(57)【要約】  少なくとも一つのバリア層を含むコーティングを有する基板であって、前記バリア層は密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイドを含み、少なくとも一つのバリア層はアルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから選択される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイドを含む、前記基板上の第１バリア層と、
前記第１バリア層上の少なくとも二つの交替バッファ層及び交替バリア層と、を含み、
各交替バッファ層は密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満である水素化シリコンオキシカーバイドを含み、各交替バリア層は、密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイド、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから独立に選択され、与えられた少なくとも一つの交替バリア層はアルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから選択される、コーティングを有する基板。
【請求項２】
前記コーティングを有する基板が前記第１バリア層上に交替バッファ層及び交替バリア層を２〜１６層備えた、請求項１に記載のコーティングを有する基板。
【請求項３】
前記第１バリア層及び前記交替バリア層の水素化シリコンオキシカーバイドの密度が１．７〜２．５ｇ／ｃｍ３である、請求項１に記載のコーティングを有する基板。
【請求項４】
前記第１バリア層、前記交替バッファ層及び前記交替バリア層の各々の厚みが０．２〜１０μｍである、請求項１に記載のコーティングを有する基板。
【請求項５】
前記交替バッファ層の水素化シリコンオキシカーバイドの密度が１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３である、請求項１に記載のコーティングを有する基板。
【請求項６】
基板と、
密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満の水素化シリコンオキシカーバイドを含む、前記基板上の第１バッファ層と、
前記第１バッファ層上の少なくとも三つの交替バリア層及び交替バッファ層と、を含み、
各交替バリア層は密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイド、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから独立に選択され、各交替バッファ層は密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満である水素化シリコンオキシカーバイドを含み、与えられた少なくとも一つの交替バリア層は密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイドであり、少なくとも一つの交替バリア層はアルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから選択される、コーティングを有する基板。
【請求項７】
前記コーティングを有する基板が前記第１バッファ層上に交替バリア層及び交替バッファ層を３〜１０層備えた、請求項７に記載のコーティングを有する基板。
【請求項８】
前記第１バッファ層及び交替バッファ層の水素化シリコンオキシカーバイドの密度が１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３である、請求項７に記載のコーティングを有する基板。
【請求項９】
前記第１バッファ層、前記交替バリア層及び前記交替バッファ層の各々の厚みが０．２〜１０μｍである、請求項７に記載のコーティングを有する基板。
【請求項１０】
前記交替バリア層の水素化シリコンオキシカーバイドの密度が１．７〜２．５ｇ／ｃｍ３である、請求項１に記載のコーティングを有する基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコーティングを有する基板に係り、より詳細には、密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイドを含む少なくとも一つのバリア層と、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから選択される少なくとも一つのバリア層とを含む、コーティングを有する基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
