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CN108520856A - 一种ito薄膜的图案化方法 - Google Patents

一种ito薄膜的图案化方法 Download PDF

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CN108520856A CN201810482550.XA CN201810482550A CN108520856A CN 108520856 A CN108520856 A CN 108520856A CN 201810482550 A CN201810482550 A CN 201810482550A CN 108520856 A CN108520856 A CN 108520856A
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李俊杰
胡艳鹏
崔虎山
杨涛
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Institute of Microelectronics of CAS
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Abstract

本申请公开了一种ITO薄膜的图案化方法，该ITO薄膜的上方形成有图案化的掩模层，该方法包括：通过湿法腐蚀方法去除未被掩模层覆盖的ITO薄膜；去除掩模层，得到图案化的ITO薄膜；其中，湿法腐蚀方法采用的湿法腐蚀溶液为氧化性酸、中等强度酸和弱酸组成的混合溶液，溶液温度控制在20～60℃之间。其中，氧化性酸和中等强度酸能够氧化ITO，弱酸为混合溶液的缓蚀剂，维持混合溶液的pH值，使得反应速率稳定可靠，同时具有很高的对掩膜层和基底很高的刻蚀选择比，提高ITO图形质量。因此，该湿法腐蚀方法能够在安全稳定的前提下，实现腐蚀溶液的高选择比，进而得到高质量的ITO图形。

