专利名称：铟锡氧化物的溅镀工艺与形成铟锡氧化物层的方法
技术领域：
本发明是关于一种金属氧化物的溅镀工艺，且特别是关于一种铟锡氧化物的溅镀工艺与形成铟锡氧化物层的方法的发明。
背景技术：
由于铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)层具有极佳的导电特性、高可见光穿透率以及高红外光反射率等特点，因此铟锡氧化物层已经广泛地应用各种电子、光学及光电装置上。上述铟锡氧化物层之制造方法包括真空蒸镀法(vacuum evaporation)、溅镀法(sputtering)及化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)等。
就溅镀法而言，形成铟锡氧化物层的工艺包括下列步骤首先，将基板移至反应室(reaction chamber)内，其中反应室包括设置有铟锡氧化物靶材(ITO target)。然后，将等离子体气体以及水气通入反应室内，以便在基板上形成铟锡氧化物层。更详细而言，通入反应室内之水气会被离子化而解离成氢离子与氧离子，其中氢离子会参与铟锡氧化物的沉积，而使沉积在基板上的膜层为非晶质(amorphous)铟锡氧化物层。与多晶质(polycrystalline)铟锡氧化物层必须使用王水(aqua regia)才能进行蚀刻相比，非晶质铟锡氧化物层只需使用弱酸便可进行蚀刻。因此，能使用弱酸蚀刻的非晶质铟锡氧化物层的优点是可以降低蚀刻剂的成本以及后续处理的花费。
承上所述，目前溅镀工艺所需之水气是由水气供应设备所提供，而水气供应设备是供应水气至反应室。更详细而言，此水气供应设备包括水瓶与质量流量控制器(mass flow controller，MFC)，其中质量流量控制器是通过管道连接水瓶与反应室。由于水瓶内的气体压力大于反应室内的气体压力，因此水瓶内的水气会往反应室流动。此时，质量流量控制器便可控制进入反应室内之水气的流量。
值得注意的是，在两个完整工艺之间的空闲期时，质量流量控制器是处于关闭的状态，因此残留于管道内部的水气通常会凝结于管道内壁上，进而造成管道的堵塞。如此一来，当工艺再度需要水气进入反应室时，流入反应室之水气的流量便不稳定，进而造成铟锡氧化物薄膜的质量不稳定。此外，为了解决水气流量不稳定的情况，则必须停机，以清除凝结于管道内壁上之水气，而在维修之后，则必须重新对于反应室进行抽真空以及其它的检测作业，其结果不仅增加工艺时间，而且造成工艺成本的提高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种铟锡氧化物的溅镀工艺，以便取代使用水气做为反应气体之公知工艺。
此外，本发明的另一目的是提供一种形成铟锡氧化物层的方法，此方法能够形成非晶质铟锡氧化物层，且不会有使用水气所产生的问题。
基于上述目的或其它目的，本发明提出一种铟锡氧化物的溅镀工艺，包括下列步骤将基板移至反应室(reaction chamber)内，其中反应室包括设置有铟锡氧化物靶材(ITO target)。然后，将等离子体气体以及反应气体通入反应室内，以便在基板上形成铟锡氧化物层，其中反应气体至少包括氢气，且氢气占反应室内气体总量约为1％～4％。
依照本发明的较佳实施例，上述在基板上形成铟锡氧化物层之步骤是施加功率例如介于2.4～4.0KW之间的直流电。
