張 偉，陳小英，馬永生，付婉霞，王 磊，周 賀，徐智俊，王 博，阮毅松

(1.福州京東方光電科技有限公司，福建 福州 350300;2.北京京東方傳感技術(shù)有限公司，北京 100176)

1 引 言

未來(lái)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的到來(lái)，基于TFT-LCD面板的電子產(chǎn)品(電視機(jī)、顯示器等)分辨率將逐步朝著4K、8K發(fā)展，顯示尺寸大屏化將成為主流[1]。TFT-LCD玻璃基板尺寸已經(jīng)發(fā)展到了10.5代線(3 370 mm×2 940 mm)，對(duì)于大玻璃基板而言，因?yàn)橐粋€(gè)小缺陷而放棄整個(gè)顯示屏幕對(duì)生產(chǎn)良率和成本而言是一個(gè)巨大的損失，因此缺陷維修極其重要。TFT-LCD面板主要存在冗余缺陷和開路缺陷，均可以通過(guò)激光技術(shù)維修。冗余缺陷即原本不應(yīng)該有電路的位置存在冗余電路，開路缺陷即原本應(yīng)該連接起來(lái)的電路位置卻沒有電路。通過(guò)脈沖激光的輻射燒蝕作用，可以輕易去除大部分冗余缺陷。但對(duì)于開路缺陷和部分冗余缺陷，需要在空氣氛圍中沉積額外的導(dǎo)電薄膜，維修工藝和過(guò)程復(fù)雜，難度很大。維修開路缺陷時(shí)，可以直接沉積導(dǎo)電薄膜將開路連接起來(lái)；部分冗余缺陷存在數(shù)據(jù)信號(hào)線和掃描信號(hào)線相連情況，若只是切除冗余缺陷會(huì)產(chǎn)生新的開路缺陷，因此需要切除冗余缺陷后再沉積導(dǎo)電薄膜將新產(chǎn)生的開路缺陷連接起來(lái)。通常而言，TFT-LCD面板缺陷非常小(常小于10 μm)，且發(fā)生在孤立的區(qū)域，需要在空氣氛圍下實(shí)現(xiàn)維修，普通的半導(dǎo)體沉積薄膜工藝不能直接用于缺陷維修。

LCVD是利用反應(yīng)氣體分子對(duì)特定波長(zhǎng)的激光共振吸收，前驅(qū)體受到激光作用后發(fā)生解離的成膜方法。LCVD技術(shù)無(wú)需掩膜版，通過(guò)控制激光束尺寸，就可以直接在特定區(qū)域沉積所需寬度的薄膜，是一種成本低廉且能形成特定圖形結(jié)構(gòu)的薄膜沉積技術(shù)。因此，LCVD技術(shù)常常用于掩膜版、TFT-LCD面板和印刷電路等的電路維修，也常用于晶體管、電阻器和電容器等的制作[2]。LCVD反應(yīng)類型通常有熱解反應(yīng)和光解反應(yīng)兩種。熱解反應(yīng)中，基底被激光加熱到高溫，毗鄰高溫基底的前驅(qū)體分子發(fā)生熱分解，在基底形成薄膜；而光解反應(yīng)是前驅(qū)體分子直接吸收激光發(fā)生光解反應(yīng)，在基底形成薄膜[3-4]。為了生產(chǎn)安全，LCVD前驅(qū)體需要確保無(wú)毒性、安全性。由于反應(yīng)腔室中的H2O和O2會(huì)對(duì)沉積的薄膜純凈度產(chǎn)生影響，大部分的LCVD過(guò)程需要在真空環(huán)境下進(jìn)行，為了實(shí)現(xiàn)空氣氛圍下的生產(chǎn)需求，LCVD設(shè)備設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

