KR20100117633A - 전자 소자의 제조 방법 및 전자 소자 - Google Patents

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KR20100117633A
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layer
barrier layer
electronic device
barrier
organic
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크리스챤 슈미드
틸만 슈렌커
헤리벨트 줄
랄프 팻졸드
마르쿠스 클레인
카스텐 헤우서
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

소자의 봉지를 위한 장벽층을 포함한 전자 소자의 제조 방법은, 특히, 적어도 하나의 기능층(22)을 포함한 기판(1)의 준비 단계, 플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD)을 이용하여 상기 기능층(22)상에 적어도 하나의 제1장벽층(3)을 도포하는 단계, 및 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)을 이용하여 상기 기능층(22)상에 적어도 하나의 제2장벽층(4)을 도포하는 단계를 포함한다.

Description

전자 소자의 제조 방법 및 전자 소자{METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRONIC COMPONENT AND ELECTRONIC COMPONENT}
본원은 독일특허출원 10 2008 006721.0, 독일특허출원 10 2008 019900.1, 독일특허출원 10 2008 031405.6, 독일특허출원 10 2008 048472.5을 기초로 우선권을 주장하며, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.
본 발명은 전자 소자의 제조 방법 및 전자 소자에 관한 것이다.
가령 무기 발광 다이오드(LED) 또는 유기 발광 다이오드(OLED)와 같은 전자 소자의 지속적 구동을 위해, 상기 소자를 습기로부터 보호하는 것이 필요한 경우가 많다. 특히, 일상에 사용할 때 소자가 수년간 그 기능성을 유지할 수 있는지 확인하기 위해 소자의 유효 수명 테스트를 시행할 필요가 있을 수 있다.
적어도 본 발명의 일 실시예는 밀봉부(encapsulation)를 포함한 전자 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 적어도 본 발명의 일 실시예는 밀봉부를 포함한 전자 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적은 독립 청구항의 방법 및 물건에 의하여 해결된다. 방법 및 물건의 바람직한 실시예는 종속항에 기술되며, 또한 이하의 설명 및 도면으로부터도 도출된다.
일 실시예에 따른 소자의 밀봉(encapsulating)을 위한 장벽층을 포함하는 전자 소자의 제조 방법은, 특히,
적어도 하나의 기능층을 포함하는 기판을 준비하는 단계,
플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD)을 이용하여 상기 기능층에 적어도 하나의 제1장벽층을 도포하는 단계, 및
플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)을 이용하여 상기 기능층에 적어도 하나의 제2장벽층을 도포하는 단계를 포함한다.
제1층 또는 제1부재가 제2층 또는 제2부재의 "상에" 또는 "그 위에 걸쳐서" 또는 2개의 다른 층들 또는 부재들의 "사이에" 배치되거나 도포되는 것은, 본 명세서에서 제1층 또는 제1부재가, 제2층 또는 제2부재 상에 또는 2개의 다른 층들 또는 부재들에 직접적으로 기계적 및/또는 전기적으로 접촉하여 배치됨을 의미할 수 있다. 또한, 다른 층들 및/또는 부재들이 제1층 또는 제1부재와 제2층 또는 제2부재의 사이에 또는 2개의 다른 층들 또는 부재들의 사이에 배치되는 간접적인 접촉을 가리킬 수도 있다.
화학적 기상 증착("chemical vapor deposition", CVD)은 적어도 하나의 기능층을 포함하여 준비되는 기판의 적어도 일 표면 상에 적어도 2개의 가스형 출발 화합물이 반응하여 고형의 반응 생성물이 되는 방법을 가리킬 수 있다. 이 때, 적어도 2개의 가스형 출발 화합물은, 기판이 준비되는 하나의 용적부에 동시에 공급될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 기능층을 포함하며 준비된 기판의 적어도 하나의 표면은 실온보다 높은 온도로 가열될 필요가 있을 수 있다.
플라즈마 강화 화학 기상 증착("plasma enhanced chemical vapor deposition", PECVD)은, 용적부에 플라즈마가 생성되어, 상기 용적부에 공급된 적어도 2개의 가스형 출발 화합물이 상기 플라즈마에서 여기될 수 있는 CVD 방법을 가리킬 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 표면이 가열되어야 하는 온도는 비플라즈마 CVD 방법에 비해 낮아질 수 있다. 이는, 특히 적어도 하나의 기능층이 최대 온도보다 높은 온도에서 비가역적으로 손상받을 수 있으므로 유리할 수 있다. 최대 온도는 예컨대 약 120℃일 수 있어서, 제2장벽층이 도포될 때의 온도는 120℃보다 낮고, 바람직하게는 80℃ 이하일 수 있다.
