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CN105820819A - 氧化铟层蚀刻液组合物和利用其制造液晶显示装置的阵列基板的方法 - Google Patents

氧化铟层蚀刻液组合物和利用其制造液晶显示装置的阵列基板的方法 Download PDF

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CN105820819A CN201510951854.2A CN201510951854A CN105820819A CN 105820819 A CN105820819 A CN 105820819A CN 201510951854 A CN201510951854 A CN 201510951854A CN 105820819 A CN105820819 A CN 105820819A
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Abstract

本发明涉及氧化铟层蚀刻液组合物和利用其制造液晶显示装置的阵列基板的方法，更具体地说，涉及不包括硫酸盐或乙酸盐、而是包括硝酸、唑类化合物、含氟化合物和水的氧化铟层蚀刻液组合物，以及利用其制造液晶显示装置的阵列基板的方法。

Description

氧化铟层蚀刻液组合物和利用其制造液晶显示装置的阵列基板的方法
技术领域
本发明涉及氧化铟层蚀刻液组合物和利用其制造液晶显示装置的阵列基板的方法，更具体地说，涉及不包括硫酸盐或乙酸盐、而是包括硝酸、唑类化合物、含氟化合物和水的氧化铟层蚀刻液组合物，以及利用其制造液晶显示装置的阵列基板的方法。
背景技术
液晶显示装置(LCD)在平板显示装置之中是最受喜爱的，因为它们提供了分辨率优秀的清晰图像、耗能较少、并且能够使显示屏变薄。现今驱动这种液晶显示装置的典型电子电路是薄膜晶体管(TFT)电路，并且典型的薄膜晶体管液晶显示装置(TFT-LCD)形成显示屏的像素。在TFT-LCD中起到开关装置功能的TFT通过用液晶材料填充以矩阵形式排列的TFT的基板和面对所述TFT基板的彩色滤光片基板之间的空间来制造。完整的TFT-LCD制造过程大体上分成TFT基板制造过程、彩色滤光片过程、单元过程和组件过程，并且所述TFT基板制造过程和所述彩色滤光片制造过程在呈现准确又清晰的图像方面非常重要。
当制造TFT-LCD的像素显示电极时，需要由具有高电导率同时具有透明光学性质的材料制成的薄膜，并且基于氧化铟的氧化铟锡(ITO)和氧化铟锌(IZO)当前用作透明导电膜的材料。
另外，为了在像素显示电极中得到目标电路线，需要按照电路图案修剪薄膜层的蚀刻过程。
然而，用通常用于蚀刻金属双层的现有蚀刻液，由于ITO氧化物的强耐化学性，难以蚀刻由ITO或IZO材料制成的透明导电膜。具体地说，王水(HCl+CH3COOH+HNO3)、氯化铁(Ⅲ)的盐酸溶液(FeCl3/HCl)、或草酸水溶液已经用作透明导电膜的湿蚀刻液，然而，当利用基于王水的蚀刻液或氯化铁的盐酸溶液蚀刻ITO层时，成本低但是由于在图案侧表面的蚀刻更快，轮廓低劣，并且因为盐酸或硝酸在蚀刻液形成后挥发，所述蚀刻液组合物中的波动严重，而且可以对下部的金属发生化学侵蚀。韩国专利申请公布No.10-2000-0017470利用草酸蚀刻非晶氧化铟锡(ITO)，然而，在这种情况下，在ITO图案周围容易出现残渣，并且因为草酸在低温下具有低溶解度，引起沉淀物产生，故而出现蚀刻设备故障的问题。
另外，由HI制成的蚀刻液蚀刻速率高和侧表面蚀刻少，但是昂贵，具有高毒性和腐蚀性，并且引起对位于透明像素电极底部的数据线的侵蚀，因此，在实际过程中使用具有限制。
此外，韩国专利申请公布No.10-2010-0053175公开了透明导电膜的蚀刻组合物，其包括含卤素化合物、辅助氧化剂、蚀刻控制剂、残渣抑制剂、腐蚀抑制剂和水，并且硫酸盐和乙酸盐分别用作蚀刻控制剂和残渣抑制剂。然而，当蚀刻组合物中包括硫酸盐和乙酸盐时，横向蚀刻速率低，导致侧面蚀刻量小，并出现下层损伤的问题。
