TWI338171B - Display device and wiring structure and method for forming the same - Google Patents

Description

修正日期：99年6月1〇曰 第941〗41〇5號專利說明書修正本 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種導線結構，特別是有關於一種適 用於顯示裝置之銅導線結構及其製造方法，其可改善薄膜 覆盍度（film coverage )並簡化製程。 【先前技術】 典型的液s日日顯示器包括：—薄膜電晶體（ tranSlst〇r，TF丁）基板、-濾光片（c〇1〇rfiher，cF)基板、 以及位於薄膜電晶體基板與濾光片基板之間的液晶層。薄 膜電晶體基板包含了複數個由資料線與掃描線所構成的 畫素以及由複數電子元件所構成的畫素驅動電路，例如薄 膜電晶體及電容。在傳統的技術中，連接薄膜電晶體的導 線（資料線及掃描線）所用之材質為鋁、鉻、鉬、或鎢， 其中由於1呂具有較高的導電度，通常被用作閘極線（掃描 線）。然而，隨著液晶顯示器尺寸增加及解析度的提高， 口凡號延遲效應（resistance_capacitanceRCdeIaye沿“）必 須進-步改善之。因& ’近來製造者以銅取代铭金屬作為 液晶顯示器導線材料有增加的趨勢，因為銅的導電度高於 鋁。 ' 然而，銅難以蝕刻且不易控制銅導線邊緣斜度（taper angie)，導致後續薄膜沉積的覆蓋度（c〇verage)降低。 再者，銅易與矽反應而形成銅矽化物（如：CwSi )，影響 元件的电特性。再者，銅原子易於氧化矽中擴散，使元件 修正日期：99年6月10日 第941M105號專利說明書修正本 具有較高的漏電流。再者，銅金屬層與下方的玻璃基板之 間的接合強度（adhesion strength)不佳。因此，以銅金 屬來製作導線時，增加製程困難度及降低元件的電特性及 可靠度。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種導線結構及其製造方 法，其藉由一感光性保護層來控制金屬層邊緣之斜度 (藉以改善薄膜覆蓋度（film coverage )。 再者’藉由阻障層來增加導線與基板之接合強度並防止導 線中原子的擴散。再者，其藉㈣嵌製㈣製備金屬導 線’以避免金屬不易蝕刻的問題。 、本發明之-實施例在於提供一種導線結構，其包括： 料η::阻障層、一金屬、、及-感光性低介電材 料。阻Ρ早層設置於透明基板上。金屬層設置於阻障厚 1而感光性保護層設置於阻障層上，並形成於金屬層: 本發明之另一實施例在於提供—種導線結構 方法。於一透明基板上形成一 感光性低介電材料圖案層二==上形成- 圖案層，性移除感光性低介電材料 移除未㈣^ 形成—感光性低介電材料層。 4先性保瘦層及金屬層所覆蓋之阻障層。 下文二t::月之上述目的、特徵和優點能更；顯易懂， 、貫施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 1338171 第94】〗4丨〇5號專利說明書修正本 【實施方式】

第1E圖係繪示出本發明第一實施例之導線結構】〇〇 之剖面不意圖。此導線結構100可適用於顯示裝置中，例 如液晶顯示裝置、電激發光顯示裝置或其他平面顯示裝 置，其顯示裝置係包括：一透明基板丨〇】 '第一及第二阻 障層1〇2及n〇、一金屬層1〇8以及一感光性保護層丨丨2。 在本實施例中，第一阻障層1〇2係設置於透明基板ι〇ι 上，且其材質係可為導電材質，舉例而言，第一阻障層 1〇2之材質可選自鉬（M〇)、鎢（w)、鉬鎢合金（m〇w)、

