金属布线层及其制造方法

专利名称：金属布线层及其制造方法
技术领域：
本发明的一个或多个实施方案一般涉及金属布线层及其制造方法。更 具体而言，本发明的一个或多个实施方案涉及埋入型金属布线层及其制造
方法。
背景技术：
作为平板显示器，液晶显示器(LCD)包括在其上形成多个栅极线、多 个数据线、多个像素电极和多个薄膜晶体管(TFTs)的下部衬底，在其上形 成公共电极的上部衬底，和插入所述下部衬底和所述上部衬底之间的液晶 层。通过将电压施加给多个像素电极和公共电极，LCD在液晶层中产生电 场，并且因此通过确定液晶层中的液晶分子的排列和通过控制入射光的偏 振而显示图像。
为了实现具有高分辨率的大规模LCD，必需减小金属布路的电阻。为 了实现这个，金属布路可以由低电阻材料诸如铜(Cu)或银(Ag)形成。为了 进一步减小金属布路的电阻，必须增加金属布路的宽度或厚度。
然而，随着金属布路的宽度增加，像素区域的面积减小，因此，液晶 层的透光度恶化。而且，随着金属布路厚度增加，衬底和所述金属布路之 间的阶梯差异(step difference)可能增大。例如，如果包括栅极电极的栅极 线形成到4000-5000A的厚度，则可以在衬底和栅极线之间产生巨大的阶 梯差异。衬底和栅极线之间的阶梯差异可以通过将源极和漏极放在栅极上 而进一步增大。当下部衬底具有这样一种巨大的阶梯差异时，液晶层不能用液晶分子适当填充。结果，液晶层的透光度可以由于液晶层中的液晶分 子的不规则排列而变得不规则，并且显示器的品质可能恶化。
为了解决该问题，已经提出了形成埋入型金属布线层的方法，其中将 沟槽形成在衬底上并且通过电镀将金属布线层形成在所述沟槽中。然而， 这些方法可能导致多种缺陷，诸如边缘堆积现象，其中金属层沿着沟槽的 边缘过量生长，并且因此所述金属层在所述边缘附近变得比沟槽中其它区 域更厚。

发明内容
本发明的一个或多个实施方案提供金属布线层和形成所述金属布线 层的方法，它们能够防止在衬底上的沟槽中形成埋入型金属布线层期间的 堆积现象的发生，并且因此能够减小阶梯差异。
本发明的一个或多个实施方案还提供金属布线层和形成所述金属布 线层的方法，它们通过下列步骤能够防止埋入型金属布线层中的边缘堆积 现象的发生在衬底上形成电介质层，通过蚀刻图案化所述电介质层，以 便在所述电介质层中具有孔，所述孔的横截面积随着远离所述衬底的距离 增大而减小，然后通过蚀刻所述衬底中形成沟槽。
根据本发明的一个例举性实施方案，金属布线层包括在其上形成沟
槽的衬底，所述沟槽的横截面积随着进入所述衬底的距离增大而减小；在 所述衬底上通过图案化而形成的电介质层图案和在所述电介质层图案中 的孔，其中所述电介质层图案中的孔与所述沟槽连接并且所述孔的横截面 积随着远离所述衬底的距离增大而减小；和填充所述沟槽和所述电介质层 图案中的孔的金属层。
根据本发明的一个实施方案，所述电介质层图案中的孔的侧壁可以与 衬底形成约卯。以下的内角。
根据本发明的另一个实施方案，所述电介质层图案中的孔的侧壁可以
与衬底形成约5-85。的内角。
根据本发明的另一个实施方案，所述金属层的高度可以等于或小于所 述电介质层图案的高度。
根据本发明的另一个例举性实施方案，形成金属布线层的方法包括在衬底上形成沟槽；通过蚀刻部分电介质层而在衬底上形成电介质层图案 和在所述电介质层图案中的孔，其中所述电介质层图案中的孔延伸到所述 衬底并且所述孔的横截面积随着远离所述衬底的距离增大而减小；通过蚀 刻经过所述电介质层图案中的孔暴露的衬底的一部分而形成沟槽；和形成 填充所述沟槽和所述电介质层图案中的孔的金属层。
根据本发明的一个实施方案，所述形成电介质层图案和在所述电介质 层图案中的孔可以包括在所述电介质层上形成感光层图案和蚀刻所述电 介质层以便产生在所述感光层图案下面的底切。
根据本发明的另一个实施方案，可以通过使用包括使用等离子体的干 法蚀刻方法蚀刻电介质层，形成所述电介质层图案和在所述电介质层图案 中的孔。
根据本发明的另一个实施方案，所述电介质层图案中的孔的侧壁可以 与衬底形成约90。以下的内角。
根据本发明的另一个实施方案，所述电介质层图案中的孔的侧壁可以
与衬底形成约5-85。的内角。
根据本发明的另一个实施方案，形成所述电介质层图案和在电介质层 图案中的孔还可以包括通过调节压力、高频功率、蚀刻气体的量和蚀刻持 续时间的至少一种而调节蚀刻斜率。
根据本发明的另一个实施方案，沟槽的横截面积可以随着进入所述衬
底的距离增大而减小。
根据本发明的另一个实施方案，可以通过使用比蚀刻所述电介质层中 使用的更低的压力、更高的频率功率和更少的蚀刻气体量而形成所述沟
曰根据本发明的另一个实施方案，形成所述金属层可以包括在所述沟槽 中形成种子层和进行电镀。
根据本发明的另一个实施方案，所述金属层的高度可以等于或小于所 述电介质层图案的高度。
根据本发明的另一个例举性实施方案，金属布线层包括衬底；通过
图案化而在所述衬底上形成的电介质层图案和在所述电介质层图案中的 孔，其中所述电介质层图案中的孔延伸到所述衬底并且所述孔的横截面积随着远离所述衬底的距离增大而减小；和在所述电介质层图案中的孔中形 成的金属层。
根据本发明的一个实施方案，所述电介质层图案中的孔的侧壁可以与 衬底形成约90。以下的内角。
