CN111893461A - 一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法 - Google Patents

一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法，包括如下过程：将衬底放入PECVD的反应腔体内，面朝反应腔体内的射频电极，衬底与射频电极的距离保持在5‑25mm，抽真空；当反应腔体内真空度达到设定值时，通入氧气、六甲基硅氧烷和氮气，然后打开射频电源，开始在衬底上生长薄膜；当薄膜生长到期望的厚度时，关闭射频电源，然后停止通入反应气体，关闭真空泵；再通入氮气，当反应腔体内的压力达到大气压后，开启顶盖，取出生长好的薄膜，关闭顶盖；抽真空，然后通入四氟化碳气体，打开射频电源，对反应腔体进行清洗。本发明所公开的方法生长的薄膜具有很好的光学和电学特性，以及很好的致密性和机械柔性，可以作为很好的柔性薄膜封装材料。

Description

一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法
技术领域
本发明涉及一种柔性薄膜的生长方法，特别涉及一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法。
背景技术
目前，OLEDs显示屏或其他电子产品基本采用玻璃板/环氧树脂封装或polymer/Al2O3/polymer/Al2O3…多层结构的封装模式。玻璃板/环氧树脂封装无法应用到柔性电子中。多层封装结构中，polymer没有氧的阻断能力，Al2O3虽然很致密但是很脆，很容易形成微孔裂纹，氧到达OLEDs的路径只是在一定范围内经过迂回绕弯变长了，所以，没法完全起到阻断的作用。
另外，柔性电子具有非常好的应用前景，然而电子器件想要做到柔性，需要柔性金属导电材料、柔性半导体材料和柔性绝缘介质材料。目前，柔性金属材料有金、银、铝等，柔性半导体材料有部分有机半导体，但是柔性绝缘介质材料并没有很好的选择，尤其是室温下能制备的柔性绝缘介质材料。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法，以达到生长的薄膜具有很好的光学和电学特性，以及很好的致密性和机械柔性，可以作为很好的柔性薄膜封装材料的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法，包括如下过程：
(1)样品加载：将衬底放入PECVD的反应腔体内，面朝反应腔体内的射频电极，衬底与射频电极的距离保持在5-25mm，抽真空；
(2)薄膜生长：当反应腔体内真空度达到设定值时，通入氧气、六甲基硅氧烷和氮气，然后打开射频电源，射频电源通过射频电极把反应腔体内的反应气体激发到等离子体状态，六甲基硅氧烷、氮气和氧气的等离子体发生化学沉积反应，开始在衬底上生长薄膜；
(3)当薄膜生长到期望的厚度时，关闭射频电源，然后停止通入氧气、六甲基硅氧烷和氮气，关闭真空泵；再通入氮气，当反应腔体内的压力达到大气压后，开启顶盖，取出生长好的薄膜，关闭顶盖；
(4)反应腔体清洗：对反应腔体抽真空，然后通入四氟化碳气体，打开射频电源，利用四氟化碳等离子体刻蚀反应腔体内在薄膜生长时沉积的类氧化硅，对反应腔体进行清洗；清洗后，先关掉射频电源，然后关闭四氟化碳气体。
上述方案中，所述衬底选用聚酰亚胺、聚异戊二烯或塑料薄膜。
上述方案中，所述衬底先采用Micro-90清洗液、丙酮、异丙醇和去离子水清洗干净。
上述方案中，步骤(2)中，当反应腔体内真空度低于1x10-6Torr时，通入氧气、六甲基硅氧烷和氮气。上述方案中，步骤(2)中，通入的六甲基硅氧烷占总气体体积的1％-10％，通入的氧气占总气体体积的80％-90％。
上述方案中，步骤(4)中，对反应腔体抽真空5-15分钟，然后通入四氟化碳气体。
通过上述技术方案，本发明提供的类氧化硅柔性薄膜的生长方法具有如下有益效果：
