DE2939963C2

DE2939963C2 - Verfahren zur Ausbildung von Elektrodenmustern

Info

Publication number: DE2939963C2
Application number: DE2939963A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Nara Kozaki; Shigehiro Ikoma Nara Minezaki; Toshiaki Tenri Nara Takamatsu
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1978-10-03
Filing date: 1979-10-02
Publication date: 1988-01-21
Also published as: JPS6019608B2; DE2939963A1; JPS5548935A; GB2034526B; US4326929A; GB2034526A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung eines metallischen Elektrodenmusters und eines transparenten Elektrodenmusters gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Matrixanzeigeeinrichtungen umfassen im allgemeinen eine große Anzahl von Streifenelektroden auf zwei einander gegenüberliegenden Substraten, wobei die Schnittpunkte der Streifenelektroden Punkte der Bildelemente definieren, und ausgewählte Bildelektroden mit einer geeigneten Spannung versorgt werden, um die gewünschten Symbole, Zahlen, Kurven, Muster etc. anzuzeigen.

Es ist gut bekannt, daß solche herkömmlichen Matrixanzeigeeinrichtungen gewisse Probleme mit sich bringen, beispielsweise ein Übersprechphänomen und eine erhebliche Verminderung des Kontrastes der einzelnen Bildelemente bei zunehmender Anzahl der Abtastlinien im Fall einer großen Anzeigeplatte. Diese Probleme sind besonders gravierend bei Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen. Selbst wenn als Anzeigetreibermethode ein Spannungsmittlungsverfahren angewandt wird, bleiben bei Flüssigkristallanzeigeeinrichtungen mit verdrehter nematischer Phase (TN-FEM-LCDs) die Probleme des begrenzten Sichtwinkelbereichs.

Es wurde versucht, durch Verbesserungen des Elektrodenmusters und der Zellstruktur die Auflösung von Flüssigkristallanzeigezellen in Matrixanoidnung zu verbessern, ohne daß ein Abfall des Effektivwerts der angelegten Spannungen erfolgt. Von der Anmelderin wurde bereits eine zweischichtige Elektrodenstruktur für Flüssigkristallanzeigestellen vorgeschlagen (DE-OS 28 29 602). Die mit der Herstellung einer solchen Elektrodenstruktur auftretenden Probleme sind jedoch noch ungelöst, beispielsweise im Hinblick auf das Auftreten von kleinsten Löchern und Poren und die Ablösung eines Teils des Verdrahtungsmusters von

einem Glassubstrat

Aus der DE-OS 26 20 530 ist eine Flüssigkristallanzeige mit einem metallischen Elektrodenmuster und einem transparenter. Elektrodenmuster, die sich mindestens teilweise überlappen, bekannt Ein Elektrodenmuster wird dadurch gebildet, daß man zur Erzeugung des transparenten Elektrodenmusters einen lichtdurchlässigen, leitfähigen Werkstoff, wie indiumoxid, aufdampft und anschließend das metallische Elektrodenmuster

!0 durch Aufdampfen oder Aufdrucken eines leitfähigen Metalls aufbringt

Aus dem International Handbook of Liquid Crystal Displays 1975—76, zweite Auflage, London 1976, Seite 37, ist ganz allgemein die für die Herstellung von Flüssigkristallanzeigen übliche Ausbildung von transparenten leitenden Überzügen aus Zinnoxid und Indiumoxid unter Anwendung einer Photolack-Ätztechnik bekannt Schließlich lehrt das Handbook of Thinfilm Technology, New York 1970, Seiten 7-1 bis 7-2, 7-38, 7-48 bis 7-49 und 19-17, ganz allgemein sämtliche Möglichkeiten zur Erzeugung von Dünnschichtmustern. Dabei werden auch spezielle Musjerbildungstechniken beschrieben, darunter die Anwendung negativer Reliefmarken, die durch umgekehrte Photolithographie erzeugt werden können. Die Druckschrift beschreibt auch ganz allgemein ein Abhebeverfahren zur Erzeugung eines Dünnschichtmusters.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren zur Ausbil-

jo dung von Elektrodenmustern der eingangs angegebenen Gattung, wie sie insbesondere für Matrixanzeigen verwendet werden, derart zu verbessern, daß man Elektrodenmuster erhält, die frei von Erosion sind, die nicht an einer Ablösung des Verdrahtungsmusters von dem Substrat leiden und die auch in ihren elektrischen Eigenschaften, namentlich in ihrem Elektrodenwiderstand den in herkömmlicher Weise hergestellten Elektrodenmustern dieser Art überlegen sind.
Dies·; Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des verfahrensgemäßen Hauptanspruchs. Der Unteranspruch betrifft eine bevorzugte Ausführungsform dieses Erfindungsgegenstandes.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Elektrodenstruktur einer Anzeigetafel in Matrixanordnung;

