AT13879U1 - Berührungssensoranordnung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Berührungssensoranordnung mit einem optisch transparenten, elektrisch isolierenden Substrat, mindestens einem auf dem Substrat angeordneten, optisch transparenten, elektrisch leitfähigen Sensorelement und zumindest einer Kontaktierungsstruktur zum elektrischen Kontaktieren des optisch transparenten Sensorelements. Die Kontaktierungsstruktur weist zumindest eine Schicht aus einem Metalloxynitrid mit der Zusammensetzung Moa Xb Oe Nd mit b ~0 auf, wobei X ein Element oder eine Kombination mehrerer Elemente aus der Gruppe der Elemente Niob, Tantal, Vanadium, Wolfram, Chrom, Rhenium, Hafnium, Titan und Zirkonium ist.

Description

österreichisches Patentamt AT 13 879 Ul 2014-10-15

Beschreibung

BERÜHRUNGSSENSORANORDNUNG

[0001] Berührungssensoren finden in einer Vielzahl von elektronischen Geräten wie beispielsweise in Navigationssystemen, Kopiergeräten, in PC Systemen oder in jüngster Zeit häufig in mobilen Geräten wie Mobiltelefonen, Smartphones, Tablet PCs, PDAs (Personal Digital As-sistants), tragbaren Musikplayern, etc. Verwendung. Häufig ist der Berührungssensor dabei über einer Anzeigeeinheit wie beispielsweise einen Flüssigkristall (LCD)- oder OLED (organische lichtemittierende Diode) Bildschirm angeordnet oder in eine derartige Anzeigeeinheit integriert und bildet einen sogenannten Touchpanel, auch Touchscreen genannt. Derartige Touchpanele ermöglichen dem Benutzer eine intuitive Bedienung des elektronischen Gerätes, wobei der Benutzer durch Berühren einer Oberfläche des Berührungssensors mit dem Finger, einem Stift oder einem anderen Gegenstand mit dem elektronischen Gerät kommuniziert.

[0002] Zur Detektion eines Berührungspunkts sind verschiedene physikalische Verfahren bekannt, die beispielsweise auf optischer, akustischer, resistiver oder kapazitiver Erfassung beruhen. Ein überwiegender Teil der auf dem Markt erhältlichen Touchpanele basiert auf einer resistiven (Widerstands) oder Kapazitätserfassung. Der Grundaufbau einer kapazitiven Berührungssensoranordnung besteht aus mindestens zwei auf einem elektrisch isolierenden Substrat aufgebrachten und selektiv ansteuerbaren elektrisch leitfähigen Schichten, die als Elektroden des Berührungssensors fungieren.

[0003] Wird ein dielektrisches oder elektrisch leitendes Material in die unmittelbare Nähe des Sensors gebracht, so bewirkt dies eine Kapazitätsänderung zwischen den beiden elektrisch leitfähigen Schichten, die mit einer entsprechenden Auswerteeinheit erfasst und ausgewertet werden kann. Die beiden elektrisch leitfähigen Schichten können auf gegenüberliegenden Oberflächen des Substrats aufgebracht sein oder, wie beispielsweise in JP2013/20347 beschrieben, auf einer Seite eines Substrats. Bei einer Anordnung auf einer Seite des Substrats sind die Elektroden typischerweise in einem 2 dimensionalen Raster angeordnet, bei dem die einzelnen Elektroden in einer gitterförmigen Anordnung gekreuzt übereinander zu liegen kommen und an den Überlappungsstellen durch eine elektrisch isolierende Schicht voneinander getrennt sind.

[0004] Für eine Anwendung des Berührungssensors in einem Touch-screen muss der Berührungssensor im optischen Bereich transparent ausgebildet sein, um dem Benutzer einen möglichst ungehinderten Blick auf die Anzeigeeinheit zu ermöglichen. Dazu ist es bekannt, die Elektroden aus einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO, transparent conducting oxide) wie beispielsweise Indium-Zinnoxid (ITO), Indium-Zinkoxid (IZO) oder Aluminium-Zinkoxid (AZO), einem elektrisch leitfähigen Polymer-film oder einem ähnlichen Material zu fertigen. Aufgrund der geringen Leitfähigkeit dieser Materialien und Schwierigkeiten im Fertigungsprozess ist es in praktischen Anwendungen notwendig, die Elektroden an den Positionen, an denen sie sich kreuzen, mittels einer metallischen Kontaktierungsstruktur, auch metal bridge genannt, zu überbrücken. In der einfachsten Variante sind diese überbrückenden Kontaktierungsstrukturen einlagig aus AI, Mo, Cu, Ag oder Au oder einer Legierung auf Basis einer dieser gut leitfähigen Metalle aufgebaut. Daneben sind mehrlagige Ausführungen bekannt. Insbesondere zur Verbesserung der Haftung der Kontaktierungsstruktur auf den transparenten Elektroden kann zwischen der Schicht aus einem Metall mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit wie AI, Cu oder Ag und der zu kontaktierenden transparenten Elektrode eine metallische Zwischenschicht aus Mox Tay(vgl. US2011/0199341 A1) oder Mox Nby vorgesehen sein.

