CN108385073A - Ito薄膜的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种ITO薄膜的制作方法，包括：将靶材放置于成膜腔室内与成膜板相对的背板上；对成膜腔室进行抽气处理；向成膜腔室内通入工艺气体，以使成膜腔室内的气体压强为预设压强；为所述背板提供直流电；停止向所述成膜腔室内通入所述工艺气体，并对所述成膜腔室进行二次抽气处理。在低温条件下，对成膜腔室内通入工艺气体以清除隔离层表面的粒子，使得薄膜在成膜板上的附着性提升。一次抽气处理使得成膜腔室内部达到高真空状态，保证成膜腔室内的洁净度，改善了薄膜的致密性；二次抽气处理去除了薄膜表面异物，降低了因异物导致后续制程缺陷的超标率，从而获得符合更高参数要求的薄膜。

Description

ITO薄膜的制作方法

技术领域

本发明涉及平板显示技术领域，特别是涉及一种ITO薄膜的制作方法。

背景技术

ITO(Indium Tin Oxide，掺锡氧化铟，亦称为氧化铟锡)薄膜作为透明导电材料，是液晶显示器、等离子显示器、电致发光显示器、触摸屏、太阳能电池以及其他电子仪表的透明电极最常用的薄膜材料。ITO薄膜是一种体心立方铁锰矿N型半导体，其光学性能和电学性能可以用Drude模型进行定量研究，ITO薄膜一般具有大于可见光子能量(3.1eV)的光学禁带宽度，可见光不能引起本证激发，因而它对光不具有吸收性，对可见光透明。

传统的沉积ITO薄膜采用磁控溅射方法，在低温沉积过程中，Sn在ITO薄膜中以SnO形式存在，In在ITO薄膜中以InO形式存在，导致载流子浓度偏低和膜电阻偏高。由于SnO和InO自身呈暗褐色，对可见光透过率较差。而且，成膜板表面的附着性影响ITO薄膜的成膜速率，成膜腔室温度过高导致成膜板的温度升高，使得ITO薄膜呈多晶结构，不利于后续在低温条件下采用草酸进行刻蚀。而传统的薄膜制作工艺均存在上述问题，使得生产的ITO薄膜参数要求较低，无法满足更高要求的显示屏。

发明内容

基于此，有必要提供增加薄膜透过率、降低薄膜电阻以及在低温条件下具有无定型态的高参数ITO薄膜，提供一种ITO薄膜的制作方法。

一种ITO薄膜的制作方法，包括：将靶材放置于成膜腔室内与成膜板相对的背板上；对成膜腔室进行抽气处理；向成膜腔室内通入工艺气体，以使成膜腔室内的气体压强为预设压强；为所述背板提供直流电；停止向所述成膜腔室内通入所述工艺气体，并对所述成膜腔室进行二次抽气处理。

在其中一个实施例中，所述成膜腔室的温度为25～50℃。

在其中一个实施例中，所述向成膜腔室内通入工艺气体的步骤为：持续10～30秒向成膜腔室内通入所述工艺气体。

在其中一个实施例中，所述工艺气体包括氩气和氧气。

在其中一个实施例中，所述氩气与所述氧气的流量比为100:(0.5～3)。

在其中一个实施例中，所述工艺气体包括氩气和水蒸气。

在其中一个实施例中，所述氩气与所述水蒸气的流量比为100:(1～3)。

在其中一个实施例中，所述预设压强为1.3×10^-5～1.3×10^-4Pa。

在其中一个实施例中，所述将靶材放置于成膜腔室内与成膜板相对的背板上的步骤之前还包括：在成膜板上形成隔离层并对隔离层进行清洗处理。

在其中一个实施例中，所述停止向所述成膜腔室内通入工艺气体，并对成膜腔室进行二次抽气处理的步骤之后包括：对成膜板上的薄膜进行显影、曝光以及刻蚀处理。

上述ITO薄膜的制作方法，在低温条件下，先对成膜腔室内通入工艺气体，通过工艺气体清除隔离层表面的粒子，使得薄膜在成膜板上的附着性提升。第一次抽气处理使得成膜腔室内部达到高真空状态，该真空状态保证成膜腔室内的洁净度，减少成膜过程产生等离子体轰击与微小离子碰撞导致的能量损耗，有效降低膜质疏松多孔现象，改善薄膜的致密性。第二次抽气处理去除了薄膜表面异物，降低了因异物导致后续制程缺陷的超标率。

