专利名称：一种ZnO基透明导电薄膜湿法刻蚀方法
技术领域：
本发明涉及一种ZnO基透明导电薄膜湿法刻蚀方法。
背景技术：
透明导电薄膜被广泛应用于太阳能电池、半导体照明、平板显示等领域。目前产业界广泛应用的透明导电薄膜，一种是Ni/Au为代表的第一代透明导电薄膜，具有良好的电导率和材料稳定性，但是其重大不足是可见光透过率最大不足75%。第二种是以氧化铟锡(ITO)为代表的第二代透明导电薄膜，具有良好的电导率，但是由于其大量应用贵金属In 材料，使其制造成本大幅提高，并且面临稀有金属铟枯竭的危险。ITO材料还存在可靠性差，有毒，对环境不友好以及可持续发展性差等问题。ZnO基透明导电薄膜作为新一代透明导电薄膜，具有良好的电导率，极高的可见光透过率，极高的材料稳定性，且对环境友好可持续发展，代表着未来透明导电薄膜发展的趋势，具有广阔的产业化前景。ZnO基透明导电薄膜产业化的推进，首先，必须解决其微加工工艺问题。目前，ZnO基透明导电薄膜多沿用ITO的湿法刻蚀工艺，即采用强酸如盐酸进行湿法刻蚀。但是，强酸刻蚀ZnO基透明导电薄膜其刻蚀速度快，难控制。更关键的是，存在严重的侧向刻蚀，影响刻蚀精度。因此，开发一种刻蚀速率可控的高精度湿法刻蚀工艺是ZnO基透明导电薄膜应用和产业化的关键。
发明内容
本发明的目的是克服目前强酸刻蚀工艺中，刻蚀速率过快，难于控制，侧向刻蚀严重的问题，提供一种速率可控、高精度的ZnO基透明导电薄膜的湿法刻蚀方法。一种ZnO基透明导电薄膜的湿法刻蚀方法，包括如下步骤沉积了 ZnO基透明导电薄膜的衬底涂布光刻胶；进行曝光、显影，去除部分光刻胶，使得待刻蚀衬底暴露在外；对其进行烘烤；通过弱酸和去离子水配比形成弱酸溶液；上述待刻蚀衬底放入弱酸溶液，刻蚀时间范围I秒到10000秒；去离子水冲洗；有机溶液去除光刻胶；测量刻蚀深度和刻蚀图形形貌。在上述湿法刻蚀方法中，所述ZnO基透明导电薄膜为ZnO Al,ZnO =Ga或ZnO :1η。在上述湿法刻蚀方法中，所述ZnO基透明导电薄膜结构为单层结构或叠层结构。如 ZnO:Al/ZnO:Ga/ZnO:Al,或 ZnO :A1/Zn0, Zn0:Ga/Zn0 等。在上述湿法刻蚀方法中，所述弱酸为醋酸、碳酸、氢硫酸、硼酸或氯化物弱酸盐。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果
(I)相对于现有ZnO基透明导电薄膜使用的强酸溶液、碱性溶液刻蚀方法，本发明提供的刻蚀方法相对于强酸强碱性溶液，利用弱酸性溶液腐蚀，其刻蚀速率可控。(2)本发明提供的刻蚀方法相对于强酸强碱性溶液，利用弱酸性溶液有效抑制了侧向刻蚀，提高刻蚀精度。
(3)利用弱酸性溶液刻蚀，光刻胶掩膜选择范围广，刻蚀成本低。
图I为实验刻蚀工艺所利用掩膜板一个单元示意 图2为采用MOCVD生长的掺Ga ZnO透明导电薄膜刻蚀前扫描电镜(SEM) 图3为采用醋酸溶液腐蚀ZnO基透明导电薄膜所形成的局部侧面扫描电镜(SEM)图； 图4为采用醋酸酸溶液腐蚀ZnO基透明导电薄膜所形成的局部断面扫描电镜(SEM)
图5为采用冰醋酸与水I: I浓度腐蚀ZnO基透明导电薄膜的刻蚀速率关系图。
具体实施例方式现就参考
本发明的实施例。应该指出，本发明不限于这些实施例。还可以广泛应用于其他实施例中，即可以使用其他类型的弱酸性溶液，除此之外，本发明使用范围不受限定，除可由于LED外，还可以用于其他半导体光电器件。实施例I