バリアコーティングは、電子実装、食品包装及び高感度材料を空気、湿度及び他の環境要素から保護する表面処理を含む広範囲の用途において重要な役割を演じる。結果的に、そのようなコーティングは多くの消費製品の信頼性を高め、及び有効耐用年数を延ばす。
【０００３】
層間誘電体または環境からのバリアとしての使用に適した水素化シリコンオキシカーバイド膜、及びそのような膜を製造する方法は従来技術で知られている。例えばＬｏｂｏｄａらの米国特許第６，１５９，８７１号明細書は水素化シリコンオキシカーバイド膜を製造するための化学気相蒸着法を開示し、前記化学気相蒸着法は、メチル含有シランと酸素を提供する気体とを含む反応性気体混合物を、基板を収容した蒸着チャンバ内部に導入する段階と、２５℃から５００℃の温度でメチル含有シランと酸素を提供する気体との間に反応を起こさせる段階とを含み；膜を提供する反応の間制御された量の酸素が存在し、前記膜は水素、ケイ素、炭素及び酸素を含み、基板上で３．６以下の誘電率を有する。
【０００４】
Ｌｏｂｏｄａの国際公開第０２／０５４４８４号パンフレットは、以下を開示する；半導体材料で作られた基板に形成された固体デバイスのサブアセンブリからなる集積回路、前記固体デバイスを接続する金属配線、及び少なくとも金属配線上に形成される拡散防止層であって、前記拡散防止層は組成がＳｉｗＣｘＯｙＨｚである合金膜である。ここで、ｗは１０から３３の値であり、ｘは１から６６の値であり、ｙは１から６６の値であり、ｚは０．１から６０の値であり、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００原子百分率である。
【０００５】
Ｌｏｂｏｄａらの米国特許第６，５９３，６５５号明細書はその上部に膜を有する半導体デバイスを開示し、前記膜はメチル含有シランと酸素を提供する気体とを含む反応性気体混合物を、半導体デバイスを収容した蒸着チャンバ内部に導入し、温度２５℃から５００℃でメチル含有シランと酸素を提供する気体との間に反応を起こさせることによって形成され、前記膜を提供する反応の間制御された量の酸素が存在し、前記膜は水素、ケイ素、炭素及び酸素を含み、半導体デバイス上で３．６以下の誘電率を有する。
【０００６】
Ｃｅｒｎｙらの米国特許第６，６６７，５５３号明細書は、液晶デバイス、発光ダイオードディスプレイデバイス及び有機発光ダイオードディスプレイデバイスから選択された基板を開示し、前記基板はその上部に膜を有し、前記膜はメチル含有シランと酸素を提供する気体とを含む反応性気体混合物を基板を備えた蒸着チャンバ内部に導入し、２５℃から５００℃の温度でメチル含有シランと酸素を提供する気体との間に反応を起こさせることによって製造され；前記膜を与える反応の間制御された量の酸素が存在し、前記膜は水素、ケイ素、炭素及び酸素を含み、基板上で３．６以下の誘電率を有し、前記膜は４００ｎｍから８００ｎｍの範囲の波長を持つ光に関して光透過率が９５％以上である。
【特許文献１】米国特許第６，１５９，８７１号明細書
【特許文献２】国際公開第０２／０５４４８４号パンフレット
【特許文献３】米国特許第６，５９３，６５５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，６６７，５５３号明細書
【特許文献５】米国特許第５，７１８，９６７号明細書
【特許文献６】米国特許第５，３７８，５１０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の参照文献は良好な誘電特性及びバリア性を有する水素化シリコンオキシカーバイドのコーティングを開示するが、環境要素、特に水蒸気及び酸素に対してより優れた耐性を有する誘電性コーティングに対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はコーティングを有する基板に係り、前記コーティングを有する基板は、
基板と、
密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイドを含む前記基板上の第１バリア層と、
前記第１バリア層上の少なくとも二つの交替バッファ層及びバリア層と、を含み、
各交替バッファ層は密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満である水素化シリコンオキシカーバイドを含み、各交替バリア層は、密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイド、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから独立に選択され、与えられた少なくとも一つの交替バリア層はアルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから選択される。
【０００９】
同様に本発明はコーティングを有する基板に係り、前記コーティングを有する基板は、
基板と、