根据本发明的另一个实施方案，所述电介质层图案中的孔的侧壁可以 与衬底形成约5-85°的内角。
根据本发明的另一个实施方案，所述金属层的高度可以等于或小于所 述电介质层图案的高度。
根据本发明的另一个例举性实施方案，金属布线层包括在其上形成 沟槽的衬底；在所述衬底上通过图案化而形成的电介质层图案和在所述电
介质层图案中的孔，其中所述电介质层图案中的孔与所述沟槽连接并且所
述孔的横截面积随着远离所述衬底的距离增大而减小；和填充所述沟槽和 所述电介质层图案中的孔的金属层。
根据本发明的一个实施方案，所述电介质层图案中的孔的侧壁可以与 衬底形成约90。以下的内角。
根据本发明的另一个实施方案，所述电介质层图案中的孔的侧壁可以 与衬底形成约5-85。的内角。
根据本发明的另一个实施方案，所述金属层的高度可以等于或小于所 述电介质层图案的高度。


本发明实施方案的上述及其它优点通过参考附图详细地描述其例举 性实施方案将变得更显而易见，其中
图1A至1F说明用于解释根据本发明的一个或多个实施方案制造金属 布线层的方法的横截面视图2A至3B显示根据本发明的一个或多个实施方案的金属布线层的 横截面的照片；
图4显示常规金属布线层的横截面照片，所述常规金属布线层包括电 介质层图案中的孔和在电介质层图案中的孔上形成的金属层，所述孔的横 截面积随着远离所述衬底的距离增大而增大；图5显示根据本发明的一个或多个实施方案的金属布线层的横截面照 片，所述金属布线层包括电介质层图案中的孔和在所述电介质层图案中的 孔上形成的金属层，所述孔的横截面积随着远离所述衬底的距离增大而减 小；
图6说明根据本发明的一个或多个实施方案的液晶显示器(LCD)的平 面图7说明沿着图6的线I-I取的横截面视图8说明沿着图6的线n-n'取的横截面视图； 图9说明沿着图6的线in-in'取的横截面视图10A至10F说明用于解释根据本发明的一个或多个实施方案制造图 7中显示的下部衬底100的方法的横截面视图11A至11F说明用于解释根据本发明的一个或多个实施方案制造图 8中显示的下部衬底100的方法的横截面视图；和
图12A至12F说明用于解释根据本发明的一个或多个实施方案制造图 9中显示的下部衬底100的方法的横截面视图。
具体实施例方式
现在将更充分地参考附图描述本发明的实施方案，所述的附图中显示 本发明的一个或多个例举性实施方案。然而，本发明可以以许多不同的形 式体现，并且不应该解释为受限于本文中陈述的实施方案。更确切地，提 供这些实施方案以便该公开内容将是彻底的和完全的，并且将充分地将本 发明的概念传达给本领域技术人员。
你当理爐.当一个元件^琉^7"连培"成"结会"刹另一个元棘时.它可
以直接连接或结合到所述另一个元件，或者可以存在介入元件。相反，当 元件被称为是"直接连接"或"直接结合"至另一个元件，则不存在介入元件。 同样的附图标记在全文中指的是同样的元件。如在本文中使用的，术语"和 /或"包括相关的所列出项目中一个或多个中的任何一个和全部组合。
应当进一步理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中使用以描述多 种元件、组件、区域、层和/或截面，但是这些元件、组件、区域、层和/ 或截面不应该被这些术语限制。这些术语仅用于将一种元件、组件、区域、层或截面区别于另一种元件、组件、区域、层或截面。因此，在下面论述 的第一元件，组件，区域，层或截面可以称为第二元件，组件，区域，层 或截面，而不背离本发明的教导。
本文中使用的术语仅是为了描述本发明的特定实施方案并且不意欲 限制本发明的其它实施方案。如在本文中使用的，除非上下文另外明显地 指出，单数形式"一个，""一种"和"所述"旨在也包括复数形式。还应当理 解，当在该说明书中使用时，术语"包括"和/或"包含"规定所述特征、整数、 步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一种或多种其它特征、整 数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。
除非另外限定，在本文中使用的全部术语(包括技术术语和科学术语) 具有如本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。还应当理
解，术语诸如在通常使用的词典中所限定的那些，应该被解释为具有与它 们在相关技术领域的上下文中的一致含义，并且不会以理想化或过分形式 的意义所解释，除非特意在本文中如此限定。
而且，空间相对术语诸如"在......下面"，"在......以下"，"下部"，
"在......以上"，"上部"等，可以在本文中用于描述如附图中所图解的一种
元件对于另一种元件的关系。应当理解，除附图中描绘的取向之外，空间 相对术语旨在还包括不同的器件取向。例如，如果将附图中的器件翻转， 则在其它元件"下部"侧所描述的元件将定向在所述其它元件的"上部"侧。 类似地，如果一个附图中的器件翻转，则描述为"在其它元件下面"或"在其 它元件以下"将定向在"在所述其它元件以上"。因此，例举性术语"在......