上述ITO薄膜的制作方法还具有如下效果：工艺气体包括精准配比的氩气、氧气以及水蒸气，其中，氧气在保证氧空穴不变的情况下，使得薄膜中的铟锡充分氧化，从而提升薄膜的透过率，而且降低了薄膜的电阻；水蒸气改变薄膜的结晶状态，使得薄膜成无定型态，便于在低温条件下采用草酸进行刻蚀，从而使得在低温条件下生产的薄膜符合更高的参数要求。

附图说明

图1为一实施例的ITO薄膜的制作方法的流程示意图；

图2为另一实施例的ITO薄膜的制作方法的流程示意图

图3为一实施例的成膜腔室的结构示意图；

图4为磁铁分布与二次电子速率的函数关系图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

例如，一种ITO薄膜的制作方法，包括：将靶材放置于成膜腔室内与成膜板相对的背板上；对成膜腔室进行抽气处理；向成膜腔室内通入工艺气体，以使成膜腔室内的气体压强为预设压强；为所述背板提供直流电；停止向所述成膜腔室内通入所述工艺气体，并对所述成膜腔室进行二次抽气处理。

下面结合附图描述根据本发明实施例的ITO薄膜的制作方法。

如图1所示，一实施例的ITO薄膜的制作方法包括如下步骤：

S110：将靶材放置于成膜腔室内与成膜板相对的背板上。

所述成膜腔室内设置有相对放置的背板和成膜板，其中，所述背板与直流电源连接，为后续的成膜提供电磁场，所述背板的材质为金属，例如，所述背板为铜板，所述背板的材质便于与直流电源的连接，所述靶材作为成膜过程中原材料的供应体，即所述靶材为薄膜的原材料，所述靶材根据所需要的薄膜决定其成分，所述靶材的材质既可以为金属，也可以为非金属。所述成膜板与地连接，所述靶材设置于所述背板上，使得所述成膜板与所述背板之间形成电场，为了便于直流磁控溅射的成膜，所述背板连接的直流电源为负电压，这样，使得成膜腔室内的电子在电场力的作用下轰击所述背板上的所述靶材，使得所述靶材轰击出来的原材料分子附着于所述成膜板上。

S120：对成膜腔室进行抽气处理。

由于所述成膜腔室设置于装载腔室内，在对所述成膜腔室进行的抽气处理之前，还需要对装载腔室进行抽气处理，对装载腔室的抽气处理使得装载腔室与所述成膜腔室之间处于低压状态，上述低压状态的压强为1Pa。所述成膜腔室内设置有所述靶材以及具有所述隔离层的所述成膜板，为了使得成膜腔室内部达到高真空状态，对所述成膜腔室进行真空抽气处理，持续时间为5～10秒，这样，所述成膜腔室在真空状态下，去除了成膜腔室内部的残余气体，使得所述成膜腔室内部环境的清洁度极高，从而使得成膜过程产生等离子体轰击与微小离子碰撞导致的能量损耗降低，即使得薄膜在成膜的过程中附着的密集度提升，有效解决了膜质疏松多孔的问题，改善薄膜的致密性，使得薄膜的表面更加的紧密且平整。

