激光化學(xué)氣相沉積法在TFT-LCD電路缺陷維修中的應(yīng)用

張 偉，陳小英，馬永生，付婉霞，王 磊，周 賀，徐智俊，王 博，阮毅松

(1.福州京東方光電科技有限公司，福建 福州 350300;2.北京京東方傳感技術(shù)有限公司，北京 100176)

1 引 言

未來，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的到來，基于TFT-LCD面板的電子產(chǎn)品(電視機(jī)、顯示器等)分辨率將逐步朝著4K、8K發(fā)展，顯示尺寸大屏化將成為主流[1]。TFT-LCD玻璃基板尺寸已經(jīng)發(fā)展到了10.5代線(3 370 mm×2 940 mm)，對于大玻璃基板而言，因?yàn)橐粋€(gè)小缺陷而放棄整個(gè)顯示屏幕對生產(chǎn)良率和成本而言是一個(gè)巨大的損失，因此缺陷維修極其重要。TFT-LCD面板主要存在冗余缺陷和開路缺陷，均可以通過激光技術(shù)維修。冗余缺陷即原本不應(yīng)該有電路的位置存在冗余電路，開路缺陷即原本應(yīng)該連接起來的電路位置卻沒有電路。通過脈沖激光的輻射燒蝕作用，可以輕易去除大部分冗余缺陷。但對于開路缺陷和部分冗余缺陷，需要在空氣氛圍中沉積額外的導(dǎo)電薄膜，維修工藝和過程復(fù)雜，難度很大。維修開路缺陷時(shí)，可以直接沉積導(dǎo)電薄膜將開路連接起來；部分冗余缺陷存在數(shù)據(jù)信號線和掃描信號線相連情況，若只是切除冗余缺陷會(huì)產(chǎn)生新的開路缺陷，因此需要切除冗余缺陷后再沉積導(dǎo)電薄膜將新產(chǎn)生的開路缺陷連接起來。通常而言，TFT-LCD面板缺陷非常小(常小于10 μm)，且發(fā)生在孤立的區(qū)域，需要在空氣氛圍下實(shí)現(xiàn)維修，普通的半導(dǎo)體沉積薄膜工藝不能直接用于缺陷維修。

LCVD是利用反應(yīng)氣體分子對特定波長的激光共振吸收，前驅(qū)體受到激光作用后發(fā)生解離的成膜方法。LCVD技術(shù)無需掩膜版，通過控制激光束尺寸，就可以直接在特定區(qū)域沉積所需寬度的薄膜，是一種成本低廉且能形成特定圖形結(jié)構(gòu)的薄膜沉積技術(shù)。因此，LCVD技術(shù)常常用于掩膜版、TFT-LCD面板和印刷電路等的電路維修，也常用于晶體管、電阻器和電容器等的制作[2]。LCVD反應(yīng)類型通常有熱解反應(yīng)和光解反應(yīng)兩種。熱解反應(yīng)中，基底被激光加熱到高溫，毗鄰高溫基底的前驅(qū)體分子發(fā)生熱分解，在基底形成薄膜；而光解反應(yīng)是前驅(qū)體分子直接吸收激光發(fā)生光解反應(yīng)，在基底形成薄膜[3-4]。為了生產(chǎn)安全，LCVD前驅(qū)體需要確保無毒性、安全性。由于反應(yīng)腔室中的H2O和O2會(huì)對沉積的薄膜純凈度產(chǎn)生影響，大部分的LCVD過程需要在真空環(huán)境下進(jìn)行，為了實(shí)現(xiàn)空氣氛圍下的生產(chǎn)需求，LCVD設(shè)備設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

