專利名稱：用以沉積低溫?zé)o機(jī)膜層至大型塑膠基板上的方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例大致是關(guān)于以化學(xué)氣相沉積法沉積一薄膜層的方法。詳言之，是關(guān)于在大面積塑膠基板上沉積低溫?zé)o機(jī)膜層的方法及設(shè)備。
現(xiàn)有技術(shù)近年來(lái)，由于有機(jī)發(fā)光二極體(OLED)顯示器具有反應(yīng)時(shí)間快、觀賞視角大、高對(duì)比、重量輕、低耗電及可于各式基板上操作等優(yōu)點(diǎn)，因此較液晶顯示器(LCDs)更常被用于各種顯示應(yīng)用中。自從1987年C.W.Tang及S.A.Slyke兩人指出可從一雙層的有機(jī)發(fā)光元件中有效率地發(fā)出電致冷光(electroluminescence，EL)之后，有機(jī)發(fā)光二極體(OLED)顯示器已成為L(zhǎng)CD顯示器最主要的競(jìng)爭(zhēng)者。已知有多種有機(jī)材料在包括藍(lán)光區(qū)的可見光光譜范圍內(nèi)，具有極高的螢光光子效應(yīng)，某些區(qū)域甚至趨近100％。因此，有機(jī)材料是可用于多色顯示器應(yīng)用的理想材料。但是，由于將電荷注入至單層有機(jī)結(jié)晶中需使用到高電位的問(wèn)題，卻使得有機(jī)EL元件的研發(fā)停滯不前。C.W.Tang及S.A.Slyke兩人發(fā)現(xiàn)的一雙層有機(jī)材料(其與夾在兩注射電極間的單層有機(jī)材料不同)，只有一層能進(jìn)行單極傳送(電洞)，另一層則用來(lái)發(fā)出電致冷光，如此可降低操作電位，因此使得OLED的應(yīng)用變?yōu)榭尚小?br> 在發(fā)現(xiàn)雙層OLED之后，OLED中的有機(jī)層已演進(jìn)成為多層結(jié)構(gòu)，其中的每一層均具有一不同功能。該OLED單元結(jié)構(gòu)是由夾在一透明陽(yáng)極與一金屬陰極間的一疊有機(jī)層所組成。圖1繪示出構(gòu)筑在一基板101上的一OLED元件結(jié)構(gòu)的實(shí)例。在一透明陽(yáng)極層102被沉積在該基板101上之后，在該陽(yáng)極層102上沉積一疊有機(jī)層。該有機(jī)層可包含一注入電洞層103、一傳送電洞層104、一發(fā)射層105、一傳送電子層106及一注入電子層107。須知在建構(gòu)一OLED單元時(shí)，并非全部5層有機(jī)材料都需要。揭示在1987年Applied Physics Letter(51)，913頁(yè)以下的該雙層OLED元件，只包括一傳送電洞層104及一發(fā)射層105。在完成有機(jī)層的沉積之后，在該疊有機(jī)層頂部沉積一金屬陰極108。當(dāng)一適當(dāng)電位110(典型情況是幾伏特)被施加至該OLED單元時(shí)，所注入的正電荷與負(fù)電荷會(huì)在該發(fā)射層105中重新結(jié)合，而產(chǎn)生光120(即，電致冷光)。該有機(jī)層的結(jié)構(gòu)以及所選擇的陽(yáng)極與陰極是用來(lái)使發(fā)散層中的再結(jié)合步驟最大化，因而能將從OLED元件所發(fā)出的光最大化。
早期研究顯示OLEDs的使用壽命相當(dāng)短，特征是EL效率降低及驅(qū)動(dòng)電位升高。OLEDs劣化的主要原因是納入水分或氧氣而形成的不發(fā)光的暗點(diǎn)(non-emissive dark spots)。該發(fā)射層通常是由8-羥基喹啉鋁(Alq3)(參見圖2所示的化學(xué)式)所制成。已知暴露在潮濕環(huán)境下會(huì)在一初始的非晶層上誘發(fā)產(chǎn)生Alq3結(jié)晶結(jié)構(gòu)。在Alq3層中產(chǎn)生的結(jié)晶團(tuán)會(huì)使陰極出現(xiàn)分層現(xiàn)象，因而造成會(huì)隨者使用期限而生成的不發(fā)光的暗點(diǎn)。
因此，亟需一種可在大型塑膠基板上沉積鈍化層的方法，且所沉積的鈍化層具有可保護(hù)其下OLED元件的良好的不透氣性與黏附性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明實(shí)施例是關(guān)于一種可沉積低溫?zé)o機(jī)膜層至基板上的方法及設(shè)備。在一實(shí)施例中，一種用以沉積無(wú)機(jī)膜層至基板上的低溫薄膜層沉積方法包含下列依序執(zhí)行的步驟將基板置放在沉積制程室中；在該基板上執(zhí)行等離子處理制程；并在低于80℃的溫度下沉積無(wú)機(jī)膜層至該基板上。
在另一實(shí)施例中，一種用以沉積低溫?zé)o機(jī)膜層至基板上的方法包含下列依序執(zhí)行的步驟將基板置放在沉積制程室中；在該基板上執(zhí)行等離子處理制程；并在低于80℃的溫度下以一氣體混合物來(lái)沉積無(wú)機(jī)膜層至該基板上，該氣體混合物是選自由一含硅氣體、NH3、一含氮?dú)怏w、一含氧氣體及其的組合所構(gòu)成的群組中。
在另一實(shí)施例中，一種用以沉積鈍化膜層(a passivation film)至基板上的低溫薄膜層沉積方法包含下列依序執(zhí)行的步驟將基板置放在沉積制程室中；在該基板上執(zhí)行等離子處理制程；并在低于80℃的溫度下沉積鈍化膜層至該基板上。
在另一實(shí)施例中，一種設(shè)備，其包含沉積制程室；用以支撐一塑膠基板的基板支撐，其是位于該沉積制程室中；RF電源，其是耦接至該制程室中，用以提供等離子氣體于該該制程室中；氣體源，用以提供無(wú)機(jī)氣體至該制程室中；控制器，用以控制該基板的溫度至低于約80℃，以于其上沉積出無(wú)機(jī)膜層。


