KR102029286B1 - 디스플레이 디바이스를 위한 배리어 물질 - Google Patents

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Abstract

하나 이상의 규소-함유 층 및 금속 산화물 층을 포함하는 장치가 본원에 개시된다. 또한, 예를 들어, 디스플레이 디바이스에서 부동태화 층으로서 사용되는 하나 이상의 규소-함유 층을 형성시키기 위한 방법이 본원에 제공된다. 한 가지 특정 양태에서, 장치는 투명한 금속 산화물 층, 산화규소 층 및 질화규소 층을 포함한다. 이러한 또는 다른 양태에서, 장치는 350℃ 또는 그 미만의 온도에서 증착된다. 본원에 기재된 규소-함유 층은 다음 특성들 중 하나 이상을 포함한다: 약 1.9g/cm3 또는 그 초과의 밀도; 약 4×1022cm-3 또는 그 미만의 수소 함량; 및 UV-가시광선 분광기에 의해 측정하는 경우, 400 내지 700나노미터에서 약 90% 또는 그 초과의 투과율.

Description

디스플레이 디바이스를 위한 배리어 물질{BARRIER MATERIALS FOR DISPLAY DEVICES}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 특허 출원은 2012년 3월 9일자 출원된 선행의 미국 가특허 출원 일련 번호 제61/609,045호의 우선권을 주장한다.

디스플레이 디바이스는 광범위한 전자 적용, 예컨대, 평면 화면 텔레비젼(TV), 평면 모니터, 휴대폰, MP3 플레이어, 전자책 또는 이북 리더(eBook reader), 및 개인 휴대용 정보 단말기(personal digital assistant: PDA) 등을 위해 생산되고 있다. 디스플레이 디바이스는, 두 기판 사이의 갭을 충전시키고, 유전장의 세기를 제어하는 이방성 유전 상수를 지니는 액정에 전기장을 가함으로써 요망되는 영상을 생성시키기 위해 고안되었다. 기판을 통해 투과되는 광의 양을 조절함으로써, 광 및 영상 강도, 화질, 및/또는 전력 소비가 효율적으로 제어될 수 있다.

평판 디스플레이용 박막 트랜지스터(thin film transistor: TFT)는 현재 사용되는 기판 또는 유리보다 더 밝고 비용이 덜 드는 대안적인 기판이 사용될 수 있도록 더 낮은 가공 온도(예, 350℃ 또는 그 미만)가 유리하다. 다양한 디스플레이 디바이스, 예컨대, 능동 매트릭스형 액정 디스플레이(active matrix liquid crystal display: AMLCD) 또는 능동 매트릭스형 유기 발광 다이오드(active matrix organic light emitting diode: AMOLED)는 터치 스크린 패널을 사용하는 디스플레이 디바이스를 위한 광원으로서 사용될 수 있다. 비정질 산화물 반도체(Amorphous oxide semiconductor: AOS), 투명한 비정질 산화물 반도체(transparent amorphous oxide semiconductor: TAOS) 또는 금속 산화물 물질은 보다 낮은 온도에서 가공가능한 장치의 전기적 성능을 개선시키는 유리보다 높은 성능을 제공하는 TFT용 대체물로서 급부상하고 있다. TFT용 대체물로서 여겨지는 AOS, 투명한 비정질 산화물 반도체(TAOS) 또는 금속 산화물 물질의 예에는 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO), a-IGZO(비정질 갈륨 인듐 아연 산화물), 인듐 주석 아연 산화물(ITZO), 알루미늄 인듐 산화물(AlInOx), 아연 주석 산화물(ZTO), 아연 옥시니트라이드(ZnON), 마그네슘 아연 산화물, 산화아연(ZnO) 및 이들의 변형예가 포함된다. 통상의 물질과 비교되는 이들의 이점에도 불구하고, 이러한 물질은 약 350℃ 또는 그 미만의 온도 가공 제한치를 지닌다. 또한, 이러한 필름은 약 200℃로 이들의 온도 가공 제한치를 저하시키는 플라스틱 기판 상에 증착될 수 있다. 추가로, 특정 AOS, TAOS, 또는 금속 산화물 물질은 투명한 비정질 산화물 반도체(TAOS) 또는 금속 산화물 물질과 반응함으로써 인접한 부동태화(passivation) 층, 게이트 절연 층, 또는 이 둘 모두에서 수소 원자의 존재에 의해 손상되어 누전 또는 다른 유형의 디바이스 파괴를 초래할 수 있다.

