专利名称：平面显示基板用铜导线的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种平面显示基板用铜导线的制备方法，尤指涉及适用于平面显示基板薄膜电晶体用电极或金属导线的铜导线的制备方法。
背景技术：
为了提高薄膜电晶体驱动讯号的传输速度，以符合目前彩色平面显示器已日趋大型化、高画质化的需求，现今可采用低电阻率的铜金属作为平面显示基板的金属导线或闸电极，以解决驱动讯号延迟的问题。
然而，铜材料应用尚存在待克服的问题，例如易于氧化及湿气腐蚀、粘附性不佳、层间扩散等，所以常以多层结构解决上述缺点，但此多层结构的铜导线却会增加后续蚀刻过程的困难度。
薄膜电晶体阵列面板制备过程合格率的关键即是控制薄膜的倾斜角度(taper)，而传统薄膜电晶体阵列面板制备过程中，由蚀刻制备过程所定义的薄膜倾斜角度却多大于过程的容许范围。因此，公知有采用调整蚀刻过程参数以控制形成的倾斜角度，例如在湿式蚀刻中使用特殊的蚀刻液，或在干蚀刻中利用特殊的气体和过程条件来实现。
公知多层金属结构(如钛铜钛层)中，由于各层间材料不同所以蚀刻速率不同，造成多层金属结构的薄膜在蚀刻后的层间宽度也不相同，而具有较差的阶梯覆盖性与层间孔洞生成。此外，由于蚀刻的过程条件控制不易，可能会产生金属导线短路、或元件操作通道损伤等现象而造成元件失效的问题。
另外，美国专利第6887776号公开了一种形成薄膜电晶体的方法。其中，此种方法是利用电镀以沉积出薄膜电晶体的金属层。请参阅图1所示，图1为该案制备薄膜电晶体的金属层的流程示意图。首先，沉积晶种层210于基板200表面，随后形成具有图样的光阻层220于晶种层210表面，以暴露出部分晶种层，即如图1(a)所示的结构。接着，利用电镀过程以沉积金属层230于已暴露的晶种层210表面，即如图1(b)所示的结构。最后，移除光阻层220即可获得如图1(c)所示的薄膜电晶体的金属层230结构。然而，此种方法无法自然形成具有倾斜角度的金属层，因此仍需克服后续蚀刻过程所造成的金属导线短路、或元件操作通道损伤等问题。
所以，目前亟需一种平面显示基板用铜导线的制备方法，不仅可制备具有倾斜角度的铜导线或闸极，以获得较佳的导电薄膜外型，且能提高后续制备过程的阶梯覆盖性并减少元件中孔洞的产生，同时可简化制备过程步骤以降低制备困难度，除了避免复杂的蚀刻过程，还可达到提高产率与合格率的双重效果。
发明内容
本发明主要是利用含硫化合物的电解液以电镀铜导线层于平面显示基板，并且其形成的铜导线可自然地具有一倾斜角度。由此，本发明制备的铜导线能提高后续过程的阶梯覆盖性并避免各层间的孔洞生成，且无须利用传统复杂的蚀刻过程控制倾斜角度。
本发明提供平面显示基板用铜导线的制备方法，其包含的步骤有提供基板、形成晶种层于基板的表面、形成具有图样的光阻层于晶种层的表面以暴露出晶种层的部分表面、以及电镀铜导线层于部分暴露的晶种层的表面。其中，本发明电镀所使用的电解液包括含硫化合物。
此外，本发明制备的铜导线与晶种层的接触面以及晶种层的表面会形成一大于0°且小于90°的夹角，优选可形成一大于10°且小于80°的夹角，更优选可形成一大于30°且小于80°的夹角。
在一
具体实施例方式
中，本发明制备的铜导线与晶种层的接触面以及铜导线层的表面会形成两个夹角，即分别于导线的两侧形成一倾斜角，且形成的两夹角均为大于0°且小于90°的角度范围。在一优选实施方式中，本发明在导线两侧所形成的夹角均为大于10°且小于80°的角度范围。请注意，在此提及的两夹角可具有不相等、几近相同或相同的角度。
因此，本发明铜导线的制备方法不仅省去传统蚀刻步骤而简化制备过程，也免除蚀刻过程中可能造成的金属导线的短路及元件操作通道的损伤，且能提供一低成本制作方法以增加市场竞争的优势。
另外，本发明中形成铜导线层的电镀步骤可为公知任何一种电镀过程，优选可为有电电镀或无电电镀，更优选为有电电镀。
其中，本发明电解液中所提及的硫化合物可为任何公知电解液所适用的硫化物，优选为有机硫化物表面活性剂，更优选为具有双硫键的烷基磺酸盐。另，本发明所使用的硫化物浓度可依据电镀条件及电解液所含有的其他添加物而有所调整，优选浓度可大于0ppm小于等于100ppm。在一优选实施方式中，本发明适用的硫化物是聚二硫二丙烷磺酸钠(bis-(sodium sulfopropyl disulfide))。由此，本发明可沉积铜导线层于基材上暴露的晶种层表面、并且该形成的铜导线两侧可具有一倾斜角。
