JP4987716B2 - 水素化シリコンオキシカーバイド（Ｈ：ＳｉＯＣ）でコーティングされた基板およびその製造方法 - Google Patents

水素化シリコンオキシカーバイド（Ｈ：ＳｉＯＣ）でコーティングされた基板およびその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、被覆基板に関し、より詳細には、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む層Ａ（以下、「バリア層」と称する）を備えた被覆基板に関する。本発明は、この被覆基板の製造方法にも関する。
バリアコーティングは、電子部品実装、食品包装、および表面加工を含む幅広い用途において、精密な材料を空気、水蒸気、および他の環境要素から保護することにより重要な役割を果たしている。この結果、このようなコーティングは、多くの消費財の信頼性を高め、耐用寿命を延長させている。
層間絶縁体または環境障壁としての使用に好適な水素化シリコンオキシカーバイド膜、およびこのような膜の製造方法は、当業界において公知である。例えば、Lobodaらの米国特許第6159871号公報は、水素化シリコンオキシカーバイド膜を製造するための化学気相蒸着方法を開示している。この方法は、メチル含有シランと酸素供給ガスとを含む反応性ガス混合物を基体の入った蒸着チャンバへ導入する工程と、メチル含有シランと酸素供給ガスとの間の反応を２５℃〜５００℃の温度で引き起こし、反応中存在する酸素の量を調節して、水素、ケイ素、炭素及び酸素を含み、３．６以下の誘電率を有するフィルムを前記基体上に形成させる工程とを含む。
Lobodaらの国際公開第02/054484号は、固体状態デバイスのサブアッセンブリを含む集積回路を開示する。この固体状態デバイスのサブアッセンブリは、半導体物質と、この固体状態デバイスに接続する金属配線と、少なくともこの金属配線上に形成された拡散バリア層とから作成される基板を形成する。ここで、前記拡散バリア層は、SiwCxOyHz（式中、wは10〜33の値であり、xは1〜66の値であり、yは1〜66の値であり、zは0.1〜60の値であり、さらにw＋x＋y＋z＝100原子％である）の組成を有する合金膜である。
Lobodaらの米国特許第6593655号公報は、半導体素子を開示している。この半導体素子は、メチル含有シランと酸素供給ガスとを含む反応性ガス混合物を半導体素子の入った蒸着チャンバへ導入する工程と、メチル含有シランと酸素供給ガスとの間の反応を２５℃〜５００℃の温度で引き起こし、反応中存在する酸素の量を調節して、水素、ケイ素、炭素及び酸素を含み、３．６以下の誘電率を有するフィルムを前記半導体素子上に形成させる工程とによって製造される膜をその上に有している。
Cernyらの米国特許第6667553号公報は、液晶素子、発光ダイオード素子、および有機発光ダイオード表示素子から選択される基板を開示している。この基板は、メチル含有シランと酸素供給ガスとを含む反応性ガス混合物を基板の入った蒸着チャンバへ導入する工程と、メチル含有シランと酸素供給ガスとの間の反応を２５℃〜５００℃の温度で引き起こし、反応中存在する酸素の量を調節して、水素、ケイ素、炭素及び酸素を含み、３．６以下の誘電率を有するフィルムを前記半導体素子上に形成させ且つ400nmから800nmの範囲の波長を有する光に対して95%以上の光透過性を有する膜を形成させる工程とによって製造される膜をその上に有している。
米国特許第6159871号公報 国際公開第02/054484号パンフレット 米国特許第6593655号公報 米国特許第6667553号公報
上記の参考文献は良好な絶縁性およびバリア性を有する水素化シリコンオキシカーバイドのコーティングを開示しているが、環境要素、特に水蒸気および酸素に対して優れた耐性を有する絶縁コーティングが求められている。
本発明は、
基板と、
前記基板上の、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層と、
を含む被覆基板を対象とする。
本発明はまた、
基板と、
前記基板上の、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む層Ｂ（以下、「バッファ層」と称する）と、
前記バッファ層上の、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層と、
を含む被覆基板を対象とする。
本発明はさらに、被覆基板の製造方法であって、
ケイ素含有化合物、アルゴン、および酸素を含む反応性ガス混合物を、基板の入った蒸着チャンバへ導入する工程であって、前記ケイ素含有化合物が少なくとも１種のシラン、少なくとも１種のシロキサン、およびこれらの混合物から選択され、前記アルゴンの流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が10から30であり、前記酸素の流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が0.15から1.0であり、前記基板の温度が20℃から80℃であり、かつ、圧力が1.33から60 Paである工程；
前記ガス混合物に300Wから1000WのＲＦパワーを適用してプラズマを発生させる工程；ならびに、
