KR101809885B1 - 발광소자의 보호막 증착방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광소자의 보호막 증착방법에 대한 것으로서, 상기 보호막 증착방법은 기판의 발광소자의 상부에 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 제1 보호막을 증착하는 단계 및 상기 제1 보호막의 상부에 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 제2 보호막을 증착하는 단계를 포함하고, 상기 제1 보호막의 두께와 제2 보호막의 두께의 비율은 0.2 ~ 0.4 : 1인 것을 특징으로 한다

Description

발광소자의 보호막 증착방법 {Deposition method of passivation film for light emitting diode}
본 발명은 발광소자의 보호막 증착방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 PECVD에 의해 발광소자의 표면에 보호막을 증착하는 경우에 종래에 비해 상대적으로 얇은 두께로 종래와 유사한 효과를 발휘하며, 나아가 유연성을 제공할 수 있는 보호막을 증착하는 방법에 대한 것이다.
최근 정보화 시대의 발달에 따라 디스플레이 소자에 대한 연구가 활발해 지고 있으며, 특히, 발광소자(LED:Light emitting diode) 디스플레이 또는 유기발광소자(OLED:Organic Light emitting diode) 디스플레이가 각광받고 있다.
상기 유기발광소자는 자체적으로 빛을 발산하는 유기물질을 이용한 것으로서, 종래의 액정표시장치(LCD:Liquid Crystal Display), 플라즈마 디스플레이 패널(PDP:Plasma Display Panel) 등과는 확연히 다른 특성을 가지게 된다. 특히, 유기발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 차세대 디스플레이 장치로서 소위 휘어지는 디스플레이를 구현할 수 있는 장치로 알려져 있어, 최근에는 핸드폰, 스마트폰 및 태블릿 PC와 같은 각종 휴대형 장치의 디스플레이로도 많이 활용되고 있다.
유기발광소자는 전자와 정공이 반도체 안에서 전자-정공쌍을 생성하고, 상기 전자-정공쌍의 재결합과정을 통하여 발광하는 소자이다. 이러한 유기발광소자는 상대적으로 낮은 구동 전압에서 빛의 삼원색을 모두 표현할 수 있으며, 나아가 고해상도 및 천연색을 구현하는데 우수성을 보인다. 또한, 저비용으로 큰 면적의 디스플레이 장치를 생산하는 것이 가능하며, 휘어질 수 있는 특성과 빠른 응답속도를 가지는 장점이 있다.
그런데, 상기와 같은 유기발광소자는 유기박막과 전극의 구조를 포함하여, 외부의 수분 또는 산소 등이 내부로 침투하는 경우에 빠르게 퇴화(degradation)되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 유기발광소자는 수분과 산소를 차단하는 보호막(passivation film)이 필수적으로 필요하다.
최근에는 원자층증착법(ALD:Atomic Layer Deposition), 혹은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)을 이용하여 무기재료의 보호막을 다층으로 형성하는 방법이 개발되었다.
그러나, 원자층증착법은 낮은 WVTR(Water Vapor Transmission Rate: 단위면적 및 시간 당 수분투과양)을 가지는 장점이 있으나, 대면적화가 어려우며, 특히 생산성(throughput)이 현저히 낮다는 문제점이 있다.
나아가, 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 보호막의 경우에 상대적으로 매우 두꺼운 두께로 인해 플렉서블한 특성이 떨어진다는 문제가 있다. 또한, 다층으로 증착하는 경우에 서로 상이한 막을 증착하게 되므로 각각의 막 형성을 위한 별도의 장비를 구비해야 하므로 제조비용이 상승하며, 나아가 제조시간도 증가하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 PECVD를 이용하여 보호막을 증착하는 경우에 종래에 비해 현저히 얇은 두께를 가지면서 종래와 유사한 효과를 발휘할 수 있는 보호막 증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 낮은 WVTR을 가지면서도 한편으로는 유연한 특성을 가지는 보호막을 제공하여, 플렉서블한 디스플레이 장치에 적용가능한 보호막 증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 다층으로 이루어진 보호막을 증착하는 경우에 하나의 장치에서 보호막을 증착할 수 있는 보호막 증착방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 발광소자의 보호막 증착방법에 있어서, 기판의 발광소자의 상부에 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 제1 보호막을 증착하는 단계 및 상기 제1 보호막의 상부에 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 제2 보호막을 증착하는 단계를 포함하고, 상기 제1 보호막의 두께와 제2 보호막의 두께의 비율은 0.2 ~ 0.4 : 1인 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1 보호막과 제2 보호막을 포함하는 전체 두께는 50 내지 180 nm일 수 있다. 이 경우, 상기 제1 보호막의 두께는 10 내지 40nm이고, 상기 제2 보호막의 두께는 40 내지 140nm일 수 있다.
