CN104617111B - 基板及其制造方法、显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体显示领域，主要涉及一种基板，所述基板包括衬底，以及在衬底上形成的铜电极和光刻胶层，在所述铜电极与光刻胶层之间还设有铜扩散/光刻胶剥落改善层。该铜扩散/光刻胶剥落改善层由包括主分子链、分子表面基团和分子链端基团的材料形成。本发明利用不同特性基团对不同材料表面起到的差异作用来解决铜作为TFT电极时发生铜扩散和光刻胶剥落的技术问题，其中分子表面基团与铜之间形成很强的结合键，固定铜离子并防止铜扩散，分子链端基团可固定光刻胶，防止光刻胶剥落。
Description
技术领域
本发明涉及半导体显示领域，尤其涉及一种可改善铜扩散和/或光刻胶剥落的基板及其制造方法与显示装置。
背景技术
金属铜(Cu)由于其良好的导电性能，在作为高PPI、大尺寸显示器件等领域的TFT栅极或源/漏电极金属方面具有显著优势。然而，铜作为TFT的栅极或源/漏电极时，容易扩散到有源层或LCD/OLED的器件层，而影响到器件的应用。此外，光刻胶在金属铜表面的附着力较弱，铜电极在刻蚀时容易发生光刻胶剥落(peel-off)现象(见图1)，影响铜电极的刻蚀及TFT特性。
目前，业内多采用铜扩散阻止层(barrier)防止铜的扩散，即扩散阻止层/铜，扩散阻止层/铜/扩散阻止层,铜/扩散阻止层的双层或三层结构，扩散阻止层通常用金属层、金属氮化物层、金属合金等，如Ti、Mo、MoN、MoNb等。当对这种多层结构电极进行刻蚀时，多会发生刻蚀残留或过刻等现象，影响TFT特性。此外，为了解决铜表面光刻胶的剥落，很多科研人员对光刻胶的涂膜工艺、后烘等工艺都进行了开发，但结果不是很理想。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的是金属铜作为TFT的栅极和源/漏电极时发生的铜扩散和/或光刻胶剥落的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，作为本发明的第一目的即提供了一种基板，具体技术方案如下：
一种基板，包括衬底，以及在衬底上形成的铜电极和光刻胶层，在所述铜电极与光刻胶层之间还设有铜扩散/光刻胶剥落改善层。
本发明所述的基板，所述铜扩散/光刻胶剥落改善层由包括主分子链、分子表面基团和分子链端基团的材料形成。
其中，所述分子表面基团为可与铜形成结合键的基团，优选所述分子表面基团包括-SH和-SO3H等具有相同功能的基团中的一种或多种。
其中，所述分子链端基团与光刻胶接触，为可与光刻胶反应形成化合键或与光刻胶具有相同表面性的基团。
当光刻胶为正性胶时，所述分子链端基包括-OH，-COOH和-CHO等具有相同功能的基团中的一种或多种；当光刻胶为负性胶时，分子链端基团为等具有相同功能的基团。
具体而言，所述铜扩散/光刻胶剥落改善层可由聚丙烯酸(PAA)，甲氧基苯胺(POMA)、聚苯乙烯马来酸酐、聚乙烯亚胺和/或巯基十一烷酸(MUA)等具有相同功能的有机材料形成。
本发明所述的基板，所述铜扩散/光刻胶剥落改善层的厚度为3nm到500nm。
本发明所述的基板，所述的铜电极为栅极或源/漏电极。
本发明所述的基板，所述铜电极(栅极、源/漏电极)为单层铜或单层铜与扩散阻止层构成的双层结构，双层结构中单层铜为与所述铜扩散/光刻胶剥落改善层接触的顶层，所述扩散阻止层由聚丙烯酸，甲氧基苯胺、聚苯乙烯马来酸酐、聚乙烯亚胺和/或巯基十一烷酸(可以为多种材料的混合物)形成。