基于上述目的或其它目的，本发明提出一种形成铟锡氧化物层的方法，包括下列步骤将基板移至反应室(reaction chamber)内，其中反应室包括设置有铟锡氧化物靶材(ITO target)。然后，将等离子体气体以及反应气体通入反应室内，以便在基板上形成非晶质铟锡氧化物层，其中反应气体至少包括氢气，且氢气占反应室内气体总量约为1％～4％。接着，将非晶质铟锡氧化物层转换成多晶质铟锡氧化物层。
依照本发明的较佳实施例，上述之氢气之流量例如是介于1sccm～4sccm之间。
依照本发明的较佳实施例，上述之反应气体还包括氧气。此外，氧气之流量例如是介于1sccm～3sccm之间。
依照本发明的较佳实施例，上述之等离子体气体之流量例如是介于96sccm至99sccm之间。此外，等离子体气体例如是氩气。
依照本发明的较佳实施例，上述之反应室内之压力例如是介于0.15至0.88Pa之间。
依照本发明的较佳实施例，上述在基板上形成非晶质铟锡氧化物层之步骤系施加功率例如介于2.4～4.0KW之间的直流电。
依照本发明的较佳实施例，上述将非晶质铟锡氧化物层转换成多晶质铟锡氧化物层之方法包括热工艺。
依照本发明的较佳实施例，上述在基板上形成非晶质铟锡氧化物层之后，以及在将非晶质铟锡氧化物层转换成多晶质铟锡氧化物层之前，还包括对于非晶质铟锡氧化物层进行图案化工艺。
基于以上所述，本发明之铟锡氧化物的溅镀工艺采用氢气作为反应气体，以取代公知技术所使用之水气，因此本发明之铟锡氧化物的溅镀工艺不仅没有公知技术使用水气所产生的问题，而且所形成之铟锡氧化物的质量也与公知技术相近。
此外，本发明之形成铟锡氧化物层的方法是形成出非晶质铟锡氧化物层，因此使用弱酸便可对于此非晶质铟锡氧化物层进行蚀刻。
为让本发明之上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
具体实施例方式
图1为依照本发明较佳实施例之铟锡氧化物的溅镀工艺的示意图。请参照图1，本实施例之铟锡氧化物的溅镀工艺包括下列步骤首先，基板210移至溅镀设备之反应室110内，其中反应室110包括设置有铟锡氧化物靶材120。此外，基板210例如是透明基板、液晶显示器之薄膜晶体管阵列基板或是具有其它膜层之基板。
然后，将等离子体气体130以及反应气体140通入反应室110内，以在基板210上形成铟锡氧化物层220(如图1之放大部分所示)，而同时在基板210与铟锡氧化物靶材120之间系形成等离子体132。此外，等离子体气体130例如是氩气、氦气或是其它惰性气体。值得注意的是，反应气体140至少包括氢气，且氢气占反应室内气体总量约为1％～4％。
与公知技术是利用通入水气之方式以使水分子解离而产生氢离子相比，本发明则是直接通入氢气以提供所需之氢离子。以下列举数个实例以说明本发明所形成之铟锡氧化物的材料性质。
表1
图2为退火后之铟锡氧化物的表面电阻(AVE)与表面电阻均一性(UNIF)的数据图，其中图2之左侧为电阻值(ohm)，而图2之右侧为面电阻均一性值(％)，且横坐标为各实例编号。此外，且图2之各实例系依据表1所列之工艺参数实施而量测到的数据。
请参照图2，各实例之面电阻值约略在20.7至21.8之间，其中使用直流电功率2.4KW之实例7、8的面电阻值为最低。值得一提的是，反应气体并不限定需同时包括氢气与氧气，然而氧气有助于改善所形成之铟锡氧化物的电气品质。
表2
图3为退火后之铟锡氧化物的表面电阻与表面电阻均一性的实验数据图，其中图3之左侧为电阻值(ohm)，而图3之右侧为面电阻均一性值(％)，且横坐标为实例代码。此外，图3之各实例是依据表2所列之工艺参数实施而量测到的数据。
请参照图3，各实例之面电阻值约略在20.5至23.8之间，其中使用直流电功率3.2KW之实例9、10的面电阻值为最低。
