專利名稱：Tft lcd電極薄膜制備所用的靶材及靶材和電極薄膜制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件電極的制備所用的靶材及其制造方法，以及利用 該靶材制造電極的方法，特別涉及薄膜晶體管液晶顯示器(以下稱TFT LCD) 有源矩陣電極制備所用的靶材及其制造方法，以及利用該把材制造電極的方法。
背景技術(shù)：
目前薄膜晶體管液晶顯示器(TFT LCD)向大尺寸和高清晰度的發(fā)展趨勢 要求具有很低電阻率的金屬電極薄膜作為柵極和源漏電極。例如對于10英寸 以上的TFT LCD,電極的電阻率需要小于20|jQcm。同時大規(guī)模集成電路制備 中基板已經(jīng)不足以提供足夠的面積來沉積IC需要的互連線。因此多層金屬互 連線成為IC制造中必需要采用的技術(shù)。特別是對于具有復(fù)雜功能的IC,如 微處理器就要求具有4 - 5層的金屬層實現(xiàn)IC器件之間的互連。因此從電阻 率的角度考慮，Au、 Cu和Ai是最合適做IC及TFT中電極或者互連線材料的 金屬。但是對于Au而言，它和基板的結(jié)合力不良，另外它的刻蝕特性不好， 還有就是價格太高的原因，限制了它的廣泛使用；Cu由于它和基板的結(jié)合力 微弱和不良的抗腐蝕能力也限制了它的使用。金屬Al不僅有好的電阻率，良 好的刻蝕特性和與基板的結(jié)合力，而且A1的地球含量豐富，容易得到，因此 得到大量的應(yīng)用。
但是A1的最大缺點就是熱穩(wěn)定性差。這種不穩(wěn)定性表現(xiàn)為由Al制備的 金屬電極薄膜的表面上在后續(xù)的熱處理過程中(150 - 400°C)出現(xiàn)被稱為小 丘的很小的突起。由于電極薄膜一般作為底層，而且當(dāng)刻蝕形成圖形后，電 極或者互連線的寬度變得很細(xì)時，這種小丘的尺寸相對于金屬線變得很大。如果在其上面沉積其它薄膜，小丘就會刺穿上面的絕緣薄膜形成短路，另外 在形成小丘的地方也會引起的斷路。
為了在Al薄膜表面抑止小丘的形成，目前采用的方法由兩種。第一種方
法就是在A1金屬層上面形成一層熔點很高的金屬薄膜，如難熔金屬薄膜；另 外一種方法就是在A1中添加其它元素形成合金，使用該合金形成電極薄膜。 目前對于TFT電極中使用最多的就是AINd作為導(dǎo)電層，Mo作為底層和頂層 覆蓋在其上的方法。但是AlNd的價格很高，由于作為合金元素Nd稀土元素， 在地殼中的含量很低，而且提純不容易實現(xiàn)。因此，尋找合適的A1合金取代 AlNd就變得非常重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)AINd的價格很高和不易提純等缺陷，利用 提純Nd的原料一混和稀土 RE ( RE = La， Ce， Pr, Nd )替代Nd實現(xiàn)Al合金 的低價格，同時添加金屬Ni增加其抗腐蝕和氧化能力，即提供合適Al-RE、 Al-Ni或者Al - Ni - RE合金來取代AlNd靶材，并且用該制備半導(dǎo)體器件中 的電極薄膜。
本發(fā)明的另外一個目的就是提供制備一種制備半導(dǎo)體薄膜電極的方法。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種TFT LCD有源矩陣電極薄膜制備
所用的靶材，其中所述乾材為Al - RE的合金、Al-Ni的合金或者Al - Ni
-RE合金。
上述方案中，所述靶材中合金元素的含量在lat%- 10at%。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明同時提供一種TFT LCD有源矩陣電極薄膜制 備所用耙材的制備方法 首先，提供一基體；
