金属导电薄膜及其制备方法、薄膜晶体管以及显示装置

技术领域

本发明涉及显示装置技术领域，具体涉及一种金属薄膜导电薄膜及其制备方法、薄膜晶体管以及显示装置。

背景技术

随着对液晶显示器技术的逐步成熟，人们对液晶显示器提出了更高的要求：高分辨率、大尺寸、高刷新率等。现如今主流的铝导线作为薄膜晶体管的金属导线已很难实现液晶显示器的高分辨率、大尺寸、高刷新率等，业内逐步开发出导电性能更好的铜作为金属导线。相较铝，铜具有更好的导电性能，能够改善大尺寸液晶显示器电路的延迟问题，提高刷新率，但是铜与绝缘基板的附着力较差，且易扩散到薄膜晶体管有源层，形成较大的漏电流，造成整个TFT薄膜晶体管失效。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种金属薄膜导电薄膜及其制备方法、薄膜晶体管以及显示装置，旨在提供一种附着性好的金属导电薄膜。

为实现上述目的，本发明提出一种金属导电薄膜，所述金属导电薄膜包括：

金属层，所述金属层的材质为第一金属；以及，

氮化物层，叠设于所述金属层的一侧，所述氮化物层的材质为所述第一金属的氮化物。

可选地，所述第一金属包括铜。

可选地，所述氮化物层设有两个，两个所述氮化物层分设于所述金属层的两侧。

可选地，所述金属层的厚度为1000～8000埃。

可选地，所述氮化物层的厚度不大于500埃。

为实现上述目的，本发明还提出一种金属导电薄膜的制备方法，所述金属导电薄膜的制备方法包括以下步骤：

在氮气气氛中，采用第一金属在基板的上侧沉积镀膜，以形成第一氮化物层；以及，

停止输入氮气，采用所述第一金属在所述第一氮化物层背离所述基板的一侧形成金属层。

可选地，所述停止输入氮气，采用所述第一金属在所述第一氮化物层背离所述基板的一侧形成金属层的步骤之后，还包括以下步骤：

再次通入氮气，采用所述第一金属在所述金属层背离所述第一氮化物层的一侧沉积镀膜，以形成第二氮化物层。

此外，本发明还提出一种金属导电薄膜的制备方法，所述金属导电薄膜的制备方法包括以下步骤：

采用第一金属，在基板的上侧形成金属层；以及，

通入氮气的条件下，采用所述第一金属在所述金属层背离所述基板的一侧沉积镀膜，以形成氮化物层。

此外，本发明还提出一种薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅极以及设于所述栅极一侧的漏源电极层，所述栅极和所述漏源电极层中的至少一个包括如上文所述的金属导电薄膜；

所述金属导电薄膜包括金属层和氮化物层，所述金属层的材质为第一金属；所述氮化物层叠设于所述金属层的一侧，所述氮化物层的材质为所述第一金属的氮化物。

此外，本发明还提出一种显示装置，所述显示装置包括如上文所述的薄膜晶体管。

本发明提供的技术方案中，通过在金属层的一侧设置附着性佳的氮化物层，改善了金属导电薄膜的附着性；同时，氮化物层的材质为第一金属的氮化物，在利用沉积技术镀膜过程中，这种氮化物能够通过在氮气环境下镀膜得到，相较传统的合金或者多层金属结构的制备工艺，氮化物层的制备能够一次成膜得到，步骤少，效率高；此外，氮化物层只需一种蚀刻液就能实现蚀刻，成本低、效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的金属导电薄膜的一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的金属导电薄膜的另一实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的金属导电薄膜的又一实施例的结构示意图；