下面"和"在......以下"可以包括在......以上和在......下面的两种取向。
图1A至1F说明用于解释根据本发明的一个或多个实施方案制造金属
布线层的方法的横截面视图。参考图1A，电介质层22可以形成在衬底10 上，并且感光层可以形成在电介质层22上。衬底10可以是绝缘衬底诸如
塑料衬底或玻璃纤维衬底，所述塑料衬底可以由下列各项形成聚乙烯
(PE)，聚亚硫酸乙二醇酯(PES)，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲 酸乙二醇酯(PEN)。电介质层22可以由对于衬底10和所述感光层具有蚀 刻选择性的材料形成。电介质层22可以包括二氧化硅(Si02)层或硅氮化物 (SiNx)层。电介质层22的厚度可以由所需的金属布线层的厚度确定。例如，电介质层22可以形成至约2000-3000A的厚度。所述感光层可以通过使用 掩模(未显示)进行曝光和显影而图案化。结果，可以获得使电介质层22部 分暴露的多个感光层图案30。
参考图1A和1B，可以使用感光层图案30作为蚀刻掩模并且使用干 法蚀刻方法，特别是包括使用等离子体的干法蚀刻方法蚀刻电介质层22， 因此形成多个电介质层图案20。在该情况下，可以过量蚀刻电介质层22， 以便可以在感光层图案30下面形成底切。结果，可以获得多个电介质层 图案20。如在下文中使用的，电介质层图案20指的是在蚀刻以后保留的 电介质层22，并且电介质层图案20中的孔指的是在部分电介质层22被蚀 刻去时产生的孔或空间。电介质层图案20中的孔可以具有随着远离衬底 10的距离增大而减小的横截面积。衬底10和电介质层图案20中的孔之间 的内角a可以是约90。以下，特别是，在5-85°之间。如果所述内角a小于 5°，则金属层不能适当地形成在所述底切中。另一方面，如果内角(x大于 85°，则可能发生堆积现象。为了通过蚀刻获得具有随着远离衬底10的距 离增大而减小的横截面积的在电介质层图案20中的孔，可以在200-1000 毫托的压力下，将500-1500 W的高频功率施加到等离子体干法蚀刻设备 的上部电极。可以使用氟基气体、氧气和惰性气体作为蚀刻气体蚀刻电介 质层22。例如，可以使用200-500 sccm的SF6气体、50-200 sccm的氧气 和100-300 sccm的惰性气体将电介质层22蚀刻约30-50秒。简言之，为 了获得具有随着远离衬底10的距离增大而减小的橫截面积的在电介质层 图案20中的孔，可以通过适当调节压力、高频功率、蚀刻气体量和蚀刻 持续时间的至少一种而进行电介质层22的蚀刻。
参考图1C，可以蚀刻衬底10，因此形成沟槽40。更具体而言，可以 使用干法蚀刻方法，特别是包括使用等离子体的干法蚀刻方法，蚀刻衬底 10。沟槽40可以具有随着进入衬底IO的距离增大而减小的横截面积，而 电介质层图案20中的孔可以具有随着远离衬底10的距离增大而减小的横 截面积。考虑到在蚀刻衬底10期间消耗感光层图案30的量，沟槽40可 以形成到约1000-2000 A的深度。可以使用比用于蚀刻电介质层22的更低 的压力、更高的频率功率和更小的蚀刻气体量，进行用于形成沟槽40的 衬底IO的蚀刻。例如，在10-50毫托的压力下，使用氟基气体、氧气和惰性气体的混合物，特别是50-100 sccm的SF6气体、10-50 sccm的氧气和 30-100 sccm的混合物作为蚀刻气体，通过将2500-4000 W的高频功率和 1500-2500 W的高频功率分别施加给上部和下部电极，可以将衬底10蚀刻 约80-100秒。
参考图1D，通过使用溅射方法，种子层50可以由金属在感光层图案 30上并且在电介质层图案20之间暴露的衬底10的一部分上形成。种子层 50可以形成在沟槽40的底面和/或侧面上。备选地，种子层50可以形成 在电介质层图案20的侧壁上。种子层50可以由钼(Mo)、铜(Cu)、铝(A1)、 或钛(Ti)形成到300-700A的厚度。
参考图1E，感光层图案30和感光层图案30上的部分种子层50可以 通过进行剥离(lift-off)操作而除去。更具体而言，可以将其上形成种子层 50的衬底IO放在感光层溶剂中，以便所述感光层溶剂可以在衬底10和感 光层图案30之间渗透，并且感光层图案30可以从衬底IO剥离。当从衬 底10剥离感光层图案30时，感光层图案30上的部分种子层50与感光层 图案30—起除去。因此种子层50形成在沟槽40的底面上。
参考图1F，可以通过进行电镀而将金属层60形成在衬底10的暴露部 分上。更具体而言，可以将由适宜的金属材料(例如，铜)形成的电极棒和 衬底10放在含有金属离子的电解质溶液(例如，硫化铜(copper sulfide) (CuS04)溶液)，并且将负电压和正电压分别施加给衬底IO和所述电极棒。 于是，可以在电极棒发生氧化反应，并且由此可以产生金属离子和电子。 金属离子可以溶解(melt)在电解质溶液中，并且电子可以聚集在衬底10上 并且可以与电解质溶液中的金属离子反应，因此引起还原反应。结果，可 以在衬底10上形成金属层60。金属层60可以由包括但不限于铜或多种合 金的金属材料形成。用这样的方式，金属层60可以由种子层50生长并且 可以从沟槽40的底部延伸几乎达到电介质层图案20的顶部。因为电介质 层图案20中的孔具有随着远离衬底10的距离增大而减小的横截面积，所 以可以防止金属层60沿着电介质层图案20的侧表面过量生长，并且可以 由此形成为均匀厚度。因此，不发生边缘堆积。金属层60的高度可以小 于电介质层图案20的高度。例如，金属层60的高度可以小于电介质层图 案20的高度约500A。金属层60的横截面积随着远离衬底10的顶面的距离增大而减小。
