封止フィルムの透過率の改善方法
炭素含有材料層を基板上に堆積するための方法は、炭素含有材料層用の前駆体混合物を処理チャンバ内に供給し、炭素含有材料層をケイ素でドープし、炭素含有材料層を低温で堆積することを含む。一態様において、炭素含有材料層の光透過率は可視光スペクトルの全ての波長で改善される。加えて、封止層を堆積するための方法は使用される下層材料の熱安定性不良により低温堆積処理を必要とする様々なディスプレイ用途を対象としている。封止層は１つ以上のバリア層材料層と１つ以上の非晶質炭素材料層を含んでいてもよい。非晶質炭素材料は熱応力を軽減し、堆積した薄層が基板から剥離することを防止するために使用可能である。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、化学気相蒸着処理を用いての薄膜の堆積に関する。更に具体的には、本発明は大面積基板上に薄膜を堆積するための方法に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と比較した場合のその迅速な応答時間、広い視野角、高いコントラスト、軽量性、低電力及び可撓性基板への適合度の高さという観点から、近年、ディスプレイ用途で非常に高い関心を得ている。ＯＬＥＤの実際的な応用は、図１に図示されるように、２つの電極１０２、１０４に挟持されて基板１０１上に構成される有機材料１０３の層を用いて可能となる。例えば、従来の単一の有機層とは対照的に、単極（孔）輸送が可能な層ともう一方のエレクトロルミネセンス用の層を含む２つの有機層をアノード層及びカソード層と共に用いてＯＬＥＤディスプレイに必要な動作電圧を低下させることが可能である。通常、カソード層は金属材料を含み、アノード層はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）材料等の透明材料を含んでいてもよく、トップエミッション方式のデバイス又はボトムエミッション方式のデバイスでの発光用にそれぞれ基板に隣接した底部又はＯＬＥＤデバイスの最上部に配置される。有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイス、アクティブマトリクス方式デバイス、及びその他のデバイスはＴＦＴ構造等の追加の構造を含んでいてもよい。
【０００３】
長年に亘り、ディスプレイデバイス中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。例えば、積層させた有機層には正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、及び電子注入層が含まれる。上記５つの有機層全てがＯＬＥＤセルの構築に必要である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、正孔輸送層及び発光層だけが必要である。適当な電圧（典型的には数ボルト）をセルに印加すると、注入された正負の電荷が発光層内で再結合して発光する（エレクトロルミネセンス）。有機層の構造及びアノード、カソード層の選択は発光層内での再結合過程が最も有効に行われ、ＯＬＥＤデバイスからの光出力が最大となるように設計されている。
【０００４】
ＯＬＥＤで使用される有機材料に加え、多くの高分子材料もまた、分子の小さい、フレキシブル有機発光ダイオード（ＦＯＬＥＤ）及び高分子型発光ダイオード（ＰＬＥＤ）ディスプレイ用に開発されている。これらの有機及び高分子材料の多くは様々な基板上に複合多層型デバイスを形成する際に融通が利くことから、様々な透明多色ディスプレイ用途、例えば薄型フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、フレキシブルディスプレイ、電気励起型有機レーザ、及び有機光増幅装置にとって理想的である。ディスプレイデバイスの寿命には限界があり、ＥＬ効率の低下と駆動電圧の上昇を特徴とし、有機又は高分子材料の劣化、発光しないダークスポットの形成、及び約５５℃以上の高温での有機層の結晶化、例えば正孔輸送材料の結晶化を原因としている。従って、これらの材料を低温、例えば約１００℃以下で堆積する方法が必要である。
【０００５】
加えて、材料の劣化及びダークスポット問題の主な原因に水分と酸素の侵入がある。例えば、湿度の高い大気への曝露が、発光層としてよく使用される８−ヒドロキシキノリン・アルミニウム（Ａｌｑ３）の結晶構造の形成を誘発し、これがカソードの剥離につながり、時間の経過と共に発光しないダークスポットの拡大につながることが判明している。加えて、空気又は酸素への曝露によりカソードの酸化が生じる可能性があり、有機材料は一旦、水又は酸素と反応すると使い物にならなくなる。現在、殆どのディスプレイ製造業者が金属缶又はガラス缶材料をデバイス内の有機材料を水（Ｈ２Ｏ）又は酸素（Ｏ２）からの攻撃から保護するための封止層として使用している。金属又はガラス材料は紫外線硬化させたエポキシ樹脂のビードを用いて蓋のようにして基板に取り付けられる。しかしながら、水分はエポキシ樹脂に容易に浸透可能であるため、デバイスを損傷してしまう。
【０００６】
無機材料、例えばプラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）で形成した窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）及び酸化ケイ素（ＳｉＯ）等のその他の材料を水分、空気及びこういったデバイスにとって腐食性を示すイオンに対して効果的な封止／バリア層として使用することも可能である。例えば、図１に図示されるように、封止／バリア層１０５は基板１０１の最上部上に堆積され、その下の電極１０２、１０４及び有機材料１０３を保護している。しかしながら、遮水無機封止材料を低温堆積法を用いて生成するのは非常に困難であり、これは得られるフィルムの密度が低く、欠陥ピンホール構造の発生が高くなるからである。有機層中での水分の残留も、封止したデバイス内であってもＡｌｑ３の結晶化過程を促進することがあるということに留意することが重要である。加えて、封止時に捕捉されＯＬＥＤデバイス内に浸透してカソードや有機材料と接触する酸素及び湿気により、通常、ダークスポットが形成され、有機発光ダイオードを損なう欠陥となることが多い。従って、良好な封止／バリアフィルムは水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）が低い必要もある。
【０００７】
薄膜無機窒化ケイ素（ＳｉＮ）に関連した材料を封止／バリア層として使用する場合には別の問題が生じる。封止層を厚く堆積すると酸素及び水に対しての良好なバリアとして機能するが、通常、硬質で脆く、厚すぎることから基板表面への接着性が低く、特に高温及び高湿度という条件下では亀裂や基板表面からの剥離が発生する。封止層を薄くすると接着性と熱安定性が向上するが、水分バリアとしては厚さが不十分となる。従って、追加のストレス緩和層又はその他の操作が必要となる場合がある。例えば、我々は、以前は１つ以上の低誘電率材料層を１つ以上の無機封止／バリア層と交互に用いることで遮水性と熱応力性能を改善し、その下のデバイスを保護していた。しかしながら、良好な遮水性能が得られたにもかかわらず、低誘電率材料はあまり透明性が高くなく、複数の層を用いた場合、光透過率が低下する。このため、交互に積層した低誘電率材料は多層型封止層を通しての発光が必要とされる用途には適合しない。図２は可視光スペクトルを透過する光と異なる厚みの低誘電率材料フィルムとの間の直接的な相関関係を示す。線２４０は最も厚みのあるフィルム、線２１０は最も薄いフィルムを表しており、４つの誘電率材料フィルムの透過率は４つの線２１０、２２０、２３０、２４０について低波長で特に低く、これらの波長での光透過性の質に直接影響し、カラーディスプレイの不良へとつながる。
【０００８】
従って、大面積基板上に透過性を改善しながらストレス緩和材料と封止／バリア材料から成る複数の層を堆積するための方法が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の実施形態は、概して、基板上に封止フィルムを堆積するための方法及び装置を提供する。一実施形態において、多層型封止フィルムを基板処理システム内に設置された基板上に形成する方法は、第１ケイ素含有化合物を基板処理システムへと供給することで複数の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。本方法は、１つ以上の炭素含有材料層をその１つ以上のケイ素含有無機バリア層の間に及び／又は交互に基板温度約２００℃以下で堆積することを更に含み、炭素含有化合物と、第２ケイ素含有化合物と、窒素含有化合物を含む前駆体混合物を基板処理システムに供給することで行う。
【００１０】
別の実施形態においては、非晶質炭素層を備えた多層型封止フィルムを基板処理システム内の基板上に形成する方法は非晶質炭素層用の炭化水素含有前駆体を供給し、非晶質炭素層のフィルム均一性を改善するための水素ガスを基板処理システムに供給し、非晶質炭素層の光透過率を約８０％以上にと全ての可視光スペクトルの波長でもって改善するためのケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体とを基板処理システムに供給することを含む。本方法は更に基板温度を約１５０℃以下に制御し、プラズマを発生させることで非晶質炭素層を基板表面上に堆積し、所望の厚さの非晶質炭素層が得られるまで非晶質炭素層を基板上に堆積することを含む。
【００１１】
更に別の実施形態では、ケイ素含有無機バリア材料と炭素含有材料の１つ以上の層を有する封止層を基板処理システム内の基板上へと堆積する方法を提供する。本方法はケイ素含有無機バリア層用の第１前駆体混合物を供給し、水素ガスを基板処理システム内に供給し、基板の温度を約１５０℃以下に制御し、プラズマを発生させることで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。本方法は、炭素含有材料層用の第２前駆体混合物を供給し、水素ガスを基板処理システム内に供給し、基板温度を約１５０℃以下に制御し、プラズマを発生させて炭素含有材料層をケイ素含有無機バリア層の表面に堆積させることを更に含む。第２前駆体混合物は炭化水素含有前駆体と、ケイ素含有前駆体と、窒素含有前駆体を含む。封止層は、その厚さが約１５０００オングストローム以上に達するまで基板上に堆積される。
【００１２】
更に別の実施形態において、非晶質炭素層を備えた多層型封止フィルムを基板処理システム内の基板上に形成する方法は炭化水素含有前駆体を非晶質炭層の形成のために第１流量で供給し、非晶質炭素層のフィルム均一性を改善するための水素ガスを基板処理システムに供給することを含む。本方法は、ケイ素含有前駆体を第２流量で、窒素含有前駆体を第３流量で基板処理システムに供給し、基板温度を約１５０℃以下に制御し、プラズマを基板処理システム内で一定時間発生させることを更に含み、ここで第１流量と第２流量の比を４：１以上とすることで非晶質炭素層を基板表面上に堆積し、非晶質炭素層をケイ素でドープする。
【００１３】
更に別の実施形態において、低温材料層を基板上に堆積するための装置も提供する。本装置は処理チャンバ内に配置された、大面積基板等の基板を支持するための基板支持体と、処理チャンバ内部でプラズマを発生させるための、処理チャンバに連結されたＲＦ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１つ以上の窒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、基板温度を約２００℃以下に制御し、かつ１つ以上の炭素含有材料層を１つ以上のケイ素含有無機バリア層の間に有する封止層を堆積するよう適合された、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】
【００１４】
本発明は、概して、基板とその上に堆積されたフィルム／層との間の遮水及び熱安定性能を改善するための方法に関する。本発明では水素ガスを用いてフィルム表面粗さを軽減し、基板表面上で滑らかなフィルム表面と高いレベルのフィルム均一性を実現することについて記載している。堆積されたフィルム表面が滑らかであることで更に水と酸素の大気中からフィルム内への浸透が防止され、非常に低いＷＶＴＲ（Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｒａｔｅ：水蒸気透過速度）値を示す。ＷＶＴＲはフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）業界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デバイス等の基板表面上に封止／バリア層を堆積することでデバイスの寿命を大幅に増大／延ばすための方法及び装置を提供する。
【００１５】
加えて、本発明は低温、例えば約２００℃以下で炭素含有材料層を大面積基板表面上に堆積し、図２で図示されるような４３０ｎｍ〜５７０ｎｍの低波長で観察される低光透過率を克服するための方法について記載している。従って、本発明は可視光スペクトルの全ての波長、例えば４００ｎｍ〜９００ｎｍで約８０％以上まで炭素含有材料層の光透過率を上昇させる。
【００１６】
炭素含有材料層としては非晶質炭素材料、ケイ素ドープ炭素材料、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を挙げることができる。炭素含有材料及び／又は非晶質炭素材料を封止層の一部として使用して、封止層のフィルム均一性、フィルム接着性、及び熱安定性を改善することが可能である。従って、炭素含有材料又は非晶質炭素材料の１つ以上の層を基板表面上に堆積させ、ＯＬＥＤデバイスその他等のディスプレイデバイスの遮水性能を改善するための接着性強化層又は熱応力緩和層として機能させることが可能である。
【００１７】
本発明は更に、水及び酸素の基板表面への拡散の防止に使用可能な単層又は多層型封止フィルムを提供する。単層型封止フィルムはケイ素含有無機バリア材料であってもよく、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素その他が挙げられる。多層型封止フィルムは１つ以上のバリア層と１つ以上の炭素含有材料層を含んでいてもよい。１つ以上の炭素含有材料層は、封止層及び／又は１つ以上のバリア層の接着性と熱安定性を強化する役割を果たす。
【００１８】
一実施形態において、１つ以上の炭素含有材料層は１つ以上のバリア層間に堆積される。例えば、少なくとも１つの非晶質炭素層と少なくとも１つのバリア材料層を交互にディスプレイデバイス等の基板表面上に堆積する。
【００１９】
別の実施形態では、第１非晶質炭素層より前に第１バリア層を基板表面上に堆積することで良好な遮水性能を付与する。更に別の実施形態においては、ケイ素含有無機バリア材料が最上層として堆積されるように多層型の封止フィルムを基板表面の最上部に堆積することで、良好な遮水バリア性能を封止フィルムに付与している。
【００２０】
本発明の基板は半導体ウェハ製造及びフラットパネルディスプレイ製造用に円形又は多角形が可能である。フラットパネルディスプレイ用の矩形基板の表面積は典型的には広く、例えば少なくとも約３００ｍｍｘ約４００ｍｍの約５００ｍｍ２以上、例えば約１２００００ｍｍ２以上の矩形である。加えて、本発明はいずれのデバイスにも応用でき、ＯＬＥＤ、ＦＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ、有機ＴＦＴ、アクティブマトリクス、パッシブマトリクス、トップエミッション方式デバイス、ボトムエミッション方式デバイス、太陽電池等が挙げられ、シリコンウェハ、ガラス基板、金属基板、プラスチックフィルム（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フィルムその他のいずれの上にも形成可能である。光透過性の改善とそれに伴うデバイス最上部上の透明封止／バリアフィルムがトップエミッション方式デバイス及びアクティブマトリクスデバイスで特に必要とされている。
【００２１】
少なくとも１つの炭素含有材料層の堆積
本発明の態様は可視光スペクトルの全ての波長、例えば波長４００ｎｍ〜９００ｎｍでの光透過率が改善された炭素含有材料層の堆積を提供する。波長約４３０ｎｍ〜約５７０ｎｍでの改善が最も劇的である。約４未満の誘電率（ｋ）を有する一例示的な炭素含有材料層が非晶質炭素材料である。炭素含有材料のその他の例には炭素含有低誘電率材料、ケイ素ドープ炭素材料、炭素ドープケイ素材料、ダイヤモンド様炭素材料その他が含まれる。
【００２２】
図３は本発明の一実施形態による堆積方法３００のフロー図である。工程３１０で、基板を堆積処理チャンバ内に配置して炭素含有材料、例えば非晶質炭素材料層を基板上に堆積する。
【００２３】
工程３２０で、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。多彩なガス混合物を用いて炭素含有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な例は以下に示す。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に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が含まれる。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構造を有する。有機炭素含有化合物は炭素原子を有機基内に含む。有機基はアルキル、アルケニル、アルキニル、シクロヘキセニル、及びアリール基をその官能性誘導体に加えて含んでいてもよい。炭素含有前駆体／化合物は、サイズ約４００ｍｍｘ約５００ｍｍの基板について、例えば流量約１０立方センチメートル／毎分（ｓｃｃｍ）以上、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給可能である。
【００２４】
例えば、炭素含有化合物の式はＣｘＨｙであり、ｘの範囲は１〜８であり、ｙの範囲は２〜１８であり、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）、及びその組み合わせが含まれるが、これに限定されない。或いは、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を用いてフッ素化非晶質炭素層を堆積してもよく、非晶質フルオロカーボン層と称される。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。
【００２５】
工程３３０で、ケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体とを処理チャンバへと供給し非晶質炭素層を堆積し、非晶質炭素層の光透過率を改善してもよい。非晶質炭素層を堆積するための例示的なケイ素含有前駆体はシラン（ＳｉＨ４）、ＳｉＦ４、及びＳｉ２Ｈ６その他を含んでいてもよい。ケイ素含有前駆体／化合物は、例えば流量約２０ｓｃｃｍ〜約８０ｓｃｃｍ又は約５０ｓｃｃｍ等の流量約１０ｓｃｃｍ以上で供給することが可能である。
【００２６】
一実施形態において、炭素含有化合物の流量はケイ素含有化合物の流量よりも高く、好ましくはその比は約３：１以上、例えば約４：１以上であり、その内容物の大半が炭素でありケイ素部分がそれよりも少ない炭素含有材料層が堆積される。別の実施形態においては、ケイ素含有前駆体を用い、得られた炭素含有材料をドープし、その光透過率を改善する。
【００２７】
非晶質炭素層を堆積するための例示的な窒素含有前駆体にはアンモニア（ＮＨ３）、窒素ガス（Ｎ２）、アンモニアと窒素の組み合わせ、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、及びその組み合わせその他が含まれる。例えば、非晶質炭素層を堆積し、その光透過率を改善するための窒素含有前駆体は、処理チャンバに接続された様々なガス供給源から供給されるアンモニア（ＮＨ３）又は窒素ガス（Ｎ２）、或いはアンモニア（ＮＨ３）と窒素ガス（Ｎ２）の混合物である。窒素含有前駆体／化合物は、例えば流量１００ｓｃｃｍ以上の約２００ｓｃｃｍ〜約５０００ｓｃｃｍ等、好ましくは約５００ｓｃｃｍ〜約１５００ｓｃｃｍで供給可能である。一実施形態においては、窒素含有前駆体を用いて炭素含有材料の光透過率を改善する。