由图2与图3可以归纳出在下列工艺条件下均可制造出铟锡氧化物层氢气流量介于1sccm～4sccm(较佳为3sccm至4sccm之间)，而氩气流量介于96sccm至99sccm(较佳为96sccm之间)。此外，氧气流量例如是介于1sccm～3sccm之间，而直流电功率是介于2.4～4.0KW之间(较佳为2.4～3.2KW之间)。
另外，由图2可知直流电功率2.4KW、氩气流量为96sccm、氢气流量为3sccm，以及由图3可知直流电功率3.2KW、氩气流量为96sccm、氢气流量为4sccm均能够制造出较佳的铟锡氧化物层。此外，有关于这两种工艺参数所制造出来之铟锡氧化物层实例将详述如后。
表3
ITO残留代表使用弱酸进行蚀刻，并观察铟锡氧化物层是否完全被蚀刻，若铟锡氧化物层为多晶质则弱酸无法完全蚀刻。由表3可知，直流电功率3.2KW与氩气流量为96sccm所形成之铟锡氧化物层具有多晶质区域，而弱酸无法蚀刻多晶质区域之铟锡氧化物层。此外，由表3可知，直流电功率2.4KW与氩气流量为96sccm便能够形成非晶质铟锡氧化物层。换言之，本发明所形成之铟锡氧化物层能够使用弱酸进行蚀刻。另外，由表3能够归纳出反应室内之压力例如是介于0.15至0.88Pa之间(较佳为0.21至0.34Pa之间)。
由上述之各种实验结果可知，本发明之铟锡氧化物的溅镀工艺不仅能够形成铟锡氧化物层，还可形成非晶质铟锡氧化物层，而使用弱酸便可对于非晶质铟锡氧化物层进行蚀刻。有关于公知技术使用水气所形成之铟锡氧化物层与本发明所形成之铟锡氧化物层之比较将详述如后(如表4所示)。
表4
请参考表4，实例21是采用本发明所形成之铟锡氧化物层，而实例22是采用水气所形成之铟锡氧化物层。由表4可知本发明所形成之铟锡氧化物层不仅能够达到公知技术的质量，且异物量也较少，其中异物量是在成膜后未经过清洗检验而得。此外，本发明之铟锡氧化物的溅镀工艺亦无公知技术使用水气的相关缺点。
图4A至图4B为依照本发明较佳实施例之形成铟锡氧化物层的方法的示意图。请参照图4A，在基板310上形成非晶质铟锡氧化物层320。更详细而言，将基板310移至反应室内，其中反应室包括设置有铟锡氧化物靶材，然后，将等离子体气体以及反应气体通入反应室内，其中反应气体至少包括氢气，且氢气占反应室内气体总量约为1％～4％(类似图1所示)。
接着，为了提高电气质量，将非晶质铟锡氧化物层320转换成多晶质铟锡氧化物层322，其中将非晶质铟锡氧化物层320转换成多晶质铟锡氧化物层322之方法例如是热工艺或其它退火工艺。更特别地，在基板310上形成非晶质铟锡氧化物层320之后，对于非晶质铟锡氧化物层320进行图案化工艺，其中图案化工艺是使用弱酸进行蚀刻。
综上所述，本发明之铟锡氧化物的溅镀工艺采用氢气为主的反应气体，以取代公知技术所使用之水气，其结果不仅能够形成出非晶质铟锡氧化物，还可使用较为便宜的弱酸进行蚀刻。
与公知技术相比，本发明之形成铟锡氧化物层的方法不仅能够使用较为便宜的弱酸进行蚀刻，而且没有公知技术使用水气的相关缺点。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与改进，因此本发明之保护范围当视权利要求所界定者为准。
图1为依照本发明较佳实施例之铟锡氧化物溅镀工艺的示意图。
图2为退火后之铟锡氧化物的表面电阻与表面电阻均一性的实验数据图。
图3为退火后之铟锡氧化物的表面电阻与表面电阻均一性的实验数据图。
图4A至图4B为依照本发明较佳实施例之形成铟锡氧化物层的方法的示意图。
