关于Sputtering工艺在液晶TFT生产中的应用

2018-07-21

制造业自动化 2018年7期

（北京京东方显示技术有限公司，北京 100176）

0 引言

ITO为上世纪70年代得到研发的一种材料，是持有导电性及高透过度的物质，是Indium Tin Oxide的简称。常用在液晶屏的电极、有机EL屏的电极、触摸屏电极等用途。从特性上来看，该种玻璃膜层电阻率能够达到10-4Ω°cm，具有良好导电性，并且耐磨、耐腐蚀，具有较好加工性，能够达到85%的可见光透过率，红外线反射率可达80%以上，紫外线吸收率可达85%以上，微波衰减率则能达到85%以上[1]。

1 ITO薄膜形成方法

真空成膜技术分为利用粒子物理运动的物理气象成长发和利用化学反应的化学气象成长法两种。

图1 ITO薄膜形成方法分类

现阶段，国内主流液晶面板生产主要以DC Sputtering法为主流，本文重点介绍DC Sputtering法。

1.1 DC Sputtering的基本机理

在等离子的放电过程中，阳离子的阴极（靶材）撞击，通过这个能量，靶材的原材料溅射到基板上形成薄膜的方法。如图2所示，通过DC电源施加电压，阴极会释放电子，并与大气中的分子离子反应形成放电空间。等离子体放电空间中的阳离子因被施加电压加速撞击靶材，使靶材原子或分子等溅射出来并在管面经过吸附、凝结、表面扩散迁移、碰撞结合形成稳定晶核，最后附着在基板表面，形成连续状薄膜。

图2 DC Sputtering原理示意图

1.2 真空设备的功能

制作出混杂物少，贴合性好的优质ITO薄膜，需在高真空下进行。特别是Inline方式的Sputter设备，需要使Glass基板连续性的从大气中移动到真空层，再从真空层移动到大气中，为此也需要Loading，Unloading，chamber。比如loading chamber，需要使基板从高气压处移动到低气压处，即在有气压的差的空间内移动基板的目的。为此原理相似的代表性案例为巴拿马运河的水闸，他是为了在有水位差的太平洋和大西洋之间航行的船只修建的。

图3 巴拿马运河的水闸示意图

比较例子：

把B的水位调成与A一样→打开水门①让船移动到B→关闭水门①排水把B的水位调成与C一样→打开水门②让船移动到C。

对比Sputter设备：L/C调成为大气压→让基板移动到L/C→密封L/C，排气L/C调为真空→L/C让基板移动到SP/C。

1.3 提高DC Sputtering工艺效率的方法

下面介绍，使电子更多的停留在靶材表面的机械装置。如图4所示，通过配置在靶材下面的磁铁，磁感应线存留在靶材表面。首先满足平行于该磁感应线靶材表面的成分，再满足流向靶材的电流方向朝下等条件的情况下，适用于弗莱明左手定则，力量会增加到前面部分。由于从靶材放射出来的电子的移动方向与电流方向一致，其力量会增加到电子的同时改变电子的移动方向。因此电子移动方向的变化与磁感应线的方向一致，会使力量不断的增加。电子则以画圈的方式持续在靶材表面移动。综上，通过提高靶材表面的电子的存在率，可在靶材表面形成高密度的等离子体放电现象。技师没有磁场也可以形成薄膜。但成膜速度会大大降低。在有磁场的情况下，可以降低等离子体放电空间和阻抗和电压。

图4 感应线和磁场移动示意图

1.4 其他Sputter方式探究

1.4.1 RF Sputter-加交流（高频）方法

靶材和基板就近放置，在真空腔体和靶材上加高频电压。在交流电压的作用下，粒子的加速方向取决于电压。电子和离子中因电子可轻易移动到达导电性腔体的电子流入到电路中。靶材的电子因为没有可移动的地方，密度升高。靶材偏向一侧，离子被吸附在靶材侧再进行溅射。

1.4.2 磁控管（Magnetron）溅射法

将基板和背面有磁铁的靶材就近放置，外加电压进行Sputtering，因磁场形成，电子对着磁力线以螺旋状移动，等离子体发生在电子周围，进行集中溅射。

1.4.3 离子束（ion beam）Sputter

离子束溅射是唯一不使用放电原理的溅射方法，从离子抢中射出的离子照射在靶材上进行溅射。DC Sputter等方式受离子中的离子或电子的影响但这种方式只选用进行Sputter时所需要的离子。为了让离子枪持续射出离子，供给惰性气体。其特点在于可在高真空中形成，混杂物较少，因有独立ion源，容易设定条件。但该种设备成膜速度较慢，在TFT生产过程中，不予采用。