一種陣列基板、液晶顯示裝置和陣列基板的製作方法

2023-05-04 05:40:41

專利名稱：一種陣列基板、液晶顯示裝置和陣列基板的製作方法
技術領域：
本發明涉及液晶顯示領域，更具體的說，涉及一種陣列基板、液晶顯示裝置和陣列基板的製作方法。
背景技術：
常規應用於液晶顯示(LCD)面板的陣列基板中的金屬導線為鋁導線，而陣列基片的性能特徵和運行特性部分很大程度上取決於形成陣列式基片各元件的材料。而隨液晶電視等顯示終端大尺寸化、高解析度以及驅動頻率高速化的趨勢及要求，面板開發商不得不面對陣列系統中電阻及所造成的電阻/電容時間延遲問題；而鋁導線具有較高的電阻率
Γ4μ Qcm)使得TFT像素不能夠充分充電，隨高頻尋址(彡120Hz)的廣泛應用，這ー現象會更加明顯。銅導線相對於鋁具有較低的電阻率Γ2μ Qcm)及良好的抗電遷移能力，吸引了諸多材料及製程工程師興趣並得到實際的量產應用；但在蝕刻製程中，經過離子蝕刻(RIE, reactive ion etch)時,銅金屬會生成氟化銅(CuFx)和氯化銅(CuClx),這兩種物質在200°C以下為固體，不會氣化，因此銅金屬無法像鋁金屬那樣以乾式蝕刻的方式製作出導線圖案。為此，發展用於銅金屬溼蝕刻的刻蝕液變的尤為重要。此外，銅與玻璃具有差的粘附性，需要進行下層金屬層進行過渡；且銅在200°C以下通過互擴散易幹與矽反應生成具有CuSi3化合物，產生很高的接觸電阻，因此需要採用其他金屬層進行過渡。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供ー種金屬電極接觸電阻小、粘貼牢固的陣列基板、液晶顯示裝置和陣列基板的製作方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的ー種TFT-IXD的陣列基板，包括金屬電極，所述金屬電極包括導電層，所述導電層的一面設有VOxSiy材質的粘貼層，另一面設有阻隔層。優選的，所述導電層米用銅-1凡合金，其中I凡的含量為O. 7 2at%。此為一種米用銅-釩合金靶材製作的金屬電極，銅-釩合金靶材濺射到玻璃基材上，在高溫、真空環境下，釩會在表面積聚，然後跟玻璃產生化學反應，生成VOxSiy材質的粘貼層，粘貼層上自然形成以銅質材料為主的導電層，採用該方法製成的導電層，會有部分的釩殘留，結合導電層的導電性能和製作成本，釩殘留控制在O. 7 2at%是比較優選的技術方案。優選的，所述導電層包括與粘貼層一體形成的第一導電層，與阻隔層一體形成的第二導電層，以及位於第一導電層和第二導電層之間獨立設置的第三導電層。此為另ー種導電層的結構，由於銅-釩合金靶材形成的導電層不可避免會殘留釩，導電性能有所下降，設置獨立的第三導電層可以採用純度高的金屬，如銅、銀、金等，提升導電層的導電性能。優選的，所述第一導電層和第二導電層採用銅-釩合金，其中釩的含量為O. 7 2at%，所述第三導電層採用純銅材料。此為ー種採用銅-釩合金靶材形成第一導電層和第二導電層的結構，銅-鑰;合金祀在一定溫度和真空條件先，鑰;金屬向表面積聚，底層的銅-釩合金靶材跟玻璃接觸，形成粘貼層和第一導電層；表層的銅-釩合金靶材跟氧氣接觸，形成阻隔層和第二導電層，採用該方法形成的金屬電極結構，第一導電層和第二導電層中會有部分的釩殘留，結合導電性能和製作成本，釩殘留控制在O. 7 2at%是比較優選的技術方案。優選的，所述阻隔層採用VOx材料。釩的氧化物VOx容易溶於Cu蝕刻酸，能確保後續金屬電極順利進行，很適合用於作為金屬電極的阻隔層。ー種液晶顯示裝置，包括上述的ー種TFT-IXD的陣列基板。ー種TFT-IXD的陣列基板的製作方法，包括步驟A、準備好銅-釩合金靶材和陣列基板的基材，將銅-釩合金靶材維持在固溶狀態，並對基材進行加熱處理； B、將銅-釩合金靶材鋪設到所述陣列基板的基材表面，形成帶有VOxSiy材質粘貼層的金屬層。優選的，所述步驟A中，所述銅-釩合金靶材維持在100-150°C ;陣列基板加溫至100-150°C。