원자층 증착("atomic layer deposition", ALD)은, CVD 방법에 비해 우선 적어도 2개의 가스형 출발 화합물 중 제1출발 화합물이 기판이 준비된 용적부에 공급되고, 적어도 하나의 표면에서 흡수될 수 있는 방법을 가리킬 수 있다. 상기 적어도 하나의 표면이 제1출발 화합물에 의해 바람직하게는 완전히 덮이거나 거의 완전히 덮인 이후에, 아직 가스형이거나/가스형이면서 표면에 흡수되지 않은 제1출발 화합물의 일부는 다시 용적부로부터 제거되고, 적어도 2개의 출발 화합물 중 제2출발 화합물이 공급될 수 있다. 제2출발 화합물은 적어도 하나의 표면에 흡수된 제1출발 화합물과 함께 반응하여 고체층을 형성할 수 있다. CVD 방법의 경우와 같이, 적어도 하나의 표면이 실온보다 높은 온도로 가열되는 것이 유리할 수 있다.
플라즈마 강화 원자층 증착("plasma enhanced atomic layer deposition", PEALD)은, 플라즈마의 생성과 동시에 제2출발 화합물이 공급되어, PECVD 방법의 경우와 같이 제2출발 화합물이 여기될 수 있는 방법을 가리킬 수 있다. 이를 통해, 비플라즈마 ALD 방법에 비해 적어도 하나의 표면이 가열되는 온도가 낮아질 수 있다. 제1장벽층은 예컨대 120℃보다 낮은 온도, 바람직하게는 80℃ 이하의 온도에서 도포될 수 있다. 다른 고체층을 생성하기 위해, 제1출발 화합물의 공급 및 그 이후의 제2출발 화합물의 공급 단계는 반복될 수 있다.
본 명세서에 기술된 방법의 범위에서 제조될 수 있는 밀봉부는, CVD 방법에 의해 제조된 장벽층만을 포함하는 공지된 밀봉부에 비해, 습기 및/또는 산소에 대해 더 낮은 투과도를 가질 수 있다. CVD 방법에 의해서만 제조된 장벽층을 포함하는 밀봉부의 경우, 종래의 밀봉부의 비밀폐도(untightness)을 야기할 수 있는 채널, 기공 및/또는 결정 경계(grain boundary)가 발생할 수 있다. 이러한 비밀폐도는 특히, 전자 소자의 경우 장벽층이 도포될 수 있는 최대 온도가 상기에 언급한 바와 같이 약 120℃를, 바람직하게는 약 80℃를 초과해서는 안된다는 점에 의해 발생할 수 있다. 이를 통해, CVD 도포된 장벽층을 포함한 종래의 밀봉부는 매우 복잡하여 비용 집약적인 다층계를 필요로 하며, 상기 다층계는 밀봉부를 포함한 전자 소자의 경제적 제조에 장애가 될 수 있다.
종래의 밀봉부의 단점은 본 명세서에 기술된 방법에 의하여 방지될 수 있다. CVD 방법 또는 PECVD 방법을 이용하여 도포되는 장벽층에 비해, 제1장벽층의 도포를 위한 PEALD 방법을 이용하면, 제1장벽층이 더 높은 밀도로 제조될 수 있고, 채널 및/또는 기공의 형성 및/또는 확장이 감소하거나 방지될 수 있다. 따라서, CVD 방법을 이용하여 제조된 층에 비해, 제1장벽층을 위해 습기 및/또는 산소와 관련하여 더 높은 밀폐도를 얻을 수 있다. 이 때, 장벽층의 수 및/또는 그 두께는 종래의 CVD 방법을 이용하여 제조된 밀봉부의 장벽층에 비해 감소할 수 있다. 이를 통해, 내부적인 밀폐도가 높으면서 그와 동시에 얇은 밀봉부가 작은 면뿐만 아니라 대면적으로도 생성될 수 있고, 결정 경계, 채널 및/또는 기공을 통한 습기 및/또는 산소의 확산이 방지되거나 감소할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된, 제1 및 제2장벽층을 포함한 밀봉부는 밀봉부의 테두리 영역에서도 높은 밀폐도를 가질 수 있어서, 적어도 하나의 기능층을 포함하며 준비된 기판과 밀봉부 사이의 경계면을 통한 습기 및/또는 산소의 확산이 방지되거나 감소할 수 있다.
캐비티에 부가적으로 게터(getter) 물질이 삽입된 덮개 유리를 이용하는 다른 공지된 밀봉부에 비해, 본 명세서에 기술된 제1 및 제2장벽층을 포함하는 밀봉부에 의해, 더 비용 경제적으로 제조되고 더 얇은 밀봉부가 구현된다. 또한, 본 명세서에 기술된 방법을 이용하면, 덮개 유리 및 게터 물질을 이용한 밀봉부의 경우에 가능하지 않은 투명 밀봉부를 포함하는 전자 소자가 제조될 수 있다.
제1장벽층 및 제2장벽층의 도포 단계는 직접적이고 순차적으로 동일한 용적부에서, 예컨대 종래의 코팅 설비에서 수행될 수 있다.