主要元件标记说明110反应室120铟锡氧化物靶材130等离子体气体132等离子体
140反应气体210、310基板220铟锡氧化物层320非晶质铟锡氧化物层322多晶质铟锡氧化物层
权利要求
1.一种铟锡氧化物的溅镀工艺，其特征是该溅镀工艺包括将基板移至反应室内，其中该反应室包括设置有一铟锡氧化物靶材；以及将等离子体气体以及反应气体通入该反应室内，以便在该基板上形成铟锡氧化物层，其中该反应气体至少包括氢气，且该氢气占该反应室内气体总量的1％～4％。
2.根据权利要求1所述之铟锡氧化物的溅镀工艺，其特征是该氢气之流量介于1sccm～4sccm之间。
3.根据权利要求1所述之铟锡氧化物的溅镀工艺，其特征是该反应气体还包括氧气。
4.根据权利要求3所述之铟锡氧化物的溅镀工艺，其特征是该氧气之流量介于1sccm～3sccm之间。
5.根据权利要求1所述之铟锡氧化物的溅镀工艺，其特征是该等离子体气体之流量介于96sccm～99sccm之间。
6.根据权利要求5所述之铟锡氧化物的溅镀工艺，其特征是该等离子体气体包括氩气。
7.根据权利要求1所述之铟锡氧化物的溅镀工艺，其特征是该反应室内之压力介于0.15至0.88Pa。
8.根据权利要求1所述之铟锡氧化物的溅镀工艺，其特征是在该基板上形成该铟锡氧化物层之步骤是施加功率介于2.4～4.0KW之间的直流电。
9.一种形成铟锡氧化物层的方法，其特征是该方法包括将基板移至反应室内，其中该反应室包括设置有铟锡氧化物靶材；将等离子体气体以及反应气体通入该反应室内，以便在该基板上形成非晶质铟锡氧化物层，其中该反应气体至少包括氢气，且该氢气占反应室内气体总量的1％～4％；以及将该非晶质铟锡氧化物层转换成多晶质铟锡氧化物层。
10.根据权利要求9所述之形成铟锡氧化物层的方法，其特征是该氢气之流量介于1sccm～4sccm之间。
11.根据权利要求9所述之形成铟锡氧化物层的方法，其特征是该反应气体还包括氧气。
12.根据权利要求11所述之形成铟锡氧化物层的方法，其特征是该氧气之流量介于1sccm～3sccm之间。
13.根据权利要求9所述之形成铟锡氧化物层的方法，其特征是该等离子体气体之流量介于96sccm～99sccm之间。
14.根据权利要求9所述之形成铟锡氧化物层的方法，其特征是该等离子体气体包括氩气。
15.根据权利要求9所述之形成铟锡氧化物层的方法，其特征是该反应室内之气体压力介于0.15至0.88Pa。
16.根据权利要求9所述之形成铟锡氧化物层的方法，其特征是在该基板上形成非晶质铟锡氧化物层之步骤是施加功率介于2.4～4.0KW之间的直流电。
17.根据权利要求9所述之形成铟锡氧化物层的方法，其特征是将该非晶质铟锡氧化物层转换成多晶质铟锡氧化物层之方法包括一热工艺。
18.根据权利要求9所述之形成铟锡氧化物层的方法，其特征是在该基板上形成非晶质铟锡氧化物层之后，以及在将该非晶质铟锡氧化物层转换成多晶质铟锡氧化物层之前，还包括对于该非晶质铟锡氧化物层进行图案化工艺。
全文摘要
一种铟锡氧化物的溅镀工艺，包括下列步骤将基板移至反应室内，其中反应室包括设置有铟锡氧化物靶材。然后，将等离子体气体以及反应气体通入反应室内，以便在基板上形成铟锡氧化物层，其中反应气体至少包括氢气，且氢气占反应室内气体总量约为1％～4％。此外，本发明亦提出一种形成铟锡氧化物层的方法。
文档编号C23C14/08GK1814856SQ20051000500
公开日2006年8月9日 申请日期2005年1月31日 优先权日2005年1月31日
发明者李育舟, 郑琮锜, 许泓译 申请人:中华映管股份有限公司