此為ー種具體的溫度範圍。優選的，所述步驟B後還包括步驟C :對所述陣列基板進行灰化處理，所述銅-釩合金靶材中的釩原子跟氧氣產生化學反應，在所述粘貼層相對的另一面生成VOx材質的阻隔層。此為ー種具體的阻隔層材質，當然還可以通過鋪設矽質材料的方式，與釩產生化學反應，生成VOxSiy的阻隔層。優選的，所述步驟B中包括BI、將銅-釩合金靶材濺射到所述陣列基板的基材表面；B2、在真空環境下進行退火處理；銅-釩合金靶材中的釩原子在表面聚集，跟陣列基板的矽質材料產生化學反應，生成VOxSiy材質的粘貼層。此為一種單層靶材的製作エ藝，只須用ー層靶材就可以形成所述金屬電極，加工效率高，有利於製造降低成本。優選的,所述步驟BI中，銅凡合金祀材形成的薄膜厚度為200_300nm。此為單層靶材エ藝中，靶材厚度的數值範圍。優選的，所述步驟B中包括B1-1、將銅-釩合金靶材濺射到所述陣列基板的基材表面；B1-2、在銅-釩合金靶材表面濺射純銅靶材；B1-3、在純銅靶材上濺射銅-釩合金靶材。B2、在真空環境下進行退火處理；銅-釩合金靶材中的釩原子在表面聚集，跟陣列基板的矽質材料產生化學反應，生成VOxSiy材質的粘貼層。此技術方案形成的金屬電極，中間形成一層純銅的導電層，導電效果更佳。優選的,所述步驟Bl-I中的銅-鑰;合金祀材形成的薄膜厚度為10_30nm ;所述步驟B1-2的純銅形成的薄膜厚度為250-500nm ;所述步驟B1-3中的銅-釩合金靶材形成的薄膜厚度為10-30nm。此為ー種三層靶材エ藝中，各靶材厚度的數值範圍。優選的，所述步驟B2中，真空環境為10-2 10_3Pa ;退火爐溫度為300_350°C，退火持續時間為3-5分鐘。此為ー種具體的溫度範圍和真空環境。優選的，所述步驟A和B中，所述銅-釩合金靶材的釩的成分區間為7_15at%。在此範圍內，形成的粘貼層或阻隔層具有足夠的牢固性和保護性能，厚度也適中，避免太厚影響後續的加工效率。本發明的金屬電極在的一面通過金屬釩跟陣列基板中的含矽材料(如玻璃、n+a-Si層)，釩跟含矽材料產生化學反應，生成VOxSiy材質的粘貼層，可以讓金屬電極牢固地固定在玻璃基材上，同時VOxSiy接觸電阻低，使金屬層具有更好的導電性能。本發明還公開了ー種製作方法，只須將銅-釩合金靶材濺射到陣列基板的含矽材料上，在一定的真空、溫度條件下就能形成具有VOxSiy材質粘貼層的金屬電極，製作方法簡單、高效。


圖I是本發明陣列基板首I]面不意圖；圖2是Cu-V合金靶材處於穩定固溶狀態的曲線圖；
圖3是本發明實施例一示意圖；圖4是本發明實施例ニ示意圖；圖5是本發明純銅和Cu-V接觸電阻的對比示意圖；其中100、玻璃基材；200、導電層；210、第一導電層；220、第二導電層；230、第三導電層；300、粘貼層；400、阻隔層；500、釩原子;600、銅;700、絕緣層；800、透明電極層；900、閘極。
具體實施例方式本發明公開了ー種液晶顯示裝置，液晶顯示裝置包括液晶面板，液晶面板包括彩膜基板和TFT-LCD的陣列基板。陣列基板包括多個TFT和多條縱橫交錯的數據線和掃描線，TFT包括源扱、閘極和漏扱，每個TFT的閘極連接到一條掃描線，其源極連接到一條數據線。以閘極的剖面結構為例，如圖I所示，陣列基板的結構從底部算起，依次包括玻璃基材100、閘極900、絕緣層700和透明電極層800，所述閘極與玻璃基材接觸的一面設有VOxSiy材質的粘貼層300，另一面設有阻隔層400，粘貼層300和阻隔層400之間是導電層200。當然，本發明的金屬電極還可以為TFT的源極、漏極或掃描線、數據線中的ー種或多種。另外，金屬電極並不一定直接濺渡在玻璃基材100上，如源/漏電極，其設置在n+a-Si層表面，但釩跟n+a-Si產生化學反應，仍然生成V0xSiy。本發明的金屬電極在跟玻璃接觸的一面通過金屬釩跟玻璃接觸，釩跟玻璃產生化學反應，生成VOxSiy材質的粘貼層，可以讓金屬電極牢固地固定在玻璃基材上，同時VOxSiy接觸電阻低，使金屬層具有更好的導電性能。