KR101223724B1 - 전자소자용 보호막 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
기판 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 질화막 및 상기 질화막의 표층부를 NH3, N2 및 H2를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성된 플라즈마 처리막을 포함하는 전자소자용 보호막 및 그 제조 방법이 제공된다.
Description
전자소자용 보호막에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리한 막을 포함하는 전자소자용 보호막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma enhanced chemical vapor deposition; PECVD) 방식은 챔버 내부에서 높은 에너지의 전자 충돌에 의해 형성된 플라즈마를 공급하여 주입 가스를 보다 효과적으로 화학 반응시켜 기판 표면에 박막을 증착시키는 방법으로서, 플라즈마를 이용하여 화학 반응을 촉진함으로써 화학 반응에 필요한 열에너지를 상당히 줄일 수 있어 열에 의한 기판의 손상을 줄일 수 있기 때문에 현재 반도체 소자를 비롯하여 평판표시장치에 사용되는 유기 발광 소자 또는 액정 표시 소자 등의 절연막, 금속막 또는 유기막 등의 박막을 형성하는 널리 이용되고 있다.
유기 발광 소자 위에 형성되는 보호막은 통상적으로 압축 응력 특성을 가지며 압축 응력이 높은 경우에는 막의 박리가 나타나는 등 불량이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 O3-TEOS(Ozone-tetraethoxysilane)를 사용하여 인장 응력 특성을 가지는 막을 증착함으로써 막 자체에 응력을 줄이는 방법이 사용되거나 무기막 외에 유기막을 사용하여 무기막과 유기막을 교번 증착함으로써 막의 스트레스를 완화하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, O3-TEOS막의 경우는 인장 응력을 가져 막의 응력 완화에는 효과적이지만 막 자체가 충분히 치밀하지(dense) 못해 수분과 산소를 차단하는 능력이 떨어지고 유기막의 경우도 응력 완화에는 효과적이지만 유기막 자체가 수분과 산소의 차단 효과보다는 투습경로로 이용될 우려가 있다. 따라서, 보호막의 응력을 완화시키면서 수분 및 산소를 효율적으로 차단하는 것이 요구된다.
한 측면은 하나 이상의 막으로 구성되고 각각의 막 사이가 플라즈마 처리되어 막의 응력이 완화되고 수분과 산소의 차단 능력이 우수한 전자소자용 보호막을 제공하는 것이다.
다른 한 측면은 상기 전자소자용 보호막의 제조 방법을 제공하는 것이다.
한 측면에 따라, 기판 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 질화막 및 상기 질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성된 플라즈마 처리막을 포함하는 전자소자용 보호막이 제공된다.
상기 질화막은 실리콘 질화막 또는 실리콘 탄소 질화막일 수 있다.
상기 전자소자용 보호막은 상기 플라즈마 처리에 의해 상기 보호막의 FT-IR 분광기 측정에 의한 2200㎚ 영역에서 Si-H 결합 피크가 감소될 수 있다.
상기 전자소자용 보호막은 상기 플라즈마 처리에 의해 상기 보호막의 인장 응력 특성이 증가될 수 있다.
상기 보호막의 가시 광선 영역에서 굴절률은 70% 이상일 수 있다.
상기 질화막의 두께는 0.5 내지 1.5㎛일 수 있다.
상기 플라즈마 처리막의 두께는 0.02 내지 0.8㎛일 수 있다.
상기 전자소자용 보호막은, 상기 질화막이 제1질화막이고 상기 플라즈마 처리막이 제1플라즈마 처리막이며 상기 제1플라즈마 처리막 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 제2질화막을 더 포함할 수 있다.
상기 전자소자용 보호막은, 상기 제2질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성된 제2플라즈마 처리막 및 상기 제2플라즈마 처리막 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 제3질화막을 더 포함할 수 있다.
다른 측면에 따라, 기판 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 질화막을 형성하는 단계 및 상기 질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 전자소자용 보호막의 제조 방법이 제공된다.
상기 질화막은 실리콘 질화막 또는 실리콘 탄소 질화막일 수 있다.
상기 질화막의 형성 단계의 상기 실리콘 함유 가스는 SiH4일 수 있다.
상기 플라즈마 처리 단계는 0.1 내지 10torr의 압력에서 수행될 수 있다.