제1장벽층은 PEALD 방법을 이용하여 예컨대 10 nm 내지 30 nm의 두께로 도포될 수 있다. 이는, PEALD 방법을 이용하여 제1장벽층이 10개 이상 50개 이하의 단일층으로 제조될 수 있음을 의미할 수 있다. 제1장벽층의 높은 밀도 및 품질에 의해, 상기 두께는, 그 아래에 위치한 적어도 하나의 기능층을 습기 및/또는 산소로부터 효과적으로 보호하기에 충분할 수 있다. PEALD 방법이 PECVD 방법에 비해 성장율이 낮을 수 있음에도 불구하고, 제1장벽층의 두께가 얇으므로 본 명세서에 기술된 방법의 공정 시간이 짧고, 경제력이 높을 수 있다.
제1장벽층의 높은 밀폐도에 의해, 모든 장벽층이 CVD 방법에 의해 도포되는 종래의 밀봉부에 비해, 밀폐도과 관련한 제2장벽층의 요건이 더 낮게 설정될 수 있다. 특히, 제1장벽층보다 높은 성장율로 제2장벽층이 도포될 수 있고, 도포된 이후 1 nm 내지 1000 nm의 두께를 가질 수 있다. 특히, 제1장벽층은 10 nm이상, 바람직하게는 20 nm이상, 더욱 바람직하게는 100 nm이상의 두께로 도포될 수 있다.
본 방법은, 제1 및 제2장벽층 상에 보호층을 도포하는 다른 단계도 포함할 수 있다. 이 때, 보호층은 제1 또는 제2장벽층 상에 직접 도포될 수 있고, 도포된 이후 제1 또는 제2장벽층과 직접 접촉할 수 있다. 특히, 보호층은 그 아래 위치한 제1 및 제2장벽층을 기계적으로 보호할 수 있다.
이를 위해 보호층은 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께로 도포될 수 있다. 특히, 보호층은 5 ㎛이상, 바람직하게는 10 ㎛이상의 두께로 도포될 수 있다.
이 때, 보호층은 가령 실록산, 에폭시, 예컨대 메틸메타크릴레이트와 같은 아크릴레이트, 이미드, 카보네이트, 올레핀, 스틸렌, 우레탄과 같은 플라스틱 또는 모노머, 올리고머 또는 폴리머의 형태인 이들의 유도체, 및 혼합물, 코폴리머 또는 화합물을 포함할 수 있다. 예컨대, 보호층은 에폭시 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리스틸렌, 폴리카보네이트, 폴리아크릴레이트, 폴리우레탄 또는 가령 폴리실록산과 같은 실리콘 수지 또는 그 혼합물이거나, 그것을 포함할 수 있다. 보호층은 예컨대 투명할 수 있다.
보호층은 스프레이 바니시(spray varnish)를 포함하거나, 스프레이 바니시로서 형성될 수 있고, 이는 적어도 앞서 열거한 물질 중 하나를 포함하고, 예컨대 순환식 스프레이 바니싱 설비를 이용하여 도포될 수 있다. 상기 스프레이 바니시는 UV 경화성이거나/이면서 결합제 또는 용제를 포함한 스프레이 바니시일 수 있다.
본 명세서에 기술된 방법에 의해 제조될 수 있는 전자 소자는 복사 방출 소자 및/또는 복사 수신 소자로서, 그리고 유기 전자 소자 또는 무기 전자 소자로서 형성될 수 있으며, 가령 무기 발광 다이오드(LED), 유기 발광 다이오드(OLED), 무기 포토다이오드(PD), 유기 포토다이오드(OPD), 무기 태양 전지(SC), 유기 태양 전지(OSC), 무기 트랜지스터, 특히 무기 박막트렌지스터(TFT), 유기 트랜지스터, 특히 유기 박막트랜지스터(OTFT), 또는 집적 회로(IC)로서 형성될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 방법에 의해 제조될 수 있는 전자 소자는 열거한 요소들을 복수 개로 포함하거나, 그 조합으로 구성되거나, 그와 같이 형성될 수 있다.
또한, 전자 소자는 제조 이후 적어도 하나의 제1 및 제2전극을 포함한 기능적 층 시퀀스를 포함할 수 있고, 상기 전극들 사이에서 적어도 하나의 기능층은 하나 이상의 무기 및/또는 유기 기능층을 포함하여 배치된다. 특히, 기능 층 시퀀스는 기판상에 배치될 수 있다.
소자가 예컨대 LED, OLED, PD, OPD, SC 및/또는 OSC를 포함하면, 기능 층 시퀀스는 활성 영역을 포함할 수 있고, 상기 활성 영역은 전자 소자의 구동 시 전자기 복사를 생성하거나 검출하기에 적합하다.
매우 바람직한 실시예에서, 본 명세서에 기술된 방법의 경우, 전자 소자는 복사 방출 층 시퀀스를 구비한 유기 복사 방출 소자를 포함하는 유기 전자 소자로서 제조된다. 복사 방출 층 시퀀스는 유기 기능층으로서 형성된 기능층을 포함할 수 있다. 특히, 전자 소자는 유기 복사 방출 다이오드(OLED)를 포함하거나, 그러한 것으로서 형성될 수 있다. 전자 소자는, 전자 소자의 구동 시 전자 및 정공의 재조합에 의해 전자기 복사를 방출하기에 적합한 활성 영역을 포함할 수 있다.
