高搏劍 ,徐佳慧 ,夏 杰 ,吳登剛 ,朱 元
(1東華大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 上海 200051)
(2南京中電熊貓平板顯示科技有限公司 江蘇 南京 210033)
UHD超高清顯示器(Ultra-High Definition,3840×2160)在市場(chǎng)上正逐漸普及,且8K(8192×4096)顯示器也已在市場(chǎng)中少量試水。相應(yīng)的在TFT(Thin Film Transistor)面板設(shè)計(jì)時(shí)迫切地需要一種低電阻率材料以降低信號(hào)傳輸時(shí)的阻抗延時(shí),Cu(銅)的電阻率約為Al(鋁)的三分之二,可滿足設(shè)計(jì)需求。Cu膜作為源漏極研究已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)[2,3,4]。在大世代面板(8.5及以上)生產(chǎn)線中,Al膜在成膜過程中受內(nèi)部應(yīng)力影響,容易產(chǎn)生Al膜凸起(hilllock)現(xiàn)象,易對(duì)上層膜層造成穿刺并形成靜電擊傷,所以在Al表面會(huì)增加Mo(鉬)或Ti(鈦)層以降低hilllock發(fā)生率。而Cu作為底柵時(shí),與玻璃的接觸強(qiáng)度較低,所以需要Mo或Ti作為中間層以增加Cu膜與玻璃的粘附力。
金屬膜層一般采用物理氣相沉積(Physical Vapor Depo,在真空環(huán)境中,利用直流或交流電源將通入的惰性氣體解離形成等離子體,利用等離子體所產(chǎn)生的離子對(duì)靶材進(jìn)行轟擊,使等離子體內(nèi)具有靶材的粒子,沉積于基板表面形成薄膜)。在大世代面板生產(chǎn)線中,PVD設(shè)備由美國(guó)的AKT和日本的ULVAC兩家公司壟斷。以8.5代線(玻璃尺寸2500×2200mm)為例,AKT PiVot 55K PVD設(shè)備使用圓形靶材,靶材利用率高。玻璃在設(shè)備內(nèi)垂直成膜,平行玻璃長(zhǎng)邊的方向傳送,Cu膜的整體均一性好,但邊緣的膜厚較薄。
以Cu-Ti為底柵,Si3N4作為絕緣層,分析Cu膜的凸起狀況。首先在玻璃表面鍍50nm的Ti,600nm的Cu,隨后在300℃下使用PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積,Plasma Enhanced chemical vapor deposition)鍍400nm Si3N4。針對(duì)基板不同位置,使用OM(光學(xué)顯微鏡,Optical Microscope)分析成膜狀況。在Cu-Ti成膜后未有發(fā)現(xiàn)有小黑點(diǎn)現(xiàn)象,而經(jīng)過Si3N4成膜后則在玻璃的邊緣位置發(fā)現(xiàn)存在小黑點(diǎn)狀況,而玻璃中部未有發(fā)現(xiàn)小黑點(diǎn)現(xiàn)象,如圖1。
圖1 20×倍率
進(jìn)一步針對(duì)小黑點(diǎn)使用FIB(聚焦離子束,F(xiàn)ocused Ion Beam)分析。發(fā)現(xiàn)小黑點(diǎn)處為Cu膜凸起。推測(cè)在絕緣膜成膜過程中,受高溫影響,原本玻璃邊緣處Cu膜層厚度均一性較差,受內(nèi)部應(yīng)力影響而凸起。與Al膜hilllock影響類似,Cu hillock可能穿透上層膜層,并誘發(fā)ESD(Electro-StaticDischarge)現(xiàn)象,造成相應(yīng)像素失效。如圖2所示。
圖2 FIB分析
收集實(shí)際生產(chǎn)過程中的大量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),Cu膜與絕緣膜的時(shí)間間隔越短,黑點(diǎn)發(fā)生率越低,推斷為空氣中氧氣對(duì)Cu薄膜有氧化作用,而CuO加劇了玻璃邊緣金屬膜內(nèi)部應(yīng)力,因而可以通過H2還原CuO的方式來緩解膜層的內(nèi)部應(yīng)力。
在H2流量20000sccm的情況下,以Cu膜凸起造成缺陷數(shù)PG1為目標(biāo),選擇處理時(shí)間(10/20s),功率(2/4 KW)為實(shí)驗(yàn)因子,設(shè)計(jì)兩因子兩水平一個(gè)中心點(diǎn)實(shí)驗(yàn),圖3。
圖3 因子主效應(yīng)圖和交互作用圖
通過主效應(yīng)圖分析:處理時(shí)間越長(zhǎng),功率越高,Cu膜凸起造成的缺陷數(shù)PG1越低;由交互作用圖可知處理時(shí)間和功率無明顯交互作用。處理時(shí)間和功率分別選擇20s和4KW時(shí),缺陷數(shù)PG1發(fā)生率最小。使用該參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證,缺陷數(shù)PG1發(fā)生率大幅降低,從而說明H2預(yù)處理還原性好,可以去除Cu表面氧化物,釋放Cu應(yīng)力,降低Cu hillock的發(fā)生率。
針對(duì)絕緣膜高溫下,底柵Cu膜,在玻璃邊緣小黑點(diǎn)的現(xiàn)象,通過OM和FIB分析,確認(rèn)為Cu膜凸起。通過實(shí)驗(yàn)的方法提出一種H2預(yù)處理方式,利用H2還原性,去除Cu表面氧化物,釋放Cu膜內(nèi)部應(yīng)力,降低Cu hilllock的發(fā)生率,在實(shí)際生產(chǎn)過程中具有應(yīng)用價(jià)值。
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