JPH07268621A

JPH07268621A - エレクトロルミネッセンス表示素子の製造方法

Info

Publication number: JPH07268621A
Application number: JP6087669A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Inokuchi; 和宏井ノ口; Yoshiyasu Ando; 芳康安藤; Takashi Kanemura; 高司金村
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-17

Abstract

(57)【要約】【目的】エレクトロルミネッセンス表示素子の成膜で、
ターゲット寿命を延ばして均質な成膜を行うこと。【構成】ターゲットに対する電力供給を段階的又は連続
的に徐々に上昇させると、ターゲットの動的状態が急変
することがなく、放電状態が均一化され、ターゲットに
機械的な衝撃やストレスが掛かりにくくなる。また、予
備加熱を実施することで基板の側も表面状態を活動的に
し、安定化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種情報端末機器のデ
ィスプレイ装置や車載用表示器等に使用されるエレクト
ロルミネッセンス表示素子（以下、ＥＬ表示素子と記
載）の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＬ表示素子は、硫化亜鉛(ZnS) 等を母
体とする蛍光体に電界をかけたとき発光する現象を利用
したもので、自発光型の平面ディスプレイとして注目さ
れている。図７はその典型的な断面構造を示したもので
あり、ガラス基板上に透明電極、第一の絶縁層、発光
層、第二の絶縁層及び背面電極を順次積層した構造をし
ている。上記薄膜ＥＬを構成する各々の膜の厚さは、通
常、数百〜数千オングストロームであり、スパッタ装
置、蒸着機、イオンプレーティング装置、ＣＶＤ装置等
の成膜装置にて作製されるが、最も一般的にはスパッタ
装置と蒸着機が使用されている。

【０００３】スパッタ装置には、放電手段としてＤＣと
ＲＦ方式があり、主に前者はメタル材料やＩＴＯ等の導
電性材料に使用され、後者は主に絶縁材料等に使用され
ている。また、ターゲット材料に磁界を掛けるか否かで
コンベンショナル方式とマグネトロン方式に分けられる
が、現在はマグネトロン方式が主流となっている。従っ
て、ＥＬ表示素子を構成する絶縁層や発光層は、特公昭
61-41112号公報や特公平5-6319号公報に示されるように
一般にＲＦマグネトロンスパッタ装置で成膜されてい
る。しかし絶縁層や発光層の多くは酸化物材料や硫化亜
鉛(ZnS) 等の焼結体をターゲットとして使用するため、
スパッタターゲットが割れ易く、稼働率を低下させ、
又、パーティクルの発生等で、均一な膜の形成の妨げと
なることが問題となる。

【０００４】それは以下の理由による。一般に、ＥＬ表
示素子の発光層及び絶縁層のＲＦスパッタ成膜時の投入
パワー密度は３〜５Ｗ／cm²程度を必要とする。大面積
基板への成膜を行う際には、ターゲットサイズ（通常、
膜厚分布を均一にするために基板の 1.5〜2.0 倍が必要
とされる）が大きくなり、大パワーで駆動することとな
る。又、成膜レートは投入パワーに比例して大きくなる
ので、コストダウンの観点から膜質の許す限りパワーを
大きくして成膜を迅速にする方向に向かう。このような
状況下で、急に放電を開始して成膜に入るとターゲット
に亀裂等が生じ、場合によっては破損に至る。スパッタ
リング中は、減圧下でしかもＡｒ等のスパッタガスを必
要とするので、大気との分離をはかる上で、仕込、取り
出しの際には必ず放電を止め、大気圧−真空間の圧力変
化を被ることとなる。このように、ターゲットには繰り
返しストレスがかかるので、ターゲットダメージは時間
と共に大きくなるためである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＥＬ表示素
子を構成する絶縁層や発光層をＲＦスパッタリング法で
成膜する際に問題となる、割れによるターゲット寿命の
低下や、成膜中にターゲット材の一部がフレーク状のパ
ーティクルとなって膜中に侵入するのを防止することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の製造方法の構成は、ＥＬ表示素子を構成する
発光層及び／又は絶縁層の成膜手段がＲＦスパッタリン
グを用いた成膜方法であって、スパッタ成膜時の出力電
力をプログラム制御し、初期放電から本成膜放電に至る
プリスパッタリングの出力電力を、段階的又は連続的に
徐々に上昇させることを特徴とするものである。また、
そのプリスパッタ時の出力電力を毎分0.83Ｗ／cm²以
下、好ましくは、毎分0.41Ｗ／cm²以下のパワー密度で
段階的又は連続的に徐々に上昇させることを特徴とす
る。そしてこのための装置がインラインスパッタ装置も
しくはバッチ式スパッタ装置でプリスパッタリング中は
成膜させないことを特徴とする。更に、前記プリスパッ
タリング中の時間を利用し、ＥＬ表示素子基板を所定の
基板温度に加熱することを特徴とする。

