JP5343330B2 - 薄膜形成方法、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法、半導体素子の製造方法及び光学素子の製造方法 - Google Patents
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Description
また、本発明において好ましくは、下地層をパターン形成する工程では、絶縁性材料によって区画された導電性材料上に下地層のパターンを形成する。
先ず、図1により、本発明の第1実施形態による薄膜形成方法を説明する。第1実施形態は、本発明の薄膜形成方法を用いて基板上に薄膜層を形成する実施形態である。図1は本発明の第1実施形態により薄膜を形成する工程を示す図である。
上記金属の酸化物の具体例として、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、トリウム(Tr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)及び、ランタン(La)からルテチウム(Lu)等の酸化物が挙げられる。
また、上記具体例の中で、特に好ましいものは、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムである。
また、電子注入・輸送材料の具体例として、オキサジアゾール類、アルミニウムキノリノール錯体等、一般的に安定なラジカルアニオンを形成し、イオン化ポテンシャルの大きい物質が挙げられる。具体的には、1,3,4−オキサジアゾール誘導体、1,2,4−トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体等が挙げられる。
まず、基板11を用意し(図1(a))、基板11を撥液処理する(図1(b))。なお、図1の符号Aは、基板11の表面が撥液性表面となったことを表している。
すなわち、撥液性を付与したい面が有機材料で形成されている場合には、撥液処理として撥液性を有する材料を塗布する方法、及びフッ素系ガスを含んだプラズマ処理を行う方法の両方法を選択することができる。フッ素系ガスを含んだプラズマ処理では、CF4、SF6のようなフッ素系ガスを用いた真空プラズマと大気圧プラズマを適用することができる。
この工程では、開口部1aを有するマスク1を基板11上に配置し、真空蒸着法により下地層15を成膜する。下地層15は、後工程で、その上に薄膜層16を形成する液状材料を配置し易くするためのものであり、親液性表面を提供する。
下地層15は、基板11の濡れ性に影響されずに膜形成が可能な乾式方法で形成することが好ましい。具体的には、真空蒸着法以外に、スパッタリング法、イオンプレーティング法、CVD法等が好ましい。また、複数の材料層を積層させて下地層15を構成してもよい。
下地層15が親液性であり、その周囲の基板11表面(撥液性表面A)が撥液性となっている。このため、下地層15に塗布された液状材料16aは、撥液性の基板11ではじかれることにより、基板11上に流れ出さず、親液性の下地層15に集中しようとする。これにより、液状材料16aは、パターン形成された下地層15上に配置される。
液状材料16aを乾燥させることにより、薄膜形成材料からなる薄膜層16が下地層15上に形成される。液状材料16aは、基板11を保持するステージ(図示せず)に取付けられた温度調整機構により温度調整しながら、ホットプレート、オーブン、ドライヤー等の乾燥機構で乾燥させることができる。
また、異なる液状材料16aを用いて、塗布工程及び乾燥工程を複数回繰り返してもよい。このように複数種の液状材料16aを使用することにより、より複雑な層構造を有する薄膜層16を形成することができる。
次に、図2により、本発明の第2実施形態による薄膜形成方法を説明する。
第2実施形態は、任意の材料層が形成されている基板上に、所望のパターン形状の薄膜を形成する実施形態である。図2は本発明の第2実施形態による薄膜形成工程を示している。なお、以下の実施形態では、第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
次に、図2(b)に示すように、基板11の表面、すなわち材料層12を撥水処理し、撥液性表面Aを形成する。撥水処理は、基板11に形成されている材料層12が無機材料からなる層である場合は、撥液性を有する材料を塗布する方法が好ましく、材料層12が有機材料からなる層である場合は、撥液性を有する材料を塗布する方法及びフッ素系ガスを含んだプラズマ処理のいずれかを適宜選択することができる。
そして、図2(d)に示すように、親液性表面を有する下地層15上に液状材料16aを塗布する。このとき、液状材料16aは、下地層15の周囲の材料層12表面(撥液性表面A)が撥液性であるため、親液性表面の下地層15上に配置される。
次に、図3乃至図5により、本発明の第3実施形態による薄膜形成方法を説明する。
第3実施形態は、本発明の薄膜形成方法を用いて有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する実施形態である。図3は本発明の第3実施形態により製造した有機エレクトロルミネッセンス素子の断面図、図4及び図5はその製造工程を示す断面図及び平面図である。
