低阻ITO玻璃的制造工艺

第３５卷第２期　２００６年４月　・电子科技大学学报　ＪｏｕｍａＩ　ｏｆ　ＵＥＳＴ　Ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　ＶＯＩ－３５　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．２００６　光电子学工程与应用・　低阻ＩＴＯ玻璃的制造工艺　杨健君，李军建，张有润，王　军，林　慧，饶海波，蒋　泉，成建波　（电子科技大学光电信息学院成都６１００５４）　【摘要】有机发光显示器件是目前平板显示中的热点，所用ＩＴＯ玻璃比液晶显示所用的有更高更严的要求。该文探讨了　０ＬＥＤ用ＩＴＯ玻璃生产的相关工艺，得出使用直流溅射ＩＴＯ陶瓷靶时，较好的气氛是低氩微氧，功率约２００　Ｗ左右，溅射时基　板温度约２５０＂Ｃ，高温无氧退火。得到方ｇｎ２０　Ｑ以下、平均透过率大于８０％的ＩＴＯ玻璃。　关键词氧化铟锡；玻璃；有机发光二极管　中图分类号ＴＮ３０５　文献标识码Ａ　Ｃｒａｆｔｓ　ｉｎ　ＩＴ０　Ｇｌａｓｓ　ｆｏｒ　０ＬＥＤ　Ｕｓｅｄ　ＹＡＮＧ　Ｊｉａｎ－ｊｕｎ，ＬＩ　Ｊｕｎ－ｊｉａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｙｏｕ—ｒｕｎ，ＷＡＮＧ　Ｊｕｎ，ＬＩＮ　Ｈｕｉ，　ＲＡＯ　Ｈａｉ—ｂｏ，ＪＩＡＮＧ　Ｑｕａｎ，ＣＨＥＮＧ　Ｊｉａｎ—ｂｏ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＰｈｏｔｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＵＥＳＴ　ｏｆＣｈｉｎａ　Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００５４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）ｆｉｌｍｓ　ｗｅｒｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｂｙ　ＤＣ　ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　ｓｐｕｔｔｅｒｎｇ　ｕｓｉｉｎｇ　ＩＴＯ　ｔａｒｇｅｔｓ．Ｆｉｌｍｓ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ａｔ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ＇　ｎ℃ｗｉｔｈ　２００　Ｗ　ｉｎｐｕｔ　ＤＣ　ｐｏｗｅｒ，ｉｎ　ａｎ　ｏｘｙｇｅｎ／ａｒｇｏｎ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ，ａｒｇｏｎ　ｆｌｏｗ　ｗａｓ　ｋｅ：ｐｔ　ａｔ　ａｂｏｕｔ　１　６　ｓｃｃｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｘｙｇｅｎ　ｆｌｏｗ　ｗａｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　ｌ　ｓｃｃｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．　Ａｎｎｅａｌｎｉｇ　ｏｆ　ｈｅ　ＩｔＴＯ　ｆｉｌｍｓ　ｗｉｈｏｕｔｔ　ｏｘｙｇｅｎ　ｆｏｒ　ｌ　ｈ　ｗａｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｆｏｒ　ａｃｈｉｅｖｉｎｇ　ｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｉｅｓ．