TFT中底栅Cu膜凸起现象研究

高搏剑 ，徐佳慧 ，夏 杰 ，吴登刚 ，朱 元

（1东华大学信息科学与技术学院 上海 200051）

（2南京中电熊猫平板显示科技有限公司 江苏 南京 210033）

1 引言

UHD超高清显示器（Ultra-High Definition，3840×2160）在市场上正逐渐普及，且8K（8192×4096）显示器也已在市场中少量试水。相应的在TFT（Thin Film Transistor）面板设计时迫切地需要一种低电阻率材料以降低信号传输时的阻抗延时，Cu（铜）的电阻率约为Al（铝）的三分之二，可满足设计需求。Cu膜作为源漏极研究已经成为一个热点[2,3,4]。在大世代面板（8.5及以上）生产线中，Al膜在成膜过程中受内部应力影响，容易产生Al膜凸起（hilllock）现象，易对上层膜层造成穿刺并形成静电击伤，所以在Al表面会增加Mo（钼）或Ti（钛）层以降低hilllock发生率。而Cu作为底栅时，与玻璃的接触强度较低，所以需要Mo或Ti作为中间层以增加Cu膜与玻璃的粘附力。

金属膜层一般采用物理气相沉积（Physical Vapor Depo，在真空环境中，利用直流或交流电源将通入的惰性气体解离形成等离子体，利用等离子体所产生的离子对靶材进行轰击，使等离子体内具有靶材的粒子，沉积于基板表面形成薄膜）。在大世代面板生产线中，PVD设备由美国的AKT和日本的ULVAC两家公司垄断。以8.5代线（玻璃尺寸2500×2200mm）为例，AKT PiVot 55K PVD设备使用圆形靶材，靶材利用率高。玻璃在设备内垂直成膜，平行玻璃长边的方向传送，Cu膜的整体均一性好，但边缘的膜厚较薄。

2 Cu膜底栅凸起现象说明

以Cu-Ti为底栅，Si3N4作为绝缘层，分析Cu膜的凸起状况。首先在玻璃表面镀50nm的Ti，600nm的Cu，随后在300℃下使用PECVD(等离子体增强化学气相沉积，Plasma Enhanced chemical vapor deposition)镀400nm Si3N4。针对基板不同位置，使用OM（光学显微镜，Optical Microscope）分析成膜状况。在Cu-Ti成膜后未有发现有小黑点现象，而经过Si3N4成膜后则在玻璃的边缘位置发现存在小黑点状况，而玻璃中部未有发现小黑点现象，如图1。

图1 20×倍率

进一步针对小黑点使用FIB（聚焦离子束，Focused Ion Beam）分析。发现小黑点处为Cu膜凸起。推测在绝缘膜成膜过程中，受高温影响，原本玻璃边缘处Cu膜层厚度均一性较差，受内部应力影响而凸起。与Al膜hilllock影响类似，Cu hillock可能穿透上层膜层，并诱发ESD（Electro-StaticDischarge）现象，造成相应像素失效。如图2所示。

图2 FIB分析

3 实验验证分析

收集实际生产过程中的大量数据分析发现，Cu膜与绝缘膜的时间间隔越短，黑点发生率越低，推断为空气中氧气对Cu薄膜有氧化作用，而CuO加剧了玻璃边缘金属膜内部应力，因而可以通过H2还原CuO的方式来缓解膜层的内部应力。

在H2流量20000sccm的情况下，以Cu膜凸起造成缺陷数PG1为目标，选择处理时间（10/20s），功率（2/4 KW）为实验因子，设计两因子两水平一个中心点实验，图3。

图3 因子主效应图和交互作用图

通过主效应图分析：处理时间越长，功率越高，Cu膜凸起造成的缺陷数PG1越低；由交互作用图可知处理时间和功率无明显交互作用。处理时间和功率分别选择20s和4KW时，缺陷数PG1发生率最小。使用该参数进行验证，缺陷数PG1发生率大幅降低，从而说明H2预处理还原性好，可以去除Cu表面氧化物，释放Cu应力，降低Cu hillock的发生率。

4 结论

针对绝缘膜高温下，底栅Cu膜，在玻璃边缘小黑点的现象，通过OM和FIB分析，确认为Cu膜凸起。通过实验的方法提出一种H2预处理方式，利用H2还原性，去除Cu表面氧化物，释放Cu膜内部应力，降低Cu hilllock的发生率，在实际生产过程中具有应用价值。

[1] Liao Y,Shao X,Du Y,Song Y,Hu W,Zhang Z,ChenY, Wang Y,Ma Q,Yoon D,Wang D, Yuan J,Wu H,Guo Z,Hao Z,Zhang J,Lü J 2014 J.Inf.Display 15 77.

[2]宁洪龙，等，铜-钼源漏电极对非晶氧化铟镓锌薄膜晶体管性能的改善，物理学报，2015，64(12).

[3] Yim J,Jung S,Yeon H,et al.Effects of Metal Electrode on the Electrical Performance of Amorphous In-Ga-Zn-O Thin Film Transistor[J].Japanese Journal of Applied Physics,2012,51(1).

[4] Choi K,Kim H.Correlation between Ti source/drain contact and performance of InGaZnO-based thin film transistors[J].Applied Physics Letters,2013,102(5).