在图1A至1F的例举性实施方案中，电介质层图案20中的孔的横截
面积随着远离衬底10的距离增大而减小，并且沟槽40的横截面积随着进 入衬底10的距离增大而减小。然而，本发明的实施方案不限于该例举性 实施方案。g卩，电介质层图案20中的孔可以具有随着远离衬底IO的距离 增大而减小的横截面积，并且沟槽40可以具有任何形状。例如，通过使 用可以具有随着远离衬底10的距离增大而减小的横截面积的在电介质层 图案20中的孔，沟槽40可以形成为具有直的形状。
在图1A至1F的例举性实施方案中，在衬底上形成埋入型金属布线层。 然而，本发明的实施方案不限于该例举性实施方案。即，电介质层可以形 成在衬底上的预定结构上。其后，可以图案化所述电介质层，因此获得电 介质层图案中的多个孔，所述孔的横截面积随着远离预定结构的距离增大 而减小。其后，可以形成种子层和金属层。例如，可以将电介质层形成在 其上可以顺序形成栅极线，栅极绝缘层，活性层和欧姆接触层的衬底上， 然后图案化，因此获得部分暴露所述栅极绝缘层和所述欧姆接触层的多个 电介质层图案。其后，可以形成种子层和金属层。用这样的方式，可以形 成数据线作为埋入型金属布线层。
图2A至3B显示根据本发明的一个或多个实施方案的金属布线层的 横截面的照片。更具体而言，图2A显示通过蚀刻在衬底上形成的电介质 层图案的横截面的照片，并且图2B显示通过在其上形成图2A的电介质 层图案的衬底上进行蚀刻而获得的沟槽的横截面的照片。图3A显示电介 质层图案的横截面的照片，所述电介质层图案是在与形成图2A的电介质 层图案所使用的那些几乎相同的条件下进行蚀刻而形成在衬底上，所述条
件的不同之处在于压力和蚀刻持续时间的不同，并且图3B显示通过在形 成图3A的电介质层图案的衬底上进行蚀刻所获得的沟槽的横截面的照 片。
图2A显示电介质层图案20的横截面照片，所述电介质层图案20是 通过如下方法而获得的在将等离子体干法蚀刻设备的上部和下部电极之 间的距离保持在55mm，施加400毫托的压力和800 W的高频功率，并 且注入300 sccm的SF6气体、100 sccm的氧气、禾Q150 sccm的氦气的同时，将蚀刻进行32秒。参考图2A，电介质层图案20中的孔包括具有约 1.62 ,深度的底切，随着远离衬底10的距离增大而减小的横截面积和约 124.1。的电介质层图案20的侧壁和衬底10之间的外角p。外角(3和底切 深度可以根据蚀刻的持续时间而改变。例如，通过在与形成图2A的电介 质层图案20所使用的相同条件下将蚀刻进行37秒，可以获得电介质层图 案20中的孔，所述孔具有约2.06卿的深度，随着远离衬底10的距离增 大而减小的横截面积和约126.6°的外角|3。
图2B显示沟槽40的照片，所述沟槽40是通过如下方法所获得的 在施加10毫托的压力，将3000W的高频功率施加到等离子体干法蚀刻设 备的上部电极并且将2000W的高频功率施加到下部电极，并且注入80 sccm的SF6气体、20 sccm的氧气和50 sccm的氩气的同时，在其上形成 图2A的电介质层图案20的衬底10上将蚀刻进行90秒。参考图2B，考 虑到消耗感光层图案30的量，可以将沟槽40形成到约2000A以下的深度。
图3A显示电介质层图案20的横截面照片，所述电介质层图案20是 通过如下方法而获得的在将等离子体干法蚀刻设备的上部和下部电极之 间的距离保持在55 mm，施加200毫托的压力和800 W的高频功率，并 且注入300 sccm的SF6气体、100 sccm的氧气和150 sccm的氦气的同时， 将蚀刻进行37秒。参考图3A，电介质层图案20中的孔包括具有约1.22卿 深度的底切，随着远离衬底10的距离增大而减小的橫截面积和约125.9° 的在电介质层图案20的侧壁和衬底10之间的外角J3。外角|3和底切深度 可以根据蚀刻的持续时间而改变。例如，通过在与形成图3A的电介质层 图案20所使用的相同条件下将蚀刻进行42秒，可以获得电介质层图案20 中的孔，所述孔具有约1.38 .mn的深度，随着远离衬底10的距离增大而减 小的横截面积和约124.3°的外角(3。然而，在两个条件之下，仅电介质层 图案20中的孔的下半部分具有随着远离衬底10的距离增大而减小的横截 面积，而电介质层图案20中的孔的上半部分具有直的形状。在该情况下， 如果金属层形成为具有比电介质层图案20高度小的高度，则可能不堆积 发生。
图3B显示沟槽40的照片，所述沟槽40是通过如下方法而获得的 在施加10毫托的压力，将3000W的高频功率施加到等离子体干法蚀刻设备的上部电极并且将2000W的高频功率施加下部电极，并且注入80 sccm 的SF6气体、20sccm的氧气和50sccm的氩气的同时，在其上形成图3A 的电介质层图案20的衬底10上将蚀刻进行90秒。参考图3B，考虑到消 耗感光层图案30的量，可以将沟槽40形成到2000A以下的深度。