本发明的第二目的在于保护上述基板的制造方法，所述方法包括如下步骤：
(1)在衬底上形成铜电极；
(2)在铜电极上形成铜扩散/光刻胶剥落改善层；
(3)在所述铜扩散/光刻胶剥落改善层上涂覆光刻胶，即得。
本发明的第三目的在于保护一种显示装置，该显示装置含有上述基板。所述的显示装置可以为：电子纸、手机、平板电脑、电视机、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
(三)有益效果
本发明通过在铜电极与光刻胶层中间加入一铜扩散/光刻胶剥落改善层，该铜扩散/光刻胶剥落改善层由包含不同功能基团，即分子表面基团和分子链端基团的材料形成。其中分子表面基团与铜之间能够形成很强的结合键，以固定铜离子并防止铜扩散；分子链端基团与光刻胶具有相同的表面性(亲/疏水性)、或与光刻胶形成很强的共价键的基团，可有效防止光刻胶的剥落。
附图说明
图1为光刻胶在铜电极湿刻时发生的剥落现象示意图；
图2为实施例1所述基板结构分解示意图；
图3为实施例5所述基板结构分解示意图；
图4为实施例6所述基板结构分解示意图；
图5为实验例1中实验对象的结构分解示意图；
图6为实验例1中巯基十一烷酸层对铜扩散影响的效果示意图；
其中，1为衬底，2为栅极，3为铜扩散/光刻胶剥落改善层；3-1为分子表面基团；3-2为分子链端基团；4为光刻胶层；5为栅极绝缘层；6为刻蚀阻挡层；7为源/漏电极；8为沟道层；9为硅衬底；10为巯基十一烷酸层；10-1为-SH基团；11为铜层。
具体实施方式
本发明所述的基板，具体改进点在于在常规铜电极与光刻胶层之间形成一铜扩散/光刻胶剥落改善层，利用该铜扩散/光刻胶剥落改善层防止铜扩散和光刻胶剥落。
其中，所述铜扩散/光刻胶剥落改善层由包括主分子链、分子表面基团和分子链端基团的材料形成，利用不同特性基团对不同材料表面起到的差异作用来解决上述技术问题，如分子表面基团与铜(或铜离子)之间形成很强的结合键，固定铜离子并防止铜扩散，分子链端基团可固定光刻胶，防止光刻胶剥落。
上述分子表面基团包括-SH和-SO3H等具有相同功能的基团中的一种或多种。这类基团与铜接触后对于铜离子有很强的结合力，可有效防止铜扩散，本领域技术人员可知晓及预见，除-SH和-SO3H外，其他可与铜或铜离子形成结合键的分子表面基团同样可用于实现本发明，本发明不再一一例举说明。
其中，所述分子链端基团为可与光刻胶反应形成化合键或与光刻胶具有相同表面性的基团，利用分子链端基团与光刻胶的特殊相互作用防止光刻胶脱落。
具体而言，当光刻胶为正性胶时，所述分子链端基团包括-OH，-COOH，-CHO等水性基团中的一种或多种；当光刻胶为负性胶时，分子链端基团为等碳链基团，以实现更有针对性的防止光刻胶脱落的技术效果。同时本领域技术人员可知晓及预见，除上述例举的基团外，其他具备相同功能的分子链端基团同样可用于实现本发明。
本发明所述铜扩散/光刻胶剥落改善层优选由聚丙烯酸(PAA)，甲氧基苯胺(POMA)、聚苯乙烯马来酸酐(PSMA)、聚乙烯亚胺(PEI)和/或巯基十一烷酸(MUA)等具有相同功能的有机材料形成，这类材料的应用效果显著。
同时，为了更好地解决上述技术问题，进一步确保所述铜电极的特性不受到实质影响，本发明对铜扩散/光刻胶剥落改善层的厚度也进行了优选限定，所述厚度在3nm到500nm范围内为宜。
