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时间:2018-07-31 10:14:02

TFT液晶面板,Cu-Mn合金工艺技术

  日本的东北大学小池淳一教授面向大尺寸液晶面板,开发出了栅极和源漏极均采用Cu布线的Cu-Mn合金技术。将Cu-Mn合金应用于栅极的基本技术已于2007年5月发布,而此次则开发出了能够进一步应用于源极和漏极的生产工艺。因为能够将Al布线工艺全面转变为Cu布线工艺,可以减少制造大尺寸TFT底板时的工艺数量和溅镀装置数量,从而可以降低成本。
 
  对a-Si层进行氧等离子体处理
 
  Cu-Mn合金的原理是:在O2环境下以250~350℃的高温进行热处理,使固溶的Mn移至周边与O2结合,布线中央部分变成纯Cu,而周边变成扩散阻挡层,从而实现低电阻布线。以栅极为例,在底板玻璃上溅射Cu-Mn合金并在O2环境下进行热处理,O2与Mn结合而成的Mn氧化物层在玻璃中及布线周边形成,从而实现了低电阻布线与玻璃底板之间的密着性。
 
  同样,为将Cu-Mn合金应用于源极和漏极,如何实现与不含O2的非晶硅(a-Si)层之间的密着性和导通性是一大课题。小池教授通过在O2环境下用等离子体对a-Si层表面进行氧化,实现了热处理时Cu-Mn合金中的Mn与O2结合的工艺。
 
  利用室温下的等离子体氧化处理,使氧化层厚度达到1~2nm最佳状态
 
  由于通过热处理获得的Mn氧化物属于绝缘体,过厚会有损电极与a-Si层的导通性,而过薄又会牺牲密着性和扩散阻挡性。通过对a-Si层上形成的氧化层厚度进行研究,发现厚度在1~2nm最为合适。利用回转泵抽真空至1Pa左右,在10Pa左右的O2环境中,以室温进行1分钟的等离子体处理以形成Cu-Mn合金,再以250℃高温进行10分钟热处理,便可获得厚度1~3nm的氧化层。这时,利用等离子体处理形成的氧化层厚度不依赖于时间,即使处理30分钟也同样为1~3nm的厚度,因此小池教授自信地表示“量产时的工艺范围很大”。目前已证实:热处理后在氧化层上形成的Mn氧化物层兼备欧姆特性(代表导通性)、扩散阻挡性和密着性。
 
  溅镀装置由3台减为1台
 
  目前的布线由Mo-Al-Mo三层构成,利用Mo确保与玻璃底板和a-Si层的密着性和扩散阻挡性。因此,要形成各金属层,需要3台溅镀装置。正在开发的普通Cu布线,目的是用Cu置换Al以降低电阻,仍需要Mo层,且需要3台溅镀装置。
 
  而使用Cu-Mn合金的此次工艺,溅镀装置分别只需1台。其中,栅极布线采用溅镀装置和热处理装置,源极和漏极布线中,前者采用O2环境的等离子体装置,后者采用热处理装置。因此,价格昂贵的溅镀装置只需要2台,是原来的1/3。小池教授估算,装置导入成本可比现在减少30%,溅射材料成本可减少20%,工艺成本可减少40%,总布线成本可减少30%。
 
  布线电阻为Al的1/2
 
  使用Cu-Mn合金的此次工艺,其电阻是目前Al布线的约1/2,为2μΩ•cm。这样,实现大尺寸液晶面板的同时,还可以实现单侧驱动、将驱动IC减半及改善图像不均现象。
 
  目前采用的Cu-Mn合金为Mn占2%的固溶体,而实际工艺将还能够采用Mn占1~4%的合金。溅镀靶材易于制造和供应。
 
  小池教授表示,目前正与部分厂商进行共同研发。另外,还考虑对制造装置厂商等提供技术指导。
 
  
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