[发明专利]用于形成阻隔层的方法

说明书

相关申请交叉参考

本申请要求2012年11月29日提交的美国申请第61/731226号以及2013年3月15日提交的美国申请第13/840752号的优先权，它们各自的全文通过引用结合于此。

背景技术

本发明一般地涉及密封(hermetic)阻隔层，更具体地，涉及用于形成密封阻隔层的喷溅靶和高通量物理气相沉积法。

密封阻隔层可用于保护灵敏材料免受各种液体和气体的有害暴露。本文所用“密封”指的是完全或基本密闭的状态，特别是对于水或空气的逃逸或进入，但是也考虑保护免受其他液体和空气的暴露。

产生密封阻隔层的方法包括物理气相沉积(PVD)法(例如，蒸发法或喷溅法)和化学气相沉积(CVD)法(例如，等离子体强化CVD(PECVD)法)。使用此类方法，可以在待保护的器件或材料上直接形成密封阻隔层。或者，可以在中间结构(例如基材或衬垫)上形成密封阻隔层，所述中间结构可以与额外的结构合作，以提供密封密闭的工件。

反应性和非反应性喷溅都可用来形成密封阻隔层，例如在室温或者提升温度的沉积条件下。与反应性气体(例如氧气或氮气)联用进行反应性喷溅，其导致形成相应化合物的阻隔层(即，氧化物或氮化物)。可以采用具有所需组成的氧化物或氮化物靶来进行非反应性喷溅，从而形成具有相似或相关组成的阻隔层。

一方面，反应性喷溅过程通常展现出比非反应性喷溅更快的沉积速率，从而在某些方法中可具有经济优势。虽然可以通过反应性喷溅来实现产量的增加，但是其固有的反应性特性可能使得此类过程与要保护的灵敏装置或材料是不相容的。

高度需要可用于保护灵敏工件(例如器件、制品或原材料)免受氧气、水、热或其他污染物的不合乎希望的暴露的经济的喷溅材料(包括喷溅靶)。

发明内容

本文揭示了用于制备包含低熔融温度(LMT)玻璃组合物的喷溅靶的方法，以及用于高速沉积展现自钝化属性的薄阻隔层的相关方法。对操作条件进行选择以限制靶在喷溅过程中的表面温度，同时提供形成具有小尺寸以及少量密度的单独缺陷(例如针孔)的沉积的阻隔层。在一些实施方式中，将数量密度和缺陷尺寸限定在低于临界阈值。

根据各个实施方式，可以通过如下方式以较高的产量(高沉积速率)形成包含低熔融温度玻璃组合物的自钝化阻隔层：特别是，降低喷溅室背景压力、对基材和喷溅靶的温度进行精确控制、吹扫参与喷溅靶的能源(例如，等离子体)以及将喷溅材料的通量限制到窄角。

用于形成密封阻隔层的方法包括：在喷溅室内提供基材和喷溅靶，将喷溅材料的温度维持在小于200℃，以及用能源对喷溅材料进行喷溅以在基材的表面上形成包含喷溅材料的阻隔层。喷溅靶包含形成在导热背板上的喷溅材料。喷溅材料可包括低Tg玻璃、低Tg玻璃的前体、或者铜或锌的氧化物。

能源可包括离子源、激光、等离子体、磁控管或其组合。例如，喷溅可包括离子束辅助沉积。另一个例子可包括远程等离子体生成喷溅系统，其特征是离子产生和源密度的独立(非关联)控制，以及粒子流、靶的偏压控制。

在阻隔层的形成过程中，能源可以相对于喷溅靶移动和/或喷溅靶可以转动。除了将喷溅材料维持在小于200℃之外，还可将基材维持在小于200℃。可以采用所揭示的方法以至少10A/s的沉积速率形成密封阻隔层。

对喷溅条件进行选择以确保沉积层中的缺陷尺寸和密度分布足够小，从而在暴露于水蒸气或氧气之后，可以有效地密闭缺陷扩散路径。依靠沉积层的自钝化属性进行密闭。已经显示在与水或氧气反应之后展现出1-15％的摩尔体积膨胀的无机氧化物是密封阻隔层形成的候选物。

通过简单地暴露于环境条件可以发生“被动”钝化，或者将阻隔层浸入水浴中或使其暴露于蒸汽可以发生“主动”钝化。平均缺陷尺寸和密度可小于伴随钝化的与刚沉积层的摩尔体积膨胀相关的膨胀。沉积条件用于确保阻隔层内的缺陷尺寸和密度分布导致可以与摩尔体积膨胀密闭的空隙空间数目。

在以下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的发明而被认识。

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是本发明的示例，用来提供理解要求保护的本发明的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本发明的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了本发明的各种实施方式，并与描述一起用来解释本发明的原理和操作。

附图说明