图4为本发明提供的金属导电薄膜的制备方法的一实施例的流程示意图；

图5为本发明提供的金属导电薄膜的制备方法的另一实施例的流程示意图；

图6为本发明提供的金属导电薄膜的制备方法的又一实施例的流程示意图；

图7为本发明提供的薄膜晶体管的一实施例的结构示意图；

图8为图7的薄膜晶体管的制备方法中步骤S100产物的结构示意图；

图9为步骤S101产物的结构示意图；

图10为步骤S102产物的结构示意图；

图11为步骤S103产物的结构示意图；

图12为步骤S200产物的结构示意图；

图13为步骤S300产物的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

随着对液晶显示器技术的逐步成熟，人们对液晶显示器提出了更高的要求：高分辨率、大尺寸、高刷新率等。现如今主流的铝导线作为薄膜晶体管的金属导线已很难实现液晶显示器的高分辨率、大尺寸、高刷新率等，业内逐步开发出导电性能更好的铜作为金属导线。相较铝，铜具有更好的导电性能，能够改善大尺寸液晶显示器电路的延迟问题，提高刷新率，但是铜与绝缘基板的附着力较差，且易扩散到薄膜晶体管有源层，形成较大的漏电流，造成整个TFT薄膜晶体管失效。鉴于此，通常会采用多金属复合结构或者铜合金化的金属导线结构，但这些结构存在以下缺陷：多层金属复合结构在制备时，需要独立制备多种金属薄膜，增加了工序和设备，同时在图案化多层金属复层时，也面临诸多困难，如，需分别蚀刻二种金属，如使用同一蚀刻液蚀刻复层金属，会形成很多缺陷、台阶，很难达到理想的蚀刻效果；铜合金化的金属导线结构则存在电导率降低，电阻增加，导电性能下降，铜合金薄膜沉积速率低，蚀刻难度提升等缺陷。

本发明提出一种金属导电薄膜10，所述金属导电薄膜10包括金属层11和氮化物层12。图1至图3为本发明提出的金属导电薄膜10的具体实施例。参阅图1，所述金属层11的材质为第一金属；所述氮化物层12叠设于所述金属层11的一侧，所述氮化物层12的材质为所述第一金属的氮化物。

本发明提供的技术方案中，通过在金属层11的一侧设置附着性佳的氮化物层12，改善了金属导电薄膜10的附着性，从而降低了后续加工难度。同时，氮化物层12的材质为第一金属的氮化物，在利用沉积技术沉积薄膜的时候，这种氮化物能够通过在氮气环境下沉积镀膜得到，相较而言，传统的多层金属复合结构在制备时，需要独立制备多种金属薄膜，步骤复杂且蚀刻难度较高，而氮化物层12的制备能够一次成膜得到，步骤少，效率高，且氮化物层12只需一种蚀刻液就能实现蚀刻，成本低、效率高。

金属层11有相对设置的两侧面。金属层11的至少一侧设置有氮化物层12，具体地，在一实施例中，如图1和图3所示，氮化物层12设有一层，该层氮化物层12层叠设置在金属层11的一侧，考虑到氮化物层12具有增强附着力，在半导体产品中用到本金属导电薄膜10时，可以将氮化物层12朝向需要增强附着力的一侧设置；在另一实施例中，参阅图2，氮化物层12设有两层，两层氮化物层12分设在金属层11的两侧，由于金属层11的两侧均设置了氮化物层12，金属导电薄膜10与两侧连接界面的附着性都得到了增强。

第一金属可以是镍、银、铝、铜等任意一种常见的导电金属，本发明进一步选用价廉且导电性能较好的铜作为第一金属，以进一步增强金属导电薄膜10的导电性能。此外，当第一金属为铜时，氮化物层12为氮化铜层，氮化铜层既能够改善铜薄膜与基材的附着性，还能很好地抑制铜离子向半导体材料中扩散，防止漏电流的产生，进而提高器件的良品率。

本实施例中，所述金属层11的厚度为1000～8000埃，以确保金属导电薄膜10的导电性能；所述氮化物层12的厚度不大于500埃，氮化物层12较薄，从而不会影响到金属层11的电阻率以及蚀刻效率。

为实现上述目的，本发明还提出一种金属导电薄膜10的制备方法，图4至图6示出了本发明提出的金属导电薄膜10的制备方法的具体实施例。可以理解的是，对于不同结构的金属导电薄膜10，其制备方法不同。