大部分羰基化合物具有室溫下的平衡蒸氣壓，在室溫下具有穩(wěn)定的固相，不會(huì)產(chǎn)生毒性；同時(shí)羰基化合物在紫光波長(zhǎng)范圍下表現(xiàn)出對(duì)光的強(qiáng)吸收性，在空氣氛圍下的反應(yīng)過(guò)程安全；更重要的是，羰基化合物中的金屬在化合物中表現(xiàn)為0價(jià)，無(wú)需額外還原劑即可反應(yīng)成單質(zhì)金屬，也無(wú)需額外的能量裂解，避免了激光對(duì)局部區(qū)域的加熱造成對(duì)基底的額外損傷，因此常用作空氣氛圍下LCVD的反應(yīng)前驅(qū)體[5-8]。目前，很多羰基化合物比如Ni(CO)4、Fe(CO)5、Cr(CO)6、Mo(CO)6和W(CO)6等被用于沉積微米結(jié)構(gòu)薄膜的前驅(qū)體，羰基化合物在激光作用下，直接在特定區(qū)域裂解后形成金屬薄膜[9]。但羰基化合物裂解時(shí)，羰基配體裂解產(chǎn)生的C、O在高溫下極易形成CO氣體，空氣氛圍中含有的H2O和O2，這些對(duì)沉積薄膜的純凈度都會(huì)造成影響，因此，羰基化合物用作LCVD的前驅(qū)體時(shí)，反應(yīng)區(qū)域的組分控制非常關(guān)鍵，反應(yīng)氛圍中的氣體和前軀體反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的氣體也需要采用額外措施去除。為了解決空氣氛圍中的LCVD產(chǎn)生的問(wèn)題，在反應(yīng)區(qū)域周圍設(shè)置環(huán)形Ar氣簾，用以避免反應(yīng)區(qū)域外的空氣進(jìn)入，并用真空泵抽去尾氣和未反應(yīng)完全的殘余物，這種方法已經(jīng)成為電路缺陷維修技術(shù)的通用方法[1,10]。

LCVD用于實(shí)際生產(chǎn)維修過(guò)程中，常常會(huì)發(fā)生基底薄膜損傷和電路電阻大的問(wèn)題?；妆∧ぐl(fā)生損傷時(shí)，常導(dǎo)致基底薄膜非金屬膜層產(chǎn)生裂縫，從而使沉積的薄膜與基底薄膜中的金屬薄膜相連，造成維修電路電學(xué)性短路；而沉積薄膜電阻大，則導(dǎo)致維修電路信號(hào)傳輸延遲，這些都會(huì)導(dǎo)致維修失敗。目前，研究人員都是直接在玻璃基底上采用不同條件沉積金屬薄膜，測(cè)試沉積薄膜電阻、膜寬和膜厚等參數(shù)，觀察沉積薄膜的表面損傷。華中科技大學(xué)和深圳清溢光電股份有限公司研究者將Cr(CO)6用于LCVD的前驅(qū)體，在掩膜版的玻璃基底上沉積Cr薄膜，研究發(fā)現(xiàn)，激光功率大小、激光均勻性、激光輻射時(shí)間和氣態(tài)Cr-(CO)6濃度對(duì)于沉積Cr薄膜的均勻性、厚度會(huì)產(chǎn)生顯著的影響[11]。Park等人將W(CO)6用于LCVD的前驅(qū)體，直接在TFT-LCD玻璃基底上沉積鎢薄膜，討論了激光功率大小、激光輻射速度、激光束光斑尺寸對(duì)鎢薄膜厚度的影響，還發(fā)現(xiàn)激光功率越大，沉積鎢薄膜的電阻率越小，同時(shí)認(rèn)為W(CO)6的裂解過(guò)程包含了光解反應(yīng)和熱解反應(yīng)[12]。Jeong等人也是直接將鎢薄膜沉積在TFT-LCD玻璃基底，對(duì)W(CO)6裂解反應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究，除了研究激光功率和激光輻射時(shí)間對(duì)沉積薄膜厚度和薄膜顆粒尺寸的影響外，還對(duì)沉積W薄膜進(jìn)行成分和尺寸分析，發(fā)現(xiàn)沉積鎢薄膜主要為W、WO2和WO3構(gòu)成，激光功率越大，WO2和WO3組分所占百分比越大，而電阻率越小[13]。然而，在實(shí)際電路缺陷維修中，金屬薄膜沉積在基底薄膜而非玻璃基底上，基底薄膜由多種成分薄膜組成，且在不同區(qū)域薄膜組分和膜厚不一致，因此直接在玻璃基底沉積薄膜會(huì)忽略各種因素對(duì)基底薄膜的影響。因此，僅討論玻璃基底的損傷而忽略基底薄膜的損傷對(duì)于研究鎢薄膜維修缺乏指導(dǎo)意義。同時(shí)，研究人員大多直接在鎢薄膜兩端使用電阻測(cè)試儀或萬(wàn)用表探針測(cè)試鎢薄膜的電阻，用光學(xué)儀器測(cè)試膜厚、寬度和長(zhǎng)度后，再計(jì)算電阻率，手動(dòng)操作和光學(xué)測(cè)量造成的誤差不可避免。因此，更科學(xué)的觀察成膜參數(shù)對(duì)基底薄膜損傷影響的實(shí)驗(yàn)和更精確的統(tǒng)計(jì)、測(cè)量沉積薄膜電學(xué)特性的方法對(duì)于電路缺陷維修研究有著重要的意義。