本發明還公開了ー種製作方法，只須將銅-釩合金靶材濺射到玻璃基板上，在一定的真空、溫度條件下就能形成具有VOxSiy材質粘貼層的金屬電極，製作方法簡單、高效。下面結合附圖和較佳的實施例對本發明作進ー步說明。實施例一本實施方式的金屬電極包括粘貼層300，以及設置在粘貼層300上的導電層200，導電層200可以採用銅、銀、金等具有優良導電性能的金屬製成，導電層200內含有O. 7 2at%的釩，導電層200上設有採用VOx材料的阻隔層400，阻隔層400可以防止導電層200被氧化。以採用銅材為例，金屬電極可以通過Cu-V合金靶材製作，具體步驟如下(參見圖3)A =Cu-V合金靶材中釩(V)含量為8at. %，將Cu-V合金靶材維持在穩定的金屬固溶狀態，參見圖2，可以了解到不同配比的Cu-V合金靶材，達到金屬固溶狀態所需要的溫度。當然，Cu-V合金祀材中鑰;的成分區間可以擴展到7-15at. %。B:將處於固溶狀態的Cu-V合金靶材置於濺射腔體中，通過濺渡方式濺射到玻璃基材100上，形成厚度在250nm-500nm之間的金屬薄膜，在濺射過程中陣列基板加溫至100-150°C，濺射腔體加熱至100-150°C。當然，靶材濺射的厚度主要取決於エ藝要求，不局限於本實施方式中的厚度區間。C :在真空度介於10_2_10_3Pa的真空環境中，將濺渡有Cu-V金屬薄膜的玻璃基材
100放入退火爐中加熱至300-350°C，持續約3-5分鐘，使得體心立方結構的釩500能夠在面心立方結構的銅600中充分擴散，並在金屬薄膜的上下表面聚集；由於V具有優良的抗氧化性，會在表面形成幾個納米的VOx氧化物，形成所述阻隔層400，有效阻礙Cu進ー步氧化；在下端的V聚集具有幾個納米厚度，生成VOxSiy,其介於金屬薄膜與玻璃之間，使其具有良好的粘附性，形成所述粘貼層300 ;而由於大部分的V都積聚到金屬薄膜的上下表面，因此金屬薄膜的中間部分自然形成銅質材料的導電層200，採用該方法製成的導電層200，不可避免會有部分的V殘留，結合導電層200的導電性能和製作成本，V殘留控制在O. 7 2at%是比較優選的技術方案。D :採用適用於Cu蝕刻的磷酸、硫酸、過硫酸、硝酸、唑類化合物、胺類化合物、pH穩定劑、有機溶劑及去離子水等混酸類蝕刻液對金屬薄膜進行蝕刻；形成金屬電極。由於在導電層200上下部形成VOx材質的阻隔層400及VOxSiy材質的粘貼層300厚度較薄，且均容易溶於Cu蝕刻酸中；保證後續金屬電極製程能夠順利進行。如圖5所示，在隨後的ITO製程中，進行O2灰化時與Cu-V合金形成的氧化層其接觸電阻明顯低於純Cu的接觸電阻，表明此方法能夠適用於TFT-IXD陣列基板Cu製程的要求。另外，本實施方式中的金屬電極並不一定直接濺渡在玻璃基材100上，如源/漏電極，其派射在n+a-Si層表面,V積聚在下表面,跟n+a-Si產生化學反應,仍然生成V0xSiy。V聚集形成幾個納米厚度的VOxSiy材質的粘貼層300，其介於導電層與n+a-Si之間，阻礙Cu與Si之間的擴散反應生成具有很高接觸電阻的CuSi3層。實施例ニ本實施方式中，金屬電極的導電層200包括與粘貼層300 —體形成的第一導電層210,與VOx材料的阻隔層400 —體形成的第二導電層220,以及位於第一導電層210和第ニ導電層220之間獨立設置的第三導電層230。第一導電層210和第二導電層220內含有O. 7 2at%的釩。設置獨立的第三導電層230可以採用純度高的金屬，如銅、銀、金等，提升導電層200的導電性能。以採用銅材為例，金屬電極可以通過兩道Cu-V合金靶材濺射、一道純銅靶材濺射的エ藝製作，具體步驟如下(參見圖4)A =Cu-V合金靶材中釩(V)的含量為8at. %，將Cu-V合金靶材維持在穩定的金屬固溶狀態，同樣的，純銅靶材也需要處於固溶狀態。參見圖2，可以了解到不同配比的Cu-V合金靶材，達到金屬固溶狀態所需要的溫度。