密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満の水素化シリコンオキシカーバイドを含む前記基板上の第１バッファ層と、
前記第１バッファ層上の少なくとも三つの交替バリア層及びバッファ層と、を含み、
各交替バリア層は密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイド、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから独立に選択され、各交替バッファ層は密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満の水素化シリコンオキシカーバイドを含み、与えられた少なくとも一つの交替バリア層は密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイドであり、少なくとも一つの交替バリア層はアルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから選択される。
【００１０】
前記コーティングを有する基板のバリア層は水蒸気透過率が低く、典型的には１０−１〜１０−３ｇ／ｍ２／ｄａｙである。同様に、前記バリア層は酸素、及び、例えば銅及びアルミニウム等の金属イオンの透過性が低い。さらに、前記バリア層はクラック形成に対する耐性が高く、圧縮応力が低い。さらに、前記バリア層は、従来のシリコンオキシカーバイド膜と比較して密度が高く、空隙率が低い水素化シリコンオキシカーバイドを含む。
【００１１】
本発明の方法は、従来の装置及び技術を用いて実行されてよい。例えば、前記バッファ層及びバリア層の水素化シリコンオキシカーバイドは、化学気相蒸着法及び２周波化学気相蒸着法（ｄｕａｌ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を各々用いて蒸着されてよい。さらに、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンのバリア層は、例えば蒸着（熱、及び電子線）、ＲＦスパッタリング、及びＤＣマグネトロンスパッタリング等の従来の物理気相蒸着技術を用いて蒸着されてよい。
【００１２】
本発明のバリア層は、様々なデバイスにおいて層間誘電体として及び／または湿気及び酸素に対するバリアとして使用されてよく、前記デバイスは半導体デバイス、液晶、発光ダイオード、有機発光ダイオード、オプトエレクトロニックデバイス、光学デバイス、光起電力電池、薄膜電池及び太陽電池を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示すように、本発明によるコーティングを有する基板の第１の実施形態は以下を含む。すなわち、基板１００；前記基板１００上の第１バリア層１０２、前記第１バリア層１０２は密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイドを含む；前記第１バリア層１０２上の少なくとも二つ（四つ示されている）の交替バッファ層１０４及びバリア層１０６、各交替バッファ層１０４は密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満である水素化シリコンオキシカーバイドを含み、各交替バリア層１０６は、密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイド、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから独立に選択され、与えられた少なくとも一つの交替バリア層１０６はアルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから選択される。コーティングを有する基板の第１実施形態は、第１バリア層上に、典型的には２から１６層の、または４から１０層の交替バッファ層及びバリア層を含む。
【００１４】
基板は剛直な、または柔軟な材料であってよく、平坦な、複雑な、または不規則な輪郭を有してよい。同様に、基板は電磁スペクトルの可視領域の光（〜４００ｎｍから〜７００ｎｍ）に対して透明または不透明であってよい。“透明”という用語は、基板の透過パーセントが電磁スペクトルの可視領域の光に関して、少なくとも３０％、または少なくとも６０％、または少なくとも８０％であることを意味する。さらに“不透明”という用語は、基板の透過パーセントが電磁スペクトルの可視領域の光に関して、３０％未満であることを意味する。
【００１５】