本文用波長(zhǎng)為351 nm的紫外光誘導(dǎo)在空氣氛圍中的W(CO)6前驅(qū)體裂解，在TFT-LCD薄膜電路上沉積鎢薄膜金屬線。首先，利用FIB-SEM代替?zhèn)鹘y(tǒng)SEM觀察鎢薄膜和基底薄膜橫截面形貌，研究不同成膜工藝參數(shù)對(duì)基底薄膜損傷的影響；然后，再在玻璃基底上固定間距的金屬膜間沉積鎢薄膜，利用高精度、自動(dòng)化的EPM測(cè)量各工藝參數(shù)下的鎢薄膜電阻，采用電阻率衡量、統(tǒng)計(jì)鎢薄膜電學(xué)特性。通過(guò)控制變量法實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)討論了激光功率、激光束光斑尺寸和激光輻射速度對(duì)基底薄膜損傷、沉積鎢薄膜電阻率的影響。通過(guò)平衡各工藝參數(shù)，我們得到了較低電阻率、表面形貌良好、對(duì)基底薄膜無(wú)損傷的鎢薄膜。科學(xué)、新穎的實(shí)驗(yàn)視角對(duì)電路維修的實(shí)際應(yīng)用具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

2 維修系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)成及實(shí)驗(yàn)表征

2.1 維修系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)成

圖1為本文LCVD實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，主要包括激光光路單元、恒溫&恒流氣路系統(tǒng)以及可移動(dòng)腔室&玻璃載臺(tái)單元。激光光路單元集成在通過(guò)伺服馬達(dá)控制實(shí)現(xiàn)x、y、z方向精準(zhǔn)移動(dòng)的移動(dòng)單元，一束三次諧波固相脈沖激光(Nd∶YAG激光源，美國(guó)Photonics公司，λ=351 nm，4 kHz，脈沖寬度45 ns)經(jīng)由控制光斑尺寸的鏡片(Slit)(控制激光束尺寸，形狀為正方形，可調(diào)控范圍為2～50 μm)和目鏡(×50NUV，用以觀察維修狀況)等單元直達(dá)玻璃基底，同時(shí)利用電荷耦合器件攝像機(jī)拍攝監(jiān)控基底表面，從而實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的激光輻射。在玻璃載臺(tái)上固定一個(gè)檢測(cè)激光功率的硅基光電二極管傳感器，將激光光路單元移動(dòng)到該位置后，通過(guò)調(diào)節(jié)光單元中的衰減器(Beam attenuator，控制激光功率大小)可獲得所需功率大小的激光。利用Ar氣(純度為99.999%)作為載體，將裝在恒溫不銹鋼罐子的W(CO)6前驅(qū)體(純度99.999%，韓國(guó)UP公司)經(jīng)由恒溫&恒流的氣路系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)介_放式腔室，其中罐子保持恒溫(50 ℃)，該溫度確保罐內(nèi)保持35.8 Pa蒸氣壓，從而使罐子內(nèi)的W(CO)6在進(jìn)入管道時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，在激光輻射作用下氣態(tài)W(CO)6在選定區(qū)域發(fā)生裂解反應(yīng)沉積成鎢薄膜。腔室底部設(shè)置有環(huán)形孔，環(huán)形孔在沉積鎢薄膜時(shí)向下吹A(chǔ)r氣，形成環(huán)形持續(xù)吹氣的Ar氣簾，從而防止外面空氣進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域。未反應(yīng)完全的殘余物和反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣(主要為CO)也會(huì)污染鎢薄膜，利用真空泵將未反應(yīng)完全的殘余物、裂解產(chǎn)生的CO氣體送入尾氣處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。腔室處還設(shè)有凈化Ar管道，防止氣態(tài)W(CO)6在石英制的窗口處冷凝。另外，氣路系統(tǒng)的管道也保持恒溫(55 ℃)，防止管道中的W(CO)6冷凝，從而導(dǎo)致沉積的鎢薄膜太薄甚至管道堵塞。通過(guò)流量控制器MFC1確保承載W(CO)6進(jìn)入氣路系統(tǒng)的Ar氣流量恒定為200 mL/min，通過(guò)MFC2控制的凈化Ar和環(huán)形氣簾流量Ar恒定為350 mL/min。