Description

一种ITO薄膜的图案化方法
技术领域
本申请涉及半导体器件加工工艺技术领域，尤其涉及一种ITO薄膜的图案化方法。
背景技术
氧化铟锡(ITO)是一种透明导电氧化物半导体材料，具有稳定的化学性质，透光性优良、导电能力良好，作为减反射层和透明电极在太阳能电池、平板显示、防霜玻璃、节能建筑窗、航空航天领域得到了广泛的应用。
ITO的图形化一般采用光刻加刻蚀来实现，其中，ITO的刻蚀一般分为干法刻蚀和湿法腐蚀。干法刻蚀需要刻蚀设备(真空等离子系统)，而且，干法刻蚀中的等离子体会对ITO下方的材料层存在离子损伤，且大部分干法刻蚀设备为单片通过机械手传输加工，因此，对衬底的强度与刚度有较高的要求，而且，不能批量刻蚀，刻蚀效率较低。
现有的ITO的湿法腐蚀工艺中，一般选用单一酸、例如盐酸(HCl)，草酸(H2C2O4)，或氢氟酸(HF)对ITO进行刻蚀，但是，这些酸存在对其它材料如光刻胶或者石英衬底刻蚀选择比不够高的缺点，如此，通过现有的湿法刻蚀溶液得到的ITO图形不好。而向盐酸中加入锌粉，能够提高腐蚀溶液的选择比，但是锌粉易燃，具有很强的危险性。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种ITO薄膜的图案化方法，以解决上述技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：
一种ITO薄膜的图案化方法，所述ITO薄膜的上方形成有图案化的掩模层，所述方法包括：
通过湿法腐蚀方法去除未被所述掩模层覆盖的ITO薄膜；
去除所述掩模层，得到图案化的ITO薄膜；
其中，所述湿法腐蚀方法采用的湿法腐蚀溶液为氧化性酸、中等强度酸和弱酸组成的混合溶液，溶液温度控制在20～60℃之间。
可选地，组成所述混合溶液的氧化性酸为硝酸，中等强度酸为磷酸，弱酸为醋酸。
可选地，在所述混合溶液中，
磷酸的体积浓度比为70～90％；
硝酸的体积浓度比为0～20％；
醋酸的体积浓度比为0～20％；
其中，磷酸和醋酸的体积浓度比均不为0。
可选地，在所述混合溶液中，
磷酸的体积浓度比为80％；
硝酸的体积浓度比为10％；
醋酸的体积浓度比为10％。
可选地，所述掩模层为光刻胶。
可选地，所述ITO薄膜形成在基底上方。
可选地，所述基底为石英衬底或硅衬底。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
基于以上技术方案可知，本申请提供的ITO薄膜的图案化方法，通过湿法腐蚀方法去除未被掩膜层覆盖的ITO薄膜实现ITO薄膜的图案化。因此，该图案化方法能够克服干法刻蚀过程中存在的问题，例如：刻蚀成本较高、等离子体会对ITO下方的材料层存在离子损伤、对衬底的强度和刚度要求较高、不能批量刻蚀，刻蚀效率较低。而且，在该湿法腐蚀方法中，采用的湿法腐蚀溶液为氧化性酸、中等强度酸和弱酸组成的混合溶液。其中，氧化性酸和中等强度酸能够氧化ITO，弱酸为混合溶液的缓蚀剂，维持混合溶液的pH值，使得反应速率稳定可靠，同时具有很高的对掩膜层和基底很高的刻蚀选择比，提高ITO图形质量。因此，该湿法腐蚀方法能够在安全稳定的前提下，实现腐蚀溶液的高选择比，进而得到高质量的ITO图形。
附图说明
为了清楚地理解本申请的具体实施方式，下面将描述本申请具体实施方式时用到的附图做一简要说明。显而易见地，这些附图仅是本申请的部分实施例。
图1是本申请实施例提供的ITO薄膜的图案化方法流程示意图。
具体实施方式
基于背景技术部分可知，现有的ITO薄膜的图案化方法中，当通过干法刻蚀ITO时，存在多个问题：1、需要刻蚀设备，刻蚀成本较高，2、等离子体会对ITO下方的材料层存在离子损伤，3、对衬底的强度和刚度要求较高，4、不能批量刻蚀，刻蚀效率较低。当通过湿法刻蚀ITO时，会克服上述干法刻蚀存在的各个问题，但是，现有的ITO湿法腐蚀中，由单一酸组成的腐蚀溶液的对其它材料的选择比较低，如此，刻蚀得到的ITO图形不好。而加入锌粉的盐酸，虽然能提高选择比，但是，锌粉易燃，使得湿法腐蚀过程较为危险。
基于此，为了解决上述技术问题，本申请提供了一种ITO薄膜的图案化方法，该方法采用湿法腐蚀方法去除未被掩膜层覆盖的ITO薄膜实现ITO薄膜的图案化。因此，该图案化方法能够克服干法刻蚀过程中存在的问题，例如：刻蚀成本较高、等离子体会对ITO下方的材料层存在离子损伤、对衬底的强度和刚度要求较高、不能批量刻蚀，刻蚀效率较低。而且，在该湿法腐蚀方法中，采用的湿法腐蚀溶液为氧化性酸、中等强度酸和弱酸组成的混合溶液。其中，氧化性酸和中等强度酸能够氧化ITO，弱酸为混合溶液的缓蚀剂，维持混合溶液的pH值，使得反应速率稳定可靠，同时具有很高的对掩膜层和基底很高的刻蚀选择比，提高ITO图形质量。因此，该湿法腐蚀方法能够在安全稳定的前提下，实现腐蚀溶液的高选择比，进而得到高质量的ITO图形。
下面结合附图对本申请提供的ITO薄膜的图案化方法的具体实施方式进行详细描述。
需要说明，在本申请实施例中，ITO薄膜可以形成于基底上方，并且该ITO薄膜上方形成有图案化的掩膜层。
在本申请实施例中，基底材料可以为柔性基底、石英基底(即玻璃基底)，还可以为硅基底。掩膜层可以为光刻胶层。
请参见图1，该ITO薄膜的图案化方法包括：
S101：通过湿法腐蚀方法去除未被掩模层覆盖的ITO薄膜。
S102：去除掩模层，得到图案化的ITO薄膜。
在本申请实施例中，如上所述，该ITO薄膜上方形成有图案化的掩膜层，如此，该ITO薄膜的部分表面区域覆盖有掩膜层，部分表面区域暴露在外面，未被掩膜层覆盖。
而湿法腐蚀方法中，腐蚀溶液仅能够腐蚀掉与腐蚀溶液相接触的被腐蚀材料，在本申请实施例中，被腐蚀材料为ITO。因此，本申请实施例通过湿法腐蚀方法中的腐蚀溶液可以腐蚀去除掉未被掩膜层覆盖的ITO薄膜。
