55 / 2021-10-29 13:07:03

高性能铜合金柔性电极薄膜制备及应用

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近年来，随着高新科技的不断发展以及5G应用的不断普及，对柔性和可穿戴电子器件的需求越来越大。柔性显示已经成为了目前显示领域的最热门的研究发展方向，其中技术难点就是显示用高性能柔性电极的实现。但目前显示行业中以铝为代表的传统导电电极材料因其电阻率较大，抗电迁移性较弱以及延展性较差，已难以满足高性能柔性及可穿戴显示器件的要求。因此开发高性能铜电极薄膜作为替代，将是柔性和可穿戴显示发展的必然选择。

研究Cu金属薄膜的主要难点在于存在粘附性差和Cu原子易扩散扩散问题，常规铜布线技术采用与Mo、Ti 及其合金组成叠层结构对的方式（LG-Display）。这种方案存在图形化对位偏差导致的蚀刻困难和使用有毒易爆刻蚀液（HF/H₂O₂）的安全性问题。此外，叠层电极抗弯折性差，不利于柔性和可穿戴显示的应用。，本论文采用开发多元微掺杂高导Cu 合金电极材料技术：以“超低固溶度少量多元”合金掺杂为原则，使用PVD低温溅射单层电极薄膜，通过气氛保护下的低温退火，使多元掺杂元素相互促进“排出”在电极层和邻层的界面处，并自钝化形成扩散阻挡粘附层，在保障Cu低电阻率（基体内较少电子杂质散射）的同时提高薄膜的导电性和粘附性。掺杂元素在Cu薄膜表面形成的纳米级合金氧化物自钝化层，不仅可以提高Cu电极的抗氧化能力，还可以调控修饰Cu电极与MOS层界面，获得良好的接触特性。同时，单层匀质薄膜避免了叠层电极图形化刻蚀差异造成的对位尺寸累积误差，更有利于实现像素“微型化”。Cu合金薄膜因掺杂元素极微量，可兼容商业主流纯Cu刻蚀液工艺，不必因Ti、Mo等叠层的存在而使用H₂O₂基刻蚀液，也保证了生产安全问题。

最终，通过实验发现Cr、Zr元素共存于Cu基体时相比任一单独元素更利于保持铜薄膜的高导特性，并可实现与纯Cu薄膜一致的Cu(220)织构择优生长。根据实验规律，制备了CCZ薄膜电极，在保持高达4B-5B结合强度的同时，使电阻率达到2.20 μΩ·cm，接近纯铜薄膜，有效解决了常规二元铜合金电极面临的高结合强度和高导电性难以兼得的矛盾，同时也有效防止了Cu原子扩散的问题。