유기 복사 방출 층 시퀀스 또는 OLED는 예컨대 기판 상의 제1전극을 포함할 수 있다. 제1전극 상에 걸쳐, 적어도 하나의 유기 기능층 또는 유기 물질로 구성된 복수 개의 기능층이 도포될 수 있다. 적어도 하나의 유기 기능층 또는 복수 개의 기능층은 예컨대 전자 수송층, 전계 발광층 및/또는 정공 수송층을 포함하거나, 그러한 층으로서 형성될 수 있다. 유기 기능층 또는 복수 개의 유기 기능층 상에 걸쳐 제2전극이 도포될 수 있다.
예컨대, 기판은 유리, 석영, 플라스틱 필름, 금속, 금속 필름, 규소 웨이퍼 또는 다른 적합한 기판 물질을 포함할 수 있다. OLED가 소위 "하부 이미터(bottom emitter)"로서 형성되면, 즉 활성 영역에서 생성된 복사가 기판을 통해 방출되면, 기판은 제1복사의 적어도 일부에 대해 투명도를 가질 수 있다.
바람직하게, 하부 이미터 구성에서 제1전극은 1차 복사의 적어도 일부에 대해 투명도를 가질 수 있다. 애노드로서 형성될 수 있어 정공 주입 물질로서 역할하는 투명 제1전극은 예컨대 투명 전도 산화물을 포함하거나 투명 전도 산화물로 구성될 수 있다. 투명 전도 산화물(transparent conductive oxides, 약어로 "TCO")은 투명 전도 물질, 일반적으로 금속 산화물이며, 예컨대 아연산화물, 주석산화물, 카드뮴산화물, 티타늄산화물, 인듐산화물 또는 인듐주석산화물(ITO)이 있다. 예컨대 ZnO, SnO2 또는 In2O3와 같은 2원 산화금속화합물외에, 예컨대 Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 또는 In4Sn3O12와 같은 3원 산화금속화합물 또는 서로 다른 투명 전도 산화물의 혼합물이 TCO군에 속한다. 또한, TCO는 화학량론적 조성에 반드시 부합할 필요는 없으며, p형이나 n형으로 도핑될 수 있다.
유기 기능층 또는 복수 개의 기능층은 유기 폴리머, 유기 올리고머, 유기 모노머, 비폴리머 유기 소분자("small molecules") 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특히, 유기 복사 방출 층 시퀀스가 기능층을 포함하고, 상기 기능층이, 전계 발광층 또는 전계 발광 영역에 정공 주입을 효과적으로 하기 위해 정공 수송층으로서 형성되는 경우에 유리할 수 있다. 정공 수송층을 위한 물질로서, 예컨대 3차아민(tertiary amine), 카르바졸유도체, 도전 폴리아닐린 또는 폴리에틸렌디옥시티오펜이 유리한 것으로 증명할 수 있다. 또한, 기능층이 전계 발광층으로서 형성된 경우가 유리할 수 있다. 이를 위한 물질로서, 형광 또는 인광에 의한 복사 방출을 포함하는 물질, 예컨대 폴리플루오렌, 폴리티오펜 또는 폴리페닐렌 또는 이들의 유도체, 화합물, 혼합물 또는 코폴리머가 적합하다. 기능층의 물질에 따라, 생성된 제1복사는 자외 스펙트럼 영역으로부터 적색 스펙트럼 영역까지 개별 파장들 또는 영역들 또는 그 조합을 포함할 수 있다.
제2전극은 캐소드로서 형성될 수 있고, 전자 주입 물질로서 역할할 수 있다. 캐소드 물질로서, 특히, 알루미늄, 바륨, 인듐, 은, 금, 마그네슘, 칼슘 또는 리튬 및 그 화합물, 조성물 및 합금이 유리한 것으로 증명할 수 있다. 대안적 또는 부가적으로, 제2전극은 상기에 열거한 TCO 중 하나를 포함할 수 있다. 부가적 또는 대안적으로, 제2전극은 투명하게 형성되거나/형성되고 제1전극은 캐소드로서, 제2전극은 애노드로서 형성될 수 있다. 이는, 특히, OLED가 "상부 이미터(top-emitter)"로서 형성될 수 있음을 의미한다.
제1 및/또는 제2전극은 각각 대면적으로 형성될 수 있다. 이를 통해, OLED의 경우에 활성 영역에서 생성된 전자기 복사의 대면적 방출이 가능할 수 있다. "대면적"이란, 전자 소자가 수 평방밀리미터 이상, 바람직하게 1 평방센티미터 이상 및 더욱 바람직하게 1 평방데시미터 이상의 면적을 가짐을 의미할 수 있다. 대안적 또는 부가적으로, 제1 및/또는 제2전극은 적어도 일부 영역에서 구조화되어 형성될 수 있다. 이를 통해, 활성 영역에서 생성된 전자기 복사의 구조화된 방출이 가능할 수 있고, 가령 픽셀 또는 픽토그램의 형태로 가능하다.
