JP2004238645A

JP2004238645A - Silicon nitride film, protective film for element, electroluminescent apparatus, and method for manufacturing them

Info

Publication number: JP2004238645A
Application number: JP2003026493A
Authority: JP
Inventors: Hisao Haku; 久雄白玖; Daisuke Ide; 大輔井手; Hiroyuki Sasaki; 博之佐々木; Tomoyuki Noda; 朋幸納田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-03
Also published as: JP4121864B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon nitride film having low moisture permeability and high light transmittance, a protective film for elements, an electroluminescent apparatus provided with the protective film, and a method for manufacturing them. <P>SOLUTION: The silicon nitride film, having low moisture permeability and a high light transmittance, is prepared by using a target 101 made of Si<SB>3</SB>N<SB>4</SB>and sputtering the target 101 with a sputtering gas containing at least 99.9% N<SB>2</SB>in an RF magnetron-type sputtering apparatus. When measured according to JIS K7129-B at 40°C and 90% RH, the water vapor permeability of the silicon nitride film with a thickness of 1,000 Å is 0.02 g/m<SP>2</SP>/day or lower. The light transmittance per 1,000 Å thickness of the silicon nitride film, with respect to light with a wavelength of 500 nm, is 85% or higher. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化シリコン膜、素子用の保護膜、その保護膜を備えたエレクトロルミネッセンス装置およびそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているＣＲＴ（陰極線管）に比べて消費電力が少ない平面表示素子に対するニーズが高まってきている。このような平面表示素子の１つとして、高効率、薄型、軽量、低視野角依存性等の特徴を有するエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと略記する）素子が注目され、このＥＬ素子を用いたディスプレイの研究開発が活発に行われている。このようなＥＬ素子には、無機材料からなる発光層を有する無機ＥＬ素子と、有機材料からなる発光層を有する有機ＥＬ素子とがある。
【０００３】
無機ＥＬ素子は、一般に発光部に高電界を作用させ、電子をこの高電界中で加速して発光中心に衝突させることにより、発光中心を励起させて発光させる自発光型の素子である。
【０００４】
一方、有機ＥＬ素子は、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを発光部内へ注入し、注入された電子およびホールを発光中心で再結合させて有機分子を励起状態にし、この有機分子が励起状態から基底状態へと戻るときに蛍光を発生する自発光型の素子である。この有機ＥＬ素子は、発光材料である蛍光物質を選択することにより発光色を変化させることができ、マルチカラー、フルカラー等の表示装置への応用に対する期待が高まっている。
【０００５】
有機エレクトロルミネッセンス装置（以下、有機ＥＬ装置と略記する）は、複数の有機ＥＬ素子を含み、各有機ＥＬ素子が画素を構成する。特に、各画素ごとにＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をスイッチング素子として備えるアクティブ・マトリクス型有機ＥＬ装置は、各画素ごとに表示データを保持できるため、大画面化および高精細化が可能であり、次世代平面表示装置の主役として考えられている。
【０００６】
通常の有機ＥＬ素子では、ガラス基板上に透明導電膜からなるホール注入電極、有機材料からなる発光層および電子注入電極を順に備える。それにより、発光層において発生された光が透明導電膜からなるホール注入電極を透過してガラス基板の裏面側から外部に取り出される。
【０００７】
これに対して、各有機ＥＬ素子の上部の電子注入電極を透明導電膜を用いて形成することにより発光層において発生された光を上面側から取り出す構造が提案されている（例えば、特許文献１または２参照）。発光層において発生された光を上面側から取り出す構造をトップエミッション構造と呼ぶ。
【０００８】
トップエミッション構造の有機ＥＬ装置では、カラーフィルタまたは色変換層を上部の電子注入電極上に配置することができるため、製造が容易になる。また、アクティブ・マトリクス型トップエミッション構造の有機ＥＬ装置では、発光層において発生された光がガラス基板上の複数のＴＦＴにより妨げられることなく外部に取り出される。したがって、画素の開口率（発光部の面積が画素中に占める割合）が向上する。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−４３９８０号
【特許文献２】
特開２００１−２３００８６号
【非特許文献１】
ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ（２００１）Ｎｏ．３，第１２２頁〜第１２６頁
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
通常の有機ＥＬ装置では、ガラス基板上に形成された複数の有機ＥＬ素子が中空のガラスまたは金属からなる中空のカンにより封止する構造が採用されている。それにより、ガラス、金属等の無機材料の持つ優れたガスバリア性により有機ＥＬ素子内部への酸素および水分の浸入を阻止することができる。
【００１１】
しかしながら、上記のトップエミッション構造の有機ＥＬ装置においては、複数の有機ＥＬ素子の上面側に中空のガラスからなる中空のカンを被せると、画像が多重に見える現象が生じる。そのため、トップエミッション構造の有機ＥＬ装置では、複数の有機ＥＬ素子を平板で密封封止する必要がある。
【００１２】
また、プラズマＣＶＤ法（化学的気相成長法）により形成される窒化シリコン膜を有機ＥＬ素子の保護膜として用いることが提案されている（非特許文献１参照）。しかしながら、プラズマＣＶＤ法により形成される窒化シリコン膜においても、十分な低透湿度特性（低い水蒸気透過率）および高光透過特性（高い光透過率）を確保するまでには至っていない。
【００１３】
また、半導体素子の保護膜として窒化シリコン膜が用いられることがある。このような窒化シリコン膜をスパッタ法を用いて形成する場合には、一般に、窒化シリコンからなるターゲットをＡｒ（アルゴン）ガスでスパッタすることにより、素子の表面に窒化シリコン膜を形成する。しかしながら、従来のスパッタ法により形成される窒化シリコン膜においても、十分な低透湿度特性および高光透過特性を確保することができない。
【００１４】
本発明の目的は、十分な低透湿度特性および高光透過特性が確保された窒化シリコン膜、素子用の保護膜、その保護膜を備えたエレクトロルミネッセンス装置およびそれらの製造方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の本発明に係る窒化シリコン膜の製造方法は、Ｓｉ_３Ｎ_４をターゲットとして用い、Ｎ_２を９９．９％以上含むスパッタガスによりターゲットをスパッタすることにより窒化シリコン膜を形成するものである。
【００１６】
