JP6399776B2 - 封止方法及びそれに関連するデバイス - Google Patents

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Description

本発明は、電子部品、特にオプトエレクトロニクス部品の封止の分野に関する。本発明はまた、このような部品を備える電子デバイスの分野に関する。
電子部品には、それらが正しく機能するためには制御された雰囲気下で維持されなければならないものがある。例えば、これは、有機発光ダイオード(OLED)などのオプトエレクトロニクス部品の場合である。これは、制御された雰囲気(特に、キャビティ内のガスの性質及び圧力の制御)を用いてこれらの部品をキャビティの中に密封し又は封止することによって達成される。
部品は通常、支持体(又は基板)に層を堆積することによって形成され、カバーによって覆われる。カバー及び基板は、共同して所望の密閉キャビティを形成する。このカバーは、時々“封止構造体”と呼ばれる。それは通常、封止層と呼ばれる少なくとも1つの薄層を堆積することによって形成され、部品及びその側部を覆う。
部品は、少なくとも1つの電気接触トラックに接続され、このトラックは、電気を運び、この部品に電力を供給し、この部品によって生成される信号を復元し、またその中に含まれる機能を制御することを可能にする。電気接触トラックは、典型的には基板上に形成される。電気接触トラックは、典型的には基板の直上に全体的に延長する。
封止層は、電気絶縁体である。
従って、部品の封止中に、電気接触トラックを封止層によって保護することを避けるために、電気接触トラックをどのように保護するかという問題が生じる。
この困難性は、通常の封止技術が封止層の局所的な堆積を可能にしないという事実による。従って、電気接触トラックは、封止層によって覆われる。
これは、特に化学気相堆積(CVD)、特にプラズマ化学気相堆積(PECVD)又は原子層堆積(ALD)中の場合である。CVDは、ガス前駆体から開始する薄膜用の真空堆積方法を意味する。CVDは、壊れやすい部品の完全性、特に有機部品の完全性を保護するという利点を有する。従って、局所堆積に使用され得る物理気相堆積(PVD)などの他の堆積技術が望まれるが、それは、封止される部品を損傷する。
従来技術は、電気接触トラックを保護するための種々の技術を含む。
例えば、電気接触トラックを露出するために封止層を局所的に取り除く方法が知られている。このような方法は、レーザー放射に晒すことによる除去を開示する米国特許出願第2006/0051951号明細書に開示されている。この文献は、除去を効率化するための電気接触トラック上における特有の層の積層体を開示しているが、これは、この方法を特に時間が掛かる複雑なものにしている。
米国特許出願第2006/0051951号明細書
本発明の一目的は、従来技術の如何なる欠点も有することなく封止された部品を電気的に接続するための封止方法及び電子部品を開示することである。
特に、本発明の一目的は、封止された部品を電気的に接続する単純で効率的な方法を開示することである。
本発明は、原子層堆積によって酸化アルミニウムの封止層を堆積する段階を含む、金属層で構成される少なくとも1つの電気接触トラックに接続される少なくとも1つの電子部品の封止方法によって定義される。
本発明によれば、
−前記方法はまた、前記電気接触トラックの少なくとも一部の上に窒化チタン層を堆積する段階を含み、
−前記封止層が前記窒化チタン層を覆うように前記封止層は堆積される。
言い換えると、前記窒化チタン層は、前記電気接触トラックの少なくとも一部に直接堆積され、次いで前記封止層は、特に前記窒化チタン層上に堆積される。前記窒化チタン層に堆積される前記封止層の部分は、直接その上に堆積される。
有利には、次いで、前記封止層は、前記電気接触トラック上に位置する領域全体において前記窒化チタン層に直接接触する。同様に、前記窒化チタン層は、有利には、その全表面上で前記電気接触トラックに直接接触する。