대안적 또는 부가적으로, 전자 소자는, 유기 기능층으로서 형성된 적어도 하나의 기능층을 포함한 기판이 광검출기 및/또는 트랜지스터를 포함하거나 그러한 것으로서 형성되도록 설계될 수 있다.
또한, 전자 소자는 유기 태양 전지 또는 포토다이오드를 포함하는 유기 전자 소자로서 제조될 수 있다. 전자 소자는 유기 기능층으로서 형성된 기능층을 포함할 수 있고, 상기 기능층은 OLED와 관련하여 열거된 기능층의 특징을 포함한다. 또한, 태양 전지 또는 포토다이오드를 포함하는 전자 소자는 상기에 OLED와 관련하여 열거한 전극의 특징을 가진 전극을 포함할 수 있다.
또한, 전자 소자는 예컨대 LED, PD, SC 및/또는 TFT를 포함하는 무기 전자 소자로서 형성될 수 있다. 이 때, 적어도 하나의 기능층은 에피택시 층 시퀀스, 즉 에피택시얼 성장된 반도체 층 시퀀스를 포함하거나, 그러한 것으로서 형성될 수 있다. 특히, 반도체 층 시퀀스는 예컨대 InGaAlN, InGaAlP 및/또는 AlGAs계의 III-V 화합물 반도체 및/또는 Be, Mg, Ca, Sr 중 하나 이상의 원소 및 O, S, Se 중 하나 이상의 원소를 함유한 II-VI 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대, II-VI 화합물 반도체 물질에는 ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS, MgBeO가 속한다. 또한, 무기 전자 소자는 상기에 OLED와 관련하여 기술한 전극의 특징을 가진 전극을 포함할 수 있다.
제1장벽층은 제2장벽층보다 먼저 적어도 하나의 기능층 상에 도포될 수 있다. 따라서, 제1장벽층에 의해 기능층을 균일하게 덮는 고밀도 표면이 준비될 수 있고, 상기 표면에 제2장벽층이 도포된다. 제1장벽층의 우수한 표면 특성에 의해, 제2장벽층에 있어 확산 채널, 결정 경계 및/또는 기공의 형성 경향이 감소할 수 있다.
특히, 제1장벽층은 상기에 언급한 제2전극 상에 또는 복사를 방출하거나 복사를 수신하는 층 시퀀스 상에 직접 도포될 수 있다. PEALD 방법을 이용하여 도포됨으로써, 제1장벽층은 적어도 하나의 기능층 또는 기능 층 시퀀스를 포함한 기판상에 균일한 두께로 전면을 덮으며 도포될 수 있다. 이를 통해, 기능층 또는 기능층 시퀀스와 밀봉부 사이에 평탄화층이 필요하지 않다.
또는, 제1장벽층의 도포 전에 제2장벽층이 도포될 수 있다. 이는, 특히, 제2장벽층의 도포 시 발생할 수 있는 결정 경계, 채널 및/또는 기공이 고밀도 제2장벽층에 의해 밀폐될 수 있어서 유리할 수 있다.
제1장벽층 및 제2장벽층은 각각, 가령 산소 및/또는 습기와 같은 유해한 주변 영향으로부터 적어도 하나의 기능층을 보호하기에 적합한 물질을 각각 포함할 수 있다. 예컨대, 제1장벽층 및/또는 제2장벽층으로서 산화물, 질화물 또는 질산화물은 결정 형태 또는 유리 형태로 도포될 수 있다. 예컨대, 산화물, 질화물 또는 질산화물은 알루미늄, 규소, 주석, 아연, 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨, 니오븀 또는 하프늄을 더 포함할 수 있다. 제1 및/또는 제2장벽층은 유전체 특성 또는 전기 전도 특성을 가질 수 있고, 예컨대 가령 SiO2와 같은 규소산화물(SiOx), 가령 Si2N3과 같은 규소질화물(SixNy), 규소질산화물(SiOxNy), 가령 Al2O3와 같은 알루미늄산화물, 알루미늄질화물, 주석산화물, 인듐주석산화물, 아연산화물 또는 알루미늄아연산화물을 포함할 수 있다.
제1장벽층의 제조를 위해, 상기에 기술된 PEALD 방법에서 제1출발 화합물로서 예컨대 금속 유기 화합물 또는 반금속 유기 화합물이 공급될 수 있다. 플라즈마를 생성하는 제2출발 화합물로서 산소를 함유하거나/함유하고 질소를 함유한 화합물이 공급될 수 있다. 제1장벽층이 순수하게 예시적으로 가령 Al2O3을 포함하면, 제1출발 화합물로서 가령 트리메틸알루미늄이, 제2출발 화합물로서 N2O가 공급될 수 있다.