本発明に係る窒化シリコン膜の製造方法によれば、化学量論的組成を有するＳｉ_３Ｎ_４からなるターゲットを、Ｎ_２を９９．９９％以上含むスパッタガスによりスパッタすることにより、窒化シリコン膜中に残留原子に起因する低密度部分が形成されない。それにより、低密度部分での不要な光吸収が防止されるとともに、低密度部分が水分の浸透経路となることが防止される。その結果、低透湿度特性および高光透過特性を有する窒化シリコン膜を得ることができる。
【００１７】
本発明に係る窒化シリコン膜の製造方法によれば、ＪＩＳＫ７１２９−Ｂで規定された測定方法を用い、厚さ１０００Åとして４０℃９０％ＲＨで測定された窒化シリコン膜の水蒸気透過率が０．０２ｇ／ｍ^２・日以下となる。また、波長５００ｎｍの光について厚さ１０００Å当りの窒化シリコン膜の透過率が８５％以上となる。
【００１８】
スパッタの際に磁場を印加してもよい。また、スパッタの際に１対のターゲットを対向するように配置してもよい。それにより、窒化シリコン膜へのイオンによる損傷が低減され、高品質の窒化シリコン膜が得られる。
【００１９】
第２の発明に係る窒化シリコン膜は、ＪＩＳＫ７１２９−Ｂで規定された測定方法を用い、厚さ１０００Åとして４０℃９０％ＲＨで測定された水蒸気透過率が０．０２ｇ／ｍ^２・日以下であることを特徴とする。
【００２０】
このような低透湿度特性を有する窒化シリコン膜は、耐湿用の保護膜として各種素子に用いることができる。
【００２１】
第３の発明に係る窒化シリコン膜は、波長５００ｎｍの光について厚さ１０００Å当りの透過率が８５％以上であることを特徴とする。
【００２２】
このような高光透過特性を有する窒化シリコン膜は、高い光透過性の保護膜として各種発光素子または受光素子に用いることができる。
【００２３】
第４の発明に係る素子用の保護膜の製造方法は、Ｓｉ_３Ｎ_４をターゲットとして用い、Ｎ_２を９９．９％以上含むスパッタガスによりターゲットをスパッタすることにより素子の表面に保護膜として窒化シリコン膜を形成するものである。
【００２４】
本発明に係る素子用の保護膜の製造方法によれば、残留原子に起因する低密度部分を有さない窒化シリコン膜を素子の表面に保護膜として形成することができる。その保護膜は、低透湿度特性および高光透過特性を有するので、素子の信頼性および光学特性が向上する。
【００２５】
第５の発明に係るエレクトロルミネッセンス装置の製造方法は、第１の電極、発光層および第２の電極を順に備える１または複数のエレクトロルミネッセンス素子を含むエレクトロルミネッセンス装置の製造方法であって、Ｓｉ_３Ｎ_４をターゲットとして用い、Ｎ_２を９９．９％以上含むスパッタガスによりターゲットをスパッタすることにより１または複数のエレクトロルミネッセンス素子の表面に保護膜として窒化シリコン膜を形成するものである。
【００２６】
本発明に係るエレクトロルミネッセンス装置の製造方法によれば、残留原子に起因する低密度部分を有さない窒化シリコン膜を１または複数のエレクトロルミネッセンス素子の表面に保護膜として形成することができる。それにより、低密度部分での不要な光吸収が防止されるとともに、低密度部分が水分の浸透経路となることが防止される。その結果、エレクトロルミネッセンス装置の信頼性および輝度が向上する。
【００２７】
第６の発明に係るエレクトロルミネッセンス装置は、第１の電極、発光層および第２の電極を順に備える１または複数のエレクトロルミネッセンス素子と、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子を被覆する保護膜とを備え、保護膜は、ＪＩＳＫ７１２９−Ｂで規定された測定方法を用い、厚さ１０００Åとして４０℃９０％ＲＨで測定された水蒸気透過率が０．０２ｇ／ｍ^２・日以下である窒化シリコン膜からなるものである。
【００２８】
本発明に係るエレクトロルミネッセンス装置においては、エレクトロルミネッセンス素子の表面に十分な低透湿度特性を有する保護膜が形成されているので、エレクトロルミネッセンス素子の内部への水分の浸入が確実に防止される。それにより、エレクトロルミネッセンス装置の信頼性が向上する。
【００２９】
第７の発明に係るエレクトロルミネッセンス装置は、第１の電極、発光層および第２の電極を順に備える１または複数のエレクトロルミネッセンス素子と、１または複数のエレクトロルミネッセンス素子を被覆する保護膜とを備え、保護膜は、波長５００ｎｍの光について厚さ１０００Å当りの透過率が８５％以上である窒化シリコン膜からなるものである。
【００３０】
本発明に係るエレクトロルミネッセンス装置においては、エレクトロルミネッセンス素子の表面に十分な高光透過特性を有する保護膜が形成されているので、発光層において発生された光を外部に十分に取り出すことができる。それにより、エレクトロルミネッセンス装置の輝度が向上する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態に係る窒化シリコン膜の製造方法を説明する。
【００３２】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る窒化シリコン膜の製造に用いるＲＦ（高周波）マグネトロン型スパッタ装置の概略図である。
【００３３】
図１において、チャンバ（成膜室）内に基板１００とＳｉ_３Ｎ_４により形成されたターゲット１０１とが対向するように配置される。チャンバ内を１０^−３Ｐａ以下の真空に排気する。チャンバ内にスパッタガスとしてＮ_２ガスのみを導入し、チャンバ内の圧力を１Ｐａ程度に調整する。Ｎ_２ガスの純度は、例えば９９．９９％である。チャンバ内に導入するＮ_２ガスの流量は、例えば毎分２０ｃｃとする。
【００３４】
この場合、Ｎ_２ガス以外のガスはチャンバ内に意図的には導入しないので、チャンバ内に残存するＮ_２ガス以外のガスは、０．１％を超えない。したがって、チャンバ内のスパッタガスは９９．９％以上のＮ_２ガスを含む。
【００３５】
この状態で、基板１００とターゲット１０１との間に例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加するとともにマグネトロンによる磁場を印加することによりＮ_２ガスでＳｉ_３Ｎ_４からなるターゲット１０１をスパッタする。それにより、基板１００上に窒化シリコン膜が堆積する。投入電力は例えば２００Ｗである。また、スパッタ速度は、例えば毎秒１Åである。
【００３６】
このようにして形成された窒化シリコン膜中に残留するＡｒ、Ｈｅ、Ｘｅ等の希ガス元素の量は、例えば二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）による検出限界以下となる。
【００３７】
このように、本実施の形態に係る製造方法により形成された窒化シリコン膜にはＡｒ等の残留原子が存在しないので、残留原子に起因する低密度部分が形成されない。それにより、低密度部分による不要な光吸収および水分の浸透経路の形成が抑制される。その結果、４０℃９０％ＲＨでの水蒸気透過率は、ＪＩＳＫ７１２９−Ｂで規定された測定方法により厚さ１０００Åとして測定した場合、０．０２ｇ／ｍ^２・日以下となる。また、波長５００ｎｍの光に対する厚さ１０００Å当りの窒化シリコン膜の透過率は８５％以上となる。
【００３８】
このように、十分な低透湿度特性および高光透過特性が確保された窒化シリコン膜を得ることができる。
【００３９】
図２は本発明の第２の実施の形態に係る窒化シリコン膜の製造に用いる対向ターゲット型スパッタ装置の概略図である。
【００４０】
図２において、チャンバ内に基板１００が設置され、基板１００の上方にＳｉ_３Ｎ_４により形成された１対のターゲット１０１が互いに対向するように配置される。ターゲット１０１の裏面には、図示しないが、一方のターゲット１０１がＮ極になり、もう一方のターゲット１０１がＳ極になるように、マグネットが配置されている。チャンバ内を１０^−３Ｐａ以下の真空に排気する。チャンバ内にスパッタガスとしてＮ_２ガスのみを導入し、チャンバ内の圧力を１Ｐａ程度に調整する。Ｎ_２ガスの純度は、例えば９９．９９％である。チャンバ内に導入するＮ_２ガスの流量は、例えば毎分２０ｃｃとする。
【００４１】
この場合にも、Ｎ_２ガス以外のガスはチャンバ内に意図的には導入しないので、チャンバ内に残存するＮ_２ガス以外のガスは、０．１％を超えない。したがって、チャンバ内のスパッタガスは９９．９％以上のＮ_２ガスを含む。
【００４２】
この状態で、１対のターゲット１０１の間に例えば１ｋＷの直流電力を印加することによりＮ_２ガスでＳｉ_３Ｎ_４からなるターゲット１０１をスパッタする。それにより、基板１００上に窒化シリコン膜が堆積する。対向ターゲット型スパッタ装置では、基板１００の表面へのイオンによる損傷が軽減される。
【００４３】
第２の実施の形態に係る方法においても、第１の実施の形態と同様に、十分な低透湿度特性および高光透過特性が確保された窒化シリコン膜を得ることができる。
【００４４】