大部分羰基化合物具有室溫下的平衡蒸氣壓，在室溫下具有穩(wěn)定的固相，不會(huì)產(chǎn)生毒性；同時(shí)羰基化合物在紫光波長范圍下表現(xiàn)出對光的強(qiáng)吸收性，在空氣氛圍下的反應(yīng)過程安全；更重要的是，羰基化合物中的金屬在化合物中表現(xiàn)為0價(jià)，無需額外還原劑即可反應(yīng)成單質(zhì)金屬，也無需額外的能量裂解，避免了激光對局部區(qū)域的加熱造成對基底的額外損傷，因此常用作空氣氛圍下LCVD的反應(yīng)前驅(qū)體[5-8]。目前，很多羰基化合物比如Ni(CO)4、Fe(CO)5、Cr(CO)6、Mo(CO)6和W(CO)6等被用于沉積微米結(jié)構(gòu)薄膜的前驅(qū)體，羰基化合物在激光作用下，直接在特定區(qū)域裂解后形成金屬薄膜[9]。但羰基化合物裂解時(shí)，羰基配體裂解產(chǎn)生的C、O在高溫下極易形成CO氣體，空氣氛圍中含有的H2O和O2，這些對沉積薄膜的純凈度都會(huì)造成影響，因此，羰基化合物用作LCVD的前驅(qū)體時(shí)，反應(yīng)區(qū)域的組分控制非常關(guān)鍵，反應(yīng)氛圍中的氣體和前軀體反應(yīng)過程產(chǎn)生的氣體也需要采用額外措施去除。為了解決空氣氛圍中的LCVD產(chǎn)生的問題，在反應(yīng)區(qū)域周圍設(shè)置環(huán)形Ar氣簾，用以避免反應(yīng)區(qū)域外的空氣進(jìn)入，并用真空泵抽去尾氣和未反應(yīng)完全的殘余物，這種方法已經(jīng)成為電路缺陷維修技術(shù)的通用方法[1,10]。

LCVD用于實(shí)際生產(chǎn)維修過程中，常常會(huì)發(fā)生基底薄膜損傷和電路電阻大的問題?；妆∧ぐl(fā)生損傷時(shí)，常導(dǎo)致基底薄膜非金屬膜層產(chǎn)生裂縫，從而使沉積的薄膜與基底薄膜中的金屬薄膜相連，造成維修電路電學(xué)性短路；而沉積薄膜電阻大，則導(dǎo)致維修電路信號傳輸延遲，這些都會(huì)導(dǎo)致維修失敗。目前，研究人員都是直接在玻璃基底上采用不同條件沉積金屬薄膜，測試沉積薄膜電阻、膜寬和膜厚等參數(shù)，觀察沉積薄膜的表面損傷。華中科技大學(xué)和深圳清溢光電股份有限公司研究者將Cr(CO)6用于LCVD的前驅(qū)體，在掩膜版的玻璃基底上沉積Cr薄膜，研究發(fā)現(xiàn)，激光功率大小、激光均勻性、激光輻射時(shí)間和氣態(tài)Cr-(CO)6濃度對于沉積Cr薄膜的均勻性、厚度會(huì)產(chǎn)生顯著的影響[11]。Park等人將W(CO)6用于LCVD的前驅(qū)體，直接在TFT-LCD玻璃基底上沉積鎢薄膜，討論了激光功率大小、激光輻射速度、激光束光斑尺寸對鎢薄膜厚度的影響，還發(fā)現(xiàn)激光功率越大，沉積鎢薄膜的電阻率越小，同時(shí)認(rèn)為W(CO)6的裂解過程包含了光解反應(yīng)和熱解反應(yīng)[12]。Jeong等人也是直接將鎢薄膜沉積在TFT-LCD玻璃基底，對W(CO)6裂解反應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究，除了研究激光功率和激光輻射時(shí)間對沉積薄膜厚度和薄膜顆粒尺寸的影響外，還對沉積W薄膜進(jìn)行成分和尺寸分析，發(fā)現(xiàn)沉積鎢薄膜主要為W、WO2和WO3構(gòu)成，激光功率越大，WO2和WO3組分所占百分比越大，而電阻率越小[13]。然而，在實(shí)際電路缺陷維修中，金屬薄膜沉積在基底薄膜而非玻璃基底上，基底薄膜由多種成分薄膜組成，且在不同區(qū)域薄膜組分和膜厚不一致，因此直接在玻璃基底沉積薄膜會(huì)忽略各種因素對基底薄膜的影響。因此，僅討論玻璃基底的損傷而忽略基底薄膜的損傷對于研究鎢薄膜維修缺乏指導(dǎo)意義。同時(shí)，研究人員大多直接在鎢薄膜兩端使用電阻測試儀或萬用表探針測試鎢薄膜的電阻，用光學(xué)儀器測試膜厚、寬度和長度后，再計(jì)算電阻率，手動(dòng)操作和光學(xué)測量造成的誤差不可避免。因此，更科學(xué)的觀察成膜參數(shù)對基底薄膜損傷影響的實(shí)驗(yàn)和更精確的統(tǒng)計(jì)、測量沉積薄膜電學(xué)特性的方法對于電路缺陷維修研究有著重要的意義。