[0005] Metallische Kontaktierungsstrukturen erhöhen zwar die elektrische Leitfähigkeit auf ein für die Funktion des Touchscreens ausreichendes Maß, haben aber den Nachteil, dass sie aufgrund ihrer Reflexionseigenschaften im optisch sichtbaren Bereich das Erscheinungsbild des Touchscreens beeinträchtigen. Im ausgeschalteten Zustand des Touchscreens, wenn die Anzeigeeinheit dunkel ist, können sie im Umgebungslicht für den Benutzer sichtbar werden, da die 1 /10 österreichisches Patentamt AT 13 879 Ul 2014-10-15 metallischen Strukturen das Umgebungslicht stark reflektieren. Zur Unterdrückung dieser unerwünschten Reflexionen ist bekannt, in die Kontaktierungsstruktur eine lichtabsorbierende Schicht aus einem Metalloxid wie beispielsweise MoOx, MoxTayOz oder MoxNbyOz zu integrieren.

[0006] JP2013/20347 offenbart beispielsweise eine mehrlagige Kontaktierungsstruktur aus einer metallischen Schicht wie Mo und einer lichtabsorbierenden Schicht aus einem Metalloxid wie MoOx, wobei die lichtabsorbierende Oxidschicht die metallische Schicht überdeckt und so ein Teil der unerwünschten Reflexionen unterdrückt wird.

[0007] Sowohl die dünnen elektrisch leitfähigen Schichten als auch die Kontaktierungsstruktur werden üblicherweise mittels eines Gasphasenabscheideverfahrens unter Verwendung eines geeigneten Sputtertargets hergestellt, wobei die anschließende Strukturierung der einzelnen Schichten mittels Fotolithographie in Verbindung mit einem nasschemischen Ätzprozess erfolgt. Zur Fertigung der mehrlagigen Kontaktierungsstruktur ist es vorteilhaft, wenn die Materialien der einzelnen Schichten der Kontaktierungsstruktur eine vergleichbare Ätzrate aufweisen, da in diesem Fall der Ätzprozess in einem Schritt erfolgen kann und das Ätzmedium für die Strukturierung der einzelnen Schichten nicht angepasst werden muss und somit Fertigungskosten reduziert werden können. Die Ätzeigenschaften sind insbesondere beim vorher genannten Beispiel von Mo/MoOx unbefriedigend, da sich die Ätzrate der Oxidschicht MoOx signifikant von der Ätzrate der metallischen Schicht unterscheidet (in einer im Fertigungsprozess üblicherweise verwendeten Ätzlösung auf Basis von Phosphorsäure, Essigsäure und Salpetersäure).

[0008] Neben den optischen Anforderungen und einem vorteilhaften Ätzverhalten müssen die Kontaktierungsstrukturen weiteren Anforderungen genügen. Insbesondere mobile Geräte sind im Betrieb einer hohen Beanspruchung durch Umwelteinflüsse (Korrosion, Feuchtigkeit, Schweiß, etc.) ausgesetzt und es kann zu Schädigungen der Kontaktierungsstruktur durch Korrosion oder anderen Reaktionen kommen, die die elektrischen Eigenschaften verändern und die Funktionsweise des Berührungssensors beeinträchtigen können.

[0009] Zusammengefasst haben die Kontaktierungsstrukturen in einem Berührungssensor also vielfältige elektrische, chemische und optische Anforderungen zu erfüllen. Für eine ausreichende Messgenauigkeit und Messgeschwindigkeit des Sensors muss die Kontaktierungsstruktur eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen und einen möglichst geringen Übergangswiderstand mit den zu kontaktierenden transparenten, elektrisch leitfähigen Elektroden ausbilden. Die Kontaktierungsstruktur soll zudem vom Benutzer nach Möglichkeit optisch nicht wahrgenommen werden können, und zwar weder in Betrieb mit einer dahinter angeordneten Anzeigeeinheit noch wenn die Anzeigeeinheit außer Betrieb ist. Weiters sollen die verwendeten Materialien eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen haben, während gleichzeitig das Material der Kontaktierungsstruktur bei der Herstellung in einem Ätzverfahren gut bearbeitbar sein soll, d.h. gut ätzbar bzw. ein gutes Ätzverhalten aufweist. Zusätzlich sollen für eine kostengünstigere Herstellung bei mehrlagigen Kontaktierungsstrukturen die Ätzeigenschaften der in den einzelnen Schichten verwendeten Materialien vergleichbar sein.

[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Berührungssensoranordnung mit einer Kontaktierungsstruktur zur Verfügung zu stellen, bei dem die Kontaktierungsstruktur möglichst vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich oben genannter Anforderungen besitzt.

[0011] Diese Aufgabe wird durch eine Berührungssensoranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Teil der Erfindung ist auch eine Berührungssensor-Anzeigeeinheit und ein Herstellungsverfahren für die Kontaktierungsstruktur der erfindungsgemäßen Berührungssensoranordnung.