【现有技术文献】
【专利文献】
(专利文献1)韩国专利申请公布No.10-2000-0017470
(专利文献2)韩国专利申请公布No.10-2010-0053175
发明内容
本发明的目的是通过以不包括选自由硫酸盐和乙酸盐所组成的组中的一种或多种的氧化铟层蚀刻液组合物高速地有效蚀刻氧化铟层，从而最大化蚀刻过程效率。
另外，本发明的目的是通过最小化对氧化铟层的下层的侵蚀，提高薄膜晶体管-液晶显示装置(TFT-LCD)的驱动性能。
因此，本发明的目的是提供能够提高蚀刻过程效率和薄膜晶体管-液晶显示装置(TFT-LCD)的驱动性能的氧化铟层蚀刻液组合物，利用其的蚀刻方法，和制造液晶显示装置的阵列基板的方法。
鉴于上述，本发明的一个方面提供了氧化铟层蚀刻液组合物，其不包括选自由硫酸盐和乙酸盐所组成的组中一种或多种，但是相对于所述氧化铟层蚀刻液组合物的总重量包括3至30重量％的硝酸、0.1至10重量％的唑类化合物和0.01至5重量％的含氟化合物，以及余量的水，使得所述氧化铟层蚀刻液组合物的总重量成为100重量％。
本发明的另一个方面提供了蚀刻氧化铟层的方法，所述方法包括(1)在基板上形成氧化铟层；(2)在所述氧化铟层上选择性留下光反应性材料；和(3)利用本发明的氧化铟层蚀刻液组合物蚀刻所述氧化铟层。
本发明的又一个方面提供制造液晶显示装置的阵列基板的方法，所述方法包括(1)在基板上形成栅极导线；(2)在包括所述栅极导线的基板上形成栅极绝缘层；(3)在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层；(4)在所述氧化物半导体层上形成源和漏极；和(5)形成与所述漏极连接的像素电极，其中步骤(1)包括在基板上形成铜/氧化铟层或铜合金/氧化铟层、和通过利用蚀刻液组合物蚀刻所述铜/氧化铟层或铜合金/氧化铟层形成栅极导线，步骤(5)包括形成氧化铟层、和利用蚀刻液组合物蚀刻所述氧化铟层形成像素电极，并且所述蚀刻液组合物是本发明的氧化铟层蚀刻液组合物。
本发明的再一个方面提供了液晶显示装置的阵列基板，其包括选自由利用本发明的氧化铟层蚀刻液组合物蚀刻的栅极导线和像素电极所组成的组中的一种或多种。
具体实施方式
在下文中，将更详细地描述本发明。
本发明涉及氧化铟层蚀刻液组合物，其不包括选自由硫酸盐和乙酸盐所组成的组中的一种或多种，但是相对于所述氧化铟层蚀刻液组合物的总重量包括3至30重量％的硝酸、0.1至10重量％的唑类化合物和0.01至5重量％的含氟化合物，以及余量的水，使得所述氧化铟层蚀刻液组合物的总重量成为100重量％。
因不包括选自由硫酸盐和乙酸盐所组成的组中的一种或多种，本发明的氧化铟层蚀刻液组合物能够以更高的速率蚀刻氧化铟层，因此，可以提高蚀刻过程效率。
本发明中的氧化铟层包括选自由氧化铟锡(ITO)层、氧化铟锌(IZO)层和氧化铟镓锌(IGZO)层所组成的组中的一种或多种。
另外，用本发明的氧化铟层蚀刻液组合物蚀刻的氧化铟层可以是以氧化铟层形成的单层；或以所述单层和铜基金属层形成的多层，并且所述铜基金属层可以是铜层或铜合金层。所述合金层的概念也包括氮化物层或氧化物层。
本发明的氧化铟层蚀刻液组合物中包括的硝酸(HNO3)是氧化铟层的主要氧化剂，并且执行蚀刻所述氧化铟层的作用。另外，硝酸对于氧化铟层具有高蚀刻速率并且能够在蚀刻过程中确保所需的侧面蚀刻大。
相对于所述氧化铟层蚀刻液组合物的总重量，硝酸占3至30重量％，并优选占5至25重量％。当硝酸占小于3重量％时，可以降低氧化铟层的蚀刻速率，而当大于30重量％时，有可能出现对所述氧化铟层的底部和相邻金属的化学侵蚀的问题，并且由于蚀刻速率过高而难以进行过程控制。