图4显示常规金属布线层的横截面的照片，所述常规金属布线层包括 电介质层图案20'中的孔和在电介质层图案20'中的孔上形成的金属层60'， 所述孔的横截面积随着远离所述衬底的距离增大而增大。参考图4，发生 堆积现象，其中金属层60'沿着电介质层图案20'的侧壁过量生长。在该情 况下，接近电介质层图案20'的侧壁的金属层60'的高度可以比其它任何地 方更大，并且因此，金属层60'可以不是均匀的厚度。因此，可以产生阶 梯差异。
图5显示根据本发明一个或多个实施例的金属布线层的横截面的照 片，所述金属布线层包括电介质层图案20中的孔和在所述电介质层图案 20中的孔上形成的金属层60，所述孔的横截面积随着远离所述衬底10的 距离增大而减小。参考图5，没有发生堆积现象，原因在于电介质层图案 20中的孔具有随着远离衬底10的距离增大而减小的横截面积，并且因此， 金属层60可以形成到均匀的厚度。因此，可以不产生阶梯差异。
简言之，图1A至1F的实施方案中，通过图案化而在衬底上形成电介 质层图案中的多个孔，在所述衬底上形成沟槽，并且在所述衬底上形成金 属层以便填充所述沟槽。可以将图1A至1F的实施方案用于制造液晶显示 器(LCD)的栅极线，因此提供没有阶梯差异的下部衬底。将在下文中进一 步详细描述本发明的该实施方案。
图6说明根据本发明的一个或多个实施方案的LCD的平面图，并且
图7、 8和9说明分别沿着图6的线i-i、 ii-n'、和ni-nr取的横截面视图。
参考图6至9，所述LCD可以包括下部衬底100、上部衬底200和液 晶层300，所述液晶层300插入在下部衬底100和上部衬底200之间。下 部衬底100可以包括多根埋入型栅极线110，多根数据线160，钝化层170， 和多个像素电极180，并且所述上部衬底200可以包括多个滤色器230和 公共电极240。
更具体而言，栅极线110可以埋入在衬底10中，可以是相互等间距隔开的，并且可以在第一方向上延伸。数据线160可以在第二方向上延伸 并且由此可以与栅极线110相交。数据线160可以被多个电介质层图案20 和栅极绝缘层130与栅极线隔离。在数据线160上可以形成钝化层170。 在钝化层170上可以形成像素电极180。下部衬底lOO也可以包括多个TFTs T，它们可以连接到栅极线IIO，数据线160和像素电极180。
电介质层图案20可以被形成在衬底10上，并且可以暴露衬底10的 多个部分，在多个部分上将要形成栅极线IIO和多个储存电极线120。电 介质层图案20中的孔的上部的宽度可以小于电介质层图案20的孔中的下 部的宽度，并且电介质层图案20可以暴露衬底10。可以根据栅极线110 和储存电极线120的厚度确定电介质层图案20的厚度。电介质层图案20 可以包括透明的无机绝缘层诸如二氧化硅(Si02)层或硅氮化物(SiNx)层。
栅极线IIO可以在第一方向上延伸，例如在行方向上延伸。所述LCD 也可以包括多个栅极电极111，其可以从栅极线110向上或向下延伸。栅 极线110可以部分埋入在衬底10中。例如，栅极线110可以形成至约 4000-5000A的厚度，可以埋入在衬底10中达到约2000A的深度，并且可 以在衬底10的表面上伸出约2000-3000A。栅极线110的高度可以小于电 介质层图案20的高度。可以形成栅极线110以便具有不均匀的图案。
储存电极线120可以与栅极线110间隔开。储存电极线120可以与一 对栅极线110平行延伸，并且可以与每一栅极线110等距离配置，或到一 根栅极线110比到另一根栅极线110更近地配置。可以通过用于栅极线110 的方法相同的方法形成储存电极线120。储存电极线120可以具有与栅极 线110的相同的厚度和相同的宽度。备选地，储存电极线120可以具有与 栅极线110的宽度不同的宽度。配置在栅极绝缘层130的相反侧的储存电 极线120和像素电极180 —起形成储存电容器。
栅极线U0和储存电极线120可以通过形成电介质层图案20、在衬底 10中形成沟槽、并且通过电镀在所述沟槽中形成金属层而形成，所述电介 质层图案20可以具有孔，所述孔的横截面积随着远离衬底10的距离增大 而减小。栅极线110和储存电极线120可以由铝(A1)、铜(Cu)、钕(Nd)、 银(Ag)、铬(Cr)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)或其合金形成。
栅极绝缘层130可以形成在衬底10上，在所述的衬底10上形成栅极线110和储存电极线120。即，栅极绝缘层130可以被形成在电介质层图
案20上和栅极线110以及储存电极线120上，其可以暴露在电介质层图 案20之间。栅极绝缘层130可以具有单层或多层结构，其包括无机绝缘 层诸如二氧化硅(Si02)层或硅氮化物(SiNx)层。栅极绝缘层130可以由与电 介质层图案20的材料相同的材料形成。
参考图8，活性层140可以由第一半导体材料在栅极电极111直接上 面的部分栅极绝缘层130上形成，并且欧姆接触层150可以由第二半导体 材料在活性层140上形成。第一半导体材料可以包括非晶态硅，并且第二 半导体材料可以包括用高浓度n-型杂质掺杂的硅化物或n+氢化非晶态硅。
数据线160可以在列方向上延伸，并且由此可以与栅极线110相交。 每一根数据线160可以包括可以从相应的数据线160延伸的源极电极161， 和可以与源极电极161间隔开的漏极电极162。包括源极电极161和漏极 电极162的数据线160可以由与栅极线IIO和储存电极线120的材料相同 的材料形成，并且可以具有单层或多层的结构。可以形成数据线160以便 具有不均匀的图案。
