JP2006294608A - 有機電界発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高品質の絶縁膜を備える有機電界発光素子の製造方法を提供する。
【解決手段】第１電極、少なくとも発光層を含む有機膜、および第２電極が形成された基板を準備する段階と、第１ガスがプラズマ発生領域および加熱体を通過することによって形成された第１ラジカルと、第２ガスが加熱体を通過することによって形成された第２ラジカルとが反応して生成した絶縁膜が、前記第２電極上に形成される段階と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法である。
【選択図】図４
【解決手段】第１電極、少なくとも発光層を含む有機膜、および第２電極が形成された基板を準備する段階と、第１ガスがプラズマ発生領域および加熱体を通過することによって形成された第１ラジカルと、第２ガスが加熱体を通過することによって形成された第２ラジカルとが反応して生成した絶縁膜が、前記第２電極上に形成される段階と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法である。
【選択図】図４
Description
本発明は、有機電界発光素子の製造方法に係り、さらに詳細にはプラズマおよび加熱体を利用する方式のハイブリッド化学気相成長装置を用いて、有機電界発光素子が形成された基板上に保護膜である絶縁膜を形成しうる、有機電界発光素子の製造方法に関する。
プラズマ雰囲気は化学気相蒸着やエッチング、表面処理などの薄膜関連分野で多様に使われている。これは、プラズマ状態が、前述のような工程における反応の効率を高める長所を有するためである。
プラズマが利用される目的によって、プラズマの形成方法も多様であって、これに伴って、プラズマ形成装置も多様に開発されている。最近では半導体製造工程などで工程の効率を高めうる高密度プラズマ処理装置が頻繁に用いられている。高密度プラズマ処理装置には、共振周波数のマイクロ波を利用するＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ処理装置、ヘリコン波（ｈｅｌｉｃｏｎ ｗａｖｅ）またはホイスラー波（ｗｈｉｓｔｌｅｒ ｗａｖｅ）を利用するヘリコンプラズマ処理装置、および高温低圧のプラズマを利用する誘導結合（ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）型プラズマ処理装置などがある。
化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の中で、前記誘導結合型プラズマ処理装置を適用したＩＣＰ−ＣＶＤ（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｃｏｕｐｌｅ Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を示した断面概略図である。
図１を参照すると、ＩＣＰ−ＣＶＤ装置は、絶縁体から形成され、真空を維持することができるチャンバー１０１、および前記チャンバー１０１の上端部に規則的に配列されて誘導結合型プラズマを発生させるアンテナ１０２を具備している。前記アンテナ１０２は、電力を供給する第１電源１０３に連結されている。
チャンバー１０１の内部にガス１０４を注入するガス注入口１０５は、前記アンテナ１０２の下部に配置されている。この場合、前記アンテナ１０２により形成されたプラズマにガス１０４を均一に供給するため、前記ガス注入口１０５は一般的にシャワーヘッドの形状をなしている。
基板１０６、すなわち前記ＩＣＰ−ＣＶＤ装置により処理される被処理物を取り付けるチャック１０７は、基板１０６を加熱、冷却、または固定するためにチャンバー１０１の内部に配置され、第２電源１０８は、チャック１０７に連結されている。前記第２電源１０８は、前記チャック１０７を加熱するための電源、または前記チャック１０７が電極としての機能を果たすようにするための電源として用いられる。
ドア１０９は、基板１０６をチャンバー１０１の内部または外部へ移送するために、チャンバー１０１の側壁に装着されており、チャンバー１０１から空気またはガスを排気するための真空ポンプ１１０を含む排気口１１１もまた、チャンバー１０１の側壁に装着されている。
