TFT阵列基板Cu导线的H202及N0nH202蚀刻液特性研究

TFT阵列基板CTFT阵列基板Cu导线的H202及Non．H202蚀刻液特性研究张骢泷，寇浩毒，陈雅惠，陈虹瑞，王傻，李冠政(深圳市华星光电技术研发中心深圳518132kouhao@tcl．corn)搪薹：本文对应用予唧显示器件上阵列基板的Cu／Metals导线所用H202基JRJNon-H202基刻镳液成分、原理及箕蚀刻特性进行了探讨及研究，采用离子色谱aC。IonQ两硼晒gl印姆)、艇基潞璐等定性、定量分析了如O蔗及N伽．H众萋麴蚀浓中主要的酸种类及其成分，结合主要成分酸的作用艨理对所测试麴蚀液进行了解释、分折，芳对试验结果进行了撵讨；本文根据实验结栗对两种刻蚀液湿蚀刻特性进行了探讨弗得出了初步的结论；根据本次试验结果，啦02基刻蚀液表现出较好的湿蚀刻特性，更适用m显示器件厂商的!盼k。关健词：11叮；湿蚀刻：地02基刻蚀液tNon-Hz％基蚀刻液；Cu／MetalsWetetchingcharacterizationofH202andNon—-H202etchantforTFTCu／metalsConglongZhang，HaoKou霉，YahuiChen，HongruiChen，JunWang，GuanzhengLiResearch＆DevelopmentCenterShenzhenChinaStarOptoelectronicsTechnologyCo，，Ltd．轴enzhen518132kouhao@tcl．tomAbstract：The础compositions，fil搬妇mdwetd她clmracterizationofH20rbaseandNon-H202base曲蝴forOgMemls懈di蚓．med。Thecompo．mtsandtestresultsofH202-base越dNon-H!02baseacidshavebeentestedusinglc(IonChromatography),洲andFIBanalysis．Fromthefimctiomofmainacids,缸mechanismsofHz02-baseandNon-Hz02-beseacids咪discussedmdexplained．Fromtest珥dinli珊珂results,H20rbueetchantforCu／Metalsshowsbetterperfonnm蕊andm帆suitedto研Compeny’smassplDdncti!OILKeywor血：前嘎W髓魄赫玛，Hp2却辩etcham’N蛳．H众蛔c魄j晒I噍'CwWielals1．引言 铜导线褶对于铝具有较低的电阻率(^2弘。珊)及良好的抗电迁移能力【2l。吸引了诸多材料及制程常规应用于液晶显示(LCD)面板阵列基板中的工程师兴趣并进行了较为深入的开发；但在蚀刻制金属导线为铝导线，而阵列基片的性能特征和运行程中，经过离子蚀刻(RIE，reactiveionetch)时，铜金特性部分很大程度土取决于形成阵列式基片各元件的材料。随科等显示终端大尺寸化、高解析度 属会生成氟化铜(CuFf)和氯化铜(CuC6)，在200℃以下为固体，不会气化，因此铜金属无法像铝金属以及驱动频率高速化的趋势及要求．砸板开发商不那样以于式蚀刻的方式制作出导线图案【3l。因此，得不面对阵列系统中电疆及电阻，电容时间延迟及电迁移低等闯题；铝导线较高的电阻率¨伽) 发展用于铜金属湿蚀刻的刻蚀液变的尤为重要。此外，铜与玻璃具有差的粘附性，需要进牙亍下层金属使得TFT像素在高频率下不能够充分充电，而随高层进行过渡【4】；且铜在200℃以下通过互扩散易于频寻址Q120Hz)的广泛应用会更加明显【l】。与硅反应生成具有CuSi，化含物，产生很高的接触电作者简介：寇浩11985-l，‘男，陕西延安人，工程师，工学硕士，主要从事FPD新材料及新制程工作．嘭黜熟熙嚣346阻，因此也需要采用其他金属层进行过渡【51。目前 阻，因此也需要采用其他金属层进行过渡【51。目前 浸泡的方式，通过加温装置保证所需的药液温度较为常用的是采用难熔金属作为过渡的粘结层和 (I-1202基为35℃，Feel3基为30℃)；蚀刻后采用喷阻挡层，例如Mo，Ti等[5-91。 淋的方式用去离子水清洗3．5分钟，后置于恒温80℃的保温炉中进行干燥。本次工作使用具有]0um本文主要研究作用于Cu／Metals的H202基和宽度的Cuslit的版图来验证cIl蚀刻液。