前記基板に50Wから120WのＬＦパワーを適用して、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層を前記基板上に蒸着させる工程、
を含む方法を対象とする。
本発明はさらに、被覆基板の製造方法であって、
1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層を基板上に蒸着させる工程；
ケイ素含有化合物、アルゴン、および酸素を含む反応性ガス混合物を、バッファ層を有する前記基板の入った蒸着チャンバへ導入する工程であって、前記ケイ素含有化合物が少なくとも１種のシラン、少なくとも１種のシロキサン、およびこれらの混合物から選択され、前記アルゴンの流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が10から30であり、前記酸素の流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が0.15から1.0であり、前記基板の温度が20℃から80℃であり、かつ、圧力が1.33から60 Paである工程；
前記ガス混合物に300Wから1000WのＲＦパワーを適用してプラズマを発生させる工程；ならびに、
前記基板に50Wから120WのＬＦパワーを適用して、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層を前記バッファ層上に蒸着させる工程、
を含む方法を対象とする。
本発明のバリア層は、従来のシリコンオキシカーバイド膜より高い密度と低い多孔性を有する。本バリア層は、低い水蒸気透過速度、典型的には10-1から10-3g/m2/日の水蒸気透過速度を有する。また、本バリア層は、酸素および金属イオン（例えば、銅およびアルミニウム等）に対する透過性が低い。さらに、本バリア層は、電磁スペクトルの可視領域の光に対して高い透明性、典型的には少なくとも80%の透明性を有する。さらに、本バリア層は、クラッキングに対する耐性が高く、圧縮応力が低い。
本発明の方法は、従来の装置および技術を用いて実施することができる。例えば、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドは、例えば熱化学気相蒸着法、プラズマ促進化学気相蒸着法、光化学気相蒸着法、および噴霧気相蒸着法などの化学気相蒸着法；および、例えばスパッタリングなどの物理気相蒸着法を用いて蒸着することができる。さらに、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドは、二重周波数の化学気相蒸着法を用いて蒸着することができる。重要なことに、隣接したバリア層およびバッファ層を、同じ化学気相蒸着システムを用いて蒸着することができる。
本発明のバリア層は、半導体素子、液晶、発光ダイオード、有機発光ダイオード、光電子素子、光学素子、光起電力電池、薄膜電池、および太陽電池を含む、多様なデバイスの層間絶縁体ならびに／または水蒸気および酸素に対するバリアとして用いることができる。
図１に示すように、本発明の被覆基板の第一の実施形態は、基板100；および、前記基板100上の、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層102を含む。
基板は、平面的な、複雑な、または不規則な輪郭を有する硬質材料または軟質材料であってよい。基板は、磁気スペクトルの可視領域（約400から約700nm）の光に対して透明であっても不透明であってもよい。本明細書においては、用語「透明」は、基板が、磁気スペクトルの可視領域の光に対して、少なくとも30%、あるいは少なくとも60%、あるいは少なくとも80%の透過パーセントを有することを意味する。
基板の例として、これだけに限られないが、半導体材料（例えばシリコン、二酸化ケイ素の表面層を有するシリコンなど）、および、ガリウムヒ素；石英；融解石英；酸化アルミニウム；セラミック；ガラス；金属箔；ポリオレフィン（例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート（PET）およびポリエチレンナフタレートなど）；フッ素樹脂（例えばポリ四フッ化エチレンおよびポリビニルフルオリドなど）；ポリアミド（例えばNylon）；ポリイミド；ポリエステル（例えばポリ（メチルメタクリレート））；エポキシ樹脂；ポリエーテル；ポリカーボネート；ポリスルホン；および、ポリエーテルスルホンが挙げられる。基板は、単独の材料、または、２種またはそれ以上の異なる材料を含む複合材料であってよい。
バリア層は、25℃において、典型的には、少なくとも1.6g/cm3、あるいは少なくとも1.7g/cm3、あるいは少なくとも1.8g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む。典型的には、バリア層の水素化シリコンオキシカーバイドは、25℃において、1.7〜2.5g/cm3、あるいは1.7〜2.0g/cm3、あるいは1.8〜2.0g/cm3の密度を有する。水素化シリコンオキシカーバイドの密度は、堆積物の質量、厚さ、および表面積を測定することにより容易に決定することができる。
