一种刻蚀掺铝氧化锌薄膜的方法技术

一种刻蚀掺铝氧化锌薄膜的方法，利用加速器加速的粒子轰击刻蚀掺铝氧化锌薄膜(AZO)表面，步骤如下：第一步，将装有待刻蚀的掺铝氧化锌(AZO)薄膜的支架置于磁控溅射设备的真空腔室中，抽真空至真空腔室真空度低于10‑3帕；第二步，向真空腔室通入惰性气体，惰性气体的流速为10‑20sccm；第三步，调节真空腔室的抽气阀门，使真空腔室的气压为0.5‑2.0Pa；第四步，打开阴极灯丝电源、接着打开加速极电源，最后打开中和灯丝电源，使电离惰性原子的阴极灯丝电流为0.1‑2A，中和惰性离子的中和灯丝电流为5‑15A。AZO薄膜上的Zn和O原子被轰击而离开薄膜，被轰击而离开薄膜的原子不断增加，实现对AZO薄膜的刻蚀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种透明导电薄膜的刻蚀方法。
技术介绍
掺铝氧化锌(AZO)是一种透明导电氧化物，广泛应用于平板显示器、透明电磁屏蔽材料、荧光材料、气体传感器、紫外光探测器、发光二极管和太阳电池等领域应用。在AZO的各种应用中，不同的器件需要特定的表面形貌才能达到整个器件性能的最佳效果。具体的电路中也需要AZO薄膜不同部分具有特定的膜厚和花样，所以很有必要对各种方法沉积的AZO薄膜进行刻蚀。目前在AZO薄膜刻蚀的生产和实验中还没有利用离子和原子轰击AZO薄膜从而实现对AZO薄膜刻蚀的报道。目前主要采用电感耦合的方法刻蚀AZO薄膜。电感耦合装置的两个靶头分别连接到不同的射频电源上，其中一个射频电源用于产生耦合等离子体，另一个与射频电源连接的靶头上放置被刻蚀的AZO薄膜(薄膜位于衬底上)，用于薄膜上产生偏压。刻蚀气氛为混合气体，例如(Ar+IBr)(Ar+BI3)[W.T.Lim,L.Stafford,Ju-Il Song b,Jae-Soung Park,Y.W.Heo,Joon-Hyung Lee,Jeong-Joo Kim,S.J.Pearton.Dry etching of zinc-oxide and indium-zinc-oxide in IBr and BI3plasma chemistries.Applied Surface Science 253(2007)3773–3778.]，(CH4+H2+Ar)(Cl2+Ar)[K.Ip,M.E.Overberg,K.W.Baik,R.G.Wilson,S.O.Kucheyev,J.S.Williams,C.Jagadish,F.Ren,Y.W.Heo,D.P.Norton,J.M.Zavada e,S.J.Pearton.ICP dry etching of ZnO and effects of hydrogen.Solid-State Electronics 47(2003)2289–2294]，(HBr+Ar)[Su Ryun Min,Han Na Cho,Yue Long Li,Chee Won Chung.Inductively coupled plasma reactive ion etching of ZnO films in HBr/Ar plasma.Thin Solid Films 516(2008)3521–3529.]，(BCl3+CH4+H2)[Jeong–Woon BAE,Chang–Hyun JEONG,Han–Ki KIM,Kyoung–Kook KIM,Nam–Gil CHO,Tae–Yeon SEONG,SEONG,Seong–Ju PARK,Ilesanmi ADESIDA,GEUN–Young YEOM.High–Rate Dry Etching of ZnO in BCl3/CH4/H2Plasmas.Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)L 535–L 537.]等。刻蚀时两个射频电源同时开启，用于产生耦合等离子体的电源射频功率为在500W到900W之间，用于产生偏压的电源射频功率在50W到300W时间，调节射频功率、混合气体中各种气体的比例和气压等参数可以达到调节刻AZO薄膜表面形貌和蚀速率的目的。这种方法需要射频功率较大，刻蚀过程中产生有害尾气，处理尾
