TWI512860B

TWI512860B - 導線結構及其製造方法

Info

Publication number: TWI512860B
Application number: TW102121394A
Authority: TW
Inventors: Huanchien Tung
Original assignee: China Steel Corp
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2015-12-11
Also published as: TW201501224A

Description

導線結構及其製造方法

本發明是有關於一種導線結構及其製造方法，且特別是有關於一種在鋁及鋁合金構成之導線結構及其製造方法。

薄膜電晶體液晶顯示器是利用矩陣排列的導線、薄膜電晶體及電容等元件驅動液晶，再藉由背光模組及彩色濾光片產生色彩豐富的圖形及影像。導線材料一般選用鋁，其因鋁的成本低、容易蝕刻、電阻率低，因此最常被選用為導線材料。

然而，鋁材質的導線在攝氏120度環境下容易因應力釋放而形成突起(hillock)，此突起容易刺破絕緣層而與另一層金屬導線接觸，因而造成短路使得產品良率降低，並且在鋁導線的厚度越高的情況，突起的情況越明顯。

因此，遂有銅導線的製程出現，以解決鋁導線中發生的突起問題，但是銅具有表面極易氧化、不易蝕刻、與玻璃基板附著性差以及易與矽反應而生成矽合金的問題外，尤其在蝕刻方面，其需以硫酸及雙氧水製備蝕刻液，使得業者需增加生產成本以避免硫酸及雙氧水混合時所產生易爆炸的問題。

有鑑於此，亟須提供一種導線結構及其製造方法，以改善習知鋁導線之導線結構及其製造方法的缺陷。

鑒於以上的問題，本發明之一方面在於提供一種導線結構及其製造方法，藉以減少習知以鋁導線的導線結構及其製造方法所產生的突起的問題。

根據本發明之一實施例，此導線結構包含基板、第一鋁層以及第一鋁合金層。第一鋁層設置在基板上，並且第一鋁合金層設置於第一鋁層上，第一鋁合金層包含合金添加物，合金添加物為鈦、矽或銅之一或其任意組合。

依據本發明之另一實施例，上述之合金添加物的重量百分比為0.1%至3%。

依據本發明之再一實施例，上述之第一鋁合金層之厚度為50奈米(nm)至550奈米，而鋁層之厚度為50奈米至550奈米。

依據本發明之又一實施例，更包含至少一複合金屬層，設置於第一鋁合金層上，其中複合金屬層包含：第二鋁層以及第二鋁合金層。第二鋁層設置於第一鋁合金層上，第二鋁合金層設置於第二鋁層上。

依據本發明之另一實施例，更包含介面附著層，設置於第一鋁層和基板間，其中介面附著層之材質為鉬或鈦。

根據本發明之另一態樣，提供一種導線結構之製造方法。在一實施例中，首先提供基板，接著形成第一鋁層在基板上。在形成第一鋁層後，形成第一鋁合金層於第一鋁層上，其中第一鋁合金層包含合金添加物，合金添加物為鈦、矽或銅之一或其任意組合。

依據本發明之再一實施例，上述之第一鋁層係以物理氣相沉積法(Physical vapor deposition；PVD)來形成於基板上。

依據本發明之又一實施例，上述之第一鋁合金層係以物理氣相沉積法來形成於基板上。

依據本發明之另一實施例，更包含形成介面附著層於第一鋁層和基板間，其中介面附著層之材質為鉬或鈦。

因此，本發明之優點之一是在提供一種導線結構及其製造方法，其係利用在第一鋁層上設置第一鋁金屬層，藉以避免短路狀況的產生。另外，在第一鋁合金層上可再設置至少一複合金屬層，可進一步改善短路狀況的產生。

有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。

100‧‧‧導線結構

110、210‧‧‧基板

120、121、122、220‧‧‧鋁層

130、131、132、133‧‧‧鋁合金層

140‧‧‧介面附著層

300‧‧‧導線結構製造方法

310、320、330‧‧‧製造步驟

第1圖係繪示依照本發明第一實施例之導線結構之剖面圖。

第2圖係繪示依照本發明第二實施例之導線結構之剖面圖。

第3圖係繪示依照習知之導線結構之剖面圖。

第4圖係繪示依照本發明實驗組1之導線結構之剖面圖。

第5圖係繪示依照本發明實驗組2之導線結構之剖面圖。

第6圖係繪示依照本發明實驗組3之導線結構之剖面圖。

第7圖係繪示依照本發明實驗組4之導線結構之剖面圖。

第8圖係繪示本發明之導線結構之製造方法之步驟圖。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

請參照第1圖，第1圖係繪示依照本發明第一實施例之導線結構之剖面圖。導線結構100包含基板110、鋁層120以及鋁合金層130。鋁層120是設置在基板110上，且鋁合金層130設置在鋁層120上，其中鋁合金層130包含合金添加物，合金添加物為鈦、矽或銅之一或其任意組合，其中合金添加物的重量百分比可為0.1%至3%，以避免過多的增加導線結構100電阻值。較佳地，鋁合金層130之厚度可為50奈米至550奈米，鋁層120之厚度可為50奈米至550奈米。

