CN109295349A - 一种用于制备高导电率薄膜的铝基合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制备高导电率薄膜的铝基合金，其包括二元、三元或者四元金属；所述二元金属为铝铜、铝银；所述三元金属为铝钕铜、铝钕银或者铝银铜；所述四元金属为铝钕铜银。本发明除了提升纯铝膜的热学性能、有效的抑制小丘的形成外，还降低了电阻率，提升了铝合金的导电特性，使得布线微型化发展更进一步。

Description

一种用于制备高导电率薄膜的铝基合金
技术领域
本发明涉及低电阻导体的铝基合金生产领域，具体涉及一种用于制备高导电率薄膜的铝基合金。
背景技术
近年来，随着3D曲面显示、TFT-LCD和OLED等画面向大型化和高精细化发展，对于低成本的低电阻、低应力的布线材料的要求日益严格，于是低电阻、低应力的高纯铝成为人们选择的可靠对象，然而高纯铝作为布线材料缺存在着本质性的缺陷，即耐热性不好，在加热的过程中，铝线层会出现小丘，使得铝线层和其它导体层形成不了良好的接触，因而布线电阻因工艺热过程而增大，所以线宽很难变细。
为了解决小丘问题，在CN00126331.5中有描述，提出以下两种方式以解决，其一是采用钼或者钼的合金层，以压缩缓和铝导电层拉伸应力的方式消除小丘；其二使铝导电层合金化。在使铝合金化过程中，添加了一定比例的一种或多种稀土元素，文献中举例单独采用钕这种稀土元素，并结合钕的原子比为2％来做认证，虽然大多文献的结论证实：稀土是一组化学性质极为活泼的元素，可与许多化学元素形成稳定的化合物，而一般铝中硅含量较高，钕可以与硅形成稳定化合物及稀土本身在铝中固溶度很低，对电性能危害小的特性。实验结果表明，加入稀土的主要原因在于与原固溶在铝基体中的硅形成稳定的类金属化合物，并在晶界析出，改变了硅的形态和分布状况，净化了铝晶格，并枝晶间距，从而改变铝的电性能，此外稀土元素还有净化晶界，细化晶粒，提高强度和塑性。但这仅仅局限于优化纯金属铝的导电特性及耐温特性，对铝的导电特性的提升并没有起到质的突变，因此一种提升铝的导电特性成为必需，这样可以进一步使得导线薄膜在一定厚度的情况下变得更窄，导线线宽数值在10微米以下。而CN201710085379.4的专利文献描述的是强电范畴的合金，且使用的稀土元素只为本文献保护的的一部分，与薄膜电路并无相关。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于制备高导电率薄膜的铝基合金。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于制备高导电率薄膜的铝基合金，包括二元、三元或者四元金属；所述二元金属为铝铜、铝银；所述三元金属为铝钕铜、铝钕银或者铝银铜；所述四元金属为铝钕铜银。
其中，在二元金属中，铜在铝中添加量0.2-5wt％，银在铝中添加量0.2-5wt％。
其中，在三元金属为铝钕铜的情形下，钕在铝中的添加量在固溶极限以上且铜在铝中的添加量0.2-5wt％。
其中，在三元金属为铝钕银的情形下，钕在铝中的添加量在固溶极限以上且银在铝中的添加量0.2-5wt％。
其中，在三元金属为铝银铜的情形下，银和铜的添加量在铝中的添加量都为0.2-5wt％。
其中，在四元金属为铝钕铜银的情形下，钕在铝中的添加量在固溶极限以上且银和铜在铝中的添加量都为0.2-5wt％。
其中，在三元金属为铝钕铜、铝钕银或四元金属为铝钕铜银的情形下，添加的微量元素包括钕和其它稀土元素的一种或者两种以上，添加量大于固溶之和。其他稀土元素主要为Y、La、Ce、Fr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。其中钕在铝中的添加量最好为2at％。
进一步地，所述铝基合金应用于显示面板、薄膜电路行业的精细化布线。
与现有技术相比，本发明除了提升纯铝膜的热学性能、有效的抑制小丘的形成外，还降低了电阻率，提升了铝合金的导电特性，使得布线微型化发展更进一步。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例的铝基合金是铝铜，具体的铝铜合金比例为：铜的质量比为0.5-5％，该合金的热膨胀系数接近钼(约为8.36×10-6)，在同一数量级，因此与钼或者钼的合金的热膨胀系数相当，使得铝铜与钼或者钼合金的晶格更加匹配，所以在高温工艺下引起内应力更小，因而膜层界面间附着性更好，这样有效的解决因膨胀系数不一致而引发的铝膜表面粗糙度变化(也即小丘问题)的问题，更好的一面，因微量铜元素的添加，铜自身的电导率就比铝大，因此铜的微量掺杂能促进电子的迁移率，增加了导电特性。在沉积薄膜上，能体现出比纯铝或者铝钕更优越的导电性。
实施例2
本实施例的一种铝基合金是铝银，具体的铝银合金比例为：银的质量比为0.5-5％，该合金的热膨胀系数接近铌或者钽，使得铝银与钼铌或者钼钽的晶格更加匹配，所以在高温工艺下引起内应力更小，因而膜层界面间附着性更好，这样有效的解决因膨胀系数不一致而引发的铝膜表面粗糙度变化(也即小丘问题)的问题，更好的一面，因微量银元素的添加，银自身的电导率就比铝大，因此银的微量掺杂能促进电子的迁移率，增加了导电特性。在沉积薄膜上，能体现出比纯铝或者铝钕更优越的导电性。
实施例3
本实施例的一种铝基合金是铝钕铜，具体的铝钕铜合金比例为：铜的质量比为0.5-5％，钕的质量比在固溶值以上，特别的钕的添加量在2at％。该合金的热膨胀系数接近钼，因此与钼或者钼的合金的热膨胀系数相当，使得铝钕铜与钼或者钼合金的晶格更加匹配，所以在高温工艺下引起内应力更小，因而膜层界面间附着性更好，这样有效的解决因膨胀系数不一致而引发的铝膜表面粗糙度变化(也即小丘问题)的问题，更好的一面，因微量铜元素的添加，铜自身的电导率就比铝大，因此铜的微量掺杂能促进电子的迁移率，增加了导电特性。特别的，由于稀土元素钕的加入，使得晶粒细化，净化晶间，增加晶枝，促进了导电特性。在沉积薄膜上，能体现出比纯铝或者铝钕更优越的导电性。
实施例4
本实施例的一种铝基合金是铝钕银，具体的铝钕银合金比例为：银的质量比为0.5-5％，钕的质量比在固溶值以上，特别的钕的添加量在2at％。该合金的热膨胀系数接近铌或者钽，使得铝钕银与钼铌或者钼钽的晶格更加匹配，所以在高温工艺下引起内应力更小，因而膜层界面间附着性更好，这样有效的解决因膨胀系数不一致而引发的铝膜表面粗糙度变化(也即小丘问题)的问题，更好的一面，因微量元素银的添加，银自身的电导率就比铝大，因此银的微量掺杂能促进电子的迁移率，增加了导电特性。在沉积薄膜上，能体现出比纯铝或者铝钕更优越的导电性。
实施例5
本实施例的一种铝基合金是铝银铜，具体的铝银铜合金比例为：银的质量比为0.5-5％，铜的质量比为0.5-5％，该合金的热膨胀系数接近钼，因此与钼或者钼的合金的热膨胀系数相当，使得铝银铜与钼或者钼合金的晶格更加匹配，所以在高温工艺下引起内应力更小，因而膜层界面间附着性更好，这样有效的解决因膨胀系数不一致而引发的铝膜表面粗糙度变化(也即小丘问题)的问题，更好的一面，因微量元素银和铜元素的添加，银和铜自身的电导率就比铝大，因此银和铜的微量掺杂能促进电子的迁移率，增加了导电特性。在沉积薄膜上，能体现出比纯铝或者铝钕更优越的导电性。
实施例6
本实施例的一种铝基合金是铝钕银铜，具体的铝钕银铜合金比例为：钕的质量比在固溶值以上，特别的钕的添加量在2at％,银的质量比为0.5-5％，而铜的质量比为0.5-5％；该合金的热膨胀系数接近钼，因此与钼或者钼的合金的热膨胀系数相当，使得铝铜与钼或者钼合金的晶格更加匹配，所以在高温工艺下引起内应力更小，因而膜层界面间附着性更好，这样有效的解决因膨胀系数不一致而引发的铝膜表面粗糙度变化(也即小丘问题)的出现，更好的一面，因微量元素银和铜元素的添加，银和铜自身的电导率就比铝大，因此银的微量掺杂能促进电子的迁移率，增加了导电特性。而作为稀土元素钕的添加，促进了晶粒的细化，增加了晶间枝，净化了晶间，促进了导电特性。在沉积薄膜上，能体现出比纯铝或者铝钕更优越的导电性。
将实施例1-6的铝基合金与铝钕进行测试对比，测试数据见下表1：
表1。