前記のような化学気相成長装置は、ソースガスが完全に分解されないように、プラズマのみを用いて絶縁膜を蒸着させる。その結果、ソースガスの使用効率が低くなってしまう。加えて、形成された絶縁膜が多量の水素を含むため、高品質の絶縁膜を得ることが難しい。
本発明は前記従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、高品質の絶縁膜を備える有機電界発光素子の製造方法を提供することである。
本発明者らは、上記課題を鑑み鋭意研究を積み重ねた結果、相対的に分解エネルギーの大きいガスは、プラズマ分解法および熱分解法を用いてラジカルへと分解し、相対的に分解エネルギーの小さいガスは、熱分解法のみを用いてラジカルへと分解し、これらのラジカルを反応させることにより、高品質の絶縁膜が形成されうることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、第１電極、少なくとも発光層を含む有機膜および第２電極が形成された基板を準備する段階と、第１ガスがプラズマ発生領域および加熱体を通過することによって形成された第１ラジカルと、第２ガスが加熱体を通過することによって形成された第２ラジカルとが反応して生成した絶縁膜が、前記第２電極上に形成される段階と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法である。
本発明の有機電界発光素子の製造方法によれば、ソースガスの分解が実質的に完全に行われて、良好な品質の絶縁膜を得ることができる。それゆえ、本発明による有機電界発光素子の製造方法は、ソースガスの使用効率を最大化させるだけではなく、基板上に形成された有機電界発光素子、特に有機層を水分による損傷から防止することができる。
以下、本発明を添付した図面を参照して詳細に説明しながら、本発明の望ましい実施形態を示す。しかし、本発明は、以下に示す実施形態とは異なる形式でも具現化されることができ、ここで述べる実施形態に制限されると解釈されてはならない。むしろ、これらの実施形態は、本発明の開示を完全にするように提供され、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるであろう。図面において、層および領域の厚さは、明確にするために誇張されて表現されることもある。明細書全体を通して、同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
図２は、本発明の一実施形態による、有機電界発光素子の製造方法を説明するための化学気相成長装置の断面概略図である。
この化学気相成長装置はプラズマ法と熱化学法とを同時に行うことができる装置である。
図２を参照すると、本発明に用いられる化学気相成長装置は、チャンバー２０１、前記チャンバー２０１の所定領域内に配置されているシャワーヘッド２１１、加熱体２２１、およびチャック２３１を含む。この時、チャンバー２０１は、外部環境から内部空間を密閉する役割を果たす。チャンバー２０１の内部の真空度を維持する真空ポンプ２０２を含む排気口２０３は、前記チャンバー２０１に連結されている。
また、シャワーヘッド２１１は、プラズマ発生領域である空洞２１２、第１ガス注入口２１３、および第２ガス注入口２１４を具備している。さらに、シャワーヘッド２１１の一の側面には前記第１ガス注入口２１３が配置され、シャワーヘッド２１１の他の側面には、前記空洞２１２と連結された第１ノズル２１５および前記第２ガス注入口２１４と連結された第２ノズル２１６が配置されている。空洞２１２の一表面には、外部の第１電源２１７と連結された電極２１８が配置されている。また、空洞２１２の内部に発生するプラズマを隔離させるために、空洞２１２はシャワーヘッド２１１の内部に形成され、これによって、プラズマが他の領域に影響を及ぼすことを防ぐ。
また、加熱体２２１は外部の第２電源２２２と連結されている。
また、基板２３２は、チャック２３１の表面に装着されうる。
シャワーヘッド２１１は、外部からガスを注入するための第１ガス注入口２１３および第２ガス注入口２１４を具備している。前記第１ガス注入口２１３は、相対的に分解エネルギーが大きい第１ガスを注入する役割を果たし、第２ガス注入口２１４は、相対的に分解エネルギーが小さい第２ガスを注入する役割を果たす。