バリア層の水素化シリコンオキシカーバイドは、ケイ素、酸素、炭素、および水素を含有する。例えば、水素化シリコンオキシカーバイドは、式SimCnOpHq（式中、mは10〜33原子%、あるいは18〜25原子%の値であり；nは1〜66原子%、あるいは10〜20原子%の値であり；pは1〜66原子%、あるいは15〜38原子%の値であり；qは0.1〜60原子%、あるいは25〜40原子%の値であり；さらにm＋n＋p＋q＝100原子％である）で表すことができる。
バリア層は、典型的には、0.2〜10μm、あるいは0.2〜5μm、あるいは0.2〜2μmの厚さを有する。バリア層の厚さが0.2μm未満であると、層の水蒸気透過速度が典型的には増加する。バリア層の厚さが10μmより大きいと、層がクラッキングを起こしやすい。
バリア層は、典型的には、電磁スペクトルの可視領域（約400から約700nm）の光に対して少なくとも30%、あるいは少なくとも50%、あるいは少なくとも70%の透過パーセントを有する。例えば、150μm厚さのポリエチレンテレフタレート基板上の、1μm厚さのバリヤー層の透過パーセントは、典型的には少なくとも70%である。
図２に示すように、被覆基板の第二の実施形態は、基板100；前記基板100上の、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層102；および、前記バリア層102上の、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層104を含む。第二の実施形態の基板およびバリア層は、本被覆基板の第一の実施形態において上述したものと同じである。
バッファ層は、25℃において、典型的には、1.6g/cm3以下、あるいは1.4g/cm3以下の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む。典型的には、バッファ層の水素化シリコンオキシカーバイドは、25℃において、1.0〜1.5g/cm3、あるいは1.1〜1.5g/cm3、あるいは1.2〜1.5g/cm3の密度を有する。水素化シリコンオキシカーバイドの密度は、堆積物の質量、厚さ、および表面積を測定することにより容易に決定することができる。
バッファ層の水素化シリコンオキシカーバイドは、ケイ素、酸素、炭素、および水素を含有し、バリア層の水素化シリコンオキシカーバイドについて上記した式で表すことができる。
バッファ層は、典型的には、0.2〜10μm、あるいは0.2〜5μm、あるいは0.2〜2μmの厚さを有する。バッファ層の厚さが0.2μm未満であると、層がバリア層を十分に覆うことができない可能性がある。バリア層の厚さが10μmより大きいと、層がクラッキングを起こしやすい。
バッファ層は、典型的には、電磁スペクトルの可視領域（約400から約700nm）の光に対して少なくとも60%、あるいは少なくとも70%、あるいは少なくとも80%の透過パーセントを有する。例えば、150μm厚さのポリエチレンテレフタレート基板上の、1μm厚さのバリヤー層の透過パーセントは、典型的には少なくとも80%である。
図３に示すように、被覆基板の第三の実施形態は、基板100；、前記基板100上の、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層102；および、前記バリア層102上の、少なくとも2層（4層が図示されている）の交代するバッファ層106およびバリア層108（この場合において、各交代バッファ層106は1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含み、各交代バリア層108は少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む）を含む。第三の実施形態の被覆基板は、バリア層上に、典型的には2から16層、あるいは4から10層の交代するバッファ層およびバリア層を備えた。第三の実施形態の基板およびバリア層は、第一の実施形態において上述したものと同じである。また、第三の実施形態の各交代バッファ層およびバリア層は、第二の実施形態のバッファ層として上述したものおよび第一のバリア層として上述したものとそれぞれ同じである。
図４に示すように、被覆基板の第四の実施形態は、基板200；、前記基板200上の、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層202；および、前記バッファ層202上の、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層204を含む。第四の実施形態の基板およびバリア層は、本被覆基板の第一の実施形態において上述したものと同じである。また、第四の実施形態のバッファ層は、第二の実施形態のバッファ層として上述したものと同じである。
図５に示すように、被覆基板の第五の実施形態は、基板200；、前記基板200上の、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層202；前記バッファ層202上の、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層204；および、前記バリア層204上の、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む追加のバッファ層206を含む。第五の実施形態の基板およびバリア層は、第一の実施形態において上述したものと同じである。また、第五の実施形態のバッファ層および追加のバッファ層は、第二の実施形態のバッファ層として上述したものと同じである。
