JP2011231357A - ガスバリア性薄膜、およびそれを用いた有機デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
表面波プラズマCVD装置を用いて、窒素Nと珪素Siの原子比率を表す比率N/(Si+N)が0.60から0.65の間である窒化珪素(SiNx)からなるバリヤ膜を形成する。
【選択図】図1
Description
(2)請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のバリヤ膜において、窒化珪素は表面波プラズマCVD装置によって形成され、表面波プラズマCVD装置は、マイクロ波を導入する誘電体窓と、放電ガスを放出する放電ガス吹き出し口と、成膜ガスを放出する成膜ガス吹き出し口と、基板を戴置するステージと、ステージと放電ガス吹き出し口から放出された放電ガスから誘電体窓付近に生成される表面波プラズマとの距離を可変とする可変手段とを備え、窒化珪素は前記成膜ガス吹き出し口から放出されたSiH4ガスおよびNH3ガスと、表面波プラズマで発生したラジカルが反応してステージの上に戴置された基板に形成されることを特徴とするバリヤ膜である。
(3)請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のバリヤ膜において、可変手段を用いてステージと表面波プラズマとの距離を調整し、ステージに戴置された基板の温度が200℃以下となる状態で形成されることを特徴とするバリヤ膜である。
(4)請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のバリヤ膜を用いて封止された透明基板である。
(5)請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のバリヤ膜を用いて封止された透明基板において、透明基板はプラスチック基板であることを特徴とするバリヤ膜を用いて封止された透明基板である。
(6)請求項6に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のバリヤ膜が表面に形成されていることを特徴とするフレキシブルなデバイス封止用のフィルムである。
(7)請求項7に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のバリヤ膜を用いて封止されたことを特徴とするフレキシブルな半導体デバイスである。
(8)請求項8に記載の発明は、請求項7に記載のフレキシブルな半導体デバイスにおいて、有機半導体を含む発光素子、または有機半導体を含む光電変換素子、または有機半導体を含む電流制御素子、または有機EL素子のいずれかであることを特徴とするフレキシブルな有機半導体デバイスである。
(9)請求項9に記載の発明は、請求項2または3に記載のバリヤ膜を形成する方法であって、表面波プラズマCVD装置を用いて、SiH4ガスとNH3ガスとの流量比を調整して窒化珪素からなるバリヤ膜を形成する方法である。
以下に本発明で使用する表面波プラズマ装置の概略を、図1を用いて説明する。なお、本発明のバリヤ膜を成膜するために用いた表面波プラズマCVD装置は公知のものを用いている(例えば特開2006−286892号公報参照)。
本発明で用いた表面波プラズマCVD装置ではマイクロ波1がマイクロ波導波管2によって搬送され、スロットアンテナ3を通して誘電体窓4に到達する。このマイクロ波1は反応室6に誘電体窓を介して導入され、誘電体窓の表面に沿って伝播する表面波となる。放電ガス吹き出し口5から反応室6内にArガスが放出され、この誘電体窓の表面に沿って伝播する表面波によってArガスが励起され、誘電体窓の表面付近にプラズマ7が形成される。このプラズマ7にはArのラジカルが含まれており、このラジカルは誘電体窓付近に発生した表面波プラズマから反応室6内に拡散してゆく。
なお、ステージ10と誘電体窓付近に生成される表面波プラズマとの距離は、ステージ10に戴置される基板9の材質の温度条件により決定される。この距離が大きいほど、表面波プラズマからの熱の影響を受けにくいので基板9はより低温となる。この距離は反応室6の高さ方向のステージ位置を図示しない昇降装置を用いて調整することにより可変である。
ここで本発明による窒化ケイ素膜の形成方法について説明する。
本発明ではSiNxからなるバリヤ膜の形成に、表面波プラズマCVD装置を用いている。表面波プラズマCVD装置ではSiNxが、この材料となるシラン(SiH4)ガスおよびアンモニア(NH3)ガスと表面波プラズマで発生したラジカルとの反応によって生成し、このSiNxの生成を表面波プラズマから離れた場所で行うことが可能である。従って、表面はプラズマ発生領域から離れた場所に基板を設置し、この基板上にSiNxからなるバリヤ膜が形成されるようにすることにより、基板上に低温でSiNxのバリヤ膜を生成することができる。
本発明では上記の昇降装置を用いてステージ位置を調整し、ステージに戴置する基板の温度が200℃以下となるように調整して、SiNxのバリヤ膜を生成することができる。
なお、SiおよびNの組成比は、これらをラザフォード後方散乱(RBS)によって測定して求めている。
