专利名称：金属导线及其制造方法
技术领域：
本发明关于一种金属导线及其制造方法，特别是关于一种应用于液晶显示面板制造工艺的金属导线及其制造方法。
背景技术：
随着显示科技的进步，与传统的CRT显示器相比，薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD)具有轻、薄、低辐射以及体积小而不占空间的优势。因此，薄膜晶体管液晶显示器目前已经成为显示器市场的主力产品，为因应液晶显示产品的快速发展，液晶面板厂商的产业竞争日增。
在液晶显示面板的制造过程中，栅极导线属于在基板上的第一道图案化金属层，因此栅极导线的结构特征对于后续沉积绝缘层等工序的影响很大。在目前的技术中，上述第一道图案化金属层可利用多层膜剥离(lift-off)加上沉积的方法来制造，技术手段如下所述。
请参照图1A至图1E，其为公知制造图案化金属层的方法示意图。首先在一基板10的上表面依序形成一第一膜层12、一第一金属层13及一第二膜层14。接着，在第二膜层14上进行光刻工序，而形成一开口15于第二膜层14上，并暴露出部分的第一金属层13，如图1B所示。
请参照图1C，经由第二膜层14的开口15对第一金属层13进行蚀刻工序，直到暴露出部分的第一膜层12上表面，并且使第一金属层13的侧壁进一步受到侧向蚀刻，而在第二膜层14与第一膜层之间形成一个内凹的侧向缺口15a。其中，此蚀刻工序所使用的蚀刻液仅会对第一金属层13产生作用，或者此蚀刻工序中，第一金属层13的蚀刻选择比大于其它膜层。
请参照图1D，接着全面沉积第二金属层16在基板10上方，也就是说第二金属层16除了沉积在第二膜层14上表面，更通过开口15沉积在部分第一膜层12上表面。
最后，可用蚀刻等方式去除第二膜层14。当第二膜层14被去除时，会连带地剥离(lift-off)覆盖于第二膜层14上方的第二金属层16，而仅留下在第一膜层12上表面的第一金属层13及第二金属层16。如图1E所示，留在第一膜层12上表面的第二金属层16即成为所需的金属导线161，且第一金属层13及金属导线161构成第一道图案化金属层。
请继续参照图1E，由于金属导线161以沉积的方式来形成，因此在金属导线161两侧的导线边缘161a的坡度会显得较陡。然而，当接着进行沉积绝缘层等后续工序时，坡度较陡的导线边缘161a容易造成绝缘层附着不良或者绝缘层破洞的情形发生，进而影响电性，甚至导致短路或电路失效的问题。
因此，鉴于上述公知技术中所仍存在的不足之处，对此提供一为当前技术所必需的实际有效的解决方案。
发明内容
本发明的一目的在于通过制造工艺方法改善金属导线的边缘处坡度太陡的问题。
本发明的另一目的在于通过改善金属导线的边缘处坡度太陡的问题，以减少后续绝缘层沉积时附着不良或是破洞的情形发生，并产生较佳的电性效果。
本发明的另一目的在于缓和金属导线边缘处的坡度，以增加后续绝缘层工序的余裕，提升后续工序的良率。
本发明提供一种金属导线，其包括一晶种层及一金属层。其中，晶种层形成于一基板上。金属层形成于晶种层上，且金属层两端为阶梯状结构。
本发明提供一种金属导线的制造方法，包括下列步骤形成一晶种层于一基板上。形成一第一膜层于晶种层上。形成一第二膜层于第一膜层上。形成一导线开口于第一与第二膜层，并曝露出部分晶种层上表面。对第一膜层的开口侧壁进行蚀刻，使其侧壁向内回缩，而在第二膜层与晶种层间形成一侧向缺口。进行一电镀工序，填充一金属材料于导线开口与侧向缺口中，而形成一金属层。去除第一膜层与第二膜层，并剥离在第二膜层上的金属层。去除未被金属层覆盖的晶种层。
本发明提供一种金属导线的制造方法，包括下列步骤形成一第一膜层于一基板上。形成一第二膜层于第一膜层上。形成一导线开口于第一与第二膜层，并曝露出部分基板上表面。对第一膜层的开口侧壁进行蚀刻，使其侧壁向内回缩，而于第二膜层与基板间形成一侧向缺口。形成一晶种层于导线开口曝露的基板上表面及第二膜层上表面。进行一电镀工序，形成一金属材料于晶种层表面，并填充于导线开口与侧向缺口中，而形成一金属层。去除第二膜层，并剥离层叠于第二膜层的上的晶种层及金属材料。
