CN102736333B - 一种阵列基板、液晶显示装置和阵列基板的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种阵列基板、液晶显示装置和阵列基板的制作方法。所述TFT-LCD的阵列基板包括金属电极，所述金属电极包括导电层，所述导电层的一面设有VOxSiy材质的粘贴层，另一面设有阻隔层。本发明的金属电极在的一面通过金属钒跟阵列基板中的含硅材料（如玻璃、n+a-Si层），钒跟含硅材料产生化学反应，生成VOxSiy材质的粘贴层，可以让金属电极牢固地固定在玻璃基材上，同时VOxSiy接触电阻低，使金属层具有更好的导电性能。本发明还公开了一种制作方法，只须将铜-钒合金靶材溅射到阵列基板的含硅材料上，在一定的真空、温度条件下就能形成具有VOxSiy材质粘贴层的金属电极，制作方法简单、高效。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，更具体的说，涉及一种阵列基板、液晶显示装置和阵列基板的制作方法。
背景技术
常规应用于液晶显示(LCD)面板的阵列基板中的金属导线为铝导线，而阵列基片的性能特征和运行特性部分很大程度上取决于形成阵列式基片各元件的材料。而随液晶电视等显示终端大尺寸化、高解析度以及驱动频率高速化的趋势及要求，面板开发商不得不面对阵列系统中电阻及所造成的电阻/电容时间延迟问题；而铝导线具有较高的电阻率(~4μΩcm)使得TFT像素不能够充分充电，随高频寻址(≥120Hz)的广泛应用，这一现象会更加明显。
铜导线相对于铝具有较低的电阻率(~2μΩcm)及良好的抗电迁移能力，吸引了诸多材料及制程工程师兴趣并得到实际的量产应用；但在蚀刻制程中，经过离子蚀刻(RIE,reactive ion etch)时，铜金属会生成氟化铜(CuFx)和氯化铜(CuClx)，这两种物质在200℃以下为固体，不会气化，因此铜金属无法像铝金属那样以干式蚀刻的方式制作出导线图案。为此，发展用于铜金属湿蚀刻的刻蚀液变的尤为重要。此外，铜与玻璃具有差的粘附性，需要进行下层金属层进行过渡；且铜在200℃以下通过互扩散易于与硅反应生成具有CuSi3化合物，产生很高的接触电阻，因此需要采用其他金属层进行过渡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种金属电极接触电阻小、粘贴牢固的阵列基板、液晶显示装置和阵列基板的制作方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种TFT-LCD的阵列基板，包括金属电极，所述金属电极包括导电层，所述导电层的一面设有VOxSiy材质的粘贴层，另一面设有阻隔层。
优选的，所述导电层采用铜-钒合金，其中钒的含量为0.7～2at%。此为一种采用铜-钒合金靶材制作的金属电极，铜-钒合金靶材溅射到玻璃基材上，在高温、真空环境下，钒会在表面积聚，然后跟玻璃产生化学反应，生成VOxSiy材质的粘贴层，粘贴层上自然形成以铜质材料为主的导电层，采用该方法制成的导电层，会有部分的钒残留，结合导电层的导电性能和制作成本，钒残留控制在0.7～2at%是比较优选的技术方案。
优选的，所述导电层包括与粘贴层一体形成的第一导电层，与阻隔层一体形成的第二导电层，以及位于第一导电层和第二导电层之间独立设置的第三导电层。此为另一种导电层的结构，由于铜-钒合金靶材形成的导电层不可避免会残留钒，导电性能有所下降，设置独立的第三导电层可以采用纯度高的金属，如铜、银、金等，提升导电层的导电性能。
