气体阻隔性膜的制造方法_2

文档序号:9829149阅读:来源:国知局
。应予说明,本说明书中所谓"极值",是指相对于上述第 1阻隔层的膜厚方向中的距上述第1阻隔层的表面的距离化)的元素的原子比的极大值或极 小值。另外,本说明书中所谓"极大值",是指为使距第1阻隔层的表面的距离变化了的情况 下元素(氧、娃或碳)的原子比的值从增加变为减少的点,并且与该点的元素的原子比的值 相比、从该点使第1阻隔层的膜厚方向中的距第1阻隔层的表面的距离进一步在4~20nm的 范围变化了的位置的元素的原子比的值减少3at% W上的点。即,在4~20nm的范围使其变 化时,只要W任一范围元素的原子比的值减少3at% W上即可。同样地,本说明书中所谓"极 小值",是指为使距第1阻隔层的表面的距离变化的情况下元素(氧、娃或碳)的原子比的值 从减少变为增加的点,并且与该点的元素的原子比的值相比从该点使第1阻隔层的膜厚方 向中的距第1阻隔层的表面的距离进一步在4~20nm的范围变化了的位置的元素的原子比 的值增加3at% W上的点。即,在4~20nm的范围使其变化时,只要W任一范围元素的原子比 的值增加3at% W上即可。在此,具有至少3个极值的情况的、极值间的距离的下限,由于极 值间的距离越小,气体阻隔性膜的弯曲时的裂纹发生抑制/防止的提高效果越高,因此并无 特别限制,但如果考虑第1阻隔层的弯曲性、裂纹的抑制/防止效果、热膨胀性等,优选为 IOnm W上,更优选为30nm W上。
[0073] 进而,该第I阻隔层优选(iii)上述碳分布曲线中的碳的原子比的最大值及最小值 之差的绝对值(W下也简称为"Cmax-Cmin差")为3at% W上。如果上述绝对值为3at% W上,使 得到的气体阻隔性膜弯曲的情况的气体阻隔性可提高。Cmax-Cmin差更优选为5at% W上,进 一步优选为7at % W上,特别优选为IOat % W上。通过设为上述Cmax-Cmin差,可W进一步提高 气体阻隔性。应予说明,本说明书中所谓"最大值",是各元素的分布曲线中成为最大的各元 素的原子比,是极大值中最高的值。同样地,本说明书中所谓"最小值",是各元素的分布曲 线中成为最小的各元素的原子比,是极小值中最低的值。在此,对Cmax-Cmin差的上限并无特 别限制,但如果考虑气体阻隔性膜的弯曲时的裂纹发生抑制/防止的提高效果等,优选为 50at % W下,更优选为40at % W下。
[0074] 本发明中,优选上述第1阻隔层的上述氧分布曲线具有至少1个极值,更优选具有 至少2个极值,进一步优选具有至少3个极值。在上述氧分布曲线具有至少1个极值的情况 下,使得到的气体阻隔性膜弯曲了的情况下的气体阻隔性与不具有极值的气体阻隔性膜相 比进一步提高。应予说明,对氧分布曲线的极值的上限并无特别限制,例如,优选为20W下, 更优选为IOW下。在氧分布曲线的极值的数中也存在起因于第1阻隔层的膜厚的部分,不能 一概地规定。另外,具有至少3个极值的情况下,优选上述氧分布曲线具有的1个极值和与该 极值邻接的极值中的上述第1阻隔层的膜厚方向中的距第1阻隔层的表面的距离之差的绝 对值都为200nmW下,更优选为IOOnmW下。如果为运样的极值间的距离,能够更有效地抑制 和防止气体阻隔性膜的弯曲时的裂纹的发生。在此,对具有至少3个极值的情况的、极值间 的距离的下限并无特别限制,但如果考虑气体阻隔性膜的弯曲时的裂纹发生抑制/防止的 提高效果、热膨胀性等,优选为IOnmW上,更优选为30nmW上。
[0075] 此外,上述第1阻隔层的上述氧分布曲线中的氧的原子比的最大值和最小值之差 的绝对值(W下也简称为"Omax-Omin差')优选为3at % W上,更优选为6at % W上,进一步优选 为7at% W上。如果上述绝对值为3at% W上,使得到的气体阻隔性膜弯曲了的情况下的气 体阻隔性进一步提高。在此,对Omax-Omin差的上限并无特别限制,但如果考虑气体阻隔性膜 的弯曲时的裂纹发生抑制/防止的提高效果等,优选为50at% W下,更优选为40at% W下。