圖1 LCVD維修系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of LCVD repair system

2.2 實(shí)驗(yàn)表征

對(duì)基底薄膜的損傷采用FIB-SEM(德國(guó)Zeiss公司，Cross Beam540)進(jìn)行觀察，首先利用聚焦離子束FIB(15 kV，1.5 nA)沿一定角度在鎢薄膜&基底選定區(qū)域做橫截面剝除，由于聚焦離子束不會(huì)對(duì)選定區(qū)域外的膜層或基底造成損傷，利用SEM(5 kV，400 pA)可以觀察鎢薄膜&基底的橫截面形貌和結(jié)構(gòu)。在完整8.5代TFT-LCD玻璃(2 500 mm×2 200 mm)上固定位置沉積有固定間距(220 μm)的兩個(gè)金屬膜(由TFT-LCD中的銅薄膜和氧化銦錫薄膜組成)，在金屬膜間沉積鎢薄膜，將玻璃送入EPM設(shè)備，EPM(韓國(guó)陽(yáng)電子公司，電阻測(cè)試精度達(dá)10-3Ω)探針自動(dòng)、精準(zhǔn)搭接在金屬膜上，實(shí)現(xiàn)鎢薄膜電阻的精準(zhǔn)測(cè)量，從而計(jì)算出各工藝參數(shù)下的電阻率(ρ=R/L)。通過(guò)光學(xué)三維分析儀(3D Profiler，美國(guó)Bruker公司)可以得到沉積鎢薄膜的整體形貌，采用FIB-SEM配置的EDS對(duì)鎢薄膜進(jìn)行成分分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 不同工藝參數(shù)成膜對(duì)薄膜基底的損傷討論

本節(jié)采用控制變量法，針對(duì)激光功率、激光束Slit尺寸和激光輻射速度對(duì)薄膜基底損傷的影響做了詳細(xì)的討論。如圖2(a)標(biāo)注所示，最上面一層為鎢薄膜，中間為TFT基底薄膜，最底層為玻璃基底，并且TFT基底薄膜不同區(qū)域膜層數(shù)量和構(gòu)成不一，基底薄膜膜層從上至下依次為PVX層、有源層、FGI層、柵電極層，依次為SiNx、a-Si、SiNx、Cu薄膜。由于基底薄膜不同區(qū)域厚度不一致，薄膜臺(tái)階處易出現(xiàn)應(yīng)力變化，出現(xiàn)鎢薄膜或基底薄膜的開裂損傷，因此我們主要對(duì)薄膜臺(tái)階處進(jìn)行FIB-SEM檢測(cè)。若基底薄膜中的PVX層、有源層和FGI層受損，膜層完全裂開，TFT-LCD電路通電后，鎢薄膜很有可能會(huì)與柵電極層形成電學(xué)性相連而導(dǎo)致該區(qū)域電路短路，從而產(chǎn)生電學(xué)性不良。另外，在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)過(guò)陣列基板涂布液晶、陣列基板與彩膜基板對(duì)盒、貼偏振膜等一系列工藝后，在按壓應(yīng)力作用下，膜層裂縫還可能進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖2 0.8 mW(a)，1.0 mW (b)，1.2 mW(c)激光功率作用下基底薄膜橫截面的SEM圖片(激光輻射速度4 μm/s，光斑尺寸7 μm)。Fig.2 SEM images of the cross section of thin film substrate at various laser power of 0.8 mW (a),1.0 mW(b),1.2 mW(c),respectively.Scan speed is 4 μm/s,slit is 7 μm.