接著，將混合充分的A1-RE、 A卜Ni或者Al - Ni - RE合金粉末，加 熱使之完全熔化以后，將噴射工作氣體通過霧化噴嘴將熔化的合金霧化成小液滴并在氣流的帶動下以一定的速度向冷卻并旋轉(zhuǎn)的基體快速運動并 在所述基體表面獲得具有一定密度的坯體；
然后，將坯體進(jìn)行初步整形及進(jìn)行熱等靜壓致密化； 最后，經(jīng)過機械加工到最終尺寸。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明同時提供另 一種TFT LCD有源矩陣電極薄膜 制備所用靶材的制備方法 首先，提同一基體；
接著，將混合充分的A1-RE、 A卜Ni或者Al-Ni-RE合金粉末，力口 熱使之完全熔化以后，經(jīng)過攪拌均勻化以后將合金液體到入預(yù)熱到 一定溫 度的型腔中，使之冷凝到室溫以后，從型腔中取出；
最后，經(jīng)過或不經(jīng)過鍛造，進(jìn)行機械加工到最終尺寸。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明同時還提供一種TFT LCD有源矩陣電極薄 膜的制備方法，其中包括
用直流石茲控賊射Al - RE、 A1-Ni或者Al - Ni - RE多元復(fù)合靶材的方 法在基體上沉積得到電極薄膜。
上述方案中，可以在用直流^磁控濺射Al - RE、 Al-Ni或者Al - Ni - RE 多元復(fù)合靶材的方法在基體上沉積得到電極薄膜之前，在基體上沉積一層 難熔金屬，接著用直流磁控濺射Al - RE、 A1-Ni或者A1-Ni-RE多元復(fù) 合耙材沉積一層Al - RE、 A1-Ni或者Al - Ni - RE作為導(dǎo)電層，形成二層 結(jié)構(gòu)電極薄膜。也可在形成前述二層結(jié)構(gòu)電極薄膜后，再在導(dǎo)電層薄膜層 上面沉積一層難熔金屬，形成一種三層結(jié)構(gòu)。且前述電極薄膜的制作后， 接著在150 - 400。C溫度范圍內(nèi)對沉積在基體上的電極薄膜進(jìn)行退火熱處理， 使得合金元素以金屬間化合物的形式沉淀下來。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)由于用資源豐富Ni以及RE替資源稀缺高價格的 Nd，制備二元合金靶材，降低了靶材及電極薄膜的制造成本。
另外，作為半導(dǎo)體器件要求的Al合金電極是由如上所述的磁控濺射的方法沉積的，對于通過磁控賊射方法沉積的薄膜，合金元素能夠固溶其中， 起到固溶強化作用，因此和通過其它方法制備的Al合金薄膜相比熱穩(wěn)定性得 到了l是高。
此外，根據(jù)本發(fā)明制備的Al合金，合金元素都處于固溶態(tài)，隨后進(jìn)行 的退火過程將使全部或者部分固溶態(tài)的合金元素以金屬間化合物的形式沉淀 于晶粒之間，合金薄膜的電阻率就會降低，因此在合金薄膜沉積完成后利用 熱處理過程，合金薄膜能夠滿足低電阻率和高熱穩(wěn)定性的要求。
下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳 細(xì)描述。
圖1是A1 -RE合金中含有不同含量的RE時合金薄膜的電阻率在不同退 火溫度下的變化；
圖2是A1 - Ni - RE合金中含有不同含量的RE時合金薄膜的電阻率在不 同退火溫度下的變化；
圖3是A1 - RE合金中含有不同含量的RE時合金薄膜的小丘密度在400 。C退火溫度下的變化；
圖4是A1 - Ni - RE合金中含有不同含量的RE時合金薄膜的小丘密度在 40(TC退火溫度下的變化。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種制作電極薄膜新的靶材，其創(chuàng)新點在于利用提純Nd 的混和稀土 RE ( RE = La, Ce, Pr， Nd )替代Nd實現(xiàn)Al合金的低價格，同 時添加金屬Ni增加其抗腐蝕和氧化能力。即提供合適A1-RE、 A1-Ni或 者Al - Ni - RE合金來取代AlNd制備二元合金輩巴材，從而降低了靶材及電 極薄膜的制造成本。本發(fā)明提供的A1-RE、 A1-Ni或者A1-Ni-RE合金，合金元素的含量在lat°/。- 10at。/。的范圍。
