CN103107130B - 用于液晶显示器的阵列基板及其制造方法，蚀刻液组合物和形成金属配线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造用于液晶显示器的阵列基板的方法，一种形成金属配线的方法，用于金属氧化物半导体层的蚀刻液组合物，以及用于液晶显示器的阵列基板，尤其涉及一种制造用于液晶显示器的阵列基板的方法，包括：a)在基板上形成栅极电极；b)在形成有栅极电极的基板上形成栅绝缘层；c)在栅绝缘层上形成由金属氧化物半导体构成的有源层；d)在由金属氧化物半导体构成的有源层上形成源极/漏极电极；以及e)形成与漏极电极相连接的像素电极，其中c)包括在栅绝缘层上形成金属氧化物半导体层，并使用蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物半导体层，所述蚀刻液组合物包括过氧化氢、含氟化合物和水。本发明涉及一种使用所述蚀刻液组合物形成金属配线的方法，涉及所述蚀刻液组合物，以及涉及用于液晶显示器的阵列基板，所述阵列基板使用上述制造阵列基板的方法制造。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年11月4日提交的第KR10-2011-0114676号和2011年11月7日提交的第KR10-2011-0115356号韩国专利申请的利益，在此将这两篇韩国专利申请的全部内容通过引用并入本申请中。
技术领域
本发明涉及一种制造用于液晶显示器的阵列基板的方法，一种形成金属配线的方法，用于金属氧化物半导体层的蚀刻液组合物，以及用于液晶显示器的阵列基板。
背景技术
近年来，信息显示器引起了广泛的关注，并且对便携式信息媒体的需求一直在增加，因此，对薄膜型平板显示器（FPDs）的研究及其商品化正在实施中。在这些FPDs中，尤其是使用液晶的光学各向异性用于成像的液晶显示器（LCDs）具有出众的分辨率、颜色、成像质量等，因此广泛地应用于笔记本显示器和台式电脑显示器中。
所述LCD包括彩色滤光片基板、阵列基板、以及形成在彩色滤光片基板与阵列基板之间的液晶层。主要使用在LCD中的有源阵列液晶驱动方法，在使用非晶硅薄膜晶体管（a-SiTFT）作为转换装置的像素单元液晶的操作中起了作用。尽管该a-SiTFT可以使用低温工艺制造，但是它具有低流动性，而且不能满足恒流偏置条件。相比之下，多晶硅TFT具有高流动性，而且能够满足恒流偏置条件，但是它难于确保均匀的特征，所以不可预期地难于获得广泛的应用领域，并且需要高温处理工艺。
因此，目前通过使用金属氧化物半导体形成有源层的金属氧化物TFT得到了发展，这种金属氧化物半导体层使用干蚀刻工艺形成图案。然而，这种图案化的方法由于昂贵设备的使用，因此是无无利可图的，而且由于使用大量时间，因此是不利于生产的。
[现有技术参考]
[专利文献]
（专利文献1）KR2010-0059587A
因此，本发明是鉴于相关技术中产生的上述缺陷，并且本发明的目的是提供一种蚀刻液，所述蚀刻液使金属氧化物半导体层能用湿蚀刻工艺进行图案化，从而替代传统的干蚀刻工艺。
本发明的另一个目的是提供一种蚀刻液，所述蚀刻液能最小化对将被蚀刻的金属氧化物半导体层下面位置的栅极电极的损害。
为了实现以上目标，本发明提供了一种蚀刻液组合物，基于所述组合物的总重，所述蚀刻液组合物包含5～25wt％的过氧化氢、0.01～1wt％的含氟化合物和余量水。
此外，本发明提供了一种形成金属配线的方法，包含：1)在基板上形成金属氧化物半导体层；2)在金属氧化物半导体层上选择性地留下感光材料；以及3)使用本发明所述的蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物半导体层。
此外，本发明提供了一种制造用于液晶显示器的阵列基板的方法，包含：a)在基板上形成栅极电极；b)在形成有栅极电极的基板上形成栅绝缘层；c)在栅绝缘层上形成由金属氧化物半导体构成的有源层；d)在由金属氧化物半导体构成的有源层上形成源极/漏极电极；以及e)形成与漏极电极相连接的像素电极，其中c)包括在栅绝缘层上形成金属氧化物半导体层，并使用本发明所述的蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物半导体层。
