(57)【要約】  本発明は第１および第２物質からなる基板の表面を原子層堆積プロセスを用いて保護物質の薄膜で選択的に被覆する方法を与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が伝導性領域と非伝導性領域からなる基板の非伝導性領域を表面被覆する方法で、前記の方法が被覆物質による原子層堆積プロセスを用いて基板表面の非伝導性領域上に薄膜を選択的に形成するために十分な条件下で薄膜を形成することからなる方法。
【請求項２】
薄膜が絶縁膜であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
薄膜が酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
被覆物質がトリメチルアルミニウムからなることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
導電性領域の表面が酸化銅からなることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
原子層堆積が実質的に非還元性条件下で行われることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
非導電性領域が二酸化ケイ素からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第２の被覆物質による原子層堆積プロセスをさらに繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
被覆物質と第２の被覆物質が同じであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
被覆物質と第２の被覆物質が異なることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
基板の表面を保護物質の薄膜で選択的に被覆する方法で、そこで前記の基板表面が第１および第２の物質からなり、前記の方法が基板表面の第１物質上に保護物質の薄膜を選択的に形成するために十分な条件下での被覆物質による原子層蒸着プロセスを用いた薄膜層の形成からなることを特徴とする方法。
【請求項１２】
第１の物質が非伝導性物質であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第２の物質が伝導性物質であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の方法を用いて作られた基板からなる電子デバイス。
【請求項１５】
前記の電子デバイスが表示素子であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記の電子デバイスが光起電素子であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記の電子デバイスがラジオ周波数識別素子であることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その構成要素において参照することにより本書に組み込まれる２００７年１１月６日提出の米国仮出願第６０／９８５，９３１号の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は第１および第２物質からなる基板表面を、原子層堆積プロセスを用いて保護物質の薄層で選択的に被覆する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体および他の電子デバイスの製作では保護層の被覆を摘要するためしばしばマスキングプロセスが用いられる。代表的なマスキングプロセスは、以下に限るものではないが、化学蒸着（ＣＶＤ）および原子層堆積（ＡＬＤ）を含む。
【０００４】
原子層堆積（ＡＬＤ）は気相プロセスである；それゆえ、堆積物質は典型的に試料のどこでも区別なしに被覆する。さらに、ＡＬＤは視覚的プロセスには入らないので、ＡＬＤ膜をパターン化することはできない。一つの解決策はマスクの使用、例えばフォトリソグラフィーを用い、ついでＡＬＤプロセスを用いることである。残念なことに、マスクの使用により電子製造プロセスの時間と費用は増加する。さらに、いつでもマスクが使用できるわけではない。その上、フォトリソグラフィープロセスで通常用いられるフォトレジストおよびリフトオフ材料（一般にポリマー物質）は、ＡＬＤの前駆化学物質を吸着し、選択的に用いなければならない。
【０００５】