1、本方法制备的薄膜材料具有热氧化硅类似的电学和光学特性，生长过程中六甲基硅氧烷被氧气氧化后绝大多数剩余的是硅和氧，有很少的碳和氢，少量的碳和氢使这种薄膜具有很好的机械柔性和致密性。
2、本方法制作成本低，所用原材料为氧气、六甲基硅氧烷和氮气，尾气不需要进行特殊处理，对环境无污染。
3.采用本方法，薄膜生长温度低，可以在任意衬底上生长。
4.薄膜材料的台阶覆盖性好，生长速度快，可达到2um/小时。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例所公开的一种反应腔体结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的一种用于生长大面积薄膜的反应腔体结构示意图；
图3为本发明实施例制备的类氧化硅柔性薄膜的电学特性曲线图；
图4为本发明实施例制备的类氧化硅柔性薄膜的光学特性曲线图；
图5为本发明实施例制备的类氧化硅柔性薄膜制备的晶体管器件柔性效果图；
图6为本发明实施例制备的类氧化硅柔性薄膜的台阶覆盖性图片；
图7为本发明实施例制备的类氧化硅柔性薄膜的台阶覆盖性散点图；
图8为本发明实施例制备的类氧化硅柔性薄膜对OLEDs的封装效果图。
图中，1、反应腔体；2、射频电极；3、气体混匀器；4、顶盖；5、衬底；6、气体入口；7、气体出口一；8、气体出口二；9、温度传感器；10、滚轴；11、气体挡板；12、支架。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供了一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法，具体实施例如下：
(1)衬底清洗：首先对要进行生长的衬底如聚酰亚胺、聚异戊二烯、塑料薄膜等基板材料用Micro-90清洗液、丙酮、异丙醇和去离子水清洗干净，对于已长有器件的或干净的芯片或基底可以不用清洗。
(2)样品加载：将衬底放入PECVD的反应腔体内，面朝反应腔体内的射频电极，衬底与射频电极的距离保持在5-25mm，关闭顶盖，抽真空；
(3)薄膜生长：当反应腔体内真空度低于1x10-6Torr时，通入氧气、六甲基硅氧烷和氮气，通入的六甲基硅氧烷占总气体体积的5％，通入的氧气占总气体体积的85％。然后打开射频电源，射频电源通过射频电极把反应腔体内的反应气体激发到等离子体状态，六甲基硅氧烷、氮气和氧气的等离子体发生化学沉积反应，开始在衬底上生长薄膜；
(4)当薄膜生长到期望的厚度时，关闭射频电源，然后停止通入氧气、六甲基硅氧烷和氮气，关闭真空泵；再通入氮气，当反应腔体内的压力达到大气压后，开启顶盖，取出生长好的薄膜，关闭顶盖；
(5)反应腔体清洗：对反应腔体抽真空，10分钟后，通入四氟化碳气体，打开射频电源，利用四氟化碳等离子体刻蚀反应腔体内在薄膜生长时沉积的类氧化硅，对反应腔体进行清洗；清洗后，先关掉射频电源，然后关闭四氟化碳气体。
本发明采用的PECVD的反应腔体如图1所示，反应腔体1内部悬空水平设置射频电极2，射频电极2连接射频电源的正极，反应腔体1连接射频电源的负极；射频电极2下方设置气体混匀器3，反应腔体1的顶盖4内侧固定用于沉积薄膜的衬底5，衬底5正面朝向射频电极2，气体混匀器3通过气体入口6连接气路系统，反应腔体1底部开设气体出口一7连接真空系统。反应腔体1侧壁开设气体出口二8，气体出口二8上设置阀门，气体出口二8用来排放反应腔体1内的气体，当压力过高时可通过气体出口二8排放。反应腔体1的顶盖4上设置温度传感器9，用于监测反应腔体1内的温度。
本发明也可以采用如图2所示的PECVD的反应腔体，可用于生长大面积薄膜。其结构与图1不同之处在于，衬底5固定于两个滚轴10上，在沉积过程中，一个滚轴10用于释放衬底5，另一个滚轴10用于收卷沉积好薄膜的衬底5，可连续生长大面积的柔性薄膜。另外，为了防止气体沉积在滚轴10上，在两个滚轴10之间设置有筒状的气体挡板11，气体挡板11两侧开设缝隙，衬底5穿过气体挡板11上的缝隙。
上述结构中，气体混匀器3、射频电极2和气体挡板11均安装于支架12上，支架12底部固定于反应腔体1底部。
