薄膜晶体管液晶铜膜蚀刻
引言
由于在室温下的低电阻率和低材料成本，铜(cu)被积极地考虑作为高质量和大面积tft-lcd的金属电极的候选。事实上，开发具有低电阻率的金属电极工艺是下一代高质量和大面积tft-lcd的核心技术。这是因为对于更高的孔径比，电极长度的增加和电极宽度的减小增加了电路的电阻和电容，并导致tft- lcd装置的闪烁和串扰现象。
对于铜干法蚀刻在大面积tft-lcd制造中的应用，ecr等离子体系统由于可扩展性的问题而不能使用。然而，对于一些高密度等离子体源，例如电感耦合等离子体(icp),可以应用于tft-lcd基板的大面积源正在开发中，并且这些源可以应用于tft-lcd的cu干法蚀刻处理。
因此，在本研究中，英思特使用电感耦合等离子体(icp)作为可缩放的高密度等离子体源之一，并使用较小的icp源研究其铜干法蚀刻特性，作为紫外线强度、源和偏压功率以及cl2/ar比的函数，研究其在大面积tft-lcd加工中的可能应用。
实验与讨论
在该实验中，我们使用在13.56mhz rf功率下操作的平面电感耦合等离子体(icp)源，并且高达650 w的rf功率被施加到该源。icp源由12cm直径和3.5螺旋圈数的水冷铜线圈组成，1.5cm厚的石英板用于将感应功率传递给等离子体并将真空室与icp源分开。在石英板的顶部，放置峰值波长为365nm和10mw/cm2的uv灯，以研究uv辐射的影响。
图1显示了uv和icp源功率对铜蚀刻速率的影响，其中源功率的范围为200-400w，uv强度为0-10mw/cm2。没有施加偏压，在7毫托的操作压力下，cl2/ar比为0.5。衬底温度保持在室温。如图所示，当不施加紫外线时，通过形成非挥发性蚀刻产物如氯化铜，观察到cu膜的膨胀。随着uv强度的增加，在相同的icp功率下溶胀减少，并且在高于300 w的icp源功率的情况下，在高于3mw/cm2的uv强度下观察到cu膜的蚀刻而不是溶胀。
图1：紫外线照射和icp源功率对铜蚀刻速率的影响
图2显示了600w感应功率和75w偏置功率下cl2/ar比率对铜蚀刻速率的影响。不施加紫外线，操作压力保持在7毫托。如图所示，当cl2/ar比高于0.5时，发生膨胀而不是蚀刻，这可能是由于氯化铜的形成比它们的去除更快。因此，为了蚀刻铜膜，需要适当的工艺参数组合。我们以0.5的cl2/ar比蚀刻300nm厚的铜膜1分钟后，研究蚀刻的cu表面的粗糙度，结果示于图3中。
图2：在600 w感应功率和75 w偏置功率下，cl2/ar比值对铜蚀刻速率的影响
图3：afm测定的蚀刻cu的表面粗糙度
由于在该条件下的蚀刻速率约为300纳米/分钟，所以玻璃基板上的铜膜仅被蚀刻，并且可能残留一些铜残留物玻璃表面由于沉积和蚀刻的不均匀性。然而，如图所示，玻璃表面的rms表面粗糙度为约0.5nm，并且当在相同的蚀刻条件下对400nm厚的铜膜去除300nm后测量cu膜的表面时，可以获得类似的结果。因此，在不施加uv的情况下，在具有偏压功率的铜蚀刻之后，可以获得平滑的铜蚀刻表面或平滑的玻璃表面。
结论
在本研究中，英思特用高于300w的感应功率和高于3mw/cm2的365nm紫外光可以成功刻蚀铜薄膜。365nm uv对cu膜的照射似乎去除了在暴露于高密度cl2/ar等离子体期间表面上形成的氯化铜。即使在暴露于cl2/ar等离子体期间，我们可以通过施加uv来蚀刻cu膜，但是在tft-lcd加工所需的大面积上获得均匀的uv强度是不同的。
幸运的是，我们通过在电感耦合等离子体之外施加偏压功率，可以成功地刻蚀铜膜，并且在本实验中，在没有uv的情况下，在600w的电感功率、75w的偏压功率、7毫托的操作压力和0.5的cl2/ar气体比下，可以获得接近300nm/min的刻蚀速率。在这种情况下，即使侧壁蚀刻轮廓有点粗糙，我们也可以获得tft-lcd加工所需的倾斜cu蚀刻轮廓，而不会在蚀刻的玻璃表面上留下任何残留物。
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因此，在本研究中，英思特使用电感耦合等离子体(icp)作为可缩放的高密度等离子体源之一，并使用较小的icp源研究其铜干法蚀刻特性，作为紫外线强度、源和偏压功率以及cl2/ar比的函数，研究其在大面积tft-lcd加工中的可能应用。
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图1显示了uv和icp源功率对铜蚀刻速率的影响，其中源功率的范围为200-400w，uv强度为0-10mw/cm2。没有施加偏压，在7毫托的操作压力下，cl2/ar比为0.5。衬底温度保持在室温。如图所示，当不施加紫外线时，通过形成非挥发性蚀刻产物如氯化铜，观察到cu膜的膨胀。随着uv强度的增加，在相同的icp功率下溶胀减少，并且在高于300 w的icp源功率的情况下，在高于3mw/cm2的uv强度下观察到cu膜的蚀刻而不是溶胀。
图1：紫外线照射和icp源功率对铜蚀刻速率的影响
图2显示了600w感应功率和75w偏置功率下cl2/ar比率对铜蚀刻速率的影响。不施加紫外线，操作压力保持在7毫托。如图所示，当cl2/ar比高于0.5时，发生膨胀而不是蚀刻，这可能是由于氯化铜的形成比它们的去除更快。因此，为了蚀刻铜膜，需要适当的工艺参数组合。我们以0.5的cl2/ar比蚀刻300nm厚的铜膜1分钟后，研究蚀刻的cu表面的粗糙度，结果示于图3中。
图2：在600 w感应功率和75 w偏置功率下，cl2/ar比值对铜蚀刻速率的影响
图3：afm测定的蚀刻cu的表面粗糙度
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