JP4947766B2 - Method for forming silicon-based thin film - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン系薄膜の形成方法に関する。より詳しくは、絶縁機能またはバリア機能を有するシリコン系の薄膜を、基板上にCVD法により形成する方法に関する。 The present invention relates to a method for forming a silicon-based thin film. More specifically, the present invention relates to a method of forming a silicon-based thin film having an insulating function or a barrier function on a substrate by a CVD method.
シリコン窒化膜は、半導体デバイスの保護膜や絶縁膜として重要であり、その形成には熱CVD法やプラズマCVD(化学気相成長)法が用いられる。熱CVD法では、例えば、シラン(SiH4)ガスとアンモニア(NH3)ガスとを用い750〜800°Cの温度での熱分解反応により基板表面にシリコン窒化膜を化学的に気相成長させる。プラズマCVD法では、やはりSiH4ガスとNH3ガスとを用いこの反応ガスに高周波電界を印加し、その電気的エネルギーを利用してガスを活性化し、プラズマ反応により300°C前後の低温で基板表面にシリコン窒化膜を化学的に気相成長させる。従来、このようにして形成したシリコン窒化膜は、クラックや剥離が生じやすいという問題があった。 The silicon nitride film is important as a protective film or an insulating film of a semiconductor device, and a thermal CVD method or a plasma CVD (chemical vapor deposition) method is used for the formation. In the thermal CVD method, for example, a silicon nitride film is chemically vapor-grown on the substrate surface by a thermal decomposition reaction at a temperature of 750 to 800 ° C. using silane (SiH 4 ) gas and ammonia (NH 3 ) gas. . In the plasma CVD method, SiH 4 gas and NH 3 gas are used, a high-frequency electric field is applied to the reaction gas, the gas is activated using the electrical energy, and the substrate is formed at a low temperature of about 300 ° C. by plasma reaction. A silicon nitride film is chemically vapor-grown on the surface. Conventionally, the silicon nitride film formed in this way has a problem that cracks and peeling easily occur.
クラックや剥離を生じ難くできるシリコン窒化膜の形成方法として、例えば特許文献1には、プラズマにより励起されたハロゲン系ガスを用い、真空条件下において基板表面をエッチング処理することで、基板に残留する不純物を完全に除去し且つ表面に均質で微細な凹凸を形成して、シリコン窒化膜と基板との密着性及び膜質の向上を図るという技術が開示されている。また、特許文献2には、製膜室の前段に前処理室を設け、この前処理室でECRプラズマを基板の表面に照射し、基板の表面に吸着している水分や基板上に製膜されている薄膜中に含まれる水分の脱離を行なうという技術が開示されている。
しかしながら、上記した特許文献1の手法を、有機EL等の電子デバイスの形成された基板に適用した場合には、電子デバイス自体がエッチングされてしまう虞がある。また、上記した特許文献2の手法を上記基板に適用した場合には、電子デバイスは、水分の脱離を行なう際に絶えずECRプラズマに曝されるので、プラズマダメージを受けやすい。また、製膜室の前段に前処理室を設けるため、装置構成が大掛かりなものとなる。
However, when the method of
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基板上に形成された電子デバイスにダメージを与えることなく且つ装置構成を大掛かりなものとすることなく、基板上へのシリコン系薄膜の密着性を向上させることができ、クラックや剥離が生じ難いシリコン系薄膜を形成できるシリコン系薄膜の形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and without damaging an electronic device formed on a substrate and without making the apparatus configuration large, a silicon-based thin film on the substrate. It is an object of the present invention to provide a method for forming a silicon-based thin film that can improve the adhesion of the silicon-based thin film and can form a silicon-based thin film that is less susceptible to cracking and peeling.
