JP2022047473A - スタック構造及びタッチセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】銀ナノワイヤ及び銅層を含むスタック構造内の銀ナノワイヤが還元反応のために集積せず、最終的にサイズの増加及びワイヤ直径の増加とならないような、スタック構造及びタッチセンサを提供する。【解決手段】スタック構造１０は、基板１１と、基板上に配置された銅層１２と、銅層上に配置された耐マイグレーション層１３と、耐マイグレーション層上に配置された銀ナノワイヤ層１４とを含む。耐マイグレーション層は、ガルバニック系列の銅と銀との間の材料からなる。タッチセンサは、該スタック構造を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、スタック構造に関し、特に、耐マイグレーション層を含むスタック構造に関し、特に、該スタック構造を含むタッチセンサに関する。

銀ナノワイヤ及び銅層を含むスタック構造をタッチセンサに適用することができる。従来のタッチセンサのスタック構造の銀ナノワイヤは銅層上に直接コーティングされているため、銅層と銀ナノワイヤとの間にガルバニック効果が発生し、還元反応のために銀ナノワイヤが集積（amass）する。これにより、銀ナノワイヤのサイズの増加及びワイヤ直径の増加をもたらし、エッチングプロセスにおけるスタック構造の歩留まり及びスタック構造を内部に有するタッチセンサの性能を低下させる。

中国特許出願公開第１１０９４１３５８号明細書

本開示の目的は、銀ナノワイヤ及び銅層を含むスタック構造内の銀ナノワイヤが還元反応のために集積せず、最終的にサイズの増加及びワイヤ直径の増加とならないような、スタック構造及びタッチセンサを提供することである。

少なくとも上記目的を達成するために、本開示は、基板と、前記基板上に配置された銅層と、前記銅層上に配置された耐マイグレーション層と、前記耐マイグレーション層上に配置された銀ナノワイヤ層とを含むスタック構造を提供し、前記耐マイグレーション層は、ガルバニック系列の銅と銀との間の材料からなる。

前記スタック構造に関し、前記耐マイグレーション層は合金からなる。

前記スタック構造に関し、前記合金は、ステンレス鋼、銅ニッケル合金モネル及びインコネルからなる群から選択される１つである。

前記スタック構造に関し、前記耐マイグレーション層は金属からなる。

前記スタック構造に関し、前記金属は、チタン、モリブデン、タングステン、スズ、鉛、タンタル及び不動態化ニッケルからなる群から選択される１つである。

前記スタック構造に関し、前記基板は薄膜基板である。

前記スタック構造に関し、前記銅層、前記耐マイグレーション層及び前記銀ナノワイヤ層がパターン化される。

少なくとも上記の目的を達成するために、本開示は、前記スタック構造を備えるタッチセンサを提供する。

エッチングプロセスの間、本開示のスタック構造の耐マイグレーション層は、一段階エッチング液を用いて行われるエッチングプロセスが次の層（例えば、銅層）に到達する速度を低下させ、それによって、一段階エッチングプロセス中の銅層の急速なエッチングによって引き起こされる銀ナノワイヤ層の不完全なエッチング及び過剰なエッチングを防止し、一段階エッチングプロセス中のプロセスウィンドウ及び歩留りを効果的に増大させる。さらに、耐マイグレーション層は、銅層上にコーティングされた銀ナノワイヤ層に関して生じる還元反応に起因する銀ナノワイヤの集積及びそのサイズの増大のために起こり得る銀ナノワイヤのエッチング困難性を低減する。したがって、本開示のスタック構造における耐マイグレーション層は、銀ナノワイヤ層のエッチングの効率の向上に寄与し、その結果、スタック構造はタッチセンサの製造プロセスでの使用に適している。

従って、本開示のスタック構造における耐マイグレーション層は、銀ナノワイヤの集積の可能性、及び、銀ナノワイヤ層に生じる還元反応によって銀ナノワイヤのサイズ及びワイヤ直径が増大する可能性を低減することによって、本開示のスタック構造を有するタッチセンサの性能を向上させるのに役立つ。

