KR20070051278A - ＳｉＯＣ：Ｈ 피복된 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층을 함유하는 피복된 기판 및 피복된 기판의 제조방법에 관한 것이다.
피복된 기판, 수소화 옥시탄화규소, 밀도, 버퍼층, 차단층

Description

ＳｉＯＣ：Ｈ 피복된 기판 및 이의 제조방법{SiOC:H coated substrates and methods for their preparation}
본원에 대한 상호 참증
없음
본 발명은 피복된 기판, 보다 특히 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층을 함유하는 피복된 기판에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 피복된 기판의 제조방법에 관한 것이다.
장벽 코팅은 민감한 물질을 공기, 수분 및 기타 환경 요인으로부터 보호함으로써 전자 팩키징, 식품 포장 및 표면 처리를 포함하는 다양한 분야에서 중요한 역활을 한다. 이의 결과로서, 이러한 코팅은 많은 소비재의 신뢰도 및 유용한 수명을 증가시킨다.
층간 절연막 또는 환경 장벽으로서 사용하기 적합한 수소화 옥시탄화규소의 필름 및 상기 필름의 제조방법은 당해 분야에 공지되어 있다. 예를 들면, 로보 다(Loboda) 등의 미국 특허공보 제6,159,871호에는, 메틸 함유 실란 및 산소 제공 가스를 포함하는 반응성 가스 혼합물을 기판을 함유하는 증착 챔버에 도입하는 단계 및 메틸 함유 실란과 산소 제공 가스 사이의 반응을 25℃ 내지 500℃에서 유도하는 단계[이때, 유전 상수가 3.6 이하인 수소, 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 필름을 기판에 제공하기 위해 반응 동안 존재하는 산소 양을 제어한다]를 포함하는 수소화 옥시탄화규소 필름을 제조하기 위한 화학적 증착 방법이 기재되어 있다.
로보다의 국제 공개공보 제02/054484호에는 반도체 물질로 이루어진 기판에 형성된 고체 소자의 부분조립품, 고체 소자를 연결하는 금속 와이어링 및 적어도 금속 와이어링에 형성된 확산 차단층[이때, 확산 차단층은 SiwCxOyHz의 조성물(여기서, w는 10 내지 33의 값이고, x는 1 내지 66의 값이고, y는 1 내지 66의 값이고, z는 0.1 내지 60의 값이고, w + x + y + z는 100원자%이다)을 갖는 합금 필름이다]으로 이루어진 집적 회로가 기재되어 있다.
로보다 등의 미국 특허공보 제6,593,655호에는 메틸 함유 실란 및 산소 제공 가스를 포함하는 반응성 가스 혼합물을 반도체 디바이스 함유 증착 챔버에 도입하는 단계 및 메틸 함유 실란과 산소 제공 가스 사이의 반응을 25℃ 내지 500℃에서 유도하는 단계[이때, 유전 상수가 3.6 이하인 수소, 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 필름을 기판에 제공하기 위해 반응 동안 존재하는 산소 양을 제어한다]로 제조된 필름을 갖는 반도체 디바이스가 기재되어 있다.
처니(Cerny) 등의 미국 특허공보 제6,667,553호에는 메틸 함유 실란 및 산소 제공 가스를 포함하는 반응성 가스 혼합물을 기판을 함유하는 증착 챔버에 도입하 는 단계 및 메틸 함유 실란과 산소 제공 가스 사이의 반응을 25℃ 내지 500℃에서 유도하는 단계[이때, 유전 상수가 3.6 이하인 수소, 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 필름을 기판에 제공하고 파장 400㎚ 내지 800㎚의 광에 대해 투광도가 95% 이상인 필름을 제조하기 위해 반응 동안 존재하는 산소 양을 제어한다]로 제조된 필름을 갖는 액정 디바이스, 발광 다이오드 디스플레이 디바이스 및 유기 발광 다이오드 디스플레이 디바이스로부터 선택된 기판이 기재되어 있다.
상기 언급된 참조 문헌들에 유전성 및 차단성이 우수한 수소화 옥시탄화규소의 코팅에 대해 기재되어 있지만, 환경 요소, 특히 수증기 및 산소에 대한 내성이 우수한 절연 코팅이 필요하다.
본 발명의 요약
본 발명은 기판과 당해 기판 위의 차단층을 포함하고, 차단층이 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 피복된 기판에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 기판, 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 기판 위에 위치하는 버퍼층 및 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 버퍼층 위에 위치하는 차단층을 포함하는 피복된 기판에 관한 것이다.