气需要增加额外的设备，从而增加刻蚀AZO薄膜的成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的掺铝氧化锌(AZO)刻蚀需要两个射频电源联合工作，并在刻蚀气氛中加入多种卤族元素化合物而产生有害尾气的缺点，提出一种刻蚀掺铝氧化锌薄膜的方法。本专利技术利用粒子加速器，例如考夫曼加速器等，加速氩原子等惰性粒子，轰击掺铝氧化锌薄膜表面，实现刻蚀。本专利技术具有结构简单，仪器和耗材便宜，不需要处理尾气等特点，可以降低掺铝氧化锌薄膜的刻蚀成本。本专利技术刻蚀掺铝氧化锌薄膜方法的具体步骤如下：第一步，将装有待刻蚀的掺铝氧化锌(AZO)薄膜的支架置于磁控溅射设备的真空腔室中，抽真空至真空腔室真空度低于10-3帕；第二步，向真空腔室通入惰性气体，惰性气体的流速为10-20sccm；第三步，调节真空腔室的抽气阀门，使真空腔室的气压为0.5-2.0Pa；第四步，打开阴极灯丝电源、接着打开加速极电源，最后打开中和灯丝电源，使电离惰性原子的阴极灯丝电流为0.1-2A，中和惰性离子的中和灯丝电流为5-15A。AZO薄膜上的Zn和O原子被轰击而离开薄膜，被轰击而离开薄膜的原子不断增加，实现对AZO薄膜的刻蚀。采用粒子加速器将氩原子等惰性粒子加速后，被加速的惰性粒子直接轰击AZO薄膜。AZO薄膜在衬底上，轰击时AZO薄膜面对加速器。本专利技术利用磁控溅射设备的腔室提供真空环境和通入惰性气体。粒子加速器通过磁控溅射设备的导线连接到电源上，利用磁控溅射设备自带的流量计和气路管道控制进入腔体中的气体流量。衬底上的AZO薄膜固定在真空腔室的支架上，正对粒子加速器的加速电极，通过移动支架或者加速器以调节加速器和薄膜之间的距离。工作时，加速器的阴极灯丝将氩原子等电离成离子，电离的离子加速，在加速结束的瞬间被加速电极旁的中和灯丝发出的电子中和并还原成原子，保持高速运动。刻蚀AZO薄膜时，在AZO薄膜上紧贴有图案的掩模板，被加速的粒子可以AZO薄膜上刻蚀出所需要的图案。刻蚀时间根据AZO薄膜的膜厚和刻蚀速率具体确定。采用本专利技术方法轰击掺铝氧化锌薄膜，薄膜能够顺利被刻蚀。在固定阴极灯丝电流、工作气压、惰性气流和中和灯丝电流的情况下，加速电压升高时薄膜的刻蚀速率增加，刻蚀时可以根据具体需求选择加速电压。粒子轰击后，掺铝氧化锌薄膜的表面形貌发生了变化，表面粗糙度可以增加，也可以减小。附图说明图1本专利技术制备方法示意图；图2刻蚀速率与粒子加速电压的关系；图3刻蚀前后的AZO薄膜电学特性，其中：图3a为刻蚀前后AZO薄膜的电阻率，图3b为刻蚀前后AZO薄膜的载流子浓度和载流子迁移率；图4薄膜刻蚀前和各种电压加速的粒子刻蚀30分钟后AZO薄膜原子力显微镜所测量的形貌，其中：图4a(a)为刻蚀前高度传感模式(Height sensor)的形貌，图4a(b)为刻蚀前方向误差模式的形貌(Deflection error)，图4b(a)为400伏特加速的粒子刻蚀后高度传感模式的形貌，图4b(b)为400伏特加速的粒子刻蚀后方向误差模式的形貌，图4c(a)为350伏特加速的粒子刻蚀后高度传感模式的形貌，图4c(b)为350伏特加速的粒子刻蚀后方向误差模式形貌，图4d(a)为300伏特加速的粒子刻蚀后高度传感模式的形貌，图4d(b)为300伏特加速的粒子刻蚀后方向误差模式的形貌，图4e(a)为250伏特加速的粒子刻蚀后高度传感模式的形貌，图4e(b)为250伏特加速的粒子刻蚀后方向误差模式的形貌，图4f(a)为200伏特加速的粒子刻蚀后高度传感模式的形貌，图4f(b)为200伏特加速的粒子刻蚀后方向误差模式的形貌，图4g(a)为150伏特加速的粒子刻蚀后高度传感模式的形貌，图4g(b)为150伏特加速的粒子刻蚀后方向误差模式的形貌；图5AZO薄膜被500伏特和50伏特加速的粒子刻蚀5分钟后原子力显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刻蚀掺铝氧化锌薄膜的方法，其特征在于：所述刻蚀掺铝氧化锌薄膜的方法利用加速器加速的粒子轰击刻蚀掺铝氧化锌薄膜(AZO)表面；所述的刻蚀方法步骤如下：第一步，将装有待刻蚀的掺铝氧化锌(AZO)薄膜的支架置于磁控溅射设备的真空腔室中，抽真空至真空腔室真空度低于10‑3帕；第二步，向真空腔室通入惰性气体，惰性气体的流速为10‑20sccm；第三步，调节真空腔室的抽气阀门，使真空腔室的气压为0.5‑2.0Pa；第四步，打开阴极灯丝电源、接着打开加速极电源，最后打开中和灯丝电源，使电离惰性原子的阴极灯丝电流为0.1‑2A，中和惰性离子的中和灯丝电流为5‑15A。AZO薄膜上的Zn和O原子被轰击而离开薄膜，被轰击而离开薄膜的原子不断增加，实现对AZO薄膜的刻蚀。

【技术特征摘要】
1.一种刻蚀掺铝氧化锌薄膜的方法，其特征在于：所述刻蚀掺铝氧化锌薄膜的方法利用加速器加速的粒子轰击刻蚀掺铝氧化锌薄膜(AZO)表面；所述的刻蚀方法步骤如下：第一步，将装有待刻蚀的掺铝氧化锌(AZO)薄膜的支架置于磁控溅射设备的真空腔室中，抽真空至真空腔室真空度低于10-3帕；第二步，向真空腔室通入惰性气体，惰性气体的流速为10-20sccm；第三步，调节真空腔室的抽气阀门，使真空腔室的气压为0.5-2.0Pa；第四步，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜忠明，刘向鑫，屈飞，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11