TFT陣列基板Cu導線的H202及N0nH202蝕刻液特性研究

TFT陣列基板CTFT陣列基板Cu導線的H202及Non．H202蝕刻液特性研究張驄瀧，寇浩毒，陳雅惠，陳虹瑞，王傻，李冠政(深圳市華星光電技術研發(fā)中心深圳518132kouhao@tcl．corn)搪薹：本文對應用予唧顯示器件上陣列基板的Cu／Metals導線所用H202基JRJNon-H202基刻鑣液成分、原理及箕蝕刻特性進行了探討及研究，采用離子色譜aC。IonQ兩硼曬gl印姆)、艇基潞璐等定性、定量分析了如O蔗及N伽．H眾萋麴蝕濃中主要的酸種類及其成分，結(jié)合主要成分酸的作用艨理對所測試麴蝕液進行了解釋、分折，芳對試驗結(jié)果進行了攆討；本文根據(jù)實驗結(jié)栗對兩種刻蝕液濕蝕刻特性進行了探討弗得出了初步的結(jié)論；根據(jù)本次試驗結(jié)果，啦02基刻蝕液表現(xiàn)出較好的濕蝕刻特性，更適用m顯示器件廠商的!盼k。關健詞：11叮；濕蝕刻：地02基刻蝕液tNon-Hz％基蝕刻液；Cu／MetalsWetetchingcharacterizationofH202andNon—-H202etchantforTFTCu／metalsConglongZhang，HaoKou霉，YahuiChen，HongruiChen，JunWang，GuanzhengLiResearch＆DevelopmentCenterShenzhenChinaStarOptoelectronicsTechnologyCo，，Ltd．軸enzhen518132kouhao@tcl．tomAbstract：The礎compositions，fil搬婦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髓魄赫瑪，Hp2卻辯etcham’N螄．H眾蛔c魄j曬I噍'CwWielals1．引言 銅導線褶對于鋁具有較低的電阻率(^2弘。珊)及良好的抗電遷移能力【2l。吸引了諸多材料及制程常規(guī)應用于液晶顯示(LCD)面板陣列基板中的工程師興趣并進行了較為深入的開發(fā)；但在蝕刻制金屬導線為鋁導線，而陣列基片的性能特征和運行程中，經(jīng)過離子蝕刻(RIE，reactiveionetch)時，銅金特性部分很大程度土取決于形成陣列式基片各元件的材料。隨科等顯示終端大尺寸化、高解析度 屬會生成氟化銅(CuFf)和氯化銅(CuC6)，在200℃以下為固體，不會氣化，因此銅金屬無法像鋁金屬以及驅(qū)動頻率高速化的趨勢及要求．砸板開發(fā)商不那樣以于式蝕刻的方式制作出導線圖案【3l。因此，得不面對陣列系統(tǒng)中電疆及電阻，電容時間延遲及電遷移低等闖題；鋁導線較高的電阻率¨伽) 發(fā)展用于銅金屬濕蝕刻的刻蝕液變的尤為重要。此外，銅與玻璃具有差的粘附性，需要進牙亍下層金屬使得TFT像素在高頻率下不能夠充分充電，而隨高層進行過渡【4】；且銅在200℃以下通過互擴散易于頻尋址Q120Hz)的廣泛應用會更加明顯【l】。與硅反應生成具有CuSi，化含物，產(chǎn)生很高的接觸電作者簡介：寇浩11985-l，‘男，陜西延安人，工程師，工學碩士，主要從事FPD新材料及新制程工作．嘭黜熟熙囂346阻，因此也需要采用其他金屬層進行過渡【51。目前 阻，因此也需要采用其他金屬層進行過渡【51。目前 浸泡的方式，通過加溫裝置保證所需的藥液溫度較為常用的是采用難熔金屬作為過渡的粘結(jié)層和 (I-1202基為35℃，F(xiàn)eel3基為30℃)；蝕刻后采用噴阻擋層，例如Mo，Ti等[5-91。 淋的方式用去離子水清洗3．5分鐘，后置于恒溫80℃的保溫爐中進行干燥。本次工作使用具有]0um本文主要研究作用于Cu／Metals的H202基和寬度的Cuslit的版圖來驗證cIl蝕刻液。參考行業(yè)內(nèi)Non-H202基刻蝕液，研發(fā)初期主要集中在用予蝕刻現(xiàn)有制程能力制定出此次驗證Cu蝕刻液作用的規(guī)液對金屬導線的濕刻蝕特性上。