优选的，所述第一导电层和第二导电层采用铜-钒合金，其中钒的含量为0.7～2at%，所述第三导电层采用纯铜材料。此为一种采用铜-钒合金靶材形成第一导电层和第二导电层的结构，铜-钒合金靶在一定温度和真空条件先，钒金属向表面积聚，底层的铜-钒合金靶材跟玻璃接触，形成粘贴层和第一导电层；表层的铜-钒合金靶材跟氧气接触，形成阻隔层和第二导电层，采用该方法形成的金属电极结构，第一导电层和第二导电层中会有部分的钒残留，结合导电性能和制作成本，钒残留控制在0.7～2at%是比较优选的技术方案。
优选的，所述阻隔层采用VOx材料。钒的氧化物VOx容易溶于Cu蚀刻酸，能确保后续金属电极顺利进行，很适合用于作为金属电极的阻隔层。
一种液晶显示装置，包括上述的一种TFT-LCD的阵列基板。
一种TFT-LCD的阵列基板的制作方法，包括步骤：
A、准备好铜-钒合金靶材和阵列基板的基材，将铜-钒合金靶材维持在固溶状态，并对基材进行加热处理；
B、将铜-钒合金靶材铺设到所述阵列基板的基材表面，形成带有VOxSiy材质粘贴层的金属层。
优选的，所述步骤A中，所述铜-钒合金靶材维持在100-150℃；阵列基板加温至100-150℃。此为一种具体的温度范围。
优选的，所述步骤B后还包括步骤C：对所述阵列基板进行灰化处理，所述铜-钒合金靶材中的钒原子跟氧气产生化学反应，在所述粘贴层相对的另一面生成VOx材质的阻隔层。此为一种具体的阻隔层材质，当然还可以通过铺设硅质材料的方式，与钒产生化学反应，生成VOxSiy的阻隔层。
优选的，所述步骤B中包括：
B1、将铜-钒合金靶材溅射到所述阵列基板的基材表面；
B2、在真空环境下进行退火处理；铜-钒合金靶材中的钒原子在表面聚集，跟阵列基板的硅质材料产生化学反应，生成VOxSiy材质的粘贴层。此为一种单层靶材的制作工艺，只须用一层靶材就可以形成所述金属电极，加工效率高，有利于制造降低成本。
优选的，所述步骤B1中，铜-钒合金靶材形成的薄膜厚度为200-300nm。此为单层靶材工艺中，靶材厚度的数值范围。
优选的，所述步骤B中包括：
B1-1、将铜-钒合金靶材溅射到所述阵列基板的基材表面；
B1-2、在铜-钒合金靶材表面溅射纯铜靶材；
B1-3、在纯铜靶材上溅射铜-钒合金靶材。
B2、在真空环境下进行退火处理；铜-钒合金靶材中的钒原子在表面聚集，跟阵列基板的硅质材料产生化学反应，生成VOxSiy材质的粘贴层。此技术方案形成的金属电极，中间形成一层纯铜的导电层，导电效果更佳。
优选的，所述步骤B1-1中的铜-钒合金靶材形成的薄膜厚度为10-30nm；所述步骤B1-2的纯铜形成的薄膜厚度为250-500nm；所述步骤B1-3中的铜-钒合金靶材形成的薄膜厚度为10-30nm。此为一种三层靶材工艺中，各靶材厚度的数值范围。
优选的，所述步骤B2中，真空环境为10-2～10-3Pa；退火炉温度为300-350℃，退火持续时间为3-5分钟。此为一种具体的温度范围和真空环境。
优选的，所述步骤A和B中，所述铜-钒合金靶材的钒的成分区间为7-15at%。在此范围内，形成的粘贴层或阻隔层具有足够的牢固性和保护性能，厚度也适中，避免太厚影响后续的加工效率。
本发明的金属电极在的一面通过金属钒跟阵列基板中的含硅材料（如玻璃、n+a-Si层），钒跟含硅材料产生化学反应，生成VOxSiy材质的粘贴层，可以让金属电极牢固地固定在玻璃基材上，同时VOxSiy接触电阻低，使金属层具有更好的导电性能。本发明还公开了一种制作方法，只须将铜-钒合金靶材溅射到阵列基板的含硅材料上，在一定的真空、温度条件下就能形成具有VOxSiy材质粘贴层的金属电极，制作方法简单、高效。
附图说明
图1是本发明阵列基板剖面示意图；
图2是Cu-V合金靶材处于稳定固溶状态的曲线图；
图3是本发明实施例一示意图；
图4是本发明实施例二示意图；
图5是本发明纯铜和Cu-V接触电阻的对比示意图；
其中：100、玻璃基材；200、导电层；210、第一导电层；220、第二导电层；230、第三导电层；300、粘贴层；400、阻隔层；500、钒原子；600、铜；700、绝缘层；800、透明电极层；900、闸极。