修正日期："年6月10日 鉻（C〇、鈕（丁3)、鈦（Ti)、氮化鈦（TiN)、鈦鎢合金 (丁^)、鍵（Rh)、銖（Re)、釕（Ru)或銘（c〇)。在 另一貫施例中，第一阻障層1〇2亦可為非導電材質且可選 自：機聚合物或無機物質（如：SiC、SiN、金屬氧化物或 .、匕材料）。金屬層！ 〇8，例如銅金屬層，係設置於第一 ί5障層102上。另外，可在第一阻障層丨〇2與金屬層1 之間選擇性設置-黏著層1〇3,其材質可選自金屬氧化 物、金屬氮化物、金屬或其組合。該金屬氧化物，例如： ㈣ kuw __ Un QXide’ ITC))，鋅氧化物(_麵 ZmC〇Xlde，IZ〇)層、铭辞氧化物（aiumi_-d叩edZincoxide, AZ〇) #鋅氧化物（eadmiumtinoxide, CTO)或其它金 屬氧化物。該金屬氮化物’例如：氮化麵（_ ni、tride， Ιι化鈦（titaniumnhride，TiN)或其它之金屬氮化 物。該金屬，例如··趣（Untalum，Ta)、欽⑽㈤細，丁〇 :、”匕至屬在本只施例中，第二阻障層Η 〇則設置於金 努層⑽上’ 其材f係可為導電材質，舉例而言，第二 7 第941 HI05號專利說明書修正本 修正曰期：99年6月]0日 阻障層no之材質可選自銘、錦（Ni)或含有上述至小— 種金屬之合金。在另-實施例中，第二阻障層uG _ 非導電材質。第一及第二阻障層1〇2及ιι〇及位於兩者之 間的金屬| 1〇8係構成-複合導線層。感光性保護層山 係設置於第—阻障層102上，並形成於金屬層1〇8之二側 側壁。感光性保護層m可為—低介電材料，且盆介電常 數範圍大約為2·….4。在本實施例中，感光性保；層 ]12包括一含氮之矽氧化合物’例如 (ph〇t〇sensitive-methy丨silazane )或其它類似性質之化合 以下配合第1A至1E圖說明本發明第一實施例之導 線結構之製造方法剖面示意圖。首先，請參照第ia圖， 提供一透明基板101，例如一玻璃基板。接著，在清洗透 明基板101之後，依序在透明基板1〇1上形成第—阻障層 102及感光性材料層104。在本實施例中，第一阻障層 可藉由濺鍍法（physical Vapordep〇siti〇n，pVD)形成、化 子氣相沈積法（chemical vapor deposition, CVD)形成或 旋轉塗佈方法（spin_on)形成之’其厚度範圍大約為2〇 奈米（nm )至200奈米。第一阻障層1〇2係用以加強透 明基板ιοί與後續金屬導線之間的接合強度（adhesi〇n strength )〇另外，可於形成感先性材料層工之前，在第 一阻障層102上選擇性形成一黏著層（adhesi〇n 】ayer) 103，用以再加強第一阻層1〇2與後續金屬導線之間的接 合強度（adhesion strength) ’而黏著層1〇3之材料，可包 括：金屬氧化物、金屬氮化物、金屬或其組合。感光性材 1338171 修正日期：99年6月】0曰 弟941]4] 05號專利說明書修正本 料層1 04包括一低介電材料，例如ps_MSZ或其它類似性 質之化合物。 接著，藉由一光罩】05，例如半透光罩（haif_t〇ne mask)或栅狀光罩（sIlt_pattern mask)，對感光性材料層 1〇4實施一微影製程，以在黏著層1〇3上形成一感光性材 料圖案層】06’其具有露出黏著層】〇3的一開口】〇心，用 以定義一導線區，如第1B圖所示。由於光罩1〇5具有三 個不同透光度的透光區域1〇5a、】〇5b、及1〇5c，使得感 • 光性材料圖案屬106具有一第-部份腕與開口 106“目 鄰及自第一部份l〇6a側向延伸之一第二部份1〇讣，其中 第一部分106a之厚度較厚於第二部分]〇补。舉例而言， 對應方：開口 1 〇6c的透光區域j 〇5a之透光度係高於對應於 •第二部份]06b的透光區域l〇5c，而透光區域1〇5c之透光 ，度係高於對應於第-部份购的透光區域脈。此處， 第—4刀106a之厚度範圍大約為1000奈米至3000奈米， 而第二部分l〇6b之厚度係小於2500奈米。 _ 接者，凊参照第1C圖，於開口 l〇6c中形成作為導 線的金屬層1 08，例如銅金屬層，以利用鎮截方式解決 銅金屬不易姓刻的問題。銅金屬層108係依照第-阻障芦 似之導電與否來決定形成方法。若第一阻障層1〇2之二 =選用導電材質’鋼金屬f 1〇s係使用電化學錄法形 若第-阻障層1〇2之材質係選用非導電材質，鋼金屬 二—08 :使用热電電鍍法或化學電鍍法形成。舉例而言， n P早層1 〇2為導電材質’銅金屬層]08係藉由電化學 X成之且其厚度小於感光性材料圖案層106之-第 9 1338171 第94】Μ】05號專利說明書修正本 修正曰期 :99年6月]〇日 一部份1 06a。如之前所述，銅易與矽反應或易於氧化矽中 擴散。另外，露出的銅金屬由於反應性強，而易於後續的 化學/儿積製程及乾式蝕刻製程中污染製程機台。因此，需 在銅金屬層1 08上方形成一阻障層。在本實施例中，係藉 f電化學鍍法在銅金屬層】08上形成—第二阻障層】 弟阻卩早層1 I 〇係包括始、鎳或含有上述至少一種金屬之 合金，且其厚度範圍大約為5奈米至5〇奈米。 接下來，請參照第ID圖，選擇性移除感光性材料圖