目前，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)格，即SingleCDloss(CD,CriticalDimension)為有相關授權的CilIMo結(jié)構專利，且根據(jù)B．-H。Seo等lum，taper角度為45．60'。本次項目采用的H2Q基人之前的工作表明【7，to]，Cu／Mo金屬結(jié)構具有明銅刻蝕液儲存壽命為6周，F(xiàn)eCl3基銅刻蝕液儲存壽顯的電化學效應即“接觸電極效應”，會在濕式蝕刻命為6個月。過程中產(chǎn)生Cu，Mo金屬蝕刻的“反轉(zhuǎn)現(xiàn)象’’，造成高的taper角及undercut現(xiàn)象。因此，我們也配比了 表格2十六點測基Cu／Metals方塊呶限測試不含H202的混酸蝕刻液，根據(jù)Cu／Metals結(jié)構的刻蝕金屬結(jié)構 16點平均方塊電隰效果并結(jié)合刻蝕機理對其結(jié)果進行了討論。文章對 不均勻性(250nm尼0me) (創(chuàng)口)我們初期的工作進行了討論及總結(jié)，希望我們的工Cu／Metall Cu／Mo 0．090 1．1％作能夠拋磚引玉，促進同行間的相互探討，旱日使Cu制程能夠在生產(chǎn)上得到應用。 Cu／Metal2 a【刪 O．092 1．1％2。試驗過程3．作用于Cu／Mo導線的№02刻蝕液采用直流磁控濺射設備制備了純Cu／Mo及純C“Ti兩種金屬結(jié)構的薄膜，金屬厚度設計為Cu薄 3．1H202基刻蝕液基本成分及工作原理膜厚度為250nm，下層的過渡金屬Mo或Ti厚度為 在H2硯基刻蝕液中，通常由4部分組成，如表20nm。試驗基板采用9inch測試基板(Cottons 格l所示：H202基刻蝕液中氧化荊根據(jù)其反應機理1737)，工作區(qū)域為20×20cm2，薄膜方阻采用廣州及過程主要分為主氧化劑及輔助氧化剩兩類，如圖四探針電子科技第一分公司Fourtech的l所示為氧化劑中輔助氧化劑的離子色譜(IC，IonRTS-9型測試，薄膜厚度測試采用AmbiosChromatography)測試縮果。technologyXP-2surfaceprof'dometer，垂直分辨率達到IA／]0um滿足項目測試要求。為保證所制備薄膜 表格3H202基刻蝕液中主要化學成分厚度、電阻率及均勻性，分別采用9點及16點測氯化剩(Oxidiz,r) 羹合劑量進行測量，幽薄膜(200nm)電阻率優(yōu)化為 分 抑制劑 器加劑主氯 側(cè)晌g2．16ufkm并調(diào)整測量了對應金屬結(jié)構的電阻率，如 類 轆助氧化劑 Ct,hibitor)(Additive)化劑 ．Seat)表格l及2所示。采用FEI生產(chǎn)的NovaNmoSEM成 氯羹450型SEM設備及FⅨ生產(chǎn)的HeliosNanoLab400S H10l風№·H，SO+挪娜兔 氯基驤類Addl—r3分 仡舍鈞型F1B70cusIonBeam)設備進行微觀結(jié)構的分析。 其中，H202對于Cu及Mo的蝕刻，均能夠表現(xiàn)出優(yōu)良的刻蝕性能，并通過如下反應式進行f3】：表格l九點薄厚測試Mo+3H202tM003+314209點法薄厚測試(1m) 平均厚度(雌) 不均勻性Cu+H202=CuO+H20279．1 282．3 281．3反應產(chǎn)生的M003能夠在水中容易溶解，且不會與271．7 281．2 284．4 279。2 2．3％其他溶劑產(chǎn)生影響，因此產(chǎn)生的MD03不會對溶液277．3 283．7 271．6 中的其他成分產(chǎn)生負面影響，可完成Mo層的腐蝕，同時也對予整個蝕刻過程及反應速率不產(chǎn)生影響。本項目工作采用常規(guī)的黃光制程進行濕蝕刻用以檢驗所開發(fā)Cll蝕刻液的制程能力，濕蝕刻采用347的l“條件進“什析：¨中的整臺刑、抑制剝和游肌制}二籃起f0擰制度I喇￡半和拽性等n：刪。的l“條件進“什析：¨中的整臺刑、抑制剝和游肌制}二籃起f0擰制度I喇￡半和拽性等n：刪。3．2H：O，基刻蝕藏試驗結(jié)果及機理探討螄懈2衙小．