DE3127356A1 - Verfahren zum bilden elektrisch leitender durchdringungen in duennfilmen - Google Patents

Verfahren zum bilden elektrisch leitender durchdringungen in duennfilmen

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DE3127356A1
DE3127356A1 DE19813127356 DE3127356A DE3127356A1 DE 3127356 A1 DE3127356 A1 DE 3127356A1 DE 19813127356 DE19813127356 DE 19813127356 DE 3127356 A DE3127356 A DE 3127356A DE 3127356 A1 DE3127356 A1 DE 3127356A1
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Lohja Oy AB
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Lohja Oy AB
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Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERUCH .;. :. ":..: D-SCOO-M Q NCH EN 22 Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN · Steinsdorfstraße 10
Dr.rer.nat. W. KÖRBER ^ (°89) * 29 " M
Dipl. Ing. J. SCHMIDT-EVERS _ Ij PATENTANWÄLTE
10. Juli 1981
Oy LOHJA Ab
08700 Virkkala
FINNLAND
Verfahren zum Bilden elektrisch leitender Durchdringungen in Dünnfilmen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden elektrisch leitender* Durchdringungen, bzw. Durchführungen in Dünnfilmen und dergleichen, insbesondere von der Außenfläche der Dünnfilme, die mittels Schich.tenniederschlags bei einer Temperatur von 200-700 C auf mindesten einer inneren Schicht, vorzugsweise einer Elektrodenschicht, aufgewachsen sind, derart, daß eine Menge an Metallsubstanz auf der Innenschicht innerhalb jeder Durchdringungs-Sollfläche vor der Bildung der folgenden Schicht angeordnet wird.
Leitende Durchdringungen oder Durchführungen in Dünnfilmen werden hauptsächlich bei elektronischen Bauelementen benötigt, bei denen Elektrizität über Passivierungsfilme oder Mehrlagen-r ..Dünnfilme, die mittels Dünnfilmtechnik hergestellt sind, zu niedrigeren (weiter unten liegenderen) leitenden Schichten hinunter geführt werden muß.
Meistens wird bisher zur Bildung von Durchdringungen eine Ätztechnik verwendet. An den Soll-Durchdringungspunkten (Kontaktflächen) wird der dem Ätzmedium (chemische Ätzlösungenj Plasma) ausgesetzte Dünnfilm selektiv bis zu dem erwünschten niedrigeren leitenden Film weggeätzt, während der Rest der Oberseite, da er beispielsweise mittels eines Fotoresist geschützt ist, der Wirkung der jeweiligen Ätzung gegenüber passiv d. h. unveränderbar bleibt.
Ein weiteres, häufig verwendetes Verfahren ist das sog. "Lift-Off'-Verfahren, bei dem ein Hilfsfilm innerhalb der Durchdringungsfläche unmittelbar auf den leitenden Film gebildet wird, wobei auf dem Hilfsfilm die oberen (darüber liegenden) Dünnfilmschichten aufgewachsen werden. Danach wird die Druchdringung dadurch erzeugt, daß der Hilfsfilm durch Lösen oder mechanisches Kratzen abgelöst wird, wodurch der auf dem Hilfsfilm aufgebaute Dünnfilm gleichzeitig abgenommen wird, Der leitende Film wird freigelegt, wodurch ein Kontakt mit diesem leitenden Film bzw. dieser leitenden Schicht möglich ist.
Ein Problem bei den Ätz-Verfahren jederzeit die selektiv
richtigen Ätzmittel zu finden, die für die verschiedenen Schichten geeignet sind, derart, daß das Ätzen auf der er-, wünschten leitenden Schicht angehalten bzw. beendet: wird. Ganz allgemein gilt,· daß eine sehr genaue Steuerung zum genauen Beenden der Ätzung im richtigen Moment erforderlich ist. Insbesondere im Fall von großflächigen Anzeige-Bauelementen ist es schwierig, den Oberflächenteil außerhalb der Kontaktflächen vollständig gegenüber der Einwirkung der Ätzung zu schützen, weil aufgrund von Staubteilchen und dergleichen Störungsfaktoren ein Fototresist stets eine beträchtliche Anzahl an fehlerhaften Stellen enthält. Durch diese kann durch Ätzwirkung ein unerwünschter aktiver Bereich der Anzeigefläche erreicht werden, was eine sehr nachteilige und schädliche Wirkung auf den Ertrag und
die Qualität der herzustellenden Bauelemente besitzt.