基板の例としては、例えばシリコン、二酸化シリコンの表面層を有するシリコン、及びガリウムヒ素等の半導体材料；石英；石英ガラス；酸化アルミニウム；セラミックス；ガラス；金属ホイル；例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びポリエチレンナフタレート等のポリオレフィン；例えばポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニル樹脂等の炭化フッ素ポリマー；ナイロン（登録商標）等のポリアミド；ポリイミド類；ポリ（メチルメタクリレート）等のポリエステル；エポキシ樹脂；ポリエーテル；ポリカーボネート；ポリスルホン；及びポリエーテルスルホンが挙げられるが、これらに制限されない。基板は単一の材料であってよく、または複数の異なる材料からなる複合材料であってよい。
【００１６】
第１バリア層は水素化シリコンオキシカーバイドを含み、前記水素化シリコンオキシカーバイドは２５℃における密度が典型的には１．６ｇ／ｃｍ３以上であり、または１．７ｇ／ｃｍ３以上であり、または１．８ｇ／ｃｍ３以上である。典型的には、バリア層の水素化シリコンオキシカーバイドは２５℃において１．７〜２．５ｇ／ｃｍ３の密度を有し、または１．７〜２．０ｇ／ｃｍ３の密度を有し、または１．８〜２．０ｇ／ｃｍ３の密度を有する。水素化シリコンオキシカーバイドの密度は、蒸着物の重量、厚み及び表面積を測定することによって容易に決定される。
【００１７】
第１バリア層の水素化シリコンオキシカーバイドは、ケイ素、酸素、炭素及び水素を含有する。例えば、水素化シリコンオキシカーバイドは、化学式ＳｉｍＯｎＣｐＨｑによって表されてよく、ｍの値は１０〜３３原子百分率、または１８〜２５原子百分率；ｎの値は１〜６６原子百分率、または１０〜２０原子百分率；ｐの値は１〜６６原子百分率、または１５〜３８原子百分率；ｑの値は０．１〜６０原子百分率、または２５〜４０原子百分率；及び、ｍ＋ｎ＋ｐ＋ｑ＝１００原子百分率である。
【００１８】
第１バリア層は典型的には０．２〜１０μｍの厚みを、または０．２〜５μｍの厚みを、または０．２〜２μｍの厚みを有する。第１バリア層の厚みが０．２μｍ未満のときには、層の水蒸気透過率は一般的に増加する。第１バリア層の厚みが１０μｍ超のときには、層にはクラックが形成される可能性がある。
【００１９】
第１バリア層の透過パーセントは電磁スペクトルの可視領域（〜４００から〜７００ｎｍ）の光に関して、少なくとも３０％、または少なくとも５０％、または少なくとも７０％である。例えば、厚さ１５０μｍのポリエチレンテレフタレート基板上の厚さ１μｍのバリア層では、典型的には少なくとも７０％である。
【００２０】
第１バリア層は、ケイ素含有化合物、アルゴン及び酸素を含む反応性気体混合物を、基板を備えた蒸着チャンバ内部に導入することによって蒸着されてよく、前記ケイ素含有化合物は少なくとも一つのシラン、少なくとも一つのシロキサン、及びそれらの混合物から選択され、ケイ素含有化合物の流速に対するアルゴンの流速の比は１０から３０であり、ケイ素含有化合物の流速に対する酸素の流速の比は０．１５から１．０であり、基板温度は２０〜８０℃であり、圧力は１．３３〜６０Ｐａである；気体混合物にＲＦ電力を使用してプラズマを発生し、ＲＦ電力は３００〜１０００Ｗである；及び基板にＬＦ電力を使用し、ＬＦ電力は５０〜１２０Ｗであり、基板上に密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイドを含む第１バリア層を蒸着する。
【００２１】
方法の第一段階において、ケイ素含有化合物、アルゴン及び酸素を含む反応性気体混合物は基板を備えた蒸着チャンバ内部に導入され、前記ケイ素含有化合物は少なくとも一つのシラン、少なくとも一つのシロキサン、及びそれらの混合物から選択され、ケイ素含有化合物の流速に対するアルゴンの流速の比は１０から３０であり、ケイ素含有化合物の流速に対する酸素の流速の比は０．１５から１．０であり、基板温度は２０〜８０℃であり、圧力は１．３３〜６０Ｐａである。
【００２２】
反応性気体混合物のケイ素含有化合物は、少なくとも一つのシラン、少なくとも一つのシロキサン、及びそれらの混合物から選択される。シランの例としては、例えばメチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、及びテトラメチルシラン等のメチル含有シラン；例えばジメトキシジメチルシラン、トリメトキシメチルシラン、テトラメトキシシラン、トリエトキシメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリエトキシビニルシラン、テトラエトキシシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン、トリメトキシフェニルシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（３−ｇｌｙｃｉｄｏｘｙｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ジエトキシメチルフェニルシラン、トリス（２−メトキシエトキシ）ビニルシラン、トリエトキシフェニルシラン、及びジメトキシジフェニルシラン等のアルコキシシランが挙げられるが、これらには制限されない。シロキサンの例としては、テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、及びテトラエトキシシランが挙げられるが、これらに制限されない。ケイ素含有化合物は、単一のシラン、二つ以上の異なるシランの混合物、単一のシロキサン、二つ以上の異なるシロキサンの混合物、または少なくとも一つのシラン及び少なくとも一つのシロキサンの混合物であってよい。