圖1顯示一OLED元件的截面示意圖；圖2示出8-羥基喹啉鋁(Alq3)的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖3示出一具有不透氣層沉基于其上的基本OLED元件的截面示意圖；圖4示出二胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)；圖5示出在一處理室中于一基板上沉積一薄膜層的流程圖；圖6示出具有本發(fā)明一實(shí)施例的一氣體分散板組件的一處理室的截面示意圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明101、201基板102、202透明陽(yáng)極層103 注入電洞層 104、204傳送電洞層105、205發(fā)射層 106 傳送電子層107 注入電子層 108 金屬陰極110 電位208 頂部電極209 鈍化層600 等離子強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)602 處理室 604 氣體源606 壁 608 底部610 蓋組件 612 處理空間614 抽吸氣室618 氣體分配板組件
620內(nèi)表面 626底表面628孔洞630支撐表面632加熱器 634上表面638基板支撐組件640玻璃基板642柱 646風(fēng)箱648限制陰影框648 650聚升銷654舉升板 658擴(kuò)散板660懸掛板 662氣體通道674電源680入口端口682清潔氣體源具體實(shí)施方式
本發(fā)明大致是關(guān)于在一種在大面積塑膠基板上沉積低溫膜層的方法及設(shè)備。本發(fā)明可應(yīng)用至位于塑膠基板上的任一種元件，例如OLED、無(wú)機(jī)TFT、太陽(yáng)能電池等等。該基板可以是可供半導(dǎo)體晶圓制造用的圓形，或可供平面面板顯示器制造用的多邊形，例如長(zhǎng)方形。該可供平面面板顯示器用的長(zhǎng)方形基板表面積一般來(lái)說(shuō)相當(dāng)大，例如至少約300毫米×400毫米(或120,000平方毫米)。
以下將參照一設(shè)計(jì)來(lái)處理大型基板的等離子強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)來(lái)闡述本發(fā)明，例如，美國(guó)應(yīng)用材料公司所出售的等離子強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積(PECVD)系統(tǒng)。但是，須知本發(fā)明也可應(yīng)用在其他化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中或其他膜層沉積系統(tǒng)中，包括那些設(shè)計(jì)來(lái)處理圓形基板的系統(tǒng)。
等離子強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積(PECVD)膜層，70年代即已開發(fā)出例如氮化硅(SiN)、氧氮化硅(SiON)及氧化硅(SiO)等膜層，其是可在一硅積體電路晶片的平坦部分進(jìn)行金屬化時(shí)上，作為該金屬化制程的有效鈍化層。自那時(shí)起，SiN、SiON及SiO膜層即被應(yīng)用在塑膠包埋微電路的電子封裝上，作為一種可有效阻絕空氣、水氣及腐蝕性離子的阻障層。SiN及SiON對(duì)抗空氣、水氣的效果特別好且具有良好不透氣性。沉積一具有不透氣性的鈍化層于該OLEDs頂部，可大幅減輕目前具有不發(fā)光暗點(diǎn)的問(wèn)題，并延長(zhǎng)元件壽命。很重要的是無(wú)機(jī)層中殘存的水氣也會(huì)加速該Alq3的結(jié)晶過(guò)程，即使在包埋的元件中亦然。所沉積的該鈍化層可包含多層膜層。
因考量該無(wú)機(jī)膜層熱安定性的問(wèn)題，應(yīng)保持該鈍化層的沉積過(guò)程在低溫下進(jìn)行，例如低于約80℃。除了良好的不透氣性外，該鈍化層也需要能與塑膠基板緊密地黏合，以確保膜層不會(huì)自該基板表面剝離及讓水氣和空氣滲入而劣化其下原本具鈍化性質(zhì)的元件。
圖3顯示一OLED元件的基本結(jié)構(gòu)。透明陽(yáng)極層202被沉積在基板201上，該基板可以是由玻璃或塑膠制成，例如聚乙烯苯對(duì)二甲酸酯(PET)或聚乙烯萘酯(PEN)。該透明陽(yáng)極層202的實(shí)例之一是一種厚度在200至2000間的銦-錫-氧化物(ITO)。在該透明陽(yáng)極層202頂部沉積有傳送電洞層204。該傳送電洞層204的實(shí)例包括二胺(參見圖4所示的化學(xué)結(jié)構(gòu))，其是一種具有萘基取代基的聯(lián)苯胺(NBP)衍生物；及N，N’-二苯基-N，N’-二(3-甲基苯基)-(1，1’-聯(lián)苯基)-4，4’-二胺(TPD)，厚度在200至1000間?？梢詿崾綋]發(fā)法，于低于2×10-6的壓力下，自一真空室中有隔板的Mo熔爐中將TPD沉積到基板上。
在沉積該該傳送電洞層204之后，接著沉積一發(fā)射層205。該發(fā)射層205的材料典型是屬于螢光金屬螯合復(fù)合物類型。范例的一是8-羥基喹啉鋁(Alq3)。該發(fā)射層205的厚度一般在200至1,500間。在該發(fā)射層205的沉積之后，將該有機(jī)層加以圖案化。之后，沉積并圖案化一頂部電極208。該頂部電極208可以是一種金屬、一種金屬混合物或一種金屬合金。該頂部電極208的實(shí)例之一是一種由鎂、銀及鋁所組成的合金，其厚度一般在1,000至3,000間。
建構(gòu)完該OLED元件后，即可開始沉積一鈍化層209。具有不透氣性質(zhì)的鈍化層的例子包括厚度在300至5,000間的SiN及SiON。