추가로 본 발명은 하나 이상의 실란, 하나 이상의 실록산 및 이들의 혼합물로부터 선택된 규소 함유 화합물, 아르곤 및 산소를 포함하는 반응성 가스 혼합물을, 기판을 함유하는 증착 챔버에 도입하는 단계[여기서, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 아르곤의 유동 속도의 비는 10 내지 30이고, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속도의 비는 0.15 내지 1.0이고, 기판 온도가 20 내지 80℃이고, 압력이 1.33 내지 60Pa이다], 300 내지 1,000W의 RF 전력을 가스 혼합물에 인가하여 플라즈마를 생성시키는 단계 및 50 내지 120W의 LF 전력을 기판에 인가하여 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층을 기판에 증착시키는 단계를 포함하는 피복된 기판의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 버퍼층을 기판에 증착시키는 단계, 하나 이상의 실란, 하나 이상의 실록산 및 이들의 혼합물로부터 선택된 규소 함유 화합물, 아르곤 및 산소를 포함하는 반응성 가스 혼합물을, 버퍼층을 갖는 기판을 함유하는 증착 챔버에 도입하는 단계[여기서, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 아르곤의 유동 속도의 비는 10 내지 30이고, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속도의 비는 0.15 내지 1.0이고, 기판 온도가 20 내지 80℃이고, 압력이 1.33 내지 60Pa이다], 300 내지 1,000W의 RF 전력을 가스 혼합물에 인가하여 플라즈마를 생성시키는 단계 및 50 내지 120W의 LF 전력을 기판에 인가하여 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층을 버퍼층에 증착시키는 단계를 포함하는, 피복된 기판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 차단층은 종래의 옥시탄화규소 필름보다 밀도는 높고 다공성은 낮다. 차단층은 수증기 투과율이 낮고, 일반적으로 10-1 내지 10-3g/m2/day이다. 또한, 차단층은 산소, 및 구리 및 알루미늄과 같은 금속 이온에 대한 투과능이 낮다. 또한, 차단층은 투명도가 높고, 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역의 광에 대해 일 반적으로 80% 이상이다. 또한, 차단층은 내크랙킹성이 높고 압축 응력이 낮다.
본 발명의 방법은 종래의 설비 및 기술을 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소는 화학적 증착 기술, 예를 들면, 열 화학적 증착, 플라즈마 증진되는 화학적 증착, 광화학적 증착 및 분사 증착 및 물리적 증착 기술, 예를 들면, 스퍼터링을 사용하여 증착시킬 수 있다. 또한, 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소는 이중 주파수 화학적 증착을 사용하여 증착시킬 수 있다. 중요하게는, 인접한 차단층과 버퍼층은 동일한 화학적 증착 시스템을 사용하여 증착시킬 수 있다.
본 발명의 차단층은 반도체 디바이스, 액정, 발광 다이오드, 유기 발광 다이오드, 광전자 디바이스, 광학 디바이스, 광전지, 박막 배터리 및 태양 전지를 포함하는 다양한 디바이스에서 층간 절연막 및/또는 수분 및 산소에 대한 차단층으로서 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 제1 양태의 피복된 기판의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 제2 양태의 피복된 기판의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 제3 양태의 피복된 기판의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 제4 양태의 피복된 기판의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 제5 양태의 피복된 기판의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따르는 제6 양태의 피복된 기판의 단면도이다.
도 1에 도시된 바대로, 본 발명에 따르는 제1 양태의 피복된 기판은 기판(100)과 당해 기판(100) 위의 차단층(102)을 포함하는데, 차단층(102)은 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함한다.
기판은 편평한, 복잡한 또는 불규칙한 윤곽(contour)을 갖는 경질 또는 가요성 물질일 수 있다. 또한, 기판은 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역(~400 내지 ~700㎚)의 광을 투과시키거나 투과시키지 않을 수 있다. 본원에 사용된 "투과"는 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역의 광에 대해 %투과도가 30% 이상, 60% 이상 또는 80% 이상인 기판을 의미한다. 추가로, "불투과(투과되지 않음)"는 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역의 광에 대해 %투과도가 30% 미만인 기판을 의미한다.
기판의 예로는 반도체 물질, 예를 들면, 실리콘, 이산화규소로 이루어진 표면 층을 갖는 실리콘 및 비소화갈륨; 석영; 용융 석영; 산화알루미늄; 세라믹; 유리; 금속 호일; 폴리올레핀, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트; 불화탄소 중합체, 예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리비닐플루오라이드; 폴리아미드, 예를 들면, 나일론; 폴리이미드; 폴리에스테르, 예를 들면, 폴리(메틸 메타크릴레이트); 에폭시 수지; 폴리에테르; 폴리카보네이트; 폴리설폰 및 폴리에테르 설폰을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 기판은 단일 물질 또는 2개 이상의 상이한 물질을 포함하는 복합재일 수 있다.
차단층은 일반적으로 밀도가 25℃에서 1.6g/㎝ 이상, 1.7g/㎤ 이상 또는 1.8g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함한다. 일반적으로, 차단층의 수소화 옥시탄화규소는 밀도가 25℃에서 1.7 내지 2.5g/㎤, 1.7 내지 2.0g/㎤ 또는 1.8 내지 2.0g/㎤이다. 수소화 옥시탄화규소의 밀도는 증착물의 중량, 두께 및 표면적을 측정하여 용이하게 결정할 수 있다.