【００２３】
本発明の方法は従来の平行平板型化学気相蒸着システムを用いて実行されてよく、該システムは２周波モードで用いられる。そのようなシステムにおいて、蒸着チャンバは、高周波（ＲＦ）電源に接続された、上部電極、一般的にはシャワーヘッド、及び低周波（ＬＦ）電源に接続された、下部電極、一般的には基板ホルダを含む。ＲＦ電源は、一般的には周波数１〜２０ＭＨｚにおいて１０〜１０００Ｗの電力を供給する。ＣＶＤシステムではＲＦ周波数１３．５６ＭＨｚが一般的に使用される。ＬＦ電源は、一般的には周波数３２５〜３７５ＫＨｚにおいて１０〜１２００Ｗの電力を供給する。同様に、二つの信号間の相互作用を最小にするためにフィルタリングが一般的に使用される。例えば、インダクタ及びキャパシタが、各々上部電極及び下部電極を接地するために一般的に使用される。
【００２４】
ケイ素含有化合物の流速は典型的には２０〜１５０ｓｃｃｍ（標準立法センチメートル毎分）であり、または３０〜１２０ｓｃｃｍ、または３０〜８０ｓｃｃｍである。
【００２５】
アルゴンの流速は典型的には２００〜１５００ｓｃｃｍであり、または３００〜１２００ｓｃｃｍ、または３００〜８００ｓｃｃｍである。
【００２６】
酸素の流速は典型的には５〜１００ｓｃｃｍであり、または５〜６０ｓｃｃｍ、または５〜４０ｓｃｃｍである。
【００２７】
ケイ素含有化合物の流速に対するアルゴンの流速の比は１０〜３０であり、または１０〜２０であり、または１０〜１５である。ケイ素含有化合物の流速に対するアルゴンの流速の比が３０ｓｃｃｍを超えるときには、基板温度が実質的に上昇する可能性がある。
【００２８】
ケイ素含有化合物の流速に対する酸素の流速の比は０．１５から１．０であり、または０．５〜１．０であり、または０．５〜０．８である。ケイ素含有化合物の流速に対する酸素の流速の比が０．１５未満であるときには、バリア層の大部分がシリコンカーバイドを含有する。ケイ素含有化合物の流速に対する酸素の流速の比が１．０を超えるときには、一般的に層の水蒸気透過率が増加する。
【００２９】
基板温度は典型的には２０〜８０℃であり、または２５〜５０℃であり、または２５〜４０℃である。
【００３０】
蒸着圧力は典型的には１．３３〜６０Ｐａ、または１．３３〜２５Ｐａ、または１．３３〜１５Ｐａである。圧力が６０Ｐａを超えるときには、層の水蒸気透過率が一般的に増加する。
【００３１】
前記方法の第２段階において、ＲＦ電力が気体混合物に供給されてプラズマが発生し、ＲＦ電力は３００〜１０００Ｗである。または、ＲＦ電力は４００〜８００Ｗ、または４００〜６００Ｗである。
【００３２】
前記方法の第３段階において、ＬＦ電力が基板に供給され、ＬＦ電力は５０〜１２０Ｗであって、基板上に密度１．６ｇ／ｃｍ３以上の第１バリア層を形成する。または、ＬＦ電力は６０〜１００Ｗであり、または６５〜８５Ｗである。
【００３３】
各交替バッファ層は、典型的には２５℃における密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満である、または１．４ｇ／ｃｍ３未満である水素化シリコンオキシカーバイドを含む。典型的には交替バッファ層の水素化シリコンオキシカーバイドは２５℃における密度が１．０〜１．５ｇ／ｃｍ３、または１．１〜１．５ｇ／ｃｍ３、または１．２〜１．５ｇ／ｃｍ３である。水素化シリコンオキシカーバイドの密度は、蒸着物の重量、厚み及び表面積を測定することによって容易に決定され得る。
【００３４】
そのバリア性に加えて、交替バッファ層は平滑な表面を提供し、その上に交替バリア層が蒸着されてよい。同様に、交替バッファ層はコーティングを有する基板の圧縮応力を低減する。
【００３５】
交替バッファ層の水素化シリコンオキシカーバイドは、ケイ素、酸素、炭素及び水素を含み、前記第１バリア層の水素化シリコンオキシカーバイドに関して上述された化学式によって表されてよい。
【００３６】
交替バッファ層は、典型的には、厚さが０．２〜１０μｍであり、または０．２〜５μｍであり、または０．２〜２μｍである。交替バッファ層の厚みが０．２μｍ未満であるときには、バッファ層は下部のバリア層を適切に被覆しない可能性がある。交替バッファ層の厚みが１０μｍを超えるときには、層はクラックを形成しやすい可能性がある。
【００３７】