[0076] 上述第1阻隔层的上述娃分布曲线中的娃的原子比的最大值和最小值之差的绝对 值(W下也简称为"Simax-Simin差")优选为lOat% W下,更优选为7at% W下,进一步优选为 3at% W下。在上述绝对值为lOat% W下的情况下,得到的气体阻隔性膜的气体阻隔性进一 步提局。在此,对Simax-Simin差的下限而旨,由于Simax-Simin差越小,则气体阻隔性胺的弯曲 时的裂纹发生抑制/防止的提高效果越高,因此并无特别限制,但如果考虑气体阻隔性等, 优选为Iat % W上,更优选为2at % W上。
[0077] 第1阻隔层的相对于膜厚方向的碳和氧原子的合计量优选大致为一定。由此,第1 阻隔层发挥适度的弯曲性、更有效地抑制?防止气体阻隔性膜的弯曲时的裂纹发生。更具 体地,表示第1阻隔层的膜厚方向的距该第1阻隔层的表面的距离化)与相对于娃原子、氧原 子及碳原子的合计量的、氧原子和碳原子的合计量的比率(氧和碳的原子比)的关系的氧碳 分布曲线中,上述氧碳分布曲线中的氧和碳的原子比的合计的最大值和最小值之差的绝对 值(W下也简称为%Cmax-OCmin差')优选为不到5at%,更优选为不到4at%,进一步优选为不 至Ij3at%。如果上述绝对值为不到5at%,得到的气体阻隔性膜的气体阻隔性进一步提高。应 予说明,就OCmax-OCmin差的下限而言,由于OCmax-OCmin差越小越优选,因此为Oat %,但只要为 O.lat% W上就足W。
[0078] 上述娃分布曲线、上述氧分布曲线、上述碳分布曲线和上述氧碳分布曲线可W通 过在将X射线光电子分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)的测定和氣等的稀 有气体离子瓣射并用而使试样内部露出的同时依次进行表面组成分析的所谓深度分布 测定而作成。通过运样的XPS深度分布测定得到的分布曲线例如可W将纵轴设为各元素的 原子比(单位:at%)、将横轴设为蚀刻时间(瓣射时间)而作成。应予说明,运样将横轴设为 蚀刻时间的元素的分布曲线中,蚀刻时间由于与膜厚方向的上述第1阻隔层的膜厚方向的 从上述第1阻隔层的表面的距离化)大致相关,因此作为"第1阻隔层的膜厚方向的距第1阻 隔层的表面的距离",可W采用由深度分布测定时采用的蚀刻速度与蚀刻时间的关系算 出的距第1阻隔层的表面的距离。应予说明,娃分布曲线、氧分布曲线、碳分布曲线和氧碳分 布曲线可W在下述测定条件下作成。
[0079] (测定条件)
[0080] 蚀刻离子种:氣(Ar+)
[0081 ]蚀刻速度(Si〇2热氧化膜换算值):0.05nm/秒
[0082] 蚀刻间隔(Si〇2换算值):10nm
[0083] X射线光电子分光装置:The;rmo Fisher Scientific社制、机种名"VG !"heta Probe"
[0084] 照射X射线:单晶分光A化a
[0085] X射线的射点及其尺寸:800 X 400皿的楠圆形。
[0086] 对通过上述的等离子体CV的去形成的第1阻隔层的膜厚(干燥膜厚)并无特别限制。 例如,该第1阻隔层的每1层的膜厚优选为20~3000nm,更优选为50~2500nm,特别优选为 100~lOOOnm。如果为运样的膜厚,则气体阻隔性膜可W发挥优异的气体阻隔性和弯曲时的 裂纹产生抑制/防止效果。应予说明,通过上述的等离子体CVD法形成的第1阻隔层由2层W 上构成的情况下,优选各第1阻隔层具有上述那样的膜厚。