상기 플라즈마 처리 단계의 RF 전력은 50 내지 1000W일 수 있다.
상기 플라즈마 처리 단계에서 상기 기판의 온도는 50 내지 200℃일 수 있다.
상기 전자소자용 보호막의 제조 방법은, 상기 플라즈마 처리된 제1플라즈마 처리막 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 제2질화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전자소자용 보호막의 제조 방법은, 상기 제2질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 제2플라즈마 처리막을 형성하는 단계 및 상기 제2플라즈마 처리막 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 제3질화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전자소자용 보호막은 막 증착 시 발생되는 응력이 완화되어 박리가 일어나지 않고 수분과 산소를 차단하는 효과를 가진다.
도 1은 일 구현예에 따른, 실리콘 카본 질화막을 포함하는 전자소자용 보호막을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 2는 일 구현예에 따른, 실리콘 질화막을 포함하는 전자소자용 보호막을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 일 구현예에 따른, 3층의 실리콘 질화막을 포함하는 전자소자용 보호막을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 2의 전자소자용 보호막의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 2의 전자소자용 보호막의 플라즈마 처리 전후의 수소 함량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 2의 전자소자용 보호막의 단면 SEM 사진이다.
도 7a 및 7b는 도 2의 전자소자용 보호막의 플라즈마 처리 전후의 표면 SEM 사진이다.
도 8은 도 3의 전자소자용 보호막의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 9a 및 9b는 도 3의 전자소자용 보호막을 사용한 유기 발광 소자의 시간에 따른 점등 사진이다.
도 10a 및 10b는 플라즈마 처리하지 않은 전자소자용 보호막을 사용한 유기 발광 소자의 시간에 따른 점등 사진이다.
도 2는 일 구현예에 따른, 실리콘 질화막을 포함하는 전자소자용 보호막을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 3은 일 구현예에 따른, 3층의 실리콘 질화막을 포함하는 전자소자용 보호막을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 도 2의 전자소자용 보호막의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 도 2의 전자소자용 보호막의 플라즈마 처리 전후의 수소 함량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 2의 전자소자용 보호막의 단면 SEM 사진이다.
도 7a 및 7b는 도 2의 전자소자용 보호막의 플라즈마 처리 전후의 표면 SEM 사진이다.
도 8은 도 3의 전자소자용 보호막의 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 9a 및 9b는 도 3의 전자소자용 보호막을 사용한 유기 발광 소자의 시간에 따른 점등 사진이다.
도 10a 및 10b는 플라즈마 처리하지 않은 전자소자용 보호막을 사용한 유기 발광 소자의 시간에 따른 점등 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
도면에서 어떤 층이나 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 상에 또는 위에 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 일 구현예에 따른 전자소자용 보호막을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
상기 도면을 참조하면, 전자소자용 보호막은 기판(11) 상에 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 질화막(13)을 구비하고, 상기 질화막(13)의 표층부에 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성된 플라즈마 처리막(22)을 구비한다.
기판(11)은 반도체 소자, 유기 발광 소자 또는 액정 표시 소자 등을 구비하는 하부 기판을 의미한다. 전자 소자용 보호막은 하부 기판, 즉 반도체 소자, 유기 발광 소자 또는 액정 표시 소자와 같은 전자소자가 형성된 기판(11)을 덮어 전자 소자를 물리적으로 보호하고 수분과 산소의 침투를 방지하는 역할을 한다.
질화막(13)은 박리 또는 크랙이 잘 일어나지 않고 수분과 산소의 침투를 방지할 수 있는 무기 재료막으로서, 실리콘 질화막 또는 실리콘 탄소 질화막일 수 있다. 실리콘 질화막은 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성할 수 있다. 실리콘 탄소 질화막은 탄화 수소 가스를 더 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성할 수 있다.
실리콘 함유 가스로서는 SiH4(모노실란), SiH2Cl2(디크롤실란: DCS), Si2Cl6(헥사클로로디실란: HCD) 또는 SiH2(NH(C4H9))2(비스타셜부틸아미노실란: BTBAS) 등의 실란계 가스를 사용할 수 있다. 질소 함유 가스로는 N2 가스 또는 NH3 가스 등을 사용할 수 있다. 실리콘 질화막을 형성하기 위한 원료 가스는 이에 국한되는 것은 아니고 다른 어떠한 원료 가스라도 사용할 수 있다. 예를 들면 원료 가스로서 SiH4 가스, H2 가스 및 N2 가스를 조합하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 실리콘 질화막을 형성할 수 있다.
