TWI427378B - Laminated structure and the use of its electrical circuit electrode - Google Patents

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TWI427378B
TWI427378B TW096102359A TW96102359A TWI427378B TW I427378 B TWI427378 B TW I427378B TW 096102359 A TW096102359 A TW 096102359A TW 96102359 A TW96102359 A TW 96102359A TW I427378 B TWI427378 B TW I427378B
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Katsunori Honda
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Description

層積構造及使用其之電性電路用電極
本發明是關於層積透明導電薄膜與鉬金屬薄膜之層積構造及使用其之電性電路用電極,尤其是關於含有氧化銦的各種透明薄膜,詳細上是氧化銦-氧化錫(ITO)薄膜與鉬金屬薄膜的層積構造及使用其之電性電路用電極。
層積ITO薄膜與鉬薄膜之薄膜係用來作為液晶顯示器等之電路的一部分。然而,在ITO薄膜上形成鉬薄膜的情況,已知會在形成的個別薄膜發生內部應力,導致薄膜的剝離或斷線。該內部應力有2種,區分成伸張應力及壓縮應力。此處,伸張應力係指成膜面變凹狀的情況薄膜所發生的應力,壓縮應力則是指成膜面變凸狀的情況薄膜所發生的應力。ITO通常會承受壓縮應力,金屬薄膜,尤其是鉬金屬薄膜則會承受伸張應力。在這狀態下進行層積的情況,各別應力的種類(壓縮及伸張)不相同,該差距變大,故會在界面發生更大的畸變,最後導致薄膜的剝離或斷線。
如此,ITO薄膜與鉬金屬薄膜間的密合性很弱,而發生龜裂、斷線。另外,ITO膜很厚,故蝕刻後會發生逆推拔。進而,形成非晶質ITO(a-ITO)的情況,蝕刻後,在後烘烤過程或者CVD法的SiNx製膜過程中進行加熱,以使a-ITO多晶化(多晶體化),成為多晶質ITO(p-ITO),則與鉬薄膜的密合性變差,故會發生龜裂、斷線。該龜裂、斷線,會有不良成品增加,生產的良品率下降的問題點(日本專利文獻1)。
針對該課題提出,為了要防止龜裂、斷線,組合複雜的過程來形成多層膜的方法,不過由於過程數增加,會有良品率下降的困難點(日本專利文獻2)。
例如,多晶質ITO(p-ITO)法係用真空濺鍍裝置來形成p-ITO之後,蝕刻該ITO膜,再在該上面,用真空濺鍍裝置來形成鉬膜之後,蝕刻該鉬膜來製造層積体。該方法因成膜過程及蝕刻過反覆進行2次,所以變複雜又產量很低。
因而,要求一面防止ITO薄膜與鉬薄膜間的應力造成龜裂、斷線,一面可以將成膜過程和蝕刻過程簡單化之層積膜的形成技術。
專利文獻1:日本專利特開平10-253992號公報專利文獻2:日本專利特開2005-62889號公報
鑑於前述課題,本發明的目的係提供減少配線材料間的龜裂、斷線造成成品的不良,有利於提高生產的良品率之層積構造。
本發明的另外目的係提供具備有前述層積構造之電性電路用電極。
本發明的再另外目的係提供具備有前述層積構造或電性電路用電極之電子機器。