【００２８】
ケイ素含有前駆体及び窒素含有前駆体をソースガスとして添加すると、より透明な非晶質炭素フィルムが得られる。これにより光透過率が約８０％以上、例えば約９０％以上、約９５％以上、又は約９７％以上まで可視光の全ての波長、例えば波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで改善される。対照的に、ケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体を添加しない場合、堆積した低誘電率非晶質炭素材料の透明度はあまり高くなく、可視光スペクトル、特に低波長での光透過率が低い。
【００２９】
加えて、様々なガスをガス混合物に添加して非晶質炭素層の特性を改変してもよい。流量約５ｓｃｃｍ以上、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約６０００ｓｃｃｍで供給される不活性ガス（例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン等）その他を用いて非晶質炭素層の密度と堆積速度を制御する。更に、Ｈ２及び／又はＮＨ３の添加を用いて非晶質炭素層の水素比を制御し、非晶質炭素層の性質、例えば反射率を制御することが可能である。例えば、水素ガスを処理チャンバに供給し、フィルム均一性（均一性測定における％の低下と表面粗さにおける低下）を強化してもよい。水素ガスをソースガスとして添加すると、約＋／−１０％以下、例えば約＋／−５％以下、又は約＋／−３％以下のフィルム均一性が得られる。対照的に、水素ガスを添加しないと、堆積される非晶質炭素材料が非常に粗く不均一となり、フィルム均一性の測定値は約＋／−１５％〜約＋／−３５％となる。フィルム均一性を改善するための水素ガスを添加しない場合、複数の層を堆積する際に、ステップカバレッジにかなり劇的な影響がある。フィルム均一性（滑らかで均一なフィルム表面）が向上した非晶質炭素材料層によりステップカバレッジは約８０％以上、又は約９５％以上にまで顕著に改善され、多層型フィルム積層体内においてケイ素含有無機バリア層間で良好に接着される。
【００３０】
工程３４０で、電場を印加し、プラズマを処理チャンバ内で発生させる。電場は電源、例えば高周波電力、マイクロ波周波電力を処理チャンバに印加することで発生可能である。電源は処理チャンバに誘導又は容量結合可能である。１３．５６ＭＨｚの単一のＲＦ電源からの電力を処理チャンバに供給し、プラズマを出力密度約０．１４ワット／ｃｍ２〜約８．６ワット／ｃｍ２、又は電力レベル約１００ワット〜約６０００ワットで形成してもよい。好ましくは約０．２５ワット／ｃｍ２〜約０．６ワット／ｃｍ２の出力密度を処理チャンバに供給し、プラズマを発生させる。ＲＦ電力を周波数約０．０１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚで供給してもよい。ＲＦ電力は連続的又は短時間のサイクルで供給することができる。ＲＦ電力を処理チャンバに結合させ、化合物の解離を増大させる。化合物は、堆積チャンバへの導入に先立ってマイクロ波チャンバで解離させることもできる。しかしながら、各パラメータを修正することで多様なチャンバや異なる基板サイズでこのプラズマ処理を行えることに留意しなくてはならない。
【００３１】
炭素含有化合物、ケイ素含有前駆体、窒素含有前駆体、及び／又は水素ガスを異なる供給源からガス分配システムを介して処理チャンバへと導入する。ガス分配システムは、通常、その上に非晶質炭素層が堆積される基板から約１８０ミリ〜約２００ミリ、例えば約９００ミリの間隔を置いて配置されている。加えて、処理チャンバの圧力は約１００ミリＴｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒ、例えば約１．５Ｔｏｒｒで維持される。
【００３２】
工程３５０で、高い光透過率を有する非晶質炭素材料を基板上へと基板温度約２００℃以下、例えば約−２０℃〜約１００℃、好ましくは約２０℃〜約８０℃に維持された基板温度で堆積する。好ましい非晶質炭素層は、一実施形態においては、アセチレンをプラズマ処理チャンバへと流量約１００ｓｃｃｍ〜約５０００ｓｃｃｍ、例えば約２００ｓｃｃｍで供給することで堆積する。シランもまた、流量約１０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、例えば約５０ｓｃｃｍで供給される。アンモニア及び／又は窒素ガスは流量約３００ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍ、例えば約１０００ｓｃｃｍで添加する。水素ガスもまた処理チャンバに流量約１００ｓｃｃｍ〜約２５００ｓｃｃｍ、例えば約２００ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍで供給する。
【００３３】
上記記載の工程を、所望の厚さの炭素含有材料が得られるまで繰り返す。上記の処理パラメータを元に得られる非晶質炭素層の典型的な堆積速度は約５００Å／分以上、例えば約１０００Å／分〜約２０００Å／分の範囲であり、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、慣用の平行平板高周波（Ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）システムの化学気相蒸着チャンバで実行可能である。本願に記載の非晶質炭素堆積パラメータは説明上のものであり、本発明の範囲を制限すると解釈されるべきではない。
【００３４】
堆積される非晶質炭素材料は炭素と水素原子を含み、炭素：水素比は約１０％〜約６０％の水素範囲で調節可能である。その各自光学特性、エッチング選択性、及び化学機械研磨抵抗特性を微調整するにあたって、非晶質炭素層の水素比を制御することが望ましい。具体的には、水素含有量が低下するにつれ、そうして堆積された層の光学特性、例えば屈折率（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と、非晶質炭素層のエッチング抵抗性が上昇する。
【００３５】
加えて、非晶質炭素材料を堆積するための炭化水素含有前駆体及びケイ素含有前駆体の流量比を例えば比４：１以上に調節することで、堆積される非晶質炭素材料中の炭素含有量をケイ素含有量よりも高くする。更に、ケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体存在下での非晶質炭素材料の堆積により最終的なフィルムの光透過率が改善されるだけでなく、最終的に形成される非晶質炭素フィルムにおいてＣ−Ｈ結合の低下、Ｎ−Ｈ結合及びＳｉ−Ｃ結合の上昇が生じることを、実験結果は実証している。従って、炭素含有ガス混合物に加えてケイ素含有前駆体、窒素含有前駆体、及び／又は水素ガスを添加し、その流量を調節することで非晶質炭素材料の堆積中に異なるタイプの原子間の比のみならず共有結合の組成を制御することで非晶質炭素材料の光透過率を改善することが望ましい。
【００３６】
当然ながら、本発明の実施形態は本願に記載の処理パラメータ／変数を基板サイズ、チャンバ条件等その他に応じて上昇、低下させることを含む。また、本発明の実施形態において、その工程を本願に記載の順序で実行する必要はない。例えば、水素ガスの処理チャンバへの供給を前駆体混合物のチャンバへの供給前に行うことが可能であり、場合によっては、工程３２０と工程３３０を同時に実行することが可能である。
【００３７】
封止フィルムの堆積
本発明の態様は、炭素含有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。図４は本発明の方法を用いて製造した例示的なディスプレイデバイス５００を図示しており、本発明の実施形態による改善された光透過率を備えた１つ以上の炭素含有材料層を有する多層型封止フィルムを含む。ディスプレイデバイス５００は基板５０１とデバイス５０２とを含んでいてもよい。複数の材料層と約１０００Å以上の厚さを有し得る封止フィルム５１０を次に本発明の方法を用いて堆積して水／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ぎ、かつ電圧を印加した際にデバイス５０２から発光するように高光透過性を付与する。
【００３８】
デバイス５０２は透明アノード層を含んでいてもよく、ガラス又はプラスチック、例えば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）から形成することができる。透明アノード層の一例は、厚さ範囲約２００Å〜約２０００Åのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。加えて、有機又は高分子材料から成る複数の層をデバイス５０２に堆積、パターン形成可能である。例えば、厚さ約２００Å〜約１０００Åの正孔輸送層、例えば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）等のジアミン系の正孔輸送層をデバイス５０２に含めることが可能である。
【００３９】
発光層をデバイス５０２内に堆積可能である。発光層用の材料は典型的には蛍光金属キレート錯体類に属し、一例が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〜約１５００Åである。発光層を堆積した後、これらの有機層にパターン形成する。ＯＬＥＤディスプレイは典型的には、インクジェット印刷又は蒸着法により基板の事前にパターンを施された表面上に堆積される。金属、金属混合物つまり合金が考えられるカソード層もデバイス５０２内に堆積及びパターニングすることが必要である。カソード材料の一例は、厚さ範囲約１０００Å〜約３０００Åのマグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）及びアルミニウム（Ａｌ）の合金である。
【００４０】
デバイス５０２は封止が必要ないずれのタイプのディスプレイデバイスであってもよい。例えば、デバイス５０２はＯＬＥＤ、ＦＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ、有機ＴＦＴ、太陽電池、トップエミッション方式デバイス、ボトムエミッション方式デバイス、アクティブマトリクスデバイス、パッシブマトリクスデバイスその他である。封止フィルム５１０は、デバイス５０２、例えばＯＬＥＤディスプレイデバイスの構築が完了した後に、基板表面最上部上に堆積される。本発明の封止フィルム５１０の材料例には、厚さ範囲約５００Å〜約５０００００Å、例えば約２０００Å〜約５００００Åの無機窒化物フィルムの薄層、無機酸化物フィルム、及び高分子型の有機フィルムが含まれる。例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）その他を封止材料して使用可能である。
【００４１】
本発明の実施形態では、基板５０１の表面上のデバイス５０２に堆積した封止フィルム５１０はバリア／封止材料、例えば無機窒化物、無機酸化物フィルム及び高分子型有機材料等の１つ以上の層と、例えば多様な炭素含有材料及び高分子型の有機材料、及び低誘電率材料、例えば非晶質炭素、ダイヤモンド様炭素、ケイ素ドープ炭素材料、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封止層内に含むことで接着性を強化し、封止層を軟化させている。
【００４２】
一実施形態においては、少なくとも１つのバリア層と、本発明の方法を用いて堆積した、光透過率の改善された少なくとも１つの非晶質炭素材料層を有する多層型封止フィルムを、少なくとも１つの非晶質炭素材料層の堆積中にケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体を添加することで得る。別の実施形態においては、少なくとも１つのバリア層と少なくとも１つの非晶質炭素材料層を有する多層型封止フィルムをデバイス５０２の最上部に堆積することで水とその他のガス又は液体がデバイス５０２内に拡散しデバイス５０２がショートするのを防止しており、接着不良及び熱安定性の不良から多層型封止フィルムに亀裂が生じたりデバイス５０２の表面から剥落することを伴わない。図４に図示するように、封止フィルム５１０は１つ以上のバリア層５１１、５１２、５１３等と１つ以上の炭素含有材料層５２１、５２２等を交互にした層を含む。
【００４３】
一態様において、本発明は１つ以上の炭素含有材料層５２１、５２２、例えば１つ以上のバリア層５１１、５１２、５１３の間に堆積された複数の非晶質炭素材料層を提供する。別の態様において、基板表面最上部に堆積された多層型封止フィルムの最終層はバリア層、例えばバリア層５１３である。最終層は本発明の方法を用いて堆積したバリア材料、例えば窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、及び炭化ケイ素その他を含み、例示的なディスプレイデバイス５００の最終表面に対して良好な遮水及び酸素バリアとして機能する。
【００４４】
デバイス５０２のすぐ上に形成される第１層としては、炭素含有材料層又はバリア層が可能である。好ましい実施形態においては、本発明はデバイス５０２のすぐ上に堆積する第１層をバリア層とすることで、例示的なディスプレイデバイス５００の遮水性能を強化している。例えば、バリア層５１１等の第１バリア層は接着性強化層及び／又は炭素含有材料層、例えば炭素含有材料層５２１の前に堆積可能である。従って、炭素含有材料層をバリア層上に堆積することで隣接するバリア層間の接着性を促進し、多層型封止フィルムの厚みが十分なもの、例えば約８０００Å以上となるまで堆積することが可能となる。
【００４５】
図５は本発明の一実施形態による堆積方法６００のフロー図である。まず最初に、材料層、例えば封止フィルム５１０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を設置する。方法６００は、任意で、デバイスを基板上に形成する工程を含む。例示的なデバイスにはＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ，及びＦＯＬＥＤその他が含まれるが、これに限定されない。
【００４６】
工程６０２で、バリア層、例えばケイ素含有バリア層用の前駆体の第１混合物を基板処理システム内に供給する。前駆体の第１混合物は１つ以上のケイ素含有ガス、例えばシラン（ＳｉＨ４）、ＳｉＦ４及びＳｉ２Ｈ６その他を含んでいてもよい。前駆体の第１混合物は更に１つ以上の窒素含有ガス、例えばアンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、及び窒素ガス（Ｎ２）その他を含んでいてもよい。前駆体の第１混合物は炭素含有ガス及び／又は酸素含有ガスも含んでいてもよい。
【００４７】
例えば、窒化ケイ素バリア層をケイ素含有ガスと窒素含有ガスの混合物、例えばシラン、アンモニア、及び／又は窒素ガスの混合物から堆積することが可能である。別の例としては、酸窒化ケイ素バリア層をケイ素含有ガス、酸素含有ガス、及び窒素含有ガスの混合物、例えばシラン、亜酸化窒素、及び／又は窒素ガスの混合物の混合物から堆積することが可能である。
【００４８】
工程６０４で、水素ガスを基板処理システムへと供給し、ケイ素含有無機バリア層を基板表面上へと基板温度約２００℃以下で工程６０６で堆積する。ディスプレイデバイス、例えばＯＬＥＤデバイスに向けた基板処理中の基板温度はＯＬＥＤデバイス内の複数の有機材料層の熱安定性の悪さから、低温に維持する必要がある。概して、温度約１５０℃以下が望ましく、例えば約１００℃以下、約８０℃以下、又は約２０℃〜約８０℃である。
【００４９】
水素ガスの存在により、堆積されるケイ素含有無機バリア層の表面粗さが軽減され、表面粗さ測定値（ＲＭＳ）は約４０Å〜約７０Åから約４０Å以下、例えば約１５Å以下、好ましくは約１０Å以下へと低下することが判明した。また、表面粗さが低下した（滑らかな表面の）バリア層によりバリア層への水の浸透が大幅に防止され、その下のいずれの材料（例えば、ディスプレイデバイス用の有機及び／又は高分子材料）にとっても良好な封止層として機能することを本発明者は発見した。水素ガスの導入により水の浸透が防止され、温度約３８℃、相対湿度９０％で測定した場合の水蒸気透過速度は１日あたり約１ｘ１０−２ｇ／ｍ２未満、例えば約１ｘ１０−３ｇ／ｍ２〜約１ｘ１０−４ｇ／ｍ２となる
【００５０】
工程６０８で、炭素含有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内に供給する。好ましくは、炭素含有材料層をバリア層堆積システムと同一の基板処理システムで処理して、基板処理のスループットを向上させる。加えて、基板を１つの基板処理システム内の同一又は異なる処理チャンバ内に設置してバリア層及び／又は炭素含有材料層を堆積することで操作を簡素化し、基板の基板処理システム内外への搬入搬出の際の空気と水分への曝露の可能性を低減することが可能である。
【００５１】
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。
【００５２】
炭素含有材料層は非晶質炭素材料、ダイヤモンド様炭素材料、ケイ素ドープ炭素材料、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可能である。
【００５３】
工程６１０で、ケイ素含有化合物と窒素含有化合物を基板処理システムへ供給し、炭素含有材料層、例えば非晶質炭素層を基板表面上へと基板温度２００℃以下で工程６１２で堆積する。加えて、水素ガス及び異なる窒素含有ガスの組み合わせも基板処理システムに供給して非晶質炭素層を堆積してもよい。好ましくは、基板温度は約１５０℃以下、例えば約１００℃以下、約８０℃以下、又は約２０℃〜約８０℃を用いる。
【００５４】
ケイ素含有化合物と窒素含有化合物の存在により堆積される非晶質炭素層の光透過率が改善され、可視光の全ての波長で透過率が約８０％以上、例えば約９０％以上となることも判明した。従って、堆積される非晶質炭素層の透明度は従来のフィルムよりかなり高くなり、発光に透明なフィルムが必要とされる用途に適している。
【００５５】
水素ガスの存在により堆積される炭素含有材料層のフィルム均一性が改善され、フィルム均一性測定値が約＋／−１５％〜約＋／−３５％から約＋／−１０％以下、例えば約＋／−５％以下又は約＋／−３％以下となることも判明した。また、フィルム均一性が改善された炭素含有材料層により堆積される炭素含有材料層のステップカバレッジが顕著に改善されることから、追加の複数の層を良好なステップカバレッジで堆積可能であることも発見した。例えば、封止フィルムの層について約８０％以上、例えば約９５％以上のステップカバレッジが観察される。
【００５６】
工程６１４でケイ素含有無機バリア層と非晶質炭素材料層を有する封止フィルムが既定の厚さで得られたら、堆積処理を工程６１６で終了することが可能である。但し、既定の厚さの封止層が得られない場合、工程６０２、６０４、６０６、６０８、６１０及び６１２の組み合わせのいずれかを繰り返すことが可能である。例えば、１つ以上のケイ素含有無機バリア層及び１つ以上の炭素含有材料層を堆積した後に所望の厚さが一旦得られたなら、ケイ素含有無機バリア層又は炭素含有材料層を最後に堆積して方法６００を終了してもよい。
【００５７】
封止層の厚さは変更可能である。例えば、厚さ約１０００Å以上、約２００００Å〜約６００００Å等の約１００００Å以上が望ましい。デバイス５０２用の封止フィルムの厚さとその空気及び水分バリア性能とが相関関係にあり、デバイス５０２の寿命を延ばすことを本発明者は発見した。本発明の方法を用いることで、約４０日以上、例えば約４５日以上、又は約６０日以上のデバイス５０２寿命を得ることが可能である。
【００５８】
更に、非晶質炭素材料層の透過率が改善され、かつケイ素含有無機バリア層は通常、光透過率が高いため、ケイ素含有無機バリア層と非晶質炭素材料層を有する封止フィルム全体としての光透過率は大幅に改善される。この結果、デバイス５０２の寿命を延ばすために封止フィルムを極めて厚く形成することが可能でありながら依然として高い透明度を有するため、可視光が透過可能である。