本發(fā)明同時提供一種制作薄膜新靶材的方法。用感應(yīng)或電阻爐加熱經(jīng)
過混合充分的A1-RE、 A1-Ni或者Al-Ni - RE合金粉末，使之完全熔化 以后，將噴射工作氣體(一般用Ar或N2)通過霧化噴嘴將熔化的合金霧 化成小液滴并在氣流的帶動下以 一 定的速度向冷卻并旋轉(zhuǎn)的基體快速運 動并在基體表面獲得具有一定密度的坯體(一般密度為理論密度的95 %左 右)。將坯體進(jìn)行初步整形，然后進(jìn)行熱等靜壓致密化，然后通過鍛造、 機械加工成最終的形狀。
本發(fā)明還提供了另 一種制作薄膜新靶材的方法。用感應(yīng)或電阻爐加 熱，混合充分的Al - RE、 A1-Ni或者Al - Ni - RE合金粉末，使之完全熔 化以后，經(jīng)過攪拌均勻化以后將合金液體到入預(yù)熱到一定溫度的型腔中 (可以用金屬型模也可以用砂型模)，使之冷凝到室溫以后，從型腔中取 出，經(jīng)過或不經(jīng)過鍛造，然后進(jìn)行機械加工到最終尺寸。
本發(fā)明提供電極薄膜的制備方法是用直流磁控濺射Al - RE、 Al-Ni 或者Al-Ni-RE多元復(fù)合靶材的方法在基板或其他介質(zhì)上沉積得到電極 薄膜。
本發(fā)明提供電極薄膜的制備方法也可根據(jù)電極薄膜的要求變通為，先在 基板或其他介質(zhì)上沉積一層難熔金屬，接著用直流磁控濺射A1-RE、 Al-Ni 或者Al - Ni - RE多元復(fù)合耙材沉積一層Al - RE、 A1-Ni或者Al - Ni - RE作 為導(dǎo)電層，形成二層結(jié)構(gòu)電極薄膜；或者變通為，先在基板或其他介質(zhì)上沉 積一層難熔金屬，接著用直流磁控賊射Al - RE、 A卜Ni或者Al - Ni - RE多元 復(fù)合靶材沉積一層Al - RE、 A1-Ni或者Al - Ni - RE作為導(dǎo)電層，再在導(dǎo)電層 薄膜層上面沉積一層難熔金屬，形成一種三層結(jié)構(gòu)電極薄膜。
為了獲得性能較好的電極薄膜，在完成上述電極薄膜的制作后，接著在 150 - 450。C溫度范圍內(nèi)對沉積在基板或其他介質(zhì)上的電極薄膜進(jìn)行退火熱處 理，使得合金元素以金屬間化合物的形式沉淀下來，抑止了小丘的大量出現(xiàn)。作為半導(dǎo)體器件要求的Al合金電極是由如上所述的;茲控濺射的方法沉 積的。對于通過^f茲控濺射方法沉積的薄膜，合金元素能夠固溶其中，起到固 溶強化作用，因此和通過其它方法制備的Al合金薄膜相比熱穩(wěn)定性得到了提 高。
根據(jù)本發(fā)明制備的Al合金，合金元素都處于固溶態(tài)。隨后進(jìn)行的退火過 程將使全部或者部分固溶態(tài)的合金元素以金屬間化合物的形式沉淀于晶粒之 間，合金薄膜的電阻率就會降低。因此在合金薄膜沉積完成后利用熱處理過 程，合金薄膜能夠滿足低電阻率和高熱穩(wěn)定性的要求。
本發(fā)明提供的電極薄膜，可以作為半導(dǎo)體器件如IC的互連線或者TFT的 柵極或者源漏極等，本發(fā)明提供的電極薄膜具有低的電阻率和優(yōu)良的抗小丘 性能，能夠滿足半導(dǎo)體器件的要求，此外，節(jié)省了日益減少的Nd資源，更是 降低了沉積電極薄膜用靶材的價格、利用該靶材制作電極薄膜的成本或利用 該電極薄膜形成各種半導(dǎo)體器件引線的成本。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述。
實施例一