한편, 상기 제1 보호막을 증착하는 단계에서 실란(SiH4) 가스를 전구체 가스로 공급하고, NH3 또는 N2를 반응가스로 공급하며, 플라즈마 생성을 위한 RF 전력밀도는 0.34 내지 0.58 W/㎠의 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 제2 보호막을 증착하는 단계에서 TMDSO(Tetramethyl-disiloxane), HEDS(Hexaethyl-disilane), HCDS(Hexachloro-disilane), HMDSO(Hexamethyl-disiloxane), BDEAS(Bisdiethylamino-silane)으로 이루어진 유기전구체 그룹 중에 어느 하나를 선택하여 공급하고, O2 또는 Ar을 반응가스로 공급하며, 플라즈마 생성을 위한 RF 전력밀도는 0.63 내지 0.87 W/㎠의 값을 가질 수 있다.
또한, 상기 제2 보호막의 상부에 버퍼막을 증착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 버퍼막은 카본을 함유한 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 버퍼막을 증착하는 단계와 상기 제2 보호막을 증착하는 단계는 동일한 유기전구체를 사용할 수 있다. 나아가, 상기 버퍼막을 증착하는 단계와 상기 제2 보호막을 증착하는 단계는 연속적으로 수행될 수 있다.
한편, 상기 제2 보호막을 증착하는 단계에서 상기 버퍼막을 증착하는 단계로 넘어가는 경우에 상기 유기전구체의 공급량이 상대적으로 증가하면서 상기 반응가스의 공급량은 상대적으로 줄어들게 된다.
한편, 상기 제1 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 보호막을 증착하는 단계를 반복하여 다층 보호막을 증착할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 보호막 증착방법에 따르면, 플라즈마 화학기상증착법을 사용하여 실리콘 질화막과 실리콘 산화막으로 이루어진 보호막을 증착하여 종래와 유사하게 낮은 WVTR을 가지면서도 종래 보호막에 비해 현저히 얇은 두께를 가지는 보호막을 증착하는 것이 가능해진다.
나아가, 수분 투과율이 낮은 제1 보호막과 플렉서블한 특성을 가지는 제2 보호막으로 이루어진 다층보호막을 제공하여, 수분과 산소의 침투를 최대한 방지하면서도 플렉서블한 디스플레이장치에 적용이 가능해진다.
또한, 제1 보호막과 제2 보호막은 동일한 장치에서 증착되므로, 증착장치의 설치면적을 현저히 줄일 수 있으며, 나아가 공정시간도 종래에 비해 상대적으로 단축시킬 수 있다.
도 1은 유기발광소자의 구성을 개략적으로 도시한 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 보호막의 증착과정을 도시한 순서도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도,
도 4는 제2 보호막의 두께에 대한 제1 보호막의 두께 비율에 따른 WVTR 값을 도시한 그래프,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도,
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들에 대해서 상세하게 살펴보기로 한다.
먼저, 유기발광소자의 구조를 살펴 보면, 발광층과 수송층으로 제작된 주입형 박막 소자로 구성된다. 따라서, 무기 반도체와는 P-N 접합을 이용한 발광소자라는 점에서 공통점을 가지나, 접합 계면에서 소수 캐리어의 주입에 의해 재결합(Recombination)이 지배되는 P-N 접합형 LED와는 달리 유기발광소자의 경우에 발광에 기여하는 모든 캐리어들이 외부의 전극으로부터 주입된다는 점에서 차이가 있다. 즉, 캐리어 주입형 발광소자에서는 캐리어 주입과 이동이 용이한 유기 재료가 필요하게 된다.
