JP2016517134A - Oled薄膜カプセル化のためのフッ素含有プラズマ重合hmdso - Google Patents

Oled薄膜カプセル化のためのフッ素含有プラズマ重合hmdso Download PDF

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Abstract

OLEDデバイスを形成するための方法が記載される。バリア層の間に挟まれた有機バッファ層を有するカプセル化構造が、OLED構造の上に堆積される。バッファ層は、フッ素含有プラズマを用いて形成される。その後、第2バリア層が、バッファ層の上に堆積される。更に、良好な接着性を確保するために、バッファ接着層が、バッファ層と第1バリア層との間に形成される。最後に、良好な透過率を確保するために、応力緩和層が、バッファ層と第2バリア層との間に堆積される。

Description

背景
(分野)
本発明の実施形態は、概して、有機発光ダイオード(OLED)をカプセル化するための方法及び装置に関する。
(関連技術の説明)
OLEDは、情報を表示するための、テレビスクリーン、コンピュータモニター、携帯電話、他のハンドヘルドデバイス等の製造に使用される。OLEDディスプレイは、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)と比べて、より速い応答時間、より大きな視野角、より高いコントラスト、より軽い重量、低消費電力、及びフレキシブル基板への適合性のため、ディスプレイ用途において最近かなりの関心を集めている。
OLED構造は、エレクトロルミネセンス効率の低下及び駆動電圧の上昇によって特徴付けられる限られた寿命を有する可能性がある。OLED構造の劣化の主な理由は、水分又は酸素の侵入に起因する非発光ダークスポットの形成である。このため、OLED構造は、典型的には、バリア層の間に挟まれたバッファ層によってカプセル化される。バッファ層は、第2バリア層が堆積用に実質的に均一な表面を有するように第1バリア層内の任意のボイド又は欠陥を充填するために利用される。現在のカプセル化層は、不完全な粒子被覆からの故障を防止する上で困難を有する可能性があることが観察されている。
したがって、OLED構造をカプセル化するための改良された方法及び装置が必要である。
概要
OLEDデバイスを形成するための方法が記載される。バリア層の間に挟まれたバッファ層を有するカプセル化構造は、OLED構造の上に堆積される。バッファ層は、フッ素含有プラズマを用いて形成される。その後、第2バリア層が、バッファ層の上に堆積される。更に、良好な接着性を確保するために、バッファ接着層が、バッファ層と第1バリア層の間に形成される。最後に、良好な透過率を確保するために、応力緩和層が、バッファ層と第2バリア層の間に堆積される。
一実施形態では、有機発光ダイオード(OLED)デバイス上にカプセル化構造を形成するための方法は、OLED構造が上に配置された基板の領域上に第1バリア層を堆積させる工程と、第1バリア層上にバッファ接着層を堆積させる工程と、バッファ接着層上にフッ素含有プラズマを用いてバッファ層を堆積させる工程と、バッファ層上に応力緩和層を堆積させる工程と、応力緩和層上に第2バリア層を堆積させる工程を含む。
別の一実施形態では、OLEDデバイスは、OLED構造が上に配置された基板の領域上に配置された第1バリア層と、第1バリア層上に配置されたバッファ接着層と、バッファ接着層上に配置されたフッ素化バッファ層と、フッ素化バッファ層上に堆積された応力緩和層と、応力緩和層上に配置された第2バリア層を含む。
本開示の上述した構成を詳細に理解することができるように、上記に簡単に要約した本開示のより具体的な説明を、実施形態を参照して行う。実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかしながら、添付図面は本開示の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがってこの範囲を限定していると解釈されるべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態を含み得ることに留意すべきである。
本明細書に記載された方法を実行するために使用することができるPECVD装置のチャンバの概略断面図である。 図1AのPECVD装置の概略上面図である。 本発明の一実施形態に係るOLEDデバイスを形成するための方法のフロー図である。 図2の方法の異なる段階の間のOLEDデバイスの概略断面図を示す。
