用于在電子裝置中金屬化的銅合金阻擋層和覆蓋層的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年6月6日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/831,865,其通過引 用整體并入在此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 在多個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及諸如平板顯示器和觸摸面板顯示器的電子裝置的金 屬化，特別涉及用于這種金屬化的覆蓋層和阻擋層。
【背景技術(shù)】
[0004] 平板顯示器已經(jīng)迅速普遍存在于各種市場(chǎng)中，并且現(xiàn)在通常在各種家用電器、電 視、計(jì)算機(jī)、蜂窩電話以及其它電子裝置中使用。通常使用的平板顯示器的一個(gè)示例是薄膜 晶體管（TFT)液晶顯示器（IXD)，或TFT-IXD。典型的TFT-IXD包含TFT陣列，每個(gè)TFT控 制從IXD的像素或子像素的發(fā)光。圖1A示出如可能在TFT-IXD中發(fā)現(xiàn)的常規(guī)TFT 100的 橫截面。如圖所示，TFT 100包括在玻璃基板110上形成的柵電極105。柵絕緣體115將柵 電極105與上面的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)電絕緣。通常由非晶硅組成的有源層120在柵電極105的電控 制下在源電極125和漏電極130之間傳導(dǎo)電荷，并且傳導(dǎo)的電荷控制與其連接的像素或子 像素的操作（未示出）。源極/漏極絕緣體132將源電極125與漏電極130電隔離，并且保 護(hù)性地密封TFT 100。如圖所示，柵電極105、源電極125以及漏電極130中的每一個(gè)電極 通常包括阻擋金屬層135和在其上方的金屬導(dǎo)體層140。阻擋層135提供在導(dǎo)體140和下 面玻璃和/或硅之間的良好粘附性，并減少或防止在其間的擴(kuò)散。
[0005] 隨著時(shí)間的推移，IXD面板的大小已經(jīng)增加，并且基于TFT的像素大小已經(jīng)下降， 使得在TFT-LCD結(jié)構(gòu)內(nèi)的導(dǎo)體的要求越來越高。為了降低在導(dǎo)體中的電阻，并且從而增加 在TFT-LCD中的電信號(hào)傳播速度，制造商正在使用低電阻率的金屬，諸如銅（Cu)，用于在顯 示器內(nèi)的導(dǎo)體140。諸如鉬（Mo)、鈦（Ti)或鉬鈦合金（Mo-Ti)的金屬已被用于在Cu導(dǎo)體 140下面的阻擋層135 ;然而，這些金屬受制于一種或多種缺陷，該缺陷限制了 TFT-IXD的性 能和/或在用于TFT-IXD的制造過程中存在困難。例如，一些常規(guī)的阻擋層135具有相對(duì) 高的電阻率，并且因此損害電極的總體導(dǎo)電性。此外，如圖1B所示，在諸如柵電極105的電 極蝕刻期間，（一種或兩種電極材料的）殘留物145或蝕刻間斷150,例如階梯狀或非線性 輪廓（由兩種不同電極材料的非均勻蝕刻速率引起）可能產(chǎn)生。