참조 문헌["Influence of Passivation Layers on Characteristics of a-InGaZnO Thin-Film Transistors", Liu et al., Electron Device Letters, IEEE, Vol. 32(2), (20110, pp. 161-63 ("Liu et al.")]에서는 a-InGaZnO TFT의 문턱 전압(Vt) 상에서 산화규소와 질화규소로 이루어진 이중 부동태화 층의 증착 조건의 영향이 연구되었다. Liu 등이 사용한 시험 구조물은 게이트 전극으로서 역할을 하는 실리콘 기판을 지니는 p-형 규소 웨이퍼, 게이트 절연체 층으로서 작용하는 200나노미터(nm) 두께의 열 성장 이산화규소 층, 50nm 두께의 a-IGZO 채널 층에 인접한 45nm 두께 공급원/유도(Al) 전극으로 이루어졌다. Al 전극 및 a-IGZO 층 위에는 30nm의 산화규소 층과 180nm 두께의 질화규소 층으로 이루어진 이중 부동태화 층이 덮여있었다. 산화규소와 질화규소 필름은 각각 200℃에서 SiH4/N2O/N2을 사용하여 그리고 250℃에서 SiH4/NH3/N2를 사용하여 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(plasma enhanced chemical vapor deposition: PECVD)에 의해 증착되었다. TFT의 문턱 전압(VT)은 상기 부동태화 층에 의해 유도된 기계적 응력의 결과로 현저히 달라진다. 부동태화 공정 동안 질화규소 상부 층의 증착 파라미터를 조절함으로써, TFT의 성능이 조정될 수 있다. 이중 부동태화 후에 최적화된 a-InGaZnO TFT는 다음 특징을 나타냈다: 11.35cm2/V·s의 전계-효과 이동도, 2.86V의 문턱 전압, 0.5V의 문턱전압이하 스윙, 및 108의 점멸비.

참조 문헌["Impact of Hydrogenation of ZnO TFTs by Plasma-Deposited Silicon Nitride Gate Dielectric" Remashan et al., IEEE Transactions on Electronic Devices, Vol. 55, No. 10 (Oct. 2008), pp. 2736-43]에는 하단 게이트 형태를 지니는 산화아연(ZnO) TFT 상에 게이트 유전 층으로서 사용하기 위한 가변 굴절률을 지니는 질화규소 층을 PECVD에 의해 증착시키는 효과가 개시되어 있다. 저자는 수소가 ZnO 물질에서 결함 부동태화제 및 얕은 n-형 도펀트로서 작용하기 때문에 수소화가 ZnO TFT의 성능을 개선시킬 수 있는 방법 중 하나라고 명시하였다. Remashan 등에서는 4개의 질화규소 필름이 650mTorr의 압력, 300℃의 온도, 및 30W의 전력에서 그러나 암모니아 및 질소에 대한 실란의 상이한 몰비를 이용하여 PECVD를 통해 증착되어 상이한 굴절률(예, 2.39, 2.26, 1.92, 및 1.80) 및 유전 상수(7.9, 8.4, 6.7, 및 6.1)를 지니는 질화규소 필름을 제공하였다. 저자는 모든 TFT 중에서, 더 높은 굴절률의 질화규소 필름 또는 SiN_2.39를 지니는 디바이스가 전계-효과 이동도, 문턱전압이하 기울기, 및 최대 계면 상태 밀도 면에서 가장 우수한 성능을 나타냈음을 발견하였다. 이차 이온 질량 분광기(secondary ion mass spectroscopy: SIMS) 데이터의 분석은 SiN_2.39를 사용하는 TFT 구조물의 경우에 ZnO/절연체 계면 및 ZnO 채널에 존재하는 수소의 양이 SiN_1.80를 사용하는 그러한 구조물보다 훨씬 더 많다는 것을 보여주었다. 따라서, 저자는 SiN_2.39 필름을 사용하는 TFT의 향상된 성능이 SiN_2.39로부터 ZnO 채널 및 ZnO/절연체 계면으로의 수소의 혼입으로 인한 것으로 결론지었다.

