本公开的实施例涉及一种金属线的制备方法、金属线栅的制备方法以及线栅偏振片、电子装置。
背景技术
金属线例如可以采用刻蚀的方法制备得到。该刻蚀法例如包括：形成金属材料层，然后采用刻蚀工艺刻蚀金属材料层以将不需要的部分金属材料去除，以形成金属线。该刻蚀法所得到的金属线可以作为信号线用于电路结构、电子装置等，也可以作为金属线栅结构用于线栅偏振片等。
技术实现要素：
本公开至少一实施例提供一种金属线的制备方法，包括：在衬底基板上形成金属材料层；采用包括刻蚀气体与涂层反应气体的复合气体对所述金属材料层进行刻蚀以形成金属线以及所述金属线的表面的保护涂层。
例如，本公开至少一实施例提供的金属线的制备方法中，所述保护涂层至少形成在所述金属线的部分侧壁。
例如，本公开至少一实施例提供的金属线的制备方法中，所述保护涂层是透明的。
例如，本公开至少一实施例提供的金属线的制备方法中，在所述衬底基板上形成所述金属材料层后，所述方法还包括：在所述金属材料层上形成光刻胶图案，并以所述光刻胶图案为掩模对所述金属材料层进行刻蚀。
例如，本公开至少一实施例提供的金属线的制备方法中，所述刻蚀为电感耦合等离子体刻蚀。
例如，本公开至少一实施例提供的金属线的制备方法中，在所述复合气体中，所述刻蚀气体与所述涂层反应气体的体积比为(3-10)：1。
例如，本公开至少一实施例提供的金属线的制备方法中，所述金属材料层的材料为铝或钛，所述刻蚀气体为含氯刻蚀气体。
例如，本公开至少一实施例提供的金属线的制备方法中，所述含氯刻蚀气体为cl2、bcl3和ccl4中的一种或多种。
例如，本公开至少一实施例提供的金属线的制备方法中，所述金属材料层的材料为铝或钛，所述涂层反应气体为氮气和/或甲烷。
本公开至少一实施例提供一种金属线栅的制备方法，所述金属线栅包括彼此并列的多条金属线，所述制备方法包括：采用权利要求上述任一所述的方法形成所述金属线栅的所述多条金属线。
本公开至少一实施例提供一种线栅偏振片，包括金属线栅以及至少位于所述金属线栅的部分侧壁的保护涂层。
例如，本公开至少一实施例提供的线栅偏振片，还包括：平坦层，用于平坦化所述金属线栅。
例如，本公开至少一实施例提供的线栅偏振片中，所述金属线栅的材料为铝，所述保护涂层的材料为铝氮化物和/或碳氢聚合物；或者，所述金属线栅的材料为钛，所述保护涂层的材料为钛氮化物和/或碳氢聚合物。
例如，本公开至少一实施例提供的线栅偏振片，所述金属线栅的线宽为50nm-100nm，线距为50nm-100nm，线高为100nm-300nm。
本公开至少一实施例提供一种电子装置，包括上述任一所述的线栅偏振片。
利用本公开至少一实施例提供的制备方法形成金属线时，金属线的表面在刻蚀过程中即可形成保护涂层，该保护涂层可以对金属线形成保护，例如可以使所形成的金属线的形貌更接近于目标形貌。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开一实施例提供的一种金属线的制备方法的流程图；
图2a和图2b为本公开一实施例提供的金属线在制备过程中的示意图；
图3为本公开一实施例提供的另一金属线的制备方法的流程图；
图4a-图4c为本公开一实施例提供的金属线在制备过程中的另一示意图；
图5为本公开一实施例提供的金属线栅的示意图；
图6a为本公开一实施例提供的金属线栅偏振片的平面示意图；
图6b为图6a中的金属线栅偏振片沿a-a线的截面示意图；
图7为本公开一实施例提供的另一金属线栅偏振片的截面示意图；
图8为本公开一实施例提供的金属线栅偏振片的性能测试结果图；
图9a和图9b为本公开一实施例提供的金属线在制备过程中的扫描电镜图；
图10为本公开一实施例提供的电子装置的示意图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
