CN105140422A - 一种低温沉积氮化硅薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
低温沉积氮化硅薄膜的方法，是一种能够在较低温度下制备氮化硅薄膜的方法。采用本方法制备的薄膜主要应用于OLED封装技术。本发明由射频系统提供稳定的射频，下电极通过热偶精确控制一个较低的温度，在基板上通过等离子体技术沉积出氮化硅薄膜，并在沉积结束后通过射频对薄膜表面进行后处理，以增加薄膜表面的致密度。本方法每次沉积过程中基板表面的温升较小，可以采用分层沉积形式，分层沉积不会影响薄膜性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温沉积氮化硅薄膜的方法，确切地说是一种适用于OLED封装技术的氮化硅薄膜的方法，该方法属于半导体薄膜制造技术领域。
背景技术
基于等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术的氮化硅薄膜技术主要应用于半导体器件和集成电路的研制中，用作芯片的钝化层和多层布线间的介质膜。在大多数氮化硅薄膜的沉积工艺过程中，如果沉积温度降低至400℃以下，薄膜性能会受到较大影响。因此，在低温下沉积出性能稳定的氮化硅薄膜，是工艺开发中的一个难题。
OLED，即有机发光二极管，因为具备轻薄、省电等特性，从2003年开始，这种显示设备在MP3播放器上得到了广泛应用。OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同，无需背光灯，具有自发光的特性,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。
随着半导体技术的不断发展，OLED在平板显示技术中拥有了更多的潜力。然而OLED技术的缺点是稳定性差。由于水汽及氧气进入薄膜而导致黑斑的形成，是OLED性能衰减的一个主要原因。另外由于有机层的结晶，OLED在高于55℃的条件下寿命会变得很短，并且会随着温度的升高而加速。因此，需要在OLED封装技术中，开发一种能够在低温下沉积的稳定的薄膜技术，以提高OLED的稳定性及寿命。
发明内容
本发明是鉴于提高OLED的寿命和稳定性而提出的，其目的是提供一种在较低温度下沉积出应用于OLED封装技术的氮化硅薄膜的方法。
本发明第一方面，是一种能够在较低温度下沉积适用于OLED封装技术的氮化硅薄膜的方法。该方法在较低的基底温度下，由射频系统提供射频，通过等离子体技术沉积出氮化硅薄膜，并在沉积结束后对薄膜进行后处理(posttreat),具体方法是通过下述步骤实现的：
1)载物台控温：下电极通过热偶精确控制温度；
2)装样：基板通过传片系统传入反应腔室；
3)通气：从反应腔室内的上电极，即喷淋头，通入气体SiH4、NH3、N2；
4)沉积：由射频系统提供射频，通过等离子体技术沉积薄膜；
5)后处理：停止通入主反应源SiH4，利用射频对薄膜表面进行后处理；
6)抽真空：工艺停止，反应腔室抽至真空。
进一步地，所述氮化硅制备方法，其特征在于：该氮化硅薄膜的沉积温度较低，沉积温度可由30℃-90℃。
进一步地，所述氮化硅制备方法，其特征在于：反应气体为SiH4、NH3和N2。
进一步地，所述氮化硅制备方法，其特征在于：在通气过程中，通过蝶阀(TV阀)控制反应腔室压力，反应压力可由1-9Torr。
进一步地，所述氮化硅制备方法，其特征在于：通过载物台的上下运动，来控制上下电极之间的距离。
进一步地，所述氮化硅制备方法，其特征在于：反应过程中，射频系统提射频功率，其功率可由100w-2000w。
进一步地，所述氮化硅制备方法，其特征在于：在沉积结束后，通过射频对薄膜表面进行后处理，此时停止通入主反应源SiH4。
进一步地，所述氮化硅制备方法，其特征在于：薄膜可分层沉积，对薄膜性能无影响。
本发明的有益效果及特点在于：
本发明所采用的氮化硅制备方法，能够实现薄膜的低温沉积，具有工艺过程中基板温升较低及可分层沉积的特点。可广泛地应用于OLED封装技术领域。
附图说明
图1给出了实施例1的傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR谱图)。
图2给出了实施例2的傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR谱图)。
图3给出了实施例3的傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR谱图)。
图4给出了实施例4的傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR谱图)。
图5给出了各实施例的应力(Stress)监测情况。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。
实施例1
本发明第一实例在低温下制备氮化硅薄膜的方法，具体步骤如下：