本曰106以在金屬層I 〇8之二側側壁形成一感光性保護 層露出黏著層1〇3。在本實施例中，感光性保護層 】12可藉由乾式蝕刻具有不同厚度的感光性材料圖案層 1〇6形成之。此處，感光性保護们12具有漸細（鄉打） 輪廓，且其上表面大體切齊第二阻障層丨之上表面。具 有漸細輪廟的感光性保護層112，可改善薄 提

高製程良率。 K

最後，請參照第1E圖，利用感光性保護層112及第 一阻障層]1 G作為姓刻罩幕來移除露出的黏著| 及其 下方的第-阻障層！ 〇2 ’以完成導線結構⑽之製作。 、下配。第2A至2F圖說明本發明第二實施例之導 線結構之製造方法剖面示意圖。首先，請參^ 2a^ =透明基板2〇1，例如-玻璃基板。接著，在清洗透 明土板2〇1之後，在透明基板2〇1上形成第一 為導電材質，舉例而言，第-阻障層2。2;材 質可選自鉬、鎢、鉬鎢合全 尸 厶八、你η '孟鉻鈕、鈦、氮化鈦、鈦鎢 。孟，、·.、釕或録。在另—實施例中，第—阻障層 修正日期：99年6月]0日 第94丨14105號專利說明書修正本 亦可為非導E材質且可選自有機聚合物或無機物質 (如* SlC、SlN、金屬氧化物或其它材料）。在本實施例 中二第一阻障層202可藉由賤錢法形成（PVD)形成、化 子氣相積法（C VD )形成或旋轉塗佈方法（spin,)形 成之’其厚度範圍大約為20奈米至2〇〇奈米。第一阻障 層202,用以加強透明基板2〇1與後續金屬導線之間的接 合強度（adhesion strength)。另外，可在第—阻障層2〇2 上运擇性形成-黏著層2G3，而黏著層2〇3之材料，可包 7:金屬氧化物、金屬氮化物、金屬或其組合，以進一步 提升接合強度。該金屬氧化物，例如：銦錫氧化物（比 tin oxide，ITO)、銦鋅氧化物（indium zinc 層、 ^ ^ ( aluminum-doped zinc 〇xide, AZO ) ^ ^ (cadmium tinoxide，CT〇)或其它金屬氧化物。該金屬氮 化物例如·氮化钽（tantalum nitride, TaN)、氮化鈦 (Utaniumnitride，TiN)或其它之金屬氮化物。該金屬， 例=·组（tamalum，Ta)、鈦（titanium，Ti)或其它金屬。 接者’在黏著層203上形成-感光性材料圖案層2〇6，其 具有露出黏著層203的一開口 2〇6a，用以定義一導線區’: 感光性材料圖案層2〇6包括一低介電材料，例如ps_Msz 或其它類似性質之化合物。 接者，請蒼照第2B ®，於開口 2〇6a中形成作為導 線的-金屬層208,例如銅金屬層。銅金屬層綱係可依 照第-阻障層202之導電與否來決定形成方法。若第一阻 障層202之材質係選用導電材f，銅金制抓係使用電 化學錢形成’若卜阻障層2G2之材質係選用非導電材 1338171 第94Π4105號專利說明書修正本 修正曰期：99年6月10曰 2 ’銅：屬層208係使用無電電鍍法或化學電鍍法形成。 鋅第一阻障層2〇2為導電材質，銅金屬層208係 錯由電化學鐘法形成之，且其厚度小於感光性材料圖案層 接著’在銅金屬|細上形成—第二阻障層21〇, 在Ϊ實施例中，可藉由電化學錄法在銅金屬層雇上形成 1二阻障層210。第二阻障層21〇係包括銘、鎳或含有 至/—種金屬之合金，且其厚度範圍大約為5奈米至 不*。此處’感光性材料圖案層2〇6之上表面 齊第二阻障層210之上表面。 上汾ί下來’請參照第2C圖，於感光性材料圖案層206 =-光阻層川’並覆蓋金屬層上方的第二阻障 層：之後，圖案化光阻層211，以形成—細呆護層 其復盍苐二阻障層21〇並局部覆蓋金屬層酬之二 側的感光性材料圖案層206,如第2D圖所示。 Μ接下來，請參照第2Effi，移除未被㈣保護層213