具体实施方式
本发明公开了一种液晶显示装置，液晶显示装置包括液晶面板，液晶面板包括彩膜基板和TFT-LCD的阵列基板。阵列基板包括多个TFT和多条纵横交错的数据线和扫描线，TFT包括源极、闸极和漏极，每个TFT的闸极连接到一条扫描线，其源极连接到一条数据线。以闸极的剖面结构为例，如图1所示，阵列基板的结构从底部算起，依次包括玻璃基材100、闸极900、绝缘层700和透明电极层800，所述闸极与玻璃基材接触的一面设有VOxSiy材质的粘贴层300，另一面设有阻隔层400，粘贴层300和阻隔层400之间是导电层200。当然，本发明的金属电极还可以为TFT的源极、漏极或扫描线、数据线中的一种或多种。另外，金属电极并不一定直接溅渡在玻璃基材100上，如源/漏电极，其设置在n+a-Si层表面，但钒跟n+a-Si产生化学反应，仍然生成VOxSiy。
本发明的金属电极在跟玻璃接触的一面通过金属钒跟玻璃接触，钒跟玻璃产生化学反应，生成VOxSiy材质的粘贴层，可以让金属电极牢固地固定在玻璃基材上，同时VOxSiy接触电阻低，使金属层具有更好的导电性能。本发明还公开了一种制作方法，只须将铜-钒合金靶材溅射到玻璃基板上，在一定的真空、温度条件下就能形成具有VOxSiy材质粘贴层的金属电极，制作方法简单、高效。下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
本实施方式的金属电极包括粘贴层300，以及设置在粘贴层300上的导电层200，导电层200可以采用铜、银、金等具有优良导电性能的金属制成，导电层200内含有0.7～2at%的钒，导电层200上设有采用VOx材料的阻隔层400，阻隔层400可以防止导电层200被氧化。
以采用铜材为例，金属电极可以通过Cu-V合金靶材制作，具体步骤如下（参见图3）：
A：Cu-V合金靶材中钒（V）含量为8at.%，将Cu-V合金靶材维持在稳定的金属固溶状态，参见图2，可以了解到不同配比的Cu-V合金靶材，达到金属固溶状态所需要的温度。当然，Cu-V合金靶材中钒的成分区间可以扩展到7-15at.%。
B：将处于固溶状态的Cu-V合金靶材置于溅射腔体中，通过溅渡方式溅射到玻璃基材100上，形成厚度在250nm-500nm之间的金属薄膜，在溅射过程中阵列基板加温至100-150℃，溅射腔体加热至100-150℃。当然，靶材溅射的厚度主要取决于工艺要求，不局限于本实施方式中的厚度区间。
C：在真空度介于10-2-10-3Pa的真空环境中，将溅渡有Cu-V金属薄膜的玻璃基材100放入退火炉中加热至300-350℃，持续约3-5分钟，使得体心立方结构的钒500能够在面心立方结构的铜600中充分扩散，并在金属薄膜的上下表面聚集；由于V具有优良的抗氧化性，会在表面形成几个纳米的VOx氧化物，形成所述阻隔层400，有效阻碍Cu进一步氧化；在下端的V聚集具有几个纳米厚度，生成VOxSiy,其介于金属薄膜与玻璃之间，使其具有良好的粘附性，形成所述粘贴层300；而由于大部分的V都积聚到金属薄膜的上下表面，因此金属薄膜的中间部分自然形成铜质材料的导电层200，采用该方法制成的导电层200，不可避免会有部分的V残留，结合导电层200的导电性能和制作成本，V残留控制在0.7～2at%是比较优选的技术方案。
D：采用适用于Cu蚀刻的磷酸、硫酸、过硫酸、硝酸、唑类化合物、胺类化合物、pH稳定剂、有机溶剂及去离子水等混酸类蚀刻液对金属薄膜进行蚀刻；形成金属电极。由于在导电层200上下部形成VOx材质的阻隔层400及VOxSiy材质的粘贴层300厚度较薄，且均容易溶于Cu蚀刻酸中；保证后续金属电极制程能够顺利进行。