本發明群為了要解決該課題經過不斷研究的結果:使透明導電膜的膜厚成為35 nm以下,藉此來提高透明導電薄膜與鉬金屬薄膜的密合性。因此,防止龜裂、斷線及過程簡單化提高良品率兩者都達到,完成本發明。
依據本發明,提供以下的層積構造等:1、層積構造係由透明導電薄膜和鉬金屬薄膜所組成,前述透明導電薄膜的膜厚係35 nm以下。
2、如第1項所記載之層積構造,其中,前述透明導電薄膜係包含氧化銦與氧化錫的薄膜。
3、如第1項所記載之層積構造,其中,前述透明導電薄膜係包含氧化銦、氧化錫與氧化鋅的薄膜。
4、如第1項所記載之層積構造,其中,前述透明導電薄膜係包含氧化銦與稀土類元素之氧化物的薄膜。
5、如第1項至第4項中任一項所記載之層積構造,其中,前述透明導電薄膜的推拔角係未滿90度。
6、電性電路用電極係包含第1項至第5項中任一項所記載之層積構造。
7、電子機器係至少具備第1項至第5項中任一項所記載之層積構造或第6項所記載之電性電路用電極來作為一部份所構成。
依據本發明,可以提供有助於減少配線材料間的龜裂、斷線造成成品的不良、提高生產的良品率之層積構造。
依據本發明,可以提供具備前述層積構造之電性電路用電極。
依據本發明,可以提供具備前述層積構造或前述電性電路用電極之電子機器。
本發明的層積構造為使透明導電薄膜與鉬金屬薄膜予以層積之薄膜,也可稱為薄膜層積体。該層積構造通常是依照透明導電薄膜、鉬金屬薄膜的順序,層積在基板的上面所形成。另外,也可以依照鉬金屬薄膜、透明導電薄膜的順序,層積在基板的上面所形成。此外,本發明的層積構造也可以使各別的層成為所要形狀的圖案。即是透明導電膜薄和鉬金屬薄膜各別形成為必要形狀的圖案,各別被形成圖案的至少一部份相疊合的話,則形成本發明的層積構造。
透明導電薄膜的膜厚為35 nm以下,最好是30 nm以下,再更好是25 nm~1 nm。使透明導電薄膜薄到35 nm以下,以提高與鉬金屬薄膜的密合性。這點被認為是因使透明導電膜變薄,導致根據透明導電薄膜的壓縮應力之與金屬薄膜的界面之畸變變小、及壓縮應力本身變小之故。
鉬金屬薄膜的膜厚通常是10~500 nm,最好是20~200 nm,不過並沒有特別的限定,可以依用途來作適當選擇。
基板並沒有特別的限定,通常可以使用玻璃、石英、塑膠等。
透明導電薄膜若為既透明又有導電性的話,則並沒有特別的限定,是含有由氧化銦、氧化錫、氧化鋅、稀土類元素的氧化物所組成的集群中所選出的至少1種或2種以上之薄膜,最好是含有氧化銦、及由氧化錫、氧化鋅、稀土類元素的氧化物所組成的集群所選出的至少1種或是2種以上之薄膜,且是含有氧化銦及氧化錫之薄膜、含有氧化銦、氧化錫及氧化鋅的薄膜或是含有氧化銦及稀土類元素的氧化物之薄膜。
本發明之透明電極薄膜的具體例子,可以列舉有氧化銦-氧化錫薄膜(ITO)、氧化銦-氧化錫-氧化鋅薄膜(ITZO)、氧化銦-氧化鈰薄膜(ICO)、氧化銦-氧化釤薄膜(ISmO)等。
透明電極薄膜含有複數種氧化物的情況,通常是用複合氧化物來形成,不過只要保持可以作為透明電極使用程度的透明性及導電性,也可以使用化合物、混合物。
透明電極薄膜為含有氧化銦及氧化錫的薄膜的情況,通常最好是形成由氧化銦及氧化錫所組成的複合氧化物,又各別氧化物的重量比值,並沒有特別的限定,但通常是80:20~99:1,最好是85:15~95:5。脫離這範圍,透明性或者導電性會降低。另外,還會發生蝕刻不良或連接不良。