用純度99. 99wt。/。的Al、 Ni或者RE合金粉末進(jìn)行充分混合后，用感應(yīng)或 電阻爐加熱合金，使之完全熔化以后，將噴射工作氣體(一般用Ar或N2) 通過霧化噴嘴將熔化的合金霧化成小液滴并在氣流的帶動下以一定的速度向 冷卻并旋轉(zhuǎn)的基體快速運動并在基體表面獲得具有一定密度的坯體(一般密 度為理論密度的95%左右)。將坯體進(jìn)行初步整形，然后進(jìn)行熱等靜壓致密 化，然后通過鍛造、機械加工成最終的形狀。
實施例二
將純度99. 99wt。/。的混合充分的Al、 Ni和RE合金粉末，用感應(yīng)或電阻爐 加熱合金，使之完全熔化以后，經(jīng)過攪拌均勻化以后將合金液體到入預(yù)熱到 一定溫度的型腔中(可以用金屬型模也可以用砂型模)，使之冷凝到室溫以 后，從型腔中取出，經(jīng)過或不經(jīng)過鍛造，然后進(jìn)行機械加工到最終尺寸。實施例三
在0. 5mffl厚的玻璃上，用直流》茲控濺射Al - RE或者Al - Ni - RE多元復(fù) 合靶材的方法沉積400nm厚的Al合金薄膜。復(fù)合靶材制備過程中控制合金元 素的含量在lat%-6at°/。。制備的薄膜在10(TC， 200°C， 300°C, 400。C進(jìn)行退 火后冷卻至室溫用4點法測量其電阻率。接著再測量其小丘密度。用ICP的 方法測量薄膜的成份。試驗結(jié)果如圖1 -圖4所示。
圖1是Ai - RE合金中含有不同含量的RE時合金薄膜的電阻率在不同退 火溫度下的變化。退火時間O. 5小時，可以發(fā)現(xiàn)隨RE含量增加電阻率增加。
圖2是Al -Ni - RE合金中含有不同含量的RE時合金薄膜的電阻率在不 同退火溫度下的變化。退火時間Q. 5小時，可以發(fā)現(xiàn)隨RE含量增加電阻率增 加，而且隨Ni的加入電阻率增加。
圖3是Al - RE合金中含有不同含量的RE時合金薄膜的小丘密度在400 。C退火溫度下的變化。退火時間O. 5小時，小丘密度隨RE含量增加而減小。
圖4是Al - Ni -RE合金中含有不同含量的RE時合金薄膜的小丘密度在 400。C退火溫度下的變化。退火時間0.5小時，小丘密度隨RE含量增加而減 小，摻雜Ni可以抑止小丘的發(fā)生。
從圖中可以看出，電阻率隨合金元素含量的增加而增加，小丘密度則隨 元素含量的增加而減小。通過40(TC的退火，合金薄膜的電阻率都降低到 15ur2cm —下。
實施例四
如果制備FTF的柵極，首先在玻璃基板上采用；茲控濺射的方法沉積一層 Mo、 Cr、 W等其它難熔金屬，接著沉積一層Al - RE或者Al - Ni - RE替代AlNd 作為導(dǎo)電層，形成二層結(jié)構(gòu)?；蛘?，首先在玻璃基板上釆用^t控濺射的方法 沉積一層Mo、 Cr、 W等其它難熔金屬，接著沉積一層Al - RE或者Al - Ni -RE 電層，在導(dǎo)電的Al合金薄膜層上面再沉積一層難熔金屬 形成一種三層結(jié)構(gòu)。最后通過掩模板進(jìn)行掩模并進(jìn)行曝光和刻蝕得到柵線或柵電極。
最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制， 盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng) 理解，按照需要可使用不同材料和設(shè)備實現(xiàn)之，即可以對本發(fā)明的技術(shù)方案 進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、 一種TFT LCD有源矩陣電極薄膜制備所用的靶材，其特征在于所述靶材為Al-RE的合金、Al-Ni的合金或者Al-Ni-RE合金。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的靶材，其特征在于所述靶材中合金元素 的含量在lat%- 10at°/ 。
