CN1258824C - 增进平坦化氧化铟锡薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
一种增进平坦化氧化铟锡薄膜的方法，提供一基板，在基板上并制作了一氧化铟锡薄膜；接着，使用草酸溶液对氧化铟锡薄膜进行表面处理，由于酸性溶液为对氧化铟锡薄膜具有蚀刻速率低的特性，因此能平坦化氧化铟锡薄膜的表面。有效降低ITO的粗糙度及增进平坦化氧化铟锡层的功效。
Description
技术领域
本发明是关于一种有机发光二极管元件，特别是一种平坦化有机发光二极管元件的氧化铟锡薄膜电极的方法。
背景技术
有机电激发光显示器(Organic Electroluminescence Display，OLEDOrganic EL Display)又称为有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode；OLED)显示器，由于拥有高亮度、荧幕反应速度快、轻薄短小、全彩、无视角差、不需液晶显示器式背光板以及节省灯源和耗电量，因此可率先取代扭曲向列(Twist Nematic；TN)与超扭曲向列(Super Twist Nematic；STN)液晶显示器的市场，并进一步取代小尺寸薄膜电晶体液晶显示器，而成为新一代携带型资讯产品、移动电话、个人数位处理器以及携带型电脑普遍使用的显示材料。
如图1所示，为有机发光二极管元件的基本结构，其制作方式是先于玻璃基板10上蒸镀(evaporation)或溅镀(sputtering)一层透明导电电极薄膜20，其材质通常是氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)，用来做为阳极电极。一般ITO膜的制作方法为射频式(RF source)溅镀制程，其主要缺陷在于：
1、受制于绝缘性基板和ITO靶材间的电弧(arc)效应，往往会在ITO薄膜上产生数十埃()高度的针状物(spike)。此种ITO薄膜的粗糙(roughness)表面，会对下一阶段有机层30的涂布和沉积制程的优良率产生相当大的影响。
2、此外，过于粗糙的表面也会影响到元件的寿命(life time)和可靠度(reliability)，尤其在ITO突出的尖端25处，会因局部电场过强(如图1所示)，而使局部电流过大，导致温度提高，长时间操作后，甚至会融化上方的有机层，造成阳极20和阴极40间的短路，形成元件坏死的现象。
如图2所示，目前制程上大都以等离子体(Plasma)蚀刻来降低粗糙度，但由于此种干式蚀刻(dry etch)的方式，是利用等离子体56里所产生的离子，通过离子轰击(Ion Bombardment)的方式对ITO薄膜20表面进行轰击，来降低ITO的表面粗糙度，其主要缺陷在于：
由于其各向异性(anisotropy)蚀刻的特性，仅会对ITO做垂直方向的蚀刻，造成水平方向的蚀刻效果很差，而导致降低粗糙度的能力有限。
传统上以等离子体蚀刻的方式来进行平坦化(planarization)ITO的表面处理，图2所示为一蚀刻反应室(chamber)的内部情形。以等离子体蚀刻的方式对ITO薄膜20表面进行平坦化的处理，ITO薄膜表面的粗糙尖端52经过一段时间的离子轰击，因垂直方向的蚀刻率远大于水平方向的蚀刻率(事实上，水平方向的蚀刻率近于零)，因此除了整体ITO薄膜的厚度变薄外，其粗糙尖端54并没有获得相当程度的改善。甚至，在尚未得到降低粗糙度的效果时，原先ITO薄膜20的厚度h已被移除大半，仅剩下h’的厚度。如图2所示，其中实线为蚀刻前，虚线为蚀刻后。
发明内容
