CN104241345B - 铝电极、形成铝电极的方法及其电子设备 - Google Patents

铝电极、形成铝电极的方法及其电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明设计一种铝电极、形成铝电极的方法及其电子设备。根据本发明一个方面的铝电极，包括：由钼构成的底层；由钼构成的顶层；和位于底层和顶层之间的铝层，其中底层、顶层和铝层是在120℃以下的温度下形成的。根据本发明一个实施例的铝电极，可以消除鼠啮现象。根据本发明另一方面的铝电极，包括：由金属或者金属合金的氮化物构成的底层；由钼构成的顶层；和位于底层和顶层之间的铝层，其中底层、顶层和铝层是在120℃以下的温度下形成的。根据本发明另一实施例的铝电极，既消除鼠啮现象，还消除侧蚀现象，并且通过控制氮含量还能进一步得到理想的成型角度。

Description

铝电极、形成铝电极的方法及其电子设备
技术领域
本发明涉及一种铝电极、一种形成铝电极的方法、及其电子设备。
背景技术
目前在LCD或者OLED显示领域中的栅电极或源漏电极一般采用纯铝或铝合金作为中间层而构成的三层电极，例如Mo/Al/Mo纯铝电极或者Mo/AlFe/Mo、Mo/AlCo/Mo、Mo/AlNi/Mo铝合金电极。该纯铝电极或者铝合金电极的底层和顶层是Mo金属层，对于纯铝电极来讲，位于底层和顶层之间的是Al金属层，对于铝合金电极来讲，位于底层和顶层之间的是AlFe、AlCo或者AlNi等铝合金。在本领域中通常把在玻璃基板上或者ITO膜层上首先使用沉积、或溅射等形成的Mo层称为底层，然后形成的Al层或铝合金层作为中间层，再接着形成的Mo层作为顶层。
但是在现有技术中，在刻蚀以后线路边缘会出现不规则的缺口，如同被鼠咬后的啮痕一般，这种现象在本领域中称为“鼠啮”（mouse bite），如在图1中的椭圆形部分内示出的。另外，在线路的刻蚀期间，理论上刻蚀液会垂直向下或向上进行攻击，但因刻蚀液的作用并无方向性，故会产生侧蚀，造成刻蚀后导体线路在截面上，显现出两侧的内陷，这种现象在本领域中称为“侧蚀”(undercut)，如在图2中的椭圆形部分内示出的。
上述提到的鼠啮和侧蚀现象容易导致线路短路或信号延迟，这些问题还减缓电极细线化的进程，影响高分辨率产品的进展。此外，在电极中存在侧蚀的情况下，还容易造成电极的断路现象，导致电子产品例如LCD或者OLED显示器中出现暗点等不良现象。
对于纯铝电极或者铝合金电极中的鼠啮问题，以往的经验是进行刻蚀液的更换来解决。但是对于量产多种产品的生产线而言，这种方法要求更换掉以往常规的刻蚀液，这样就会影响其他产品的生产，并且刻蚀液的重新验证和测试也需花费较长的时间。
此外，电极中成型角度（profile angle）不理想的话，也会造成上层膜层搭接时的段差（薄膜高低平面的差异）较大，而出现断开的问题，这样会影响产品的良品率。例如在图3中的椭圆形部分内示出了这样的情形。图3中成型角度大约在70°-80°之间，造成段差较大，容易出现断开的问题，并且影响产品的良品率。
因此，解决现有技术中存在的鼠啮、侧蚀和成型角度不理想等是一个亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种铝电极、形成铝电极的方法、及其电子设备，其能够解决或者至少缓解现有技术中存在的至少一部分缺陷。
根据本发明的第一个方面，提供了一种铝电极，可以包括：
由钼构成的底层；由钼构成的顶层；和位于该底层和顶层之间的铝层，其中该底层、顶层和铝层是在120℃以下的温度下形成的。借助于本发明一个实施例的在120℃以下的温度下形成的三层金属层构成的铝电极，可以消除鼠啮现象。
优选的，该底层、顶层和铝层是在50℃或者80℃形成的。
更优选的，该底层、顶层和铝层是在50℃形成的。
根据本发明的第二个方面，提供了一种铝电极，可以包括：
由金属或者金属合金的氮化物构成的底层；由钼构成的顶层；和
