(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前駆体の第１混合物と水素ガスを基板処理システム内に供給して、１つ以上のケイ素含有無機バリア層を基板温度２００℃又はそれ以下で基板表面上に堆積し、
前駆体の第２混合物と水素ガスを基板処理システムに供給して、１つ以上の低誘電率材料層を１つ以上のケイ素含有無機バリア層と交互に堆積することを含み、
１つ以上のケイ素含有無機バリア層の１層が、多層カプセル化膜の第１層として基板表面上に堆積される、基板処理システム内で基板上に多層カプセル化膜を形成するための方法。
【請求項２】
多層カプセル化膜の厚さが１５００ナノメートル又はそれ以上である請求項１記載の方法。
【請求項３】
多層カプセル化膜の表面粗さが４ナノメートル又はそれ以下である請求項１記載の方法。
【請求項４】
多層カプセル化膜の遮水性能が改善され、温度３８℃、湿度９０％の状況下で１日あたり１．０×１０−２グラム／ｍ２未満の透湿度（ＷＶＴＲ）を含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
多層カプセル化膜の遮水性能が、温度１００℃での１００時間の遮水試験後も屈折率（ＲＩ）を変化させることなく改善される請求項１記載の方法。
【請求項６】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層の１層が、多層カプセル化膜の最終層として堆積される請求項１記載の方法。
【請求項７】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層が、基板温度２０℃〜１００℃で堆積される請求項１記載の方法。
【請求項８】
前駆体の第１混合物が、シラン、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｈ６及びその組み合わせから成る群から選択された化合物を含む請求項１記載の方法。
【請求項９】
前駆体の第１混合物が、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、窒素ガス（Ｎ２）及びその組み合わせから成る群から選択された窒素含有化合物を更に含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前駆体の第１混合物が、炭素含有ガス、酸素含有ガス及びその組み合わせから成る群から選択された化合物を更に含む請求項８記載の方法。
【請求項１１】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層が、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素及びその組み合わせから成る群から選択された材料を含む請求項１記載の方法。
【請求項１２】
１つ以上の低誘電率材料層が、非晶質炭素、ダイヤモンド様炭素及びその組み合わせから成る群から選択された材料を含む請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前駆体の第２混合物が、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、エテン（Ｃ２Ｈ４）、メタン（ＣＨ４）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、トルエン（Ｃ７Ｈ８）及びその組み合わせから成る群から選択された化合物を含む請求項１記載の方法。
【請求項１４】
基板処理システムの電力密度が、堆積中、０．２ワット／ｃｍ２〜０．８ワット／ｃｍ２に維持される請求項１記載の方法。
【請求項１５】
酸素含有ガス、水素含有ガス、窒素含有ガス、不活性ガス及びその組み合わせから成る群から選択されたガスから発生したプラズマによって基板表面を洗浄することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項１６】
複数のケイ素含有無機バリア層と１つ以上の低誘電率材料層を、基板処理システム内の単一の処理チャンバ内で堆積する請求項１記載の方法。
【請求項１７】
デバイスを覆って多層カプセル化膜を堆積させ、温度６０℃、８５％の高湿度の条件下で試験した場合のデバイスの寿命を１４４０時間を越えるものへと延長することを含む請求項１記載の方法。
【請求項１８】
ケイ素含有化合物と水素ガスを基板処理システム内に供給することを含む、基板表面上に複数のケイ素含有無機バリア層を堆積し、
炭素含有化合物と水素ガスを基板処理システム内に供給することを含む、１つ以上の低誘電率材料層を１つ以上のケイ素含有無機バリア層の間に基板温度２００℃又はそれ以下で堆積することを含み、
複数のケイ素含有無機バリア層のうちの１層を、多層カプセル化膜の第１層として基板表面上に堆積する、基板処理システム内に設置された基板上に多層カプセル化膜を形成するための方法。
【請求項１９】
１つ以上の低誘電率材料層の膜均一性が＋／−１０％又はそれ以下に改善される請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層を基板温度２０℃〜１００℃で堆積する請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
複数のケイ素含有無機バリア層のうちの１層を、多層カプセル化膜の最終層として堆積する請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
複数のケイ素含有無機バリア層が、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素及びその組み合わせから成る群から選択された材料を含む請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
１つ以上の低誘電率材料層が、非晶質炭素、ダイヤモンド様炭素及びその組み合わせから成る群から選択された材料を含む請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
炭素含有化合物が、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、エテン（Ｃ２Ｈ４）、メタン（ＣＨ４）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、トルエン（Ｃ７Ｈ８）及びその組み合わせから成る群から選択された化合物を含む請求項１８記載の方法。
【請求項２５】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層と１つ以上の低誘電率材料層が、基板処理システム内の単一の処理チャンバ内で堆積される請求項１８記載の方法。
【請求項２６】
デバイスを覆って多層カプセル化膜を堆積させ、温度６０℃、８５％の高湿度の条件下
で試験した場合のデバイスの寿命を１４４０時間を越えるものへと延長することを含む請
求項１８記載の方法。
【請求項２７】
基板処理システム内にケイ素含有無機バリア層用の前駆体の第１混合物を供給し、及び水素ガスを供給し、
基板の温度を１５０℃又はそれ以下に制御し、及びケイ素含有無機バリア層を基板表面上に堆積するためにプラズマを発生させ、
基板処理システム内に低誘電率材料層用の前駆体の第２混合物を供給し、及び水素ガスを供給し、
基板の温度を１５０℃又はそれ以下に制御し、及び低誘電率材料層をケイ素含有無機バリア層表面上に堆積するためにプラズマを発生させ、
カプセル化層の厚さが１５００ナノメートル又はそれ以上になるまで上述の工程を繰り返すことで、基板上にカプセル化層を堆積することを含み、
ケイ素含有無機バリア層が、カプセル化層の第１材料層として基板表面上に堆積される、ケイ素含有無機バリア材料と低誘電率材料の１つ以上の層を有するカプセル化層を基板処理システム内で基板上に堆積するための方法。
【請求項２８】
ケイ素含有無機バリア層が、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、及びその組み合わせから成る群から選択された材料を含む請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
低誘電率材料層が、非晶質炭素、ダイヤモンド様炭素、及びその組み合わせから成る群から選択された材料を含む請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
ケイ素含有無機バリア層を、カプセル化層の最終材料層として基板表面上に堆積する請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
基板の温度が２０℃〜１００℃に維持される請求項２７記載の方法。
【請求項３２】
ケイ素含有無機バリア層と低誘電率材料層が、基板処理システム内の単一の処理チャンバ内で堆積される請求項２７記載の方法。
