KR101207073B1 - 유기 전자 장치의 제작 동안 유기층을 제거하는 방법 및이러한 방법에 의해 형성된 유기 전자 장치 - Google Patents
유기 전자 장치의 제작 동안 유기층을 제거하는 방법 및이러한 방법에 의해 형성된 유기 전자 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 (a) 기판상에 서로 공간적으로 떨어져 있는 제 1 전도 부재 및 전도 리드를 형성하는 단계; (b) 기판, 제 1 전도 부재 및 전도 리드상에 유기층을 형성하는 단계; (c) 제 2 전도 부재를 포함하고 유기층에 대해 노출부 및 비노출부를 만드는 패턴화된 전도층을 유기층상에 형성하는 단계; 및 (d) 하나 이상의 산소-함유 기체를 사용하여 약 0.01 내지 7.5 mTorr 범위의 압력에서 유기층의 적어도 노출부를 건식 에칭하여 전도 리드의 일부를 노출시키는 단계를 포함하는, 유기 전자 장치를 형성하는 방법에 관한 것이다.
건식 에칭, 유기 전자 장치, 전도 부재, 전도 리드, 유기층
Description
연관 출원에 대한 상호참조
본원은 2003년 7월 22일자로 출원된 미국 출원 10/625,112의 일부 계속 출원이다.
연방 정부로부터 지원된 연구에 대한 기술
본 발명은 DARPA 인가 번호 4332 하의 정부 지원으로 수행되었다. 정부도 본 발명에 대해 특정 권리를 가질 수 있다.
본 발명은 일반적으로 유기 전자 장치에 관한 것이며, 보다 특히 유기 전자 장치의 제작 동안 동작 감작 요소 (performance sensitive element)로부터 유기 물질을 제거하는 방법 및 이러한 방법에 의해 형성된 유기 전자 장치에 관한 것이다.
유기 전자 장치, 예를 들어 유기 발광 다이오드 디스플레이 (OLED)에 있어서, 레이저 절삭 공정은 장치의 목적하지 않는 동작 감작 영역으로부터 유기 물질을 제거하는데 사용되어 왔다. 설명 목적상, 하나의 기술에 있어서 OLED 장치 제작의 제 1 단계는 전도 부재 (conductive member) (예를 들어, 애노드와 같은 전극) 및 전도 리드 (conductive lead)의 침착 및 패턴화이다. 애노드는 통상적으로 리튬 주석 산화물 (ITO)이며, 전도 리드는 접착층, 저저항 전도층 및 보호성 캐핑층을 포함하는 3-층 샌드위치를 포함할 수 있다. 전형적인 OLED 전도 리드 구조물은 Cr/Cu/Cr이다. 애노드 및 전도 리드를 형성한 후, 이 공정은 캐쏘드-분리층을 형성하고 이어서 유기 층, 예를 들어 버퍼층 (또한 전하 전달층으로 공지됨) (BL, buffer layer) 및 전기 발광층 (EL, electro-luminescent layer)을 기판의 전체 표면상에 형성하는 것을 수반한다. 이러한 분야에서의 현행 실시에 따르면, 그 뒤 기판을 레이저 절삭 시스템으로 옮겨, 여기에서 유기층이 제거되어야 할 영역에 레이저 빔의 초점을 맞춘다. 이들은 접착제 (glue)가 캡슐화 덮개를 위해 분배되는 활성 영역의 주위의 프레임 (때때로 레일로 불림), 전극-대-전도 리드 전기 접촉 패드 및 결합 패드를 포함하며, 이들은 OLED의 동작 감작 영역의 예시이다.
레이저 절삭 공정은 심각한 결점을 가지며, OLED 장치를 대용량으로 제작하는데 있어 유대가 약하다. 레이저 절삭 기계는 고가이며, 이의 모듈은 유지하기가 어렵고, 대체로 이 기계를 다른 공정 기구와 연계하는 것이 용이하지 않다.
또한, 재료면에서, 레이저 절삭 공정은, 기체, 예를 들어 산소가 휘발성 산 화물종의 형성을 돕기 위해 부가되지 않는 경우, 제거를 방해하는 곤란한 탄소성 잔사를 남기기 때문에, 유기층의 제거에 적합하지 않다. 그러나, 감작성 EL 유기 활성층이 절삭 공정 동안 대기 (이는 통상 순수 질소이다)에 노출되기 때문에 산소의 사용은 위험하다. 잔사 문제는 높은 레이저 플루언스 (mJ/pulse로 측정됨)을 사용하여 다소 이동될 수 있으나, 이의 바람직하지 못한 부작용이 아래에 놓인 리드 구조물의 크래킹이다. 따라서, 이러한 장치의 신뢰성이 손상된다.
이 공정을 보다 곤란하게 하는 것으로서, 이용가능한 엑시머 레이저 빔의 파장이 소수의 특정 값으로 제한되어, 표적 유기 물질 (예를 들어, BL 및 EL)이 동일한 파장 영역에서 흡수 밴드를 갖게 한다. 이는 중요한 자유도를 제거하여, 절삭 효율이 불가피하게 손상된다.
절삭 공정의 마지막에, 접촉이 이루어지는 전도 리드가 레이저 에너지의 공격을 완전히 정면으로 받아 부분적으로 절삭될 수 있다. 일부의 경우, 전도 리드에 의한 레이저 광자의 흡수가 유기층에서의 흡수보다 높을 수 있으며, 이러한 경우 이 공정은 이용할 수 없게 된다.
용매 및 물질을 이용한 습식 세정 표면은 전자 장치의 제작 공정에서 다양한 문제를 일으킨다.
따라서, 유기 전자 장치의 동작 감작 영역으로부터 모든 타입의 유기 물질을 세정할 개선된 공정이 필요하다.
발명의 요지
본 발명은
(a) 기판상에 서로 공간적으로 떨어져 있는 제 1 전도 부재 및 전도 리드를 형성하는 단계;
(b) 기판, 제 1 전도 부재 및 전도 리드상에 유기층을 형성하는 단계;
(c) 제 2 전도 부재를 포함하고 유기층에 대해 노출부 및 비노출부를 만드는 패턴화된 전도층을 유기층상에 형성하는 단계; 및
(d) 하나 이상의 산소-함유 기체를 사용하여 유기층의 적어도 노출부를 약 0.01 내지 7.5 mTorr 범위의 압력 하에 건식 에칭 (dry etching)하여 전도 리드의 일부를 노출시키는 단계를 포함하는 공정으로 제작된 유기 전자 장치를 포함한다.
또한, 본 발명은
(a) 기판상에 유기 물질을 포함하는 유기층을 형성하는 단계;
(b) 기판의 제 1 영역에서 유기층을 제거하는 단계; 및
(c) 제 1 영역에서 유기층을 제거하는 단계와는 별개의 단계로 수행되는 단계로서, 하나 이상의 산소-함유 기체를 사용하여 약 0.01 내지 7.5 mTorr의 압력 하에 기판의 제 2 영역에서 유기층을 건식 에칭하는 단계를 포함하여, 유기 전자 장치를 형성하는 방법을 포함한다.
본 발명은 예시로써 설명되며, 첨부된 도면에 제한되지 않는다.
도 1은 주변 (peripheral) 또는 원거리 (remote) 회로에 전도 부재 및 전도 리드를 형성한 후 기판의 일부에 대한 평면도이다.
도 2는 캐쏘드 분리 영역을 형성한 후 도 1의 기판에 대한 평면도이다.
도 3은 홀-전달층 및 유기 활성층을 형성한 후 절단선 3-3에서의 도 2의 기판의 일부에 대한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 양태에 따라 패턴화된 전도층을 형성하는데 사용되는 새도우 마스크의 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따라 도 4의 새도우 마스크를 사용하여 패턴화된 전도층을 형성한 후 도 2의 기판에 대한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 양태에 따라 절단선 6-6에서의 도 5의 기판의 일부에 대한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 양태에 따라 홀-전달층 및 유기 활성층의 건식 에칭 후 도 5의 기판에 대한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 양태에 따라 전도 부재에 대해 제 2 전도층을 형성하는데 사용되는 새도우 마스크의 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 양태에 따라 도 8의 새도우 마스크를 사용하여 패턴화된 전도층을 형성한 후 도 7의 기판에 대한 평면도이다.
도 10은 패턴화된 전도층을 형성한 후 절단선 10-10에서의 도 9의 기판에 대한 단면도이다.
도 11은 유기층을 형성하고 유기층의 일부를 레이저 절삭하여 전도 리드의 일부를 노출시킨 후 절단선 11-11에서의 도 2의 기판에 대한 단면도이다.
도 12는 낮은 전극의 위에 놓인 전도 부재를 형성하고 캐쏘드 부재와 접촉시킨 후 도 11의 기판에 대한 단면도이다.
당 분야의 기술자라면, 도면의 요소가 단순화 및 석명을 위해 예시된 것으로서 반드시 일정 비례로 그려진 것이 아님을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면의 요소 중 일부에 대한 크기는 본 발명의 양태에 대한 이해를 돕기 위해 다른 요소에 비해 과장될 수 있다.
유기 전자 장치의 형성 동안 유기층을 건식 에칭하기 위한 공정이 개발되어 왔다.
건식 에칭은 기판의 영역 또는 다른 특징물, 특히 후속한 전기적 연결 또는 주변 실링이 이루어지는 특징물 (예: 전도 리드, 결합 패드 및 레일)을 노출시키기 위해 수행될 수 있다. 유기 전자 장치의 생산에 새로운 공정을 이용하는 것의 잇점은, 건식 에칭 공정이 유기 물질을 제거하는데 상대적으로 깨끗하고 보다 적은 비용의 기술을 제공하고, 프로세싱 장비를 유지하기가 용이하며, 고용량 제작에 적합하고, (임의로) 전도 리드의 레이저 절삭 또는 결합 패드의 습식 에칭에 대한 필요성을 제거한다는 것이다. 또한, 건식 에칭은 제거된 물질의 재-침착을 피하도록 조절될 수 있으며, 이는 장치의 캡슐화보다 우수한 균일한 접촉 저항 및 제작될 유기 전자 장치 및 장치의 적용에 따라 기타 잇점을 제공한다. 새로운 공정을 이용하여 제작되는 장치는 작업능에서 개선을 보였다. 예를 들어, OLED 디스플레이에서 수명 개선, 장치 효율성 개선 및 누전의 감소가 관측될 수 있다.
본 발명의 건식 에칭은 1-단계 또는 다단계 작업으로 일정 조건 또는 변화된 조건 하에, 사용되는 기체를 변화시키거나 다른 작업 변수, 예를 들어 압력, 전력 밀도, 온도, 기체 유속, 기체의 상대적 조성 및 전압을 다양화시켜 수행될 수 있다. 2-단계를 이용하는 경우, 제 1 단계는 유기층의 노출부를 제거하기 위해 수행될 수 있으며, 제 2 단계는 바람직하지 않은 물질(들), 예를 들어 비-휘발성 에칭 산물 및 오염물을 제거하기 위해 수행될 수 있다. 본 발명의 건식 에칭은 레이저 절삭 및 습식 에칭을 완전히 대체하거나, 임의로 유기 전자 장치의 제작에 통상 사용되는 레이저 절삭 및 습식 에칭 기술과 조합하여 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 잇점은 하기 상세한 설명 및 청구의 범위로부터 명백해질 것이다.
상세한 설명은 우선 정의, 이어서 건식 에칭 전 프로세싱, 건식 에칭, 및 건식 에칭 후 프로세싱을 검토한다. 다른 부분은 기타 양태, 잇점 및 마지막으로 실시예를 포함한다.