【０００７】

【作用】ターゲットに対する電力供給を段階的又は連続
的に徐々に上昇させると、ターゲットの動的状態（温度
等）が急変することがなく、放電状態が均一化され、タ
ーゲットに機械的な衝撃やストレスが掛かりにくくな
る。また、予備加熱を実施することで基板の側も表面状
態を活動的にし、安定化する。

【０００８】

【発明の効果】本発明のように、スパッタ成膜時の出力
電力を、初期放電から本成膜放電に至るプリスパッタリ
ング期間を設け、その出力電力を段階的又は連続的に徐
々に上昇させることで、ターゲットダメージを少なくで
きる。また、そのプリスパッタ時の出力電力を毎分0.83
Ｗ／cm²以下のパワー密度とすることでターゲットの亀
裂等の破損を防ぐことができる。また、プリスパッタ時
の出力電力を毎分0.41Ｗ／cm²以下のパワー密度とする
ことで、成膜中にプリスパッタ中にターゲット材の不安
定部分が飛ばされるので、その一部がフレーク状のパー
ティクルとなって膜中に侵入するのを防止できる。さら
にまた、成膜室内に成膜待機ゾーン又はシャッター機構
を設けることにより、プリスパッタリング中には基板上
に成膜しない様にし、成膜初期に膜質の悪い膜が被着す
るのを防止することができる。また更に、プリスパッタ
リング中にＥＬ表示素子基板を所定の基板温度に加熱す
ることで、工程時間を有効に利用すると共に、本成膜で
の膜質の向上が図れる。

【０００９】

【実施例】以下、具体的な実施例に基づいて説明する。
図３は本発明によって作成されるＥＬ表示素子３０の断
面を示した模式図である。ＥＬ表示素子３０は、透光性
絶縁基板であるノンアルカリのガラス基板３１上に順
次、以下の薄膜が形成され構成されている。ガラス基板
３１上には、ITO(Indium Tin Oxide ：酸化インジウ
ム、錫）透明導電膜からなる透明電極３２、SiON / Ta₂
O₅・Al₂O₃からなる第一絶縁層３３、ZnS:TbOFからなる
発光層３４、SiON / Ta₂O₅・Al₂O₃/ SiONからなる第二
絶縁層３５、及び酸化亜鉛(ZnO:Ga₂O₃）透明導電膜から
なる第二透明電極３６が積層形成されている。

【００１０】次に、以上のＥＬ表示素子３０の製造方法
について以下に述べる。ガラス基板３１上にITO (Indiu
m Tin Oxide ：酸化インジウム、錫）透明導電膜をアル
ゴン(Ar)及び酸素(O) の混合ガス雰囲気中でＤＣスパッ
タして2000Åの厚さに成膜し、ウエットエッチングによ
り、図３の左右方向であるＸ方向にストライプ状の透明
な第一電極３２を形成した。

【００１１】その上に、シリコンをターゲットとしてア
ルゴン、窒素及び少量の酸素の混合ガス雰囲気中で高周
波スパッタリングして酸化窒化珪素(SiON)を1000Åの厚
さに成膜した（第一絶縁層３３の下層部分）後、その上
に、五酸化タンタル・酸化アルミニウム混合(Ta₂O₅・Al
₂O₃)をターゲットとして、インラインスパッタ装置Ａを
用いてアルゴン及び酸素の混合ガス雰囲気中で高周波ス
パッタリングして3000Åの厚さに連続成膜し、第一絶縁
層３３を形成した。

