专利名称：液晶显示组件的铜导线结构及其制造方法
技术领域：
本发明有关一种液晶显示组件的铜导线结构及其制造方法，且特别是有关一种具有阻障层的铜导线结构及其制造方法。
背景技术：
薄膜晶体管平面显示屏幕，特别是薄膜晶体管液晶显示(以下简称TFT-LCD)组件，主要是利用成矩阵状排列的薄膜晶体管，配合适当的电容、转接垫等电子组件来驱动液晶像素，以产生丰富亮丽的图形。由于TFT-LCD具有外型轻薄、耗电量少以及无辐射污染等特性，因此被广泛地应用在笔记本计算机(Notebook)、个人数字助理(PDA)等携带式信息产品上，甚至已经逐渐取代传统台式计算机的CRT监视器。
习知TFT-LCD组件结构都以铝合金或纯铝复合膜作为导线的材料。为了克服大尺寸、高分辨率TFT-LCD或LCD-TV所产生讯号延迟(RC delay)的现象，则选择导电率较高的材料。常用金属导线的材料包括铜(Cu，copper)，导电率约1.7×10-6Ωcm；铝(Al，aluminum)，导电率约2.6×10-6Ωcm；钛(Ti，titanium)，导电率约41.6×10-6Ωcm；钼(Mo，molybdenum)，导电率约5.7×10-6Ωcm；铬(Cr，chromium)，导电率约12.8×10-6Ωcm；镍(Ni，nickel)，导电率约6.8×10-6Ωcm。因此，以较高导电特性的铜材料取代铝合金或纯铝导线是目前产业界的热门研发方向。
请参照图1，其是一种传统的薄膜晶体管液晶显示组件(TFT-LCD)的部分结构示意图。在透明的玻璃基板101上先溅镀一层金属铜，再利用微影制程蚀刻金属铜以形成一图案化铜导线层103。其中，图案化铜导线层103的两侧必须形成适当的边缘斜度(Taper Angle)。之后再进行其它后续制程，例如在图案化铜导线层103上方依序形成一氮化硅层105、一非晶硅层(a-Si Layer)107和一n型非晶硅层(n+a-Si Layer)109。
虽然，铜导线具有较佳的导电度，但上述的传统制程仍具有许多缺点，例如一、铜表面极易氧化。
二、铜不易蚀刻，在蚀刻时也很难控制铜导线层103的边缘斜度。
三、铜与玻璃之间的附着性差，因此铜导线层103与玻璃基板101之间的接合强度(Adhesion Strength)不佳。
四、铜导线层103与氮化硅层105之间接合强度不佳。
五、当铜导线层103与氮化硅层105直接接触时，铜极易与硅反应，形成Cu3Si，而改变硅的能带结构，影响组件的电特性。
六、当铜导线层103与氮化硅层105直接接触时，铜极易在氧化硅中扩散，影响绝缘特性，造成较高的漏电流。
七、在进行后续制程时，裸露的铜导线在等离子体化学气相沉积(PlasmaEnhanced Chemical Vapour Deposition，PECVD)与干式蚀刻的等离子体环境下，反应性极强，很容易污染制程机台，影响到TFT组件。
目前，已经提出克服铜导线缺点的制程如下一、在铜导线层103与氮化硅层105之间再加入一层金属层，以解决铜与硅之间接合不佳、易起反应与扩散等问题。此金属层的材料如氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、二氧化钛(TiO2)、钽(Ta)、钼(Mo)、铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)和镍(Ni)等。然而，此种方式在制程中必须增加几道的金属镀膜、显影、蚀刻的步骤。
二、以铜合金如铬化铜(Cu1-xCrx)、镁化铜(Cu1-xMgx)做为铜导线层103，并在高温的氧化环境下，于铜导线的表面形成氧化铬(Cr2O3)或氧化镁(MgO)，亦用来解决铜与硅之间接合不佳、易起反应与扩散等问题。然而，此种方式在制程中亦须增加金属镀膜、显影、蚀刻、加热的步骤。
三、在铜导线层103与玻璃基板101之间，加入一层可导电的氧化铟锡(IndiumTin Oxide，ITO)层，以提高接合强度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种液晶显示组件的铜导线结构及其制造方法，在铜导线表面形成一阻障层，以提高铜与硅之间接合强度、防止铜与硅起反应与铜在硅层中扩散，以提高应用组件的电性。
根据本发明的一方面提出一种铜导线结构，应用在一TFT-LCD组件中，铜导线结构至少包括一图案化铜导线层(Patterned Copper Layer)，形成于一玻璃基板上；一阻障层(Barrier Layer)，形成于图案化铜导线层上方，且阻障层的材料至少含有氮或磷其中之一；或是一合金材料，化学式为M1M2R，其中，M1为钴(Co)或钼(Mo)，M2为钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)或钒(V)，R为硼(B)或磷(P)。