Ｌｏｗ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｙ　ｔ（　Ｏ　Ｑ）ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ（＞８Ｏ％）ｉｎ　ｖｉｓｉｂｌｅ　ｒｅｇｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｆｏｕｎｄ　ｔｏ　ｏｃｃｕｒ　ａｔ　ａ　ｈｉｇｈ　ａｎｎｅａｌｎｇ　ｉｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｂｏｕｔ　３５０℃．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｉｎｄｉｕｍ　ｔｎ　ｉｏｘｉｄｅ；ｇｌｓｓ；ｏｒａｇａｎｉｃ　ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｉｎｇ　ｄｉｏｄｅ　平板显示领域中，有机发光二极管（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｎｉｇ　Ｄｉｏｄｅ，ＯＬＥＤ）￣研发和量产问题都被重点　关注。ＯＬＥＤ所用氧化铟锡（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ，ＩＴＯ）玻璃比液晶显示（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ，ＬＣＤ）所用的玻　璃的方阻低一个数量级，平整度高一个数量级，制造工艺较复杂，目前国内研究ＯＬＥＤ的单位大都购买进　口的ＩＴＯ玻璃，因此研发ＯＬＥＤ用ＩＴＯ玻璃的制造工艺成为当前紧迫之事。　表ｌ　ＩＴＯ工艺参数表　１常用工艺参数　根据国内外文献资料，目前常用可供参考的工　艺参数如表ｌ所示【　５１。　溅射生产ＩＴＯ玻璃的靶材陶瓷靶和合金靶，它　们所用工艺不同。相关因素主要有：溅射功率、靶　材、溅射条件（气氛、基板温度）、退火。其次有：　靶一基（Ｔ－Ｓ）距离，设备所定的靶与基片的相对位置　和夹角等。具体情况要具体分析。如使用合金靶时，　常可掺入Ｈ：Ｏ来提高效率。本文探讨４个可调因素的　作用。　（１）溅射功率：通常功率越高，速度越快，方　收稿日期：２００５—０９—０１　基金项目：广东省“十五”重大基金资助项Ｈ（Ｉ－１０４０１ｏｏＩＷ０５０３１ｎ　作者简介：杨健￣（１９７４一），男，博士，讲师，主要从事光学工程、图像显示等方面的研究．　维普资讯 http://www.cqvip.com

２６２　电子科技大学学报　第３５卷　阻也越大。根据低方阻的要求，本文用较低的功率。但功率太低则有平整度变差和结合不牢等问题。功率　与均匀性之间没发现线性关系，即可能存在某个功率最优点，令均匀性最好。但根据目前有限的实验，在　磁控溅射的条件下，随着功率降低，均匀性趋于变差。（２）靶一基距离：靶一基距离主要影响均匀性，与设　备结构有关，通常是大些好，有时还要通过磁场分布来调整。（３）气压和气氛：气压和气氛非常讲究，因　设备、靶材等因素的不同而不同。气压会影响到电离的离子（一般是　），气氛影响到形成的ＩＴＯ薄膜成分、　结构、表面特性、生长速度等。有时在不同的成膜阶段使用不同的气氛，以调节ＩＴＯ薄膜表面的氧含量等　因素，从而提高ＩＴＯ薄膜的逸出功，使之满足要求。（４）玻璃基板：清洁的玻璃基板是制造性能良好的ＯＬＥＤ　器件的重要前提，要反复清洗，通常使用乙醇、去离子水，超声波等，同时还要注意清洁玻璃的存放。其　次，基板必须有足够的平整度，要进行抛光处理。　２实验及分析　使用正交分析法进行实验设计。实验方案分两步：（１）大范围搜索；（２）确定最优区域后，再作局部细　致的试验，以找出最优工艺参数组合。搜索前，先筛选影响薄膜电光性能的主要因素，经分析选定８个主　要因素：溅射压强、基板与靶材距离、氩氧比例、沉积温度、退火温度、退火时间、溅射功率、退火氛围。　并粗定每个因素可以有４种取值，即四水平。具体取值可参考以往实验积累及文献资料。如：溅射压强的　取值分别为０．２６７、０．５３３、０．８００、１．０６７　Ｐｔ，基板与靶材距离取值分别为２ｌ、ｌ６、ｌ２、７　ｃｍ，溅射功率分别　为１００、ｌ５０、２００、３００　Ｗ，沉积温度分别为２７、１２７、２２７、３２７℃，等。最后选用正交表，据上述情况，　选用Ｌ　（４０）型正交表【卵】，以方阻为ＩＴＯ薄膜性能的首要指标。　