上記目的を達成するために、請求項1のシリコン系薄膜の形成方法は、絶縁機能またはバリア機能を有するシリコン系薄膜を、基板K上にICPを用いたCVD法により形成するシリコン系薄膜の形成方法において、先ず、原料ガスとして、水素元素を含むガスと、シリコン元素を含むガスとを用い、前記基板K上にICPを用いたプラズマCVD法により第1薄膜11を形成し、次いで、窒素元素を含むガスと、シリコン元素を含むガスとを用い、絶縁機能またはバリア機能を有する第2薄膜12を、前記第1薄膜11上にICPを用いたCVD法により形成し、第1薄膜11及び第2薄膜12を形成するにあたり、薄膜形成中に基板Kを揺動運動させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a silicon-based thin film forming method according to
請求項2のシリコン系薄膜の形成方法は、絶縁機能またはバリア機能を有するシリコン系薄膜を、基板K上にICPを用いたCVD法により形成するシリコン系薄膜の形成方法において、先ず、原料ガスとして、水素元素を含むガスと、シリコン元素を含むガスとを用い、前記基板K上にICPを用いたプラズマCVD法により第1薄膜11を形成し、次いで、酸素元素を含むガスと、シリコン元素を含むガスとを用い、絶縁機能またはバリア機能を有する第2薄膜12を、前記第1薄膜11上にICPを用いたCVD法により形成し、第1薄膜11及び第2薄膜12を形成するにあたり、薄膜形成中に基板Kを揺動運動させることを特徴とする。
The method for forming a silicon-based thin film according to
請求項2のシリコン系薄膜の形成方法は、第1薄膜11及び第2薄膜12を形成するにあたり用いる、シリコン元素を含むガスとして、HMDSガスを用いる。
The method for forming a silicon-based thin film according to
本発明において、基板とは、絶縁機能やバリア機能が付与される対象となるものであり、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム等の樹脂フィルムそのもの、あるいは、この樹脂フィルム上に有機EL等の電子デバイスが形成されたものをいう。 In the present invention, the substrate is a target to which an insulating function or a barrier function is given, and a resin film itself such as a PET (polyethylene terephthalate) film or an electronic device such as an organic EL is provided on the resin film. The one formed.
本発明によると、基板上に形成された電子デバイスにダメージを与えることなく且つ装置構成を大掛かりなものとすることなく、基板へのシリコン系薄膜の密着性を向上させることができ、クラックや剥離が生じ難いシリコン系薄膜が形成できるようになる。 According to the present invention, the adhesion of the silicon-based thin film to the substrate can be improved without causing damage to the electronic device formed on the substrate and without making the apparatus configuration large, and cracks and peeling This makes it possible to form a silicon-based thin film that is difficult to cause.
以下、添付図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は本発明の実施に用いる封止膜形成装置の正面概略図、図2は図1の封止膜形成装置の平面概略図である。なお、この封止膜形成装置は、膜形成の実験用に製作されたものであり、有機EL基板等の半導体装置の製造工場における生産ラインで用いられる装置とは異なる。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic front view of a sealing film forming apparatus used in the practice of the present invention, and FIG. 2 is a schematic plan view of the sealing film forming apparatus of FIG. This sealing film forming apparatus is manufactured for film forming experiments, and is different from an apparatus used in a production line in a manufacturing factory of a semiconductor device such as an organic EL substrate.