俊盖之感光性材料圖幸芦，丨、，+人θ M 十圖案層206，以在金屬層208之二侧側 漸細㈣的感光性保護層214並露出恭著 最後，請參照第2F圖，在去除飯刻保護層2u =用感光性保護層214及第二阻障層2ι〇作為姓刻罩幕 出的黏著層203及其下方的第-阻障層202,以 元成導線結構200之製作。 由於銅導線係以電化學鍍法形成 :’可有效降低製作成本。再者，銅導線上;

層’可改善銅金屬與下方玻璃基板及上方閉極介電層（J 12 1338171 第则働號專麵鴨修正本 修正日期："年6月丨〇日 化石夕）之間的接合強度並防止銅氧化、擴散、形成矽化物、 及污染製程機台。再者，銅導線兩側形成有具斜度的感光 性保護層，可改善薄膜II芸痒 m , 。珥犋復盍度。因此，根據本發明 結構可簡化製程、降低萝竹古、士 、，说 - 雖然本發明已β較 幻j在度 限定太菸明,,乂仏男'她例揭路如上，然其並非用以 ,φ. .. m ^ …、白此項技蟄者，在不脫離本發明之精 砷和章巳圍内，當可竹 十私m槓 更動與潤飾’因此本發明之伴鳟r円 當視後附之申請專刺月您保。曼靶圍

寻矛J摩巳圍所界定者為準。

13 1338171 第941】4】05號專利說明書修正本 修正曰期：99年6月丨〇日 【圖式簡單說明】 第IA至〗E圖係繪不出根據本發明第一實施例之導線結構 之製造方法剖面示意圖。 第2A至2F圖係繪不出根據本發明第二實施例之導線結 之製造方法剖面示意圖。 再 【主要元件符號說明】 鲁 100、200〜導線結構； 101、20]〜透明基板； ’ 102、202〜第一阻障層； 103、203〜黏著層； 1 104〜感光性材料層； - 105〜光罩； 105a、l〇5b、l〇5c〜透光區域； 1〇6 ' 206〜感光性材料圖案層； 106a〜第一部分； 106b〜第二部分； 106c 、 206a〜開口； 108、208〜金屬層； 110、210〜第二阻障層； 11 2、2 14〜感光性保護層； 2 11〜光阻層； 21 3〜姓刻保護層。 14

Claims (1)

1338171 第則4]05號專利說明書飯本 修正日_ : 99年6月1〇日: 十、申請專利範圍： 1. —種導線結構，包括： ！ Ί 一透明基板； ’ 一第一阻障層，設置於該透明基板上； —金屬層，設置於該第/阻障層上；以及 —感光性低介電材料層，設置於該第一阻障層上’並形成 於i玄金屬層之二側。 2. 如申請專利範圍第丨項所述之導線結構，其中該第一阻 障層包括導電材質且選自鉬、鎢、鉬鎢合金'鉻、钽、鈦'氮 •化鈦、欽鎢合金、錢、銖、在了或钻。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之導線結構，其中該第一阻 障層包括非導電材質。 4.如申請專利範圍第1項所述之導線結構’更包括一第二 阻障層，設置於該金屬層上。 ; 5·如申請專利範圍第4項所述之導線結構，其中該第二阻 障層係包括鈷、鎳或含有上述至少一種金屬之合金。 6.如申請專利範圍第1項所述之導線結構，其中該金屬層 •係-銅金屬層。 7·如申請專利範圍第1項所述之導線結構，其中該感光性 低介電材料層的介電常數範圍大約為2.7至3.4。 8.如申請專利範圍第1項所述之導線結構’其中該感光性 低介電材料層包括一含氮之矽氧化合物。 9·如申請專利範圍第1項所述之導線結構，更包括一黏著 層’ δ又置於該第—阻障層與該感光性低介電材料層之間。 1 〇.如申請專利範圍第9項所述之導線結構，其中該黏著層 包括金屬氧化物、金屬I化物、金屬或其組合。 15 1338171 第941Μ] 05號專利說明書修正本 修正日期：99年6月1 〇日 11. 種顯不裝置’係包含如申請專利範圍第1項所述之導 線結構。 12. —種如申請專利範圍第〗項所述之導線結構之製造方 法，包括： 形成一第一阻障層於一透明基板上； 形成感光性低介電材料圖案層於該第一阻障層上，其具 有一開口而露出該第一阻障層； 形成一金屬層於該開口中； 選擇性移除該感光性低介電材料圖案層，以在該金屬層之 二側形成一感光性低介電材料層；以及 移除未被該感光性低介電材料層及該金屬層所覆蓋之該 第一阻障層。 13·如申晴專利範圍第12項所述之導線結構之製造方法， 其中該感光性低介電材料圖案層之形成，包括： 形成一感光性低介電材料層於該第一阻障層上；以及 圖案化該感光性低介電材料層，以在其中形成該開口； 其中該感光性低介電材料圖案層具有一第一部份與該開 口相鄰及自該第—部份側向延伸之-第二部份，且該第-部分 之厚度較厚於該第二部分。 14. 如申請專利範圍第13項所述之導線結構之製造方法， 其中該第一部分之厚度範圍大約為1000奈米至3〇〇〇奈米。 15. 如申睛專利範圍第13項所述之導線結構之製造方法， 其中該第二部分之厚度係小於2500奈米。 16. 如申請專利範圍第12項所述之導線結構之製造方法， 其中泫金屬層係利用電化學鍍法形成於該開口中。 η.如申請專利範圍第12項所述之導線結構之製造方法， 16 1338171 第94114〗〇：5號專利說明雜正本 修正曰期：99年6月10曰 ’、中"玄感光性低介電材料圖案層係藉由一半透光罩或柵狀 罩形成之。 1 8.如申請專利範圍第12項所述之導線結構之製造方法， /、中該第一阻障層之厚度範圍大約為2〇奈米至2〇〇奈米。 I9·如申請專利範圍第12項所述之導線結構之製造方法， 其中該第一阻障層包括導電材質且選自於鉬、鎢、鉬鎢合金、 鉻纟-、鈦、氮化鈦、鈦鎢合金、铑、銖、釕或鈷。

