TWI433945B

TWI433945B - 氧化銦錫膜及其製作方法

Info

Publication number: TWI433945B
Application number: TW100133361A
Authority: TW
Inventors: Nenghui Yang
Original assignee: Solar Applied Mat Tech Corp
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2014-04-11
Also published as: TW201313928A

Description

氧化銦錫膜及其製作方法

本發明係關於一種包含低含氧量氧化銦錫覆蓋層的氧化銦錫膜，以及該氧化銦錫膜之製作方法。

氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)是一種在氧化銦(In₂ O₃ )中添加適量的氧化錫(SnO₂ )所形成的半導體材料。由於結晶型態的氧化銦錫薄膜能同時具備絕佳的導電性、透光性與低反射特性，近年來已被廣泛地應用在平面顯示器、觸控式面板、太陽能電池、或各種光學鍍膜等領域，成為光電產業中不可或缺的一種透明電極材料。

然而，氧化銦錫薄膜一旦結晶後，便不易再進行蝕刻製程。因此，通常會先在基板上沉積非結晶型態的氧化銦錫薄膜，以適當的蝕刻液蝕刻出預定的電極圖形後，再對薄膜進行退火處理，藉以形成具備導電性與透光性的結晶型態氧化銦錫薄膜。

目前用以製作氧化銦錫薄膜的方法包括：溶膠凝膠法、噴霧熱解法、物理氣相沉積法或化學氣相沉積法等。其中，物理氣相沉積法是最常用於鍍製氧化銦錫膜的方法。一般是在常溫狀態下，以氧化銦錫靶材進行濺鍍沉積，為達到較佳阻值及穿透率，通常通入少量的氧氣。當氧化銦錫膜沉積在基板經過濕蝕刻製程後，會在大氣中進行高溫退火製程，此時，氧化銦錫膜會不斷地被氧化，使薄膜中的載子濃度降低、電阻率提高，進而劣化氧化銦錫薄膜的導電特性。

為克服先前技術所面臨之問題，本發明發展一種具有覆蓋層保護的氧化銦錫薄膜，以避免薄膜在退火製程中不斷被氧化所造成的不良影響。

本發明之主要目的係在提供一種氧化銦錫膜，其包含一層用以保護主體層之氧化銦錫覆蓋層，俾能避免氧化銦錫膜在退火製程中不斷氧化所造成的不良影響，藉此提升氧化銦錫膜之光電特性。

為達成上述目的，本發明提供一種氧化銦錫膜，包括：氧化銦錫主體層；以及設置於該主體層上之氧化銦錫覆蓋層；其中，該氧化銦錫覆蓋層中氧原子對銦錫原子之原子比值(atomic ratio of oxygen to sum of Indium and tin)(O/(In+Sn))係小於該氧化銦錫主體層中O/(In+Sn)之原子比值。

於本發明之氧化銦錫膜中，主體層與覆蓋層中氧原子佔銦原子與錫原子總數的比例(即，主體層與覆蓋層之含氧量)為影響氧化銦錫膜特性之關鍵因素。於本說明書中，「O/(In+Sn)」代表氧原子對於銦原子與錫原子兩者總數的比值，以此表示氧化銦錫膜中主體層或覆蓋層之含氧量。

於本發明之氧化銦錫膜中，為了確保氧化銦錫覆蓋層穩定薄膜電性品質之功效，較佳係將氧化銦錫覆蓋層中O/(In+Sn)之原子比值係控制於1.25以下，更佳係將氧化銦錫覆蓋層中O/(In+Sn)之原子比值控制於1.19與1.24之間。此外，氧化銦錫主體層之含氧量亦為影響氧化銦錫膜之薄膜特性的關鍵因素。當氧化銦錫主體層之含氧量過高時，會提高氧化銦錫膜之電阻率；當氧化銦錫主體層之含氧量過低時，則會降低氧化銦錫膜之透光性。因此，為了確保氧化銦錫膜的電阻率及透光性，較佳係將氧化銦錫主體層中O/(In+Sn)之原子比值控制於1.3至1.45之間。

於本發明之氧化銦錫膜中，氧化銦錫覆蓋層會影響薄膜之透光率。因此，為了確保氧化銦錫膜的透光性，較佳係將氧化銦錫覆蓋層之厚度控制為50至200埃之間。

本發明之另一目的係在提供一種氧化銦錫膜之製作方法，俾能不需增加額外的製程步驟，直接於同一濺鍍腔體中以一次濺鍍製程完成包含主體層及覆蓋層之氧化銦錫膜之製作，藉以形成具有良好穩定性及光電特性之氧化銦錫膜。

為達成上述目的，本發明提供一種氧化銦錫膜之製作方法，其包括下列步驟：(A)在氧氣與氬氣環境下沉積一氧化銦錫主體層；以及(B)在氬氣與氫氣環境下，於氧化銦錫主體層上沉積一氧化銦錫覆蓋層，以製得上述之氧化銦錫膜；其中步驟(A)及步驟(B)係於同一濺鍍腔體中以一次濺鍍製程完成氧化銦錫膜之製作。