TFTsT使像素电极180加载像素信号，所述的像素信号可以响应于由 栅极线IIO施加的信号而施加给数据线160。每一个TFTsT可以包括可以 连接到栅极线110的栅极电极lll，可以连接到数据线160的源极电极161， 可以连接到像素电极180的漏极电极162，并且包括栅极绝缘层130、活 性层140和欧姆接触层150的叠层，其可以形成在栅极电极111和源极与 漏极电极161和162之间。欧姆接触层150可以形成在栅极绝缘层130的 除了通道区域之外的整个表面上。
钝化层170可以形成在TFTs T和数据线160上。钝化层170可以包 括具有优异平面化性质的感光性有机材料，通过等离子体-增强的化学气相
沉积(PECVD)而获得的低-k介电材料，或无机材料诸如硅氮化物。钝化层 170可以包括可以由硅氮化物或二氧化硅薄形成的第一电介质层171和由 有机介电材料厚形成的第二电介质层172。可以形成多个滤色器而不形成 第二电介质层172，因此获得具有滤色器阵列(color filter-on-array) (COA) 结构的LCD平板。
参考图8，可以部分地除去钝化层170，因此形成暴露漏极电极162的第一接触孔191。参考图7,第二接触孔192可以形成通过钝化层170 并且可以暴露直接在储存电极线120之上的部分栅极绝缘层130。
可以在钝化层170上形成像素电极180。参考图8，像素电极180可 以经过第一接触孔191连接到漏极电极162。参考图7，可以配置在栅极 绝缘层130的相反侧的像素电极180和储存电极线120—起形成储存电容 器。
为了将液晶层300分成多个域并且调节所述域单元中的液晶分子的取 向，像素电极180可以包括挖剪(cut-out)图案(未显示)或凸部(未显示)。像 素电极180的挖剪图案和公共电极240的挖剪图案(未显示)可以将液晶层 300分成多个域。
上部衬底200可以包括可以选择性形成在第二绝缘衬底210上的多个 黑底220，可以形成在黑底220之间的滤色器230，和可以形成在第二绝 缘衬底210整个表面上的公共电极240。
黑底220可以形成在多个像素区域之间。黑底220防止光渗漏入非像 素区域并且防止相邻的像素区域之间的光学干扰的发生。黑底220可以由 包括黑色素诸如炭黑或二氧化钛的感光性无机材料形成。备选地，黑底220 可以由金属材料诸如Cr或铬氧化物(CrOx)形成。
滤色器230可以包括红色(R)，绿色(G)和蓝色(B)滤色器，它们可以交 替地排列在黑底220之间。基于从光源发射并且经过液晶层300传播的光， 滤色器230产生多种颜色的光。滤色器230可以由有机材料形成。
公共电极240可以由透明的导电材料诸如铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧 化物(1Z0)形成。公共电极240可以形成在黑底220和滤色器230上。公共 电极240与下部衬底100的像素电极180 —起将电压施加给液晶层300。 可以在公共电极240上形成挖剪图案(未显示)。公共电极240的挖剪图案 和像素电极180的挖剪图案可以将液晶层300分成多个域。
根据本发明的一个或多个实施方案，图10A至10F说明用于解释制造 图7中所示的下部衬底100的方法的横截面视图；图IIA至IIF说明用于 解释制造图8中所示的下部衬底100的方法的横截面视图；和12A至12F 说明用于解释制造图9中所示的下部衬底100的方法的横截面视图。
参考图IOA、 11A和12A，电介质层和感光层可以顺序形成在衬底10上，并且可以使用第一掩模进行曝光和显影处理而将感光层图案化。结果， 可以获得多个感光层图案30。感光层图案30可以暴露其上将要形成栅极
电极111，栅极线110和储存电极线120的部分衬底10。使用感光层图案 30作为掩模，可以在在所述电介质层上进行干法蚀刻，因此在感光层图案 30下面产生底切并且获得多个在电介质层图案20中的孔，所述孔的横截 面积随着远离衬底IO的距离增大而减小。其后，通过蚀刻衬底10可以形 成多个沟槽40。其后，可以通过溅射在感光层图案30上和沟槽40中形成 种子层50。
为了获得其中具有其横截面积随着远离衬底10的距离增大而减小的 孔的电介质层图案20，可以在200-1000毫托的压力下，将500-1500 W的 高频功率施加到等离子体干法蚀刻设备的上部电极。可以使用200-500 sccm的SF6气体、50-200 sccm的氧气和100-300 sccm的惰性气体，将电 介质层蚀刻约30-50秒。简言之，为了获得横截面积随着远离衬底10的距 离增大而减小的在电介质层图案20中的孔，可以通过适当调节压力、高 频功率、蚀刻气体量和蚀刻持续时间的至少一种而进行电介质层的蚀刻。
沟槽40可以具有随着进入衬底10的距离增大而减小的横截面积(即， 可以具有锥形形状)，而电介质层图案20中的孔可以具有随着远离衬底10 的距离增大而减小的横截面积(即，可以具有倒锥形形状)。考虑到在蚀刻 衬底10期间消耗感光层图案30的量，沟槽40可以形成到约1000-2000 A 的深度。可以使用比蚀刻电介质层图案20的所使用的更低的压力、更高 的频率功率和更小的蚀刻气体量进行用于形成沟槽40的衬底10的蚀刻。 例如，在10-50毫托的压力下，使用氟基气体、氧气和惰性气体的混合物， 特别是50-100 sccm的SF6气体、10-50 sccm的氧气和30-100 sccm的混合 物作为蚀刻气体，通过将2500-4000 W的高频功率和1500-2500 W的高频 功率分别施加给上部和下部电极，可以将衬底10蚀刻约80-100秒。
