第八章 a-SiH TFT阵列制造中金属化

1、Inst. Of Opto-electronics薄膜晶体管材料和工艺薄膜晶体管材料和工艺 第一卷第一卷 非晶硅薄膜晶体管非晶硅薄膜晶体管第八章第八章 a-Si:H TFT阵列制造中的金属化阵列制造中的金属化 互连金属线的沉积和湿法刻蚀互连金属线的沉积和湿法刻蚀 YUE KUOInst. Of Opto-electronics1.引言引言2. TFT LCD互连金属线的基础知识互连金属线的基础知识3.a-si:H TFT的互连金属线的要求的互连金属线的要求4.TFT阵列的导电材料阵列的导电材料5.用于先进的用于先进的TFT阵列生产的导电材料的关键问题阵列生产的导电材料的关键问题6. TFT阵列

2、导电材料的淀积阵列导电材料的淀积7. a-si:HTFT阵列导电材料的湿法刻蚀阵列导电材料的湿法刻蚀8.小结小结Inst. Of Opto-electronics1. 引言引言 本章主要介绍本章主要介绍TFT LCD的导电材料的材料特性和生产过程的导电材料的材料特性和生产过程，比如溅射淀积和湿法刻蚀。首先讨论导电材料的要求，同时介，比如溅射淀积和湿法刻蚀。首先讨论导电材料的要求，同时介绍几种用于电极的重要的材料。其次，讨论高效、低成本绍几种用于电极的重要的材料。其次，讨论高效、低成本TFT LCD的导电材料的基本工艺。我们会详细介绍铝和铝合金，因为的导电材料的基本工艺。我们会详细介绍铝和铝合金

3、，因为它们是目前最重要的低阻电极。着重介绍导电材料的生产过程，它们是目前最重要的低阻电极。着重介绍导电材料的生产过程，因为这决定着生产力并极大地影响因为这决定着生产力并极大地影响TFT LCD的生产成本。的生产成本。 刻蚀可分为湿法和干法刻蚀两种。在本章中，介绍用湿法刻刻蚀可分为湿法和干法刻蚀两种。在本章中，介绍用湿法刻蚀联通金属电极和蚀联通金属电极和ITO。讨论金属电极侧墙锥度的形成。讨论金属电极侧墙锥度的形成。Inst. Of Opto-electronics2. TFT LCD互连金属线的基础知识互连金属线的基础知识TFT LCD的结构的结构 Inst. Of Opto-electron

4、ics 栅扫描线电阻率的最大值和不同分辨率屏栅扫描线电阻率的最大值和不同分辨率屏（VGA、XGA、SXGA、HDTV）的对角线长度的对比）的对角线长度的对比 Inst. Of Opto-electronics栅扫描线电阻率的最大值与不同对角线长度显示屏的栅扫描线数量的对比栅扫描线电阻率的最大值与不同对角线长度显示屏的栅扫描线数量的对比 Inst. Of Opto-electronics3.a-si:H TFT的互连金属线的要求的互连金属线的要求 低电阻率低电阻率 生产流程的兼容性生产流程的兼容性 薄膜应牢固地附着在衬底上薄膜应牢固地附着在衬底上 在光刻过程中，导电薄膜会在给定的时间内被准确地刻

5、成设计好的图形在光刻过程中，导电薄膜会在给定的时间内被准确地刻成设计好的图形 薄膜不应当被化学方法损坏薄膜不应当被化学方法损坏 导电材料的侧墙刻印应该尽可能变小用以提高绝缘层的特性导电材料的侧墙刻印应该尽可能变小用以提高绝缘层的特性 综合以上要求，具备这些特性的导电材料要均匀地分布在整个衬底区域综合以上要求，具备这些特性的导电材料要均匀地分布在整个衬底区域 数据线材料数据线材料 数据线材料的要求和栅扫描线材料的要求几乎相同。虽然数据线材料的电数据线材料的要求和栅扫描线材料的要求几乎相同。虽然数据线材料的电 阻率不像栅扫描线材料那样要求严格，但其电阻率还是越低越好。阻率不像栅扫描线材料那样要求严