基于該無(wú)機(jī)膜層熱安定性的考量，應(yīng)保持該鈍化層的沉積過(guò)程在低溫下進(jìn)行，例如低于約80℃?？赏ㄟ^(guò)在約400瓦至約2000瓦間的RF功率，壓力約0.5托耳至約5.0托耳、氣體擴(kuò)散板與基板表面間距離約0.4英寸至1.1英寸間，及沉積溫度介于約40℃至約80℃之間，流入一流速約在100sccm至約500sccm間的含硅氣體(例如，SiH4)、一流速約在100sccm至約500sccm間的含氮?dú)怏w(例如，NH3)和/或流速約在2,000sccm至約6,000sccm間的另一含氮?dú)怏w(例如，N2)，來(lái)沉積出一SiN層。接者，可通過(guò)在約400瓦至約2,000瓦間的RF功率，壓力約0.5托耳至約5.0托耳、氣體擴(kuò)散板與基板表面間距離約0.4英寸至1.4英寸間，及沉積溫度介于約40℃至約80℃間下，流入一流速約在50sccm至約500sccm間的含硅氣體(例如，SiH4)、一流速約在200sccm至約2,000sccm間的含氧氣體(例如，N2O)、和流速約在3000sccm至約6,000sccm間的另一含氮?dú)怏w(例如，N2)，來(lái)沉積出一SiON層。通過(guò)在約1,000瓦至約4,000瓦間的RF功率，壓力約O.5托耳至約5.0托耳、氣體擴(kuò)散板與基板表面間距離約0.4英寸至1.1英寸間，及沉積溫度介于約40℃至約80℃間下，流入一流速約在100sccm至約600sccm間的含硅氣體(例如，SiH4)、一流速約在5,000sccm至約15,000sccm間的含氧氣體(例如，N2O)，來(lái)沉積出一SiO層。
低溫不透氣膜層沉積的一項(xiàng)重要議題是其與諸如PET或PEN基板間的黏附性強(qiáng)弱。若鈍化層與基板間沒(méi)有良好的黏附性時(shí)，所沉積的鈍化層將可很容易地自基板剝離而喪失其不透氣性質(zhì)。在鈍化層沉積前先施以等離子處理可改善其黏附性。由于考慮到其下的有機(jī)膜層的熱不安定性的緣故，因此所施加的等離子處理制程需在低溫(＜80℃)下進(jìn)行。將具有沉積層的基板浸泡在一壓力鍋中的沸騰熱水(約110～120℃)內(nèi)約99分鐘，以在嚴(yán)厲含水狀況下挑戰(zhàn)膜層的完整性與黏附性，之后以肉眼檢視法及膠帶剝離測(cè)試法(Scotch tape peeling test)進(jìn)行測(cè)定。該壓力鍋是一種法博(Farbeware)壓力鍋(Salton lncorporated of Lake Forest，Illinois)。以肉眼檢視來(lái)偵知整體黏附性問(wèn)題。如果黏附性“不佳(poor)”，沉積膜層會(huì)自基板剝離，會(huì)在部分基板上或整個(gè)基板表面形成氣泡，或看起來(lái)霧霧的，而不是透明且光亮的。膠帶剝離測(cè)試法是在沉積膜層通過(guò)肉眼檢視后才執(zhí)行。將一小段黏性膠帶的黏性側(cè)放在基板表面上，之后將該膠帶自基板表面撕掉。如果黏性性質(zhì)屬“良好(good)”的話，該膠帶可在不造成沉積膜層損失的情況下被撕掉。如果黏附性“不夠好(not good enough)”，則該沉積膜層會(huì)從基板表面剝離并與撕下來(lái)的膠帶一起脫離。當(dāng)沉積膜層通過(guò)肉眼檢視，但卻無(wú)法通過(guò)膠帶剝離測(cè)試法時(shí)，則將該黏性性質(zhì)稱為“普通(fair)”。
表1示出沉積在PET塑膠基板上的各種不經(jīng)等離子處理的鈍化層的沉積條件。所有的膜層在浸泡于沸水下2小時(shí)后，以肉眼檢視后，均表現(xiàn)出對(duì)PET基板黏附性“不佳(poor)”的情況。黏附性“不佳(poor)”意指在壓力鍋處理之前或之后，肉眼可看出膜層自基板表面剝離，或膜層看起來(lái)「霧霧的(foggy)」。一種對(duì)基板具有良好黏附性的介電層，其在基板表面上應(yīng)該看起來(lái)是透明且光亮的，且能使基板產(chǎn)生反射。表1中所有的膜層都是在60℃下沉積而成，其厚度約1,000。
表1所示為沒(méi)有等離子處理下對(duì)PET表現(xiàn)出黏附性「不佳(poor)」的各種鈍化層的沉積條件

表1中不經(jīng)等離子處理而沉積的SiN、SiON、及SiO膜層其不佳的黏附性顯示下述的等離子前處理可改善沉積膜層與基板間的黏附性。圖5顯示沉積一鈍化層的流程及在沉積前施以等離子處理的步驟。步驟510描述在基板上形成OLED元件的制程。之后，在步驟520中，將基板放在沉積制程室中。在沉積一鈍化層之前，于步驟530中，使基板經(jīng)過(guò)一等離子處理來(lái)提高該鈍化層與基板之間的黏附性。在等離子處理步驟530之后，該基板可在步驟540中接受一鈍化層的沉積。惰性氣體的例子包括氬、氦、氖、氪及氙，及其的組合，其中又以氬氣與氦氣最常用。
可以一諸如氬、氦、氖、氪及氙之類的惰性氣體，一諸如氫氣或氨氣之類的含氫氣體，一諸如氮?dú)饣虬睔庵惖暮獨(dú)怏w，或該些氣體的混合物，來(lái)實(shí)施等離子處理。該等離子處理氣體的流速介于500sccm至約4,000sccm間，壓力則介于0.1托耳至5托耳間?；迮c氣體擴(kuò)散板間的距離在約0.4英寸至約1.4英寸間。等離子電力介于約400瓦至約3,000瓦間。該等離子處理時(shí)間約在2秒至約10分鐘之間。會(huì)影響等離子處理的參數(shù)包括沉積膜層種類、基板材料、制程氣體種類、制程氣體流速、壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間的距離、等離子電力高低及等離子處理時(shí)間。可在原位(in-situ)或非-原位(ex-situ)(即，遠(yuǎn)端)產(chǎn)生該等離子。等離子電源可以是一種RF功率或微波功率。
表2顯示氬氣等離子處理時(shí)間對(duì)改善PET基板上SiN層的黏附性的效應(yīng)。該SiN層是于250sccm的SiH4、300sccm的NH3、5,500sccm的N2、900瓦RF功率、2.1托耳壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間距離0.9英寸及60℃的溫度下沉積而成，其厚度約5,000。該氬氣等離子前處理是在1,500sccm的氬氣、1.2托耳壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間距離1英寸及60℃的溫度下進(jìn)行。