实验前先对抛过光的白玻璃彻底清洗，最好使用半导体清洗工艺。实验证明，基板的清洗对成膜质量　有非常重要的影响。将洗净的玻璃基板烘干或吹干，放进传送室，抽真空，送工艺室，最后调节工艺参数，　用直流磁控溅射镀膜及做退火处理。对样品用四探针方阻测量仪测量，处理后结果如表２所示。　表２正交试验结果以及因素的极差和倍数　表２中，８个因素分别用Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，胨示。第ｆ号因素的第，个水平对应的试验结果可以　表示为　＝∑　／ｒ。其中　为含有ｆ因素，水平的第玎个试验得到的薄膜方阻测试结果；，．为所有试验中　含有洇药水平的试验数目。对各因素的评价用极差　和极值倍数　作参考。第ｉ号因素的极差　。ｘ－Ｉ　ｍｉｎ。　极大值与极小值的倍数为：　ｍ．。　由表２可得：（１）溅射压强、氩氧比例、退火温度对应的极差大，倍数都大于８。说明在此３个工艺参数　不同的情况下制备出的ＩＴＯ薄膜方阻差距很大，严格控制此３个工艺参数对制备低方阻ＩＴＯ薄膜尤其重要。　（２）退火时间、溅射功率、退火氛围对应的倍数在１．５￣２．２之间，即对薄膜的方阻有一定影响。（３）沉积温度　和基板与靶材距离对应的极差和倍数都是最小，可选自由度最大。　再对溅射压强、氩氧比例、退火温度进行实验分析。由于实验所用工艺条件都没有最优化，所以图ｌ、　２中的方阻数据都偏大，但其变化趋势依然能说明问题。图ｌ反映了溅射压强及氩氧比例对ＩＴＯ薄膜方阻的　影响。随溅射压强由０．２６７　Ｐｔ升到１．０６７　Ｐｔ，薄膜方阻由２６７．２５　Ｑ迅速升到６　４２０．３８　Ｑ。随氩氧比例由ｌ　６：０增　到ｌ６：２，薄膜方阻迅速增加ｌ３倍。这是因为溅射压强和氩氧比例的增加，导致更多Ｏ２进入沉积薄膜的腔体　内，参与薄膜沉积过程，从而减少薄膜内的氧缺位，使ＩＴＯ薄膜方阻上升。同时，过量的Ｏ　还可以让４价Ｓｎ　氧化，减少Ｓｎ４　对Ｉｎ’　的替代，也令方阻上升。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２期　杨健君等：低阻１ＴＯ玻碹的　茎　２６３　图２是退火温度￣］ｑＴＯ薄膜方阻的影响。由图可知，高温退火使薄膜方阻大幅下降。进一步实验发现，　３００－－４００＂Ｃ的退火温度最合适，超过４００＂Ｃ后，随温度增加带来的效果不再明显。另外，随退火时间的延长，　薄膜方阻先减小后增大，在退火时间为Ｉ　ｈ时，得到ＩＴ１０薄膜方阻最小。　００ｏ　００ｏ　０ｏＯ　０００　０ｏ０　星　０００　Ｃ＝　０（）０　恹　０００　蛊　０ｏ０　・　０００　０（）０　０００　０ｏ０　Ｏ　０　图１溅射压强和氩氧比例各水平的方阻曲线　图２退火温度各水平的方阻曲线　退火气氛主要是考虑Ｏ２。退火过程中有Ｏ２，开始时少量的ｏ２使ＩＴ０晶粒结构缺陷减少，降低载流子散　射，方阻得到降低。但长时间退火，吸附的氧会减少薄膜内部的氧缺位，以致方阻提高。实验结果表明在　退火过程中不含氧气时方阻最小。溅射功率对沉积速度影响很大，对薄膜性能的影响如前所述，实验发现　２００　ｗ左右比较好。根据上述实验数据，再进行优化参数试验，增加透过率指标，发现溅射时加入微量的ｏ２　可略为改善透过率。另外，高温退火也有助改善透过率。　第２次进行局部优化工艺参数时所做样品的透过率与方　＾　一旃　阻的关系如图３所示，其中玻璃基片本身的透过率略低于　∞　％　跎　◆●　：　：　●　●　加　◆●　●　◆　●　９１％。由图３可知，可通过调节工艺参数得到方阻２Ｏ　Ｑ以下，　●　．　◆●　而平均透过率大于８０％的ＩＴＯ玻璃。直流溅射ＩＴＯ陶瓷靶较好　的气氛是微氧低氩（＜Ｏ．３　Ｐｔ，Ａｒ：Ｏ２＝１６：０￣１６：０．５），功率２００　Ｗ　左右，溅射时基板温度约２５０℃，高温（约４００￣Ｃ）无氧退火。　０　２０　４０　６０　８０　ｌ０ｏ　ｌ２０　１４０　玻璃基板尺寸为２００　ｍｉｎｘ２００　ｍ—ｍ。这样的参数虽比日本真　方阻舰　空的ＳＵＰＰＥＲ－ＩＴＯ的方阻高，但已经能满足ＯＬＥＤ的使用要　图３　方阻与透过率关系图　求，而且不需要像制造ＳＵＰＰＥＲ－ＩＴＯ时添加多种金属层或水汽等复杂的工艺，和精确到１／１０　ｌｉｒａ的厚度控制。　