플라즈마 처리막(22)은 질화막(13)의 표층부에 일정 두께만큼 플라즈마 처리하여 형성된 것으로서, 상기 질화막(13)의 표층부에 NH3 가스, N2 가스 및 H2 가스 등을 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성된다. 예를 들면, 상기 질화막(13)의 표층부에 NH3, N2, H2, N2O 및 O2를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 플라즈마 처리막(22)을 형성할 수 있다.
질화막(13) 표층부의 플라즈마 처리로 인해 보호막 중에 포함된 Si-H 결합의 양은 감소하게 되고 이에 따라 보호막은 보다 치밀하게 된다. 또한, NH3 가스, N2 가스 및 H2 가스 등의 혼합 가스를 사용하여 플라즈마 처리하므로 고밀도 플라즈마 처리 효과가 뚜렷하여 보호막의 응력 특성은 인장 응력 특성이 증가되는 방향으로 나타난다. 플라즈마 처리하기 전의 질화막(13)이 압축 응력 특성을 가졌다면 플라즈마 처리로 플라즈마 처리막(22)이 형성된 보호막은 응력 특성이 완화되어 보다 낮은 압축 응력 특성을 가지거나 인장 응력 특성을 가진다. 플라즈마 처리하기 전의 질화막(13)이 인장 응력 특성을 가졌다면 플라즈마 처리로 플라즈마 처리막(22)이 형성된 보호막은 더욱 증가된 인장 응력 특성을 가지게 된다.
플라즈마 처리로 플라즈마 처리막(22)의 질소 함량은 증가한다. 질소 함량이 증가되면 보호막의 굴절률은 감소하게 되어 보다 투명해진다. 예를 들면, 플라즈마 처리된 보호막의 가시 광선 영역에서의 투과율은 70% 이상이다.
질화막(13)의 두께는 0.5 내지 1.5㎛일 수 있다. 질화막(13)의 두께가 0.5㎛ 이상일 경우 수분 및 산소의 침투에 적절한 최소한의 두께를 가지게 되어 보호막으로서의 기능을 제대로 발휘할 수 있다. 질화막(13)의 두께가 1.5㎛ 이하일 경우 막의 압축 응력이 크지 않아 장시간 경과 후에도 막의 박리가 발생하지 않게 된다.
플라즈마 처리막(22)의 두께는 0.02 내지 0.8㎛일 수 있다. 플라즈마 처리막(22)의 두께가 0.02㎛ 이상일 경우 플라즈마 처리에 의하여 플라즈마 처리막(22) 중의 질소 농도가 증가하게 되어 굴절률이 감소될 수 있다. 플라즈마 처리막(22)의 두께가 0.8㎛ 이하일 경우 질화막(13)의 두께가 충분히 커서 보호막이 수분 및 산소의 침투를 적절히 방지할 수 있다.
일 구현예에 따른 전자소자용 보호막의 제조 방법은 다음과 같다.
먼저, 기판(11) 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스 등을 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 질화막(13)을 형성한다. 예를 들면, SiH4 가스, H2 가스 및 N2 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 0.5 내지 1.5㎛ 두께가 되도록 질화막(13)을 성막한다. 상기 질화막(13)은 실리콘 질화막 또는 실리콘 탄소 질화막일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
그 다음, 상기 질화막(13)의 표층부에 플라즈마 처리를 한다. 플라즈마 처리에 사용되는 가스는 NH3, N2 및 H2일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 예를 들면 NH3, N2, H2, N2O 및 O2를 사용할 수 있다. 질화막(13)의 표층부에 NH3, N2 및 H2를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리함으로써 플라즈마 처리막(22)을 형성할 수 있다.
상기 플라즈마 처리 단계에서 RF 전력의 크기는 50 내지 1000W로 제어할 수 있다. RF 전력의 크기가 50W 이상이면 처리되는 막의 표면에 영향을 미치기 시작할 수 있고 RF 전력의 크기가 1000W 이하이면 처리되는 막이 식각되지 않고 적절하게 처리될 수 있다.