通过溅射，种子层50可以由金属在感光层图案30上和衬底10的暴 露部分上形成。种子层50可以由Mo、 Cu、 Al、 Ti或它们的合金形成到 300-700A的厚度。
参考图IOB、 11B和12B，可以通过进行剥离操作而除去感光层图案 30和在感光层图案30上的部分种子层50。其后，通过进行电镀，可以在暴露在电介质层图案20之间的衬底IO上的部分上形成金属层。这里，金 属层可以包括栅极电极111、栅极线110和储存电极线120。金属层可以
由包括但不限于Cu或多种合金的金属材料形成。用这样的方式，金属层 可以由种子层50生长并且可以从沟槽40的底部延伸几乎达到电介质层图 案20的顶部。因为电介质层图案20中的孔具有随着远离衬底10的距离 增大而减小的横截面积，可以防止所以金属层沿着电介质层图案20的侧 表面过量生长，并且可以由此形成为均匀厚度。因此，不会发生边缘堆积。 金属层的高度可以小于电介质层图案20的高度。例如，金属层的高度可 以小于电介质层图案20的高度约500A。结果，可以形成相互隔开并且在 行方向上延伸的多根栅极线IIO和从栅极线IIO延伸的多个栅极电极111。 另外，可以在栅极线IIO之间形成多根储存电极线120。
参考图IOC、 IIC和12C，可以在衬底10的整个表面上形成栅极绝缘 层130。栅极绝缘层130可以包括无机绝缘层诸如氧化硅层或硅氮化物层。 其后，可以在栅极绝缘层130的整个表面上形成非晶态硅层作为第一半导 体层，并且可以在第一半导体层上形成用杂质掺杂的氢化非晶态硅层作为 第二半导体层。其后，通过使用第二掩模进行光刻，可以将第一和第二半 导体层图案化。结果，如图11C中所示，活性层140和欧姆接触层150可 以形成并且可以重叠栅极电极111。
参考图IOD、 11D和12D，可以在衬底10的整个表面上形成第二导 电层。其后，通过使用第三掩模进行光刻，可以将第二导电层图案化。结 果，如图12D中所示，可以形成相互隔开并且与栅极线IIO相交的多根数 据线160。另外，如图11D中所示，相互隔开的源极电极161和漏极电极 162可以形成并且可以在栅极电极111上延伸。参考图IID，可以除去暴 露在源极电极161和漏极电极162之间的部分欧姆接触层150，并且由欧 姆接触层150暴露的部分活性层140可以变成通道区域。第二导电层可以 包括具有单层或多层结构的金属层。
参考图10E、11E和12E，可以在衬底IO的整个表面上形成钝化层170。 钝化层170可以包括可以由硅氮化物或二氧化硅薄形成的第一电介质层 171和由有机介电材料厚形成的第二电介质层172。其后，通过使用第四 掩模进行光刻，可以部分除去钝化层170，因此如图11E中所示，形成暴露漏极电极162的第一接触孔191，和如图10E中所示，暴露直接在储存 电极线120之上的部分栅极绝缘层130的第二接触孔192。
参考图IOF、 IIF和12F，可以在钝化层170上形成第三导电层。其 后，通过使用第五掩模进行光刻，可以将第三导电层图案化。结果，可以 在钝化层170上形成多个像素电极180。参考图IIF，像素电极180可以 经过第一接触孔191连接到漏极电极162。参考图IOF，配置在栅极绝缘 层130的相反侧的像素电极180和储存电极线120可以一起形成储存电容 器。
其后，可以将使用根据本发明一个或多个实施方案的图10A至12F 的制造方法获得的下部衬底结合至其上形成黑底、滤光器和公共电极上部 衬底，从而制造出LCD。
在图IOA至12F的例举性实施方案中，将栅极线形成为埋入在衬底中 的埋入型金属布线层。然而，本发明的实施方案不限于该例举性实施方案。 即，可以将数据线而不是栅极线形成为埋入型金属布线层。在该情况下， 可以顺序形成栅极线、栅极绝缘层、活性层和欧姆接触层，然后可以形成 电介质层。钝化层的第一电介质层可以用作所述电介质层。其后，栅极绝 缘层和欧姆接触层可以通过图案化所述电介质层而部分暴露，以便使电介 质层中的孔具有随着远离所述衬底的距离增大而减小的横截面积。其后， 可以形成种子层和金属层。在另一个实施方案中，除数据线之外，还可以 将栅极线形成为埋入型金属布线层。
根据本发明实施方案的金属布线层还可以在除LCD以外的多种显示 器件中使用，并且可以适于用于制造半导体器件的埋入型栅极。
根据本发明的例举性实施方案，电介质层可以被形成在衬底上，然后 可以图案化，从而获得电介质层图案中的多个孔，所述孔的横截面积随着 远离所述衬底的距离增大而减小。其后，可以蚀刻所述衬底以形成沟槽。 然后可以通过形成金属层而形成金属布线层，以便填充所述沟槽和所述电 介质层图案之间的孔。
因此，可以形成具有由沟槽深度和电介质层图案厚度之和所限定的厚 度的金属布线层，并且由此提供具有充分低电阻的金属布线层。
另外，根据本发明的例举性实施方案，在形成埋入型金属布线层期间不产生阶梯差异。因此，可以防止液晶层的透光度由于所述液晶层中不能 适当填充在液晶分子而降低，并且由此提高显示器的品质。
虽然己经特别显示和描述了本发明的例举性实施方案，但是本领域普 通技术人员应当理解，在不背离如在下文中所要求的本发明的精神和范围 的情况下，可以在其中进行多种形式上和细节上的变化。
权利要求