在本实施例中，采用分子泵对所述成膜腔室进行抽气处理，使得所述成膜腔室内部达到真空状态。在另一实施例中，为了使得便于后续在低温条件下进行刻蚀，需要使得所述成膜腔室的温度处于一个较低的温度，而且，所述成膜板的温度过高容易造成制作的薄膜的晶粒过大，从而使得薄膜的电阻率增大，为了避免薄膜晶粒过大以及便于刻蚀，采用冷泵对所述成膜腔室进行抽气处理，既可以使得所述成膜腔室达到真空状态，有可以降低成膜腔室的温度，例如，在对成膜腔室进行抽气处理的过程中，所述成膜腔室的温度为25～50℃，又如，在对成膜腔室进行抽气处理的过程中，所述成膜腔室的温度为25℃，这样，避免了所述成膜板上的所述隔离层的温度过高而导致的薄膜分子结晶，同时也便于后续的低温刻蚀。

S130：向成膜腔室内通入工艺气体，以使成膜腔室内的气体压强为预设压强。

所述工艺气体包括氩气、氧气以及水蒸气，其中，所述氩气作为主要气体，同时也是直流磁控溅射过程中的作用气体，即所述氩气受到电子的撞击产生正离子，所述正离子在电场力的作用下轰击所述靶材，使得所述靶材发生溅射，从而使得所述靶材溅射出来的中性原子沉积于所述成膜板上。氧气、水蒸气与氩气之间的流量配比决定了薄膜的性能，在传统工艺中，氩气与氧气的流量比为(2～7)：1，而在本实施例中，例如，氩气与氧气的流量比100:(0.5～3)；又如，氩气与氧气的流量比100:0.5，所述氧气在成膜过程中起到氧分压的作用，由于制作的是ITO薄膜，所述靶材的成分中包括铟和锡两种元素，氧气的氧分压控制反应生产透明SnO₂和In₂O₃，而非暗褐色的SnO和InO，即使得Sn和In充分氧化，使得生产出的薄膜的透过率得到提升。在上述氩气与氧气的流量比中，随着氧气量的增大，所述薄膜的透过率增大，即所述氧气流量与透过率呈增函数关系，例如，氩气与氧气的流量比100:0.5，透过率提升2％，又如，氩气与氧气的流量比100:3，透过率提升4％。

由于Sn在薄膜中的以正4价态存在，并作为N型半导体的施主能级，能提供一个电子给导带，提升了半导体特性，即提升薄膜的半导体性能，从而有效降低了薄膜的膜电阻。所述膜电阻与正4价态的Sn的含量相关，而正4价态的Sn的含量由于氧气的流量有关，为了使得薄膜的膜电阻达到最低，例如，当氩气与氧气的流量比100:1时，薄膜的膜电阻达到最低值，所述膜电阻为40Ω，而且，此时的薄膜仍然保持较高的透过率，透过率为86％，而在传统工艺中，薄膜的透过率最高却只能达到84％，膜电阻最低也只能降低至45Ω。因此，本实施例在兼顾薄膜的膜电阻达到最低的情况下，保证薄膜具有高较的透过率，使得薄膜具有较高的性能。

在本实施例中，通过控制所述水蒸气的流量，改变薄膜的结晶形态，所述水蒸气在低温状态下的所述成膜腔室内，使得沉积获得的薄膜具有无定型态，即所述薄膜具有非晶结构，例如，所述氩气与所述水蒸气的流量比为100:(1～3)，又如，所述氩气与所述水蒸气的流量比为100:1，这样，精确配比的氩气与水蒸气使得所述薄膜保持较好的无定型态，即避免了所述薄膜出现多晶结构。

由于薄膜的多晶结构容易造成薄膜的厚度过厚，多晶结构的薄膜在刻蚀工艺中需要采用特定的强酸性刻蚀液，而刻蚀液在使用之后作为废液进行处理，由于是强酸性化学液体，处理方式以及处理步骤较为复杂。为了节省制作成本，在成膜的过程中通入一定比例的水蒸气，使得薄膜的结晶状态为无定型态，这样，薄膜在刻蚀的过程中可以采用酸性较弱的刻蚀液，例如，刻蚀液为草酸，草酸的酸性低于传统显影液中硫酸和硝酸，而且由于草酸是生物体的一种代谢产物，广泛分布于植物、动物和真菌体中，并在不同的生命体中发挥不同的功能，研究发现百多种植物富含草酸，尤以菠菜、苋菜、甜菜、马齿苋、芋头、甘薯和大黄等植物中含量最高，使得草酸的获取途径较为广泛，从而使得在兼顾刻蚀液的功能情况下，降低了薄膜的制作成本。在草酸作为刻蚀液的情况下，草酸易于溶解薄膜表面的残留物，使得制作的薄膜表面整洁且平整，即提升了薄膜的均匀性，同时也减少了TFT-LCD制程中ITO残留物的产生。