此外，本发明提供了一种用于液晶显示器的阵列基板，所述阵列基板使用上述制造阵列基板的方法制造。
附图说明
通过下面的详细说明及其附图，将会更清晰地理解本发明的上述及其它目的、特征和优点，其中：
图1是显示了使用实施例4的蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物层(IGZOx)的扫描电镜图像(SEM)；
图2是显示了使用所述实施例4的蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物层(IGZOx)的SEM图像；
图3是显示了使用实施例9的蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物层(IGZOx)的SEM图像；
图4是显示了使用所述实施例9的蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物层(IGZOx)的SEM图像；
图5是显示了使用对比例1的蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物层(IGZOx)的SEM图像(包括部分未蚀刻)；以及
图6是显示了使用所述对比例1的蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物层(IGZOx)的SEM图像(包括部分未蚀刻)。
具体实施方式
本发明涉及一种用于金属氧化物半导体层的蚀刻液组合物，基于所述组合物的总重，包含5～25wt％的过氧化氢、0.01～1wt％的含氟化合物和余量水。所述用于金属氧化物半导体层的蚀刻液组合物可进一步包含0.1～5wt％的唑类化合物。
本发明的金属氧化物半导体层是典型的金属氧化物层，称为氧化物半导体层、或用于氧化物半导体层的层。金属氧化物半导体层优选为包含AxByCzO组合(其中：A、B和C分别为选自由Zn、Cd、Ga、In、Sn、Hf、Zr和Ta组成的组中的一种或多种，x、y、z≥0)的三元系或四元系氧化物半导体层，比较优选地为非晶氧化锌基半导体，更加优选地为包括铟和镓的非晶氧化锌基半导体。
在本发明所述的蚀刻液组合物中，过氧化氢(H2O2)用以蚀刻金属氧化物半导体层和提高含氟化合物的活性。基于所述组合物的总重，过氧化氢的量设定为5.0～25.0wt％，优选地，10.0～23.0wt％。如果过氧化氢的量低于5.0wt％，蚀刻能力可能会变差，使蚀刻难以充分进行。相比之下，如果过氧化氢的量高于25.0wt％，总蚀刻率可能会提高，使得难于控制蚀刻过程。
在本发明所述的蚀刻液组合物中，含氟化合物表示在水中离解产生氟离子的化合物。含氟化合物是蚀刻金属氧化物半导体层的主要组分，用以去除蚀刻液中本质上产生的残渣。
基于所述组合物的总重，含氟化合物的量设为0.01～1.0wt％，优选地，0.05～0.25wt％。如果含氟化合物的量低于0.01wt％，对金属氧化物半导体层的蚀刻率可能会降低，不可预期地产生部分未蚀刻或者残渣。相比之下，如果含氟化合物的量高于1.0wt％，金属氧化物半导体层可能会被过度蚀刻，导致金属氧化物半导体层可能会从基板上剥离。
对于含氟化合物，可以使用本领域中的任何材料，只要其可以在溶液中离解成氟离子或多原子的氟离子，没有特别限制。含氟化合物可以为选自由氢氟酸(HF)、氟化铵(NH4F)、氟化钠(NaF)、氟化钾(KF)、氟化氢铵(NH4F·HF)、氟化氢钠(NaF·HF)、氟化氢钾(KF·HF)、氟硼酸(HBF4)、氟化铝(AlF3)、氟化钙(CaF2)和氟硅酸(H2SiF6)组成的组中的一种或多种。
基于所述组合物的总重，唑类化合物的量设为0.1～5.0wt％，优选地，0.5～2.0wt％。如果唑类化合物的量低于0.1wt％，可能会产生对栅极电极的侵蚀。相比之下，如果唑类化合物的量高于5.0wt％，防止对栅极电极侵蚀的作用很好，但是经济成本可能会显著增加。