상기 플라즈마 처리 진행 시 압력은 0.1 내지 10 torr일 수 있다. 압력이 0.1 torr 이상이면 플라즈마가 안정하고 처리되는 막이 식각될 우려가 없으며 압력이 10 torr 이하이면 플라즈마 내의 이온들의 평균 이동 거리가 너무 짧지 않아 처리되는 막에 도달하는 이온들의 수가 적절하게 되어 플라즈마 처리가 순조롭게 이루어진다.
상기 플라즈마 처리는 기판(11) 온도 50 내지 200℃에서 진행할 수 있다. 기판(11) 온도가 50℃ 이상이면 이온들의 이동도가 충분히 커져 처리되는 막의 특성에 적절히 영향을 미칠 수 있고 온도가 200℃ 이하이면 기판(11) 상의 유기물에 손상을 가하지 않으면서 처리가 가능하다.
도 2는 일 구현예에 따른 전자소자용 보호막을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
상기 도면을 참조하면, 전자소자용 보호막은 기판(11) 상에 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 실리콘 질화막(15)을 구비하고, 상기 실리콘 질화막(15)의 표층부에 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리로 형성된 플라즈마 처리막(22)을 구비한다.
실리콘 질화막(15)은 상기 기판(11) 상에 원료 가스로서 SiH4 가스, H2 가스 및 N2 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성될 수 있다. 실리콘 질화막을 형성하기 위한 원료 가스는 이에 국한되지 않고 NH3 가스 등을 사용할 수도 있다. 실리콘 질화막(15)의 두께는 0.5 내지 1.5㎛일 수 있다. 실리콘 질화막(15)의 두께가 0.5㎛ 이상일 경우 수분 및 산소의 침투에 적절한 최소한의 두께를 가지게 되어 보호막으로서의 기능을 제대로 발휘할 수 있다. 실리콘 질화막(15)의 두께가 1.5㎛ 이하일 경우 막의 압축 응력이 크지 않아 장시간 경과 후에도 막의 박리가 발생하지 않게 된다.
플라즈마 처리막(22)은 도 1에서 설명한 바와 동일한 특성을 가진다.
도 3은 일 구현예에 따른 전자소자용 보호막을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 전자소자용 보호막은 다층의 질화막들과 다층의 플라즈마 처리막들이 서로 교대로 적층되어 있다.
상기 도면을 참조하면, 전자소자용 보호막은 기판(11) 상에 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 제1질화막(17)을 구비하고, 상기 제1질화막(17)의 표층부에 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성된 제1플라즈마 처리막(24)을 구비하고, 상기 제1플라즈마 처리막(24) 상에 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 제2질화막(18)을 구비하고, 상기 제2질화막(18)의 표층부에 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성된 제2플라즈마 처리막(26)을 구비하고, 상기 제2플라즈마 처리막(26) 상에 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 제3질화막(18)을 구비한다.
제1질화막(17)은 상기 기판(11) 상에 원료 가스로서 SiH4 가스, H2 가스 및 N2 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성될 수 있다. 제1질화막(17)을 형성하기 위한 원료 가스는 이에 국한되지 않고 NH3 가스 등을 사용할 수도 있다.
제1플라즈마 처리막(24)은 상기 제1질화막(17)의 표층부에 NH3 가스, N2 가스 및 H2 가스 등을 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성되는 것으로서, 예를 들면 상기 제1질화막(17)의 표층부에 NH3, N2, H2, N2O 및 O2를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성될 수 있다.
제2질화막(18)은 상기 제1플라즈마 처리막(24) 상에 원료 가스로서 SiH4 가스, H2 가스 및 N2 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성될 수 있다. 제2질화막(18)을 형성하기 위한 원료 가스는 이에 국한되지 않고 NH3 가스 등을 사용할 수도 있다.
제2플라즈마 처리막(24)은 상기 제2질화막(18)의 표층부에 NH3 가스, N2 가스 및 H2 가스 등을 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성되는 것으로서, 예를 들면 상기 제2질화막(18)의 표층부에 NH3, N2, H2, N2O 및 O2를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성될 수 있다.
제3질화막(19)은 상기 제2플라즈마 처리막(26) 상에 원료 가스로서 SiH4 가스, H2 가스 및 N2 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성될 수 있다. 제3질화막(19)을 형성하기 위한 원료 가스는 이에 국한되지 않고 NH3 가스 등을 사용할 수도 있다.