【００５９】
一態様において、本発明の方法を用いて堆積した単一のバリア層を本発明のディスプレイデバイスの封止フィルムとして使用することが可能である。例えば、厚さ約１００００Åの単一の窒化ケイ素バリア層を封止フィルムとして使用することが可能である。別の態様において、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つの炭素含有材料層を有する多層型封止フィルムを提供する。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。炭素含有材料層の厚さは約１０００Å〜約１００００Åであってもよい。炭素含有材料の存在により隣接するバリア層間の接着性が上昇、熱安定性が改善され、ケイ素含有無機バリア層の多層構造を十分な厚さとすることが可能となることが判明した。
【００６０】
本発明の一例示的な封止フィルムは２つの窒化ケイ素層とその間の非晶質炭素材料層を全体厚さ約３０００Å〜約３００００Åで含んでいてもよい。本発明の別の例示的な封止フィルムには５つの窒化ケイ素層とその間の４つの非晶質炭素材料層が、全体厚さ約９０００Å〜約９００００Åで含まれていてもよい。
【００６１】
各層を堆積する前又はその後、基板表面を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電源又はマイクロ波電源からの電場を印加することで洗浄プラズマを発生させてもよい。洗浄ガスには酸素含有ガス（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）その他が含まれるが、これに限定されない。水素含有ガスの例には水素ガス（Ｈ２）及びアンモニア（ＮＨ３）その他が含まれるが、これに限定されない。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、洗浄ガスを任意でキャリアガスと共にチャンバへと供給してもよい。例示的なキャリアガスには不活性ガス、例えばヘリウム及びアルゴンその他が含まれる。例えば、インシチュの酸素プラズマを発生させて、先行の基板処理及び基板除去後に処理チャンバ内の材料、例えばチャンバ壁部、ガス分配板、場所を問わずその上に堆積された材料を洗浄除去してもよい。
【００６２】
本発明の実施形態はこれらの工程を本願に記載の順序で実行することを必要としていないことに留意しなくてはならない。例えば、水素ガスは前駆体混合物のチャンバへの供給前に処理チャンバに供給することが可能であり、場合によっては工程６０２と６０４を同時に実行可能である。同様に、工程６０８及び６１０を同時に実行可能である。
【００６３】
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る前駆体混合物から堆積する。前駆体はケイ素含有前駆体、例えばシラン（ＳｉＨ４）、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＦ４その他を含んでいてもよく、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）又は酸化ケイ素（ＳｉＯ）、炭化ケイ素その他の層を基板上に封止層として堆積する。ケイ素含有前駆体は、基板サイズ約４００ｍｍｘ約５００ｍｍの場合、例えば流量１０ｓｃｃｍ以上、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給可能である。窒素含有前駆体は流量約５ｓｃｃｍ以上、例えば多様な窒素含有前駆体について約１００ｓｃｃｍ〜約６０００ｓｃｃｍで供給可能である。
【００６４】
例えば、前駆体混合物は酸窒化ケイ素フィルムを堆積するためのシラン、亜酸化窒素、及び窒素その他を含んでいてもよい。或いは、シラン、アンモニア、及び窒素その他を用いて窒化ケイ素フィルムを堆積する。又、酸化ケイ素フィルムを堆積するために、前駆体はシラン、及び亜酸化窒素を含んでいてもよい。加えて、各前駆体を異なる又は同一の流量で供給することができ、必要とされる様々な堆積パラメータに依存する。当然ながら、本発明の実施形態は本願に記載の処理パラメータ／変数を基板サイズ、チャンバ条件等その他に応じて上昇、低下させることを含む。
【００６５】
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封止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軽減し、封止層を良好なものとすることが明らかとなった。
【００６６】
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で基板上に堆積する。電場は電源、例えば高周波電力、マイクロ波周波電力を処理チャンバに印加することで発生可能である。電源は処理チャンバに誘導又は容量結合可能である。加えて、処理チャンバの圧力を約０．５Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒに維持する。
【００６７】
この結果、１つ以上のケイ素含有無機バリア層は堆積速度約５００Å／分以上、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の範囲で変動し得る。通常、バリア層は薄いよりは厚いほうが水の浸透の防止のためには良い。
【００６８】
慣用の低温無機フィルム堆積処理では封止層の特性が望ましいものとはならなかった。例えばフィルムの密度が低く、その表面は粗く欠陥構造を有し、水試験後の高い屈折率変化、高い透過フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）変化、水試験後の高い水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）等のフィルム特性の不良を伴う。一例として、優れた水分バリア／フィルムとして使用される、遮水性能が良好な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することを意図するものではない。
【００６９】
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慣用の平行平板高周波（ＲＦ）プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）システムであるＡＫＴ１６００ＰＥＣＶＤのチャンバ内に、間隔約９００ミリで真空状態に置いた。低温堆積処理のため、基板支持体（サセプタ）の温度は約６０℃に設定した。水素ガス（Ｈ２）存在下のシラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）混合物をチャンバ内へと水分及び酸素バリアとしての窒化ケイ素フィルム堆積用のソース前駆体ガスとして供給した。比較として、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）を使用する従来法を同一処理条件下で平行して準備した。チャンバ内の圧力は約２．１Ｔｏｒｒである。プラズマは約１３．５６ＭＨｚ、約９００Ｗに設定したＲＦ発電機で維持した。
【００７０】
基本的なフィルム特性を両方の処理条件で形成したフィルムについて比較した。水素ソースガスの存在下及び不在下で堆積した窒化ケイ素フィルムは最初に屈折率（ＲＩ）約１．７〜約１．９、フィルム応力ゼロ〜約２ｘ１０９ダイン／ｃｍ２の同様の基本フィルム特性を示すことを結果は表わしている。堆積速度は双方のフィルムについて約１０００Å／分〜約１５００Å／分で同程度である。従って、水素ガスの存在は基本的なフィルム特性又は堆積速度に影響しない。
【００７１】
しかしながら、双方のフィルムの堆積後の表面粗さ（単位は２乗平均平方根ＲＭＳ）は劇的に異なった。双方のフィルムを顕微鏡下で比較し、３次元での表面粗さ画像を比較して表面粗さを測定した。水素ソースガスの非存在下で堆積したＳｉＮフィルムの平均表面粗さは約４０Å〜約７０Åであり、表面が粗いことを示した。水素ソースガスの存在下で堆積したＳｉＮフィルムの平均表面粗さは約９Å〜約１２Åで、表面が滑らかなことを示した。
【００７２】
水／水分のフィルム特性への影響を測定するための水試験後に双方のフィルムを比較すると、違いはより顕著となった。主要遮水性能について比較した表１を参照すると、Ｈ２ソースガスがフィルム表面粗さを滑らかなものにするにあたって重要な役割を果たし、滑らかな表面により大気からフィルム内部への水／酸素の浸透が防止され、フラットパネルディスプレイ業界において水分／水への抵抗性を示す重要なパラメータとなるＷＶＴＲ（水蒸気透過速度）が非常に低くなることがわかる。ＷＶＴＲを測定するための水試験とは高湿度試験であり、通常、試験対象である構造体を温度範囲約２５℃〜約１００℃、相対湿度（ＲＨ）約４０％〜約１００％の湿度室内に特定の時間（時間又は日数等）に亘って配置することで行われる。試験時間あたりの試験構造体の特定の範囲に亘って保持される水の量を計算し、試験温度及び試験相対湿度での水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）を求めた。
【００７３】
【表１】
【００７４】
水素ソースガスの存在下で堆積したＳｉＮフィルムについての水処理前後の透過フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）も行い、比較した。ＦＴＩＲ及び屈折率（ＲＩ）における変化を比較するための水処理も、異なる堆積フィルムを約１００℃等の温水に特定の時間、例えば約１００時間に亘って浸漬することで実行した。ＦＴＩＲスペクトルは１５００ｃｍ−１〜４０００ｃｍ−１の範囲で記録された。Ｓｉ−Ｈ、Ｎ−Ｈ及びＯ−Ｈ結合がスペクトル中で示された。水処理前後での差はあまりなく、これは水素ソースガス存在下で堆積されたＳｉＮフィルムとは水処理後に結合に違いがないことを示している。表１で示されるように、この結果もまた、約１００℃での約１００時間に亘る水中での（高温かつ高湿度での）ＳｉＮフィルムの処理後、前駆体ソースガスの１つとしての水素ガスの存在下での堆積条件で堆積したＳｉＮフィルムの屈折率に変化はないことを示している。水試験後に測定された低い水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）という結果も含め、全ての結果が高品質の窒化ケイ素がソースガス混合物の一部として水素ガスを用いて良好な遮水性能で堆積されたことを示している。
【００７５】
比較のため、水素ソースガスを用いない従来法で堆積したＳｉＮフィルムについて、水処理前後の透過フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）の変化も実行し比較した。結果はＳｉ−Ｈ結合における大幅な低下、Ｎ−Ｈ結合における若干の低下、Ｏ−Ｈ結合における若干のピーク上昇を示した。この結果は、同様に表１に示されるように、水素ソースガスの非存在下で堆積したＳｉＮフィルムの屈折率に約１５％の変化があることを示した。加えて、水試験後、より高い水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）が測定された。これらは全て水素ソースガスの非存在下で堆積された窒化ケイ素フィルムの遮水性能が不良であることを示している。
【００７６】
基板処理システム
本発明を、大面積基板の処理用に構成されたプラズマ化学気相蒸着システムを参照しながら以下で実例と共に説明する。システムに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事業部であるＡＫＴから入手可能な、様々な基板サイズについてのＡＫＴ１６００、ＡＫＴ３５００、ＡＫＴ４３００、ＡＫＴ５５００、ＡＫＴ１０Ｋ、ＡＫＴ１５Ｋ、及びＡＫＴ２５Ｋを含む多様な平行平板高周波（ＲＦ）プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）システムが挙げられる。但し、当然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、その他のシステム構成、例えばその他の化学気相蒸着システム及びその他のフィルム堆積システムでも有用である。
【００７７】
本発明は、基板表面に光透過率が改善された単層又は多層型の封止フィルムを堆積するための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。本発明の多層型封止フィルムは同一又は異なる基板処理システム、１つの基板処理システム内の同一又は異なる処理チャンバで堆積可能である。一実施形態においては多層型封止フィルムを同一の真空基板処理システム内で堆積することで時間を節約し、処理スループットを改善している。別の実施形態においては、本発明の多層型封止フィルムを複式チャンバ型基板処理システム内部の同一又は異なる処理チャンバ内で基板表面上に堆積可能である。例えば、１つ以上のケイ素含有無機バリア層と１つ以上の炭素含有材料層を有する多層型封止フィルムを化学気相蒸着（ＣＶＤ）システム内でその外部に基板を取り出すことなく効率的に堆積することができ、基板表面への水及び酸素の拡散の可能性が低下する。
【００７８】
図６は１つ以上のプラズマ化学気相蒸着チャンバを有する基板処理システム４００の一実施形態の概略断面図であり、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部門であるＡＫＴから入手可能である。基板処理システム４００は通常、１つ以上の処理チャンバ４０２、基板搬入／搬出チャンバ、基板搬入／搬出チャンバと処理チャンバ４０２との間で基板を移動させるための主要搬送ロボット、及び自動基板処理制御用のメインフレーム制御装置を含む。
【００７９】
１つ以上のソース化合物及び／又は前駆体を供給するために、処理チャンバ４０２は通常、１つ以上のガス供給源４０４に連結されている。１つ以上のガス供給源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、窒素含有化合物供給源その他を含んでいてもよい。処理チャンバ４０２は壁部４０６と底部４０８を有し、処理容積４１２を部分的に規定している。処理容積４１２には典型的にはポート及び弁（図示せず）を通ってアクセスすることで、基板４４０、例えば大面積ガラス基板の処理チャンバ４０２内外での移動を円滑にしている。壁部４０６は排気プレナム４１４を備えた蓋部アセンブリ４１０を支持しており、プレナム４１４は処理容積４１２を排気ポート（様々なポンプ構成材を含む。図示せず）へと連結しており、ガス及び処理による副生成物を処理チャンバ４０２から排気する。
【００８０】
温度管理された基板支持アセンブリ４３８は処理チャンバ４０２の中央に位置されている。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つの埋設ヒータ４３２が封入されたアルミニウム本体部４２４を備える。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４３２は任意の電源４７４に連結されており、基板支持体４３８とその上に位置された基板４４０を既定の温度まで制御下で加熱する。
【００８１】
一実施形態において、ヒータ４３２の温度は約２００℃以下、例えば１５０℃以下、又は約２０℃〜約１００℃に設定可能であり、堆積する材料層の堆積／処理パラメータに依存する。例えば、低温堆積処理の場合、ヒータは約６０℃〜約８０℃、例えば約７０℃に設定可能である。
【００８２】
別の実施形態においては、その内部を温水が流れるポートを基板支持アセンブリ４３８内に配置することで基板４４０を２００℃以下、例えば約２０℃〜約１００℃の均一な温度に維持する。或いは、ヒータ４３２の電源を切り、基板支持アセンブリ４３８を流れる温水だけで堆積中の基板温度を制御することが可能であり、低温堆積処理の場合、これにより基板温度は約１００℃以下となる。
【００８３】
支持アセンブリ４３８は通常、接地されているため、電源４２２によって蓋アセンブリ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付近に位置されるその他の電極）との間に位置されるガス分配板アセンブリ４１８に供給されるＲＦ電力によって支持アセンブリ４３８とガス分配板アセンブリ４１８との間の処理容積４１２内に存在するガスが励起される。電源４２２からのＲＦ電力は通常、基板のサイズに見合った、化学気相蒸着処理を実行できるものを選択する。
【００８４】
一実施形態においては、約１０Ｗ以上、例えば約４００Ｗ〜約５０００ＷのＲＦ電力を電源４２２に印加して処理容積４１２内で電場を発生させる。例えば、出力密度約０．２ワット／ｃｍ２以上、例えば約０．２ワット／ｃｍ２〜約０．８ワット／ｃｍ２、又は約０．４５ワット／ｃｍ２を用いて本発明の低温基板堆積法に適合させることが可能である。電源４２２及び整合回路（図示せず）により処理容積４１２内で前駆体ガスから処理ガスのプラズマを発生させ、維持する。好ましくは、１３．５６ＭＨｚの高周波ＲＦ電力を使用可能であるが重要ではなく、低周波も使用可能である。更に、セラミック材料又は陽極酸化アルミニウム材料で被覆することで、チャンバ壁部を保護可能である。
【００８５】
通常、支持アセンブリ４３８は下方側４２６と基板４４０を支持している上方側４３４を有する。下方側４２６には幹部４４２が連結されており、支持アセンブリ４３８を（図示の）上昇処理位置と降下基板搬送位置との間で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。幹部４４２は更に支持アセンブリ４３８とシステム４００のその他の構成材とをつなぐ電気及び熱電対リード線用の導管でもある。蛇腹部４４６が基板支持アセンブリ４３８に連結されており、処理容積４１２と処理チャンバ４０２外部の大気との間の真空シールを形成し、支持アセンブリ４３８の垂直運動を円滑にしている。
【００８６】
一実施形態において、昇降システムは基板とガス分配板アセンブリ４１８との間の間隔が処理中、約４００ミリ以上、例えば約４００ミリ〜約１６００ミリ、例えば約９００ミリとなるように調節される。間隔調整が可能であることにより、大面積基板の範囲全体で必要なフィルム均一性を維持しながら広範囲に亘る堆積条件下で処理を最適化することが可能となる。接地基板支持アセンブリ、セラミックライナ、高い圧力及び間隔の狭さが相まってガス分配板アセンブリ４１８と基板支持アセンブリ４３８との間でプラズマが高いレベルで閉じ込められ、反応種濃度の上昇と対象となる薄膜の堆積速度の上昇が生じる。
【００８７】
支持アセンブリ４３８は外接するシャドーフレーム４４８も支持している。通常、シャドーフレーム４４８により基板４４０と支持アセンブリ４３８の縁部での堆積が防止され、基板が支持アセンブリ４３８に固着することがない。蓋アセンブリ４１０は典型的には投入ポート４８０を含み、そのポートを通して処理ガスがガス供給源４０４から処理チャンバ４０２へと導入される。投入ポート４８０は洗浄剤供給源４８２にも連結されている。洗浄剤供給源４８２は典型的に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に導入され、ガス分配板アセンブリ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フィルムを除去する。
【００８８】
ガス分配板アセンブリ４１８は典型的には、基板４４０の輪郭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、ウェハの場合は円形に構成されている。ガス分配板アセンブリ４１８は穿孔領域４１６を含み、この穿孔領域を通してガス供給源４０４からの前駆体及びその他のガス、例えば水素ガスを処理容積４１２へと供給する。穿孔領域４１６はガス分配板アセンブリ４１８を処理チャンバ４０２へと通過するガスが均一に分散されるように構成されている。ガス分配板アセンブリ４１８は典型的には吊架板４６０に懸架された拡散板４５８を含む。複数のガス流路４６２が拡散板４５８内には形成されており、これにより既定の量のガスがガス分散板アセンブリ４１８内を処理容積４１２へと通過可能となる。
