TWI305585B - A wiring substrate and method using the same - Google Patents

Description

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93042TW 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明主要與顯示器面板所使用的配線基板及其製造方法有關。 【先前技術】 液晶顯示面板乃是在對向排列的配線基板與彩色渡光基板之間封住液 晶而成。近來主動式矩陣(Active Matrix)液晶顯示面板，其中之配線基板上 有閘極線與訊號線交叉，各自平行地進行配線。此外，兩者交又配置薄膜

晶體（Thin Film Transistors，以下簡稱 TFT )。 目前，配線基板的閘極線及訊號線使用主成分為鋁A1或鋁A1合金的金 屬’例如湘Mo/铭合金Alalloy或純鋁A1，後利用磷酸(Phosph〇ric)/醋 酸(Acetic) /硝酸(Nitric)此系列之姓刻液(以下簡稱PAN系)進行蝕刻步 驟，使其剖面形成梯形形狀。 近來隨面板高品質化與大畫面化，配線阻抗及寄生電容大增，造成配 線遲延的問便凸顯出來。不過，在目前的情況下，若不影響開口率，唯 有將配線膜厚加大’但如此-來，配置其上之化學氣相沈積cv〇絕緣膜， •若不增加麟之情況下，絕、雜㈣的地方沒赃顧所要的絕緣性，易 造成階梯覆蓋性(step coverage)不佳，進而導致製造良率降低。 • 未來或許可使用更低阻抗材料’例如銅Cu作為配線材料，解決這個問 題’但使用銅Cu作為配線材料有以下問題需克服：⑴需有有效抑制銅Cu '擴散的方法；⑵改善銅Cu·板之間的附著性；⑶需能形成梯形圖案 化的方法。 上述⑴的抑制方法有其必要，以抑制銅Cu在製備TFT的非晶形石夕内 部擴散導致該半導舰能劣彳卜又上述⑵Cu與基板魏著性問題，主要 是玻璃基板與作為轉_心金屬（_職丨）Cu之附著性不佳，所以於 1305585

93042TW 製備Cu之步驟時’易造成Cu從基板上脫落。此外，和 齡金雜丫不同，配編金屬上繼u之後，蝴速 比Mo快，所以，g己後圖耷齡 又面Cu 屋層（遮蓋物）的开Γ 樣，上部Mo層容易切削成類似 厂因此，在後面的絕緣層進行被覆配線時，覆蓋产 :降低，造成製品不良。因此有必要解決上賴 • 補文獻1主要·形錢W '銶Re或此二者與義合金，在銅Cu a 1種方法㈣CU的擴散1是採用這樣的方法，就很難形成數百人 %程度而且表面光滑的薄膜。因此，接下來如何與液晶顯示器製造工廢整合， 便成問題。

IsTa/銅Cu/钽孔這種三層構造是可以考慮的方式。也就是上層组

Ta當作接觸金屬（c〇ntactmetai)以作為銅以的擴散抑制膜使用下層叙 仏當做與玻璃接觸_著密合層使用。不過，Ta#Cu_刻做法在此會 變成乾_-祕刻-乾_多階段_，其生產成本與配線形狀方面還 有一些有待解決的課題。 【專利文獻1】專利公告2 〇〇 3 —3 5 3 2 2 2號公報（〔23〕〜 %〔3 1〕） 【發明内容】 ' 本發明提供與基板具有咼密著性、低阻抗值且充分防止Cu擴散的高品 、 質配線基板。一種配線基板，包括：一基板；以及一銅配線層，該銅配線 層配置於該基板上方，其中該銅配線層為銅或以銅為主要成分； 一擴散抑制層，該擴散抑制層配置於該銅配線層上部及側面，且該擴散抑 制層為含氮之金屬。其中亦可將一附著密合層配置於該銅配線層之下部， 其中該附著密合層包括金屬或含氮之金屬層；此外，上記銅配線因為要在 該當銅配線上部及側部被覆擴散防止層，所以，斷面最好為梯形形狀。此 1305585