透明電極薄膜為含有氧化銦、氧化錫以及氧化鋅之薄膜的情況,最好是形成由氧化銦、氧化錫以及氧化鋅所組成的複合氧化物,又氧化銦:(氧化錫和氧化鋅)的重量比值,通常是50:50~99:1,最好是60:40~95:5。脫離這範圍,透明性或者導電性會降低。另外,還會發生蝕刻不良或連接不良。
透明電極薄膜為含有氧化銦及稀土類元素的氧化物之薄膜的情況,通常最好是形成由氧化銦及氧化錫所組成的複合氧化物,又各別氧化物的重量比值,並沒有特別的限定,但通常是80:20~99:1,最好是90:11~98:2。脫離這範圍,透明性或者導電性會降低。另外,還會發生蝕刻不良或連接不良。
透明導電薄膜的推拔角最好是未達90°,更好是45~89°,再更好是60~85°。推拔角為透明導電薄膜經過蝕刻來進行圖案處理時所形成的角度。
透明導電薄膜的推拔角為90°以上,會有以下的缺點。例如,如第1(a)圖所示,在被圖案處理過的ITO膜1和Mo膜2的上面,利用CVD法,形成SiNx薄膜3的情況,ITO膜1的推拔角θ為90°以上,SiNx薄膜3成膜時的披覆性會變差。即是形成不在ITO膜1的一部份(利用推拔角θ為90°以上而形成防護部份來成為蔭影的部份)附著SiNx薄膜3,成為絕緣不良或空氣、水分等造成ITO腐蝕的原因。然而,如第1(b)圖所示,ITO膜1的推拔角未達90°,則SiNx薄膜3成膜時的披覆性不會受損。惟,推拔角過度變小,由ITO所組成之配線的線寬實質上會變大,所以用L/S(線/空間)來作評估之圖案處理的精細度降低,會有無法實用化之虞。
非晶質ITO薄膜形成在玻璃基板上,會隨著成膜導致結晶質。非晶質ITO的膜厚超過35 nm,會開始產生結晶狀的構造,但導致部份發現結晶狀的構造。因此,若為35 nm以下的薄膜的話,只以非晶質所組成,導致推拔角未達90°。第2(a)圖為表示離基板較遠的部份(膜厚較厚的部份)為結晶狀之電子線回折像,第2(b)圖為表示離基板較近的部份(膜厚較薄的部份)為非晶質之電子線回折像第2(a)圖中,測定前為非晶質,根據結晶的回折圖案不被認同,不過測定中力利用電子線使ITO一部份結晶化,根據結晶的回折圖案則被認同。因此,得知膜厚較厚的部份,穫取結晶狀的構造。一方面,第2(b)圖中,在電子線的測定前後,電子線回折像未變化,根據結晶的回折圖案不被認同。因此,得知膜厚較薄的部份,只以非晶質所組成。以同樣的理由,經過退火未結晶化之膜厚35 nm以下的ITZO薄膜的推拔角也變成未達90°。
另外,ITO的情況,ITO被圖案處理過的基板,經由後烘烤過程或者SiNx工程進行加熱,即使是非晶質(a-ITO)也會變成多晶質(p-ITO)。一方面,ITZO的情況,後烘烤過程或者SiNx工程的加熱不會結晶化。即是本發明的層積構造,可以是結晶質也可以是非結晶質。
鉬金屬薄膜可以是鉬金屬單層,也可以是鉬/鋁/鉬等的多層。
本發明的層積構造,例如可以利用濺鍍法,形成透明導電薄膜、鉬金屬薄膜來進行製造。放電氣體壓力通常是0.1~1 Pa,基板溫度通常是常溫~400℃,成膜氣體通常是用氬氣或氬氣和氧氣,作為成膜條件則較理想。
本發明的層積構造之製造方法的具體例子,例如有以下的方法(非晶質ITO(a-ITO)法):1、使用真空濺鍍裝置來進行a-ITO和鉬的成膜2、抗蝕劑塗佈、曝光、顯像3、利用PAN(磷酸/醋酸/硝酸)類腐蝕劑來進行鉬的蝕刻4、利用草酸(oxalic acid)類腐蝕劑來進行a-ITO的蝕刻5、抗蝕劑塗佈、曝光、顯像、加熱6、利用PAN(磷酸/醋酸/硝酸)類腐蝕劑來進行鉬的蝕刻7、以CVD法進行SiNx膜的層積(300℃)
