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大尺寸液晶面板的布线电阻减小一半 东北大学开发出Cu-Mn合金并计划量产

导读: 日本东北大学的小池淳一教授开发出了用于大尺寸液晶面板的低电阻Cu-Mn合金的技术。与目前液晶面板中所使用的Al布线相比,电阻减为一半。通过在驱动TFT栅极的左右方向的扫描线布线中使用该布线材料,即使是大尺寸面板也有可能实现驱动IC的单侧驱动。驱动IC的削减有望带来成本的降低。

        日本东北大学的小池淳一教授开发出了用于大尺寸液晶面板的低电阻Cu-Mn合金的技术。与目前液晶面板中所使用的Al布线相比,电阻减为一半。通过在驱动TFT栅极的左右方向的扫描线布线中使用该布线材料,即使是大尺寸面板也有可能实现驱动IC的单侧驱动。驱动IC的削减有望带来成本的降低。

通过热处理使中央部分接近纯Cu

        此次所开发的合金,相对于Cu加入了0.8%的Mn。通过溅镀法使该合金在玻璃底板上成膜、通过刻蚀工艺形成布线图案后,在150~350℃下进行数分钟的热处理。这样,Mn与玻璃中的氧发生反应,生成一层数nm厚的稳定的氧化层。通过该氧化层,与玻璃间的接合程度大幅提高。“用胶带也粘不掉,用金属也刮不掉”(小池)。 

        此外,还将扩散到布线表面与周围的O2发生反应,生成抗氧化膜。由于在这个过程中Mn扩散到与玻璃间的界面与布线表面,所以中央的布线部分接近于纯Cu。因此,布线电阻很低,不到3μΩcm。目前Al布线的电阻率为5~6μΩcm。合金的电阻率有可能降低到纯铜的电阻率——大约2μΩcm。

有望通过提高开口率来节约能源

        
该材料的目标是应用于正向全高清(1920×1080像素)发展的37英寸以上的液晶电视面板。由于大尺寸面板中布线变长,所以加到扫描线上的栅极电压脉冲发生传送延迟、脉冲电压下降,很容易产生亮斑。目前的面板通过面板左右两侧的驱动IC的驱动来解决这一问题。

         由于此次的合金电阻率大约为目前的1/2,所以如果是同样的截面就有可能实现单侧驱动。此外,两侧驱动的情况下,布线宽度或厚度还可减至1/2。如果布线宽度较小,就可以减小TFT。由此,就有可能通过提高精细程度、提高像素开口率来提高背照灯的光利用效率,节省能源。

         可以使目前大约200nm厚的Al布线减至100~150nm,使处理时间削减所带来成本降低成为可能。另外,由于布线表面形成的抗氧化膜具有通常门绝缘膜形成所需的氧化防止膜功能,因此可以节省工序。虽然材料价格比Al高,但因为实际使用的Al合金的价格、工序减少所带来的成本降低等因素,因此具备非常可观的成本优势。

将于6月开始靶材的样品供货 

        小池与液晶、半导体专家,及商社等4方于2006年6月设立合办公司、尖端布线材料研究所(宫城县名取市)。除在此持续推进材料的研究外,计划6月由该布线材料的制造协助企业开始供应溅镀靶材(Spatter Target)的样品。还将建立面向溅镀靶材量产的制造•销售体制。“液晶面板厂商也在独立试制Cu布线的面板,很关注该合金。如果采用的话,估计1年后将用于面板”(小池)。另外,还有可能扩展到同样使用TFT的有机EL面板。

        小池将继续研究使该布线材料适应源极(Source)、漏极(Drain)方面信号线的技术。由于信号线方面会出现与非晶体硅、透明电极ITO间的界面,必要使用与玻璃底板不同的工艺。“目标是,今后1年开发,2~3年用于产品”(小池)。

        Cn-Mn合金在半导体领域作为“通过热处理自己形成保护层”的技术颇受关注。1998年在Al布线到Cu布线的过渡过程中,种种合金的开发都已经展开,但没有人进行Cn-Mn合金的开发,也没有人申请相关专利。作为半导体、显示器领域的“源于日本”的独有材料,Cn-Mn合金的前景令人期待。

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