93042TW 外’該銅配線層在本發明亦可稱為核心金屬。其中該擴散抑制層包括擁有 非晶形（amorpnous)構造的氮化翻M〇N、氮化鈇训。其中制著密合層 包括擁有非晶形構造_ Μ。、氮化翻_、鈦了卜氣化欽抓。 本發明提出-獅成配線基板之方法，其步驟包括:顿一基板； •.沈積-附密合層於絲板上，該附著密合層包括金觀含氮之金屬層； 沈積-敏線層機崎龄層±，其找舰縣為賊_為主要成 .分；圖案化該銅配線層’使其形成—銅配線層圖案；沈積—擴散抑制層， 該擴散抑㈣配置於該銅配線層圖案上且其中該擴散抑㈣為含氮之金屬 •層；圖案化該擴散抑制層，使其分布於該銅配線層圖案之上部與側面。 其中形成轉基板之方法，其巾顧案化散抑㈣的步驟包括： 於該擴散抑制層上塗布-光阻劑；從玻璃基板側將該銅配線層當作光罩進 行背面曝光；將該光阻劑顯影，則該擴散抑制層上有光阻覆蓋區與光阻暴 露區；姓刻該光阻暴露區之該擴散抑制層。 上述形成配線基板之方法，其中蝕刻該附著密合層的步驟，可於該圖 案化銅配闕的侧步斜與触線層__起被侧或者於棚案化該擴散 抑制㈣侧步料無舰抑織—起被侧，或者㈣目案化該概 >抑制層的蝕刻步驟後再行該附著密合層的蝕刻步驟。 上述形成配線基板之方法，其中該附著密合層或該擴散抑制層包括擁 .有非晶形構造的氮化鈦，其中於沈積該附著密合層與該擴散抑制層之步驟 .包括進行一氮氣流量佔氬氣加氮氣的總流量比率為5%〜3〇%之反應性濺鍍 處理之步驟。 上述形成配線基板之方法，其中該附著密合層或該擴散抑制層包括擁有非 晶形構造的氮化鉬。其中於沈積該附著密合層與該擴散抑制層之步驟包括 進行一氮氣流量佔氬氣加氮氣的總流量比率為30%以下之反應性濺鍍處理 之步驟。此外，如果相對於上述佔全濺鍍氣體流量的氮氣流量為〇%時，在 1305585

93042TW 此情況下進行反應性噴鍍，本說明書就把他定義成，上記擴散防止層及密 著層乃具備非晶形構造的鉬或鈦所形成。配線核心金屬的阻抗得到大幅改 善。此外’即使配線進行積層構造’薄板阻抗（sheet resistivity)也大概可 以減少一半。降低阻抗導致的配線延遲，就可朝向大型高精細化發展，改 善開口率。 【實施方式】 • 以圖1說明本發明之實施型態。本發明乃是可抑制銅擴散的配線基 板，可應用在形成銅配線層的面板特別是液晶顯示面板、有機EL面板等領 %域。如圖1 (a)所示’本發明可抑制銅擴散的配線基板1 〇，包括基板1 2 ’以及在基板1 2上形成金屬或金屬氮化膜構成的附著密合層14，以 及在附著Φ合層上形成的銅配線層16，以及由被覆銅配線層16上部及 側部並完成積層的金屬氮化膜構成的擴散抑制層18 ^除此之外，另一實 施形態如圖1 (b)所示’可抑制本發明銅擴散的配線基板5 〇，也可由一 基板5 2，及於基板5 2之上形成、金屬或金屬氮化膜構成的附著密合層 5 4，以及於附著密合層5 4上形成的銅配線層5 Θ，以及被覆銅配線層 5 6上部而完成積層的擴散抑制層5 8。

上述基板12或5 2上面，使用可透光玻璃、石英等。以下實施例之 基板12或5 2以玻璃基板為例，本發明並不侷限於玻璃基板亦可使用其 他基板。配線5 6或16的下部'上部或者配線本身，可使用濺鍍等的成 膜方法’使作為金屬膜或金屬氮化膜如鉬Mo、氮化鉬m〇N、鈦Ti、氮化 鈦TiN等之附著密合層1 4或5 4、擴散抑制層1 8或5 8成膜。提供附 著密合層14或5 4乃是增加基板12或5 2與銅配線層16或5 6間的 附著力，同時可防止基板内之離子於製程過程中擴散至銅配線層i 6或5 6内而影響成性質。提供擴散抑制層18或58在防止銅配線層1Θ或5 6成膜後以CVD裝置製備絕緣膜、半導體層時，因銅配線層丄6或5 6熔 1305585