根据本发明另一方面提出一种铜导线结构的制造方法，应用于一TFT-LCD组件的制程中，该方法包括步骤如下提供一玻璃基板；形成一金属铜层于玻璃基板上方；图案化金属铜层，以形成一图案化铜导线层；及形成一阻障层于图案化铜导线层上并覆盖该图案化铜导线层，其中，形成阻障层的材料至少含有氮或磷其中之一，或是一合金材料其化学式为M1M2R，M1为钴(Co)或钼(Mo)，M2为钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)或钒(V)，R为硼(B)或磷(P)。其中，可应用涂布方式形成具氮或磷其中之一(如聚硅烷)的阻障层，或是以无电镀(Electroless)(例如以具有电镀液的电化学槽进行化学镀)方式形成合金材料的阻障层。
为让本发明之上述目的、特点和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图进行详细说明如下
图1是一种传统的薄膜晶体管液晶显示组件(TFT-LCD)的部分结构示意图。
图2A～2E是依照本发明第一实施例的部分薄膜晶体管液晶显示组件(TFT-LCD)的制造方法。
图3A～3G是依照本发明第二实施例的部分薄膜晶体管液晶显示组件(TFT-LCD)的制造方法。
具体实施例方式
本发明主要是在铜导线表面形成一阻障层，以解决传统结构中铜与硅之间接合不佳、易起反应与扩散等问题。其中，阻障层的材料是至少含有氮或磷其中之一(如聚硅烷)，或是一合金材料化学式为M1M2R，M1为钴(Co)或钼(Mo)，M2为钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)或钒(V)，R为硼(B)或磷(P)。
以下，是以应用的TFT-LCD组件具有附着层做详细说明。并且依照结构与制造方法的些微差异，在不脱离本发明的精神和范围内，提出第一实施例和第二实施例。另外，在该些实施例中较佳地是在玻璃基板与铜导线层之间形成一附着层，附着层的材料可以是金属，或是含氮、硅或两者的高分子材料，以提高应用组件的接合强度。然而，该些实施例并不会限缩本发明欲保护的范围。本发明的技术亦不限于实施例中所叙述的模式。
第一实施例请参照图2A～2E，其是依照本发明第一实施例的部分薄膜晶体管液晶显示组件(TFT-LCD)的制造方法。首先，提供一玻璃基板201，并以去离子水洗净。接着，是较佳地在玻璃基板201上方形成一附着层(Adhesion Layer)210，如图2A所示。形成附着层210的方法可以是旋转式涂布(Spin Coating)或非旋转式涂布(Spinless Coating)。其中，附着层210的材料至少含有氮或磷其中之一，例如高透明度及热稳定性佳的高分子材料聚硅烷(Polysilane)、PS-MSZ(Photosensitive Methylsilazane)感光型光阻或非感光型MSZ光阻(Clariant Cop.提供)。而附着层210的厚度范围约100nm-3000nm。
然后，再以溅镀的方式形成一金属铜层202于附着层210上，如图2B所示。接着，利用光阻和微影、蚀刻等制程将金属铜层202图案化。图案化的步骤例如是先形成一光阻层(未显示)于金属铜层202上，再曝光显影光阻层以形成一光阻图案。根据光阻图案蚀刻金属铜层202，以形成一图案化铜导线层203。最后去除光阻图案，如图2C所示。
接着，在图案化铜导线层203上方形成一阻障层并覆盖图案化铜导线层203，阻障层的材料为至少含有氮或磷其中之一，例如是以聚硅烷(Polysilane)为主的高分子材料，形成厚度较佳地为500nm-3μm；或是一合金材料，化学式为M1M2R，M1为钴(Co)或钼(Mo)，M2为钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)或钒(V)，R为硼(B)或磷(P)。在第一实施例中，是以形成至少含有氮或磷其中之一的阻障层作说明。
如图2D所示，在图案化铜导线层203上方形成一阻障层(BarrierLayer)214，形成的方法可以是旋转式涂布(Spin Coating)或非旋转式涂布(Spinless Coating)。其中，阻障层214的材料至少含有氮或磷其中之一，例如高透明度及热稳定性佳的高分子材料聚硅烷(Polysilane)、PS-MSZ(Photosensitive Methylsilazane)感光型光阻或非感光型MSZ光阻(ClariantCop.提供)。而阻障层214的厚度为100nm-3000nm。