F i g. 2a und 2b Fließschemata, die die herkömmliche Methode zur Ausbildung eines Elektrodenmusters verdeutlichen; und

so Fig.3 ein Fließschema, das die Ausbildung eines Elektrodenmusters gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

Zunächst wird anhand der Fig. 1 die Elektrodenstruktur einer Flüssigkristallanzeigetafel erläutert, die nicht nur eine einfache Kombination von Streifenelektroden umfaßt, sondern eine Vielzahl von kleinen Bereichen, die an einer Seite gemeinsam streifenweise über einen leitenden Streifen verbunden sind. In dem Beispiel der F i g. 1 entspricht ein Paar von miteinander verbundenen Streifenelektroden der herkömmlichen Einzelstreifenelektrode. Mit anderen Worten sind auf dem Substrat liegende Streifen 1 aus einem Material mit relativ niedrigem Widerstand, wie Al, Au, Cr, Ni, Ti, V, Fe und dergleichen, und quadratische Elektroden 2 aus einem transparenten, leitenden Elektrodenmaterial, wie 1^Oj und SnOj, angeordnet. Wie bereits angegeben, ist jeweils eine Seite der quadratischen Elektroden 2 des gleichen Streifens gemeinsam mit dem leitenden

Streifen 1 verbunden. Die quadratische Elektrode 2 umfaßt jeweils alternativ angeordnete y-(Teil)-Eiektroden K₁ ¹ und Vi², die in Y-Richtung alternativ angeordnet sind und eine einzige Elektrode Y\ in der y-Achse bilden. Die Elektrode 3 in der ΛΓ-Achse besteht andererseits aus einem transparenten Elektrodenmaterial, wie In₂Oi und liegt vor in Form der herkömmlichen Streifenelektroden X\, A₂,...

Zur besseren Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung sind in den Fig.2a und 2b herkömmliche Methoden zur Ausbildung der V-Elektroden angegeben.

Wie aus der Fig.2a zu erkennen ist, wird eine transparente Elektrodenschicht 4 aus In₂O₃ etc. auf einem Glassubstrat 6 abgeschieden. Dann wird ein metallischer Leiter 5 auf die transparente Elektrodenschicht 4 aufgebracht (F i g. 2(a)-A), worauf eine Schicht aus einem positiven Photolack 7 aufgebracht (Fig.2(a)-B), durch eine Photomaske 8 belichtet (Fig.2(a)-C) und anschließend unter Büdung eines Photolackmusters entwickelt wird (F i g. 2(a)-D). Dann wird die Elektrodenschicht 5 aus dem leitenden Metall selektiv durch die Maske des Photolackmusters geätzt, wodurch ein leitendes Metallelektrodenmuster gebildet wird (Fig.2(a)-E). Dann wird ein transparentes Elektrodenmuster gebildet, indem eine Schicht aus einem positiven Photolack 7 aufgebracht, eine Photomaske gebildet (Fig.2(a)-G) und entwickelt werden (Fig.2(a)-H). Während die Photolackschicht 7 als Maske wirkt, wird die darunterliegende transparente leitende Schicht 4 chemisch unter Bildung eines Elektrodenmusters geätzt (F i g. 2(a)-I).

Eine in der F i g. 2(b) dargestellte alternative Methode besteht darin, eine leitende Metallschicht auf einem Glassubstrat 6 abzuscheiden (F i g. 2(b)-A), eine Schicht 7 aus einem positiven Photolack aufzubringen (F i g. 2(b)-B), das Material durch eine Photomaske 8 zu belichten (Fig.2(b)-C) und das Photolackmuster zu entwickeln (Fig. 2(b)-D). Dann wird das Photolackmuster als Maske verwendet, und es wird ein Elektrodenmuster für den leitenden Metallfilm 5 gebildet (F i g. 2(b)-E), worauf ein transparenter leitender Film 4 aufgetragen (Fig.2(b)-F) und mit einer neuen Schicht des Photolackmaterials bedeckt wird (Fig.2(b)-G). Dann wird eine anders gestaltete Photomaske 5' auf die Schicht aus dem positiven Photolack aufgelegt und belichtet (Fig.2(b)-H), wodurch ein Photolackmuster gebildet wird (Fig. 2(b)-I). Während dieses Photolackmuster als Maske verwendet wird, wird die transparente leitende Schicht 4 unter Bildung eines Elektrodenmusters geätzt (F i g. 2(b)-J).