另外，本发明电镀步骤所使用的电解液组成无限制，且各组成的浓度也无限制。在一优选方式中，本发明的电解液可还包含多元醇类聚合物，且添加的多元醇类聚合物选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇以及它们的组合。而且，在此多元醇类聚合物的浓度优选大于0ppm小于等于1000ppm。在一优选具体方式中，本发明所使用的电解液是至少包含聚乙二醇、聚二硫二丙烷磺酸钠或其组合。
于一优选方式中，本发明平面显示基板用铜导线的制备方法可还包含步骤移除光阻层；并且可紧接进行蚀刻移除光阻层后所暴露的晶种层部分，即能于基板上获得一完整的铜导线结构，以作为平面显示基板薄膜电晶体用的电极或金属导线。
此外，本发明铜导线制备方法所适用的平面显示基板无限制，优选可为硅基板、玻璃基板或塑胶基板，更优选为适用于主动矩阵驱动型的平面显示基板，例如但不限于此未掺杂的硅玻璃、磷掺杂玻璃(PSG)、硼-磷掺杂玻璃、钠钙玻璃、硼硅酸盐玻璃、硼硅酸钠盐玻璃、碱金属的硼硅酸盐玻璃、硅酸铝盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、碱土金属的铝硼硅酸盐玻璃或其组合。
而且，本发明形成晶种层的步骤可为任何一种于基板上形成晶种层的过程，优选利用物理气相沉积，例如离子化金属等离子体的物理气相沉积(IMP-PVD)；化学气相沉积，例如等离子体辅助化学气相沉积及热化学气相沉积；蒸镀，例如金属蒸镀；溅镀，例如长抛溅镀及准直溅镀；或电镀，例如湿式过程的无电电镀、有电电镀，以沉积晶种层于本发明平面显示基板的表面。
其中，本发明晶种层的材料无限制，且优选的晶种层材料可包括选自金、银、铜、镍、钨、钼、钴、钌、钛、锆、铪、铌、钽、钒、铬、锰、铁、钯、铂、铝、以及它们的组合所组成的金属。此外，上述金属合金、掺杂例如磷、硼等的上述金属衍生物、或与铜导线层相同的材料也可作为本发明晶种层材料。
本发明晶种层可作为导电层并抑制或减少导线层的金属扩散至基底层材料，并且也可增加基底层材料与导线层金属材料之间的附着性。
在另一优选方式中，本发明铜导线制备方法所提及的形成具有图样的光阻层于晶种层表面的步骤可包含沉积光阻层于晶种层的表面、以及曝光显影部分的光阻层，以形成具有图样的光阻层。其中，所提及的光阻材料可为公知任一种光阻材料，优选为正型光阻或负型光阻。并且，本发明可依据所使用的光阻材料而搭配各种能量源，例如紫外光、激光及电子束，以进行曝光显影的过程。
为了避免基材中的碱金属离子扩散至晶种层并且避免铜与晶种层的材料扩散至底层基板，本发明铜导线制备方法可选择性地在提供基板的步骤后还包含步骤形成第一阻障层于该基板的表面。其中，在晶种层沉积于基板之前，本发明第一阻障层优选先沉积于基板上。同理，本发明方法也可选择性地于电镀铜导线层于部分暴露的晶种层表面的步骤后还包含步骤形成第二阻障层于铜导线层的表面，即可有效地阻挡铜离子扩散，且与铜导线的附着性好，有利于后续阶梯性的覆盖过程。
另外，本发明所使用的阻障层材料无限制，优选为选自氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钽、氮化钛、氧化铟锡、碳化硅、氮与氧掺杂的碳化硅、钼、铬、钛、镍、钨、钌、钴、磷以及它们的组合的材料，更优选为选自氮化硅(SiNx(Si3N4))、氮化硅(TiN)、氧化铟锡(ITO)、钼、铬、钛、镍、钨、钌、钴、磷以及它们的组合材料。
其中，本发明形成阻障层的步骤可为任何一种于基板上形成阻障层的过程，优选利用物理气相沉积，例如离子化金属等离子体的物理气相沉积(IMP-PVD)；化学气相沉积，例如等离子体辅助化学气相沉积及热化学气相沉积；蒸镀，例如金属蒸镀；溅镀，例如长抛溅镀及准直溅镀；或电镀，例如湿式过程的无电电镀、有电电镀，以沉积阻障层于本发明平面显示基板。
本发明平面显示基板用铜导线的制备方法可应用于任一种平面显示基板以形成铜金属导线层，而优选应用于薄膜电晶体液晶显示器的薄膜电晶体制备过程中，以作为薄膜电晶体用的电极或金属导线。
图1为公知制备铜导线的流程示意图。
图2为本发明一优选实施方式制备铜导线的流程示意图。
图3为本发明一优选实施方式制备的铜导线的电子显微镜照片图。