참조 문헌["Circuits Using Uniform TFTs Based on Amorphous In-Ga-Zn-O", Ryo Hayashi et al., Journal of the Society for Information Display, Vol. 15(11), 2007, pp. 915-92]에는 채널 층 및 게이트 절연체 층으로서 각각 비정질 인듐-갈륨-아연-산화물(IGZO) 필름 및 비정질-이산화규소 필름을 사용하여 제작된 하단-게이트 구조물을 지니는 고성능 및 탁월한-균일성 박막 트랜지스터(TFT)가 개시되어 있다. 1cm2의 면적으로 제작된 모든 94 TFT는 다음과 같이 거의 동일한 이동 특징을 나타낸다: 0.11cm2/(V-sec)의 작은 표준 편차로 14.6cm2/(V-sec)의 평균 포화 이동도. 이러한 TFT로 구성된 5-스테이지 링-오실레이터는 18V의 입력 전압에서 410kHz로 작동된다. 이러한 TFT를 기반으로 한 픽셀-구동 회로가 또한 동일한 기재 상에 하나로 통합된 유기 발광 다이오드(OLED)로 제작된다. OLED 전지로부터의 발광은 120-Hz ac 신호 입력에 의해서 변환되고 조정될 수 있는 것으로 입증되었다. 비정질-IGZO-기반 TFT는 대면적 OLED-디스플레이 전자장치의 빌딩 블록을 위한 중요한 후보물질이다.

참조 문헌["Stability and High-Frequency Operation of Amorphous In-Ga-Zn-O Thin-Film Transistors with Various Passivation Layers", Kenji Nomura et al., Thin Solid Films, doi:10.1016/j.tsf.2011.10.068 (2011)]에서는 부동태화 층 물질(Y2O3, Al2O3, HfO2, 및 SiO2)과 열적 어닐링(thermal annealing)의 효과에 초점을 맞춘 비정질 In-Ga-Zn-O(a-IGZO) 박막 트랜지스터(TFT)의 안정성이 연구되었다. 정 바이어스 정전류 응력(constant current stress: CCS), 광 조사가 없는 부 바이어스 응력(negative bias stress without light illumination: NBS) 및 부 바이어스 광 조사 응력(negative bias light illumination stress: NBLS)을 검사하였다. 이러한 연구에서, 채널이 부동태화 형성 전에 어닐링되고(증착후 어닐링), 부동태화 층이 250℃에서 어닐링되는 경우(제작후 어닐링), Y2O3은 모든 안정화 시험 면에서 가장 우수한 부동태화 층 물질인 것으로 밝혀졌다. Y2O3 부동태화 층의 제작후 열적 어닐링은 CCS 및 NBS 응력에 대하여 매우 안정한 TFT를 생성시켰고, 2.9eV의 광자 에너지까지 서브갭 광반응을 제거하였다. 2.7eV의 광자를 지니는 NBLS의 경우에도, 문턱 전압 이동은 3시간의 시험 후에 -4.4V로 잘 억제된다. 이 결과는 다음 정보를 제공한다: (i) 부동태화는 a-IGZO에서 표면의 깊은 서브갭 결함을 제거하고 서브갭 광반응을 제거하지만, (ii) a-IGZO에서의 벌크 결함은 부동태화 공정 전에 제거되어야 한다. Y2O3-부동태화된 TFT는 이러한 응력 조건에 대하여 안정할 뿐만 아니라, 91kHz의 전류 이득 차단 주파수를 지니는 고주파 작동과 호환되는데, 이는 정특성과 일치한다.