在激光輻射速度均為4 μm/s和光斑尺寸均為7 μm條件下，不同功率(0.8～1.2 mW)激光輻射氣態(tài)W(CO)6后在基底薄膜上形成鎢薄膜，鎢薄膜&基底橫截面如圖2所示。激光功率為0.8 mW時(shí)，任何區(qū)域從上至下的膜層均未發(fā)現(xiàn)基底薄膜或玻璃基底損傷；當(dāng)激光功率增加到1.0 mW時(shí)，臺(tái)階處的PVX層和有源層出現(xiàn)明顯的裂縫；激光功率繼續(xù)增加到1.2 mW時(shí)，PVX層、有源層和FGI層已經(jīng)裂開?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)激光輻射速度、激光束光斑不變時(shí)，隨著激光功率的增加，基底薄膜損傷越來(lái)越嚴(yán)重。W(CO)6裂解反應(yīng)包含光解和熱解反應(yīng)，激光功率越大，裂解反應(yīng)越徹底，產(chǎn)生的溫度也越高，造成基底損傷可能性更大。有研究者也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激光功率大于0.5 mW時(shí)，W(CO)6的裂解時(shí)基底表面能夠產(chǎn)生很高的溫度(～300 ℃)，且功率越大，基底表面溫度越高。為了得到導(dǎo)電性好、純度高的鎢薄膜，基底表面溫度常常需要大于450 ℃，局部溫度過(guò)高易導(dǎo)致基底薄膜損傷[13]。

圖3 6 μm(a)，8 μm (b)，10 μm(c)激光束光斑作用下基底薄膜橫截面的SEM圖片(激光功率0.8 mW，輻射速度4 μm/s)Fig.3 SEM images of the cross section of thin film substrate at different laser slit of 6 μm (a),8 μm (b),10 μm(c),respectively.Laser power is 0.8 mW,scan speed is 4 μm/s.

保證激光功率為0.8 mW、輻射速度為4 μm/s，在不同激光束光斑尺寸(6～10 μm)條件下沉積鎢薄膜，橫截面如圖3所示。激光束光斑為6 μm時(shí)，未發(fā)現(xiàn)基底薄膜或玻璃基底有損傷；當(dāng)激光束光斑增大到8 μm時(shí)，PVX層有明顯裂縫；激光束光斑繼續(xù)增大到10 μm時(shí)，PVX層、有源層和FGI層已經(jīng)裂開。簡(jiǎn)而言之，其他條件不變時(shí)，激光束光斑尺寸越大，基底薄膜開裂程度越大。激光束光斑尺寸決定沉積的鎢薄膜的寬度，光斑越大，沉積薄膜面積也越大，基底表面受光輻射和W(CO)6熱裂解影響的區(qū)域面積就更大，從而可能導(dǎo)致基底薄膜膜層更容易受損出現(xiàn)裂縫。