本发明所述的基板，其中，所述铜电极为栅极或源/漏电极，优选所述铜电极为单层铜或更优选单层铜与扩散阻止层构成的双层结构，该双层结构中单层铜为与所述铜扩散/光刻胶剥落改善层接触的顶层，所述扩散阻止层由聚丙烯酸，甲氧基苯胺、聚苯乙烯马来酸酐、聚乙烯亚胺和/或巯基十一烷酸形成(与所述铜扩散/光刻胶剥落改善层的材料选择范围相同，但所述扩散阻止层可采用与所述铜扩散/光刻胶剥落改善层相同或不同的材料)。当所述铜电极为单层铜与扩散阻止层构成的双层结构时，扩散阻止层可起到阻止单层铜从底部扩散的目的(全方位有效阻止铜扩散)进一步确保铜电极的TFT特性。
本发明同时保护了上述基板的制造方法，该制造方法包括如下步骤：
(1)在衬底上形成铜电极；
(2)在铜电极上形成铜扩散/光刻胶剥落改善层；
(3)在所述铜扩散/光刻胶剥落改善层上涂覆光刻胶，即得。
具体而言，当所述铜电极为栅极时，所述基板的制造方法可包括如下步骤：
(1)在衬底上形成栅极(铜电极)；
(2)在栅极上形成铜扩散/光刻胶剥落改善层；
(3)在所述铜扩散/光刻胶剥落改善层上涂覆光刻胶，即得。
当所述铜电极为源/漏电极时，作为其中一种方案，所述基板(TFT结构为背沟道刻蚀结构)的制造方法可包括如下步骤：
(1)在衬底上形成栅极，并对其进行图案化处理；
(2)在图形化的栅极上形成栅极绝缘层；
(3)在栅极绝缘层上形成沟道层，并对其进行图案化处理；
(4)在图案化的沟道层上形成铜电极，所述铜电极为源/漏电极；
(5)在源/漏电极上形成铜扩散/光刻胶剥落改善层；
(6)在所述铜扩散/光刻胶剥落改善层上涂覆光刻胶，即得。
作为另一种技术方案，当所述铜电极为源/漏电极时，所述基板(TFT结构为刻蚀阻挡结构)的制造方法还可包括如下步骤：
(1)在衬底上形成栅极，并对其进行图案化处理；
(2)在图形化的栅极上形成栅极绝缘层；
(3)在栅极绝缘层上形成沟道层，并对其进行图案化处理；
(4)在图案化的沟道层上形成刻蚀阻挡层；
(5)在图案化的刻蚀阻挡层上形成源/漏电极(铜电极)；
(6)在源/漏电极上形成铜扩散/光刻胶剥落改善层；
(7)在所述铜扩散/光刻胶剥落改善层上涂覆光刻胶，即得。
此外，当所述铜电极为铜单层与所述扩散阻止层构成的双层结构时，上述方法还进一步包括在顶层的单层铜下方形成扩散阻止层的步骤，该扩散阻止层的形成方法同所述铜扩散/光刻胶剥落改善层，以最终得到从上至下呈“铜扩散/光刻胶剥落改善层+铜单层+扩散阻止层”的三层复合结构，这种实施方式能够更进一步保障铜电极的TFT特性。
本发明所述的基板，其中铜扩散/光刻胶剥落改善层由包括主分子链、分子表面基团和分子链端基团的材料在铜电极上沉积得到，具体的沉积方法可选择旋涂(spincoating)、线旋涂(slit coating)、热蒸镀等。此外，在衬底上形成栅极和源/漏电极的方法、栅极绝缘层、刻蚀阻挡层的形成方法，以及在栅极和源/漏电极上涂覆光刻胶的方法均为本领域的已知方法，本发明对此不作特别限定。
此外，本领域技术人员应该理解，基板一般为显示装置的阵列基板，为了实现显示功能，所述基板还应该包括其他的器件结构，显示装置也应该包括其他的部件。
以下将结合具体的实施例对本发明技术方案作详细说明，值得注意的是，各实施例中所涉及的栅极绝缘层、刻蚀阻挡层等均为已知结构，其材料均为常规选择，如栅极绝缘层的材料可包括Si的氮化物、氧化物、氮氧化物中的一种或多种，刻蚀阻挡层的材料可包括Si的氮化物、氧化物、氮氧化物中的一种或多种。此外，栅极和沟道层的图案化处理也沿用本领域的常规图案化方法即可，实施例中不再进行特别说明。
实施例1
本实施例提供了一种以铜电极作为栅极的基板。
如图2所示，本实施例所述基板包括衬底1，以及在衬底1上形成的栅极2和光刻胶层4(正性光刻胶)，同时，在栅极2和光刻胶层4之间还形成了铜扩散/光刻胶剥落改善层3。