於本發明氧化銦錫膜之製作方法中，由於該方法主要係在同一濺鍍腔體以一次製程完成兩種不同膜性薄膜之製作，透過調整主體層及覆蓋層之含氧量，製得具有覆蓋層保護之氧化銦錫薄膜。於此製作方法中，濺鍍製程之參數設定會隨著濺鍍機台或靶材的不同而變化，因此，該濺鍍製程參數並無需侷限於某一特定之範圍。

因此，本發明對應不同的濺鍍機台與靶材，可分別控制兩階段製程的鍍膜參數，直接於同一濺鍍腔體中以一次濺鍍製程形成包含主體層及覆蓋層的氧化銦錫膜，以不提高製程複雜度之前提下，製得更為穩度且不受退火製程破壞之氧化銦錫膜。

此外，本發明之氧化銦錫膜可將主體層與覆蓋層之含氧量控制於適當的範圍，以提升氧化銦錫膜之電性品質，使其具備較低的電阻率及較高的電阻均勻度；並將主體層與覆蓋層之厚度控制於適當的範圍內，以確保氧化銦錫膜之透光性，藉以形成不受退火製程破壞之氧化銦錫膜。

本發明之氧化銦錫膜可將主體層與覆蓋層之含氧量控制於適當的範圍，以下透過電阻率以及電阻均勻度之分析，比較了解主體層與覆蓋層之含氧量對氧化銦錫膜之電性品質的影響。

以下，將進一步藉由下列各實施例說明本發明之內容，但應明瞭的是，該等實施例僅用以說明之用，而不應被視為本發明於實施上之限制。

實施例1

首先，於濺鍍腔體中放置一基板及一濺鍍靶材，兩者相距10公分。之後，通入流量為0.4 sccm之氧氣及流量為50 sccm之氬氣，以0.5W/cm2之電功率，工作壓力維持於2.5 mtorr下，沉積厚度為900之氧化銦錫主體層11，如圖1所示。

接著，於同一濺鍍腔體中，調整儀器之鍍膜參數，以相同之工作壓力及電功率下，通入流量為10 sccm之氫氣及流量為40 sccm之氬氣，於氧化銦錫主體層11上形成厚度為100之氧化銦錫覆蓋層12，如圖1所示。

據此，本發明不需增加額外的製程步驟，可直接於同一濺鍍腔體中以一次濺鍍製程，完成兩種不同膜性薄膜的沉積。透過調整不同的鍍膜參數，形成兩種不同薄膜含氧量之氧化銦錫主體層11及氧化銦錫覆蓋層12，藉以形成具有氧化銦錫覆蓋層12保護之氧化銦錫膜1。

以X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)分別量測氧化銦錫主體層11及氧化銦錫覆蓋層12之含氧量。其中，氧化銦錫主體層11之O/(In+Sn)之原子比值係為1.33；而氧化銦錫覆蓋層12之O/(In+Sn)之原子比值係為1.24。

待氧化銦錫膜製成後，於245℃之大氣環境中進行退火製程，即完成本發明氧化銦錫薄膜之製作。

實施例2

如同實施例1所述，實施例2係大致以相同之方法製作包含氧化銦錫覆蓋層與氧化銦錫主體層之氧化銦錫膜。

本實施例與實施例1不同之處在於，製作氧化銦錫覆蓋層之鍍膜參數為通入流量為15 sccm之氫氣及流量為35 sccm之氬氣，形成O/(In+Sn)之原子比值為1.22的氧化銦錫覆蓋層。

實施例3

如同實施例1所述，實施例3係大致以相同之方法製作包含氧化銦錫覆蓋層與氧化銦錫主體層之氧化銦錫膜。

本實施例與實施例1不同之處在於，製作氧化銦錫覆蓋層之鍍膜參數為通入流量為20 sccm之氫氣及流量為30 sccm之氬氣，形成O/(In+Sn)之原子比值為1.19的氧化銦錫覆蓋層。

比較例1

比較例1係如同實施例1之方法製作氧化銦錫主體層，但該主體層上不具有用以保護主體層之氧化銦錫覆蓋層，直接以主體層的參數沉積出1000的氧化銦錫薄膜。

《氧化銦錫覆蓋層對氧化銦錫膜之光電特性的影響》

測試例1：片電阻值及片電阻不均勻度

於測試例1中，係探討實施例1至實施例3及比較例1之樣品，在未經過退火製程前及經過退火製程後，氧化銦錫覆蓋層之存在對氧化銦錫膜之片電阻值及片電阻不均勻度的影響。其中，各個樣品之鍍膜參數與氧化銦錫覆蓋層之含氧量以X射線光電子能譜測試，其結果係如表1所示。表1：測試例1中各樣品之氧化銦錫覆蓋層的鍍膜參數與含氧量值

實施例1至實施例3相較於比較例1之氧化銦錫膜，在經過退火製程後，其片電阻值與片電阻不均勻度係藉由四點探針進行量測，結果如圖2所示，其中具有較低的片電阻值與較低的片電阻不均勻度。