【００１２】次に、フッ化酸化テルビウム(TbOF)を添加
した硫化亜鉛(ZnS) をターゲットとして、アルゴン(Ar)
及びヘリウム(He)の混合ガス雰囲気中で高周波スパッタ
して5000Åの厚さに成膜し、発光層３４を形成した。発
光層３４の成膜には、絶縁層とは別の発光層用インライ
ンスパッタ装置Ｂ（構成は装置Ａと同一で、ターゲット
材が異なる）を用いて成膜した。そして、第一絶縁層と
同じインラインスパッタ装置Ａを用いて、SiONを1000
Å、 Ta₂O₅・Al₂O₃を2000Åの厚さに連続成膜し、その
上に更にSiONを1000Å成膜して第二絶縁層３５を形成し
た。

【００１３】第一、第二絶縁層共に成膜条件は同じであ
り、膜厚は搬送速度と繰り返し成膜回数により調整し
た。これらの薄膜を積層形成した後、Ga₂O₃を添加した
ZnO 透明導電膜をイオンプレーティングにより4500Åの
厚さに成膜し、フォトエッチング法により、図３の紙面
に垂直な方向であるＹ方向にストライプ状の第二電極３
６を形成した（但し、図３ではストライプ状態を描いて
いない）。ここで、絶縁層および発光層の成膜に用いた
インラインスパッタ装置Ａ、Ｂは基本的に同型であるの
で、図１に示す横方向から見たインラインスパッタ装置
の断面の模式図を用いて、その概略について説明する。

【００１４】図１(a) に示すインラインスパッタ装置１
００は、基板を搭載するトレイ１０５を搬入する仕込み
室１１０、スパッタを行う真空容器となる成膜室１２
０、成膜させた基板を取り出すための取り出し室１３０
が一列に配置され、成膜室１２０を真空に維持すること
ができるよう、それぞれの室の間がゲートバルブ１４０
で仕切られている。トレイ１０５には基板が垂直に搭載
され、トレイ１０５の運搬はステップモータなどの図示
しない動力源により自動制御で搬入される。

【００１５】成膜室１２０内のスパッタターゲット１５
０は、基板に対して充分な大きさを持つように縦長に形
成されている。スパッタリングは真空もしくは真空後に
ガス１６０を僅かにリークした減圧下で、図示しない加
熱装置によって基板が加熱された状態で成膜される。

【００１６】加熱は図１(b) に示すように、図１(a) の
スパッタ装置１００のライン、即ちトレイ位置に対応さ
せて分布させてあり、スパッタを行う部分で高温の成膜
温度となるようにトレイの温度分布が設定してある。仕
込み室１１０内では、基板に熱的ストレスを与えないた
め予備加熱を行う。仕込み室１１０でも成膜室に備えて
真空にするので、その間に加熱することができる。

【００１７】成膜室１２０内では、一旦ターゲットに至
る前の成膜待機ゾーン１７０で、ターゲットの放電が安
定するまで待つ。これは、トレイ搬入後にガス１６０を
リークし、それから放電を始めるために必要となる基板
の待機ゾーンで、待機している間にその基板に対して加
熱し、ターゲットの状態が安定してからトレイを動かし
てターゲットの横を通過させて成膜させる。所定の膜厚
を得るには一回の通過だけでは不十分な場合があるの
で、何度か往復させたり、ゆっくり通過させたりして、
ターゲット前を通過するスパッタ時間が同一になるよう
に調節する（図１のターゲット１５０部分にある両矢印
はトレイの動きを示す）。成膜が終了したら、トレイ１
０５を取り出し室１３０に移して冷却し、大気圧に戻し
てから取り出す。

【００１８】ＲＦスパッタリングは周知の技術である
が、基本的に真空放電によってターゲットをガスイオン
で叩いて粒子化し、ターゲット材を基板上に堆積する仕
組みである。この放電は図２に示すような構成で実施さ
れる。真空放電自体はターゲットとそれに対向する電極
間に高圧をかけてアルゴンガスを介在させて放電させ
る。そして安定したグロー放電とするために高周波電力
（ＲＦパワー）を重畳させてイオンを発生させ、この高
周波電力でスパッタリングの成膜制御を行っている。従
来は単純に放電を開始させ、スパッタリングに必要な電
力の約半分の電力を投入するプリスパッタリング時間を
設けて、安定した時点まで待ってスパッタリングを行っ
ていた。