位于该底层和顶层之间的铝层，其中该底层、顶层和铝层是在120℃以下的温度下形成的。借助于本发明一个实施例的在120℃以下的温度下形成的包括金属或者金属合金的氮化物构成的底层的铝电极不仅可以消除鼠啮现象，还可以消除侧蚀现象，特别是有效防止由金属或者金属合金的氮化物构成的底层的侧蚀。
优选的，该底层、顶层和铝层是在50℃或者80℃形成的。
更优选的，该底层、顶层和铝层是在50℃形成的。
根据本发明的一个实施例，其中该金属氮化物是选自MoNx和AlNx之一，该金属合金的氮化物是选自MoNbNx和MoWNx之一。
根据本发明的另一个实施例，其中该金属氮化物是MoNx。
根据本发明的再一个实施例，在制作金属氮化物或金属合金的氮化物时，其中x的范围（摩尔比）在0－3之间。需要指出的是，在例如沉积工艺的制作过程中，N2气体流量占总气体流量的20%-40%。
根据本发明的又一个实施例，其中x值为2。
根据本发明的一个实施例，其中该底层的厚度在100埃－300埃之间，该铝层的厚度在2000埃－4000埃之间，该顶层的厚度在600埃－1000埃之间。备选的，借助于本发明一个实施例的各层厚度安排以及上述的氮含量，不仅可以消除鼠啮现象、侧蚀现象，而且还可以得到理想的成型角度。
根据本发明的第三个方面，提供了一种形成铝电极的方法，可以包括：在120℃以下的温度下形成由钼构成的底层；由钼构成的顶层；和位于该底层和顶层之间的铝层。根据本发明的一个实施例，通过在120℃以下的成膜温度下形成上述各层而形成的铝电极，可以消除鼠啮现象。
优选的，在50℃或者80℃形成由钼构成的底层；由钼构成的顶层；和位于该底层和顶层之间的铝层。
根据本发明的第四个方面，提供了一种形成铝电极的方法，可以包括：在120℃以下的温度下形成由金属或者金属合金的氮化物构成的底层；由钼构成的顶层；和位于该底层和顶层之间的铝层。借助于本发明一个实施例的形成铝电极的方法不仅可以消除鼠啮现象，还可以消除侧蚀现象，特别是有效防止由金属或者金属合金的氮化物构成的底层的侧蚀。
优选的，在50℃或者80℃形成由金属或者金属合金的氮化物构成的底层；由钼构成的顶层；和位于所述底层和顶层之间的铝层。
根据本发明的一个实施例，其中该金属氮化物是选自MoNx和AlNx之一，该金属合金的氮化物是选自MoNbNx和MoWNx之一。优选的，其中该金属氮化物是MoNx。
根据本发明的另一个实施例，在制作金属氮化物或金属合金的氮化物时，其中x的范围（摩尔比）在0－3之间。需要指出的是，在例如沉积工艺的制作过程中，N2气体流量占总气体流量的20%-40%。优选的，x值为2。
根据本发明的又一个实施例，其中该底层的厚度在100埃－300埃之间，该铝层的厚度在2000埃－4000埃之间，该顶层的厚度在600埃－1000埃之间。备选的，借助于本发明一个实施例的上述三层厚度安排以及上述的氮含量，不仅可以消除鼠啮现象、侧蚀现象，而且还可以得到理想的成型角度。
根据本发明的第五个方面，提供了一种电子设备，包括如上所述的铝电极或者使用如上所述的形成铝电极的方法。
附图说明
通过对结合附图示出的实施例进行详细说明，本发明的上述以及其他特征将更加明显，其中：
图1示意性地示出了现有技术的Mo/Al/Mo三层纯铝电极的SEM（扫描电子显微镜）照片，在表面上存在许多鼠啮。
图2示意性地示出了现有技术的Mo/Al/Mo三层纯铝电极的SEM照片。
图3示意性地示出了根据本发明一个实施例的MoNx/Al/Mo三层纯铝电极的SEM照片。
图4示意性地示出了根据本发明另一个实施例的Mo/Al/Mo三层纯铝电极的SEM照片。
图5示意性地示出了根据本发明再一个实施例的MoNx/Al/Mo三层纯铝电极的SEM照片。
具体实施方式
首先需要指出的是，在本发明中提到的关于位置和方向的术语，诸如“上”、“下”、“左”、“右”等，是从附图的纸面正面观察时所指的方向。因此本发明中的“上”、“下”、“左”、“右”等关于位置和方向的术语仅仅表示附图所示情况下的相对位置关系，这只是出于说明的目的而给出的，并非意在限制本发明的范围。