图4为本发明一优选实施方式制备的铜导线的电子显微镜照片图。
图5为本发明一比较例制备的铜导线的电子显微镜照片图。
主要元件符号说明1基板2第一阻障层3晶种层4光阻层 5铜导线层 6第二阻障层具体实施方式
实施例1请参阅图2，图2为本发明一优选实施例的铜导线制备的流程示意图。首先，提供一主动矩阵驱动型的平面显示基板1，并利用物理气相沉积以沉积一氮化硅(TiN)材料的第一阻障层2于基板1表面，即形成如图2(a)所示的基板结构。接着，本实施例还采用物理气相沉积过程以沉积铜金属的晶种层3于第一阻障层2表面，而形成如图2(b)所示的基板结构。随即，在铜晶种层3表面沉积正型光阻层4，并且利用光掩膜进行曝光显影，以形成一具有图样的光阻层4，其中该形成的结构如图2(c)所示。
由图2(d)所示，本实施例获得含有铜导线层5的基板1，其中铜导线层5的形成步骤为如下述内容。
本实施例是采用有电电镀以沉积一铜导线层5，且所使用的电解液包含硫酸铜(CuSO4·5H2O)、硫酸及氯离子。此外，本实施例电解液中还添加0.5ppm聚二硫二丙烷磺酸钠表面活性剂，以形成具有倾斜角度的铜导线层5。其中，本实施例所使用的电镀条件为12ASF(A/ft2)的电流密度、70秒的电镀时间、及30℃反应温度，所沉积的铜导线层5可具有约25°的倾斜角。
然后，通过无电电镀过程，在本实施例铜导线层5的表面沉积镍金属的第二阻障层6，即得到如图2(e)所示的结构。最后，分别蚀刻光阻层4以及光阻层4移除后所暴露的晶种层3部分，即获得如图2(f)所示的铜导线结构，以作为平面显示基板用的金属导线或薄膜电晶体用的电极。
实施例2本实施例铜导线的制备方法大致相同于实施例1所示的内容，其差异仅在于电解液中添加90ppm聚二硫二丙烷磺酸钠表面活性剂，以形成具有倾斜角度的铜导线层5，请参阅图3所示的电子显微镜照片图(图中右侧约25°倾斜角的层间即为本实施例的铜导线层5，而图中左侧的层间即为本实施例的光阻层4)。此外，本实施例的电镀条件为8ASF(A/ft2)的电流密度、100秒的电镀时间、及25℃反应温度。
实施例3本实施例铜导线的制备方法大致相同于实施例1所示的内容，其差异仅在于电解液中添加0.75ppm聚二硫二丙烷磺酸钠表面活性剂与10ppm聚乙二醇，以形成具有约50°倾斜角度的铜导线层5。。因此，当电解液中添加些许聚乙二醇且少量聚二硫二丙烷磺酸钠时，即能电镀沉积出具有完整倾斜角度且表层平坦的铜导线层5。本实施例的电镀条件为10ASF(A/ft2)的电流密度、70秒的电镀时间、及30℃反应温度。
实施例4本实施例铜导线的制备方法大致相同于实施例1所示的内容，其差异仅在于电解液中添加25ppm聚二硫二丙烷磺酸钠表面活性剂与850ppm聚乙二醇，以形成具有倾斜角度的铜导线层5，请参阅图4所示的电子显微镜照片图(图中右侧约50°倾斜角的层间即为本实施例铜导线层5，而图中左侧的层间即为本实施例光阻层4)。此外，本实施例的电镀条件为12ASF(A/ft2)的电流密度、70秒的电镀时间、及25℃反应温度。
比较例1本比较例铜导线的制备方法大致相同于实施例1所示的内容，其差异仅在于电解液添加100ppm聚乙二醇，本比较例所形成的铜导线剖面结构为如图5所示的电子显微镜照片图。其中，图5右侧层间即为本对照例形成的铜导线层，而图5左侧层间即为光阻层。由图5得知，若仅添加聚乙二醇于电解液时，仍无法获得具有倾斜角度的铜导线层。
由上述结果可得知，本发明在电镀沉积铜导线层时，于电解液中添加少量的有机硫化合物表面活性剂，即可自然地形成具有小于90°倾斜角的铜导线层。此外，当本发明的电解液还包括多元醇类聚合物时，可有助于沉积表面平坦的铜导线层，且可调整铜导线层所形成的倾斜角的角度。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1.平面显示基板用铜导线的制备方法，包括以下步骤(a)提供基板；(b)形成晶种层于该基板的表面；(c)形成具有图样的光阻层于该晶种层的表面，而暴露出该晶种层的部分表面；以及(d)电镀铜导线层于该部分暴露晶种层的表面，且该电镀是使用含硫化合物的电解液；其中，形成的铜导线与所述晶种层的接触面以及该铜导线层的表面形成一大于0°且小于90°的夹角。
2.如权利要求1所述的方法，还包含步骤(e)移除所述光阻层。