前記窒化チタン層は、前記封止層の一部分によって完全に覆われ得る。
前記窒化チタン層は、物理気相堆積によって前記電気接触トラックの少なくとも一部に堆積され得る。
有利には、前記窒化チタン層は、前記部品の製造段階中に前記電気接触トラックの少なくとも一部に堆積され、前記部品は、少なくとも1つが窒化チタン層である層の連続堆積によって製造される。
本発明による方法は、前記封止層に堆積された電気接触要素を用いて前記電気接触トラックの少なくとも一部との電気接触を作る段階を含み得る。前記電気接触要素は、例えば、前記封止層上に堆積された接点(コンタクトポイント)又は接触ワイヤである。従って、電気接触は、前記窒化チタン層及び前記封止層を介して前記電気接触トラック及び前記電気接触要素(電力供給源に接続される)の間に形成される。
本発明はまた、
−少なくとも1つの電子部品、
−前記部品を覆って原子層堆積によって堆積される酸化アルミニウムの封止層及び、
−前記部品に接続され、金属層で構成される少なくとも1つの電気接触トラック、
を備える電子デバイスに関連する。
本発明によれば、前記電気接触トラックの少なくとも一部は、それ自体が前記封止層で覆われる窒化チタン層で覆われる。
言い換えると、前記封止層は、特に前記窒化チタン層に堆積され、前記窒化チタン層は、前記電気接触トラックの少なくとも一部に直接堆積される。前記窒化チタン層に堆積される前記封止層の部分は、この窒化チタン層に直接堆積される。
前記封止層は、前記デバイスの外部表面を形成し得る。特に、前記封止層は、前記電気接触トラック上に位置する領域において、前記デバイスの外部表面を形成し得る。
好ましくは、前記金属層は、アルミニウム及び銅の合金の層である。
あるいは、前記金属層は、銅層、又はアルミニウム層、又はクロム層であり得る。
前記封止層は、有利には20nmから200nmの厚さである。
前記窒化チタン層は、有利には5nmから250nmの厚さである。
前記部品は、太陽電池、OLED、OPV、又はトランジスタなどのマイクロエレクトニクス部品であり得る。
有利な一実施形態によれば、本発明によるデバイスは、前記封止層にワイヤ接続され、前記電気接触トラックに電流を流すように配置された電気接触要素をさらに含む。
本発明の基本原理を示す図である。 本発明による電子デバイスの第1の実施形態を示す図である。 本発明による電子デバイスの第2の実施形態を示す図である。 本発明による電子デバイスの第3の実施形態を示す図である。
本発明は、添付の図面を参照すると共に、単に情報として与えられ、何も限定するものではない実施例の詳細な説明を読むことによって理解されるだろう。
本発明の基本概念は、特定の層の積層体の電気伝導を示すことである。
この特性は、発電機105によって電圧が印加される積層体10を示す図1において図式的に示される。
この積層体10は、
−金属層101、
−金属層101に堆積される窒化チタン(TiN)層102、及び、
−原子層堆積(ALD)によって窒化チタン層102に堆積される酸化アルミニウム(Al)層103、
を含む。
“第2層に第1層を堆積する”という表現は、第1層が第2層に直接堆積されることを意味することに留意すべきである。言い換えると、堆積後、第1層は、第2層に直接接触する。また、第1層が第2層を覆うということができ、又は、第1層が第2層を直接覆うということさえもできる。第2層に第1層を堆積することは、第1層及び第2層の間に中間層がないという意味を含む。
金属層101及び酸化アルミニウム(アルミナ)層103の間に窒化チタン層102を組み込むことは、特に接点又は通常のワイヤボンディング技術を用いて、酸化アルミニウム層103を介した電気接触を設けることを可能にする。
確認として、ALD技術は、極薄層を得るために、所定の時間間隔(堆積サイクル)中に、異なる化学的前駆体に表面を順々に晒すことからなるCVDの特別な場合であることに留意すべきである。ALDは、表面上に極薄の単層を堆積するための少なくとも一サイクルを使用する。化学的前駆体は、用途に応じて極薄であり(典型的には単層又は1nmから30nmの厚さである)、又は、厚い(例えば100nmまで、又は25nmから50nmまで)ものであり得る層で最終的に表面を覆うように、各サイクル中に反応する。サイクル数は、表面に要求される厚さを得るように変えられ得る。