本发明的目的是提供一种增进平坦化氧化铟锡层的方法，达到有效降低ITO的粗糙度及增进平坦化氧化铟锡层的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种增进平坦化有机发光二极管元件的氧化铟锡层的方法。首先，提供基板。接着，形成氧化铟锡薄膜于基板之上。紧接着，使用酸性溶液对氧化铟锡薄膜进行表面处理，以平坦化氧化铟锡薄膜的表层，其中此酸性溶液为对氧化铟锡薄膜具有低蚀刻速率的特性。随后，以光刻胶涂层并通过光刻、蚀刻制程，定义出氧化铟锡薄膜图案，用以做为有机发光二极管元件的阳极电极。接着，形成有机发光层于氧化铟锡薄膜图案的上表面。最后，形成金属层于有机发光层的上表面，做为有机发光二极管元件的阴极电极。
下面结合较佳实施例和附图进一步说明。
附图说明
图1为传统有机发光二极管元件的结构示意图；
图2为传统以等离子体蚀刻进行平坦化氧化铟锡薄膜的示意图；
图3为本发明于基板上形成氧化铟锡薄膜的步骤的透光基板截面图；
图4为本发明以酸性溶液进行平坦化氧化铟锡薄膜的示意图；
图5为形成光刻胶层的步骤的透光基板截面示意图；
图6为本发明形成有机发光层和金属层的步骤的透光基板截面图。
具体实施方式
本发明为一种增进平坦化氧化铟锡层的方法。其中对氧化铟锡薄膜进行表面处理时，是将基板浸泡于酸性溶液中，以达到降低氧化铟锡薄膜表面粗糙度的目的。其中此酸性溶液为对氧化铟锡薄膜具有低蚀刻速率的特性。而经过平坦化处理的ITO薄膜将有利于提高下一阶段有机发光层的涂布和沉积制程的优良率(yield)，并提升元件的寿命(life time)和可靠度(reliability)。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，参阅图1-图6所示。
参阅图3所示，在本发明的较佳实施例中，首先于基板50形成氧化铟锡(ITO)薄膜62。此基板材质是选用透明的玻璃或可挠曲性的透光塑胶基板。至于所述氧化铟锡薄膜是以溅镀法(Sputtering)、电子束蒸镀法(Electron BeamEvaporation)、热蒸镀法(Thermal Evaporation Deposition)、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition)、喷雾热裂解法(Spray Pyrolysis)等法来形成于基板上。
接着，如图4所示，使用酸性溶液76对ITO薄膜20进行表面处理，其中此酸性溶液是一浓度低于4％的草酸溶液，对ITO薄膜具有蚀刻速率低于8/s的特性，且蚀刻时间约为5-50秒。草酸溶液为对ITO有低蚀刻率的特性，通过对ITO的表面做冲洗或浸泡的步骤，利用类似湿式蚀刻(wet etching)对蚀刻物各向同性(isotropy)蚀刻的原理，也就是对ITO薄膜表面的粗糙尖端72同时做垂直向(vertical)及横向(latera)的蚀刻。需注意的是：由于草酸溶液本身对氧化铟锡材质具有侵蚀特性，整个平坦化制程的时间和浓度的配合就显得非常重要。时间过短或是溶液浓度过低，平坦化的效果不大；反之，若是时间过长或溶液浓度过高，却使得ITO薄膜变得过薄。根据本发明的较佳实施例，以蚀刻速率约为5/s的草酸溶液进行约10-30秒的表面处理，即可得到低粗糙度(Rp-v值约为30)的ITO薄膜。其中此Rp-v值是取样自ITO薄膜的一特定面积区域，并量度其水平面至尖端(peak)处的高度差值，以表示ITO薄膜的粗糙度。
一般来说，有机发光二极管元件中ITO薄膜在进行所述表面处理前的Rp-v值约为90厚度，并且在完成表面处理程序后Rp-v值约为30的厚度。经过此一步骤的处理，原本ITO薄膜上的粗糙尖端72将可有效的去除，而在ITO薄膜上形成一平坦的表面。即使在ITO薄膜的厚度的考量下，而以较短的时间进行所述表面处理程序，但对ITO薄膜而言，仍可将原本尖锐的粗糙尖端72变成相当平坦的凸起74。如图4所示，其中实线为蚀刻前，虚线为蚀刻后。如此，得以降低因制程因素所导致的表面粗糙度，并达到平坦化(Planarization)ITO薄膜的目的，以防止发光二极管元件产生短路损坏等问题。