[0087] 本发明中,从形成在膜面全体中具有均匀且优异的气体阻隔性的第1阻隔层的观 点考虑,优选上述第1阻隔层在膜面方向(与第1阻隔层的表面平行的方向)上实质上均匀一 致。在此,所谓第1阻隔层在膜面方向上实质上均匀一致,是指通过深度分布测定对于第 1阻隔层的膜面的任意的2处的测定部位作成上述氧分布曲线、上述碳分布曲线和上述氧碳 分布曲线的情况下,在该任意的2处的测定部位中得到的碳分布曲线具有的极值的数相同, 在各个碳分布曲线中的碳的原子比的最大值和最小值之差的绝对值彼此相同或为5at% W 内的差。
[0088] 进而,本发明中,上述碳分布曲线优选实质上连续。在此,碳分布曲线实质上连续, 意味着碳分布曲线中的碳的原子比不含不连续地变化的部分,具体地,是指由蚀刻速度和 蚀刻时间算出的上述第1阻隔层中的至少1层的膜厚方向的距该第1阻隔层的表面的距离 (X、单位:nm)与碳的原子比(C、单位:at%)的关系中,满足下述数学式1所示的条件。
[0089] [数U
[0090] (dC/dx) <0.5…数学式 1
[0091] 本发明设及的气体阻隔性膜中,满足全部上述条件(i)~(iii)的第1阻隔层可W 只具有1层,也可W具有2层W上。进而,具有2层W上的运样的第1阻隔层的情况下,多个第1 阻隔层的材质可W相同,也可W不同。
[0092] 上述娃分布曲线、上述氧分布曲线和上述碳分布曲线中,娃的原子比、氧的原子比 和碳的原子比在该第1阻隔层的膜厚的90% W上的区域中满足由上述(i)表示的条件的情 况下,上述第1阻隔层中的相对于娃原子、氧原子及碳原子的合计量的娃原子的含量的原子 比率优选为20~45at%,更优选为25~40at%。另外,上述第1阻隔层中的相对于娃原子、氧 原子及碳原子的合计量的氧原子的含量的原子比率优选为45~75at%,更优选为50~ 70at%。进而,上述第1阻隔层中的相对于娃原子、氧原子及碳原子的合计量的碳原子的含 量的原子比率优选为0.5~25at%,更优选为1~20at%。
[0093] 本发明中,对第1阻隔层的形成方法并无特别限制,可W将W往的方法同样地或适 当修饰来应用。第1阻隔层优选地通过化学气相生长(CVD)法、特别地等离子体化学气相生 长法(等离子体CVD、PECVD(plasma-enhanced chemical vapor d邱osition),W下也简称 为"等离子体CVD法")形成,更优选通过将基材配置在一对的成膜漉上、在上述一对的成膜 漉间放电而产生等离子体的等离子体CV的去形成。
[0094] 在W下,对通过将基材配置于一对成膜漉上、在上述一对成膜漉间放电而产生等 离子体的等离子体CV的去在基材上形成第1阻隔层的方法进行说明。
[00M]《利用等离子体CV的去的第1阻隔层的形成方法》
[0096] 作为在基材的表面上形成本发明设及的第1阻隔层的方法,从气体阻隔性的观点 考虑,优选采用等离子体CV的去。应予说明,上述等离子体CV的去可W是潘宁放电等离子体方 式的等离子体CV的去。
[0097] 另外,等离子体CV的去中使等离子体产生时,优选在多个成膜漉之间的空间中使等 离子体放电产生,更优选使用一对成膜漉,在该一对成膜漉分别设置基材,在一对成膜漉间 放电而使等离子体产生。运样,通过使用一对成膜漉,在该一对成膜漉上配置基材,在该一 对成膜漉间放电,可W在成膜时将在一个成膜漉上存在的基材的表面部分成膜,同时在另 一成膜漉上存在的基材的表面部分也同时地成膜,不仅能够高效率地制造薄膜,而且与通 常的不使用漉的等离子体CV的去相比,能够使成膜速率翻倍,并且能够形成大致相同的结构 的膜,因此可W至少使上述碳分布曲线中的极值倍增,可W高效率地形成满足全部上述条 件(i)~(iii)的层。