[0012] Die erfindungsgemäße Berührungssensoranordnung weist ein optisch transparentes, elektrisch isolierendes Substrat auf, auf dem mindestens ein optisch transparentes, elektrisch leitfähiges Sensorelement angeordnet ist. Typischerweise ist eine Mehrzahl von Sensorelementen vorhanden, wobei diese selektiv elektrisch ansteuerbar sind und eine genauere Lokalisie- 2/10 österreichisches Patentamt AT 13 879 Ul 2014-10-15 rung einer Berührung ermöglichen. Die Berührungssensoranordnung weist weiters zumindest eine Kontaktierungsstruktur zum elektrischen Kontaktieren des bzw. der optisch transparenten, elektrisch leitfähigen Sensorelemente auf, wobei die Kontaktierungsstruktur erfindungsgemäß zumindest eine Schicht aus einem Metalloxynitrid aufweist. Das oxynitridbildende Metall ist dabei Molybdän oder eine Mischung, die neben Molybdän ein Element oder eine Kombination mehrerer Elemente aus der Gruppe der Elemente Niob, Tantal, Vanadium, Wolfram, Chrom, Rhenium, Hafnium, Titan und Zirkonium aufweist. Das Metalloxynitrid hat daher eine Zusammensetzung der Art Moa Xb Oc Nd, wobei X ein Element aus der Gruppe Nb, Ta, V, W, Cr, Re, Hf, Ti und Zr oder eine Kombination mehrerer Elemente aus dieser Gruppe Nb, Ta, V, W, Cr, Re, Hf, Ti und Zr ist. De Formel Moa Xb Oc Nd ist nicht als chemische Formel im strengen Sinn zu verstehen, sondern gibt lediglich die relative atomare Zusammensetzung des Metalloxy-nitrids wieder. Die Indizes a, b, c und d sind daher Angaben in Atomprozent und ergeben in Summe 1. X muss nicht vorhanden sein, daher kann der relative Anteil b 0 sein. Bevorzugt ist X Niob oder Tantal. Alternativ bevorzugt ist b=0. Es ist zu beachten, dass es sich beim Metalloxynitrid nicht um eine höchst reine Zusammensetzung handeln muss, sondern auch Verunreinigungen mit anderen Elementen vorhanden sein können. Der Reflexionsgrad der Schicht aus dem Metalloxynitrid ist dabei kleiner als 20%, insbesondere kleiner als 10%.

[0013] Unter „Berührung“ wird nicht nur eine unmittelbare Berührung mit direktem physischen Kontakt verstanden, sondern auch eine Annäherung eines Gegenstands in die Nähe eines Sensorelements. Unter einer Berührungssensoranordnung ist also eine Anordnung zu verstehen, die nicht nur erfasst, wenn ein Berührungssensorelement mit einem Finger, Taststift oder einem anderen Gegenstand berührt wird, sondern auch, wenn dieser in die Nähe eines Berührungssensorelements gebracht wird. Die Berührungssensorelemente können insbesondere zur kapazitiven oder resistiven Erfassung einer Berührung ausgebildet sein.

[0014] Unter "optisch transparent" wird verstanden, dass die jeweiligen Schichten bzw. Strukturen für das gesamte sichtbare elektromagnetische Spektrum oder eines Teilspektrums davon weitestgehend durchlässig sind.

[0015] Unter „Reflexionsgrad“, auch Reflektivität genannt, wird das Verhältnis zwischen reflektiertem und einfallendem Lichtstrom verstanden. Beim reflektierten Lichtstrom wird auch diffus reflektiertes bzw. zurückgestreutes Licht mitberücksichtigt. Es handelt sich um eine fotometrische Größe, bei der das Reflexionsvermögen der Schicht unter Berücksichtigung der wellenlängenabhängigen Empfindlichkeit des menschlichen Auges (bei Tageslicht, photopisches Sehen) charakterisiert wird. Für die Messung des Reflexionsgrades der erfindungsgemäß hergestellten Schichten wurde in erster Näherung der Reflexionsgrad R in % bei 550nm verwendet. Bei dieser Wellenlänge ist die Empfindlichkeit des menschlichen Auges (Helleempfindlichkeit, V-Lambda-Kurve) am höchsten.

[0016] Die optisch transparenten, elektrisch leitfähigen Sensorelemente können ein transparentes leitfähiges Oxid (TCO, transparent conducting oxide) wie Indium- Zinn-Oxid (ITO), Indium-Zinkoxid (IZO) oder Aluminium-Zinkoxid (AZO), ein transparentes leitfähiges Polymer wie PE-DOT:PSS (poly(3,4- ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate)), Kohlenstoff-Nanoröhr-chen (carbon nano tubes) oder Graphen aufweisen.