차단층의 수소화 옥시탄화규소는 규소, 산소, 탄소 및 수소를 함유한다. 예를 들면, 수소화 옥시탄화규소는 화학식 SimOnCpHq의 화합물(여기서, m은 10 내지 33원자% 또는 18 내지 25원자%이고, n은 1 내지 66원자% 또는 10 내지 20원자%이고, p는 1 내지 66원자% 또는 15 내지 38원자%이고, q는 0.1 내지 60원자% 또는 25 내지 40원자%이고, m + n + p + q는 100원자%이다)일 수 있다.
차단층의 두께는 일반적으로 0.2 내지 10㎛, 0.2 내지 5㎛ 또는 0.2 내지 2㎛이다. 차단층의 두께가 0.2㎛ 미만일 때, 층의 수증기 투과율은 일반적으로 증가한다. 차단층의 두께가 10㎛ 초과일 때, 층은 크랙킹될 수 있다.
차단층의 %투과도는 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역(~400 내지 ~700㎚)의 광에 대해 일반적으로 30% 이상, 50% 이상 또는 70% 이상이다. 예를 들면, 두께 150㎛의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판 상의 두께 1㎛의 차단층의 %투과도는 일반적으로 70% 이상이다.
도 2에 도시된 바대로, 피복된 기판의 제2 양태는 기판(100); 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 기판(100) 위에 위치하는 차단층(102) 및 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 차단층(102) 위에 위치하는 버퍼층(104)을 포함한다. 제2 양태의 기판 및 차단층은 제1 양태의 피복된 기판에 대해 상기 기재된 바와 같다.
버퍼층은 일반적으로 밀도가 25℃에서 1.6g/㎤ 미만 또는 1.4g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함한다. 일반적으로, 버퍼층의 수소화 옥시탄화규소의 밀도는 25℃에서 1.0 내지 1.5g/㎤, 1.1 내지 1.5g/㎤ 또는 1.2 내지 1.5g/㎤이다. 수소화 옥시탄화규소의 밀도는 증착물의 중량, 두께 및 표면적을 측정하여 용이하게 결정할 수 있다.
버퍼층의 수소화 옥시탄화규소는 규소, 산소, 탄소 및 수소를 함유하고 차단층의 수소화 옥시탄화규소에 대해 상기 기재된 화학식을 가질 수 있다.
버퍼층의 두께는 일반적으로 0.2 내지 10㎛, 0.2 내지 5㎛ 또는 0.2 내지 2㎛이다. 버퍼층의 두께가 0.2㎛ 미만일 때, 버퍼층은 차단층의 적절한 도포를 제공하지 않을 수 있다. 버퍼층의 두께가 10㎛ 초과일 때, 층은 크랙킹될 수 있다.
버퍼층의 %투과도는 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역(~400 내지 ~700㎚)의 광에 대해 일반적으로 60% 이상, 70% 이상 또는 80% 이상이다. 예를 들면, 두께 150㎛의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기판 상의 두께 1㎛의 버퍼층은 %투과도가 일반적으로 80% 이상이다.
도 3에 기재된 바대로, 제3 양태의 피복된 기판은 기판(100); 기판(100) 상의 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층(102) 및 차단층(102) 상의 2개 이상(4개 도시)의 교호되는 버퍼층(106)과 차단층(108)을 포함하고, 교호되는 각각의 버퍼층(106)이 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 교호되는 각각의 차단층(108)이 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함한다. 제3 양태의 피복된 기판은 일반적으로 차단층 상에 2 내지 16개 또는 4 내지 10개의 교호되는 버퍼층과 차단층을 포함한다. 제3 양태의 기판 및 차단층은 제1 양태에 대해 기재된 바와 같다. 또한, 제3 양태의 교호되는 각각의 버퍼층과 차단층은 제2 양태의 버퍼층 및 제1 양태의 차단층 각각에 대해 기재된 바와 같다.
도 4에 도시된 바대로, 제4 양태의 피복된 기판은 기판(200); 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 기판(200) 위에 위치하는 버퍼층(202) 및 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 버퍼층(202) 위에 위치하는 차단층(204)을 포함한다. 제4 양태의 기판 및 차단층은 제1 양태에 대해 기재된 바와 같다. 또한, 제4 양태의 버퍼층은 제2 양태에 대해 기재된 바와 같다.
도 5에 도시된 바대로, 제5 양태의 피복된 기판은 기판(200), 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 기판(200) 위에 위치하는 버퍼층(202), 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 버퍼층(202) 위에 위치하는 차단층(204) 및 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 차단층(204) 위에 위치하는 추가의 버퍼층(206)을 포함한다. 제5 양태의 기판 및 차단층은 제1 양태에 대해 기재된 바와 같다. 또한, 제5 양태의 버퍼층 및 추가의 버퍼층은 제2 양태의 버퍼층에 대해 기재된 바와 같다.