参考行业内Non-H202基刻蚀液，研发初期主要集中在用予蚀刻现有制程能力制定出此次验证Cu蚀刻液作用的规液对金属导线的湿刻蚀特性上。目前，行业内已经格，即SingleCDloss(CD,CriticalDimension)为有相关授权的CilIMo结构专利，且根据B．-H。Seo等lum，taper角度为45．60'。本次项目采用的H2Q基人之前的工作表明【7，to]，Cu／Mo金属结构具有明铜刻蚀液储存寿命为6周，FeCl3基铜刻蚀液储存寿显的电化学效应即“接触电极效应”，会在湿式蚀刻命为6个月。过程中产生Cu，Mo金属蚀刻的“反转现象’’，造成高的taper角及undercut现象。因此，我们也配比了 表格2十六点测基Cu／Metals方块呶限测试不含H202的混酸蚀刻液，根据Cu／Metals结构的刻蚀金属结构 16点平均方块电隰效果并结合刻蚀机理对其结果进行了讨论。文章对 不均匀性(250nm尼0me) (创口)我们初期的工作进行了讨论及总结，希望我们的工Cu／Metall Cu／Mo 0．090 1．1％作能够抛砖引玉，促进同行间的相互探讨，旱日使Cu制程能够在生产上得到应用。 Cu／Metal2 a【删 O．092 1．1％2。试验过程3．作用于Cu／Mo导线的№02刻蚀液采用直流磁控溅射设备制备了纯Cu／Mo及纯C“Ti两种金属结构的薄膜，金属厚度设计为Cu薄 3．1H202基刻蚀液基本成分及工作原理膜厚度为250nm，下层的过渡金属Mo或Ti厚度为 在H2砚基刻蚀液中，通常由4部分组成，如表20nm。试验基板采用9inch测试基板(Cottons 格l所示：H202基刻蚀液中氧化荆根据其反应机理1737)，工作区域为20×20cm2，薄膜方阻采用广州及过程主要分为主氧化剂及辅助氧化剩两类，如图四探针电子科技第一分公司Fourtech的l所示为氧化剂中辅助氧化剂的离子色谱(IC，IonRTS-9型测试，薄膜厚度测试采用AmbiosChromatography)测试缩果。technologyXP-2surfaceprof'dometer，垂直分辨率达到IA／]0um满足项目测试要求。为保证所制备薄膜 表格3H202基刻蚀液中主要化学成分厚度、电阻率及均匀性，分别采用9点及16点测氯化剩(Oxidiz,r) 羹合剂量进行测量，幽薄膜(200nm)电阻率优化为 分 抑制剂 器加剂主氯 侧晌g2．16ufkm并调整测量了对应金属结构的电阻率，如 类 辘助氧化剂 Ct,hibitor)(Additive)化剂 ．Seat)表格l及2所示。采用FEI生产的NovaNmoSEM成 氯羹450型SEM设备及FⅨ生产的HeliosNanoLab400S H10l风№·H，SO+挪娜兔 氯基骧类Addl—r3分 仡舍钧型F1B70cusIonBeam)设备进行微观结构的分析。 其中，H202对于Cu及Mo的蚀刻，均能够表现出优良的刻蚀性能，并通过如下反应式进行f3】：表格l九点薄厚测试Mo+3H202tM003+314209点法薄厚测试(1m) 平均厚度(雌) 不均匀性Cu+H202=CuO+H20279．1 282．3 281．3反应产生的M003能够在水中容易溶解，且不会与271．7 281．2 284．4 279。2 2．3％其他溶剂产生影响，因此产生的MD03不会对溶液277．3 283．7 271．6 中的其他成分产生负面影响，可完成Mo层的腐蚀，同时也对予整个蚀刻过程及反应速率不产生影响。本项目工作采用常规的黄光制程进行湿蚀刻用以检验所开发Cll蚀刻液的制程能力，湿蚀刻采用347的l“条件进“什析：¨中的整台刑、抑制剥和游肌制}二篮起f0拧制度I喇￡半和拽性等n：删。的l“条件进“什析：¨中的整台刑、抑制剥和游肌制}二篮起f0拧制度I喇￡半和拽性等n：删。3．2H：O，基刻蚀藏试验结果及机理探讨蛳懈2衙小．为木救j作中来IIIH·0二堆蚀刻涟划蚀的Cuffvlo金槭结构散粜!{(【¨．采川}1观洼确定蚀剿状况．j渖膜恰好铍蚀女0{_=【的时n，J艘定义为嘲I11：(b聃lI蚀斌焉r乜i}}(1C．Ionch。moIo胛曲!卅折 叶f『好蚀刻时问1JErJustEtchTime)．j1：延虹定的蚀刻时间形，莳过蚀划时f"lYOE．OvcrEtch)．探MH时不同的过蚀刘时M求仆忻所耐应的性能指标．井rfcJCur“生的产物CuO．