図３は本発明の第３の実施の形態に係る窒化シリコン膜の製造に用いるＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタ装置の概略図である。
【００４５】
図３において、チャンバ内に、マイクロ波電源１０４およびコイル１０３を備えたイオン源１０２が設けられている。イオン源１０２のイオン発生部にＳｉ_３Ｎ_４により形成された円筒状ターゲットの１０１が配置される。イオン源１０２に対向する基板支持部１０５に基板１００が取り付けられる。
【００４６】
チャンバ内を１０^−３Ｐａ以下の真空に排気する。チャンバ内にスパッタガスとしてＮ_２ガスのみを導入し、チャンバ内の圧力を１Ｐａ程度に調整する。Ｎ_２ガスの純度は、例えば９９．９９％である。チャンバ内に導入するＮ_２ガスの流量は、例えば毎分２０ｃｃとする。
【００４７】
この場合にも、Ｎ_２ガス以外のガスはチャンバ内に意図的には導入しないので、チャンバ内に残存するＮ_２ガス以外のガスは、０．１％を超えない。したがって、チャンバ内のスパッタガスは９９．９％以上のＮ_２ガスを含む。
【００４８】
この状態で、イオン源１０２から供給されるＮ_２ガスでＳｉ_３Ｎ_４からなるターゲット１０１をスパッタする。マイクロ波電力を２．４５ＧＨｚ、３００Ｗに設定し、コイル磁場をターゲット１０１付近で８７５ガウス（Ｇａｕｓｓ）に設定し、ターゲット１０１にかけるＲＦバイアスを１３．５６ＭＨｚ、３００Ｗに設定することにより、電子サイクロトロン共鳴が誘発され、基板１００上に窒化シリコン膜が堆積する。
【００４９】
第３の実施の形態に係る方法においても、第１の実施の形態と同様に、十分な低透湿度特性および高光透過特性が確保された窒化シリコン膜を得ることができる。
【００５０】
なお、スパッタ時の投入電力、スパッタ圧力、スパッタ速度等のスパッタ条件は、上記の例に限定されず、他の適切な条件を用いることができる。
【００５１】
次に、本発明の実施の形態に係る窒化シリコン膜を用いた有機エレクトロルミネッセンス装置（以下、有機ＥＬ装置と呼ぶ）について説明する。
【００５２】
図４は本発明の実施の形態に係る窒化シリコン膜を用いた有機ＥＬ装置の模式的断面図である。
【００５３】
図４の有機ＥＬ装置は、マトリクス状に配置された複数の有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と呼ぶ）により構成される。各有機ＥＬ素子が画素を構成する。
【００５４】
ここで、互いに直交する３方向をＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向とする。Ｘ方向およびＹ方向は、ガラス基板１の表面に平行な方向であり、Ｚ方向はガラス基板１の表面に垂直な方向である。複数の画素はＸ方向およびＹ方向に沿って配列される。
【００５５】
ガラス基板１上に多結晶シリコン等からなる能動層２が形成され、能動層２上にゲート酸化膜およびゲート電極を有するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）３が形成されている。また、能動層２上にはＡｌからなる複数の配線層５ａ，５ｂ，５ｃが形成されている。ＴＦＴ３のドレイン電極は配線層５ａに接続され、ＴＦＴ３のソース電極は配線層５ｂに接続されている。
【００５６】
また、能動層２上のＴＦＴ３を除く領域には層間絶縁膜４が形成され、ＴＦＴ３および層間絶縁膜４を覆うようにポリイミド樹脂等からなる平坦化層７が形成されている。このように、複数のＴＦＴ３および平坦化層７を有するガラス基板１をＴＦＴ基板８と呼ぶ。
【００５７】
ＴＦＴ基板８の平坦化層７上にＡｇ（銀）等の金属からなるホール注入電極（陽極）９が各画素ごとに形成されている。各ホール注入電極９は配線層５ａに接続されている。
【００５８】
ホール注入電極９上には、Ｙ方向に沿ってストライプ状に延びる有機層１０が形成されている。有機層１０は、例えばホール注入層、ホール輸送層、発光層および電子注入層の積層構造からなる。この場合、発光層は電子輸送性を備えている。
【００５９】
また、各画素の有機層１０間の平坦化層７上にＹ方向に沿ってストライプ状に延びる絶縁性の画素分離膜１１が形成されている。
【００６０】
有機層１０および画素分離膜１１上には、Ｘ方向に沿ってストライプ状に延びる透明導電膜からなる電子注入電極（陰極）１２が形成されている。電子注入電極１２の材料としては、例えばＭｇＡｇ（マグネシウム銀）等の金属または合金からなる金属薄膜が用いられる。
【００６１】
各画素におけるホール注入電極９、有機層１０および電子注入電極１２が有機ＥＬ素子を構成する。
【００６２】
このように構成される複数の有機ＥＬ素子の表面を被覆するように上記実施の形態に係る製造方法により窒化シリコン膜からなる保護膜２０が形成される。
【００６３】
保護膜２０は、上記のように十分な低透湿度特性および高光透過特性が確保された窒化シリコン膜からなるので、有機ＥＬ素子への水分の浸入が十分に阻止されるとともに十分な光量を保護膜２０を通して外部に取り出すことができる。
【００６４】
次に、図４の有機ＥＬ装置の製造方法について説明する。
図４のＴＦＴ基板８上にスパッタ法およびフォトリソグラフィにより各画素ごとに複数のホール注入電極９を形成する。
【００６５】
次に、ＴＦＴ基板８上およびホール注入電極９上に感光性のポリイミド樹脂を塗布することによりポリイミド膜を形成した後、露光および現像を行うことによりＹ方向に沿ってストライプ状に延びる画素分離膜１１を形成する。
【００６６】
その後、画素分離膜１１間のホール注入電極９上に、例えばホール注入層、ホール輸送層および発光層の積層構造からなる有機層１０を通電加熱による真空蒸着法を用いて形成する。
【００６７】
その後、有機層１０上および画素分離膜１１上にＸ方向に沿ってストライプ状に延びる電子注入電極１２を通電加熱による真空蒸着法により形成する。
【００６８】
ホール注入層は、例えばトリフェニルアミン誘導体からなる。ホール輸送層は、例えばジアミン誘導体からなる。発光層は、例えばアルミニウムキノリノール錯体にキナクリドンをドープしたものからなる。
【００６９】
本実施の形態では、ホール注入電極９が第１の電極に相当し、有機層１０の発光層が発光層に相当し、電子注入電極１２が第２の電極に相当する。
【００７０】
なお、有機ＥＬ素子の有機層１０の材料としては、種々の公知の有機材料を用いることができる。
【００７１】
また、有機ＥＬ素子の構造は、上記の構造に限定されず、種々の構造を用いることができる。例えば、発光層と電子注入電極との間に電子注入層または電子輸送層を設けてもよい。また、ホール輸送層を設けなくてもよい。
【００７２】
上記実施の形態では、ＴＦＴ基板８上にホール注入電極９、有機層１０および電子注入電極１２が順に形成されているが、ＴＦＴ基板８上に電子注入電極、有機層およびホール注入電極が順に形成されてもよい。
【００７３】
また、上記実施の形態では、本発明をアクティブ・マトリクス型有機ＥＬ装置に適用した場合を説明したが、本発明は、アクティブ型に限定されず、ＴＦＴを有さない単純マトリクス型（パッシブ型）の有機ＥＬ装置にも同様に適用することができる。
【００７４】
なお、本発明に係る製造方法により形成される窒化シリコン膜は、発光部として耐熱性および耐湿性に劣る有機材料を用いた有機ＥＬ装置の保護膜として使用することが有用であり、特に、光を上面側から取り出すトップエミッション構造の有機ＥＬ装置の保護膜として用いることが有用である。
【００７５】
また、本発明に係る製造方法により形成された窒化シリコン膜は、基板の裏面側から光を取り出すバックエミッション構造の有機ＥＬ装置の基板側の保護膜としても用いることができる。
【００７６】
また、本発明に係る製造方法により形成された窒化シリコン膜は、単一の有機ＥＬ素子からなる有機ＥＬ装置の保護膜として用いた場合にも有用である。このような単一の有機ＥＬ素子からなる有機ＥＬ装置は、液晶表示装置用のバックライト等に用いられる。
【００７７】
また、本発明に係る製造方法により形成された窒化シリコン膜は、発光部の材料を除いて有機ＥＬ装置と同様の構造を有する無機ＥＬ装置の保護膜として用いた場合にも有用である。
【００７８】
さらに、本発明に係る製造方法により形成された窒化シリコン膜は、液晶表示装置の片面または両面に耐湿用の表面保護膜として用いた場合にも有用である。
【００７９】
また、本発明に係る製造方法により形成された窒化シリコン膜は、発光素子、受光素子、トランジスタ等の種々の素子の保護膜として用いた場合にも有用である。
【００８０】
【実施例】
（実施例１）
実施例１では、図１のマグネトロン型スパッタ装置を用いて次のスパッタ条件でガラス基板上に膜厚１０００Åの窒化シリコン膜を形成し、光の透過率および水蒸気透過率を測定した。実施例１におけるスパッタ条件を表１に示す。
【００８１】
【表１】