ここで、「分解エネルギー」という語句は、化学気相成長装置に注入されるガス分子が、ガス原子に分解されるかまたはイオン化される際に必要なエネルギーを意味する。例えば１つのシリコン原子と４つの水素原子が互いに結合している構造を有するシラン（ＳｉＨ４）ガスの場合、「分解エネルギー」は、シランガスから水素を分解するために必要なエネルギーを意味する。
注入されるガスがアンモニアガスおよびシランガスの場合、第２ガスより相対的に分解エネルギーが大きい第１ガスはアンモニアガスであり、相対的に分解エネルギーが小さい第２ガスはシランガスである。すなわち、第１ガスおよび第２ガスは、第１ガスおよび第２ガスの分解エネルギーによって決定され、結果として、相対的に分解エネルギーが大きいガスが第１ガスとなり、相対的に分解エネルギーが小さいガスが第２ガスとなる。
第１ガス注入口２１３に注入された第１ガスは、プラズマ発生領域である空洞２１２に注入される。空洞２１２は、外部の第１電源２１７から、空洞２１２の表面に装着された電極２１８に供給された電力によって発生したプラズマ領域であるので、注入された第１ガスはプラズマにより部分的に分解される。
加えて、第１ガスは、チャック２３１に対応するシャワーヘッド２１１の表面に具備された複数個の第１ノズル２１５を介して、チャンバー２０１の内部に注入される。
さらに、第１ノズル２１５から注入された第１ガスは、シャワーヘッド２１１とチャック２３１との間に配置された加熱体２２１を通り過ぎ、プラズマにより完全には分解されていない第１ガスが、加熱体２２１により実質的に完全に分解されて、第１ラジカルが形成される。外部の第２電源２２２から印加された電力により望ましくは１０００℃以上、より望ましくは１５００℃以上の熱が発生して、この熱により第１ガスが分解されるように、加熱体２２１はフィラメントであることが望ましく、またその材質はタングステンが望ましい。すなわち、加熱体２２１は、タングステンから形成されるフィラメントであることが望ましい。
また、第２ガス注入口２１４に注入された第２ガスは、空洞２１２ではなく、チャック２３１に対応するシャワーヘッド２１１の表面に具備された第２ノズル２１６を通して、チャンバー２０１の内部に直接注入されて、注入された第２ガスは、加熱体２２１を通り過ぎ、分解されて第２ラジカルが形成される。
したがって、前記第１ガス注入口２１３に注入された第１ガスの所定量は、プラズマ発生領域である空洞２１２を通り過ぎながら分解されて、第１ノズル２１５を通して注入され、チャンバー２０１の内部に注入され、その後、加熱体２２１を通り過ぎながらもう一度分解されて、第１ラジカルが形成される。第２ガス注入口２１４に注入された第２ガスは、第２ノズル２１６を介して直接チャンバー２０１の内部に注入されて、注入された第２ガスは加熱体２２１により分解されて、第２ラジカルが形成される。その結果、第１ラジカルと第２ラジカルとが反応して、基板２３２上に所定の薄膜が形成される。この時、第１ガスおよび第２ガスが、それぞれアンモニアガスおよびシランガスの場合には、基板２３２上にシリコン窒化膜が形成される。この工程において、第１ガスおよび第２ガスがそれぞれアンモニアガスおよびシランガスの場合、アンモニアガスおよびシランは水素を含んでいるため、これらのガスは、一般的な化学気相成長装置では完全な分解されず（特に、分解エネルギーが大きいアンモニアガス）、形成されたシリコン窒化膜内に水素を含むようになる。シリコン窒化膜中の水素は、酸素と結合して水を生成し、シリコン窒化膜で保護しようとする他の素子に悪影響を及ぼすため、シリコン窒化膜内の水素の含有量は、最小限にしなければならない。本発明では分解エネルギーが大きいアンモニアガスを２回分解することによって、シリコン窒化膜内の水素の含有量を最小限にして、窒素と水素を実質的に完全に分解することができる。
この工程において、第１ノズル２１５はシャワーヘッド２１１の表面に均一な間隔で配置され得、必要ならば、基板２３２上に形成される絶縁膜の均一性を向上させるために、第１ノズル２１５の間隔は調節されうる。第２ノズル２１６もまた、第１ノズル２１５と同様に均一に配置され得、必要ならば、不均一に配置されうる。第１ノズル２１５およびノズル２１６は、第１ガスと第２ガスとが均一に混合されるように、均一に配置させることが望ましい。
以下、プラズマ法および熱化学法の分解方法を利用した本発明の製造方法により、基板上に絶縁膜を形成する工程の望ましい実施形態を述べる。
図２を参照しながら説明したように、基板２３２は、シャワーヘッド２１１および加熱体２２１を具備したハイブリッド化学気相成長装置のチャック２３１上に装着されている。