この特性のある特有な有利な用途は、電気部品の封止の分野に適用され、特にオプロエレクトロニクス部品、特にこれらの部品が有機活性層を含む場合に適用される。
賢明な封止層(ALDによって堆積された酸化アルミニウム)の選択によって、また金属電気接触トラック及び封止層の間にチタン層を挿入することによって、封止層を介して電気接触トラックに電気接触が与えられる。特に、電流は、封止層を通り、電気接触トラックに達し得る。
従って、得られる結果は、封止された部品を電気接続することができ、ほんの少数の段階を含む封止である。本発明による方法は、非常に実施が容易である。特に、マスク又はフォトリソグラフィ及びエッチング段階が必要とされず、部分的な除去の必要もない。さらに、封止層が電気接触トラックにおいて開いていないので、本発明による電子デバイスは、優れた機械安定性を有する。
多くの場合、通常の封止方法が、酸化アルミニウム層で電気接触トラックを覆うということに留意すべきである。例えば、これは、例えば仏特許第298795号に開示されるような方法のようにSHB(Super High Barrier)と呼ばれる封止方法が使用される場合であろう。この方法によれば、部品は、酸化物層、有機ポリマー層及びALDによって堆積される外部のアルミニウム層で作られる三層の積層体を用いて効率的に保護される。このような場合、本発明による方法の適用は、中間の窒化チタン層の付加を要求するだけである。
本発明による他の利点は、電気接触トラック上の酸化アルミニウム層が周囲の攻撃に対してそれらを保護すること(特に腐食を避けること)であり、それは、電子デバイスの寿命を増加する。
本発明による電子デバイスの幾つかの実施形態は、後に記載される。電子デバイスの詳細な説明はまた、本発明による方法を示すだろう。
図2は、本発明による電子デバイス1の第1の実施形態を示す。
この実施形態によれば、基板3上に作られる電子部品又はオプトエレクトロニクス部品2は、単一の封止層4で構成される封止カバーによって封止される。
封止層4は、ALDによって堆積される酸化アルミニウムの薄層から形成される。
実際、酸化アルミニウムがALDによって堆積されたことが認識され得る。その理由は、それが通常密度が高く、非円柱上のマイクロ構造を有するからである。このマイクロ構造は、エネルギー分散X線分光分析(EDX)が結合された透過電子顕微鏡(TEM)によって観察され得る。断面図で見られるようにALD及びPVDによって堆積されたAlのマイクロ構造を比較すると、第1の場合、均一な構造をもたらし、一方で第2の場合において、互いに部分的に重畳された楕円形の歪がある。
各々が、基板3上の金属層101で構成され、部品2に直接接触する、2つの電気接触トラックを部品2は有する。これらの電気接触トラックは、部品2の電気接続を得るために使用され、特に、封止カバーの外側に位置するアドレス電子部品にそれを接続することができる。従来技術による部品2の上及び周囲に封止層を堆積する最中に、これらの電気接触トラックは、酸化アルミニウムによって保護される。
本発明によれば、部品2及び電気接触トラックによって形成される組立体及び対応する窒化チタン層が封止層4によって覆われる前に、窒化チタン層102は、電気接触トラックを形成する金属層101の直上に堆積される。
金属電気接触トラック上に位置する封止層の一部は、図1を参照して示されるように酸化アルミニウム層103を形成する。従って、図1を参照して示されるような積層体10は、電子デバイス1の領域5に形成される。