도 1은 유기발광소자의 구성을 도시하기 위한 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 유기발광소자(200)는 기판(300), 애노드전극(210), 정공 주입층(220), 정공 수송층(230), 발광층(240), 전자 수송층(250), 전자 주입층(260) 및 캐소드 전극(270)의 적층구조로 이루어지며, 상기 유기발광소자(200)의 상부에 보호막(100)을 구비한다. 이러한, 유기발광소자(200)의 구성에 대해서는 본 발명이 속하는 분야에서 널리 알려져 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 유기발광소자는 유기박막과 전극의 구조를 포함하여, 외부의 수분 또는 산소 등이 내부로 침투하는 경우에 빠르게 퇴화(degradation)되는 문제점을 가지고 있으므로, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 수분과 산소를 차단하는 보호막(passivation film)이 필수적으로 필요하다. 이 경우, 보호막의 품질은 오염 인자에 대한 민감도에 따라 조금씩 다를 수 있다.
최근, 원자층증착법(ALD:Atomic Layer Deposition), 혹은 플라즈마 화학기상증착법(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여 무기재료의 보호막을 다층으로 형성하는 방법이 있다. 그러나, 원자층증착법은 낮은 WVTR(Water Vapor Transmission Rate:단위면적 및 시간 당 수분투과양)을 가지는 장점이 있으나, 대면적화가 어려우며, 생산율이 현저히 낮다는 문제점이 있다. 또한, 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 보호막의 경우에 상대적으로 두꺼운 두께로 인해 플렉서블한 특성이 떨어진다는 문제가 있다. 또한, 다층으로 증착하는 경우에 서로 상이한 막을 증착하게 되므로 각각의 막 형성을 위한 별도의 장비를 구비해야하므로 제조비용이 상승하며, 나아가 제조시간도 증가하게 된다.
따라서 본 발명에서는 종래에 비해 상대적으로 얇은 두께를 가지면서 종래와 유사하게 낮은 WVTR값을 가지면서 종래에 비해 생산성(throughput)을 높일 수 있는 보호막 증착방법을 소개한다. 도면을 참조하여 증착방법에 대해서 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 보호막의 증착과정을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도이다. 도 3에서는 편의상 발광소자를 생략하고 기판 상부에 보호막이 형성되는 것으로 도시하였음을 밝혀둔다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 발광소자 보호막의 증착과정은 기판(300)의 발광소자(200)의 상부에 제1 보호막(410)을 증착하는 단계(S110) 및 상기 제1 보호막(410)의 상부에 제2 보호막(430)을 증착하는 단계(S130)를 포함한다.
본 발명에서 상기 제1 보호막(410) 및 제2 보호막(430)은 무기층으로 구성되며, 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD : Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)에 의해 증착될 수 있다. 본 실시예의 경우, 보호막의 증착 공정에서 발생될 수 있는 핀 홀(pin hole) 등을 효과적으로 제거하기 위하여 2층 이상의 다층으로 구성된 무기층을 형성하게 된다.
여기서, 상기 제1 보호막(410)은 산소 및 수분에 대한 내침투성이 우수한 실리콘 질화막(SiNx)으로 이루어지며, 상기 제2 보호막(430)은 마찬가지로 산소 및 수분에 대한 내침투성이 우수한 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어질 수 있다.
상기 제1 보호막(410)은 전구체 가스, 예를 들어 실란(SiH4) 등과 같은 전구체 가스를 이용하여 증착된다.
상기 제1 보호막(410)의 특성을 살펴보면, 산소수분 투과도가 5×10-4g/m2·day 이하이며 굴절률은 1.82내지 1.85의 값을 가지고, 380nm에서 800nm 범위인 가시광선 영역에서 투과율이 90% 이상에 해당한다. 상기 제1 보호막(410)의 내부 응력은 -100Mpa 에서 +100Mpa의 값을 가질 수 있다. 한편, 본 실시예에서 상기 제1 보호막(410)의 두께는 대략 10 내지 40nm일 수 있으며, 이 경우 상기 제1 보호막(410)을 증착하는 속도는 대략 200nm/min에 해당한다.
한편, 실리콘 산화물로 이루어진 상기 제2 보호막(430)은 유기전구체를 이용하여 증착되며, 예를 들어 상기 제2 보호막은 TMDSO(Tetramethyl-disiloxane), HEDS(Hexaethyl-disilane), HCDS(Hexachloro-disilane), HMDSO(Hexamethyl-disiloxane), BDEAS(Bisdiethylamino-silane)으로 이루어진 유기전구체 그룹 중에 어느 하나를 선택하여 증착될 수 있다.