【請求項３３】
デバイスを覆って多層カプセル化膜を堆積させ、温度６０℃、８５％の高湿度の条件下で試験した場合のデバイスの寿命を１４４０時間を越えるものへと延長することを含む請求項２７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、概して、化学気相成長処理を用いた薄膜の堆積に関する。更に詳細には、本発明は大面積基板上への堆積方法に関する。
【関連技術の説明】
【０００２】
液晶ディスプレイに比べて応答時間が速く、視野角が広く、高コントラスト、軽重量、低電力、フレキシブル基板への適合性の高いことから、近年、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイへの関心が非常に高まっている。Ｃ.Ｗ.タン及びＳ．Ａ．ヴァン・スライクが１９８７年に効率的なエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を報告した後、ＯＬＥＤは、２つの電極間に挟まれた２つの有機層を発光に使用することで実用化された。この２つの有機層は、旧式の１枚の有機層とは対照的に、単極（ホール）輸送可能な１つの層と、エレクトロルミネッセンス用のもう一方の層とを含み、よってＯＬＥＤディスプレイに必要とされる動作電圧を低減する。
【０００３】
ＯＬＥＤに使用する有機材料に加えて、低分子フレキシブル有機発光ダイオード（ＦＯＬＥＤ）やポリマー発光ダイオード（ＰＬＥＤ）ディスプレイ用に多くのポリマー材料も開発されている。これらの有機及びポリマー材料の多くは様々な基板上への複雑な多層デバイスの形成に適応性があることから、薄型フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、電気励起有機レーザー、有機光増幅器等の様々な透明多色ディスプレイ応用例に理想的である。
【０００４】
何年にもわたり、ディスプレイ装置の層は各層が異なる機能を果たす多層構造へと進化してきた。図１は基板１０１上に構築されたＯＬＥＤデバイスの一例を示す。インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層等の透明アノード層１０２を基板１０１上に堆積した後、有機層の束がアノード層１０２上に堆積される。有機層はホール注入層１０３、ホール輸送層１０４、発光層１０５、電子輸送層１０６、電子注入層１０７を含み得る。ＯＬＥＤセルを構築するために有機層の５層全てが必要というわけではないことに留意しなくてはならない。例えば、場合によっては、ホール輸送層１０４と発光層１０５のみが必要となる。有機層を堆積後、金属製カソード１０８が有機層の束の最上部に堆積される。適切な電圧１１０（典型的には数ボルト）を印加すると、注入された正及び負の電荷は発光層で再結合して光１２０（エレクトロルミネッセンス）を生み出す。有機層の構造及びアノード、カソードの選択は、発光層における再結合過程を最大にするように設計されているため、ＯＬＥＤデバイスからの光出力が最大になる。
【０００５】
ディスプレイ装置の寿命には限界があり、有機又はポリマー材料の劣化、発光しないダークスポットの発生、約５５℃又はそれ以上の高温での有機層の結晶化によるＥＬ効率の低下や駆動電圧の上昇を特長とし、例えばホール輸送材料の結晶化が室温で起こる場合がある。従って、これらの材料は例えば約１００℃又はそれ以下での低温堆積処理を必要とする。加えて、材料の劣化及びダークスポット問題の主な原因は水分と酸素の侵入である。例えば、湿った大気への曝露は、発光層として使用されることの多い８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）の結晶構造体の形成を引き起こすことが知られており、カソードの剥離、それに伴い時間の経過に従って拡大する非発光ダークスポットが生じる。加えて、空気又は酸素への曝露によりカソードの酸化が起こる場合があり、有機材料は水又は酸素と一度反応してしまうと、不能となる。
【０００６】
現在、殆どのディスプレイ製造業者はメタルキャン又はガラスキャン材料をカプセル化層として使用して、デバイスの有機材料を水（Ｈ２Ｏ）又は酸素（Ｏ２）の攻撃から保護している。図２はガラス又は金属カプセル化材料２０５を備えた基板２０１上のＯＬＥＤデバイス２００の従来型のパッケージングを示している。デバイス２００は、アノード層２０２とカソード層２０４を、多層有機材料層２０３と共に含む。金属又はガラス材料２０５は、ＵＶ硬化エポキシ樹脂のビード２０６を用いて基板２０１に蓋状に取り付けられている。しかしながら、湿気はエポキシ樹脂２０６を容易に貫通し、デバイス２００にダメージを与える。
【０００７】
プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によって生成した無機材料等のその他の材料、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）も、湿気、空気、こういったデバイスを腐食するイオンに対する効果的なカプセル化／バリア層として使用することができる。しかしながら、遮水性無機カプセル化材料を低温堆積処理で作り出すことは、得られる膜の密度が低く、かつピンホール欠陥の高い構造となることから、非常に困難である。有機層に残留する水分も、たとえカプセル化したデバイス中であっても、Ａｌｑ３の結晶化過程を促進することに留意することが重要である。加えて、カプセル化中に閉じ込められ、ＯＬＥＤデバイスに浸透してカソード及び有機材料と接触する酸素や湿気は、概して、ダークスポットの形成へとつながり、ＯＬＥＤを破壊する欠陥となることが多い。従って、優れたカプセル化／バリア膜は低透湿度（ＷＶＴＲ）も必要とする。
【０００８】
カプセル化／バリア層としての薄膜無機窒化ケイ素（ＳｉＮ）関連材料には更に問題点がある。酸素及び水に対する優れたバリアとして機能するためにカプセル化層が厚い場合、層は通常、硬く脆く、基板面に充分に接着させるには厚すぎ、特に高温多湿の条件下では、亀裂や基板面からの剥離につながる。接着性と熱安定性を改善するためにカプセル化層を薄くすると、水分バリアとしての厚さが十分でない。従って、更に別の層、又は他の方法が必要となる。
【０００９】
従って、改善された遮水バリア及び熱応力性能を備えた低温カプセル化／バリア膜を大面積基板上に堆積してその下のデバイスを保護する方法への需要が依然としてある。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の形態は、概して、基板上にカプセル化膜を堆積する方法と装置を提供する。一形態において、基板上に材料層を堆積する方法は、処理チャンバ内に基板を設置すること、処理チャンバ内に材料層用の前駆体混合物を供給すること及び材料層の遮水性能を改善するために水素ガスを供給すること、基板温度を約１００℃又はそれ以下に制御すること、処理チャンバ内でプラズマを発生させること、及び基板上に材料層を堆積することを含む。
【００１１】
別の形態において、本発明は基板上にカプセル化層を堆積する方法を提供し、処理チャンバ内に基板を設置すること、処理チャンバにカプセル化層用の前駆体混合物を供給すること及び水素ガスを供給すること、及び基板温度を約１００℃又はそれ以下に制御することを含む。この方法は、処理チャンバ内でプラズマを発生すること、及び温度約３８℃、湿度約９０％の状況下での透湿度が約１ｘ１０−２グラム／ｍ２日以下の遮水性能でもってカプセル化層を基板に堆積することを更に含む。
【００１２】
別の形態において、基板上に材料層を堆積する方法は、処理チャンバ内に基板を設置すること、処理チャンバ内でプラズマを発生すること、基板温度約１００℃又はそれ以下で、材料層用の前駆体混合物から基板上に材料層を堆積すること、及び堆積中に水素ガスを処理チャンバに供給することで、堆積された材料層の表面粗さを粗さ測定約４０Å又はそれ以下に低減することを含む。
【００１３】
更に別の形態において、基板処理システム内に設置された基板上に多層カプセル化膜を形成する方法は、基板温度約２００℃又はそれ以下で、基板表面上に１つ以上のケイ素含有無機バリア層を堆積すること、及び１つ以上の低誘電率材料層を１つ以上のケイ素含有無機バリア層と交互に堆積することを含む。１つ以上のケイ素含有無機バリア層は、カプセル化層の遮水性能を改善するために、前駆体の第１混合物と水素ガスとを基板処理システム内に供給することで堆積される。１つ以上の低誘電率材料層は、前駆体の第２混合物を基板処理システム内に供給することで堆積される。
【００１４】
別の形態において、基板処理システム内に設置した基板上に多層カプセル化膜を形成する方法は、ケイ素含有化合物を基板処理システム内に供給することで基板表面上に複数のケイ素含有無機バリア層を堆積すること、及び炭素含有化合物と水素ガスを基板処理システム内に供給することで、１つ以上の低誘電率材料層を基板温度約２００℃又はそれ以下で１つ以上のケイ素含有無機バリア層の間に堆積することを含む。従って、複数のケイ素含有無機バリア層と１つ以上の低誘電率材料層とを有する多層カプセル膜が、基板表面上に形成される。