本文用波長為351 nm的紫外光誘導(dǎo)在空氣氛圍中的W(CO)6前驅(qū)體裂解，在TFT-LCD薄膜電路上沉積鎢薄膜金屬線。首先，利用FIB-SEM代替?zhèn)鹘y(tǒng)SEM觀察鎢薄膜和基底薄膜橫截面形貌，研究不同成膜工藝參數(shù)對基底薄膜損傷的影響；然后，再在玻璃基底上固定間距的金屬膜間沉積鎢薄膜，利用高精度、自動(dòng)化的EPM測量各工藝參數(shù)下的鎢薄膜電阻，采用電阻率衡量、統(tǒng)計(jì)鎢薄膜電學(xué)特性。通過控制變量法實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)討論了激光功率、激光束光斑尺寸和激光輻射速度對基底薄膜損傷、沉積鎢薄膜電阻率的影響。通過平衡各工藝參數(shù)，我們得到了較低電阻率、表面形貌良好、對基底薄膜無損傷的鎢薄膜?？茖W(xué)、新穎的實(shí)驗(yàn)視角對電路維修的實(shí)際應(yīng)用具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

2 維修系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)成及實(shí)驗(yàn)表征

2.1 維修系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)成

圖1為本文LCVD實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，主要包括激光光路單元、恒溫&恒流氣路系統(tǒng)以及可移動(dòng)腔室&玻璃載臺單元。激光光路單元集成在通過伺服馬達(dá)控制實(shí)現(xiàn)x、y、z方向精準(zhǔn)移動(dòng)的移動(dòng)單元，一束三次諧波固相脈沖激光(Nd∶YAG激光源，美國Photonics公司，λ=351 nm，4 kHz，脈沖寬度45 ns)經(jīng)由控制光斑尺寸的鏡片(Slit)(控制激光束尺寸，形狀為正方形，可調(diào)控范圍為2～50 μm)和目鏡(×50NUV，用以觀察維修狀況)等單元直達(dá)玻璃基底，同時(shí)利用電荷耦合器件攝像機(jī)拍攝監(jiān)控基底表面，從而實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的激光輻射。在玻璃載臺上固定一個(gè)檢測激光功率的硅基光電二極管傳感器，將激光光路單元移動(dòng)到該位置后，通過調(diào)節(jié)光單元中的衰減器(Beam attenuator，控制激光功率大小)可獲得所需功率大小的激光。利用Ar氣(純度為99.999%)作為載體，將裝在恒溫不銹鋼罐子的W(CO)6前驅(qū)體(純度99.999%，韓國UP公司)經(jīng)由恒溫&恒流的氣路系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)介_放式腔室，其中罐子保持恒溫(50 ℃)，該溫度確保罐內(nèi)保持35.8 Pa蒸氣壓，從而使罐子內(nèi)的W(CO)6在進(jìn)入管道時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，在激光輻射作用下氣態(tài)W(CO)6在選定區(qū)域發(fā)生裂解反應(yīng)沉積成鎢薄膜。腔室底部設(shè)置有環(huán)形孔，環(huán)形孔在沉積鎢薄膜時(shí)向下吹A(chǔ)r氣，形成環(huán)形持續(xù)吹氣的Ar氣簾，從而防止外面空氣進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域。未反應(yīng)完全的殘余物和反應(yīng)產(chǎn)生的尾氣(主要為CO)也會(huì)污染鎢薄膜，利用真空泵將未反應(yīng)完全的殘余物、裂解產(chǎn)生的CO氣體送入尾氣處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。腔室處還設(shè)有凈化Ar管道，防止氣態(tài)W(CO)6在石英制的窗口處冷凝。另外，氣路系統(tǒng)的管道也保持恒溫(55 ℃)，防止管道中的W(CO)6冷凝，從而導(dǎo)致沉積的鎢薄膜太薄甚至管道堵塞。通過流量控制器MFC1確保承載W(CO)6進(jìn)入氣路系統(tǒng)的Ar氣流量恒定為200 mL/min，通過MFC2控制的凈化Ar和環(huán)形氣簾流量Ar恒定為350 mL/min。