US 공보 제2012/045904호(" '904 공보")에는 TFT 디바이스에서 수소 비함유 규소 함유 층을 형성시키는 방법이 개시되어 있다. 수소 비함유 규소 함유 층은 TFT 디바이스, 포토다이오드, 반도체 다이오드, 발광 다이오드(LED), 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 또는 다른 적합한 디스플레이 적용에서 부동태화 층, 게이트 유전 층, 식각 중지 층(etch stop layer), 또는 다른 적합한 층으로서 사용될 수 있다. 한 가지 구체예에서, 박막 트랜지스터에서 수소 비함유 규소 함유 층을 형성시키는 방법은, SiF4, SiCl4, Si2Cl6로 이루어진 군으로부터 선택되는 수소 비함유 규소 함유 가스를 포함하는 가스 혼합물을 공급하고, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착 챔버에서 가스를 반응시키고, 가스 혼합물의 존재하에서 기판 상에 수소 비함유 규소 함유 층을 형성시킴을 포함한다.

US 공보 제2010/059756호("' 756 공보")에는 박막 트랜지스터(TFT)가 개시되어 있다. TFT는 채널과 공급원 및 드레인 사이에 중간층을 포함할 수 있다. TFT의 드레인 영역에 발생할 수 있는 증가된 누설 전류는 비정질 규소(a-Si), 폴리-Si, 게르마늄(Ge), 또는 규소-게르마늄(SiGe)으로 형성된 중간 층으로 인해 저하된다.

따라서, 다음 이점들 중 하나 이상을 제공하는 디스플레이 디바이스 및 이를 제조하는 방법이 필요하다: 우수한 전기적 특성(가공 후에 이의 반도체 성질을 유지함을 의미); 낮은 가공 온도(예, 350℃ 또는 그 미만); 저하된 수소 함량; 개선된 전기적 성능; 및 장기간 안정성.

하나 이상의 규소-함유 층 및 투명한 금속 산화물을 포함하는 장치가 본원에 기재된다. 또한, 예를 들어, 디스플레이 디바이스에서 부동태화 층으로서 사용되는 하나 이상의 규소-함유 층을 형성시키는 방법이 본원에 기재된다.

저온 규소-함유 필름은 다음 특성들 중 적어도 하나 이상을 지닌다: 입방 센티미터 당 약 1.9그램(grams per cubic centimeter: g/cm3 또는 g/cc) 또는 그 초과의 밀도; 4×1022cm-3 또는 그 미만의 수소 함량; UV-가시광선 분광기에 의해 측정하는 경우 400-700nm에서 90% 또는 그 초과의 투과율; 및 이들의 조합. 한 가지 특정 구체예에서, 규소-함유 필름은 질화규소 또는 실리콘 옥시니트라이드이며, 다음 특성들 중 적어도 하나 이상을 지닌다: 약 2.2g/cm3 또는 그 초과의 밀도; 약 4×1022cm-3 또는 그 미만의 수소 함량; 및 UV-가시광선 분광기에 의해 측정하는 경우 400-700nm에서 90% 또는 그 초과의 투과율. 한 가지 양태에서, 금속 산화물 층을 포함하는 기판; 및 금속 산화물의 적어도 일부 상에 증착되는 질화규소 층을 포함하는 장치로서, 질화규소 층이 약 2.4g/cm3 또는 그 초과의 밀도 및 푸리에 변환 적외선 분광기(Fourier transform infrared spectroscopy: FT-IR), 러더포드 후방산란 분광기(Rutherford Backscattering Spectrometry: RBS) 또는 수소 전방 산란(hydrogen forward scattering: HFS) 또는 그 밖의 방법과 같은 분석 기술에 의해 측정하는 경우, 약 4×1022cm-3 또는 그 미만의 수소 함량을 포함하는 장치가 제공된다. 이러한 또는 다른 구체예에서, 질화규소 층은 UV-가시광선 분광기에 의해 측정하는 경우, 400-700나노미터에서 약 90% 또는 그 초과의 투과율을 지닌다.