关于本发明的优点与精神，以及更详细的实施方式可以通过以下的实施方式以及所附图得到进一步的了解。
通过以下详细的描述结合所附图示，将可轻易的了解上述内容及此项发明的诸多优点，其中图1A至图1E为公知图案化金属层的制造方法示意图；图2A至图2H为本发明金属导线的第一实施例的制造方法示意图；以及图3A至图3J为本发明金属导线的第二实施例的制造方法示意图。
其中，附图标记10基板 12第一膜层13第一金属层14第二膜层15开口 15a侧向缺口16第二金属层161金属导线161a导线边缘20基板21晶种层22第一膜层23第二膜层 24导线开口24a侧向缺 25金属材料251金属层 26金属阻挡层27栅极绝缘层30基板31第一膜层 31a间隙32第二膜层 33导线开口33a侧向缺 34晶种层35金属材料 351金属层36金属阻挡层37栅极绝缘层
具体实施例方式
本发明所提供的金属导线的制造方法利用多层膜剥离(lift-off)加上电镀的方法来制造，且包括不同的实施例类型，详细描述如下。
第一实施例请参照图2A至图2H，其为本发明金属导线的第一实施例的制造方法示意图。请参照图2A，首先提供一基板20，并且在基板20上表面形成一晶种层21。其中，基板20包括一玻璃基板，而晶种层21的材料可为铜(Cu)、钽(Ta)、钛(Ti)、铬(Cr)或铝(Al)等导电金属，用以作为后续电镀工序中的电极。
请参照图2B，晶种层21形成后，依序形成一第一膜层22于晶种层21上，以及形成一第二膜层23于第一膜层22上。接着，以一掩模于第一膜层22与第二膜层23上定义出一导线开口24的位置，然后对上述两膜层进行一干蚀刻工序，而形成导线开口24于第一膜层22与第二膜层23上，并且通过此导线开口24暴露出部分晶种层21的上表面，如图2C所示。
请参照图2D，导线开口24形成之后，对第一膜层22的开口侧壁进行蚀刻，使其侧壁向内回缩，而于第二膜层23与晶种层21间形成一侧向缺口24a。
上述的侧向缺口24a利用选择性蚀刻的工序来达成。当两膜层的材料不同时，两者的蚀刻选择比也会跟着不同，一旦同时对第一膜层22与第二膜层23进行侧向蚀刻(一般为湿蚀刻)时，两膜层的侧壁的回缩量就会不同。在本实施例中，第一膜层22的开口侧壁的回缩量大于第二膜层23的开口侧壁的回缩量，且第一膜层22的开口侧壁的回缩量包括约0.1微米。
然而，为了得到第一膜层22的开口侧壁的回缩量大于第二膜层23的开口侧壁的回缩量的结果。上述第一膜层22与第二膜层23的材料可分别包括氮化硅化合物(SiNx)与二氧化硅(SiO2)，且进行蚀刻的蚀刻液为磷酸(H3PO4)。或者，上述第一膜层22与第二膜层23的材料可分别包括氧化铟锌(IZO)与铝(Al)，且进行蚀刻的蚀刻液为草酸。
请参照图2E，形成上述侧向缺口24a之后，接着进行一电镀工序，以填充一金属材料25于导线开口24与侧向缺口24a中。在本实施例中，以晶种层21为电极，硫酸铜(CuSO4)加硫酸(H2SO4)溶液为电镀液来进行上述的电镀工序，因此，所形成的金属材料25的材料包括铜(Cu)。
上述金属材料25，除了形成于导线开口24与侧向缺口24a中之外，还会形成于第二膜层23表面以上，但实际上仅有导线开口24与侧向缺口24a内的金属材料25为必要的。因此，进行电镀工序后，可接着进行一化学机械研磨(CMP)工序，以去除形成于第二膜层23表面以上的部分金属材料25，如图2F。此时，形成于导线开口24与侧向缺口24a内的金属材料25即为所需的金属层251。
请参照图2G，形成金属层251之后，可利用干蚀刻的方式去除第一膜层22与第二膜层23，然后再去除未被金属层251覆盖的晶种层21。其中，上述晶种层21的去除以湿蚀刻的方式来处理，例如晶种层21的材料为铜时，可以盐酸(HCl)为湿蚀刻溶液。