1. 정의
후술되는 양태에 대한 상세한 설명을 검토하기 전에, 일부 용어를 정의하거나 명백히 한다. 본원에 사용된 용어 "어레이", "주변 회로" 및 "원거리 회로"는 유기 전자 장치의 상이한 영역 또는 성분을 의미하고자 한다. 예를 들어, 어레이는 정연된 배치물 (통상적으로 컬럼 및 줄 (row)로 표시됨) 내에 다수의 픽셀, 전지 또는 기타 구조물을 포함한다. 어레이 내의 픽셀, 전지 또는 다른 구조물은, 어레이와 동일한 유기 전자 장치 내에 가로놓이나 어레이의 외부에 있을 수 있는, 주변 회로에 의해 국부적으로 조절될 수 있다. 원거리 회로는 통상적으로 주변 회로로부터 떨어져 있으며, (통상적으로 주변 회로를 통해) 어레이로 시그널을 전송하거나 어레이로부터 시그널을 수령할 수 있다. 원거리 회로는 또한 어레이와 관련되지 않은 기능을 수행할 수 있다. 원거리 회로는 어레이를 갖는 기판에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다.
용어 "유기 전자 장치"는 하나 이상의 유기 반도체층 또는 물질을 포함하는 장치를 의미한다. 유기 전자 장치는 (1) 전기적 에너지를 방사선으로 전환하는 장치 (예: 발광 다이오드, 발광 다이오드 디스플레이, 또는 다이오드 레이저), (2) 전자적 공정을 통해 시그널을 검출하는 장치 (예: 광검출기, 예를 들어 광전도 전지, 광레지스터, 광스위치, 광트랜지스터, 광튜브, IR 검출기), (3) 방사선을 전기적 에너지로 전환하는 장치 (예: 광기전 장치 또는 태양 전지), 및 (4) 하나 이상의 유기 반도체층을 포함하는 하나 이상의 전자 성분을 포함하는 장치 (예: 트랜지스터 또는 다이오드)를 포함한다.
본 발명에 사용된 용어 "건식 에칭"은 기체(들)를 사용하여 수행되는 에칭을 의미한다. 건식 에칭은 이온화된 기체(들)를 사용하거나 이를 사용하지 않으면서 수행될 수 있다. 건식 에칭은, 에칭에 액체가 사용되는 "습식 에칭"과 대조될 수 있다. 건식 에칭에 대한 보다 상세한 설명이 본원에서 후술된다.
용어 "전자 구인 (electron withdrawing)"은 "홀 도입 (hole injection)"과 동의어이다. 문자 그대로, 홀은 전자가 없다는 것을 나타내며, 통상적으로 전자를 제거함으로써 형성되며, 이로써 홀이라 불리는 양전하 캐리어가 만들어지거나 도입되는 착각을 만든다. 홀은 전자 쉬프트에 의해 이동하며, 전자가 없는 영역은 인접층으로부터의 전자로 채워지고, 이는 홀이 인접 영역으로 움직이는 외형을 낳는다. 간단히, 용어 홀, 홀 도입, 홀 전달 및 이들의 변형이 이용될 것이다.
용어 "전하 전달 물질"은 전하를 수령하여 상대적 효율성 및 소량의 전하 손실 하에 물질의 두께를 통해 전하의 움직임을 용이하게 하는 물질을 의미한다.
용어 "플루오로카본 기체"는 탄소 및 불소를 포함하는 분자를 포함하는 기체를 의미한다. 이러한 분자는 수소, 산소, 질소 또는 (불소와 상이한) 다른 할로겐을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 필요한 경우 보다 많은 탄소 원자가 사용될 수 있지만, 통상적으로 건식 에칭에 사용되는 플루오로탄소 기체는 2개 초과의 탄소 원자를 갖지 않는다.
용어 "인터할로겐"은 2개 이상의 상이한 할로겐으로 이루어진 분자 화합물을 의미한다. 인터할로겐은 ClF, ClF3 , ClF5, BrF3, BrF5, 및 IF5을 포함한다.
용어 "등방성 에칭"은 기판을 횡단면으로 보았을 때 수직 및 수평 방향으로 동일하게 나타나는 에칭을 의미한다. 용어 "이방성 에칭"은 기판을 횡단면으로 보았을 때 수직 방향으로만 나타나는 에칭을 의미한다. 비록 에칭이 전적으로 등방성 또는 이방성이 아니더라도, 에칭은 (등방성 또는 이방성의) 다른 것과 비교하여 상당히 더 등방성 또는 이방성인 경향이 있다.
용어 "낮은 일함수 (work function) 물질"은 약 4.4 eV 이하의 일함수를 갖는 물질을 의미하고자 한다. 용어 "높은 일함수 물질"은 약 4.4 eV 이상의 일함수를 갖는 물질을 의미하고자 한다.
용어 "동작 감작 요소"는 장치의 전기적 또는 전도적 기능 동작, 장치 수명, (공기 및 습기를 포함하여) 주변 영향으로부터 장치를 실링하는 영역, 전극의 크로스-토크 (cross-talk)에 영향을 주는 유기 전자 장치의 양상, 특징 또는 구조물을 의미하고자 하며, 전도 리드, 픽셀 어레이, 레일 및 접촉 패드를 포함하나 이에 제한되지 않는다.
본원에 사용된 용어 "포함한다(comprise)", "포함하는(comprising)", "포함한다(include)", "포함하는(including)", "갖는다", "갖는" 또는 이의 다른 변형어는 비-제한적 포함관계를 포괄하고자 하는 것이다. 예를 들어, 요소의 리스트를 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 기구는 반드시 이들 요소로 제한되지 않고, 그러한 공정, 방법, 물품 또는 기구로 명시적으로 열거되거나 고유하지 않은 다른 요소를 포함할 수 있다. 또한, 달리 분명히 표현되지 않는 한, "또는"은 포함적이거나(포함적이고) 배타적이지 않은 것을 언급한다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 하기한 것에 의해 충족된다: A는 진실 (또는 존재함)이고 B는 거짓임 (또는 존재하지 않음), A는 거짓 (존재하지 않음)이고 B는 진실임 (또는 존재함), 및 A와 B 모두 진실임 (또는 존재함). "하나의 (a 또는 an)"의 사용은 본 발명의 요소 및 성분을 기술하기 위해 사용된다. 이는 단지 편의상 행해지는 것이며 발명의 일반적 의미를 제공한다. 이러한 기술은 하나 또는 그 이상을 포함하도록 읽혀져야 하며, 또한 명백히 달리 의미되지 않는 한 단수는 또한 다수를 포함한다.
원소 주기율표의 컬럼에 상응하는 족의 번호는 문헌 (CRC Handbook of Chemistry and Physics, 81st Edition (2000))에 보여지는 바와 같이 "새로운 표기"를 이용한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 비록 본원에 기술된 방법 및 물질과 유사 또는 동일한 방법 및 물질이 본 발명의 실시 또는 테스트에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 물질이 후술된다. 본원에 언급된 모든 공개문, 특허 출원, 특허 및 기타 참조문의 내용이 그 전체로서 참조로 본원에 삽입된다. 분쟁이 있는 경우, 정의를 포함한 본원 명세서가 이를 조절할 것이다. 또한, 물질, 방법 및 실시예는 단지 설명을 위한 것으로서, 제한하고자 하는 것이 아니다.
본원에 기술되지 않은 범위의 특정 물질, 프로세싱 기술 및 회로에 대한 많은 상세한 기술을, 예를 들어 유기 발광 다이오드 디스플레이, 광검출기, 광전지 및 반도체 기술에 관한 교재 및 다른 공급처에서 발견할 수 있다.
2. 건식 에칭 전 프로세싱 (
Pre
-
Dry
Etching
Processing
)
유기 전자 장치의 동작 감작 요소가 건식 에칭되고 특히 하나 이상의 아래에 놓인 유기 물질을 건식 에칭할 때 마스크로서 패턴화된 전도층을 사용하는, 도 1 내지 10에 기술되고 이에 나타낸, 제 1 세트의 양태에 대해 기술한다. 유기 전자 장치를 형성하는데 현재 사용되는 물질이 사용될 수 있다. 따라서, 새로운 물질을 사용하는 공정 개발 및 통합 우려를 피할 수 있다.
도 1 내지 10에 설명된 양태는 단색의 수동 (passive) 매트릭스 OLED 디스플레이를 제조하는데 사용될 수 있다. 멀티-컬러 또는 풀-컬러의 수동 매트릭스 및 능동 (active) 매트릭스 OLED 디스플레이와 함께 사용하기 위해 만들어질 수 있는 변형이 본 명세서에서 후술된다.
도 1은 기판 (10)의 일부에 대한 평면도이다. 도 1은 OLED의 어레이의 일부를 포함한다. 어레이는 통상적으로 매우 크나, 본 발명을 보다 잘 설명하기 위해 보다 작은 어레이를 기술한다. 기판 (10)은 전도성, 반전도성 또는 절연성 물질을 포함하여 거의 모든 타입 및 수의 물질을 포함한다. 기판 (10)이 전도성 기재를 포함하는 경우, 성분의 부분들 사이에 적합한 전기적 절연을 확실히 하기 위해 주의가 필요하다. 전도성 기재는 충분한 두께를 갖는 절연층에 의해 커버되어 위에 놓인 전극 또는 전도체와 아래에 놓인 전도성 기재 사이의 기생적 전기용량 효과를 감소시킬 수 있다.
기판 (10)은 유리 또는 세라믹 물질 (예: 알루미나 또는 사파이어) 또는 하나 이상의 중합체성 필름을 포함하는 유연성 기판일 수 있다. 중합체성 필름을 위한 적합한 중합체의 예는 필수적으로 하기를 함유하는 하나 이상의 물질 중에서 선택될 수 있다: 폴리올레핀 (예: 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌); 폴리에스테르 (예: 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트); 폴리이미드; 폴리아미드; 폴리아크릴로니트릴 및 폴리메타크릴로니트릴; 퍼플루오르화 및 부분적 플루오르화 중합체 (예: 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌과 폴리스티렌과의 공중합체); 폴리카보네이트; 폴리비닐 클로라이드; 폴리우레탄; 폴리아크릴 수지 (아크릴 또는 메타크릴산의 에스테르의 단독중합체 및 공중합체를 포함); 에폭시 수지; 노볼락 (Novolac) 수지; 및 이의 배합물. 다수 필름이 사용되는 경우, 이들은 적합한 접착제를 사용하거나 공지된 코팅, 공-압출 또는 다른 유사한 공정을 포함한 통상의 층 생성 공정에 의해 서로 결합될 수 있다. 중합체성 필름은 일반적으로 약 12 내지 250 마이크론 범위의 두께를 갖는다. 하나 이상의 필름 층이 존재하는 경우, 각각의 두께는 보다 얇을 수 있다.
중합체성 필름(들)이 필수적으로 상술된 중합체 하나 이상을 포함할 수 있더라도, 필름(들)은 또한 하나 이상의 통상의 첨가제(들)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 많은 시판되는 중합체성 필름은 큰 롤로서 저장되었을 때 필름의 층들이 서로 들러붙는 것을 방지하기 위해 슬립제 (slip agent) 또는 매트제 (matte agent)를 함유한다.
기판 (10)이 중합체성 필름을 포함하는 경우, 차단층 (표시되지 않음)이 기판상에 형성될 수 있다. 차단층은, 뒤에 형성되고 건식 에칭될 유기층과 상이한 에칭률을 갖는 전기적 절연체를 포함할 수 있다. 차단층은 에칭 정지물로서 아래에 놓인 기판을 보호하기 위해 사용될 수 있다. 예시적 차단 물질은 Si02, Si3N4, 절연 금속 산화물 또는 질화물 (예: Ti02, Al203, Al203 SiO2, 3Al203 2SiO2, AlN), 또는 이의 배합물을 포함할 수 있으며, 약 2 내지 500 nm 범위의 두께를 갖는다.
차단층은 플라즈마 강화된 화학적 증착 또는 물리적 증착 (통상의 RF (Radio-Frequency) 마그네트론 스퍼터링 또는 IMP-PVD (inductively-coupled plasma physical vapor deposition)을 이용하여 형성될 수 있다. 차단층이 유기 전자 장치로부터 방출되거나 이에 의해 수령될 방사선에 대해 충분히 투명하지 않으면, 차단층은 방사선이 통과하는 영역 (예: 픽셀 어레이의 픽셀 영역)에서 개구 (opening)의 형성이 가능하도록 패턴화될 수 있다.