従って、マスクを用いる必要なしにＡＬＤを用いて選択的に基板の一部を塗布する方法が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は基板表面をＡＬＤプロセスを用いて保護物質の薄層で選択的に被覆する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある面では表面が伝導性領域と非伝導性領域からなる基板の非伝導性領域を被覆する方法を提供し、前記の方法は基板表面の非伝導性領域上に選択的に薄膜を形成する条件下でＡＬＤプロセスを用いて保護物質の薄膜を形成することからなる。
【０００８】
ある実施例では、薄膜は絶縁膜である。
【０００９】
それにもかかわらず他の実施例では、薄膜は酸化アルミニウムからなる。これらの実施例の中で、ある例では被覆物質はトリメチルアルミニウムからなる。さらに他の例では、伝導性領域の表面は酸化銅からなる。これらの例の中では、ある場合には、原子層堆積プロセスは実質的に非還元的条件下で行われる。
【００１０】
さらに他の実施例では、非伝導性領域は二酸化ケイ素からなる。
【００１１】
しかしながら他の例では、本発明の方法はさらに第２の被覆物質で原子層堆積プロセスを繰り返すことからなる。これらの実施例の中で、ある例では被覆物質と第２の被覆物質は同じである。さらに他の例では、被覆物質と第２の被覆物質は異なる。
【００１２】
本発明の他の面では、第１および第２の物質からなる基板表面を保護物質の薄膜で選択的に被覆する方法を与える。そのような方法は、塗布物質での原子層堆積プロセスを用いて、基板の第１の物質上に保護物質の薄膜を選択的に形成するために十分な条件下で、薄膜層を形成することからなる。
【００１３】
ある実施例では、第１の物質は非伝導性物質である。
【００１４】
他の実施例では、第２の物質は伝導性物質である。
【００１５】
本発明の他の面では、ここに述べた方法を用いて作られる基板からなる電子デバイスを与える。
【００１６】
ある実施例では、電子デバイスは表示素子である。
【００１７】
それにもかかわらず他の実施例では、電子デバイスは表示素子からなる。
【００１８】
さらに他の実施例では、電子デバイスは光起電素子である。
【００１９】
他の実施例では、電子デバイスはラジオ周波数識別素子である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】Ａｌ２Ｏ３成長前（右）および成長後（左）の試料の写真である。
【図２】Ａｌ２Ｏ３堆積前後のＣｕ領域の電流対電圧のプロットである。
【図３】ＡＬＤ封入ＯＬＥＤデバイスとガラス／エポキシ封入ＯＬＥＤデバイスの電流効率を示す比較図である。
【図４】ＡＬＤ封入ＯＬＥＤデバイスとガラス／エポキシ封入ＯＬＥＤデバイス間の輝度対電圧を示す比較図である。
【図５】ＡＬＤ封入ＯＬＥＤデバイスとガラス／エポキシ封入ＯＬＥＤデバイス間の電流密度対電圧の比較図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ＡＬＤは自己制御的で、逐次的な表面化学であり、様々な組成の基板の上に物質のコンフォーマルな薄膜を堆積する。ＡＬＤ膜成長は自己制御的で表面反応に基づいていて、原子スケールの堆積制御を可能にする。ＡＬＤは、ＣＶＤ反応を少なくとも２つの別々の反応に分ける以外、化学的に化学蒸着（ＣＶＤ）と同様であり、反応中前駆物質を別々に保つ。被覆の全工程にわたって前駆物質を別々に保つことにより、膜成長の原子層制御をＡＬＤにより得ることができる。
【００２２】
ＡＬＤ成長膜は典型的にコンフォーマルであり、ピンホールがなく、化学的に基板に結合するので、ＡＬＤは他の薄膜堆積技術よりも有利である。ＡＬＤにより、深い溝内、多孔性媒体および粒子周囲に均一な厚さの被膜を堆積すること可能である。ＡＬＤは種々のセラミックスを含む、伝導体から絶縁体まで、いくつかのタイプの薄膜の堆積に用いることができる。
【００２３】
残念ながら、原子層堆積（ＡＬＤ）は気相プロセスなので、通常堆積物質は試料のどこでも被覆する、すなわち、膜形成は本来、無差別的である。その上、ＡＬＤはマスクを使用できる視覚的プロセスに入らないので、ＡＬＤ膜をパターン化することは非常に困難である。
【００２４】