図６に示すように、被覆基板の第六の実施形態は、基板200；、前記基板200上の、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層202；前記バッファ層202上の、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層204；前記バリア層204上の、少なくとも2層（3層が図示されている）の交代するバッファ層208およびバリア層210（この場合において、各交代バッファ層208は1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含み、各交代バリア層210は少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む）を含む。被覆基板の第六の実施形態は、バリア層上に、典型的には3から15層、あるいは3から7層の交代するバッファ層およびバリア層を備えた。第六の実施形態の基板、バリア層、および各交代バリア層は、第一の実施形態において上述したものと同じである。また、第六の実施形態のバッファ層および各交代バッファ層は、第二の実施形態のバッファ層として上述したものと同じである。
本発明の被覆基板の第一の実施形態（図１）は、
ケイ素含有化合物、アルゴン、および酸素を含む反応性ガス混合物を、基板100の入った蒸着チャンバへ導入する工程であって、前記ケイ素含有化合物が少なくとも１種のシラン、少なくとも１種のシロキサン、およびこれらの混合物から選択され、前記アルゴンの流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が10から30であり、前記酸素の流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が0.15から1.0であり、前記基板の温度が20℃から80℃であり、かつ、圧力が1.33から60 Paである工程；
前記ガス混合物に300Wから1000WのＲＦパワーを適用してプラズマを発生させる工程；ならびに、
前記基板に50Wから120WのＬＦパワーを適用して、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層102を前記基板100上に蒸着させる工程、
によって製造することができる。
本方法の第一の工程では、ケイ素含有化合物、アルゴン、および酸素を含む反応性ガス混合物を、基板の入った蒸着チャンバへ導入する。この場合において、前記ケイ素含有化合物は少なくとも１種のシラン、少なくとも１種のシロキサン、およびこれらの混合物から選択され、前記アルゴンの流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比は10から30であり、前記酸素の流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比は0.15から1.0であり、前記基板の温度は20℃から80℃であり、かつ、圧力は1.33から60 Paである。
反応性ガス混合物のケイ素含有化合物は、少なくとも１種のシラン、少なくとも１種のシロキサン、およびこれらの混合物から選択される。シランの例としては、これだけに限定されないが、メチル含有シラン（例えば、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、およびテトラメチルシランなど）；および、アルコキシシラン（例えば、ジメトキシジメチルシラン、トリメトキシメチルシラン、テトラメトキシシラン、トリエトキシメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリエトキシビニルシラン、テトラエトキシシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン、トリメトキシフェニルシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ジエトキシメチルフェニルシラン、トリス（2-メトキシエトキシ）ビニルシラン、トリエトキシフェニルシラン、およびジメトキシジフェニルシランなど）が挙げられる。シロキサンの例としては、これだけに限定されないが、テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、およびテトラエトキシシランが挙げられる。ケイ素含有化合物は、単一のシラン、2種以上の異なるシランの混合物、単一のシロキサン、2種以上の異なるシロキサンの混合物、または、少なくとも1種のシランと少なくとも1種のシロキサンとの混合物であってよい。