Ein Problem bei dem'" Lift-Off"-Verfahren (Abhebeverfahren)
ist es häufig/wie ein geeigneter HilEsfilm gefunden werden
kann,,der die folgenden Dünnfilm-Verarbeitungsschritte unverändert übersteht. Es ist weiter anzumerken, daß bei erhöhten Temperaturen aufgewachsene Dünnfilme üblicherweise
dicht und fest sind, so daß die Lösungsmittel die Hilfsfilnie nicht beeinflussen können, die darunter verblieben
sind. Das Ablöse er gebnis ist typisch; ein <. ι .·
Abblättern und eine Undefinierte Form, wobei es häufig nicht
einfach ist, den Film vollständig zu entfernen.
Andererseits sind aufgrund deren Grobheit mechanische Verfahren (schleifen, kratzen ) ganz allgemein nicht anwendbar. ;
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges·Verfahren anzugeben, bei dem unter Vermeidung der erwähnten Nachteile ; elektrisch leitende Durchdringungen in Dünnfilmen sicher ; erreichbar sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise bei der
Herstellung von Dünnfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigeelementen ;
verwendet werden. Ein derartiges Anzeigeelement weist einen i
mehrschichtigen Dünnfilmaufbau auf, bei dem die leitende \
Durchdringung oder Durchführung durch eine Passivierungs- j
schicht zu einer oberen leitenden Schicht und durch die ;
Passivierungsschicht und durch Isolation und Halbleiter- ί
schichten zu einer niedrigeren bzw. unteren (lichtdurch-' j
lässigen) leitenden Schicht · erreicht werden soll. !
Das Verfahren gemäß der Erfindung beruht auf der Idee,
daß eine Menge an Metall oder Metallsubstanz niedrigen |
Schmelzpunktes jedoch hohen Siedepunktes auf der Durch- '
dringungsflache (Kontaktfläche) angeordnet wird, bevor die j
zu durchdringenden Dünnfilme verarbeitet bzw. hergestellt j
werden. ' ί
Wenn das Aufwachsen des Dünnfilmes bei einer erhöhten Temperatur.' stattfindet, bei der das Metall geschmolzen bleibt, können die gegen die metallische Oberfläche kollidierenden Atome bzw. Moleküle keinen einheitlichen Film bilden, weil die geschmolzene Oberfläche in sehr erheblicher thermischer Bewegung ist und zunderfrei ist. Der Dünnfilm wird normalerweise auf der übrigen Oberfläche aufgewachsen unter der Voraussetzung,daß bei der Aufwachstemperatur Verunreinigungsatome nicht von dem betrachteten MetalltLn die Umgebung in. schädlichem Ausmaß verdampft werden. Dies ist möglich bei Metallen, die einen hohen Siedepunkt besitzen, d. h. einen niedrigen Dampfdruck bei der Aufwachstemperatur· Bei den Dünnfilm-Verarbeitungsschritten besteht eine Verbindung mit der erwünschten leitenden Schicht, die durch das Kontaktmetall innerhalb der Kontaktfläche übertragen wird.
: D.as Bombieren des Dünnfilmwerkstoffes, das auf diese Fläche gerichtet, ist, bildet eine Schlackenschicht im· Randbereich des Metalles. Anderswo ist die leitende Schicht durch einen regelmäßigen Dünnfilmaufbau bedeckt. Keine weiteren Betriebsschritte sind erforderlich, um eine Durchdringung sicher__zu_stellen.
Insbesondere zeichnet sich das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch aus, daß eine solche Metallsubstanz verwendet wird, deren Schmelzpunkt niedriger ist und deren Siedepunkt höher ist als die Aufwachstemperatur der Schichten, wodurch die Metallsubstanz, wenn sie geschmolzen ist, die Bildung von Schichten auf ihr selbst verhindert und beim Aushärten die erwünschten elektrisch leitenden. Durchdringungen bildet.
Mittels der Erfindung sind erhebliche Vorteile erreichbar. Insbesondere vermeidet das erfindungsgemäße Verfahren den kostspieligen und sehr kritischen Fotolithogr'aphie/Ätz-Schritt bei dem Herstellungsverfahren des Bauelementes, wodurch der Ertrag und die Qualität der Bauelemente verbessert werden. Im ganzen gesehn enthält das Verfahren
keine kritischen Schritte und erfordert keine genaue Steuerung, wie im Fall der Atzverfahren.