f咀与包含托腐蚀荆-p 将荷台性能指h啪时|1．j段定义为工艺谢的fr机艘、无机酸或-IJ性盐的阴离1’蛙乍反j世『8 I111PreeessWmdo、、)。【q此需篮自8抛讯化荆与混酸进出’t化产生较为稳定的：l#Cu’溶液自Ir反戊J℃： 从蚀刻玷果来污．H10二墟蚀刻液蚀刻cu怖金H结构taper珀度墩性庸．d符叫问点I．偏差挫3CuO‘2HjPOa=CujCP仉)：+3H20 小．CDI∞s目00E时同增加m变人：从sEMf刚；町CuO+H：S仉=CuSOd+H、0 以j．L碰疗小．蚀刻后的膜面棱珀较为r齐．无l"i轻的恻1月ffl(Undercut)现象．应JH于碾产的蚀刘液小__羁3CuO+2HNOt=Cu(NO；)、+H．O ：*要J}订良nr的CDlossflltaperffl．应儿午『’缱HI问垃lmn拊桩艘椿irH9：蚀朝I浊L：㈣LPE瞍蚀 的Processwindo、~也址一项煎要参数．如表格4所到站粜时{：篮从以J．反应A避{r母垴．件结合史断 耵nIq2lI“)2V-蚀女r披刮蚀c洲。盘辅％构≈m魁计：目I斯Jl{I．d2为4{P／,,OE"自Ⅸm()hM为121H／b0E．d5为16(”AO]如^恪49I绌．蚱结台之I谢瞄；述技术}≈格 啦桥j』}行渊情和改进；SingleCDloss仡J盯至(SingleCDIces为lure．1aperm世为45-60。)．静蚀 l20％OEl时nlj阶段均前台技术现格婴求；Proce∞剁¨M产乍的tapcf均胆小介J：45·611。之州fIi年¨对 ivtndowJ‘订160％0E的州洲．这崦昭危分保障在较舟．哒4#较小的偏是叮通j=上耵"I^一m娃j咀过划吐 ：Ii产过程一I·I艺’I虮秆埘壮．“仃·宅J：咤巅义。证勰㈣348&船4&船4fl舢雉瓤蚀液鲥蚀cm^。套城蚰怕l《¨瞧^w 奉次测试呆川的H：O：单刻蚀渡非聚删彪咒放戳2周后的缚波之外．蛳i'l≈J3所小为撕渡^解存件d^蝙呼驯内蛀后一州州州所做：州试拮粜：对比嘲4内容．蚀剥时批(s#) ”f以明显看HfIaDcr较陡蝌．4(怫0E时出现州帑的眺到膜面驶棱栩．触铡一划时叫增加聪明娃的undcrcu[聪蛰nt蹬墩Iqo口放性时州过九H：0：的挥№f。) 垃和整台埘引q制刺埘蚀剿产‘l二的龠崩隔r的螫合作Ⅲ监缓群利时蚀划迷丰的调祭宵咒。lM3II’o，蚺蚀剿聩打艘螭衍"{封f女c【舳盎辊坫柏烛小M肌，I为月T．n为{l啪l：．”为80％01；．¨山120w，l。"山1∞w)l4．作用于Cu／Ti导线的Non—H202基FeCl3刻蚀液 金槭TIfR饨化骥m的氧化{坷)llIr具有优斑的麻合件．埘】‘硫艘、盐酸和硝酸任内的根多无#L艘4．1 Fccb基刻蚀液基车成分及工作原理 冉j仃机醴{；|f盯斑蚶的耐蚀性IIII．W此需要HFfI!为E傩．吡以H】s吼浒液等埘Ti进{t蚀割：此外．奉次Non·H_-O二泉lttFcC]j坫划蚀渡th面常山3(N}L)F等氟醴特作为F的离了潭．并越到缓释荆的部分自l成．蛳表船5所ftFcCIj肚刺蚀液cI·轧化剂件川II2L．ff利1‘F蜾持定的对1i蚀刻迪卑。抖i{I；IJ℃蚀刘H标驶机理j：要碓X,ICu&Tilei囊．蛳舶4所示为韫化剂一I，辅助辑化剂的离r色i*(1c．IonCl"omatograpb)测试结槊。＆惭5FeCI，转鲥蚀涟tpE盟lt学№甜盎台刺毓化刺(0mE埘) ICIldnⅫg m制刺(inhibitor)Cl 隧4rLcI，犟缸蚀臆离l铷(IC．1。nchmmal。蹦y)圈片(NH-们”FKItlI!SONon．H，n'l'FcCl，乐蚀剿渡埘rcu爪金属的蚀349缸徽螺燃燃受蜘F表永：J【th受蜘F表永：J【thr诈小n为反琏刺当 4．2FeCI，基刻蚀液试验结果及机理探讨1三耍作为雕化制健j{}Ti的蚀划：如嘲5所求．为奉次『'怍巾景川Fcclj蚀刻液劐Tl十2H’+F=Tl。十r十H 蚀的Cure台艟结构姓粜j![【片．JⅡ以疗(EJET¨所时JismBIccDloss山l6Sum．m征过肿加过蚀刻时川^J*为虹凡的CDloss．即往40％时即叮逃到竹曲儿rI·的H：s仉1．崾为瞳m性“}H幢所：^i帕pH 2110111，1Incu台心被蚀刻完全扁n盒幅肯较大W肼境．整合刑1j抑制女q总体H十制弛剿迎半的进 膻的，tm坷选j_，J2um^!右。蚌瞰持宅的荆蚀速半．HsNon-II删1．