추가의 양태에서, 금속 산화물 층을 포함하는 기판; 금속 산화물의 적어도 일부 상에 증착된 질화규소 층; 및 금속 산화물 층과 질화규소 층 사이에 층착된 하나 이상의 산화규소 층을 포함하는 장치로서, 상기 질화규소 층이 약 2.4g/cm3 또는 그 초과의 밀도, 4×1022cm-3 또는 그 미만의 수소 함량, 및 UV-가시광선 분광기에 의해 측정하는 경우, 400-700나노미터에서 약 90% 또는 그 초과의 투과율을 포함하고, 상기 산화규소 층이 약 2.2g/cm3 또는 그 초과의 밀도를 포함하는 장치가 제공된다.

또 다른 추가의 양태에서,

반응 챔버에 기판의 하나 이상의 표면을 제공하는 단계;

규소 전구체를 반응 챔버에 도입하는 단계;

산소 공급원, 질소-함유 공급원, 또는 이들의 조합물로부터 선택된 공급원을 반응 챔버에 도입하는 단계; 및

약 25℃ 내지 350℃ 범위의 하나 이상의 온도에서 기판의 하나 이상의 표면 상에 규소-함유 박층을 기상 증착 공정을 통해 증착시키는 단계

를 포함하는, 금속 산화물을 포함하는 기판의 하나 이상의 표면 상에 규소-함유 필름을 증착시키는 방법으로서,

상기 규소 전구체가

a. 트리실릴아민(TSA);

b. R1R2NSiH3의 화학식을 지니는 디알킬아미노실란(상기 식에서, R1은 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐 기, 및 C6 내지 C10 아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고; R2는 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐 기, 및 C6 내지 C10 아릴 기로부터 독립적으로 선택되고; R1과 R2는 연결되어 고리를 형성하거나 R1과 R2는 연결되지 않아서 고리를 형성하지 않음);

c. R1 nR2 mSiH4 -m-n의 화학식을 지니는 알킬실란(상기 식에서, R1은 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐 기, 및 C6 내지 C10 아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고; R2는 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐 기, 및 C6 내지 C10 아릴 기로부터 독립적으로 선택되고; R1과 R2는 연결되어 고리를 형성하거나 R1과 R2는 연결되지 않아서 고리를 형성하지 않고; m은 0, 1, 2, 3, 4이며; n은 1, 2, 3임);

d. R1 n(OR2)mSiH4 -m-n의 화학식을 지니는 알킬알콕시실란(상기 식에서, R1은 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐 기, 및 C6 내지 C10 아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고; R2는 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐 기, 및 C6 내지 C10 아릴 기로부터 독립적으로 선택되고; R1과 R2는 연결되어 고리를 형성하거나 R1과 R2는 연결되지 않아서 고리를 형성하지 않고; m은 1, 2, 3, 또는 4이며; n은 0, 1, 2 또는 3임);

e. (R1R2N)nSiH4 -n의 화학식을 지니는 오가노아미노실란(상기 식에서, R1은 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐 기, 및 C6 내지 C10 아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고; R2는 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐 기, 및 C6 내지 C10 아릴 기로부터 독립적으로 선택되고; R1과 R2는 연결되어 고리를 형성하거나 R1과 R2는 연결되지 않아서 고리를 형성하지 않으며; n은 2, 3, 또는 4임);

