TWI401327B - 鋁薄膜製造方法 - Google Patents

Description

鋁薄膜製造方法

本發明是有關於一種鋁薄膜製造方法，且特別是有關於一種可有效降低薄膜沉積時的殘留應力的鋁薄膜製造方法。

目前TFT-LCD面板之電極層主要是以高純度鋁靶材作為鍍膜原料。然而TFT-LCD面板於製程中會經過高溫熱處理，其熱能將傳導到面板內之電極層(純鋁薄膜所形成)。由於鋁薄膜與矽基板之間的熱膨脹係數差異大、降伏點低，因此濺鍍在矽基板上之鋁薄膜容易在製程中因受熱(攝氏100~400度)而產生突起(hillock)，造成線路短路、膜層剝落等現象。

為了降低突起的產生，有習知技術藉由在鋁薄膜中添加入其他元素，例如鉻或鉭，以形成一鋁合金薄膜，來降低熱處理時突起的產生。但也因為需要在鋁薄膜中添加其他元素而增加生產成本，降低了電極層之導電率，也就是使電極層的電阻值提高，而减慢面板之電訊傳輸速度。

或者，藉由在後續製程中，例如熱退火製程，將熱處理的溫度降低以減少突起的尺寸與發生機率。但若薄膜沉積後在未熱處理之前即存在大量的殘留應力，則熱處理溫度的調降對抑制突起物生成的效果仍然有限。

另一方面，就高純度之鋁薄膜而言，雖然薄膜面電阻值極低，但在攝氏150度的熱處理下即有突起物形成。而且，隨熱處理溫度增加，薄膜殘留應力增大，突起物之數量越多、體積越大，越容易讓面板線路短路。

因此，目前亟需一種可有效減少薄膜熱處理後殘留應力的方法。

本發明之一目的是在提供一種鋁薄膜的製造方法，可有效減少薄膜沉積時的殘留應力。

依據本發明之一實施例，提出一種鋁薄膜的製造方法。首先提供一鋁靶材，鋁靶材純度介於99.99%~99.999%。調整鋁靶材面積與濺鍍功率之比值至介於2.1瓦/平方公分(W/cm² )~3.3瓦/平方公分之間。提供一基板，使用一真空磁控濺鍍製程在這基板上形成鋁薄膜。

依據本發明之一實施例，提出一種鋁薄膜的製造方法。首先提供一鋁靶材，鋁靶材的純度介於99.99%~99.999%。提供一基板，接著在基板上沉積鋁薄膜，鋁薄膜沉積於基板上的沉積速率介於29埃/秒至50埃/秒之間。

根據本發明之上述實施例，更包含在一含有惰性氣體的環境中進行薄膜沉積，其壓力介於0.001托至0.015托之間。

根據本發明之上述實施例，更包含在氬氣環境中進行薄膜沉積。

藉由本發明之鋁薄膜製造方法，在相同薄膜製程條件下，使用具有高濺鍍速率之高純度鋁靶，或適當之靶材面積與濺鍍功率比值，可使薄膜沉積時的殘留應力减小，而有效降低薄膜突起之發生，進而提升薄膜品質，降低生產的成本。

本發明揭露了一種鋁薄膜的製造方法，係調整薄膜製程參數，因此在薄膜製程中不須添加其他元素也不用降低後續製程的熱處理溫度，而可有效降低薄膜沉積時的殘留應力。

請參照第1圖，其係繪示為本發明之一實施例之鋁薄膜的製造方法之步驟流程圖。首先，在步驟S101中，提供鋁靶材，其係具有鋁純度介於99.99%至99.999%的鋁靶材。接著，在步驟S102中，根據所提供鋁靶材的面積，調整鋁靶材與濺鍍功率之比值至介於2.1瓦/平方公分~3.3瓦/平方公分之間。在步驟S103中，提供基板，可例如為矽基板或玻璃基板。並將基板放置於真空磁控濺鍍製程所需的腔體中。在步驟S104中，以靶極濺鍍上述鋁靶材，在基板上沉積鋁薄膜。

在一實施例中，上述的鋁靶材可以是例如直徑為六吋鋁靶材。

請參照第2圖，其係繪示為本發明之一實施例之鋁薄膜的製造方法之步驟流程圖。在步驟S201中，提供鋁靶材，其係具有鋁純度介於99.99%至99.999%的鋁靶材。接著，在步驟S202中，係提供一基板，可例如為矽基板或玻璃基板。並將基板放置於真空磁控濺鍍製程所需的腔體中。在步驟S203中，以靶極濺鍍上述鋁靶材，在基板上沉積鋁薄膜。上述鋁薄膜係利用鋁靶材及真空磁控濺鍍製程而形成於上述基板的表面。鋁薄膜沉積於基板上的沉積速率介於29埃/秒至50埃/秒之間。