도 6에 도시된 바대로, 제6 양태의 피복된 기판은 기판(200), 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 기판(200) 위에 위치하는 버퍼층(202), 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 버퍼층(202) 위에 위치하는 차단층(204) 및 차단층(204) 위에 위치하는 2개 이상(3개 도시)의 교호되는 버퍼층(208)과 차단층(210)을 포함하고, 교호되는 각각의 버퍼층(208)이 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 교호되는 각각의 차단층(210)이 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함한다. 제6 양태의 피복된 기판은 일반적으로 차단층 상에 3 내지 15개 또는 3 내지 7개의 교호되는 버퍼층과 차단층을 포함한다. 제6 양태의 기판, 차단층 및 교호되는 각각의 차단층은 제1 양태의 차단층에 대해 기재된 바와 같다. 또한, 제6 양태의 버퍼층 및 교호되는 각각의 버퍼층은 제6 양태의 버퍼층에 대해 기재된 바와 같다.
본 발명에 따르는 제1 양태의 피복된 기판(도 1)은 하나 이상의 실란, 하나 이상의 실록산 및 이들의 혼합물로부터 선택된 규소 함유 화합물, 아르곤 및 산소를 포함하는 반응성 가스 혼합물을, 기판(100)을 함유하는 증착 챔버에 도입하는 단계[여기서, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 아르곤의 유동 속도의 비는 10 내지 30이고, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속도의 비는 0.15 내지 1.0이고, 기판 온도는 20 내지 80℃이고, 압력은 1.33 내지 60Pa이다], 300 내지 1,000W의 RF 전력을 가스 혼합물에 인가하여 플라즈마를 생성시키는 단계 및 50 내지 120W의 LF 전력을 기판에 인가하여 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층(102)을 기판(100)에 증착시는 단계로 제조할 수 있다.
당해 방법의 제1 단계에서, 하나 이상의 실란, 하나 이상의 실록산, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 규소 함유 화합물, 아르곤, 및 산소를 포함하는 반응성 가스 혼합물을 기판을 함유하는 증착 챔버에 도입하고, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 아르곤의 유동 속대의 비는 10 내지 30이고, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속대의 비는 0.15 내지 1.0이고, 기판 온도는 20 내지 80℃이고, 압력은 1.33 내지 60Pa이다.
반응성 가스 혼합물의 규소 함유 화합물은 하나 이상의 실란, 하나 이상의 실록산 및 이들의 혼합물로부터 선택된다. 실란의 예로는 메틸 함유 실란, 예를 들면, 메틸실란, 디메틸실란, 트리메틸실란 및 테트라메틸실란 및 알콕시실란, 예를 들면, 디메톡시디메틸실란, 트리메톡시메틸실란, 테트라메톡시실란, 트리에톡시메틸실란, 디에톡시디메틸실란, 트리에톡시메틸실란, 트리에톡시비닐실란, 테트라에톡시실란, 디메톡시메틸페닐실란, 트리메톡시페닐실란, 3-글리시드옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 디에톡시메틸페닐실란, 트리스(2-메톡시에톡시)비닐실란, 트리에톡시페닐실란 및 디메톡시디페닐실란을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 실록산의 예로는 테트라메틸디실록산, 헥사메틸디실록산 및 테트라에톡시실란을 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다. 규소 함유 화합물은 단일 실란, 상이한 2개 이상의 실란의 혼합물, 단일 실록산, 상이한 2개 이상의 실록산의 혼합물 또는 하나 이상의 실란과 하나 이상의 실록산과의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 방법은 이중 주파수 방식으로 작동되는 종래의 병렬 플레이트 화학적 증착 시스템을 사용하여 수행할 수 있다. 이러한 시스템에서, 증착 챔버는 상부 전극, 일반적으로 고주파수(RF) 전력원에 연결된 샤워 헤드 및 하부 전극, 일반적으로 저주파수(LF) 전력원에 연결된 기판 홀더를 함유한다. RF 전력원은 일반적으로 주파수 1 내지 20MHz에서 10 내지 1,000W의 전력을 제공한다. 13.56MHz의 RF 주파수는 일반적으로 CVD 시스템에서 이용된다. LF 전력원은 일반적으로 주파수 325 내지 375KHz에서 10 내지 1,200W의 전력을 제공한다. 또한, 2개의 신호들 사이의 상호작용을 최소화하기 위해 필터링을 일반적으로 이용한다. 예를 들면, 상부 전극과 하부 전극을 각각 접지시키기 위해 인덕터 및 커패시터가 일반적으로 사용된다.
규소 함유 화합물의 유동 속도는 일반적으로 20 내지 150seem(분당 표준 ㎠), 30 내지 120seem 또는 30 내지 80seem이다.