本发明的氧化铟层蚀刻液组合物中包括的唑类化合物执行最小化对接触氧化铟层的铜导线的侵蚀的作用，所述氧化铟层用作液晶显示装置的阵列基板的像素电极。换句话说，所述唑类化合物执行最小化对铜基金属层的侵蚀的作用，所述铜基金属层是所述氧化铟层的下层。
所述唑类化合物优选包括选自由三唑类化合物、四唑类化合物、咪唑类化合物、吲哚类化合物、嘌呤类化合物、吡唑类化合物、吡啶类化合物、嘧啶类化合物、吡咯类化合物、吡咯烷类化合物和吡咯啉类化合物所组成的组中的一种或多种。
另外，更具体地说，所述唑类化合物优选包括选自由氨基四唑、苯并三唑、甲苯基三唑、2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2-氨基咪唑、4-甲基咪唑、4-乙基咪唑和4-丙基咪唑所组成的组中的一种或多种。
相对于所述氧化铟层蚀刻液组合物的总重量，所述唑类化合物占0.1至10重量％，并优选占0.5至5重量％。当所述唑类化合物占小于0.1重量％时，可能会对作为氧化铟层下层的铜层侵蚀，而当大于10重量％时，可以防止对所述铜层的侵蚀，然而，氧化铟层的蚀刻速率可能降低。
本发明的氧化铟层蚀刻液组合物中包括的含氟化合物当蚀刻氧化铟层时执行去除残渣的作用。
所述含氟化合物没有特别的限制，只要它能够在溶液中解离成氟离子或多原子氟离子即可，但是优选包括选自由氟化铵(NH4F)、氟化钠(NaF)、氟化钾(KF)、氟氢化铵(NH4F·HF)、氟氢化钠(NaF·HF)和氟氢化钾(KF·HF)所组成的组中的一种或多种。
另外，相对于所述氧化铟层蚀刻液组合物的总重量，所述含氟化合物占0.01至5重量％，并优选占0.01至3重量％。当所述含氟化合物占小于0.01重量％时，当蚀刻氧化铟层时可能出现残渣，而当大于5重量％时，有玻璃基板或硅层的蚀刻速率增加的问题。
本发明的氧化铟层蚀刻液组合物中包括的水占余量，使得所述组合物的总重量成为100重量％。水没有特别的限制，然而，优选使用去离子水。另外，优选使用比电阻值为18MΩ·cm或更高的去离子水，比电阻值是显示水中离子去除程度的值。
另外，本发明的氧化铟层蚀刻液组合物还可以包括选自由金属离子螯合剂和腐蚀抑制剂所组成的组中的一种或多种。另外，所述添加剂不限于此，为了促进本发明的效果，可以选择和添加本领域已知的各种其它添加剂。
本发明的氧化铟层蚀刻液组合物的组分可以利用本领域普遍知道的方法制备，并优选使用用于半导体工艺的纯度。
另外，本发明涉及蚀刻氧化铟层的方法，所述方法包括(1)在基板上形成氧化铟层；(2)在所述氧化铟层上选择性留下光反应性材料；和(3)利用本发明的氧化铟层蚀刻液组合物蚀刻所述氧化铟层。
在本发明的蚀刻方法中，所述光反应性材料优选是常用的光致抗蚀剂材料，并且可以利用常用的曝光和显影过程被选择性留下。
此外，本发明涉及制造液晶显示装置的阵列基板的方法，包括(1)在基板上形成栅极导线；(2)在包括所述栅极导线的基板上形成栅极绝缘层；(3)在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层；(4)在所述氧化物半导体层上形成源和漏极；和(5)形成与所述漏极连接的像素电极，其中步骤(1)包括在基板上形成铜/氧化铟层或铜合金/氧化铟层、和通过利用蚀刻液组合物蚀刻所述铜/氧化铟层或铜合金/氧化铟层形成栅极导线，步骤(5)包括形成氧化铟层、和利用蚀刻液组合物蚀刻所述氧化铟层形成像素电极，并且所述蚀刻液组合物是本发明的氧化铟层蚀刻液组合物。
包括硫酸盐或乙酸盐的现有氧化铟层蚀刻液组合物具有缓慢的横向蚀刻速率，因此当蚀刻步骤(5)的像素电极时，侧面蚀刻量小。然而，本发明的氧化铟层蚀刻液组合物不包括硫酸盐和乙酸盐，由此可以解决这种问题，并可以防止对氧化铟层下层的铜基金属层的侵蚀。
在步骤(1)的基板上形成的氧化铟层是铜/氧化铟层或铜合金/氧化铟层的多层，而在步骤(5)中形成的氧化铟层是氧化铟层的单层。
所述氧化铟层包括选自由氧化铟锡(ITO)层、氧化铟锌(IZO)层和氧化铟镓锌(IGZO)层所组成的组中的一种或多种。