[0017] Die Verwendung von Metalloxynitriden in einer Schicht bzw. Zwischenschicht der Kontaktierungsstruktur ist sowohl von der Anwendungsseite (vorteilhaftes optisches Reflexionsverhalten, ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit) als auch aus dem Blickwinkel der Fertigung der Berührungssensoranordnung vorteilhaft. Üblicherweise werden die Schichten der Berührungssensoranordnung hergestellt, indem die Schichten mittels bekannter Dünnschicht-Beschichtungstechnologien wie PVD (physical vapour deposition, physikalische Dampfphasenabscheidung) oder CVD (Chemical vapour deposition, chemische Dampfphasenabscheidung) zunächst großflächig auf das Substrat aufgebracht, anschließend mittels fotolithographischer Prozesse strukturiert und in einem anschließenden Ätzprozess weiterbearbeitet werden. Die Schichten aus dem Metalloxynitrid können dabei unter Verwendung eines metallischen Targets aus Molybdän bzw. einer Molybdänlegierung unter Zufuhr von Sauerstoff und Stickstoff als 3/10 österreichisches Patentamt AT 13 879 Ul 2014-10-15

Reaktivgase abgeschieden werden (sogenanntes reaktives Sputtern). Die zusätzliche Verwendung von Stickstoff bewirkt nun eine Verbesserung der Stabilität und Reproduzierbarkeit des Beschichtungsprozesses im Vergleich zum Herstellungsprozess einer Metalloxidschicht (wie beispielsweise in JP2013/20347 vorgeschlagen), der nur unter Zufuhr von Sauerstoff erfolgt und äußerst sensitiv auf Störungen der Prozessparameter reagiert. Als weitere vorteilhafte Eigenschaft im Fertigungsprozess sind die Ätzeigenschaften der Schicht aus dem Metalloxy-nitrid zu nennen. Die Schicht aus dem Metalloxynitrid zeigt gute Ätzeigenschaften in einem industriell eingesetzten Gemisch aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure und ist so im industriell gängigen nasschemischen Ätzverfahren gut strukturierbar.

[0018] Es wurde festgestellt, dass eine Metalloxynitridschicht, bei der das Verhältnis (in Atomprozent) von Sauerstoff zu Stickstoff zwischen 3:1 und 9:1 beträgt, d.h. es sind in der Schicht mindestens 3 mal bis höchstens 9 mal so viele Sauerstoffatome wie Stickstoffatome enthalten, in Summe hinsichtlich Reflexionseigenschaften, elektrischer Leitfähigkeit und Ätzeigenschaften in einem Gemisch aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure besonders vorteilhafte Eigenschaften zeigt. Für diese Schicht aus Moa Xb Oc Nd gilt also 3<c/d<9. Durch Variation des Sauerstoff bzw. Stickstoffanteils können einzelne Materialeigenschaften optimiert werden. Während reine Molybdännitride hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften deutlich metallischen Charakter zeigen (die elektrische Leitfähigkeit ist zwar geringer als bei Metallen, der elektrische Widerstand bewegt sich aber im Rahmen metallischer Leiter, Molybdännitride reflektieren stark im optischen Bereich), so weichen die elektrischen Eigenschaften reiner Molybdänoxide mit geeignetem, unterstöchiometrischem Sauerstoffanteil, wie sie beispielsweise für die vorliegende Anwendung in JP2013/20347 vorgeschlagen werden, davon signifikant ab. Diese sind dunkel und haben niedrige Reflektivität im optischen Bereich, die elektrische Leitfähigkeit ist geringer und durch lonenleitung geprägt. Es wurde herausgefunden, dass durch den teilweisen Austausch von Sauerstoffatomen mit Stickstoffatomen die vorteilhaften Eigenschaften von Molybdänoxiden hinsichtlich optischem Reflexionsverhaltens bei behalten bzw. verbessert und die für die Anwendung im Berührungssensor geforderten elektrischen Widerstandswerte (elektrischer Widerstand Rs < 3000 Ω/Fläche) erreicht werden können. Gleichzeitig erhält man mit dem variierbaren Anteil von Stickstoff zu Sauerstoff einen Freiheitsgrad, mit dem die Ätzgeschwindigkeit des Molybdänoxynitrids in einem gewissen Bereich variiert und an die des Molybdäns bzw. der Molybdänlegierung angepasst werden kann.

[0019] In einer bevorzugten Ausführungsform gilt für die Metalloxynitridschicht Moa Xb Oc Nd 0<b<0,25 a; 0,5<c<0,75; 0,01 <d<0,2 und a+b+c+d=1 und c+d<0,8.

[0020] Besonders bevorzugt gilt für die Metalloxynitridschicht 0<b<0,2 a; 0,55<0,7; 0,01<d<0,15 und a+b+c+d=1 und c+d<0,8, bei der die oben beschriebenen Vorteile in besonders hohem Maße erzielt werden können.

