电极结构及其制备方法、阵列基板技术

本发明专利技术公开了一种电极结构，其包括形成在衬底上的铜金属层，所述铜金属层自上表面起的第一深度范围内掺杂有第一金属离子，所述第一金属离子与铜晶粒通过金属键结合形成铜合金层；其中，所述第一深度小于所述铜金属层的厚度，所述第一金属离子为具有耐腐蚀性并且离子半径小于铜晶粒间隙的金属离子。如上所述的电极结构的制备方法包括：在衬底上沉积形成所述铜金属层；应用离子注入工艺向所述铜金属层的所述第一深度范围内注入所述第一金属离子；应用真空退火工艺对所述铜金属层进行退火处理，使所述第一金属离子与铜晶粒通过金属键结合形成所述铜合金层。本发明专利技术提供的电极结构，应用于半导体器件中，其可以提升半导体器件的信号传输能力。

【技术实现步骤摘要】
电极结构及其制备方法、阵列基板
本专利技术涉及平板显示
,尤其涉及一种应用于半导体器件的电极结构及其制备方法，还涉及一种包含所述半导体器件的阵列基板。
技术介绍
平板显示装置具有机身薄、省电、无辐射等众多优点，得到了广泛的应用。现有的平板显示装置主要包括液晶显示装置(LiquidCrystalDisplay，LCD)及有机电致发光显示装置(OrganicLightEmittingDisplay，OLED)。薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，TFT)阵列基板是是平板显示装置的重要组成部分，可形成在玻璃基板或塑料基板上。随着显示面板的分辨率升高和尺寸的增大，信号延迟现象将更加严重，降低布线电阻成为一项迫切的需求。铜(Cu)的导电性仅次于银(Ag)，而且原材料价格低廉，被认为是最有希望的低电阻率布线材料，现有技术中已有使用铜作为阵列基板上的布线材料，例如是使用铜作为阵列基板上的薄膜晶体管的栅电极、源电极和漏电极等。然而，使用铜作为阵列基板上的布线材料，其面临的一个问题是：现有的阵列基板的工艺中，在沉积形成铜薄膜层之后，对铜薄膜层进行黄光制程和刻蚀制程时，铜薄膜层都是暴露在空气中，表层的铜会有部分被氧化。具体地，将铜薄膜层暴露在空气当中超过30min时，其表面电阻率会升高30％以上，从而会导致布线电阻升高，降低器件的信号传输性能。进一步地，铜薄膜层的厚度越大，其晶粒就会越大，表面粗糙度增大，晶粒的间隙也随之变大，由此在后续的其他制程中，会有部分O2和H2O沿着晶粒的间隙渗透到膜层内部，加速表层铜膜的氧化。另外，铜薄膜层的表层被氧化后产生的CuOx及Cu(OH)x会导致静电释放(Electro-Staticdischarge，ESD)现象，对器件造成损坏。因此，在使用铜作为阵列基板上的布线材料时，例如用于作为电极材料，如何避免铜薄膜层的表层被氧化是业内需要解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种电极结构及其制备方法，使用铜作为作为电极材料并且可以避免铜薄膜层的表层被氧化的问题，其主要应用于半导体器件中，可以提升半导体器件的信号传输能力。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种电极结构，其包括形成在衬底上的铜金属层，其中，所述铜金属层自上表面起的第一深度范围内掺杂有第一金属离子，所述第一金属离子与铜晶粒通过金属键结合形成铜合金层；所述第一深度小于所述铜金属层的厚度，所述第一金属离子为具有耐腐蚀性并且离子半径小于铜晶粒间隙的金属离子。其中，所述第一金属离子选自镍离子、钨离子和钽离子中的一种或两种以上。其中，所述第一深度的大小为其中，所述铜金属层和所述衬底之间设置有连接金属层。其中，所述连接金属层的材料为钼或钛或两者的组合。其中，所述连接金属层的厚度为其中，所述铜金属层的厚度为本专利技术提供了如上所述的电极结构的制备方法，其包括：提供衬底并在所述衬底上沉积形成所述铜金属层；应用离子注入工艺向所述铜金属层的所述第一深度范围内注入所述第一金属离子；应用真空退火工艺对所述铜金属层进行退火处理，使所述第一金属离子与铜晶粒通过金属键结合形成所述铜合金层。其中，所述真空退火工艺，退火温度为200℃～400℃，退火时间为10min～120min。本专利技术还提供了一种阵列基板，其包括衬底基板以及阵列设置于所述衬底基板上的薄膜晶体管，所述薄膜晶体管包括栅电极、半导体有源层、源电极和漏电极，其中，所述栅电极、源电极和漏电极中的至少一个采用了如上所述的电极结构。本专利技术实施例中提供的电极结构及其制备方法，使用铜作为电极结构的导电功能层，实现了使用较为廉价的材料来提升电极的导电性能。其中，应用离子注入工艺从铜金属层的上表面注入(注入深度小于铜金属层的厚度)具有耐腐蚀性的第一金属离子，并且应用真空退火工艺使得第一金属离子与铜晶粒通过金属键结合形成铜合金层，由此可以有效地避免铜金属层的表层被氧化的问题。