保持激光功率為 0.8 mW、激光束光斑為7 μm，研究激光輻射速度變更(2～4 μm/s)對(duì)基底薄膜損傷的影響，如圖4所示。激光輻射速度為2 μm/s時(shí)，PVX層、有源層和FGI層已經(jīng)裂成一條裂縫；激光輻射速度加大到3 μm/s時(shí)，只有PVX層開裂，其余膜層并無(wú)損傷；當(dāng)激光輻射速度加大到4 μm/s時(shí)，所有膜層和玻璃基底均未發(fā)現(xiàn)任何損傷。也就是說(shuō)，當(dāng)其他條件不變時(shí)，激光輻射速度越大，對(duì)基底薄膜的損傷越小。激光輻射速度越小，即光輻射時(shí)間和裂解反應(yīng)時(shí)間更長(zhǎng)，基底薄膜也就更容易出現(xiàn)受損。

圖4 2 μm/s(a)，3 μm/s(b)，4 μm/s(c)激光輻射速度下基底薄膜橫截面的SEM圖片(激光功率0.8 mW，光斑7 μm)。Fig.4 SEM images of the cross section of thin film substrate at diverse scan speed of 2 μm/s(a),3 μm/s (b),4 μm/s(c),respectively.Laser power is 0.8 mW,slit is 7 μm.

為了進(jìn)一步揭示薄膜基底損傷是何原因?qū)е碌?，我們將盛放W(CO)6的罐子關(guān)閉，維修系統(tǒng)結(jié)構(gòu)維持不變，保證激光能夠直接輻射薄膜基底但又不會(huì)沉積鎢薄膜。保持低激光輻射速度和大光斑尺寸，改變激光功率，激光輻射的薄膜基底橫截面如圖5所示。由上面實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)采用低激光輻射速度(2 μm/s)、大激光束光斑尺寸(10 μm)時(shí)，只要激光功率大于0.8 mW，鎢薄膜就會(huì)對(duì)基底薄膜造成損傷。但可以清晰地看到，當(dāng)沉積鎢薄膜激光功率為0.4，1.0，1.6 mW時(shí)，均不會(huì)導(dǎo)致基底薄膜或玻璃基底出現(xiàn)任何裂縫或損傷。有理由相信在使用LCVD維修TFT-LCD電路缺陷時(shí)，基底薄膜的損傷由W(CO)6熱解反應(yīng)產(chǎn)生的高溫所致，而不是光輻射導(dǎo)致基底薄膜導(dǎo)致裂解。

圖5 0.4 mW(a)，1.0 mW (b)，1.6 mW (c)激光功率作用下基底薄膜橫截面的SEM圖片(激光輻射速度2 μm/s，光斑10 μm)。Fig.5 SEM images of the cross section of thin film substrate at various laser power of 0.4 mW(a),1.0 mW(b),1.6 mW(c),respectively.Scan speed is 2 μm/s,slit is 10 μm.

3.2 不同工藝參數(shù)對(duì)沉積鎢膜電阻的影響

LCVD用于維修TFT-LCD電路缺陷時(shí)，所沉積的金屬薄膜電阻越大，維修電路電阻也越大，維修電路信號(hào)傳輸比無(wú)缺陷電路延遲更大，導(dǎo)致維修電路更容易發(fā)生電學(xué)性不良。迄今為止，研究者們?cè)谘芯縇CVD用于維修電路缺陷時(shí)，都會(huì)測(cè)量金屬薄膜的電阻，一般都是手動(dòng)將萬(wàn)用表或電阻測(cè)試儀探針搭接在沉積薄膜兩端，測(cè)量出電阻R后，再利用光學(xué)測(cè)量?jī)x測(cè)量鎢薄膜厚度、寬度和長(zhǎng)度，通過(guò)ρ=RS/L(ρ為薄膜電阻率，R為電阻，S為厚度與寬度之積，L為長(zhǎng)度)公式計(jì)算出金屬薄膜電阻率。但是，鎢薄膜金屬線不同位置厚度、寬度值不盡相同，手動(dòng)操作測(cè)量?jī)x器也容易產(chǎn)生誤差。另外，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，測(cè)量出電阻后，再測(cè)量薄膜厚度、寬度計(jì)算電阻率，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用沒有指導(dǎo)意義，還增加了工作量。因此，我們采用精密度更高的儀器EPM，通過(guò)自動(dòng)化測(cè)試方法來(lái)測(cè)試鎢薄膜電組，再根據(jù)電阻率(ρ=R/L)統(tǒng)計(jì)、衡量實(shí)驗(yàn)所得鎢薄膜電學(xué)特性。