【００８２】
（比較例１）
比較例１では、図１のマグネトロン型スパッタ装置を用いて次のスパッタ条件でガラス基板上に膜厚１０００Åの窒化シリコン膜を形成し、光の透過率および水蒸気透過率を測定した。比較例１におけるスパッタ条件を表２に示す。
【００８３】
【表２】

【００８４】
（評価１）
実施例１および比較例１の窒化シリコン膜の光の透過率の波長依存性を測定した。図５は実施例１および比較例１の窒化シリコン膜の光の透過率の波長依存性の測定結果を示す図である。
【００８５】
図５に示すように、比較例１の窒化シリコン膜では、波長５００ｎｍでの光の透過率が６０％程度であった。また、比較例１の窒化シリコン膜では、波長が６００ｎｍより短くなると、光の透過率が低下している。これは、比較例１の窒化シリコン膜中にはＡｒ原子が残留し、残留Ａｒ原子に起因する低密度部分により光の吸収が起こるためであると考えられる。
【００８６】
これに対して、実施例１の窒化シリコン膜では、波長５００ｎｍでの光の透過率が８５％程度まで改善された。また、実施例１の窒化シリコン膜では、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視光領域で光の透過率が８０％〜９０％と高くなった。これは、実施例１の窒化シリコン膜中には、残留原子に起因する低密度部分が存在しないためであると考えられる。
【００８７】
このように、実施例１の窒化シリコン膜は、比較例１の窒化シリコン膜に比べて高い光の透過率を有する。
【００８８】
（評価２）
実施例１の窒化シリコン膜および比較例１の窒化シリコン膜の水蒸気透過率をＪＩＳＫ７１２６−Ｂで規定された測定方法により測定した。
【００８９】
図６は実施例１の窒化シリコン膜の４０℃９０％ＲＨの環境下での水蒸気透過率の測定結果を示す。窒化シリコン膜の膜厚は１０００Åである。
【００９０】
図６に示すように、実施例１の窒化シリコン膜では、水蒸気透過率が測定限界である０．０１ｇ／ｍ^２・日に近い０．０１８ｇ／ｍ^２・日に達した。これは、実施例１の窒化シリコン膜中には、残留原子に起因する低密度部分が存在しないためであると考えられる。
【００９１】
一方、比較例１の窒化シリコン膜では、水蒸気透過率が０．１ｇ／ｍ^２・日程度であった。これは、比較例１の窒化シリコン膜では、残留Ａｒ原子に起因する低密度部分が水分の浸入経路になるためであると考えられる。
【００９２】
このように、実施例１の窒化シリコン膜では、比較例１の窒化シリコン膜に比べて水蒸気透過率が大きく改善されている。
【００９３】
（実施例２）
実施例２では、ガラス基板上に単体の有機ＥＬ素子を作製し、実施例１と同じスパッタ条件で窒化シリコン膜を有機ＥＬ素子の表面に形成した。
【００９４】
図７は実施例２の有機ＥＬ素子の構造を示す模式的断面図である。
図７に示すように、ガラス基板３０１上に、ホール注入電極３０２、有機層３０３および電子注入電極３０４を順に形成し、有機ＥＬ素子を作製した。その後、有機ＥＬ素子の表面に図１のマグネトロン型スパッタ装置を用いて窒化シリコン膜３０５を形成した。
【００９５】
本実施例では、ホール注入電極３０２は膜厚８００ÅのＡｇ（銀）からなる。有機層３０３は、膜厚１０００Åのトリフェニルアミン誘導体からなるホール注入層、膜厚２００Åのジアミン誘導体からなるホール輸送層および膜厚２００Åのアルミニウムキノリノール錯体にキナクリドンをドープした発光層の積層構造を有する。電子注入電極３０４は、膜厚２００ÅのＭｇＡｇからなる。
【００９６】
ホール注入電極３０２、有機層３０３および電子注入電極３０４は、抵抗加熱ボートを用いた真空蒸着法により形成した。チャンバ内の到達圧力は１０^−４Ｐａ以下である。窒化シリコン膜３０５の形成時のスパッタ条件は実施例１の表１に示した条件と同じである。
【００９７】
（比較例２）
比較例２では、ガラス基板３０１上に実施例２と同様の方法で図７の構造を有する有機ＥＬ素子を形成し、比較例１の表２と同じ条件で有機ＥＬ素子の表面に窒化シリコン膜３０５を形成した。
【００９８】
（評価３）
実施例２および比較例２の有機ＥＬ素子において、ホール注入電極３０２と電子注入電極３０４との間に５〜１０Ｖの駆動電圧を印加することにより、発光層が１００〜３００ｃｄ／ｍ^２の輝度で発光した。
【００９９】
実施例２および比較例２の有機ＥＬ素子の高温高湿試験を実施し、初期状態から７００時間経過後までの点灯状況を観測した。
【０１００】
図８は比較例２の有機ＥＬ素子の初期状態および７００時間経過後の点灯状況を示す写真であり、（ａ）は６０℃９５％ＲＨの環境下での高温高湿試験の結果を示し、（ｂ）は８０℃９５％ＲＨの環境下での高温高湿試験の結果を示す。また、図９は実施例２の有機ＥＬ素子の初期状態および７００時間経過後の点灯状況を示す写真であり、（ａ）は６０℃９５％ＲＨの環境下での高温高湿試験の結果を示し、（ｂ）は８０℃９５％ＲＨの環境下での高温高湿試験の結果を示す。なお、実施例２および比較例２の有機ＥＬ素子の発光部は３ｍｍ角である。
【０１０１】
比較例２の有機ＥＬ素子では、図８（ａ）に示すように、６０℃９５％ＲＨの環境下で、７００時間経過後にダークスポット（非点灯部）が現われている。また、図８（ｂ）に示すように、８０℃９５％ＲＨの環境下では、７００時間経過後にダークスポットが現われるとともに、水分による周辺部の非点灯領域（いわゆるエッジグロース）の面積が拡大している。
【０１０２】
一方、図９（ａ）に示すように、実施例２の有機ＥＬ素子では、６０℃９５％ＲＨの環境下で、７００時間経過後もダークスポットが現われず、周辺部の非点灯領域も拡大していない。また、図９（ｂ）に示すように、８０℃９５％ＲＨの環境下においても、７００時間経過後にダークスポットが現われず、かつ周辺部の非点灯領域の面積も拡大していない。
【０１０３】
表３に実施例２および比較例２の有機ＥＬ素子における初期状態の点灯領域の面積に対する時間経過後の非点灯領域の面積の比の算出結果を示す。点灯領域の面積に対する非点灯領域の面積の比は透湿度に対応する。
【０１０４】
【表３】