表2黏附性為等離子處理電力與時(shí)間的函數(shù)

表2的資料顯示在750瓦RF功率下進(jìn)行等離子前處理約120秒可獲得良好的黏附性，但等離子前處理時(shí)間若長(zhǎng)達(dá)240秒，則反而會(huì)使黏附性劣變從“良好”成為“普通”。黏附性“良好”表示無(wú)論是以肉眼檢視或以膠帶剝離測(cè)試，均無(wú)法在基板表面上發(fā)現(xiàn)任何膜層剝離情況。黏附性“普通”表示該具有沉積層的基板可通過(guò)肉眼檢視法測(cè)試，但無(wú)法通過(guò)膠帶剝離測(cè)試。所有具有沉積層的基板都先被浸泡在壓力鍋的沸水中約99分鐘。結(jié)果顯示，等離子處理時(shí)間愈長(zhǎng)并不永遠(yuǎn)可獲得最佳的黏附性效果。表2結(jié)果顯示1000瓦下的制程視窗已足夠?qū)?，因?yàn)閺?0秒至180秒的處理均可得良好的黏附性。至于1800瓦，良好黏附性結(jié)果只出現(xiàn)在30秒及60秒的處理下。
表3顯示氬氣等離子對(duì)改善厚約5000的兩SiON膜層、SiON-2及SiON-4膜層的黏附性的效應(yīng)。兩SiON膜層均是在于750sccm的N2O、4500sccm的N2、1150瓦RF功率、1.9托耳壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間距離1.0英寸及60℃的溫度下沉積而成。SiON-2是以200sccm的SiH4沉積而成，SiON-4膜層則是以300sccm的SiH4沉積而成。該氬氣等離子前處理是在1,500sccm的氬氣、1.2托耳壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間距離1英寸及60℃的溫度下進(jìn)行。
表3示出氬氣等離子前處理對(duì)兩種類型膜層的黏附性的影響

表3的結(jié)果顯示該氬氣等離子前處理只會(huì)對(duì)SiON-2膜層造成黏附性普通的結(jié)果，表示該SiON-2膜層沒(méi)有通過(guò)膠帶剝離測(cè)試。至于SiON-4層則出現(xiàn)“霧霧的”結(jié)果，表示肉眼檢測(cè)的結(jié)果不佳。
除了氬氣等離子前處理外，也在SiON層上測(cè)試了氫氣等離子處理的效果。表4顯示氫氣等離子處理時(shí)間對(duì)改善厚約5000的三層SiON層、SiON-2、SiON-3、及SiON-4的黏附性的效應(yīng)。三層SiON膜層均是在于750sccm的N2O、4,500sccm的N2、1150瓦RF功率、1.9托耳壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間距離0.7英寸及60℃的溫度下沉積而成。SiON-2是以200sccm的SiH4沉積而成，SiON-3是以250sccm的SiH4沉積而成，SiON-4膜層則是以300sccm的SiH4沉積而成。該氫氣等離子前處理是在1,500sccm的氫氣、1.5托耳壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間距離1英寸及60℃的溫度下進(jìn)行。
表4示出氫氣等離子處理對(duì)三種類型SiON膜層的黏附性的影響

1,500瓦RF功率且基板與氣體擴(kuò)散板間距離1.5英寸下，以氫氣等離子處理120秒可造成PET基板上的SiON-2膜層出現(xiàn)“霧霧的”結(jié)果。在1,000及2,000瓦RF功率且間距1英寸下，以氫氣等離子處理90秒及180秒可造成PET基板與SiON-3膜層間具有良好的黏附性。SiON-4膜層在1,500瓦RF功率且間距1英寸下，以氫氣等離子處理120秒，同樣也可造成良好的黏附性結(jié)果。
上述這些結(jié)果顯示以諸如氬氣之類的惰性氣體或諸如氫氣之類的含氫氣體進(jìn)行等離子前處理，可改善諸如SiN、SiON或SiO之類的鈍化層，在諸如PET之類的塑膠基板上具有良好的黏附性。此處的資料只顯示出以等離子處理來(lái)改善無(wú)機(jī)鈍化層與塑膠基板間的黏附性的可行性。沉積膜層種類、基板材料、等離子處理氣體種類、等離子處理氣體流速、等離子電力高低、等離子壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間的距離及等離子處理時(shí)間長(zhǎng)短均會(huì)影響等離子處理及黏附性質(zhì)。
除了良好的黏附性外，用來(lái)保護(hù)OLED的鈍化層也須具備不透氣性。表5比較一SiON層與一SiN層之間的氧氣通透性。該SiN層是以250sccm的SiH4、300sccm的NH3、5,500sccm的N2、900瓦RF功率、2.1托耳壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間距離0.9英寸及60℃的溫度下沉積而成，其厚度約5,000。在沉積該SiN層之前，該P(yáng)ET塑膠基板是先經(jīng)過(guò)氬氣等離子的前處理。該氬氣等離子前處理是在1,500sccm的氬氣、1000瓦RF功率、1.2托耳壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間距離1英寸及60℃的溫度下進(jìn)行約120秒。所沉積出來(lái)的SiN層經(jīng)過(guò)浸泡在壓力鍋中的沸水99分鐘后，通過(guò)肉眼檢測(cè)及膠帶剝離測(cè)試兩種測(cè)試法。該SiON-5膜層是于130sccm的SiH4、750sccm的N2O、4,500sccm的N2、1150瓦RF功率、1.9托耳壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間距離0.7英寸及60℃的溫度下沉積而成，其厚度約5,000。在沉積該SiON-5膜層之前，該P(yáng)ET塑膠基板是先經(jīng)過(guò)一氫氣等離子處理。該氫氣等離子前處理是在1,500sccm的氫氣、1500瓦RF功率、1.5托耳壓力、基板與氣體擴(kuò)散板間距離1英寸及60℃的溫度下進(jìn)行約120秒。所沉積出來(lái)的SiO-5層經(jīng)過(guò)浸泡在壓力鍋中的沸水99分鐘后，通過(guò)肉眼檢測(cè)及膠帶剝離測(cè)試兩種測(cè)試法。該SiO-5層也可在85℃、85％濕氣下(85％/85℃)殘存100小時(shí)。該SiO-5層的沉積速率約為872/分鐘，應(yīng)力則為-0.5×109達(dá)因/平方公分。
