PL246169B1 - Sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących - Google Patents

Sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących Download PDF

Info

Publication number
PL246169B1
PL246169B1 PL441144A PL44114422A PL246169B1 PL 246169 B1 PL246169 B1 PL 246169B1 PL 441144 A PL441144 A PL 441144A PL 44114422 A PL44114422 A PL 44114422A PL 246169 B1 PL246169 B1 PL 246169B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
zno
chamber
mbar
resistive
deposition
Prior art date
Application number
PL441144A
Other languages
English (en)
Other versions
PL441144A1 (pl
Inventor
Aleksandra Wójcicka
Michał Borysiewicz
Zsolt Fogarassy
Original Assignee
Energiatudományi Kutatóközpont
Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Mikroelektroniki I Fotoniki
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Energiatudományi Kutatóközpont, Siec Badawcza Lukasiewicz Inst Mikroelektroniki I Fotoniki filed Critical Energiatudományi Kutatóközpont
Priority to PL441144A priority Critical patent/PL246169B1/pl
Publication of PL441144A1 publication Critical patent/PL441144A1/pl
Publication of PL246169B1 publication Critical patent/PL246169B1/pl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34Sputtering
    • C23C14/35Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/081Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08Oxides
    • C23C14/086Oxides of zinc, germanium, cadmium, indium, tin, thallium or bismuth