아르곤의 유동 속도는 일반적으로 200 내지 1500seem, 300 내지 1,200seem 또는 300 내지 800seem이다.
산소의 유동 속도는 일반적으로 5 내지 100seem, 5 내지 60seem 또는 5 내지 40seem이다.
규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 아르곤의 유동 속도의 비는 일반적으로 10 내지 30, 또는 10 내지 20, 또는 10 내지 15이다. 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 아르곤의 유동 속도의 비가 30seem 초과일 때, 기판 온도가 상당히 증가할 수 있다.
규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속도의 비는 일반적으로 0.15 내지 1.0, 또는 0.5 내지 1.0, 또는 0.5 내지 0.8이다. 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속도의 비가 0.15 미만일 때, 차단층은 대부분 탄화규소를 포함할 수 있다. 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속도의 비가 1.0 초과일 때, 일반적으로 층의 수증기 투과율이 증가한다.
기판 온도는 일반적으로 20 내지 80℃, 25 내지 50℃, 또는 25 내지 40℃이다.
증착 압력은 일반적으로 1.33 내지 60Pa, 1.33 내지 25Pa 또는 1.33 내지 15Pa이다. 압력이 60Pa 초과일 때, 일반적으로 층의 수증기 투과율은 증가한다.
당해 방법의 제2 단계에서, 300 내지 1,000W인 RF 전력이 가스 혼합물에 인가되어 플라즈마를 생성시킨다. 또는, RF 전력은 400 내지 800W 또는 400 내지 600W이다.
당해 방법의 제3 단계에서, 50 내지 120W의 LF 전력을 기판에 인가하여 기판 상에 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 차단층을 형성시킨다. 또는, LF 전력은 60 내지 100W 또는 65 내지 85W이다.
제2 양태의 피복된 기판(도 2)은 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층(102)을 기판(100)에 증착시키는 단계 및 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 버퍼층(104)을 차단층(102)에 증착시키는 단계로 제조할 수 있다. 제2 양태의 차단층은 제1 양태에 대해 상기 기재된 바대로 증착시킬 수 있다.
밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 버퍼층의 증착방법은 로보다 등의 미국 특허공보 제6,159,871호; 로보다의 국제 공개공보 제02/054484 A2호; 후(Hu) 등의 미국 특허공보 제5,718,967호 및 토마스(Thomas) 등의 미국 특허공보 제5,378,510호에 예시된 바대로 당해 분야에 널리 공지되어 있다. 예를 들면, 밀도가 약 1.4g/㎤ 이하인 수소화 옥시탄화규소 필름은 미국 특허공보 제6,159,871호에 기재된 바대로 화학적 증착으로 증착시킬 수 있다. 간단하게는, 당해 방법은 메틸 함유 실란 및 산소 제공 가스를 포함하는 반응성 가스 혼합물을 기판을 함유하는 증착 챔버에 도입하는 단계 및 메틸 함유 실란과 산소 제공 가스 사이의 반응을 25℃ 내지 500℃에서 유도하는 단계[이때, 유전 상수가 3.6 이하인 수소, 규소, 탄소 및 산소를 포함하는 필름을 기판에 제공하기 위해 반응 동안 존재하는 산소 양을 제어한다]를 포함한다. 메틸 함유 실란의 예로는 메틸 실란, 디메틸실란, 트리메틸실란 및 테트라메틸실란을 포함한다. 산소 제공 가스의 예로는 공기, 오존, 산소, 일산화질소 및 산화질소를 포함하지만, 이들로 제한되지는 않는다.
증착 공정 동안 존재하는 산소 양은 산소 제공 가스의 형태 및/또는 양을 선택하여 제어할 수 있다. 산소 제공 가스의 농도는, 메틸 함유 실란 1중량부당, 일반적으로 5중량부 미만 또는 0.1 내지 4.5중량부이다. 산소의 농도가 너무 높으면, 당해 공정은 SiO2에 가까운 화학양론을 갖는 산화규소 필름을 형성한다. 산소의 농도가 너무 낮으면, 당해 공정은 SiC에 가까운 화학양론을 갖는 탄화규소 필름을 형성한다. 특정 용도를 위한 산소 함유 가스의 최적 농도는 일반 실험으로 용이하게 측정할 수 있다.
밀도가 1.4 내지 1.6g/㎤인 수소화 옥시탄화규소 필름은 하나 이상의 실란, 하나 이상의 실록산 및 이들의 혼합물로부터 선택된 규소 함유 화합물, 아르곤 및 산소를 포함하는 반응성 가스 혼합물을, 차단층을 갖는 기판을 함유하는 증착 챔버에 도입하는 단계[여기서, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 아르곤의 유동 속도의 비는 1 내지 10이고, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속도의 비는 0.5 내지 2.0이고, 기판 온도는 25 내지 50℃이고, 압력은 5 내지 40Pa이다], 150 내지 300W의 RF 전력을 가스 혼합물에 인가하여 플라즈마를 생성시키는 단계 및 15 내지 30W의 LF 전력을 기판에 인가하는 단계로 제조할 수 있다.