電阻測(cè)試方法如圖6附圖，在兩個(gè)金屬膜之間沉積鎢薄膜，EPM探針自動(dòng)移動(dòng)并搭接在金屬膜中央位置后測(cè)量電阻。其中，金屬膜在玻璃基底上的位置和間距均固定(金屬膜間為玻璃基底而未沉積任何薄膜，間距220 μm)，面積為200 μm×200 μm。另外，金屬膜由TFT-LCD基底薄膜中的銅薄膜(位于上層)和氧化銦錫薄膜組成，銅薄膜厚度為0.5 μm，常溫下銅電阻率低至0.017 Ω·μm，則金屬膜電阻僅為0.034 Ω。EPM探針在測(cè)試時(shí)可以自動(dòng)精確搭接在金屬膜正中央(誤差小于10 μm)，本文中，不同條件下鎢薄膜與金屬膜電阻之和均大于100 Ω，遠(yuǎn)大于金屬膜電阻。因此，不同實(shí)驗(yàn)條件搭接在金屬膜上方的鎢薄膜電阻可忽略不計(jì)，可以直接按金屬膜間距統(tǒng)計(jì)鎢薄膜長(zhǎng)度，鎢薄膜電阻率即為測(cè)量電阻除以金屬膜間距。

圖6 不同激光功率(0.6～1.2 mW)下沉積薄膜的電阻(激光輻射速度4 μm/s，光斑7 μm)Fig.6 Variation of the electrical resistivity of tungsten film deposited at various laser power (0.6～1.2 mW).Scan speed is 4 μm/s,slit is 7 μm.

在激光功率為0.8 mW、激光束光斑為7 μm時(shí)，不同激光輻射速度(3～8 μm/s)沉積所得薄膜的電阻率如圖7所示。激光輻射速度為3 μm/s時(shí)，電阻率為0.79 Ω/μm，隨著激光輻射速度逐漸加快，電阻率越大，激光輻射速度為8 μm/s時(shí)，電阻率為2.52 Ω/μm。這可能是因?yàn)樵诩す夤β屎图す馐獍吆愣〞r(shí)，激光輻射速度越大，激光輻射時(shí)間越短，導(dǎo)致W(CO)6裂解程度更低或沉積的薄膜更薄，電阻也就越小[13]。

圖7 不同激光輻射速度(3～8 μm/s)下沉積薄膜的電阻(激光功率0.8 mW，光斑7 μm)Fig.7 Variation of the electrical resistivity of tungsten film deposited at different scan speed (3～8 μm/s).Laser power is 0.8 mW,Slit is 7 μm.

在激光功率為0.8 mW、激光輻射速度為4 μm/s時(shí)，不同激光光斑尺寸(2～12 μm)沉積所得薄膜的電阻率如圖8所示。在光斑為2 μm時(shí)，電阻率為3.82 Ω，光斑尺寸越大，電阻率越小。當(dāng)光斑為12 μm時(shí)，電阻率為0.69 Ω。這是因?yàn)榧す馐獍叱叽缭酱?，沉積的薄膜寬度越寬，沉積薄膜量也越大，電阻也就越小[12]。

圖8 不同激光光斑(2～12 μm)下沉積薄膜的電阻(激光功率0.8 mW，輻射速度4 μm/s)Fig.8 Variation of the electrical resistivity of tungsten film deposited at diverse slit (2～12 μm).Laser power is 0.8 mW,scan speed is 4 μm/s.

3.3 沉積薄膜形貌表征和成分分析

圖9 激光功率為1.0 mW、光斑為6 μm和輻射速度為5 μm/s條件下沉積薄膜的光學(xué)圖(a)、3D輪廓圖(b)和橫截面SEM圖。Fig.9 Optics image (a),3D profiler image (b),cross section SEM image (c)of the tungsten film deposited at scan speed of 5 μm/s,Slit of 6 μm and laser power of 0.8 mW.