金属线例如可以采用干法刻蚀工艺制备得到。在干法刻蚀工艺中，可以采用射频电源使反应气体生成反应活性较高的离子和电子，对待刻蚀材料(层)进行物理轰击和化学反应，以选择性去除待刻蚀材料需要被去除的区域，被刻蚀的材料变成挥发性气体，经抽气系统抽出。在刻蚀的过程中，可以根据需求刻蚀出所需的深度。
在实际生产工艺中，干法刻蚀使用的反应气体可能会与不希望被刻蚀的部分金属材料反应，当金属线的尺寸较小时，或者当制备多条并列的金属线且相邻的金属线之间的距离较小时，被刻蚀的这部分金属材料的量无法忽略，因此严重影响所得到的金属线的图案形貌，或者无法控制相邻的金属线之间的距离，使得所获得金属线的形状以及尺寸与所需的形状和尺寸相差较大。
本公开至少一实施例提供一种金属线的制备方法，包括：在衬底基板上形成金属材料层；采用包括刻蚀气体与涂层反应气体的复合气体对金属材料层进行刻蚀以形成金属线以及金属线的表面的保护涂层。
本公开至少一实施例提供的一种一种金属线栅的制备方法，该金属线栅包括彼此并列的多条金属线，该制备方法包括：采用上述方法形成金属线栅的多条金属线。
本公开至少一实施例提供一种线栅偏振片，包括金属线栅以及至少位于金属线栅的部分侧壁的保护涂层。
本公开至少一实施例提供一种电子装置，包括上述线栅偏振片。
下面通过几个具体的实施例对本公开的金属线的制备方法、金属线栅的制备方法以及线栅偏振片、电子装置进行说明。
本公开至少一实施例提供一种金属线的制备方法，如图1所示，该制备方法包括步骤s101和步骤s102。
步骤s101：在衬底基板上形成金属材料层。
例如，如图2a所示，首先在衬底基板101上形成金属材料层102。例如，衬底基板101可以采用玻璃基板、石英基板等各种材质的基板。金属材料层102采用所要制备的金属线的材料，因此该材料可以根据实际需求进行选择。
步骤s102：采用包括刻蚀气体与涂层反应气体的复合气体对金属材料层进行刻蚀以形成金属线以及金属线的表面的保护涂层。
例如，如图2b所示，金属材料层102经过包括刻蚀气体与涂层反应气体的复合气体刻蚀后，形成金属线1021以及金属线1021的表面的保护涂层1022。
该实施例中，采用的刻蚀工艺为等离子刻蚀，该等离子刻蚀例如为反应离子蚀刻(rie)，又或者感性耦合等离子(icp)刻蚀、容性耦合等离子(ccp)刻蚀、微波电子回旋共振(ecr)刻蚀。所采用的刻蚀气体例如可以以一定的动能轰击在金属材料层102的需要被刻蚀的区域，并且与该需要被刻蚀的区域的金属材料进行反应，参与反应的金属材料变成挥发性气体，并可以被抽出。涂层反应气体可以在被暴露的金属材料层102的表面进行反应，例如与金属材料层102表面的材料进行反应或者涂层反应气体自身进行反应，从而可以在金属材料层102的表面形成保护涂层1022。
例如，如图2b所示，随着反应的进行，刻蚀得到的金属线1021的侧壁1021a和1021b逐渐形成，此时，保护涂层1022可以至少形成在金属线1021的部分侧壁上，例如形成在侧壁1021a和1021b的一部分或者全部。例如，保护涂层1022可以保护已形成的侧壁1021a和1021b，防止侧壁1021a和1021b被进一步刻蚀。例如，形成于侧壁1021a和1021b的保护涂层1022可以避免刻蚀气体对金属线1021进行横向刻蚀(即避免刻蚀气体对金属线1021沿平行于金属材料层102的表面所在平面的方向上进行刻蚀)。在纵向上(即垂直于金属材料层102的表面所在平面的方向上)，可以依靠刻蚀气体的冲击力等可以继续进行刻蚀，因此保证了刻蚀的方向性，例如可以保证对金属线1021刻蚀的垂直度，进而可以控制金属线1021的尺寸与形貌，使所形成的金属线1021的尺寸与形貌更接近于目标尺寸与形貌。
例如，在一个实施例中，保护涂层1022可以是透明的。此时，当金属线1021用于形成线栅偏振片的金属线栅时，透明的保护涂层1022不会影响金属线栅对光的偏振效果。