實驗結果顯示，由於實施例1至實施例3具有氧化銦錫覆蓋層保護其主體層，可避免退火製程持續對氧化銦錫膜氧化造成的不良影響，因而能夠得到電阻率較低且均勻度較佳的氧化銦錫膜。

反之，由於比較例1之氧化銦錫膜為傳統不具氧化銦錫覆蓋層保護之薄膜，使得薄膜易於在退火製程中不斷被氧化，形成片電阻率較高且片電阻均勻度較差的氧化銦錫膜。

測試例2：覆蓋層厚度對片電阻值及片電阻不均勻度的影響

於測試例2中，係探討未經過退火製程前及經過退火製程後，氧化銦錫覆蓋層之厚度對氧化銦錫膜之片電阻值及片電阻不均勻度的影響。該樣品係由實施例2之鍍膜參數改變不同濺鍍時間所製得。當濺鍍時間分別為100秒、200秒及300秒時，所製得之氧化銦錫覆蓋層之厚度分別約為50、100及150。

其中，本測試例之樣品係透過四點探針量測樣品之片電阻值及片電阻不均勻度。隨著濺鍍時間的增長，可製得較厚的氧化銦錫覆蓋層。如圖3所示，經過退火處理後，當氧化銦錫覆蓋層之厚度大於50，將不會對片電阻值造成顯著的影響，而能顯著提升片電阻的均勻性。然而，當氧化銦錫覆蓋層之厚度越厚時，對於提升片電阻值均勻性的助益越明顯，則可降低片電阻值之不均勻度，提升氧化銦錫膜之電性品質。

測試例3：覆蓋層厚度對透光率的影響

於測試例3中，係探討氧化銦錫覆蓋層之厚度對氧化銦錫膜之透光率的影響。該樣品係由實施例2之鍍膜參數改變不同濺鍍時間所製得。當濺鍍時間分別為200秒、400秒及600秒時，所製得之氧化銦錫覆蓋層之厚度分別約為100、200、及300。

其中，本測試例之樣品係透過四點探針量測樣品之片電阻值及片電阻不均勻度。隨著濺鍍時間的增長，可分別製得厚度為100、200及300之氧化銦錫覆蓋層。如圖4所示，未具有氧化銦錫覆蓋層之氧化銦錫膜可具有較高的透光率，隨著氧化銦錫覆蓋層之厚度越厚，會大幅降低氧化銦錫膜之透光率，因此，較佳係將氧化銦錫覆蓋層之厚度控制於200以內，以確保氧化銦錫膜之透光率。

當氧化銦錫覆蓋層之厚度為100時，於波長為300至900奈米下，仍可維持其透光率達90%以上。實驗結果顯示，只要氧化銦錫覆蓋層之厚度維持在一定的範圍內仍可確保氧化銦錫膜之透光率。

綜上所述，本發明可透過簡單的濺鍍製程形成具有覆蓋層與主體層的氧化銦錫膜，該氧化銦錫膜藉由覆蓋層之保護，可避免氧化銦錫膜受到退火製程的破壞，使氧化銦錫膜經過退火製程後仍得以具備較低的電阻率與較高的電阻均勻度；同時，將覆蓋層之厚度控制於適當的範圍內可確保其透光性，藉以製得不受退火製程破壞又具備良好光電特性之氧化銦錫膜。

1．．．氧化銦錫膜

11．．．氧化銦錫主體層

12．．．氧化銦錫覆蓋層

圖1係本發明之氧化銦錫膜之剖面示意圖。

圖2係本發明實施例1至實施例3及比較例1之片電阻值與片電阻不均勻度之曲線圖。

圖3係氧化銦錫覆蓋層之厚度對片電阻值與片電阻不均勻度之曲線圖。

圖4係不同厚度之氧化銦錫覆蓋層中光波長對氧化銦錫膜之透光率之曲線圖。

1．．．氧化銦錫膜

11．．．氧化銦錫主體層

12．．．氧化銦錫覆蓋層

Claims

一種氧化銦錫膜，包括：一氧化銦錫主體層；以及一氧化銦錫覆蓋層，其係設置於該主體層上；其中該氧化銦錫覆蓋層中氧原子對銦錫原子之原子比值(atomic ratio of oxygen to sum of Indium and tin)(O/(In+Sn))係小於該氧化銦錫主體層中O/(In+Sn)之原子比值，該氧化銦錫主體層中O/(In+Sn)之原子比值係介於1.3至1.45之間，且該氧化銦錫覆蓋層中O/(In+Sn)之原子比值介於1.19至1.24之間。
如申請專利範圍第1項所述之氧化銦錫膜，其中該氧化銦錫覆蓋層之厚度係介於50至200埃(Å)之間。
一種氧化銦錫膜之製作方法，包括下列步驟：(A)在氧氣與氬氣環境下沉積一氧化銦錫主體層；以及(B)在氬氣與氫氣環境下，於該氧化銦錫主體層上沉積一氧化銦錫覆蓋層，以製得一種如申請專利範圍第1項或第2項所述之氧化銦錫膜。