理解を促進するために、図面に共通する同一の要素を示す際には可能な限り同一の参照番号を使用している。一実施形態の要素及び構成を更なる説明なしに他の実施形態に有益に組み込んでもよいと理解される。
詳細な説明
OLEDデバイスを形成するための方法が記載される。バリア層の間に挟まれた有機バッファ層を有するカプセル化構造は、OLED構造の上に堆積される。バッファ層は、フッ素含有プラズマを用いて形成される。その後、第2バリア層が、バッファ層の上に堆積される。更に、良好な接着性を確保するために、バッファ接着層が、バッファ層と第1バリア層の間に形成される。最後に、良好な透過率を確保するために、応力緩和層が、バッファ層と第2バリア層の間に堆積される。
図1Aは、本明細書に記載される操作を実行するために使用することができるプラズマ強化化学蒸着(PECVD)装置の概略断面図である。本装置は、1以上の膜を基板120上に堆積することができるチャンバ100を含む。チャンバ100は、概して、処理容積を画定する、壁102、底部104、及びシャワーヘッド106を含む。基板支持体118は、処理容積内に配置される。処理容積は、スリットバルブ開口部108を介してアクセスされ、これによって基板120は、チャンバ100の内外に搬送することができる。基板支持体118は、基板支持体118を上下動するアクチュエータ116に結合される。リフトピン122が、基板支持体118を貫通して移動自在に配置され、これによって基板受け面へ及び基板受け面から基板120を移動する。基板支持体118はまた、基板支持体118を所望の温度に維持するための加熱及び/又は冷却要素124を含む。基板支持体118はまた、RFリターンストラップ126を含み、これによって基板支持体118の周囲にRFリターンパスを提供する。
シャワーヘッド106は、締結機構150によってバッキングプレート112に結合される。シャワーヘッド106は、1以上の締結機構150によってバッキングプレート112に結合され、これによってシャワーヘッド106の垂下の防止及び/又は真直度/曲率の制御を助長する。
ガス源132は、バッキングプレート112に結合され、これによってシャワーヘッド106内のガス通路を介してシャワーヘッド106と基板120の間の処理領域へガスを供給する。真空ポンプ110は、チャンバ100に結合され、これによって処理容積を所望の圧力に維持する。RF電源128は、整合ネットワーク190を介してバッキングプレート112及び/又はシャワーヘッド106へ結合し、これによってRF電流をシャワーヘッド106に供給することができる。RF電流は、シャワーヘッド106と基板支持体118の間に電界を生成し、これによってシャワーヘッド106と基板支持体118の間にガスからプラズマを生成することができる。
リモートプラズマ源130(例えば、誘導結合リモートプラズマ源130)は、ガス供給源132とバッキングプレート112の間に結合される。基板を処理する間に、洗浄ガスをリモートプラズマ源130に供給し、これによってリモートプラズマを生成することができる。リモートプラズマからのラジカルが、チャンバ100に供給され、これによってチャンバ100のコンポーネントを洗浄することができる。洗浄ガスは、シャワーヘッド106に供給されるRF電源128によって更に励起することができる。
シャワーヘッド106は、更に、シャワーヘッドサスペンション134によってバッキングプレート112に結合される。一実施形態では、シャワーヘッドサスペンション134は、可撓性のある金属製スカートである。シャワーヘッドサスペンション134は、シャワーヘッド106を載置することができるリップ136を有することができる。バッキングプレート112は、チャンバ100を密閉するチャンバ壁102に結合された棚部114の上面に載置することができる。
図1Bに示されるように、ガス供給源132は、第1部分132Aと第2部分132Bを含む。第1部分132Aは、ガスを直接リモートプラズマ源130に供給し、その後、バッキングプレート112を通してチャンバ100に供給する。第2部分132Bは、リモートプラズマ源130を迂回することによって、バッキングプレート112を通してチャンバ100にガスを送出する。
図2は、本発明の様々な実施形態に係るOLEDデバイスの上にカプセル化構造を形成するための方法200のフロー図である。図3A〜3Eは、図2の方法200の異なる段階中のOLEDデバイスの概略断面図を示す。方法200は、予め形成されたOLED構造304が上に配置された基板300を処理チャンバ(例えば、チャンバ100)内へ導入することによるプロセス202で開始する。基板300は、図3Aに示されるように、上に配置されたコンタクト層302を、コンタクト層302の上に配置されたOLED構造304と共に有することができる。