在一实施例中，所述向成膜腔室内通入工艺气体的步骤为：持续10～30秒向成膜腔室内通入所述工艺气体。例如，向成膜腔室内通入所述工艺气体，并持续10～30秒，本实施例中，通过增长向成膜腔室内通入工艺气体的时间，一方面使得工艺气体在流动的过程中将所述隔离层表面的粒子清除，从而改善薄膜在隔离层上的附着性，即使得薄膜在所述隔离层上更容易沉积；另一方面，在上述通气时间内，通过自动压力控制阀门调整所述成膜腔室内的压强，由于气体是在持续通入的状态，所述成膜腔室内的压强不再是之前的真空状态，为了尽可能地保证所述成膜腔室的近似真空状态，自动压力控制阀门根据通入的工艺气体调整所述成膜腔室的压强，使得所述成膜腔室接近真空状态，而且，在真空状态下沉积的薄膜在性能上更佳，例如，真空状态下可以避免薄膜的膜质疏松多孔现象，有效提高薄膜的致密性，在传统工艺中，成膜腔室内的压强为5×10^-4Pa，虽然其压强小，但是在本实施例中，为了获取具有参数更高的薄膜，所述预设压强为1.3×10^-5～1.3×10^-4Pa，使得本实施例中的成膜腔室内的压强比传统工艺的成膜腔室压强的四分之一还要小，甚至达到更小数量级别的压强。这样，使得所述成膜腔室内的气压状态更加接近真空状态，即保证成膜要求的真空环境，也即使得从所述成膜腔室内获取的薄膜具有更高的致密性。

S140：为所述背板提供直流电。

所述背板与直流电源连接，直流电源为所述背板提供成膜所需要的直流电，所述成膜板接地，使得所述背板与所述成膜板之间形成电场，为了使得所述背板上的所述靶材溅射出来，直流电源为所述背板提供负电压，这样，电子撞击氩气之后，带正电的氩原子在电场力的作用下轰击所述靶材，从而使得所述靶材溅射至所述成膜板上，即使得靶材中的粒子附着于所述成膜板上，也即使得中性靶材粒子沉积于所述成膜板上。

直流电源的功率影响到薄膜的性能，在本实施例中，直流电源的功率控制在额定功率的60％～80％之间。例如，当直流电源的功率低于额定功率的60％～80％，使得所述成膜腔室内的电子能量降低，也就使得电子撞击的氩离子的数量以及能量减少，从而使得氩离子轰击靶材的能量降低，这样容易造成所述成膜板上的成膜速率降低，即造成薄膜的厚度过低，生产出的薄膜不符合要求；又如，当直流电源的功率高于额定功率的60％～80％，使得溅射功率增大，从而使得氩离子的能量过大，这样容易遭成所述靶材的开裂，而且氩离子的能量过大使得溅射的靶材粒子能量过大，造成薄膜的致密性降低。

S150：停止向所述成膜腔室内通入所述工艺气体，并对所述成膜腔室进行二次抽气处理。

所述靶材经直流溅射后形成于所述成膜板上，待薄膜沉积完成之后，停止向所述成膜腔室内通入所述工艺气体，同时关闭直流电源。此时所述成膜腔室内还有残留的工艺气体，采用分子泵对所述成膜腔室进行5～10秒的二次抽气处理，将所述成膜腔室内的残留工艺气体清除，而且，二次抽气处理还可以通过气流的流动去除薄膜表面异物，避免因异物导致后续制程缺陷超标的问题。为了继续保持所述成膜腔室的低温真空状态，在另一实施例中，采用冷泵对所述成膜腔室进行5～10秒的二次抽气处理，使得在薄膜形成之后所述成膜腔室内的温度保持低温，所述成膜腔室内的压强保持真空。