93042TW 點低造成銅擴散進人絕賴、半導體層，更甚者污染其成職置故需此擴 散抑制層18或5 8以抑制銅配線層之擴散。 造成銅配線層1 6或5 6 _金射的擴散，主要來自接觸層盘銅配 線層界面間之擴散。故本發明配線基板！〇或5〇，為了抑制上述銅擴散， 必須使用具織小且雌非晶形構造的擴散抑制則6或5 6以抑制上述 銅與接觸層之界面間擴散。其中本發明提出以氮化鈦⑽）、氮化(_) 等金屬氮化難财效果’控制這些獅的氮含量，就可做出具備微小且 緻密的非晶形構造且不會和其舰線層或電極層互婦散之概抑制膜丄

8 或 5 8 〇 【表1】 以下表1為使用本發明形成如圖1(a)之配線基板1 〇的步驟，分為前 工程步驟1〜7與後卫程步驟8〜u加以說明。 步驟 内容 1 — 洗淨 2 濺錢 MoN 150A Cu 3000A 3 光阻塗布 4 曝光 __ 5 6 溼飯刻 PAN系 7 光阻5¾ 8 9 —----- 10 S5 ~~~ - MoN 500A 光阻塗i - 背面曝光.顯影 1305585

93042TW 11 渔1虫刻 PAN系 12 光阻剝離 本發明配線基板1 〇之前工程步驟1〜7，包括（1 )準備玻璃基板1 2 並加以洗淨的步驟，（2 )在基板1 0上面被覆氮化鉬MoN、氮化鈦TiN 等金屬或金屬氮化膜構成的附著密合層14，並在附著密合層14後進行 ’ 銅層（Cu)被覆的步驟，（3 )在銅層（Cu)上面進行光阻劑塗布的步驟， (4)從光阻劑側進行曝光的步驟，照射到基板12之後，光就會對銅層 % (Cu)上面的光阻劑作用。（5)顯影形成銅配線1 6圖案的步驟，（6) 利用PAN系（Phosphoric/Acetic/Nitric ;磷酸.醋酸·硝酸）等蝕刻液進 行銅層之渔姓刻形成鋼配線層1 6圖案的步驟，（7 )剝離光阻劑的步驟。 此外’上述配線基板1 〇的前工程，大致上乃是和傳統上利用鋁（A1) 製造配線基板的製造工程相同，不須引進新裝置。變更點則有二點，也就 是濺鑛的膜種從鋁A1或鋁-斂合金AiNd變成銅Cu時，以及蝕刻配線pAN 系钱刻液的組成改變。 其次，s兑明本發明配線基板之後段工程步驟8〜u。後段工程包括（8 ) •利用離形成由氮化鉬MoN、氮化鈦TiN等金屬氮化膜構成的擴散抑制層 1 8 ’於銅配線層1 6上進行濺鍍的步κ 9 )在擴散抑制層丄8上面進 '行光阻劑塗布的步驟，（1 〇)從玻璃基板側，將銅Cu層當作光罩進行背 •面曝光然後顯減步驟，（丨糊PAN細職進行祕刻附著密合 層1 4與擴散抑制層1 8的步驟，（丄2 )獅光阻劑的步驟。 圖5 (a)、（b)、（c)分別對應上述步驟的（8)、（9)(丄〇)、（丄^ 的本發明配線基板1 〇剖面圖。即圖5 (a)為將前工程所完成之上述步驟 (1) (7)之基板12上完全披覆附著密合層14與定義出銅配線層1 6圖案上雜擴散抑糖丨8如步驟⑻，圖5㈦表示在擴散抑制層 1305585