プロセス204では、図3Aに示されるように、マスク309が基板300の上に位置合わせされ、これによってOLED構造304は、マスク309によって保護されていない開口部307を介して露出される。マスク309は、OLED構造304に隣接するコンタクト層302の部分305がマスク309によって覆われ、これによって任意の後続の堆積材料が部分305上に堆積しないように位置決めされる。コンタクト層302の部分305は、OLEDデバイス用の電気接点であり、このためいかなる材料もその上に堆積させることはできない。マスク309は、金属材料(例えば、INVAR(商標名))から作ることができる。
プロセス206では、図3Aに示されるように、第1バリア層308が、基板300上に堆積される。第1バリア層308は、第1部分308a及び第2部分308bを有し、約5000オングストローム〜約10000オングストロームの厚さを有する。第1バリア層308の第1部分308aは、OLED構造304及びコンタクト層302を含むマスク309によって露出された基板300の領域の上に開口部307を介して堆積される。第1バリア層308の第2部分308bは、コンタクト層302の部分305を含む基板300の第2領域を覆うマスク309の上に堆積される。第1バリア層308は、誘電体層(例えば、窒化ケイ素(SiN)、酸窒化ケイ素(SiON)、二酸化ケイ素(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)、又は他の適切な誘電体層)である。一実施形態では、第1バリア層308は、窒化ケイ素を含む。第1バリア層308は、適切な堆積技術(例えば、化学蒸着(CVD)、PECVD、物理蒸着(PVD)、スピンコーティング、又は他の適切な技術)によって堆積させることができる。第1バリア層308は、ケイ素含有前駆体(例えば、シラン)を、1以上の窒素含有前駆体(例えば、N及びNH)と共に、水素と共に導入することによって堆積させることができる。
プロセス208では、図3Bに示されるように、第1バリア層308が基板300上に形成された後、バッファ接着層312が、次いで、基板300上の第1バリア層308の上に形成される。バッファ接着層312の第1部分312aは、マスク309によって露出された基板300の領域上のマスク309の開口部307を通して基板300の上に堆積され、第1無機層308の第1部分308aを覆う。バッファ接着層312の第2部分312bは、コンタクト層302の部分305を覆うマスク309上に配置された第1バリア層308の第2部分308b上に堆積される。バッファ接着層312は、第1バリア層308が形成されるのと同じチャンバ内で第1バリア層308上に堆積される。バッファ接着層312は、誘電体材料(例えば、酸窒化ケイ素)を含むことができる。
図3Cに示されるように、バッファ接着層312を堆積した後、バッファ層314が、プロセス210で堆積される。バッファ層314は、PECVDチャンバ内でフッ素化プラズマ重合ヘキサメチルジシロキサン(pp−HMDSO:F)堆積させることができる。バッファ層314は、約2μm〜約5μmの厚さを有する。pp−HMDSO:F層の堆積は、1以上のフッ素含有ガス及びHMDSOガスをO又はNOガスのいずれかと共に流すことによって達成される。フッ素含有ガスは、フッ化窒素(NF)、フッ化ケイ素(SiF)、フッ素ガス(F)、四フッ化炭素(CF)、又はそれらの任意の組み合わせとすることができる。フッ素ドープされたプラズマ重合HMDSO層は、優れた粒子カバー性能と表面平坦化効果を有する。得られたバッファ層314は、10原子%未満のフッ素含有量を有する。
pp−HMDSO:Fの堆積中、フッ素含有ガス及びHMDSOガスの流量の比率は、約0.25〜約1.5とすることができる。あまりにも多くのフッ素が存在する場合、HMDSO中の炭素が取り出される可能性がある。一実施形態では、pp−HMDSO:FのPECVDは、以下の条件下で行われる。SiFは、125標準立方センチメートル毎分(sccm)の流量を有し、HMDSOは、300sccmの流量を有する。つまり、HMDSOに対するSiF4の比は、約0.40〜約0.45である。プラズマは、700Wで生成され、チャンバ圧力は、約1800ミリトルである。PECVDは、約80℃で堆積され、基板300とシャワーヘッド106との間の距離は、約650ミルである。