例如，在一个实施例中，如图3所示，在衬底基板上形成金属材料层后，金属线的制备方法还可以包括步骤s1011。
步骤s1011：在金属材料层上形成光刻胶图案。
例如，如图4a所示，在金属材料层102形成后，可以在金属材料层102上形成光刻胶材料层103。然后，如图4b所示，例如以曝光显影的方法或压印的方法将光刻胶材料层103图案化以形成光刻胶图案1031。最后，如图4c所示，以光刻胶图案1031为刻蚀工艺中的掩模，对金属材料层102进行刻蚀，以形成金属线1021以及金属线1021的表面的保护涂层1022。
例如，在一个实施例中，等离子刻蚀方法采用电感耦合等离子体刻蚀。电感耦合等离子体刻蚀采用连接于第一电源的线圈产生感应耦合的第一电场，在第一电场的作用下，刻蚀气体辉光放电产生等离子体。例如，可以通过选择第一电源的功率来调节刻蚀气体的电离率，进而控制所产生的等离子体的密度。例如，电感耦合等离子体刻蚀还可以采用第二电源在待刻蚀材料附近产生第二电场，该第二电场可用于增加等离子体轰击待刻蚀材料的速率。例如，可以通过选择第二电源的功率来调节等离子体轰击待刻蚀材料的速率，进而控制等离子体轰击刻蚀材料的能量。
该实施例中，电感耦合等离子体刻蚀可以将刻蚀气体转变为等离子体的形式，一方面等离子体的化学活性更强，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，可以更快地与被刻蚀材料进行反应，实现刻蚀；另一方面，电感耦合等离子体刻蚀还可以利用电场对等离子体进行引导和加速，使等离子体具备一定能量，当等离子体轰击被刻蚀材料的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，从而还可以达到利用物理上的能量转移来实现刻蚀的目的。
例如，在复合气体中，刻蚀气体与涂层反应气体的体积比的范围可以为(3-10)：1，例如4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1等，该比例例如可以根据涂层反应气体的种类以及涂层反应气体进行反应的类型等实际情况进行选择。在该比例下，刻蚀气体能够顺利进行刻蚀，而不会受到涂层反应气体的影响，同时涂层反应气体能够在刻蚀后，在被暴露的金属材料的侧壁形成一定厚度的保护涂层，例如该保护涂层为金属氮化物和/或碳氢聚合物，以对已刻蚀形成的金属线侧壁进行保护。
例如，在一个实施例中，金属材料层的材料为铝或铝合金，刻蚀气体为含氯刻蚀气体。例如，该含氯刻蚀气体为cl2、bcl3和ccl4中的一种或多种。例如，刻蚀气体采用单独的cl2、单独的bcl3或者cl2和bcl3的组合、cl2和ccl4的组合等。例如，金属铝与含氯刻蚀气体可以进行如下反应：
al+cl*→alcl3↑
其中，cl*表示含氯刻蚀气体，金属铝与含氯刻蚀气体反应可以生成可挥发的氯化铝，进而实现刻蚀。
例如，在金属材料层的材料为金属铝的情况下，涂层反应气体可以选择为氮气(n2)和/或甲烷(ch4)。此时，涂层反应气体例如可以进行如下反应：
ch2*→[ch2]n
n2+al→alxn
其中，[ch2]n中n的大小根据反应程度等因素而不同，例如其范围为10～10000，例如100～1000等。例如，当涂层反应气体选择为氮气时，所形成的金属线的表面，例如侧壁，可形成的保护涂层为铝氮化物；当涂层反应气体选择为甲烷时，所形成的金属线的表面，例如侧壁，可形成的保护涂层为碳氢聚合物；当涂层反应气体选择为氮气和甲烷的复合气体时，所形成的金属线的表面，例如侧壁，可形成包括铝氮化物和碳氢聚合物的复合涂层。上述各种形式的保护涂层均可以对金属线形成有效保护，本实施例对此不作限制。
例如，在一个实施例中，金属材料层的材料为钛或钛合金，刻蚀气体为含氯刻蚀气体。例如，该含氯刻蚀气体为cl2、bcl3和ccl4中的一种或多种。例如，刻蚀气体采用单独的cl2、单独的bcl3或者cl2和bcl3的组合、cl2和ccl4的组合等。例如，金属钛与含氯刻蚀气体可以进行如下反应：