表5SiN膜層與SiON-5膜層間的氧氣通透性比較

氧氣通透性測(cè)試是以O(shè)X-TRAN(一種氧氣通透性及穿透性測(cè)試系統(tǒng)(Mocon Inc.of Minneapolis，Minnesota))來(lái)測(cè)量。該測(cè)量是在25℃下于沉積在PET基板上約5,000的膜層上測(cè)試。結(jié)果顯示SiN層與SiON-5層均具有極低的氧氣通透性。該SiON-5層的氧氣通透性較SiON-5層為低。
除了氧氣通透性測(cè)試外，也測(cè)量SiON-5層的水分通透性。水分通透性測(cè)試是以PERMATRAN-W(一種水蒸氣通透性及穿透性測(cè)試系統(tǒng)(Mocon Inc.of Minneapolis，Minnesota))來(lái)測(cè)量。在PET基板上約10,000的膜層上所測(cè)得的水蒸氣穿透速率(water vapor transmission rate，WVTR)是13.3克/平方公尺·天。除了收集WVTR數(shù)據(jù)外，可通過(guò)比較將基板浸泡在法博壓力鍋的沸水中30小時(shí)之前與之后，SiON-5層折射率(RI)與厚度來(lái)執(zhí)行嚴(yán)緊水氣通透性測(cè)試。由于要在硅基板上量測(cè)厚度與RI并不容易，該測(cè)量是通過(guò)量測(cè)一硅基板上沉積的SiON-5層的折射率與厚度來(lái)達(dá)成。表6示出SiON-5層在進(jìn)入壓力鍋之前與之后的折射率與厚度。
表6 SiON-5層在壓力鍋內(nèi)30小時(shí)之前與之后的折射率與厚度

結(jié)果顯示在嚴(yán)緊水氣通透性測(cè)試后，其折射率與厚度的變化均極小。上述結(jié)果顯示諸如SiN或SiON之類的低溫鈍化層，施以一等離子前處理，可改善其黏附性與不透氣性。
圖6示出一等離子強(qiáng)化化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)600(可購(gòu)自美國(guó)應(yīng)用材料公司的分公司，AKT)的截面示意圖。該系統(tǒng)600大致包括耦接至氣體源604的處理室602。該處理室602具有多個(gè)壁606及底部608，用以部分界定出處理空間612。該處理空間612典型可由位于壁606上的端口(未示出)來(lái)進(jìn)出，以幫助移動(dòng)基板640進(jìn)出該處理室602。該多個(gè)壁606及該底部608典型是由單一鋁塊材或其他可與制程相容的材料所制成。該多個(gè)壁606可支持蓋組件610，該蓋組件610中含有抽吸氣室614以耦接該處理空間612至排氣端口(其包括各種抽吸組件，未示出)。
一控溫的基板支撐組件638是放置在處理室602中央。該支撐組件638可于處理期間支撐玻璃基板640。在一實(shí)施例中，該基板支撐組件638包含一鋁制主體624，其包納至少一埋設(shè)于其中的加熱器632。位在支撐組件638中的該加熱器632(例如電阻式元件)，是被耦接至一選擇性使用的電源674上以控制加熱該支撐組件638及位于該組件638上的玻璃基板640至一預(yù)設(shè)溫度。典型情況是，在一CVD制程中，該加熱器632可維持玻璃基板640在一約150℃至約460℃的均勻溫度下，視所欲沉積的材料的制程參數(shù)而定。
一般來(lái)說(shuō)，該基板支撐組件638具有一底表面626及一上表面634。該上表面634可支撐該玻璃基板640。該底表面626具有一耦接至該表面的柱642。該柱642可耦接該支撐組件638至一舉升系統(tǒng)(未示出)，該舉升系統(tǒng)是可移動(dòng)該支撐組件638于一升高的處理位置(如圖上所示)及一較低位置之間，以幫助傳送基板進(jìn)出該處理室602。該柱642還額外提供介于該支撐組件638及系統(tǒng)600其他組件之間的一種電及熱耦的管道。
一風(fēng)箱646是耦接于該支撐組件638(或該柱642)與該處理室602的底部608之間。該風(fēng)箱646可在幫助該支撐組件638垂直移動(dòng)的同時(shí)，于該處理空間612與該處理室602的外的氣壓間提供一真空密閉效果。
該支撐組件638一般是接地，使得由一電源622提供至一位在該蓋組件610與該基板支撐組件638間的氣體擴(kuò)散板618(或位于該室蓋組件中或靠近該組件的其他電極)的該RF功率供給可激發(fā)存在于該處理空間612中(位于該基板支撐組件638與該氣體擴(kuò)散板618間)的氣體。來(lái)自電源622的RF功率一般是選擇可符合基板大小者，以驅(qū)動(dòng)該化學(xué)氣相沉積制程。
該支撐組件638還可支撐一限制陰影框648。一般來(lái)說(shuō)，該陰影框648可防止該玻璃基板640邊緣及支撐組件638出現(xiàn)沉積，使得基板不會(huì)黏在該支撐組件638上。該支撐組件638具有數(shù)個(gè)貫穿其中的孔洞628，用以接受數(shù)個(gè)舉升銷650。該等舉升銷650典型包含陶瓷或陽(yáng)極化鋁。該等舉升銷650可以一額外的舉升板654相對(duì)該支撐組件638而被致動(dòng)以自該支撐表面630突出，藉以將基板置放在離該支撐組件638一段距離之處。