상기 제2 보호막(430)의 특성을 살펴보면, 굴절률은 1.45에서 1.5의 값을 가지며, 380nm에서 800nm 범위인 가시광선 영역에서 투과율이 95% 이상에 해당한다. 상기 제2 보호막(430)의 내부응력은 -100Mpa 에서 +100Mpa의 값을 가질 수 있다. 한편, 본 실시예에서 상기 제2 보호막(430)의 두께는 대략 40 내지 140nm일 수 있으며, 이 경우 상기 제2 보호막(430)을 증착하는 속도는 대략 150nm/min에 해당한다.
상기 제1 보호막(410)과 제2 보호막(430)을 살펴보면, 상기 실리콘 질화물의 제1 보호막(410)은 보호막으로서의 특성, 예를 들어 WVTR 등의 특성은 실리콘 산화물의 상기 제2 보호막(430)에 비해 상대적으로 우수하나, 투과율에 있어서는 상대적으로 낮은 특성을 지닌다. 따라서, 상기 실리콘 질화물로 이루어진 제1 보호막(410)과 실리콘 산화물로 이루어진 제2 보호막(430)으로 구성된 발광소자 보호막(400)을 증착하는 경우에 상기 제1 보호막(410)의 두께와 제2 보호막(430)의 두께의 비율은 대략 0.2 ~ 0.4 : 1로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 보호막(410)의 두께가 상기 제2 보호막(430)의 두께에 비해 상대적으로 더 얇게 형성될 수 있다. 상기와 같은 구성을 가지는 경우에 상기 발광소자 보호막(400)의 투과율을 종래와 같이 유지하면서 보호막으로서의 특성을 유지할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 상기 제1 보호막(410)과 제2 보호막(430)을 포함하는 상기 발광소자 보호막(400)의 두께는 대략 50 내지 180 nm일 수 있다. 종래 화학기상 증착법에 의해 증착되는 보호막의 두께는 대략 700nm 내지 1000nm인데 반해, 본원발명의 화학기상 증착법에 의해 증착된 보호막은 종래 보호막의 두께에 비해 대략 1/4 내지 1/20의 두께를 가지면서 종래와 유사한 효과를 발휘할 수 있다.
이는 본원발명에 따른 발광소자 보호막이 실리콘 질화물과 실리콘 산화물로 구성된 다층 구조를 가지며 나아가 상기 실리콘 질화물의 제1 보호막의 두께와 상기 실리콘 산화물의 제2 보호막의 두께의 비율이 대략 0.2 ~ 0.4 : 1의 비율을 가지기 때문이다. 즉, 상대적으로 얇은 두께를 가지는 상기 실리콘 질화물의 제1 보호막(410)은 투과율이 상대적으로 낮지만 보호막으로서의 특성을 제공하며, 상대적으로 두꺼운 두께를 가지는 상기 실리콘 산화물의 제2 보호막(430)은 투과율이 상대적으로 높은 특성을 제공한다.
이 경우, 전술한 바와 같이, 본 실시예에서 상기 제1 보호막(410)의 두께는 대략 10 내지 40nm일 수 있으며, 상기 제2 보호막(430)의 두께는 대략 40 내지 140nm일 수 있다.
본 출원인은 상기 제1 보호막(410)과 제2 보호막(43)의 두께 비율 변화에 따른 WVTR 및 가시광선 투과율의 변화를 비교하기 위한 실험을 수행하였으며, [도 4]는 그 결과를 도시한다. 도 4에서 가로축은 상기 제2 보호막(430)의 두께를 '1'로 가정하고 상기 제2 보호막(430)의 두께에 대한 상기 제1 보호막(410)의 두께 비율을 의미하며, 세로축은 보호막의 WVTR (g/㎡-day)을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 상기 제2 보호막(430)의 두께에 대한 상기 제1 보호막(410)의 두께 비율이 0.2 내지 0.4인 경우에 상기 WVTR 값은 대략 5×10-3 g/㎡-day이며, 반면에 상기 범위를 벗어나는 경우에 상기 WVTR 값은 대략 2×10-2 g/㎡-day 내지 5×10-2 g/㎡-day로 상승하는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 제2 보호막(430)의 두께에 대한 상기 제1 보호막(410)의 두께 비율이 0.2 내지 0.4를 벗어나는 경우에 상기 WVTR 값이 대략 4배 내지 10배 이상으로 상승하는 것을 알 수 있다. 결국, 상기 제2 보호막(430)에 대한 상기 제1 보호막(410)의 두께 비율이 본원발명의 비율인 0.2 내지 0.4에 해당하는 경우에 상대적으로 낮은 WVTR값을 가지는 것을 알 수 있다.