過去係如前述過,ITO膜與鉬膜積層的情況,兩膜的密合性很弱,故會發生龜裂、斷線。另外,ITO膜很厚,故會在蝕刻後發生逆推拔。進而,形成a-ITO的情況,蝕刻後,在後烘烤過程或者以CVD法的SiNx製膜工程進行加熱,以使a-ITO多晶質化(多晶體化),成為p-ITO,則與鉬膜的密合性很差,故會發生龜裂、斷線。因此,過去則必須多階段進行第1項的成膜過程。然而,依據本發明的製造方法,ITO膜與鉬膜的密合性很高,故界面不會發生應力,不會發生龜裂、斷線,因而該成膜過程變成1次而被簡單化,提高良品率。
用本發明的層積構造,可以製造電性電路用電極,還可以製造電性電路,並可以用於電子機器。
例如,可以作為液晶、有機電致發光元件、電漿顯示器面板等電子機器的電路來使用。
<實施例>
以下為本發明的具體例子,本發明並不侷限於這些例子,可以依用途作適當變更來使用。
實施例1:
在磁控濺鍍裝置安裝4英吋Φ ITO(氧化銦:氧化錫=90:10 wt%)靶、及4英吋Φ Mo(純度99.99%)靶,在10 cm角的玻璃基板上形成厚度10 nm的ITO薄膜,及在上面形成150 nm的Mo薄膜。
此外,膜厚的測定係用光學薄膜測定系統(SCI社,Film Tek 4000)及膜厚測定計(日本社,Dektak 8)。
ITO薄膜的成膜條件,如以下所示:基板溫度:室溫成膜氣体種:氬氣89%,氫氣9%,氧氣2%。成膜壓力:0.1 Pa另外,Mo薄膜的成膜條件,如以下所示:基板溫度:室溫成膜氣体種:氬氣100%成膜壓力:0.2 Pa
在所穫得的層積体,呈圍棋棋盤狀施予騎縫切割,進行黏帶剝離試驗,確認剝離狀況。
接著,進行以下的畫痕試驗。
畫痕試驗機使用CSME社製,Micro-Scratch-Tester。此處,剝離強度的測定強度,如以下所示:畫痕距離:20 mm畫痕負荷:0-10 N(牛頓)負荷率:10 N/min畫痕速度:20 mm/min菱形錐形狀:前端200μmΦ
以上述條件進行畫痕試驗後的檢体,用光學顯微鏡來觀測,將基底的透明導電薄膜(ITO)露出點作為Mo薄膜的剝離點(確認過透明導電膜沒有剝離),測定從畫痕開始點起的距離,以算出該剝離負荷。
結果顯示在表1中。
實施例2、3:
如表1所示變更了ITO膜的厚度,其他則是以與實施例1相同的條件,製作層積體並進行評估。
實施例4:
用4英吋Φ ITZO(氧化銦:氧化錫:氧化鋅=65:20:15 wt%)靶,如表1所示變更了ITZO膜的厚度,其他則是以與實施例1相同的條件,製作ITZO膜與Mo膜的層積體並進行評估。
比較例1、2:
如表1所示變更了ITO膜的厚度,其他則是以與實施例1相同的條件,製作層積體並進行評估。
表1中判定:ITO膜的膜厚為35 nm以下時,完全看不見剝離,牢固地密合著。另外,得知:ITO膜的膜厚超過35 nm,ITO膜與鉬膜的密合性會急遽變差。
評估例:
將ITZO膜的厚度變更成30 nm、100 nm,其他則是以與實施例1相同的條件,製作層積體。在所獲得的層積體上,用下述的方法,進行圖案形成,測定ITO膜的推拔角。
1、純水洗淨:用純水淋浴經5分鐘洗淨之後,噴吹空氣予以乾燥。
2、UV洗淨:利用紫外線(UV)照射,除去表面的有機物等。
3、抗蝕劑塗佈:利用旋轉塗佈法,塗佈抗蝕劑HPR-204(Philip A.Hunt Chemical Co.製,novolic-quinonediazido系光阻劑、8 cps品)。