【００１５】
更に別の形態において、基板上に低誘電率材料層を低温で堆積する方法が提供される。この方法は、処理チャンバ内に基板を設置すること、処理チャンバ内でプラズマを発生させること、処理チャンバに供給された炭素含有化合物と水素ガスとの混合物から、低誘電率材料層を基板上に基板温度約２００℃又はそれ以下で堆積することを含む。従って、堆積された低誘電率材料層の膜均一性は、約＋／−１０％又はそれ以下に改善される。
【００１６】
更に別の形態において、ケイ素含有無機バリア材料と低誘電率材料から成る１つ以上の層を有するカプセル化層を基板上に堆積する方法が提供される。この方法は、ケイ素含有無機バリア層用の前駆体の第１混合物を基板処理システムに供給すること及び水素ガスを基板処理システムに供給すること、及び基板温度を約１５０℃又はそれ以下に制御すること及びプラズマを発生させてケイ素含有無機バリア層を基板表面上に堆積することを含む。この方法は、低誘電率材料層用の前駆体の第２混合物を基板処理システムに供給すること及び水素ガスを基板処理システムに供給すること、及び基板温度を約１５０℃又はそれ以下に制御すること及びプラズマを発生させて低誘電率材料層をケイ素含有無機バリア層の表面上に堆積することを更に含む。この方法は、カプセル化層の厚さが約１５０００オングストローム又はそれ以上になるまで上述の工程を繰り返すことで、基板上にカプセル化層を堆積することを更に含む。
【００１７】
更に別の形態において、低温材料層を基板上に堆積するための装置も提供される。この装置は、大面積基板等の基板を支持するために処理チャンバ内に配置された基板支持体と、処理チャンバ内でプラズマを発生させるために処理チャンバに連結されたＲＦ供給源と、処理チャンバに連結されたケイ素含有化合物供給源と、処理チャンバに連結された水素ガス供給源と、処理チャンバに連結された炭素含有化合物供給源と、基板処理中の基板温度を約２００℃又はそれ以下へと制御するための、１つ以上のケイ素含有無機バリア層の間に１つ以上の低誘電率材料層を有するカプセル化層を堆積するように適合された、処理チャンバに連結された制御装置とを含む。
【詳細な説明】
【００１８】
本発明は、概して、基板とその上に堆積された膜／層との間の遮水及び熱安定性性能を改善する方法に関する。本発明は、膜の表面粗さを低減するために水素を使用し、平滑な膜面を得ることを記載する。従って、均一性の高い、基板表面堆積膜を得ることができる。更に、堆積膜の滑らかな表面は、大気からの水分や酸素が膜内に浸透することを防止し、ＷＶＴＲ値（透湿度）が非常に低い。ＷＶＴＲは、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）産業において、遮水性能を示す重要なパラメータである。更に、本発明は、ディスプレイ装置等の基板表面上にカプセル化／バリア層を堆積して、デバイスの寿命を大幅に強化／延長するための方法及び装置を提供する。
【００１９】
加えて、本発明は、低誘電率材料層を大面積基板表面上に例えば約２００℃又はそれ以下の低温で堆積する方法について記載する。低誘電率材料層は、非晶質炭素材料、ダイヤモンド様炭素材料、炭素ドープケイ素含有材料、その他であることが考えられる。低誘電率材料及び／又は非晶質炭素材料は、膜の均一性、膜の接着性、カプセル化層の熱安定性を改善するために、カプセル化層の一部として使用することができる。従って、１つ以上の低誘電率材料又は非晶質炭素材料を基板表面上に堆積して接着性増強層又は熱応力緩和層とし、ＯＬＥＤデバイスその他のディスプレイ装置の遮水性能を改善することができる。
【００２０】
本発明は、水及び酸素の基板表面上への拡散を防止するために使用することができる単層又は多層カプセル化膜を提供する。単層カプセル化膜は、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素、その他等のケイ素含有無機バリア材料であってもよい。多層カプセル化膜は、１つ以上のバリア層と１つ以上の低誘電率材料層を含んでいてもよい。１つ以上の低誘電率材料層は、カプセル化層及び／又は１つ以上のバリア層の接着性及び熱安定性を増強するよう機能する。
【００２１】
一形態において、１つ以上の低誘電率材料層は１つ以上のバリア層の間に堆積される。例えば、少なくとも１つの低誘電率材料層と少なくとも１つのバリア層を交互にした層を、ディスプレイ装置等の基板表面上に堆積する。
【００２２】
別の形態においては、第１低誘電率材料層に先立って第１バリア層を基板表面上に堆積して、優れた遮水性能を付与している。更に別の形態においては、ケイ素含有無機バリア材料から成る最終層が堆積されて多層カプセル化膜の優れた遮水性能が付与されるように、基板表面上に多層カプセル膜を堆積する。
【００２３】
本発明の基板は、半導体ウェハ製造やフラットパネルディスプレイ製造用に円形又は多角形であることが考えられる。フラットパネルディスプレイ用の長方形基板の表面積は典型的には広く、例えば、約５００ｍｍ２又はそれ以上である。例えば、長方形基板の大きさは少なくとも約３００ｍｍ×約４００ｍｍ等であり、表面積は約１２００００ｍｍ２又はそれ以上である。加えて、本発明は、ＯＬＥＤ、ＦＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ、有機ＴＦＴ、アクティブマトリックス、パッシブマトリックス、トップ発光デバイス、ボトム発光デバイス、太陽電池等のいずれのデバイスにも適用することができ、シリコンウェハ、ガラス基板、金属基板、プラスチック膜（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等）、プラスチックエポキシ樹脂膜、その他のいずれの上にも使用できる。
【００２４】
図３は、本発明の方法を用いてディスプレイ装置３００の基板３０１上に堆積したカプセル化層３０５の一模範形態を示す。例えば、基板３０１上には透明アノード層３０２が堆積されており、基板はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＮ）から成ることが考えられる。透明アノード層３０２の一例は、厚さ約２００Å〜約２０００Åのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。
【００２５】
多層有機又はポリマー材料層３０３は、アノード層３０２の上に堆積することができる。例えば、材料層３０３は、アノード層表面に堆積されたホール輸送層を含み得る。ホール輸送層の例は、厚さ約２００Å〜１０００Åのナフチル置換ベンジジン（ＮＰＢ）誘導体、又はＮ,Ｎ’−ジフェニル−Ｎ、N’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）を含む。ホール輸送層の堆積に続いて、発光層を堆積することができる。発光層用の材料は、典型的には蛍光性金属キレート錯体類に属する。一例は８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）である。発光層の厚さは典型的には約２００Å〜１５００Åである。発光層を堆積した後、これらの有機層をパターニングする。典型的には、ＯＬＥＤディスプレイは、インクジェット印刷又は蒸着法によってあらかじめパターニングされた基板表面に堆積される。有機材料３０３をパターニングした後、カソード層等のトップ電極層３０４を次に堆積、パターニングする。トップ電極層３０４は金属、金属混合物つまり金属合金であることが考えられる。トップ電極材料の一例は、厚さ約１０００Å〜約３０００Åのマグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）の合金である。
【００２６】
ＯＬＥＤデバイス等のディスプレイ装置３００の構築が完了した後、基板表面上にカプセル化層３０５を堆積する。本発明のカプセル化層３０５の材料例は、厚さ約５００Å〜約５０００００Å、例えば約２０００Å〜約５００００Åに堆積した、無機窒化物膜、無機酸化物膜、ポリマー型有機膜の薄層を含む。例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、その他をカプセル化材料として使用することができる。
【００２７】
本発明の一形態は、基板３０１上に堆積されたカプセル化層３０５が、無機窒化物、無機酸化膜、ポリマー型有機材料等の、１つ以上のバリア／カプセル化材料層を含むことを提供する。加えて、本発明は様々な炭素含有材料及びポリマー型有機材料、低誘電率材料、例えば非晶質炭素、ダイヤモンド様炭素、炭素ドープケイ素含有材料等の１つ以上の追加材料層をカプセル化層３０５内に用いて、接着性を増強し、カプセル化層３０５を軟化することを更に提供する。
【００２８】
基板処理システム