根據本發明上述兩實施方式之鋁靶材所形成的鋁薄膜，在薄膜沉積速率越高的條件下所製備的薄膜，其薄膜產生突起所需的熱處理溫度就越高，越不容易有突起產生，因此以本發明之方法所製造的鋁薄膜的可靠率越高。

在上述實施例中，基板可為矽基板或玻璃基板。

以下則以實際實施例更具體地說明本發明，惟本發明的範圍不受這些實施例限制。下列實施例均在真空磁控濺鍍設備中進行操作。

比較例1

首先預備一鋁靶材，所使用的鋁靶材為純度高於99.995%的直徑為六吋((182.41平方公分))鋁靶材。接著預備一矽基板。隨後，將矽基板置入真空磁控濺鍍腔體中。以直流式磁控靶極分別濺鍍上述的鋁靶材，調整濺鍍功率為500瓦，通入一氬氣至腔體內，通入的氬氣壓力0.003托，使得沉積速率達到20.1埃/秒。分別在對應之矽基板的表面上沉積面積為25厘米*25厘米以及厚度為180奈米之鋁薄膜。測試溫度為攝氏150度與190度。

實施例1

首先預備一鋁靶材，所使用的鋁靶材為純度高於99.995%的直徑為六吋鋁靶材。接著預備一矽基板。隨後，將矽基板置入真空磁控濺鍍腔體中。以直流式磁控靶極分別濺鍍上述的鋁靶材，調整濺鍍功率為500瓦，通入一氬氣至腔體內，通入的氬氣壓力0.003托，使得沉積速率達到29.5埃/秒。分別在對應之矽基板的表面上沉積面積為25厘米*25厘米以及厚度為180奈米之鋁薄膜。

形成面積為25厘米*25厘米以及厚度為180奈米的鋁薄膜試片進行高溫測試，測試溫度為攝氏190度與200度。

實施例2

首先預備一鋁靶材，所使用的鋁靶材為純度高於99.995%的直徑為六吋(182.41平方公分)鋁靶材。接著預備一矽基板。隨後，將矽基板置入真空磁控濺鍍腔體中。以直流式磁控靶極分別濺鍍上述的鋁靶材，調整濺鍍功率為500瓦，通入一氬氣至腔體內，通入的氬氣壓力0.003托，使得沉積速率達到31.8埃/秒。分別在對應之矽基板的表面上沉積面積為25厘米*25厘米以及厚度為180奈米之鋁薄膜。

形成面積為25厘米*25厘米以及厚度為180奈米的鋁薄膜試片進行測試，測試溫度為攝氏220度與攝氏230度。

在一實施例中，上述所通入的氬氣也可以是其他惰性氣體，如氦氣或氮氣。

請參照附件1，其為上述比較例1與實施例1至2的鋁薄膜試片的表面光學金相圖。同時參照比較例1與實施例1至2的鋁薄膜試片，可以發現在相同的濺鍍製程條件下(鋁靶材面積、濺鍍功率以及氬氣壓力)，沉積速率較低(20.1埃/秒)的比較例1在攝氏150度進行熱處理時即有突起出現，而當熱處理溫度增加至攝氏190度時所出現的突起增大且數量增加。而沉積速率次之的實施例1的鋁薄膜試片在攝氏190度進行熱處理時仍無明顯的突起出現，而當熱處理溫度增加至190度時，才有些微的突起出現。而沉積速率最高的實施例2的鋁薄膜試片在攝氏220度與230度進行熱處理仍無明顯的突起產生。因此可以推論沉積速率越高時，則薄膜發生突起所需的熱處理溫度就需要更高，也就是越不容易有突起產生，鋁薄膜的品質越佳。

請參照第3圖，其繪示依照本發明一實施例之薄膜突起發生的最低熱處理溫度與濺鍍功率關係圖。在本實施例中，所使用之鋁靶材為六吋鋁靶，其純度介於99.99%~99.999%，而在濺鍍腔體內的氬氣壓力介於0.0025托至0.0045托，分別以300瓦、500瓦、750瓦、1000瓦、2000瓦以及3000瓦的濺渡功率進行鋁薄膜的沉積。在本實施例中，可以發現隨著濺鍍功率的提高，薄膜產生突起所需的熱處理溫度呈現先升後降的趨勢，並且在濺鍍功率介於約400瓦至600瓦的範圍內所製得的鋁薄膜，其殘留的應力最小，也就是說薄膜越不易產生突起。在另一實施例中，所使用之鋁靶材為直徑為八吋(324.13平方公分)鋁靶材，其濺鍍功率與靶材面積之比值介於2.1瓦/平方公分至3.3瓦/平方公分時，因此所使用的濺鍍功率就必須根據鋁靶材的面積調整到約650瓦至約1000瓦之間，如此所製得的鋁薄膜，其殘留的應力最小，薄膜在攝氏200度以上較不易產生突起。