本発明の方法は、二重周波数モードで動作する従来の平行板化学気相蒸着システムを用いて実施することができる。このようなシステムにおいて、蒸着チャンバには、ラジオ周波（RF）パワー源に接続した頂部電極（典型的にはシャワーヘッド）と、低周波（LF）パワー源に接続した底部電極（典型的には基板ホルダー）とが入っている。RFパワー源は、典型的には、10から1000Wのパワーを周波数1から20MHzで適用する。13.56MHzのRF周波数がCVDシステムにおいて一般的に採用されている。LFパワー源は、典型的には、10から1200Wのパワーを周波数325から375KHzで適用する。フィルタリングも、これらの2つの信号間の相互作用を最小限にするために典型的に採用される。例えば、頂部電極と底部電極とをそれぞれ接地するために、典型的には、インダクタおよびコンデンサを用いる。
ケイ素含有化合物の流量は、典型的には、20 sccmから150 sccm（立法センチメートル毎秒）、あるいは30 sccmから120 sccm、あるいは30 sccmから80 sccmである。
アルゴンの流量は、典型的には、200 sccmから1500 sccm、あるいは300 sccmから1200 sccm、あるいは300 sccmから800 sccmである。
酸素の流量は、典型的には、5 sccmから100 sccm、あるいは5 sccmから60 sccm、あるいは5 sccmから40 sccmである。
アルゴンの流量のケイ素含有化合物の流量に対する比は、典型的には、10から30、あるいは10から20、あるいは10から15である。アルゴンの流量のケイ素含有化合物の流量に対する比が30より大きいと、基板の温度の実質的な上昇が起こる可能性がある。
酸素の流量のケイ素含有化合物の流量に対する比は、典型的には、0.15から1.0、あるいは0.5から1.0、あるいは0.5から0.8である。酸素の流量のケイ素含有化合物の流量に対する比が0.15より小さいと、バリア層がシリコンカーバイドを大部分含む可能性がある。酸素の流量のケイ素含有化合物の流量に対する比が1.0より大きいと、層の水蒸気透過速度が典型的には増加する。
基板の温度は、典型的には、20℃から80℃、あるいは25℃から50℃、あるいは25℃から40℃である。
蒸着圧力は、典型的には、1.33 Paから60 Pa、あるいは1.33 Paから25 Pa、あるいは1.33 Paから15 Paである。蒸着圧力が60 Paより大きいと、典型的には、層の水蒸気透過速度が増加する。
本方法の第二の工程では、ガス混合物に300Wから1000WのＲＦパワーを適用する。あるいは、RFパワーは、400Wから800W、または400Wから600Wである。
本方法の第三の工程では、基板に50Wから120WのLFパワーを適用して、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層を前記基板上に蒸着させる。あるいは、LFパワーは、60Wから100W、または65Wから85Wである。
被覆基板の第二の実施形態（図２）は、
基板100上に、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層102を蒸着させる工程；および、
前記バリア層102上に、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層104を蒸着させる工程、
によって製造することができる。第二の実施形態のバリア層は、第一の実施形態において上述したように蒸着することができる。
1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層を蒸着させる方法は、当業者に周知であり、例えば、Lobodaらの米国特許第6159871号
、Lobodaらの国際公開第02/054484号、Huらの米国特許第5718967号、Thomasらの米国特許第5378510号により例示されている。例えば、最高で約1.4g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイド膜が、米国特許第6159871号の記載のように化学気相蒸着法により蒸着することができる。手短に言えば、この方法は、メチル含有シランと酸素供給ガスとを含む反応性ガス混合物を基体の入った蒸着チャンバへ導入する工程と、メチル含有シランと酸素供給ガスとの間の反応を２５℃〜５００℃の温度で引き起こし、反応中存在する酸素の量を調節して、水素、ケイ素、炭素及び酸素を含み、３．６以下の誘電率を有するフィルムを前記基体上に形成させる工程とを含む。メチル含有シランの例としては、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、およびテトラメチルシランが含まれる。酸素供給ガスの例としては、これだけに制限されないが、空気、オゾン、酸素、亜酸化窒素、および一酸化窒素が含まれる。
蒸着プロセス中に存在する酸素の量は、酸素供給ガスの種類および／または量を選択することによって制御することができる。酸素供給ガスの濃度は、典型的には、メチル含有シラン1体積部当たり5体積部未満、あるいは0.1から4.5体積部である。酸素濃度が高すぎると、このプロセスによりSiO2に近い化学量論的組成を有する酸化ケイ素膜が形成される。酸素濃度が低すぎると、このプロセスによりSiCに近い化学量論的組成を有するシリコンカーバイド膜が形成される。個々の用途のために好適な酸素供給ガスの濃度は、通常の実験により容易に決定することができる。