従って、本発明による電子部品1は、酸化アルミニウム層を介した電気接触を作ることを可能にする。言い換えると、本発明による電子部品1は、酸化アルミニウム層を介した電気接触を復元することを可能にする。次いで、封止層4の堆積の直後に、部品2の電気接続は、金属電気接触トラック101を用いて形成され得る。部品2の電気接続は、例えばワイヤボンディングを使用し得る。例えばアルミニウムで作られる接触ワイヤ(図示されない)は、金属層101上において、堆積され、封止層4に溶接される。本発明による方法は、封止層の直上に電気接触要素をワイヤ接続するこの段階を含み得る。
窒化チタン層102は、典型的には物理気相堆積(PVD)によって堆積される。PVDは、表面上の気相の材料の凝縮によって表面に薄層を堆積する。
このような堆積タイプを使用することの1つの利点は、シャドーマスクの使用によって、電気接触トラックのみに層がより容易に局所的に堆積され得ることである。
ある場合、電気接触トラックは、錫がドープされた酸化インジウム(ITO)などの金属層101のPVDによって基板に形成され得る。
封止層4の厚さ120は、典型的には20nmから200nmであり、例えば50nm又は100nmである。好ましくは、この厚さは、25nmから120nmの間である。
このような厚さは、例えば、良好な封止及び長寿命を提供する封止層を形成するために使用され得る。このような厚さに関して、封止層を介した電気接触を復元することが常に可能であることが観察されている。
窒化チタン層102の厚さ121は、5nmから250nmであり、例えば7nm、25nm、50nm又は100nmである。この厚さは、好ましくは25nmから120nmである。
従って、窒化チタンの非常に小さい厚さが所望の電気伝導効果を与え得ることが観察され得る。
金属層101は、例えばアルミニウム及び銅の合金AlCuである。典型的には、この合金の銅含有量は、1%から2%である。
他の金属、例えばアルミニウム、クロム又は銅がまた考えられ得る。
本発明による積層体10が、試験点と電気接触トラックを形成する金属層101との間に電気接触を与え得ることを示す数シリーズの実験が研究室において行われている。この電気接触は、所謂ソフトポイント、言い換えると酸化アルミニウム層を貫通しないポイントを用いて形成され得る。例えば、ソフトポイントは、ベリリウム銅の合金で作られ得る。
例えば以下の積層体が形成され得る:
−電子ビーム蒸着によって堆積された200nmのアルミニウム、
−大気温度でマグネトロンスパッタリングによって堆積された100nmの窒化チタン、
−85℃の温度において、一変形例として250℃においてALDによって堆積された25nmの酸化アルミニウム。
このような積層体は、無視できる電気接触抵抗を与え、ソフトポイント及びアルミニウム層の間の電気接触を可能にする。
以下の積層体も形成され得る:
−電子ビーム蒸着によって堆積されたクロム、
−電子ビーム蒸着によって堆積された窒化アルミニウム、
−85℃の温度においてALDによって堆積された25nmの酸化アルミニウム。
このような積層体は、13Ωの接触抵抗を与え、ソフトポイント及びクロム層の間の電気接触を可能にする。
以下の積層体も形成され得る:
−マグネトロンスパッタリングによって5nmの窒化チタンに堆積された200nmのAlCu合金、
−マグネトロンスパッタリングによって堆積された7nmの窒化チタン、
−85℃の温度においてALDによって堆積された25nm又は50nmの酸化アルミニウム。
このような積層体は、無視できる接触抵抗を与え、ソフトポイント及びAlCu合金層の間の電気接触を可能にする。
以下の積層体も形成される:
−電子ビーム蒸着によって堆積された100nmのクロム、
−マグネトロンスパッタリングによって堆積された30nmの窒化チタン、
−85℃の温度においてALDによって堆積された25nmの酸化アルミニウム。
このような積層体は、29Ωの接触抵抗を与え、ソフトポイント及びクロム層の間の電気接触を可能にする。
酸化アルミニウムが、酸化シリコンSiOなどの他の酸化物によって置き換えられると、ソフトポイントを有する電気接触は失われる。窒化チタンの中間層が除去された場合も同様である。
例えば、ALDは、100℃未満の温度で行われ、特に85℃未満の温度で行われる。
しかしながら、他の温度範囲も考えられる。特に、250℃における堆積が所望の効果を常に与えることが見られ得る。