當然，Cu-V合金靶材中釩的成分區間可以擴展到 7-15at. %。B :將處於固溶狀態的Cu-V合金靶材分別置於第一濺射腔體和第三腔體中，純銅靶材置於第二濺射腔體中，依次選用第一、第二、第三濺射腔體執行濺渡作業，在玻璃基材100表面依次形成10-30nm厚度的第一道Cu-V合金薄膜、250_500nm厚度的純銅薄膜及10-30nm厚度的第二道Cu-V薄膜。在濺射過程中陣列基板加溫至100_150°C，濺射腔體加熱至100-150°C。當然，各靶材濺射的厚度主要取決於エ藝要求，不局限於本實施方式中的厚度區間。C :在真空度介於10_2_10_3Pa的真空環境中，將玻璃基材100放入退火爐中加熱至300-350°C，持續約3-5分鐘，使得體心立方結構的釩500能夠在面心立方結構的銅600中充分擴散第一道Cu-V合金薄膜的釩在其薄膜的下表面聚集，下端的V聚集具有幾個納米 厚度，與玻璃基材100產生化學反應，生成VOxSiy粘貼層300，而第一道Cu-V合金薄膜其餘部分自然形成第一導電層210，第一導電層210的主要成分為銅，當然還會殘留部分的金屬銀，結合導電層200的導電性能和製作成本，V殘留控制在O. 7 2at%是比較優選的技術方案。第二導電層220為純銅材料,直接派射到第一道Cu-V合金薄膜表面,與第一導電層210貼合在一起。第三道Cu-V合金薄膜濺射在第二導電層220表面，靶材中的釩在其薄膜的上表面聚集，上端的V聚集具有幾個納米厚度，與外部的氧氣產生化學反應，生成VOx氧化物的阻隔層400，而第三道Cu-V合金薄膜其餘部分自然形成第三導電層230，與第二導電層220貼合在一起。第三導電層230的主要成分為銅，當然還會殘留部分的金屬釩，結合導電層200的導電性能和製作成本，V殘留控制在O. 7 2at%是比較優選的技術方案。D :採用適用於Cu蝕刻的磷酸、硫酸、過硫酸、硝酸、唑類化合物、胺類化合物、pH穩定劑、有機溶劑及去離子水等混酸類蝕刻液對金屬薄膜進行蝕刻；形成金屬電極。由於在導電層200上下部形成VOx材質的阻隔層400及VOxSiy材質的粘貼層300厚度較薄，且均容易溶於Cu蝕刻酸中；保證後續金屬電極製程能夠順利進行。如圖5所示，在隨後的ITO製程中，進行O2灰化時與Cu-V合金形成的氧化層VOx其接觸電阻明顯低於純Cu的接觸電阻，表明此方法能夠適用於TFT-LCD陣列基板Cu製程的要求。另外，本實施方式中的金屬電極並不一定直接濺渡在玻璃基材100上，如源/漏電極，其派射在n+a-Si層表面,V積聚在下表面,跟n+a-Si產生化學反應,仍然生成V0xSiy。V聚集形成幾個納米厚度的VOxSiy材質的粘貼層300，其介於導電層與n+a-Si之間，阻礙Cu與Si之間的擴散反應生成具有很高接觸電阻的CuSi3層。當然在現實中，絕對無任何雜質的銅材是不存在的，因此本發明所述的「純銅」並不局限於絕對意義上的純銅，只要是現有認為是銅材，而非銅合金的材料，都在本發明所述的純銅範圍內。實施例三本實施方式公開另ー種上述陣列基板的製作方法，將純釩和純銅放置在不同的濺射腔體，先濺射ー層釩，然後再濺射ー層銅，最後再濺射ー層釩，在實施例所述的真空和溫度環境下，下表面的釩生成VOxSiy，上表面的釩經過氧氣灰化處理以後生成VOx，中間ー層銅形成所述導電層，採用該方式，導電層中的釩含量會有顯著減少，提高了導電層的導電性倉^:。以上內容是結合具體的優選 實施方式對本發明所作的進ー步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種TFT-LCD的陣列基板，包括金屬電極，其特徵在於，所述金屬電極包括導電層，所述導電層的一面設有VOxSiy材質的粘貼層，另一面設有阻隔層。
2.如權利要求I所述的一種TFT-LCD的陣列基板，其特徵在於，所述導電層採用銅-釩合金，其中釩的含量為0. 7 2at%。