f. 테트라(이소시아네이토)실란 및 트리(이소시아네이토)실란으로 이루어진 군으로부터 선택된 이소시아네이토실란;

g. R1R2R3SiN3의 화학식을 지니는 알킬아자이도실란(상기 식에서, R1, R2, 및 R3은 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐 기, 및 C6 내지 C10 아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택됨);

h. (R1R2R3Si)2(CH2)n의 화학식을 지니는 알킬브릿지드 디실란(상기 식에서, R1, R2, 및 R3는 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐, 및 C6 내지 C10 아릴 기로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되고; n = 1, 2, 3임);

i. Si(OR1)4의 화학식을 지니는 알콕시실란(상기 식에서, R1은 C1-10 선형 또는 분지형 알킬 기, C4 내지 C10 환형 알킬 기, C3 내지 C12 알케닐 기, C3 내지 C12 알키닐 기, 및 C6 내지 C10 아릴 기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택됨)

로 이루어진 군으로부터 선택되고,

상기 기상 증착 공정이 화학적 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD), 사이클릭 화학적 기상 증착(CCVD), 플라즈마 강화 사이클릭 화학적 기상 증착(PECCVD), 원자층 증착(ALD), 및 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법이 제공된다.

도 1은 실시예 1 및 비교예 2 내지 7에 제공되어 있는 규소 기판 상에 증착된 다양한 규소-함유 필름에 대한 밀도(g/cm3)와 수소(H) 함량(XPS에 의해 측정하는 경우)의 관계를 나타낸 것이다. 도 1은 가장 높은 밀도 층이 TSA 전구체에 얻어졌음을 나타내고 있다.
도 2는 상이한 온도 범위(150-325℃)에서 TSA 전구체를 사용하여 증착된 필름에 대한 밀도와 H-함량의 관계를 나타낸 것이며, 도면 상의 다이아몬드는 밀도에 관한 것이고, 도면 상의 정사각형은 수소 함량에 관한 것이다.
도 3은 실시예 1에서 전구체로서 TSA를 사용하여 300℃에서 증착된 필름에 대한 밀도와 H-함량의 관계를 나타낸 것이며, 정사각형은 LF 전력을 사용하여 얻어진 데이터를 나타낸 것이고, 다이아몬드는 LF 전력 없이 얻어진 데이터를 나타낸 것이다.
도 4는 다음 전구체로부터 증착된 100nm 두께의 규소-함유 필름에 대한 수분 배리어 성능의 비교를 제공한 것이다: (A) (도면 상에 다이아몬드로 나타나 있음) 트리실릴아민 및 NH3(밀도 = 2.36g/cm3); (B) (도면 상에 삼각형으로 나타나 있음) 디-이소프로필아미노실란 및 NH3(밀도 = 2.11g/cm3) (C) (도면 상에 정사각형으로 나타나 있음) 디메틸디에톡시실란 및 H2(밀도 = 1.95g/cm3); 및 (D) (도면 상에 원형으로 나타나 있음) 트리메틸실란 및 NH3(밀도 = 1.88g/cm3).
도 5는 TEOS 및 O2(또는 밀도 = 2.25g/cm3를 지니는 웨이퍼 16 및 17) 또는 트리실릴아민 및 NH3(또는 밀도 = 2.52g/cm3를 지니는 웨이퍼 6, 7, 및 8)로 증착된 각각 82nm 두께 및 100nm 두께의 필름에 대한 수분 배리어 성능의 비교를 제공한 것이다.
도 6은 실시예 9에서 표면 재결합 속도에 대한 영향을 평가하기 위해 사용된 예시적인 디바이스 구조물을 제공한 것이다.
도 7은 실시예 9에 기재된, TSA + NH3 질화물로 부동태화된 고저항 플로트 구역 규소에 대하여 관찰된 표면 재결합 속도 및 규소 기판과 질화규소 사이에 증착된 TEOS + O2 PECVD 산화규소의 가변 두께를 제공한 것이다.
도 8a 내지 8e는 실시예 10에 기재된, IGZO 저항에 대한 부동태화 층의 영향을 측정하는데 사용된 예시적인 구조물을 제공한 것이다.
도 9a 및 9b는 본원에 기재된 장치의 단일 부동태화 층 및 이중 부동태화 층 구체예의 예를 제공한 것이다.
도 10은 상이한 예시적인 장치들 사이에서 메가파스칼(megapascal)로 측정된 응력과 측정된 시간(시)의 관계를 제공한 것이다.