交替バッファ層は、典型的には、電磁スペクトルの可視領域の光（〜４００ｎｍから〜７００ｎｍ）に関して透過パーセントが少なくとも６０％であり、または少なくとも７０％であり、または少なくとも８０％である。例えば、厚さ１５０μｍのポリエチレンテレフタレート基板上の厚さ１μｍのバッファ層では、典型的には少なくとも８０％である。
【００３８】
密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満である水素化シリコンオキシカーバイドの交替バッファ層を蒸着する方法は従来技術でよく知られており、Ｌｏｂｏｄａらの米国特許第６，１５９，８７１号明細書；Ｌｏｂｏｄａの国際公開第０２／０５４４８４Ａ２号パンフレット；Ｈｕらの米国特許第５，７１８，９６７号明細書；Ｔｈｏｍａｓらの米国特許第５，３７８，５１０号明細書に例示される。例えば、密度が最大で１．４ｇ／ｃｍ３である水素化シリコンオキシカーバイド膜が、米国特許第６，１５９，８７１号明細書に記述されるように、化学気相蒸着法によって蒸着されてよい。簡単に述べると、この方法は、基板を含む蒸着チャンバ内部にメチル含有シラン及び酸素を提供する気体を含む反応性気体混合物を導入することと、温度２５〜５００℃で前記メチル含有シランと前記酸素を提供する気体との間に反応を引き起こすこととを含み；膜を形成する反応の間制御された量の酸素が存在し、前記膜は水素、ケイ素、炭素及び酸素を含み、基板上で誘電率が３．６以下である。メチル含有シランの例としては、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン及びテトラメチルシランが挙げられる。酸素を提供する気体の例としては、空気、オゾン、酸素、亜酸化窒素及び酸化窒素が挙げられるが、これらに制限されない。
【００３９】
蒸着工程の間存在する酸素の量は、酸素を提供する気体のタイプ及び／または量を選択することによって制御されてよい。酸素を提供する気体の濃度は、メチル含有シランの体積部（ｐａｒｔｓ  ｐｅｒ  ｖｏｌｕｍｅ）１に対して、典型的には体積部５未満であり、または体積部０．１〜４．５である。酸素の濃度が高すぎるときには、前記工程によって化学量論的にＳｉＯ２に近い酸化ケイ素膜が形成される。酸素の濃度が低すぎるときには、前記工程によって、化学量論的にＳｉＣに近いシリコンカーバイド膜が形成される。特定の用途に関して、酸素を提供する気体の最適な濃度は、通常の実験によって容易に決定され得る。
【００４０】
密度が１．４から１．６ｇ／ｃｍ３の間である水素化シリコンオキシカーバイド膜は、ケイ素含有化合物、アルゴン、及び酸素を含む反応性気体混合物を、バリア層を有する基板を含む蒸着チャンバ内部に導入することによって調製されてよく、ケイ素含有化合物は少なくとも一つのシラン、少なくとも一つのシロキサン、及びそれらの混合物から選択され、ケイ素含有化合物の流速に対するアルゴンの流速の比は１〜１０であり、ケイ素含有化合物の流速に対する酸素の流速の比は０．５から２．０であり、基板の温度は２５〜５０℃であり、圧力は５〜４０Ｐａである；気体混合物にＲＦ電力を適用してプラズマを発生し、ＲＦ電力は１５０〜３００Ｗである；基板にＬＦ電力を適用し、ＬＦ電力は１５〜３０Ｗである。
【００４１】
各交替バリア層は、密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイド、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから独立に選択され、与えられた少なくとも一つの交替バリア層はアルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから選択される。“交替バリア層”という用語は、密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイドの単一層；アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンの単一層；または、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから各々選択される二つ以上の異なる層を示す。
【００４２】
交替バリア層は、典型的には、厚さが０．２〜１０μｍであり、または０．２〜５μｍであり、または０．２〜２μｍである。交替バリア層の厚みが０．２μｍ未満であるときには、層の水蒸気透過率は典型的には増加する。交替バリア層の厚みが１０μｍを超えるときには、層はクラックを形成しやすい可能性がある。
【００４３】
水素化シリコンオキシカーバイドの交替バリア層及びそれを蒸着する方法は、前記第１バリア層に関して上述されたものと同様である。アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンの個々の層は、典型的には厚みが０．２〜３μｍであり、または０．２〜２μｍ、または０．２〜１μｍである。これらの金属、合金及び酸化物のバリア層は、例えば熱蒸着、共蒸着、ＲＦスパッタリング、及びＤＣマグネトロンスパッタリング等従来の方法を用いて蒸着されてよい。