圖1 LCVD維修系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of LCVD repair system

2.2 實(shí)驗(yàn)表征

對基底薄膜的損傷采用FIB-SEM(德國Zeiss公司，Cross Beam540)進(jìn)行觀察，首先利用聚焦離子束FIB(15 kV，1.5 nA)沿一定角度在鎢薄膜&基底選定區(qū)域做橫截面剝除，由于聚焦離子束不會(huì)對選定區(qū)域外的膜層或基底造成損傷，利用SEM(5 kV，400 pA)可以觀察鎢薄膜&基底的橫截面形貌和結(jié)構(gòu)。在完整8.5代TFT-LCD玻璃(2 500 mm×2 200 mm)上固定位置沉積有固定間距(220 μm)的兩個(gè)金屬膜(由TFT-LCD中的銅薄膜和氧化銦錫薄膜組成)，在金屬膜間沉積鎢薄膜，將玻璃送入EPM設(shè)備，EPM(韓國陽電子公司，電阻測試精度達(dá)10-3Ω)探針自動(dòng)、精準(zhǔn)搭接在金屬膜上，實(shí)現(xiàn)鎢薄膜電阻的精準(zhǔn)測量，從而計(jì)算出各工藝參數(shù)下的電阻率(ρ=R/L)。通過光學(xué)三維分析儀(3D Profiler，美國Bruker公司)可以得到沉積鎢薄膜的整體形貌，采用FIB-SEM配置的EDS對鎢薄膜進(jìn)行成分分析。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

3.1 不同工藝參數(shù)成膜對薄膜基底的損傷討論

本節(jié)采用控制變量法，針對激光功率、激光束Slit尺寸和激光輻射速度對薄膜基底損傷的影響做了詳細(xì)的討論。如圖2(a)標(biāo)注所示，最上面一層為鎢薄膜，中間為TFT基底薄膜，最底層為玻璃基底，并且TFT基底薄膜不同區(qū)域膜層數(shù)量和構(gòu)成不一，基底薄膜膜層從上至下依次為PVX層、有源層、FGI層、柵電極層，依次為SiNx、a-Si、SiNx、Cu薄膜。由于基底薄膜不同區(qū)域厚度不一致，薄膜臺階處易出現(xiàn)應(yīng)力變化，出現(xiàn)鎢薄膜或基底薄膜的開裂損傷，因此我們主要對薄膜臺階處進(jìn)行FIB-SEM檢測。若基底薄膜中的PVX層、有源層和FGI層受損，膜層完全裂開，TFT-LCD電路通電后，鎢薄膜很有可能會(huì)與柵電極層形成電學(xué)性相連而導(dǎo)致該區(qū)域電路短路，從而產(chǎn)生電學(xué)性不良。另外，在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)過陣列基板涂布液晶、陣列基板與彩膜基板對盒、貼偏振膜等一系列工藝后，在按壓應(yīng)力作用下，膜層裂縫還可能進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖2 0.8 mW(a)，1.0 mW (b)，1.2 mW(c)激光功率作用下基底薄膜橫截面的SEM圖片(激光輻射速度4 μm/s，光斑尺寸7 μm)。Fig.2 SEM images of the cross section of thin film substrate at various laser power of 0.8 mW (a),1.0 mW(b),1.2 mW(c),respectively.Scan speed is 4 μm/s,slit is 7 μm.