본원 명세서를 읽은 후, 당업자는 기판 (10)을 위해 사용될 수 있는 물질의 선택이 아주 다양하다는 것을 이해할 것이다. 본원 명세서를 읽은 후, 당업자는 물리적, 화학적 및 전기적 특성에 기초하여 적합한 물질(들)을 선택할 수 있다. 단순화를 위해, 이러한 기재에 사용되는 물질(들)이 기판 (10)으로 지칭된다.
전도 부재 (12)는 그 후 도 1에서 나타난 바와 같이 기판 (10)상에 형성될 수 있다. 전도 부재 (12)는 거의 모든 전도성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 특정 양태에서, 전도 부재 (12)는 형성되는 유기 전자 장치에 대해 애노드로서 작용한다. 일반적으로, 전도 부재 (12)의 물질은 애노드를 형성하며, 이는 뒤에 형성되며 캐쏘드로 작용하는 전도 부재보다 비교적 높은 일함수를 갖는다. 전도 부재 (12)를 만들기 위해 다수의 전도층을 형성할 수 있다. 이러한 특정 양태에서, 전도 부재 (12)는 유기 전자 장치의 사용자측과 뒤에 형성되는 유기 활성층 사이에 놓인다. 따라서, 전도 부재 (12)를 통해 방사선이 전달되도록, 전도 부재 (12)는 투명해야 한다. 예시적 물질은 ITO, 지르코늄 주석 산화물 (ZTO), 원소 금속, 금속 합금 및 이의 배합물을 포함한다. ITO 및 ZTO는 전도 부재 (12)로 사용되는 경우 보다 두꺼울 수 있고, 여전히 방사선의 충분한 통과를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, ITO 또는 ZTO가 전도 부재 (12)로서 사용되는 경우, 전도 부재 (12)는 약 100 내지 200 nm 범위의 두께를 가질 수 있다. 전도 부재 (12)는 통상의 기술로 형성된다.
전도 리드 (14)는 어레이에서 캐쏘드로 작용하는, 뒤에 형성되는 전도 부재와 주변 및 원거리 회로 사이에 전기적 연결을 제공하기 위해 형성될 수 있다. 도 2에서 전도 리드 (14)는 측면 (side) 근처에 위치된다. 전도 부재 (12) 및 전도 리드 (14)는 서로 공간적으로 떨어져 있다. 위에 놓이는 층에 대한 전도 리드 (14)의 중요성은 후술될 것이다. 전도 리드 (14)는 통상의 기술을 이용하여 형성될 수 있으며, Cr, Al, Mo, Cu, Ti, Ta, 전도성 질화물, 희금속 (Pt, Pd, 또는 Au), 전도성 산화물을 형성할 수 있는 금속 (Ru, Rh, Ir, 및 Os) 또는 이의 혼합물의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 전도 리드 (14)는 접착층, 저저항 전도층 및 보호적 캐핑층을 포함하여 다수의 층을 포함할 수 있다. 다수의 층은 Cr/Al/Cr, Cr/Cu/Cr, 또는 Mo/Cu/Mo일 수 있다. 또 다른 양태에서, 도 2에 나타난 바와 같이 전도 리드 (14)의 최상층은 후술될 건식 에칭 작업 동안 금속 산화물을 형성할 가능성을 감소시키기 위해 희금속을 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 전도성 금속 산화물을 형성할 수 있는 금속이 희금속 대신 또는 희금속상에 사용될 수 있다. 금속 리드 (14)의 두께는 약 10 내지 600 nm 범위일 수 있다. 리드 (14) 및 전도 부재 (12)가 형성되는 순서는 일부 양태에서는 바뀔 수 있다.
비록 나타내지는 않았지만, 전기 절연 물질층이 기판상에서 전도 부재 (12)와 전도 리드 (14) 사이에 형성될 수 있다. 이 물질은 전도 부재 (12)와 전도 리드 (14)를 전기적으로 절연시키거나, 뒤에 형성되는 층의 평면성을 개선하거나, 잠재적으로 다른 목적에 이용되는 것을 도울 수 있다. 이 물질은 유기 또는 무기일 수 있다. 어레이 내에서 전도 부재 (12)의 상단 표면은, 전자 장치 내에 임의의 다른 층을 형성하기 전에 노출되어야 한다.
캐쏘드-분리층 (22)은 절연층을 약 2 내지 5 μm의 두께로 스핀 코팅, 캐스팅 또는 증착하고 도 2에 나타난 바와 같은 구조물을 형성하기 위한 층을 패턴화함으로써 형성될 수 있다. 어레이 내에서, 캐쏘드-분리층 (22)은 전도 리드 (14)가 위치되고 전도 부재가 뒤에 형성되는 곳을 제외하고는 전체 어레이를 커버한다. 개구 내에, 기판 (10)의 일부, 전도 부재 (12) 및 전도 리드 (14)가 노출된다. 주변 및 원거리 회로 영역이 노출되며 캐쏘드-분리층 (22)에 의해 커버되지 않는다.
캐쏘드-분리층 (22)는 포토레지스트 또는 폴리이미드를 포함하여 광-이미지화가 가능한 물질을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이미지 반전능을 갖는 노볼락 포지티브 광-이미지화가능 레지스트가 사용될 수 있다.
유기 물질 (30)은 도 3에 나타난 바와 같이 형성될 수 있다. 유기 물질 (30)은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기 물질 (30)은 버퍼층 (32) 및 유기 활성층 (34)를 포함하거나, 버퍼층 (32) 없이 유기층 (34)를 포함할 수 있다. 버퍼층 (32)는 위에 놓이거나 아래에 놓일 수 있으며, 유기 활성층 (34) 위에 놓일 수 있다. 버퍼층 (32)가 전도 부재 (12)와 유기 활성층 사이에 놓이는 경우, 버퍼층은 홀-전달층일 것이며, 버퍼층 (32)가 유기 활성층과 뒤에 형성되며 캐쏘드로 작용하는 전도 부재 사이에 놓이는 경우, 버퍼층은 전자-전달층일 것이다. 또 다른 양태에서, 버퍼층은 유기 활성층 (34)의 양측에 놓일 수 있다. 도 3에 나타난 바와 같은 양태는 홀-전달층으로 작용하는 버퍼층 (32)를 갖는다. 유기 전달 장치에서 유기 물질 (30)은 다양한 유기 물질, 예를 들어 전하 전달 물질, 항-퀀칭 물질, 다양한 활성 물질 (예: 발광자, 광검출자, IR 검출자 및 기타 감방사선 물질)을 포함할 수 있다.
버퍼층 (32) 및 유기 활성층 (34)는 순차적으로 전도 부재 (12), 전도 리드 (14) 및 캐쏘드-분리층 (22)의 일부 위에 형성된다. 각각의 버퍼층 (32) 및 유기 활성층 (34)는 후술되는 바와 같이 적합한 물질을 스핀 코팅, 캐스팅 또는 증착함으로써 형성될 수 있다. 버퍼층 (32) 및 유기 활성층 (34) 중 하나 또는 둘 모두는 적용 후에 경화될 수 있다. 유기층 (30)은 캐쏘드-분리층 (22)의 상단에 놓이고 또한 캐쏘드-분리층 (22) 내의 개구의 바닥을 따라 놓이며, 추가로 캐쏘드-분리층 (22) 내 구조물의 벽을 따라 존재한다. 도 3에는 나타나지 않았지만, 유기층 (30)의 매우 얇은 부분이 개구 내 유기층 (30)상의 위치에서 캐쏘드-분리층 (22)의 측면을 따라 놓일 수 있다. 캐쏘드-분리층 (22)에 대한 구조물은 기판 근처에서는 보다 좁고 기판으로부터 떨어질수록 보다 넓다. 또 다른 양태에서, 이 구조물은 보다 둥근 컵-형 또는 T 형태를 가질 수 있다.
이러한 양태에서, 버퍼층 (32)는 홀-전달층이다. 홀-전달층은 전도 부재 (12)가 유기 활성층 (34)와 직접적으로 접촉하는 경우의 장치와 비교하여 손상 양을 줄이고 장치의 수명 및 신뢰성을 잠재적으로 증가시키는 데 사용될 수 있다. 하나의 특정 양태에서, 홀-전달층은 유기 중합체, 예를 들어 폴리아닐린 (PANI), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), 또는 유기 전하 전달 화합물, 예를 들어 테트라티아풀발렌 테트라시아노퀴노디메탄 (TTF-TCQN)을 포함할 수 있다. 홀-전달층은 통상적으로 약 100 내지 250 nm 범위의 두께를 갖는다.
홀-전달층은 통상적으로 전자가 뒤에 형성되는 활성 영역으로부터 제거되고 전도 부재 (12)로 전달되도록 전도성을 갖는다. 비록 전도 부재 (12) 및 임의의 홀-전달층이 전도성을 갖지만, 통상적으로 전도 부재 (12)의 전도성은 홀-전달층 보다 상당히 크다.
유기 활성층 (34)의 조성은 통상적으로 유기 전자 장치의 적용에 따른다. 유기 활성층 (34)가 방사선-방출 유기 전자 장치에 사용되는 경우, 유기 활성층 (34)의 물질(들)은 충분한 바이어스 전압이 전기적 접촉층에 인가되는 경우 방사선을 방출할 것이다. 방사선-방출 활성층은 거의 모든 유기 전기발광 또는 다른 유기 방사선-방출 물질을 포함할 수 있다.
이러한 물질은 소분자 물질 또는 중합체성 물질일 수 있다. 소분자 물질은, 예를 들어 미국 특허 4,356,429 및 4,539,507에 기술된 것을 포함할 수 있다. 다르게는, 중합체성 물질은 미국 특허 5,247,190, 5,408,109, 및 5,317,169에 기술된 것을 포함할 수 있다. 예시적 물질은 반도전성 공액 중합체이다. 이러한 중합체의 예는 폴리(페닐렌비닐렌) (PPV)이다. 발광 물질은 첨가제의 존재 또는 부재 하에 또 다른 물질의 매트릭스에 분산되나, 통상적으로 층 단독을 형성한다. 유기 활성층은 일반적으로 약 40 내지 100 nm 범위의 두께를 갖는다.
유기 활성층 (34)가 방사성 수령 유기 전자 장치에 삽입되는 경우, 유기 활성층 (34)의 물질(들)은 많은 공액 중합체 및 전기발광 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질은, 예를 들어, 많은 공액 중합체 및 전기- 및 광-발광 물질을 포함한다. 특정한 예는 폴리(2-메톡시,5-(2-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌 비닐렌) (MEH-PPV) 및 CN-PPV와의 MEH-PPV 복합물을 포함한다. 유기 활성층 (34)는 통상적으로 약 50 내지 500 nm 범위의 두께를 갖는다.
나타내지는 않았지만, 임의의 전자-전달층이 유기 활성층 (34)상에 형성될 수 있다. 전자-전달층은 버퍼층의 또다른 예이다. 전자-전달층은 통상적으로 전자가 뒤에 형성되는 캐쏘드로부터 도입되고 유기 활성층 (34)로 전달되도록 전도성을 갖는다. 비록 뒤에 형성되는 캐쏘드 및 임의의 전자-전달층이 전도성이지만, 통상적으로 캐쏘드의 전도성이 전자-전달층 보다 상당히 크다.
하나의 특정 양태에서, 전자-전달층은 금속-킬레이트화 옥시노이드 화합물 (예: Alq3); 페난트롤린-기재 화합물 (예: 2,9-디메틸-4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (DDPA), 4,7-디페닐-1,10-페난트롤린 (DPA)); 아졸 화합물 (예: 2-(4-비페닐)-5-(4-t-부틸페닐)-1,3,4-옥사디아졸 (PBD), 3-(4-비페닐)-4-페닐-5-(4-t-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸 (TAZ); 또는 이들의 배합물을 포함한다. 다르게는, 임의의 전자-전달층은 무기물일 수 있으며, BaO, LiF, 또는 Li20를 포함할 수 있다. 전자-전달층은 통상적으로 약 30 내지 500 mm 범위의 두께를 갖는다.
도 4는 패턴화된 전도층을 형성하기 위해 사용되는 제 1 새도우 마스크 (40)의 일부에 대한 예시를 포함한다. 제 1 새도우 마스크 (40)은 개구 (42)를 포함한다. 마스크 (40)의 부분 (44)는 고체 물질을 포함한다. 개구 (42)는 어레이의 일부분 위에 놓이도록 위치될 것이고, 부분 (44)는 어레이의 다른 부분과 주변 및 원거리 회로 영역상에 놓이도록 위치될 것이다.