随后，参阅图5所示，进行图案化氧化铟锡ITO薄膜80的步骤。首先涂布光刻胶(Photo仃esistant)，并经过光刻、成像的步骤形成光刻胶区块82来定义ITO薄膜80。接着，以此光刻胶区块82为蚀刻掩膜对ITO薄膜80进行蚀刻处理，以形成ITO图案84(Pattern)。所述的蚀刻步骤可选用王水、草酸等溶液为蚀刻溶液的湿式蚀刻制程，或以溅击蚀刻(sputtering etch)、等离子体蚀刻(plasma etch)、反应性离子蚀刻(Reactive Ion Etch，RIE)等干式蚀刻法。经过图案化的ITO薄膜得以做为有机发光二极管(OLED)元件的阳极电极。
紧接着，参阅图6所示，移除光刻胶区块82。然后，形成有机发光层86于氧化铟锡层84的上表面，形成的方法是通过遮荫罩(shadow mask)将有机发光材料蒸镀于ITO层84之上。其中所述的蒸镀是选自真空蒸镀法、电子束加热的真空蒸镀法、离子化蒸镀法、有机分子线蒸镀法、等离子体聚合法、真空蒸镀聚合法、浸泡被覆法、旋转被覆法、Langmuir-Blodgett(LB)薄膜法、Sol-Gel法或电解聚合法等方法。所述有机发光层材料可以使用Alq、DPT、DCM-2、TMS-Sipc、TPAN、DPAN、TTBND/BTX-1等荧光色素或络合物材料。最后，形成金属层88于该有机发光层86的上表面，参阅图6所示。构成金属层的材料可选择镁(Mg)、锂(Li)、铝(Al)的金属或合金。其中，所述金属层的形成是先以溅镀或真空蒸镀的方式将金属材料全面生成于基板50上表面，再通过光刻、蚀刻等程序将金属图案88定义在有机发光层86上，用以做为有机发光二极管的阴极电极。
利用本发明的方法来平坦化氧化铟锡薄膜具有如下的优点：
以酸性溶液对ITO薄膜进行表面处理，相较于传统上以等离子体蚀刻的方式，由于是类似湿式蚀刻的方式，具有各向同性的优点，对于ITO薄膜的粗糙尖端有较佳的平坦化结果，且通过由控制蚀刻速率，使得到平坦的ITO薄膜表面的同时，仍能顾及ITO薄膜的厚度，不致因平坦化，而损失ITO薄膜的厚度。
本发明虽以较佳实施例阐明如上，然其并非用以限定本发明的保护范围，凡在不脱离本发明的精神内所作的修改，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1、一种增进平坦化氧化铟锡薄膜的方法，其特征是：它至少包含下列步骤：
(1)提供一基板；
(2)形成一氧化铟锡薄膜于该基板的上表面；
(3)使用一酸性溶液对该氧化铟锡薄膜进行表面处理，以平坦化该氧化铟锡薄膜的表面；
该酸性溶液为对该氧化铟锡薄膜具有蚀刻速率低的草酸溶液。
2、一种增进平坦化氧化铟锡薄膜的方法，其特征是：该氧化铟锡薄膜是制作于一基板上表面，该方法至少包含下列步骤：
将基板浸泡于一酸性溶液中，以便对该氧化铟锡薄膜进行表面处理，而平坦化该氧化铟锡薄膜的表面；其中该酸性溶液是浓度低于4％的草酸溶液，对该氧化铟锡具有低蚀刻率的特性。
3、一种制作具有增进平坦化氧化铟锡薄膜的有机发光二极管元件的方法，其特征是：该方法至少包含下列步骤：
(1)供一基板；
(2)形成一氧化铟锡薄膜于该基板之上，做为阳极电极；
(3)使用一酸性溶液对该氧化铟锡薄膜进行表面处理，以平坦化该氧化铟锡薄膜的表层，该酸性溶液是草酸溶液；
(4)形成一有机发光层于该氧化铟锡薄膜的上表面；
(5)形成一金属层于该有机发光层的上表面，做为阴极电极；
其中该酸性溶液为对该氧化铟锡薄膜具有蚀刻速率低于8/s的特性，且蚀刻时间约为5-50秒。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征是：所述的氧化铟锡薄膜进行表面处理程序前的Rp-v值为90。
5、根据权利要求3所述的方法，其特征是：所述的氧化铟锡薄膜完成表面处理后的Rp-v值为30。
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