在激光輻射速度均為4 μm/s和光斑尺寸均為7 μm條件下，不同功率(0.8～1.2 mW)激光輻射氣態(tài)W(CO)6后在基底薄膜上形成鎢薄膜，鎢薄膜&基底橫截面如圖2所示。激光功率為0.8 mW時(shí)，任何區(qū)域從上至下的膜層均未發(fā)現(xiàn)基底薄膜或玻璃基底損傷；當(dāng)激光功率增加到1.0 mW時(shí)，臺階處的PVX層和有源層出現(xiàn)明顯的裂縫；激光功率繼續(xù)增加到1.2 mW時(shí)，PVX層、有源層和FGI層已經(jīng)裂開?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)激光輻射速度、激光束光斑不變時(shí)，隨著激光功率的增加，基底薄膜損傷越來越嚴(yán)重。W(CO)6裂解反應(yīng)包含光解和熱解反應(yīng)，激光功率越大，裂解反應(yīng)越徹底，產(chǎn)生的溫度也越高，造成基底損傷可能性更大。有研究者也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激光功率大于0.5 mW時(shí)，W(CO)6的裂解時(shí)基底表面能夠產(chǎn)生很高的溫度(～300 ℃)，且功率越大，基底表面溫度越高。為了得到導(dǎo)電性好、純度高的鎢薄膜，基底表面溫度常常需要大于450 ℃，局部溫度過高易導(dǎo)致基底薄膜損傷[13]。

圖3 6 μm(a)，8 μm (b)，10 μm(c)激光束光斑作用下基底薄膜橫截面的SEM圖片(激光功率0.8 mW，輻射速度4 μm/s)Fig.3 SEM images of the cross section of thin film substrate at different laser slit of 6 μm (a),8 μm (b),10 μm(c),respectively.Laser power is 0.8 mW,scan speed is 4 μm/s.

保證激光功率為0.8 mW、輻射速度為4 μm/s，在不同激光束光斑尺寸(6～10 μm)條件下沉積鎢薄膜，橫截面如圖3所示。激光束光斑為6 μm時(shí)，未發(fā)現(xiàn)基底薄膜或玻璃基底有損傷；當(dāng)激光束光斑增大到8 μm時(shí)，PVX層有明顯裂縫；激光束光斑繼續(xù)增大到10 μm時(shí)，PVX層、有源層和FGI層已經(jīng)裂開。簡而言之，其他條件不變時(shí)，激光束光斑尺寸越大，基底薄膜開裂程度越大。激光束光斑尺寸決定沉積的鎢薄膜的寬度，光斑越大，沉積薄膜面積也越大，基底表面受光輻射和W(CO)6熱裂解影響的區(qū)域面積就更大，從而可能導(dǎo)致基底薄膜膜層更容易受損出現(xiàn)裂縫。