제2장벽층은 서로 다른 물질을 포함한 적어도 2개의 층으로 구성된 층 시퀀스를 더 포함할 수 있다. 이는, 제2장벽층으로서 적어도 2개의 서로 다른 층을 포함한 층 시퀀스가 도포됨을 의미할 수 있다. 예컨대, 층 시퀀스는 산화물을 함유한 층 및 질화물을 함유한 층을 포함할 수 있다. 층 시퀀스는 가령 질화물과 같은 제1물질을 함유한 복수 개의 제1층 및/또는 가령 산화물과 같은 제2물질을 함유한 복수 개의 제2층을 포함할 수 있고, 상기 층은 교번적으로 연속하여 도포된다. 질화물을 함유한 제1층을 "N"으로, 산화물을 함유한 제2층을 "O"로 표시하면, 층 시퀀스는 예컨대 NON 또는 NONON 또는 ONO 또는 ONONO의 순서로 형성될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 제1장벽층 및/또는 적어도 하나의 제2장벽층 상에 다른 제1장벽층 및/또는 다른 제2장벽층이 도포될 수 있다. 따라서, 가령 복수 개의 제1장벽층 및/또는 복수 개의 제2장벽층이 적어도 하나의 유기 기능층을 포함한 기판상에 도포될 수 있다. 바람직하게, 제1장벽층 및 제2장벽층은 교번적으로 연속하여 도포될 수 있다.
다른 제1장벽층 또는 다른 제2장벽층은 적어도 하나의 제1 또는 적어도 하나의 제2장벽층과 관련하여 기술된 적어도 하나 이상의 특징을 가질 수 있다. 특히, 상기 다른 제1장벽층은 PEALD 방법을 이용하여 각각 도포될 수 있는 반면, 다른 제2장벽층은 PECVD 방법을 이용하여 각각 도포될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 본 명세서에 기술된 방법을 이용하여 전자 소자가 제조된다. 전자 소자는, 특히, 적어도 하나의 기능층을 구비한 기판, 그리고 그 위에 적어도 하나의 제1장벽층 및 적어도 하나의 제2장벽층을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 제1장벽층 및 적어도 하나의 제2장벽층은 각각 상기에 기술된 하나 이상의 특징을 가질 수 있다. 전자 소자는 두께가 얇아서 밀봉부의 높은 밀폐도를 특징으로 하면서, 동시에 높은 경제력으로 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 이점, 유리한 실시예 및 발전예는 도 1A 내지 5와 관련하여 기술된 실시예로부터 도출된다.
도 1a 내지 1c는 일 실시예에 따른 방법의 개략도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 방법을 이용하여 제조될 수 있는 유기 전자 소자의 개략도이다.
도 3 내지 5는 다른 실시예에 따른 방법을 이용하여 제조될 수 있는 전자 소자의 일부에 대한 개략도이다.
실시예 및 도면에서 동일하거나 동일한 기능의 구성요소는 각각 동일한 참조 번호를 가질 수 있다. 도시된 요소 및 그 크기비는 기본적으로 축척에 맞는 것으로 볼 수 없으며, 오히려 예컨대, 층, 소자, 부품, 영역과 같은 개별 요소는 더 나은 표현 및/또는 더 나은 이해를 위해 과장되어 두껍거나 큰 치수로 도시되어 있을 수 있다.
이하의 도면에는 전자 소자의 제조를 위한 실시예 및 전자 소자를 위한 실시예가 순수하게 예시적으로 도시되어 있으며, 상기 소자는 OLED를 포함하는 유기 전자 소자로서 형성된다. 이에 대해 이하에 기술된 방법, 소자 및 특징은 일반 설명부에 기술된 다른 전자 소자를 위해서도 적용됨을 분명하게 밝혀둔다.
도 1a 내지 1c는 일 실시예에 따른 유기 전자 소자의 제조 방법을 도시한다.
도 1a에 따른 방법의 제1단계에서, 적어도 하나의 유기 기능층(22)을 포함한 기판(1)이 준비된다. 유기 기능층(22)은 유기 층 시퀀스(2)의 일부이며, 제1전극(21)과 제2전극(23) 사이에 매립된다. 유기 층 시퀀스(2)를 포함한 기판(1)은 유기 발광 다이오드(OLED)로서 형성되고, 전술한 바와 같이 다른 기능층을 포함할 수 있다(미도시). 제1 및 제2전극(21, 23)의 전기 접촉은 도전로에 의해 수행되나, 상기 도전로는 개관상의 이유로 미도시되었다.
도시된 실시예에서, 유기 층 시퀀스(2)를 포함한 기판(1)은 하부 이미터로서 형성되고, 유리로 구성된 투명 기판(1) 및 ITO로 구성된 투명 제1전극(21)을 포함하며, 상기 제1전극은 애노드로서 형성된다. 제2전극(23)은 반사 기능이며, 캐소드로서 형성되고, 알루미늄을 포함한다.