其中，图4和图5示出的制备方法主要针对如图1和图2所示的金属导电薄膜10的结构，具体来说，该金属导电薄膜10中，至少在金属层11的下侧面设置有氮化物层12。

参阅图4，本实施例中，所述金属导电薄膜10的制备方法包括以下步骤：

步骤S10a，在氮气气氛中，采用第一金属在基板1的上侧沉积镀膜，以形成第一氮化物层12a。

具体地，本实施例提供一反应腔室，将预处理过的基板1置于反应腔室中，然后，向腔室内通入氮气，使得基板1处于氮气气氛中，然后在该环境下，使用第一金属在基板1上侧面上沉积镀膜，沉积方式进一步选择为物理气相沉积技术，例如磁控溅射镀膜技术、真空蒸镀镀膜技术等，第一金属在沉积的过程中与氮离子发生反应生产氮化物，氮化物沉积到基板1表面形成第一氮化物层12a。

实际加工时，通过控制氮气流量和反应温度可以控制第一氮化物层12a的厚度、品质和沉积效率。例如，氮气流量可以控制为100～150标准毫升/分钟(standard cubiccentimeter per minute,sccm)，在此范围内，既能保证氮化物顺利生成，又能控制生成的氮化物具有较佳的导电性能。此外，为了获得兼具品质和加工效率的氮化物层12，可以对反应温度进行控制，具体地，反应温度控制在80～150℃，在此范围内，既能促进氮化物迅速生长，又能保证生长的氮化物层12具有良好的晶型和较低的阻抗。

步骤S20a，停止输入氮气，采用所述第一金属在所述第一氮化物层12a背离所述基板1的一侧形成金属层11。

本实施例在制得第一氮化物层12a后，停止输入氮气，使得腔室内处于低氮或无氮环境，此时，使用第一金属在第一氮化物层12a的上表面继续镀膜，即能得到金属层11。到此为止，可以得到金属层11的下侧面层叠设置有一层氮化物层12的金属导电薄膜10。

需要说明的是，上述无氮环境并非是指绝对无氮，而是相对氮气气氛的条件来说的，低氮或无氮环境是指该环境下的氮气浓度不足以与第一金属反应生成氮化物。具体实施时，可以向腔室内通入惰性气体(如氩气等非氮气体)以替换氮气气氛。

本发明方法采用同一腔室连续成膜即能制备得到金属导电薄膜10，无需额外增加镀膜、移料过程，操作简单、效率高。

进一步地，对于图2所示的金属导电薄膜10结构，即金属层11的上下侧面分别叠设有一层氮化物层12，步骤S20a之后还包括步骤S30a。

参阅图6，本实施例中，所述金属导电薄膜10的制备方法包括以下步骤：

步骤S10a，在氮气气氛中，采用第一金属在基板1的上侧沉积镀膜，以形成第一氮化物层12a。

步骤S20a，停止输入氮气，采用所述第一金属在所述第一氮化物层12a背离所述基板1的一侧形成金属层11。

步骤S30a，再次通入氮气，采用所述第一金属在所述金属层11背离所述第一氮化物层12a的一侧沉积镀膜，以形成第二氮化物层12b。

图6示出的制备方法主要针对的图3所示的金属导电薄膜10结构，具体地，氮化物层12设有一层，且氮化物层12位于金属层11的上侧面。

参阅图6，本实施例中，所述金属导电薄膜10的制备方法包括以下步骤：

步骤S10b，采用第一金属，在基板1的上侧形成金属层11；

步骤S20b，通入氮气的条件下，采用所述第一金属在所述金属层11背离所述基板1的一侧沉积镀膜，以形成氮化物层12。

本制备方法的各步骤的具体操作方式与上述制备方法对应步骤相似，在此不做赘述。

需要说明的是，在上述制备方法中，提及的基板1可以是本领域常规的衬底材料，例如，硅晶圆、砷化镓等；也可以是指在金属导电薄膜10用于半导体产品时，金属导电薄膜10的载体物。以底栅结构的薄膜晶体管100为例，当薄膜晶体管100的源极5包括本金属导电薄膜10时，与源极5邻接的功能层4，例如欧姆接触层即为上述步骤中的基板1，此时，可以直接在欧姆接触层的上表面沉积金属层11或者氮化物层12。