【００８９】
本発明で有用となり得るガス分散板は同一譲受人に譲渡されたケラー（Ｋｅｌｌｅｒ）その他による２００１年８月８日出願の米国特許出願第０９／９２２２１９号、２００２年５月６日に出願の第１０／１４０３２４号、及びブロニガン（Ｂｌｏｎｉｇａｎ）その他により２００３年１月７日に出願の第１０／３３７４８３号、ホワイト（Ｗｈｉｔｅ）その他に２００２年１１月１２日に発行された米国特許第６４７７９８０号、及びチェ（Ｃｈｏｉ）その他による２００３年４月１６日に出願の米国特許出願第１０／４１７５９２号に記載されており、参照により本願に全て組み込まれる。本発明を特定の実施形態と実施例に従って説明したが、本発明はそれに限定されることを意図するものではない。本願のＣＶＤ処理はその他のチャンバを用いても実行可能であり、ガス流量、圧力、プラズマ密度、及び温度を調節することで実際的な堆積速度で高品質なフィルムを得ることができる。
【実施例】
【００９０】
本発明は炭素含有材料層を低温、例えば約２００℃以下で大面積基板表面上に堆積する方法について記載する。本発明は図２で図示されるような、様々なフィルム厚さでの４３０ｎｍ〜５７０ｎｍの低波長で観察される低光透過率を克服しており、可視光スペクトルの全ての波長で約８０％以上、例えば約９０％以上、約９５％以上、又は約９７％以上まで炭素含有材料層の光透過率を上昇させている。本発明の方法を用いて改良しない場合の炭素含有材料層の光透過率は図２に図示されるようにフィルム厚さが線２１０、２２０、２３０、及び２４０についてそれぞれ０．８ミクロン、１．５ミクロン、２ミクロン及び３．２ミクロンと厚くなるにつれて悪化し、光透過率はフィルム厚さが上昇するにつれ低くなっている。
【００９１】
図７は幾つかの例示的な炭素含有材料フィルムについて測定した透過率の結果についてのグラフであり、可視光スペクトルでの異なる波長での光透過率の改善を示している。フィルム例は本発明の方法を用いて堆積した非晶質炭素フィルムである。実施例７０１の場合、前駆体混合物にはアセチレン、窒素ガス、及び水素ガスが含まれる。実施例７１１において、前駆体混合物にはアセチレン、シラン、窒素ガス、及び水素ガスが含まれる。実施例７１２においては、前駆体混合物にはアセチレン、シラン、アンモニア、窒素ガス、及び水素ガスが含まれる。実施例７１３においては、前駆体ガス混合物にはアセチレン、シラン、アンモニア、及び水素ガスが含まれる。実施例７１４においては、前駆体混合物にはアセチレン、シラン、アンモニア、窒素ガス、及び水素ガスが含まれる。
【００９２】
前駆体は同一のＰＥＣＶＤ処理チャンバにアセチレンの場合、流量約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、シランの場合は流量約１０ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍ、アンモニアの場合は流量約３００ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍ、窒素ガスの場合は流量約３００ｓｃｃｍ〜約２５００ｓｃｃｍ、及び水素ガスの場合は流量約２００ｓｃｃｍ〜約８００ｓｃｃｍで供給することが可能である。基板はＰＥＣＶＤ処理チャンバ内に間隔約９００ミリで配置され、圧力約１．５Ｔｏｒｒを維持した。プラズマを基板バイアス存在下でＲＦ出力密度約０．２５ワット／ｃｍ２で堆積時間約４００秒に亘って印加した。堆積中、基板温度を約１００℃で維持すると、約１６００オングストローム／分の堆積速度となる。
【００９３】
実施例７０１、７１１、７１２、７１３、７１４の堆積フィルムの光透過率の測定結果を図７に示し、表２で例証している。全体的に、異なる波長での非晶質炭素フィルム例の透過率は非常に高い。実施例７１１、７１２、７１３、７１４は、ケイ素含有化合物と窒素含有化合物が前駆体混合物中に存在する場合には各波長で光透過率が約８０％以上、例えば約９０％以上又は９５％以上に改善されることを実証している。光透過率の改善は図７と表２に図示されるように低波長、例えば波長約４００ｎｍ〜５６０ｎｍで最も劇的である。この結果は、本発明の非晶質炭素フィルムをトップ又はボトムエミッション方式のディスプレイデバイスを含む多様な用途にも使用可能なことを示唆している。
【００９４】
【表２】
【００９５】
本発明は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多様な封止フィルムも提供し、フィルムを堆積し比較／試験した。加えて、様々な厚さ又は水素ソース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及び非晶質炭素層も試験した。
【００９６】
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封止フィルムをセロハンテープ剥離試験とカルシウム試験を用いて試験した。結果は非常に良好で、各種の多層型封止フィルムは基板から剥離せず、水及び酸素腐食は生じなかった又は低レベルでしか生じなかった（カルシウム試験中、透明カルシウム塩の生成がゼロ又は低レベルであった）。本発明の封止フィルムをＯＬＥＤデバイス等のデバイス上でも試験し、デバイス表面から剥離することなく所望の厚さまで堆積可能か否か及び水、酸素がデバイス中に浸透することを防止してデバイス寿命を延ばすか否かを調べた。約６０℃及び約８５％の高湿度下で試験したところ、本発明の封止フィルムはデバイスの寿命を約１４４０時間より長く延ばすことが可能である。
【００９７】
図８はその上に多層型の封止フィルム８２０を備えた基板８１０の走査電子顕微鏡断面写真を描いたものである。多層型封止フィルム８２０は本発明の方法で堆積した、４層の窒化ケイ素無機バリアフィルムと３層の非晶質炭素フィルムを含む。本発明の多層型封止フィルム８２０は４つの窒化ケイ素バリア材料層８１１、８１２、８１３、８１４と、その間の３つの非晶質炭素材料層８２１、８２２、８２３を含み、窒化ケイ素材料の接着性が促進され、多層型封止フィルム８２０の最終厚さは約３５０００オングストロームとなる。合計９つの堆積材料層を備えた多層型封止フィルム８２０の総ステップカバレッジは非常に良好で、約９５％のステップカバレッジが得られる。
【００９８】
非晶質炭素フィルムの堆積について上述した。例示的なバリア層は、それぞれ約１５０ｓｃｃｍ、約４００ｓｃｃｍ、約１５００ｓｃｃｍ、及び約４０００ｓｃｃｍでＰＥＣＶＤ処理チャンバに供給されたシラン、アンモニア、窒素ガス、及び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ＰＥＣＶＤ処理チャンバ内に約９００ミリの間隔で配置され、圧力約２．１Ｔｏｒｒを維持した。プラズマをＲＦ出力密度約０．４５ワット／ｃｍ２から堆積時間約３９０秒に亘って基板バイアス存在下で印加した。堆積中、基板温度を約７０℃で維持すると、堆積速度が約１７００Å／分となる。
【００９９】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、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実施形態を考案することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
本発明の上述した構成が詳細に理解可能であるように、添付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を更に具体的に説明する。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施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実施形態も含み得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないと理解すべきである。
【図１】その上に封止層が堆積されたＯＬＥＤデバイスの概略断面図である。
【図２】低ｋ材料層の厚さが可視光の異なる波長での透過率に与える影響を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態による可視光スペクトルにおける透過率が改善された炭素含有材料層を基板処理システム内部の基板上に形成するための一例示的な方法のフローチャートである。
【図４】本発明の方法による透過率が改善された１つ以上の炭素含有材料層を有する多層型封止フィルムの一実施形態の概略断面図である。
【図５】本発明の実施形態による、基板処理システム内部の基板上に多層型封止フィルムを形成するための一方法のフロー図である。
【図６】本発明による処理チャンバの一実施形態の概略断面図である。
【図７】本発明の方法を用いて堆積した例示的な炭素含有材料層についての、異なる可視光波長での光透過率の改善を示すグラフである。
【図８】本発明の方法で堆積した４つの窒化ケイ素無機バリアフィルムと３つの非晶質炭素フィルムを有する一例示的な多層型封止フィルムを示す図である。
【発明の背景】
【０００１】
（発明の分野）
本発明の実施形態は、概して、化学気相蒸着処理を用いての薄膜の堆積に関する。更に具体的には、本発明は大面積基板上に薄膜を堆積するための方法に関する。
【０００２】
（関連技術の説明）
有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と比較した場合のその迅速な応答時間、広い視野角、高いコントラスト、軽量性、低電力及び可撓性基板への適合度の高さという観点から、近年、ディスプレイ用途で非常に高い関心を得ている。ＯＬＥＤの実際的な応用は、図１に図示されるように、２つの電極１０２、１０４に挟持されて基板１０１上に構成される有機材料１０３の層を用いて可能となる。例えば、従来の単一の有機層とは対照的に、単極（孔）輸送が可能な層ともう一方のエレクトロルミネセンス用の層を含む２つの有機層をアノード層及びカソード層と共に用いてＯＬＥＤディスプレイに必要な動作電圧を低下させることが可能である。通常、カソード層は金属材料を含み、アノード層はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）材料等の透明材料を含んでいてもよく、トップエミッション方式のデバイス又はボトムエミッション方式のデバイスでの発光用にそれぞれ基板に隣接した底部又はＯＬＥＤデバイスの最上部に配置される。有機薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）デバイス、アクティブマトリクス方式デバイス、及びその他のデバイスはＴＦＴ構造等の追加の構造を含んでいてもよい。
【０００３】
長年に亘り、ディスプレイデバイス中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。例えば、積層させた有機層には正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、及び電子注入層が含まれる。上記５つの有機層全てがＯＬＥＤセルの構築に必要である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、正孔輸送層及び発光層だけが必要である。適当な電圧（典型的には数ボルト）をセルに印加すると、注入された正負の電荷が発光層内で再結合して発光する（エレクトロルミネセンス）。有機層の構造及びアノード、カソード層の選択は発光層内での再結合過程が最も有効に行われ、ＯＬＥＤデバイスからの光出力が最大となるように設計されている。
【０００４】
ＯＬＥＤで使用される有機材料に加え、多くの高分子材料もまた、分子の小さい、フレキシブル有機発光ダイオード（ＦＯＬＥＤ）及び高分子型発光ダイオード（ＰＬＥＤ）ディスプレイ用に開発されている。これらの有機及び高分子材料の多くは様々な基板上に複合多層型デバイスを形成する際に融通が利くことから、様々な透明多色ディスプレイ用途、例えば薄型フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、フレキシブルディスプレイ、電気励起型有機レーザ、及び有機光増幅装置にとって理想的である。ディスプレイデバイスの寿命には限界があり、ＥＬ効率の低下と駆動電圧の上昇を特徴とし、有機又は高分子材料の劣化、発光しないダークスポットの形成、及び約５５℃以上の高温での有機層の結晶化、例えば正孔輸送材料の結晶化を原因としている。従って、これらの材料を低温、例えば約１００℃以下で堆積する方法が必要である。
【０００５】
加えて、材料の劣化及びダークスポット問題の主な原因に水分と酸素の侵入がある。例えば、湿度の高い大気への曝露が、発光層としてよく使用される８−ヒドロキシキノリン・アルミニウム（Ａｌｑ３）の結晶構造の形成を誘発し、これがカソードの剥離につながり、時間の経過と共に発光しないダークスポットの拡大につながることが判明している。加えて、空気又は酸素への曝露によりカソードの酸化が生じる可能性があり、有機材料は一旦、水又は酸素と反応すると使い物にならなくなる。現在、殆どのディスプレイ製造業者が金属缶又はガラス缶材料をデバイス内の有機材料を水（Ｈ２Ｏ）又は酸素（Ｏ２）からの攻撃から保護するための封止層として使用している。金属又はガラス材料は紫外線硬化させたエポキシ樹脂のビードを用いて蓋のようにして基板に取り付けられる。しかしながら、水分はエポキシ樹脂に容易に浸透可能であるため、デバイスを損傷してしまう。
【０００６】
無機材料、例えばプラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）で形成した窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）及び酸化ケイ素（ＳｉＯ）等のその他の材料を水分、空気及びこういったデバイスにとって腐食性を示すイオンに対して効果的な封止／バリア層として使用することも可能である。例えば、図１に図示されるように、封止／バリア層１０５は基板１０１の最上部上に堆積され、その下の電極１０２、１０４及び有機材料１０３を保護している。しかしながら、遮水無機封止材料を低温堆積法を用いて生成するのは非常に困難であり、これは得られるフィルムの密度が低く、欠陥ピンホール構造の発生が高くなるからである。有機層中での水分の残留も、封止したデバイス内であってもＡｌｑ３の結晶化過程を促進することがあるということに留意することが重要である。加えて、封止時に捕捉されＯＬＥＤデバイス内に浸透してカソードや有機材料と接触する酸素及び湿気により、通常、ダークスポットが形成され、有機発光ダイオードを損なう欠陥となることが多い。従って、良好な封止／バリアフィルムは水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）が低い必要もある。
【０００７】
薄膜無機窒化ケイ素（ＳｉＮ）に関連した材料を封止／バリア層として使用する場合には別の問題が生じる。封止層を厚く堆積すると酸素及び水に対しての良好なバリアとして機能するが、通常、硬質で脆く、厚すぎることから基板表面への接着性が低く、特に高温及び高湿度という条件下では亀裂や基板表面からの剥離が発生する。封止層を薄くすると接着性と熱安定性が向上するが、水分バリアとしては厚さが不十分となる。従って、追加のストレス緩和層又はその他の操作が必要となる場合がある。例えば、我々は、以前は１つ以上の低誘電率材料層を１つ以上の無機封止／バリア層と交互に用いることで遮水性と熱応力性能を改善し、その下のデバイスを保護していた。しかしながら、良好な遮水性能が得られたにもかかわらず、低誘電率材料はあまり透明性が高くなく、複数の層を用いた場合、光透過率が低下する。このため、交互に積層した低誘電率材料は多層型封止層を通しての発光が必要とされる用途には適合しない。図２は可視光スペクトルを透過する光と異なる厚みの低誘電率材料フィルムとの間の直接的な相関関係を示す。線２４０は最も厚みのあるフィルム、線２１０は最も薄いフィルムを表しており、４つの誘電率材料フィルムの透過率は４つの線２１０、２２０、２３０、２４０について低波長で特に低く、これらの波長での光透過性の質に直接影響し、カラーディスプレイの不良へとつながる。
【０００８】
従って、大面積基板上に透過性を改善しながらストレス緩和材料と封止／バリア材料から成る複数の層を堆積するための方法が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の実施形態は、概して、基板上に封止フィルムを堆積するための方法及び装置を提供する。一実施形態において、多層型封止フィルムを基板処理システム内に設置された基板上に形成する方法は、第１ケイ素含有化合物を基板処理システムへと供給することで複数の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。本方法は、１つ以上の炭素含有材料層をその１つ以上のケイ素含有無機バリア層の間に及び／又は交互に基板温度約２００℃以下で堆積することを更に含み、炭素含有化合物と、第２ケイ素含有化合物と、窒素含有化合物を含む前駆体混合物を基板処理システムに供給することで行う。
【００１０】
別の実施形態においては、非晶質炭素層を備えた多層型封止フィルムを基板処理システム内の基板上に形成する方法は非晶質炭素層用の炭化水素含有前駆体を供給し、非晶質炭素層のフィルム均一性を改善するための水素ガスを基板処理システムに供給し、非晶質炭素層の光透過率を約８０％以上にと全ての可視光スペクトルの波長でもって改善するためのケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体とを基板処理システムに供給することを含む。本方法は更に基板温度を約１５０℃以下に制御し、プラズマを発生させることで非晶質炭素層を基板表面上に堆積し、所望の厚さの非晶質炭素層が得られるまで非晶質炭素層を基板上に堆積することを含む。
【００１１】
更に別の実施形態では、ケイ素含有無機バリア材料と炭素含有材料の１つ以上の層を有する封止層を基板処理システム内の基板上へと堆積する方法を提供する。本方法はケイ素含有無機バリア層用の第１前駆体混合物を供給し、水素ガスを基板処理システム内に供給し、基板の温度を約１５０℃以下に制御し、プラズマを発生させることで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。本方法は、炭素含有材料層用の第２前駆体混合物を供給し、水素ガスを基板処理システム内に供給し、基板温度を約１５０℃以下に制御し、プラズマを発生させて炭素含有材料層をケイ素含有無機バリア層の表面に堆積させることを更に含む。第２前駆体混合物は炭化水素含有前駆体と、ケイ素含有前駆体と、窒素含有前駆体を含む。封止層は、その厚さが約１５０００オングストローム以上に達するまで基板上に堆積される。
【００１２】
更に別の実施形態において、非晶質炭素層を備えた多層型封止フィルムを基板処理システム内の基板上に形成する方法は炭化水素含有前駆体を非晶質炭層の形成のために第１流量で供給し、非晶質炭素層のフィルム均一性を改善するための水素ガスを基板処理システムに供給することを含む。本方法は、ケイ素含有前駆体を第２流量で、窒素含有前駆体を第３流量で基板処理システムに供給し、基板温度を約１５０℃以下に制御し、プラズマを基板処理システム内で一定時間発生させることを更に含み、ここで第１流量と第２流量の比を４：１以上とすることで非晶質炭素層を基板表面上に堆積し、非晶質炭素層をケイ素でドープする。
【００１３】
更に別の実施形態において、低温材料層を基板上に堆積するための装置も提供する。本装置は処理チャンバ内に配置された、大面積基板等の基板を支持するための基板支持体と、処理チャンバ内部でプラズマを発生させるための、処理チャンバに連結されたＲＦ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１つ以上の窒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、基板温度を約２００℃以下に制御し、かつ１つ以上の炭素含有材料層を１つ以上のケイ素含有無機バリア層の間に有する封止層を堆積するよう適合された、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】
【００１４】