３总结　本文探讨了生产ＯＬＥＤ用ＩＴＯ玻璃的相关因素和工艺，得出使用抛过光的ＩＴＯ玻璃，在微氧或无氧及低　氩气氛中，用ＩＴＯ陶瓷靶，进行高温退火，可得低阻ＩＴＯ玻璃，适合ＯＬＥＤ使用。　本文研究工作得到了电子科技大学青年科技基金（Ｌ０８０１０５０１ＪＸ０４０２７）的资助，在此表示感谢。　参考文献　【ｌ】Ｊｏｓｈｉ　Ｒ　Ｎ，Ｓ．ｍｇｌｌ　Ｖ　ＭｃＣｌｕｒｅ　Ｊ　Ｃ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆｉｎｄｉｕｍ　ｔｉｎ　ｏｘｉｄｅ　ｉｆｌｍｓ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｂｙ　ｒ．￡ｍａｇｎｅｔｒｏｎ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｈｉｎ　Ｓｏｌｉｄ　Ｆｉｌｍｓ，１　９９５，２５７：３２－３５．　【２】Ｍａ　Ｈｏｎｇｂｉｎ，Ｊｕｎｇ－Ｓｏｏ，Ｃｈｕｎｇ－Ｈｏｏ　Ｐａｒｋ．Ａ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｉｎｄｉｕｍ　ｔｍ．　ｏｘｉｄｅ　ｔｈｉｎ　ｉｆｍｌ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ａｔ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｕｓｎｉｇ￣ｃｉｎｇ　ｔｒａｇｅｔ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００２，１５３：１３　ｌ－１３７．　【３】Ｖａｕｆｒｅｙ　Ｄ，Ｋｈａｌｉｆａ　Ｍ　Ｂ，Ｂｅｓｌａｎｄ　Ｍ一只ｅｔ　ａ１．Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉＣＳ　ｏｆ　ｎｉｄｉｕｍ　ｔｉｎ　ｏｘｉｄｅ　ｔｈｉｎ　ｆｉｍｌｓ　ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ　ｂｙ　ｃａｔｈｏｄｉｃ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｏｐ　ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ　ｄｅｖｉｃｅｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００２，Ｃ２１：２６５－　２７１．　【４】Ａｎｔｏｎｙ　Ａ，Ｎｉｓｈａ　Ｍ，Ｍａｎｏｊ　Ｒ　ｅｔ　ａ１．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆｔａｒｇｅｔ　ｔｏ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｓｐａｃｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　１ＴＯ　ｔｈｉｎ　ｉｆＬｍ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｓｃｉｎｅｃｅ，２００４，２２５：２９４－３０１．　【５】Ｈｏｓｈｉ、‘Ｏｈｋｉ　Ｒ．Ｌｏｗ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒｆ　ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆｒ　ｔｈｅ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　１ＴＯ　ｔｈｉｎ　ｉｆｍｌｓ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ，１９９９，４４：３　９２７－３　９３２．　／－　【６】上海科技交流站．正交试验设计法【ｌｖｆ】．北京：上海人民出版社，１９７５．　【７】北京大学数学系试验设计组．正交试验法【Ｍ】．北京：科学普及出版社，１９７９．　编辑漆蓉