バッファ層314を堆積するとき、HMDSOは、最初は液体前駆体であり、チャンバへの送達前に気化される。このように、液体前駆体は、たとえ気化されていても、チャンバ内に噴霧することができ、これはバッファ接着層312との界面で形成する望ましくない粒子をもたらす。粒子は、バッファ層314の層間剥離とデバイスの故障につながる可能性がある。望ましくない粒子の形成を防止するために、HMDSOの噴霧は、低減及び/又は排除する必要がある。したがって、バッファ層314の前駆体の流れは、単に最終的な所望の流量で流されるのではなく、ランプアップされる(高められる)。ランプアップは、2ステッププロセスで行われ、第1ステップは、約0.000375sccm/mm〜約0.000675sccm/mmの基板表面積当たりの流量でケイ素−炭素含有前駆体(例えば、HMDSO)を導入し、同時に約0.000375sccm/mm〜約0.000675sccm/mmの基板表面積当たりの流量で不活性ガス(例えば、ヘリウム)もまた導入することを含む。その後、約0.003125sccm/mm〜約0.003375sccm/mmの基板表面積当たりの流量で酸素含有前駆体(例えば、NO)を導入し、同時に約0.0003sccm/mm〜約0.0004sccm/mmの基板表面積当たりの流量でフッ素前駆体を導入する。第2ステップは、第1ステップと同じくらい継続する。第2ステップの間、前駆体は流れ続けるが、ケイ素−炭素含有前駆体は、約0.000875sccm/mm〜約0.001125sccm/mmまで増加し、不活性ガスは、約0.0007sccm/mm〜約0.0008sccm/mmまで増加し、フッ素前駆体は、約0.000425sccm/mm〜約0.00055sccm/mmまで増加する。酸素含有前駆体は、同じ流速のままでいる。
ランプアップに続いて、バッファ層の堆積は、約0.001375sccm/mm〜約0.0016sccm/mmの基板表面積当たりの流量でケイ素−炭素前駆体を流し、約0.00095sccm/mm〜約0.0011sccm/mmで不活性ガスを流し、0.0007sccm/mm〜約0.000825sccm/mmの基板表面積当たりの流量でフッ素前駆体を流すことによって継続する。酸素含有前駆体の基板表面積当たりの流量は、10〜20秒毎に0.0005sccm/mmの増分で、約0.001125sccm/mm〜約0.001275sccm/mmの間まで徐々に減少させることにより、堆積全体を通して変化する。酸素含有前駆体は、増加前に、約70〜90秒間、安定状態を保つ。酸素前駆体の基板表面積当たりの流量は、60〜70秒毎に0.0005sccm/mmの増分で、約0.003125sccm/mm〜約0.003375sccm/mmの間まで徐々に増加する。ランプアップのため、バッファ層とバッファ接着層との間の界面での粒子発生は、低減又は排除される。
粒子生成の問題に加えて、ケイ素−炭素前駆体とフッ素前駆体が反応するので、前駆体が早期に反応しないことを保証するように注意しなければならない。前駆体間の早期の反応を回避するために、フッ素含有前駆体とケイ素−炭素前駆体は、別々に送出させることができる。図1の処理チャンバを使用して、フッ素含有前駆体は、部分132Bから送出され、リモートプラズマ源130を迂回させることができ、一方、残りの前駆体ガスは、部分132Aから送出され、リモートプラズマ源130を通過させることができる。
ケイ素−炭素前駆体は、気化される液体前駆体であるので、シャワーヘッド106は依然として「濡れた状態」である可能性がある(すなわち、液体前駆体の残留物が、シャワーヘッド106上又はガス通路内に残る可能性がある)。その後、シャワーヘッド106は、乾燥させなければならない。乾燥は、前駆体をランプダウンさせ、同時に不活性ガス(例えば、N)を約0.0095sccm/mm〜約0.01125sccm/mmの基板表面積当たりの流量で導入することによって起こる。不活性ガスは、他の前駆体が流れるのを停止した後に流れ続ける。不活性ガスの流れと同時に、前駆体の流れが停止した後に、基板は、シャワーヘッド106から離れるように移動させることができる。
第2バリア層318が、バッファ層314上に堆積された場合は、得られたカプセル化構造は、悪い光透過率(例えば、約70%)を有するだろう。第2バリア層318は、約5000オングストローム〜約10000オングストロームの厚さを有することができる。悪い透過率は、圧縮応力を有する第2バリア層318によって引き起こされると考えられている。良好な光透過率(すなわち、90%を超える透過率)を確保するために、図3Dに示されるように、応力緩和層316をプロセス212で堆積させることができる。応力緩和層316は、誘電体材料(例えば、酸窒化ケイ素)を含むことができ、ケイ素含有前駆体、窒素含有前駆体、及び酸素含有前駆体及び水素を導入することによって形成することができる。応力緩和層316は、第2バリア層318の圧縮応力を相殺するために若干の引張応力を有するだろう。応力緩和層316は、バッファ層314の第1部分314aの上に堆積された第1部分316aと、バッファ層314の第2部分314bの上に堆積された第2部分316bを含む。