部品2は、大気に敏感なデバイスである。それは、少なくとも以下のうちの1つの要素であり得る:
−支持基板上に構成される有機薄膜トランジスタ(OTFT)、有機太陽電池(OPV)又はOLEDなどの有機デバイス、
−CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)回路上に構成される有機ディスプレイ(特にOLED)によって形成されるマイクロディスプレイ、
−例えば酸化亜鉛(ZnO)に基づく無機太陽電池、
−環境に敏感な透明酸化物を用いたトランジスタなどのマイクロエレクトロニクスデバイス(INZO(インジウムガリウム亜鉛酸化物)を含むトランジスタTFT又は“薄膜トランジスタ”)、
−PCB(Printed Circuit Board)。
特に、これらの部品は、SHB処理による保護を必要とし得る。言い換えると、封止は、ALDによって堆積される酸化アルミニウム層を用いて行われなければならない。
図3を参照して、本発明による電子デバイス1の第2の実施形態を以下に記載する。図3及び図2の相違点のみが記載される。
図3において、各電気接触トラック101は、部品2に属する金属層の端部によって形成される。特に、部品2は、第1の金属層30がアノードを形成し、第2の金属層31がカソードを形成し、第1の金属層の一端が第1の電気接触トラックを形成し、第2の金属層の一端が第2の電気接触トラックを形成する層の積層体によって形成される。
第1の金属層30は、基板3側における部品2の下部層を形成する。第2の金属層31は、基板3の反対側における部品2の上部層を形成する。
図3に示される実施形態において、絶縁体32は、金属層30及び31を電気的に分離する。
部品2は、幾つかの層41、42を含む封止カバーによって覆われる。最も外側の封止層(部品2と反対のカバーの側における)は、ALDによって堆積される酸化アルミニウム層である。この最終層42は、本発明による封止層を形成する。封止層42のみが、それ自体が窒化チタン102のそれぞれの層によってのみ覆われる電気接触トラックで構成される組立体を覆う。封止カバーが幾つかの層の積層体で構成される多くの変形が考えられる。全ての場合において、窒化チタン及び酸化アルミニウムの積層体のみが接触トラックを覆うことが確認される。
図4を参照して、本発明による電子部品1の第3の実施形態を以下に記載する。図4及び図3の相違点のみが記載される。
この実施形態において、封止カバーは、ALDによって堆積され、本発明による封止層4を形成する酸化アルミニウムの単層のみで構成される。
部品2は、基板3及び封止層4の間に斜線で示される。
部品2は、薄層の連続堆積によって形成される。部品2を形成する薄層の1つは、窒化チタン層である。
電気接触トラックの1つにおいて、窒化チタン層102が、部品2の一部を形成する窒化チタン層を引き延ばすことによって単純に形成される。
図4に示される特定の実施例において、この窒化チタン層は、次いで金属電気トラック上に延長するように引き延ばされる部品2のアノード30を形成する。
従って、この電気接触トラックに堆積される窒化チタン層は、部品2を形成する層の1つの単なる延長である。この実施形態は、特に有利である。その理由は、それが、部品を製造するために必要な段階を本発明の実施に特有の段階と結合させるからである。追加の段階は適用されない。その理由は、部品を形成する層の1つの堆積の延長に単に適合するだけで十分であるからである。
示されない一変形例によれば、窒化チタン層は、次いで金属電気トラック上に延長するように引き延ばされる部品2のカソードを形成する。
窒化チタン層が部品2の中間層である場合も考えられる。
これらの2つの変形例において、窒化チタン層は、電気接触トラックの少なくとも一部及び部品の中間層に堆積される。
OLEDなどの頻繁に使用される部品、特にCMOS回路上にマイクロディスプレイを製造するために使用される部品は、通常窒化チタン層を有する。AlCu/TiN積層体(アルミニウム銅合金、続いて窒化チタン)はまた、半導体分野で頻繁に使用される。