為木救j作中來IIIH·0二堆蝕刻漣劃蝕的Cuffvlo金槭結(jié)構散糶!{(【¨．采川}1觀洼確定蝕剿狀況．j瀋膜恰好鈹蝕女0{_=【的時n，J艘定義為嘲I11：(b聃lI蝕斌焉r乜i}}(1C．Ionch。moIo胛曲!卅折 葉f『好蝕刻時問1JErJustEtchTime)．j1：延虹定的蝕刻時間形，蒔過蝕劃時f"lYOE．OvcrEtch)．探MH時不同的過蝕劉時M求仆忻所耐應的性能指標．井rfcJCur“生的產(chǎn)物CuO．f咀與包含托腐蝕荊-p 將荷臺性能指h啪時|1．j段定義為工藝謝的fr機艘、無機酸或-IJ性鹽的陰離1’蛙乍反j世『8 I111PreeessWmdo、、)。【q此需籃自8拋訊化荊與混酸進出’t化產(chǎn)生較為穩(wěn)定的：l#Cu’溶液自Ir反戊J℃： 從蝕刻玷果來污．H10二墟蝕刻液蝕刻cu怖金H結(jié)構taper珀度墩性庸．d符叫問點I．偏差挫3CuO‘2HjPOa=CujCP仉)：+3H20 ?。瓹DI∞s目00E時同增加m變?nèi)耍簭膕EMf剛；町CuO+H：S仉=CuSOd+H、0 以j．L碰療小．蝕刻后的膜面棱珀較為r齊．無l"i輕的惻1月ffl(Undercut)現(xiàn)象．應JH于碾產(chǎn)的蝕劉液小__羈3CuO+2HNOt=Cu(NO；)、+H．O ：*要J}訂良nr的CDlossflltaperffl．應兒午『’繾HI問垃lmn拊樁艘椿irH9：蝕朝I濁L：㈣LPE瞍蝕 的Processwindo、~也址一項煎要參數(shù)．如表格4所到站糶時{：籃從以J．反應A避{r母垴．件結(jié)合史斷 耵nIq2lI“)2V-蝕女r披刮蝕c洲。盤輔％構≈m魁計：目I斯Jl{I．d2為4{P／,,OE"自Ⅸm()hM為121H／b0E．d5為16(”AO]如^恪49I絀．蚱結(jié)臺之I謝瞄；述技術}≈格 啦橋j』}行淵情和改進；SingleCDloss仡J盯至(SingleCDIces為lure．1aperm世為45-60。)．靜蝕 l20％OEl時nlj階段均前臺技術現(xiàn)格嬰求；Proce∞剁¨M產(chǎn)乍的tapcf均膽小介J：45·611。之州fIi年¨對 ivtndowJ‘訂160％0E的州洲．這崦昭危分保障在較舟．噠4#較小的偏是叮通j=上耵"I^一m娃j咀過劃吐 ：Ii產(chǎn)過程一I·I藝’I蟣稈塒壯．“仃·宅J：咤巔義。證勰㈣348&船4&船4fl舢雉瓤蝕液鰣蝕cm^。套城蚰怕l《¨瞧^w 奉次測試呆川的H：O：單刻蝕渡非聚刪彪咒放戳2周后的縛波之外．螄i'l≈J3所小為撕渡^解存件d^蝙呼馴內(nèi)蛀后一州州州所做：州試拮糶：對比嘲4內(nèi)容．蝕剝時批(s#) ”f以明顯看HfIaDcr較陡蝌．4(怫0E時出現(xiàn)州帑的眺到膜面駛棱栩．觸鍘一劃時叫增加聰明娃的undcrcu[聰蟄nt蹬墩Iqo口放性時州過九H：0：的揮№f。) 垃和整臺塒引q制刺塒蝕剿產(chǎn)‘l二的龠崩隔r的螫合作Ⅲ監(jiān)緩群利時蝕劃迷豐的調(diào)祭宵咒。lM3II’o，蚺蝕剿聵打艘螭衍"{封f女c【舳盎輥坫柏燭小M肌，I為月T．n為{l啪l：．”為80％01；．¨山120w，l。"山1∞w)l4．作用于Cu／Ti導線的Non—H202基FeCl3刻蝕液 金槭TIfR飩化驥m的氧化{坷)llIr具有優(yōu)斑的麻合件．塒】‘硫艘、鹽酸和硝酸任內(nèi)的根多無#L艘4．1 Fccb基刻蝕液基車成分及工作原理 冉j仃機醴{；|f盯斑蚶的耐蝕性IIII．W此需要HFfI!為E儺．吡以H】s吼滸液等塒Ti進{t蝕割：此外．奉次Non·H_-O二泉lttFcC]j坫劃蝕渡th面常山3(N}L)F等氟醴特作為F的離了潭．并越到緩釋荊的部分自l成．螄表船5所ftFcCIj肚刺蝕液cI·軋化劑件川II2L．ff利1‘F蜾持定的對1i蝕刻迪卑。抖i{I；IJ℃蝕劉H標駛機理j：要碓X,ICu&Tilei囊．螄舶4所示為韞化劑一I，輔助輯化劑的離r色i*(1c．IonCl"omatograpb)測試結(jié)槊。