該蓋組件610可提供相距該處理空間612的一上方界線。該蓋組件610典型可被移除或打開以服務(wù)該處理室602。在一實(shí)施例中，該蓋組件610是由鋁制成。
該蓋組件610包含一形成于其中的抽吸氣室614，其是耦接制一外部的抽吸系統(tǒng)(未示出)。該抽吸氣室614是用來(lái)聯(lián)通氣體及均依地處理來(lái)自處理空間612及離開處理室602的制程副產(chǎn)物。
該蓋組件610典型包括一入口端口680，由氣體源604所供應(yīng)的氣體是由該入口端口680被引入至該處理室602中。該入口端口680也被耦接到一清潔氣體源682上。該清潔氣體源682典型可提供一清潔劑，例如解離的氟，將其引入至該處理室602中以移除沉積的副產(chǎn)物及處理室硬體上(包括氣體分配板組件618)的沉積膜層。
該氣體分配板組件618是耦接到該蓋組件610的一內(nèi)表面620上。該氣體分配板組件618典型是設(shè)計(jì)成可實(shí)質(zhì)依循該玻璃基板640的輪廓，例如大面積基板的多邊形或晶圓的圓形等。該氣體分配板組件618包括一孔狀表面616，由氣體源614供應(yīng)的制程氣體及其他氣體可被傳送通過(guò)其中而抵達(dá)處理空間612。該氣體分配板組件618的孔狀表面616是被設(shè)計(jì)成能提供氣體均勻分散穿過(guò)該氣體分配板組件618而進(jìn)入處理室602。適用于本發(fā)明的氣體分散板揭示于2001年8月8日Keller等人提申的美國(guó)專利申請(qǐng)第09/922,219號(hào)；2002年5月6日提申的美國(guó)專利申請(qǐng)第10/140,324號(hào)；2003年1月7日Blonigan等人提申的美國(guó)專利申請(qǐng)第10/337,483號(hào)；2002年11月12日授與White等人的美國(guó)專利第6,477,980號(hào)及2003年4月16日Choi等人提申的美國(guó)專利申請(qǐng)第10/471,592號(hào)，其全部?jī)?nèi)容在此并入作為參考。
該氣體分配板組件618典型包括一擴(kuò)散板658，自一懸掛板660懸垂出來(lái)。該擴(kuò)散板658及該懸掛板660也可包含一單一元件。數(shù)個(gè)氣體通道662貫穿形成于該擴(kuò)散板658中，以容許一預(yù)定量的氣體被分散通過(guò)該氣體分配板組件618并進(jìn)入該處理空間612。該懸掛板660可保持該擴(kuò)散板658及該蓋組件610的內(nèi)表面620彼此相隔一段空間，以界定出其間的一抽吸空間664。該抽吸空間664可容許氣體流過(guò)該蓋組件610以均勻散布在整個(gè)擴(kuò)散板658的寬度方向上，以提供均勻的氣體在中央孔狀表面616上方并以均勻分布的方式穿過(guò)氣體通道662。
該擴(kuò)散板658典型是由不銹鋼、鋁、陽(yáng)極化鋁、鎳或其他RF導(dǎo)電材料制成。該擴(kuò)散板658是被設(shè)計(jì)成其厚度可在孔洞666上維持足夠的平坦度，且不會(huì)影響基板處理。在一實(shí)施例中，該擴(kuò)散板658的厚度是介于約1.0英寸至約2.0英寸間。對(duì)半導(dǎo)體晶圓制造來(lái)說(shuō)，該擴(kuò)散板658可以是圓形的，對(duì)平面面板顯示器的制造來(lái)說(shuō)，其則可以是多邊形的。平面面板顯示器應(yīng)用中，一擴(kuò)散板658的例子是一約300毫米×400毫米、厚度約1.2英寸的長(zhǎng)方形。
雖然本發(fā)明已藉較佳實(shí)施例詳述于上，但習(xí)知技藝人士應(yīng)能了解本發(fā)明尚有許多變化，其仍屬于權(quán)利要求的范疇。
權(quán)利要求
1.一種沉積無(wú)機(jī)層至基板上的方法，包含將該基板置放在沉積處理室中在該基板上執(zhí)行等離子處理制程；之后在低于80℃的溫度下沉積一無(wú)機(jī)層于該基板上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該基板是塑膠制的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該基板可以是聚乙烯苯對(duì)二甲酸酯或聚乙烯萘酯制的。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該無(wú)機(jī)層是一種鈍化層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中該鈍化層可以是一種氮化硅層、氧氮化硅層、氧化硅層或是其的組合。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該鈍化層是一以下列方式沉積的氮化硅層以約100sccm至約500sccm的流速流入一含硅氣體，以約100sccm至約500sccm的流速流入一第一含氮?dú)怏w，以約2000sccm至約6000sccm的流速流入一第二含氮?dú)怏w，RF功率介于約400瓦至約2000瓦間，壓力介于約0.5托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，及沉積溫度約在40℃至80℃間。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該含硅氣體是SiH4，該第一含氮?dú)怏w是NH3且該第二含氮?dú)怏w是N2。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中該鈍化層是一以下列方式沉積的氧氮化硅層以約50sccm至約500sccm的流速流入一含硅氣體，以約200sccm至約2000sccm的流速流入一含氧氣體，以約3000sccm至約6000sccm的流速流入一含氮?dú)怏w，RF功率介于約400瓦至約2000瓦間，壓力介于約0.5托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，及沉積溫度約在40℃至80℃間。