3.如權利要求I所述的一種TFT-LCD的陣列基板，其特徵在於，所述導電層包括與粘貼層一體形成的第一導電層，與阻隔層一體形成的第二導電層，以及位於第一導電層和第二導電層之間獨立設置的第三導電層。
4.如權利要求3所述的一種TFT-LCD的陣列基板,其特徵在於，所述第一導電層和第二導電層採用銅-釩合金，其中釩的含量為0. 7 2at%，所述第三導電層採用純銅材料。
5.如權利要求I 4任一所述的一種TFT-LCD的陣列基板，其特徵在於，所述阻隔層採用VOxM料。
6.—種液晶顯不裝置,包括如權利要求I 5任一所述的一種TFT-IXD的陣列基板。
7.一種TFT-IXD的陣列基板的製作方法，包括步驟 A、準備好銅-釩合金靶材和陣列基板的基材，將銅-釩合金靶材維持在固溶狀態，並對基材進行加熱處理； B、將銅-釩合金靶材鋪設到所述陣列基板的基材表面，形成帶有VOxSiy材質粘貼層的金屬層。
8.如權利要求7所述的一種TFT-LCD的陣列基板的製作方法，其特徵在於，所述步驟A中，所述銅-釩合金靶材維持在100-150°C ;陣列基板加溫至100-150°C。
9.如權利要求7所述的一種TFT-LCD的陣列基板的製作方法，其特徵在於，所述步驟B後還包括步驟C :對所述陣列基板進行灰化處理，所述銅-釩合金靶材中的釩原子跟氧氣產生化學反應，在所述粘貼層相對的另一面生成VOx材質的阻隔層。
10.如權利要求7所述的一種TFT-LCD的陣列基板的製作方法，其特徵在於，所述步驟B中包括 BI、將銅-釩合金靶材濺射到所述陣列基板的基材表面； B2、在真空環境下進行退火處理；銅-釩合金靶材中的釩原子在表面聚集，跟陣列基板的矽質材料產生化學反應，生成VOxSiy材質的粘貼層。
11.如權利要求10所述的一種TFT-LCD的陣列基板的製作方法，其特徵在於，所述步驟BI中，銅-f凡合金祀材形成的薄膜厚度為200-300nm。
12.如權利要求7所述的一種TFT-LCD的陣列基板的製作方法，其特徵在於，所述步驟B中包括 B1-1、將銅-釩合金靶材濺射到所述陣列基板的基材表面； B1-2、在銅-釩合金靶材表面濺射純銅靶材； B1-3、在純銅靶材上濺射銅-釩合金靶材； B2、在真空環境下進行退火處理；銅-釩合金靶材中的釩原子在表面聚集，跟陣列基板的矽質材料產生化學反應，生成VOxSiy材質的粘貼層。
13.如權利要求12所述的一種TFT-LCD的陣列基板的製作方法，其特徵在於 所述步驟Bl-I中的銅-f凡合金祀材形成的薄膜厚度為10-30nm ； 所述步驟B1-2的純銅形成的薄膜厚度為250-500nm ；所述步驟B1-3中的銅-f凡合金祀材形成的薄膜厚度為10-30nm。
14.如權利要求10或12所述的一種TFT-LCD的陣列基板的製作方法，其特徵在於，所述步驟B2中，真空環境為10_2 10_3Pa ;退火爐溫度為300-350°C，退火持續時間為3_5分鐘。
15.如權利要求7 13任一所述的一種TFT-IXD的陣列基板的製作方法，其特徵在於，所述步驟A和B中，所述銅-鑰;合金祀材的鑰;的成分區間為7-15at%。
全文摘要
本發明公開一種陣列基板、液晶顯示裝置和陣列基板的製作方法。所述TFT-LCD的陣列基板包括金屬電極，所述金屬電極包括導電層，所述導電層的一面設有VOxSiy材質的粘貼層，另一面設有阻隔層。本發明的金屬電極在的一面通過金屬釩跟陣列基板中的含矽材料(如玻璃、n+a-Si層)，釩跟含矽材料產生化學反應，生成VOxSiy材質的粘貼層，可以讓金屬電極牢固地固定在玻璃基材上，同時VOxSiy接觸電阻低，使金屬層具有更好的導電性能。本發明還公開了一種製作方法，只須將銅-釩合金靶材濺射到陣列基板的含矽材料上，在一定的真空、溫度條件下就能形成具有VOxSiy材質粘貼層的金屬電極，製作方法簡單、高效。
文檔編號H01L29/49GK102736333SQ20121020102
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者寇浩 申請人:深圳市華星光電技術有限公司