＆慚5FeCI，轉(zhuǎn)鰣蝕漣tpE盟lt學№甜盎臺刺毓化刺(0mE塒) ICIldnⅫg m制刺(inhibitor)Cl 隧4rLcI，犟缸蝕臆離l銣(IC．1。nchmmal。蹦y)圈片(NH-們”FKItlI!SONon．H，n'l'FcCl，樂蝕剿渡塒rcu爪金屬的蝕349缸徽螺燃燃受蜘F表永：J【th受蜘F表永：J【thr詐小n為反璉刺當 4．2FeCI，基刻蝕液試驗結(jié)果及機理探討1三耍作為雕化制健j{}Ti的蝕劃：如嘲5所求．為奉次『'怍巾景川Fcclj蝕刻液劐Tl十2H’+F=Tl。十r十H 蝕的Cure臺艟結(jié)構姓糶j![【片．JⅡ以療(EJET¨所時JismBIccDloss山l6Sum．m征過腫加過蝕刻時川^J*為虹凡的CDloss．即往40％時即叮逃到竹曲兒rI·的H：s仉1．崾為瞳m性“}H幢所：^i帕pH 2110111，1Incu臺心被蝕刻完全扁n盒幅肯較大W肼境．整合刑1j抑制女q總體H十制弛剿迎半的進 膻的，tm坷選j_，J2um^!右。蚌瞰持宅的荊蝕速半．HsNon-II刪1．eC[拙gC濃cⅣr1日蝕州mII，IJET．_2斯2I眥)E-”為刪％01FcCb牡蝕利泄能昭蝕劉Ⅲ較瓶的laDcrm度·岫 如嘲6所示．為FcC[；眺劉411*／“Oi時FIB照片．jC蝕盤1J膜嗬棱們j蜜為埴橙．小夠1p卉敞王I"強的棱從瑚所剮金旌薄膜膜㈣·’m小’h沒_仃IB成明顯的m羿面．這土?！玞u離r整☆劫和緩樣荊對r瞳帕．底堪的"食幅沒有完仝蝕劉先爭Tr叫輕的殘F虻l，劃蝕速率彬晌ff較大美系。瞰：對比H^o：氍女U蝕渡．Non·H：01的FeCl，蝕劉液&恃5Nomli．0，輩FeCI持i蝕被糾眥ⅣJj}《fL艟表域 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Si叨．ThinSofidFilms，2005(476)142-147．H202基蝕刻液表現(xiàn)出較好的濕蝕刻性能，結(jié)果【616Yee-WenYeneta1．Investigationofthermal較為穩(wěn)定，taper、CDloss能夠很好地符合提出的標stabilityofMothL'|-fiimsasthebufferlayerand準，processwindow較為充足能夠為屆期導入量產(chǎn)variousCumetallizationinterconn∞'fionmaterials時制程優(yōu)化提供寬裕的時間；forTFT-LCDapplications[J】．ThinSolidFilms，515Non-H20z基蝕亥I液濕蝕刻性能較差，主要表現(xiàn)(2007)，7209-7216．為CDloss和1'i!殘留較大，蝕刻棱邊凹凸不平，且沒有可用的processwindow。 f7】Bo-HyunSco,Sang·HyukLee，In-SunParketa1．EffectofnitricacidonwetetchingbehaviorofCu／Mo6。致謝forTFTapplication[51．CurrentAppliedPhysics．本次工作能夠順利進行得到了研發(fā)中心及部1l(2011)，s262-$265．門領導、主管的大力支持和富有建設憔的意見，部【8】Gyoo-ChulJo，Gyconggi-do，led-SungCh∞，門的其他工程師也給予了積極的意見和支持，在此Gyeonggi-do．Etchantandarraysubstratehaving一并向您表示誠摯的感謝。copperlinesetchedbytheetchant．USpatentNo．2004／0242000Ai．參考文獻 【9】ChengWeiLin，MoHsunTsai．EtchantcompositionsandetchingmethodformetalsCu／Mo．【l】1YYoshida,YKikuchi，S．Daty,andM．Sugino．USpatentNo．2010／0301010A1+ImageQuality Improvements in 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