[0021] Die Kontaktierungsstruktur kann neben der Schicht aus dem Metalloxynitrid noch eine oder mehrere weitere Schichten aus einem oder mehreren anderen Materialien aufweisen, in einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Kontaktierungsstruktur mehrlagig, insbesondere zweilagig oder dreilagig, aufgebaut. Die Kontaktierungsstruktur kann neben der Schicht aus dem Metalloxynitrid eine metallische Schicht aus AI, Mo, Cu, Ag oder Au oder einer Legierung auf Basis einer dieser Metalle (mit Basis ist gemeint, dass der Bestandteil der Hauptkomponente der Legierung mehr als 90 Atomprozent beträgt) aufweisen, wodurch eine höhere elektrische Leitfähigkeit der Kontaktierungsstruktur erzielt wird. Die Schicht aus dem Metalloxynitrid ist dabei der metallischen Schicht (in Blickrichtung des Anwenders der Berührungssensoranordnung) vorgelagert, um ein vorteilhaftes Reflexionsverhalten der Berührungssensoranordnung zu erzielen. Die Reflexionseigenschaften der Kontaktierungsstruktur können zusätzlich unter Ausnützung von Interferenzeffekten durch Variation der Schichtdicke der Metalloxynitridschicht optimiert werden.

[0022] Die Berührungssensoranordnung kann in erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen zur resistiven (d.h. Widerstands) oder kapazitiven Erfassung eines Berührungspunktes ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Berührungssensoranordnung als projektiver kapazitiver Berüh- 4/10 österreichisches Patentamt AT13 879U1 2014-10-15 rungssensor wie beispielhaft in JP2013/20347 beschrieben ausgeführt. Die Berührungssensoranordnung weist dabei eine Mehrzahl von Sensorelementen auf, die in zwei Gruppen unterteilt in einem Raster angeordnet sind und als Elektroden des Berührungssensors fungieren. Unter Raster angeordnet wird verstanden, dass die Berührungssensorelemente in einem vorgegebenen Muster, beispielsweise schachbrettartig, an unterschiedlichen Positionen der Oberfläche des Substrats angeordnet sind. Das Raster ist aber nicht auf eine rechtwinkelige Anordnung beschränkt. Es ist daher eine Mehrzahl von ersten Sensorelektroden an unterschiedlichen Positionen in eine erste Richtung und eine Mehrzahl von zweiten Sensorelektroden an unterschiedlichen Positionen in eine zweite Richtung angeordnet, wobei die Sensorelektroden an Kreuzungsstellen durch eine elektrisch isolierende Schicht jeweils voneinander getrennt sind. Durch die elektrisch isolierende Schicht wird eine Gruppe von Sensorelektroden an den Kreuzungsstellen unterbrochen. Die das Metalloxynitrid aufweisende Kontaktierungsstruktur überbrückt bzw. kontaktiert diese ursprünglich elektrisch getrennten Elektroden.

[0023] Neben der überbrückenden Kontaktierung der transparenten Elektroden in deren Kreuzungspunkten kann die erfindungsgemäße Kontaktierungsstruktur mit der Metalloxynitridschicht eine elektrische Verbindung der transparenten Elektroden mit einer Ansteuer- und Auswerteeinheit zur weiteren Verarbeitung der elektrischen Signale bereitstellen. In Kombination mit einer metallischen Schicht kann auf diesem Weg im sichtbaren Bereich der Berührungssensoranordnung eine Kontaktierung mit hoher elektrischer Leitfähigkeit erzielt werden, die gleichzeitig die hohen Anforderungen hinsichtlich der optischen Reflektivität erfüllt.

[0024] Erfindungsgemäß kann die Berührungssensoranordnung einen Teil einer Berührungssensor-Anzeigeeinheit, eines sogenannten Touchpanels, bilden. Die Berührungssensoranordnung kann dabei als eine getrennte Einheit ausgeführt sein und auf einer Anzeigeeinheit wie einem Flüssigkristall (LCD)- oder OLED (organische lichtemittierende Diode) Bildschirm angebracht sein, eine sogenannte „out-cell“-Berührungssensoranordnung bilden, vgl. JP2013/20347 Abb. 3a. Zur Bildung von Touchpanels mit geringerer Dicke kann die Berührungssensoranordnung stärker in die Anzeigeeinheit integriert sein. So können beispielsweise einzelne Komponenten der Berührungssensoranordnung wie beispielsweise das transparente Substrat gleichzeitig Komponenten des LCD-Bildschirms bilden („on-cell“ Berührungssensoranordnung, die Berührungssensoranordnung teilt also mit dem dahinter befindlichen Bildschirm das Substrat und weist gegenüber dem Bildschirm kein separates Substrat auf, vgl. JP2013/20347 Abb. 3b) oder noch stärker in die Anzeigeeinheit integriert sein, „in-cell“ Berührungssensoranordnung, vgl. US8243027. Es ist zu beachten, dass bei einer mehrlagigen Ausführung der erfindungsgemäßen Kontaktierungsstruktur aus einer Metallschicht und einer Metalloxynitridschicht in der Abfolge der Schichten die Schicht mit dem Metalloxynitrid von der Anzeigeeinheit der metallischen Schicht weiter beabstandet ist als die metallische Schicht. In Blickrichtung des Anwenders des Touchpanels ist also die Metalloxynitridschicht der Metallschicht vorgelagert und verdeckt die metallische Schicht.