상기 제1질화막(17), 제1플라즈마 처리막(24), 제2질화막(18), 제2플라즈마 처리막(26) 및 제3질화막(19)의 두께의 합은 0.5 내지 2.5㎛일 수 있다. 예를 들면, 제1질화막(17), 제2질화막(18) 및 제3질화막(19)의 두께는 각각 0.16 내지 0.5㎛이고 제1플라즈마 처리막(24) 및 제2플라즈마 처리막(26)의 두께는 각각 0.01 내지 0.5㎛일 수 있다. 상기 막들의 두께의 합이 0.5㎛ 이상일 경우 수분 및 산소의 침투에 적절한 최소한의 두께를 가지게 되어 보호막으로서의 기능을 제대로 발휘할 수 있고 상기 막들의 두께가 2.5㎛ 이하일 경우 막의 압축 응력이 크지 않아 장시간 경과 후에도 막의 박리가 발생하지 않게 된다.
상기 전자소자용 보호막은 이에 한정되지 않고 수개의 질화막들과 수개의 플라즈마 처리막들이 서로 교대로 적층된 구조도 가능하다. 한편, 상기 전자소자용 보호막에서 제2플라즈마 처리막(26)과 제3질화막(19)이 생략될 수 있으며 이 경우 상기 전자소자용 보호막은 1질화막(17), 제1플라즈마 처리막(24) 및 제2질화막(18)으로 이루어진 구조를 가진다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하기로 하되, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
유기 발광 소자가 구비된 기판 상에 SiH4 가스, H2 가스, N2 가스 및 C2H4 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 1.0㎛ 두께의 실리콘 탄소 질화막을 형성하였다. 상기 실리콘 탄소 질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하였다. 플라즈마 처리할 때, 압력 조건을 1.5 torr, 1.0 torr 및 0.5 torr로 변경해 가면서 RF 전력은 600W, 기판 온도는 100℃로 하였고 플라즈마 처리막의 두께는 0.1㎛가 되도록 성막하였다.
이렇게 얻어진 전자소자용 보호막의 응력과 굴절률을 압력 조건에 따라 하기 표 1에 나타내었다.
| 압력(torr) | 응력(E9d/㎠): 플라즈마 처리 전 → 처리 후 |
굴절률 : 플라즈마 처리 전 → 처리 후 |
| 1.5 | 압축 0.03 → 인장 0.22 | 1.51 → 1.49 |
| 1.0 | 인장 0.04 → 인장 0.20 | 1.49 → 1.47 |
| 0.5 | 인장 0.14 → 인장 0.40 | 1.48 → 1.46 |
상기 표 1을 참조하면, NH3, N2 및 H2의 혼합 가스를 통한 고밀도 플라즈마의 사용으로 보호막의 응력이 인장 특성으로 변하는 것을 알 수 있다. 즉, 플라즈마 처리 전에 압축 특성이었던 것이 플라즈마 처리 후에는 인장 특성으로 변하게 되거나 플라즈마 처리 전에 인장 특성이었던 것이 플라즈마 처리 후에 인장 특성이 더욱 증가하는 것을 알 수 있다. 보호막의 굴절률은 플라즈마 처리 후에도 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 한편, 압력이 낮은 경우에는 보호막을 구성하는 NH, NH2 또는 N2 이온 등과 같은 입자의 평균 이동 경로가 증가하여 응력의 인장 특성이 증가하는 경향과 굴절률이 낮아지는 경향이 보다 뚜렷함을 알 수 있다.
실시예 2
유기 발광 소자가 구비된 기판 상에 SiH4 가스, H2 가스 및 N2 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 1.0㎛ 두께의 실리콘 질화막을 형성하였다. 상기 실리콘 질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하였다. 플라즈마 처리할 때, 압력 조건을 0.5 torr 및 0.2 torr로 변경해 가면서 RF 전력은 600W, 기판 온도는 100℃로 하였고 플라즈마 처리막의 두께는 0.1㎛가 되도록 성막하였다.