도 5 및 6에 나타난 바와 같이, 제 1 새도우 마스크 (40)은 침착 동안 개구 (42)를 통해 패턴화된 전도층 (52)을 침착하는데 사용되어 전도 부재 (522) 및 (524)를 형성할 수 있다. 패턴화된 전도층 (52)의 전도 부재 (522)는 캐쏘드로서 작용하며, 도 6에 나타난 바와 같이 유기 활성층 (34) 및 전도 부재 (12) 위에 놓인다. 층 (52)의 전도 부재 (524)는 도 6에 나타난 바와 같이 캐쏘드-분리층 (22) 위에 놓인다. 패턴화된 전도층 (52)는 물리적 증착 (예: 증발, 스퍼터링)을 이용하여 형성될 수 있다. 물리적 증착의 방향적 특성 및 캐쏘드-분리층 (22) 내 구조물의 형태 때문에, 전도 부재 (522)는 서로 또는 전도 부재 (524)와 전기적으로 연결되지 않는다. 캐쏘드-분리층 (22)의 벽이 수직에 보다 가까우면, 임의의 콜리메이터 (collimator)를 침착 동안 사용하여 전도 부재 (522) 및 (524) 사이에 의도되지 않은 전기적 단로 (short path) 또는 누출로 (leakage path)의 가능성을 감소시킬 수 있다.
도 5에서, 유기 활성층 (34)의 일부는 전도 부재 (522)와 도 5의 측면 사이에서 노출된다. 전도 리드 (14)는 도 5의 측면 근처에서 유기 활성층 (34)의 아래에 놓이나, 나타나 있지는 않다. 마찬가지로, 어레이 외부에서, 장치의 밀봉에 사용된 레일을 포함하여, 주변 및 원거리 회로 영역 위에 놓이는 유기 활성층 (34)의 일부가 노출된다.
일반적으로, 패턴화된 전도층 (52)는 낮은 일함수를 갖는 금속-함유층을 포함하며, 상기 일함수는 높은 일함수를 갖는 전도 스트립 (12) 보다 낮다. 패턴화된 전도층 (52)를 위한 물질은 제 1족 금속 (예: Li, Cs), 제 2족 금속 (알칼리 토금속), 희토금속 (란타나이드 및 액티나이드를 포함) 중에서 선택될 수 있다. 패턴화된 전도층 (52)는 약 300 내지 600 nm 범위의 두께를 갖는다. 하나의 특정한 비제한적 양태에서, 약 10 nm 미만의 Ba 층 및 이어서 약 500 nm의 Al 층이 침착될 수 있다. Al 층은 전도 리드 (14)에 대해 기술된 임의의 금속 및 금속 합금에 의해 대체되거나 이들과 배합 사용될 수 있다.
도 6에 나타난 바와 같이, 전도 부재 (522) 및 (524)의 상부 표면은 실질적으로 모든 후속 건식 에칭 작업 동안 노출될 것이다. 전도성 금속 산화물을 형성할 수 있는 희금속 또는 금속의 층을, 후속 건식 에칭 작업 동안 산소-함유 기체의 사용에 의한 역효과를 줄이는데 사용할 수 있다. 유기층 (30)의 비노출부는 전도 부재 (522) 및 (524)에 의해 커버되고, 유기층 (30)의 노출부는 전도 부재 (522) 및 (524)에 의해 커버되지 않는다.
3. 건식 에칭
하나의 양태에서, 유기 전자 장치의 동작 감작 요소를 건식 에칭하는 방법은 (a) 기판상에 전도 리드인 하나 이상의 동작 감작 요소를 제 1 전도 부재로부터 공간적으로 떨어지게 위치시키는 단계; (b) 유기 물질을 동작 감작 요소 및 제 1 전도 부재상에 위치시키는 단계; (c) 유기 물질상에 동작 감작 요소의 예정된 부분을 노출하는 패턴화된 전도층을 형성하는 단계; 및 (d) 하나 이상의 산소-함유 기체를 사용하여 동작 감작 요소의 노출 영역에서 유기 물질을 건식 에칭하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 유기 전자 장치의 동작 감작 요소는, 하기 단계를 포함하는 유기 전자 장치를 형성하기 위한 건식 에칭 공정을 이용하여, 유기 물질이 세정된다: 기판상에 서로 공간적으로 떨어져 있는 제 1 전도 부재 및 전도 리드를 형성하는 단계; 기판, 제 1 전도 부재 및 전도 리드상에 유기층을 형성하는 단계; 제 2 전도 부재를 포함하고 유기층에 대해 노출부 및 비노출부를 만드는 패턴화된 전도층을 유기층상에 형성하는 단계; 및 하나 이상의 산소-함유 기체를 사용하여 유기층의 노출부를 건식 에칭하여 전도 리드의 일부를 노출시키는 단계.
본 발명의 또 다른 양태에서, 유기 전자 장치의 동작 감작 요소는, 하기 단계를 포함하는 유기 전자 장치를 형성하기 위한 건식 에칭 공정을 이용하여, 유기 물질이 세정된다: 기판상에 서로 공간적으로 떨어져 있는 제 1 전도 부재 및 전도 리드를 형성하는 단계; 기판, 제 1 전도 부재 및 전도 리드상에 유기층을 형성하는 단계; 제 2 전도 부재를 포함하고 유기층에 대해 노출부 및 비노출부를 만드는 패턴화된 전도층을 유기층상에 형성하는 단계; 및 하나 이상의 산소-함유 기체를 사용하여 약 0.01 내지 7.5 mTorr 압력 하에 유기층의 노출부를 건식 에칭하여 전도 리드의 일부를 노출시키는 단계.
본 발명의 또 다른 양태에서, 유기 전자 장치를 형성하기 위한 공정은 기판상에 제 1 전도 부재 및 전도 리드를 형성하는 단계를 포함한다. 제 1 전도 부재 및 전도 리드는 서로 공간적으로 떨어진다. 이 공정은 또한 기판, 제 1 전도 부재 및 전도 리드상에 유기층을 형성하는 단계를 포함한다. 이 공정은 또한 유기층상에 패턴화된 전도층을 형성하는 단계를 포함한다. 패턴화된 전도층은 제 2 전도 부재를 포함하고 유기층에 대해 노출부 및 비노출부를 만든다. 이 공정은 또한 하나 이상의 산소-함유 기체를 사용하여 유기층의 노출부를 건식 에칭하여 전도 리드의 일부를 노출시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명은 기판상에 전도 리드를 형성하고, 전도 리드상에 유기층을 형성하며, 유기층상에 제 1 전도 부재를 형성하는 단계를 특징으로 한다. 제 1 전도 부재는 전도 리드와 공간적으로 떨어지며, 유기층의 노출부는 제 1 전도 부재로 커버되지 않는다. 이 공정은 또한 하나 이상의 산소-함유 기체를 사용하여 유기층의 노출부를 건식 에칭하고, 건식 에칭 후 제 2 전도 부재를 형성하는 단계를 포함한다. 제 2 전도 부재는 제 1 전도 부재 및 전도 리드 위에 놓이고 이에 전기적으로 연결된다.
본 발명의 추가의 양태에서, 본 발명의 공정은 기판상에 유기층을 형성하고, 기판의 한 영역에서 유기층을 제거하며, 기판의 상이한 영역에서 유기층을 건식 에칭하는 단계를 특징으로 한다. 제거 및 건식 에칭은 별도로 수행된다. 특정한 양태에서, 제거 단계는 레이저 절삭을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 하나의 영역은 픽셀 어레이에 상응하고, 다른 영역은 픽셀 어레이 외부에 놓일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명의 공정은 기판상에 유기층을 형성하고, 기판의 한 영역에서 유기층을 제거하며, 기판의 상이한 영역에서 유기층을 건식 에칭하는 단계를 특징으로 한다. 제거 및 건식 에칭 단계는 별도로 수행되며, 건식 에칭은 약 0.01 내지 7.5 mTorr 범위의 압력에서 수행된다. 특정 양태에서, 제거 단계는 레이저 절삭을 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 한 영역은 픽셀 어레이에 상응하고 다른 영역은 픽셀 어레이 외부에 놓일 수 있다.
건식 에칭은 제 1 단계 동안, 제 2 단계 동안, 또는 2개 이상의 단계로 수행될 수 있다. 건식 에칭 공정의 조건은 건식 에칭의 작업을 통해 균일할 필요는 없다. 오히려, 기체 혼합물, 기체 압력, 전압, 전력 밀도 및 온도는 건식 에칭 동안 시간에 따라 다양할 수 있다. 건식 에칭 공정은 잘 정의된 출발 및 정지 포인트를 갖는 분리된 단계를 포함할 수 있으며, 단지 건식 에칭 완료 후에만 단지 하나의 초기 출발 및 정지를 갖는 하나의 연속한 공정에 다양한 단계를 포함할 수 있다. "단계" 또는 "단계들"의 사용은, 하나의 연속 작업 동안 조건이 한번 이상 변화되는 경우의 단일 건식 에칭 공정 및 분리된 출발 및 정지를 갖는 이들의 사용 모두를 포함하고자 한다.
유기 물질은 제 1 단계 동안 제거될 수 있으며, 바람직하지 않은 물질, 예를 들어 비-휘발성 물질은 제 2 단계 동안 제거될 수 있다. 하나 이상의 산소-함유 기체가 제 1 단계 동안 사용되는 기체에 존재해야 한다. 산소-함유 기체의 예는 02, COF2, CO, 03, NO, N20, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 하나 이상의 할로겐-함유 기체를 또한 하나 이상의 산소-함유 기체와 배합하여 제 1 단계 동안 사용할 수 있다. 할로겐-함유 기체는 하나 이상의 불소-함유 기체, 염소-함유 기체, 브롬-함유 기체, 또는 요오드-함유 기체 및 이의 혼합물을 포함할 수 있다.
불소-함유 기체가 사용되는 경우, 이는 하나 이상의 플루오르탄소 기체 (포화되거나 포화되지 않을 수 있고 다른 할로겐 원자를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다), F2, HF, SF6, NF3, 금속 플루오라이드 (WF6, MoF6, TaF5), 불소-함유 인터할로겐 (ClF, ClF3, ClF5, BrF3, BrF5, 및 IF5), 및 이의 혼합물을 포함할 수 있다. 염소-함유 기체는 클로로탄소 (포화되거나 포화되지 않을 수 있고 다른 할로겐 원자 (예: F, Br, 및 I)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다), Cl2, HCl, BCl3, 금속 클로라이드 (TiCl4, TaCl5, MoCl5, 및 WCl5), 염소-함유 인터할로겐 (ClF, ClF3, 및 ClF5), 및 이의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있다. 브롬-함유 기체는 브로모탄소 (포화되거나 포화되지 않을 수 있고 다른 할로겐 원자 (예: F, Cl, 및 I)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다), Br2, HBr, BBr3, 브롬-함유 인터할로겐 (BrF3 및 BrF5), 및 이의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있다. 요오드-함유 기체는 요오도탄소 (포화되거나 포화되지 않을 수 있고 다른 할로겐 원자 (예: F, Cl, 및 Br)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다), I2, HI, 금속 요오다이드, 요오드-함유 인터할로겐 (IF5), 및 이의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있다.
하나의 양태에서, 할로겐-함유 기체는 불소-함유 기체일 수 있다. 또 다른 양태에서, 불소-함유 기체는 포화되거나 포화되지 않을 수 있고 다른 할로겐 원자를 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 플루오로탄소를 포함할 수 있다. 또 다른 양태에서, 플루오로탄소는 화학식 CaFbHc (여기서, a는 1 또는 2이고, b는 1 이상이며, b+c는 a가 1이면 4이고, a가 2이면 4 또는 6이다)을 가질 수 있다. CF4는 예시적 플루오로탄소 기체이다.