本発明の第１実施形態に係るスタック構造の概略図である。

本発明の第１実施形態に係るスタック構造を形成するためのプロセスフローの概略図である。

本発明の第２実施形態に係るタッチセンサの概略図である。

本発明の第３実施形態に係るタッチセンサを形成するためのプロセスフローの概略図である。

第１比較例に係るスタック構造の概略図である。

第１実施形態に係るスタック構造の銀ナノワイヤ層の顕微鏡写真である。

第１比較例に係るスタック構造の銀ナノワイヤ層の顕微鏡写真である。

第１比較例に係る、パターン化されたフォトレジストを有するスタック構造の顕微鏡写真である。

第１比較例に係る、１段階エッチング処理及びフォトレジストの除去後のスタック構造の顕微鏡写真である。

本発明の実施は、以下の特定の実施形態によって例示されるので、当業者は、本明細書に開示された内容によって本発明の他の利点及び効果を理解することができる。本発明はまた、他の実施形態によって実施又は適用されてもよく、本明細書における詳細はまた、種々の修正及び変形のために本発明の精神から逸脱することなく、異なる見解及び適用に基づいてもよい。

特に明記しない限り、本明細書で使用される冠詞「a」、「an」及び「the」は、複数形であると解釈することもできる。

特に明記しない限り、本明細書で使用される「又は（or）」という接続詞は、「及び／又は（and/or）」を意味すると解釈することもできる。

本明細書中で使用される用語「ガルバニック系列（galvanic series）」は、「電気腐食系列（electrical corrosion series）」、「電圧系列（voltage series）」、「一次電池系列（primary cell series）」、「（腐食）電位列（(corrosive) electropotential series）」、又は「電気双極子列（electric dipole series）」としても知られ、合金及び金属のような種々の材料の陽極電位又は陰極電位の傾向を記述する。具体的には、「ガルバニック系列」は、電解質として機能する海水に限定される。

本明細書で使用される「不動態化（passivation）」という用語は、材料の表面を酸化に対して耐性にし、従って、材料の腐食に対する耐性を高めるために、材料を処理するプロセスを指す。

第１実施形態
図１は、本開示の第１実施形態に係るスタック構造１０の概略図である。図１を参照すると、本開示の第１実施形態におけるスタック構造１０は、基板１１と、基板１１上に配置された銅層１２と、銅層１２上に配置された耐マイグレーション層１３と、耐マイグレーション層１３上に配置された銀ナノワイヤ層１４とを含み、耐マイグレーション層１３は、ガルバニック系列の銅と銀との間の材料から作られる。

本実施形態では、基板１１は薄膜基板であるが、これに限定されるものではなく、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＰ）、無色ポリイミド（ＣＰＩ）等の他の基板を適宜選択することができる。例えば、基板１１は、１０μｍ－１５０μｍの厚さを有するポリマー透明プラスチック基板であってもよい。

本実施形態では、銅層１２は、純銅（例えば、銅９９％、不純物１％以下）からなる。

本実施形態では、耐マイグレーション層１３としてモネルを用いているが、これに限定されるものではなく、必要に応じてガルバニック系列の銅と銀との間のいずれかを選択することができる。例えば、一実施形態では、耐マイグレーション層１３は合金で作られ、適切な合金は、ステンレス鋼、銅ニッケル合金、モネル又はインコネルを含むが、これらに限定されない。別の実施形態では、耐マイグレーション層１３は金属から作られ、適切な金属は、チタン、モリブデン、タングステン、スズ、鉛、タンタル又は不動態化ニッケルを含むが、これに限定されない。

この実施形態では、銀ナノワイヤ層１４は、銀ナノワイヤから作られる。説明のために、銀ナノワイヤ層１４内の銀ナノワイヤは、それぞれ長さ５μｍ－２０μｍ、幅５μｍ－３０μｍであるが、本開示はこれに限定されない。

第１実施形態では、銅層１２、耐マイグレーション層１３及び銀ナノワイヤ層１４は、図２に示すプロセスフローによってパターン化される。図２を参照すると、処理フローは以下の通りである。

１．第１実施形態のスタック構造１０を提供する。

２．リソグラフィによって、パターン化されたフォトレジスト１７を銀ナノワイヤ層１４上に形成する。

３．銅層１２、耐マイグレーション層１３及び銀ナノワイヤ層１４のうち、フォトレジスト１７で覆われていない部分を一段階のエッチング処理によって除去する。

４．フォトレジスト１７を除去する。

図２の右側の写真は、第１実施形態のスタック構造１０を、上記ステップ２、３、４の後に撮影した顕微鏡写真である。図２の顕微鏡写真に示されているように、耐マイグレーション層１３を有する第１実施形態のスタック構造１０は、横方向エッチングの問題、残留する集積された銀ナノワイヤ、及び不完全なエッチングの低減のために、１μｍ未満の臨界寸法バイアス（ＣＤ（critical dimension）バイアス）を有する。