93042TW 1 8上進行光Μ 2 0塗布如步驟⑼，接τ來，進行轉（i 〇 )、（工 1)從玻璃基板12表面侧進行的背面曝光，因為使用背面曝光所以銅配 線層圖案1 6區_曝光級如uv光無法通過而麵配線層圖案區uv 光可通過，故進行光M 2 Q之顯料，使得未照光之航線層圖案丄6 '區留下覆蓋於擴散抑制層1 8上，所以，以PAN系钱刻液進行渔姓刻時，。 •如圖5 (C)如上述將光阻層2⑽影且· PAN系蝴液進行紐刻附著 .密合層1 4與擴散抑制層1 8的腿刻步驟，就可在銅配線層工6上只留 下擴散抑制層18地完成圖案。 •根據上述說明製造完成的本發明配線基〇，其中侧該附著密合層丄 4的步驟，可於該圖案化銅配線層丄6 _刻步驟時與銅配線層工6 一起 被钮刻或者於該圖案化該擴散抑制層18的似彳步驟時與該擴散抑制層1 8-起被姓刻’或者於該冑案化該擴散抑制層χ 刻步驟後再行該附 著密合層14的蝕刻步驟。 (實施例1 ) 改變鈦（Τι)與氮化鈦（TiN)進行反應性雜成膜時的氮氣（ν2)添 加量，再以穿透式電子顯微鏡（ΤΕΜ )進行構造解析。其中不添加氮而成 %膜的欽之中，如圖2 U)所示，可發現柱狀的結晶結構。接下來的反應性 麟之中，在氬（Ar)氣上面添加氮氣（n2)，就可改變其結晶構造。氬氣 •與N2氣之比為9 5 : 5時，如圖2⑻所示，上述柱狀結晶結構就會看 . 起來較不顯著。若添加更多的氮氣，讓氬氣與n2氣之比為7 〇 : 3 0，圖 2 (a)的柱狀結晶構造就會消失。此時就可發現類似圖2 (c)緻密、微細 的非晶形構造。 (實施例2) 其次’與實施例1相同’改變反應性濺鍍中的氮氣（N2)添加量，就 可測定成臈的鈦（Ti)、氮化鈦（TiN) 之比阻抗(Resistivity)與表面粗糙度 1305585

93042TW (Rms )如g 3所示。以擴散抑制層⑽著密合層來說，可以控制氣氣比例 之方式來控制其比阻抗與表面粗糙度。由圖3中可知気氣比例越高則其比 阻抗越高但其表面粗糙度則越低即越平坦；而且於3 0%左右之氮氣比例 其比阻抗與表面粗糙度為一穩定之值。所以如圖3所示，氤氣流量如果只 占氬氣加氮氣加總流量的5〜3 0%，在此範圍内可充分做出所需阻抗且 ' 平坦的膜。 ' (實施例3) 實方c*例3之中，為了了解擴散抑制性質（barrier)的評價，本實驗在高 %溫高壓之下進行絕緣破壞之可靠度實驗，實驗的條件於溫度1 5 〇它之條 件下，將膜厚1 5 0 〇A的SiN絕緣膜與本次實驗之被測物質置於一電場 作用下’紀錄其SiN絕緣膜被被測物質擴散而導致其絕緣性降低之時間， 為其壽命(Fail time)以模擬其擴散抑制能力。其中將被測物質製備成圓筒形 的面積為1.3 4 6mm2的試片，被測物質使用（Mo)為對照組，實驗組 分別為銅（Cu)單體、氮添加量30% (N2氣體為氬心氣體的3〇%) 的氮化鈦。由圖4可知，氮氣添加量3 0%(氮氣的量只有氬氣的3 〇%) 之氮化鈦’顯示出於不同的電場作用下，均比銅單體佳而且比對照組（M〇) g佳或幾乎與對照組（Mo)同等的性能，並且證明其充分具備抑制擴散的效 果。另一方面，雖然沒有圖示，但氮氣添加量低於5%(氮氣的量只占5 %)的氮化鈦’不太具備抑制擴散的效果。 (實施例4) 如表2所示，傳統Mo/AINd積層構造與本發明實施形態之一的TiN /Cu/Ti積層構造之比較。就兩種構造而言，擴散抑制層及核心金屬（core metal)厚度’分別為5 〇 〇A與3 0 0 0A。此外，TiN/Cu/Ti積層構造 的附著密合層也就是Ή膜厚度，為1 5 0A。 13⑧ 1305585