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該含硅氣體是SiH4，該含氧氣體是N2O且該含氮?dú)怏w是N2。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其中鈍化層是一以下列方式沉積的氧化硅層以約100sccm至約600sccm的流速流入一含硅氣體，以約5000sccm至約15000sccm的流速流入一含氧氣體，RF功率介于約100瓦至約4000瓦間，壓力介于約0.5托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，及沉積溫度約在40℃至80℃間。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該含硅氣體是SiH4，且該含氧氣體是N2O。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該等離子處理制程是在一惰性氣體、一含氫氣體、一含氮?dú)怏w或由該等氣體組成的混合物中實(shí)施。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該惰性氣體是氬、氦、氖、氙或氪。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該含氫氣體是氫氣或是氨氣。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該含氮?dú)怏w是氮?dú)饣虬睔狻?br> 16.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該氣體流速是介于約500sccm至約4000sccm間，壓力是介于約0.1托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，且該電力是介于約400瓦至約3000瓦間。
17.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該等離子處理制程是實(shí)施約2秒至約10分鐘。
18.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該等離子處理制程是可由該沉積制程處理室中產(chǎn)生或是由遠(yuǎn)端所生成。
19.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該等離子處理制程中的等離子可由RF功率或微波功率來(lái)產(chǎn)生。
20.如權(quán)利要求2所述的方法，其中該基板是長(zhǎng)方形且表面積至少120,000平方毫米。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該等離子處理可改善該無(wú)機(jī)膜層與該基板間的黏附性質(zhì)。
22.一種沉積無(wú)機(jī)層在基板上的方法，包含將該基板置放在沉積處理室中在該基板上執(zhí)行等離子處理制程；之后在低于80℃的溫度下以一氣體混合物沉積一無(wú)機(jī)層于該基板上，該氣體混合物包含一選自由下列氣體組成的群組中的氣體，包括一含硅氣體、NH3、一含氮?dú)怏w、一含氧氣體或其的組合。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該無(wú)機(jī)層是一以下列方式沉積的氮化硅層以約100sccm至約500sccm的流速流入SiH4氣體，以約100sccm至約500sccm的流速流入NH3氣體，以約2000sccm至約6000sccm的流速流入N2氣體，RF功率介于約400瓦至約2000瓦間，壓力介于約0.5托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，及沉積溫度約在40℃至80℃間。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該氧氮化硅層是以下列方式沉積而成以約50sccm至約500sccm的流速流入SiH4氣體，以約200sccm至約2000sccm的流速流入N2O氣體，以約3000sccm至約6000sccm的流速流入N2氣體，RF功率介于約400瓦至約2000瓦間，壓力介于約0.5托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，及沉積溫度約在40℃至80℃間。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該氧化硅(SiO)層是以下列方式沉積而成以約100sccm至約600sccm的流速流入SiH4氣體，以約5000sccm至約15000sccm的流速流入N2O氣體，RF功率介于約100瓦至約4000瓦間，壓力介于約0.5托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，及沉積溫度約在40℃至80℃間。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該無(wú)機(jī)膜層對(duì)該基板具有良好的黏附性質(zhì)。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該無(wú)機(jī)膜層是不透氣的。
28.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該基板是塑膠且是長(zhǎng)方形，其表面積至少120,000平方毫米。
29.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該該等離子處理可改善該無(wú)機(jī)膜層與該基板間的黏附性質(zhì)。