ti+cl*→ticl4↑
其中，cl*表示含氯刻蚀气体，金属钛与含氯刻蚀气体反应可以生成可挥发的氯化钛，进而实现刻蚀。
例如，在金属材料层的材料为金属钛的情况下，涂层反应气体也可以选择为氮气(n2)和/或甲烷(ch4)。此时，涂层反应气体例如可以进行如下反应：
ch2*→[ch2]n
n2+ti→tixn
例如，当涂层反应气体选择为氮气时，所形成的金属线的表面，例如侧壁，可形成的保护涂层为钛氮化物；当涂层反应气体选择为甲烷时，所形成的金属线的表面，例如侧壁，可形成的保护涂层为碳氢聚合物；当涂层反应气体选择为氮气和甲烷的复合气体时，所形成的金属线的表面，例如侧壁，可形成包括钛氮化物和碳氢聚合物的复合涂层；上述各种形式的保护涂层均可以对金属线形成有效保护。
本公开的实施例中，金属材料层的材料当然还可以为其他合适的材料，并根据该金属材料的种类选择相应的刻蚀气体与涂层反应气体，本公开的实施例不再一一例举。
本公开至少一实施例提供一种金属线栅的制备方法，如图5所示，该金属线栅包括彼此并列的多条金属线2021。该制备方法包括：采用上述任一的方法形成金属线栅的多条金属线2021，从而多条金属线2021的至少侧壁还形成有保护涂层2022。
采用本实施例提供的方法形成多条金属线2021时，多条金属线2021的至少侧壁还形成有保护涂层2022，保护涂层2022可以保护多条金属线2021不被不必要的腐蚀。例如在多条金属线2021的形成过程中，保护涂层2022可以防止多条金属线2021被横向刻蚀，从而保证了刻蚀的方向性，例如可以保证对多条金属线2021的刻蚀的垂直度，进而可以控制多条金属线2021的尺寸与形貌，使所形成的多条金属线2021的尺寸与形貌更接近于目标尺寸与形貌。例如，当所要形成的金属线栅的金属线2021的宽度较窄或者相邻的金属线2021的距离较小时，采用本实施例提供的方法形成的金属线栅具有更高的尺寸与形貌精确度，因此具有更高的品质。
例如，可以采用上述方法制备线栅偏振片中的金属线栅。该线栅偏振片可以选择性透过某一方向的偏振光。例如，当自然光照射到该线栅偏振片时，光线中与金属线延伸方向平行的部分分量可以被反射，而与金属线延伸方向垂直的部分分量可以被透过，从而通过该线栅偏振片的光为与金属线延伸方向垂直的偏振光。
本公开至少一实施例提供一种线栅偏振片，如图6a和图6b所示，线栅偏振片30包括金属线栅3021以及至少位于金属线栅3021的部分侧壁的保护涂层3022。例如，线栅偏振片30的金属线栅3021可以采用上述金属线栅的制备方法得到。例如，线栅偏振片30还包括衬底基板301，金属线栅3021形成在衬底基板301上。例如，衬底基板301为玻璃基板。
例如，如图6a和图6b所示，金属线栅3021的线宽a的范围可以为50nm-100nm，例如70nm、80nm或者90nm等；金属线栅3021的线距b的范围可以为50nm-100nm，例如60nm、70nm、80nm或90nm等；金属线栅3021的线高h的范围可以为100nm-300nm；例如150nm、200nm或者250nm等。例如，金属线栅3021的尺寸可以根据实际需求进行选择，本公开的实施例对此不做具体限定。例如，在金属线栅3021的线宽a和线距b均在纳米尺寸级别时，采用上述制备方法形成线栅偏振片30可以具有更高的尺寸与形貌精确度，例如金属线栅具有更好的垂直度、更高的深宽比(线高h与线宽a的比值)，并且金属线栅的形成过程简单，利于批量生产。
例如，在一个实施例中，如图7所示，线栅偏振片30还可以包括平坦层303，平坦层303例如设置于金属线栅3021之上以平坦化金属线栅3021所在层的表面，从而方便于对线栅偏振片30的后续利用。例如，平坦层303可以采用二氧化硅(sio2)等无机材料，使得平坦层303也可以具有较好的光透过率。