93042TW 【表2】 Mo/AINd TiN/Cu/Ti Top Mo TiN Resistivity [Ε—6Ω . cm] 20 200 Thickness [A] 500 500 Core AlNd2% Cu Resistivity [Ε—6Ω · cm] 4.8 2.2 Thickness [A] 3000 3000 Bottom — Ti Resistivity [Ε—6Ω · cm] 0 200 Thickness [A] 0 150 Sheet Resistivity [m Ω /□] 153.8 73.2 根據表2，核心金屬為AINd時，比阻抗為4 . 8以〇cm。相對的，如 果核心金屬疋Cu，比阻抗就是2 . 2 y Qcm。如此一來，配線核心金屬的 比阻抗就會大幅改善。另外，即使把配線當作基層構造，薄板阻抗也會減 少大概一半。Mo/AINd的配線，其薄板阻抗為i 5 4ιηΩ/口 ，相對的， %使用本發明基層構造τwTi，只有7 3□，同樣地較Μ〇/Α· 低。 針對以上與本發明有關、可抑制銅擴散的配線基板，雖然以實施例做 了-兒明’但本發明的配線基板並沒有局限在上述實施例之中。核心金屬乃 疋以銅Cu <以銅Cu為主成份的核心金屬層，而擴散抑制層及附著密合層 在MoN或TiN任何一者之中形成皆可。 本心月乃可防止銅擴散配線基板針之實施型態，主要是以配線 基板1⑽行· ’但本發籠縣板並祕定上記實施雜，也可包含 上述配線基板5 〇等其他形態。 14 ⑧ )1305585 「―————

• 93042TW 竹尹-.1邱3曰修正替換I 另外，本發明可防止銅擴散配線基板的、配線積層構造的各層厚度， 並不侷限於上記實施例4提到的厚度。各層厚度沒有特別限定，因此，上 記積層構造各層厚度比也沒有特別限定。 本發·線基板5⑽製造工程，與上記配線基板i 程大略相 • 同。亦即，本發明配線基板5 0的前工程（2 )，以MoN、Ti、TiN、Ti等 .金屬或金屬氮化膜構成的密著層5 4被覆，然後密著層5 4上面被覆銅層 (〇〇 5 6 ’在這個銅層上面進—步用M〇N、TiN#金屬或金屬氮化膜緊 緊地積層擴散抑制層5 8。接下來，經由上記前工程（3 )〜（7 )，就可 φ得到如圖1 (b)所示、本發明之配線基板5 〇。 除此之外，本發明在不脫離其主旨的範圍之内，可以由各該業者根據 自己的專業知識，進行改良、修正與變更。 銅配線層構成的配線基板特別是液晶電視或個人電腦螢幕及其他顯示 器使用的配線基板，都可應用本發明的成果。 【圖式簡單說明】 【圖1】（a) 75是與本發明有關、可抑制銅擴散的配線基板、形成鋼配線 籲層的部分剖面圖。⑻乃是與本發明的另一種型態有關、可抑制鋼擴散的 配線基板、形成銅配線層的部分剖面圖。 •【圖2】藉由穿透式電子顯微鏡（TEM)拍攝配線構造剖面圖的解析照片， (a)乃是反應性濺錢之中不添加氮（N2)而成膜的擴散抑制㈦乃是反 應陡濺鍍之中’錢與氮氣之比為g 5 : 5而成膜的擴散抑制層⑷乃是 反應性麟之中，氬氣與氮氣之比為7 〇 : 3 〇而成膜的擴散抑制層。 【圖3】改變氬氣與氮氣之比而成膜的擴散抑制層，其比阻抗及表面粗縫 度（R™5)測定值晝成的圖表。 【圖4】乃絕緣破壞壽命試驗之中，被檢測物質是銅（㈤單體、氮化欽 15； r 1305585

93042TW (ΤιΝ ’ ％氣體只佔Ar氣體的3 〇%)、鉬（M〇)電極情況下，根據輸入 各被檢測物質的絕緣破壞壽命與各被制物質電場毅_晝成的圖表。 【圖5】（a)乃與本發财關、可抑細擴散的配線基板、製造步驟⑻ 之2配線層形成部分的剖關。⑻乃與本發明有關、可抑制銅擴散的 _、製程步驟（1 0 )之中細己線層形成部分的剖面圖。（c)乃與 =相、可抑_散_基板、製_ ( i i )之巾細己線層 $成部分的剖面圖。 【圖6】不良之配線結構之圖。 【符號說明】 1〇、5 0 :配線基板 12、5 2 ·基板 14、5 4 :附著密合層 16、56 :銅配線層（核心金屬） 18、5 8 :擴散抑制層 2 0 :光阻層

