CN103117333A - 一种提高器件良率的透明电极制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高器件良率的透明电极制作方法，包括以下步骤：①涂胶：在需要镀制透明电极的器件功能层上面涂一层光刻胶；②曝光和显影：在光刻胶上加上所需图形的光刻版进行曝光和显影；③镀膜：在前述带有光刻胶图案的器件上镀制所需的TCO薄膜；④去胶：将镀制好TCO薄膜的器件放入丙酮或其他溶解光刻胶的溶液中，洗掉光刻胶及光刻胶所保护区域上面镀制的TCO薄膜，得到所需图形的TCO薄膜。本发明先进行光刻后再镀膜，避免了腐蚀或刻蚀这一具有损伤性的步骤，从而消除了可能带来的损伤，大大地减少了腐蚀工艺给器件可能造成的破坏，既提高了产品的良品率又减小了工作量。

Description

一种提高器件良率的透明电极制作方法

技术领域

本发明涉及LED、太阳能电池、平板显示等领域使用的透明电极，具体是指一种提高器件良率的透明电极制作方法。

背景技术

人类社会的发展伴随着能源消耗的不断增加，而与此同时，不可再生能源的储量则在不断的下降。因此尽可能地提高能源的利用率一直是人们所期望的。在全球节能环保的绿色大潮下，太阳能电池、LED、平板显示器等众多光电器件的大范围推广应用势必成为人们关注的焦点。太阳能电池以其可再生、绿色、节能、环保等诸多优点，越来越多地受到世界各国的重点扶持和大力推广，已经成为各国的重大战略政策和世界能源发展的大势所趋；LED耗电低、体积小、使用寿命长等优良特性越来越受到人们的重视，已经成为照明领域的发展方向；平板显示器以高清晰、低功耗、寿命长、无闪烁抖动、薄而轻巧等优点也已成为显示器领域的主导产品。包括这些器件在内的众多光电器件，都必不可少的需要用到透明电极，而透明电极镀制的质量高低在很大程度上关系着光电器件的性能优劣。通常要求所镀制的透明电极具有很高的可见光透过率和良好的导电性。

由于要求既要有很高的可见光透过率又要有良好的导电性，电极上往往采用透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)薄膜，这是一类具有高导电性(高载流子、高迁移率、低电阻率)、在可见光区具有高透过率、在紫外光区又具有高吸收率、同时对红外光具有高反射率的特殊半导体光电材料。由于具有这些特殊性，TCO薄膜已经作为一个重要组成部分广泛应用于诸多光电器件，如：透明电极、发光二极管、平板显示器、太阳能电池、薄膜晶体管、透明加热元件、透明热反射材料等。

TCO薄膜材料主要包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物。目前最具有应用价值、也最具有发展前景的TCO材料主要是ITO、FTO和ZnO。ITO薄膜是一种非常成熟的产品，具有透过率高，膜层牢固，导电性好等特点。ITO即氧化铟锡，就是将锡元素掺入到氧化铟中，提高导电率，它的导电性能在目前是最好的，最低电阻率达10-5Ω·cm量级。现在ITO薄膜仍是平板显示器行业的主流电极产品，但铟为稀有元素，在自然界中贮存量少，价格较高，且具有毒性，ITO应用于太阳能电池时在等离子体中也不够稳定；FTO即SnO₂膜的简称，目前主要是用于生产建筑用Low-E玻璃，其导电性能比ITO略差，但具有成本相对较低，激光刻蚀容易，光学性能适宜等优点；ZnO薄膜的研究进展迅速，已成为TCO薄膜的热门研究材料，引起了广泛的关注，其性能已可与ITO相比拟。纯ZnO是一种宽禁带(约3.3eV)直接带隙半导体材料，其晶体结构为六方纤锌矿型，经过特殊掺杂后的ZnO薄膜具有优良的电学和光学性能。其中铝掺杂的氧化锌薄膜(AZO)研究较为广泛，Ga、Y等掺杂的ZnO薄膜也有一定研究应用。AZO的突出优势是地球上Zn和Al的蕴藏量十分丰富，原料易得，制造成本低廉，无毒害，易于实现掺杂，在等离子体中稳定性好，而且比ITO更容易蚀刻。