除此之外，在鋁層120與基板110間可設置有介面附著層140，介面附著層140之材質為鉬或鈦。介面附著層140提供了鋁層120與基板110間具有較佳的附著效果。在本實施例中，基板110之材質為玻璃，而介面附著層140在玻璃上具有較佳的附著效果，如此可使本實施例之導線結構100可容易附著在基板110上，進而達到強化導線結構100之目的。

請參閱第2圖，第2圖係繪示依照本發明第二實施例之導線結構之剖面圖。本實施例之導線結構更可包含至少一複合金屬層，設置於鋁合金層130上，複合金屬層包含鋁層121以及鋁合金層131。其中鋁層121設置於鋁合金層130上，鋁合金層131設置於鋁層121上。換言之，在基板110上依序的堆疊設置了鋁層120、鋁合金層130、鋁層121以及鋁合金層131，藉以平坦化突起來避免短路情況發生。特別提到的是，在鋁合金層131上可再設置另一或多個複合金屬層的情況時，可使短路情況進一步改善。

為使貴審能更進一步了解本發明之導線結構可減少突起產生之效果，請參閱後述的比較例以及各個實施例。

【對照組】

請參閱第3圖，第3圖係繪示依照習知之導線結構之剖面圖。以500瓦的濺鍍功率、0.002托的濺鍍壓力，在基板210上沉積厚度為500奈米的鋁層220，接著在攝氏360度、氮氣環境下進行20分鐘的熱處理後，以掃描式電子顯微鏡觀察突起的分佈狀況，並且利用雷射共焦顯微鏡量測突起高度。經測量後之結果，對照組之面電阻值為0.043歐姆/平方(Ω/□)，且突起佈滿鋁層220的表面，其中突起最大高度為2.33微米。

【實驗組1】

請參閱第4圖，第4圖係繪示依照本發明實驗組1之導線結構之剖面圖。以500瓦的濺鍍功率、0.002托的濺鍍壓力，在基板110上依序沉積厚度分別為250奈米的鋁層120以及250奈米的鋁合金層130，其中，鋁合金層130之材質係鋁鈦合金，且鈦的重量百分比為1%，接著在攝氏360度、氮氣環境下進行20分鐘的熱處理後，以掃描式電子顯微鏡觀察突起的分佈狀況，並且利用雷射共焦顯微鏡量測突起高度。經測量後之結果，實驗組1之面電阻值為0.042歐姆/平方，突起的數量較對照組少，突起最大高度為1.47微米。由此可知，鋁合金層130確可使得鋁層120之突起變得較為平坦，且減少突起數量。

【實驗組2】

請參閱第5圖，第5圖係繪示依照本發明實驗組2之導線結構之剖面圖。以500瓦的濺鍍功率、0.002托的濺鍍壓力，在基板110上依序沉積厚度分別為250奈米的鋁合金層130以及250奈米的鋁層120，其中，鋁合金層130之材質係鋁鈦合金，且鈦的重量百分比為0.5%，接著在攝氏360度、氮氣環境下進行20分鐘的熱處理後，以掃描式電子顯微鏡觀察突起的分佈狀況，並且利用雷射共焦顯微鏡量測突起高度。經測量後之結果，實驗組2之面電阻值為0.045歐姆/平方，突起的數量較對照組少，突起最大高度為0.46微米。由此可知，鋁合金層130確可使得鋁層120之突起變得較為平坦，且減少突起數量。

【實驗組3】

請參閱第6圖，第6圖係繪示依照本發明實驗組3之導線結構之剖面圖。以500瓦的濺鍍功率、0.002托的濺鍍壓力，在基板110上依序沉積厚度均為100奈米的鋁層120、鋁合金層130、鋁層121、鋁合金層131以及鋁層122，其中，鋁合金層130、131之材質係鋁矽銅合金，且矽與銅的重量百分比為1%與0.5%，接著在攝氏360度、氮氣環境下進行20分鐘的熱處理後，以掃描式電子顯微鏡觀察突起的分佈狀況，並且利用雷射共焦顯微鏡量測突起高度。經測量後之結果，實驗組3之面電阻值為0.032歐姆/平方，突起的數量較對照組少，突起最大高度為0.52微米。由此可知，鋁合金層130、131確可使得鋁層120、121、122之突起變得較為平坦，且減少突起數量。

【實驗組4】

請參閱第7圖，第7圖係繪示依照本發明實驗組4之導線結構之剖面圖。以500瓦的濺鍍功率、0.002托的濺鍍壓力，在基板110上依序沉積厚度均為100奈米的鋁合金層130、鋁層120、鋁合金層131、鋁層121、鋁合金層132、鋁層122以及鋁合金層133，其中，鋁合金層130、131、132、133之材質係鋁銅合金，且銅的重量百分比為0.5%，接著在攝氏360度、氮氣環境下進行20分鐘的熱處理後，以掃描式電子顯微鏡觀察突起的分佈狀況，並且利用雷射共焦顯微鏡量測突起高度。經測量後之結果，實驗組4之面電阻值為0.034歐姆/平方，突起的數量較對照組少，突起最大高度為0.35微米。由此可知，鋁合金層130、131、132、133確可使得鋁層120、121、122之突起變得較為平坦，且減少突起數量。