【０１０５】
表３に示すように、比較例２の有機ＥＬ素子では、６０℃９５％ＲＨおよび８０℃９５％ＲＨの環境下で時間の経過とともに非点灯領域の面積が拡大し、７００時間経過後には面積比がそれぞれ３％および２５％に達している。これに対して、実施例２の有機ＥＬ素子では、７００時間経過後も６０℃９５％ＲＨおよび８０℃９５％ＲＨの環境下で非点灯領域の面積が０となっている。
【０１０６】
このように実施例２の有機ＥＬ素子では、窒化シリコン膜３０５に水分による有機層３０３の劣化が全く生じていないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る窒化シリコン膜の製造に用いるＲＦマグネトロン型スパッタ装置の概略図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る窒化シリコン膜の製造に用いる対向ターゲット型スパッタ装置の概略図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る窒化シリコン膜の製造に用いるＥＣＲスパッタ装置の概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る窒化シリコン膜を用いた有機ＥＬ装置の模式的断面図である。
【図５】実施例１および比較例１の窒化シリコン膜の光の透過率の波長依存性の測定結果を示す図である。
【図６】実施例１の窒化シリコン膜の４０℃９０％ＲＨの環境下での水蒸気透過率の測定結果を示す。
【図７】実施例２の有機ＥＬ素子の構造を示す模式的断面図である。
【図８】比較例２の有機ＥＬ素子の初期状態および７００時間経過後の点灯状況を示す写真である。
【図９】実施例２の有機ＥＬ素子の初期状態および７００時間経過後の点灯状況を示す写真である。
【符号の説明】
１００基板
１０１ターゲット
１ガラス基板
２能動層
３ＴＦＴ
４層間絶縁膜
５ａ，５ｂ，５ｃ配線層
７平坦化層
８ＴＦＴ基板
９ホール注入電極
１０有機層
１１画素分離膜
１２電子注入電極
２０保護膜
３０１ガラス基板
３０２ホール注入電極
３０３有機層
３０４電子注入電極
３０５窒化シリコン膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a silicon nitride film, a protective film for an element, an electroluminescent device provided with the protective film, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the diversification of information devices, the need for a flat display element that consumes less power than a generally used CRT (cathode ray tube) is increasing. As one of such flat display elements, an electroluminescence (hereinafter, abbreviated as EL) element having features such as high efficiency, thinness, light weight, and low viewing angle dependence has attracted attention, and a display using this EL element has attracted attention. R & D is being actively conducted. Such EL elements include an inorganic EL element having a light emitting layer made of an inorganic material and an organic EL element having a light emitting layer made of an organic material.
[0003]
In general, an inorganic EL element is a self-luminous element in which a high electric field is applied to a light-emitting portion, electrons are accelerated in the high electric field and collide with the light-emitting center, thereby exciting the light-emitting center to emit light.
[0004]
On the other hand, the organic EL element injects electrons and holes into the light emitting portion from the electron injection electrode and the hole injection electrode, respectively, and recombines the injected electrons and holes at the emission center to bring the organic molecules into an excited state. It is a self-luminous element that generates fluorescence when an organic molecule returns from an excited state to a ground state. This organic EL element can change the luminescent color by selecting a fluorescent substance which is a luminescent material, and is expected to be applied to a display device such as a multi-color or full-color display device.
[0005]
An organic electroluminescence device (hereinafter abbreviated as an organic EL device) includes a plurality of organic EL elements, and each organic EL element forms a pixel. In particular, an active matrix type organic EL device having a TFT (thin film transistor) as a switching element for each pixel can hold display data for each pixel, so that a large screen and high definition can be achieved. It is considered as the main player of display devices.
[0006]
In a typical organic EL device, a hole injection electrode made of a transparent conductive film, a light emitting layer made of an organic material, and an electron injection electrode are sequentially provided on a glass substrate. Thereby, the light generated in the light emitting layer is transmitted through the hole injection electrode made of the transparent conductive film and is extracted to the outside from the back side of the glass substrate.
[0007]
On the other hand, a structure has been proposed in which light generated in a light emitting layer is extracted from the upper surface side by forming an electron injection electrode on each organic EL element using a transparent conductive film (for example, Patent Document 1) Or 2). A structure in which light generated in the light emitting layer is extracted from the upper surface side is called a top emission structure.
[0008]
In the organic EL device having the top emission structure, the color filter or the color conversion layer can be arranged on the electron injection electrode on the upper part, so that the production becomes easy. In an organic EL device having an active matrix type top emission structure, light generated in a light emitting layer is extracted outside without being hindered by a plurality of TFTs on a glass substrate. Therefore, the aperture ratio of the pixel (the ratio of the area of the light emitting portion to the pixel) is improved.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2001-43980 A
[Patent Document 2]
JP-A-2001-23086
[Non-patent document 1]
OPTRONICS (2001) No. 3, pages 122 to 126
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In a typical organic EL device, a structure is employed in which a plurality of organic EL elements formed on a glass substrate are sealed with a hollow can made of hollow glass or metal. Thereby, the invasion of oxygen and moisture into the organic EL element can be prevented by the excellent gas barrier properties of the inorganic material such as glass and metal.
[0011]
However, in the above-described top emission structure organic EL device, when a hollow can made of hollow glass is covered on the upper surface side of the plurality of organic EL elements, a phenomenon occurs in which images appear to be multiple. Therefore, in an organic EL device having a top emission structure, it is necessary to hermetically seal a plurality of organic EL elements with a flat plate.
[0012]
Further, it has been proposed to use a silicon nitride film formed by a plasma CVD method (chemical vapor deposition method) as a protective film for an organic EL element (see Non-Patent Document 1). However, even with a silicon nitride film formed by a plasma CVD method, sufficient low moisture permeability (low water vapor transmission rate) and high light transmission property (high light transmission rate) have not yet been secured.
[0013]
In some cases, a silicon nitride film is used as a protective film of a semiconductor element. When such a silicon nitride film is formed by a sputtering method, a silicon nitride film is generally formed on the surface of the element by sputtering a target made of silicon nitride with an Ar (argon) gas. However, even a silicon nitride film formed by a conventional sputtering method cannot ensure sufficient low moisture permeability and high light transmission characteristics.
[0014]
An object of the present invention is to provide a silicon nitride film, a protective film for an element, an electroluminescent device provided with the protective film, and a method of manufacturing the silicon nitride film, which have sufficient low moisture permeability and high light transmission characteristics. .
[0015]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
The method for producing a silicon nitride film according to the first aspect of the present invention comprises the steps of: ₃ N ₄ Is used as a target, and N ₂ Is formed by sputtering a target with a sputtering gas containing 99.9% or more of the silicon nitride film.
[0016]
According to the method for manufacturing a silicon nitride film according to the present invention, Si having a stoichiometric composition ₃ N ₄ Target consisting of N ₂ Is sputtered with a sputter gas containing 99.99% or more of silicon, a low-density portion due to residual atoms is not formed in the silicon nitride film. This prevents unnecessary light absorption in the low-density part and prevents the low-density part from becoming a moisture permeation path. As a result, a silicon nitride film having low moisture transmission characteristics and high light transmission characteristics can be obtained.
[0017]
According to the method for manufacturing a silicon nitride film according to the present invention, the water vapor transmission rate of the silicon nitride film measured at 40 ° C. and 90% RH with a thickness of 1000 ° using a measuring method specified in JIS K7129-B is 0.1%. 02g / m ² ・ It is less than days. Further, the transmittance of the silicon nitride film per 1000 mm in thickness for light having a wavelength of 500 nm is 85% or more.
[0018]
A magnetic field may be applied during sputtering. Further, a pair of targets may be arranged to face each other during sputtering. Thus, damage to the silicon nitride film due to ions is reduced, and a high-quality silicon nitride film can be obtained.
[0019]
The silicon nitride film according to the second invention has a water vapor transmission rate of 0.02 g / m measured at 40 ° C. and 90% RH at a thickness of 1000 ° using the measurement method specified in JIS K7129-B. ² ・ It is characterized by being less than days.
[0020]
The silicon nitride film having such low moisture permeability can be used for various devices as a moisture-resistant protective film.
[0021]
The silicon nitride film according to the third invention is characterized in that the transmittance of light having a wavelength of 500 nm per 1000 mm is 85% or more.
[0022]
Such a silicon nitride film having high light transmission characteristics can be used for various light-emitting elements or light-receiving elements as a protective film with high light transmission.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a protective film for an element, comprising the steps of: ₃ N ₄ Is used as a target, and N ₂ Is formed by sputtering a target with a sputtering gas containing 99.9% or more of silicon as a protective film on the surface of the device.
[0024]
According to the method for manufacturing a protective film for a device according to the present invention, a silicon nitride film having no low-density portion caused by residual atoms can be formed as a protective film on the surface of the device. Since the protective film has low moisture permeability and high light transmission characteristics, the reliability and optical characteristics of the device are improved.
