ITO薄膜的蝕刻速率研究

在本研究中，我們華林科納研究了在液晶顯示(LCD)技術中常用的蝕刻劑中相同的ITO薄膜的蝕刻速率，保持浴液溫度恒定，并比較了含有相同濃度的酸的溶液，對ITO在最有趣的解決方案中的行為進行了更詳細的研究，試圖闡明這些浴液中的溶解機制。

ITO通過每分鐘5.5標準立方厘米的氧流量的直流磁控濺射均勻沉積在玻璃基底上，目標的密度為70%，襯底溫度為350°C，沉積電壓和功率設置分別為375V和1.7kW，得到的ITO層厚度為120納米，在550納米處超過85%的透射率，ITO膜的化學組成通過以下方式獲得俄歇電子能譜，都在表面和整體。

蝕刻實驗是用部分被光刻膠覆蓋的ITO樣品進行的，樣品垂直放置在蝕刻劑中，蝕刻后，樣品在去離子水中沖洗，抗蝕劑在丙酮中剝離，樣品在氮氣流中干燥，測量蝕刻深度，對于每個蝕刻率測定，這至少5次不同的蝕刻時間，蝕刻深度作為時間的函數(shù)繪制，蝕刻率以直線的斜率得到，實驗在30或50°C條件下進行，溫度保持在0.1°C范圍內，電化學測量是在室溫下進行的標準電化學電池中包含ITO樣品，一個大面積鉑對流電極和一個飽和熱量參比電極(SCE)，使用溫金恒電位器LB75L，結合高溫度儀器小波發(fā)生器PPRI和飛利浦X-Y記錄器PM8143，在100mV/s的掃描速率下記錄伏安圖。

在室溫下在電化學電池中進行電位蝕刻實驗，在這些實驗中，僅測量了一次蝕刻時間后的深度作為應用電位的函數(shù)，所有溶液均用去離子水和試劑級化學品制備，為了研究酸的種類是否對ITO的蝕刻動力學有影響，我們在50°C下用不同的蝕刻劑進行了實驗。

所有檢測的溶液都顯示了ITO的一定的攻擊，醋酸（乙酸）、磷酸、草酸（草酸）和硫酸的檢出率極低(<<為1納米/分鐘)，雖然硝酸的比率要高得多，但在設備技術的實際應用中仍然太低。大多數(shù)氧化物的溶解明顯受到H-+離子濃度的影響。

氧化劑對酸中氧化物蝕刻速率的影響，添加的氧化還原偶聯(lián)的氧化電位值對溶解動力學有明顯的影響，添加的氧化還原偶聯(lián)的氧化電位值對溶解動力學有明顯的影響，對這種效應的解釋并不簡單，因為參數(shù)如pH、金屬離子的絡合、氧化物中的缺氧和電位同時工作。由于在這種情況下，ITO是缺氧的，因此蝕刻率增加的最合理的原因是金屬離子被氧化成更高的價，這就意味著，這種氧化作用隨后就會被氧化劑的還原作用所抵消，然后在溶液中加入氧化劑就會導致靜止電位的陽極位移。

對ITO在6MHCI和6MHCI+0.2MFeCI3中蝕刻過程中的剩余電位進行了測量，得到的值似乎表明，動力學的增強是由更多的陽極電位引起的，而ITO的電化學氧化應該是可能的，除了雙層電荷外，沒有其他電流。當TM將掃描范圍擴展到更多的陰極電位時，得到了如圖1所示的曲線。

這是由于ITO表面的還原，在隨后的陽極掃描中得到了一個氧化峰，被還原的物種在這次掃描中被重新氧化，只有當電極的陰極電極值大于-0.5V(SCE)時，才能觀察到氧化電流。這甚至也適用于濃縮的HC1溶液，這些實驗表明，ITO是電化學惰性的。

通過靜電位蝕刻實驗，研究了應用電位是否會影響化學蝕刻速率，這些實驗的結果如圖2所示。在電位低于-0.50V(SCE)時，蝕刻率增加，結果顯示出很大的散點，這是由于還原過程導致表面出現(xiàn)顆粒，用谷物上或旁邊的Alpha步長測量，結果產(chǎn)生很大的差異，在堿性溶液中也可以觀察到同樣的效果，雖然添加氧化劑可以增加蝕刻速率，但伏安圖和靜電位蝕刻實驗都表明，這不是由于觀察到的靜止電位的陽極位移，這顯然不是一種電化學效應，這種效應的真正來源尚不清楚，是進一步研究的重點。

另外在濃度對蝕刻速率的影響的實驗中， HC1和氫溴酸之間沒有發(fā)現(xiàn)差異，在低濃度(<2M)時，蝕刻速率可以忽略不計。在約2M時，速率可以測量，并隨著濃度的增加而急劇增加，這種行為類似于未解離的酸在水溶液中的活性。在低濃度時，水中的解離是完全的，但在較高濃度時，未解離酸的數(shù)量增加。解離受到溶劑介電常數(shù)e的強烈影響。雖然用e較低的溶劑稀釋HC1濃縮(12M)水溶液仍含有一定量的水，但解離率明顯低于水稀釋后。

ITO在鹵素酸中的行為與InP非常相似，因此似乎合理的假設是認為同樣的機制是有效的。In-O鍵的斷裂將比完全離子固體的溶解更困難，在20-50~之間的動力學實驗得到了活化能為-70kJ/mol。這個高值可以用所提出的鍵斷裂序列來解釋，反應方案也表明，蝕刻不應受到溶液中的質量輸運的影響，我們用旋轉的ITO樣品進行了實驗，確實發(fā)現(xiàn)對溶解速率沒有任何影響。

由In2OJSnO2靶直流磁控濺射制備的玻璃ITO薄膜，鹵素和其他酸的蝕刻動力學存在較大差異，鹵素酸的蝕刻速率在一個技術上有趣的范圍內，而其他酸的蝕刻速率極低，溶解反應與未解離的鹵素酸分子一起進行，這一過程在本質上是純化學的，不受陽極勢的影響，觀察到的結果可以用In-O鍵和H-X鍵同時斷裂以及In-X鍵和H-O鍵同時形成的模型來解釋，在HC1溶液中加入Is顯著提高了ITO的蝕刻率，結果表明，這是一種非電化學效應。