备之一。通过电路如薄膜晶体管(TFTs)驱动LCD 设备。通常，TFT-LCD在显示屏上形成像素。在TFT-LCDs中，TFT起开关 设备的作用。通过在以矩阵形式排列的TFT基板和面对TFT基板的彩色滤光 片基板之间填充液晶材料形成TFT-LCD。制造TFT-LCD的方法包含形成TFT 基板、彩色滤光片、面板组合(cell)和模块。为了获得精确生动的图像，必 需精确制造TFT基板和彩色滤光片。
在制备TFT-LCD设备的像素显示电极时，必需具有透明和光学性能并包 含高导电材料的薄膜。目前，将铟锡氧化物(ITO)和铟锌氧化物(IZO)用 作形成透明导电膜的材料。为了在像素显示电极中形成希望的电路，必需按照 电路的图形蚀刻薄膜层。
然而，由于ITO或IZO的化学侵蚀，利用常用于蚀刻金属双层的常规蚀 刻剂难以蚀刻包含ITO或IZO的透明导电膜。特别是已经利用王水 (HCl+CH3COOH+HN03 )、氯化铁(III )的盐酸溶液(FeCl3/HCl )、磷酸(H3P04) 或氢溴酸(HBr)作为湿式蚀刻透明导电膜的蚀刻剂。然而，当利用基于王水
3的蚀刻剂或者氯化铁(III)的盐酸溶液蚀刻ITO膜时，虽然这些蚀刻剂不贵，
但图形边缘蚀刻较快，因而蚀刻外形差。另外，被用作蚀刻剂的主成分的盐酸 或硝酸易于挥发，因而一段时间后其组成严重变化。另外，磷酸腐蚀铝，具有 高的粘性而且昂贵，氢溴酸昂贵而且毒性高。另外，可以用草酸蚀刻无定形铟
锡氧化物(ITO)膜。在这种情况下，在ITO剖面周围容易形成残留物，在低 温下草酸的溶解度过低以致可能形成沉淀，由此导致蚀刻装置故障。
发明内容
本发明提供蚀刻剂组合物，其对铟锡氧化物(ITO)透明导电层具有优异 的蚀刻性能，具有稳定的组成，在蚀刻工序中减少对光敏材料例如光致抗蚀剂 的化学侵蚀，并且不会留下残留物或沉淀物。
根据本发明的一方面，提供一种蚀刻剂组合物，其基于该蚀刻剂组合物的 总重包含4-10wt。/。的硫酸、2.5 6.0wt。/。的硝酸、0.5 5wt。/。的蚀刻控制剂和余 量的水。
根据本发明的另一方面，提供一种在制造TFT-LCD的像素显示电极中蚀 刻铟锡氧化物(ITO)层的方法，该方法包括利用蚀刻剂组合物蚀刻铟锡氧化 物(ITO)层，该蚀刻剂组合物基于该蚀刻剂组合物的总重包含4 10wt。/。的硫 酸、2.5 6.0wt。/。的硝酸、0.5 5wt。/。的蚀刻控制剂和余量的水。
通过参考附图详细描述其示例性的实施方案，使得本发明的上述和其它特 征以及优点更明显。
图1显示利用按照本发明实施方案的蚀刻剂组合物进行湿刻工序之后铟 锡氧化物(ITO)透明导电层剖面的扫描电子显微镜(SEM)图像；
图2显示利用蚀刻剂组合物进行湿刻工序之后ITO透明导电层剖面的 SEM图像，该蚀刻剂组合物所含硫酸量小于按照本发明实施方案的蚀刻剂组 合物；
图3显示利用蚀刻剂组合物进行湿刻工序之后ITO透明导电层剖面的 SEM图像，该蚀刻剂组合物所含硝酸量小于按照本发明实施方案的蚀刻剂组 合物；图4显示利用蚀刻剂组合物进行湿刻工序之后ITO透明导电层剖面的 SEM图像，该蚀刻剂组合物所含蚀刻控制剂小于按照本发明实施方案的蚀刻 剂组合物。
具体实施例方式
现在参照显示本发明示例性实施方案的附图更全面地描述本发明。 根据本发明的蚀刻剂组合物，基于该蚀刻剂组合物的总重，包含