下面对本发明制备的类氧化硅柔性薄膜进行性能测试，其电学特性如图3所示，生长的薄膜其相对介电常数跟生长时射频电源的沉积功率密切相关，随着功率的增加而增加；在40W时，类氧化硅薄膜的相对介电常数接近热氧化法制备的二氧化硅。当功率增加时，六甲基硅氧烷中更多的碳、氢元素跟氧充分反应产生气体而通过尾气排出，薄膜中碳、氢元素减少，硅氧含量更接近二氧化硅的成份。
该薄膜的光学特性如图4所示，沉积功率40W时生长的类氧化硅薄膜材料，它的成份接近热氧化方法制备的二氧化硅，在光学通透性上也跟热氧化方法制备的二氧化硅类似，在350-2400nm范围内通透性很好。
通过对该薄膜进行机械柔性试验发现，2μm厚的类氧化硅薄膜长在25μm厚的柔性衬底上卷曲60000次后，没有任何微裂纹，而且用制备的类氧化硅薄膜作为柔性晶体管的栅介质层，晶体管弯曲在1mm直径的曲面上，器件性能不受任何影响，如图5所示，可见本发明制备的薄膜具有很好的机械柔性。
该薄膜的台阶覆盖性如图6和图7所示，在器件或芯片封装中，薄膜在台阶处的覆盖性至关重要。覆盖性好的薄膜可以在台阶处形成有效的保护层，本发明的类氧化硅柔性薄膜材料在生长过程中，由于等离子体在台阶处的反应均匀，可以在侧壁和台阶底部生长，形成较好的台阶覆盖性。
该薄膜对OLEDs的封装效果见图8，采用65℃、85％湿度条件下进行加速测试，通过此方法在OLEDs上沉积的2um厚的类氧化硅薄膜可以有效保护OLEDs。OLEDs的有效面积在加速反应中(65℃，85％湿度)逐渐减少，但是减少速率要远远小于现在市场上玻璃封装的产品，也就是说对水蒸气和氧气的阻断效果要远远好于其他类型的封装。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法，其特征在于，包括如下过程：
(1)样品加载：将衬底放入PECVD的反应腔体内，面朝反应腔体内的射频电极，衬底与射频电极的距离保持在5-25mm，抽真空；
(2)薄膜生长：当反应腔体内真空度达到设定值时，通入氧气、六甲基硅氧烷和氮气，然后打开射频电源，射频电源通过射频电极把反应腔体内的反应气体激发到等离子体状态，六甲基硅氧烷、氮气和氧气的等离子体发生化学沉积反应，开始在衬底上生长薄膜；
(3)当薄膜生长到期望的厚度时，关闭射频电源，然后停止通入氧气、六甲基硅氧烷和氮气，关闭真空泵；再通入氮气，当反应腔体内的压力达到大气压后，开启顶盖，取出生长好的薄膜，关闭顶盖；
(4)反应腔体清洗：对反应腔体抽真空，然后通入四氟化碳气体，打开射频电源，利用四氟化碳等离子体刻蚀反应腔体内在薄膜生长时沉积的类氧化硅，对反应腔体进行清洗；清洗后，先关掉射频电源，然后关闭四氟化碳气体。
2.根据权利要求1所述的一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法，其特征在于，所述衬底选用聚酰亚胺、聚异戊二烯或塑料薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法，其特征在于，所述衬底先采用Micro-90清洗液、丙酮、异丙醇和去离子水清洗干净。
4.根据权利要求1所述的一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法，其特征在于，步骤(2)中，当反应腔体内真空度低于1x10-6Torr时，通入氧气、六甲基硅氧烷和氮气。
5.根据权利要求1所述的一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法，其特征在于，步骤(2)中，通入的六甲基硅氧烷占总气体体积的1％-10％，通入的氧气占总气体体积的80％-90％。
6.根据权利要求1所述的一种类氧化硅柔性薄膜的生长方法，其特征在于，步骤(4)中，对反应腔体抽真空5-15分钟，然后通入四氟化碳气体。
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