TCO薄膜的镀制和刻蚀在很大程度上决定了透明电极的成品率，从而也会影响到最终器件的良品率。为此，如何镀制高质量的透明导电薄膜，同时又降低因刻蚀损伤引起的最终器件良率下降，成为光电器件制作工艺的重要优化目标。

现行的光电器件生产中，透明电极的传统制作工艺如说明书附图1，都是先在功能层1上镀制好TCO薄膜4，之后涂上光刻胶2，用光刻版3进行光刻，之后再进行湿法腐蚀或干法刻蚀，最后再去胶。显而易见，在传统的透明电极制作工艺过程中，湿法腐蚀或干法刻蚀过程是具有破坏性和不准确性的，无法准确把握腐蚀或刻蚀的速度和时间，在腐蚀过程中容易对下层薄膜材料产生与预期结果较大的误差。

以LED器件中的GaN功能层为例，对于湿法腐蚀，室温下GaN不溶于水、酸和碱，在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解，所以用湿法腐蚀很难获得满意的腐蚀速率，各向异性也无法令人满意，可控性较差，难以准确把握腐蚀的进度，而且腐蚀液的酸性本身会对器件造成损伤，这会极大地影响整个LED器件的良品率。而另一方面若用干法刻蚀则是结合化学反应与物理轰击作用，所以在GaN的LED制备中，难免会引入损伤，如等离子体中的异质元素会在离子的物理作用下注入到半导体材料中；电子或等离子体的轰击会引起晶体缺陷和化学键的断裂，从而引起晶格损伤；材料表面某种成分的首先溅射，形成非化学计量的表面；刻蚀生成物或其他污染物沉积在刻蚀表面和侧壁产生表面和侧壁污染等，这些现象都会给LED的刻蚀台面和侧壁带来一定的损伤，从而在材料的禁带中引入深能级，形成非辐射复合中心，引起肖特基势垒高度下降和反向泄漏电流增加，影响器件的电学和光学特性，甚至影响器件的正常工作。随着时间的推移，这些损伤可能会循着某种轨迹扩散到材料内部，导致器件的失效。可见干法刻蚀损伤在半导体器件的电学与光学性能、可靠性方面起着至关重要的影响。正是因为刻蚀或腐蚀这个步骤的破坏性，所以无论用干法或湿法，透明电极的成品率都无法达到很高，导致最终器件的良率下降，而这也是业内一直的困扰问题之一。

发明内容

本发明的目的是解决现有传统技术存在的问题，提供一种新的工艺方法来制备具有高导电性和高透过率的TCO薄膜的透明电极，能避免因腐蚀或刻蚀这道引起器件损伤的工艺步骤，从而提高最终器件的良品率。

实现本发明目的的技术方案是一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于包括以下步骤：

①涂胶：在需要镀制透明电极的器件功能层上面涂一层光刻胶；

②曝光和显影：在光刻胶上加上所需图形的光刻版进行曝光和显影；

③镀膜：在前述带有光刻胶图案的器件上镀制所需的TCO薄膜；

④去胶：将镀制好TCO薄膜的器件放入丙酮或其他溶解光刻胶的溶液中，洗掉光刻胶及光刻胶所保护区域上面镀制的TCO薄膜，得到所需图形的TCO薄膜。

所述步骤①中的光刻胶可以采用正胶或者负胶；所述步骤步中，采用正胶则光刻版的图案透光区与最终所需的透明电极图案相同，采用负胶则光刻版的图案透光区与最终所需的透明电极图案相反。

所述步骤①中的光刻胶的厚度大于步骤③中镀制的TCO薄膜的厚度。优选的，所述光刻胶与TCO薄膜的厚度差大于200nm。

所述步骤②中，在显影后进行坚膜。

所述步骤③中，在镀制TCO薄膜时对器件进行加热，加热温度控制在光刻胶的耐受温度之内。优选的，所述步骤①中的光刻胶为可承受的加热温度达350℃的耐高温光刻胶；所述步骤③中的加热温度为350℃。