保持激光功率為 0.8 mW、激光束光斑為7 μm，研究激光輻射速度變更(2～4 μm/s)對基底薄膜損傷的影響，如圖4所示。激光輻射速度為2 μm/s時(shí)，PVX層、有源層和FGI層已經(jīng)裂成一條裂縫；激光輻射速度加大到3 μm/s時(shí)，只有PVX層開裂，其余膜層并無損傷；當(dāng)激光輻射速度加大到4 μm/s時(shí)，所有膜層和玻璃基底均未發(fā)現(xiàn)任何損傷。也就是說，當(dāng)其他條件不變時(shí)，激光輻射速度越大，對基底薄膜的損傷越小。激光輻射速度越小，即光輻射時(shí)間和裂解反應(yīng)時(shí)間更長，基底薄膜也就更容易出現(xiàn)受損。

圖4 2 μm/s(a)，3 μm/s(b)，4 μm/s(c)激光輻射速度下基底薄膜橫截面的SEM圖片(激光功率0.8 mW，光斑7 μm)。Fig.4 SEM images of the cross section of thin film substrate at diverse scan speed of 2 μm/s(a),3 μm/s (b),4 μm/s(c),respectively.Laser power is 0.8 mW,slit is 7 μm.

為了進(jìn)一步揭示薄膜基底損傷是何原因?qū)е碌?，我們將盛放W(CO)6的罐子關(guān)閉，維修系統(tǒng)結(jié)構(gòu)維持不變，保證激光能夠直接輻射薄膜基底但又不會(huì)沉積鎢薄膜。保持低激光輻射速度和大光斑尺寸，改變激光功率，激光輻射的薄膜基底橫截面如圖5所示。由上面實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)采用低激光輻射速度(2 μm/s)、大激光束光斑尺寸(10 μm)時(shí)，只要激光功率大于0.8 mW，鎢薄膜就會(huì)對基底薄膜造成損傷。但可以清晰地看到，當(dāng)沉積鎢薄膜激光功率為0.4，1.0，1.6 mW時(shí)，均不會(huì)導(dǎo)致基底薄膜或玻璃基底出現(xiàn)任何裂縫或損傷。有理由相信在使用LCVD維修TFT-LCD電路缺陷時(shí)，基底薄膜的損傷由W(CO)6熱解反應(yīng)產(chǎn)生的高溫所致，而不是光輻射導(dǎo)致基底薄膜導(dǎo)致裂解。

圖5 0.4 mW(a)，1.0 mW (b)，1.6 mW (c)激光功率作用下基底薄膜橫截面的SEM圖片(激光輻射速度2 μm/s，光斑10 μm)。Fig.5 SEM images of the cross section of thin film substrate at various laser power of 0.4 mW(a),1.0 mW(b),1.6 mW(c),respectively.Scan speed is 2 μm/s,slit is 10 μm.

3.2 不同工藝參數(shù)對沉積鎢膜電阻的影響

LCVD用于維修TFT-LCD電路缺陷時(shí)，所沉積的金屬薄膜電阻越大，維修電路電阻也越大，維修電路信號傳輸比無缺陷電路延遲更大，導(dǎo)致維修電路更容易發(fā)生電學(xué)性不良。迄今為止，研究者們在研究LCVD用于維修電路缺陷時(shí)，都會(huì)測量金屬薄膜的電阻，一般都是手動(dòng)將萬用表或電阻測試儀探針搭接在沉積薄膜兩端，測量出電阻R后，再利用光學(xué)測量儀測量鎢薄膜厚度、寬度和長度，通過ρ=RS/L(ρ為薄膜電阻率，R為電阻，S為厚度與寬度之積，L為長度)公式計(jì)算出金屬薄膜電阻率。但是，鎢薄膜金屬線不同位置厚度、寬度值不盡相同，手動(dòng)操作測量儀器也容易產(chǎn)生誤差。另外，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，測量出電阻后，再測量薄膜厚度、寬度計(jì)算電阻率，對于實(shí)際應(yīng)用沒有指導(dǎo)意義，還增加了工作量。因此，我們采用精密度更高的儀器EPM，通過自動(dòng)化測試方法來測試鎢薄膜電組，再根據(jù)電阻率(ρ=R/L)統(tǒng)計(jì)、衡量實(shí)驗(yàn)所得鎢薄膜電學(xué)特性。