本步骤可以具体为：将待腐蚀的ITO薄膜浸没在湿法腐蚀溶液中，湿法腐蚀溶液会腐蚀掉与其接触的ITO。因而，最开始湿法腐蚀溶液会腐蚀掉未被掩膜层覆盖的ITO薄膜，然而随着湿法腐蚀的进行，在ITO被腐蚀区域(以下称为腐蚀窗口)，腐蚀窗口的侧壁也会暴露出来，与湿法腐蚀溶液接触，因此，腐蚀溶液对腐蚀窗口的侧壁也有一定程度的腐蚀。而一般情况下，ITO薄膜的厚度较薄，为了能够刻蚀出期望尺寸的ITO图形，在ITO薄膜上方形成图案化的掩膜层时，一般要考虑到刻蚀窗口侧壁被腐蚀溶液腐蚀的情况，将掩膜层的图形尺寸做的比期望ITO图形大一些，从而为湿法腐蚀预留出一定的腐蚀空间。
在本申请实施例中，为了在保证腐蚀过程稳定可靠的前提下，提高湿法腐蚀溶液的选择比，以在湿法腐蚀过程中，湿法腐蚀溶液不会腐蚀基底ITO薄膜下方的基底以及ITO薄膜上方的掩膜层，湿法腐蚀方法采用的湿法腐蚀溶液可以为多种不同强度酸液的混合溶液。在本申请实施例中，湿法腐蚀溶液采用氧化性酸、中等强度酸和弱酸组成的混合溶液。
作为示例，本申请采用的湿法腐蚀溶液中，氧化性酸可以为硝酸(HNO3)，中等强度酸可以为磷酸(H3PO4)，弱酸可以为醋酸(CH3COOH)。
HNO3可以将ITO即InxSnyOZ氧化成In2O3和SnO2的混合物，H3PO4与ITO反应生成InPO4和Sn3(P O4)4水溶物，CH3COOH作为缓蚀剂，维持PH值，使得反应速率稳定可靠，同时具有很高的对光刻胶、石英和硅很高的刻蚀选择比。
在本申请实施例中，可以通过调节各种酸的浓度配比来控制腐蚀速率和线宽加工误差。
作为示例，在本申请实施例采用的混合酸溶液中，
磷酸的体积浓度比可以为70～90％；
硝酸的体积浓度比为可以0～20％；
醋酸的体积浓度比为可以0～20％；
其中，磷酸和醋酸的体积浓度比均不为0。
作为更具体示例，在本申请实施例采用的混合酸溶液中，
磷酸的体积浓度比可以为80％；
硝酸的体积浓度比可以为10％；
醋酸的体积浓度比可以为10％。
此外，在该湿法腐蚀过程中，还需要控制腐蚀溶液的温度来控制腐蚀速率和线宽加工误差。温度过低，会导致反应速率过慢，影响腐蚀效率，温度过高，会使得反应速率过高，进而反应稳定性降低，有可能还会降低选择比。经过实验验证，在本申请实施例中，在湿法腐蚀过程中，湿法腐蚀溶液的温度控制在20～60℃之间。溶液温度低于20℃的话，会导致腐蚀速率太慢，溶液温度高于60℃的话，会导致腐蚀速率太快，而且会降低选择比。
另外，湿法腐蚀时间与ITO薄膜的厚度相关，ITO薄膜厚度越厚，湿法腐蚀时间越长。
在本申请实施例中，可以根据掩膜层材料的不同而采用相应的去除掩膜层的方法。
以上为本申请实施例提供的ITO薄膜的图案化方法的具体实现方式。在该具体实现方式中，采用湿法腐蚀方法去除未被掩膜层覆盖的ITO薄膜实现ITO薄膜的图案化。因此，该图案化方法能够克服干法刻蚀过程中存在的问题，例如：刻蚀成本较高、等离子体会对ITO下方的材料层存在离子损伤、对衬底的强度和刚度要求较高、不能批量刻蚀，刻蚀效率较低。而且，在该湿法腐蚀方法中，采用的湿法腐蚀溶液为氧化性酸、中等强度酸和弱酸组成的混合溶液。其中，氧化性酸和中等强度酸能够氧化ITO，弱酸为混合溶液的缓蚀剂，维持混合溶液的pH值，使得反应速率稳定可靠，同时具有很高的对掩膜层和基底很高的刻蚀选择比，提高ITO图形质量。因此，该湿法腐蚀方法能够在安全稳定的前提下，实现腐蚀溶液的高选择比，进而得到高质量的ITO图形。
此外，为了清楚地理解本申请提供的ITO薄膜的图案化方法达到的技术效果，本申请实施例还提供了以下两个实施例。
在该两实施例中，ITO薄膜形成在石英衬底上方，ITO薄膜上方的掩膜层为光刻胶层。ITO薄膜的厚度为在该整体结构中，有些位置存在TiN TiN和Ti等金属，因此,需要腐蚀液对TiN和Ti不腐蚀。光刻线宽为500nm。
实施例1
采用的腐蚀溶液及体积配比如下：
H3PO4：80±10％；
CH3COOH：10±10％；
HNO3：10±10％；
H2O：50％。
腐蚀溶液温度为60℃，
腐蚀时间为4分钟；
实验结果为：刻蚀线宽损失<1％，对PR选择比>50:1，对石英选择比>10000:1,对Ti和TiN选择比>1000:1。
实施例2
采用的腐蚀溶液及体积配比如下：
H3PO4：80±10％；
CH3COOH：10±10％；
HNO3：10±10％；
H2O：50％。
腐蚀溶液温度为20℃，
腐蚀时间为8分钟；
实验结果为：刻蚀线宽损失<1％，对PR选择比>100:1，对石英选择比>10000:1,对Ti和TiN选择比>10000:1。
以上为本申请的具体实施方式。

Claims (7)

1.一种ITO薄膜的图案化方法，其特征在于，所述ITO薄膜的上方形成有图案化的掩模层，所述方法包括：
通过湿法腐蚀方法去除未被所述掩模层覆盖的ITO薄膜；
去除所述掩模层，得到图案化的ITO薄膜；
其中，所述湿法腐蚀方法采用的湿法腐蚀溶液为氧化性酸、中等强度酸和弱酸组成的混合溶液，溶液温度控制在20～60℃之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，组成所述混合溶液的氧化性酸为硝酸，中等强度酸为磷酸，弱酸为醋酸。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述混合溶液中，
磷酸的体积浓度比为70～90％；
硝酸的体积浓度比为0～20％；
醋酸的体积浓度比为0～20％；
其中，磷酸和醋酸的体积浓度比均不为0。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述混合溶液中，
磷酸的体积浓度比为80％；
硝酸的体积浓度比为10％；
醋酸的体积浓度比为10％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，所述掩模层为光刻胶。
6.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述ITO薄膜形成在基底上方。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基底为石英衬底或硅衬底。
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