이렇게 얻어진 전자소자용 보호막의 압력 조건에 따른 응력과 굴절률을 하기 표 2에 나타내었다.
| 압력(torr) | 응력(E9d/㎠) : 플라즈마 처리 전 → 처리 후 |
굴절률 : 플라즈마 처리 전 → 처리 후 |
| 0.5 | 압축 1.93 → 압축 0.55 | 1.78 → 1.84 |
| 0.2 | 압축 1.93 → 압축 0.25 | 1.78 → 1.85 |
상기 표 2를 참조하면, 실리콘 질화막은 막이 치밀하여 플라즈마 처리 전에 압축 응력 특성을 가지며 플라즈마 처리 후에도 여전히 압축 응력 특성을 가진다. 플라즈마 처리 전에 압축 특성을 가졌던 응력 값이 플라즈마 처리 후에는 더 줄어드는 것으로 보아 인장 특성이 증가됨을 알 수 있다. 보호막의 굴절률은 플라즈마 처리 후에도 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 한편, 압력이 낮아짐에 따라 보호막의 인장 응력 특성이 증가하는 것을 알 수 있다.
상기 보호막에 대하여 가시광선 범위에서 투과율을 측정하여 도 4에 나타내었다.
도 4를 참조하면, 플라즈마 처리에 따른 보호막의 가시 광선 영역에서의 투과율은 약 70%이상이며, 청색광(450㎚ 부근), 녹색광(550㎚ 부근) 및 적색광(660㎚ 부근)의 투과율은 약 85% 이상임을 알 수 있다.
상기 보호막에 대하여 FT-IR 분석을 통하여 플라즈마 처리 전후의 수소 함량을 측정하여 도 5에 나타내었다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 처리 후에 X축의 2200㎚ 영역에서 Si-H 피크가 감소되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 수소 함량의 감소는 보호막 표면에서 밀도가 증가한다는 것을 의미한다.
상기 보호막의 단면 SEM 사진을 측정하여 도 6에 나타내었다.
도 6은 기판 상에 증착된 실리콘 질화막과 플라즈마 처리된 플라즈마 처리막의 단면 사진을 보여준다. 플라즈마 처리막의 두께는 470 내지 500㎚이며, 플라즈마 처리 후 보호막의 단면 형상은 실리콘 질화막과 플라즈막 처리막의 경계가 구별되지 않고 마치 1개의 층인 것처럼 보임을 알 수 있다. 이러한 단면 형상은 플라즈마 처리로 보호막의 응력이 완화될 수 있다는 것을 보여준다.
상기 보호막의 플라즈마 처리 전후의 표면 SEM 사진을 측정하여 도 7a 및 7b에 나타내었다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 플라즈마 처리 후에 보호막의 불순물들이 제거되어 표면 형상이 매끈하게 바뀌는 것을 알 수 있다.
실시예 3
유기 발광 소자가 구비된 기판 상에 SiH4 가스, H2 가스 및 N2 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 0.4㎛ 두께의 제1실리콘 질화막을 형성하였다. 상기 제1실리콘 질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 0.15㎛ 두께의 제1플라즈마 처리막을 형성하였다. 상기 제1플라즈마 처리막 상에 제1실리콘 질화막을 형성과 동일한 방법으로 0.4㎛ 두께의 제2실리콘 질화막을 형성하였고, 상기 제2실리콘 질화막의 표층부에 제1플라즈마 처리막을 형성과 동일한 방법으로 제2플라즈마 처리막을 형성한 다음, 상기 제2플라즈마 처리막 상에 제1실리콘 질화막을 형성과 동일한 방법으로 0.4㎛ 두께의 제3실리콘 질화막을 형성하였다.
플라즈마 처리막들을 형성할 때, 압력 조건을 0.5 torr 및 0.2 torr로 변경해 가면서 RF 전력은 600W, 기판 온도는 100℃로 하였다. 이렇게 얻어진 전자소자용 보호막의 응력을 압력 조건에 따라 하기 표 3에 나타내었다.
| 압력(torr) | 응력(E9d/㎠): 플라즈마 처리 전 → 처리 후 |
| 0.5 | 압축 2.0 → 압축 1.55 |
| 0.2 | 압축 2.0 → 압축 1.53 |
상기 표 3을 참조하면, 실리콘 질화막은 막이 치밀하여 플라즈마 처리 전에 압축 응력 특성을 가지며 플라즈마 처리 후에도 여전히 압축 응력 특성을 가진다. 플라즈마 처리 전에 압축 특성을 가졌던 응력 값이 플라즈마 처리 후에는 더 줄어드는 것으로 보아 인장 특성이 증가됨을 알 수 있다.