【００１９】本実施例では、この放電の制御を行う高周
波電源（ＲＦ電源）２１に対して、操作パネル２４から
プログラム制御器２３を操作して、プログラムにより電
力制御を実施する。即ち一挙に電力をターゲットに投入
するのではなく、また定常値の半分の電力値でプリスパ
ッタリングを行うのではなく、プリスパッタリングの電
力投入量を次第に変化させて、安定した放電立ち上がり
を確実にする。このようにすることで、ターゲットに衝
撃やストレスがかかるのを防ぎ、また放電立ち上がりの
スパッタリングの不安定さが短縮され、安定した成膜が
実施される。プログラムは操作パネル２４からプログラ
ム制御器２３によって調節され、高周波電源２１を制御
する。高周波電源２１はオートマッチングBOX ２２を介
してターゲット２６（及び対向電極）に接続され、ター
ゲット２６に適切な一定電力が印加されるようにモニタ
２５で監視しながらスパッタリングを行う。

【００２０】このプリスパッタリング時の電力の立ち上
がり方として、スパッタ成膜時の初期放電から本成膜放
電に至るプリスパッタリングの出力電力を段階的又は連
続的に徐々に上昇させるのに図４に示すような電力特性
が挙げられる。図４(a) は、いわゆる最適制御特性など
によく現れる指数関数的立ち上がりの特性で、オーバー
シュートの振動や過剰ダンピング的な立ち上がり不足の
ない、程良い電力立ち上がり特性である。この特性にお
ける出力電力は最終段階で毎分0.41Ｗ／cm²を充分下回
っている。ただしこの立ち上がりの傾きはターゲットの
大きさなどに依存するため、実測して最適な値を得てお
くことが必要である。

【００２１】また図４(b) は、放電開始レベルから一定
増加量で電力を増加させる。ただしこの出力電力を毎分
0.83Ｗ／cm²以下のパワー密度で段階的又は連続的に徐
々に上昇させる、望ましくは出力電力を毎分0.41Ｗ／cm
²以下のパワー密度で段階的又は連続的に徐々に上昇さ
せることが、立ち上がり後により安定した成膜を実施で
きる。また、この直線的な特性はプログラム操作しやす
く、簡便に実施できる利点がある。

【００２２】また図４(c) の特性は、手動でも実施可能
な多段ステップ型特性で、各ステップが余り大きく立ち
上がらないように、図４(b) の特性を近似するような感
じで電力を立ち上げていく（図では模式的に示してあ
り、必ず階段的な立ち上がりにする必要はない）。この
場合でも、平均してパワー密度で毎分0.83Ｗ／cm²以
下、望ましくは毎分0.41Ｗ／cm²以下となるようにす
る。なお、図４(d) は発明者らが従来実施していた半分
の電力値でプリスパッタリングを行っていた特性で、そ
れ以前の、ターゲットが壊れやすかった単純な電力フル
投入である図４(e) に比べて不安定期間が短くなって、
パーティクルの発生等やエネルギーの無駄などを少なく
していたが、本発明により、さらに安定した電力投入
で、ターゲットに過負荷を与えず、従ってターゲットの
寿命を延ばし、フレーク状のパーティクル発生が低減さ
れ、不安定期間がさらに短くなって、効率的にスパッタ
リングが実施できるようになった。

【００２３】なお、以上の図４に示した高周波電力の立
ち上がり特性の他にも、それぞれのスパッタ装置および
ターゲットに特有の立ち上がり特性であっても、本発明
の構成で、出力電力が毎分0.83Ｗ／cm²以下のパワー密
度であれば本発明の効果は同等であり、本発明が有効で
あることは言うまでもない。