去除上述两膜层与部分的晶种层21后，基板20上的结构包括金属层251及位于基板20与金属层251之间的晶种层21，且金属层251的两端为阶梯状结构。
请继续参照图2H，接着以溅镀的方式形成一金属阻挡层26于基板20与金属层251表面，最后再形成一栅极绝缘层(GI layer)27于金属阻挡层26表面。
其中，金属阻挡层26的材料为氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化钨化合物(WNx)、氮化硅钨化合物(WSiNx)或氮化硅钛(TiSiN)。栅极绝缘层27的材料为氮硅化合物(SiNx)。
因此，在本实施例中，本发明的金属导线结构包括了形成于基板20上的晶种层21、及形成于晶种层21上的金属层251。其中，金属层251具有一大及一小两个区块，且小区块位于大区块上方。在较佳实施例中，金属层251的两端为阶梯状的结构，并且互为对称。
此外，金属导线更包括金属阻挡层26与栅极绝缘层27，其中金属阻挡层26，形成于金属层251与基板20的表面。栅极绝缘层27，形成于金属阻挡层26的上表面。
第二实施例请参照图3A至图3J，其为本发明金属导线的第二实施例的制造方法示意图。请参照图3A，首先提供一基板30，并且依序形成一第一膜层31于基板30上，以及形成一第二膜层32于第一膜层31上。其中，基板30包括一玻璃基板。
接着，以一掩模于第一膜层31与第二膜层32上定义出一导线开口33的位置，然后对上述两膜层进行一干蚀刻工序，而形成导线开口33于第一膜层31与第二膜层32上。并且通过此导线开口33暴露出部分基板30的上表面，如图3B所示。
请参照图3C，导线开口33形成之后，对第一膜层31的开口侧壁进行蚀刻，使其侧壁向内回缩，而于第二膜层32与基板30间形成一侧向缺口33a。
上述的侧向缺口33a利用选择性蚀刻的工序来达成。当两膜层的材料不同时，两者的蚀刻选择比也会跟着不同，一旦同时对第一膜层31与第二膜层32进行侧向蚀刻(一般为湿蚀刻)时，两膜层的侧壁的回缩量就会不同。在本实施例中，第一膜层31的开口侧壁的回缩量大于第二膜层32的开口侧壁的回缩量，且第一膜层31的开口侧壁的回缩量包括约0.1微米。
然而，为了达成第一膜层31的开口侧壁的回缩量大于第二膜层32的开口侧壁的回缩量的结果。上述第一膜层31与第二膜层32的材料可分别包括氮化硅化合物(SiNx)与二氧化硅(SiO2)，且进行蚀刻的蚀刻液为磷酸(H3PO4)。或者，上述第一膜层31与第二膜层32的材料可分别包括氧化铟锌(IZO)与铝(Al)，且进行蚀刻的蚀刻液例如为草酸。
请参照图3D，形成上述侧向缺口33a之后，接着形成一晶种层34于经由导线开口33所暴露的基板30上表面，以及第二膜层32上表面。在本实施例中，晶种层21可以通过直流式真空溅镀(DC-Sputter)工序而形成，且其材料可为铜(Cu)、钽(Ta)、钛(Ti)、铬(Cr)或铝(Al)..等导电金属，用以作为后续电镀工序中的电极。
请参照图3E，形成上述晶种层34之后，接着进行一电镀工序，形成一金属材料35于晶种层34上表面，并且填充于导线开口33与侧向缺口33a中。其中，形成于导线开口33与侧向缺口33a内的金属材料35即为所需的金属层351。在本实施例中，以晶种层34为电极，CuSO4加H2SO4溶液为电镀液来进行上述的电镀工序，因此，所形成的金属材料35的材料包括铜(Cu)。
请参照图3F，形成金属层351之后，接着针对第二膜层32进行蚀刻，以去除第二膜层32，并同时剥离(lift-off)层叠于第二膜层32之上的晶种层34及金属材料35。此时，基板30上的结构为第一膜层31、晶种层34以及金属层351。其中金属层351包覆于晶种层34的上表面及两侧表面，且金属层351的两端为阶梯状结构。
请参照图3G，去除第二膜层32之后，接着对第一膜层31进行蚀刻，使金属层351两端与第一膜层31断离，而产生一间隙31a，并暴露出部分的基板30。其中，上述蚀刻工序以湿蚀刻液对第一膜层31进行蚀刻。