3、 一種TFT LCD有源矩陣電極薄膜制備所用靶材的制備方法，其特 征在于首先，提供一基體；接著，將混合充分的A1-RE、 A1-Ni或者Al - Ni - RE合金粉末，加 熱使之完全熔化以后，將噴射工作氣體通過霧化噴嘴將熔化的合金霧化成 小液滴并在氣流的帶動下以一定的速度向冷卻并旋轉(zhuǎn)的基體快速運動并 在所述基體表面獲得具有一定密度的坯體；然后，將坯體進(jìn)行初步整形及進(jìn)行熱等靜壓致密化；最后，經(jīng)過機械加工到最終尺寸。
4、 一種TFT LCD有源矩陣電極薄膜制備所用靶材的制備方法，其特 征在于首先，提同一基體；接著，將混合充分的A1-RE、 Al-Ni或者Al _ Ni - RE合金粉末，力口 熱使之完全熔化以后，經(jīng)過攪拌均勻化以后將合金液體到入預(yù)熱到 一定溫 度的型腔中，使之冷凝到室溫以后，從型腔中取出；最后，進(jìn)行機械加工得到最終尺寸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于所述進(jìn)行機械加 工得到最終尺寸前經(jīng)過鍛造加工。
6、 一種TFTLCD有源矩陣電極薄膜的制備方法，其特征在于，包括 用直流磁控濺射A1-RE、 Al-Ni或者Al-Ni-RE多元復(fù)合靶材的方法在基體上沉積得到電極薄膜。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于所述用直流磁控 賊射A1-RE、 Al-Ni或者Al-Ni-RE多元復(fù)合耙材的方法在基體上沉積 得到電極薄膜之前，在基體上沉積一層難熔金屬，接著用直流磁控濺射A1 -RE、 A1-Ni或者Al - Ni - RE多元復(fù)合耙材沉積一層Al - RE、 Al-Ni或者 Al-Ni - RE作為導(dǎo)電層，形成二層結(jié)構(gòu)電極薄膜。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于所述形成二層結(jié) 構(gòu)電極薄膜后，再在導(dǎo)電層薄膜層上面沉積一層難熔金屬，形成一種三層 結(jié)構(gòu)。
9、根據(jù)權(quán)利要求6-8任一所述的制備方法，其特征在于完成所述電極 薄膜的制作后，接著在150 - 400。C溫度范圍內(nèi)對沉積在基體上的電極薄膜進(jìn) 行退火熱處理，使得合金元素以金屬間化合物的形式沉淀下來。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種TFT LCD有源矩陣電極薄膜制備所用的靶材，其中靶材為Al-RE的合金、Al-Ni的合金或者Al-Ni-RE合金，靶材中合金元素的含量在1at％-10at％。本發(fā)明同時公開了TFT LCD有源矩陣電極薄膜制備所用靶材的制備方法和TFT LCD有源矩陣電極薄膜的制備方法。本發(fā)明用資源豐富Ni以及RE替代資源稀缺高價格的Nd，制備二元合金靶材，能夠降低靶材及電極薄膜的制造成本。本發(fā)明電極薄膜的制備方法中通過磁控濺射方法使合金元素能夠固溶其中，能夠提高Al合金薄膜的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明電極薄膜的制備方法中，在退火過程將使全部或者部分固溶態(tài)的合金元素以金屬間化合物的形式沉淀于晶粒之間，能夠降低合金薄膜的電阻率和提高其熱穩(wěn)定性。
文檔編號C23C4/06GK101285165SQ20071006534
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者珂 梁, 薛建設(shè) 申請人:北京京東方光電科技有限公司