下面，将参考附图1-5详细地描述本发明。
图1示意性地示出了现有技术的Mo/Al/Mo三层纯铝电极的SEM（扫描电子显微镜）照片，在表面上存在许多鼠啮，例如在椭圆形部分示出的。此处所示的Mo/Al/Mo三层纯铝电极仅仅是示意性的，在其他结构的纯铝电极例如W/Al/W或者铝合金电极中同样存在这样的鼠啮现象，在此不再一一列举。
图2示意性地示出了现有技术的Mo/Al/Mo三层纯铝电极的扫描电子显微镜SEM照片，其中示出了顶层Mo 22和底层Mo 26，以及位于顶层Mo 22和底层Mo 26之间的Al层24。在图2中的椭圆形部分示出了底层Mo 26中存在明显的侧蚀问题。
为了解决现有技术中存在的鼠啮现象，发明人设计了如下的正交试验。
发明人在该正交试验中设计了成膜因素中的3因子3水平，具体试验中的3因子和3水平见表1所示。
表1：试验中的3因子3水平
。
该正交试验目的是搞清楚因子A（成膜温度）、B（成膜功率）、C（膜层厚度）对鼠啮有什么影响，哪些是主要的，哪些是次要的，从而确定最适合的形成条件，即成膜温度、成膜功率及膜层厚度各为多少才能有效地避免鼠啮现象。
根据Lg（34）进行正交试验设计，设计出的试验见表2所示。
表2：试验中的3因子3水平正交试验设计
试验号 A B C
1 50℃ 10kw 400/2000/800
2 80℃ 15kw 400/3000/800
3 120℃ 20kw 400/4000/800
4 50℃ 15kw 400/3000/800
5 80℃ 20kw 400/4000/800
6 120℃ 10kw 400/2000/800
7 50℃ 20kw 400/4000/800
8 80℃ 10kw 400/2000/800
9 120℃ 15kw 400/3000/800
在上述试验号1－9中使用的铝电极是以Mo/Al/Mo三层纯铝电极进行的。例如，在试验号1中，成膜温度是50℃，成膜功率是10kw，此时选择的Mo/Al/Mo三层分别是400埃（底层Mo）/2000埃（Al层）/800埃（顶层Mo）。在试验号2中，成膜温度是80℃，成膜功率是15kw，此时选择的Mo/Al/Mo三层分别是400埃（底层Mo）/3000埃（Al层）/800埃（顶层Mo）。在试验号3中，成膜温度是120℃，成膜功率是20kw，此时选择的Mo/Al/Mo三层分别是400埃（底层Mo）/4000埃（Al层）/800埃（顶层Mo）……。
根据上面9组正交试验得到的Mo/Al/Mo三层纯铝电极，发明人在相同的最佳刻蚀条件对不同成膜条件下的膜层进行刻蚀，刻蚀后利用SEM分析来监测鼠啮现象。发明人发现在成膜温度、成膜功率、膜层厚度对鼠啮现象产生的影响中，成膜温度对于鼠啮现象的产生有着直接的影响，并且影响最大。虽然随着膜层厚度的增加，鼠啮现象的产生会变得严重，但是膜层厚度对于鼠啮现象的产生影响较小。随着成膜功率的增加，鼠啮现象反而减少，并且成膜功率在三因素中对于鼠啮现象的产生影响最小。例如发明人发现当成膜温度为50℃、80℃时，刻蚀后无鼠啮现象，当成膜温度为120℃时，鼠啮现象则很明显。
因此，根据本发明的一个方面，提供了一种铝电极，可以包括：由钼构成的底层；由钼构成的顶层；和位于该底层和顶层之间的铝层，其中该底层、顶层和铝层是在120℃以下的温度下形成的。在120℃以下的温度下使用沉积、或者溅射等工艺形成的Mo/Al/Mo三层金属层构成的铝电极并未发现有鼠啮现象。优选的，在80℃的温度下使用沉积、或者溅射等工艺形成Mo/Al/Mo三层铝电极。各种薄膜形成技术在本领域中是已知的，在此不再赘述。更优选的，在50℃的温度下使用沉积、或者溅射等工艺形成Mo/Al/Mo三层铝电极。上面所示的中间层为Al层，仅仅是示意性的，对于其他的AlFe、AlCo或者AlNi作为中间层的铝合金电极来讲，在120℃以下的温度下使用沉积、或者溅射等工艺形成的三层铝合金电极也未发现有鼠啮现象。因此本发明的铝电极不应局限于纯铝电极，而是可以包括铝合金电极的范围。图4示意性地示出了根据本发明一个实施例的在120℃以下的温度下形成的铝电极Mo/Al/Mo的SEM照片，其中并不存在鼠啮现象。