絶縁層14は、電気的絶縁性を有する材料からなり、基板11及び電極13上に形成されている。絶縁層14は、基板11と、電極13の端部を覆っており、開口部14aによって電極13の一部を露出させている。
下地層15は、開口部14aによって露出する電極13の露出部及び開口部14aの周囲の絶縁層14を覆うように形成されている。
電極17は、導電性材料からなり、薄膜層16上及び絶縁層14上に所定パターンで形成されている。酸化保護層18は、電極17等を含む基板11上を覆うように形成されている。
このような構成により、図3に示す有機EL素子10は、電極13,17間に電流を流すことによって、薄膜層16から外部に光を照射することができる。
まず、基板11を用意し、基板11上に電極13及び絶縁層14を形成する(図4(a)、図5(a))。
次に、基板11を撥液処理する(図4(b)、図5(b))。
本実施形態では、絶縁層14が有機材料、電極13が無機材料で形成されている。この例では、撥液性を付与したい面(絶縁層14)が有機材料で形成されているので、基板11の表面にフッ素系ガスを含んだプラズマ処理を行う。これにより、絶縁層14の親液性表面は、撥液化され撥液性表面Aとなる。図5(b)乃至図5(e)において符号「A(14)」は、絶縁層14の表面が撥液性表面Aとなっていることを表している。なお、電極13は無機材料で形成されているので、上記プラズマ処理を行っても、電極13は親液性表面のままである。
なお、この場合、撥液性を有する材料を塗布することによって、絶縁層14及び電極13の表面に撥液性を付与してもよい。
本実施形態では、開口部14a及びその周囲の絶縁層14を臨ませるようにマスク1を配置し、真空蒸着法により下地層15を成膜する。これにより、下地層15は、開口部14a及びその周囲の絶縁層14を覆うように形成される。なお、下地層15を他の乾式方法で作製してもよい。
下地層15は親液性であり、その周囲の絶縁層14の撥液性表面Aは撥液性となっている。このため、下地層15に塗布された液状材料16aは、絶縁層14の撥液性表面Aによってはじかれ、絶縁層14上には流れ出さず、親液性の下地層15に留まろうとする。これにより、液状材料16aは、パターン形成された下地層15上に配置される。
液状材料16aを乾燥させることにより、有機EL材料による薄膜層16が下地層15上に形成される。
さらに、液状材料16aの乾燥後に、電極17及び酸化保護層18を真空蒸着法等により形成して、図3に示した有機EL素子10を製造する。
次に、図6により、本発明の第4実施形態による薄膜形成方法を説明する。
第4実施形態は、本発明の薄膜形成方法を用いて半導体素子を製造する実施形態である。図6は本発明の第4実施形態による薄膜形成工程を示している。
次に、図6(b)に示すように、基板11上の材料層12を撥液処理し、材料層12に撥液性表面Aを形成する。
次に、図6(d)に示すように、ゲート電極として機能する下地層15上に、絶縁層材料を溶剤に溶解させた液状材料20aを塗布する。
次に、図6(e)に示すように、下地層15上に塗布した液状材料20aを乾燥させて、下地層15上に絶縁層20を形成する。なお、絶縁層20は親液性を有している。
次に、図6(h)に示すように、基板11上に所定パターンを有するマスク2を配置する。マスク2は、ソース電極及びドレイン電極を形成するためのパターンが形成されている。
そして、図6(i)に示すように、真空蒸着法等により、半導体層21上にソース電極22とドレイン電極23を形成し、半導体素子を製造する。
(実施例1)
透明ガラス基板上に第1電極として酸化インジウム錫(ITO)をパターニングした基板を準備した。
次に、ポジ型フォトレジスト(東京応化社製:OFPR−800)をスピンコーティング法により全面に塗布、乾燥させ膜厚1μmのフォトレジスト層を形成した。
次に、ITO端部を覆うように設計されたフォトマスクを用いてアライメント露光機により紫外線照射を行った後、レジスト現像液(東京応化社製:NMD−3)により露光部のフォトレジストを除去した。次に、ホットプレート上で230℃で1時間加熱処理を行いレジストを完全に加熱硬化させ有機絶縁層とした。
次に、少なくともITO露出部(開口部)が開口部となるように設計されたメタルマスクを介し、真空蒸着機により下地層として酸化モリブデンを抵抗加熱法によりパターン作製した。
実施例1において、反応性ガスとしてCF4ガスを用い大気圧プラズマ装置により撥液処理を実施した以外は全て同一のプロセスにて素子を作製した。
(評価2)発光層形成後、光学顕微鏡によりITO開口部周辺の観察を行い発光層のパターン形成の状態を観察した結果、発光層は下地層上に良好に形成されていることを確認した。
(評価3)ITO電極側を正極、金属電極側を負極に接続し、ソースメーターにより直流電流を印可し、発光部の状態を観察した結果、良好な発光状態が得られている事を確認した。
透明ガラス基板上に第1電極として酸化インジウム錫(ITO)をパターニングした。
次に、スパッタリング法により膜厚2000Åの酸化シリコン層を形成した。
次に、ポジ型フォトレジスト(東京応化社製:OFPR−800)をスピンコーティング法により全面に塗布、乾燥させ膜厚1μmのフォトレジスト層を形成した。
次に、ITO端部を覆うように設計されたフォトマスクを用いてアライメント露光機により紫外線照射を行った後、レジスト現像液(東京応化社製:NMD−3)により露光部のフォトレジストを除去した。