请继续参照图3H，接着以溅镀的方式形成一金属阻挡层36于金属层351表面、第一膜层31表面、上述的间隙31a内以及部分基板30上表面。其中，金属阻挡层36的材料为氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、氮化钨化合物(WNx)、氮化硅钨化合物(WSiNx)或氮化硅钛(TiSiN)。
由于金属阻挡层36的主要作用为防止铜金属的扩散，故实际上仅需覆盖于金属层351上表面即可。因此，请参照图3I，在上述金属阻挡层36形成之后，接着可针对第一膜层31进行湿蚀刻，以去除第一膜层31，并同时剥离(lift-off)层叠于第一膜层31之上的金属阻挡层36。此时，在基板30上为品种层34、金属层351以及包覆于金属层351上表面的金属阻挡层36。
请参照图3J，最后形成一栅极绝缘层(GI layer)37于金属阻挡层36与基板30上表面。其中，栅极绝缘层37的材料为氮硅化合物(SiNx)。其中，上述晶种层21的去除以湿蚀刻的方式来处理，例如晶种层21的材料为铜时，可以HCl为湿蚀刻溶液。
去除上述两膜层与部分晶种层21后，基板20上的结构包括金属层251及位于基板20与金属层251之间的晶种层21，且金属层251的两端为阶梯状结构。
因此，在本实施例中，本发明的金属导线结构包括了形成于基板30上的晶种层34、及形成于晶种层34上的金属层351。其中，金属层351全面包覆于晶种层34的上表面及两侧表面。
本实施例的金属层251具有一大及一小两个区块，且小区块位于大区块上方。在较佳实施例中，金属层351的两端为阶梯状的结构，并且互为对称。
此外，金属导线更包括金属阻挡层36与栅极绝缘层37，其中金属阻挡层36形成于金属层351的表面，栅极绝缘层37形成于金属阻挡层36与基板30的上表面。
综上所述，本发明的金属导线结构为阶梯状结构，因此，可有效地改善金属导线的边缘处坡度太陡的问题，故具有下列优点一、减少后续绝缘层沉积金属导线上时，附着不良或是破洞的情形发生，以产生较佳的电性效果。
二、增加后续绝缘层工序的余裕，提升后续工序的良率。
本发明虽以较佳实例进行如上描述，然其并非用以限定本发明精神与发明范围仅止于上述实施例。对熟悉本领域的普通技术人员，当可轻易了解并利用其它组件或方式来产生相同的功效。因此，在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改，均应包含在下述的权利要求书的范围内。
权利要求
1.一种金属导线的制造方法，包括形成一晶种层于一基板上；形成一第一膜层于该晶种层上；形成一第二膜层于该第一膜层上；形成一导线开口于该第一与该第二膜层，并曝露出部分该晶种层上表面；对该第一膜层的开口侧壁进行蚀刻，使其侧壁向内回缩，而于该第二膜层与该晶种层间形成一侧向缺口；进行一电镀工序，填充一金属材料于该导线开口与该缺口中，而形成一金属层；去除该第一膜层与该第二膜层，并剥离在该第二膜层上的该金属层；以及去除未被该金属层覆盖的该晶种层。
2.根据权利要求1所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该基板包括一玻璃基板。
3.根据权利要求1所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述形成该导线开口于该第一与该第二膜层的步骤，更包括下列步骤以一掩模于该第一与该第二膜层定义出该导线开口的位置；以及进行一干蚀刻工序，以形成该导线开口。
4.根据权利要求1所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述对该第一膜层的侧壁进行蚀刻形成该侧向缺口的步骤，为一选择性蚀刻，同时对该第一与该第二膜层进行侧向蚀刻，其中该第一膜层的开口侧壁的回缩量大于该第二膜层的开口侧壁的回缩量。