本発明は、概して、基板とその上に堆積されたフィルム／層との間の遮水及び熱安定性能を改善するための方法に関する。本発明では水素ガスを用いてフィルム表面粗さを軽減し、基板表面上で滑らかなフィルム表面と高いレベルのフィルム均一性を実現することについて記載している。堆積されたフィルム表面が滑らかであることで更に水と酸素の大気中からフィルム内への浸透が防止され、非常に低いＷＶＴＲ（Ｗａｔｅｒ Ｖａｐｏｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｒａｔｅ：水蒸気透過速度）値を示す。ＷＶＴＲはフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）業界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デバイス等の基板表面上に封止／バリア層を堆積することでデバイスの寿命を大幅に増大／延ばすための方法及び装置を提供する。
【００１５】
加えて、本発明は低温、例えば約２００℃以下で炭素含有材料層を大面積基板表面上に堆積し、図２で図示されるような４３０ｎｍ〜５７０ｎｍの低波長で観察される低光透過率を克服するための方法について記載している。従って、本発明は可視光スペクトルの全ての波長、例えば４００ｎｍ〜９００ｎｍで約８０％以上まで炭素含有材料層の光透過率を上昇させる。
【００１６】
炭素含有材料層としては非晶質炭素材料、ケイ素ドープ炭素材料、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を挙げることができる。炭素含有材料及び／又は非晶質炭素材料を封止層の一部として使用して、封止層のフィルム均一性、フィルム接着性、及び熱安定性を改善することが可能である。従って、炭素含有材料又は非晶質炭素材料の１つ以上の層を基板表面上に堆積させ、ＯＬＥＤデバイスその他等のディスプレイデバイスの遮水性能を改善するための接着性強化層又は熱応力緩和層として機能させることが可能である。
【００１７】
本発明は更に、水及び酸素の基板表面への拡散の防止に使用可能な単層又は多層型封止フィルムを提供する。単層型封止フィルムはケイ素含有無機バリア材料であってもよく、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素その他が挙げられる。多層型封止フィルムは１つ以上のバリア層と１つ以上の炭素含有材料層を含んでいてもよい。１つ以上の炭素含有材料層は、封止層及び／又は１つ以上のバリア層の接着性と熱安定性を強化する役割を果たす。
【００１８】
一実施形態において、１つ以上の炭素含有材料層は１つ以上のバリア層間に堆積される。例えば、少なくとも１つの非晶質炭素層と少なくとも１つのバリア材料層を交互にディスプレイデバイス等の基板表面上に堆積する。
【００１９】
別の実施形態では、第１非晶質炭素層より前に第１バリア層を基板表面上に堆積することで良好な遮水性能を付与する。更に別の実施形態においては、ケイ素含有無機バリア材料が最上層として堆積されるように多層型の封止フィルムを基板表面の最上部に堆積することで、良好な遮水バリア性能を封止フィルムに付与している。
【００２０】
本発明の基板は半導体ウェハ製造及びフラットパネルディスプレイ製造用に円形又は多角形が可能である。フラットパネルディスプレイ用の矩形基板の表面積は典型的には広く、例えば少なくとも約３００ｍｍｘ約４００ｍｍの約５００ｍｍ２以上、例えば約１２００００ｍｍ２以上の矩形である。加えて、本発明はいずれのデバイスにも応用でき、ＯＬＥＤ、ＦＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ、有機ＴＦＴ、アクティブマトリクス、パッシブマトリクス、トップエミッション方式デバイス、ボトムエミッション方式デバイス、太陽電池等が挙げられ、シリコンウェハ、ガラス基板、金属基板、プラスチックフィルム（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フィルムその他のいずれの上にも形成可能である。光透過性の改善とそれに伴うデバイス最上部上の透明封止／バリアフィルムがトップエミッション方式デバイス及びアクティブマトリクスデバイスで特に必要とされている。
【００２１】
少なくとも１つの炭素含有材料層の堆積
本発明の態様は可視光スペクトルの全ての波長、例えば波長４００ｎｍ〜９００ｎｍでの光透過率が改善された炭素含有材料層の堆積を提供する。波長約４３０ｎｍ〜約５７０ｎｍでの改善が最も劇的である。約４未満の誘電率（ｋ）を有する一例示的な炭素含有材料層が非晶質炭素材料である。炭素含有材料のその他の例には炭素含有低誘電率材料、ケイ素ドープ炭素材料、炭素ドープケイ素材料、ダイヤモンド様炭素材料その他が含まれる。
【００２２】
図３は本発明の一実施形態による堆積方法３００のフロー図である。工程３１０で、基板を堆積処理チャンバ内に配置して炭素含有材料、例えば非晶質炭素材料層を基板上に堆積する。
【００２３】
工程３２０で、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。多彩なガス混合物を用いて炭素含有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な例は以下に示す。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に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が含まれる。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構造を有する。有機炭素含有化合物は炭素原子を有機基内に含む。有機基はアルキル、アルケニル、アルキニル、シクロヘキセニル、及びアリール基をその官能性誘導体に加えて含んでいてもよい。炭素含有前駆体／化合物は、サイズ約４００ｍｍｘ約５００ｍｍの基板について、例えば流量約１０立方センチメートル／毎分（ｓｃｃｍ）以上、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給可能である。
【００２４】
例えば、炭素含有化合物の式はＣｘＨｙであり、ｘの範囲は１〜８であり、ｙの範囲は２〜１８であり、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）、及びその組み合わせが含まれるが、これに限定されない。或いは、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を用いてフッ素化非晶質炭素層を堆積してもよく、非晶質フルオロカーボン層と称される。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。
【００２５】
工程３３０で、ケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体とを処理チャンバへと供給し非晶質炭素層を堆積し、非晶質炭素層の光透過率を改善してもよい。非晶質炭素層を堆積するための例示的なケイ素含有前駆体はシラン（ＳｉＨ４）、ＳｉＦ４、及びＳｉ２Ｈ６その他を含んでいてもよい。ケイ素含有前駆体／化合物は、例えば流量約２０ｓｃｃｍ〜約８０ｓｃｃｍ又は約５０ｓｃｃｍ等の流量約１０ｓｃｃｍ以上で供給することが可能である。
【００２６】
一実施形態において、炭素含有化合物の流量はケイ素含有化合物の流量よりも高く、好ましくはその比は約３：１以上、例えば約４：１以上であり、その内容物の大半が炭素でありケイ素部分がそれよりも少ない炭素含有材料層が堆積される。別の実施形態においては、ケイ素含有前駆体を用い、得られた炭素含有材料をドープし、その光透過率を改善する。
【００２７】
非晶質炭素層を堆積するための例示的な窒素含有前駆体にはアンモニア（ＮＨ３）、窒素ガス（Ｎ２）、アンモニアと窒素の組み合わせ、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、及びその組み合わせその他が含まれる。例えば、非晶質炭素層を堆積し、その光透過率を改善するための窒素含有前駆体は、処理チャンバに接続された様々なガス供給源から供給されるアンモニア（ＮＨ３）又は窒素ガス（Ｎ２）、或いはアンモニア（ＮＨ３）と窒素ガス（Ｎ２）の混合物である。窒素含有前駆体／化合物は、例えば流量１００ｓｃｃｍ以上の約２００ｓｃｃｍ〜約５０００ｓｃｃｍ等、好ましくは約５００ｓｃｃｍ〜約１５００ｓｃｃｍで供給可能である。一実施形態においては、窒素含有前駆体を用いて炭素含有材料の光透過率を改善する。
【００２８】
ケイ素含有前駆体及び窒素含有前駆体をソースガスとして添加すると、より透明な非晶質炭素フィルムが得られる。これにより光透過率が約８０％以上、例えば約９０％以上、約９５％以上、又は約９７％以上まで可視光の全ての波長、例えば波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで改善される。対照的に、ケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体を添加しない場合、堆積した低誘電率非晶質炭素材料の透明度はあまり高くなく、可視光スペクトル、特に低波長での光透過率が低い。
【００２９】
加えて、様々なガスをガス混合物に添加して非晶質炭素層の特性を改変してもよい。流量約５ｓｃｃｍ以上、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約６０００ｓｃｃｍで供給される不活性ガス（例えば、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン等）その他を用いて非晶質炭素層の密度と堆積速度を制御する。更に、Ｈ２及び／又はＮＨ３の添加を用いて非晶質炭素層の水素比を制御し、非晶質炭素層の性質、例えば反射率を制御することが可能である。例えば、水素ガスを処理チャンバに供給し、フィルム均一性（均一性測定における％の低下と表面粗さにおける低下）を強化してもよい。水素ガスをソースガスとして添加すると、約＋／−１０％以下、例えば約＋／−５％以下、又は約＋／−３％以下のフィルム均一性が得られる。対照的に、水素ガスを添加しないと、堆積される非晶質炭素材料が非常に粗く不均一となり、フィルム均一性の測定値は約＋／−１５％〜約＋／−３５％となる。フィルム均一性を改善するための水素ガスを添加しない場合、複数の層を堆積する際に、ステップカバレッジにかなり劇的な影響がある。フィルム均一性（滑らかで均一なフィルム表面）が向上した非晶質炭素材料層によりステップカバレッジは約８０％以上、又は約９５％以上にまで顕著に改善され、多層型フィルム積層体内においてケイ素含有無機バリア層間で良好に接着される。
【００３０】
工程３４０で、電場を印加し、プラズマを処理チャンバ内で発生させる。電場は電源、例えば高周波電力、マイクロ波周波電力を処理チャンバに印加することで発生可能である。電源は処理チャンバに誘導又は容量結合可能である。１３．５６ＭＨｚの単一のＲＦ電源からの電力を処理チャンバに供給し、プラズマを出力密度約０．１４ワット／ｃｍ２〜約８．６ワット／ｃｍ２、又は電力レベル約１００ワット〜約６０００ワットで形成してもよい。好ましくは約０．２５ワット／ｃｍ２〜約０．６ワット／ｃｍ２の出力密度を処理チャンバに供給し、プラズマを発生させる。ＲＦ電力を周波数約０．０１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚで供給してもよい。ＲＦ電力は連続的又は短時間のサイクルで供給することができる。ＲＦ電力を処理チャンバに結合させ、化合物の解離を増大させる。化合物は、堆積チャンバへの導入に先立ってマイクロ波チャンバで解離させることもできる。しかしながら、各パラメータを修正することで多様なチャンバや異なる基板サイズでこのプラズマ処理を行えることに留意しなくてはならない。
【００３１】
炭素含有化合物、ケイ素含有前駆体、窒素含有前駆体、及び／又は水素ガスを異なる供給源からガス分配システムを介して処理チャンバへと導入する。ガス分配システムは、通常、その上に非晶質炭素層が堆積される基板から約１８０ミリ〜約２００ミリ、例えば約９００ミリの間隔を置いて配置されている。加えて、処理チャンバの圧力は約１００ミリＴｏｒｒ〜約２０Ｔｏｒｒ、例えば約１．５Ｔｏｒｒで維持される。
【００３２】
工程３５０で、高い光透過率を有する非晶質炭素材料を基板上へと基板温度約２００℃以下、例えば約−２０℃〜約１００℃、好ましくは約２０℃〜約８０℃に維持された基板温度で堆積する。好ましい非晶質炭素層は、一実施形態においては、アセチレンをプラズマ処理チャンバへと流量約１００ｓｃｃｍ〜約５０００ｓｃｃｍ、例えば約２００ｓｃｃｍで供給することで堆積する。シランもまた、流量約１０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、例えば約５０ｓｃｃｍで供給される。アンモニア及び／又は窒素ガスは流量約３００ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍ、例えば約１０００ｓｃｃｍで添加する。水素ガスもまた処理チャンバに流量約１００ｓｃｃｍ〜約２５００ｓｃｃｍ、例えば約２００ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍで供給する。
【００３３】
上記記載の工程を、所望の厚さの炭素含有材料が得られるまで繰り返す。上記の処理パラメータを元に得られる非晶質炭素層の典型的な堆積速度は約５００Å／分以上、例えば約１０００Å／分〜約２０００Å／分の範囲であり、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、慣用の平行平板高周波（Ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）システムの化学気相蒸着チャンバで実行可能である。本願に記載の非晶質炭素堆積パラメータは説明上のものであり、本発明の範囲を制限すると解釈されるべきではない。
【００３４】
堆積される非晶質炭素材料は炭素と水素原子を含み、炭素：水素比は約１０％〜約６０％の水素範囲で調節可能である。その各自光学特性、エッチング選択性、及び化学機械研磨抵抗特性を微調整するにあたって、非晶質炭素層の水素比を制御することが望ましい。具体的には、水素含有量が低下するにつれ、そうして堆積された層の光学特性、例えば屈折率（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と、非晶質炭素層のエッチング抵抗性が上昇する。
【００３５】
加えて、非晶質炭素材料を堆積するための炭化水素含有前駆体及びケイ素含有前駆体の流量比を例えば比４：１以上に調節することで、堆積される非晶質炭素材料中の炭素含有量をケイ素含有量よりも高くする。更に、ケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体存在下での非晶質炭素材料の堆積により最終的なフィルムの光透過率が改善されるだけでなく、最終的に形成される非晶質炭素フィルムにおいてＣ−Ｈ結合の低下、Ｎ−Ｈ結合及びＳｉ−Ｃ結合の上昇が生じることを、実験結果は実証している。従って、炭素含有ガス混合物に加えてケイ素含有前駆体、窒素含有前駆体、及び／又は水素ガスを添加し、その流量を調節することで非晶質炭素材料の堆積中に異なるタイプの原子間の比のみならず共有結合の組成を制御することで非晶質炭素材料の光透過率を改善することが望ましい。
【００３６】
当然ながら、本発明の実施形態は本願に記載の処理パラメータ／変数を基板サイズ、チャンバ条件等その他に応じて上昇、低下させることを含む。また、本発明の実施形態において、その工程を本願に記載の順序で実行する必要はない。例えば、水素ガスの処理チャンバへの供給を前駆体混合物のチャンバへの供給前に行うことが可能であり、場合によっては、工程３２０と工程３３０を同時に実行することが可能である。
【００３７】
封止フィルムの堆積
本発明の態様は、炭素含有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。図４は本発明の方法を用いて製造した例示的なディスプレイデバイス５００を図示しており、本発明の実施形態による改善された光透過率を備えた１つ以上の炭素含有材料層を有する多層型封止フィルムを含む。ディスプレイデバイス５００は基板５０１とデバイス５０２とを含んでいてもよい。複数の材料層と約１０００Å以上の厚さを有し得る封止フィルム５１０を次に本発明の方法を用いて堆積して水／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ぎ、かつ電圧を印加した際にデバイス５０２から発光するように高光透過性を付与する。
【００３８】
デバイス５０２は透明アノード層を含んでいてもよく、ガラス又はプラスチック、例えば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）から形成することができる。透明アノード層の一例は、厚さ範囲約２００Å〜約２０００Åのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。加えて、有機又は高分子材料から成る複数の層をデバイス５０２に堆積、パターン形成可能である。例えば、厚さ約２００Å〜約１０００Åの正孔輸送層、例えば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）等のジアミン系の正孔輸送層をデバイス５０２に含めることが可能である。
【００３９】
発光層をデバイス５０２内に堆積可能である。発光層用の材料は典型的には蛍光金属キレート錯体類に属し、一例が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〜約１５００Åである。発光層を堆積した後、これらの有機層にパターン形成する。ＯＬＥＤディスプレイは典型的には、インクジェット印刷又は蒸着法により基板の事前にパターンを施された表面上に堆積される。金属、金属混合物つまり合金が考えられるカソード層もデバイス５０２内に堆積及びパターニングすることが必要である。カソード材料の一例は、厚さ範囲約１０００Å〜約３０００Åのマグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）及びアルミニウム（Ａｌ）の合金である。
【００４０】
デバイス５０２は封止が必要ないずれのタイプのディスプレイデバイスであってもよい。例えば、デバイス５０２はＯＬＥＤ、ＦＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ、有機ＴＦＴ、太陽電池、トップエミッション方式デバイス、ボトムエミッション方式デバイス、アクティブマトリクスデバイス、パッシブマトリクスデバイスその他である。封止フィルム５１０は、デバイス５０２、例えばＯＬＥＤディスプレイデバイスの構築が完了した後に、基板表面最上部上に堆積される。本発明の封止フィルム５１０の材料例には、厚さ範囲約５００Å〜約５０００００Å、例えば約２０００Å〜約５００００Åの無機窒化物フィルムの薄層、無機酸化物フィルム、及び高分子型の有機フィルムが含まれる。例えば、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ）、及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）その他を封止材料して使用可能である。
【００４１】
本発明の実施形態では、基板５０１の表面上のデバイス５０２に堆積した封止フィルム５１０はバリア／封止材料、例えば無機窒化物、無機酸化物フィルム及び高分子型有機材料等の１つ以上の層と、例えば多様な炭素含有材料及び高分子型の有機材料、及び低誘電率材料、例えば非晶質炭素、ダイヤモンド様炭素、ケイ素ドープ炭素材料、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封止層内に含むことで接着性を強化し、封止層を軟化させている。
【００４２】