如图5所示，在随后的ITO制程中，进行O2灰化时与Cu-V合金形成的氧化层其接触电阻明显低于纯Cu的接触电阻，表明此方法能够适用于TFT-LCD阵列基板Cu制程的要求。
另外，本实施方式中的金属电极并不一定直接溅渡在玻璃基材100上，如源/漏电极，其溅射在n+a-Si层表面，V积聚在下表面，跟n+a-Si产生化学反应，仍然生成VOxSiy。V聚集形成几个纳米厚度的VOxSiy材质的粘贴层300，其介于导电层与n+a-Si之间，阻碍Cu与Si之间的扩散反应生成具有很高接触电阻的CuSi3层。
实施例二
本实施方式中，金属电极的导电层200包括与粘贴层300一体形成的第一导电层210，与VOx材料的阻隔层400一体形成的第二导电层220，以及位于第一导电层210和第二导电层220之间独立设置的第三导电层230。第一导电层210和第二导电层220内含有0.7～2at%的钒。设置独立的第三导电层230可以采用纯度高的金属，如铜、银、金等，提升导电层200的导电性能。
以采用铜材为例，金属电极可以通过两道Cu-V合金靶材溅射、一道纯铜靶材溅射的工艺制作，具体步骤如下（参见图4）：
A：Cu-V合金靶材中钒（V）的含量为8at.%，将Cu-V合金靶材维持在稳定的金属固溶状态，同样的，纯铜靶材也需要处于固溶状态。参见图2，可以了解到不同配比的Cu-V合金靶材，达到金属固溶状态所需要的温度。当然，Cu-V合金靶材中钒的成分区间可以扩展到7-15at.%。
B：将处于固溶状态的Cu-V合金靶材分别置于第一溅射腔体和第三腔体中，纯铜靶材置于第二溅射腔体中，依次选用第一、第二、第三溅射腔体执行溅渡作业，在玻璃基材100表面依次形成10-30nm厚度的第一道Cu-V合金薄膜、250-500nm厚度的纯铜薄膜及10-30nm厚度的第二道Cu-V薄膜。在溅射过程中阵列基板加温至100-150℃，溅射腔体加热至100-150℃。当然，各靶材溅射的厚度主要取决于工艺要求，不局限于本实施方式中的厚度区间。
C：在真空度介于10-2-10-3Pa的真空环境中，将玻璃基材100放入退火炉中加热至300-350℃，持续约3-5分钟，使得体心立方结构的钒500能够在面心立方结构的铜600中充分扩散：
第一道Cu-V合金薄膜的钒在其薄膜的下表面聚集，下端的V聚集具有几个纳米厚度，与玻璃基材100产生化学反应，生成VOxSiy粘贴层300，而第一道Cu-V合金薄膜其余部分自然形成第一导电层210，第一导电层210的主要成分为铜，当然还会残留部分的金属钒，结合导电层200的导电性能和制作成本，V残留控制在0.7～2at%是比较优选的技术方案。
第二导电层220为纯铜材料，直接溅射到第一道Cu-V合金薄膜表面，与第一导电层210贴合在一起。
第三道Cu-V合金薄膜溅射在第二导电层220表面，靶材中的钒在其薄膜的上表面聚集，上端的V聚集具有几个纳米厚度，与外部的氧气产生化学反应，生成VOx氧化物的阻隔层400，而第三道Cu-V合金薄膜其余部分自然形成第三导电层230，与第二导电层220贴合在一起。第三导电层230的主要成分为铜，当然还会残留部分的金属钒，结合导电层200的导电性能和制作成本，V残留控制在0.7～2at%是比较优选的技术方案。
D：采用适用于Cu蚀刻的磷酸、硫酸、过硫酸、硝酸、唑类化合物、胺类化合物、pH稳定剂、有机溶剂及去离子水等混酸类蚀刻液对金属薄膜进行蚀刻；形成金属电极。由于在导电层200上下部形成VOx材质的阻隔层400及VOxSiy材质的粘贴层300厚度较薄，且均容易溶于Cu蚀刻酸中；保证后续金属电极制程能够顺利进行。
如图5所示，在随后的ITO制程中，进行O2灰化时与Cu-V合金形成的氧化层VOx其接触电阻明显低于纯Cu的接触电阻，表明此方法能够适用于TFT-LCD阵列基板Cu制程的要求。