1.4から1.6g/cm3の間の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイド膜は、
ケイ素含有化合物、アルゴン、および酸素を含む反応性ガス混合物を、基板の入った蒸着チャンバへ導入する工程であって、前記ケイ素含有化合物が少なくとも１種のシラン、少なくとも１種のシロキサン、およびこれらの混合物から選択され、前記アルゴンの流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が1から10であり、前記酸素の流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が0.5から2.0であり、前記基板の温度が25℃から50℃であり、かつ、圧力が5から40 Paである工程；
前記ガス混合物に150Wから300WのＲＦパワーを適用してプラズマを発生させる工程；ならびに、
前記基板に15Wから30WのＬＦパワーを適用する工程、
によって製造することができる。
被覆基板の第三の実施形態（図３）は、基板100上に、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層102を蒸着させる工程；および、
前記バリア層102上に、少なくとも2層（4層が図示されている）の交代するバッファ層106およびバリア層108（この場合において、各交代バッファ層106は1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含み、各交代バリア層108は少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む）を蒸着させる工程、
によって製造することができる。第三の実施形態のバリア層および各交代バリア層は、第一の実施形態において上述したように蒸着することができる。また、第三の実施形態の各交代バッファ層は、第二の実施形態のバッファ層において上述したように蒸着することができる。
被覆基板の第四の実施形態（図４）は、
基板200上に、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層202を蒸着させる工程；および、
ケイ素含有化合物、アルゴン、および酸素を含む反応性ガス混合物を、バッファ層202を有する前記基板200の入った蒸着チャンバへ導入する工程であって、前記ケイ素含有化合物が少なくとも１種のシラン、少なくとも１種のシロキサン、およびこれらの混合物から選択され、前記アルゴンの流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が10から30であり、前記酸素の流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が0.15から1.0であり、前記基板の温度が20℃から80℃であり、かつ、圧力が1.33から60 Paである工程；
前記ガス混合物に300Wから1000WのＲＦパワーを適用してプラズマを発生させる工程；ならびに、
前記基板に50Wから120WのＬＦパワーを適用して、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層204を前記バッファ層202上に蒸着させる工程、
によって製造することができる。第四の実施形態のバッファ層は、第二の実施形態のバッファ層において上述したように蒸着することができる。また、第四の実施形態のバリア層は、第一の実施形態のバリア層において上述したように蒸着することができる。
本発明の被覆基板の第五の実施形態（図５）は、
基板200上に、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層202を蒸着させる工程；
前記バッファ層202上に、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層204を蒸着させる工程；および、
前記バリア層204上に、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む追加のバッファ層206を蒸着させる工程、
によって製造することができる。第五の実施形態のバリア層は、第一の実施形態のバリア層において上述したように蒸着することができる。第五の実施形態のバッファ層および追加のバッファ層は、第二の実施形態のバッファ層において上述したように蒸着することができる。
本発明の被覆基板の第六の実施形態（図６）は、
基板200上に、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバッファ層202を蒸着させる工程；
前記バッファ層202上に、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含むバリア層204を蒸着させる工程；および、
前記バリア層204上に、少なくとも2層（3層が図示されている）の交代するバッファ層208およびバリア層210（この場合において、各交代バッファ層208は1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含み、各交代バリア層210は少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む）を蒸着させる工程、