本発明は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社の一事業部であるＡＫＴから入手可能な様々な基板サイズ用のＡＫＴ１６００、ＡＫＴ３５００、ＡＫＴ４３００、ＡＫＴ５５００、ＡＫＴ１０Ｋ、ＡＫＴ１５Ｋ、ＡＫＴ２５Ｋを含む、様々な高周波（ＲＦ）プラズマ化学気相成長システム（ＰＥＣＶＤ）等の、大面積基板を処理するように構成されたプラズマ化学気相成長システムに関連させながら、以下で具体的に説明する。しかしながら、本発明は、円形基板を処理するように構成されたシステムを含め、その他の化学気相成長システム及びその他の膜堆積システム等のその他のシステム構成でも利用できることを理解すべきである。
【００２９】
本発明は、基板表面上に単層又は多層カプセル化膜を堆積するために１つ以上の処理チャンバを有する基板処理システムを提供する。本発明の多層カプセル化膜は、同一又は異なる基板処理システム内で、ある基板処理システムの同一又は異なる処理チャンバ内で堆積することができる。一形態においては、多層カプセル化膜を同一の真空基板処理システム内で堆積して、時間を節約し処理スループットを改善する。別の形態においては、本発明の多層カプセル化膜は、複合チャンバ基板処理システム内の同一又は異なる処理チャンバ内で、基板表面上に堆積される。例えば、１つ以上のケイ素含有無機バリア層と１つ以上の低誘電率材料層を有する多層カプセル化膜を、化学気相成長（ＣＶＤ）システム内で、ＣＶＤシステムから基板を取り出すことなく効率良く堆積することができ、水及び酸素が基板表面に拡散する可能性を低減することができる。
【００３０】
図４は、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社の一事業部門であるＡＫＴから入手可能な、１つ以上のプラズマ化学気相成長チャンバを備えた基板処理システム４００の一形態の概略断面図である。通常、基板処理システム４００は、１つ以上の処理チャンバ４０２、基板投入／取出チャンバ、基板投入／取出チャンバと処理チャンバ４０２との間で基板を搬送するための主搬送ロボット、自動基板処理制御用のメインフレーム制御装置を有する。
【００３１】
処理チャンバ４０２は、通常、１つ以上の化合物及び／又は前駆体を供給するための、１つ以上の供給源４０４に連結されている。１つ以上の供給源４０４は、ケイ素含有化合物供給源、水素ガス供給源、炭素含有化合物供給源、その他を含み得る。処理チャンバ４０２は処理容量４１２を部分的に郭成する壁部４０６と底部４０８とを有する。典型的には、大面積ガラス基板等の基板４４０の処理チャンバ４０２内／外への移動を促進するために、処理容量４１２へはポート及びバルブ（図示せず）を通ってアクセスする。壁部４０６は、排気プレナム４１４を格納する蓋アセンブリ４１０を支持しており、排気プレナムはガスや処理副生成物を処理チャンバ４０２から排気するために、処理容量４１２を排気ポート（様々な排気用部品を含む。図示せず）に連結している。
【００３２】
温度制御された基板支持アセンブリ４３８は、処理チャンバ４０２内の中央に配置されている。基板支持アセンブリ４３８は、処理中、基板４４０を支持する。基板支持アセンブリ４３８は、少なくとも１つの埋設されたヒーター４３２を包封するアルミニウム本体部４２４を含む。基板支持アセンブリ４３８内に配置された、抵抗素子等のヒーター４３２は光電源４７４に連結されており、支持アセンブリ４３８とその上に位置された基板４４０とを所定の温度まで制御しながら加熱する。
【００３３】
一形態において、ヒーター４３２の温度は１５０℃又はそれ以下等の約２００℃又はそれ以下、又は約２０℃〜約１００℃に設定することができ、堆積している材料層の堆積／処理パラメータに依存する。例えば、ヒーターは、低温堆積処理の場合、約７０℃等の約６０℃〜約８０℃に設置することができる。
【００３４】
別の形態においては、その中を温水が流れるポートを基板支持アセンブリ４３８内に配置し、基板４４０の温度を約２０℃〜約１００℃等の２００℃又はそれ以下の均一な温度に保つ。あるいは、低温堆積処理の場合、温水だけを基板支持アセンブリ４３８内部に流してヒーター４３２の電源は切り、堆積中の基板温度を制御して基板温度を約１００℃又はそれ以下にすることができる。
【００３５】
一般的に、支持アセンブリ４３８は、電源４２２により蓋アセンブリ４１０と基板支持アセンブリ４３８（又はチャンバの蓋アセンブリ内又はその近傍に位置されたその他の電極）との間に位置されているガス分布プレートアセンブリ４１８へと供給されたＲＦパワーが、支持アセンブリ４３８とガス分布プレートアセンブリ４１８との間の処理容量４１２内のガスを励起するようにと接地される。一般的に、電源４２２からのＲＦパワーは、化学気相成長処理を引き起こすために、基板サイズに見合ったものを選択する。
【００３６】
一形態においては、約４００Ｗから約５０００Ｗ等の約１０Ｗ又はそれ以上のＲＦパワーを電源４２２に印加して、処理容量４１２内で電場を発生させる。例えば、本発明の低温基板堆積方法と適合させるために、約０．２ワット／ｃｍ２〜約０．８ワット／ｃｍ２、又は約０．４５ワット／ｃｍ２等の約０．２ワット／ｃｍ２又はそれ以上の電力密度を用いることができる。電源４２２とマッチング回路（図示せず）は処理容量４１２内で前駆体ガスから、処理ガスのプラズマを発生・維持する。好ましくは、１３．５６ＭＨｚの高周波ＲＦパワーを使用することができるが、これは重要ではなく、低周波も使用することができる。更に、セラミック材料又はアノード酸化アルミニウム材料で被覆することで、チャンバの壁部を保護することができる。
【００３７】
一般的に、支持アセンブリ４３８は下面４２６と上面４３４を有しており、基板４４０を支持している。下面４２６は軸４４２を有しておりそこに連結されている。また、上方処理位置（図示されたとおり）と下方基板搬送位置との間で支持アセンブリ４３８を移動させるための昇降システム（図示せず）に接続されている。軸４４２は、支持アセンブリ４３８とシステム４００のその他の構成部品との間の導線・熱電対リード線用の管路としても機能する。蛇腹部４４６は基板支持アセンブリ４３８に連結されており、処理容量４１２と処理チャンバ４０２の外部の大気との間を真空密封し、支持アセンブリ４３８の縦方向の動きを促進する。
【００３８】
一形態においては、基板とガス分布プレートアセンブリ４１８との間の間隔が、処理中、約４００ｍｉｌから約１６００ｍｉｌ等の約４００ｍｉｌ又はそれ以上、例えば約９００ｍｉｌになるようにと昇降システムは調整される。間隔を調節できることにより、必要とされる膜均一性を大面積基板の面積全体にわたって維持しながらも、広範囲な堆積条件にわたって処理を最適化することができる。接地した基板支持アセンブリ、セラミックライナー、高温かつ狭い間隔という組み合わせにより、ガス分布プレートアセンブリ４１８と基板支持アセンブリ４３８との間にプラズマを高度に閉じ込めることができ、その結果、反応種の濃度と対象となる薄膜の堆積率が向上する。
【００３９】
支持アセンブリ４３８は、更に、外接するシャドーフレーム４４８も支持している。一般的に、シャドーフレーム４４８は基板が基板アセンブリ４３８に粘着しないように、基板４４０と支持アセンブリ４３８の縁部での堆積を防止する。典型的には、蓋アセンブリ４１０は、ガス供給源４０４によって供給された処理ガスがそこを通って処理チャンバ４０２に導入されるところの投入ポート４８０を含む。また、投入ポート４８０は洗浄剤供給源４８２に連結されている。典型的には、洗浄剤供給源４８２は、解離フッ素等の洗浄剤を供給し、洗浄剤は処理チャンバ４０２内に導入され、ガス分布プレートアセンブリ４１８を含む処理チャンバハードウェアから堆積副生成物と膜を除去する。
【００４０】
典型的には、ガス分布プレートアセンブリ４１８は基板４４０のプロファイルに実質的に沿うように、例えば大面積基板の場合は多角形に、ウェハの場合は円形に構成されている。ガス分布プレートアセンブリ４１８は穿孔領域４１６を含み、ガス供給源から供給された前駆体及び水素ガス等のその他のガスはそこを通過して処理容量４１２へと供給される。穿孔領域４１６は、ガス分布プレートアセンブリ４１８を通って処理チャンバ４０２に流れ込むガスを均一に分散するように構成されている。典型的には、ガス分布プレートアセンブリ４１８は、ハンガープレート４６０から懸架されている拡散プレート４５８を含む。拡散プレート４５８を貫通して複数のガス流路４６２が形成され、ガス分布プレートアセンブリ４１８を通過する、また処理容量４１２へ流れ込む所定の量のガスの分布を可能としている。
【００４１】