제3 양태의 피복된 기판(도 3)은 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층(102)을 기판(100)에 증착시키는 단계 및 차단층(102) 상에 2개 이상(4개 도시)의 교호되는 버퍼층(106)과 차단층(108)을 증착시키는 단계[여기서, 교호되는 각각의 버퍼층(106)은 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 교호되는 각각의 차단층(108)은 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함한다]로 제조할 수 있다. 제3 양태의 차단층 및 교호되는 각각의 차단층은 제1 양태의 차단층에 대해 상기 기재된 바대로 증착시킬 수 있다. 또한, 제3 양태의 교호되는 각각의 버퍼층은 제2 양태의 버퍼층에 대해 상기 기재된 바대로 증착시킬 수 있다.
본 발명의 제4 양태의 피복된 기판(도 4)은 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 버퍼층(202)을 기판(200)에 증착시키는 단계, 하나 이상의 실란, 하나 이상의 실록산 및 이들의 혼합물로부터 선택된 규소 함유 화합물, 아르곤 및 산소를 포함하는 반응성 가스 혼합물을, 버퍼층(202)을 갖는 기판(200)을 함유하는 증착 챔버에 도입하는 단계[여기서, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 아르곤의 유동 속도의 비는 10 내지 30이고, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속도의 비는 0.15 내지 1.0이고, 기판 온도는 20 내지 80℃이고, 압력은 1.33 내지 60Pa이다], 300 내지 1,000W의 RF 전력을 가스 혼합물에 인가하여 플라즈마를 생성시키는 단계 및 50 내지 120W의 LF 전력을 기판에 인가하여 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층(204)을 버퍼층(202)에 증착시키는 단계로 제조할 수 있다. 제4 양태의 버퍼층은 제2 양태의 버퍼층에 대해 상기 기재된 바대로 증착시킬 수 있다. 또한, 제4 양태의 차단층은 제1 양태의 차단층에 대해 상기 기재된 바대로 증착시킬 수 있다.
제5 양태의 피복된 기판(도 5)은 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 버퍼층(202)을 기판(200)에 증착시키는 단계, 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층(204)을 버퍼층(202)에 증착시키는 단계 및 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 추가의 버퍼층(206)을 차단층(204)에 증착시키는 단계로 제조할 수 있다. 제5 양태의 차단층은 제1 양태의 차단층에 대해 상기 기재된 바대로 증착시킬 수 있다. 또한, 제5 양태의 버퍼층 및 추가의 버퍼층은 제2 양태의 버퍼층에 대해 상기 기재된 바대로 증착시킬 수 있다.
제6 양태의 피복된 기판(도 6)은 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 버퍼층(202)을 기판(200)에 증착시키는 단계, 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층(204)을 버퍼층(202)에 증착시키는 단계 및 2개 이상(3개 도시)의 교호되는 버퍼층(208)과 차단층(210)을 차단층(204)에 증착시키는 단계[교호되는 각각의 버퍼층(208)은 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 교호되는 각각의 차단층(210)은 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함한다]로 제조할 수 있다. 제6 양태의 차단층 및 교호되는 각각의 차단층은 제1 양태의 차단층에 대해 상기 기재된 바대로 증착시킬 수 있다. 제6 양태의 차단층 및 교호되는 각각의 버퍼층은 제2 양태의 버퍼층에 대해 상기 기재된 바대로 증착시킬 수 있다.
본 발명의 차단층은 종래의 옥시탄화규소 필름보다 밀도는 높고 다공성은 낮다. 차단층은 수증기 투과율이 낮고, 일반적으로 10-1 내지 10-3g/m2/day이다. 또한, 차단층은 산소, 및 구리 및 알루미늄과 같은 금속 이온에 대한 투과능이 낮다. 또한, 차단층은 투명도가 높고, 전자기 스펙트럼의 가시광선 영역의 광에 대해 일반적으로 80% 이상이다. 또한, 차단층은 내크랙킹성이 높고 압축 응력이 낮다.
본 발명의 방법은 종래의 설비 및 기술을 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들면, 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소는 화학적 증착 기술, 예를 들면, 열 화학적 증착, 플라즈마 증진되는 화학적 증착, 광화학적 증착 및 분사 증착 및 물리적 증착 기술, 예를 들면, 스퍼터링 및 전자 빔 증발을 사용하여 증착시킬 수 있다. 또한, 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소는 이중 주파수 화학적 증착을 사용하여 증착시킬 수 있다. 중요하게는, 인접한 차단층과 버퍼층은 동일한 화학적 증착 시스템을 사용하여 증착시킬 수 있다.