如图2所述，在本实施例中，所述将靶材放置于成膜腔室内与成膜板相对的背板上之前还包括步骤S100：

在成膜板上形成隔离层并对隔离层进行清洗处理。

由于成膜板的使用次数增加，其表面的粒子附着将会下降。为了保证成膜过程中，原材料粒子的附着性能，即便于薄膜附着以及形成，在所述成膜板上形成隔离层，所述隔离层作为所述成膜板的替代附着层，即薄膜附着且形成于所述隔离层上，其中，所述隔离层的材质包括SiNx和/或SiOx。为了保证所述隔离层具有较强的附着性能，对所述成膜板上的所述隔离层进行清洗工艺的处理，首先将所述成膜板通过EUV(Equivalent Ultraviolet,紫外线)清洗单元，对所述隔离层表面进行紫外线光刻处理，即使得所述隔离层的表面更加地平整，之后将所述成膜板依次通过毛刷、二流体喷淋以及气刀等清洗单元，这样，使得所述隔离层表面的残留粒子脱离，从而使得所述隔离层表面的附着性能得到提升。此外，所述隔离层再清洗工艺中，必须避免通过空气等离子体清洗单元，避免造成所述隔离层表面的等离子缺陷，即避免造成所述隔离层表面的附着性能降低。

为了保证薄膜的均匀性，请参阅图3，所述成膜腔室10包括腔体11、成膜板12以及背板13，所述背板用于与直流电源DC连接，所述工艺气体沿A方向进入所述成膜腔室，分子泵或冷泵的抽出的残留气体沿B方向从所述成膜腔室内抽出，所述背板上设置有靶材14，所述背板远离所述成膜板的一面设置有磁铁15，设置合适的磁铁参数，使得电子撞击氩原子之后形成的二次电子在电磁场的作用下漂移，即使得二次电子与氩原子撞击次数增加，从而使得靶材的沉积速率提升，而在多次撞击之后，二次电子的能量消耗殆尽。二次电子的运动规律直接影响到成膜的均匀性，而二次电子的运动规律又与电磁场的作用有关，即二次电子匀速运动，则使得成膜均匀，反之，则薄膜厚度不一。在本实施例中，电场力是固定不变的，通过设置磁铁参数来调整二次电子的运动规律，磁铁参数通常采用加速-匀速-减速过程进行控制，使得磁场与电场均匀分布在靶材表面，从而使得二次电子在成膜区域内保持匀速，这样，使得溅射出来的靶材原子在所述成膜板上的沉积速率相同，即保证了成膜的均匀性。

请一并参阅4所示，图4为磁铁扫描方式对二次电子的移动速率的调整的关系图，横轴表示为所述靶材上某一位置与所述背板的一端之间的距离，纵轴表示为所述靶材上某一位置对应空间内的二次电子移动速率，其中，成膜区域对应为L3至L4之间，在L3至L4区域之间，二次电子的运动速率保持匀速，使得所述靶材分子的沉积速率保持不变，从而使得获取的薄膜厚度均匀。

为了进一步保证薄膜的均匀性，根据气体运动平均分子自由程，也可根据成膜均匀性和放电过程靶材表面是否有异常，调整所述靶材与磁铁之间的距离，还调整所述靶材与所述成膜板之间的距离，通过调整上述两个距离，调整电子和二次电子与氩气分子的碰撞几率，从而使得成膜区域内产生的氩离子数量相同，即使得溅射出来的靶材原子数量相同，也即使得所述靶材原子附着于所述成膜板上的数率相等，即满足成膜速率，从而使得薄膜的厚度均匀。