[0098] 另外,运样在一对成膜漉间放电时,优选使上述一对成膜漉的极性交替地反转。进 而,作为在运样的等离子体CV的去中使用的成膜气体,优选含有有机娃化合物和氧的成膜气 体,该成膜气体中的氧的含量优选为不到将上述成膜气体中的上述有机娃化合物的全部量 完全氧化所需的理论氧量。另外,本发明的气体阻隔性膜中,优选上述第1阻隔层为采用连 续的成膜工艺形成了的层。
[0099] 另外,本发明设及的气体阻隔性膜,从生产率的观点考虑,优选W漉对漉方式在上 述基材的表面上形成上述第1阻隔层。另外,作为在采用运样的等离子体CV的去制造第1阻隔 层时可W使用的装置,并无特别限制,优选为成为了具备至少一对的成膜漉和等离子体电 源、并且在上述一对成膜漉间可W进行放电的构成的装置,例如,使用了图2中所示的制造 装置的情况下,也可W边利用等离子体CV的去边W漉对漉方式进行制造。
[0100] W下一边参照图2-边对于利用将基材配置于一对成膜漉上、在上述一对成膜漉 间放电而使等离子体产生的等离子体CV的去的第1阻隔层的形成方法,更详细地说明。应予 说明,图2是表示为了采用本制造方法制造第I阻隔层可W优选地利用的制造装置的一例的 示意图。另外,W下的说明和附图中,对于同一或相当的要素标注同一附图标记,省略重复 的说明。
[0101] 图2中所示的制造装置31具备送出漉32、输送漉33、34、35、36、成膜漉39、40、气体 供给管41、等离子体产生用电源42、设置在成膜漉39和40的内部的磁场产生装置43、44、和 卷取漉45。另外,运样的制造装置中,至少将成膜漉39、40、气体供给管41、等离子体产生用 电源42、和磁场产生装置43、44配置在省略了图示的真空腔室内。进而,在运样的制造装置 31中将上述真空腔室与省略了图示的真空累连接,可W通过该真空累对真空腔室内的压力 适当地调节。
[0102] 运样的制造装置中,W可W使一对成膜漉(成膜漉39和成膜漉40)作为一对对置电 极发挥功能的方式,将各成膜漉分别与等离子体产生用电源42连接。因此,运样的制造装置 31中,通过由等离子体产生用电源42供给电力,可W在成膜漉39与成膜漉40之间的空间中 进行放电,由此可W在成膜漉39与成膜漉40之间的空间中使等离子体产生。应予说明,运样 将成膜漉39和成膜漉40也作为电极利用的情况下,可W对其材质、设计进行适当改变,W也 可作为电极利用。另外,运样的制造装置中,优选将一对成膜漉(成膜漉39和40) W其中屯、轴 在同一平面上成为大致平行地配置。通过运样配置一对成膜漉(成膜漉39和40),能够使成 膜速率翻倍,并且能够形成相同结构的膜,因此可W使上述碳分布曲线中的极值至少倍增。 而且,根据运样的制造装置,可W采用CV的去在基材2的表面上形成第1阻隔层3,也可W在成 膜漉39上在基材2的表面上使第1阻隔层成分沉积的同时进一步也在成膜漉40上在基材2的 表面上使第1阻隔层成分沉积,因此可W高效率地在基材2的表面上形成第1阻隔层。
[0103] 在成膜漉39和成膜漉40的内部,分别设置有即使成膜漉旋转也不旋转地被固定了 的磁场产生装置43和44。
[0104] 就在成膜漉39和成膜漉40分别设置了的磁场产生装置43和44而言,优选W在设置 于一方的成膜漉39的磁场产生装置43与设置于另一方的成膜漉40的磁场产生装置44之间 磁力线没有跨越、磁场产生装置43、44各自形成了大致闭合的磁回路的方式配置磁极。通过 设置运样的磁场产生装置43、44,可W促进在各成膜漉39、40的对置侧表面附近磁力线鼓起 的磁场的形成,容易使等离子体收敛于该鼓起部,可W提高成膜效率,在运方面优异。