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących tlenku cynku domieszkowanego glinem ZnO:Al (AZO) za pomocą magnetronowego rozpylania katodowego. W sposobie tym, najpierw oczyszczone podłoże, korzystnie krzemowe Si, kwarcowe, szklane, szafirowe lub polimerowe umieszcza się w komorze urządzenia do rozpylania magnetronowego w odległości 10 - 50 mm od źródła rozpylania. Następnie komorę odpompowuje się do uzyskania próżni rzędu 10<sup>-5</sup> - 10<sup>-9</sup> mbar, i wprowadza się do komory argon pod ciśnieniem od 0,3 — 5•10<sup>-2</sup> mbar i prowadzi się czas od 10 sekund do 1 godziny proces osadzania ze źródła w postaci tarczy ZnO:Al, składającej się z mieszaniny materiałów: Zno i A<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, korzystnie przy udziale wagowym Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> wynoszącym od 1 - 5% wag. i zasilanej mocą od 50 do 500 W, w stałoprądowym (DC) bądź impulsowym (pDC) trybie rozpylania w zakresie 1 - 15 kHz.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących tlenku cynku domieszkowanego glinem ZnO:AI (AZO) metodą fizycznego osadzania z fazy gazowej jakim jest magnetronowe rozpylanie katodowe.
Warstwy AZO są materiałami przewodzącymi z szeroką gammą zastosowań w dziedzinie optoelektroniki, począwszy od paneli słonecznych, przez wyświetlacze dotykowe, diody laserowe, diody LED, tranzystory cienkowarstwowe, a nawet elastyczne sensory i wiele innych.
Cienkie warstwy AZO, klasyfikowane jako przeźroczyste tlenki przewodzące ICO (ang. Transparent Conducting Oxides), wyróżnia szeroka przerwa energetyczna, niska rezystywność oraz wysoka transmisja optyczna w zakresie widzialnym. Ponadto, AZO jest najbardziej obiecującym materiałem, który ma szansę zastąpić powszechnie stosowany w przemyśle technologicznym tlenek przewodzący ITO (ang. Indium Tin Oxide), posiadający w swoim składzie tzw. surowiec krytyczny- ind, rzadki metal, drogi ze względu na koszty jego wydobycia. Istnieje wiele metod otrzymywania warstw ZnO:AI, między innymi: chemiczne osadzanie z fazy gazowej, impulsowe osadzanie laserowe, metoda zol-żel, pyroliza, a także fizyczne osadzanie z fazy gazowej, w tym magnetronowe rozpylanie katodowe w trybie zmienno- (RF) lub stało prądowym (DC). Ostatnia z technik pozwala na uzyskanie warstw o najlepszej jakościowo strukturze krystalicznej, dzięki możliwości optymalizacji warunków procesu. Jednocześnie jest ona najbardziej korzystna z uwagi na powtarzalność przy produkcji na linii technologicznej. Jest również wykorzystywana w przemyśle mikroelektronicznym, gwarantując wysoką czystość i jednorodność wytwarzanego materiału.
W wielu ośrodkach badawczych prowadzone są prace nad optymalizacją procesu wytwarzania takich warstw. W publikowanych raportach analizowane są poszczególne parametry procesu, ale nie obserwuje się analizy związanej z odtworzeniem środowiska nanoszenia warstw w innych systemach naparowujących. Dodatkowo, w celu poprawy jednej z najważniejszych własności warstw AZO -rezystywności, stosuje się wygrzewanie podłoży podczas lub po procesie rozpylania, zazwyczaj w temperaturze przekraczającej 100°C. Dla przykładu, w publikacji: K.H. Patel, S.K, Rawa i, Influence of power and temperature on properties of sputtered AZO films, Thin Solid Films, 620 (2016), 182-187 opisano wpływ zmiany podawanej mocy podczas magnetronowego rozpylania katodowego w trybie RF, na podłoże utrzymywane w temperaturze 300°C.
W publikacji: H. Park, S, Qamar Hussain, S. Velumani, A.H. Tuan Le, S. Ahn, S. Kim, J. Yi, Influence of working pressure on the structural, optical and electrical properties of sputter deposited AZO thin films, Mater, Sci, Semicond. Process. 37 (2015), 29-36 opisany jest wpływ zmiany ciśnienia podczas rozpylania tą samą techniką na podłoże utrzymywane w temperaturze 200°C.
W publikacji: L.P.G. Oliveira, R. Ramos, W.H. Rabelo, E.C. Rangel, S.F. Durrant, J.R.R. Bortoleto, Comparison of rf and pulsed magnetron sputtering for the deposition of AZO thin films on PET, Mater, Res. 23 (2020) przedstawiono porównanie magnetronowego osadzania katodowego w trybie RF z osadzaniem impulsowym (pDC), przy odpowiednio dobranej do poszczególnych trybów stałej mocy i ciśnieniu. W przypadku trybu zmiennoprądowego (RF) wymagany jest dodatkowy system dopasowania impendacji, natomiast tryb impulsowy (pDC) wykorzystuje zasilacz o wysokiej częstości.
Ze zgłoszenia patentu EP1184481 (A2) znany jest sposób otrzymywania warstw AZO metodą magnetronowego rozpylania katodowego w temperaturze pokojowej, ale w trybie zmiennoprądowym (RF) z dodatkowym przepływem tlenu w komorze próżniowej, co stanowi istotną komplikację układu do osadzania i pociąga za sobą dodatkowe koszty związane z precyzyjną kontrolą przepływu jeszcze jednego gazu procesowego, oprócz typowo wymaganego argonu.
Celem wynalazku jest opracowanie sposobu osadzania na niepodgrzewanym podłożu cienkich przeźroczystych, niskorezystywnych, warstw przewodzących ZnO:AI o wysokiej jakości, za pomocą techniki magnetronowego rozpylania katodowego.
Sposób osadzania według wynalazku polega na tym, że najpierw oczyszczone podłoże, korzystnie krzemowe Si, kwarcowe, szklane, szafirowe lub polimerowe umieszcza się w komorze urządzenia do rozpylania magnetronowego w odległości 10-50 mm od źródła rozpylania. Następnie komorę odpompowuje się do uzyskania próżni rzędu 10-5 - 10-9 mbar, wprowadza się do komory argon pod ciśnieniem od 0,3-5-10-2 mbar i prowadzi się proces. Osadzanie prowadzi się przez czas od 10 sekund do 1 godziny ze źródła w postaci tarczy ZnO:Al, składającej się z mieszaniny materiałów: ZnO i AI2O3, korzystnie przy udziale wagowym AI2O3 wynoszącym od 1-5% wag. i zasilanej mocą od 50 do 500 W, w stało prąd owym (DC) bądź impulsowym (pDC) trybie rozpylania w zakresie 1-15 kHz.
Przedstawiony sposób wytwarzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw jest znacznie tańszy od znanych sposobów, ponieważ prowadzony jest bez podgrzewania podłoża, jak i również nie wymaga dodatkowego wygrzewania poosadzeniowego. Dzięki odpowiedniemu doborowi parametrów procesu, otrzymane warstwy charakteryzują się taką samą rezystywnością jak warstwy osadzane w procesach prowadzonych na podgrzewane podłoże.
Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie osadzenia warstwy ZnO:AI na podłożu szklanym i szafirowym.
W pierwszej kolejności oczyszczone podłoże kwarcowe i szafirowe, ale może to być także podłoże krzemowe, szklane lub polimerowe (np. PET, PC) umieszcza się w komorze urządzenia do rozpylania magnetronowego. Podłoża te umieszczono w odległości 30 mm od tarczy kompozytowej ZnO:AI Następnie odpompowano komorę do uzyskania próżni 10-7 mbar i wprowadzono do komory argon pod ciśnieniem 0,6-10-2 mbar. Takie ciśnienie argonu utrzymywane było w komorze procesowej podczas całego procesu osadzania warstwy. Osadzanie prowadzono z tarczy ZnO:AI o składzie ZnO/Al2O3 98/2% wag., zasilanej mocą 100 W, w stałoprądowym trybie rozpylania (DC), przez 1 min. 9 sek.
W wyniku tak prowadzonego procesu otrzymano na podłożach przeźroczystą warstwę ZnO:AI (AZO) o grubości 100 nm, charakteryzującą się wysoką transmisją optyczną, powyżej 85% w zakresie widzialnym i wysoką jakością struktury krystalicznej oraz niską rezystywnością rzędu 1,8-10-3 Ωcm. Fig. 1 rysunku przedstawia krzywą transmisji dla AZO, a na Fig. 2 znajduje się dyfraktogram rentgenowski uzyskanej warstwy.