例如，唑类化合物可以为选自由氨基四唑、苯并三唑、甲苯基三唑、吡唑、吡咯、咪唑、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-乙基咪唑以及4-丙基咪唑组成的组中的一种或多种，但并不局限于此。
在本发明所述的蚀刻液组合物中，水没有特别限制，但是优选为去离子水。特别有用的是具有18Ωm·cm电阻率(从水中去除离子的程度)的去离子水。在本发明中，水的量设为使蚀刻液组合物的总重量为100wt％。
本发明所述的蚀刻液组合物可进一步包括表面活性剂。表面活性剂用以降低表面张力，从而增加蚀刻的均匀性。表面活性剂没有特别限制，只要它可以忍耐本发明所述的蚀刻液组合物，且与其兼容。表面活性剂可以为选自由阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子型表面活性剂以及多元醇类表面活性剂组成的组中的一种或多种。
此外，除了上述成分外，本发明所述的蚀刻液组合物可进一步包含典型的添加剂，该添加剂可能包括多价螯合剂、抗腐蚀剂等。
本发明所使用的过氧化氢(H2O2)和含氟化合物可以通过常规已知方法制备，优选地，本发明所述的蚀刻液组合物具有适用于半导体工艺的纯度。
本发明所述的蚀刻液组合物可以简化制造过程，并提高生产力。而且，金属氧化物半导体层底部的渗透程度较低，因此不会形成底切，从而避免了半导体层的剥离。此外，可以最小化对半导体层下面的栅极电极的损害。
另外，本发明涉及一种使用上述的蚀刻液组合物形成金属配线的方法。
本发明所述的形成金属配线的方法包含在基板上形成金属氧化物半导体层、在金属氧化物半导体层上选择性地留下感光材料、以及使用蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物半导体层。
在本发明所述的形成金属配线的方法中，感光材料优选为典型的光刻胶材料，并且可以使用常规的曝光和显影选择性地保留下来。
另外，本发明涉及一种使用上述蚀刻液组合物制造用于LCD的阵列基板的方法。
该制造用于LCD的阵列基板的方法包括：a)在基板上形成栅极电极；b)在形成有栅极电极的基板上形成栅绝缘层；c)在栅绝缘层上形成由金属氧化物半导体构成的有源层；d)在由金属氧化物半导体材料构成的有源层上形成源极/漏极电极；以及e)形成与漏极电极相连接的像素电极。
其中c)可包含在栅绝缘层上形成金属氧化物半导体层，和使用所述蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物半导体层。
用于LCD的阵列基板可以是薄膜晶体管(TFT)阵列基板。金属氧化物半导体层由典型的金属氧化物制成，并且被称为氧化物半导体层、或用于氧化物半导体层的层。金属氧化物半导体层，优选地为包含AxByCzO组合(其中：A、B和C分别为选自由Zn、Cd、Ga、In、Sn、Hf、Zr和Ta组成的组中的一种或多种，x、y、z≥0)的三元系或四元系氧化物半导体层，比较优选地为非晶氧化锌基半导体，更加优选地为包括铟和镓的非晶氧化锌基半导体。
通过以下用于详细说明的实施例可更好的理解本发明，但是，不能解释为对本发明的限制。
<制备实施例1～17：制备蚀刻液组合物>
用如下表1所示的组分量制备180kg实施例1～17的各蚀刻液组合物。
[表1]
注)5-ATZ：5-氨基四唑
<实施例1～13和对比例1～4：评估金属氧化物层的蚀刻>
金属氧化物层(IGZOx)沉积于玻璃基板(100mm×100mm)上，然后通过进行光刻工艺在基板上形成具有预定图案的光刻胶(PR)。随后，用实施例1～13和对比例1～4中的各蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物层。
在蚀刻工艺中，使用喷淋式蚀刻机(ETCHER(TFT)，SEME公司制造)，蚀刻液组合物的温度在30℃左右，蚀刻时间设为100秒左右。使用扫描电镜(S-4700，HITACHI公司制造)观察被蚀刻过的金属氧化物层(IGZOx)的横断剖面，结果列于下表2中。