請參照第4圖，其繪示本發明一實施例之薄膜突起發生的最低熱處理溫度與沉積速率的關係圖。在本實施例中，所使用的鋁靶材為六吋鋁靶，其純度介於99.99%~99.999%，而在濺鍍腔體內的氬氣壓力介於0.001托至0.0015托，而分別以5埃/秒至60埃/秒的沉積速率進行鋁薄膜的沉積。在本實施例中，可以發現隨著沉積速率的增加，薄膜產生突起所需的熱處理溫度呈現先升後降的趨勢，並且在沉積速率30埃/秒至50埃/秒範圍內所製得的鋁薄膜，其殘留的應力最小，也就是薄膜越不易產生突起，在約攝氏200度以上才會開始產生突起。

請參照第5圖，其繪示本發明一實施例之薄膜厚度與突起密度以及突起直徑的關係圖。在本實施例中，所使用的鋁靶材、靶材面積、濺鍍功率以及沉積速率均相同，相異處僅在於所沉積薄膜的厚度不同，介於200奈米至1000奈米。在本實施例中，可以發現隨著薄膜厚度的增加，突起的數量減少了，但每顆突起的密度卻增加了。而在膜厚400奈米至600奈米時，突起的直徑與密度可達到較平均的結果。也就是薄膜厚度與突起的密度是成正比的趨勢，但薄膜密度卻與突起的直徑成反比的趨勢。

由上述實施例可知，藉由在相同薄膜製程條件下，使用具有高濺鍍速率之高純度鋁靶，或適當之靶材面積與濺鍍功率比值，可使薄膜沉積時的殘留應力减小而有效降低薄膜突起之發生，進而提升薄膜品質，降低生產的成本。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S101~S104．．．步驟

S201~S203．．．步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示依照本發明之一實施例之鋁薄膜的製造方法之步驟流程圖。

第2圖係繪示依照本發明之一實施例之鋁薄膜的製造方法之步驟流程圖。

第3圖係繪示依照本發明之一實施例之薄膜突起的最低熱處理溫度與濺鍍功率關係圖。

第4圖係繪示依照本發明之一實施例的薄膜突起發生的最低熱處理溫度與沉積速率的關係圖。

第5圖係繪示依照本發明之一實施例的薄膜厚度與突起密度以及突起直徑的關係圖。

S101~S104．．．步驟

Claims (9)

1. 一種鋁薄膜製造方法，該方法係以一單一步驟，使用一真空磁控濺鍍製程將一直流式磁控濺鍍鋁靶材濺鍍於一基材以形成一鋁薄膜，其中該鋁靶材純度介於99.99%~99.999%，該鋁靶材之一面積與一濺鍍功率之比值至介於2.1瓦/平方公分(W/cm² )~3.3瓦/平方公分之間，該鋁薄膜之一厚度為400奈米至600奈米。
2. 如請求項第1項所述之製造方法，其中該鋁薄膜之薄膜沉積速率介於29埃/秒(Å/s)~50埃/秒之間。
3. 如請求項第1項所述之製造方法，其中形成該鋁薄膜的步驟在一惰性氣體下進行，該惰性氣體壓力介於0.001托(torr)~0.015托。
4. 如請求項第1項所述之製造方法，其中形成該鋁薄膜的步驟在一惰性氣體下進行，該惰性氣體壓力介於0.0025托~0.0045托。
5. 如請求項第3項所述之製造方法，其中該惰性氣體為氬氣。
6. 一種鋁薄膜製造方法，該方法係以一單一步驟， 使用一真空濺鍍製程將一直流式磁控濺鍍鋁靶材在一基板上沉積一鋁薄膜，其中該鋁靶材純度介於99.99%~99.999%，該鋁薄膜沉積於該基板上的沉積速率介於29埃/秒至50埃/秒之間，該鋁薄膜之一厚度為400奈米至600奈米。
7. 如請求項第6項所述之製造方法，其中沉積該鋁薄膜的步驟在一惰性氣體下進行，該惰性氣體壓力介於0.001托~0.015托。
8. 如請求項第6項所述之製造方法，其中沉積該鋁薄膜的步驟在一惰性氣體下進行，該惰性氣體壓力介於0.0025托~0.0045托。
9. 如請求項第7項所述之製造方法，其中該惰性氣體為氬氣。