[0105] 另外,在成膜漉39和成膜漉40分别设置了的磁场产生装置43、44各自具备在漉轴 方向上长的跑道状的磁极,就一方的磁场产生装置43与另一方的磁场产生装置44而言,优 选W相向的磁极成为同一极性的方式配置磁极。通过设置运样的磁场产生装置43、44,对于 各个磁场产生装置43、44,磁力线不会在对置的漉侧的磁场产生装置跨越,可W沿漉轴的长 度方向在与对置空间(放电区域)面对的漉表面附近容易地形成跑道状的磁场,可W使等离 子体收敛于该磁场,因此可W使用沿漉宽方向卷挂的宽幅的基材2,高效率地形成作为蒸锻 膜的第1阻隔层3,在运方面优异。
[0106] 作为成膜漉39和成膜漉40,可W适当地使用公知的漉。作为运样的成膜漉39和40, 从更高效率地使薄膜形成的观点考虑,优选使用直径相同的漉。另外,作为运样的成膜漉39 和40的直径,从放电条件、腔室的空间等的观点考虑,直径优选300~1 OOOmm d)的范围,特别 优选300~700mm d)的范围。如果成膜漉的直径为300mm (I)W上,由于等离子体放电空间不会 变小,因此也不存在生产率的劣化,由于可W避免在短时间内将等离子体放电的全部热量 施加于基材2,因此可W减轻对基材2的损伤而优选。另一方面,如果成膜漉的直径为1000 mm 4 ^下,也包含等离子体放电空间的均匀性等,在装置设计上可W保持实用性,因此优选。
[0107] 运样的制造装置31中,W基材2的表面彼此对置的方式在一对成膜漉(成膜漉39和 成膜漉40)上配置有基材2。通过运样配置基材2,在成膜漉39与成膜漉40之间的对置空间进 行放电而使等离子体产生时,可W同时对在一对成膜漉间存在的基材2的各自的表面进行 成膜。即,根据运样的制造装置,可W采用等离子体CV的去在成膜漉39上在基材2的表面上使 第1阻隔层成分沉积,进而在成膜漉40上使第1阻隔层成分沉积,因此可W高效率地在基材2 的表面上形成第1阻隔层。
[0108] 作为运样的制造装置中使用的送出漉32和输送漉33、34、35、36,可^适当地使用 公知的漉。另外,作为卷取漉45,也只要可W将在基材2上形成了第1阻隔层3的气体阻隔性 膜1卷取即可,无特别限制,可W适当地使用公知的漉。
[0109] 另外,作为气体供给管41和真空累,可W适当地使用可W将原料气体等W规定的 速度供给或排出的气体供给管和真空累。
[0110] 另外,作为气体供给手段的气体供给管41优选设置在成膜漉39与成膜漉40之间的 对置空间(放电区域;成膜区)的一方,作为真空排气手段的真空累(未图示)优选设置在上 述对置空间的另一方。通过运样配置作为气体供给手段的气体供给管41和作为真空排气手 段的真空累,可W效率良好地将成膜气体供给到成膜漉39与成膜漉40之间的对置空间,可 W提高成膜效率,在运方面优异。
[0111] 进而,作为等离子体产生用电源42,可W适当地使用公知的等离子体产生装置的 电源。运样的等离子体产生用电源42向与其连接了的成膜漉39和成膜漉40供给电力,可W 将它们作为用于放电的对置电极利用。作为运样的等离子体产生用电源42,从可W更高效 率地实施等离子体CVD考虑,优选利用可W使上述一对成膜漉的极性交替地反转的电源(交 流电源等)。另外,作为运样的等离子体产生用电源42,从可W更高效率地实施等离子体CVD 考虑,更优选为可W使施加电力为IOOW~lOkW、并且可W使交流的频率为50化~500曲Z的 电源。另外,作为磁场产生装置43、44,可W适当地使用公知的磁场产生装置。进而,作为基 材2,除了本发明中使用的基材W外,可W使用预先形成了第1阻隔层3的基材。运样,通过使 用预先形成了第1阻隔层3的基材作为基材2,也可W使第1阻隔层3的膜厚变厚。