本発明はＡＬＤを用いて基板表面を保護または絶縁物質の薄膜で選択的に被覆する方法を与える。基板表面は少なくとも２つの異なる物質、第１および第２の物質からなる。本発明の方法は、基板表面上の第１の物質の上に保護または絶縁物質の薄膜を選択的に形成するのに十分な条件で、ＡＬＤを用いて被覆物質の薄膜層を形成することからなる。前記のように、通常ＡＬＤは基板表面の全体を被覆する。しかしながら、本発明者らは適切な基板表面物質および前駆体を選ぶことによって、ＡＬＤは基板表面の異なる部分を選択的に被覆できることを見出した。典型的には、本発明の方法は基板表面の第１の物質を選択的に薄膜で被覆し、基板表面の第２物質を実質的に被覆されないままに残す。当然のことながら、本発明の方法は基板表面の第２の物質の一部を被覆するかもしれないとはいえ、全過程は概して第２の物質の物理的、化学的、および／または電気的性質を実質的に変えずに残す。典型的には、しかしながら、本発明の方法によって、第２の物質の少なくとも９０％、多くの場合少なくとも９５％、より多くの場合少なくとも９８％は変わらないままである。
【００２５】
多くの場合、薄膜は絶縁（例えば電気的および／または熱的絶縁）層である。本発明の方法に適する薄膜の典型的な化学組成は、これに限定するものではないが、酸化アルミニウムおよび二酸化ケイ素を含む。“電気的に非伝導性”および“電気的に絶縁性”の用語はここで同じ意味に用いられ、電気抵抗が少なくともおよそ５×１０１５オーム／ｃｍ−１、多くの場合少なくとも１０１７オーム／ｃｍ−１、より多くの場合少なくとも１０１６オーム／ｃｍ−１である物質をいう。“熱的に非伝導性”および“熱的に絶縁性”の用語はここでは同じ意味に用いられ熱伝導率が約２０Ｗ／ｍＫまたはそれより小さい、多くの場合約１８Ｗ／ｍＫまたはそれより小さい、より多くの場合約２２Ｗ／ｍＫまたはそれより小さい物質をいう。
【００２６】
基板表面の第１の物質（伝導性または非伝導性のどちらでもよい）は通常は非伝導性（例えば、電気的および／または熱的に非伝導性）物質である。基板表面の典型的な第１の物質は、これに限るものではないが、酸化ケイ素、アルミニウム、カルシウム、バリウム、銀またはそれらのアマルガムおよび他の非導電性または非熱伝導性非金属あるいはポリマー物質を含む。
【００２７】
第１の物質とは対照的に、基板表面の第２の物質は通常伝導性（例えば、電気的および／または熱的に伝導性）物質である。すなわち、第２の物質の物理的構成要素は一般に第１の物質のそれとは反対になるように選ばれる。基板表面に対する典型的な第２の物質は金属および金属酸化物（例えば銅および酸化銅）、および他の導電性および／または熱伝導性の金属またはポリマー物質を含む。
【００２８】
本発明の方法は第２の物質の存在下で第１の物質を選択的に被覆する適切な薄膜前駆物質の選択を利用する。ある特定の実施例では、薄膜は酸化アルミニウムからなる。酸化アルミニウムは酸化銅の存在下で酸化ケイ素上に選択的に堆積する。酸化アルミニウム層はトリアルキルアルミニウム化合物と水を用いてＡＬＤによって形成される。ある特定の実施例では、Ａｌ２Ｏ３ＡＬＤ表面化学はＡｌ（ＣＨ３）３とＨ２Ｏの逐次堆積に基づいている。Ａｌ２Ｏ３ＡＬＤ表面化学は下記の２つの逐次表面反応で表される：
（１）  ＡｌＯＨ・＋Ａｌ（ＣＨ３）３→ＡｌＯ−Ａｌ（ＣＨ３）２・＋ＣＨ４
（２）  ＡｌＣＨ３・＋Ｈ２Ｏ→ＡｌＯＨ・＋ＣＨ４
表面化学、薄膜成長速度、および薄膜の性質はＡｌ２Ｏ３ＡＬＤについて広く研究されてきた。各反応サイクルでＡＢサイクルにつき１．２Å（オングストローム）の酸化アルミニウム層が堆積する。
【００２９】
多くの無機膜がＡＬＤ技術で堆積できる。ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３ＡＬＤ膜はまた低温で堆積できて、それは低分子および高分子物質あるいはフレキシブルディスプレーの例で用いられるプラスチック基板に適合する。さらに、金属材料もまたＡＬＤ法によって堆積できる。さらに最近、分子層堆積（ＭＬＤ）と呼ばれるポリマーを加工するため分子層を用いるＡＬＤ類似の技術によって有機および無機／有機ハイブリッド物質が示されてきた。
【００３０】
いくつかの実施例では、銅（または表面の酸化銅）基板上に伝導性のパターンを形成するため、あるいは既存の伝導性パターンの一部を上塗りするために用いられる。Ａｌ２Ｏ３原子層堆積（ＡＬＤ）は伝導性パターン上に絶縁層を作るために用いられる。Ａｌ２Ｏ３は基板のＣｕ部分上で著しくは核とならないので、Ｃｕが堆積したところ以外のあらゆる所がＡｌ２Ｏ３で被覆されたパターン化表面になる。このことは基板に伝導性および非伝導性／絶縁領域の超薄パターン化表面を作る効果的な手段である。電気的接続はこれらの点にＡＬＤ膜を妨げることなく作られる。
【００３１】