図1に示すように封止膜形成装置1は、ロードロック室2、ロードロック室2に連設するロボット室3、及びロボット室3に連設する成膜室4を備える。この封止膜形成装置1が形成目的とする封止膜はシリコン窒化膜である。
As shown in FIG. 1, the sealing
ロードロック室2は、ゲートバルブ21によりロボット室3と隔絶可能とされる。また、真空ポンプ22に接続されると共に、その内部に基板ストッカー23を備える。基板ストッカー23は、基板Kの周縁部を支持するための支持ピン24を備える。ここで、基板Kは、表面に有機EL素子9が形成されており、そのサイズは370mm×470mmとする。
The
ロボット室3は、内部に基板搬送ロボット31を備える。基板搬送ロボット31は、モータ32、アーム33及び可動支持台34を備える。可動支持台34は、モータ32の駆動によりアーム33を介してX,Y,Z各方向に移動自在に構成される。可動支持台34は、上記基板ストッカー23と同様な支持ピン35を備える。
The
成膜室4は、ロボット室3と連通しており、流量制御バルブ41を介して真空ポンプ42に接続され、流量制御バルブ43を介してHMDS供給タンク44に接続され、流量制御バルブ45を介してN2供給タンク46に接続され、流量制御バルブ51を介してH2供給タンク52及びAr供給タンク53に接続される。成膜室4の内部には、ループアンテナ47を備える。
The
ループアンテナ47は、プラズマを生成する手段であり、絶縁チューブ48と導電性電極49とにより構成される。絶縁チューブ48は、成膜室4内に互いに2本対向して平行配設される。導電性電極49は、2本の絶縁チューブ48に挿設され、図2のように平面視が略U字形を呈するように成膜室4の互いに対向する側壁を貫通し、高周波電流を供給する電源50に接続される。高周波電流50の周波数は13.56MHzであることが好ましい。なお、使用するプラズマはCCP、ICP、バリア放電、ホロー放電などでもよい。
The
次に、図3、4も参照して、本発明に係るシリコン窒化膜の形成方法について説明する。図3は本発明によるシリコン窒化膜の形成段階を説明するための図であり、図3(A)は未封止の有機EL素子基板の側面概略図、図3(B)は第1薄膜を形成した有機EL素子基板の側面概略図、図3(C)は第2薄膜を形成した有機EL素子基板の側面概略図を示す。図4はシリコン窒化膜を形成する手順を示すフローチャートである。 Next, a method for forming a silicon nitride film according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining a step of forming a silicon nitride film according to the present invention. FIG. 3A is a schematic side view of an unsealed organic EL element substrate, and FIG. FIG. 3C is a schematic side view of the organic EL element substrate on which the second thin film is formed. FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for forming a silicon nitride film.
封止膜形成装置1は、次に示す初期状態にあるものとして説明する。すなわちロードロック室2は、ゲートバルブ21が閉じた状態であり、ロードロック室2の内圧は大気圧である。基板ストッカー23には、表面に有機EL素子9が形成された未封止の基板K(図3(A)参照)が、その素子形成面K1を鉛直下方に向けた状態で保持されている。また、成膜室4及びロボット室3は、真空ポンプ42により内圧が9.9×10−5Pa以下に減圧されている。
The sealing
まず、真空ポンプ22が作動を開始し、ロードロック室2を減圧する(ステップS1)。ロードロック室2の内圧が成膜室4及びロボット室3の内圧とほぼ同じになった時点でゲートバルブ21を開く。続いて、基板搬送ロボット31は、アーム33をロードロック室2に伸延させ、基板ストッカー23に保持された未封止の基板Kを、同じ姿勢、すなわちその素子形成面K1を鉛直下方に向けた状態で可動支持台34上に受け取る。基板Kを受け取った後、基板搬送ロボット31はアーム33を収縮させる。アーム33が収縮した後、ゲートバルブ21は閉じ、基板搬送ロボット31は、図1の2点鎖線に示すように、アーム33を成膜室4に伸延させ、ループアンテナ47の上方に基板Kをセットする(ステップS2)。
First, the
成膜室4に基板Kがセットされると、封止膜の形成処理が開始する。すなわち流量バルブ51を開くことによりH2ガスとArガスの混合ガスを成膜室4に導入する。それと同時に流量バルブ43を開くことにより、HMDSガスを成膜室4に導入する。Arガスを添加することで、比較的小エネルギーのプラズマで解離反応を行うことができる。このときの各ガスの導入速度は、H2ガスとArガスの混合ガスを20sccm〜40sccm、HMDSガスを3sccm〜5sccmとすることが好ましい(ステップS3)。続いて、電源50からループアンテナ47に高周波電流を流す。これにより、ループアンテナ47の周辺にプラズマが発生する。このときのプラズマ電力は5kW〜10kWとすることが好ましい(ステップS4)。基板Kの表面では表面反応が行われ、図3(B)に示すように、有機EL素子9を被覆するように第1薄膜11が形成される。