控制變量法實(shí)驗(yàn)表明，激光功率或激光束光斑越大，基底損傷越大，但電阻率越??；激光輻射速度越大，基底損傷越小，但電阻率越大。經(jīng)過(guò)平衡各工藝參數(shù)，在激光功率為1.0 mW、激光光路光斑尺寸為6 μm和激光輻射速度為5 μm/s條件下，得到了電阻率低、對(duì)基底薄膜無(wú)損傷的鎢薄膜，可以應(yīng)用于TFT-LCD電路缺陷的維修。該條件直接沉積薄膜在玻璃基底上時(shí)，鎢薄膜電阻率僅為0.96 Ω/μm，薄膜光學(xué)圖如圖9(a)所示，3D輪廓圖像如圖9(b)所示，形貌良好。該條件直接沉積薄膜在TFT-LCD基底薄膜上(圖9(c))時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)薄膜基底無(wú)任何開裂、損傷現(xiàn)象。

為了進(jìn)一步揭示該條件下電阻率較低原因，保持激光光路光斑尺寸為6 μm和激光輻射速度為5 μm/s條件不變，直接在玻璃基底上用不同激光功率(0.6，0.8，1.0 mW)沉積薄膜，薄膜成分如圖10所示。在進(jìn)行EDS分析前，測(cè)試樣品鍍有Pt以增強(qiáng)樣品導(dǎo)電性，因此各條件下所沉積薄膜均檢出Pt。另外，玻璃基底中含有N、O、Al、Si，在15 kV高電壓下，各條件下所沉積薄膜均檢測(cè)出以上元素，表明測(cè)試時(shí)特征X射線已到達(dá)玻璃基底。從圖10中還可以發(fā)現(xiàn)，Si和W元素在X射線能量為1.7 keV左右時(shí)的峰很接近，很難對(duì)這兩個(gè)元素進(jìn)行定量分析。但從元素的重量和原子比例可以知道圖10(c)中EDS圖無(wú)C元素的峰，而圖10(a)、(b)均檢測(cè)出C元素，即在激光功率為1.0 mW時(shí)，W(CO)6的羰基配體已經(jīng)完全分解成W、WO2和WO3，這可能是該條件電阻率較低的根本原因。

圖10 激光功率分別在0.6 mW (a)，0.8 mW (b)，1.0 mW (c)時(shí)所沉積薄膜的EDS圖(激光輻射速度5 μm/s，光斑 6 μm)。Fig.10 EDS images of the deposited tungsten film at laser power of 0.6 mW (a),0.8 mW (b)and 1.0 mW (c).Scan speed is 4 μm/s,slit is 6 μm.

4 結(jié) 論

本文在空氣氛圍下采用LCVD技術(shù)在TFT-LCD玻璃上沉積鎢薄膜用以維修電路缺陷。采用FIB-SEM替代傳統(tǒng)SEM觀察鎢薄膜橫截面形貌，同時(shí)為了減小誤差，首次采用高精度、自動(dòng)化的EPM設(shè)備測(cè)試鎢薄膜線阻率。通過(guò)控制變量法，詳細(xì)討論了激光功率、輻射幅度、光斑尺寸對(duì)TFT-LCD基底薄膜損傷和鎢薄膜電阻率的影響?？刂茊我蛔兞繒r(shí)，激光功率或激光束光斑越大，基底損傷越大，但電阻率越小；激光輻射速度越大，基底損傷越小，但電阻率越大。通過(guò)平衡工藝參數(shù)，在激光功率為1.0 mW、激光光路光斑尺寸為6 μm和激光輻射速度為5 μm/s條件下，得到了電阻率僅為0.96 Ω/μm、同時(shí)對(duì)基底薄膜無(wú)任何損傷的鎢薄膜，能夠很好地應(yīng)用于TFT-LCD電路缺陷的維修。