通过用本发明的氧化铟层蚀刻液组合物蚀刻，可以在步骤(1)中形成所述栅极导线，并可以在步骤(5)形成所述像素电极。
液晶显示装置的阵列基板可以是薄膜晶体管(TFT)阵列基板。
另外，本发明涉及液晶显示装置的阵列基板，其包括选自由利用本发明的氧化铟层蚀刻液组合物蚀刻的栅极导线和像素电极所组成的组中的一种或多种。
在下文中，将参考实施例更详细地描述本发明。然而，以下实施例只为了说明性的目的，本发明的范围不限于以下实施例。以下实施例可以在本发明的范围内由本领域技术人员适当地修改或改变。
<制备氧化铟层蚀刻液组合物>
实施例1至3和比较例1至10
用下表1中显示的组成制备实施例1至3和比较例1至10的氧化铟层蚀刻液组合物，并包括余量的水使得总重量成为100重量％。
【表1】
(重量％)
硝酸 BTA ABF 硫酸钾 乙酸铵 氯化钾 硝酸铵 硫酸
实施例1 8 1.0 0.1 - - - - -
实施例2 15 1.5 0.1 - - - - -
实施例3 10 0.7 1.0 - - - - -
比较例1 2 1.0 0.1 - - - - -
比较例2 35 1.0 0.1 - - - - -
比较例3 7 0.05 0.1 - - - - -
比较例4 7 12 0.05 - - - - -
比较例5 9 0.5 7 - - - - -
比较例6 8 0.6 0.1 6 - - - -
比较例7 8 0.6 0.1 - 4 - - -
比较例8 9 0.5 - - - 5 - -
比较例9 - 0.5 0.1 - - - 7 -
比较例10 - 0.7 0.1 - - - - 8
BTA：苯并三唑
ABF：氟氢化铵
试验例1.对氧化铟层蚀刻液组合物的性质评价
通过在玻璃基板(100mmx100mm)上沉积铜层形成源极/漏极后，通过在所述铜层上层叠硅形成孔，以便曝光所述源极/漏极的金属层—铜。之后，在其上沉积氧化铟层，并利用光刻过程在所述基板上形成具有规定图案的光致抗蚀剂，然后利用实施例1至3和比较例1至10的各种氧化铟层蚀刻液组合物进行所述氧化铟层的蚀刻过程。
使用喷雾蚀刻型试验设备(型号名称：ETCHER(TFT)，SEMESCo.Ltd.)，并在蚀刻过程中对于所述蚀刻液组合物使用大约35℃的温度，然而，必要时该适当温度可以取决于其他过程条件和其他因素而改变。蚀刻时间取决于蚀刻温度而不同，然而，在LCD蚀刻过程中蚀刻通常进行大约50至100秒。蚀刻过程中蚀刻的氧化铟层剖面利用截面SEM(Hitachi，Ltd.的产品，型号名称S-4700)检查，并观察侧面蚀刻、残渣出现、玻璃蚀刻速率和下部金属(Cu)侵蚀。结果显示在下面表2中。
【表2】
根据表2的结果，鉴定了实施例1至3中本发明氧化铟层蚀刻液组合物表现出优秀的侧面蚀刻，没有残渣出现，和优秀的玻璃蚀刻速率，并且没有侵蚀下层的铜层。
同时，比较例1和2的氧化铟层蚀刻液组合物具有本发明范围之外的过氧化物含量，其侧面蚀刻少，有图案丢失，并且在过氧化物含量小于本发明的比较例1的氧化铟层蚀刻液组合物中，出现残渣。
在唑类化合物含量较小的比较例3的氧化铟层蚀刻液组合物中，对下层的铜层有侵蚀，而在唑类化合物含量过多的比较例4的氧化铟层蚀刻液组合物中，侧面蚀刻不优秀并且出现残渣。
含氟化合物含量过多的比较例5的氧化铟层蚀刻液组合物对玻璃蚀刻速率没有有利的结果。
另外，在包括硫酸盐的比较例6的氧化铟层蚀刻液组合物和包括乙酸盐的比较例7的氧化铟层蚀刻液组合物中，侧面蚀刻结果和玻璃蚀刻结果不优秀，并鉴定出现残渣。
不包括含氟化合物的比较例8的氧化铟层蚀刻液组合物，以及不包括过氧化物的比较例9和10的氧化铟层蚀刻液组合物，不具有优秀的侧面蚀刻，并且它们全部出现残渣。
因此，本发明的氧化铟层蚀刻液组合物通过不包括选自由硫酸盐和乙酸盐所组成的组中的一种或多种，能够增加侧面蚀刻和玻璃蚀刻速率的效果。