When the substrate K is set in the
所定時間T1が経過した後、流量バルブ51を閉じることによりH2ガスとArガスの混合ガスの導入を停め、流量バルブ45を開くことによりN2ガスを成膜室4に導入する。なお、N2ガスに代えてNH3ガスを導入してもよい。それと同時に流量バルブ43によりHMDSガスの導入速度を調節する。このときの各ガスの導入速度は、N2ガスを20sccm〜40sccm、HMDSガスを3sccm〜5sccmとすることが好ましい(ステップS5)。続いて、電源50からループアンテナ47に、プラズマ電力が4kW〜8kWとなるように高周波電流を流す。これにより、ループアンテナ47の周辺にプラズマが発生する(ステップS6)。基板Kの表面では表面反応が行われ、図3(C)に示すように、第1薄膜11を被覆するように第2薄膜12、すなわちシリコン窒化膜を形成する。所定時間T2が経過した後、流量バルブ45を閉じることによりN2ガスの導入を停め、流量バルブ43を閉じることによりHMDSガスの導入を停める(ステップS7)。
After the predetermined time T1 has elapsed, the introduction of the mixed gas of H 2 gas and Ar gas is stopped by closing the
以上のように、先ず、原料ガスとして、H2ガスとArガスとHMDSガスとを用い、基板K上にプラズマCVD法により第1薄膜11を形成し、次いで、N2ガスとHMDSガスとを用い、シリコン窒化膜である第2薄膜12を形成する。HMDSガスを原料ガスとして用いるため、爆発の虞がなく安全性に優れる。
As described above, first, H 2 gas, Ar gas, and HMDS gas are used as source gases, the first
前段の工程(ステップS1〜S4)で形成した第1薄膜11は、密着性が良いことが判明している。この第1薄膜11を基板Kと第2薄膜12との間に介在させることで、基板Kと第2薄膜12との密着性が向上し、その結果、第2薄膜12は、クラックや剥離が生じ難くなり、性能ばらつきの少ない信頼性のあるものとすることができる。本発明の方法は、従来とは異なりエッチング処理等を用いないため、有機EL素子9等の電子デバイスにダメージを与えることがない。また、第1薄膜11は、基板Kの上に化学的に気相成長するに従い、有機EL素子9等の電子デバイスをプラズマエネルギーから保護する機能も有するため、プラズマエネルギーによる電子デバイスへのダメージが少なくて済む。また、第1薄膜11の形成と第2薄膜12との形成は、同室(成膜室4)内で行われるため、装置構造が大掛かりなものにならない。
It has been found that the first
なお、後段の工程(ステップS5〜S7)で第2薄膜12を形成するにあたり、N2ガスやNH3ガス等の窒素元素を含むガスに代えて、酸素元素を含むガスを用いてもよい。この場合には、第2薄膜12はシリコン酸化膜となり、シリコン窒化膜と同様に、絶縁機能またはバリア機能に優れるものとなる。
In forming the second
有機ELデバイスが形成された基板上において、有機EL自身が熱によりダメージを受けるのを避けるため、各膜形成時の温度は100°C以下が好ましい。なお、以上に述べた封止膜形成中に、可動支持台34をX方向に所定周期で揺動運動させてもよい。これによりムラのない均一な膜とすることができる。
In order to prevent the organic EL itself from being damaged by heat on the substrate on which the organic EL device is formed, the temperature at the time of forming each film is preferably 100 ° C. or less. During the formation of the sealing film described above, the
第2薄膜12の形成が終了すると、ロードロック室2においてゲートバルブ21が開き、基板搬送ロボット31はアーム32を収縮させ、その後ロードロック室2に伸延させる。そして、封止済みの基板Kを基板ストッカー23に移載し、基板搬送ロボット31はアーム33を収縮させる。アーム33が収縮した後、ゲートバルブ21は閉じ、ロードロック室2を大気圧に戻して開放した後(ステップS8)、封止膜形成済みの基板Kを外部へ取り出すことができる(ステップS9)。
When the formation of the second
上記封止膜形成装置1にて、次に示すA,Bの手法によりシリコン窒化膜の形成を行った。Aの手法では、上記実施形態に示したように、第1薄膜11を形成した後に、第2薄膜12を形成した。Bの手法では、第1薄膜11を形成せずに第2薄膜12を形成した。
(A)膜形成条件を以下に示す。
第1薄膜の形成時
成膜室4内の圧力:3Pa
H2ガスとArガスの混合ガスの導入速度:30sccm
HMDSガスの導入速度:3sccm
プラズマ電力:9kW
第2薄膜の形成時
成膜室4内の圧力:3Pa
N2ガスの導入速度:30sccm
HMDSガスの導入速度:3sccm
プラズマ電力:6kW
(B)第2薄膜の形成条件は、Aの場合と同一であり、第1薄膜は形成していない(水素プラズマ処理無し)。
In the sealing
(A) The film forming conditions are shown below.