Diese herkömmlichen Verfahren weisen jedoch erhebliche Nachteile auf. Bei der in der F i g. 2(a) dargestellten Verfahrensweise wird ein metallisches Material mit einer größeren lonisierungsneigung als Wasserstoff, beispielsweise Aluminium (Al), das üblicherweise als metallisches Verdrahtungsmaterial verwendet wird, durch Vakuumabscheidung auf die transparente leitende Schicht aus Ιη2θβ aufgebracht. Wenn in diesem Fall die Muster in der Reihenfolge gebildet werden, wie es durch die F i g. 2(a) D-E wiedergegeben wird, wird die Unterschicht aus In₂C^ durch den in dem Aluminiumätzmittel entwickelten Wasserstoff reduziert, wodurch feinste Löcher oder Poren gebildet werden (Al-Ätzbedingungen: Ätzmittel = H₃PO₄ zu HNO₃ zu CH₃COOH = 80:5:15; Ätztemperatur = 55 bis 60⁰C). Obwohl die obenliegende leitende Metallschicht während der Schritte des Ätzens des In2O₃-Musters gemäß Fig. 2(a) H-I von der Photolackschicht bedeckt ist, unterliegt diese leitende Metallschicht einer Erosion durch das In₂Oj-Ätzmittel, wodurch Risse oder kleinste Löcher und Poren gebildet werden (In^-Atzbedingungen: Ätzmittel = FeCl₃ zu HCI = 2:1 oder 1:1; Ätztemperatur = 40°C; die Eigenschaften des InjCh-Musters hängen von dem verwendeten Photolack ab: AZ 1350 s 0,6 μπι Dicke oder AZ 1350 J s 3 bis 4 μπι Dicke).

Die in der F i g. 2(a) dargestellte Methode besitzt auch

ίο Nachteile dann, wenn ein metallisches Material mit einer geringeren lonisierungsneigung als Wasserstoff, beispielsweise Gold (Au) als metallisches Verdrahtungsmaterial verwendet wird und durch Vakuumabscheidung auf der transparenten leitenden In2O3-Schicht abgeschieden wird. Mit anderen Worten verbleibt häufig Gold auf der darunterliegenden In₂O3-Schicht, wodurch nach der Ausbildung des In₂Os-MuStCrS Leckströme von der In₂O₃-Elektrode ausgehen können, wodurch die Anzeigequalität verschlechtert wird (die

χ Goldätzbedingungen sind die folgenden: NH«J = 4,0 g, J₂ = 1,2 g, C₂H₅OH = 30cm3, H₂O = 20 cm^; Raumtemperatur). Während der Ausbildung des In₂O₃-Musters (F i g. 2(a) E-I) bilden sich auf dem In₂O3-Muster stärker erodierte Muster als sie der gewünschten Photomaske entsprechen. Es wird angenommen, daß dies eine Folge der Tatsache ist, daß die Photolackschicht 7 schlecht an der transparenten In₂O3-Schicht 4 anhaftet, so daß die In₂O₃-Schicht überätzt wird.
Die durch die Fig.2(b) dargestellte Methode ist ebenfalls aus den folgenden Gründen von Nachteil. Wenn ein metallisches Material, wie Al, Ni, Cu, Cr oder Co durch Vakuumabscheidung auf das Glassubstrat aufgebracht und zu einem Muster geätzt wird (F i g. 2(b) I-J), wird das darunterliegende leitende metallische

Material durch das In₂O₃-Ätzmittel erodiert, trotz der Tatsache, daß es mit der Photolackschicht und der In₂O₃-Schicht bedeckt ist, was zur Folge hat, daß Risse und feinste Löcher oder Poren auftreten und die Anzeigequalität verschlechtert wird (In₂O3-Ätzbedin-

gungen: Ätzmittel = FeCl₃ZU HCl = 2 :1; Ätztemperatur = 40⁰C, das In₂O₃-Muster hängt von dem verwendeten Photolack ab). In dem Fall, daß ein metallisches Material, das gegenüber dem In₂O₃-AtZ-mittel inert ist, wie beispielsweise Gold, durch Vakuumabscheidung auf dem Glassubstrat abgeschieden und unter Verwendung der Maßnahmen, die in der Fig.2(b) dargestellt sind, in das gewünschte Muster gebracht wird, zeigt das als metallisches Material verwendete Gold eine schlechte Haftung an dem Glassubstrat und neigt dazu, sich während der Ausbildung des Musters (Fig.2(b) D-E) von dem Glassubstrat abzulösen. Dies hat zur Folge, daß die Goldschicht nicht mehr als elektrischer Leiter dienen kann.