虽然，发明人设计的按照上述形成条件形成的Mo/Al/Mo三层纯铝电极解决了鼠啮现象，但是美中不足的是，仍然存在侧蚀的问题。为了解决侧蚀问题，发明人在纯铝电极中引入新型缓冲层材料。例如在纯铝电极中引入MoNx电极层代替底层的Mo电极层，可以有效地形成侧蚀问题，因为MoNx的刻蚀速率要明显弱于Mo，故在进行刻蚀时，可以减缓刻蚀液对底层Mo的刻蚀速率，避免侧蚀问题的发生。发明人还发现，不仅仅使用MoNx电极层代替底层的Mo电极层可以有效避免侧蚀现象，使用其他的金属氮化物例如AlNx等或者金属合金的氮化物例如MoNbNx和MoWNx等等同样可以有效避免侧蚀现象。正是基于上述的发现，根据本发明的第二方面，发明人提出了一种铝电极，包括：由金属或者金属合金的氮化物构成的底层；由钼构成的顶层；和位于该底层和顶层之间的铝层，其中该底层、顶层和铝层是在120℃以下的温度下形成的。借助于本发明的在120℃以下的温度下形成的包括金属或者金属合金的氮化物构成的底层的铝电极不仅可以消除鼠啮现象，还可以消除侧蚀现象，特别是有效防止由金属或者金属合金的氮化物构成的底层的侧蚀。优选的，该底层、顶层和铝层是在50℃或者80℃形成的。
另一个问题在于，在上面设计的各个实施例中，虽然在120℃以下的温度下形成的包括金属或者金属合金的氮化物构成的底层的铝电极不仅可以消除鼠啮现象，还可以消除侧蚀现象，但是成型角度太大。图3示意性地示出了根据本发明一个实施例的MoNx/Al/Mo三层纯铝电极的SEM照片，其中的椭圆形部分内示出了这样的情形。虽然底层MoNx 36、中间层Al 34、顶层Mo 32构成的三层纯铝电极中并不存在侧蚀的现象，但是成型角度大约在70°-80°之间，容易造成段差较大，出现断开的问题，并且影响产品的良品率。
为了既有利于解决鼠啮问题、又有利于解决侧蚀问题，同时还能解决成型角度太大的问题，发明人进行了如下的设想。使用金属氮化物MoNx或者金属合金的氮化物例如MoNbNx和MoWNx等作为底层，底层的厚度在100埃－300埃之间，顶层Mo层的厚度在600埃－1000埃之间，中间层铝层的厚度在2000埃－4000埃之间。更优选的，金属氮化物MoNx作为底层。优选的，在制作金属氮化物或金属合金的氮化物时，x的范围在0－3之间（摩尔比）。需要指出的是，在例如沉积工艺的制作过程中，N2气体流量占总气体流量的20%-40%。更优选的，金属或者金属合金的氮化物中氮含量x为2。
在本发明的一个优选实施例中，选择使用30%氮含量（x为3）的MoNx 200埃作为底层的缓冲层材料，600埃-1000埃的Mo作为纯铝电极的顶层缓冲层材料，2000埃-4000埃的Al作为纯铝电极的中间层材料，可以得到理想的成型角度。图5示意性地示出了根据本发明一个实施例的MoNx/Al/Mo三层纯铝电极的SEM照片，其中鼠啮现象、侧蚀现象，和成型角度太大的问题都不存在或者说得到了解决，其中图5的底层MoNx 56、中间层Al 54、顶层Mo 52构成的三层纯铝电极成型角度较好，大约是30°-60°之间，这样有利于减小薄膜高低表面产生的段差，减小短线的风险。
根据本发明的第三方面，提供一种形成铝电极的方法，可以包括下面的步骤：在120℃以下的温度下形成由钼构成的底层；由钼构成的顶层；和位于该底层和顶层之间的铝层。例如采用沉积或溅射等薄膜形成技术来形成底层、铝层和顶层。各种薄膜形成技术在本领域中是已知的，在此不再赘述。借助于本发明一个实施例的在120℃以下的温度下形成Mo/Al/Mo三层金属层而构成的铝电极消除了鼠啮现象。
优选的，在50℃或者80℃形成由钼构成的底层；由钼构成的顶层；和位于该底层和顶层之间的铝层。