D.irüberhinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren produktitmsgünstig. Die Metallinseln (Knotenpunkte)^ die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildet werden, bilden gleichzeitig fertige Kontaktträger Bzw. Kontaktstellen für die Verdrahtung nach außerhalb des Bauelementes.
Die Erfindung wird.im folgenden ausführlich näher erläutert, und zwar unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbei spi el.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt vergrößert und teilweise schematisch einen Schnitt einer Durchdringung, die in einem Dünnfilmauf bau mittels des erfindungsgemäßeniiVer fahr ens gebildet ist. Bei dem folgenden beispielhaften Verfahren bestehen die in einer Dünnfilm-Elektrolumineszenz-Anzeigekomponente erforderlichen leitenden Durchdringungen aus Indiummetall (In). Bei der in der Figur dargestellten Anordnung ist auf der Oberfläche eines lichtdurchlässigen Indium Zinn-Oxid-Leiters 2 (ITO), der auf einem Glässubstrat 1 angeordnet ist, innerhalb der Kontaktfläche 2' eine Menge an Indiummetall 8 dosiert aufgebracht.
Der Schmelzpunkt von Indium beträgt 156,2° C, ..
und Dünnfilme 3(ausAl 0 ), k (aus ZnS :Mn), 5 (aus Al 0„) und 6 (aus ITO).die darauf niedergeschlagen sind, werden bei 500°-C in ·· . einem chemischen' Dampfniederschlagsverfahren verarbeitet. Das Indiummetall 8 wird dann geschmolzen, und da dessen Siedepunkt hoch ist, (2000 C), ist dessen eigener Dampfdruck bei der Arbeitstemeperatur
_7
niedriger als 10 Torr. Von der'Oberflache des geschmolzenen Indiums 8 werden die Werkstoffe, die die Dünnfilme bilden, zur Umfangsflache gezundert (scaled) zur Bildung einer Schläckenschicht 7» wodurch die Kontaktfläche offen bleibt. Aufgrund des niedrigen Dampfdruckes von Indium tritt kein nachteiliger Einfluß auf die aufwachsenden Filme auf.
Die gute Adhäsion von Indium auf dem ITO-FiIm 2 erlaubt es, daß die Substrate 1 in beliebiger Lage während des Verarbeitungsschrittes gehalten werden können. Nach den Dünnfilm-Verarbeitungsschritten wird der Kontakt zur unteren leitenden ITO-Schicht 2 gerade durch das Indiummetall ohne irgendwelche folgende Betriebsschritte übertragen. Nach dem der obere leitende ITO-FiIm 6 musterartig ausgebildet worden bzw. strukturiert worden ist, wird Indiummetall auf die Kontaktflächen des Oberflächen-Leiters 6 dosiert und die Durchdringung durch die Al 0 -Passivierungsschicht mit einer Dicke von etwa 1 um^die unter den oben erwähnten Verarbeitungsbedingungen aufgewachsen werden soll, wird in der erläuterten Weise gebildet.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann selbstverständlich auch in einer Weise durchgeführt werden, die von der erläuterten abweicht. Beispielsweise sind Indium;gLed..chende Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt und hohem Siedepunkt, beispielsweise Zinn (Sn:Schmelzpunkt 231,9° C , Siedepunkt 22700C)
und Gallium (Garjsdimelzpunkt 29,8°C Siedepunkt 2237° C).
Dies sind mögliche Durchdringungsmetalle, wenn die Temperatur des Dünnfilm-Verarbeitungsschrittes 232 ° C erreicht
bzw. überschreitet (wenn Zinn verwendet wird) bzw. 30°C überschreitet (wenn Gallium verwendet wird).
Zusätzlich zu Elektrοlumineszenz-Dünnfilmen kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise auch bei in Si N, und dergleichen zu bildenden Durchdringungen verwendet werden, d. h. bei Filmen, die in ICs verwendet werden (IC:integrierte Schaltungen).
Grundsätzlich kann gemäß der Erfindung irgendeine Metallsubstanz verwendet werden, deren Schmelzpunkt niedriger ist und deren Siedepunkt höher ist als die Aufwachstemperatür der Filmschichten, die durchdrungen werden sollen..