예를 들어, IGZO-기반 TFT와 같은 투명한 금속 산화물을 포함하는 장치는 모바일 디스플레이를 위해 구현되고 있다. 투명한 금속 산화물의 조성이 IGZO을 포함하는 한 가지 특정 구체예에서, 장치에 가해질 수 있는 가공 온도의 상한치와 관련된 열 비용에는 하나 이상의 부동태화 필름이 300℃ 또는 그 미만의 하나 이상의 온도에서 증착되는 것이 필요하다. 이러한 또는 다른 구체예에서, 하나 이상의 부동태화 층은, 입방 센티미터 당 약 2.4그램(g/cm3 또는 g/cc) 또는 그 초과의 밀도 및 4 × 1022cm-3 또는 그 미만 또는 2 × 1022cm-3 또는 그 미만의 수소 함량을 지님으로써, 제한 없이, 기체, 액체 또는 이들의 조합과 같은 유체에 대해 불침투성인 것으로 본원에 기재되는 우수한 기밀성을 제공한다. 선행 기술에는 실란 가스(SiH4)가 SiN:H 및 SiO2 필름을 형성시키는데 사용되어 a-Si TFT 하부 구조물을 부동태화시키는 이중 층 구조물이 개시되어 있다. 이러한 SiN:H 및 SiO2 필름은 300℃ 미만의 온도에서 형성될 수 있지만, 이러한 필름의 밀도 및 H-함량은 300℃ 미만의 온도에서 증착되는 경우에 아래에 있는 투명한 금속 산화물 층을 부동태화시키는데 필요한 요망되는 특성을 달성하지 않는다. 이와 관련하여, 디스플레이 디바이스에서 금속 산화물 층을 위한 하나 이상의 부동태화 층으로서 사용될 수 있는 규소 함유 필름에 요망되는 특성은 다음 중 하나 이상을 포함한다: 약 350℃ 또는 그 미만의 증착 온도; 약 2.4g/cm3 또는 그 초과의 밀도; 약 2×1022cm-3 또는 그 미만의 수소 함량; UV-Vis 분광기에 의해 측정하는 경우, 400-700nm로부터 약 90%의 투과율; 및 이들의 조합.