1)沉积腔室载物台即加热盘温度为60℃，其控制方式为通过热电偶实时监测和控制温度，精度范围为±0.75％；
2)通过上电极喷淋头向反应腔室通入气体SiH4、NH3和N2，其中SiH4、NH3为主要反应源，N2主要起到稀释作用、同时可为反应提供氮源，反应气体流量分别为SiH4:100-500sccm；NH3：100-500sccm；N2：500-10000sccm，向反应腔室通入气体过程可以使沉积衬底进行充分预热，同时可以给予气流一定的稳定时间；
3)在腔室通气的同时，由蝶阀通过控制开度来控制腔室压力，反应腔室压力为1-5torr，此压力即为沉积过程中的反应压力；
4)沉积衬底进入反应腔室时，载物台位置处于初始位置，距离上电极喷淋头的距离为50-60mm，在通气过程中载物台向上运动，将载物台与电极之间的距离控制在10-20mm，此距离即为沉积过程中的上下电极间距；
5)在通气步骤基础上，由射频系统提供射频开始薄膜沉积过程，射频功率为100-1500w，射频使各反应气体发生解离产生等离子体，在等离子体中气体分子被电子撞击大部分离解产生活泼的原子基团，原子和离子，然后这些活性粒子在衬底表面凝结形成薄膜；
6)在沉积结束后，反应腔室停止通入主反应源SiH4，NH3、N2持续通入，流量不发生改变，射频系统持续提供射频，反应腔室的压力及上下电极距离仍保持与沉积过程一致，此步目的在于对薄膜表面进行后处理，以使薄膜表面更加致密；
7)沉积结束后，反应腔室停止通入反应气体，射频系统停止提供射频，载物台向下运动恢复初始位置，蝶阀全开，将反应腔室抽至真空状态。
实施例2
本发明第二实例在低温下制备氮化硅薄膜的方法，其步骤与实施例1相同，只是主反应源SiH4的流量为300-600sccm。
实施例3
本发明第三实例在低温下制备氮化硅薄膜的方法，其步骤与实施例1相同，只是反应过程中上下电极之间的距离为6-15mm。
实施例4
本发明第四实例在低温下制备氮化硅薄膜的方法，其步骤与实施例1相同，只是腔室的压力控制为4-8Torr。
实施例2-4在实施例1的基础上，对SiH4流量、上下电极间距、腔室压力进行了调整。
图1给出了实施例1的FTIR谱图。从图中可以看出，实施例1中，在薄膜沉积后2天中，Si-N峰无明显变化，但Si-H及N-H峰均有明显上升，说明薄膜在环境中吸收了水分；
图2给出了实施例2的FTIR谱图，实施例2中，在薄膜沉积后2天中，Si-N峰无明显变化，Si-H及2170cm-1处的N-H峰有少量增加；
图3给出了实施例3的FTIR谱图，实施例3中，在薄膜沉积后2天中，Si-N峰无明显变化，Si-H及N-H峰均有上升，但上升幅度不大；
图4给出了实施例4的FTIR谱图，实施例4中，在薄膜沉积后2天中，Si-N峰、Si-H峰及N-H峰均无明显变化，从FTIR谱图来看，实施例2及实施例4薄膜性能稳定、无明显吸水现象、防水性能好。实施例2-4是在实施例1的基础上，对SiH4流量、上下电极间距、腔室压力进行了调整。
图5给出了各实施例的Stress监测情况，从图中可以看出，实例1在沉积后2天内，其应力波动范围在±20之间；实例2在沉积后2天内，其应力波动范围在±5之间；实例3在沉积后2天内，其应力波动范围在±20之间；实例1在沉积后2天内，其应力波动范围在±15之间。一般薄膜吸水或释水后，其应力会发生改变，从四个实施例的应力监测的结果来看，实施例2应力稳定，说明其薄膜致密、防水性能好。
Claims (7)
1.一种低温沉积氮化硅薄膜的方法，该方法是在较低的基底温度下，由射频系统提供射频，并通过等离子体技术沉积出氮化硅薄膜，具体实现步骤如下：
1)载物台控温：下电极通过热偶精确控制温度；
2)装样：基板通过传片系统传入反应腔室；
3)通气：从反应腔室内的上电极，即喷淋头，通入气体SiH42、NH3、N2；
4)沉积：由射频系统提供射频，通过等离子体技术沉积薄膜；
5)后处理：停止通入主反应源SiH4，利用射频对薄膜表面进行后处理；
6)抽真空：工艺停止，反应腔室抽至真空。
2.如权利要求1所述的低温沉积氮化硅薄膜的方法，其特征在于：该氮化硅薄膜的沉积温度由30℃-90℃，反应气体为SiH4、NH3和N2。
3.如权利要求1所述的低温沉积氮化硅薄膜的方法，其特征在于：在通气过程中，通过蝶阀控制反应腔室压力，反应压力由1-9Torr。
4.如权利要求1所述的低温沉积氮化硅薄膜的方法，其特征在于：通过载物台的上下运动，来控制上下电极之间的距离。
5.如权利要求1所述的低温沉积氮化硅薄膜的方法，其特征在于：反应过程中，射频系统提射频功率，其功率可由100w-2000w。
6.如权利要求1所述的低温沉积氮化硅薄膜的方法，其特征在于：在沉积结束后，通过射频对薄膜表面进行后处理，此时停止通入主反应源SiH4。
7.如权利要求1所述的低温沉积氮化硅薄膜的方法，其特征在于：薄膜可分层沉积，对薄膜性能无影响。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151209 |