Tn solchen Fällen können verschiedene Legierungen von Indium, Zinn und Gallium betrachtet werden, wobei mindestens zwei von ihnen verwendet werden, ebenso wie auch andere Metalllegierungen.
Versuche haben gezeigt, daß Indium für sich selbst der beste Werkstoff ist aufgrund dessen guter Durchdringungseigenschaften. Bei der Prüfung von Legierungen aus Indium und Zinn haben sich gute Ergebnisse dann ergeben, weiPbei den Legierungen der Anteil an Zinn höchstens 80 Gewichtsprozent beträgt. Die Verwendung von Zinn ist gerechtfertigt aufgrund der guten Löteigenschaften sowie vorteilhaft der günstigeren Kosten j
dieses Metalls wegen. ■ . I
Weiter ist zu bemerken, daß an Stelle von Indium -Zinnoxid (ITO)7 das bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel verwendet j worden ist, auch Zinndioxid-Antimon (SnO /Sb) oder jedes j
andere Metall (z.B Au, Al, Cr oder Mo) ganz allgemein als '■
Werkstoff für die leitende Schichten 2 bzw. 21 geeignet ist. I
Der Metallwerkstoff wxrd auf der Sollfläche für die Durchdringung zweckmäßigerweise mittels Verdampfung durch eine '} Maske oder in an sich bekannter Weise durch Löten angeordnet.
Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen möglich.
tanwalt

Claims (1)

  1. Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH . .:. "- D-8Ö00:M.ÖNCH EN 2 2
    Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN . Steinsdorfstraße 10
    Dr.ror.nat. W. KÖRBER ® (089) "29 66 84
    Dipl.-Ing. J. SCHM1DT-EVERS
    PATENTANWÄLTE
    10. Juli 1981
    Oy LOHJA Ab
    08700 Virkkala
    FINNLAND
    ANSPRUCHE
    fly Verfahren zum Bilden elektrisch leitender Durchdringungen .in Dünnfilmen und dergleichen, insbesondere von der Außenseite von Dünnfilmen, die durch SchichtenmieT· derschlag bei einer Temperatur von 200-700 Grad Celsius auf mindestens einer Innenschicht, vorzugsweise einer Elektrodenschicht, aufgewachsen sind, so'daß . eine Menge an Metall substanz auf der Innenschicht innerhalb jeder erwünschten Durchdringungsfläche vor der Bildung der folgenden Schicht angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet,
    daß eine solche Metallsubstanz verwendet wird, deren Schmelzpunkt niedriger ist und deren Siedepunkt höher ist als die Aufwachstemperatur der Schichten (3 bis 6^9)1 wodurch die Metallsubstanz im Schmelzzustand die Bildung von Schichten (3 bis 6/9) auf sich selbst verhindert und ausgehärtet die erwünschten elektrisch leitenden Durchdringungen (8) bildet.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß als Metallsubstanz Indium^Zinn oder Gallium verwendet wird.
    3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallsubstanz eine Metallegierung verwendet wird. .
    4. Verfahren nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Legierung aus Indium und Zinn verwendet wird. ·;
    5. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Anteil an Zinn in der Legierung höchstens 8O \
    Gewichtsprozent beträgt. ' j
    6. Verfahren nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, ι daß eine Legierung aus Zinn und Gallium verwendet wird. ;j
    7. VerfähiceHuinach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, j
    daß eine Legierung aus Indium und Gallium verwendet-S j
    wird. . ■ \
    8. Verfahren nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung aus Indium, Zinn und Gallium verwendet wird,
    9· Verfahren nach Einern der Ansprüche 1 bis 8,,dadurch
    gekennzeichnet, i
    daß die Metallsubstanz auf der Sollfläche der Durchdringung (8) durch Verdampfung durch eine Maske angeordnet wird.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Metallsubstanz auf der Sollfläche der Durchdringung (8) durch an sich bekanntes Löten angeordnet wird.
    11. Elektrisch leitdende Durchdringung in Dünnfilmon oder dergleichen, die gemäß dem Verfahren nach einem dor Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.
DE19813127356 1980-08-01 1981-07-10 Verfahren zum bilden elektrisch leitender durchdringungen in duennfilmen Withdrawn DE3127356A1 (de)

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