本発明で有益に使用し得るガス分布プレートは、ケラーその他によって２００１年８月８日に出願された、同一出願人による米国特許出願第０９／９２２２１９号、ブロニガンその他によって２００２年５月６日に出願された１０／１４０３２４号、２００３年１月７日に出願された第１０／３３７４８３号、ホワイトその他に２００２年１１月１２日に発行された米国特許第６４７７９８０号、チェその他によって２００３年４月１６日に出願された米国特許出願第１０／４１７５９２号に記載されており、これらは引用により本願に組み込まれる。本発明は特定の形態と実施例に従って説明してきたが、これらに限定されるものではない。本願において、ＣＶＤ処理は、実用的な堆積速度でもって高品質の膜を得られるようにガス流量、圧力、プラズマ密度、温度を調整し、その他のＣＶＤチャンバを使用して行うことができる。
【００４２】
カプセル化膜の堆積
図５は、本発明の形態に従って本発明の方法で製造した一模範ディスプレイ装置５００を示す。ディスプレイ装置５００は、基板５０１とデバイス５０２を含んでいてもよく、カプセル化を必要とするディスプレイ装置ならいずれであってもよい。例えば、デバイス５０２はＯＬＥＤ、ＦＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ、有機ＴＦＴ、太陽電池、トップ発光デバイス、ボトム発光デバイス、その他であることが考えられる。次に約１０００Å又はそれ以上の厚さを有するカプセル化層を本発明の方法を用いて堆積し、水／水分及び空気が基板５０１とデバイス５０２に浸透することを防止する。
【００４３】
一形態においては、少なくとも１つのバリア層と少なくとも１つの低誘電率材料膜を有する多層カプセル化膜をデバイス５０２の表面に堆積して、接着力の弱さや熱安定性の悪さゆえに多層カプセル化膜に亀裂が入ったり基板から剥落させることなく、水及びその他のガスや液体がデバイス５０２へ拡散してデバイス５０２をショートさせることを防止する。図５に示されるように、多層カプセル化膜は、１つ以上のバリア層５１１、５１２、５１３等と、１つ以上の低誘電率材料層５２１、５２２等を交互に含む。
【００４４】
一面において、本発明は１つ以上のバリア層５１１、５１２、５１３の間に堆積された１つ以上の低誘電率材料層５２１、５２２を提供する。別の面において、基板の一番上に堆積された多層カプセル化膜の最終層は、バリア層５１３等のバリア層である。最終層は、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素その他等の、模範ディスプレイ装置５００の最終面に優れた水／酸素バリア性を付与するために堆積されたバリア材料を含む。
【００４５】
デバイス５０２の表面の第１層は、低誘電率材料層又はバリア層であることが考えられる。好ましい形態において、本発明は、模範ディスプレイ装置５００の遮水性能を増強するためにデバイス５０２の表面に堆積した、バリア層である第１層を提供する。例えば、バリア層５１１等の第１バリア層は、接着性増強層及び／又は低誘電率材料層５２１等の低誘電率材料層の前に堆積することができる。従って、低誘電率材料層は、多層カプセル化膜が厚さ約８０００Å又はそれ以上等の充分な厚さに堆積されるようにバリア層上に堆積され、隣接するバリア層間の接着性を促進する。
【００４６】
図６は、本発明の一形態による堆積方法６００のフローチャートを示す。まず最初に、カプセル化層３０５等の材料層を基板上に堆積するために、基板処理システムの処理チャンバ内に基板が設置される。方法６００は、任意で、基板上にデバイスを形成する工程を含む。模範的なデバイスにはＯＬＥＤ，ＰＬＥＤ、ＦＯＬＥＤその他が含まれるが、これに限定されるものではない。
【００４７】
工程６０２において、ケイ素含有バリア層等のバリア層用の前駆体の第１混合物が基板処理システムに供給される。前駆体の第１混合物は、シラン（ＳｉＨ４）、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｈ６その他の１つ以上のケイ素含有ガスを含んでいてもよい。前駆体の第１混合物は、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、窒素ガス（Ｎ２）その他等の１つ以上の窒素含有ガスを更に含んでいてもよい。また、前駆体の第１混合物は炭素含有ガス及び／又は酸素含有ガスを含んでいてもよい。
【００４８】
例えば、シラン、アンモニア、及び／又は窒素ガスの混合物等のケイ素含有ガスと窒素含有ガスとの混合物から、窒化ケイ素バリア層を堆積することができる。別の実施例としては、シラン、亜酸化窒素、及び／又は窒素ガスの混合物等の、ケイ素含有ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガスの混合物から酸窒化ケイ素バリア層を堆積することができる。
【００４９】
工程６０４においては、水素ガスを基板処理システムに供給し、工程６０６でケイ素含有無機バリア層を基板表面上に、基板温度約２００℃又はそれ以下で堆積する。ＯＬＥＤデバイス３００等のディスプレイ装置の基板処理中の基板温度は、多層有機材料層３０３等の、ＯＬＥＤデバイスの有機層の熱安定性の不安定さゆえに、低温に維持する必要がある。一般的には、約１５０℃又はそれ以下の温度が望ましく、例えば約１００℃又はそれ以下、約８０℃又はそれ以下、あるいは約２０℃〜約８０℃である。
【００５０】
水素ガスが存在することにより、堆積したケイ素含有無機バリア層の表面粗さが低減され、表面粗さ測定（ＲＭＳ）が約４０Å〜約７０Åから約４０Å又はそれ以下、例えば約１５Å又はそれ以下、好ましくは約１０Å又はそれ以下に低減されることがわかっている。また、表面粗さの低下した（平滑な表面）バリア層が、バリア層への水の浸透を顕著に防止し、その下のどの材料（例えば、ディスプレイ装置用の有機及び／又はポリマー材料）にとっても優れたカプセル化層となることがわかっている。水素ガスの導入により、水の浸透は、温度約３８℃、相対湿度９０％で測定した場合の透湿度約１ｘ１０−２グラム／ｍ２日未満、例えば約１ｘ１０−３グラム／ｍ２日〜約１ｘ１０−４ｇ／ｍ２日でもって防止される。
【００５１】
工程６０８では、低誘電率材料層用の前駆体の第２混合物を同一又は異なる基板処理システムに供給する。好ましくは、低誘電率材料層は、基板処理のスループットを向上させるために、バリア層堆積システムと同一の基板処理システム内で処理される。加えて、基板は、操作の容易性及び基板を基板処理システム内／外に移動する際に空気や水分に曝露する機会を少なくするために、バリア層及び／又は低誘電率材料を堆積するためのある基板処理システムの同一又は異なる処理チャンバ内に設置することができる。
【００５２】
前駆体の第２混合物は１つ以上の炭素含有化合物を含んでいてもよく、例えば、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、エテン（Ｃ２Ｈ４）、メタン（ＣＨ４）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、トルエン（Ｃ７Ｈ８）その他である。
【００５３】
低誘電率材料層は、非晶質炭素材料、ダイヤモンド様炭素材料、炭素ドープケイ素含有材料その他であってもよい。例えば、非晶質炭素層は、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）等の炭素含有化合物の混合物から堆積することができる。
【００５４】
工程６１０においては、水素ガスを基板処理システムに供給し、工程６１２で低誘電率材料層を基板表面上に基板温度約２００℃又はそれ以下で堆積する。好ましくは、基板温度約１５０℃又はそれ以下、例えば約１００℃又はそれ以下、約８０℃又はそれ以下、又は約２０℃〜約８０℃を用いる。
【００５５】
水素ガスの存在により、堆積された低誘電率材料層の膜均一性が向上し、膜均一性測定が約＋／−１５％〜約＋／−３５％から約＋／−１０％又はそれ以下、例えば約＋／−５％又はそれ以下、あるいは約＋／−３％又はそれ以下になることが知られている。また、向上した膜均一性を有する低誘電率材料層は堆積された低誘電率材料層のステップカバレージを改善することから、追加の多層を優れたステップカバレージで堆積することができることを発見した。例えば、カプセル化膜の層に関し、約８０％又はそれ以上、例えば約９５％又はそれ以上のステップカバレージが観察された。
【００５６】
工程６１４において、ケイ素含有無機バリア層と低誘電率材料層を有する所定の厚さのカプセル化膜を得たならば、堆積処理を工程６１６で終了することができる。しかしながら、所定の厚さのカプセル化層が得られない場合は、工程６０２、６０４、６０６、６０８、６１０、６１２のいずれの組み合わせを繰り返すことができる。例えば、１つ以上のケイ素含有無機バリア層と１つ以上の低誘電率材料層を堆積した後に一旦所望の厚さが得られたら、ケイ素含有無機バリア層又は低誘電率材料層が最後に堆積された時点で方法６００を終了してもよい。
【００５７】
カプセル化層の厚さは変更することができる。例えば、約１０００Å又はそれ以上、例えば約２００００Å〜約６００００Å等の約１００００Å又はそれ以上の厚さが望ましい。デバイス５０２用のカプセル化膜の厚さは、その空気／水分バリア性能と相関関係があり、デバイス５０２の寿命を延長することを発見した。本発明の方法を用い、約４０日又はそれ以上、例えば約４５日又はそれ以上、あるいは約６０日またそれ以上の寿命のデバイス５０２を得ることができる。