電阻測試方法如圖6附圖，在兩個(gè)金屬膜之間沉積鎢薄膜，EPM探針自動(dòng)移動(dòng)并搭接在金屬膜中央位置后測量電阻。其中，金屬膜在玻璃基底上的位置和間距均固定(金屬膜間為玻璃基底而未沉積任何薄膜，間距220 μm)，面積為200 μm×200 μm。另外，金屬膜由TFT-LCD基底薄膜中的銅薄膜(位于上層)和氧化銦錫薄膜組成，銅薄膜厚度為0.5 μm，常溫下銅電阻率低至0.017 Ω·μm，則金屬膜電阻僅為0.034 Ω。EPM探針在測試時(shí)可以自動(dòng)精確搭接在金屬膜正中央(誤差小于10 μm)，本文中，不同條件下鎢薄膜與金屬膜電阻之和均大于100 Ω，遠(yuǎn)大于金屬膜電阻。因此，不同實(shí)驗(yàn)條件搭接在金屬膜上方的鎢薄膜電阻可忽略不計(jì)，可以直接按金屬膜間距統(tǒng)計(jì)鎢薄膜長度，鎢薄膜電阻率即為測量電阻除以金屬膜間距。

圖6 不同激光功率(0.6～1.2 mW)下沉積薄膜的電阻(激光輻射速度4 μm/s，光斑7 μm)Fig.6 Variation of the electrical resistivity of tungsten film deposited at various laser power (0.6～1.2 mW).Scan speed is 4 μm/s,slit is 7 μm.

在激光功率為0.8 mW、激光束光斑為7 μm時(shí)，不同激光輻射速度(3～8 μm/s)沉積所得薄膜的電阻率如圖7所示。激光輻射速度為3 μm/s時(shí)，電阻率為0.79 Ω/μm，隨著激光輻射速度逐漸加快，電阻率越大，激光輻射速度為8 μm/s時(shí)，電阻率為2.52 Ω/μm。這可能是因?yàn)樵诩す夤β屎图す馐獍吆愣〞r(shí)，激光輻射速度越大，激光輻射時(shí)間越短，導(dǎo)致W(CO)6裂解程度更低或沉積的薄膜更薄，電阻也就越小[13]。

圖7 不同激光輻射速度(3～8 μm/s)下沉積薄膜的電阻(激光功率0.8 mW，光斑7 μm)Fig.7 Variation of the electrical resistivity of tungsten film deposited at different scan speed (3～8 μm/s).Laser power is 0.8 mW,Slit is 7 μm.

在激光功率為0.8 mW、激光輻射速度為4 μm/s時(shí)，不同激光光斑尺寸(2～12 μm)沉積所得薄膜的電阻率如圖8所示。在光斑為2 μm時(shí)，電阻率為3.82 Ω，光斑尺寸越大，電阻率越小。當(dāng)光斑為12 μm時(shí)，電阻率為0.69 Ω。這是因?yàn)榧す馐獍叱叽缭酱?，沉積的薄膜寬度越寬，沉積薄膜量也越大，電阻也就越小[12]。

圖8 不同激光光斑(2～12 μm)下沉積薄膜的電阻(激光功率0.8 mW，輻射速度4 μm/s)Fig.8 Variation of the electrical resistivity of tungsten film deposited at diverse slit (2～12 μm).Laser power is 0.8 mW,scan speed is 4 μm/s.

3.3 沉積薄膜形貌表征和成分分析

圖9 激光功率為1.0 mW、光斑為6 μm和輻射速度為5 μm/s條件下沉積薄膜的光學(xué)圖(a)、3D輪廓圖(b)和橫截面SEM圖。Fig.9 Optics image (a),3D profiler image (b),cross section SEM image (c)of the tungsten film deposited at scan speed of 5 μm/s,Slit of 6 μm and laser power of 0.8 mW.