20‘如申請專利範圍第12項所述之導線結構之製造方法， 其中該第一阻障層包括非導電材質。 ， -1.如申請專利範圍第12項所述之導線結構之製造方法， 更包括形成—第二阻障層在該金屬層上。 ’ ’ 如申巧專利範圍第2 1項所述之導線結構之製造方法， ，、該第二阻障層之厚度範圍大約為5奈米至50奈米。 ^如巾請專利範圍第21項所述之導線結構之製造方法， :合i。一阻障層係包括包括鈷、鎳或含有上述至少-種金屬 其中該::::::=21項所述之導線结構之製造方法 ”利用電化學锻法形成於該金屬層上。 25. 如中請專利範圍第㈣所述之 其中該金屬層係為-鋼金屬f 心方去 26. 如申請專利範圍第12項所述 其中該感光性低介带从」 供心衣化方法 至3.4。 低"电材料圖案層的介電常數範圍係大約為2 月寻利乾圍第】2項所述之導線結 其中錢紐低介電_ K “方法 2δ.如申請專利〜 氧化合物。 】章已圍第12項所述之導線結構之製造 1338171 第94114105號專利說明書修正本 ibi曰期：卯年6月]〇曰 其中選擇性移除該感光性低介電材料圖案層，包括： 金屬：成一光阻層於該感光性低介電材料圖案層上，並覆蓋該 圖案化該光阻層， 並局部覆蓋該金屬層之 及 以形成一蝕刻保護層，其覆蓋該金屬層 二側的該感光性低介電材料圖案層；以 。移除未被該姓刻保護層覆蓋之該感光性低介電材料圖案 層。 29. 如申請專利範圍第28項所述之導線結構之製造方法， 更包括形成一第二阻障層在該金屬層上。 30. 如申請專利範圍帛29項所述之導線結構之紫造方法 其中該第二阻障層之厚度範圍係大約為5至50奈米。’ 如申請專利範圍第29項所述之導線結構之製造方法， 其：該第二阻障層係包括包括鈷、鎳或含有上述至少一種金屬 之合金。 32.如申請專利範圍第29項所述之導線結構之製造方法， 其中該第二阻障層係利用電化學鍍法形成於該金屬層上。 ^3.如申請專利範圍第12項所述之導線結構之製造方法， 更包括在該第-a障層肖該感光性低介電材料圖案層之 成一黏著層。 ’ j4’如申凊專利範圍第33項所述之導線結構之製造方法， 其中該黏著層包括金屬氧化物、金屬氮化物、金屬或其組合。 18 1338171 ' 第94114105號專利說明書修正本 修正日期：99年6月10日 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第1E圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 100〜導線結構； 101〜透明基板； • 102〜第一阻障層； • 103〜黏著層； 1 08〜金屬層； Π0〜第二阻障層； • 112〜感光性保護層。 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化 學式：無。