【００５８】
一面において、本発明を用いて堆積させた単一バリア層を本発明のディスプレイ装置用のカプセル化膜として使用することができる。例えば、厚さ約１００００Åを有する単一窒化ケイ素バリア層をカプセル化膜として使用することができる。別の面においては、本発明は、少なくとも１つのケイ素含有無機バリア層と少なくとも１つの低誘電率材料層を有する多層カプセル化膜を提供する。ケイ素含有無機バリア層の厚さは、約１０００Å〜約１００００Å、例えば約２０００Å〜約８０００Åであってもよい。低誘電率材料層の厚さは約１０００Å〜約１００００Åであってもよい。低誘電率膜材料の存在により、改善された熱安定性でもって隣接するバリア層の間の接着性が向上し、充分な厚みのケイ素含有無機バリア層の多層を形成することが可能となる。
【００５９】
本発明の一模範カプセル化膜は、２つの窒化ケイ素層と、その間に挟まれている非晶質炭素材料層１つを、総厚み約３０００Å〜約３００００Åで含んでいてもよい。本発明の別の模範カプセル化膜は、５つの窒化ケイ素層と、その間に挟まれている４つの非晶質炭素材料層を、総厚み約９０００Å〜約９００００Åで含んでいてもよい。
【００６０】
基板表面は、各層を堆積する前又は後にプラズマで洗浄してもよい。例えば、１つ以上の洗浄ガスを処理チャンバに供給し、ＲＦパワー供給源又はマイクロ波電力源からの電場を印加して、洗浄プラズマを発生させることができる。洗浄ガスは、酸素含有ガス（例えば、酸素、二酸化炭素）、水素含有ガス（例えば、水素ガス）、窒素含有ガス（例えば、アンモニア、亜酸化窒素）、不活性ガス（例えば、ヘリウム、アルゴン）、その他を含んでいてもよいが、これに限定されるものではない。水素含有ガスの例には水素ガス（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、その他が含まれるが、これに限定されるものではない。加えて、チャンバを洗浄ガスから発生させたプラズマで洗浄する場合、洗浄ガスは任意でキャリアガスと共にチャンバ内に供給してもよい。キャリアガスの例には、ヘリウム、アルゴンその他等の不活性ガスが含まれる。例えば、先行の基板処理や基板除去後、インシチュ酸素プラズマを発生させて例えばチャンバ壁部、ガス分布プレート、すべての領域に残る材料等の、処理チャンバ内の全ての材料を洗浄してもよい。
【００６１】
本発明の形態において、工程を記載した順番で行う必要はないことは重要である。例えば、水素ガスは、前駆体混合物をチャンバに供給する前に供給することができ、場合によっては、工程６０２と６０４は同時に行うことができる。同様に、工程６０８と６１０は同時に行うことができる。
【００６２】
少なくとも１つのケイ素含有バリア層の堆積
１つ以上のケイ素含有無機バリア層を、処理チャンバに供給された前駆体混合物から堆積する。前駆体は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）その他の層を基板上にカプセル化層として堆積するために、シラン（ＳｉＨ４）、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＦ４その他等のケイ素含有前駆体を含んでいてもよい。ケイ素含有前駆体は、約４００ｍｍｘ約５００ｍｍのサイズの基板の場合、例えば、流量１０ｓｃｃｍ又はそれ以上、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給することができる。窒素含有前駆体は、様々なものに関し、流量約５ｓｃｃｍ又はそれ以上、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約６０００ｓｃｃｍで供給することができる。
【００６３】
例えば、酸窒化ケイ素膜を堆積するために、前駆体混合物はシラン、亜酸化窒素、窒素その他を含んでいてもよい。あるいは、窒化ケイ素膜を堆積するためには、シラン、アンモニア、窒素その他を使用する。また、前駆体は酸化ケイ素膜を堆積するためには、シラン及び亜酸化窒素を含んでいてもよい。加えて、必要とされる様々な堆積パラメータに応じて、各前駆体は異なる又は同一の流量で供給することができる。本発明の形態は、基板のサイズ、チャンバの状態その他に応じて、ここで記載のいずれの処理パラメータ／変数を拡大又は縮小することを含むことが理解される。
【００６４】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層の堆積中、水素ガスを処理チャンバに供給して、本発明のカプセル化層の遮水性能を改善する。加えて、水素ガスの導入が、１つ以上のケイ素含有無機バリア層の表面粗さを低減し、優れたカプセル化層とすることがわかっている。
【００６５】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層は、電場を印加して処理チャンバ内でプラズマを発生させることによって基板上に堆積される。電場は、高周波電力、マイクロ波電力等の電源を処理チャンバに印加することで発生させることができる。電源は、処理チャンバに誘導結合又は容量結合することができる。加えて、処理チャンバの圧力は約０．５Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒに維持される。
【００６６】
結果として、１つ以上のケイ素含有無機バリア層は、堆積速度約５００Å／分、例えば約１０００Å／分〜約３０００Å／分で堆積される。１つ以上のケイ素含有無機バリア層の厚さは、約１０００Å〜約３００００Åまで様々であってよい。通常、水の浸透を防ぐためには、薄いバリア層よりも厚いバリア層のほうがよい。
【００６７】
従来の低温無機膜堆積処理では、カプセル化層に好ましくない性質が生じていた。例えば、膜の密度は低く、表面には構造の欠陥がみられ粗く、例えば、遮水性試験後の屈折率の大きな変化、透過フーリエ変換赤外線スペクトル（ＦＴＩＲ）の大きな変化、遮水性試験後の透湿度（ＷＶＴＲ）の高さといった膜特性の悪さがある。一例として、優れた水分バリア／膜として使用する、優れた遮水性能を備えた窒化ケイ素薄膜の堆積について以下で更に説明するが、本発明は本願に記載の詳細に限定されるものではない。
【００６８】
真空下、基板（サイズ４００ｍｍｘ５００ｍｍ）を、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能な、従来型の平行板高周波（ＲＦ）プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）システム、ＡＫＴ１６００ＰＥＣＶＤに間隔約９００ｍｉｌで導入した。基板支持体（サセプタ）の温度は、低温堆積処理するために、約６０℃に設定された。水素ガス（Ｈ２）の存在下、シラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）の混合物を、窒化ケイ素膜を水分及び酸素バリアとして堆積するための供給源前駆体ガスとしてチャンバ内に供給した。比較として、同一の処理条件下で、窒化ケイ素を堆積するためのシラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）を用いた従来方法が平行して準備された。チャンバ内の圧力は約２．１Ｔｏｒｒである。プラズマは、約１３．５６ＭＨｚと約９００Ｗに設定されたＲＦパワージェネレータによって、維持された。
【００６９】
両方の処理条件で得られた膜について、基本的な膜特性を比較した。水素供給源ガスの存在下・非存在下にて堆積された窒化ケイ素膜の基本膜特性は、始め、屈折率（ＲＩ）が約１．７〜約１．９、膜応力はゼロ〜約２ｘ１０９ダイン／ｃｍ３で同様のものであったことが結果からわかる。堆積速度は、双方の膜は共に約１０００Å／分〜約１５００Å／分の同程度である。よって、水素ガスの存在は基本的な膜特性や堆積速度には影響しない。
【００７０】
しかしながら、両方の膜の堆積後の表面粗さ（二乗平均平方根単位、ＲＭＳ）は劇的に変化した。双方の膜を顕微鏡で比較し、表面粗さの３Ｄ画像を比較し、表面粗さを測定した。水素供給源ガスの非存在下で堆積したＳｉＮ膜の平均表面粗さは約４０Å〜約７０Åであり、粗いことを示していた。水素供給源ガスの存在下で堆積されたＳｉＮ膜の平均表面粗さは約９Å〜約１２Åであり、表面が平滑であることを示していた。
【００７１】
水／水分の膜特性への影響を測定する遮水性試験後に双方の膜を比較した際に、その違いはより顕著となった。主要な遮水性能を比較している表１によると、Ｈ２供給源ガスが膜の表面粗さを平滑な表面へと低下させるのに重要な役目を果たしており、平滑な表面が、水／酸素が大気から膜内部へと浸透するのを防ぎ、フラットパネルディスプレイ業界における主要なパラメータである、水分／水への耐性を示すＷＶＴＲ（透湿度）値を格段に低下させることがわかる。ＷＶＴＲを測定するための遮水性試験は、温度約２５℃〜約１００℃、相対湿度（ＲＨ）約４０％〜約１００％の湿度チャンバ内に試験構造体を特定の時間（時間、日数等）設置することで通常行われる。試験構造体の特定のエリア上に保持された試験時間あたりの水分量を計算し、試験温度及び試験相対湿度での透湿度（ＷＶＴＲ）を求めた。