a)4 10wt。/。的硫酸，b)2.5 6.0wt。/。的硝酸，c)0.5 5wt。/。的蚀刻控制剂和余量的水。
在蚀刻剂组合物中易于分离该蚀刻控制剂。另外，蚀刻控制剂使电解质效 应最大化，由此降低光致抗蚀剂和金属层(和/或金属氧化物层)之间的粘合 力。结果，蚀刻控制剂对无定形铟锡氧化物(ITO)具有优异的蚀刻性能。
在这点上，当蚀刻控制剂的量基于独刻剂组合物的总重少于0.5wt。/。时， 难以降低光致抗蚀剂和金属层(和/或金属氧化物层)之间的粘合力，从而降 低蚀刻的金属层的线性(linearity)。另一方面，当蚀刻控制剂的量基于蚀刻 剂组合物的总重大于5wt。/。时，增加蚀刻剂的成本并且可能^C坏光致抗蚀剂。
蚀刻控制剂可以是包括K+离子的化合物，例如KN03、CH3COOK、KHS04、 KH2P04、 K2S04、 K2HP04或K3P04,并且优选KN03或CH3COOK。
硝酸对氧化铟层具有优异的蚀刻性能，减少对光^:材料如光致抗蚀剂的化 学侵蚀，并且不会留下残留物。
当硝酸的量基于蚀刻剂组合物的总重少于2.5wt。/。时，可降低氧化铟层的 蚀刻速率。另一方面，当硝酸的量基于蚀刻剂组合物的总重大于6wt。/。时，可 化学侵蚀相邻的金属如Mo和Al。
构成主要氧化剂的硫酸蚀刻ITO，并且可以利用已知的方法来制备。特别 是硫酸可以具有半导体加工级的纯度。
当硫酸的量基于蚀刻剂组合物的总重少于4wt。/。时，可降低蚀刻剂组合物 的蚀刻速率。另一方面，当硫酸的量基于蚀刻剂组合物的总重大于10wf/o时， 可化学侵蚀光致抗蚀剂和/或相邻的金属。
另外，除了上述基本组分，根据本发明的蚀刻剂组合物(一种水溶液)的 余量由水构成。在这点上，水可以是超纯水。将参照下列实施例进一步详细描述本发明。这些实施例仅用于说明的目的 而不是试图限制本发明的范围。
根据下面表1中所示的组成(wt%)制备蚀刻剂组合物。蚀刻控制剂是
KN03。
<表1>
实施例比较例
123
组成硫酸6366
硝酸441.54
蚀刻控制剂(KN03)1.51.51.50.2
水余量(达到100wt%)评价好差差差
在实施例和比较例1~3中制备的并用于蚀刻ITO透明导电层的蚀刻剂组 合物的蚀刻性能被相互比较。测量蚀刻剂组合物的蚀刻速率并显示在下面的表 2中。图1到4显示使用实施例和比较例1 3的蚀刻剂组合物蚀刻的ITO透明 导电层的扫描电子显示镜(SEM)图像。
<表2>
实施例比專交例1比專交例2比较例3
蚀刻速率 (A/秒)16.77.698.316.7
参照表2和图1,当使用实施例的蚀刻剂组合物蚀刻ITO透明导电层时， 蚀刻速率相对高，该层具有平滑的表面并且其上未残留颗粒状的残留物。
参照表2和图2，比较例1的蚀刻剂组合物包含比本发明的范围更少量的 疏酸，从而蚀刻速率降低并且残留ITO残留物。
参照表2和图3，比较例2的蚀刻剂组合物包含比本发明的范围更少量的 硝酸，从而蚀刻速率降低并且残留ITO残留物。
6参照表2和图4，比较例3的蚀刻剂组合物未影响蚀刻速率，但包含比本 发明的范围更少量的蚀刻控制剂，由于光致抗蚀剂和金属层之间的粘合力，从 而降低了蚀刻的ITO透明导电层的线性，由此在配线结构中产生缺陷。