[0025] Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Abb. 1a, Abb. 1b, Abb. 2a und Abb. 2b näher beschrieben. Die Abb. 1a und Abb. 2a sind ident und zeigen schematisch eine Aufsicht auf den Aufbau einer erfindungsgemäßen Berührungssensoranordnung, wobei in Abb. 1b und Abb. 2b jeweils der schichtförmige Aufbau verschiedener Kontaktierungsstrukturen im Querschnitt vergrößert dargestellt ist. Es ist dabei in Abb. 1a und Abb. 2a ein Ausschnitt der Berührungssensoranordnung abgebildet, dies ist durch die strichlierten Linien angedeutet. Die Berührungssensoranordnung 10 ist Teil eines Touchpanels und weist ein optisch transparentes Substrat 1 aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Glas oder durchsichtigem Kunststoff, auf. Im Rahmen einer Ausgestaltung als „on-cell“ Berührungssensoranordnung bildet das Substrat der Berührungssensoranordnung gleichzeitig das Farbfiltersubstrat eines LCD Bildschirms, das Substrat kann aber auch als separates Substrat ausgeführt sein. Das Ausführungsbeispiel basiert auf kapazitiver Erfassung einer Berührung und entspricht in Funktion und Struktur dem projektiven kapazitiven Touchpanel in JP2013/20347. Die für eine kapazitive Erfassung erforderlichen Elektroden werden durch eine Mehrzahl von schichtförmigen Berührungssensorelementen 2x und 2y gebildet, die in 5/10 österreichisches Patentamt AT13 879U1 2014-10-15 einem schachbrettartigen Muster in einem Raster aus Zeilen und Spalten auf derselben Seite des Substrats angeordnet und aus einem optisch transparenten, elektrisch leitfähigen Material wie beispielsweise Indium-Zinn- Oxid (ITO) aufgebaut sind. Zur Verdeutlichung sind in der Abbildung die beiden Elektroden unterschiedlich schraffiert dargestellt. Die Elektroden sind an den Kreuzungsstellen durch eine elektrisch isolierende Schicht 3 elektrisch voneinander getrennt. Dabei ist eine Gruppe der Berührungssensorelemente, beispielsweise 2y, in vertikalen Richtung an den jeweiligen Ecken miteinander elektrisch leitend verbunden, während die andere Gruppe der Berührungssensorelemente 2x vorerst elektrisch unterbrochen ist. Es folgt die elektrisch isolierende Schicht 3. Die Gruppe der Berührungssensorelemente 2x werden in horizontaler Richtung durch eine überbrückende Kontaktierungsstruktur 4 elektrisch kontaktiert. Diese ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel dreilagig aufgebaut und weist eine Schicht aus einem Molybdänoxynitrid 5 und eine metallische Schicht 6 aus einem hoch leitfähigen Metall wie AI, Mo, Cu, Ag oder Au oder einer Legierung auf Basis einer dieser Metalle auf. Zusätzlich ist als Deckschicht noch eine weitere metallische Schicht 7 aus Mo, W, Ti, Nb oder Ta oder einer Legierung auf Basis einer dieser Metalle vorgesehen, vorzugsweise wird dabei dasselbe Metall bzw. dieselbe Legierung verwendet, welche/s in der Oxynitridschicht Verwendung findet.

[0026] Diese Schicht 7 dient als Diffusionsbarriere und/oder Schutzschicht (gegenüber mechanischer Beschädigung, Korrosion, Feuchtigkeit, Schweiß, etc.) für die darunterliegende Schicht 6 aus dem hoch leitfähigen Metall. Die Schicht aus dem Molybdänoxynitrid ist in Blickrichtung 20 des Anwenders des Touchpanels der beiden Metallschichten vorgelagert und verdeckt diese.

[0027] Die jeweiligen Zeilen der Berührungssensorelemente 2x sind ebenso wie die jeweiligen Spalten der Berührungssensorelemente 2y mit einer Ansteuer- und Auswerteelektronik (in der Abbildung nicht dargestellt) elektrisch verbunden.

[0028] Die Ansteuer- und Auswerteelektronik erfasst Kapazitätsänderungen, die durch eine Berührung hervorgerufen werden, und wertet diese hinsichtlich der Position der Berührung aus. Die elektrische Verbindung erfolgt zumindest im für den Benutzer sichtbaren Bereich des Touchpanels durch eine Kontaktierungsstruktur 4‘, die analog zur überbrückenden Kontaktierungsstruktur 4 dreilagig aufgebaut ist und eine Schicht 5 aus einem Molybdänoxynitrid, eine metallische Schicht 6 aus AI, Mo, Cu, Ag oder Au oder einer Legierung auf Basis einer dieser Metalle und eine metallische Schicht 7 aus Mo, W, Ti, Nb oder Ta oder einer Legierung auf Basis einer dieser Metalle aufweist.