5.根据权利要求4所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该第一膜层的开口侧壁的回缩量包括约0.1微米。
6.根据权利要求4所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述该第一膜层与该第二膜层的材料分别包括氮化硅化合物(SiNx)与二氧化硅(SiO2)，且进行蚀刻的蚀刻液为磷酸(H3PO4)。
7.根据权利要求4所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述该第一膜层与该第二膜层的材料分别包括氧化铟锌(IZO)与铝(Al)，且进行蚀刻的蚀刻液为草酸。
8.根据权利要求1所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该金属层的材料包括铜(Cu)。
9.根据权利要求8所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该电镀工序包括以硫酸铜(CuSO4)加硫酸(H2SO4)溶液为电镀液。
10.根据权利要求1所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述进行该电镀工序的步骤后，更包括一化学机械研磨工序，以去除该电镀工序中形成于该第二膜层表面以上的部分该金属材料。
11.根据权利要求1所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述去除未被该金属层覆盖的该晶种层的步骤，包括以湿蚀刻去除上述的该晶种层。
12.根据权利要求1所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该金属层两端为阶梯状结构。
13.根据权利要求1所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述去除未被该金属层覆盖的该晶种层的步骤后，更包括下列步骤形成一金属阻挡层于该基板与该金属层表面；以及形成一栅极绝缘层于该金属阻挡层表面。
14.根据权利要求13所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该金属阻挡层包括以溅镀形成。
15.一种金属导线的制造方法，包括形成一第一膜层于一基板上；形成一第二膜层于该第一膜层上；形成一导线开口于该第一与该第二膜层，并曝露出部分该基板上表面；对该第一膜层的开口侧壁进行蚀刻，使其侧壁向内回缩，而于该第二膜层与该基板间形成一侧向缺口；形成一晶种层于该导线开口曝露的该基板上表面及该第二膜层上表面；进行一电镀工序，形成一金属材料于该晶种层表面，并填充于该开口与该缺口中，而形成一金属层；以及去除该第二膜层，并剥离层叠于该第二膜层之上的该晶种层及该金属材料。
16.根据权利要求15所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该基板包括一玻璃基板。
17.根据权利要求15所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述形成该导线开口于该第一与该第二膜层的步骤，更包括下列步骤以一掩模于该第一与该第二膜层定义出该导线开口的位置；以及进行一干蚀刻工序，以形成该导线开口。
18.根据权利要求15所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述对该第一膜层的侧壁进行蚀刻形成该侧向缺口的步骤，为一选择性蚀刻，同时对该第一与该第二膜层进行侧向蚀刻，其中该第一膜层的开口侧壁的回缩量大于该第二膜层的开口侧壁的回缩量。
19.根据权利要求18所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该第一膜层的侧向开口侧壁的回缩量包括约0.1微米。
