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JP4337567B2 - Method for manufacturing organic electroluminescence element - Google Patents
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Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic electroluminescence element and a method for manufacturing the same.

有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)は、蛍光性有機物の電界発光を利用した電子デバイスであり、液晶ディスプレイのバックライトや小型のディスプレイなどに実用化されている。有機EL素子は、基本的には、陽極と陰極の2枚の電極間に発光体である有機物層を配し、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子が発光層で再結合することにより発光する自己発光型のデバイスである。有機EL素子は、発光層に有機物を用いているので、発光層が大気中の酸素や水分により化学劣化を起こすのを防止するために、通常、電極と有機物層の露出部分を保護膜で被覆している。従来、この種の保護膜として、ECRプラズマCVD法により、単層の窒化シリコン膜またはダイヤモンドライクカーボン膜を電極面に形成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。   An organic electroluminescence element (organic EL element) is an electronic device using electroluminescence of a fluorescent organic substance, and is put into practical use for a backlight of a liquid crystal display or a small display. An organic EL device basically has an organic material layer as a light emitter disposed between two electrodes, an anode and a cathode, and holes injected from the anode and electrons injected from the cathode are recombined in the light emitting layer. It is a self-luminous type device that emits light by doing so. Since organic EL elements use organic substances in the light-emitting layer, the electrode and the exposed part of the organic substance layer are usually covered with a protective film in order to prevent the light-emitting layer from being chemically degraded by oxygen or moisture in the atmosphere. is doing. Conventionally, as this kind of protective film, a technique for forming a single layer silicon nitride film or diamond-like carbon film on an electrode surface by ECR plasma CVD is known (for example, see Patent Document 1).

特開平10−261487号公報(第2頁、図1)JP-A-10-261487 (second page, FIG. 1)

有機EL素子の保護膜は、防湿性が高いものが望ましい。窒化シリコンは、緻密な構造をもち、保護膜としての防湿性が高いが、内部応力が比較的大きい。特許文献1の窒化シリコン膜は、単層膜なので、防湿性を高めるために膜厚を増加させると、内部応力が急激に増大し、有機EL素子は、常に歪を内在する状態にあり、デバイスとしての性能が劣化したり、寿命が短くなり、信頼性が低下するという問題がある。   The protective film of the organic EL element is desirably a highly moisture-proof one. Silicon nitride has a dense structure and high moisture resistance as a protective film, but has a relatively large internal stress. Since the silicon nitride film of Patent Document 1 is a single-layer film, when the film thickness is increased in order to improve moisture resistance, the internal stress increases abruptly, and the organic EL element is always in a state in which strain is inherent. As a result, there is a problem that the performance is deteriorated, the life is shortened, and the reliability is lowered.

(1)請求項1の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、基板上にホール注入電極層を形成する工程と、ホール注入電極層上に有機物層を形成する工程と、有機物層上に電子注入電極層を形成する工程と、電子注入電極層と有機物層の露出面に、少なくとも窒化シリコン層と水素化窒化シリコン層とを順に2層積層して保護膜を形成する工程とを有し、保護膜は、高密度プラズマを用いる成膜法により形成され、水素化窒化シリコン層は、高密度プラズマの形成を中止した状態で、窒化シリコン層の表面にH ガスを作用させることにより形成されることを特徴とする。
(1) The method of manufacturing an organic electroluminescent element according to claim 1 includes a step of forming a hole injection electrode layer on a substrate, a step of forming an organic layer on the hole injection electrode layer, and an electron injection electrode on the organic layer. A step of forming a protective layer, and a step of forming a protective film by laminating at least two silicon nitride layers and a hydrogenated silicon nitride layer in order on the exposed surfaces of the electron injection electrode layer and the organic material layer, Is formed by a film formation method using high-density plasma, and the silicon hydronitride layer is formed by applying H 2 gas to the surface of the silicon nitride layer in a state where formation of the high-density plasma is stopped It is characterized by.

(2)請求項2の発明は、請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、高密度プラズマ成膜法は、表面波励起プラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズマまたは誘導結合プラズマを用いる成膜法であることを特徴とする。 (2) The invention of claim 2 is the method of manufacturing an organic electroluminescence device according to claim 1, wherein the high-density plasma film forming method uses surface wave excitation plasma, electron cyclotron resonance plasma, or inductively coupled plasma. It is a law .

本発明によれば、少なくとも窒化シリコン層と水素化窒化シリコン層とを2層積層することにより、内部応力が緩和された防湿性の高い保護膜を形成するので、信頼性の高い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。   According to the present invention, a highly moisture-proof protective film with reduced internal stress is formed by laminating at least two layers of a silicon nitride layer and a silicon hydronitride layer. Therefore, a highly reliable organic electroluminescence element Can be provided.