第２実施形態
図３は、本発明の第２実施形態に係るタッチセンサ２０の概略図である。図３を参照すると、タッチセンサ２０は、基板２１と、基板２１上に配置された銅層２２と、銅層２２上に配置された耐マイグレーション層２３と、耐マイグレーション層２３上に配置された銀ナノワイヤ層２４とを備え、耐マイグレーション層２３は、ガルバニック系列の銅と銀との間の材料からなる。

図３を参照すると、銅層２２、耐マイグレーション層２３及び銀ナノワイヤ層２４がパターン化されている。

図３を参照すると、実施形態２のタッチセンサ２０では、銅層２２及び耐マイグレーション層２３が基板２１の端部に配置されており、基板２１が銅層２２及び耐マイグレーション層２３によって覆われていない可視領域２５と、基板２１が銅層２２及び耐マイグレーション層２３によって覆われている周辺配線領域２６とが、タッチセンサ２０のスタック構造において規定されている。

なお、第２実施形態における基板２１、銅層２２、耐マイグレーション層２３及び銀ナノワイヤ層２４は、第１実施形態と同様の材料からなるが、これに限定されるものではない。

実施形態２のタッチセンサ２０は、図４に示す処理フローにより製造される。図４を参照すると、処理フローは以下の通りである。

１．基板２１上に銅層２２、耐マイグレーション層２３及び銀ナノワイヤ層２４を順次提供し、銅層２２及び耐マイグレーション層２３は基板２１の縁部に配置され、基板２１が銅層２２及び耐マイグレーション層２３によって覆われていない可視領域２５と、基板２１が銅層２２及び耐マイグレーション層２３によって覆われている周辺配線領域２６とが、タッチセンサ２０のスタック構造において規定される。

２．銀ナノワイヤ層２４上にフォトレジスト２７を提供する。

３．リソグラフィによってフォトレジスト２７をパターニングする。

４．銅層２２、耐マイグレーション層２３及び銀ナノワイヤ層２４のうち、フォトレジスト２７で覆われていない部分を一段階のエッチング処理によって除去する。

５．フォトレジスト２７を除去し、本実施形態のタッチセンサ２０の製造を完了する。

第１比較例

図５は、第１比較例のスタック構造５０の概略図である。図５を参照すると、第１比較例のスタック構造５０は、基板５１と、基板５１上に配置された銅層５２と、銅層５２上に配置された銀ナノワイヤ層５４とを含む。

第１比較例における基板５１、銅層５２及び銀ナノワイヤ層５４は、第１実施形態で開示されたものと同じ材料から作られる。第１比較例は、以下の技術的特徴によって第１実施形態と区別される。第１比較例のスタック構造５０は、第１実施形態の耐マイグレーション層１３を含まず、したがって、銀ナノワイヤ層５４は銅層５２上に直接配置される。

第１試験
銀ナノワイヤ層上の耐マイグレーション層の効果を評価するために、第１試験は、第１実施形態及び第１比較例のスタック構造を提供し、銀ナノワイヤ層の微視的構造の写真を顕微鏡で撮影し、２つのスタック構造をそれぞれの銀ナノワイヤ層における銀ナノワイヤの集積に関して比較することを含む。

図６は、第１実施形態に係るスタック構造１０の銀ナノワイヤ層１４を撮影した顕微鏡写真である。図７は、第１比較例に係るスタック構造５０の銀ナノワイヤ層５４の顕微鏡写真である。図６及び図７を参照すると、第１実施形態のスタック構造１０と比較して、第１比較例のスタック構造５０は、以下の欠陥を有する。銀ナノワイヤ層５４内の銀ナノワイヤは、激しく集積するだけでなく、厚くなり、後続のエッチングプロセスの品質を損なう。

第２試験
スタック構造のエッチングプロセスに対する耐マイグレーション層の効果を評価するために、第２試験は、第１比較例のスタック構造５０を提供し、次いで、第１比較例のスタック構造５０の銅層５２及び銀ナノワイヤ層５４を、第１実施形態で開示されたプロセスフローに従ってパターニングすることを含む。試験結果を図８及び図９に示す。

図８は、第１比較例に係るパターン化されたフォトレジストを有するスタック構造５０を撮影した顕微鏡写真である。図９は、第１比較に係る、一段階エッチング工程を経て、フォトレジストを除去した後のスタック構造５０を撮影した顕微鏡写真である。図９を参照すると、第１比較例のスタック構造５０がパターニングプロセスを受けた後、集積された銀ナノワイヤがエッチングプロセスを不完全にし、従って、銀ナノワイヤの痕跡が、エッチングされる領域（すなわち、図９の暗い領域）に見出され、図９における２．９μｍの臨界寸法バイアス（ＣＤバイアス）につながる。