3.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(c)包括沉积光阻层于所述晶种层的表面；以及曝光显影部分的光阻层以形成具有图样的光阻层。
4.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)利用物理气相沉积、化学气相沉积、蒸镀、溅镀、或电镀，以沉积所述晶种层于所述基板的表面，其中所述电镀为有电电镀或无电电镀。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述电解液还包含多元醇类聚合物。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述多元醇类聚合物选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇以及它们的组合。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述硫化合物为有机硫化物表面活性剂。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述有机硫化物为具有双硫键的烷基磺酸盐。
9.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)之后还包含步骤(a1)形成第一阻障层于所述基板的表面。
10.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(d)之后还包含步骤(d1)形成第二阻障层于该铜导线层的表面。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述阻障层包括选自氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钽、氮化钛、氧化铟锡、碳化硅、氮与氧掺杂的碳化硅、钼、铬、钛、镍、钨、钌、钴、磷以及它们的组合的材料。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述阻障层包括选自氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钽、氮化钛、氧化铟锡、碳化硅、氮与氧掺杂的碳化硅、钼、铬、钛、镍、钨、钌、钴、磷以及它们的组合的材料。
13.如权利要求10所述的方法，其中，步骤(d1)利用物理气相沉积、化学气相沉积、蒸镀、溅镀、或电镀，以沉积阻障层于所述基板的表面，其中所述电镀为有电电镀或无电电镀。
14.如权利要求1所述的方法，其中，所述夹角大于10°且小于80°。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述晶种层包括选自金、银、铜、镍、钨、钼、钴、钌、钛、锆、铪、铌、钽、钒、铬、锰、铁、钯、铂、铝、以及它们的组合所组成的金属。
16.如权利要求1所述的方法，其中，所述光阻层为正型光阻层或负型光阻层。
17.如权利要求1所述的方法，其中，所述电镀为有电电镀或无电电镀。
18.如权利要求1所述的方法，其中，所述基板为硅基板、玻璃基板或塑胶基板。
19.如权利要求1所述的方法，其中，形成的铜导线与所述晶种层的接触面以及所述晶种层的表面形成两夹角，且该两个夹角均大于0°且小于90°。
20.如权利要求1所述的方法，其中，所述夹角均大于10°且小于80°。
全文摘要
本发明涉及平面显示基板用铜导线的制备方法，其包含的步骤有提供基板、形成晶种层于基板的表面、形成具有图样的光阻层于晶种层的表面以暴露出晶种层的部分表面、以及电镀铜导线层于部分暴露的晶种层的表面，其中电镀所使用的电解液包括含硫化合物。另外，本发明制备的铜导线与晶种层的接触面以及铜导线层的表面形成一大于0°且小于90°的夹角。由此，本发明所制备的铜导线可提高后续过程的阶梯覆盖性并减少元件的孔洞生成，且无须利用传统复杂的蚀刻过程，即能形成倾斜角度。
文档编号H01L21/28GK1825560SQ20051002297
公开日2006年8月30日 申请日期2005年12月21日 优先权日2005年12月21日
发明者郑湘宁, 李泓伟, 朱闵圣, 万其超, 王咏云, 刘柏村 申请人:广辉电子股份有限公司