도 1b에 따른 방법의 다른 단계에서, PEALD 방법을 이용하여 Al2O3으로 구성된 제1장벽층(3)이 유기 기능층(22) 상에, 그리고 특히 층 시퀀스(2) 상에 도포된다. 이를 위해, 유기 층 시퀀스(2)를 포함한 기판(1)은 코팅 설비에서 100℃보다 낮은 온도로, 바람직하게 80℃보다 낮은 온도로 가열되고, 제1부분 단계에서 제1출발 화합물로서의 트리메틸알루미늄에 노출되어, 트리메틸알루미늄이 층 시퀀스(2) 및 기판(1)에 의해 형성된 표면에 흡수될 수 있다. 예컨대 유기 전자 소자의 차후의 전기 접촉용인 기판(1)의 접촉 영역상에 제1출발 화합물이 흡수되는 것을 방지하기 위해, 예컨대 접촉 영역을 덮는 마스크층이 사용될 수 있고, 상기 마스크층은 제1장벽층의 도포 이후에 다시 제거될 수 있다. 흡수되지 않은 비율의 트리메틸알루미늄의 제거 이후, PEALD 방법의 제2부분 단계에서 층 스택(2)을 포함한 기판(1)은 제2출발 화합물로서의 N2O를 포함한 플라즈마에 노출된다. N2O는 기판(1) 및 층 시퀀스(2) 상에 흡수된 트리메틸알루미늄과 함께 반응하여 1 nm 미만으로부터 수 나노미터까지의 범위를 가진 두께의 Al2O3층이 될 수 있다. 그러나 상기 층은 단일층으로서 형성되는 것이 바람직하다. PEALD 방법의 제1 및 제2부분 단계는 10 내지 30 nm 두께의 제1장벽층(3)이 제조될 때까지 자주 반복된다.
PEALD 방법에 의해, 고밀도 제1장벽층(3)이 제조될 수 있으며, 상기 장벽층은 우수한 결정 구조를 특징으로 하고, CVD 방법을 이용하여 성장된 층에 비해 기공 및/또는 채널이 거의 없거나 전혀 없다. 또한, 상기와 같이 제조된 제1장벽층(3)은 밀봉부의 테두리 영역에서 예컨대 기판(1)과 장벽층(3)의 사이에 고밀도 경계면을 구현하여, 이러한 경계면을 따라 산소 및/또는 습기의 가능한 침투 경로가 방지될 수 있다.
도 1c에 따른 방법의 다른 단계에서, PECVD 방법을 이용하여 SiO2로 구성된 제2장벽층(4)이 제1장벽층(3)상에 도포된다. 제2장벽층(4)은 제1장벽층(3)과 동일한 온도에서 약 100 nm 내지 약 1000 nm의 두께로 도포된다. 고밀도 제1장벽층(3)에 의해, 제2장벽층(4)은 비교적 더 큰 성장율로 도포될 수 있으며, 이는 유기 층 시퀀스(2)를 내부적으로 조밀하게 밀봉하기 위함이다.
종합적으로, 짧은 공정 시간에도 경제적인 방법으로 고밀도 밀봉이 이루어진다.
PEALD 방법 및 PECVD 방법은 동일한 코팅 설비에서 수행되어, 제1장벽층(3) 및 제2장벽층(4)을 포함한 밀봉부의 제조에 있어서, PEALD 방법으로부터 PECVD 방법으로 바뀔 때 코팅 설비의 충전 및 방전에 의한 부가적 다운시간(down time)이 발생하지 않는다.
본 명세서에 기술된 물질에 대해 대안적 또는 부가적으로, 제1 및/또는 제2장벽층(3, 4)은 전술한 바와 같이 반금속 및/또는 금속과의 산화물, 질화물 및/또는 질산화물을 포함할 수 있다. 도시된 방법에 대해 대안적으로, 제2장벽층(4)은 제1장벽층(3)보다 먼저 기판 및 유기 층 스택(2) 상에 도포될 수 있다. 상기 층 스택은 유기 기능층(22)을 포함한다.
대안적 또는 부가적으로, 제2전극(23)은 투명하게 형성될 수 있어서, 유기 전자 소자는 탑 이미터로서 또는 투명한 OLED로서 제조될 수 있다. 대안적 또는 부가적으로, 층 시퀀스(2)는 예컨대 유기 트랜지스터 및/또는 유기 포토다이오드이거나, 그것을 포함할 수 있다.
도 2에는 선행한 실시예에 따른 방법에 비해 다른 단계를 포함하는 방법을 이용하여 제조되는 유기 전자 소자를 위한 실시예가 도시되어 있다.
이 때, 상기에 기술된 제1 및 제2장벽층(3, 4)의 도포 이후 보호층(5)이 더 도포된다. 보호층(5)은 예컨대 용제를 함유한 바니시일 수 있는 스프레이 바니시를 포함하고, 상기 바니시는 10 내지 100 ㎛의 두께로 순환식 스프레이 바니싱 설비에서 도포된다. 보호층(5)에 의해, 유기 전자 소자 그리고 특히 제1 및 제2장벽층(3, 4)은 긁힘 및 기타 기계적 손상으로부터 효과적으로 보호받을 수 있다.
대안적 또는 부가적으로, 보호층(5)으로서 예컨대 폴리머, 가령 실리콘 수지 또는 에폭시 수지가 도포될 수 있다.