所述步骤③中的镀制方法包括磁控溅射、真空蒸镀、离子增强沉积、化学气相沉积。

所述步骤①中采用旋涂法进行涂胶。

所述步骤③中，镀制的TCO薄膜包括ZnO、ITO和FTO。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的积极的效果：(1)相较于现行传统方法，本发明最大的特点是采用了最温和的工艺，即先进行光刻后再镀膜，避免了腐蚀或刻蚀这一具有损伤性的步骤，从而消除了可能带来的损伤，大大地减少了腐蚀工艺给器件可能造成的破坏，既提高了产品的良品率又减小了工作量。

(2)本发明涂的光刻胶的厚度大于待镀制的TCO薄膜厚度，能保证去胶时所需透明电极区域的透明电极不会一起被剥离掉或受影响，确保透明电极的质量。

(3)本发明方法还可直接将带着光刻胶掩模的器件进行TCO薄膜的加热镀制，在提高器件良率的同时，确保了所镀TCO薄膜的优良性能。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为现行传统透明电极的制作方法示意图。

图2为本发明的制作方法示意图。

附图中标号为：

器件功能层1、光刻胶2、光刻板3、TCO薄膜4。

具体实施方式

(实施例1)

见图2，本实施例的一种提高器件良率的透明电极制作方法的步骤：

①涂胶：在需要镀制透明电极的器件功能层1上面涂一层光刻胶2；

②曝光和显影：在光刻胶2上加上所需图形的光刻版3进行曝光、显影和坚膜；

③镀膜：在前述带有光刻胶图案的器件上镀制所需的TCO薄膜4；

④去胶：将镀制好TCO薄膜的器件放入丙酮或其他溶解光刻胶的溶液中，洗掉光刻胶及光刻胶所保护区域上面镀制的TCO薄膜4，得到所需图形的TCO薄膜4。

下面具体以在LED器件上以磁控溅射工艺镀制AZO透明电极的制作步骤：

①首先使用旋涂法在LED器件的GaN发光层上直接涂上一层粘附性好、均匀的光刻胶(正胶反胶皆可)，厚度要大于所需镀制的AZO薄膜厚度100nm以上，并进行前烘。

②然后通过所需图形的光刻版进行光刻曝光。如果使用的是正胶，则光刻版的图案透光区要与透明电极所需的图形相同，如果使用的是负胶，则光刻版的图案透光区要与透明电极所需的图形相反。将曝光后的器件置于显影液中进行显影，然后进行坚膜，以使光刻胶中的溶剂挥发并变得坚固。

③将带有光刻胶图案的基片放入磁控溅射系统镀制AZO薄膜。镀制前，先将带有光刻胶的器件进行加热，温度控制在100℃～120℃。镀制系统采用金属锌铝合金靶(或者AZO陶瓷靶)，待真空室抽至3×10^-3Pa后，通电加热衬底，温度100℃，加热时间为10分钟。打开Ar和O₂进气管，通过调节Ar和O₂流量计，使得流量比Ar∶O₂为100∶20。待反应气体进入真空室后，打开溅射电源产生辉光，通过调节分子泵的闸板阀调节真空室的压强至0.5Pa，获得稳定的辉光，使O₂与溅射金属在等离子体的作用下充分反应，沉积时间根据溅射功率和溅射真空度而定。制备时，器件在靶材的下面，并且来回地移动，以便获得厚度均匀的薄膜，避免因薄膜厚度不均匀降低性能影响器件良率。

④镀制完成后取出样品，放入丙酮或其他溶解光刻胶的溶液中进行去胶剥离，在洗掉光刻胶的同时，镀在其上但不需要的AZO薄膜也会随之剥离，从而获得所需图形结构和性能的透明电极。

得到的AZO电极的方块电阻最低达到15Ω/□、在可见光范围去除GaN衬底因素后的平均透过率大于94％。由此可以看到，此工艺方法避免了导致器件损伤的腐蚀或刻蚀步骤，仍能制得高导电性、高透过性的AZO透明电极，极大地提高了LED器件的良品率。

在对LED镀制透明导电膜时，所用TCO薄膜材料不局限于本实施例的AZO，也可是Ga或F掺杂的ZnO或其它TCO材料，如ITO、SnO₂和多元TCO薄膜等，只是磁控溅射镀膜过程所用靶材有所区别，其具体实施步骤都是类似的。