[0006] 同樣，觸摸面板顯示器在電子裝置中變得更為常見，并且它們甚至可能隨TFT-IXD 被利用。典型的觸摸面板顯示器包括排列成行和列并且經(jīng)由電容耦合來感測(cè)手指觸摸（或 接近）的傳感器陣列。圖2A示意性地示出用于觸摸面板顯示器的示例性傳感器陣列200， 該觸摸面板顯示器包括互連以形成列220的多個(gè)導(dǎo)電的列傳感器210,以及互連以形成行 240的多個(gè)導(dǎo)電的行傳感器230。傳感器210、230在基板250上方形成并且電耦接到處理器 260,這兩個(gè)傳感器感測(cè)表示"觸摸"的電容耦接的變化，并向在裝置內(nèi)的其它電子組件（例 如包括觸摸屏的計(jì)算機(jī)或移動(dòng)計(jì)算裝置）提供這些信號(hào)。傳感器210、230可以由諸如氧化 銦錫（ITO)的透明導(dǎo)體形成，并且基板250可以是玻璃或任何其它合適的剛性（和/或透 明）支撐材料。
[0007] 圖2B示出傳感器陣列200內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)的放大立體圖，其中互連的列傳感器210與 行傳感器230相交。為了避免在列220和行240之間的電短路（參見圖2A)，在列傳感器 210之間的互連與下面或上面的行傳感器230隔離。例如，如圖2B所示，絕緣體層270布置 在列傳感器210的列220和導(dǎo)電互連（或"橋")280之間，該互連連接在行240內(nèi)的行傳感 器230。如圖2C所示，互連280通常由具有上面阻擋層的A1導(dǎo)電層290或通常由Mo、Ti或 Mo-Ti組成的覆蓋層295組成。覆蓋層295有助于防止從導(dǎo)電層290的擴(kuò)散并且保護(hù)導(dǎo)電 層290在加工和產(chǎn)品使用期間免受腐蝕。覆蓋層295也可提高對(duì)上面層的粘附性。然而， 如對(duì)于TFT-LCD在上面所述的，金屬通常用于覆蓋層295的金屬免受一種或多種缺陷，該缺 陷限制性能和/或在制造過程中存在困難。例如，覆蓋層295可以具有相對(duì)高的電阻率，并 且因此損害互連280的整體導(dǎo)電性，從而降低電性能。此外，如圖2D所示，在互連280的蝕 刻期間，（導(dǎo)電層290或覆蓋層295中的一個(gè)或兩個(gè)）殘留物296或蝕刻間斷297,例如，階 梯狀或非線性輪廓（由兩種不同材料的非均勻的蝕刻速率引起）可能產(chǎn)生。
[0008] 鑒于上述情況，對(duì)于用于諸如TFT-IXD和觸摸面板顯示器的電子裝置的阻擋層和 /或覆蓋金屬層存在需求，該阻擋層和/或覆蓋金屬層為下面的基板提供優(yōu)異的粘附性，防 止導(dǎo)體金屬擴(kuò)散到附近層，保護(hù)導(dǎo)體金屬免受腐蝕，并且在制造期間利用下面或上面的導(dǎo) 體金屬被均勻地蝕刻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，諸如TFT-IXD和觸摸面板顯示器以及在其中的金屬互 連和電極的電子裝置利用覆蓋層和/或阻擋層制造，所述覆蓋層和/或阻擋層包括或基本 上由 Cu 和諸如鉭（Ta)、鈮（Nb)、Mo、鎢（W)、鋯（Zr)、鉿（Hf)、錸（Re)、鋨（Os)、釕（Ru)、銠 (Rh)、Ti、釩（V)、鉻（Cr)或鎳（Ni)的一種或多種難熔金屬元素的合金組成。一種或多種 難熔金屬元素可以以1至50百分比的重量濃度存在于合金中。在示例性實(shí)施方式中，合金 阻擋層直接形成在諸如玻璃和/或基于硅的層的基板層上，并且包括或基本上由諸如Cu、 銀（Ag)、鋁（A1)或金（Au)組成的高導(dǎo)電性金屬形成于其上，以形成在TFT結(jié)構(gòu)中的多個(gè)電 極。在另一個(gè)示例性實(shí)施方式中，諸如Cu、Ag、A1和/或Au的高導(dǎo)電性金屬用作在觸摸面 板顯示器中的導(dǎo)電互連，并覆蓋有保護(hù)覆蓋層，該覆蓋層包括或基本上由Cu與諸如Ta、Nb、 Mo、W、Zr、Hf、Re、0s、Ru、Rh、Ti、V、Cr或Ni的一種或多種難恪金屬元素的合金組成。一種 或多種難熔元素可以以1至50百分比的重量濃度（以下稱為重量％ )存在于合金中。