이하의 도면에는 다른 실시예에 따른 유기 전자 소자의 일부가 도시되어 있으며, 이는 선행한 실시예의 변형 및 개조를 나타낸다. 이하의 설명은 주로 선행한 실시예와의 상이점에 관한 것이다.
도 3에는 유기 전자 소자의 일부가 도시되어 잇으며, 선행한 실시예와 같이 층 시퀀스(2) 상에는 Al2O3로 구성된 고밀도 제1장벽층이 도포된다. 그 위에, 제2장벽층(4)은 PECVD 방법을 이용하여 도포되고, 상기 제2장벽층은 총 두께가 100 내지 100 nm인 3개의 층들(41, 42, 43)을 포함한다. 층(41, 43)은 규소질화물층으로서 형성되는 반면, 층(42)은 규소산화물층으로서 형성된다. 또는, 층(41, 43)의 물질 및 층(42)의 물질은 교환될 수 있다. 또한, 제2장벽층(4)은 예컨대 규소산화물층 및 규소질화물층이 교번적으로 형성되는 5개의 층을 구비한 층 시퀀스를 포함할 수 있다.
도시된 실시예에 대해 대안적으로, 제1장벽층(3)은 층(41, 42, 43)을 포함한 제2장벽층(4) 상에 도포될 수 있다.
도 4 및 5에는 유기 전자 소자의 일부가 도시되어 있으며, 상기 소자는 복수 개의 제1장벽층(3, 3', 3'' 또는 3, 3', 3'', 3''') 및 복수 개의 제2장벽층(4, 4', 4'')을 포함하고, 상기 장벽층은 각각 PEALD 방법 또는 PECVD 방법을 이용하여 교번적으로 연속하여 도포된다. 층 시퀀스(2)의 제2전극 및/또는 제2장벽층(4, 4', 4'')이 적어도 부분적으로 예컨대 주상 성장(columnar growth), 채널, 기공 및/또는 결정 경계의 형태로 결함을 가진다는 것을 배제할 수 없으므로, 제1장벽층(3, 3', 3'')에 의해 층 시퀀스(2)와 제2장벽층(4, 4', 4'') 사이에서 그러한 결함의 확장이 효과적으로 중지될 수 있다. 특히, 제2장벽층(4, 4', 4'')에 발생하는 채널 및/또는 기공은 그 위에 위치한 제1장벽층(3, 3'' 또는 3', 3'', 3''')에 의해 밀폐될 수 있다.
또한, 제2장벽층(4, 4', 4'') 중 적어도 하나는 도 3의 실시예와 관련하여 도시된 바와 같은 복수 개의 층을 포함할 수 있다.
본 발명은 실시예에 의거한 설명에 의하여 상기 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히 특허 청구 범위에서 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예에 기술되지 않더라도 그러하다.
1: 기판 22: 기능층
3: 제 1 장벽층 4: 제 2 장벽층
5: 보호층

Claims (15)

  1. 소자의 밀봉을 위한 장벽층을 포함하는 전자 소자를 제조하는 방법에 있어서,
    적어도 하나의 기능층(22)을 포함하는 기판(1)을 준비하는 단계;
    플라즈마 강화 원자층 증착(PEALD)을 이용하여 상기 기능층(22)에 적어도 하나의 제1장벽층(3)을 도포하는 단계; 및
    플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)을 이용하여 상기 기능층(22)에 적어도 하나의 제2장벽층(4)을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2장벽층(3, 4)에 보호층(5)을 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 보호층(5)은 스프레이 바니시를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 기능층(22)을 포함한 기판(1)을 준비하는 단계에서, 제1전극(21)을 상기 기판(1)에, 제2전극(23)을 상기 적어도 하나의 기능층(22)에 도포하고,
    상기 기능층(22)에 유기 기능층을 포함시키며, 그리고
    상기 제1장벽층(3)을 상기 제2전극(23)에 도포하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1장벽층(3) 및/또는 제2장벽층(4)은 산화물, 질화물 또는 질산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2장벽층(4)으로서 서로 다른 물질로 구성된 적어도 2개의 층(41, 42)으로 이루어진 층 시퀀스를 도포하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서로 다른 물질을 포함한 적어도 2개의 층(41, 42)에 산화물을 함유한 층 및 질화물을 함유한 층을 포함시키는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 다른 제1장벽층(3') 및/또는 적어도 하나의 다른 제2장벽층(4')을 도포하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2장벽층(3, 3', 4, 4')을 교번적으로 연속하여 도포하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2장벽층(4)을 상기 제1장벽층(3)보다 먼저 도포하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1장벽층(3) 및 적어도 하나의 제2장벽층(4)을 120℃보다 낮은 온도에서 도포하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1장벽층(3)의 두께는 10 nm 내지 30 nm인 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2장벽층(4)의 두께는 100 nm 내지 1000 nm인 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자 소자는 유기 발광 다이오드(OLED) 및/또는 태양 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자 제조 방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 제조될 수 있는 유기 광전 소자.
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