금속 할라이드 기체가 사용되는 한, 에칭이 금속 할라이드 기체로부터 금속을 침착시키지 않고 수행되도록 주의를 기울일 필요가 있을 수 있다. 유사한 라인을 따라, 불소 이외의 다른 할로겐이 사용되는 경우, 다른 할로겐은 통상적으로 금속-함유 물질에 보다 열악한 선택성을 갖고 금속-에칭 기체로서 사용되기 때문에, 주의를 기울여야 할 필요가 있을 수 있다.
불활성 또는 환원 기체가 제 1 및 제 2 건식 에칭 단계 중 하나 또는 모두에서 다른 기체와 함께 사용될 수 있다. 불활성 기체는 희가스, N2, 및 이의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 환원 기체는 H2, NH3, N2H4, N2H2, 및 이의 혼합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
불활성 기체는 비휘발성 에칭 산물 또는 오염물을 물리적으로 제거하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 양태에서, 환원 기체는 상응하는 금속을 형성할 수 있는 금속 산화물을 환원 (예: Al2O3의 Al로의 환원)시키는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 환원 기체는 H2, NH3, N2H4, 및 N2H2 및 이의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있다. 수소는 또한 하나 이상의 수소 원자를 갖는 플루오로탄소 기체가 사용되는 경우에 생성될 수 있다. 측벽 중합체 형성이 회피될 수 있는 경우, 환원 기체가 사용되지 않을 수 있다. 하나의 특정 양태에서, 제 1 건식 에칭 단계 동안 사용되는 기체는 필수적으로 O2, CF4 및 Ar의 혼합물로 구성될 수 있으며, 제 2 건식 에칭의 기체는 Ar로 구성될 수 있다. 건식 에칭은 약 10 내지 5000 mW/cm2 범위의 전력 밀도 및 약 0.01 내지 5000 mTorr 범위의 압력에서 수행될 수 있다. 온도는 동작 감작 요소 및 제거될 유기 물질에 따라 다양할 수 있다. 건식 에칭은 통상적으로 약 80 ℃ 이하의 온도에서 수행된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 유기 전자 장치는 제 1 전도 부재 (애노드로 작용), 유기층 및 제 2 전도 부재 (캐쏘드로 작용)을 포함할 수 있다. 기판상에 제 1 전도 부재, 전도 리드 및 유기층을 형성한 후, 유기층상에 패턴화된 제 1 전도층을 형성하는 단계를 포함한다. 패턴화된 제 1 전도층은 제 2 전도 부재를 포함한다. 패턴화된 제 1 전도층은 물리적 증착 동안 새도우 마스크를 사용하여 형성된다. 유기층의 노출부는 패턴화된 제 1 전도층에 의해 커버되지 않는다. 이 공정은 또한 유기층의 노출부를 건식 에칭하여 전도 리드의 일부를 노출시키는 단계를 포함한다. 건식 에칭은 상술된 2-단계 건식 에칭 순서를 이용하여 수행된다. 이 공정은 또한 패턴화된 제 1 전도층상에 패턴화된 제 2 전도층을 형성하는 단계를 포함한다. 패턴화된 제 2 전도층은 물리적 증착 동안 상이한 새도우 마스크를 사용하여 형성된다. 패턴화된 제 2 전도층은 제 3 전도 부재를 포함하며, 여기서 각각의 제 3 전도 부재는 실질적으로 모든 상응하는 제 2 전도 부재의 위에 놓이며 또한 전도 리드 중 하나의 일부분 위에 놓인다. 각각의 제 3 전도 부재는 상응하는 제 2 전도 부재 및 전도 리드 중 하나와 접촉하며 개구로 연장된다.
본 발명의 또 다른 양태는 전도 리드, 유기층, 유기 활성층 위에 놓인 제 1 전도 부재, 및 제 2 전도 부재를 포함하는 유기 전자 장치를 포함한다. 전도 리드에 가장 가까운 제 1 전도 부재의 측면 및 전도 리드에 가장 가까운 유기층의 측면은 서로 실질적으로 접촉된다. 평면도로부터, 전도 리드 및 제 1 전도 부재는 서로 공간적으로 떨어져 있다. 제 2 전도 부재는 제 1 전도 부재를 전도 리드에 전기적으로 연결한다.
일부 물질의 조성은 다양할 수 있다. 예를 들어 기판은 중합체성 필름을 포함할 수 있고, 유기층은 버퍼층 및 유기 활성층을 포함할 수 있다.
본 발명의 양태는 발광 다이오드, 감방사선 장치, 광전도 전지, 광레지스터, 광스위치, 광검출기, 광트랜지스터 및 광튜브를 포함하여 다양한 상이한 유기 전자 장치에 사용될 수 있다. 다르게는, 유기 전자 장치는, 가시광 스펙트럼 내에서 작업하거나 가시광 스펙트럼 외에서 작업하도록 디자인될 수 있는, 디스플레이, 검출기 및 볼타 전지를 포함할 수 있다.
상기의 일반적 기술 및 하기의 상세한 설명은 예시적인 설명을 위한 것으로서, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에서 규정된다.
건식 에칭은 유기층 (30)의 노출부를 제거하기 위해 수행될 수 있다. 건식 에칭을 수행한 후, 기판 (10)의 일부, 패턴화된 전도층 (52)에 의해 커버되지 않는 전도 부재 (12), 및 전도 리드 (14)가 도 7에 나타난 바와 같이 노출될 수 있다. 건식 에칭은 하나 이상의 단계를 이용하여 수행될 수 있다. 하나의 양태에서, 건식 에칭은 유기층 (30)을 제거하기 위한 제 1 단계 및 바람직하지 못한 물질(들), 예를 들어 비휘발성 에칭 산물 및 오염물을 제거하기 위한 제 2 단계를 이용하여 수행될 수 있다. 전도 부재 (522)의 상부 표면이 절연 산화물을 형성하지 않는 경우 및 유기층 (30)이 상당량의 비휘발성 오염물 (예: 나트륨, 규소, 황 등)을 포함하지 않는 경우, 단일 단계가 이용될 수 있다. 그러나, 또 다른 양태에서, 전도 부재 (522)의 상부 표면은 절연 산화물을 형성하거나 유기층 (30)은 상당량의 비휘발성 에칭 산물 또는 오염물을 포함할 수 있다. 2-단계 공정이 이용될 수 있다. 제 1 단계는 실질적으로 모든 유기층 (30)을 제거하고, 제 2 단계는 바람직하지 않은 물질, 예를 들어 비휘발성 에칭 산물 및 오염물을 제거하기 위해 수행된다. 제 1 단계는 이러한 단계 동안 노출되는 또는 노출될 수 있는 다른 물질에 대해 여전해 우수한 선택성을 유지하면서 유기층 (30)을 제거할 수 있다. 선택성은 일반적으로 제 1 단계 동안 노출되거나 노출될 수 있는 다른 물질의 에칭률에 대한 제거될 표적 물질 (본 양태에서 유기층 (30))의 에칭률의 비율 또는 분율로서 표현되는 측정치이다. 보다 높은 선택성이 바람직하나 다른 사항, 예를 들어 장치 처리량 및, 이방성 에칭이 바람직한 경우 에칭물의 감소된 이방성에 의해 제한될 수 있다. 또한, 제 1 단계의 말기에 노출되는 다수의 상이한 물질과 함께, 유기층 (30)의 전도 부재 (522)에 대한 선택성은 최적화되는 반면, 유기층 (30)의 캐쏘드-분리층 (22)에 대한 선택성을 매우 낮을 수 있다. 선택성은 통상적으로 사용되는 에칭 화학반응의 함수이다. 에칭 화학반응은 하기에서 보다 상세히 기술된다.
전도 부재 (522) 및 (524)는 실질적으로 모든 제 1 단계 동안 노출된다. 전도 리드 (14), 기판 (10) (또는, 존재하는 경우 이의 차단층)은 유기층 (14)가 제거된 후 노출된다. 캐소드-분리 층 (22)의 측면은 실질적으로 모든 제 1 단계 동안 노출된다. 캐쏘드-분리층 (22)의 일부는 패턴화된 전도층 (22)에 의해 커버되지 않는다. 이러한 부분의 상부 표면은 유기층 (30)이 제거된 후 노출된다.
제 1 단계 동안 공급 기체의 비율은 부분적으로는 목적하는 선택성을 달성하도록 선택될 수 있다. 하나의 양태에서, 산소-함유 기체는 공급 기체의 약 1 내지 100 용적%이고, 할로겐-함유 기체는 0 내지 50 용적%이며, 불활성 기체는 0 내지 40 용적%이고, 환원 기체는 0 내지 30 용적%이다. 또 다른 양태에서, 산소-함유 기체는 O2를 포함하고 공급 기체의 30 내지 95 용적%이며, 할로겐-함유 기체는 플루오로탄소를 포함하고 1 내지 30 용적%이며, 불활성 기체는 N2, He 및 Ar로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있고 4 내지 30 용적%이며, 환원 기체는 H2 및 NH3로 이루어진 군 중에서 선택될 수 있고 0 내지 10 용적%이다. 또 다른 양태에서, 산소-함유 기체는 O2이고 공급 기체의 60 내지 95 용적%이며, 할로겐-함유 기체는 CF4이고 공급 기체의 4 내지 20 용적%이며, 불활성 기체는 Ar이고 공급 기체의 10 내지 20 용적%이며, 환원 기체는 사용되지 않는다. 또 다른 양태에서, 산소-함유 기체는 O2를 포함하고, 할로겐 함유 기체는 CF4를 포함하고, 불활성 기체는 Ar을 포함하며, 이들의 총량은 공급 기체의 10 용적% 이상이다.
작업 변수는 사용되는 반응기, 에칭 챔버의 크기, 또는 에칭되는 기판의 크기에 따라 다양할 수 있다. 배치 에칭 시스템, 예를 들어 배럴 에처 (etcher) (때때로 애셔 (asher)로도 언급됨)가 사용될 수 있다. 다르게는, 단일 기판 시스템, 예를 들어 평면의 평행 플레이트가 사용될 수 있다. 에칭 동안, 플라즈마가 기판에 직접적으로 노출될 수 있거나 다운스트림 플라즈마가 사용될 수 있다. 다운스트림 플라즈마에서, 플라즈마는 기판으로부터 제거되는 위치에서 생성된다. 이온 및 전자의 재조합은 플라즈마 존 바로 바깥에서 일어난다. 수명이 긴 준안정성 라디칼이 재조합 존으로부터 다운스트림에 위치된 기판에 도착하여 에칭을 촉진한다. 다운스트림 플라즈마의 잇점은, 이온 및 전자 유도된 손상이 제거된다는 것이다. 또한, UV 광은, 필요한 경우 시각 UV 방사선이 기판에 영향을 미치는 것으로부터 방지하기 위해 예를 들어 팔꿈치형 파이프를 사용하여 배제될 수 있다. 플라즈마 자체는 정상파 쿼터 파장 공동 (standing wave quarter wave cavity)에서의 유도성 커플링 또는 마이크로웨이브 에너지를 사용하여 생성될 수 있다. 다른 생성 방법이 가능하다.
제 1 단계를 시작할 때, 기판 (10)을 건식 에칭 시스템에 로딩할 수 있다. 공급 기체(들)은 건식 에칭 챔버로 유동하며 압력은 안정화된다. 압력은 약 0.01 내지 5000 mTorr 범위이다. 이들 압력에서, 공급 기체(들)은 약 10 내지 1000 sccm (분당 표준 입방센티미터 (standard cubic centimeter per minute)) 범위의 속도로 유동할 수 있다. 또 다른 양태에서, 압력은 약 0.01 내지 7.5 mTorr 범위일 수 있으며, 공급 기체(들)는 약 100 내지 500 sccm 범위의 속도로 유동할 수 있다. 추가의 양태에서, 압력은 약 1 내지 7.5 mTorr 범위일 수 있다.