Pressure in the
Introduction speed of mixed gas of H 2 gas and Ar gas: 30 sccm
HMDS gas introduction speed: 3 sccm
Plasma power: 9kW
Pressure in the
N 2 gas introduction rate: 30 sccm
HMDS gas introduction speed: 3 sccm
Plasma power: 6kW
(B) The conditions for forming the second thin film are the same as in A, and the first thin film is not formed (no hydrogen plasma treatment).
Aで形成した膜とBで形成した膜との比較結果を表1に示す。Aのように第1薄膜を形成した場合は、水に浸けておいても、超音波洗浄をしても剥がれがなかったが、Bのように第1薄膜を形成しなかった場合は水に浸けておくだけでクラックが入り、超音波洗浄をすると殆ど剥がれてしまった。 Table 1 shows a comparison result between the film formed of A and the film formed of B. When the first thin film was formed as in A, it was not peeled off even when immersed in water or by ultrasonic cleaning. However, when the first thin film was not formed as in B, it was immersed in water. Cracking occurred just by soaking, and it almost peeled off after ultrasonic cleaning.
△:小さい剥がれ有り
×:剥がれ有り
以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上に開示した実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこの実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、更に特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment disclosed above is an illustration to the last, Comprising: The scope of the present invention is not limited to this embodiment. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
9 有機EL素子(電子デバイス)
11 第1薄膜
12 第2薄膜
K 基板
9 Organic EL elements (electronic devices)
11 1st
Claims (3)
先ず、原料ガスとして、水素元素を含むガスと、シリコン元素を含むガスとを用い、前記基板上にICPを用いたプラズマCVD法により第1薄膜を形成し、
次いで、窒素元素を含むガスと、シリコン元素を含むガスとを用い、絶縁機能またはバリア機能を有する第2薄膜を、前記第1薄膜上にICPを用いたCVD法により形成し、
第1薄膜及び第2薄膜を形成するにあたり、薄膜形成中に基板を揺動運動させることを特徴とするシリコン系薄膜の形成方法。 In a silicon-based thin film forming method of forming a silicon-based thin film having an insulating function or a barrier function on a substrate by a CVD method using ICP ,
First, as a source gas, a gas containing hydrogen element and a gas containing silicon element are used, and a first thin film is formed on the substrate by a plasma CVD method using ICP .
Next, using a gas containing nitrogen element and a gas containing silicon element, a second thin film having an insulating function or a barrier function is formed on the first thin film by a CVD method using ICP ,
A method of forming a silicon-based thin film, wherein the substrate is swung during the formation of the first thin film and the second thin film .
先ず、原料ガスとして、水素元素を含むガスと、シリコン元素を含むガスとを用い、前記基板上にICPを用いたプラズマCVD法により第1薄膜を形成し、
次いで、酸素元素を含むガスと、シリコン元素を含むガスとを用い、絶縁機能またはバリア機能を有する第2薄膜を、前記第1薄膜上にICPを用いたCVD法により形成し、
第1薄膜及び第2薄膜を形成するにあたり、薄膜形成中に基板を揺動運動させることを特徴とするシリコン系薄膜の形成方法。 In a silicon-based thin film forming method of forming a silicon-based thin film having an insulating function or a barrier function on a substrate by a CVD method using ICP ,
First, as a source gas, a gas containing hydrogen element and a gas containing silicon element are used, and a first thin film is formed on the substrate by a plasma CVD method using ICP .
Next, a second thin film having an insulating function or a barrier function is formed on the first thin film by a CVD method using ICP using a gas containing an oxygen element and a gas containing a silicon element ,
A method of forming a silicon-based thin film, wherein the substrate is swung during the formation of the first thin film and the second thin film .
MDSガスを用いる請求項1または請求項2に記載のシリコン系薄膜の形成方法。 As a gas containing silicon element used for forming the first thin film and the second thin film, H
The method for forming a silicon-based thin film according to claim 1 or 2, wherein MDS gas is used.
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