20.根据权利要求18所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述该第一膜层与该第二膜层的材料分别包括氮化硅化合物(SiNx)与二氧化硅(SiO2)，且进行蚀刻的蚀刻液为磷酸(H3PO4)。
21.根据权利要求18所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述该第一膜层与该第二膜层的材料分别包括氧化铟锌(IZO)与铝(Al)，且进行蚀刻的蚀刻液为草酸。
22.根据权利要求15所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该晶种层包括以直流式真空溅镀形成。
23.根据权利要求13所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该金属层的材料包括铜(Cu)。
24.根据权利要求23所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该电镀工序包括以硫酸铜(CuSO4)加硫酸(H2SO4)溶液为电镀液。
25.根据权利要求15所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该金属层两端为阶梯状结构。
26.根据权利要求15所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述去除该第二膜层的步骤后，更包括下列步骤对该第一膜层进行蚀刻，使该金属层两端与该第一膜层断离，而产生一间隙，并曝露出部分的该基板；形成一金属阻挡层于该金属层表面、该第一膜层表面、上述的该间隙内与部分该基板上；以及去除该第一膜层，并剥离层叠于该第一膜层之上的该金属阻挡层。
27.根据权利要求26所述的金属导线的制造方法，其特征在于，该金属阻挡层以溅镀形成。
28.根据权利要求26所述的金属导线的制造方法，其特征在于，上述对该第一膜层进行蚀刻的步骤后，更包括形成一栅极绝缘层于该金属阻挡层与该基板表面。
29.一种金属导线，包括一晶种层，形成于一基板上；以及一金属层，形成于该晶种层上，且该金属层两端为阶梯状结构。
30.根据权利要求29所述的金属导线，其特征在于，该金属层的两端互为对称。
31.根据权利要求29所述的金属导线，其特征在于，该金属导线更具有一金属阻挡层，形成于该金属层与该基板表面。
32.根据权利要求31所述的金属导线，其特征在于，该金属导线更具有一栅极绝缘层，形成于该金属阻挡层表面。
33.根据权利要求29所述的金属导线，其特征在于，该金属层全面包覆该晶种层的上表面及两侧表面。
34.根据权利要求29所述的金属导线，其特征在于，该金属导线更具有一金属阻挡层，形成于该金属层表面。
35.根据权利要求34所述的金属导线，其特征在于，该金属导线更具有一栅极绝缘层，形成于该金属阻挡层与该基板表面。
36.根据权利要求29所述的金属导线，其特征在于，该金属层的材料包括铜。
37.根据权利要求29所述的金属导线，其特征在于，该基板包括一玻璃基板。
全文摘要
本发明公开了一种金属导线及其制造方法，包括下列步骤形成一第一膜层于一基板上。形成一第二膜层于第一膜层上。形成一导线开口于第一与第二膜层，并曝露出部分基板上表面。对第一膜层的开口侧壁进行蚀刻，使其侧壁向内回缩，而于第二膜层与基板间形成一侧向缺口。形成一晶种层于导线开口曝露的基板上表面及第二膜层上表面。进行一电镀工序，形成一金属材料于晶种层表面，并填充于导线开口与侧向缺口中，而形成一金属层。去除第二膜层，并剥离层叠于第二膜层之上的晶种层及金属材料。
文档编号H01L21/70GK101022080SQ20071008753
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月16日 优先权日2007年3月16日
发明者李豪捷, 朱庆云 申请人:友达光电股份有限公司