によって製造することができる。第六の実施形態のバリア層および各交代バリア層は、第一の実施形態のバリア層において上述したように蒸着することができる。第六の実施形態のバッファ層および各交代バッファ層は、第二の実施形態のバッファ層において上述したように蒸着することができる。
本発明のバリア層は、従来のシリコンオキシカーバイド膜より高い密度と低い多孔性を有する。本バリア層は、低い水蒸気透過速度、典型的には10-1から10-3g/m2/日の水蒸気透過速度を有する。また、本バリア層は、酸素および金属イオン（例えば、銅およびアルミニウム等）に対する透過性が低い。さらに、本バリア層は、電磁スペクトルの可視領域の光に対して高い透明性、典型的には少なくとも80%の透明性を有する。さらに、本バリア層は、クラッキングに対する耐性が高く、圧縮応力が低い。
本発明の方法は、従来の装置および技術を用いて実施することができる。例えば、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドは、例えば熱化学気相蒸着法、プラズマ促進化学気相蒸着法、光化学気相蒸着法、および噴霧気相蒸着法などの化学気相蒸着法；および、例えばスパッタリング、および電子ビーム蒸着などの物理気相蒸着法を用いて蒸着することができる。さらに、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドは、二重周波数の化学気相蒸着法を用いて蒸着することができる。重要なことに、隣接したバリア層およびバッファ層を、同じ化学気相蒸着システムを用いて蒸着することができる。
本発明のバリア層は、半導体素子、液晶、発光ダイオード、有機発光ダイオード、光電子素子、光学素子、光起電力電池、薄膜電池、および太陽電池を含む、多様なデバイスの層間絶縁体ならびに／または水蒸気および酸素に対するバリアとして用いることができる。
本発明の被覆基板をよりよく例証するために以下に実施例を示すが、これらは添付の請求項に記述された発明を限定するものではない。
本実施例のバッファ層およびバリア層は、Applied Process Technologies (Tucson, Az)社からの平行板化学気相蒸着システムModel No. 2212 HDPを使用し、基板温度25℃、圧力0.09 Torr（12.0 Pa）で、RFパワー源を頂部電極（典型的にはシャワーヘッド）と接続し、LFパワー源を底部電極（典型的には基板ホルダー）に接続して、二重周波数モードで動作することにより蒸着した。
各被覆基板を製造する前に、まず、CF4およびO2から、40Paの圧力、CF4流量500 sccm、O2流量100 sccm、LFパワー40W、およびRFパワー500Wで生じたプラズマを用いて、チャンバの内表面を5分から10分の間プラズマエッチングすることにより蒸着チャンバを十分に洗浄する。プラズマエッチングの後、チャンバの壁をイソプロピルアルコールでふき取り、窒素で乾燥する。
本実施例のポリエチレンテレフタレート（PET）基板（被覆基板およびコーティングしていない基板）を、アルゴンプラズマを用い、圧力12.0 Pa、アルゴン流量500 sccm、LFパワー40W、およびRFパワー300Wで 30分間処理した。
コーティングPET基板およびコーティングしていないPET基板の水蒸気透過速度（WVTR）を、MOCON PERMATRAN-W Permeation Test Systemを使用して、37.8℃の温度および相対湿度90%で決定した。コーティングしたPET試験片を拡散セル中にクランプで固定した後、水蒸気透過速度が確定するまで水蒸気を含まない窒素（10 sccm）でパージした。
バッファ層とバリア層の圧縮圧力は、Tencor FLX-2320 (KLA Tencor社、Milpitas, CA) Thin Film Stress Measurement Systemを使用して、18〜22℃、窒素雰囲気の制御下で決定した。
バッファ層とバリア層の密度は、直径10.2cmを有する円形基板上に蒸着した膜の質量、厚さ、および表面積を測定することにより決定した。層の質量は、周囲条件（25℃、101.3 kPa）下、1 x 10-5gの精度を有する化学天秤を使用して決定した。
膜厚および屈折率は、分光エリプソメーター（J.A. Woollam社、Lincoln, NE）を周囲条件下で動作させて使用して決定した。試験片は、直径10.2cm、5 ohm・cmを超える抵抗率を有するp-Siウエハー上に膜を蒸着させることにより調製した。
［実施例１〜５］
実施例１〜４では、以下の多層構造を有する被覆基板を、表1に示すプロセス条件を用いて調製した。
実施例１：PET／バッファ／バリア／バッファ／バリア
実施例２：PET／バッファ／バリア／バッファ／バリア／バッファ
実施例３：PET／バッファ／バリア／バッファ／バリア／バッファ
実施例４：PET／バッファ／バリア／バッファ／バリア／バッファ／バリア／バッファ