其中，栅极2为铜单层结构，铜扩散/光刻胶剥落改善层3由巯基十一烷酸(MUA)为材料在栅极上沉积形成，采用旋涂法在铜金属上沉积厚度为20nm的巯基十一烷酸，分子表面基团3-1(本实施例中为-SH基团)与铜接触，用于防止铜扩散；分子链端基团3-2(本实施例中为-COOH基团)与正性光刻胶接触，用于防止光刻胶脱落。
实施例2
与实施例1相比，区别点仅在于：本实施例中，所述栅极2(铜电极)为单层铜与扩散阻止层构成的双层结构，其中，单层铜为与所述铜扩散/光刻胶剥落改善层接触的顶层，扩散阻止层由聚乙烯亚胺(PEI)材料形成，具体采用热蒸镀法在单层铜的底部沉积厚度为50nm的聚乙烯亚胺，其中，分子表面基团-COO-与铜接触，用于防止铜扩散；分子链端基团为-OH，与基板接触，防止基板脱落。
实施例3
与实施例1相比，区别点仅在于：本实施例中，所述栅极2为单层铜与扩散阻止层构成的双层结构。
其中位于单层铜上方的扩散/光刻胶剥落改善层由巯基十一烷酸材料按旋涂方法在栅极2形成，厚度为5nm；巯基十一烷酸的分子表面基团-SH与铜接触，防止金属铜扩散，巯基十一烷酸的分子链端基团-COOH与正性光刻胶接触，防止光刻胶脱落。构成栅极2一部分的扩散阻止层由聚乙烯亚胺材料形成，采用热蒸镀法在单层铜的底部沉积聚乙烯亚胺，厚度为10nm，聚乙烯亚胺的分子表面基团-COO-与铜接触，用于防止铜扩散；分子链端基团为-OH，用于与基板接触，防止脱落。
实施例4
与实施例1相比，区别点仅在于：本实施例中，所述铜扩散/光刻胶剥落改善层3以聚丙烯酸(PAA)为材料在栅极上沉积而成。
实施例5
本实施例提供了一种以铜电极作为源/漏电极的基板(TFT为刻蚀阻挡结构)。
如图3所示，本实施例所述基板包括衬底1，在衬底1上形成的栅极2，栅极绝缘层5、在栅极绝缘层5上沉积并经图案化处理后形成的沟道层8、在沟道层8上沉积的刻蚀阻挡层6，以及在图案化后的刻蚀阻挡层6上沉积的源/漏电极7(铜电极)。在源/漏电极7和光刻胶层4(正性光刻胶)之间还形成了铜扩散/光刻胶剥落改善层3。
其中，源/漏电极7为铜单层结构，铜扩散/光刻胶剥落改善层3由巯基十一烷酸(MUA)为材料在源/漏电极上沉积而成，厚度为20nm。分子表面基团3-1(本实施例中为-SH基团)与铜接触，用于防止铜扩散；分子链端基团3-2(本实施例中为-COOH基团)与正性光刻胶接触，用于防止光刻胶脱落。
实施例6
与实施例5相比，区别点仅在于：本实施例中TFT为背沟道刻蚀结构(具体结构见图4，与图3相比，区别点仅在于基板结构中不含有刻蚀阻挡层6)
实施例7
与实施例5相比，区别点仅在于：本实施例中，所述源/漏电极7(铜电极)为单层铜与扩散阻止层构成的两层结构，单层铜为与所述铜扩散/光刻胶剥落改善层接触的顶层，扩散阻止层由聚苯乙烯马来酸酐材料形成。
实施例8
与实施例5相比，区别点仅在于：本实施例中，所述铜扩散/光刻胶剥落改善层3以聚丙烯酸(PAA)为材料在源/漏电极7上沉积而成。
实施例9
本实施例提供了如实施例1-4任一所述基板的制造方法，具体包括如下步骤：
(1)在衬底上形成铜电极，所述铜电极为栅极；
(2)在栅极上形成铜扩散/光刻胶剥落改善层；
(3)在所述铜扩散/光刻胶剥落改善层上涂覆光刻胶，即得。
实施例10
本实施例提供了如实施例5、7、8任一所述基板的制造方法，具体包括如下步骤：
(1)在衬底上形成栅极，并对其进行图案化处理；
(2)在图形化的栅极上形成栅极绝缘层；
(3)在栅极绝缘层上形成沟道层，并对其进行图案化处理；