根据本发明的实施方案，用于TFT-LCD的ITO透明导电层的蚀刻剂组合 物，对ITO透明导电层具有优异的蚀刻性能，在蚀刻工艺中减少对光敏材料 例如光致抗蚀剂的化学侵蚀，并且不会留下残留物或沉淀物。另外，在根据本 发明的蚀刻剂组合物中，草酸在0"以下不会发生结晶，但在常规的基于草酸 的蚀刻剂组合物中会发生结晶，并且在较低的金属层上不会发生副作用，在基 于盐酸的蚀刻剂组合物中会发生副作用。因而，本发明的蚀刻剂组合物可以显 著提高制造采用ITO层的TFT-LCD电子元件和显示设备的生产率。另外，该 蚀刻剂组合物包含不贵并且高度稳定的组分如硫酸，经过一段时间后该蚀刻剂 的组成保持相对稳定，因而能够降低制造成本。
虽然参照示例性的实施方案已经详细显示和描述了本发明，但是，本领域 普通技术人员将理解，在不脱离权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况 下可以在形式和细节方面对其进行各种改变。
权利要求
1. 一种蚀刻剂组合物，基于该蚀刻剂组合物的总重，包含4～10wt％的硫酸、2.5～6.0wt％的硝酸、0.5～5wt％的蚀刻控制剂和余量的水。
2. 根据权利要求1所述的蚀刻剂组合物，其中，该蚀刻控制剂包括选自 KN03、 CH3COOK、 KHS04、 KH2P04、 K2S04、 K2HP04和& 04组成的组中 的一种物质。
3. 根据权利要求2所述的蚀刻剂组合物，其中，该蚀刻控制剂包括KN03 或CH3COOK。
4. 一种在制造TFT-LCD的像素显示电极中蚀刻铟锡氧化物(ITO)层的 方法，该方法包括利用蚀刻剂组合物蚀刻铟锡氧化物(ITO)层，基于该蚀刻 剂组合物的总重，该蚀刻剂组合物包含4 10wt。/o的硫酸、2.5 6.0wt。/。的硝酸、 0.5-5 wt。/。的蚀刻控制剂和余量的水。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，该蚀刻控制剂包括选自KN03、 CH3COOK、 KHS04、 KH2P04、 K2S04、 K2HP04和K3P04组成的组中的一种 物质。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，该蚀刻控制剂包括KN03或 CH3COOK。
全文摘要
一种用于蚀刻铟锡氧化物层的蚀刻剂组合物及用其蚀刻的方法。该组合物在制备用ITO层的TFT-LCD电子元件和显示设备中用于蚀刻铟锡氧化物(ITO)透明导电层，基于该组合物总重含硫酸4～10wt％、硝酸2.5～6.0wt％、蚀刻控制剂0.5～5wt％和余量水，其对ITO透明导电层有优异的蚀刻性能，在蚀刻工序中减少对光敏材料如光致抗蚀剂的化学侵蚀，且不留下残留物或沉淀物。在该组合物中，草酸在0℃以下不结晶，但在常规的基于草酸的蚀刻剂组合物中发生草酸结晶，且在较低的金属层上不发生副作用，但基于盐酸的蚀刻剂组合物发生副作用。因而，可显著提高制造用ITO层的TFT-LCD电子元件和显示设备的产率，且其含不贵且高度稳定的组分如硫酸，经过一段时间后组成保持相对稳定，能降低制造成本。
文档编号H01L21/311GK101497793SQ20091000390
公开日2009年8月5日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年1月28日
发明者姜东浒, 曺三永, 李骐范, 金南绪 申请人:株式会社东进世美肯