[0029] Die Schichten der Berührungssensorelemente und der Kontaktierungsstruktur 4 bzw. 4‘ werden mittels Kathodenzerstäubung (sputter deposition) unter Verwendung entsprechender Targets großflächig abgeschieden, die Bildung der Metalloxynitridschicht erfolgt dabei unter Zufuhr von Sauerstoff und Stickstoff. Die aufgetragenen Schichten werden durch Fotolithographie und anschließendem nasschemischem Ätzverfahren mit einer Ätzlösung aus Phosphorsäure, Salpetersäure und Essigsäure (PAN-Ätzlösung) strukturiert.

[0030] Im Rahmen der Versuchsserien wurden verschiedene Schichten von Molybdänoxynitri-den mit unterschiedlicher Zusammensetzung gefertigt, deren Eigenschaften in Tab. 1 mit denen entsprechender Metall-, Metalloxid- und Metallnitrid-Schichten gegenübergestellt sind. Als Sputtertargets wurden jeweils Targets aus reinem Molybdän, Targets aus einer Legierung von Molybdän mit 6 Atomprozent (at.%) Tantal bzw. Targets aus einer Legierung von Molybdän mit 10 at.% Niob verwendet. Die Molybdänoxynitrid-Schichten wurden reaktiv von den metallischen Targets unter Verwendung eines Ar/02/N2 Gemisches gesputtert. Der relative Anteil der Reaktivgase im Prozess lag dabei bei ca. 33 vol.% 02 für die Oxide und bei ca. 23 vol.% 02 und 15 vol.%N2 für die Oxynitride. Der Prozessgasdruck betrug ca. 5 10-3 mbar.

[0031] Zur Bestimmung der Reflektivität wurden Glassubstrate (Corning Eagle XG, 50x50x0,7 mm3) mit den Molybdänoxynitriden bzw. den Referenzmaterialien und einer Deckschicht aus 250nm AI beschichtet. Dabei wurde die dritte Metallschicht weggelassen da diese auf die Messergebnisse keinen Einfluss hat. Die Reflektivität wurde durch das Glassubstrat hindurch (Blickrichtung des Betrachters 20) unter Verwendung eines Perkin Eimer Lambda 950 Photospekt- 6/10 österreichisches Patentamt AT13 879U1 2014-10-15 rometers gemessen. Um eine möglichst geringe Reflektivität zu erhalten, wurde die Schichtdicke der Molybdänoxynitride in einem Bereich von 35 bis 75 nm variiert, wobei die besten Ergebnisse im Bereich 40 bis 60nm erreicht werden konnten.

[0032] Der elektrische Widerstand der Molybdänoxynitride und der Referenzmaterialien wurde anhand von Proben, bei denen die Glassubstrate mit einer 55nm dicken Schicht beschichtet wurden, gemessen. Die Messung erfolgte unter Verwendung der 4 Punkt Methode (kommerziell erhältlicher 4 Punkt Messkopf).

[0033] Zur Bestimmung der Nassätzrate wurden Schichten mit einer Dicke von jeweils 300nm verwendet. Die Nassätzrate wurde in einer gerührten PAN Lösung mit 66% Phosphorsäure, 10% Essigsäure, 5% Salpetersäure und Wasser (Rest) bei 40^ bestimmt. Dabei wurden die Proben jeweils für 5 Sekunden in die Ätzlösung getaucht und anschließend gespült und getrocknet. Die trockenen Proben wurden anschließend auf einer Präzisionswaage gewogen. Diese Schritte wurden solange wiederholt bis die gesamte Schicht aufgelöst war. Aus der Massenabnahme über der Ätzzeit wurde die Ätzrate berechnet.

[0035] * markiert erfindungsgemäße Ausführungsformen [0034] Tab 1.

Zusammensetzung (at.%) Mo Ta Nb O N Reflektivität R (%) Elektrischer Widerstand Rs (Ω/Fläche) Nassätz rate (nm/min) Mo 1 >40 1,8 1550±36 Mo-Oxid 26,7 73,3 4,3 1000 4000±500 Mo-Nitrid 67 33 >40 28 402±15 Mo-Oxynitrid* 24 65,3 10,7 4,2 2000 1262±100 MoTa 94 6 >40 2 1499±84 MoTa-Oxid 29 3 68 5,4 700 3350±200 MoTa-Nitrid 63 4 33 >40 30 92±6 MoTa- Oxynitrid* 27 3 57,4 12,6 4,8 1700 359±10 MoNb 90 10 >40 2,3 817±40 MoNb-Oxid 36,7 4,6 58,7 6 750 734±10 MoNb-Nitrid 60,3 6,7 33 >40 - <100 MoNb- Oxynitrid* 23,5 2,6 62,2 11,7 4,3 3000 253±10 [0036] Die Proben mit dem Molybdänoxynitriden zeigen ein gegenüber den Molybdänoxiden verbessertes Reflexionsverhalten. Zusätzlich konnte im Fall von Mo-Oxynitrid bzw. MoTa-Oxynitrid der Unterschied zwischen der Nassätzrate des Metalls bzw. der Legierung und der Nassätzrate des entsprechenden Oxynitrids reduziert werden. 7/10