另外，本发明的氧化铟层蚀刻液组合物在蚀刻期间不引起残渣出现，并且当制造液晶显示装置的阵列基板时对氧化铟层下层的铜层没有侵蚀，因此可以防止身为铜层的源/漏极的断开缺陷，并可以有效蚀刻氧化铟层。
本发明的氧化铟层蚀刻液组合物通过以不包括选自由硫酸盐和乙酸盐所组成的组中的一种或多种而改善蚀刻速率，能够有效蚀刻氧化铟层，并因此能够提高蚀刻过程效率。
另外，本发明的氧化铟层蚀刻液组合物能够最小化对所述氧化铟层下层的铜基金属层的侵蚀，因此，能够增强薄膜晶体管-液晶显示装置(TFT-LCD)的驱动性能，并且即使当基板尺寸大的时候仍然具有保持蚀刻均匀性的优点。

Claims (13)

1.氧化铟层蚀刻液组合物，其不包括选自由硫酸盐和乙酸盐所组成的组中的一种或多种，并相对于所述氧化铟层蚀刻液组合物的总重量包括：
3至30重量％的硝酸；
0.1至10重量％的唑类化合物；
0.01至5重量％的含氟化合物；和
余量的水，使得所述氧化铟层蚀刻液组合物的总重量成为100重量％。
2.根据权利要求1所述的氧化铟层蚀刻液组合物，其中所述唑类化合物包括选自由三唑类化合物、四唑类化合物、咪唑类化合物、吲哚类化合物、嘌呤类化合物、吡唑类化合物、吡啶类化合物、嘧啶类化合物、吡咯类化合物、吡咯烷类化合物和吡咯啉类化合物所组成的组中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的氧化铟层蚀刻液组合物，其中所述含氟化合物包括选自由氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟氢化铵、氟氢化钠和氟氢化钾所组成的组中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的氧化铟层蚀刻液组合物，其中所述氧化铟层是以氧化铟层形成的单层；或以所述单层和铜基金属层形成的多层。
5.根据权利要求1所述的氧化铟层蚀刻液组合物，其中所述氧化铟层包括选自由氧化铟锡层、氧化铟锌层和氧化铟镓锌层所组成的组中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的氧化铟层蚀刻液组合物，其中所述铜基金属层是铜层或铜合金层。
7.根据权利要求1所述的氧化铟层蚀刻液组合物，其还包括选自由金属离子螯合剂和腐蚀抑制剂所组成的组中的一种或多种。
8.蚀刻氧化铟层的方法，包括：
(1)在基板上形成氧化铟层；
(2)在所述氧化铟层上选择性留下光反应性材料；和
(3)利用根据权利要求1至7任一项所述的氧化铟层蚀刻液组合物蚀刻所述氧化铟层。
9.根据权利要求8所述的蚀刻氧化铟层的方法，其中所述光反应性材料是光致抗蚀剂材料，并且通过曝光和显影工序被选择性留下。
10.制造液晶显示装置的阵列基板的方法，所述方法包括：
(1)在基板上形成栅极导线；
(2)在包括所述栅极导线的基板上形成栅极绝缘层；
(3)在所述栅极绝缘层上形成氧化物半导体层；
(4)在所述氧化物半导体层上形成源和漏极；和
(5)形成与所述漏极连接的像素电极，
其中步骤(1)包括在基板上形成铜/氧化铟层或铜合金/氧化铟层，和通过利用蚀刻液组合物蚀刻所述铜/氧化铟层或铜合金/氧化铟层形成栅极导线；
步骤(5)包括形成氧化铟层，和利用蚀刻液组合物蚀刻所述氧化铟层形成像素电极；并且
所述蚀刻液组合物是根据权利要求1至7任一项所述的氧化铟层蚀刻液组合物。
11.根据权利要求10所述的制造液晶显示装置的阵列基板的方法，其中所述氧化铟层包括选自由氧化铟锡层、氧化铟锌层和氧化铟镓锌层所组成的组中的一种或多种。
12.根据权利要求10所述的制造液晶显示装置的阵列基板的方法，其中所述液晶显示装置的阵列基板是薄膜晶体管(TFT)阵列基板。
13.液晶显示装置的阵列基板，其包括选自由利用根据权利要求1至7任一项所述的氧化铟层蚀刻液组合物蚀刻的栅极导线和像素电极所组成的组中的一种或多种。
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