Diese Probleme, wie die Erosion, werden erfindungsgemäß durch ein Ablöseverfahren gelöst. Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Ausbildung von Elektrodenmustern sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die F i g. 3 erläutert.

Zunächst wird auf einem Giassubstrat 6 eine transparente leitende Schicht 4 aus In₂Ü3 abgeschieden (Fig.3A), worauf eine lichtempfindliche Photolackschicnt 7 des positiven Typs auf die transparente leitende Schicht 4 aufgetragen wird (beispielsweise durch Aufstreichen) (F i g. 3B). Nach der Belichtung durch eine Photomaske (Fig.3C) wird die Photolackschicht 7 entwickelt und in ein Muster überführt (F i g. 3D). Unter Verwendung der gemusterten Photo-

lackschicht 7 als Maske wird die transparente leitende Schicht 4 selektiv zu dem gewünschten Muster geätzt, worauf die Photolackschicht entfernt wird und eine gemusterte transparente leitende Schicht zurückbleibt (Fig.3E). Dann wird das gesamte Material mit einer Schicht 7 eines positiven Photolackes bedeckt (F i g. 3F), die dann durch eine Piiotomaske 8' belichtet wird, die sich von der zuvor verwendeten (F i g. 3C) unterscheidet, wonach das Material entwickelt wird (Fig. 3G). Hierdurch ergibt sich ein Photolackmuster (Fig.3H). Dann wird eine leitende Nickelschicht 5 auf dem das Photolackmuster tragende Substrat abgeschieden (Fig. 31), worauf die Photolackschicht mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels, wie Aceton, Dimethylamid, Dimethylacetamid oder Dimethylformamid zusammen mit der darüber befindlichen leitenden Metallschicht entfernt wird, wodurch die leitende Nickelschicht 5 mit dem gewünschten Muster versehen wird (F i g. 3J).

Wenn als leitendes Metall 5 Aluminium verwendet wird, ist es schwierig, das Aluminium durch Ultraschallreinigen in Aceton während der Ablöseschritte (F i g. 31 - J) zu entfernen, so daß gleichzeitig eine starke mechanische Reibwirkung angewandt werden muß, um das Aluminium abzutrennen. Daher zeigen die Ränder der Aluminiumschicht Einkerbungen und ein schlechtes Aussehen.

Es hat sich nunmehr gezeigt, daß dann, wenn man erfindungsgemäß Nickel als Material für die leitende Metallschicht verwendet, zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden. Im folgenden sei daher eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens näher anhand der F i g. 3 erläutert

Wie aus der F i g. 3A zu ersehen ist, wird In₂O₃ durch Vakuumabscheidung ais transparente leitende Schicht 4 unter Anwendung der folgenden Bedingungen auf dem Glassubstrat abgeschieden: Substrattemperatur = 350⁰C, Dicke der Schicht = 50 nm; Abscheidungsgeschwindigkeit = 0,3 bis 0,4 nm/s; Vakuum = 5,3 χ 10-" mbar mit O₂-Leck.

Die transparente leitende I^Ch-Schicht 4 wird dann <to mit Hilfe einer Schleudereinrichtung (Drehzahl der Schleudereinrichtung = 1500 min-V2s (am Anfang) und 2500 min- 728 s (konstant)) mit einer Schicht 7 aus einem Pnoiuiack deb pubiiivcu Typs beschichtet (Naphthochinoamidogruppe). Der Photolack wird in einer Dicke von 0,6 μΐη bzw. 2,5 μΐη aufgebracht und während 30 Minuten bei 9O⁰C eingebrannt. Nach dem Einbrennen erfolgt das Belichten (Fig.3c) mit einer Ultrahochspannungsquecksilberdampflampe unter Anwendung einer Belichtungszeit von 9 s bzw. 20 s.

Nach dem Belichten wird das Photolackmuster mit einem dafür geeigneten Entwickler (der zusammen mit destilliertem Wasser in Form einer l:l-Mischung eingesetzt wird) bei Raumtemperatur während 60 s bzw. 90 s entwickelt und gebildet. Nach der Entwicklung wird das Photolackmuster gut mit destilliertem Wasser gereinigt und während 90 Minuten bei 135°C nacheingebrannt

Nach dem Nacheinbrennen wird die transparente leitende In₂C>3-Schicht 4 chemisch zur Bildung des gewünschten Musters geätzt währenddem die Photolackschicht 7 als Maske verwendet wird (F i g. 3E). Als Ätzmittel wird eine FeCh/HCl-Mischung (2/1) eingesetzt, und es wird während 2 min 30 s bei 140° C geätzt.