表1に、上記で得られた種々の組成比のSiNx膜を成膜後3日間クリーンルーム内で大気放置した後に、これらのSiNx膜の膜中酸素濃度をラザフォード後方散乱(RBS)にて測定した結果を示す。このラザフォード後方散乱の測定では、測定に用いるイオンビームのエネルギーは、200nmのSiNx膜を貫通しないように調整している。従ってこの測定においてSi基板からの影響はない。
図3に白抜きの四角とこれを結んだ線で種々の組成のSiNx膜の光透過率を測定した結果を示す。膜中窒素比率が小さいところ(N/(Si+N)=0.51)では、膜厚が200nmの場合の光透過率は75%程度であるが、N/(Si+N)比が0.60から0.65の範囲では98%の透過率が得られている。
図3に示す光透過率の測定結果から明らかなように、この光透過率も上記の膜中酸素濃度および水蒸気透過率と強い相関があり、これらはすべてN/(Si+N)比が0.60から0.65の範囲で良好な特性値となっていることが分かる。
次に上記の良好なバリア性能を有する膜を有機EL表示素子の薄膜封止として用いてトップエミッション型有機EL素子を作製した。
比較例として、Si3N4構造になる成膜条件、すなわちN/(Si+N)比が0.57の膜を封止膜に用いて上記の有機EL表示素子を作製し、60℃、90%RHの恒温恒湿槽に放置し、発光表面を光学顕微鏡で観察した。前述と同様の方法で初期、および、1500h放置後のダークスポット面積比は58%であった。このように低温で形成したSiNx膜では、N/(Si+N)比が0.60から0.65の範囲内では素子劣化が生じにくく、長寿命となることが分かる。
厚さ100ミクロンのポリエーテルスルフォンフィルムの両面に、前述のバリア膜の形成で説明した手法でSi3N5.1の組成比になるバリア性薄膜を500nmの膜厚で形成した。その後、フィルムの片面にスパッタ法にてITO膜を形成した。さらに150℃の低温プロセスでイミド化が可能なポリアミド膜をスピンコートにより塗布し、乾燥することで配向膜を形成した。この配向膜をラビングし、液晶セル作成後のツイスト角が240度になるようにラビング方向を規定した。アルコール中に直径5ミクロンのシリカスペーサーを分散させた散布液をスピンコートにて塗布、乾燥させた。次いでスクリーン印刷により片方の基板にシール剤を印刷し、上下基板を貼り合わせて加熱硬化させた。次にセルを液晶注入用真空装置にセットして、減圧下で液晶を注入した。
また、本発明のバリヤ膜は低温で形成することが可能であることから、種々の発光素子、光電変換素子、電流制御素子、バイオメムス素子、有機EL素子などで、特に有機半導体を含むような有機半導体デバイスにおけるバリヤ膜として極めて有用である。
2・・・マイクロ波導波管
3・・・スロットアンテナ
4・・・誘電体窓
5・・・放電ガス吹き出し口
6・・・反応室
7・・・表面波プラズマ
8・・・成膜ガス吹き出し口
9・・・基板
10・・・ステージ
11・・・排気口
20・・・基板
21・・・反射電極
22・・・正孔輸送層
23・・・発光層
24・・・電子輸送層
25・・・透明電極
26・・・バリア膜
Claims (9)
- 窒化珪素からなるバリヤ膜であって、
窒素Nと珪素Siの原子比率を表す比率N/(Si+N)が0.60から0.65の間であることを特徴とするバリヤ膜。 - 請求項1に記載のバリヤ膜において、
前記窒化珪素は表面波プラズマCVD装置によって生成され、
前記表面波プラズマCVD装置は、マイクロ波を導入する誘電体窓と、放電ガスを放出する放電ガス吹き出し口と、成膜ガスを放出する成膜ガス吹き出し口と、基板を戴置するステージと、
前記ステージと放電ガス吹き出し口から放出された放電ガスから誘電体窓付近に生成される表面波プラズマとの距離を可変とする可変手段とを備え、
前記窒化珪素は前記成膜ガス吹き出し口から放出されたSiH4ガスおよびNH3ガスと、前記表面波プラズマで発生したラジカルが反応して前記ステージの上に戴置された基板に形成されることを特徴とするバリヤ膜。 - 請求項2に記載のバリヤ膜において、
前記可変手段を用いて前記ステージと前記表面波プラズマとの距離を調整し、前記ステージに戴置された前記基板の温度が200℃以下となる状態で形成されることを特徴とするバリヤ膜。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のバリヤ膜を用いて封止された透明基板。
- 請求項4に記載のバリヤ膜を用いて封止された透明基板において、
前記透明基板はプラスチック基板であることを特徴とするバリヤ膜を用いて封止された透明基板。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のバリヤ膜が表面に形成されていることを特徴とするフレキシブルなデバイス封止用のフィルム。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のバリヤ膜を用いて封止されたことを特徴とする、フレキシブルな半導体デバイス。
- 請求項7に記載のフレキシブルな半導体デバイスにおいて、有機半導体を含む発光素子、または有機半導体を含む光電変換素子、または有機半導体を含む電流制御素子、または有機EL素子のいずれかであることを特徴とするフレキシブルな半導体デバイス。
- 請求項2または3に記載のバリヤ膜を形成する方法であって、
前記表面波プラズマCVD装置を用いて、前記SiH4ガスと前記NH3ガスとの流量比を調整して前記の窒化珪素からなるバリヤ膜を形成する方法。
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