根據前述對照組以及實驗組1至4的比較結果可知，本發明之導線結構的面電阻值與習知的導線結構相近，甚至有較低的趨勢，因此若是將本發明之導線結構運用在薄膜電晶體液晶顯示器上時，仍可具有接近於或甚至快於以習知的導線結構運用在薄膜電晶體液晶顯示器上時傳遞訊號之效果，因此不會產生畫面延遲的問題。

另外，針對於對照組以及實驗組1至4的突起的測量結果而言，實驗組1至4的突起高度以及突起的數量明顯低於對照組。另外，若是具有較多的複合金屬層，也就是有較多的鋁層及鋁合金層堆疊結構時，突起的最大高度也會有減少的趨勢。

請一併參閱第1及8圖，第8圖係繪示本發明之導線結構之製造方法之步驟圖。本發明之導線結構製造方法300中，首先步驟310是提供基板110。接著，步驟320是形成鋁層120於基板110上，較佳地，鋁層120是以物理氣相沉積法(Physical vapor deposition；PVD)來形成於基板110上，如真空蒸鍍法、濺鍍法或離子佈植法。在形成鋁層120後，步驟330是形成鋁合金層130於鋁層120上，其中鋁合金層包含合金添加物，其為鈦、矽或銅之一或其任意組合，合金添加物的重量百分比可較佳為0.1%至3%。另外，鋁合金層130可利用物理氣相沉積法來形成於鋁層120上，如真空蒸鍍法、濺鍍法或離子佈植法。另外，特別提到的是，在鋁層120與基板110之間也可以形成介面附著層140，其材質為鉬或鈦，藉以使鋁層120與基板110之間具有較佳的附著效果。

綜合以上所述，在本發明之導線結構及其製造方法中，主要是在基板上堆疊至少一鋁層以及至少一鋁合金層，以減少鋁層及鋁合金層所含有的鋁因後續高溫製程而使其應力釋放所形成的突起，其中鋁合金層中的合金添加物佔鋁合金層中的重量百分比僅為0.1%至3%，因此也不會增加過多的材料成本。另外，本發明之導線結構及其製造方法無需改變現有太多的製程，僅需在形成鋁層之後再形成鋁合金層，或是再於鋁合金層上形成一或多個複合金屬層，即可具有平坦化突起並減少突起數量的效果，因此不需要太多的成本花費。由此可見，本發明之導線結構及其製造方法，不僅不用更改過多的現有製程，還可具有減少鋁突起的效果，在生產效率上佔極大優勢。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧導線結構

110‧‧‧基板

120‧‧‧鋁層

130‧‧‧鋁合金層

140‧‧‧介面附著層

Claims

一種導線結構，包含：一基板；一第一鋁層，設置於該基板上；一第一鋁合金層，設置於該第一鋁層上，其中該第一鋁合金層包含一合金添加物，該合金添加物為鈦、矽或銅之一或其任意組合；以及至少一個複合金屬層，設置於該第一鋁合金層上，其中該複合金屬層包含：一第二鋁層，設置於該第一鋁合金層上；以及一第二鋁合金層，設置於該第二鋁層上。
如申請專利範圍第1項所述之導線結構，其中該合金添加物的重量百分比為0.1%至3%。
如申請專利範圍第1項所述之導線結構，其中該第一鋁合金層之厚度為50奈米(nm)至550奈米，而該鋁層之厚度為50奈米至550奈米。
如申請專利範圍第1項所述之導線結構，更包含一介面附著層，設置於該第一鋁層和該基板間，其中該介面附著層之材質為鉬或鈦。
一種導線結構之製造方法，包含：提供一基板；形成一第一鋁層於該基板上；形成一第一鋁合金層於該第一鋁層上，其中該第一鋁合金層包含一合金添加物，該合金添加物為鈦、矽或銅之一或其任意組合；以及形成至少一個複合金屬層於該第一鋁合金層上，其中該複合金屬層包含：一第二鋁層，設置於該第一鋁合金層上；以及一第二鋁合金層，設置於該第二鋁層上。
如申請專利範圍第5項所述之導線結構之製造方法，其中該合金添加物的重量百分比為0.1%至3%。
如申請專利範圍第5項所述之導線結構之製造方法，其中該第一鋁層係以物理氣相沉積法(Physical vapor deposition；PVD)來形成於該基板上。
如申請專利範圍第5項所述之導線結構之製造方法，其中該第一鋁合金層係以物理氣相沉積法來形成於該第一鋁層上。
如申請專利範圍第5項所述之導線結構之製造方法，更包含形成一介面附著層於該第一鋁層和該基板間，其中該介面附著層之材質為鉬或鈦。