図３を参照しながら説明すれば、基板２３２は、バッファー層３０１、半導体層３０２、ゲート絶縁膜３０３、ゲート電極３０４、層間絶縁膜３０５、ソース／ドレイン電極３０６、パッシベーション層３０７、平坦化層３０８、第１電極３０９、画素を定義する層３１０、少なくとも有機発光層を含む有機膜３１１、および第２電極３１２が順次積層されている有機電界発光素子を含む。ここで、前記有機電界発光素子の多くの要素の中で、絶縁膜で形成された要素、すなわち、バッファー層３０１、ゲート絶縁膜３０３、層間絶縁膜３０５、パッシベーション層３０７、平坦化層３０８、および画素を定義する層３１０なども、前記ハイブリッド化学気相成長装置を用いて形成されうる。
次に、チャンバー２０１の内部の気体を、真空ポンプ２０２を用いて排出し、真空度が５×１０−６ｔｏｒｒ（６．６７×１０−４Ｐａ）以下になるようにする。前記チャンバー２０１の壁の温度は、１２０℃以上の温度に維持することが望ましいが、これは前記チャンバー２０１の温度が低い場合、絶縁膜が基板以外の、チャンバー２０１の壁に蒸着されるからである。
次いで、第１ガス注入口２１３に不活性ガスを注入した後、電極２１８に電力を印加して、空洞２１２の内部にプラズマを発生させる。この時、前記不活性ガスは、プラズマを発生させるヘリウム、ネオン、またはアルゴンなどが望ましい。前記不活性ガスの流量は、１ないし１０００ｓｃｃｍが望ましい。また、プラズマは、第１電源２１１である、望ましくは１００ないし３０００ＷのＲＦ電源から供給される電力により発生する。
次に、加熱体２２１に電力を印加して、加熱体２２１の温度が１５００℃以上となるようにする。
続いて、第１ガス注入口２１３を介して、アンモニアガスまたは窒素ガスのような分解エネルギーが相対的に高い第１ガスが注入される。この時、前記アンモニアガスの流量は１ないし５００ｓｃｃｍが望ましく、前記窒素ガスの流量は１ないし１０００ｓｃｃｍが望ましい。第１ガス注入口２１３に注入された第１ガスは、空洞２１２内で形成されたプラズマを含むシャワーヘッド２１１の空洞２１２に注入され、一次分解される。プラズマにより一次分解された第１ガスは、第１ノズル２１５を介して、チャンバー２０１の内部に注入され、加熱体２２１を通り、１５００℃以上に加熱された加熱体２２１により二次分解されて、第１ラジカルが形成される。
続いて、第２ガス注入口２１４を介して、分解エネルギーが相対的に小さい第２ガス、すなわちシランガスが注入される。前記シランガスの流量は１ないし１００ｓｃｃｍが望ましい。第２ガス注入口２１４に注入された第２ガスは、加熱された加熱体２２１により完全に分解されて第２ラジカルが形成されるように、空洞２１２を通さず、直接加熱体２２１に注入される。
次に、前記第１ラジカルおよび第２ラジカルが反応して絶縁膜を形成し、前記基板上に蒸着される。図４に示したように、この絶縁膜は、基板上で有機電界発光素子の保護膜３１３として機能する。
この時、前記保護膜３１３は、水素をほとんど含んでいない絶縁膜である。一般的に、有機電界発光素子は水分により重大な損傷を受ける。外部もしくは内部から浸透または発生した水分は、吸湿材により除去が可能であり、外部もしくは内部から浸透または発生した酸素は、有機電界発光素子の内部に浸透して、有機電界発光素子の内部に残留する水素（背景技術で説明したように、従来技術により形成される絶縁膜には多量の水素が含まれている）と結合して水分を生成し、それによって有機電界発光素子に重大な損傷を負わせる。すなわち、有機電界発光素子は少なくとも発光層を含む有機層を利用して光を発光するが、有機層は水分に対して大変脆弱であり、水分により有機膜の性能が顕著に低下するため、有機電界発光素子への水分の浸透を防止しなければならない。
しかし、本発明のように、保護膜３１３の内部に水素がほとんど含まれず、酸素が保護膜３１３に浸透する場合でも、水分はほとんど発生しない。その結果、水分による悪影響を完全に除去することが可能である。保護膜３１３の内部に水素が存在しない理由は、前述のように、第１ガスの水素がほとんど分解されて、保護膜３１３を形成する物質だけを用いて第１ラジカルが形成されるように、分解され難い第１ガスが、プラズマ法および熱化学法により、２回分解されるためである。
上述のように、本発明の望ましい実施形態を挙げて説明したが、特許請求の範囲で規定した本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細における多様な変化がなされうることが、当業者にとっては明らかであろう。