[0112] 通过使用运样的图2中所示的制造装置31,例如,适当调节原料气体的种类、等离 子体产生装置的电极转鼓的电力、真空腔室内的压力、成膜漉的直径、W及膜(基材)的输送 速度,可W制造本发明设及的第1阻隔层。即,通过使用图2中所示的制造装置31,将成膜气 体(原料气体等)供给到真空腔室内,同时在一对成膜漉(成膜漉39和40)间使放电发生,上 述成膜气体(原料气体等)被等离子体分解,在成膜漉39上的基材2的表面上和成膜漉40上 的基材2的表面上采用等离子体CV的去形成第1阻隔层3。此时,沿成膜漉39、40的漉轴的长度 方向在面向对置空间(放电区域)的漉表面附近形成跑道状的磁场,使等离子体收敛于磁 场。因此,基材2通过图2中的成膜漉39的A地点和成膜漉40的B地点时,在第1阻隔层中形成 碳分布曲线的极大值。与此相对,基材2通过图2中的成膜漉39的Cl和C2地点、W及成膜漉40 的C3和C4地点时,在第1阻隔层中形成碳分布曲线的极小值。因此,对于2个成膜漉,通常生 成5个极值。另外,第1阻隔层的极值间的距离(碳分布曲线具有的1个极值和与该极值邻接 的极值中的第1阻隔层的膜厚方向的距第1阻隔层的表面的距离化)之差的绝对值)可W通 过成膜漉39、40的旋转速度(基材的输送速度)来调节。应予说明,运样的成膜时,通过利用 送出漉32、成膜漉39等分别将基材2输送,通过漉对漉方式的连续的成膜工艺,在基材2的表 面上形成第1阻隔层3。
[0113] 作为从上述气体供给管41向对置空间供给的成膜气体(原料气体等),可W将原料 气体、反应气体、载气、放电气体单独使用或者将巧巾W上混合使用。作为第1阻隔层3的形成 中使用的上述成膜气体中的原料气体,可W根据形成的第1阻隔层3的材质适当地选择使 用。作为运样的原料气体,例如可W使用含有娃的有机娃化合物、含有碳的有机化合物气 体。作为运样的有机娃化合物,例如可列举六甲基二硅氧烷(HMDSO)、六甲基乙硅烷化MDS)、 1,1,3,3-四甲基^硅氧烷、乙締基二甲基硅烷、甲基二甲基硅烷、六甲基乙硅烷、甲基硅烷、 ^甲基硅烷、二甲基硅烷、^乙基硅烷、丙基硅烷、苯基硅烷、乙締基二乙氧基硅烷、乙締基 二甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷(TMOS)、四乙氧基硅烷(TEOS)、苯基二甲氧基硅烷、甲基二乙 氧基硅烷、八甲基环四硅氧烷。运些有机娃化合物中,从化合物的处理性和得到的第1阻隔 层的气体阻隔性等特性的观点考虑,优选六甲基二硅氧烷、1,1,3,3-四甲基二硅氧烷。运些 有机娃化合物可W单独使用或者将2种W上组合使用。另外,作为含有碳的有机化合物气 体,例如可W例示甲烧、乙烧、乙締、乙烘。就运些有机娃化合物气体、有机化合物气体而言, 根据第1阻隔层3的种类选择适当的原料气体。
[0114] 另外,作为上述成膜气体,除了上述原料气体W外,可使用反应气体。作为运样的 反应气体,可W适当地选择与上述原料气体反应而成为氧化物、氮化物等无机化合物的气 体而使用。作为用于形成氧化物的反应气体,例如可W使用氧、臭氧。另外,作为用于形成氮 化物的反应气体,例如可W使用氮、氨。运些反应气体可W单独使用或者将巧巾W上组合使 用,例如形成氧氮化物的情况下,可W将用于形成氧化物的反应气体和用于形成氮化物的 反应气体组合使用。
[0115] 作为上述成膜气体,为了将上述原料气体供给到真空腔室内,根据需要,可W使用 载气。进而,作为上述成膜气体,为了使等离子体放电发生,根据需要,可W使用放电用气 体。作为运样的载气和放电用气体,可W适当地使用公知的气体,例如可W使用氮、氣、氛、 氣等稀有气体;氨。
[0116] 在运样的成膜气体含有原料气体和反应气体的情况下,作为原料气体与反应气体 的比率,优选与为了使原料气体与反应气体完全反应理论上所需的反应气体的量的比率相 比,不过度使反应气体的比率过剩。通过不过度使反应气体的比率过剩,通过形成的第1阻 隔层3,可W获得优异的阻隔性、耐弯曲性,在运方面优异。另外,在上述成膜气体含有上述
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