另外，第一金属离子是离子半径小于铜晶粒间隙的金属离子，其可以填充在铜金属层的铜晶粒间隙之间，可以阻止O2和H2O沿着铜晶粒间隙渗透到铜金属层内部，避免铜金属层被氧化，由此也可以制备厚度更大的铜金属层，进一步提升电极结构的导电性能。所述电极结构应用于阵列基板上的半导体器件中，可以提升半导体器件的信号传输能力。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的电极结构的结构示意图；图2a至图2d本专利技术实施例1提供的电极结构的制备方法中，各个步骤对应获得的器件结构的示例性图示；图3本专利技术实施例2提供的阵列基板的的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。实施例1本实施例提供了一种电极结构，如图1所示，所述电极结构1包括形成在衬底10上的铜金属层30，使用铜作为电极结构的导电功能层。其中，所述铜金属层30自上表面30a起的第一深度H范围内掺杂有第一金属离子，所述第一金属离子与铜晶粒通过金属键结合形成铜合金层40。所述铜金属层30的上表面30a是指所述铜金属层30的背离所述衬底10的表面，所述第一深度H小于所述铜金属层30的厚度D。具体地，所述第一金属离子为具有耐腐蚀性并且离子半径小于铜晶粒间隙的金属离子，所述第一金属离子可以是选自镍(Ni)离子、钨(W)离子和钽(Ta)离子中的一种或两种以上。在本实施例中，如图1所示，为了使得所述铜金属层30与所述衬底10更好地结合，防止所述铜金属层30从所述衬底10上脱离，所述铜金属层30和所述衬底10之间设置有连接金属层20。所述连接金属层20的材料可以选择为钼(Mo)或钛(Ti)或两者的组合。其中，所述衬底10为绝缘衬底，可以是玻璃或其他绝缘材质的衬底，例如SiOx或SiNx。需要说明的是，当所选择的衬底10与铜金属层30具有良好的结合力时，所述连接金属层20可以省略。在本实施例中，所述第一金属离子选择为镍(Ni)离子，所述铜合金层40为铜-镍合金层。镍是具有良好的耐腐蚀性、硬而有延展性并具有铁磁性的金属元素，其导电能力较好，所形成的铜-镍合金层可以有效地防止铜金属层的表层被氧化的问题，提升电极结构的导电性能。另外，镍离子的离子半径较小，其可以更好地填充在铜金属层30以阻止O2和H2O沿着铜晶粒间隙渗透到铜金属层内部，避免铜金属层被氧化。当然，所述第一金属离子选择为钨离子或钽离子也可以取得相近的效果，只是选择为镍离子时其效果更佳。其中，所述铜合金层40的厚度由所述第一深度H的大小决定，所述第一深度H的大小可以设置为的范围内。其中，所述连接金属层20的厚度可以设置为的范围内。如
技术介绍
中所述的，当铜薄膜层的厚度越大时，其晶粒就会越大，表面粗糙度增大，晶粒的间隙也随之变大，由此在后续的其他制程中O2和H2O也更加容易地沿着晶粒的间隙渗透到膜层内部，加速表层铜膜的氧化。而本实施例中，由于所述第一金属离子为具有耐腐蚀性并且离子半径小于铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极结构，包括形成在衬底上的铜金属层，其特征在于，所述铜金属层自上表面起的第一深度范围内掺杂有第一金属离子，所述第一金属离子与铜晶粒通过金属键结合形成铜合金层；所述第一深度小于所述铜金属层的厚度，所述第一金属离子为具有耐腐蚀性并且离子半径小于铜晶粒间隙的金属离子。

【技术特征摘要】
1.一种电极结构，包括形成在衬底上的铜金属层，其特征在于，所述铜金属层自上表面起的第一深度范围内掺杂有第一金属离子，所述第一金属离子与铜晶粒通过金属键结合形成铜合金层；所述第一深度小于所述铜金属层的厚度，所述第一金属离子为具有耐腐蚀性并且离子半径小于铜晶粒间隙的金属离子。2.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述第一金属离子选自镍离子、钨离子和钽离子中的一种或两种以上。3.根据权利要求2所述的电极结构，其特征在于，所述第一深度的大小为4.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述铜金属层和所述衬底之间设置有连接金属层。5.根据权利要求4所述的电极结构，其特征在于，所述连接金属层的材料为钼或钛或两者的组合。6.根据权利要求5所述的电极结构，其特征在于，所述连接金属层的厚度为7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小波，
申请(专利权)人：深圳市华星光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44