6、格，但其电阻率还是越低越好。 透明导电材料透明导电材料 透明导电材料主要任务是形成像素电极。所以，对于透明材料的要求主要透明导电材料主要任务是形成像素电极。所以，对于透明材料的要求主要是可见光的波长范围和对生产是可见光的波长范围和对生产TFT其他步骤的兼容。其他步骤的兼容。 Inst. Of Opto-electronics4.TFT阵列的导电材料阵列的导电材料常见导电材料的特性常见导电材料的特性 Inst. Of Opto-electronics5.用于先进的用于先进的TFT阵列生产的导电材料的关键问题阵列生产的导电材料的关键问题 栅扫描线的准备栅扫描线的准备 栅金属特性的要求可概述如下：（

7、栅金属特性的要求可概述如下：（1）很低的电阻率，（）很低的电阻率，（2）高抗热性，）高抗热性，（3）易于刻蚀，包括变得很细，（）易于刻蚀，包括变得很细，（4）能牢固地附着在玻璃衬底上。）能牢固地附着在玻璃衬底上。 u 栅扫描线材料栅扫描线材料 Al Al-过渡金属合金过渡金属合金 Al-稀土合金稀土合金 Al三重合金三重合金 Cu Inst. Of Opto-electronics Al 为了降低成本，为了降低成本，Al或或Cu可以直接用作栅金属。可以直接用作栅金属。Al及其合金（及其合金（Al-Cu和和Al-Cu-Si）已经广泛地应用在）已经广泛地应用在VLSIC的高传导内部连线上。的高传导

8、内部连线上。Al及其合金的小丘和及其合金的小丘和针状物的形成不仅是造成成品率降低的主要原因，而且会影响半导体器件的寿针状物的形成不仅是造成成品率降低的主要原因，而且会影响半导体器件的寿命。这些缺陷是由于高电流密度情况下电子迁移或制造高温的高压造成的。命。这些缺陷是由于高电流密度情况下电子迁移或制造高温的高压造成的。 经250退火后的Al表面的小丘 300退火的Al膜表面的小丘和针状条纹 Inst. Of Opto-electronics Al-过渡金属合金过渡金属合金 Al和过渡金属的合金，我们表示为和过渡金属的合金，我们表示为Al-TM，因其可以防止高温下小丘的产生而，因其可以防止高温下小丘

9、的产生而作为栅导电材料。以下是作为栅导电材料。以下是Al合金系统的成功的关键：合金系统的成功的关键：为了保持低电阻率，加到为了保持低电阻率，加到Al中的元素的数量一定要少。中的元素的数量一定要少。应该在相对低的温度下迅速在颗粒边界沉淀金属化合物。沉淀的颗粒应该与金属应该在相对低的温度下迅速在颗粒边界沉淀金属化合物。沉淀的颗粒应该与金属颗粒有许多粘在一起的界面。它们可以阻止高温情况下颗粒有许多粘在一起的界面。它们可以阻止高温情况下Al原子的边界扩散。原子的边界扩散。阳极化的铝合金应该能够阻止小丘的形成而且能够保持栅线表面的良好绝缘性。阳极化的铝合金应该能够阻止小丘的形成而且能够保持栅线表面的良好绝缘性。 根据以上分析，根据以上分析，Al-Ta 、Al-Ti 和和Al-Zr可以作为栅材料。掺入可以作为栅材料。掺入Al中的元素浓度很低中的元素浓度很低，低于，低于0.03at%。 Inst. Of Opto-electronicsAl和其合金膜（2at%掺杂）的电阻率 与退火温度的函数关系的变化曲线 Inst. Of Opto-electronics黑点和针形的就分别是小丘和针状物