1. 一种金属布线层，所述金属布线层包括在其上形成沟槽的衬底，所述沟槽的横截面积随着进入所述衬底的距离增大而减小；在所述衬底上通过图案化而形成的电介质层图案和在所述电介质层图案中的孔，其中所述电介质层图案中的孔与所述沟槽连接，并且所述孔的横截面积随着远离所述衬底的距离增大而减小；和金属层，所述的金属层填充所述沟槽和所述电介质层图案中的孔。
2. 权利要求l的金属布线层，其中所述电介质层图案中的孔的侧壁与 所述衬底形成约90。以下的内角。
3. 权利要求2的金属布线层，其中所述电介质层图案中的孔的侧壁与 所述衬底形成约5-85°的内角。
4. 权利要求3的金属布线层，其中所述金属层的高度等于或小于所述 电介质层图案的高度。
5. —种形成金属布线层的方法，所述方法包括 在衬底上形成电介质层；通过蚀刻部分所述电介质层，在所述衬底上形成电介质层图案和在所 述电介质层中的孔，其中所述电介质层图案中的孔延伸到所述衬底并且所 述孔的横截面积随着远离所述衬底的距离增大而减小；通过蚀刻经过所述电介质层图案中的孔所暴露的衬底的一部分而形 成沟槽；和形成填充所述沟槽和所述电介质层图案中的孔的金属层。
6. 权利要求5的方法，其中形成所述电介质层图案和在所述电介质层 图案中的孔包括，在所述电介质层上形成感光层图案和蚀刻所述电介质层 以便在所述感光层图案下面产生底切。
7. 权利要求6的方法，其中所述电介质层图案和所述电介质层图案中 的孔是通过使用包括使用等离子体的干法蚀刻方法蚀刻所述电介质层而 形成的。
8. 权利要求7的方法，其中所述电介质层图案中的孔的侧壁与所述衬底形成约90。以下的内角。
9. 权利要求8的方法，其中所述电介质层图案中的孔的侧壁与所述衬 底形成约5-85。的内角。
10. 权利要求7的方法，其中形成所述电介质层图案和所述电介质层 图案中的孔还包括通过调节压力、高频功率、蚀刻气体的量、和蚀刻持续 时间的至少一种而调节蚀刻斜率。
11. 权利要求5的方法，其中所述沟槽的横截面积随着进入所述衬底 的距离增大而减小。
12. 权利要求11的方法，其中所述沟槽是通过使用比蚀刻所述电介质 层中所使用的更低的压力、更高的频率功率、和更少的蚀刻气体量而形成 的。
13. 权利要求5的方法，其中形成所述金属层包括在所述沟槽中形成 种子层和进行电镀。
14. 权利要求13的方法，其中所述金属层的高度等于或小于所述电介 质层图案的高度。
15. —种金属布线层，所述金属布线层包括 衬底；在所述衬底上通过图案化所形成的电介质层图案和在所述电介质层 图案中的孔，其中所述电介质层图案中的孔延伸到所述衬底，并且所述孔 的横截面积随着远离所述衬底的距离增大而减小；和在所述电介质层图案中的孔中形成的金属层。
16. 权利要求15的金属布线层，其中所述电介质层图案中的孔的侧壁 与所述衬底形成约90。以下的内角。
17. 权利要求16的金属布线层，其中所述电介质层图案中的孔的侧壁 与所述衬底形成约5-85°的内角。
18. 权利要求17的金属布线层，其中所述金属层的高度等于或小于所 述电介质层图案的高度。
19. 一种金属布线层，所述金属布线层包括 在其上形成沟槽的衬底；在所述衬底上通过图案化所形成的电介质层图案和在所述电介质层图案中的孔，其中所述电介质层图案中的孔与所述沟槽连接，并且所述孔 的横截面积随着远离所述衬底的距离增大而减小；和金属层，所述金属层填充所述沟槽和所述电介质层图案中的孔。
20. 权利要求19的金属布线层，其中所述电介质层图案中的孔的侧壁 与所述衬底形成约90。以下的内角。
21. 权利要求20的金属布线层，其中所述电介质层图案中的孔的侧壁 与所述衬底形成约5-85°的内角。
22. 权利要求21的金属布线层，其中所述金属层的高度等于或小于所 述电介质层图案的高度。
23. —种金属布线层，所述金属布线层包括 在其上形成沟槽的衬底；形成在所述衬底上的电介质层图案和在所述电介质层图案中的孔，所述孔与所述沟槽重叠；和金属层，所述金属层填充所述沟槽和所述电介质层图案中的孔， 其中所述金属层的横截面积随着远离所述衬底的顶面的距离增大而减小。
24. 权利要求23的金属布线层，所述金属布线层还包括在所述沟槽的 底面上形成的种子层。
25. 权利要求23的金属布线层，其中所述金属层是由铝(A1)、铜(Cu)、 钕(Nd)、银(Ag)、铬(Cr)、钛(Ti)、钽(Ta)、钼(Mo)或它们的合金形成的。
全文摘要
本发明提供金属布线层及其制造方法。金属布线层的制造方法包括在衬底上形成电介质层，通过蚀刻部分电介质层而在所述衬底上形成多个电介质层图案和在电介质层图案中的孔，所述电介质层图案中的孔的横截面积随着远离所述衬底的距离增大而减小并且所述的孔暴露所述衬底，通过蚀刻经过电介质层图案中的孔所暴露的衬底的一部分而形成沟槽，并且形成填充所述沟槽和电介质层图案中的孔的金属层。由此，通过在电介质层图案中的多个横截面积随着远离所述衬底的距离增大而减小的孔中形成金属层，可以防止边缘堆积现象的发生。因此，可以防止液晶层的透光度由于不能适当填充所述液晶层中的液晶分子而降低，并且由此增加显示器的品质。
文档编号G02F1/1362GK101431065SQ20081017480
公开日2009年5月13日 申请日期2008年11月5日 优先权日2007年11月5日
发明者丁有光, 吴旼锡, 崔升夏, 崔新逸, 李基晔, 杨东周, 秦洪基, 金湘甲 申请人:三星电子株式会社