一実施形態においては、少なくとも１つのバリア層と、本発明の方法を用いて堆積した、光透過率の改善された少なくとも１つの非晶質炭素材料層を有する多層型封止フィルムを、少なくとも１つの非晶質炭素材料層の堆積中にケイ素含有前駆体と窒素含有前駆体を添加することで得る。別の実施形態においては、少なくとも１つのバリア層と少なくとも１つの非晶質炭素材料層を有する多層型封止フィルムをデバイス５０２の最上部に堆積することで水とその他のガス又は液体がデバイス５０２内に拡散しデバイス５０２がショートするのを防止しており、接着不良及び熱安定性の不良から多層型封止フィルムに亀裂が生じたりデバイス５０２の表面から剥落することを伴わない。図４に図示するように、封止フィルム５１０は１つ以上のバリア層５１１、５１２、５１３等と１つ以上の炭素含有材料層５２１、５２２等を交互にした層を含む。
【００４３】
一態様において、本発明は１つ以上の炭素含有材料層５２１、５２２、例えば１つ以上のバリア層５１１、５１２、５１３の間に堆積された複数の非晶質炭素材料層を提供する。別の態様において、基板表面最上部に堆積された多層型封止フィルムの最終層はバリア層、例えばバリア層５１３である。最終層は本発明の方法を用いて堆積したバリア材料、例えば窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化ケイ素、及び炭化ケイ素その他を含み、例示的なディスプレイデバイス５００の最終表面に対して良好な遮水及び酸素バリアとして機能する。
【００４４】
デバイス５０２のすぐ上に形成される第１層としては、炭素含有材料層又はバリア層が可能である。好ましい実施形態においては、本発明はデバイス５０２のすぐ上に堆積する第１層をバリア層とすることで、例示的なディスプレイデバイス５００の遮水性能を強化している。例えば、バリア層５１１等の第１バリア層は接着性強化層及び／又は炭素含有材料層、例えば炭素含有材料層５２１の前に堆積可能である。従って、炭素含有材料層をバリア層上に堆積することで隣接するバリア層間の接着性を促進し、多層型封止フィルムの厚みが十分なもの、例えば約８０００Å以上となるまで堆積することが可能となる。
【００４５】
図５は本発明の一実施形態による堆積方法６００のフロー図である。まず最初に、材料層、例えば封止フィルム５１０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を設置する。方法６００は、任意で、デバイスを基板上に形成する工程を含む。例示的なデバイスにはＯＬＥＤ、ＰＬＥＤ，及びＦＯＬＥＤその他が含まれるが、これに限定されない。
【００４６】
工程６０２で、バリア層、例えばケイ素含有バリア層用の前駆体の第１混合物を基板処理システム内に供給する。前駆体の第１混合物は１つ以上のケイ素含有ガス、例えばシラン（ＳｉＨ４）、ＳｉＦ４及びＳｉ２Ｈ６その他を含んでいてもよい。前駆体の第１混合物は更に１つ以上の窒素含有ガス、例えばアンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、及び窒素ガス（Ｎ２）その他を含んでいてもよい。前駆体の第１混合物は炭素含有ガス及び／又は酸素含有ガスも含んでいてもよい。
【００４７】
例えば、窒化ケイ素バリア層をケイ素含有ガスと窒素含有ガスの混合物、例えばシラン、アンモニア、及び／又は窒素ガスの混合物から堆積することが可能である。別の例としては、酸窒化ケイ素バリア層をケイ素含有ガス、酸素含有ガス、及び窒素含有ガスの混合物、例えばシラン、亜酸化窒素、及び／又は窒素ガスの混合物の混合物から堆積することが可能である。
【００４８】
工程６０４で、水素ガスを基板処理システムへと供給し、ケイ素含有無機バリア層を基板表面上へと基板温度約２００℃以下で工程６０６で堆積する。ディスプレイデバイス、例えばＯＬＥＤデバイスに向けた基板処理中の基板温度はＯＬＥＤデバイス内の複数の有機材料層の熱安定性の悪さから、低温に維持する必要がある。概して、温度約１５０℃以下が望ましく、例えば約１００℃以下、約８０℃以下、又は約２０℃〜約８０℃である。
【００４９】
水素ガスの存在により、堆積されるケイ素含有無機バリア層の表面粗さが軽減され、表面粗さ測定値（ＲＭＳ）は約４０Å〜約７０Åから約４０Å以下、例えば約１５Å以下、好ましくは約１０Å以下へと低下することが判明した。また、表面粗さが低下した（滑らかな表面の）バリア層によりバリア層への水の浸透が大幅に防止され、その下のいずれの材料（例えば、ディスプレイデバイス用の有機及び／又は高分子材料）にとっても良好な封止層として機能することを本発明者は発見した。水素ガスの導入により水の浸透が防止され、温度約３８℃、相対湿度９０％で測定した場合の水蒸気透過速度は１日あたり約１ｘ１０−２ｇ／ｍ２未満、例えば約１ｘ１０−３ｇ／ｍ２〜約１ｘ１０−４ｇ／ｍ２となる
【００５０】
工程６０８で、炭素含有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内に供給する。好ましくは、炭素含有材料層をバリア層堆積システムと同一の基板処理システムで処理して、基板処理のスループットを向上させる。加えて、基板を１つの基板処理システム内の同一又は異なる処理チャンバ内に設置してバリア層及び／又は炭素含有材料層を堆積することで操作を簡素化し、基板の基板処理システム内外への搬入搬出の際の空気と水分への曝露の可能性を低減することが可能である。
【００５１】
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。
【００５２】
炭素含有材料層は非晶質炭素材料、ダイヤモンド様炭素材料、ケイ素ドープ炭素材料、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可能である。
【００５３】
工程６１０で、ケイ素含有化合物と窒素含有化合物を基板処理システムへ供給し、炭素含有材料層、例えば非晶質炭素層を基板表面上へと基板温度２００℃以下で工程６１２で堆積する。加えて、水素ガス及び異なる窒素含有ガスの組み合わせも基板処理システムに供給して非晶質炭素層を堆積してもよい。好ましくは、基板温度は約１５０℃以下、例えば約１００℃以下、約８０℃以下、又は約２０℃〜約８０℃を用いる。
【００５４】
ケイ素含有化合物と窒素含有化合物の存在により堆積される非晶質炭素層の光透過率が改善され、可視光の全ての波長で透過率が約８０％以上、例えば約９０％以上となることも判明した。従って、堆積される非晶質炭素層の透明度は従来のフィルムよりかなり高くなり、発光に透明なフィルムが必要とされる用途に適している。
【００５５】
水素ガスの存在により堆積される炭素含有材料層のフィルム均一性が改善され、フィルム均一性測定値が約＋／−１５％〜約＋／−３５％から約＋／−１０％以下、例えば約＋／−５％以下又は約＋／−３％以下となることも判明した。また、フィルム均一性が改善された炭素含有材料層により堆積される炭素含有材料層のステップカバレッジが顕著に改善されることから、追加の複数の層を良好なステップカバレッジで堆積可能であることも発見した。例えば、封止フィルムの層について約８０％以上、例えば約９５％以上のステップカバレッジが観察される。
【００５６】
工程６１４でケイ素含有無機バリア層と非晶質炭素材料層を有する封止フィルムが既定の厚さで得られたら、堆積処理を工程６１６で終了することが可能である。但し、既定の厚さの封止層が得られない場合、工程６０２、６０４、６０６、６０８、６１０及び６１２の組み合わせのいずれかを繰り返すことが可能である。例えば、１つ以上のケイ素含有無機バリア層及び１つ以上の炭素含有材料層を堆積した後に所望の厚さが一旦得られたなら、ケイ素含有無機バリア層又は炭素含有材料層を最後に堆積して方法６００を終了してもよい。
【００５７】
封止層の厚さは変更可能である。例えば、厚さ約１０００Å以上、約２００００Å〜約６００００Å等の約１００００Å以上が望ましい。デバイス５０２用の封止フィルムの厚さとその空気及び水分バリア性能とが相関関係にあり、デバイス５０２の寿命を延ばすことを本発明者は発見した。本発明の方法を用いることで、約４０日以上、例えば約４５日以上、又は約６０日以上のデバイス５０２寿命を得ることが可能である。
【００５８】
更に、非晶質炭素材料層の透過率が改善され、かつケイ素含有無機バリア層は通常、光透過率が高いため、ケイ素含有無機バリア層と非晶質炭素材料層を有する封止フィルム全体としての光透過率は大幅に改善される。この結果、デバイス５０２の寿命を延ばすために封止フィルムを極めて厚く形成することが可能でありながら依然として高い透明度を有するため、可視光が透過可能である。
【００５９】
一態様において、本発明の方法を用いて堆積した単一のバリア層を本発明のディスプレイデバイスの封止フィルムとして使用することが可能である。例えば、厚さ約１００００Åの単一の窒化ケイ素バリア層を封止フィルムとして使用することが可能である。別の態様において、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つの炭素含有材料層を有する多層型封止フィルムを提供する。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。炭素含有材料層の厚さは約１０００Å〜約１００００Åであってもよい。炭素含有材料の存在により隣接するバリア層間の接着性が上昇、熱安定性が改善され、ケイ素含有無機バリア層の多層構造を十分な厚さとすることが可能となることが判明した。
【００６０】
本発明の一例示的な封止フィルムは２つの窒化ケイ素層とその間の非晶質炭素材料層を全体厚さ約３０００Å〜約３００００Åで含んでいてもよい。本発明の別の例示的な封止フィルムには５つの窒化ケイ素層とその間の４つの非晶質炭素材料層が、全体厚さ約９０００Å〜約９００００Åで含まれていてもよい。
【００６１】
各層を堆積する前又はその後、基板表面を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電源又はマイクロ波電源からの電場を印加することで洗浄プラズマを発生させてもよい。洗浄ガスには酸素含有ガス（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）その他が含まれるが、これに限定されない。水素含有ガスの例には水素ガス（Ｈ２）及びアンモニア（ＮＨ３）その他が含まれるが、これに限定されない。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、洗浄ガスを任意でキャリアガスと共にチャンバへと供給してもよい。例示的なキャリアガスには不活性ガス、例えばヘリウム及びアルゴンその他が含まれる。例えば、インシチュの酸素プラズマを発生させて、先行の基板処理及び基板除去後に処理チャンバ内の材料、例えばチャンバ壁部、ガス分配板、場所を問わずその上に堆積された材料を洗浄除去してもよい。
【００６２】
本発明の実施形態はこれらの工程を本願に記載の順序で実行することを必要としていないことに留意しなくてはならない。例えば、水素ガスは前駆体混合物のチャンバへの供給前に処理チャンバに供給することが可能であり、場合によっては工程６０２と６０４を同時に実行可能である。同様に、工程６０８及び６１０を同時に実行可能である。
【００６３】
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る前駆体混合物から堆積する。前駆体はケイ素含有前駆体、例えばシラン（ＳｉＨ４）、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＦ４その他を含んでいてもよく、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）又は酸化ケイ素（ＳｉＯ）、炭化ケイ素その他の層を基板上に封止層として堆積する。ケイ素含有前駆体は、基板サイズ約４００ｍｍｘ約５００ｍｍの場合、例えば流量１０ｓｃｃｍ以上、例えば約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍで供給可能である。窒素含有前駆体は流量約５ｓｃｃｍ以上、例えば多様な窒素含有前駆体について約１００ｓｃｃｍ〜約６０００ｓｃｃｍで供給可能である。
【００６４】
例えば、前駆体混合物は酸窒化ケイ素フィルムを堆積するためのシラン、亜酸化窒素、及び窒素その他を含んでいてもよい。或いは、シラン、アンモニア、及び窒素その他を用いて窒化ケイ素フィルムを堆積する。又、酸化ケイ素フィルムを堆積するために、前駆体はシラン、及び亜酸化窒素を含んでいてもよい。加えて、各前駆体を異なる又は同一の流量で供給することができ、必要とされる様々な堆積パラメータに依存する。当然ながら、本発明の実施形態は本願に記載の処理パラメータ／変数を基板サイズ、チャンバ条件等その他に応じて上昇、低下させることを含む。
【００６５】
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封止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軽減し、封止層を良好なものとすることが明らかとなった。
【００６６】
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で基板上に堆積する。電場は電源、例えば高周波電力、マイクロ波周波電力を処理チャンバに印加することで発生可能である。電源は処理チャンバに誘導又は容量結合可能である。加えて、処理チャンバの圧力を約０．５Ｔｏｒｒ〜約１０Ｔｏｒｒに維持する。
【００６７】
この結果、１つ以上のケイ素含有無機バリア層は堆積速度約５００Å／分以上、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の範囲で変動し得る。通常、バリア層は薄いよりは厚いほうが水の浸透の防止のためには良い。
【００６８】
慣用の低温無機フィルム堆積処理では封止層の特性が望ましいものとはならなかった。例えばフィルムの密度が低く、その表面は粗く欠陥構造を有し、水試験後の高い屈折率変化、高い透過フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）変化、水試験後の高い水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）等のフィルム特性の不良を伴う。一例として、優れた水分バリア／フィルムとして使用される、遮水性能が良好な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することを意図するものではない。
【００６９】
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慣用の平行平板高周波（ＲＦ）プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）システムであるＡＫＴ１６００ＰＥＣＶＤのチャンバ内に、間隔約９００ミリで真空状態に置いた。低温堆積処理のため、基板支持体（サセプタ）の温度は約６０℃に設定した。水素ガス（Ｈ２）存在下のシラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）混合物をチャンバ内へと水分及び酸素バリアとしての窒化ケイ素フィルム堆積用のソース前駆体ガスとして供給した。比較として、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）を使用する従来法を同一処理条件下で平行して準備した。チャンバ内の圧力は約２．１Ｔｏｒｒである。プラズマは約１３．５６ＭＨｚ、約９００Ｗに設定したＲＦ発電機で維持した。
【００７０】
基本的なフィルム特性を両方の処理条件で形成したフィルムについて比較した。水素ソースガスの存在下及び不在下で堆積した窒化ケイ素フィルムは最初に屈折率（ＲＩ）約１．７〜約１．９、フィルム応力ゼロ〜約２ｘ１０９ダイン／ｃｍ２の同様の基本フィルム特性を示すことを結果は表わしている。堆積速度は双方のフィルムについて約１０００Å／分〜約１５００Å／分で同程度である。従って、水素ガスの存在は基本的なフィルム特性又は堆積速度に影響しない。
【００７１】
しかしながら、双方のフィルムの堆積後の表面粗さ（単位は２乗平均平方根ＲＭＳ）は劇的に異なった。双方のフィルムを顕微鏡下で比較し、３次元での表面粗さ画像を比較して表面粗さを測定した。水素ソースガスの非存在下で堆積したＳｉＮフィルムの平均表面粗さは約４０Å〜約７０Åであり、表面が粗いことを示した。水素ソースガスの存在下で堆積したＳｉＮフィルムの平均表面粗さは約９Å〜約１２Åで、表面が滑らかなことを示した。
【００７２】
水／水分のフィルム特性への影響を測定するための水試験後に双方のフィルムを比較すると、違いはより顕著となった。主要遮水性能について比較した表１を参照すると、Ｈ２ソースガスがフィルム表面粗さを滑らかなものにするにあたって重要な役割を果たし、滑らかな表面により大気からフィルム内部への水／酸素の浸透が防止され、フラットパネルディスプレイ業界において水分／水への抵抗性を示す重要なパラメータとなるＷＶＴＲ（水蒸気透過速度）が非常に低くなることがわかる。ＷＶＴＲを測定するための水試験とは高湿度試験であり、通常、試験対象である構造体を温度範囲約２５℃〜約１００℃、相対湿度（ＲＨ）約４０％〜約１００％の湿度室内に特定の時間（時間又は日数等）に亘って配置することで行われる。試験時間あたりの試験構造体の特定の範囲に亘って保持される水の量を計算し、試験温度及び試験相対湿度での水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）を求めた。
【００７３】
【表１】
【００７４】
水素ソースガスの存在下で堆積したＳｉＮフィルムについての水処理前後の透過フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）も行い、比較した。ＦＴＩＲ及び屈折率（ＲＩ）における変化を比較するための水処理も、異なる堆積フィルムを約１００℃等の温水に特定の時間、例えば約１００時間に亘って浸漬することで実行した。ＦＴＩＲスペクトルは１５００ｃｍ−１〜４０００ｃｍ−１の範囲で記録された。Ｓｉ−Ｈ、Ｎ−Ｈ及びＯ−Ｈ結合がスペクトル中で示された。水処理前後での差はあまりなく、これは水素ソースガス存在下で堆積されたＳｉＮフィルムとは水処理後に結合に違いがないことを示している。表１で示されるように、この結果もまた、約１００℃での約１００時間に亘る水中での（高温かつ高湿度での）ＳｉＮフィルムの処理後、前駆体ソースガスの１つとしての水素ガスの存在下での堆積条件で堆積したＳｉＮフィルムの屈折率に変化はないことを示している。水試験後に測定された低い水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）という結果も含め、全ての結果が高品質の窒化ケイ素がソースガス混合物の一部として水素ガスを用いて良好な遮水性能で堆積されたことを示している。
【００７５】
比較のため、水素ソースガスを用いない従来法で堆積したＳｉＮフィルムについて、水処理前後の透過フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）の変化も実行し比較した。結果はＳｉ−Ｈ結合における大幅な低下、Ｎ−Ｈ結合における若干の低下、Ｏ−Ｈ結合における若干のピーク上昇を示した。この結果は、同様に表１に示されるように、水素ソースガスの非存在下で堆積したＳｉＮフィルムの屈折率に約１５％の変化があることを示した。加えて、水試験後、より高い水蒸気透過速度（ＷＶＴＲ）が測定された。これらは全て水素ソースガスの非存在下で堆積された窒化ケイ素フィルムの遮水性能が不良であることを示している。
【００７６】
基板処理システム
本発明を、大面積基板の処理用に構成されたプラズマ化学気相蒸着システムを参照しながら以下で実例と共に説明する。システムに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事業部であるＡＫＴから入手可能な、様々な基板サイズについてのＡＫＴ１６００、ＡＫＴ３５００、ＡＫＴ４３００、ＡＫＴ５５００、ＡＫＴ１０Ｋ、ＡＫＴ１５Ｋ、及びＡＫＴ２５Ｋを含む多様な平行平板高周波（ＲＦ）プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）システムが挙げられる。但し、当然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、その他のシステム構成、例えばその他の化学気相蒸着システム及びその他のフィルム堆積システムでも有用である。