[0025]
A method for manufacturing an electroluminescent device according to a fifth invention is a method for manufacturing an electroluminescent device including one or a plurality of electroluminescent elements sequentially provided with a first electrode, a light-emitting layer, and a second electrode, ₃ N ₄ Is used as a target, and N ₂ Is formed by sputtering a target with a sputtering gas containing 99.9% or more of the silicon nitride film as a protective film on the surface of one or more electroluminescent elements.
[0026]
According to the method for manufacturing an electroluminescent device according to the present invention, a silicon nitride film having no low-density portion caused by residual atoms can be formed as a protective film on the surface of one or more electroluminescent elements. This prevents unnecessary light absorption in the low-density part and prevents the low-density part from becoming a moisture permeation path. As a result, the reliability and luminance of the electroluminescence device are improved.
[0027]
An electroluminescent device according to a sixth aspect of the present invention includes one or more electroluminescent elements sequentially provided with a first electrode, a light emitting layer, and a second electrode, and a protective film covering one or more organic electroluminescent elements. The protective film is provided with a water vapor transmission rate of 0.02 g / m, measured at 40 ° C. and 90% RH at a thickness of 1000 ° using a measurement method specified in JIS K7129-B. ² -It is made of a silicon nitride film that is not more than days.
[0028]
In the electroluminescent device according to the present invention, since a protective film having a sufficiently low moisture permeability is formed on the surface of the electroluminescent element, infiltration of moisture into the electroluminescent element is reliably prevented. Thereby, the reliability of the electroluminescence device is improved.
[0029]
An electroluminescence device according to a seventh aspect includes one or more electroluminescence elements sequentially provided with a first electrode, a light emitting layer, and a second electrode, and a protective film covering one or more electroluminescence elements. The protective film is made of a silicon nitride film having a transmittance of 85% or more per 1000 mm in thickness for light having a wavelength of 500 nm.
[0030]
In the electroluminescence device according to the present invention, since the protective film having sufficiently high light transmission characteristics is formed on the surface of the electroluminescence element, light generated in the light emitting layer can be sufficiently extracted to the outside. Thereby, the brightness of the electroluminescent device is improved.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a method for manufacturing a silicon nitride film according to an embodiment of the present invention will be described.
[0032]
FIG. 1 is a schematic diagram of an RF (high frequency) magnetron type sputtering apparatus used for manufacturing a silicon nitride film according to a first embodiment of the present invention.
[0033]
In FIG. 1, a substrate 100 and a Si ₃ N ₄ Are arranged so as to face the target 101 formed by. 10 in the chamber ^-3 Evacuate to a vacuum of Pa or less. N as a sputtering gas in the chamber ₂ Only gas is introduced, and the pressure in the chamber is adjusted to about 1 Pa. N ₂ The purity of the gas is, for example, 99.99%. N introduced into the chamber ₂ The flow rate of the gas is, for example, 20 cc per minute.
[0034]
In this case, N ₂ Since no gas other than the gas is intentionally introduced into the chamber, the remaining N ₂ Gases other than gas do not exceed 0.1%. Therefore, the sputter gas in the chamber is 99.9% or more N ₂ Including gas.
[0035]
In this state, a high frequency power of, for example, 13.56 MHz is applied between the substrate 100 and the target 101, and a magnetic field generated by a magnetron is applied. ₂ Si with gas ₃ N ₄ Is sputtered. Thus, a silicon nitride film is deposited on the substrate 100. The input power is, for example, 200 W. The sputtering rate is, for example, 1 ° per second.
[0036]
The amount of the rare gas element such as Ar, He, and Xe remaining in the silicon nitride film formed in this manner is equal to or less than a detection limit by, for example, secondary ion mass spectrometry (SIMS).
[0037]
As described above, since there is no residual atom such as Ar in the silicon nitride film formed by the manufacturing method according to the present embodiment, a low-density portion due to the residual atom is not formed. This suppresses formation of unnecessary light absorption and moisture penetration paths by the low-density portion. As a result, the water vapor transmission rate at 40 ° C. and 90% RH was 0.02 g / m 2 when measured at a thickness of 1000 ° according to the measurement method specified in JIS K7129-B. ² ・ It is less than days. Further, the transmittance of the silicon nitride film per 1000 mm in thickness for light having a wavelength of 500 nm is 85% or more.
[0038]
Thus, a silicon nitride film with sufficient low moisture permeability and high light transmission characteristics can be obtained.
[0039]
FIG. 2 is a schematic view of a facing target type sputtering apparatus used for manufacturing a silicon nitride film according to a second embodiment of the present invention.
[0040]
In FIG. 2, a substrate 100 is set in a chamber, and Si ₃ N ₄ Are disposed so as to face each other. Although not shown, a magnet is arranged on the back surface of the target 101 such that one target 101 has an N pole and the other target 101 has an S pole. 10 in the chamber ^-3 Evacuate to a vacuum of Pa or less. N as a sputtering gas in the chamber ₂ Only gas is introduced, and the pressure in the chamber is adjusted to about 1 Pa. N ₂ The purity of the gas is, for example, 99.99%. N introduced into the chamber ₂ The flow rate of the gas is, for example, 20 cc per minute.
[0041]
Again, N ₂ Since no gas other than the gas is intentionally introduced into the chamber, the remaining N ₂ Gases other than gas do not exceed 0.1%. Therefore, the sputter gas in the chamber is 99.9% or more N ₂ Including gas.
[0042]
In this state, by applying a DC power of, for example, 1 kW between the pair of targets 101, N ₂ Si with gas ₃ N ₄ Is sputtered. Thus, a silicon nitride film is deposited on the substrate 100. In the facing target type sputtering apparatus, damage to the surface of the substrate 100 due to ions is reduced.
[0043]
Also in the method according to the second embodiment, as in the first embodiment, it is possible to obtain a silicon nitride film having sufficient low moisture permeability and high light transmission characteristics.
[0044]
FIG. 3 is a schematic view of an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering apparatus used for manufacturing a silicon nitride film according to the third embodiment of the present invention.
[0045]
In FIG. 3, an ion source 102 having a microwave power supply 104 and a coil 103 is provided in a chamber. Si is used for the ion generating portion of the ion source 102. ₃ N ₄ The cylindrical target 101 formed by is formed. The substrate 100 is attached to the substrate support 105 facing the ion source 102.
[0046]
10 in the chamber ^-3 Evacuate to a vacuum of Pa or less. N as a sputtering gas in the chamber ₂ Only gas is introduced, and the pressure in the chamber is adjusted to about 1 Pa. N ₂ The purity of the gas is, for example, 99.99%. N introduced into the chamber ₂ The flow rate of the gas is, for example, 20 cc per minute.
[0047]
Again, N ₂ Since no gas other than the gas is intentionally introduced into the chamber, the remaining N ₂ Gases other than gas do not exceed 0.1%. Therefore, the sputter gas in the chamber is 99.9% or more N ₂ Including gas.
[0048]
In this state, the N supplied from the ion source 102 ₂ Si with gas ₃ N ₄ Is sputtered. By setting the microwave power to 2.45 GHz and 300 W, setting the coil magnetic field to 875 Gauss near the target 101, and setting the RF bias applied to the target 101 to 13.56 MHz and 300 W, electron cyclotron resonance Is induced, and a silicon nitride film is deposited on the substrate 100.
[0049]
Also in the method according to the third embodiment, similarly to the first embodiment, it is possible to obtain a silicon nitride film having sufficient low moisture permeability and high light transmission characteristics.
[0050]
In addition, the sputtering conditions such as the input power during sputtering, the sputtering pressure, and the sputtering speed are not limited to the above examples, and other appropriate conditions can be used.
[0051]
Next, an organic electroluminescence device (hereinafter, referred to as an organic EL device) using a silicon nitride film according to an embodiment of the present invention will be described.
[0052]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an organic EL device using a silicon nitride film according to an embodiment of the present invention.
[0053]
The organic EL device in FIG. 4 includes a plurality of organic electroluminescence elements (hereinafter, referred to as organic EL elements) arranged in a matrix. Each organic EL element forms a pixel.
[0054]
Here, three directions orthogonal to each other are defined as an X direction, a Y direction, and a Z direction. The X direction and the Y direction are directions parallel to the surface of the glass substrate 1, and the Z direction is a direction perpendicular to the surface of the glass substrate 1. The plurality of pixels are arranged along the X direction and the Y direction.
[0055]
An active layer 2 made of polycrystalline silicon or the like is formed on a glass substrate 1, and a TFT (thin film transistor) 3 having a gate oxide film and a gate electrode is formed on the active layer 2. A plurality of