本発明は、記載された実施形態に限定されない。特に、記載された実施形態の多くの組み合わせが考えられる。層の厚さの他の例、金属層を形成する金属の他の例、ALDにおける他の温度、封止カバーの他の実施形態を予想することが可能であろう。全ての場合において、接触トラックは、窒化チタン及び酸化アルミニウム積層体のみによって覆われる。
1 電子デバイス
2 オプトエレクトロニクス部品
3 基板
4 封止層
5 領域
30 金属層
31 金属層
32 絶縁体
41 層
42 封止層
101 金属層
102 窒化チタン層
103 酸化アルミニウム層
105 発電機

Claims (12)

  1. 原子層堆積によって酸化アルミニウムの封止層(4、42)を堆積する段階を含む、金属層(101)で構成される少なくとも1つの電気接触トラックに接続される少なくとも1つの電子部品(2)の封止方法であって、
    前記方法がまた、前記電気接触トラック(101)の少なくとも一部の直上に窒化チタン層(102)を堆積する段階を含み、
    前記封止層(4、42)が前記窒化チタン層(102)を直接覆うように前記封止層が堆積され、
    前記封止層が、前記電気接触トラック(101)において開いていないことを特徴とする、電子部品(2)の封止方法。
  2. 前記窒化チタン層(102)が、物理気相堆積によって前記電気接触トラック(101)の少なくとも一部に堆積されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記窒化チタン層(102)が、前記部品(2)の製造段階中に前記電気接触トラック(101)の少なくとも一部に堆積され、前記部品(2)が、少なくとも1つが窒化チタン層である層の連続堆積によって製造されることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記封止層(4、42)に堆積された接点又は接触ワイヤを用いて前記電気接触トラックの少なくとも一部との電気接触を作る段階を特徴とする、請求項1から3の何れか一項に記載の方法。
  5. 少なくとも1つの電子部品(2)、
    前記部品(2)を覆う酸化アルミニウムの封止層(4、42)、及び、
    前記部品(2)に接続され、金属層(101)で構成される少なくとも1つの電気接触トラック、
    を備え、
    前記電気接触トラック(101)の少なくとも一部が、それ自体が前記封止層(4、42)で直接覆われる窒化チタン層(102)で直接覆われ、前記封止層が、前記電気接触トラック(101)において開いていないことを特徴とする、電子デバイス(1)。
  6. 前記封止層(4、42)が、前記デバイス(1)の外部表面を形成することを特徴とする、請求項5に記載のデバイス(1)。
  7. 前記金属層(101)が、アルミニウム及び銅の合金層であることを特徴とする、請求項5または6に記載のデバイス(1)。
  8. 前記金属層(101)が、銅層、又はアルミニウム層、又はクロム層であることを特徴とする、請求項5または6に記載のデバイス(1)。
  9. 前記封止層(4、42)が、20nmから200nmの厚さであることを特徴とする、請求項5から8の何れか一項に記載のデバイス(1)。
  10. 前記窒化チタン層(102)が、5nmから250nmの厚さであることを特徴とする、請求項5から9の何れか一項に記載のデバイス(1)。
  11. 前記部品(2)が、太陽電池、OLED、OPV、又はトランジスタなどのマイクロエレクトニクス部品であることを特徴とする、請求項5から10の何れか一項に記載のデバイス(1)。
  12. 前記封止層(4、42)にワイヤ接続され、前記電気接触トラック(101)に電流を流すように配置された電気接触要素をさらに含むことを特徴とする、請求項5から11の何れか一項に記載のデバイス(1)。
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