Wet chemical etching of multilayered metallic thin films

Abstract

Työn tavoitteena oli hankkia perustietoa märkäkemiallisesta etsauksesta ja soveltaa sitä elektroluminenssinäyttöjen metallielektrodien kuviointiprosessiin. Erityisesti haluttiin selvittää syy eräillä näyttörakenteilla esiintyvään monikerrosmetallielektrodien hallitsemattomaan alle-etsautumiseen.

Työn kirjallisuusosassa on esitelty metalliohutkalvojen kuviointia märkäkemiallisella etsauksella. Erityisesti on tarkasteltu menetelmiä, joilla pystytään kontrolloimaan etsatun reunan poikkileikkausprofiilia. Lisäksi kirjallisuusosassa on esitelty näytön metallointirakenteessa käytettyjen materiaalien, eli alumiinin, alumiinioksidin, kromin ja nikkelin, märkäkemiallisessa etsaamisessa käytettyjä etsejä.

Työn tutkimusosassa selvitettiin näytön metallointirakenteissa käytettyjen ohutkalvojen pintarakennetta pyyhkäisyelektroni- ja atomivoimamikroskopiaa käyttäen. Kalvoja tutkittiin sekä yksittäisinä että kerrosrakenteessa. Eri prosessiparametrein kasvatettuja ICE-kalvoja vertailtiin keskenään. ICE on näyttörakenteen kontrastia parantava kerros, joka on koostumukseltaan happivajaata alumiinioksidia. Kahdesta eri näyttörakenteesta otettiin poikkileikkauskuvat läpäisyelektronimikroskooppia käyttäen.

Alumiini- ja ICE-ohutkalvojen etsautumista tutkittiin laboratoriomittakaavan etsauskokeilla. Kalvojen etsausnopeudet määritettiin mittaamalla etsautuma ajan funktiona profilometrilla. Etseinä käytettiin fosfori-, typpi- ja etikkahapon seoksia.

Etsausnopeuskokeilla osoitettiin, että alumiinin etsausnopeus riippui käytetystä lämpötilasta Arrhenius-tyyppisen yhtälön mukaisesti. Myös käytetyn etsin koostumus vaikutti etsausnopeuteen etsausnopeusyhtälön alkuvakiotermin kautta.

Ohutkalvojen pinta- ja poikkileikkauskuvat osoittivat, että tärkein syy ICE/AI-kalvorakenteen alle-etsautumiseen oli ICE-kalvon erittäin huokoinen rakenne, joka aiheutti kalvon nopean etsaantumisen. Yksittäisenä ICE-kalvo etsaantui vain hieman alumiinikalvoa nopeammin, kerrosrakenteessa sen etsausnopeus kiihtyi voimakkaasti. Nopeuden kiihtymiseen vaikutti se, että kerrosrakennetta etsattaessa etsiliuos läpäisi alumiinikalvon aluksi raerajojen kohdalta päästen näin vaikuttamaan ICE-kalvoon jo ennen alumiinikalvon täydellistä etsautumista. Alumiinikalvon etsaannuttua jäljellä oleva ICE-kalvo, jonka huokoisuus oli entisestäänkin kasvanut, etsaantui erittäin nopeasti. Etsausolosuhteita säätelemällä ei voitu poistaa ICE/AI-kerrosrakenteen alle-etsautumista, koska se johtui kalvojen ominaisuuksista.