wiring layers

5a, 5b, 5c made of Al are formed on the active layer 2. The drain electrode of the TFT 3 is connected to the wiring layer 5a, and the source electrode of the TFT 3 is connected to the wiring layer 5b.
[0056]
An interlayer insulating film 4 is formed on the active layer 2 in a region other than the TFT 3, and a flattening layer 7 made of a polyimide resin or the like is formed so as to cover the TFT 3 and the interlayer insulating film 4. Thus, the glass substrate 1 having the plurality of TFTs 3 and the flattening layer 7 is referred to as a TFT substrate 8.
[0057]
A hole injection electrode (anode) 9 made of a metal such as Ag (silver) is formed on the flattening layer 7 of the TFT substrate 8 for each pixel. Each hole injection electrode 9 is connected to the wiring layer 5a.
[0058]
On the hole injection electrode 9, an organic layer 10 extending in a stripe shape along the Y direction is formed. The organic layer 10 has, for example, a laminated structure of a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron injection layer. In this case, the light emitting layer has an electron transporting property.
[0059]
In addition, an insulating pixel separation film 11 extending in a stripe shape along the Y direction is formed on the flattening layer 7 between the organic layers 10 of each pixel.
[0060]
On the organic layer 10 and the pixel separation film 11, an electron injection electrode (cathode) 12 made of a transparent conductive film extending in a stripe shape along the X direction is formed. As a material of the electron injection electrode 12, for example, a metal thin film made of a metal or an alloy such as MgAg (magnesium silver) is used.
[0061]
The hole injection electrode 9, the organic layer 10, and the electron injection electrode 12 in each pixel constitute an organic EL element.
[0062]
The protective film 20 made of a silicon nitride film is formed by the manufacturing method according to the above embodiment so as to cover the surfaces of the plurality of organic EL elements configured as described above.
[0063]
Since the protective film 20 is made of a silicon nitride film having sufficient low moisture permeability and high light transmittance as described above, it is possible to sufficiently prevent water from entering the organic EL element and protect a sufficient amount of light. It can be taken out through the membrane 20.
[0064]
Next, a method for manufacturing the organic EL device of FIG. 4 will be described.
A plurality of hole injection electrodes 9 are formed for each pixel on the TFT substrate 8 of FIG. 4 by sputtering and photolithography.
[0065]
Next, after a photosensitive polyimide resin is applied on the TFT substrate 8 and the hole injection electrode 9 to form a polyimide film, exposure and development are performed to perform a pixel separation film extending in a stripe shape along the Y direction. 11 is formed.
[0066]
After that, an organic layer 10 having a laminated structure of, for example, a hole injection layer, a hole transport layer, and a light emitting layer is formed on the hole injection electrode 9 between the pixel separation films 11 by using a vacuum deposition method using electric heating.
[0067]
Thereafter, an electron injection electrode 12 extending in a stripe shape along the X direction is formed on the organic layer 10 and the pixel separation film 11 by a vacuum deposition method using electric heating.
[0068]
The hole injection layer is made of, for example, a triphenylamine derivative. The hole transport layer is made of, for example, a diamine derivative. The light emitting layer is made of, for example, an aluminum quinolinol complex doped with quinacridone.
[0069]
In the present embodiment, the hole injection electrode 9 corresponds to a first electrode, the light emitting layer of the organic layer 10 corresponds to a light emitting layer, and the electron injection electrode 12 corresponds to a second electrode.
[0070]
Various known organic materials can be used as the material of the organic layer 10 of the organic EL element.
[0071]
The structure of the organic EL element is not limited to the above structure, and various structures can be used. For example, an electron injection layer or an electron transport layer may be provided between the light emitting layer and the electron injection electrode. Further, the hole transport layer may not be provided.
[0072]
In the above embodiment, the hole injection electrode 9, the organic layer 10, and the electron injection electrode 12 are sequentially formed on the TFT substrate 8, but the electron injection electrode, the organic layer, and the hole injection electrode are sequentially formed on the TFT substrate 8. May be done.
[0073]
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the active matrix type organic EL device has been described. However, the present invention is not limited to the active type, and the present invention is not limited to the active type, but is a simple matrix type (passive type) having no TFT. The present invention can be similarly applied to the organic EL device.
[0074]
Note that the silicon nitride film formed by the manufacturing method according to the present invention is useful as a protective film of an organic EL device using an organic material having poor heat resistance and moisture resistance as a light emitting portion. Is useful as a protective film for an organic EL device having a top emission structure that takes out from the upper surface side.
[0075]
Further, the silicon nitride film formed by the manufacturing method according to the present invention can also be used as a protective film on the substrate side of an organic EL device having a back emission structure for extracting light from the back side of the substrate.
[0076]
Further, the silicon nitride film formed by the manufacturing method according to the present invention is also useful when used as a protective film of an organic EL device including a single organic EL element. An organic EL device including such a single organic EL element is used for a backlight or the like for a liquid crystal display device.
[0077]
Further, the silicon nitride film formed by the manufacturing method according to the present invention is also useful when used as a protective film of an inorganic EL device having a structure similar to that of an organic EL device except for a material of a light emitting portion.
[0078]
Furthermore, the silicon nitride film formed by the manufacturing method according to the present invention is also useful when used on one or both sides of a liquid crystal display device as a surface protection film for moisture resistance.
[0079]
Further, the silicon nitride film formed by the manufacturing method according to the present invention is also useful when used as a protective film for various elements such as a light emitting element, a light receiving element, and a transistor.
[0080]
【Example】
(Example 1)
In Example 1, a 1000-nm-thick silicon nitride film was formed on a glass substrate under the following sputtering conditions using the magnetron sputtering apparatus shown in FIG. 1, and the light transmittance and the water vapor transmittance were measured. Table 1 shows the sputtering conditions in Example 1.
[0081]
[Table 1]

[0082]
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a 1000 nm-thick silicon nitride film was formed on a glass substrate under the following sputtering conditions using the magnetron type sputtering apparatus shown in FIG. 1, and the light transmittance and the water vapor transmittance were measured. Table 2 shows the sputtering conditions in Comparative Example 1.
[0083]
[Table 2]