例如，在一个实施例中，金属线栅3021表面的保护涂层3022是透明的，从而保护涂层3022不会影响金属线栅3021对光的偏振效果。
例如，金属线栅3021的材料可以为铝或铝合金，此时保护涂层3022的材料为铝氮化物和/或碳氢聚合物；或者，金属线栅3021的材料可以为钛或钛合金，此时保护涂层3022的材料为钛氮化物或碳氢聚合物。
例如，在一个实施例中，线栅偏振片30的金属线栅3021的材料为金属铝，并且金属线栅3021通过采用包括cl2和bcl3的刻蚀气体以及包括氮气(n2)和甲烷(ch4)的涂层反应气体而刻蚀得到，此时保护涂层3022为包括铝氮化物和碳氢聚合物的复合涂层。图8示出了该线栅偏振片30的性能测试结果，图9a和图9b示出了上述线栅偏振片30在制备前后的扫描电镜(sem)图。在扫描电镜图中，标号301指示的部分为衬底基板，标号302指示的部分为金属材料层，标号3031指示的部分为经过压印而形成的光刻胶图案。
在图9a中，光刻胶图案3031的宽度约为70.1nm，相邻的光刻胶图案3031的距离约为75.4nm，在光刻胶图案3031的底部还有厚度约为30.4nm-31.7nm的残余光刻胶材料。以光刻胶图案3031为掩膜并采用本实施例提供的制备方法所形成的如图9b所示的线栅偏振片中，由于金属线栅3021表面具有保护涂层3022，因此金属线栅3021的线距约为90nm，并且保护涂层3022是透明的，因此金属线栅3021和保护涂层3022具有明显的分界线，例如标号3023示出的位置。
在图8示出的性能测试结果图中，横坐标(width/pitch)表示线栅偏振片30的线宽a和线距b的比值，纵坐标pe和tr分别表示线栅偏振片30的偏振度和透过率。例如，在栅偏振片30的线宽a和线距b的比值(width/pitch)约为0.41的情况下，线栅偏振片30的偏振度和透过率分别达到99.9％和42％。可见，本实施例提供的线栅偏振片具有较高的偏振度和透过率。例如，与通过压印的方式所形成的线距为70nm的材料为铝的金属线栅偏振片相比，本实施例提供的线栅偏振片的透过率提高了10％，而偏振度基本保持不变。此外，如图9b所示，由于保护涂层3022的保护作用，金属线栅3021具有较好的垂直度，并且金属线栅3021尺寸与形貌更接近于目标尺寸与形貌。
本公开至少一实施例还提供一种电子装置，该电子装置包括根据本公开至少一实施例的线栅偏振片。该电子装置的一个示例为显示装置，例如液晶显示装置，如图10所示，液晶显示装置10包括阵列基板11、对置基板12以及背光模组13，阵列基板11与对置基板12彼此对置以形成液晶盒，在液晶盒中填充有液晶材料14。该对置基板12例如为彩膜基板。阵列基板11包括像素电极，用于施加电场以对液晶材料14的旋转的程度进行控制从而进行显示操作。图中，在阵列基板11的靠近背光模组13的一侧(图中下侧)形成第一线栅偏振片15；在对置基板12背离背光模组13的一侧(图中上侧)形成第二线栅偏振片16。第一线栅偏振片15和第二线栅偏振片16的偏振方向彼此垂直。
该电子装置的另一个示例为液晶光栅，该液晶光栅可以实现光栅或透镜的效果，例如用于与通常的2d显示面板配合以实现3d显示效果。该液晶光栅包括阵列基板与对置基板，阵列基板与对置基板彼此对置以形成液晶盒，在液晶盒中填充有液晶材料。阵列基板与对置基板上分别形成有液晶控制电极，以用于实现光栅或透镜效果。
例如，电子装置10还可以为手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件，本公开的实施例对此不做限定。
该电子装置所具有的线栅偏振片具有较高的偏振度和透过率，因此该电子装置在显示时具有较高的显示亮度，进而具有较高的显示质量。
还有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。