ここで、PETはプラズマ処理されたポリエチレンテレフタレート（上記参照）でできた、直径20cm、および厚さ50μm（実施例１）または175μm（実施例２〜４）を有する円形シートであり、バッファは1.5g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドのバッファ層であり、バリアは約1.8〜1.9g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドのバリア層である。実施例５では、コーティングされていない、プラズマ処理した、直径10cm、厚さ175μmのPET基板の水蒸気透過速度（WVTR）を、実施例１〜４の被覆基板と比較するために測定した。被覆基板のバッファ層とバリア層の特性を表１に、被覆基板およびコーティングしていない基板の特性を表２に示す。
Figure 0004987716
Figure 0004987716
図１は、本発明の被覆基板の第一の実施形態の断面図を示す。 図２は、本発明の被覆基板の第二の実施形態の断面図を示す。 図３は、本発明の被覆基板の第三の実施形態の断面図を示す。 図４は、本発明の被覆基板の第四の実施形態の断面図を示す。 図５は、本発明の被覆基板の第五の実施形態の断面図を示す。 図６は、本発明の被覆基板の第六の実施形態の断面図を示す。

Claims (7)

  1. 基板；
    前記基板上の、少なくとも1.6g/cm 3 の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む層Ａ；および、
    前記層Ａ上の、1.6g/cm 3 未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む層Ｂ
    を含む、被覆基板。
  2. 前記層Ａ上に層Ｂおよび層Ａを交互にさらに少なくとも合計２層含み、各層Ｂが1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含み、各層Ａが少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む、請求項１に記載の被覆基板。
  3. 基板；
    前記基板上の、1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む層Ｂ；および、
    前記層Ｂ上の、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む層Ａ
    を含む、被覆基板。
  4. 前層Ａ上に追加の層Ｂをさらに含み、前記追加の層Ｂが1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む、請求項３に記載の被覆基板。
  5. 前層Ａ上に層Ｂおよび層Ａを交互にさらに少なくとも合計２層含み、各層Ｂが1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含み、各層Ａが少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む、請求項３に記載の被覆基板。
  6. 被覆基板の製造方法であって、
    ケイ素含有化合物、アルゴン、および酸素を含む反応性ガス混合物を、基板の入った蒸着チャンバへ導入する工程であって、前記ケイ素含有化合物が少なくとも１種のシラン、少なくとも１種のシロキサン、およびこれらの混合物から選択され、前記アルゴンの流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が10から30であり、前記酸素の流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が0.15から1.0であり、前記基板の温度が20℃から80℃であり、かつ、圧力が1.33から60 Paである工程；
    前記ガス混合物に300Wから1000WのＲＦパワーを適用してプラズマを発生させる工程；ならびに、
    前記基板に50Wから120WのＬＦパワーを適用して、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む層Ａを前記基板上に蒸着させる工程、
    を含む方法。
  7. 被覆基板の製造方法であって、
    1.6g/cm3未満の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む層Ｂを基板上に蒸着させる工程；
    ケイ素含有化合物、アルゴン、および酸素を含む反応性ガス混合物を、層Ｂを有する前記基板の入った蒸着チャンバへ導入する工程であって、前記ケイ素含有化合物が少なくとも１種のシラン、少なくとも１種のシロキサン、およびこれらの混合物から選択され、前記アルゴンの流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が10から30であり、前記酸素の流量の前記ケイ素含有化合物の流量に対する比が0.15から1.0であり、前記基板の温度が20℃から80℃であり、かつ、圧力が1.33から60 Paである工程；
    前記ガス混合物に300Wから1000WのＲＦパワーを適用してプラズマを発生させる工程；ならびに、
    前記基板に50Wから120WのＬＦパワーを適用して、少なくとも1.6g/cm3の密度を有する水素化シリコンオキシカーバイドを含む層Ａを前記層Ｂ上に蒸着させる工程、
    を含む方法。
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