【００４４】
図２に示されるように、本発明によるコーティングを有する基板の第２実施形態は以下を含む。基板２００；前記基板２００上の第１バッファ層２０２、前記第１バッファ層２０２は密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満である水素化シリコンオキシカーバイドを含む；及び第１バッファ層２０２上の少なくとも三つ（四つ示されている）の交替バリア層２０４及びバッファ層２０６、各交替バリア層２０４は密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイド、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから独立に選択され、各交替バッファ層２０６は密度が１．６ｇ／ｃｍ３未満である水素化シリコンオキシカーバイドを含み、与えられた少なくとも一つの交替バリア層２０４は密度が１．６ｇ／ｃｍ３以上の水素化シリコンオキシカーバイドであり、少なくとも一つの交替バリア層２０４はアルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンから選択される。
【００４５】
コーティングを有する基板の第２実施形態は、前記第１バッファ層上に、典型的には３〜１０層の、または３〜５層の交替バリア及びバッファ層を備える。それらのバリア性に加えて、前記第１バッファ層及び交替バッファ層は平滑な表面を提供し、その上に交替バリア層が蒸着されてよい。同様に、第１バッファ層及び交替バッファ層はコーティングを有する基板の圧縮応力を低減する。
【００４６】
各交替バリア層及び各交替バッファ層は、コーティングを有する基板の第１実施形態で上述されたものと同様である。同様に、第１バッファ層は第１実施形態の交替バッファ層に関して上述されたものと同様である。さらに、第２実施形態のバリア層及びバッファ層は、第１実施形態に関して上述された方法を用いて蒸着されてよい。
【００４７】
前記コーティングを有する基板のバリア層は水蒸気透過率が低く、典型的には１０−１〜１０−３ｇ／ｍ２／ｄａｙである。同様に、前記バリア層は酸素、及び、例えば銅及びアルミニウム等の金属イオンの透過性が低い。さらに、前記バリア層はクラック形成に対する耐性が高く、圧縮応力が低い。さらに、前記バリア層は、従来のシリコンオキシカーバイド膜と比較して密度が高く、空隙率が低い水素化シリコンオキシカーバイドを含む。
【００４８】
本発明の方法は、従来の装置及び技術を用いて実行されてよい。例えば、前記バッファ層及びバリア層の水素化シリコンオキシカーバイドは、化学気相蒸着法及び２周波化学気相蒸着法を各々用いて蒸着されてよい。さらに、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、チタン、酸化チタン、窒化チタン、及び酸窒化チタンのバリア層は、例えば熱蒸発、ＲＦスパッタリング、及びＤＣマグネトロンスパッタリング等の従来の物理気相蒸着技術を用いて蒸着されてよい。
【００４９】
本発明のバリア層は、様々なデバイスにおいて層間誘電体及び／または水分及び酸素に対するバリアとして使用されてよく、前記デバイスは半導体デバイス、液晶、発光ダイオード、有機発光ダイオード、オプトエレクトロニックデバイス、光学デバイス、光起電力電池、薄膜電池及び太陽電池を含む。
【００５０】
［例］
以下の例は本発明のコーティングを有する基板及び方法をさらに説明するために与えられるが、添付されたクレームにおいて叙述された発明を制限することは意図されていない。
【００５１】
例において水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層及びバリア層は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  （Ｔｕｃｓｏｎ，Ａｚ）のＭｏｄｅｌ  Ｎｏ．２２１２  ＨＤＰ  平行平板化学気相蒸着システムを用いて、２周波モードでの操作により、基板温度２５℃、圧力０．０９Ｔｏｒｒ（１２．０Ｐａ）で、ＲＦ電源が上部電極（シャワーヘッド）に接続されて、及びＬＦ電源が下部電極（基板ホルダ）に接続されて、蒸着された。
【００５２】
各々のコーティングを有する基板を調製する前に、蒸着チャンバは、チャンバの内部表面を５〜１０分間、圧力４０Ｐａ、ＣＦ４流速５００ｓｃｃｍ、Ｏ２流速１００ｓｃｃｍ、ＬＦ電力４０Ｗ、ＲＦ電力５００ＷにおいてＣＦ４及びＯ２から形成されたプラズマを用いる第１プラズマエッチングによって完全に清浄にされた。プラズマエッチングの後、チャンバ壁はイソプロピルアルコールで拭かれた。
【００５３】
例において、チタン、アルミニウム及び窒化チタンを含むバリア層は、ＤＣマグネトロンスパッタリングによって約０．０２−０．０５μｍ／分の速度で蒸着された。
