薄膜晶體管液晶銅膜蝕刻

引言

由于在室溫下的低電阻率和低材料成本，銅(Cu)被積極地考慮作為高質(zhì)量和大面積TFT-LCD的金屬電極的候選。事實(shí)上，開發(fā)具有低電阻率的金屬電極工藝是下一代高質(zhì)量和大面積TFT-LCD的核心技術(shù)。這是因?yàn)閷?duì)于更高的孔徑比，電極長(zhǎng)度的增加和電極寬度的減小增加了電路的電阻和電容，并導(dǎo)致TFT- LCD裝置的閃爍和串?dāng)_現(xiàn)象。

對(duì)于銅干法蝕刻在大面積TFT-LCD制造中的應(yīng)用，ECR等離子體系統(tǒng)由于可擴(kuò)展性的問題而不能使用。然而，對(duì)于一些高密度等離子體源，例如電感耦合等離子體(ICP),可以應(yīng)用于TFT-LCD基板的大面積源正在開發(fā)中，并且這些源可以應(yīng)用于TFT-LCD的Cu干法蝕刻處理。

因此，在本研究中，英思特使用電感耦合等離子體(ICP)作為可縮放的高密度等離子體源之一，并使用較小的ICP源研究其銅干法蝕刻特性，作為紫外線強(qiáng)度、源和偏壓功率以及Cl2/Ar比的函數(shù)，研究其在大面積TFT-LCD加工中的可能應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)與討論

在該實(shí)驗(yàn)中，我們使用在13.56MHz RF功率下操作的平面電感耦合等離子體(ICP)源，并且高達(dá)650 W的RF功率被施加到該源。ICP源由12cm直徑和3.5螺旋圈數(shù)的水冷銅線圈組成，1.5cm厚的石英板用于將感應(yīng)功率傳遞給等離子體并將真空室與ICP源分開。在石英板的頂部，放置峰值波長(zhǎng)為365nm和10mW/cm2的UV燈，以研究UV輻射的影響。

圖1顯示了UV和ICP源功率對(duì)銅蝕刻速率的影響，其中源功率的范圍為200-400w，UV強(qiáng)度為0-10mw/cm2。沒有施加偏壓，在7毫托的操作壓力下，Cl2/Ar比為0.5。襯底溫度保持在室溫。如圖所示，當(dāng)不施加紫外線時(shí)，通過形成非揮發(fā)性蝕刻產(chǎn)物如氯化銅，觀察到Cu膜的膨脹。隨著UV強(qiáng)度的增加，在相同的ICP功率下溶脹減少，并且在高于300 W的ICP源功率的情況下，在高于3mW/cm2的UV強(qiáng)度下觀察到Cu膜的蝕刻而不是溶脹。

圖1：紫外線照射和ICP源功率對(duì)銅蝕刻速率的影響

圖2顯示了600W感應(yīng)功率和75W偏置功率下Cl2/Ar比率對(duì)銅蝕刻速率的影響。不施加紫外線，操作壓力保持在7毫托。如圖所示，當(dāng)Cl2/Ar比高于0.5時(shí)，發(fā)生膨脹而不是蝕刻，這可能是由于氯化銅的形成比它們的去除更快。因此，為了蝕刻銅膜，需要適當(dāng)?shù)墓に?a target="_blank">參數(shù)組合。我們以0.5的Cl2/Ar比蝕刻300nm厚的銅膜1分鐘后，研究蝕刻的Cu表面的粗糙度，結(jié)果示于圖3中。

圖2：在600 W感應(yīng)功率和75 W偏置功率下，Cl2/Ar比值對(duì)銅蝕刻速率的影響

圖3：AFM測(cè)定的蝕刻Cu的表面粗糙度

由于在該條件下的蝕刻速率約為300納米/分鐘，所以玻璃基板上的銅膜僅被蝕刻，并且可能殘留一些銅殘留物玻璃表面由于沉積和蝕刻的不均勻性。然而，如圖所示，玻璃表面的RMS表面粗糙度為約0.5nm，并且當(dāng)在相同的蝕刻條件下對(duì)400nm厚的銅膜去除300nm后測(cè)量Cu膜的表面時(shí)，可以獲得類似的結(jié)果。因此，在不施加UV的情況下，在具有偏壓功率的銅蝕刻之后，可以獲得平滑的銅蝕刻表面或平滑的玻璃表面。

結(jié)論

在本研究中，英思特用高于300W的感應(yīng)功率和高于3mW/cm2的365nm紫外光可以成功刻蝕銅薄膜。365nm UV對(duì)Cu膜的照射似乎去除了在暴露于高密度Cl2/Ar等離子體期間表面上形成的氯化銅。即使在暴露于Cl2/Ar等離子體期間，我們可以通過施加UV來蝕刻Cu膜，但是在TFT-LCD加工所需的大面積上獲得均勻的UV強(qiáng)度是不同的。

幸運(yùn)的是，我們通過在電感耦合等離子體之外施加偏壓功率，可以成功地刻蝕銅膜，并且在本實(shí)驗(yàn)中，在沒有UV的情況下，在600W的電感功率、75W的偏壓功率、7毫托的操作壓力和0.5的Cl2/Ar氣體比下，可以獲得接近300nm/min的刻蝕速率。在這種情況下，即使側(cè)壁蝕刻輪廓有點(diǎn)粗糙，我們也可以獲得TFT-LCD加工所需的傾斜Cu蝕刻輪廓，而不會(huì)在蝕刻的玻璃表面上留下任何殘留物。

審核編輯 黃宇