上述ITO薄膜的制作方法在低温条件下，先对成膜腔室内通入工艺气体，通过工艺气体清除隔离层表面的粒子，使得薄膜在成膜板上的附着性提升。第一次抽气处理使得成膜腔室内部达到高真空状态，该真空状态保证成膜腔室内的洁净度，减少成膜过程产生等离子体轰击与微小离子碰撞导致的能量损耗，有效降低膜质疏松多孔现象，改善薄膜的致密性。第二次抽气处理去除了薄膜表面异物，降低了因异物导致后续制程缺陷的超标率，两次的抽气处理均使得所述成膜腔室内的温度保持在低温状态，与传统制作工艺的高温状态不同，低温条件下可以有效避免了薄膜的结晶状态，从而便于后续的刻蚀工艺。此外，工艺气体包括精准配比的氩气、氧气以及水蒸气，其中，氧气在保证氧空穴不变的情况下，使得薄膜中的铟锡充分氧化，从而提升薄膜的透过率，而且降低了薄膜的电阻；水蒸气改变薄膜的结晶状态，使得薄膜成无定型态，便于在低温条件下采用草酸进行刻蚀，从而使得在低温条件下生产的薄膜符合更高的参数要求。

在获取ITO薄膜之后，对制成的ITO薄膜依次进行涂胶、曝光、显影、刻蚀等工艺流程，获得所需ITO像素电极图形。上述工艺流程的制作环境保持在低温状态下，使得ITO薄膜的结晶状态为无定型态，这样，便于在低温条件下的草酸刻蚀。

将ITO薄膜制成TFT或LTPS产品之前，需要进行退火工艺，所述退火工艺的退火温度为300℃，在进行退火工艺的过程中，腔室内形成有氮气环境，例如，所述ITO薄膜在氮气环境中进行45min～60min的退火操作，又如，所述ITO薄膜在氮气环境中进行50min～55min的退火操作，这样，使得ITO薄膜达到良好的结晶状态，晶粒尺寸达到约30nm，从而使得制成TFT或LTPS产品具有较高的参数性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种ITO薄膜的制作方法，其特征在于，包括：

将靶材放置于成膜腔室内与成膜板相对的背板上；

对成膜腔室进行抽气处理；

向成膜腔室内通入工艺气体，以使成膜腔室内的气体压强为预设压强；

为所述背板提供直流电；

停止向所述成膜腔室内通入所述工艺气体，并对所述成膜腔室进行二次抽气处理。

2.根据权利要求1所述ITO薄膜的制作方法，其特征在于，所述成膜腔室的温度为25～50℃。

3.根据权利要求1所述ITO薄膜的制作方法，其特征在于，所述向成膜腔室内通入工艺气体的步骤为：持续10～30秒向成膜腔室内通入所述工艺气体。

4.根据权利要求1所述ITO薄膜的制作方法，其特征在于，所述工艺气体包括氩气和氧气。

5.根据权利要求4所述ITO薄膜的制作方法，其特征在于，所述氩气与所述氧气的流量比为100:(0.5～3)。

6.根据权利要求1所述ITO薄膜的制作方法，其特征在于，所述工艺气体包括氩气和水蒸气。

7.根据权利要求6所述ITO薄膜的制作方法，其特征在于，所述氩气与所述水蒸气的流量比为100:(1～3)。

8.根据权利要求1所述ITO薄膜的制作方法，其特征在于，所述预设压强为1.3×10^-5～1.3×10^-4Pa。

9.根据权利要求1所述ITO薄膜的制作方法，其特征在于，所述将靶材放置于成膜腔室内与成膜板相对的背板上的步骤之前还包括：

在成膜板上形成隔离层并对隔离层进行清洗处理。

10.根据权利要求1所述ITO薄膜的制作方法，其特征在于，所述停止向所述成膜腔室内通入工艺气体，并对成膜腔室进行二次抽气处理的步骤之后包括：对成膜板上的薄膜进行显影、曝光以及刻蚀处理。