(实施例2)

本实施例为在平板显示器件中聚酯薄膜基片上以真空蒸发工艺镀制ITO透明电极。

①首先使用旋涂法在平板显示器件的聚酯薄膜基片上直接涂上一层粘附性好、均匀的光刻胶(正胶反胶皆可)，厚度要大于所需镀制的ITO薄膜厚度100nm以上。

②进行前烘然后通过所需图形的光刻版进行光刻曝光。如果使用的是正胶，则光刻版的图案透光区要与透明电极所需的图形相同，如果使用的是负胶，则光刻版的图案透光区要与透明电极所需的图形相反。将曝光后的器件置于显影液中进行显影，然后进行坚膜，以使光刻胶中的溶剂挥发并变得坚固。

③将带有光刻胶图案的基片放入真空蒸发装置镀制ITO薄膜。真空蒸发装置使用电阻加热的石英玻璃舟蒸发铟锡合金(其中，锡质量分数为10％)，合金的纯度为99.999％。蒸发源的加热温度约为800℃，以纯净的氧气作为反应气体，系统基础真空度为1×10^-3Pa。基底温度维持在180℃左右。蒸发源的加热功率保持恒定，薄膜生长速率约为5nm/min，待ITO薄膜生长到所需厚度时，停止镀膜。

④镀制完成后取出样品，放入丙酮或其他溶解光刻胶的溶液中进行去胶剥离，在洗掉光刻胶的同时，镀在其上但不需要的ITO薄膜也会随之剥离，从而获得所需图形结构和性能的透明电极。

得到的ITO电极方块电阻最低达到20Ω/□、在可见光范围去除聚酯薄膜因素后的平均透过率大于88％。由此可以看到，此工艺方法避免了导致器件损伤的腐蚀或刻蚀步骤，仍能制得高导电性、高透过率的透明电极，极大地提高了平板显示器件的良品率。

由上述两个实施例可见，由于整个工艺过程只涉及到极其常规的丙酮溶液浸泡，没有任何损伤器件的工艺，因此把对器件的损伤降到了最低，从而可以显著提升最终器件的良率。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于包括以下步骤：

①涂胶：在需要镀制透明电极的器件功能层(1)上面涂一层光刻胶(2)；

②曝光和显影：在光刻胶(2)上加上所需图形的光刻版(3)进行曝光和显影；

③镀膜：在前述带有光刻胶图案的器件上镀制所需的TCO薄膜(4)；

④去胶：将镀制好TCO薄膜的器件放入丙酮或其他溶解光刻胶的溶液中，洗掉光刻胶及光刻胶所保护区域上面镀制的TCO薄膜(4)，得到所需图形的TCO薄膜(4)。

2.根据权利要求1所述的一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于：所述步骤①中的光刻胶(2)可以采用正胶或者负胶；所述步骤步中，采用正胶则光刻版(3)的图案透光区与最终所需的透明电极图案相同，采用负胶则光刻版(3)的图案透光区与最终所需的透明电极图案相反。

3.根据权利要求1或2所述的一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于：所述步骤①中的光刻胶(2)的厚度大于步骤③中镀制的TCO薄膜(4)的厚度。

4.根据权利要求3所述的一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于：所述光刻胶(2)与TCO薄膜(4)的厚度差大于200nm。

5.根据权利要求1所述的一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于：所述步骤②中，在显影后进行坚膜。

6.根据权利要求1所述的一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于：所述步骤③中，在镀制TCO薄膜(4)时对器件进行加热，加热温度控制在光刻胶的耐受温度之内。

7.根据权利要求6所述的一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于：所述步骤①中的光刻胶(2)为可承受的加热温度达350℃的耐高温光刻胶；所述步骤③中的加热温度为350℃。

8.根据权利要求1所述的一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于：所述步骤③中的镀制方法包括磁控溅射、真空蒸镀、离子增强沉积、化学气相沉积。

9.根据权利要求1所述的一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于：所述步骤①中采用旋涂法进行涂胶。

10.根据权利要求1所述的一种提高器件良率的透明电极制作方法，其特征在于：所述步骤③中，镀制的TCO薄膜(4)包括ZnO、ITO和FTO。

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