控制變量法實(shí)驗(yàn)表明，激光功率或激光束光斑越大，基底損傷越大，但電阻率越小；激光輻射速度越大，基底損傷越小，但電阻率越大。經(jīng)過平衡各工藝參數(shù)，在激光功率為1.0 mW、激光光路光斑尺寸為6 μm和激光輻射速度為5 μm/s條件下，得到了電阻率低、對基底薄膜無損傷的鎢薄膜，可以應(yīng)用于TFT-LCD電路缺陷的維修。該條件直接沉積薄膜在玻璃基底上時(shí)，鎢薄膜電阻率僅為0.96 Ω/μm，薄膜光學(xué)圖如圖9(a)所示，3D輪廓圖像如圖9(b)所示，形貌良好。該條件直接沉積薄膜在TFT-LCD基底薄膜上(圖9(c))時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)薄膜基底無任何開裂、損傷現(xiàn)象。

為了進(jìn)一步揭示該條件下電阻率較低原因，保持激光光路光斑尺寸為6 μm和激光輻射速度為5 μm/s條件不變，直接在玻璃基底上用不同激光功率(0.6，0.8，1.0 mW)沉積薄膜，薄膜成分如圖10所示。在進(jìn)行EDS分析前，測試樣品鍍有Pt以增強(qiáng)樣品導(dǎo)電性，因此各條件下所沉積薄膜均檢出Pt。另外，玻璃基底中含有N、O、Al、Si，在15 kV高電壓下，各條件下所沉積薄膜均檢測出以上元素，表明測試時(shí)特征X射線已到達(dá)玻璃基底。從圖10中還可以發(fā)現(xiàn)，Si和W元素在X射線能量為1.7 keV左右時(shí)的峰很接近，很難對這兩個(gè)元素進(jìn)行定量分析。但從元素的重量和原子比例可以知道圖10(c)中EDS圖無C元素的峰，而圖10(a)、(b)均檢測出C元素，即在激光功率為1.0 mW時(shí)，W(CO)6的羰基配體已經(jīng)完全分解成W、WO2和WO3，這可能是該條件電阻率較低的根本原因。

圖10 激光功率分別在0.6 mW (a)，0.8 mW (b)，1.0 mW (c)時(shí)所沉積薄膜的EDS圖(激光輻射速度5 μm/s，光斑 6 μm)。Fig.10 EDS images of the deposited tungsten film at laser power of 0.6 mW (a),0.8 mW (b)and 1.0 mW (c).Scan speed is 4 μm/s,slit is 6 μm.

4 結(jié) 論

本文在空氣氛圍下采用LCVD技術(shù)在TFT-LCD玻璃上沉積鎢薄膜用以維修電路缺陷。采用FIB-SEM替代傳統(tǒng)SEM觀察鎢薄膜橫截面形貌，同時(shí)為了減小誤差，首次采用高精度、自動(dòng)化的EPM設(shè)備測試鎢薄膜線阻率。通過控制變量法，詳細(xì)討論了激光功率、輻射幅度、光斑尺寸對TFT-LCD基底薄膜損傷和鎢薄膜電阻率的影響。控制單一變量時(shí)，激光功率或激光束光斑越大，基底損傷越大，但電阻率越小；激光輻射速度越大，基底損傷越小，但電阻率越大。通過平衡工藝參數(shù)，在激光功率為1.0 mW、激光光路光斑尺寸為6 μm和激光輻射速度為5 μm/s條件下，得到了電阻率僅為0.96 Ω/μm、同時(shí)對基底薄膜無任何損傷的鎢薄膜，能夠很好地應(yīng)用于TFT-LCD電路缺陷的維修。