プロセス214では、図3Eに示されるように、第2バリア層318が、基板300上に形成され、応力緩和層316を覆う。第2バリア層318は、応力緩和層316の第1部分316aの上に堆積された第1部分318aと、応力緩和層316の第2部分316bの上に堆積された第2部分318bを含む。
第2バリア層318は、第1バリア層308と同様の誘電体層とすることができる。第2バリア層318は、誘電体層(例えば、SiN、SiON、SiO、又は他の適切な誘電体層)である。一実施形態では、第2バリア層318は、窒化ケイ素を含む。第2バリア層318は、適切な堆積技術(例えば、CVD、PVD、スピンコーティング、又は他の適切な技術)によって堆積させることができる。
本明細書に記載されるような、第1バリア層、バッファ接着層、バッファ層、応力緩和層、及び第2バリア層の堆積は、単一の堆積チャンバ(例えば、PECVDチャンバ100)内で実行することができる。汚染の危険性を最小限にするために、処理チャンバのパージをサイクルの間に実行することができる。単一チャンバプロセスは、サイクル時間を低減させるだけでなく、複数のチャンバプロセスを使用することのチャンバ数(及び設備コスト)を低減させるのに有利である可能性がある。
要約すると、OLEDデバイスが、2つのバリア層の間に挟まれたバッファ層を使用して形成される。バッファ層は、フッ素含有プラズマを使用して、第1バリア層の上に形成される。第2バリア層は、有機層の上に形成される。
上記は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の他の及び更なる実施形態は本開示の基本的範囲を逸脱することなく創作することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲に基づいて定められる。

Claims (15)

  1. 有機発光ダイオード(OLED)デバイス上にカプセル化構造を形成するための方法であって、
    OLED構造が上に配置された基板の領域上に第1バリア層を堆積させる工程と、
    第1バリア層上にバッファ接着層を堆積させる工程と、
    バッファ接着層上にフッ素含有プラズマを用いてバッファ層を堆積させる工程と、
    バッファ層上に応力緩和層を堆積させる工程と、
    応力緩和層上に第2バリア層を堆積させる工程を含む方法。
  2. バッファ層は、フッ素化プラズマ重合ヘキサメチルジシロキサン(pp−HMDSO:F)を含む、請求項1記載の方法。
  3. フッ素含有プラズマは、1以上のフッ素含有ガス及びHMDSOガスを含む、請求項2記載の方法。
  4. フッ素含有ガスは、NF、SiF、F、CF、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項3記載の方法。
  5. 第1及び第2バリア層、バッファ接着層、応力緩和層、及びバッファ層は、単一の処理チャンバ内で堆積される、請求項1記載の方法。
  6. 単一の処理チャンバは、PECVDチャンバである、請求項5記載の方法。
  7. バッファ接着層は、酸窒化ケイ素を含む、請求項6記載の方法。
  8. 応力緩和層は、酸窒化ケイ素を含む、請求項7記載の方法。
  9. 第1及び第2バリア層は、窒化ケイ素を含む、請求項8記載の方法。
  10. OLED構造が上に配置された基板の領域上に配置された第1バリア層と、
    第1バリア層上に配置されたバッファ接着層と、
    バッファ接着層上に配置されたフッ素化バッファ層と、
    フッ素化バッファ層上に堆積された応力緩和層と、
    応力緩和層上に配置された第2バリア層を含むOLEDデバイス。
  11. フッ素化バッファ層は、フッ素化プラズマ重合ヘキサメチルジシロキサン(pp−HMDSO:F)を含む、請求項10記載のデバイス。
  12. 第1及び第2バリア層は、窒化ケイ素を含む、請求項11記載のデバイス。
  13. バッファ接着層は、酸窒化ケイ素を含む、請求項12記載のデバイス。
  14. 応力緩和層は、酸窒化ケイ素を含む、請求項13のデバイス。
  15. フッ素化バッファ層は、10原子%未満のフッ素を有する、請求項14記載のデバイス。
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