본 발명의 차단층은 반도체 디바이스, 액정, 발광 다이오드, 유기 발광 다이오드, 광전자 디바이스, 광학 디바이스, 광전지, 박막 배터리 및 태양 전지를 포함하는 다양한 디바이스에서 층간 절연막 및/또는 수분 및 산소에 대한 차단층으로서 사용할 수 있다.
하기의 실시예는 본 발명의 피복된 기판 및 방법을 예시하기 위해 보다 자세히 기재되어 있지만, 청구의 범위에 명시된 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
실시예에서 버퍼층 및 차단층을 25℃의 기판 온도, 0.09Torr(12.0Pa)의 압력, 상부 전극(샤워 헤드)에 연결된 RF 전력원 및 하부 전극(기판 홀더)에 연결된 LF 전력원에서 이중 주파수 방식으로 작동되는 어플라이드 프로세스 테크놀로지(Applied Process Technologies, 미국 애리조나주 투싼 소재)로부터 구입한 모델 번호 2212 HDP 병렬 플레이트 화학적 증착 시스템을 사용하여 증착시킨다.
40Pa의 압력, 500seem의 CF4 유동 속도, 100seem의 O2 유동 속도, 40W의 LF 전력 및 500W의 RF 전력에서 CF4 및 O2로부터 생성된 플라즈마를 사용하여 5 내지 10분 동안 증착 챔버의 내부 표면을 먼저 플라즈마 에칭하여 각각의 피복된 기판 제조 전에 증착 챔버를 완전히 세정한다. 플라즈마 에칭 후, 챔버 벽을 이소프로필 알코올로 문지르고, 질소로 건조시킨다.
실시예들에서의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 기판(피복된 기판 및 피복되지 않은 기판)은 12.0Pa의 압력, 500seem의 아르곤 유동 속도, 40W의 LF 전력 및 300W의 RF 전력에서 30초 동안 아르곤 플라즈마로 처리한다.
피복된 PET 기판 및 피복되지 않은 PET 기판의 수증기 투과율(WVTR)은 37.8℃의 온도 및 90%의 상대 습도에서 모콘 퍼만트랜-더블유 퍼미에이션 테스트 시스템(MOCON PERMATRAN-W Permeation Test System)을 사용하여 측정한다. 피복된 PET 시험 시편을 확산 전지 속에 클램핑시킨 후, 안정한 수증기 투과율이 수립될 때까지 수분을 함유하지 않는 질소로 퍼징(10seem)한다.
버퍼층 및 차단층의 압축 응력은 18 내지 22℃의 온도에서 질소 제어 분위기하에 텐코 에프엘엑스-2320(Tencor FLX-2320)[제조원: 케이엘에이 텐코(KLA Tencor), 소재: 미국 캘리포니아주 밀피타스] 박막 응력 측정 시스템을 사용하여 측정한다.
버퍼층 및 차단층의 밀도는 직경이 10.2㎝인 원형 기판에 증착된 필름의 중량, 두께 및 표면적을 측정하여 결정한다. 층의 중량은 주위 조건(25℃, 101.3 kPa)하에 정확도가 1 ×1O-5g인 분석 천칭을 사용하여 측정한다.
필름 두께 및 굴절율은 주위 조건하에 작동되는 스펙트로스코픽 엘립소미터(Spectroscopic Ellipsometer)[제조원: 제이.에이. 울램 캄파니, 인코포레이티드(J.A. Woollam Co., Inc.), 소재: 미국 네브레스카주 링컨]를 사용하여 측정한다. 시험 시편은 직경이 10.2㎝이고 저항률이 5ohmㆍ㎝ 초과인 p-Si 웨이퍼에 필름을 증착시켜 제조한다.
실시예 1 내지 실시예 5
실시예 1 내지 실시예 4 각각에서, 하기의 다층 구조를 갖는 피복된 기판을 표 1에 기재된 가공 조건을 사용하여 제조한다.
실시예 1: PET/버퍼층/차단층/버퍼층/차단층
실시예 2: PET/버퍼층/차단층/버퍼층/차단층/버퍼층
실시예 3: PET/버퍼층/차단층/버퍼층/차단층/버퍼층
실시예 4: PET/버퍼층/차단층/버퍼층/차단층/버퍼층/차단층/버퍼층
PET는 직경이 20㎝이고 두께가 50㎛(실시예 1) 또는 175㎛(실시예 2 내지 실시예 4)인 플라즈마 처리된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(상기 참조)의 원형 시트이고, 버퍼층은 밀도가 1.5g/㎤인 수소화 옥시탄화규소의 버퍼층이고, 차단층은 밀도가 약 1.8 내지 1.9g/㎤인 수소화 옥시탄화규소의 차단층이다.