30.一種沉積無(wú)機(jī)層在基板上的方法，包含將該基板置放在沉積處理室中在該基板上執(zhí)行等離子處理制程；之后在低于80℃的溫度下沉積一鈍化層于該基板上。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中該鈍化層包含多層膜層。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中該鈍化層包含一種氮化硅層、氧氮化硅層、氧化硅層或是其的組合。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，其中該基板是塑膠制的。
34.如權(quán)利要求32所述的方法，其中該鈍化層包含一以下列方式沉積的氮化硅層以約100sccm至約500sccm的流速流入一含硅氣體，以約100sccm至約500sccm的流速流入一第一含氮?dú)怏w，以約2000sccm至約6000sccm的流速流入一第二含氮?dú)怏w，RF功率介于約400瓦至約2000瓦間，壓力介于約0.5托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，及沉積溫度約在40℃至80℃間。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其中該含硅氣體是SiH4，該第一含氮?dú)怏w是NH3且該第二含氮?dú)怏w是N2。
36.如權(quán)利要求32所述的方法，其中該鈍化層包含一以下列方式沉積的氧氮化硅層以約50sccm至約500sccm的流速流入一含硅氣體，以約200sccm至約2000sccm的流速流入一含氧氣體，以約3000sccm至約6000sccm的流速流入一含氮?dú)怏w，RF功率介于約400瓦至約2000瓦間，壓力介于約0.5托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，及沉積溫度約在40℃至80℃間。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中該含硅氣體是SiH4，該含氧氣體是N2O且該含氮?dú)怏w是N2。
38.如權(quán)利要求32所述的方法，其中鈍化層包含一以下列方式沉積的氧化硅層以約100sccm至約600sccm的流速流入一含硅氣體，以約5000sccm至約15000sccm的流速流入一含氧氣體，RF功率介于約100瓦至約4000瓦間，壓力介于約0.5托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，及沉積溫度約在40℃至80℃間。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中該含硅氣體是SiH4，且該含氧氣體是N2O。
40.如權(quán)利要求30所述的方法，其中該等離子處理制程是在一惰性氣體、一含氫氣體、一含氮?dú)怏w或由該等氣體組成的混合物中實(shí)施。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中該惰性氣體是氬、氦、氖、氙或氪。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中該氣體流速是介于約500sccm至約4000sccm間，壓力是介于約0.1托耳至約5.0托耳間，一氣體擴(kuò)散板至該基板間的距離約為0.4英寸至約1.1英寸間，且該電力是介于約400瓦至約3000瓦間。
43.如權(quán)利要求40所述的方法，其中該等離子處理制程是實(shí)施約2秒至約10分鐘。
44.如權(quán)利要求40所述的方法，其中該等離子處理制程是可由該沉積制程處理室中產(chǎn)生或是由遠(yuǎn)端所生成。
45.如權(quán)利要求30所述的方法，其中該基板是長(zhǎng)方形且表面積至少120,000平方毫米。
46.如權(quán)利要求30所述的方法，其中該等離子處理可改善該無(wú)機(jī)膜層與該基板間的黏附性質(zhì)。
47.一種設(shè)備，包含沉積處理室；基板支撐，其是位于該沉積處理室中用以支撐塑膠基板；RF電源，其是耦接至該處理室中以提供等離子氣體于該沉積處理室中；氣體源，用以提供無(wú)機(jī)氣體至該沉積處理室中；控制器，用以控制該基板溫度至80℃或以下，以沉積無(wú)機(jī)膜層于該基板上。
48.如權(quán)利要求47所述的設(shè)備，其中該RF電源是耦接至該沉積處理室中的一噴頭上。
49.如權(quán)利要求47所述的設(shè)備，其中該RF電源是耦接至一遠(yuǎn)端等離子源。
50.如權(quán)利要求47所述的設(shè)備，其中該基板支撐含有電阻式加熱元件。
51.如權(quán)利要求47所述的設(shè)備，其中該基板支撐含有輻射加熱元件。
52.如權(quán)利要求47項(xiàng)所述的設(shè)備，其中該沉積處理室是等離子強(qiáng)化沉積處理室。
53.如權(quán)利要求47所述的設(shè)備，其中該基板是長(zhǎng)方形且表面積至少為120,000平方毫米。
全文摘要
提供一種用以沉積低溫?zé)o機(jī)膜層至大型塑膠基板上的方法及其設(shè)備。低溫(＜80℃)無(wú)機(jī)膜層無(wú)法與塑膠基板黏附得很好。因此，添加一低溫(＜80℃)等離子前處理，來(lái)改善其黏附性。經(jīng)過(guò)等離子前處理的無(wú)機(jī)膜層顯示出良好的黏附性與不透氣性。
文檔編號(hào)H01L51/52GK1961095SQ200580012415
公開日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者侯禮, 元泰景 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料股份有限公司