【００５４】
例において、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）基板（コーティングを有する、及びコーティングされていない）は、圧力１２．０Ｐａで３０秒間、アルゴン流速５００ｓｃｃｍ、ＬＦ電力４０Ｗ、及びＲＦ電力３００Ｗの条件下でアルゴンプラズマを用いて処理された。
【００５５】
コーティングを有するＰＥＴ基板及びコーティングされていないＰＥＴ基板の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）は、ＭＯＣＯＮ  ＰＥＲＭＡＴＲＡＮ−Ｗ透過試験システムを用いて、温度３７．８℃及び相対湿度９０％において測定された。コーティングを有するＰＥＴ試験片は拡散セル内部に固定され、その後前記拡散セルは安定した水蒸気透過率が得られるまで乾燥窒素（１０ｓｃｃｍ）でパージされた。
【００５６】
コーティングを有するＰＥＴ基板の圧縮応力は、Ｔｅｎｃｏｒ  ＦＬＸ−２３２０  （ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ，ミルピータス，カリフォルニア）薄膜応力測定システムを用いて、温度１８−２２℃で窒素雰囲気において測定された。
【００５７】
水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層及びバリア層の密度は、直径１０．２ｃｍの円形の基板上に蒸着された膜の重量、厚み及び表面積を測定することにより決定された。層の重量は、環境条件（２５℃、１０１．３ｋＰａ）下で１×１０−５ｇの精度を有する化学天秤を用いて決定された。
【００５８】
膜厚及び屈折率は、分光偏光解析装置（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ  Ｃｏ．，Ｉｎｃ．，Ｌｉｎｃｏｌｎ，ＮＥ）を用いて環境条件下で測定された。試験片は、直径１０．２ｃｍ及び比抵抗５ｏｈｍ−ｃｍ超のｐ−Ｓｉウェハ上に膜を蒸着することによって調製された。
【００５９】
［例１−３］
例１及び２の各々について、以下の多層構造を有するコーティングを有する基板が、表１に示されたプロセス条件を用いて調製された。
例１：ＰＥＴ／バッファ／バリアＡ／バッファ／バリアＡ／バッファ／バリアＢ／バッファ
例２：ＰＥＴ／バッファ／バリアＡ／バッファ／バリアＡ／バッファ／バリアＣ／バッファ
ここでＰＥＴとは、プラズマ処理されたポリエチレンテレフタレートの直径２０ｃｍ及び厚さ１７５μｍの円形シート（上記参照）を示し、バッファとは密度が１．５ｇ／ｃｍ３の水素化シリコンオキシカーバイドのバッファ層を示し；バリアＡとは密度が１．９ｇ／ｃｍ３の水素化シリコンオキシカーバイドのバリア層を示し；バリアＢとは、下部のバッファ層上のチタン層（〜３００ｎｍ）及びチタン層上のアルミニウム層（〜３００ｎｍ）からなるバリア層を示し；バリアＣとは、下部のバッファ層上の窒化チタン層（〜３００ｎｍ）及び窒化チタン層上のアルミニウム層（〜３００ｎｍ）からなるバリア層を示す。例３において、直径１０ｃｍ及び厚さ１７５μｍのコーティングされていないプラズマ処理基板の水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）が、例１及び２のコーティングを有する基板との比較のために測定された。コーティングを有する基板のバッファ層及びバリア層の性質は表１に示され、コーティングされていない基板及びコーティングを有する基板の性質は図２に示される。
【００６０】
【表１】
2008510075.tif 000002
ＴＭＳはトリメチルシランを、ＬＦは低周波を、ＲＦは高周波を、ＤＲは蒸着速度を、Ｔは平均厚みを、ＲＩは屈折率を、応力は圧縮応力を、ｄは密度を示す。
【００６１】
【表２】
2008510075.tif 000003
ＷＶＴＲは水蒸気透過率を、コーティング厚みはバッファ層及びバリア層を合わせた全厚みを、コーティングなしは、コーティングされていないＰＥＴ基板を示す。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明によるコーティングを有する基板の第１実施形態の断面図である。
【図２】本発明によるコーティングを有する基板の第２実施形態の断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１００、  基板
１０２  第１バリア層
１０４  交替バッファ層
１０６  交替バリア層
２００  基板
２０２  第１バッファ層
２０４  交替バリア層
２０６  交替バッファ層
【図１】
2008510075.tif 000004
【図２】
2008510075.tif 000005
【国際調査報告】
2008510075.tif 000006
2008510075.tif 000007
2008510075.tif 000008