전압 및 전력이 플라즈마를 생성하기 위해 적용될 수 있다. 전력은 통상적으로 기판의 표면적에 대해 선형 또는 거의 선형의 함수이다. 따라서, 전력 밀도 (기판의 단위 면적 당 전력)가 주어진다. 전압은 약 10 내지 1000 V 범위이고, 전력 밀도는 약 10 내지 5000 mW/cm2 범위이다. 전압 및 전력 밀도의 낮은 한도는 플라즈마의 유지를 어렵게 하거나, 수용될 수 없는 낮은 에칭률을 생성할 수도 있다. 전압 및 전력 밀도의 높은 한도는 너무 공격적이어서 건식 에칭을 조절할 수 없고 재생불가능하게 (제작에 중요함)하거나 수용될 수 없는 낮은 선택성을 가질 수도 있다. 하나의 양태에서, 전압은 약 20 내지 300 V 범위이고, 전력 밀도는 약 50 내지 500 mW/cm2 범위일 수 있다. 전압 및 전력은 일반적으로 통상의 광 스위치와 유사하게 켜고 끌 수 있기 때문에, 전압 및 전력의 램프 속도는 아주 높을 수 있다.
제 1 단계는 고정된 시간 동안, 종점 검출 또는 종점 검출 및 오버에칭을 위한 고정시간의 조합을 이용하여 수행될 수 있다. 제 1 단계가 너무 짧은 경우, 개방 회로 또는 고도의 저항성 회로가 완성된 장치에 형성되도록 전도 리드 (14) 모두가 노출되지는 않을 것이다. 제 1 단계가 너무 긴 경우, 패턴화된 전도층 (52)에 의해 커버되지 않는 너무 많은 캐쏘드-분리층 (24)가 에칭될 것이며, 특히 보다 넓은 부분의 캐쏘드-분리층 (24)는 전기적 단로 또는 누출로가 될 수 있다. 또한, 제 1 단계가 너무 긴 겨우, 전도 리드 (14), 전도 부재 (522) 및 기판 (10)은 피팅되거나, 전도 리드 (14) 및 전도 부재 (522)의 경우 뒤에 형성되는 전도 부재에 대해 허용가능하지 않게 높은 접촉 저항을 일으킬 수 있다.
하나의 양태에서, 기체, 이들의 압력, 유속, 전력 밀도 및 전압은 건식 에칭 공정 동안 변화될 수 있다.
고정 시간이 제 1 단계에 이용되는 경우, 이 시간은 배치 반응기에 대해서 약 2 내지 30분 범위일 수 있다. 또 다른 양태에서, 고정시간은 배치 반응기에 대해서 약 5 내지 10분 범위일 수 있다. 단일-기판 건식 에칭 챔버에 대해, 에칭 시간은 상기된 시간의 절반 미만 또는 상기된 시간 보다 짧을 수 있다. 추가의 양태에서, 에칭 시간은 약 0.1 내지 5분 범위일 수 있다. 또 다른 양태에서, 에칭 시간은 약 0.5 내지 3분 범위일 수 있다. 종점 검출은 통상의 기술을 이용하여 수행될 수 있다.
제 2 단계는 불활성 기체, 및 임의의 환원 기체를 이용하여 수행될 수 있으며, 이들 기체는 상술되었다. 불활성 기체는 제 1 단계 후 남는 바람직하지 않은 물질을 제거하는 것을 돕고, 환원 기체는 제 1 단계 동안 형성된 금속 산화물을 이의 상응하는 금속으로 환원시키는 것을 돕는다. 하나의 양태에서, 제 2 단계는 불활성 기체를 50 내지 100 용적% 포함하며, 환원 기체를 0 내지 50 용적% 포함한다. 또 다른 양태에서, 제 2 단계는 불활성 기체를 70 내지 100 용적 % 포함하며, 환원 기체를 0 내지 30 용적% 포함한다. 추가의 양태에서, 불활성 기체는 Ar이며 90 내지 100 용적%이고, 환원 기체는 H2이고 0 내지 10 용적%이다.
제 2 단계 동안 작업 조건은 제 1 단계에 대해 상기된 가장 넓은 범위에 속한다. 제 2 단계 동안 이용되는 실제 작업 조건은 제 1 단계와 상이할 수 있다. 예를 들어, 전압 및 전력 밀도는, 바람직하지 않은 물질이 화학적으로 에칭되는 것과 반대로 물리적으로 제거되기 때문에, 보다 높을 수 있다. 제 2 단계 동안, 전압은 약 10 내지 600 V 범위일 수 있고, 전력 밀도는 약 100 내지 1000 mW/cm2 범위일 수 있다. 전압 또는 전력 밀도가 너무 높은 경우, 제 2 단계는 아래에 놓인 물질을 너무 많이 제거시켜 조절가능하지 않거나 재생가능하지 않을 수 있다. 제 2 단계는 통상적으로 시간이 정해지는 에칭으로 수행된다. 제 2 단계 후, 전압, 전력 및 공급 기체는 차단된다. 건식 에칭 챔버는 아래로 펌핑되고 퍼징된다. 퍼징 후, 건식 에칭 챔버는 대략 대기압력으로 배출되고, 기판은 제거된다.
에칭 작업이 완결된 후, 기판 (10) (또는 존재하는 경우 차단층)의 일부 및 전도 리드 (14)는 도 7에 나타난 바와 같이 보여질 수 있다. 도 7에는 나타나지 않았지만, 유기층 (30) 이전에 형성된 (예를 들어 전도 부재 (12) 또는 전도 리드 (14)와 동시에 형성된) 전도 리드 또는 전도 부재의 다른 부분이 노출될 수 있다. 유기 층 (30)은 주변 및 원거리 회로 영역으로부터 제거된다. 이들 영역 중의 하나가 레일을 포함하며, 이는 뒤에 형성되는 캡슐화층이 부착되는 영역이다. 도 7에 나타나지 않은 전도 부재 또는 리드의 노출부는, 전기적 연결로 기판 (10) 상에 또는 기판 (10) 내에 회로를 만드는 결합 패드에 상응할 수 있다.
많은 상이한 기체 및 작업 조건이 건식 에칭에 대해 기술되었으나, 건식 에칭은 허용되는 에칭률 및 바람직하지 못한 물질의 제거를 유지하면서 가능한 한 온화해야 한다. 유기 전자 장치는 이들의 무기 전자 장치 등가물과 비교하여 프로세싱 조건에 보다 민감하다.
플라즈마 썸 (Plasma Therm) 790 시리즈 (언액시스 (Unaxis)) 및 마치 (March) PX-500 (마치 플라즈마 시스템즈 (March Plasma Systems))를 포함한 모든 시판되는 건식 에칭 시스템이 본 발명에 사용하기에 적합하다. 전형의 용량적으로 커플링된 플라즈마 (CCP, capacitively-coupled plasma) 에처 (반응성 이온 에처 (RIE, reactive ion echer)로 불림)에서, 작업을 위한 압력 범위는 100 mTorr 내지 1 Torr이다. 낮은 압력, 1 mTorr 이하에서 작업하기 위해, 필요한 적용 전력은 매우 높으며, 수반되는 높은 쉬쓰 (sheath) 전압을 갖는다. 이는 기판 표면의 강한 이온 충격을 일으킨다. 플라즈마를 만들고 유지하는데 필요한 적용된 전력으로부터 기판상의 바이어스 전압을 분리하기 위해 유도-커플링 플라즈마 (ICP, inductively-coupled plasma) 시스템이 필요하다. ICP 시스템에서, 플라즈마는 챔버의 상부에서 공명 유도 코일을 통해 생성된다. 이하, 동일한 챔버에서, 기판은 또 다른 전원 장치를 이용하여 별도로 전력이 공급되는 대 (pedestal)에 놓인다. 또한, 일 세트의 솔레노이드가 상부 챔버에 사용되어 전자를 가두고 플라즈마의 전도성을 조절함으로써 1 내지 50 mTorr의 압력에서 상부 챔버에 균일한 플라즈마를 형성할 수 있다. 이온화 및 활성화의 정도가 매우 높아 매우 반응성인 플라즈마를 생성할 수 있다. 보다 낮은 챔버에서, 기판 대는 목적하는 쉬쓰 전압에 따라 전력이 공급되지 않거나 공급될 수 있다.
플라즈마 에칭에 사용되는 다른 낮은 압력 플라즈마 생성 기술은 마이크로웨이브 캐버티 및 마이크로웨이브 전자 사이클로트론 공명 (uECR, microwave electron cyclotron resonance)이다. ECR 플라즈마는 1 mTorr 이하에서조차 작업하며, 전자의 사이클로트론 진동수와 마이크로웨이브 여기장 사이의 공명 때문에 이온화 효율이 매우 높다. 또한, 기판은 목적하는 바와 같이 이온 충격을 증가시키기 위해 전원 장치를 사용하여 독립적으로 한쪽으로 치우치게 될 수 있다.
또한, 헬리콘 플라즈마 공급원이 낮은 압력 에칭에 사용된다. 이러한 경우, 라디오 주파수 웨이브가 안테나로부터 발생된다. 또한, 솔레노이드 자기장이 RF장에 추가하여 적용된다. RF 웨이브 보다 작은 파장의 우선회 원형 편광 헬리콘 웨이브가 플라즈마를 통과하고 기체를 이온화한다.
또한, 이온 밀링, 반응적 이온 밀링 및 기체 클러스터 이온 빔 (GCIB, Gas Cluster ion Beam)으로 대표되는 이온 빔 에칭은 플라즈마로부터 추출된 이온을 사용하는 낮은 압력 (서브 mTorr 내지 수 mTorr) 에칭 방법이다. GCIB의 경우, 클러스터의 공급원은 팽창 기체이며 이는 이온화된 후 기판을 향해 가속화된다.
플라즈마 증강은 마그네트론 어시스트, 레이저 어시스트 및 트라이오드 어시스트에 의해 수행될 수 있다. 이들 방법은 낮은 압력 작업 및 보다 균일한 에칭을 제공한다.
본 발명에서 구체화된 플라즈마 에칭은, 서브 mTorr 압력 범위 아래로, 플라즈마에 대한 이러한 명시를 포함하도록 확장될 수 있다.
4. 건식 에칭 후 프로세싱 (
Post
-
Dry
Etching
Processing
)
패턴화된 전도층은 제 1 새도우 마스크 (40)의 패턴과 상이한 패턴을 갖는 도 8에 나타난 바와 같은 제 2 새도우 마스크 (80)을 사용하여 형성된다. 개구 (82)는 전도 부재가 연속해서 형성되는 영역에 상응한다. 개구 (82)는, 유기 전자 장치의 평면도로부터 보았을 때 전도 부재 (522) 및 (524)의 길이에 평행한 방향에서 보다 긴 것을 제외하고는, 개구 (42)와 유사하다. 파선 (42)는 마스크 (40)에서 개구의 측면 가장자리에 상응한다. 어떠한 물질도 개구 (82) 내에 존재하지 않기 때문에, 파선은 단지 참조를 위해 사용된다. 전도 부재 (522) 및 (524)의 길이에 수직 방향의 개구 (82)의 폭은 실질적으로 개구 (42)와 동일하거나 이보다 좁을 수 있다. 개구 (82)의 길이의 중요성은 후술될 것이다. 고체 물질 (84)는 어떠한 물질도 기판 (10)의 목적하지 않는 부분상에 침착되는 것을 실질적으로 방지하기 위해 사용된다. 주변 및 원거리 회로 영역에, 개구 (나타내지 않음)가 존재하며, 어레이 외부에서 어레이와 회로를 서로 전기적으로 연결하는데 사용된다.
제 2 마스크 (80)을 기판 (10)에 정렬한 후, 물리적 증착 (예: 증발 또는 스퍼터링)을 이용하여 패턴화된 전도층 (92)를 형성하여 도 9 및 10에 설명된 바와 같이 어레이 내에 구조물을 제공한다. 패턴화된 전도층 (92)는 전도 리드 (14) 및 전도 부재 (14), (522) 및 (524)에 대해 기술된 물질 또는 층 하나 이상을 포함할 수 있다. 두께는 50 내지 1000 nm 범위일 수 있다. 하나의 특정한 비제한적 양태에서, 약 100 내지 300 nm 범위의 두께를 갖는 Al층이 침착될 수 있다.