然后再进行其它后续制程，例如图2E所示，在图案化铜导线层203上方依序形成一氮化硅层205、一非晶硅层(a-Si Layer)207和一n型非晶硅层(n+a-Si Layer)209，形成方式例如是等离子体化学气相沉积(PECVD)。
另外，在第一实施例中，亦可选择导电的金属材料做为附着层210，材料例如是选自钼(Mo)、钨(W)、钼化钨(MoW)、铬(Cr)、钽(Ta)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨化钛(TiW)、铑(Rh)、铼(Re)、钌(Ru)和钴(Co)所组成的群组。在制程中则以溅镀方式形成(图2A)此导电的附着层210，且厚度范围约20nm-200nm。
第二实施例请参照图3A～3G，其是依照本发明第二实施例的部分薄膜晶体管液晶显示组件(TFT-LCD)的制造方法。首先，提供一玻璃基板301，并以去离子水洗净。接着，在玻璃基板301上方形成一附着层(Adhesion Layer)310，如图3A所示。形成附着层310的方法可以是旋转式涂布(Spin Coating)或非旋转式涂布(Spinless Coating)。其中，附着层310的材料至少含有氮或磷其中之一，例如高透明度及热稳定性佳的高分子材料聚硅烷(Polysilane)、PS-MSZ(Photosensitive Methylsilazane)感光型光阻或非感光型MSZ光阻(Clariant Cop.提供)。而附着层310的厚度范围约100nm-3000nm。
然后，再以溅镀的方式形成一金属铜层302于附着层310上，如图3B所示。接着，利用光阻和微影、蚀刻等制程将金属铜层302图案化。图案化的步骤例如是先形成一光阻层(未显示)于金属铜层302上，再曝光显影光阻层以形成一光阻图案。根据光阻图案蚀刻金属铜层302，以形成一图案化铜导线层303。最后去除光阻图案，如图3C所示。
然后，根据图案化铜导线层303对下方的附着层310进行图案化(例如以干式蚀刻的方式)，而产生一图案化附着层311，如图3D所示。
接着，在图案化铜导线层303上方形成一阻障层并覆盖图案化铜导线层303，阻障层的材料为至少含有氮或磷其中之一，例如是以聚硅烷(Polysilane)为主的高分子材料，形成厚度较佳地为500nm-3μm；或是一合金材料，化学式为M1M2R，M1为钴(Co)或钼(Mo)，M2为钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)或钒(V)，R为硼(B)或磷(P)。在第二实施例中，是以形成具合金材料M1M2R的阻障层作说明。
在形成阻障层之前，如图3E所示，对图案化铜导线层303的表面进行活化作用(Activated Reaction)，方法例如是利用金属钯(Pd)进行取代反应(Displacement Reaction)以活化图案化铜导线层303的表面。
之后，如图3F所示，利用无电镀(Electroless)方式在图案化铜导线层303上方形成一阻障层(Barrier Layer)314，厚度范围约5nm-50nm。其中，阻障层314是为一合金材料，化学式为M1M2R，其中，M1为钴(Co)或钼(Mo)，M2为钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)或钒(V)，R为硼(B)或磷(P)。实施方式例如是将具有图案化铜导线层303的玻璃基板301浸入含有适当电镀液(如钴电镀液..)的电化学槽中，以化学镀方式形成阻障层(如Co、CoWP、NiWP...等)314。
然后再进行其它后续制程，例如图3G所示，在阻障层314上方依序形成一氮化硅层305、一非晶硅层(a-Si Layer)307和一n型非晶硅层(n+a-SiLayer)309，形成方式例如是等离子体化学气相沉积(PECVD)。
另外，在第二实施例中，亦可选择导电的金属材料做为附着层310，材料例如是选自钼(Mo)、钨(W)、钼化钨(MoW)、铬(Cr)、钽(Ta)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钨化钛(TiW)、铑(Rh)、铼(Re)、钌(Ru)和钴(Co)所组成的群组。在制程中则以溅镀方式形成(图3A)此导电的附着层310，形成的厚度范围约20nm-200nm。并且以蚀刻方式产生图案化附着层311(图3D)。
根据上述第一、第二实施例，在沉积氮化硅层205、305前，先形成一阻障层214、314，例如是以涂布方式形成厚度为100nm-3000nm的高分子阻障层，其材料至少含有氮或磷其中之一(例如聚硅烷(Polysilane)、PS-MSZ感光型光阻或非感光型MSZ光阻(Clariant Cop.提供))；或是以化学镀的方式，在裸露的铜导线上，选区镀上合金材料M1M2R，5nm-50nm厚度的阻障层。