Claims (1)

1. Sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących (AZO) za pomocą magnetronowego osadzania katodowego z tarczy kompozytowej ZnO:AI, znamienny tym, że najpierw oczyszczone podłoże, korzystnie krzemowe Si, kwarcowe, szklane, szafirowe lub polimerowe umieszcza się w komorze urządzenia do rozpylania magnetronowego w odległości 10-50 mm od źródła rozpylania, następnie komorę odpompowuje się do uzyskania próżni rzędu 10-5 - 10-9 mbar, i wprowadza się do komory argon pod ciśnieniem od 0,3-5-10-2 mbar, po czym prowadzi się przez czas od 10 sekund do 1 godziny osadzanie ze źródła w postaci tarczy ZnO:AI, składającej się z mieszaniny materiałów: ZnO i Al2O3, korzystnie przy udziale wagowym Al2O3 wynoszącym od 1-5% wag. i zasilanej mocą od 50 do 500 W, w stałoprądowym (DC) bądź impulsowym (pDC) trybie rozpylania w zakresie 1-15 kHz.
PL441144A 2022-05-10 2022-05-10 Sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących PL246169B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL441144A PL246169B1 (pl) 2022-05-10 2022-05-10 Sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL441144A PL246169B1 (pl) 2022-05-10 2022-05-10 Sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL441144A1 PL441144A1 (pl) 2023-11-13
PL246169B1 true PL246169B1 (pl) 2024-12-09

Family

ID=88789812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL441144A PL246169B1 (pl) 2022-05-10 2022-05-10 Sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL246169B1 (pl)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103526169A (zh) * 2013-09-23 2014-01-22 中国科学院电工研究所 一种掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备方法
CN106119797A (zh) * 2016-08-15 2016-11-16 河南安彩高科股份有限公司 室温下紫外光辅助溅射制备azo薄膜的方法
CN106555165A (zh) * 2016-10-27 2017-04-05 蚌埠玻璃工业设计研究院 一种制备致密azo薄膜的方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103526169A (zh) * 2013-09-23 2014-01-22 中国科学院电工研究所 一种掺铝氧化锌透明导电薄膜的制备方法
CN106119797A (zh) * 2016-08-15 2016-11-16 河南安彩高科股份有限公司 室温下紫外光辅助溅射制备azo薄膜的方法
CN106555165A (zh) * 2016-10-27 2017-04-05 蚌埠玻璃工业设计研究院 一种制备致密azo薄膜的方法

Also Published As

Publication number Publication date
PL441144A1 (pl) 2023-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wakeham et al. Low temperature remote plasma sputtering of indium tin oxide for flexible display applications
Xu et al. Influence of thermal annealing on electrical and optical properties of indium tin oxide thin films
CN115298762A (zh) 透明导电性薄膜
Voisin et al. Structural, optical and electrical properties of DC sputtered indium saving indium-tin oxide (ITO) thin films
US20120160663A1 (en) Sputter Deposition and Annealing of High Conductivity Transparent Oxides
US7041588B2 (en) Method for producing smooth indium-tin-oxide layers on substrates and a substrate coating of indium-tin-oxide
WO2004065656A1 (ja) Ito薄膜、その成膜方法、透明導電性フィルム及びタッチパネル
CN105063560A (zh) 利用磁控溅射法制备电阻率分布均匀的azo薄膜的方法
CN106435502B (zh) 一种沉积透明导电薄膜的方法
JP4622075B2 (ja) 透明導電性材料およびその製造方法
Kim et al. Flexible multilayered transparent electrodes with less than 50 nm thickness using nitrogen-doped silver layers for flexible heaters
CN109811308A (zh) 一种ito导电膜制作工艺
KR100859148B1 (ko) 고평탄 투명도전막 및 그 제조 방법
PL246169B1 (pl) Sposób osadzania przeźroczystych, niskorezystywnych, cienkich warstw przewodzących
Aliyu et al. High quality indium tin oxide (ITO) film growth by controlling pressure in RF magnetron sputtering
Park et al. Properties of ITO films deposited with different conductivity ITO targets
Ohno et al. High rate deposition of tin-doped indium oxide films by reactive magnetron sputtering with unipolar pulsing and plasma emission feedback systems
Hamzah et al. Effect of post-annealing in oxygen environment on ITO thin films deposited using RF magnetron sputtering
KR100862593B1 (ko) 투명 전도성 박막 및 이의 제조방법
Kim Improvement of structural and optoelectrical properties by post-deposition electron beam annealing of ITO thin films
KR102181436B1 (ko) 투명 전도성 박막
Goncharov et al. Formation of ITO Thin Films by MF Magnetron Sputtering for Solar Cells Application
JP2011058085A (ja) セラミック積層膜及び該セラミック積層膜の形成方法
JP5232787B2 (ja) カラーフィルタの製造方法
EP1367653A1 (en) Method for preparing transparent and conducting sheets on polymers