Claims (12)

1. österreichisches Patentamt AT13 879U1 2014-10-15 Ansprüche 1. Berührungssensoranordnung (10) aufweisend ein optisch transparentes, elektrisch isolierendes Substrat (1), mindestens ein auf dem Substrat angeordnetes, optisch transparentes, elektrisch leitfähiges Sensorelement (2x, 2y), und zumindest eine Kontaktierungsstruktur (4,4‘) zum elektrischen Kontaktieren des optisch transparenten Sensorelements (2x,2y), dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsstruktur zumindest eine Schicht aus einem Metalloxynitrid mit der Zusammensetzung Moa Xb Oc Nd mit b > 0 aufweist, wobei X ein Element aus der Gruppe Niob, Tantal, Vanadium, Wolfram, Chrom, Rhenium, Hafnium, Titan und Zirkonium oder eine Kombination mehrerer Elemente aus dieser Gruppe Niob, Tantal, Vanadium, Wolfram, Chrom, Rhenium, Hafnium, Titan und Zirkonium ist.
2. 2. Berührungssensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus dem Metalloxynitrid einen Reflexionsgrad < 20% aufweist.
3. 3. Berührungssensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxynitrid-Schicht Moa Xb Oc Nd mindestens 3 Mal bis höchstens 9 Mal so viele Sauerstoffatome wie Stickstoffatome aufweist.
4. 4. Berührungssensoranordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Metalloxynitridschicht Moa Xb Oc Nd gilt: 0<b<0,25 a; 0,5<c<0,75; 0,01<d<0,2 und a+b+c+d=1 und c+d<0,8
5. 5. Berührungssensoranordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsstruktur mehrlagig ausgebildet ist und zusätzlich eine metallische Schicht aus AI, Mo, Cu, Ag oder Au oder einer Legierung auf Basis einer dieser Metalle aufweist.
6. 6. Berührungssensoranordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die als Sensorelektroden ausgebildeten Sensorelemente in einem Raster angeordnet sind, wobei eine Mehrzahl von ersten Sensorelektroden an unterschiedlichen Positionen in eine erste Richtung, eine Mehrzahl von zweiten Sensorelektroden an unterschiedlichen Positionen in eine zweite Richtung angeordnet sind, die Sensorelektroden an Kreuzungsstellen durch mindestens eine elektrisch isolierende Schicht jeweils voneinander getrennt sind und die Mehrzahl von ersten Sensorelektroden an den Kreuzungsstellen durch die das Metalloxynitrid aufweisende Kontaktierungsstruktur (4) kontaktiert sind.
7. 7. Berührungssensoranordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsstruktur (4‘) als Kontaktanschluss zur elektrischen Verbindung der Berührungssensorelemente mit einer Ansteuer- bzw. Auswerteelektronik ausgebildet ist.
8. 8. Berührungssensoranordnung nach Anspruch 1 bis 7, die als projektiver kapazitiver Berührungssensor ausgebildet ist.
9. 9. Berührungssensor-Anzeigeeinheit (Touchpanel) mit einer Berührungssensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Berührungssensoranordnung der Anzeigeeinheit vorgelagert (out-cell) oder in die Anzeigeeinheit integriert ist (on-cell, in-cell).
10. 10. Berührungssensor-Anzeigeeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsstruktur mindestens eine metallische Schicht und mindestens eine Metalloxynitridschicht aufweist, wobei in der Abfolge der Schichten die Metalloxynitridschicht von der Anzeigeeinheit weiter beabstandet ist als die metallische Schicht.
11. 11. Verwendung eines Sputtertargets Moi_z Xz zur Herstellung einer Kontaktierungsstruktur einer Berührungssensoranordnung nach Anspruch 1 bis 8, wobei X ein Element oder eine Kombination mehrerer Elemente aus der Gruppe der Elemente Niob, Tantal, Vanadium, Wolfram, Chrom, Rhenium, Hafnium, Titan und Zirkonium ist und 0 <z<0,2. 8/10

    österreichisches Patentamt AT 13 879 Ul 2014-10-15
12. 12. Verfahren zur Herstellung einer Berührungssensoranordnung nach Anspruch 1 bis 8, wobei die Metalloxynitridschicht durch ein Gasphasenabscheideverfahren unter Verwendung eines Sputtertargets Mo^ Xz unter Zufuhr von Sauerstoff und Stickstoff hergestellt wird, wobei X ein Element aus der Gruppe Niob, Tantal, Vanadium, Wolfram, Chrom, Rhenium, Hafnium, Titan und Zirkonium oder eine Kombination mehrerer Elemente aus dieser Gruppe Niob, Tantal, Vanadium, Wolfram, Chrom, Rhenium, Hafnium, Titan und Zirkonium ist und 0 <z<0,2. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 9/10