한편, 상기와 같이 서로 다른 성질을 가지는 다수의 층을 증착하는 경우에 각 층을 적층하기 위해 별도의 증착장치를 필요로 하면, 복수의 증착장치를 필요로 하여 매우 넓은 면적을 필요로 하게 된다. 나아가, 각 증착장치에서 상이한 공정으로 인하여 증착공정의 조건을 제어하는 것이 매우 어려워지며, 각 증착장치 간에 이동 중에 보호막에 이물질이 침투할 수 있게 된다. 또한, 다수의 층을 증착하여 보호막을 형성하기 위하여 현저히 긴 공정시간을 필요로 할 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 보호막 증착방법은 다층 보호막을 증착하는 경우에 하나의 장치에서 다층 보호막을 증착하게 된다. 이 경우, 상기 다층 보호막을 이루는 각 층을 구별하기 위하여 증착조건, 예를 들어, 전구체가스의 종류, 전구체의 공급유량, 반응가스 공급유량 및/또는 RF Power 중에 적어도 하나가 달라질 수 있다.
결국, 하나의 증착장치에서 다층 구조의 보호막을 증착함으로써 전체 장치의 설치면적 및 공정시간을 줄일 수 있다. 나아가 상기 증착공정 중에 각종 증착조건을 달리하여 서로 상이한 성질을 가지는 두 종류 이상의 막을 다수로 증착하여 이물질 침투를 방지하면서 동시에 유연성을 가지는 다층 보호막을 제공할 수 있다.
구체적으로, 전술한 제1 보호막(410)과 제2 보호막(430)은 동일한 챔버에서 동일한 온도대역에서 증착될 수 있다. 즉, 실리콘 질화물과 실리콘 산화물로 이루어진 보호막의 증착을 위하여 동일한 챔버에서 동일한 온도 대역을 유지하면서 소스가스 및 플라즈마 생성용 반응 가스의 종류 및/또는 유량을 변경하여 제1 보호막(410)과 제2 보호막(430)을 증착할 수 있다. 따라서, 하나의 챔버에서 상기 제1 보호막과 제2 보호막의 증착이 모두 수행되므로 생산성(throughput)을 향상시킬 수 있다. 특히, 동일한 온도대역에서 증착이 이루어지므로 증착효율을 보다 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 보호막(410)은 전구체 가스, 예를 들어 실란(SiH4) 등과 같은 전구체 가스를 이용하며, 증착되는 기판 온도는 대략 80℃에 해당하고, 반응가스는 NH3 또는 N2를 사용한다. 이 때, 플라즈마 생성을 위한 RF 전력 밀도(power density)는 대략 0.34 내지 0.58 W/㎠에 해당한다.
한편, 상기 제2 보호막(430)은 전술한 바와 같이 TMDSO(Tetramethyl-disiloxane), HEDS(Hexaethyl-disilane), HCDS(Hexachloro-disilane), HMDSO(Hexamethyl-disiloxane), BDEAS(Bisdiethylamino-silane)으로 이루어진 유기전구체 그룹 중에 어느 하나를 선택하여 증착된다. 이때, 증착되는 기판 온도는 상기 제1 보호막(410)의 온도와 유사한 대략 80℃에 해당하고, 반응가스는 O2 또는 Ar를 사용한다. 이 때, 플라즈마 생성을 위한 RF 전력 밀도(power density)는 대략 0.63 내지 0.87 W/㎠에 해당한다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광소자 보호막(500)은 상기 제2 보호막(430)의 상부에 버퍼막(450)을 더 포함한다는 점에서 전술한 실시예와 차이가 있다. 증착공정으로 살펴보면, 상기 제2 보호막(430)을 증착하는 단계에 이어 상기 제2 보호막(430)의 상부에 버퍼막(450)을 증착하는 단계를 더 포함한다.
상기 버퍼막(450)은 카본을 함유한 실리콘 산화물(SiOC)로 구성되며, 증착 시 발생할 수 있는 파티클 등을 감싸는 역할을 하여 산소 및 수분의 침투를 억제하며, 표면에 발생한 결함 및 내부응력을 완화시키는 역할을 한다. 또한, 상기 버퍼막(450)의 굴절률 및 두께 조절을 통해 상기 발광소자의 보호막(500)의 광학 특성을 개선할 수 있다.