另外，本实施方式中的金属电极并不一定直接溅渡在玻璃基材100上，如源/漏电极，其溅射在n+a-Si层表面，V积聚在下表面，跟n+a-Si产生化学反应，仍然生成VOxSiy。V聚集形成几个纳米厚度的VOxSiy材质的粘贴层300，其介于导电层与n+a-Si之间，阻碍Cu与Si之间的扩散反应生成具有很高接触电阻的CuSi3层。
当然在现实中，绝对无任何杂质的铜材是不存在的，因此本发明所述的“纯铜”并不局限于绝对意义上的纯铜，只要是现有认为是铜材，而非铜合金的材料，都在本发明所述的纯铜范围内。
实施例三
本实施方式公开另一种上述阵列基板的制作方法，将纯钒和纯铜放置在不同的溅射腔体，先溅射一层钒，然后再溅射一层铜，最后再溅射一层钒，在实施例所述的真空和温度环境下，下表面的钒生成VOxSiy，上表面的钒经过氧气灰化处理以后生成VOx，中间一层铜形成所述导电层，采用该方式，导电层中的钒含量会有显著减少，提高了导电层的导电性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种TFT-LCD的阵列基板，包括金属电极，其特征在于，所述金属电极包括导电层，所述导电层的一面设有VOxSiy材质的粘贴层，另一面设有阻隔层；所述导电层包括与粘贴层一体形成的第一导电层，与阻隔层一体形成的第二导电层，以及位于第一导电层和第二导电层之间独立设置的第三导电层。
2.如权利要求1所述的一种TFT-LCD的阵列基板，其特征在于，所述导电层采用铜-钒合金，其中钒的含量为0.7～2at％。
3.如权利要求1所述的一种TFT-LCD的阵列基板，其特征在于，所述第一导电层和第二导电层采用铜-钒合金，其中钒的含量为0.7～2at％，所述第三导电层采用纯铜材料。
4.如权利要求1～3任一所述的一种TFT-LCD的阵列基板，其特征在于，所述阻隔层采用VOx材料。
5.一种液晶显示装置，包括如权利要求1～4任一所述的一种TFT-LCD的阵列基板。
6.一种TFT-LCD的阵列基板的制作方法，包括步骤：
A、准备好铜-钒合金靶材和阵列基板的基材，将铜-钒合金靶材维持在固溶状态，并对基材进行加热处理；
B、将铜-钒合金靶材铺设到所述阵列基板的基材表面，形成带有VOxSiy材质粘贴层的金属层；
所述步骤B中包括：
B1-1、将铜-钒合金靶材溅射到所述阵列基板的基材表面；
B1-2、在铜-钒合金靶材表面溅射纯铜靶材；
B1-3、在纯铜靶材上溅射铜-钒合金靶材；
B2、在真空环境下进行退火处理；铜-钒合金靶材中的钒原子在表面聚集，跟阵列基板的硅质材料产生化学反应，生成VOxSiy材质的粘贴层。
7.如权利要求6所述的一种TFT-LCD的阵列基板的制作方法，其特征在于，所述步骤A中，所述铜-钒合金靶材维持在100-150℃；阵列基板加温至100-150℃。
8.如权利要求6所述的一种TFT-LCD的阵列基板的制作方法，其特征在于，所述步骤B后还包括步骤C：对所述阵列基板进行灰化处理，所述铜-钒合金靶材中的钒原子跟氧气产生化学反应，在所述粘贴层相对的另一面生成VOx材质的阻隔层。
9.如权利要求6所述的一种TFT-LCD的阵列基板的制作方法，其特征在于：
所述步骤B1-1中的铜-钒合金靶材形成的薄膜厚度为10-30nm；
所述步骤B1-2的纯铜形成的薄膜厚度为250-500nm；
所述步骤B1-3中的铜-钒合金靶材形成的薄膜厚度为10-30nm。
10.如权利要求6所述的一种TFT-LCD的阵列基板的制作方法，其特征在于，所述步骤B2中，真空环境为10-2～10-3Pa；退火炉温度为300-350℃，退火持续时间为3-5分钟。
11.如权利要求6～9任一所述的一种TFT-LCD的阵列基板的制作方法，其特征在于，所述步骤A和B中，所述铜-钒合金靶材的钒的成分区间为7-15at％。
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