eC[拙gC浓cⅣr1日蚀州mII，IJET．_2斯2I眦)E-”为删％01FcCb牡蚀利泄能昭蚀刘Ⅲ较瓶的laDcrm度·岫 如嘲6所示．为FcC[；眺刘411*／“Oi时FIB照片．jC蚀盘1J膜嗬棱们j蜜为埴橙．小够1p卉敞王I"强的棱从瑚所剐金旌薄膜膜㈣·’m小’h没_仃IB成明显的m羿面．这土耍～cu离r整☆劫和缓样荆对r瞳帕．底堪的"食幅没有完仝蚀刘先争Tr叫轻的残F虻l，划蚀速率彬晌ff较大美系。瞰：对比H^o：氍女U蚀渡．Non·H：01的FeCl，蚀刘液&恃5Nomli．0，辈FeCI持i蚀被纠眦ⅣJj}《fL艟表域 }鉴n4题^r表耻出较大的s雌leCDloss．在JET镕“"M(蛳1 H即钉1656um．n·400／K)E时他逃到2106urn．过人的CDloss盟Tl谩帮婶¨题撇难成蹦J’[程生产SingleC】}b女(w1)【mf。)rtlail(Ⅵn1Imme^l々E：：*Anl·oⅡo¨厂—————1tcom-■■■●■■■■■■”n_：}Anl-obupyt1卜col05，：1：■■■■■■■■■●Ekh●Im一：：^nIw’1一I，¨—■■■■■■■■一瑚6Non-H：O：蚺1wlJ蛙“袱J嗍舭翅咄cⅣn盘辅站}qHI；％“＆帆月#仟旧这I：婴址¨lPl"J!#l液-I；的整台刑椰抑制荆没 l粥所小．n锞用泌泡蚀刘lqIh】：药渡的眭．h．8IFeCI玎仃敬的抑制Fccl，jdcu腆的蚀划．i^J蚀封]TiI?,jF的埘cu雎的蚀剿琏半过快．导致，较人的CDIoss,'&蚀划速率过低·夺能5JFecll仃设地站台：如嘲6朽 5．结论f《浆黑燃350根据以上对H2|02基与Non．I-I：02基Cu导线蚀刻根据以上对H2|02基与Non．I-I：02基Cu导线蚀刻【5】S．Songeta1．Diffusionbarrierperformancesof液工作的探讨并结合TFT显示器件的威用实际，主thinMo，Mo-NandMo／Mo-Nfilmsbetw∞nCuand要得到如下结论； Si叨．ThinSofidFilms，2005(476)142-147．H202基蚀刻液表现出较好的湿蚀刻性能，结果【616Yee-WenYeneta1．Investigationofthermal较为稳定，taper、CDloss能够很好地符合提出的标stabilityofMothL'|-fiimsasthebufferlayerand准，processwindow较为充足能够为届期导入量产variousCumetallizationinterconn∞'fionmaterials时制程优化提供宽裕的时间；forTFT-LCDapplications[J】．ThinSolidFilms，515Non-H20z基蚀亥I液湿蚀刻性能较差，主要表现(2007)，7209-7216．为CDloss和1'i!残留较大，蚀刻棱边凹凸不平，且没有可用的processwindow。 f7】Bo-HyunSco,Sang·HyukLee，In-SunParketa1．EffectofnitricacidonwetetchingbehaviorofCu／Mo6。致谢forTFTapplication[51．CurrentAppliedPhysics．本次工作能够顺利进行得到了研发中心及部1l(2011)，s262-$265．门领导、主管的大力支持和富有建设憔的意见，部【8】Gyoo-ChulJo，Gyconggi-do，led-SungCh∞，门的其他工程师也给予了积极的意见和支持，在此Gyeonggi-do．Etchantandarraysubstratehaving一并向您表示诚挚的感谢。copperlinesetchedbytheetchant．USpatentNo．2004／0242000Ai．参考文献 【9】ChengWeiLin，MoHsunTsai．EtchantcompositionsandetchingmethodformetalsCu／Mo．【l】1YYoshida,YKikuchi，S．Daty,andM．Sugino．USpatentNo．2010／0301010A1+ImageQuality Improvements in Large-ScreenLC-TV[J]。SID05Digest,1852—1855． 【10】Bo-HyunSeo，Jae-HongJe