【００７７】
本発明は、基板表面に光透過率が改善された単層又は多層型の封止フィルムを堆積するための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。本発明の多層型封止フィルムは同一又は異なる基板処理システム、１つの基板処理システム内の同一又は異なる処理チャンバで堆積可能である。一実施形態においては多層型封止フィルムを同一の真空基板処理システム内で堆積することで時間を節約し、処理スループットを改善している。別の実施形態においては、本発明の多層型封止フィルムを複式チャンバ型基板処理システム内部の同一又は異なる処理チャンバ内で基板表面上に堆積可能である。例えば、１つ以上のケイ素含有無機バリア層と１つ以上の炭素含有材料層を有する多層型封止フィルムを化学気相蒸着（ＣＶＤ）システム内でその外部に基板を取り出すことなく効率的に堆積することができ、基板表面への水及び酸素の拡散の可能性が低下する。
【００７８】
図６は１つ以上のプラズマ化学気相蒸着チャンバを有する基板処理システム４００の一実施形態の概略断面図であり、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部門であるＡＫＴから入手可能である。基板処理システム４００は通常、１つ以上の処理チャンバ４０２、基板搬入／搬出チャンバ、基板搬入／搬出チャンバと処理チャンバ４０２との間で基板を移動させるための主要搬送ロボット、及び自動基板処理制御用のメインフレーム制御装置を含む。
【００７９】
１つ以上のソース化合物及び／又は前駆体を供給するために、処理チャンバ４０２は通常、１つ以上のガス供給源４０４に連結されている。１つ以上のガス供給源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、窒素含有化合物供給源その他を含んでいてもよい。処理チャンバ４０２は壁部４０６と底部４０８を有し、処理容積４１２を部分的に規定している。処理容積４１２には典型的にはポート及び弁（図示せず）を通ってアクセスすることで、基板４４０、例えば大面積ガラス基板の処理チャンバ４０２内外での移動を円滑にしている。壁部４０６は排気プレナム４１４を備えた蓋部アセンブリ４１０を支持しており、プレナム４１４は処理容積４１２を排気ポート（様々なポンプ構成材を含む。図示せず）へと連結しており、ガス及び処理による副生成物を処理チャンバ４０２から排気する。
【００８０】
温度管理された基板支持アセンブリ４３８は処理チャンバ４０２の中央に位置されている。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つの埋設ヒータ４３２が封入されたアルミニウム本体部４２４を備える。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４３２は任意の電源４７４に連結されており、基板支持体４３８とその上に位置された基板４４０を既定の温度まで制御下で加熱する。
【００８１】
一実施形態において、ヒータ４３２の温度は約２００℃以下、例えば１５０℃以下、又は約２０℃〜約１００℃に設定可能であり、堆積する材料層の堆積／処理パラメータに依存する。例えば、低温堆積処理の場合、ヒータは約６０℃〜約８０℃、例えば約７０℃に設定可能である。
【００８２】
別の実施形態においては、その内部を温水が流れるポートを基板支持アセンブリ４３８内に配置することで基板４４０を２００℃以下、例えば約２０℃〜約１００℃の均一な温度に維持する。或いは、ヒータ４３２の電源を切り、基板支持アセンブリ４３８を流れる温水だけで堆積中の基板温度を制御することが可能であり、低温堆積処理の場合、これにより基板温度は約１００℃以下となる。
【００８３】
支持アセンブリ４３８は通常、接地されているため、電源４２２によって蓋アセンブリ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付近に位置されるその他の電極）との間に位置されるガス分配板アセンブリ４１８に供給されるＲＦ電力によって支持アセンブリ４３８とガス分配板アセンブリ４１８との間の処理容積４１２内に存在するガスが励起される。電源４２２からのＲＦ電力は通常、基板のサイズに見合った、化学気相蒸着処理を実行できるものを選択する。
【００８４】
一実施形態においては、約１０Ｗ以上、例えば約４００Ｗ〜約５０００ＷのＲＦ電力を電源４２２に印加して処理容積４１２内で電場を発生させる。例えば、出力密度約０．２ワット／ｃｍ２以上、例えば約０．２ワット／ｃｍ２〜約０．８ワット／ｃｍ２、又は約０．４５ワット／ｃｍ２を用いて本発明の低温基板堆積法に適合させることが可能である。電源４２２及び整合回路（図示せず）により処理容積４１２内で前駆体ガスから処理ガスのプラズマを発生させ、維持する。好ましくは、１３．５６ＭＨｚの高周波ＲＦ電力を使用可能であるが重要ではなく、低周波も使用可能である。更に、セラミック材料又は陽極酸化アルミニウム材料で被覆することで、チャンバ壁部を保護可能である。
【００８５】
通常、支持アセンブリ４３８は下方側４２６と基板４４０を支持している上方側４３４を有する。下方側４２６には幹部４４２が連結されており、支持アセンブリ４３８を（図示の）上昇処理位置と降下基板搬送位置との間で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。幹部４４２は更に支持アセンブリ４３８とシステム４００のその他の構成材とをつなぐ電気及び熱電対リード線用の導管でもある。蛇腹部４４６が基板支持アセンブリ４３８に連結されており、処理容積４１２と処理チャンバ４０２外部の大気との間の真空シールを形成し、支持アセンブリ４３８の垂直運動を円滑にしている。
【００８６】
一実施形態において、昇降システムは基板とガス分配板アセンブリ４１８との間の間隔が処理中、約４００ミリ以上、例えば約４００ミリ〜約１６００ミリ、例えば約９００ミリとなるように調節される。間隔調整が可能であることにより、大面積基板の範囲全体で必要なフィルム均一性を維持しながら広範囲に亘る堆積条件下で処理を最適化することが可能となる。接地基板支持アセンブリ、セラミックライナ、高い圧力及び間隔の狭さが相まってガス分配板アセンブリ４１８と基板支持アセンブリ４３８との間でプラズマが高いレベルで閉じ込められ、反応種濃度の上昇と対象となる薄膜の堆積速度の上昇が生じる。
【００８７】
支持アセンブリ４３８は外接するシャドーフレーム４４８も支持している。通常、シャドーフレーム４４８により基板４４０と支持アセンブリ４３８の縁部での堆積が防止され、基板が支持アセンブリ４３８に固着することがない。蓋アセンブリ４１０は典型的には投入ポート４８０を含み、そのポートを通して処理ガスがガス供給源４０４から処理チャンバ４０２へと導入される。投入ポート４８０は洗浄剤供給源４８２にも連結されている。洗浄剤供給源４８２は典型的に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に導入され、ガス分配板アセンブリ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フィルムを除去する。
【００８８】
ガス分配板アセンブリ４１８は典型的には、基板４４０の輪郭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、ウェハの場合は円形に構成されている。ガス分配板アセンブリ４１８は穿孔領域４１６を含み、この穿孔領域を通してガス供給源４０４からの前駆体及びその他のガス、例えば水素ガスを処理容積４１２へと供給する。穿孔領域４１６はガス分配板アセンブリ４１８を処理チャンバ４０２へと通過するガスが均一に分散されるように構成されている。ガス分配板アセンブリ４１８は典型的には吊架板４６０に懸架された拡散板４５８を含む。複数のガス流路４６２が拡散板４５８内には形成されており、これにより既定の量のガスがガス分散板アセンブリ４１８内を処理容積４１２へと通過可能となる。
【００８９】
本発明で有用となり得るガス分散板は同一譲受人に譲渡されたケラー（Ｋｅｌｌｅｒ）その他による２００１年８月８日出願の米国特許出願第０９／９２２２１９号、２００２年５月６日に出願の第１０／１４０３２４号、及びブロニガン（Ｂｌｏｎｉｇａｎ）その他により２００３年１月７日に出願の第１０／３３７４８３号、ホワイト（Ｗｈｉｔｅ）その他に２００２年１１月１２日に発行された米国特許第６４７７９８０号、及びチェ（Ｃｈｏｉ）その他による２００３年４月１６日に出願の米国特許出願第１０／４１７５９２号に記載されており、参照により本願に全て組み込まれる。本発明を特定の実施形態と実施例に従って説明したが、本発明はそれに限定されることを意図するものではない。本願のＣＶＤ処理はその他のチャンバを用いても実行可能であり、ガス流量、圧力、プラズマ密度、及び温度を調節することで実際的な堆積速度で高品質なフィルムを得ることができる。
【実施例】
【００９０】
本発明は炭素含有材料層を低温、例えば約２００℃以下で大面積基板表面上に堆積する方法について記載する。本発明は図２で図示されるような、様々なフィルム厚さでの４３０ｎｍ〜５７０ｎｍの低波長で観察される低光透過率を克服しており、可視光スペクトルの全ての波長で約８０％以上、例えば約９０％以上、約９５％以上、又は約９７％以上まで炭素含有材料層の光透過率を上昇させている。本発明の方法を用いて改良しない場合の炭素含有材料層の光透過率は図２に図示されるようにフィルム厚さが線２１０、２２０、２３０、及び２４０についてそれぞれ０．８ミクロン、１．５ミクロン、２ミクロン及び３．２ミクロンと厚くなるにつれて悪化し、光透過率はフィルム厚さが上昇するにつれ低くなっている。
【００９１】
図７は幾つかの例示的な炭素含有材料フィルムについて測定した透過率の結果についてのグラフであり、可視光スペクトルでの異なる波長での光透過率の改善を示している。フィルム例は本発明の方法を用いて堆積した非晶質炭素フィルムである。実施例７０１の場合、前駆体混合物にはアセチレン、窒素ガス、及び水素ガスが含まれる。実施例７１１において、前駆体混合物にはアセチレン、シラン、窒素ガス、及び水素ガスが含まれる。実施例７１２においては、前駆体混合物にはアセチレン、シラン、アンモニア、窒素ガス、及び水素ガスが含まれる。実施例７１３においては、前駆体ガス混合物にはアセチレン、シラン、アンモニア、及び水素ガスが含まれる。実施例７１４においては、前駆体混合物にはアセチレン、シラン、アンモニア、窒素ガス、及び水素ガスが含まれる。
【００９２】
前駆体は同一のＰＥＣＶＤ処理チャンバにアセチレンの場合、流量約１００ｓｃｃｍ〜約５００ｓｃｃｍ、シランの場合は流量約１０ｓｃｃｍ〜約３００ｓｃｃｍ、アンモニアの場合は流量約３００ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍ、窒素ガスの場合は流量約３００ｓｃｃｍ〜約２５００ｓｃｃｍ、及び水素ガスの場合は流量約２００ｓｃｃｍ〜約８００ｓｃｃｍで供給することが可能である。基板はＰＥＣＶＤ処理チャンバ内に間隔約９００ミリで配置され、圧力約１．５Ｔｏｒｒを維持した。プラズマを基板バイアス存在下でＲＦ出力密度約０．２５ワット／ｃｍ２で堆積時間約４００秒に亘って印加した。堆積中、基板温度を約１００℃で維持すると、約１６００オングストローム／分の堆積速度となる。
【００９３】
実施例７０１、７１１、７１２、７１３、７１４の堆積フィルムの光透過率の測定結果を図７に示し、表２で例証している。全体的に、異なる波長での非晶質炭素フィルム例の透過率は非常に高い。実施例７１１、７１２、７１３、７１４は、ケイ素含有化合物と窒素含有化合物が前駆体混合物中に存在する場合には各波長で光透過率が約８０％以上、例えば約９０％以上又は９５％以上に改善されることを実証している。光透過率の改善は図７と表２に図示されるように低波長、例えば波長約４００ｎｍ〜５６０ｎｍで最も劇的である。この結果は、本発明の非晶質炭素フィルムをトップ又はボトムエミッション方式のディスプレイデバイスを含む多様な用途にも使用可能なことを示唆している。
【００９４】
【表２】
【００９５】
本発明は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多様な封止フィルムも提供し、フィルムを堆積し比較／試験した。加えて、様々な厚さ又は水素ソース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及び非晶質炭素層も試験した。
【００９６】
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封止フィルムをセロハンテープ剥離試験とカルシウム試験を用いて試験した。結果は非常に良好で、各種の多層型封止フィルムは基板から剥離せず、水及び酸素腐食は生じなかった又は低レベルでしか生じなかった（カルシウム試験中、透明カルシウム塩の生成がゼロ又は低レベルであった）。本発明の封止フィルムをＯＬＥＤデバイス等のデバイス上でも試験し、デバイス表面から剥離することなく所望の厚さまで堆積可能か否か及び水、酸素がデバイス中に浸透することを防止してデバイス寿命を延ばすか否かを調べた。約６０℃及び約８５％の高湿度下で試験したところ、本発明の封止フィルムはデバイスの寿命を約１４４０時間より長く延ばすことが可能である。
【００９７】
図８はその上に多層型の封止フィルム８２０を備えた基板８１０の走査電子顕微鏡断面写真を描いたものである。多層型封止フィルム８２０は本発明の方法で堆積した、４層の窒化ケイ素無機バリアフィルムと３層の非晶質炭素フィルムを含む。本発明の多層型封止フィルム８２０は４つの窒化ケイ素バリア材料層８１１、８１２、８１３、８１４と、その間の３つの非晶質炭素材料層８２１、８２２、８２３を含み、窒化ケイ素材料の接着性が促進され、多層型封止フィルム８２０の最終厚さは約３５０００オングストロームとなる。合計９つの堆積材料層を備えた多層型封止フィルム８２０の総ステップカバレッジは非常に良好で、約９５％のステップカバレッジが得られる。
【００９８】
非晶質炭素フィルムの堆積について上述した。例示的なバリア層は、それぞれ約１５０ｓｃｃｍ、約４００ｓｃｃｍ、約１５００ｓｃｃｍ、及び約４０００ｓｃｃｍでＰＥＣＶＤ処理チャンバに供給されたシラン、アンモニア、窒素ガス、及び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ＰＥＣＶＤ処理チャンバ内に約９００ミリの間隔で配置され、圧力約２．１Ｔｏｒｒを維持した。プラズマをＲＦ出力密度約０．４５ワット／ｃｍ２から堆積時間約３９０秒に亘って基板バイアス存在下で印加した。堆積中、基板温度を約７０℃で維持すると、堆積速度が約１７００Å／分となる。
【００９９】
上記は本発明の実施形態を対象としているが、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実施形態を考案することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
本発明の上述した構成が詳細に理解可能であるように、添付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を更に具体的に説明する。しかしながら、添付図面は本発明の典型的な実施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実施形態も含み得るため、本発明の範囲を制限すると解釈されないと理解すべきである。
【図１】その上に封止層が堆積されたＯＬＥＤデバイスの概略断面図である。
【図２】低ｋ材料層の厚さが可視光の異なる波長での透過率に与える影響を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態による可視光スペクトルにおける透過率が改善された炭素含有材料層を基板処理システム内部の基板上に形成するための一例示的な方法のフローチャートである。
【図４】本発明の方法による透過率が改善された１つ以上の炭素含有材料層を有する多層型封止フィルムの一実施形態の概略断面図である。
【図５】本発明の実施形態による、基板処理システム内部の基板上に多層型封止フィルムを形成するための一方法のフロー図である。
【図６】本発明による処理チャンバの一実施形態の概略断面図である。
【図７】本発明の方法を用いて堆積した例示的な炭素含有材料層についての、異なる可視光波長での光透過率の改善を示すグラフである。
【図８】本発明の方法で堆積した４つの窒化ケイ素無機バリアフィルムと３つの非晶質炭素フィルムを有する一例示的な多層型封止フィルムを示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理システム内に配置された基板上に多層型封止フィルムを形成するための方法であり、
複数のケイ素含有無機バリア層を基板表面上に堆積し、この堆積が第１ケイ素含有化合物を基板処理システムに供給することを含み、
１つ以上の炭素含有材料層を１つ以上のケイ素含有無機バリア層の間に基板温度約２００℃以下で堆積し、この堆積が炭素含有化合物、第２ケイ素含有化合物、及び窒素含有化合物を含む前駆体混合物を基板処理システムに供給することを含む多層型封止フィルムの形成方法。
【請求項２】
１つ以上の炭素含有材料層の透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約８０％以上である請求項１記載の方法。
【請求項３】
１つ以上の炭素含有材料層の透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９０％以上である請求項１記載の方法。
【請求項４】
１つ以上の炭素含有材料層の透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９５％以上である請求項１記載の方法。
【請求項５】
１つ以上の炭素含有材料層の透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９７％以上である請求項１記載の方法。
【請求項６】
１つ以上の炭素含有材料層を基板温度約２０℃〜約１５０℃で堆積する請求項１記載の方法。
【請求項７】
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合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８】
１つ以上の炭素含有材料層が非晶質炭素、ケイ素ドープ炭素材料、ダイヤモンド様炭素、及びその組合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９】
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１記載の方法。
【請求項１０】
第２ケイ素含有化合物がシラン、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｈ６、及びその組合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１１】
窒素含有化合物が、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、窒素ガス（Ｎ２）及びその組合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１２】
前駆体混合物が更に水素ガスを含む請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前駆体混合物がアセチレン、水素ガス、シラン及びアンモニアを含む請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前駆体混合物がアセチレン、水素ガス、シラン及び窒素ガスを含む請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前駆体混合物がアセチレン、水素ガス、シラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、及び窒素ガス（Ｎ２）を含む請求項１記載の方法。