【００２４】（第二実施例）本発明の特徴は、インライ
ンスパッタ装置に限らずとも効果がある。図５はマルチ
チャンバー・スパッタ装置５０で、複数の成膜室５１〜
５４を持ち、続けて複数の層を成膜することができる。
このスパッタ装置は搬入室５５からトレイ５６を待機室
５７に搬入し、この中でトレイ５６が各成膜室に搬入さ
れてそれぞれの成膜が継続的に実施される。なお各成膜
室の入口には、図示しないゲートが設けられており、一
つの成膜室のスパッタリングで他の部分が汚染されるこ
とはない。このような構成でもスパッタ放電はそれぞれ
で独立しており、本発明を適用でき、それぞれのターゲ
ット材５０１〜５０４が長寿命化し、また成膜を早く安
定させることができる。

【００２５】（第三実施例）また当然ながら、バッチ式
スパッタ装置においても本発明の効果は同様である。即
ち、図６に示すバッチ式スパッタ装置６０で、放電開始
から安定するまではシャッター６３でトレイ上の基板６
４を覆っておくので、不安定なスパッタリングの間は基
板６４に不均一な膜が積層されない。しかし、本発明の
構成のプリスパッタリングによりターゲット材を傷める
ことなくスパッタリングが実施できるため、やはりター
ゲット材料を浪費しなくて済む。

【００２６】本発明はターゲット材の寿命を延ばし、効
率的なスパッタリングを実現する効果を有するが、その
他に、ターゲット材が現在では非常に高価なものである
ことから、本発明はＥＬ表示素子のコストを下げる効果
も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】インラインスパッタ装置の模式的構成図。

【図２】ＲＦスパッタリングの系統説明図。

【図３】ＥＬ表示装置の模式的構成断面図。

【図４】高周波電力（ＲＦパワー）の投入特性の説明
図。

【図５】マルチチャンバー・スパッタ装置の模式的構成
図。

【図６】バッチ式スパッタ装置の模式的構成図。

【符号の説明】

１００インラインスパッタ装置１０５トレイ（基板搬送用）１１０仕込み室１２０成膜室１３０取り出し室１４０ゲートバルブ１５０ターゲット１７０成膜待機ゾーン１８０成膜ゾーン２１高周波電源（ＲＦ電源）２２オートマッチングＢＯＸ２６ターゲット（ターゲット材および対向電極）５０マルチチャンバー・スパッタ装置５６トレイ（基板搬送用）５１〜５４成膜室（各種）５５搬入室５７待機室５０１〜５０４各種ターゲット６０バッチ式スパッタ装置６２ターゲット６３シャッター６４基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 // Ｇ０１Ｄ 11/28 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上に少なくとも光取り出し側が
透明導電材料からなる一対の電極間に、蛍光体からなる
発光層および絶縁層が配設されたエレクトロルミネッセ
ンス表示素子の製造方法において、該エレクトロルミネッセンス表示素子を構成する発光層
及び／又は絶縁層の成膜手段がＲＦスパッタリング法で
あって、スパッタ成膜時の初期放電から本成膜放電に至るプリス
パッタリングの出力電力を段階的又は連続的に徐々に上
昇させることを特徴とするエレクトロルミネッセンス表
示素子の製造方法。
【請求項２】前記プリスパッタリングの出力電力を毎分
0.83Ｗ／cm²以下のパワー密度で段階的又は連続的に徐
々に上昇させることを特徴とする請求項１記載のエレク
トロルミネッセンス表示素子の製造方法。
【請求項３】前記スパッタリングを行うスパッタ装置
が、複数の成膜室が直線的に並ぶインライン式のスパッ
タ装置であり、成膜室内入口部に成膜待機ゾーンを有
し、前記プリスパッタリング中は基板上に成膜しないこ
とを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネッセン
ス表示素子の製造方法。
【請求項４】前記スパッタリングを行うスパッタ装置
が、成膜室のみから成るバッチ式のスパッタ装置、また
は基板の出し入れ等を行う１つの準備室を介して複数の
バッチ式のスパッタ装置を有するマルチ・チェンバー式
のスパッタ装置であり、成膜室内に成膜待機ゾーン又はシャッター機構を有し、
前記プリスパッタリング中は基板上に成膜しないことを
特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネッセンス表
示素子の製造方法。
【請求項５】前記プリスパッタリング中に、エレクトロ
ルミネッセンス表示素子基板を所定の基板温度に加熱す
ることを特徴とする請求項１記載のエレクトロルミネッ
センス表示素子の製造方法。