실시예 5에서, 실시예 1 내지 실시예 4의 피복된 기판과 비교하기 위해, 직경이 10㎝이고 두께가 175㎛인 피복되지 않은 플라즈마 처리된 PET 기판의 수증기 투과율(WVTR)을 측정한다. 피복된 기판의 버퍼층 및 차단층의 성질은 표 1에 기재되어 있고, 피복되지 않은 기판 및 피복된 기판의 성질은 표 2에 기재되어 있다.
실시예 층의 형태 공정 매개변수 필름 성질
가스 유동 속도(sccm) 전력(W) DR (㎚/min) T (㎚) RI 응력 (MPa) d (g/㎤)
TMS Ar O2 LF RF
1 버퍼층 30 180 25 20 280 200 200 1.5 40 1.5
차단층 40 800 25 65 400 200 300 1.72 150 1.8
2 버퍼층 30 180 25 20 280 200 400 1.5 40 1.5
차단층 40 800 20 85 600 225 450 1.87 415 1.9
3 버퍼층 30 180 25 20 280 200 500 1.5 40 1.5
차단층 40 800 20 85 600 225 500 1.87 415 1.9
4 버퍼층 30 180 25 20 280 200 500 1.5 40 1.5
차단층 40 800 20 85 600 225 500 1.87 415 1.9
TM은 트리메틸실란이고, LF는 저주파수이고, RF는 고주파수이고, DR은 증착 속도이고, T는 평균 두께이고, RI는 굴절률이고, 응력은 압축 응력이고, d는 밀도이다.
실시예 피복된 기판의 성질
WVTR(g/m2/day) 코팅 두께(㎛)
1 0.084 1.0
2 0.026 2.1
3 0.007 - 0.01 2.5
4 ＜ 1 ×10-3 3.5
5 3.2 피복되지 않음
WVTR는 수증기 투과율이고, 코팅 두께는 조합된 버퍼층과 차단층의 총 두께이고, 피복되지 않음은 피복되지 않은 PET 기판을 의미한다.

Claims (8)

  1. 기판과 당해 기판 위의 차단층을 포함하고, 차단층이 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는, 피복된 기판.
  2. 제1항에 있어서, 차단층 위에 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 버퍼층을 추가로 포함하는, 피복된 기판.
  3. 제1항에 있어서, 차단층 위에 2개 이상의 교호되는 버퍼층과 차단층을 추가로 포함하고, 교호되는 각각의 버퍼층이 밀도가 1.6㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 교호되는 각각의 차단층이 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는, 피복된 기판.
  4. 기판,
    밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 기판 위에 위치하는 버퍼층 및
    밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 버퍼층 위에 위치하는 차단층을 포함하는,
    피복된 기판.
  5. 제4항에 있어서, 차단층 위에 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 추가의 버퍼층을 추가로 포함하는, 피복된 기판.
  6. 제4항에 있어서, 차단층 위에 2개 이상의 교호되는 버퍼층과 차단층을 추가로 포함하고, 교호되는 각각의 버퍼층이 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하고 교호되는 각각의 차단층이 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는, 피복된 기판.
  7. 하나 이상의 실란, 하나 이상의 실록산 및 이들의 혼합물로부터 선택된 규소 함유 화합물, 아르곤 및 산소를 포함하는 반응성 가스 혼합물을, 기판을 함유하는 증착 챔버에 도입하는 단계[여기서, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 아르곤의 유동 속도의 비는 10 내지 30이고, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속도의 비는 0.15 내지 1.0이고, 기판 온도는 20 내지 80℃이고, 압력은 1.33 내지 60Pa이다],
    300 내지 1,000W의 RF 전력을 가스 혼합물에 인가하여 플라즈마를 생성시키는 단계 및
    50 내지 120W의 LF 전력을 기판에 인가하여 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층을 기판에 증착시키는 단계를 포함하는,
    피복된 기판의 제조방법.
  8. 밀도가 1.6g/㎤ 미만인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 버퍼층을 기판에 증착시키는 단계,
    하나 이상의 실란, 하나 이상의 실록산 및 이들의 혼합물로부터 선택된 규소 함유 화합물, 아르곤 및 산소를 포함하는 반응성 가스 혼합물을, 버퍼층을 갖는 기판을 함유하는 증착 챔버에 도입하는 단계[여기서, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 아르곤의 유동 속도의 비는 10 내지 30이고, 규소 함유 화합물의 유동 속도에 대한 산소의 유동 속도의 비는 0.15 내지 1.0이고, 기판 온도는 20 내지 80℃이고, 압력은 1.33 내지 60Pa이다],
    300 내지 1,000W의 RF 전력을 가스 혼합물에 인가하여 플라즈마를 생성시키는 단계 및
    50 내지 120W의 LF 전력을 기판에 인가하여 밀도가 1.6g/㎤ 이상인 수소화 옥시탄화규소를 포함하는 차단층을 버퍼층에 증착시키는 단계를 포함하는,
    피복된 기판의 제조방법.
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