Claims (1)

1. 、I3〇5585

   93042TW 十、申請專利範圍： h —種配線基板，包括： 一基板，以及 一銅配線層’該銅配線層配置於該基板上方，其中該銅配線層為鋼 或以銅為主要成分；

   一擴散抑制層’ 3亥擴散抑制層配置於該铜配線層上部及側面，且兮 擴散抑制層為含氮之金屬’其中該擴散抑制層與該銅配線層形成一梯形剖 面結構。 2·—種配線基板，包括： 一基板；以及 一銅配線層，該銅配線層配置於該基板上方，其中該銅配線層為銅 或以銅為主要成分； 一附著密合層配置於該銅配線層之下部，其中該附著密合層包括金 屬或含氮之金屬層； 一擴散抑制層，該擴散抑制層配置於該銅配線層上部及側面，且該 擴散抑制層為含氮之金屬，其中該擴散抑制層、該附著密合層與該銅配線 層形成一梯形剖面結構。 3.根據申請專利範圍1或申請專利範圍2所述之配線基板，其中該擴散抑 制層包括擁有非晶形（amorpnous)構造的氮化鋼MoN、I化欽TiN。 4·根據申請專利範圍2所述之配線基板，其中該附著密合層包括擁有非晶 形構造的鉬Mo、氮化鉬m〇N、鈦Ti、1化鈦ΉΝ。 17 1305585 93042TW 5. —種形成配線基板之方法，其步驟包括： 準備一基板； 沈積一附著密合層於該基板上，該附著密合層包括金屬或含氮之金 屬層； 沈積一銅配線層於該附著密合層上，其中該銅配線層為銅或以銅為 主要成分； 圖案化該銅配線層，使其形成一銅配線層圖案；

   沈積一擴散抑制層，該擴散抑制層配置於該銅配線層圖案上且其中 該擴散抑制層為含氮之金屬層； 圖案化該擴散抑制層，使其分布於該銅配線層圖案之上部與侧面， 其中圖案化之該擴散抑制層與該銅配線層圖案形成一梯形剖面結構。 6.根據中請專職圍5所述之方法，其中棚案化該擴散抑繼的步驟包 括： 於該擴散抑制層上塗布一光阻劑； 從玻璃基板側將該銅配線層當作光罩進行背面曝光； 將該光阻細f彡，_滅抑㈣上有絲覆蓋區與練暴露區； 蝕刻該光阻暴露區之該擴散抑制層。 7·根據申請專利範圍5所述之方法，其中_該附著密合層的步驟，可於 該圖案化銅配線層的_步料與舰線層—起被侧或者於韻案化該 擴散抑制層的_轉時與該擴散抑繼—起被_，或者於棚案化該 擴散抑制層_辭驟後再行_著密合層_刻步驟。 18 1305585 93042TW 8_根據申凊專利範圍5所述之方法，其中該附著密合層或該擴散抑制層包 括擁有非晶形構造的I化欽。 9. 根據申請專利範圍8所述之方法，其中於沈積該附著密合層與該擴散抑 •制層之步驟包括進行一氮氣流量佔氬氣加氮氣的總流量比率為5%〜30。/〇之 , 反應性丨賤鍍處理之步驟。 10. 根據申請專利範圍5所述之方法’其中該附著密合層或該擴散抑制層包 |括擁有非晶形構造的氮化鉬。 11. 根據申請專利範圍10所述之方法，其中於沈積該附著密合層與該擴散 抑制層之步驟包括進行一氮氣流量佔氬氣加氮氣的總流量比率為3〇%以下 之反應性濺鑛處理之步驟。 12. 根據申請範圍1所述之配線基板，其中該銅配線層之該側面係一傾斜表 面。

   13.根據申請範圍丨所述之配線基板，其中該基板與形成在該側面之該擴散 抑制層之間形成一純角。 H.根據申請範® 1所述之配線基板，其中該擴散抑制層是一爪光可穿透 材料。 19