【表１】
0005848862.tif 000002
【００７２】
水素供給源ガスの存在下で堆積されたＳｉＮ膜に行った水処理の前と後で透過フーリエ変換赤外線スペクトル（ＦＴＩＲ）も行い、比較した。ＦＴＩＲと屈折率（ＲＩ）における変化を比較するための水処理も、異なる堆積膜を約１００℃等の温水で特定の時間、例えば約１００時間すすぐことで行った。ＦＴＩＲスペクトルは１５００ｃｍ−１〜４０００ｃｍ−１で記録された。Ｓｉ−Ｈ、Ｎ−Ｈ、Ｏ−Ｈ結合がスペクトル中に示された。水処理の前後では大きな違いは見られず、これは、水処理のあと、水素供給源ガスの存在下で堆積したＳｉＮ膜に変化がみられなかったことを示している。表１に示されるように、ＳｉＮ膜を水中で約１００℃、約１００時間処理（高温多湿）した後、前駆体供給源ガスの１つとしての水素ガスの存在下という堆積条件下で堆積されたＳｉＮ膜には、屈折率に変化がない。遮水性試験後の低透湿度（ＷＶＴＲ）の結果と共に、これらの試験結果は全て、高品質の窒化ケイ素が、供給源ガス混合物の一部としての水素を用いて優れた遮水性能でもって堆積されたことを示している。
【００７３】
比較として、水素供給源ガスを用いない従来法を用いて堆積したＳｉＮ膜の、水処理の前と後での透過フーリエ変換赤外線スペクトル（ＦＴＩＲ）の変化も実行し、比較した。得られた結果から、Ｓｉ−Ｈ結合が大幅に低下、Ｎ−Ｈ結合が若干低下、Ｏ−Ｈ結合のピークが若干増加していることがわかる。表１に同じく示されるように、水素供給源ガスを使用せずに堆積したＳｉＮ膜の屈折率は約１５％変化したことが結果からわかる。加えて、遮水試験後、高い透湿度（ＷＶＴＲ）が測定された。これら全てが、水素供給源ガスの非存在下で堆積した窒化ケイ素膜の遮水性能が低いことを示している。
【００７４】
少なくとも１つの低誘電率材料層の堆積
本発明の一部の面においては、低誘電率材料層とケイ素含有無機バリア層とを交互に堆積することを提供する。約４未満の誘電率（ｋ）を有する一模範低誘電率材料層は非晶質炭素材料である。低誘電率材料のその他の例は、炭素含有低誘電率材料、炭素ドープケイ素材料、ダイヤモンド様炭素材料その他を含む。
【００７５】
図７は本発明の一形態による堆積方法７００のフローチャートである。工程７０２においては、非晶質炭素材料層等の低誘電率材料層を基板上に堆積するために、堆積処理チャンバ内に基板を設置する。
【００７６】
工程７０４においては、非晶質炭素材料用の前駆体混合物を処理チャンバへと供給する。広範囲のガス混合物を用いて低誘電率材料を堆積することができ、こういったガス混合物の非制限的例は以下のとおりである。一般的に、ガス混合物は１つ以上の炭素含有化合物及び／又は炭化水素化合物を含んでいてもよい。適切な有機炭素含有化合物は脂肪族有機化合物、環状有機化合物、又はその組み合わせを含む。脂肪族有機化合物は１つ以上の炭素原子を含む直鎖又は分岐鎖構造を有する。有機炭素含有化合物は有機基中に炭素原子を含む。有機基は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロヘキセニル基、アリール基をその官能誘導体に加えて含むことが考えられる。炭素含有前駆体／化合物は、サイズ４００ｍｍｘ約５００ｍｍの基板に関して流速１０ｓｃｃｍ又はそれ以上、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給することができる。
【００７７】
例えば、炭素含有化合物の化学式はＣｘＨｙ、ｘは約１〜８、ｙは約２〜１８であることが考えられ、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、エテン（Ｃ２Ｈ４）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、プロピン（Ｃ３Ｈ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、メタン（ＣＨ４）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、ブチレン（Ｃ４Ｈ８）、ブタジエン（Ｃ４Ｈ６）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）、トルエン（Ｃ７Ｈ８）、その組み合わせを含むが、これに限定されるものではない。あるいは、炭素含有化合物の部分又は完全フッ素化誘導体、例えばＣ３Ｆ８又はＣ４Ｆ８を使用して、フッ素化非晶質炭素層を堆積してもよく、非晶質フルロオカーボン層として記載される。炭化水素化合物と炭化水素化合物のフッ素化誘導体の組み合わせを用いて、非晶質炭素層又は非晶質フルオロカーボン層を堆積してもよい。
【００７８】
非晶質炭素材料の性質を改変するために、様々なガスをガス混合物に添加してもよい。流量約５ｃｃｍ又はそれ以上、例えば流量約１００ｓｃｃｍ〜約６０００ｓｃｃｍで供給された不活性ガス（例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトンその他）、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、又はその組み合わせその他は、低誘電率非晶質炭素層の密度と堆積速度を制御するために使用される。更に、Ｈ２及び／又はＮＨ３を追加することにより非晶質炭素層の水素比を制御して、反射性などの層の性質を制御することができる。
【００７９】
工程７０６では、水素ガスを処理チャンバに供給して膜均一性を増強（％均一性測定の低下）する。水素ガスを供給源ガスの１つとして添加する場合、約＋／−１０％又はそれ以下、例えば約＋／−５％又はそれ以下、あるいは約＋／−３％又はそれ以下の膜均一性が得られる。対照的に、水素ガスを添加しない場合、堆積した低誘電率非晶質炭素材料は非常に粗く非均一であり、膜均一性は約＋／−１５％〜約＋／−３５％である。膜均一性を改善する水素ガスを使用しない場合、複数の層を堆積する際のステップカバレージに劇的な影響がある。向上した膜均一性（平滑で均一な膜表面）を有する低誘電率非晶質炭素材料層は、ステップカバレージを約８０％又はそれ以上、あるいは約９５％又はそれ以上にまで改善し、また、多層構造の膜の重なりにおけるケイ素含有無機バリア層間で良く接着する。
【００８０】
工程７０８においては、電場を印加し、処理チャンバ内でプラズマを発生させる。電場は、高周波電力、マイクロ波電力等の電源を処理チャンバに印加することで発生させることができる。電源は、処理チャンバに誘導結合又は容量結合することができる。単一の１３．５６ＭＨｚＲＦパワー供給源からの電力を処理チャンバに供給して、約０．１４ワット／ｃｍ２〜約８．６ワット／ｃｍ２、又はパワーレベル約１００ワット〜約６０００ワットでプラズマを発生させてもよい。好ましくは、電力密度約０．２５ワット／ｃｍ２〜約０．６ワット／ｃｍ２を処理チャンバに供給してプラズマを発生させる。ＲＦパワーは、周波数約０．０１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚで供給してもよい。ＲＦパワーは、持続的に、又は短い周期で供給してもよい。ＲＦパワーは、化合物の解離を促進するために処理チャンバに連結される。また、堆積チャンバに導入するに先立って、化合物をマイクロ波チャンバで解離してもよい。しかしながら、様々なチャンバや異なるサイズの基板でプラズマ処理を行うために、それぞれのパラメータを変更してもよいことに留意しなくてはならない。
【００８１】
炭素含有化合物及び水素ガスは、炭素含有化合物供給源と水素ガス供給源からガス分布システムを通って処理チャンバ内へと導入される。ガス分布システムは、概して、その上に低誘電率非晶質炭素層が堆積されるところの基板から約１８０ｍｉｌ〜約２０００ｍｉｌ、例えば約９００ｍｉｌ離れている。加えて、処理チャンバの圧力は約１００ミリＴｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒに維持される。
【００８２】
工程７１０においては、約１００℃又はそれ以下、例えば約−２０℃〜約１００℃、好ましくは２０℃〜約８０℃に維持された基板温度で非晶質炭素層を適用することによって、非晶質炭素材料を基板に堆積する。好ましい非晶質炭素層は、一形態において、アセチレンを流量約１００立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）〜約５０００ｓｃｃｍ、例えば約２００ｓｃｃｍでプラズマ処理チャンバに供給することで堆積される。水素ガスも、流量約１００ｓｃｃｍ〜約２５００ｓｃｃｍ、例えば約２００ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍで処理チャンバに添加される。