[0010] 令人驚訝地，即使阻擋層和覆蓋層主要是Cu，當(dāng)與Cu導(dǎo)體層共用時(shí)，（一種或多 種）難熔金屬合金元素的存在阻礙或甚至阻止Cu擴(kuò)散到附近層，例如下面的硅層，近似以 及純的Mo阻擋層。雖然對(duì)于該現(xiàn)象，不希望受限于任何特定理論或機(jī)制，但是難熔金屬合 金元素可以與硅層的原子反應(yīng)以形成在阻擋層或覆蓋金屬中占據(jù)晶界的硅化物區(qū)域，并且 從而防止Cu沿晶界擴(kuò)散到基板（或其它相鄰層），所述晶界原本將是快速擴(kuò)散路徑。
[0011] 在多個(gè)實(shí)施例中，阻擋層和/或覆蓋層包括或基本上由Cu與（i)Ta和Cr，（ii)Ta 和Ti，或（iii)Nb和Cr的合金組成。例如，阻擋層和/或覆蓋層可包括（i)l重量％至12 重量％的1&(優(yōu)選約5重量％的1&)和1重量％至5重量％的&(優(yōu)選約2重量％的&)， (^)1重量％至12重量％的1&(優(yōu)選約5重量％的1&)和1重量％至5重量％的11(優(yōu)選 約2重量％的11)，或（iii)l重量％至10重量％的他（優(yōu)選約5%重量的Nb)和1重量％ 至5重量％的Cr (優(yōu)選約2重量％的Cr)。此外，當(dāng)結(jié)合諸如Cu的高導(dǎo)電性導(dǎo)體層使用以 形成電極和/或互連時(shí)，阻擋層和/或覆蓋層和導(dǎo)體層在諸如PAN蝕刻（即可與水混合并 且可加熱到升高溫度的磷酸、乙酸和硝酸的混合物）的優(yōu)選蝕刻劑中顯示出基本上相同的 蝕刻速率。因此，蝕刻有關(guān)的殘留物和間斷通過使用根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的阻擋層和 /或覆蓋層被最小化或消除。
[0012] 在一個(gè)方面，本發(fā)明的實(shí)施例特征在于薄膜晶體管，其包括或基本上由基板和電 極組成。基板可包括或基本上由娃和/或玻璃組成。電極包括或基本上由（i)布置在基板 上的阻擋層，所述阻擋層包括或由Cu與選自由Ta、Nb、Mo、W、Zr、Hf、Re、0s、Ru、Rh、Ti、V、 Cr以及Ni組成的列表的一種或多種難熔金屬元素的合金組成，以及（ii)布置在阻擋層上 的導(dǎo)體層，所述導(dǎo)體層包括、基本上由或由Cu、Ag、Al和/或Au中的至少一種組成。
[0013] 本發(fā)明的實(shí)施例可包括在任何各種不同組合中的下列中的一個(gè)或多個(gè)?；蹇砂?括、基本上由，或由玻璃組成。基板可包括、基本上由，或由例如非晶硅的硅組成。阻擋層可 包括、基本上由，或由Cu、Ta以及Cr的合金組成。阻擋層可包括、基本上由，或由1重量％ 至12重量％的1曰、1重量％至5重量％的0,以及余量Cu組成。阻擋層可包括、基本上由， 或由約5%重量的Ta、約2%重量的Cr以及余量Cu組成。阻擋層可包括、基本上由，或由5 重量％的1&、2重量％的0以及余量Cu組成。阻擋層可包括、基本上由，或由約2%重量的 Ta、約1重量％的Cr以及余量Cu組成。阻擋層可包括、基本上由，或由2重量％的Ta、l重 量％的Cr以及余量Cu組成。
[0014] 阻擋層可包括、基本上由，或由Cu、Ta以及Ti的合金組成。阻擋層可包括、基本上 由，或由1重量％至12重量％的Ta、l重量％至5重量％的Ti以及余量Cu組成。阻擋層 可包括、基本上由，或由約5%重量的Ta、約2重量％的Ti以及余量Cu組成。阻擋層可包 括、基本上由，或由5重量％的Ta、2重量％的Ti以及余量Cu組成。
[0015] 阻擋層可包括、基本上由，或由Cu、Nb以及Cr的合金組成。阻擋層可包括、基本上 由，或由1重量％至10%重量的Nb、1重量％至5重量％的Cr以及