도 9는 패턴화된 전도층 (92)의 평면도를 포함한다. 전도 부재 (922)는 캐쏘드-분리층 사이에 놓인다. 전도 부재 (924)는 캐쏘드-분리층 (22) 위에 놓이며 전도 부재 (922)와는 공간적으로 떨어진다. 도 5를 참조하여, 전도 부재 (922)는 전도 부재 (522) 및 전도 리드 (14)의 일부에 침착되고, 전도 부재 (924)는 전도 부재 (524)에 침착된다. 패턴화된 전도층 (52)를 형성하는데 이용되는 방향성이 패턴화된 전도층 (92)에 대해 이용된다. 이러한 방식으로, 전기적 단로 또는 누출로가 형성되지 않는다.
각각의 픽셀은 전도 부재 (12) 및 전도 부재 (522)가 기판 (10)의 평면도로부터 보여지는 바와 같이 교차되는 영역에 의해 제한된다. 누적적으로, 전도 부재 (922)는 실질적으로 모든 (픽셀) 영역 위에 놓인다.
도 10은 도 9의 절단선 10-10에서의 단면도에 대한 예시를 포함한다. 전도 부재 (922)는 경계면 (102)에 있는 실질적으로 모든 전도 부재 (522) 위에 놓인다. 전도 부재 (922)는 전도 부재 (522) 보다 길기 때문에, 전도 부재 (922)는 또한 경계면 (104)에서 전도 리드 (14)와 접촉한다. 따라서, 전도 부재 (922)는 이의 상응하는 전도 부재 (522) 및 전도 리드 (14)를 전기적으로 연결하고 이와 접촉하는 전도 브릿지를 형성한다. 전도 리드 (14) 및 전도 부재 (522)의 표면은 레이저 절삭이 사용되는 경우 있을 수 있는 것과 같이 많이 손상되지 않기 때문에, 비교적 낮은 접촉 저항이 경계면 (102) 및 (104)에서 구현될 수 있다. 주변 및 원거리 회로 영역 (나타나지 않음) 내의 전도 부재 및 전도 리드의 노출부도 마찬가지로 손상되지 않으며, 따라서 연속한 전도 부재 또는 와이어 결합 (나타나지 않음)의 다른 부분에의 접촉도 마찬가지로 우수한 접촉 저항 특성을 가질 것이다.
도 10에 나타낸 다른 양태에서, 유기층 (30) (유기 활성층 (34) 및 홀-전달층 (32)를 포함)을 통한 개구가 도 10에 나타나 있다. 전도 부재 (522)의 측면이 유기층 (30)의 아래에 놓인 측면 (도 10에서 측면 (1022)로 설명됨)과 실질적으로 접촉한다. 전도 리드 (14)는 측면 (1022)에 향하는 측면 (1014)를 갖는다. 전도 부재 (922)의 일부는 유기층 (30)의 개구로 연장되고, 이러한 특정 양태에서 표면 (1000)에서 측면 (1014)와 (1022) 및 기판 (10)과 접촉한다.
임의 갯수의 전술된 층 또는 추가의 층을 사용하여 도 1 내지 10에 예시되지 않은 다른 회로를 형성할 수 있다. 나타내지는 않았지만, 어레이 외부에 놓일 수 있는 주변 영역 (나타나지 않음)에 회로를 고려하기 위해 추가의 절연층(들) 및 상호연결 레벨(들)이 형성될 수 있다. 이러한 회로는 줄 또는 컬럼 데코더, 스트로브 (예: 줄 어레이 스트로브, 컬럼 어레이 스트로브), 또는 센스 증폭기를 포함할 수 있다.
실질적으로 완성된 전기적 성분, 예를 들어 전자 디스플레이, 방사선 검출기 및 볼타 전지를 형성하기 위해 캡슐화층 (나타내지 않음)이 어레이 및 주변과 원거리 회로상에 형성될 수 있다. 캡슐화층은 어떠한 유기층도 이와 기판 (10) 사이에 놓이지 않도록 레일에 부착될 수 있다. 방사선은 캡슐화층을 통해 방출될 수 있다. 이러한 경우, 캡슐화층은 방사선에 대해 투명해야 한다.
5. 기타 양태
또 다른 양태에서, 풀-컬러 능동형 매트릭스 디스플레이가 형성될 수 있다. 유기 웰 구조물의 절연층이 전도 부재 (12) 및 전도 리드 (14) 형성 후 연속해서 형성될 수 있다. 또한, 유기 활성층 (34)의 일부가 구현될 픽셀 내에 상이한 컬러를 가능하게 하는 잉크젯을 사용하여 유기 염료(들)를 선택적으로 수령할 수 있다. 능동형 매트릭스에 대해, 캐쏘드-분리층 (22)는 형성되지 않을 것이며, 이는 애노드가 스트립과는 반대로 패드의 형태일 수 있으므로 공통된 캐쏘드가 사용될 수 있기 때문이다. 능동형 매트릭스 OLED 디스플레이가 형성되는 경우, 박막 회로가 기판 (10)과 함께 존재할 수 있다. 이러한 박막 회로는 통상적인 것이다.
하나의 양태에서, 멀티-컬러 또는 풀-컬러의 수동형 매트릭스 디스플레이가 형성될 수 있다. 2개의 삽입 픽셀에 대해 6개의 서브픽셀이 유기 웰 구조물을 제외하고는 도 1 내지 10에 나타낸 것과 유사한 구조물로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하여, 제 1 및 제 4 전도 부재 (12)는 상이한 픽셀에서 블루 서브픽셀에 상응할 수 있고, 제 2 및 제 5 전도 부재 (12)는 상이한 픽셀에서 그린 서브픽셀에 상응할 수 있고, 제 3 및 제 6 전도 부재 (12)는 상이한 픽셀에서 레드 서브픽셀에 상응할 수 있다. 도 5를 참조하여, 제 1, 제 2 및 제 3 전도 부재 (522)는 하나의 픽셀에서 레드, 그린 및 블루 서브픽셀애 대한 것일 수 있고, 제 4, 제 5 및 제 6 전도 부재 (522)는 또 다른 픽셀에서 레드, 그린 및 블루 서브픽셀에 대한 것 일 수 있다.
또 다른 양태에서, 전도 부재 (12) 및 (522)에 대해 사용되는 물질은 반대가 될 수 있다. 이러한 방식으로, 애노드 및 캐쏘드가 효과적으로 반대가 될 수 있다 (캐쏘드가 애노드 보다 오히려 사용자 측에 접근). 캐쏘드가 사용자 측에 보다 가까이 놓이는 경우, 이는 전자 장치에 방출 또는 수령되는 방사선에 실질적으로 투명할 필요가 있을 수 있다.
또 다른 양태에서, 레이저 절삭과 건식 에칭의 조합이 도 11 및 12에서 설명된 바와 같이 사용될 수 있다. 도 2를 참조하여, 절단선 11-11가 참조 포인트로서 사용될 수 있다. 도 2로 시작해서, 유기층 (30)은 전술한 바와 같이 형성될 수 있다. 이전 양태와는 달리, 레이저 절삭이 어레이 내에 유기층 (30)의 일부를 제거하는데 사용되어 개구 (112)를 형성할 수 있다. 전도 리드 (14)의 일부가 개구 (112)의 바닥을 따라 노출된다. 어레이로부터 공간적으로 떨어진 영역 (예: 주변 및 원거리 회로 영역)에서의 유기층 (30)의 일부가 레이저 절삭을 이용하여 제거되지 않는다.
단지 새도우 마스크 (80)이 패턴화된 전도층의 침착에 사용되어 도 12에 나타난 바와 같은 전도 부재 (122)를 형성할 수 있다. 전술된 마스크 (40)은 필요하지 않다.
전술된 것과 유사하게, 전도 부재 (122)의 형성 후 어레이 외부의 유기층 (30)의 일부를 제거하는데 건식 에칭 공정이 이용될 수 있다. 제거되는 유기층 (30)의 일부는 결합 패드 및 레일에 상응한다. 연속한 전기적 연결은 결합 패드에 이루어질 수 있으며, 캡슐화층이 레일에 부착될 수 있다. 유기 물질이 제거되었기 때문에, 캡슐화 덮개 아래로 들어갈 습기 및 산소에 대한 하나의 수단이 마찬가지로 제거된다.
상술된 양태는 통상의 기술에 비해 잇점을 갖는다. 레이저 절삭이 필요하지 않으나 임의로 사용될 수 있다. 건식 에칭이 유기층의 일부를 제거하는데 사용되며, 건식 에칭 공정이 레이저 절삭 (선택성이 있다 하더라도 적음)과 비교하여 유기층 (30) 아래에 놓인 물질 또는 층에 대해 실질적으로 우수한 선택성을 갖는다. 레이저 절삭이 사용되지 않기 때문에, 장치 수율 및 제작능이 장치의 수행능을 손상시키지 않으면서 상당히 개선된다. 레이저 절삭 동안 과-절삭으로 나타나는 것과 같은 리드의 크래킹 (cracking)이 실질적으로 제거된다.
레이저 절삭은, 공정의 물리적 특성 때문에, 이전에 세정되었던 유기 장치의 다른 영역에 유기층 (30)의 일부를 사실상 재침착할 수 있다. 레이저 절삭과는 다르게, 건식 에칭은, 에칭 산물이 일반적으로 휘발성이기 때문에, 기판 (10)의 하나의 부분으로부터 물질이 기판 (10)의 다른 부분에 재침착할 가능성이 적다. 하나의 양태에서, 유기층으로부터 재침착된 물질을 제거하기 위한 어떠한 습식 세정 공정도 필요하지 않다.
본 공정의 또 다른 잇점은, 새로운 물질 및 새로운 물질과 관련된 공정 통합 우려가 배제된다는 것이다. 건식 에칭 작업은 레이저 절삭 작업을 대체한다. 패턴화된 전도층 (52) 및 캐쏘드-분리층 (22)는 유기층 (30)의 에칭 동안 에칭 마스크로서 작용한다. 어떠한 분리 저항층도 형성, 패턴화 및 후속적으로 제거될 필요가 없다. 또한, 전도 부재 (522) 및 전도 부재 (922)에 대한 물질은 통상의 공정에 대해 사용된 것으로부터 변화될 필요가 없다
본 발명은 어두운/밝은 (dim/bright) 라인의 발생 감소에 기여하는데 이용될 수 있다. 하나의 양태에서, 건식 에칭 공정은 실질적으로 모든 기판에서 동시에 수행된다. 이러한 공정은, 상이한 위치에서 일련의 분리된 단계들로서 수행되는 레이저 절삭과 비교하여, 더 큰 균일성을 제공한다. 따라서, 접촉 저항이 보다 균일해야 하며, 이는 어두운/밝은 라인과는 대조적으로 보다 균일한 일루미네이션 (illumination)의 형태로 그 자체를 입증한다.
전도 리드 (14)는 전도 부재 (522)에 앞서 제작된다. 전술된 하나의 양태에서, 접촉 영역 (도 10에서 표면 (102) 및 (104))은 전도 부재 (922)가 형성되기 전에 세정될 수 있다. 감소된 접촉 저항이 달성될 수 있어 보다 우수한 장치 작업이 가능하다.
전술된 양태는 캐쏘드-분리층 (22)의 기재에 트래핑된 (trapped) 중합체의 제거로 인해, 장치 수명 및 전기적 특성을 개선할 수 있다. 유기층 (30)의 일부는 캐쏘드-분리층 (22)의 기재가 아래에 놓인 층과 접촉하는 위치에 트래핑된다. 유기층 (30)의 이렇게 트래핑된 부분은 픽셀 수축을 일으키도록 시간에 걸쳐 방출하는 습기의 저장기로서 작용할 수 있다. 장치의 수명은, 캐쏘드-분리층 (22) 가장자리와 접촉하는 픽셀 가장자리를 공격하는 습기에 의해 감소된다. 건식 에칭 동안 중합체의 이러한 부분들과 떨어져 에칭하는 것이 수명을 증가시키는데 도움이 된다. 또한, 트래핑된 부분의 제거는 스핀-온 중합체 장치 (PLED)의 문제일 수 있는 캐쏘드 라인 사이의 크로스-토크를 감소시킨다.
본 발명은 하기 실시예에서 추가로 설명될 것이다. 이러한 실시예는 청구범위에 기술된 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다.