依照上述，阻障层除了有平坦化的功用外，还可避免铜导线在后续的制程中裸露而氧化(因此不须增加去除氧化铜的制程)。有阻障薄膜层保护的铜导线在后续制程中(如以PE-CVD进行SiN/a-Si/n+三层薄膜的沉积，与干式蚀刻的等离子体环境下)，由于没有裸露的铜导线，因此对机台造成污染的可能性亦大幅降低。
若选用至少含有氮或磷其中之一的高分子材料作为阻障层，可使用旋转式涂布(spin coating)或非旋转式涂布(spinless coating)技术形成，除了较传统的黄光方式减少镀膜、显影、蚀刻的制程外，材料及机台的制造成本都较为低廉，因此可使制造成本降低。此外，选用例如是聚硅烷(Polysilane)材料作为阻障层，则具有良好的热稳定性与高透光度，对于应用组件的光学性与信赖性不致有太大影响，因此在铜导线的蚀刻过程中对于边缘斜度的容忍度将提高。
若选用合金材料M1M2R作为阻障层，除了可作为良好的蚀刻终点层(etchstop layer)外，此阻障层的导电性质可使铜导线借由此阻障层与其它导线层连接，而不必直接接触；而以无电镀(化学镀)方式形成铜导线的M1M2R阻障层，除了较传统的黄光方式减少镀膜、显影、蚀刻的制程外，材料及机台的制造成本都较低廉，因此可使制造成本降低。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的等效的变化或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。
权利要求
1.一种铜导线结构，应用在一薄膜晶体管液晶显示组件中，该铜导线结构至少包括一图案化铜导线层，形成于一玻璃基板上；一阻障层，形成于该图案化铜导线层上方，且该阻障层的材料至少含有氮或磷其中之一，或是一合金材料化学式为M1M2R，M1为钴(Co)或钼(Mo)，M2为钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)或钒(V)，R为硼(B)或磷(P)。
2.如权利要求1所述的铜导线结构，其特征在于该阻障层的材料为PS-MSZ(Photosensitive Methylsilazane)感光型光阻、或非感光型MSZ(Methylsilazane)光阻。
3.如权利要求2所述的铜导线结构，其特征在于该阻障层的厚度为500nm-3μm。
4.如权利要求1所述的铜导线结构，其特征在于该阻障层为该合金材料M1M2R，其厚度为5nm-50nm。
5.如权利要求1所述的铜导线结构还包括一附着层形成于该图案化铜导线层和该玻璃基板之间。
6.一种铜导线结构的制造方法，包括步骤如下提供一玻璃基板；形成一金属铜层于该玻璃基板上方；图案化该金属铜层，以形成一图案化铜导线层；及形成一阻障层于该图案化铜导线层上并覆盖该图案化铜导线层，其中，形成该阻障层的材料是至少含有氮或磷其中之一，或是一合金材料其化学式为M1M2R，M1为钴(Co)或钼(Mo)，M2为钨(W)、钼(Mo)、铼(Re)或钒(V)，R为硼(B)或磷(P)。
7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于以涂布方式形成至少含有氮或磷其中之一的该阻障层。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于该阻障层的材料为聚硅烷，且该阻障层形成的厚度为500nm-3000nm。
9.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于以化学镀方式形成合金材料M1M2R的该阻障层于该图案化铜导线层上，且该阻障层形成的厚度为5nm-50nm。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于在形成该阻障层的步骤前，先以钯(Pd)活化该图案化铜导线层的表面。
全文摘要
一种铜导线结构，应用在一LCD组件中，铜导线结构至少包括一图案化铜导线层(Patterned Copper Layer)，形成于一玻璃基板上；一阻障层(Barrier Layer)，形成于图案化铜导线层上方，且阻障层的材料至少含有氮或磷其中之一；或是一合金材料化学式为M
文档编号G03F7/20GK1632678SQ20051000418
公开日2005年6月29日 申请日期2005年1月11日 优先权日2005年1月11日
发明者刘祐玮, 蔡文庆, 黄国有, 林惠芬 申请人:友达光电股份有限公司