4、前烘烤:放入電烤箱中以80℃經過15分鐘,將抗蝕劑硬化。
5、曝光:放置可中間曝光的半色調標記,照射紫外線(UV)。
6、顯像:用顯像液FHD-5(日本富士照相底片製造),除去不要部份的抗蝕劑,用純水淋浴洗淨,噴吹空氣予以乾燥。
7、後烘烤:放入電烤箱中以150℃經過15分鐘,將殘存抗蝕劑進一步硬化。
8、PAN蝕刻:用混酸系腐蝕劑(日本關東化學製,混酸Al腐蝕劑(磷酸:硝酸:醋酸:水=73:3:7:17(PAN))),進行濕式蝕刻,除去不要部份的鉬,用純水淋浴洗淨,噴吹空氣予以乾燥。
9、ITO蝕刻:用草酸(oxalic acid)系腐蝕劑(日本關東化學製,ITO-06N(草酸:水=5%以下:95%以上)),進行濕式蝕刻,藉由將上述鉬當作標記來除去不要部份的ITO,用純水淋浴洗淨,噴吹空氣予以乾燥。
10、剝離:用抗蝕劑剝離液(日本東京應化製,抗蝕劑剝離液106),只剝離中間曝光過抗蝕劑部份,用純水淋浴洗淨,噴吹空氣予以乾燥。
11、PAN蝕刻:用混酸系腐蝕劑(日本關東化學製,混酸Al腐蝕劑(磷酸:硝酸:醋酸:水=73:3:7:17(PAN))),進行濕式蝕刻,除去不要部份的鉬,用純水淋浴洗淨,噴吹空氣予以乾燥。
12、剝離:用抗蝕劑剝離液(日本東京應化製,抗蝕劑剝離液106),剝離全部的抗蝕劑部份,用純水淋浴洗淨,噴吹空氣予以乾燥。
以上述的方法,用SEM(掃描型電子顯微鏡),測定圖案處理過之ITO薄膜的推拔角。膜厚30 nm的ITO膜之推拔角為80°,膜厚100 nm的ITO膜之推拔角為150°。
〔產業上利用的可能性〕
本發明的層積構造,可以作為電子機器的電性電路用電極,還可以用於製造使用該電極之電子機器的電路。
1...ITO膜
2...Mo膜
3...SiNx薄膜
θ...推拔角
第1(a)圖為表示ITO膜的推拔角θ為90°以上的情況之成膜狀態,第1(b)圖為表示ITO膜的推拔角θ為未達90°以上的情況之成膜狀態之模式圖。
第2(a)圖為表示ITO膜的膜厚較厚的部份為結晶狀之電子線回折像,第2(b)圖為表示ITO膜的膜厚較薄的部份為非晶質之電子線回折像。

Claims (7)

  1. 一種層積構造,係於基板之上,依氧化銦系非晶質透明導電薄膜、鉬金屬薄膜的順序,藉由濺鍍法來成膜所組成之層積構造,其特徵為:前述透明導電薄膜的膜厚係35nm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之層積構造,其中,前述透明導電薄膜係包含氧化銦與氧化錫的薄膜。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之層積構造,其中,前述透明導電薄膜係包含氧化銦、氧化錫與氧化鋅的薄膜。
  4. 如申請專利範圍第1項所記載之層積構造,其中,前述透明導電薄膜係包含氧化銦與稀土類元素之氧化物的薄膜。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所記載之層積構造,其中,前述透明導電薄膜的推拔角係未滿90度。
  6. 一種電性電路用電極,其特徵為:包含申請專利範圍第1項至第5項中任一項所記載之層積構造。
  7. 一種電子機器,其特徵為:至少具備申請專利範圍第1項至第5項中任一項所記 載之層積構造或申請專利範圍第6項所記載之電性電路用電極來作為一部份所構成。
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