Dann wird die zurückgebliebene Photolackschicht mit Aceton oder einem Photolackentferner entfernt, worauf ein Photolack des positiven Typs unter Anwendung der Bedingungen, die für die F i g. 3B beschrieben wurden, auf die mit einem Muster versehene In₂O₃-Schicht aufgebracht wird (F i g. 3F). Dann wird die Photolackschicht eingebrannt (20 min bei 9O⁰C) und belichtet (Fig.3G). Nach dem Entwickeln und dem Nacheinbrennen wird auf die das Photolackmuster tragende Oberfläche ein leitender dünner Nickelfilm durch Vakuumabscheidung oder durch Elektronenstrahlabscheidung ausgebildet (F i g. 31). Dabei arbeitet man bei einer Substrattemperatur von Raumtemperatur und bildet die Schicht mit einer Dicke von 50 nm bei einem Vakuum von 6,7 χ 10~⁵ mbar.

Die Nickelschicht wird durch Ultraschallreinigung in einer Acetonlösung von der Photolackschicht entfernt, wodurch das metallische Elektrodenmuster ausgebildet wird(Fig. 3J).

Es ist möglich, die Nickelschicht mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels, wie Dimethylamid, Dimethylacetamid oder Dimethylformamid oder eines Photolackentferners, wie eines alkalischen Entferners auf der Grundlage eines organischen Amins, zu entfernen.

Die in der oben beschriebenen Weise hergestellten Metallelektroden können schnell entfernt werden, und es läßt sich ein scharfer Rand der Metallelektrode aus Nickel erzeugen, wobei das als leitendes Material verwendete Nickel eine gute Haftung an der transparenten leitenden ln^-Schicht zeigt In dieser Weise erhält man ein sehr genaues Elektrodenmuster. Zur weiteren Verbesserung der Verläßlichkeit der Oberfläche der leitenden Nickelschicht kann man durch anodische Oxidation unmittelbar vor der Durchführung der in der F i g. 3J dargestellten Maßnahme, jedoch nach der Durchführung der Maßnahme der F i g. 31 (Vakuumabscheidung des Nickels), wie folgt eine Metalloxidschicht ausbilden. Man bewirkt die anodische Oxidation unter Verwendung einer wäßrigen Ammoniumtartratlösung (mit einem pH-Wert von 5,5) als anodisches Oxidationsmittel unter Anwendung eines Gleichstroms von 10 mA (bei einer anodisch zu oxidierenden Fläche von 70 cm²) und arbeitet während einer Zeitdauer von 5 min bei einer Spannung von bis zu 22 V. Anschließend reinigt man das Material mit destilliertem Wasser und erhält das gewünschte Muster (Fig.3J). Durch die anodische Oxidation wird die Korrosion der Nickeloberfläche unter Einwirkung der Luftfeuchtigkeit verhindert wodurch eine hohe Verläßlichkeit des Produkts sichergestellt wird.

Wie bereits erwähnt, wird in dieser Weise die Korrosion als Folge der Reduktion der transparenten leitenden In₂O3-Schicht das Auftreten von Metallrückständen auf der I^Oj-Oberfläche (das bei der Methode der Fig.2(a) festgestellt wird) und das Auftreten von Rissen und kleinen Löchern oder Poren als Folge des In₂O₃-Ätzens (wie es bei der Methode 2(b) erfolgt) verhindert

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ausbildung eines metallischen Elektrodenmusters und eines transparenten Elektrodenmusters, die sich mindestens teilweise überlappen, auf einem Substrat unter Anwendung eines auf einer Hauptoberfläche des Substrats abgeschiedenen, transparenten, elektrisch leitenden Films zur Ausbildung des transparenten Elektrodenmusters, dadurch gekennzeichnet,

daß man in der angegebenen Reihenfolge einen auf der Hauptoberfläche des Substrats abgeschiedenen,

transparenten, elektrisch leitenden In₂O₃-FiIm zur

Ausbildung des transparenten Elektrodenmusters ätzt;

die gesamte Hauptoberfläche aes Substrats r,;it einer Photolackschicht bedeckt;

einen Teil der Photolackschicht entsprechend dem metallischen Elektrodenmuster entfernt;

die gesamte Hauptoberfläche des Substrats mit einer Nickelschicht bedeckt; und

die restliche Photolackschicht mit Hilfe eines Photolackentferners unter Bildung des metallischen Elektrodenmusters entfernt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Nickelschicht durch anodische Oxidation passiviert.