図２の試験結果（図８及び図９）の比較によって得られた結果、第２試験は以下の通りである。第１比較例のスタック構造５０と比較して、第１実施形態のスタック構造１０は、耐マイグレーション層１３を含むため、過度に大きなＣＤバイアス、及び銀ナノワイヤの集積による不完全なエッチングプロセスによって引き起こされる残留銀ナノワイヤを効果的に排除する。

第３試験
耐マイグレーション層が形成される材料の種類がスタック構造に及ぼす影響を評価するために、第３試験は、耐マイグレーション層１３が他の材料から形成されることを除いて、第１実施形態のスタック構造１０を提供し、銀ナノワイヤ層１４における銀ナノワイヤの集積度に対する他の材料の影響を観察することを含む。試験結果を表１に示す。

表１の試験結果は、第１実施形態で使用されるモネルに加えて、不動態化ニッケル及び銅ニッケル合金のようなガルバニック系列の銅と銀との間の材料が、銀ナノワイヤ層１４における銀ナノワイヤの集積を妨げることができることを示す。

結論として、本開示によるスタック構造及びスタック構造を備えるタッチセンサは、少なくとも以下の利点を有する。

１．耐マイグレーション層は、エッチングプロセス中の銅層の過剰なエッチングを減速及び遅延させる機能を提供するだけでなく、銅層が空気及び水蒸気と接触することによる銅層の酸化を防止する銅層の保護層としても機能する。

２．耐マイグレーション層は、銅層の過度に高速なエッチング及び銀ナノワイヤ層の不完全なエッチングを防止するためのバッファ層として機能する（エッチング液が他の層をエッチングする前に、まず耐マイグレーション層をエッチングしなければならないが、耐マイグレーション層のエッチングと銀ナノワイヤ層のエッチングとを同時に行うことができるからである）。

３．従来のスタック構造では、銀ナノワイヤ層が銅層上に直接コーティングされているため、ガルバニック効果が生じ、銀ナノワイヤ層内の銀ナノワイヤが集積し、還元反応の結果として、増大したサイズ及び増大したワイヤ直径を呈する。対照的に、本開示のスタック構造は耐マイグレーション層を有し、耐マイグレーション層は銀ナノワイヤが銅層と直接接触して反応を引き起こすことを防止し、厚くなった銀ナノワイヤによって引き起こされる不十分なエッチングの可能性を低減するのに有効である。

４．試験を受けた後、本開示のスタック構造は、以下の利点を有する。銅層、耐マイグレーション層及び銀ナノワイヤ層は、一段階エッチング液を用いたリソグラフィによってパターン化され、横方向エッチングの問題、銀ナノワイヤ及びそのトレースの集積、及び不完全なエッチングの可能性が大幅に低減され、それによって１μｍ未満のＣＤバイアスが達成される。

本開示は、特定の実施形態によって説明されてきたが、当業者は、特許請求の範囲に記載された本開示の範囲及び精神から逸脱することなく、多くの修正及び変形を行うことができる。

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板上に配置された銅層と、
   前記銅層上に配置された耐マイグレーション層と、
   前記耐マイグレーション層上に配置された銀ナノワイヤ層と、
   を含み、
   前記耐マイグレーション層は、ガルバニック系列の銅と銀との間の材料からなる、
   スタック構造。
2. 前記耐マイグレーション層は合金からなる、
   請求項１に記載のスタック構造。
3. 前記合金は、ステンレス鋼、銅ニッケル合金、モネル及びインコネルからなる群から選択される１つである、
   請求項２に記載のスタック構造。
4. 前記耐マイグレーション層は金属からなる、
   請求項１に記載のスタック構造。
5. 前記金属が、チタン、モリブデン、タングステン、スズ、鉛、タンタル、及び不動態化ニッケルからなる群から選択される１つである、
   請求項４に記載のスタック構造。
6. 前記基板は薄膜基板である、
   請求項１～５のいずれか１項に記載のスタック構造。
7. 前記銅層、前記耐マイグレーション層及び前記銀ナノワイヤ層がパターン化される、
   請求項１～６のいずれか１項に記載のスタック構造。
8. 前記銅層及び前記耐マイグレーション層は、前記基板の縁部に配置され、前記基板が前記銅層及び前記耐マイグレーション層によって覆われない可視領域と、前記基板が前記スタック構造内の前記銅層及び前記耐マイグレーション層によって覆われる周辺配線領域とを画定する、
   請求項１～７のいずれか１項に記載のスタック構造。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載のスタック構造を備えるタッチセンサ。

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