(4)在图案化的沟道层上形成刻蚀阻挡层；
(5)在图案化的刻蚀阻挡层上形成源/漏电极(铜电极)；
(6)在源/漏电极上形成铜扩散/光刻胶剥落改善层；
(7)在所述铜扩散/光刻胶剥落改善层上涂覆光刻胶，即得。
实施例11
本实施例提供了如实施例6所述基板的制造方法，具体包括如下步骤：
(1)在衬底上形成栅极，并对其进行图案化处理；
(2)在图形化的栅极上形成栅极绝缘层；
(3)在栅极绝缘层上形成沟道层，并对其进行图案化处理；
(4)在图案化的沟道层上形成铜电极，所述铜电极为源/漏电极；
(5)在源/漏电极上形成铜扩散/光刻胶剥落改善层；
(6)在所述铜扩散/光刻胶剥落改善层上涂覆光刻胶，即得。
实施例12
本实施例涉及含有实施例1-8任一所述基板的显示装置。
需要说明的是，本实施例中的显示装置可以为：电子纸、手机、平板电脑、电视机、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
实验例1
本实验例以图5所示的结构为实验对象，在硅衬底9上沉积铜层11，对比了有无巯基十一烷酸(MUA)层10对Cu扩散的影响，试验结果见图6。
图6所示的结果表明：将样品加热到300℃，巯基十一烷酸(MUA)层10对Cu的扩散具有明显的抵制作用。
此外，上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基板，包括衬底，以及在衬底上形成的铜电极和光刻胶层，其特征在于：在所述铜电极与光刻胶层之间还设有铜扩散/光刻胶剥落改善层，
其中，所述铜扩散/光刻胶剥落改善层由包括主分子链、分子表面基团和分子链端基团的材料形成，所述分子表面基团为可与铜形成结合键的基团。
2.根据权利要求1所述的基板，其特征在于：所述分子表面基团包括-SH、-SO3H中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的基板，其特征在于：所述分子链端基团为可与光刻胶反应形成化合键或与光刻胶具有相同表面性的基团。
4.根据权利要求3所述的基板，其特征在于：当光刻胶为正性胶时，所述分子链端基团包括-OH，-COOH和-CHO中的一种或多种；当光刻胶为负性胶时，分子链端基团为
5.根据权利要求1所述的基板，其特征在于：所述铜扩散/光刻胶剥落改善层由聚丙烯酸，甲氧基苯胺、聚苯乙烯马来酸酐、聚乙烯亚胺和/或巯基十一烷酸形成。
6.根据权利要求1所述的基板，其特征在于：所述铜扩散/光刻胶剥落改善层的厚度为3nm到500nm。
7.根据权利要求1所述的基板，其特征在于：所述铜电极为栅极或源/漏电极。
8.根据权利要求1或7所述的基板，其特征在于：所述铜电极为单层铜或单层铜与扩散阻止层构成的双层结构，所述双层结构中单层铜为与所述铜扩散/光刻胶剥落改善层接触的顶层，所述扩散阻止层由聚丙烯酸，甲氧基苯胺、聚苯乙烯马来酸酐、聚乙烯亚胺和/或巯基十一烷酸形成。
9.权利要求1-8任一项所述基板的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在衬底上形成铜电极；
(2)在铜电极上形成铜扩散/光刻胶剥落改善层；
(3)在所述铜扩散/光刻胶剥落改善层上涂覆光刻胶，即得。
10.一种显示装置，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述基板。
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