Claims (10)

1.一种用于制备高导电率薄膜的铝基合金，其特征在于，包括二元、三元或者四元金属；所述二元金属为铝铜、铝银；所述三元金属为铝钕铜、铝钕银或者铝银铜；所述四元金属为铝钕铜银。
2.根据权利要求1所述的铝基合金，其特征在于：在二元金属为铝铜或铝银的情形下，铜在铝中添加量0.2-5wt％，银在铝中添加量0.2-5wt％。
3.根据权利要求1所述的铝基合金，其特征在于：在三元金属为铝钕铜的情形下，钕在铝中的添加量在固溶极限以上且铜在铝中的添加量0.2-5wt％。
4.根据权利要求1所述的铝基合金，其特征在于：在三元金属为铝钕银的情形下，钕在铝中的添加量在固溶极限以上且银在铝中的添加量0.2-5wt％。
5.根据权利要求1所述的铝基合金，其特征在于：在三元金属为铝银铜的情形下，银和铜的添加量在铝中的添加量都为0.2-5wt％。
6.根据权利要求1所述的铝基合金，其特征在于：在四元金属为铝钕铜银的情形下，钕在铝中的添加量在固溶极限以上且银和铜在铝中的添加量0.2-5wt％。
7.根据权利要求1所述的铝基合金，其特征在于：在三元金属为铝钕铜、铝钕银或四元金属为铝钕铜银的情形下，添加的微量元素还包括其它稀土元素的一种或者两种以上，且添加量大于固溶之和。
8.根据权利要求6或7所述的铝基合金，其特征在于：钕在铝中的添加量为2at％。
9.根据权利要求7所述的铝基合金，其特征在于：其他稀土元素包括Y、La、Ce、Fr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
10.根据权利要求1所述的铝基合金，其特征在于：所述铝基合金应用于显示面板、薄膜电路行业的精细化布线。
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