이 경우, 상기 버퍼막(450)은 전술한 제1 보호막(410) 및 제2 보호막(430)과 동일하게 플라즈마 화학기상 증착 공정을 이용하여 증착되는 실리콘 산화물로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 버퍼막(450)은 전술한 제2 보호막(430)과 유사하게, TMDSO(Tetramethyl-disiloxane), HEDS(Hexaethyl-disilane), HCDS(Hexachloro-disilane), HMDSO(Hexamethyl-disiloxane), BDEAS(Bisdiethylamino-silane)으로 이루어진 유기전구체 그룹 중에 어느 하나를 선택하여 증착될 수 있다. 상기 버퍼막(450)의 박막 스트레스는 -50Mpa 에서 +50Mpa의 값을 가지며, 증착속도는 250nm/min 이상일 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 제2 보호막(430)의 상부에 상기 버퍼막(450)을 증착하는 경우에 유기전구체를 변경할 필요 없이, 상기 제2 보호막(430)의 유기전구체를 그대로 사용하여 상기 버퍼막(450)을 증착할 수 있다. 즉, 상기 제2 보호막(430)과 버퍼막(450)을 구성하는 실리콘 산화막은 동일한 유기전구체를 이용하여 가스량, 플라즈마 파워, 공정 압력 등을 변경하여 증착될 수 있다.
예를 들어, 상기 버퍼막을 증착하는 단계와 상기 제2 보호막을 증착하는 단계는 유기전구체 및/또는 반응가스의 공급량을 조절하면서 연속적으로 수행될 수 있다. 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도로서, 상기 버퍼막을 증착하는 단계와 상기 제2 보호막을 증착하는 단계가 연속적으로 수행되어 형성된 보호막을 개략적으로 도시한다.
도 6을 참조하면, 전술한 바와 같이 상기 유기전구체는 TMDSO(Tetramethyl-disiloxane), HEDS(Hexaethyl-disilane), HCDS(Hexachloro-disilane), HMDSO(Hexamethyl-disiloxane), BDEAS(Bisdiethylamino-silane)으로 이루어진 유기전구체 그룹 중에 어느 하나를 선택할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 유기전구체를 공급하며 나아가 산소 등을 반응가스로 공급하여, 실리콘 산화물로 이루어진 제2 보호막(430)을 증착하게 되며, 나아가 상기 가스량 등을 조절하여 카본을 함유한 실리콘 산화물로 구성된 버퍼막(450)을 증착하게 된다.
전술한 유기전구체를 공급하여 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 제2 보호막(430)을 증착하기 위해서는 유기전구체의 메틸기(CH3)를 제거하는 것이 중요하다. 상기 메틸기가 충분히 제거되지 않으면 SiOC 계열의 막이 형성되기 때문이다.
따라서, 유기전구체를 공급하여 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 제2 보호막을 증착하는 경우에는 전술한 유기전구체의 공급량을 줄이고, 상대적으로 반응가스의 공급량을 늘리는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 제2 보호막을 증착하는 경우에 증착되는 기판의 온도는 대략 80℃이고, 상기 유기전구체의 공급량은 40 내지 50 sccm, 반응가스인 O2의 공급량은 대략 1500 sccm이며, Ar의 공급량은 대략 1500 sccm이다. 또한, 플라즈마 생성을 위한 RF power는 대략 1300 W에 해당한다.
한편, 반면에 카본을 함유한 실리콘 산화물(SiOC)로 구성된 버퍼막을 증착하기 위해서는 전술한 SiOx 화합물로 구성된 제2 보호막을 증착하는 경우에 비해 상대적으로 유기전구체의 공급량을 늘리고, 반응가스의 공급량을 줄이게 된다. SiOC 화합물로 구성된 버퍼막을 증착하는 경우에는 메틸기를 제외하는 것이 크게 필요치 않으므로 유기전구체의 공급량을 줄일 필요가 없고, 이에 따라 산소 등으로 이루어진 반응가스의 공급양을 줄일 수 있다.
예를 들어, 상기 버퍼막을 증착하는 경우에 증착되는 기판의 온도는 대략 80℃이고, 상기 유기전구체의 공급량은 대략 120 내지 130 sccm, 반응가스인 O2의 공급량은 대략 500 sccm이며, Ar의 공급량은 대략 2500 sccm이다. 또한, 플라즈마 생성을 위한 RF power는 대략 1300 W에 해당한다.