상기 보호막에 대하여 가시광선 범위에서 투과율을 측정하여 도 8에 나타내었다.
도 8을 참조하면, 플라즈마 처리에 따른 보호막의 가시 광선 영역에서의 투과율은 약 50%이상이며, 청색광, 녹색광 및 적색광 영역에서의 투과율은 약 80% 이상임을 알 수 있다.
도 9a 및 9b는 상기 보호막의 플라즈마 처리 시에 압력 조건을 0.9 torr로 변경하여 플라즈마 처리막을 형성한 보호막을 사용하여 제조한 유기 발광 소자의 점등 후 85℃ 고온다습 조건에서 300 시간 경과 전후의 광학 현미경 사진이다. 도 9a 및 9b를 참조하면, 상기 유기 발광 소자를 점등 시킨 다음 380 시간 경과 후에 마이크로 다크 스팟(micro dark spot)이 발생하지 않았음을 알 수 있다.
도 10a 및 10b는 상기 플라즈마 처리를 하지 않은 보호막을 사용한 유기 발광 소자의 점등 후 85℃ 고온다습 조건에서 300 시간 경과 전후의 광학 현미경 사진이다. 도 10a 및 10b를 참조하면, 상기 유기 발광 소자를 점등 시킨 다음 380 시간 경과 후에 마이크로 다크 스팟(micro dark spot)이 발생하는 것을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
11: 기판
13: 실리콘 카본 질화막
15: 실리콘 질화막
17: 제1실리콘 질화막
18: 제2실리콘 질화막
19: 제3실리콘 질화막
제22: 플라즈마 처리막
24: 제1플라즈마 처리막
26: 제2플라즈마 처리막
13: 실리콘 카본 질화막
15: 실리콘 질화막
17: 제1실리콘 질화막
18: 제2실리콘 질화막
19: 제3실리콘 질화막
제22: 플라즈마 처리막
24: 제1플라즈마 처리막
26: 제2플라즈마 처리막
Claims (17)
- 기판 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 질화막 및
상기 질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성된 플라즈마 처리막
을 포함하며,
상기 질화막이 실리콘 탄소 질화막인 전자소자용 보호막. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 처리에 의해 상기 보호막의 FT-IR 분광기 측정에 의한 2200㎚ 영역에서 Si-H 결합 피크가 감소된 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 처리에 의해 상기 보호막의 인장 응력 특성이 증가된 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막. - 제1항에 있어서,
상기 보호막의 가시 광선 영역에서 투과율이 70% 이상인 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막. - 제1항에 있어서,
상기 질화막의 두께가 0.5 내지 1.5㎛인 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막. - 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 처리막의 두께가 0.02 내지 0.8㎛인 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막. - 제1항에 있어서,
상기 질화막이 제1질화막이고 상기 플라즈마 처리막이 제1플라즈마 처리막이며, 상기 제1플라즈마 처리막 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 제2질화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막. - 제8항에 있어서,
상기 제2질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 형성된 제2플라즈마 처리막 및 상기 제2플라즈마 처리막 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하는 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 형성된 제3질화막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막. - 기판 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 질화막을 형성하는 단계 및
상기 질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하는 단계
를 포함하고,
상기 질화막이 실리콘 탄소 질화막인 전자소자용 보호막의 제조 방법. - 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 질화막의 형성 단계의 상기 실리콘 함유 가스가 SiH4인 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 플라즈마 처리 단계가 0.1 내지 10torr의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 플라즈마 처리 단계의 RF 전력이 50 내지 1000W인 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 플라즈마 처리 단계에서 상기 기판의 온도가 50 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막의 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 플라즈마 처리된 제1플라즈마 처리막 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 제2질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막의 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 제2질화막의 표층부에 NH3, N2 및 H2를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 플라즈마 처리하여 제2플라즈마 처리막을 형성하는 단계 및 상기 제2플라즈마 처리막 상에 실리콘 함유 가스 및 질소 함유 가스를 사용하여 플라즈마 강화 화학 기상 증착 방식으로 제3질화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자소자용 보호막의 제조 방법.
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