原子層堆積（ＡＬＤ）は気相前駆体の逐次堆積による薄膜形成プロセスである。いくつかの実施例では、Ａｌ２Ｏ３膜は通常トリメチルアルミニウムと水を用いて堆積される。Ａｌ２Ｏ３膜は殆どの物質上に成長できて、金属、無機物質およびポリマー材料を含む様々な基板上に示されてきた。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３核生成はＣｕ表面上に限られる。自然の酸化物を伴うＣｕ表面は非還元的条件でＡｌ２Ｏ３堆積を妨害する。還元的条件（例えば、＞３００℃、還元性の水素気流で）Ｃｕ表面上にＡｌ２Ｏ３膜を核生成するができる。
【００３２】
Ａｌ２Ｏ３は絶縁材料としてまた拡散障壁として広く使われてきた。ＡＬＤは超薄膜の成長を許すけれども、ＡＬＤ膜のパターン化は困難である。本発明は伝導性領域のパターン化にＣｕを用いることを見出し、同じ表面上に伝導性および非伝導性（絶縁性）領域をつくるため、ＡＬＤ膜を効果的にパターン化できる。さらに伝導性領域をＡＬＤ堆積から保護するが他の領域は絶縁されるように試料の伝導性領域を上塗りできる。この方法を用いて伝導性および絶縁性領域のマトリックスまたはピクセルパターンを作ることができる。このことはデバイスの封入／浸透障壁、デバイス作成、および選択的パターン化の適用に有利である。
【００３３】
Ａｌ２Ｏ３はまた他の多くのＡＬＤ膜の核生成に使用できる。従って、本発明の方法は他の多くの膜のパターン化に利用できる。
【００３４】
本発明のさらなる目的、利点、新規性は、それに限るものではないが、以下の実施例を調べることで当業者に明らかになるであろう。
【実施例】
【００３５】
図１は本発明の方法を用いたＣｕでパターン化したＳｉＯ２表面に堆積したＡｌ２Ｏ３の特定の実例を示す写真である。図１では、試料の半分を１７７℃で８３０回Ａｌ２Ｏ３ＡＬＤに曝露した。図から明らかなように、堆積はＳｉＯ２領域に選択的に起きる。図２は堆積前後の伝導性パッドの電流対電圧（ＩＶ）プロットを示す。ＩＶプロットは殆ど同等である。絶縁性Ａｌ２Ｏ３膜はＣｕ領域上には存在しない。
【００３６】
ＩＴＯ被覆ガラスを２％テルギトール溶液中で超音波洗浄し、ついで脱イオン水ですすぎ７０℃に加熱したＤＩ水：水酸化アンモニウム：過酸化水素の５：１：１溶液に１０分間浸した。ついで基板をＤＩ水ですすぎアセトンおよびメタノールで各１５分間超音波洗浄した。窒素で乾燥後、ＵＶ／オゾンで清浄にした。ついで銅を基準圧２×１０６ｍｂａｒ、速度２．５ｎｍ  ｓ−１でシャドーマスクＣＶＤプロセスを用いて基板の所要の接触点に厚さ約２００ｎｍまで堆積させた。
【００３７】
多層ＯＬＥＤをＣＶＤプロセスを利用して作成した。この堆積物の構造は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン（ＴＰＤ、７０．００ｎｍ、速度５．０Å  ｓ−１で再昇華、堆積）、アルミニウムトリス（８−ヒドロキシキノリン（Ａｌｑ３、５０．００ｎｍ、速度５．０Å  ｓ−１で再昇華、堆積）、フッ化リチウム（ＬｉＦ、１．５０ｎｍ、速度０．０１ｎｍ  ｓ−１で堆積）であり、Ａｌからなるカソードは５から２５ｎｍ  ｓ−１の可変速度で堆積した。膜堆積は基準圧２×１０−６ｍｂａｒで行った。
【００３８】
ついでデバイスの半分を不活性雰囲気下でＡＬＤ反応器に移しＡｌ２Ｏ３ＡＬＤに６０℃で２００回曝露した。残りのデバイスは標準ＵＶ硬化エポキシおよびガラススライドを用いて封入した。
【００３９】
図３から５は各デバイスの電気光学比較データを示す。図から明らかなように、ＡＬＤ封入ＯＬＥＤデバイスは著しくよい電気光学データを有する。
【００４０】
前記の本発明の議論は例示と記述の目的で提示してきた。前記の事項は本発明をここに開示した形に限定することを意図するものではない。本発明の記述は１つまたはそれ以上の実施例および特定の変化と修飾を含むものであるけれども、他の変化と修飾も本発明の範囲内であり、例えば、本開示を理解した後では、当業者の技術および知識の範囲内であるかもしれない。代わりの、置き換え可能なおよび／または同等の構造、機能、範囲あるいはステップがここに開示されているかどうかにかかわらず、またいかなる特許可能な事項も公にささげる意図なしに、請求事項に対する代わりの、置き換え可能なおよび／または同等の構造、機能、範囲あるいはステップを含む、許される範囲での代わりの実施例を含む権利を得ることを意図するものである。
【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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【国際調査報告】
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