【請求項１６】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層及び１つ以上の炭素含有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１記載の方法。
【請求項１７】
基板処理システム内の基板上に多層型封止フィルムの非晶質炭素層を形成するための方法であり、
非晶質炭素層用の炭化水素含有前駆体を供給し、
非晶質炭素層のフィルム均一性を改善するための水素ガスを基板処理システムに供給し、
非晶質炭素層の光透過率を可視光スペクトルの全ての波長において約８０％以上にまで改善するためのケイ素含有前駆体及び窒素含有前駆体を基板処理システムに供給し、
基板温度を約１５０℃以下に制御し、
プラズマを発生させて非晶質炭素層を基板表面上に堆積し、
所望の厚みの非晶質炭素層が得られるまで非晶質炭素層を基板上に堆積することを含む多層型封止フィルムの非晶質炭素層を形成するための方法。
【請求項１８】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９０％以上である請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９５％以上である請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９７％以上である請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
非晶質炭素層を基板温度約２０℃〜約１００℃で堆積する請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
ケイ素含有前駆体がシラン、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｈ６及びその組合せから成る群から選択された化合物を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
窒素含有前駆体が、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、窒素ガス（Ｎ２）及びその組合せから成る群から選択された化合物を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
窒素含有前駆体がアンモニア（ＮＨ３）及び窒素ガス（Ｎ２）を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２５】
炭化水素含有前駆体がアセチレン（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１７記載の方法。
【請求項２６】
ケイ素含有無機バリア材料と炭素含有材料の１つ以上の層を有する封止層を基板処理システム内の基板上に堆積するための方法であり、
ケイ素含有無機バリア層用の第１前駆体混合物を供給し、水素ガスを基板処理システムに供給し、
基板温度を約１５０℃以下に制御し、
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し、
炭素含有材料層用の炭化水素含有前駆体と、ケイ素含有前駆体と、窒素含有前駆体を含む第２前駆体混合物を供給し、水素ガスを基板処理システムに供給し、
基板温度を約１５０℃以下に制御し、
プラズマを発生させて炭素含有材料層をケイ素含有無機バリア層の表面上に堆積し、
厚さ約１５０００オングストローム以上の封止層が得られるまで上記工程を繰り返すことで封止層を基板上に堆積することを含む堆積方法。
【請求項２７】
炭素含有材料層が非晶質炭素、ケイ素ドープ炭素材料、ダイヤモンド様炭素、及びその組合せから成る群から選択された材料を含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
ケイ素含有無機バリア層が基板表面上に封止層の最終材料層として堆積される請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
ケイ素含有無機バリア層及び炭素含有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２６記載の方法。
【請求項３０】
基板処理システム内の基板上に多層型封止フィルムの非晶質炭素層を形成するための方法であり、
非晶質炭素層用に炭化水素含有前駆体を第１流量で供給し、
非晶質炭素層のフィルム均一性を改善するための水素ガスを基板処理システムに供給し、
ケイ素含有前駆体を第２流量で、窒素含有前駆体を第３流量で基板処理システムに供給し、
基板温度を約１５０℃以下に制御し、
基板処理システム内で一定時間に亘ってプラズマを発生させて非晶質炭素層を基板表面上に堆積することを含み、ここで第１流量と第２流量の比が４：１以上である多層型封止フィルムの非晶質炭素層の形成方法。
【請求項３１】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約８０％以上である請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９０％以上である請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９５％以上である請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
１つ以上の炭素含有材料層の透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９７％以上である請求項３０記載の方法。
【請求項３５】
非晶質炭素層を基板温度約２０℃〜約１００℃で堆積する請求項３０記載の方法。
【請求項３６】
封止層を基板上に堆積するための装置であり、
処理チャンバと、
処理チャンバ内に配置された、基板をその上で支持するための基板支持体と、
処理チャンバ内部でプラズマを発生させるための、処理チャンバに連結されたＲＦ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窒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化水素含有前駆体化合物供給源と、
基板処理中、基板温度を約２００℃以下に制御し、かつ１つ以上のケイ素含有無機バリア層とその間の１つ以上の炭素含有材料層を有する封止層を封止層の厚さが約１５０００オングストローム以上となるまで同一の処理チャンバ内で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み、ここで１つ以上のケイ素含有無機バリア層をケイ素含有化合物供給源及び水素ガス供給源から供給された化合物を含む第１前駆体混合物から堆積し、１つ以上の炭素含有材料層を炭化水素含有前駆体供給源、水素ガス供給源、ケイ素含有化合物供給源、及び窒素含有化合物供給源から供給された化合物を含む第２前駆体混合物から堆積する装置。
【請求項３７】
１つ以上の炭素含有材料層が非晶質炭素、ケイ素ドープ炭素材料、ダイヤモンド様炭素、及びその組合せから成る群から選択した材料を含む請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層が基板表面上に封止層の最終材料層として堆積される請求項３６記載の装置。
【請求項３９】
１つ以上の炭素含有材料層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約８０％以上である請求項３６記載の装置。
【請求項１】
基板処理システム内に配置された基板上に多層型封止フィルムを形成するための方法であり、
複数のケイ素含有無機バリア層を基板表面上に堆積し、この堆積が第１ケイ素含有化合物を基板処理システムに供給することを含み、
１つ以上の炭素含有材料層を１つ以上のケイ素含有無機バリア層の間に基板温度約２００℃以下で堆積し、この堆積が炭素含有化合物、第２ケイ素含有化合物、及び窒素含有化合物を含む前駆体混合物を基板処理システムに供給することを含む多層型封止フィルムの形成方法。
【請求項２】
１つ以上の炭素含有材料層の透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約８０％以上である請求項１記載の方法。
【請求項３】
１つ以上の炭素含有材料層の透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９０％以上である請求項１記載の方法。
【請求項４】
１つ以上の炭素含有材料層の透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９５％以上である請求項１記載の方法。
【請求項５】
１つ以上の炭素含有材料層の透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９７％以上である請求項１記載の方法。
【請求項６】
１つ以上の炭素含有材料層を基板温度約２０℃〜約１５０℃で堆積する請求項１記載の方法。
【請求項７】
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合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８】
１つ以上の炭素含有材料層が非晶質炭素、ケイ素ドープ炭素材料、ダイヤモンド様炭素、及びその組合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９】
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１記載の方法。
【請求項１０】
第２ケイ素含有化合物がシラン、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｈ６、及びその組合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１１】
窒素含有化合物が、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、窒素ガス（Ｎ２）及びその組合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１２】
前駆体混合物が更に水素ガスを含む請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前駆体混合物がアセチレン、水素ガス、シラン及びアンモニアを含む請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前駆体混合物がアセチレン、水素ガス、シラン及び窒素ガスを含む請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前駆体混合物がアセチレン、水素ガス、シラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、及び窒素ガス（Ｎ２）を含む請求項１記載の方法。
【請求項１６】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層及び１つ以上の炭素含有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１記載の方法。
【請求項１７】
基板処理システム内の基板上に多層型封止フィルムの非晶質炭素層を形成するための方法であり、
非晶質炭素層用の炭化水素含有前駆体を供給し、
非晶質炭素層のフィルム均一性を改善するための水素ガスを基板処理システムに供給し、
非晶質炭素層の光透過率を可視光スペクトルの全ての波長において約８０％以上にまで改善するためのケイ素含有前駆体及び窒素含有前駆体を基板処理システムに供給し、
基板温度を約１５０℃以下に制御し、
プラズマを発生させて非晶質炭素層を基板表面上に堆積し、
所望の厚みの非晶質炭素層が得られるまで非晶質炭素層を基板上に堆積することを含む多層型封止フィルムの非晶質炭素層を形成するための方法。
【請求項１８】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９０％以上である請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９５％以上である請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９７％以上である請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
非晶質炭素層を基板温度約２０℃〜約１００℃で堆積する請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
ケイ素含有前駆体がシラン、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｈ６及びその組合せから成る群から選択された化合物を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
窒素含有前駆体が、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、一酸化窒素（ＮＯ）、窒素ガス（Ｎ２）及びその組合せから成る群から選択された化合物を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
窒素含有前駆体がアンモニア（ＮＨ３）及び窒素ガス（Ｎ２）を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２５】
炭化水素含有前駆体がアセチレン（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１７記載の方法。
【請求項２６】
ケイ素含有無機バリア材料と炭素含有材料の１つ以上の層を有する封止層を基板処理システム内の基板上に堆積するための方法であり、
ケイ素含有無機バリア層用の第１前駆体混合物を供給し、水素ガスを基板処理システムに供給し、
基板温度を約１５０℃以下に制御し、
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し、
炭素含有材料層用の炭化水素含有前駆体と、ケイ素含有前駆体と、窒素含有前駆体を含む第２前駆体混合物を供給し、水素ガスを基板処理システムに供給し、
基板温度を約１５０℃以下に制御し、
プラズマを発生させて炭素含有材料層をケイ素含有無機バリア層の表面上に堆積し、
厚さ約１５０００オングストローム以上の封止層が得られるまで上記工程を繰り返すことで封止層を基板上に堆積することを含む堆積方法。
【請求項２７】
炭素含有材料層が非晶質炭素、ケイ素ドープ炭素材料、ダイヤモンド様炭素、及びその組合せから成る群から選択された材料を含む請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
ケイ素含有無機バリア層が基板表面上に封止層の最終材料層として堆積される請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
ケイ素含有無機バリア層及び炭素含有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２６記載の方法。
【請求項３０】
基板処理システム内の基板上に多層型封止フィルムの非晶質炭素層を形成するための方法であり、
非晶質炭素層用に炭化水素含有前駆体を第１流量で供給し、
非晶質炭素層のフィルム均一性を改善するための水素ガスを基板処理システムに供給し、
ケイ素含有前駆体を第２流量で、窒素含有前駆体を第３流量で基板処理システムに供給し、
基板温度を約１５０℃以下に制御し、
基板処理システム内で一定時間に亘ってプラズマを発生させて非晶質炭素層を基板表面上に堆積することを含み、ここで第１流量と第２流量の比が４：１以上である多層型封止フィルムの非晶質炭素層の形成方法。
【請求項３１】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約８０％以上である請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９０％以上である請求項３０記載の方法。
【請求項３３】
非晶質炭素層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９５％以上である請求項３０記載の方法。
【請求項３４】
１つ以上の炭素含有材料層の透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約９７％以上である請求項３０記載の方法。
【請求項３５】
非晶質炭素層を基板温度約２０℃〜約１００℃で堆積する請求項３０記載の方法。
【請求項３６】
封止層を基板上に堆積するための装置であり、
処理チャンバと、
処理チャンバ内に配置された、基板をその上で支持するための基板支持体と、
処理チャンバ内部でプラズマを発生させるための、処理チャンバに連結されたＲＦ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窒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化水素含有前駆体化合物供給源と、
基板処理中、基板温度を約２００℃以下に制御し、かつ１つ以上のケイ素含有無機バリア層とその間の１つ以上の炭素含有材料層を有する封止層を封止層の厚さが約１５０００オングストローム以上となるまで同一の処理チャンバ内で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み、ここで１つ以上のケイ素含有無機バリア層をケイ素含有化合物供給源及び水素ガス供給源から供給された化合物を含む第１前駆体混合物から堆積し、１つ以上の炭素含有材料層を炭化水素含有前駆体供給源、水素ガス供給源、ケイ素含有化合物供給源、及び窒素含有化合物供給源から供給された化合物を含む第２前駆体混合物から堆積する装置。
【請求項３７】
１つ以上の炭素含有材料層が非晶質炭素、ケイ素ドープ炭素材料、ダイヤモンド様炭素、及びその組合せから成る群から選択した材料を含む請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
１つ以上のケイ素含有無機バリア層が基板表面上に封止層の最終材料層として堆積される請求項３６記載の装置。
【請求項３９】
１つ以上の炭素含有材料層の光透過率が波長４００ｎｍ〜９００ｎｍで約８０％以上である請求項３６記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２００９−５０９０３６（Ｐ２００９−５０９０３６Ａ）
【公表日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５３１０９７（Ｐ２００８−５３１０９７）
【出願日】平成１８年８月２日（２００６．８．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３０３０４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０４０７９８
【国際公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２日（２００６．８．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３０３０４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０４０７９８
【国際公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【出願人】（３９００４０６６０）アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド (1,346)
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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