【００８３】
上記の処理パラメータにより、低誘電率非晶質炭素層の典型的な堆積速度が約５００Å／分又はそれ以上、例えば約１５００Å／分〜約２５００Å／分となり、簡便にケイ素含有無機バリア層を堆積するためのシステムとしての、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能な従来の平行板高周波（ＲＦ）プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）システム内の同一又は異なる化学気相成長チャンバで実行することができる。ここで記載の非晶質炭素堆積値は具体例であり、本発明の範囲を限定するものと理解すべきではない。
【００８４】
堆積された低誘電率非晶質炭素材料は炭素と水素原子を含み、約１０％〜約６０％の炭素の、調節可能な炭素：水素比である。それぞれの光学特性、エッチング選択性、化学機械的研磨耐性を調整するために、非晶質炭素層の水素比を制御することが望ましい。特に、水素含有量が低下するにつれ、堆積されたままの層の光学特性、たとえば屈折率（ｎ）及び吸収係数（ｋ）は増大する。同様に、水素含有量が低下するにつれ、非晶質炭素層のエッチング耐性は増大する。本発明の形態は、基板のサイズ、チャンバの状態その他に応じて、ここで記載のいずれの処理パラメータ／変数を拡大又は縮小することを含むことが理解される。また、本発明の形態において、工程を記載した順番で行う必要はないことは重要である。例えば、水素ガスは、前駆体混合物をチャンバに供給する前に供給することができ、場合によっては、工程７０４と７０６は同時に行うことができる。任意で、窒素ガス等の窒素含有ガスを流量約２００ｓｃｃｍ〜約５０００ｓｃｃｍ、例えば約１０００ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍで混合ガスに供給する。
【実施例】
【００８５】
図８は、本発明の一形態による一模範的堆積方法８００のフローチャートである。工程８０２において、１つ以上のケイ素含有無機バリア層が、ケイ素含有化合物と水素ガスとを用いて、基板処理システム内で基板表面上に堆積される。工程８０４においては、炭素含有化合物と水素ガスとを用いて、１つ以上の非晶質炭素層を１つ以上のケイ素含有無機バリア層の間に、同一又は異なる基板処理システム内で堆積させている。好ましくは、ケイ素含有無機バリア材料から成る開始層、例えば窒化ケイ素層を最初に堆積して、その窒化ケイ素層の下であり基板の上の層に対する優れた水／酸素バリアとする。
【００８６】
図９は、模範バリア層と、模範低誘電率材料層の光透過率を示す。模範バリア層は、ＰＥＣＶＤ処理チャンバへ流量それぞれ約１５０ｓｃｃｍ、約４００ｓｃｃｍ、約１５００ｓｃｃｍ、約４０００ｓｃｃｍで供給されたシラン、アンモニア、窒素ガス、水素ガスの混合物によって堆積された、窒化ケイ素層である。基板は、間隔約９００ｍｉｌでＰＥＣＶＤ処理化チャンバ内に設置され、圧力約２．１で維持される。基板バイアスの存在化、約３９０秒の堆積時間にわたり、約０．４５ワット／ｃｍ２のＲＦパワー密度でプラズマを印加した。堆積中、基板の温度は約７０℃に維持され、堆積速度は約１７００Å／分となる。
【００８７】
模範的な低誘電率材料層は、同じＰＥＣＶＤ処理チャンバへそれぞれ流速約２００ｓｃｃｍ、約１０００ｓｃｃｍ、約５００ｓｃｃｍで供給されたアセチレン、窒素ガス、水素ガスの混合物によって堆積された非晶質炭素層である。基板は、間隔約９００ｍｉｌでＰＥＣＶＤ処理チャンバ内に設置され、圧力約１．５で維持された。基板バイアスの存在化、約５００秒間の堆積時間にわたり、約０．２５ワット／ｃｍ２のＲＦパワー密度でプラズマを印加した。堆積中、基板の温度は約７０℃に維持され、堆積速度は約１２００オングストローム／分となる。
【００８８】
堆積された窒化ケイ素膜（９１０）と非晶質炭素膜（９２０）の光透過率の測定結果は図９に示される。双方の膜の、異なる波長での光透過率は非常に高く、平均して約６５％〜約１００％である。約５００ｎｍ又はそれ以上の長波長において透過率は１層高く、約９０％〜約１００％の光透過率を有する。この結果により、本発明の窒化ケイ素と非晶質炭素膜はトップ又はボトム発光ディスプレイ装置を含む、様々な用途で使用することもできることがわかる。
【００８９】
図８を再度参照するが、工程８０６においては、ケイ素含有無機バリア層を最終層として任意で堆積する。よって、１つ以上のケイ素含有無機バリア層と１つ以上の非晶質炭素層を有するカプセル化層が、工程８０８で、基板表面上に堆積される。従って、１層、２層、３層、４層、又は５層のバリア材料を有する様々なカプセル化膜を堆積することができる。同様に、１層、２層、３層、４層、又は５層の低誘電率材料を有する様々なカプセル化膜を堆積することができる。
【００９０】
例えば、１層、２層、３層、４層、又は５層の非晶質炭素材料を２層、３層、４層、５層、又は６層の窒化ケイ素材料の間にそれぞれ有する様々なカプセル化膜を堆積し、比較／試験した。加えて、様々な厚さ、又は水素供給源ガスの存在下又は非存在下で堆積したケイ素含有無機バリア層と非晶質炭素層も試験した。
【００９１】
ケイ素含有無機バリア層と非晶質炭素層を有する本発明のカプセル化膜を、スコッチテープ剥離試験及びカルシウム試験でテストした。結果は非常に良く、基板から様々な多層カプセル化膜が剥離することはなく、水及び酸素による腐食は全くない、又は低レベルであった（カルシウム試験では、透明カルシウム塩の形成が全くない、又は低レベルであった）。本発明のカプセル化膜を、デバイスの表面から剥がれ落ちることなく所望の厚みに堆積できるかどうか、またデバイスへの水と酸素の浸透を防止してデバイスの寿命を延ばすことができるかについても、ＯＬＥＤデバイス等のデバイス上で試験した。温度約６０℃、約８５℃の高湿度下で試験したところ、本発明のカプセル化膜はデバイスの寿命を約１４４０時間以上に延長することができた。
【００９２】
本発明の方法を用いて堆積した一模範多層カプセル化膜が図１０の、その上に多層カプセル化膜１０２０を堆積した基板１０１０の概略断面図に示される。本発明の多層カプセル化膜１０２０は４つの窒化ケイ素バリア材料層１０１１、１０１２、１０１３、１０１４と、窒化ケイ素材料の接着性を促進するために窒化ケイ素材料間に３つの非晶質炭素材料層１０２１、１０２２、１０２３を含み、多層カプセル化膜１０２０の最終厚さは約３５０００オングストロームとなる。合計９つの堆積材料層を有する多層カプセル化膜１０２０の総ステップカバレージは非常に高く、約９５％のステップカバレージが得られた。
【００９３】
上記は本発明の形態についてのものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他及び更に別の形態を考案することができ、本発明の範囲は以下の請求項によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
その幾つかは添付の図面で図示されている実施形態を参照して上記で簡単に概要を述べた本発明の更に詳しい説明を得ることで、本発明の上述した特徴が詳細に理解可能である。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な形態を図示するに過ぎず、本発明はその他の同等に効果的な形態も認め得るため、本発明の範囲を制限するものと捉えられるものではないことに留意しなくてはならない。
【図１】ＯＬＥＤデバイスの断面概略図である。
【図２】その最上部にカプセル化材料（ガラス又は金属）を備えたＯＬＥＤデバイスの断面概略図である。
【図３】本発明の一形態による、その最上部にカプセル化層が堆積されたＯＬＥＤデバイスの断面概略図である。
【図４】本発明による処理チャンバの一形態の概略断面図である。
【図５】本発明の一方法に従って堆積したカプセル化層の一形態の断面概略図である。
【図６】本発明の形態による、基板処理システム内で基板上に多層カプセル化膜を形成するための一方法のフローチャートである。
【図７】本発明の形態による、処理チャンバ内で基板上に低誘電率材料を堆積するための一方法のフローチャートである。
【図８】本発明の形態による、基板処理システム内で基板上に多層カプセル化膜を形成するための別の方法のフローチャートである。
【図９】本発明の方法により堆積した、一模範バリア層及び低誘電率材料層の光学特性を示す図である。
【図１０】本発明の一方法によって堆積した、４層の窒化ケイ素無機バリア層と３層の非晶質炭素低誘電率膜を有する一模範多層カプセル化層を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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