하나 이상의 규소-함유 층 및 하나 이상의 투명한 금속 산화물 층을 포함하는 디스플레이 디바이스를 위한 하나 이상의 부동태화 층으로서 사용될 수 있는 규소 함유 필름을 증착시키는 방법이 본원에 제공된다. 용어 부동태화 층은 다른 디스플레이 적용과 같은 디스플레이 디바이스, 예컨대, TFT 장치, OLED 장치, LED 장치 또는 다른 디스플레이 적용에서, 제한 없이, 부동태화 층, 게이트 유전 층, 식각 중지 층, 또는 다른 적합한 층을 의미할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 규소-함유 필름은 규소, 비정질 규소, 결정질 규소, 미세결정질 규소, 다결정질 규소, 화학량론적 또는 비-화학량론적 질화규소, 또는 비-화학량론적 산화규소, 탄소 도핑된 산화규소, 규소 카보-니트라이드, 및 규소 옥시니트라이드 필름을 의미할 수 있다. 상기 중에서, 하나 이상의 규소-함유 필름은 산화규소, 질화규소, 규소 옥시니트라이드, 규소 카복사이드, 및 규소 카복시니트라이드를 포함한다. 용어 "금속 산화물"은 디스플레이 디바이스에 사용하기에 적합한 장치 내의 하나 이상의 층을 의미한다. 이와 관련하여, 금속 산화물 층은 하나 이상의 다음 특성들을 나타낸다: 디스플레이 디바이스에 사용하기 위한 필수적인 투과율을 지니고, 높은 전자 이동도를 나타내며, 낮은 가공 온도(예, 350℃ 또는 그 미만 또는 300℃ 또는 그 미만)에서 제조될 수 있음. 금속 산화물의 예에는 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO), a-IGZO(비정질 인듐 갈륨 아연 산화물), 인듐 주석 아연 산화물(ITZO), 알루미늄 인듐 산화물(AlInOx), 아연 주석 산화물(ZTO), 아연 옥시니트라이드(ZnON), 마그네슘 아연 산화물, 아연 산화물(ZnO), InGaZnON, ZnON, ZnSnO, CdSnO, GaSnO, TiSnO, CuAlO, SrCuo, LaCuOS, GaN, InGaN, AlGaN 또는 InGaAlN 및 이들의 조합물이 포함되지만, 이로 제한되지 않는다.

하나 이상의 부동태화 층 및 금속 산화물 층에 더하여, 디스플레이 디바이스는, 제한 없이, 게이트 절연 층, 게이트 전극 층(들), 공급원 드레인 층(들), 및 다른 층을 추가로 포함할 수 있다. 본원에 기재된 장치 및 방법은 기판의 적어도 일부 상에 하나 이상의 규소-함유 및 금속 산화물 층을 증착시키는데 사용될 수 있다. 적합한 기판의 예에는 유리, 플라스틱, 스테인리스 스틸, 유기 또는 폴리머 필름, 규소, SiO2, Si3N4, OSG, FSG, 실리콘 카바이드, 수소화된 실리콘 카바이드, 실리콘 니트라이드, 수소화된 실리콘 니트라이드, 실리콘 카보니트라이드, 수소화된 실리콘 카보니트라이드, 보로니트라이드, 반사방지 코팅, 포토레지스트, 유기 폴리머, 다공성 유기 및 무기 물질, 금속, 예컨대, 구리, 알루미늄, 크로뮴, 몰리브덴 및 게이트 전극, 예컨대, 이로 제한되지는 않지만, TiN, Ti(C)N, TaN, Ta(C)N, Ta, W, WN, ITO 또는 다른 게이트 전극이 포함되지만, 이로 제한되지 않는다. 규소-함유 층은 예를 들어 화학 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization: CMP) 및 이방성 에칭 공정과 같은 다양한 후속 가공 단계와 호환된다. 특정의 구체예에서, 본원에 기재된 규소-함유 층은 약 4.0 내지 약 5.5 또는 약 4.0 내지 약 4.5의 범위의 유전 상수를 지닌다.

본원에 기재되고 도 9a에 나타나 있는 장치의 한 가지 구체예(10)에서, 규소-함유 필름은 예를 들어, 디스플레이 디바이스에 사용될 수 있는 금속 산화물(20)의 적어도 일부 상에 단일 부동태화 층(30)으로서 증착된다. 본원에 기재되고 도 9b에 나타나 있는 장치의 대안적인 구체예(100)에서, 규소-함유 필름은, 이중 부동태화 층 구조물 또는 다중-적층된 부동태화 층 구조물을 제공하기 위하여, 도 9b 상의 부동태화 층(2) 또는 (140), 및 도 9b 상의 부동태화 층(1), 또는 (130)으로서 나타나 있는, 금속 산화물 층(120) 위의 하나 이상의 규소-함유 필름 상에 증착된다. 한 가지 구체예에서, 이중 부동태화 또는 다중-적층된 부동태화에서 규소-함유 필름은 상이한 유형의 규소-함유 필름이다. 대안적으로, 이중 또는 다