결국, 상기 제2 보호막을 증착하는 단계에서 상기 버퍼막을 증착하는 단계로 넘어가는 과정을 보면, 상기 유기전구체의 공급량이 증가하면서 상기 반응가스의 공급량은 반대로 줄어드는 것을 알 수 있다.
이때, 상기 제2 보호막은 수분침투를 방지하는 역할을 할 수 있으며, 상기 버퍼막은 다층 보호막에 유연성을 제공하도록 구비될 수 있다. SiOC 화합물로 구성된 보호막층은 SiOx 화합물로 구성된 보호막층에 비해서 WVTR은 상대적으로 높지만 매우 우수한 유연성을 가지게 된다. 따라서, 상기 제2 보호막의 상부에 버퍼막을 증착하게 되면 수분침투를 방지하면서도 유연한 보호막을 증착하는 것이 가능해진다. 한편, 도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 보호막을 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 보호막은 전술한 제1 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 보호막을 증착하는 단계를 반복하여 다층 보호막을 증착하게 된다.
도 7의 (A)를 살펴보면, 상기 보호막은 제1 보호막(410A)과 제2 보호막(430A)을 증착한 이후에 다시 제1 보호막(410B)과 제2 보호막(430B)을 증착하여 모두 4층으로 이루어진 보호막을 형성하게 된다. 이러한 반복공정은 적절한 횟수로 이루어질 수 있다. 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 도 7의 (A)에 도시된 보호막의 최상부에 전술한 버퍼막을 증착하는 것도 가능하다.
한편, 도 7의 (B)는 전술한 도 5 또는 도 6과 같이 상부에 버퍼막(450)을 구비한 보호막(500A, 500B)이 복수로 형성된 경우를 도시한다. 이 경우, 상기 각 보호막(500A, 500B)의 구조, 예를 들어 제1 보호막(410) 및 제2 보호막(430)의 개수, 두께, 순서 등은 동일하거나, 또는 적어도 하나가 다를 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
410...제1 보호막
430...제2 보호막
450...버퍼막
300...기판

Claims (11)

  1. 발광소자의 보호막 증착방법에 있어서,
    기판의 발광소자의 상부에 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 제1 보호막을 증착하는 단계; 및
    상기 제1 보호막의 상부에 플라즈마 화학 기상 증착법에 의해 실리콘 산화물(SiOx)로 이루어진 제2 보호막을 증착하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 보호막의 두께와 제2 보호막의 두께의 비율은 0.2 ~ 0.4 : 1이고,
    상기 제2 보호막을 증착하는 단계에서 TMDSO(Tetramethyl-disiloxane), HEDS(Hexaethyl-disilane), HCDS(Hexachloro-disilane), HMDSO(Hexamethyl-disiloxane), BDEAS(Bisdiethylamino-silane)으로 이루어진 유기전구체 그룹 중에 어느 하나를 선택하여 공급하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보호막과 제2 보호막을 포함하는 전체 두께는 50 내지 180 nm인 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 보호막의 두께는 10 내지 40nm이고, 상기 제2 보호막의 두께는 40 내지 140nm인 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보호막을 증착하는 단계에서 실란(SiH4) 가스를 전구체 가스로 공급하고, NH3 또는 N2를 반응가스로 공급하며, 플라즈마 생성을 위한 RF 전력밀도는 0.34 내지 0.58 W/㎠의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 보호막을 증착하는 단계에서 O2 또는 Ar을 반응가스로 공급하며, 플라즈마 생성을 위한 RF 전력밀도는 0.63 내지 0.87 W/㎠의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 보호막의 상부에 버퍼막을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버퍼막은 카본을 함유한 실리콘 산화물로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 버퍼막을 증착하는 단계와 상기 제2 보호막을 증착하는 단계는 동일한 유기전구체를 사용하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 버퍼막을 증착하는 단계와 상기 제2 보호막을 증착하는 단계는 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 보호막을 증착하는 단계에서 상기 버퍼막을 증착하는 단계로 넘어가는 경우에 상기 유기전구체의 공급량이 상대적으로 증가하면서 반응가스의 공급량은 상대적으로 줄어드는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 보호막을 증착하는 단계와 상기 제2 보호막을 증착하는 단계를 반복하여 다층 보호막을 증착하는 것을 특징으로 하는 발광소자의 보호막 증착방법.

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