利用MOCVD方法生长的掺Ga的ZnO基透明导电膜，对其进行涂胶，甩胶。利用图I所示的光刻版对掺Ga的ZnO透明导电膜进行光刻，显影，去掉不需要的光刻胶，获得不同线宽的图形结构。将冰醋酸跟水按I :1比例混合，对上述掺Ga的ZnO基透明导电膜进行刻蚀，刻蚀时间4min，腐蚀掉胶露出来的ZnO，后进行去胶。采用MOCVD生长的掺Ga ZnO透明导电薄膜刻蚀前扫描电镜(SEM)图如图2所示；采用醋酸溶液腐蚀ZnO基薄膜所形成的局部侧面扫描电镜(SEM)图如图3所示；采用醋酸酸溶液腐蚀ZnO基薄膜所形成的局部断面扫描电镜(SEM)图如图4所示。可见利用弱酸醋酸作为刻蚀液，其侧向刻蚀小，刻蚀截面呈楔形。刻蚀速率如图5所示。刻蚀深度与刻蚀时间呈线性关系，刻蚀速率为0. 84nm/ls,具有可控性。实施例2
利用MOCVD方法生长的掺Al的ZnO基透明导电膜，薄膜厚度约250nm，对其进行涂胶，甩胶。利用图I所示的光刻版对掺Al的ZnO透明导电膜进行光刻，显影，去掉不需要的光刻胶，获得所需结构的图形。利用冰醋酸跟水按I :1比例混合，对上述掺Al的ZnO基透明导电膜进行刻蚀，刻蚀5min，可腐蚀掉胶露出来的ZnO-TCL。实施例3 利用MOCVD方法生长的掺Ga的ZnO基透明导电膜，薄膜厚度约250nm，对其进行涂胶，甩胶。利用图I所示的光刻版对掺Ga的ZnO基透明导电膜进行光刻，显影，去掉不需要的光刻胶，获得所需刻蚀的结构图形。利用质量浓度为15%的氯化铵，对上述掺Ga的ZnO透明导电膜进行腐蚀，刻蚀40min，可腐蚀掉胶露出来的ZnO-TCL。
权利要求
1.一种ZnO基透明导电薄膜的湿法刻蚀方法，其特征在于包括如下步骤沉积了 ZnO基透明导电薄膜的衬底涂布光刻胶；进行曝光、显影，去除部分光刻胶，使得待刻蚀衬底暴露在外；对其进行烘烤；通过弱酸和去离子水配比形成弱酸溶液；上述待刻蚀衬底放入弱酸溶液，刻蚀时间范围I秒到10000秒；去离子水冲洗；有机溶液去除光刻胶；测量刻蚀深度和刻蚀图形形貌。
2.如权利要求I所述的湿法刻蚀方法，其特征在于，所述ZnO基透明导电薄膜为ZnOAl、ZnO Ga 或 ZnO :In。
3.如权利要求I所述的湿法刻蚀方法，其特征在于，所述ZnO基透明导电薄膜结构为单层结构或叠层结构。
4.如权利要求I所述的湿法刻蚀方法，其特征在于，所述弱酸为醋酸、碳酸、氢硫酸、硼酸或氯化物弱酸盐。
全文摘要
本发明公开了一种ZnO基透明导电薄膜湿法刻蚀方法。包括如下步骤沉积了ZnO基透明导电薄膜的衬底涂布光刻胶；进行曝光、显影，去除部分光刻胶，使得待刻蚀衬底暴露在外；对其进行烘烤；通过弱酸和去离子水配比形成弱酸溶液；上述待刻蚀衬底放入弱酸溶液，刻蚀时间范围1秒到10000秒；去离子水冲洗；有机溶液去除光刻胶；测量刻蚀深度和刻蚀图形形貌。本发明采用弱酸溶液湿法刻蚀工艺，具有操作简单、成本低、刻蚀速率可控、刻蚀精度高等优点。该刻蚀方法可用于太阳能电池、平板显示、LED等领域中ZnO基透明电极的图形加工工艺，推动ZnO基透明导电薄膜在上述领域的产业应用。
文档编号H01L33/42GK102709156SQ201210165938
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者吴锦壁, 江灏, 王钢, 范冰丰, 裴艳丽 申请人:中山大学