[表2]
| 蚀刻断面 | 蚀刻线性 | 残渣 | ||
| 实施例1 | 制备实施例1 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例2 | 制备实施例2 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例3 | 制备实施例3 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例4 | 制备实施例4 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例5 | 制备实施例5 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例6 | 制备实施例6 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例7 | 制备实施例7 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例8 | 制备实施例8 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例9 | 制备实施例9 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例10 | 制备实施例10 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例11 | 制备实施例11 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例12 | 制备实施例12 | ○ | ○ | 无 |
| 实施例13 | 制备实施例13 | ○ | ○ | 无 |
| 对比例1 | 制备实施例14 | △(部分未蚀刻) | △(部分未蚀刻) | 有 |
| 对比例2 | 制备实施例15 | ×(部分PR剥离) | ×(部分PR剥离) | 无 |
| 对比例3 | 制备实施例16 | 未蚀刻 | 未蚀刻 | - |
| 对比例4 | 制备实施例17 | 未蚀刻 | 未蚀刻 | - |
注)○：良好；△：一般；×：差；未蚀刻：不能进行蚀刻
由表2可见，实施例1～13中的所有蚀刻液组合物均展现良好的蚀刻能力。如表2、图1和图2所示，在用实施例4中的蚀刻液组合物蚀刻金属氧化物层的例子中，该蚀刻液组合物显示了良好的蚀刻能力。同样，如图3和图4所示，在用实施例9中的蚀刻液组合物对金属氧化物层(IGZOx)进行蚀刻的例子中，所述蚀刻液组合物显示优良的蚀刻剖面和线性，并且没有产生残渣。
然而，就对比例1的蚀刻液组合物而言，该蚀刻液组合物中过氧化氢的量远远低于上述范围，如表2、图5和图6所示，蚀刻能力不是很好，并且产生部分未被蚀刻。同样，就对比例2的蚀刻液组合物而言，该蚀刻液组合物中含氟化合物的量远远高于上述范围，由于光刻胶剥离使得蚀刻能力非常差，即没有形成图案。对比例3和对比例4的蚀刻液组合物均缺少上述组分中的一种，不能用作金属氧化物层(IGZOx)的蚀刻液。
<实施例14～19和对比例5、6：评估对铜层的侵蚀>
当使用实施例14～19和对比例5、6中的各蚀刻液组合物评估与栅极电极相应的铜层是否被侵蚀时，其结果于下表3所示。
[表3]
| 对铜层的侵蚀(处理10min) | ||
| 实施例14 | 制备实施例7 | 无 |
| 实施例15 | 制备实施例8 | 无 |
| 实施例16 | 制备实施例9 | 无 |
| 实施例17 | 制备实施例10 | 无 |
| 实施例18 | 制备实施例11 | 无 |
| 实施例19 | 制备实施例12 | 无 |
| 对比例5 | 制备实施例13 | 有 |
| 对比例6 | 制备实施例3 | 有 |
如表3中所示，使用实施例14～19中的各蚀刻液组合物10分钟后评估铜层是否被侵蚀，没有产生该蚀刻液的侵蚀。