此外，本发明还提出一种薄膜晶体管100，所述薄膜晶体管100包括栅极2以及设于所述栅极2一侧的漏源电极层，所述栅极2和所述漏源电极层中的至少一个包括如上文所述的金属导电薄膜10；所述金属导电薄膜10包括金属层11和氮化物层12，所述金属层11的材质为第一金属；所述氮化物层12叠设于所述金属层11的一侧，所述氮化物层12的材质为所述第一金属的氮化物。所述金属导电薄膜10的具体结构参照上述实施例，由于本发明薄膜晶体管100采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

所述薄膜晶体管100可以是底栅结构TFT、顶栅结构TFT或者其他异型结构TFT，本发明对此不作限定。为便于描述，下文以底栅结构TFT为例进行详述，可以理解的是，无论是哪种类型的薄膜晶体管100，均具有上述有益效果。

参阅图7，本实施例中，底栅结构TFT包括由下自上依次设置的基板1、栅极2、栅极绝缘层3、功能层4、漏源电极层、绝缘保护层7以及透明导电薄膜8。其中，功能层4是指由下自上依次设置的有源层以及欧姆接触层，漏源电极层包括间隔设置在功能层4上侧的源极5和漏极6，绝缘保护层7用于为整个TFT提供绝缘保护，透明导电薄膜8用于连通源极5和像素电极，其材质可以为氧化铟锡薄膜、纳米银线薄膜等透明导电薄膜8。本实施例中，栅极2、源极5以及漏极6中的任意一个、两个或者三个的材质均可以设置为金属导电薄膜10，图7所示的结构中，栅极2、源极5以及漏极6的材质均为金属导电薄膜10，区别在于，由于栅极2的上侧的连接界面为栅极绝缘层3，其对附着力、抗铜离子的扩散等性能需求相对较小，因此，本实施例中，栅极2的金属导电薄膜10由金属层11以及设于金属层11下侧面的铜钛氮化物层12构成；源极5和漏极6的金属导电薄膜10的结构为Cu

参阅图7、图8、图12和图13，实际加工时，上述底栅结构TFT可以按照如下步骤制得：

步骤S100，在基板1上沉积金属层11后，在氮气气氛中，于金属层11的上表面沉积氮化物层12，以共同构成栅极2。

参阅图9至图11，具体实施时，步骤S100可以包括以下步骤：

步骤S101，在基板1上沉积金属层11后，在氮气气氛中，于金属层11的上表面沉积氮化物层12，然后在氮化物层12的上表面涂布光刻胶，形成胶层101；

步骤S102，在胶层101的上表面布设多个掩模板102以形成与预设图案对应的光阻层，曝光处理以使得曝光区胶层固化；

步骤S103，将曝光处理后的胶层101显影处理以去除遮挡区胶层；

步骤S104，使用刻蚀液进行图案化处理后，去除残留的胶层101，得到栅极2。

步骤S200，在所述栅极2的上表面依次形成栅极绝缘层3、功能层4。

步骤S300，在所述功能层4的上表面依次形成第一氮化物层12a、金属层11以及第二氮化物层12b，得到漏源电极层。

步骤S400，在漏源电极层上依次形成绝缘保护层7和透明导电薄膜8，得到底栅结构TFT(如图7所示)。

此外，本发明还提出一种显示装置，所述显示装置包括如上文所述的薄膜晶体管100。所述薄膜晶体管100包括栅极2以及设于所述栅极2一侧的漏源电极层，所述栅极2和所述漏源电极层中的至少一个包括如上文所述的金属导电薄膜10。所述金属导电薄膜10的具体结构参照上述实施例，由于本发明显示装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例金属导电薄膜10的结构如图1所示，金属导电薄膜10包括金属层11和氮化物层12，氮化物层12设于金属层11的下侧，金属层11为铜层，氮化物层12为Cu