１０１、２０１ チャンバー、
１０２ アンテナ、
１０３、２１７、 第１電源、
１０４ ガス、
１０５ ガス注入口、
１０６、２３２、 基板、
１０７、２３１ チャック、
１０８、２２２ 第２電源、
１０９ ドア、
１１０、２０２ 真空ポンプ、
１１１、２０３ 排気口、
２１１ シャワーヘッド、
２１２ 空洞、
２１３ 第１ガス注入口、
２１４ 第２ガス注入口、
２１５ 第１ノズル、
２１６ 第２ノズル、
２１８ 電極、
２２１ 加熱体、
３０１ バッファー層、
３０２ 半導体層、
３０３ ゲート絶縁膜、
３０４ ゲート電極、
３０５ 層間絶縁膜、
３０６ ソース／ドレイン電極、
３０７ パッシベーション層、
３０８ 平坦化層、
３０９ 第１電極、
３１０ 画素を定義する層、
３１１ 有機膜、
３１２ 第２電極、
３１３ 保護膜。
１０２ アンテナ、
１０３、２１７、 第１電源、
１０４ ガス、
１０５ ガス注入口、
１０６、２３２、 基板、
１０７、２３１ チャック、
１０８、２２２ 第２電源、
１０９ ドア、
１１０、２０２ 真空ポンプ、
１１１、２０３ 排気口、
２１１ シャワーヘッド、
２１２ 空洞、
２１３ 第１ガス注入口、
２１４ 第２ガス注入口、
２１５ 第１ノズル、
２１６ 第２ノズル、
２１８ 電極、
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３０２ 半導体層、
３０３ ゲート絶縁膜、
３０４ ゲート電極、
３０５ 層間絶縁膜、
３０６ ソース／ドレイン電極、
３０７ パッシベーション層、
３０８ 平坦化層、
３０９ 第１電極、
３１０ 画素を定義する層、
３１１ 有機膜、
３１２ 第２電極、
３１３ 保護膜。
Claims (11)
- 第１電極、少なくとも発光層を含む有機膜、および第２電極が形成された基板を準備する段階と、
第１ガスがプラズマ発生領域および加熱体を通過することによって形成された第１ラジカルと、第２ガスが加熱体を通過することによって形成された第２ラジカルとが反応して生成した絶縁膜が、前記第２電極上に形成される段階と、
を含むことを特徴とする、有機電界発光素子の製造方法。 - 前記絶縁膜は前記有機電界発光素子の保護膜であることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
- 前記第１ガスが、プラズマ発生領域を先に通過した後に、前記加熱体を通過することによって前記第１ラジカルが形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の製造方法。
- 前記絶縁膜が形成される前に、
前記基板を、プラズマ発生領域および加熱体を具備したチャンバー内部に装着する段階と、
前記チャンバーに前記第１ガスおよび前記第２ガスを供給する段階と、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。 - 前記チャンバーがシャワーヘッドをさらに具備しており、
前記プラズマ発生領域が、前記シャワーヘッドの内部に形成された空洞であることを特徴とする、請求項４に記載の製造方法。 - 前記第１ガスの分解エネルギーは、前記第２ガスの分解エネルギーよりも大きいことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記第１ガスはアンモニアガスまたは窒素ガスであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記第２ガスはシランガスであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記加熱体はフィラメントであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記加熱体はタングステンから形成されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
- 前記絶縁膜はシリコン窒化膜であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
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