然而，在不含唑类化合物的对比例6或唑类化合物的量远远低于上述范围的对比例5中，虽然对金属氧化物层的蚀刻能力良好，但是还是存在对铜层的侵蚀。
如上文所述，本发明提供了一种制造用于液晶显示器的阵列基板的方法，一种形成金属配线的方法，用于金属氧化物半导体层的蚀刻液组合物，以及用于液晶显示器的阵列基板。根据本发明所述的蚀刻液组合物能简化包括半导体层的基板的制造过程，并能提高生产力。此外，金属氧化物半导体层底部的渗透程度较低，因此不会形成底切，从而避免了半导体层的剥离。此外，金属氧化物半导体层能够被蚀刻而没有对栅线的侵蚀。
虽然为了说明的目的本发明公开了较佳的具体实施例，但是本领域技术人员应理解，在不脱离所附权利要求所公开的本发明的范围及精神下，各种修改、添加及替代都是可行的。
Claims (6)
1.一种制造用于液晶显示器的阵列基板的方法，包含以下步骤：
a)在基板上形成栅极电极；
b)在形成有栅极电极的所述基板上形成栅绝缘层；
c)在所述栅绝缘层上形成由金属氧化物半导体构成的有源层；
d)在所述由金属氧化物半导体构成的有源层上形成源极/漏极电极；以及
e)形成与所述漏极电极相连接的像素电极，
其中步骤c)包含在所述栅绝缘层上形成金属氧化物半导体层，并使用蚀刻液组合物蚀刻所述金属氧化物半导体层，基于所述组合物的总重，所述蚀刻液组合物由5～25wt％的过氧化氢、0.01～1wt％的含氟化合物、0.1～5wt％的唑类化合物和余量水组成，
其中所述含氟化合物为选自由氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟化氢铵、氟化氢钠、氟化氢钾、氟硼酸、氟化铝、氟化钙和氟硅酸组成的组中的一种或多种，
其中所述金属氧化物半导体层为包含AxByCzO组合的三元系或四元系氧化物半导体层，其中：
A、B和C分别为选自由Zn、Cd、Ga、In、Sn、Hf、Zr和Ta组成的组中的一种或多种；并且
x、y、z≥0。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述用于液晶显示器的阵列基板为薄膜晶体管阵列基板。
3.一种形成覆盖金属配线的金属氧化物半导体层的方法，包含以下步骤：
在形成有金属配线的基板上形成金属氧化物半导体层；
在所述金属氧化物半导体层上选择性地留下感光材料；以及
使用蚀刻液组合物蚀刻所述金属氧化物半导体层，基于所述组合物的总重，所述蚀刻液组合物由5～25wt％的过氧化氢、0.01～1wt％的含氟化合物、0.1～5wt％的唑类化合物和余量水组成，
其中所述含氟化合物为选自由氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟化氢铵、氟化氢钠、氟化氢钾、氟硼酸、氟化铝、氟化钙和氟硅酸组成的组中的一种或多种，
其中所述金属氧化物半导体层为包含AxByCzO组合的三元系或四元系氧化物半导体层，其中：
A、B和C分别为选自由Zn、Cd、Ga、In、Sn、Hf、Zr和Ta组成的组中的一种或多种；并且
x、y、z≥0。
4.用于金属氧化物半导体层的蚀刻液组合物，基于所述组合物的总重，由5～25wt％的过氧化氢、0.01～1wt％的含氟化合物、0.1～5wt％的唑类化合物和余量水组成，
其中所述含氟化合物为选自由氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟化氢铵、氟化氢钠、氟化氢钾、氟硼酸、氟化铝、氟化钙和氟硅酸组成的组中的一种或多种，
其中所述金属氧化物半导体层为包含AxByCzO组合的三元系或四元系氧化物半导体层，其中：
A、B和C分别为选自由Zn、Cd、Ga、In、Sn、Hf、Zr和Ta组成的组中的一种或多种；并且
x、y、z≥0。
5.如权利要求4所述的蚀刻液组合物，进一步包括表面活性剂。
6.一种用于液晶显示器的阵列基板，使用权利要求1所述的方法制造。
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