提供一反应腔室，向腔室内通入氮气，控制氮气流量为150sccm，将预处理过的基板1置于反应腔室中，调节腔室温度为150℃，采用磁控溅射法，在基板1上溅射形成厚度为10埃的Cu

停止氮气输入，在Cu

对该金属导电薄膜10与玻璃基材的结合力进行检测发现，当施加的外力大于17N时，金属导电薄膜10破损；使用铜酸蚀刻液对该金属导电薄膜10进行蚀刻，蚀刻速率为94A/Sec。

实施例2

本实施例金属导电薄膜10的结构如图1所示，金属导电薄膜10包括金属层11和氮化物层12，氮化物层12设于金属层11的下侧，金属层11为铜层，氮化物层12为Cu

提供一反应腔室，向腔室内通入氮气，控制氮气流量为120sccm，将预处理过的基板1置于反应腔室中，调节腔室温度为80℃，采用磁控溅射法，在基板1上共溅射形成厚度为100埃的Cu

停止氮气输入，在Cu

对该金属导电薄膜10与玻璃基材的结合力进行检测发现，当施加的外力大于18.9N时，金属导电薄膜10破损；使用铜酸蚀刻液对该金属导电薄膜10进行蚀刻，蚀刻速率为86A/Sec。

实施例3

本实施例金属导电薄膜10的结构如图1所示，金属导电薄膜10包括金属层11和氮化物层12，氮化物层12设于金属层11的下侧，金属层11为铜层，氮化物层12为Cu

提供一反应腔室，向腔室内通入氮气，控制氮气流量为100sccm，将预处理过的基板1置于反应腔室中，调节腔室温度为110℃，采用磁控溅射法，在基板1上共溅射形成厚度为500埃的Cu

停止氮气输入，在Cu

对该金属导电薄膜10与玻璃基材的结合力进行检测发现，当施加的外力大于18.6N时，金属导电薄膜10破损；使用铜酸蚀刻液对该金属导电薄膜10进行蚀刻，蚀刻速率为72A/Sec。

实施例4

本实施例金属导电薄膜10的结构如图2所示，金属导电薄膜10包括金属层11和分设在金属层11两侧的第一氮化物层12a和第二氮化物层12b，其中，金属层11为铜层，第一氮化物层12a和第二氮化物层12b均为Cu

提供一反应腔室，向腔室内通入氮气，控制氮气流量为130sccm，将预处理过的基板1置于反应腔室中，调节腔室温度为120℃，采用磁控溅射法，在基板1上共溅射形成厚度为20埃的第一Cu

采用磁控溅射法，在第一Cu

再次通入氮气，并控制氮气流量为130sccm，腔室温度为120℃，采用磁控溅射法，在铜层的上表面共溅射形成厚度为20埃的第二Cu

对该金属导电薄膜10与玻璃基材的结合力进行检测发现，当施加的外力大于16.2N时，金属导电薄膜10破损；使用铜酸蚀刻液对该金属导电薄膜10进行蚀刻，蚀刻速率为90A/Sec。

实施例5

本实施例金属导电薄膜10包括金属层11和氮化物层12，氮化物层12设于金属层11的上侧，其中，金属层11为铜层，氮化物层12为Cu

提供一反应腔室，将预处理过的基板1置于反应腔室中，采用磁控溅射法，在基板1上溅射形成厚度为2000埃的金属层11。

向腔室内通入氮气，控制氮气流量为150sccm，将预处理过的基板1置于反应腔室中，调节腔室温度为150℃，采用磁控溅射法，在基板1上溅射形成厚度为100埃的Cu

对该金属导电薄膜10与玻璃基材的结合力进行检测发现，当施加的外力大于15N时，金属导电薄膜10破损；使用铜酸蚀刻液对该金属导电薄膜10进行蚀刻，蚀刻速率为88A/Sec。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。