根据本发明的第四方面，提供一种形成铝电极的方法，可以包括下面的步骤：在120℃以下的温度下形成由金属或者金属合金的氮化物构成的底层；由钼构成的顶层；和位于该底层和顶层之间的铝层。借助于本发明一个实施例的在120℃以下的温度下形成的包括金属或者金属合金的氮化物构成的底层的铝电极不仅可以消除鼠啮现象，还可以消除侧蚀现象，特别是有效防止由金属或者金属合金的氮化物构成的底层的侧蚀。优选的，在50℃或者80℃形成由金属或者金属合金的氮化物构成的底层；由钼构成的顶层；和位于所述底层和顶层之间的铝层。
优选的，金属氮化物是选自MoNx和AlNx之一，该金属合金的氮化物是选自MoNbNx和MoWNx之一，其中在制作金属氮化物或金属合金的氮化物时，x的范围在0－3（摩尔比）之间。需要指出的是，在例如沉积工艺的制作过程中，N2气体流量占总气体流量的20%-40%。优选的，x（摩尔比）为2。更优选的，该金属氮化物是MoNx。
在本发明的一个实施例中，该底层的厚度在100埃－300埃之间，该顶层的厚度在600埃－1000埃之间，该铝层的厚度在2000埃－4000埃之间。
根据本发明的第五方面，提供一种电子设备，可以包括上述任一项的铝电极或者使用上述任一项的形成铝电极的方法。
借助于本发明提供的铝电极、形成铝电极的方法及其电子设备，至少可以解决鼠啮、侧蚀或成型角度大等问题之一，有利于提高良品率，提高生产效率。
虽然已经参考目前考虑到的实施例描述了本发明，但是应该理解本发明不限于所公开的实施例。相反，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围之内所包括的各种修改和等同布置。以下权利要求的范围符合最广泛解释，以便包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (9)

1.一种铝电极，包括：
由金属合金的氮化物构成的底层；
由钼构成的顶层；和
位于所述底层和顶层之间的铝层，其中所述底层、顶层和铝层是在50℃至120℃之间的温度下形成的，
其中所述金属合金的氮化物是选自MoNbNx和MoWNx之一，在制作所述金属合金的氮化物时，x的范围在0－3之间，
并且其中所述顶层的厚度大于所述底层的厚度而小于所述铝层的厚度。
2.根据权利要求1所述的铝电极，其特征在于，所述底层、顶层和铝层是80℃形成的。
3.根据权利要求1所述的铝电极，其特征在于，x为2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的铝电极，其特征在于，所述底层的厚度在100埃－300埃之间，所述铝层的厚度在2000埃－4000埃之间，所述顶层的厚度在600埃－1000埃之间。
5.一种形成铝电极的方法，包括：
在50℃至120℃之间的温度下形成由金属合金的氮化物构成的底层；由钼构成的顶层；和位于所述底层和顶层之间的铝层，
其中所述金属合金的氮化物是选自MoNbNx和MoWNx之一，在制作所述金属氮化物或所述金属合金的氮化物时，x的范围在0－3之间，
并且其中所述顶层的厚度大于所述底层的厚度而小于所述铝层的厚度。
6.根据权利要求5所述的形成铝电极的方法，其中80℃形成由金属或者金属合金的氮化物构成的底层；由钼构成的顶层；和位于所述底层和顶层之间的铝层。
7.根据权利要求5所述的形成铝电极的方法，其特征在于，x为2。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的形成铝电极的方法，其特征在于，所述底层的厚度在100埃－300埃之间，所述顶层的厚度在600埃－1000埃之间，所述铝层的厚度在2000埃－4000埃之间。
9.一种电子设备，包括根据权利要求1-4中任一项所述的铝电极或者使用权利要求5-8中任一项所述的方法形成的铝电极。
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