次に、撥液処理として、フルオロアルキルシラン(トーケムプロダクツ(株)製:MF−160E)をスピンコート法により塗布し乾燥させて撥液層を形成した。
次に、少なくともITO露出部(開口部)が開口部となるように設計されたメタルマスクを介し、真空蒸着機により下地層として酸化モリブデンを抵抗加熱法によりパターン作製した。
実施例4では、トップエミッション構造の有機EL素子を作製した。
まず、透明ガラス基板上に第1電極としてCr,酸化インジウム錫(ITO)の順に形成した積層体をパターニングした基板を準備した。
次に、ポジ型フォトレジスト(東京応化社製:OFPR−800)をスピンコーティング法により全面に塗布、乾燥させ膜厚1μmのフォトレジスト層を形成した。
次に、ITO端部を覆うように設計されたフォトマスクを用いてアライメント露光機により紫外線照射を行った後、レジスト現像液(東京応化社製:NMD−3)により露光部のフォトレジストを除去した。次に、ホットプレート上で230℃で1時間加熱処理を行いレジストを完全に加熱硬化させ有機絶縁層とした。
次に、少なくともITO露出部(開口部)が開口部となるように設計されたメタルマスクを介し、真空蒸着機により下地層として酸化モリブデンを抵抗加熱法によりパターン作製した。
実施例1において、撥液処理を実施しない事以外は全て同一のプロセスにて素子を作製した。
(評価2)有機エレクトロルミネッセンス層を形成後、光学顕微鏡によりITO開口部周辺の観察を行い発光層のパターン形成の状態を観察した結果、発光層が下地層の幅よりも大幅に広がっていることを確認した。
(評価3)ITO電極側を正極、金属電極側を負極に接続し、ソースメーターにより直流電流を印可したところ電極間が短絡し発光を確認できなかった。
1a 開口部
2 マスク
10 有機エレクトロルミネッセンス素子
11 基板
12 材料層
13 電極
14 絶縁層
14a 開口部
15 下地層
16 薄膜層
16a 液状材料
17 電極
18 酸化保護層
20 絶縁層
20a 液状材料
21 半導体層
21a 液状材料
22 ソース電極
23 ドレイン電極
A 撥液性表面
Claims (12)
- 薄膜形成材料を含む液状材料を基板上に塗布して所定領域に薄膜を形成する方法であって、
前記基板を撥液処理する工程と、
前記基板の撥液処理された面に、この面よりも前記液状材料に対して親液性を有する下地層を、乾式方法によりパターン形成する工程と、
前記下地層上に前記液状材料を塗布し、乾燥させる工程と、を有し、
前記下地層は、金属の酸化物又は金属の複合酸化物からなる層であることを特徴とする薄膜の形成方法。 - 前記基板は平坦であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜の形成方法。
- 前記下地層を形成する金属の酸化物又は金属の複合酸化物は、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム、酸化ニッケル、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムの何れかであることを特徴とする請求項1に記載の薄膜の形成方法。
- 前記下地層をパターン形成する工程では、前記下地層の端部を順テーパー形状に形成することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記下地層をパターン形成する工程では、前記薄膜の所定領域と同一の領域に前記下地層のパターンを形成することを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記下地層をパターン形成する工程では、絶縁性材料によって区画された導電性材料上に前記下地層のパターンを形成することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記撥液処理は、フッ素系ガスを含んだ真空プラズマ処理,フッ素系ガスを含んだ大気圧プラズマ処理,又は前記基板上に撥液性を有する材料を塗布する処理の何れかであることを特徴とする請求項1に記載の薄膜の形成方法。
- 前記液状材料を塗布し、乾燥させる工程を、同一の液状材料により複数回繰り返すことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の薄膜の形成方法。
- 前記液状材料を塗布し、乾燥させる工程を、異なる液状材料により複数回繰り返すことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の薄膜の形成方法。
- 請求項1乃至9の何れか1項に記載の薄膜の形成方法を用いて有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する方法。
- 請求項1乃至9の何れか1項に記載の薄膜の形成方法を用いて半導体素子を製造する方法。
- 請求項1乃至9の何れか1項に記載の薄膜の形成方法を用いて光学素子を製造する方法。
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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