[0084]
(Evaluation 1)
The wavelength dependence of the light transmittance of the silicon nitride films of Example 1 and Comparative Example 1 was measured. FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the wavelength dependence of the light transmittance of the silicon nitride films of Example 1 and Comparative Example 1.
[0085]
As shown in FIG. 5, in the silicon nitride film of Comparative Example 1, the light transmittance at a wavelength of 500 nm was about 60%. Further, in the silicon nitride film of Comparative Example 1, when the wavelength is shorter than 600 nm, the light transmittance decreases. This is considered to be because Ar atoms remain in the silicon nitride film of Comparative Example 1, and light is absorbed by a low-density portion caused by the remaining Ar atoms.
[0086]
On the other hand, in the silicon nitride film of Example 1, the light transmittance at a wavelength of 500 nm was improved to about 85%. In the silicon nitride film of Example 1, the light transmittance was as high as 80% to 90% in the visible light region having a wavelength of 400 nm to 800 nm. This is presumably because the silicon nitride film of Example 1 did not include a low-density portion caused by residual atoms.
[0087]
As described above, the silicon nitride film of Example 1 has higher light transmittance than the silicon nitride film of Comparative Example 1.
[0088]
(Evaluation 2)
The water vapor transmission rates of the silicon nitride film of Example 1 and the silicon nitride film of Comparative Example 1 were measured by a measurement method specified in JIS K7126-B.
[0089]
FIG. 6 shows the measurement results of the water vapor transmission rate of the silicon nitride film of Example 1 under the environment of 40 ° C. and 90% RH. The thickness of the silicon nitride film is 1000 °.
[0090]
As shown in FIG. 6, in the silicon nitride film of Example 1, the water vapor transmission rate was 0.01 g / m, which is the measurement limit. ² -0.018 g / m close to the day ² ・ The day has been reached. This is presumably because the silicon nitride film of Example 1 did not include a low-density portion caused by residual atoms.
[0091]
On the other hand, in the silicon nitride film of Comparative Example 1, the water vapor transmission rate was 0.1 g / m ² ・ It was about a day. This is considered to be because in the silicon nitride film of Comparative Example 1, the low-density portion caused by the residual Ar atoms becomes a moisture intrusion path.
[0092]
Thus, the water vapor transmission rate of the silicon nitride film of Example 1 is significantly improved as compared with the silicon nitride film of Comparative Example 1.
[0093]
(Example 2)
In Example 2, a single organic EL element was manufactured on a glass substrate, and a silicon nitride film was formed on the surface of the organic EL element under the same sputtering conditions as in Example 1.
[0094]
FIG. 7 is a schematic sectional view showing the structure of the organic EL device of Example 2.
As shown in FIG. 7, a hole injection electrode 302, an organic layer 303, and an electron injection electrode 304 were sequentially formed on a glass substrate 301, and an organic EL device was manufactured. Thereafter, a silicon nitride film 305 was formed on the surface of the organic EL element by using the magnetron type sputtering apparatus shown in FIG.
[0095]
In this embodiment, the hole injection electrode 302 is made of Ag (silver) having a thickness of 800 °. The organic layer 303 has a laminated structure of a 1000-nm-thick hole injection layer made of a triphenylamine derivative, a 200-mm-thick hole transport layer made of a diamine derivative, and a 200-mm-thick aluminum quinolinol complex doped with quinacridone. . The electron injection electrode 304 is made of MgAg having a thickness of 200 °.
[0096]
The hole injection electrode 302, the organic layer 303, and the electron injection electrode 304 were formed by a vacuum evaporation method using a resistance heating boat. The ultimate pressure in the chamber is 10 ^-4 Pa or less. The sputtering conditions for forming the silicon nitride film 305 are the same as those shown in Table 1 of the first embodiment.
[0097]
(Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, an organic EL device having the structure shown in FIG. 7 was formed on a glass substrate 301 in the same manner as in Example 2, and a silicon nitride film was formed on the surface of the organic EL device under the same conditions as in Table 2 of Comparative Example 1. 305 was formed.
[0098]
(Evaluation 3)
In the organic EL devices of Example 2 and Comparative Example 2, by applying a drive voltage of 5 to 10 V between the hole injection electrode 302 and the electron injection electrode 304, the light emitting layer was 100 to 300 cd / m 2. ² At a brightness of.
[0099]
A high-temperature and high-humidity test was performed on the organic EL elements of Example 2 and Comparative Example 2, and the lighting state from the initial state until 700 hours had elapsed was observed.
[0100]
8A and 8B are photographs showing the initial state of the organic EL element of Comparative Example 2 and the lighting state after 700 hours, and FIG. 8A shows the result of a high-temperature and high-humidity test under an environment of 60 ° C. and 95% RH. (B) shows the results of a high-temperature and high-humidity test under an environment of 80 ° C. and 95% RH. FIG. 9 is a photograph showing an initial state of the organic EL element of Example 2 and a lighting state after 700 hours, and (a) shows a result of a high-temperature and high-humidity test under an environment of 60 ° C. and 95% RH. (B) shows the results of a high-temperature and high-humidity test under an environment of 80 ° C. and 95% RH. The light emitting portions of the organic EL elements of Example 2 and Comparative Example 2 are 3 mm square.
[0101]
In the organic EL device of Comparative Example 2, as shown in FIG. 8A, a dark spot (non-lighted portion) appears after 700 hours in an environment of 60 ° C. and 95% RH. In addition, as shown in FIG. 8B, in an environment of 80 ° C. and 95% RH, a dark spot appears after 700 hours, and the area of a non-lighting region (a so-called edge growth) in a peripheral portion due to moisture increases. ing.
[0102]
On the other hand, as shown in FIG. 9A, in the organic EL device of Example 2, no dark spot appeared even after 700 hours in an environment of 60 ° C. and 95% RH, and the peripheral non-lighting area was enlarged. I haven't. As shown in FIG. 9B, even in an environment of 80 ° C. and 95% RH, no dark spot appears after 700 hours, and the area of the peripheral non-lighting area has not increased.
[0103]
Table 3 shows the calculation results of the ratio of the area of the non-lighting area after the passage of time to the area of the lighted area in the initial state in the organic EL elements of Example 2 and Comparative Example 2. The ratio of the area of the non-lighting area to the area of the lighted area corresponds to the moisture permeability.
[0104]
[Table 3]

[0105]
As shown in Table 3, in the organic EL device of Comparative Example 2, the area of the non-lighting region increased with the lapse of time in an environment of 60 ° C. and 95% RH and an environment of 80 ° C. and 95% RH. The ratios have reached 3% and 25% respectively. On the other hand, in the organic EL element of Example 2, the area of the non-lighting area is 0 under the environment of 60 ° C. 95% RH and 80 ° C. 95% RH even after 700 hours.
[0106]
Thus, in the organic EL device of Example 2, it is found that the organic layer 303 is not deteriorated by the moisture in the silicon nitride film 305 at all.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an RF magnetron type sputtering apparatus used for manufacturing a silicon nitride film according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a facing target type sputtering apparatus used for manufacturing a silicon nitride film according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of an ECR sputtering apparatus used for manufacturing a silicon nitride film according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an organic EL device using a silicon nitride film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view showing a measurement result of wavelength dependence of light transmittance of the silicon nitride films of Example 1 and Comparative Example 1.
FIG. 6 shows the results of measuring the water vapor transmission rate of the silicon nitride film of Example 1 under an environment of 40 ° C. and 90% RH.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a structure of an organic EL device of Example 2.
FIG. 8 is a photograph showing an initial state of the organic EL element of Comparative Example 2 and a lighting state after 700 hours.
FIG. 9 is a photograph showing an initial state of the organic EL element of Example 2 and a lighting state after 700 hours.
[Explanation of symbols]
100 substrates
101 Target
1 Glass substrate
2 Active layer
3 TFT
4 Interlayer insulation film
5a, 5b, 5c wiring layer
7 Flattening layer
8 TFT substrate
9 Hole injection electrode
10 Organic layer
11 Pixel separation film
12. Electron injection electrode
20 Protective film
301 glass substrate
302 hole injection electrode
303 organic layer
304 electron injection electrode
305 silicon nitride film

Claims

A method for manufacturing a silicon nitride film, comprising forming a silicon nitride film by using Si ₃ N ₄ as a target and sputtering the target with a sputtering gas containing 99.9% or more of N ₂ .

The water vapor transmission rate of the silicon nitride film measured at 40 ° C. and 90% RH at a thickness of 1000 ° using a measuring method specified in JIS K7129-B is 0.02 g / m ² day or less. The method for producing a silicon nitride film according to claim 1.

3. The method for producing a silicon nitride film according to claim 1, wherein the transmittance of the silicon nitride film per 1000 mm in thickness for light having a wavelength of 500 nm is 85% or more.

The method for producing a silicon nitride film according to claim 1, wherein a magnetic field is applied during said sputtering.

The method according to claim 1, wherein a pair of the targets are arranged so as to face each other during the sputtering.

A silicon nitride film having a water vapor transmission rate of 0.02 g / m ² · day or less measured at 40 ° C. and 90% RH at a thickness of 1000 ° using a measurement method specified in JIS K7129-B.

A silicon nitride film, which has a transmittance of 85% or more per 1000 mm in thickness for light having a wavelength of 500 nm.

A method for producing a protective film for an element,
Forming a silicon nitride film as the protective film on the surface of the element by sputtering the target with a sputtering gas containing 99.9% or more of N ₂ using Si ₃ N ₄ as a target; Production method of protective film.

A method for manufacturing an electroluminescence device including one or a plurality of electroluminescence elements sequentially provided with a first electrode, a light emitting layer, and a second electrode,
Forming a silicon nitride film as a protective film on the surface of the one or more electroluminescent elements by using Si ₃ N ₄ as a target and sputtering the target with a sputtering gas containing 99.9% or more of N _2. A method for manufacturing an electroluminescent device.

One or more electroluminescent elements sequentially provided with a first electrode, a light emitting layer, and a second electrode;
A protective film covering the one or more electroluminescent elements,
The protective film is formed of a silicon nitride film having a water vapor transmission rate of 0.02 g / m ² · day or less measured at 40 ° C. and 90% RH at a thickness of 1000 ° using a measurement method specified in JIS K7129-B. An electroluminescent device, comprising:

One or more electroluminescent elements sequentially provided with a first electrode, a light emitting layer, and a second electrode;
A protective film covering the one or more electroluminescent elements,
An electroluminescence device, wherein the protective film is made of a silicon nitride film having a transmittance of 85% or more per 1000 mm in thickness for light having a wavelength of 500 nm.