실시예 1
OLED를 도 1 내지 10에 설명된 바와 같은 양태에 따라 제작하고, 유기층을 제거하기 위해 광범위한 레이저 절삭을 이용하여 통상의 공정으로 제작된 OLED와 비교하였다. 용량적으로 커플링된 마치 PX-500 (March Plasma Systems, Concord, California)를 2-단계 건식 에칭 공정에 이용하였으며, 20 내지 100 V의 전압, 400 mTorr 및 100 mW/cm2에서 작업하였다. 100 내지 500 sccm 유속의 50 % O2, 45 % Ar 및 5 % CF4 기체 혼합물을 제 1 단계에서 10분 동안 사용하고 Ar 기체를 제 2 단계에서 10분 동안 단독으로 사용하였다. 제 1 단계에서의 유속은 각각의 개별적 기체에 대한 유속의 조합이며 목적하는 비율의 기체를 유지할 반응기로의 총 유속을 나타낸다. 반응기 온도는 에칭 공정의 개시시 실온에서 건식 에칭 공정의 말에 약 70 ℃의 높은 온도로 올렸다.
다르게는, 전도 리드의 레이저 절삭 및 캐쏘드층의 침착을 수행한 후, 20 내지 100 V의 전압, 400 mTorr 및 150 mW/cm2 에서 100 내지 500 sccm의 유속으로 O2 기체를 이용하여 단일 10분 건식 에칭을 수행하였다. 다시 한번, 공정 온도를 최대 약 70 ℃로 유지하였다.
하기 표 1은 일부 전기적 특성을 비교한 것이다. 이에 나타난 바와 같이, 본 발명의 양태를 이용하여 제조된 OLED가 뛰어난 전자적 특성, 특히 낮은 누전 및 높은 정류률을 가졌다.
| 상술된 신규 공정을 이용하여 제작된 OLED | 통상의 OLED (레이저 절삭 단독, 건식 에칭 없음) | |
| 효율 | > 6 Cd/Amp | > 6 Cd/Amp |
| 누전 | < 5 uA | > 20 uA |
| 정류율 | > 300,000 | < 50,000 |
실시예
2
본 실시예는 저밀도, 고전압 플라즈마 공급원을 사용하여 유기층을 제거하는 것을 설명한다.
유도적으로 커플링된 자기적 중성 루프 방전 플라즈마 시스템 (NLD-6000, ULVAC Technologies, Inc., Methuen, MA)을 1-단계 건식 에칭 공정에 사용하여 실시예 1의 용량적으로 커플링된 플라즈마 시스템 보다 훨씬 낮은 압력에서 ITO 커버된 유리 기판으로부터 유기층을 제거하였다.
ITO 층을 PEDOT/Nafion®의 전하 전달층 및 이어서 PPV의 EL층 (Super Yellow, Covion Organic Semiconductors GmbH, Germany)로 코팅한 후, NLD-6000을 이용한 저압 글로우 (glow) 방전 ICP 에칭 공정을 이용하여 유기층의 일부를 제거하였다. 2500 W의 ICP 전력을 사용하면서 200 sccm으로 유동하고 3 mTorr에서 작업하는 O2 기체를 사용하여, 유기층을 +/-5%의 에칭 균일도로 성공적으로 제거하였다. 기판을 He로 냉각시켰으며, 에칭 후 ITO 기판의 온도는 단지 50 ℃였다. 이러한 결과가 표 2에 요약되었다.
| 샘플 | 바이어스 전력 (W) | 에칭 시간 (초) | DC 바이어스 (V) | 육안 검사 |
| A | 150 | 60 | 350 | 청결 |
| B | 150 | 30 | 350 | 청결 |
| C | 75 | 30 | 215 | 청결 |
| D | 75 | 60 | 215 | 청결 |
저압 고밀도 플라즈마의 잇점은 후방굴절된 에칭 물질의 부재에 있다. 샘플 A 내지 D에서, 어떠한 유기 잔사도 기판의 에칭부에 나타나지 않았다. 분 당 50 nm을 초과하는 에칭률이 수득되었다.
실시예
3
본 실시예는 낮은 표면 에너지 전하 전달층에 대한 물질을 생성하기 위한 Nafion® 존재 하에서의 에틸렌디옥시티오펜의 중합화를 설명한다.
SE-10072 (16.03 mmole, Nafion® 단량체 유닛) 142.68 g 및 탈이온수 173.45 g을 500 mL Nalgenic® 플라스틱 바틀에 부었다. 먼저 황산제2철 수화물 (97 %, Sigma-Aldrich Corp., St. Louis, MO, USA) 0.0667 g을 탈이온수를 사용하여 총 중량 12.2775 g으로 용해시켜 황산제2철의 스톡 용액을 만들었다. 이어서, 황산제2철 용액 1.40 g 및 과황산나트륨 (Fluka, Sigma-Aldrich Corp., St. Louis, MO, USA) 1.72 g (7.224 mmole)을 플라스틱 바틀에 넣었다. Nalgenic® 플라스틱 바틀의 뚜껑을 단단히 닫고, 바틀을 손으로 격렬히 흔들었다. 바틀의 내용물을 상술된 바와 같이 재킷을 갖는 3-구 플라스크로 부었다. 이어서, 혼합물을 반응 용기에서 30분 동안 교반하였다. Baytron-M (3,4-에틸렌디옥시티오펜의 상품명, Bayer, Pittsburgh, USA) 0.63 mL (5.911 mmole) 을 교반하면서 상기 반응 혼합물에 가하였다. 약 23 ℃에서 교반하면서 중합화를 진행하였다. 1시간 7분 후 중합화 액체가 매우 검청색으로 변하였으며, 이어서 2개의 250 mL 플라스틱 바틀에 분배하였다. 반응 용기를 제거하였을 때 어떠한 겔 입자도 반응 용기의 교반 샤프트 또는 유리 벽에서 관측되지 않았다. 중합화 액체의 총 수율은 297.10 g이었다. 액체는 고체 5.303 % (w/w)를 포함하며 이는 어떠한 손실도 없이 완전한 전환을 가정한다. 고체는 주로 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), PEDOT/Nafion®을 포함하는 것으로 추정된다.
2개의 플라스틱 바틀 중 하나의 수성 PEDOT/Nafion® 148.75 g을 2개의 이온 교환 수지로 추가 처리하였다. 2개의 수지 중 하나는 가교된 폴리스티렌의 나트륨 설포네이트에 대한 Lewatit® S100 (상품명, Bayer, Pittsburgh, PA, USA)이었다. 다른 이온 교환 수지는 가교결합된 폴리스티렌의 3급/4급 아민의 유리 염기/클로라이드에 대한 Lewatit® MP62 WS (상품명, Pittsburgh, PA, USA)이었다. 사용하기 전까지, 2개의 수지를 물에서 더 이상의 컬러가 없을 때까지 탈이온수로 세척하였다. Lewatit® S100 7.75 g 및 Lewatit® MP62® WS 7.8 g을 플라스틱 바틀에서 수성 PEDOT/Nafion® 분산액 148.75 g과 혼합하였다. 이어서, 바틀을 약 23시간 동안 롤러에 놓았다. 이어서, 생성된 슬러리를 성긴 프릿화된-유리 펀넬을 통해 흡인-여과시켰다. 수율은 110.2 g이었다. 2.6% (w/w) 분산액으로부터 건조된 샘플의 원소 분석에 기초하여, 샘플은 21.75 % 탄소, 0.23 % 수소, 1.06 % 질소 및 2.45 % 황을 포함하였다. 다른 원소, 예를 들어 산소 및 불소는 분석되지 않았다. 황 분석을 방해하는 불소를 제거하기 위해 CeCl3 및 양이온 교환 수지를 첨가하였다.
앞서의 명세서에서, 본 발명은 특정 양태를 참조하여 기술되었다. 그러나, 당업자는 하기 청구범위에 기술된 발명의 범위로부터 이탈함이 없이 많은 변형 및 변화를 만들 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적 의미보다는 설명하기 위한 것으로 간주되어야 하며, 모든 이러한 변형이 본 발명의 범위에 속한다.
잇점, 기타 장점 및 문제에 대한 해결을 특정 양태를 들어 설명하였다. 그러나, 잇점, 장점, 문제에 대한 해결, 및 잇점, 장점 또는 해결을 보다 현저하게 할 수 있는 임의 요소(들)이, 임의의 또는 모든 청구항에 대해 중요하거나 필요하거나 필수적인 특징 또는 요소로 간주되지는 않는다.
Claims (26)
- 기판상에 서로 공간적으로 떨어져 있는 제 1 전도 부재 및 전도 리드를 형성하는 단계;기판, 제 1 전도 부재 및 전도 리드상에 유기층을 형성하는 단계;제 2 전도 부재를 포함하고 유기층에 대해 노출부 및 비노출부를 만드는 패턴화된 전도층을 유기층상에 형성하는 단계; 및하나 이상의 산소-함유 기체를 포함하는 기체를 사용하여 유기층의 적어도 노출부를 건식 에칭하여 전도 리드의 일부를 노출시키는 단계를 포함하며, 건식 에칭을 둘 이상의 단계로 수행하고, 상기 둘 이상의 단계 중 적어도 제 2 단계 동안 하나 이상의 불활성 기체를 사용하는, 유기 전자 장치를 형성하는 방법.
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- 기판상에 유기 물질을 포함하는 유기층을 형성하는 단계;기판의 제 1 영역에서 유기층을 제거하는 단계; 및하나 이상의 산소-함유 기체를 포함하는 기체를 사용하여 기판의 제 2 영역에서 유기층을 건식 에칭하는 단계를 포함하며, 제 1 영역에서 유기층을 제거하는 단계는 별개의 단계로 수행되고, 건식 에칭을 둘 이상의 단계로 수행하고, 상기 둘 이상의 단계 중 적어도 제 2 단계 동안 하나 이상의 불활성 기체를 사용하는, 유기 전자 장치를 형성하는 방법.
- 제6항에 있어서, 유기층의 제거를 레이저 절삭을 이용하여 수행하는, 유기 전자 장치를 형성하는 방법.
- 제7항에 있어서, 제 1 영역이 픽셀 어레이에 상응하고 제 2 영역이 픽셀 어레이의 외부에 놓이는, 유기 전자 장치를 형성하는 방법.
- 제6항에 있어서, 산소-함유 기체가 O2, COF2, CO, O3, NO, N2O 및 이의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는, 유기 전자 장치를 형성하는 방법.
- 제1항 또는 제6항에 있어서, 기체가 할로겐-함유 기체를 추가로 포함하는, 유기 전자 장치를 형성하는 방법.
- 제10항에 있어서, 할로겐-함유 기체가 불소-함유 기체, 염소-함유 기체, 브롬-함유 기체, 요오드-함유 기체 및 이의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는, 유기 전자 장치를 형성하는 방법.
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- 제11항에 있어서, 불소-함유 기체가 포화 또는 불포화될 수 있고 다른 할로겐 원자를 포함 또는 불포함할 수 있는 플루오로탄소, F2, HF, SF6, NF3, 요오도탄소, 브로모탄소, 클로로탄소, 염소-함유 인터할로겐, 브롬-함유 인터할로겐, 요오드-함유 인터할로겐, 금속 브로마이드, 금속 클로라이드, 금속 요오다이드, 금속 플루오라이드, 불소-함유 인터할로겐 및 이의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는, 유기 전자 장치를 형성하는 방법.
- 제11항에 있어서, 할로겐-함유 기체가 F2, HF, SF6, NF3, WF6, MoF6, TaF5, ClF, ClF3, ClF5, BrF3, IF5, Cl2, HCl, BCl3, TiCl4, TaCl5, MoCl5, WCl5, HBr, BBr3, BrF3, BrF5, I2, HI, IF5, CF4 및 이의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는, 유기 전자 장치를 형성하는 방법.
- 제1항에 있어서, 건식 에칭용 기체가 O2를 포함하는 산소-함유 기체, CF4를 포함하는 할로겐 함유 기체, 및 Ar을 포함하는 불활성 기체를 포함하며, 이들의 총량은 건식 에칭용 기체의 총 용적의 10% 이상인, 유기 전자 장치를 형성하는 방법.
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