以下、本発明の実施の形態による有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態による有機EL素子の部分断面図である。有機EL素子1は、透明基板11上に、ホール注入電極層(陽極)12、有機物層13、電子注入電極層(陰極)14、保護膜20を順次形成して作製される。保護膜20は、窒化シリコン層15,水素化窒化シリコン層15a,窒化シリコン層16,水素化窒化シリコン層16a,窒化シリコン層17の5層から構成される。   Hereinafter, an organic electroluminescence element (organic EL element) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a partial cross-sectional view of an organic EL element according to an embodiment of the present invention. The organic EL element 1 is manufactured by sequentially forming a hole injection electrode layer (anode) 12, an organic material layer 13, an electron injection electrode layer (cathode) 14, and a protective film 20 on a transparent substrate 11. The protective film 20 includes five layers including a silicon nitride layer 15, a hydrogenated silicon nitride layer 15 a, a silicon nitride layer 16, a hydrogenated silicon nitride layer 16 a, and a silicon nitride layer 17.

透明基板11には、ガラス、石英ガラスなどの無機物、或いはPET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリカーボネート、PMMA(ポリメチルメタクリレート)などの合成樹脂が用いられる。ホール注入電極層12には、通常、導電性を有する透明なITO(InO−SnO)膜が用いられる。ホール注入電極層12は、図示のようにパターニングされていてもよいし、パターンが形成されていなくてもよい。有機物層13は、ホール注入電極層12側から順にホール輸送層と発光層と電子輸送層とから成り、例えば、ホール輸送層にはトリフェニルアミン誘導体(MTDATA)、発光層には8−ハイドロキシキノリンアルミニウム(Alq)、電子輸送層には10−ベンゾ(h)−キノリール−ベリリウム錯体(BeBq)が用いられる。電子注入電極層14には、アルミニウム、マグネシウム、Al−Li合金、Al−Mg合金などの仕事関数の低い金属や合金が用いられる。 The transparent substrate 11 is made of an inorganic material such as glass or quartz glass, or a synthetic resin such as PET (polyethylene terephthalate), polycarbonate, or PMMA (polymethyl methacrylate). For the hole injection electrode layer 12, a transparent ITO (InO 3 —SnO 2 ) film having conductivity is usually used. The hole injection electrode layer 12 may be patterned as shown, or may not be formed with a pattern. The organic layer 13 is composed of a hole transport layer, a light emitting layer, and an electron transport layer in this order from the hole injection electrode layer 12 side. For example, the hole transport layer is a triphenylamine derivative (MTDATA), and the light emitting layer is 8-hydroxyquinoline. Aluminum (Alq 3 ) and 10-benzo (h) -quinolyl-beryllium complex (BeBq 2 ) are used for the electron transport layer. The electron injection electrode layer 14 is made of a metal or alloy having a low work function such as aluminum, magnesium, an Al—Li alloy, or an Al—Mg alloy.

保護膜20は、電子注入電極層14の上に、厚さ0.2μmの窒化シリコン層15,厚さ0.02μmの水素化窒化シリコン層15a,厚さ0.2μmの窒化シリコン層16,厚さ0.02μmの水素化窒化シリコン層16a,厚さ0.2μmの窒化シリコン層170cの5層が順次形成されて成る多層膜である。窒化シリコン層15,16,17は、総て同一成膜条件で形成された同一の物質である。また、水素化窒化シリコン層15aと16aも、同一成膜条件で形成された同一の物質である。   The protective film 20 is formed on the electron injection electrode layer 14 with a silicon nitride layer 15 having a thickness of 0.2 μm, a hydrogenated silicon nitride layer 15 a having a thickness of 0.02 μm, a silicon nitride layer 16 having a thickness of 0.2 μm, and a thickness. This is a multilayer film in which five layers of a hydrogenated silicon nitride layer 16a having a thickness of 0.02 μm and a silicon nitride layer 170c having a thickness of 0.2 μm are sequentially formed. The silicon nitride layers 15, 16, and 17 are all the same material formed under the same film formation conditions. The silicon hydronitride layers 15a and 16a are also the same material formed under the same film formation conditions.

このような5層から成る保護膜20は、図1に示されるように、電子注入電極層14の表面を被覆するだけではなく、有機物層13、電子注入電極層14が露出している端面Aをも被覆するように形成される。このように、保護膜20は、有機物層13、電子注入電極層14の露出面をすべて被覆するように形成されるので、有機物層13および電子注入電極層14は、大気中の水分や酸素の影響を全く受けない。   As shown in FIG. 1, such a five-layer protective film 20 not only covers the surface of the electron injection electrode layer 14 but also the end surface A from which the organic material layer 13 and the electron injection electrode layer 14 are exposed. It is formed so that it may also coat. Thus, since the protective film 20 is formed so as to cover all the exposed surfaces of the organic material layer 13 and the electron injection electrode layer 14, the organic material layer 13 and the electron injection electrode layer 14 are free from moisture and oxygen in the atmosphere. Not affected at all.

次に、保護膜20を構成する各層の機能について説明する。窒化シリコン層15,16,17を構成する窒化シリコンは、一般に化学式SiNxで表わされる硬いセラミックであり、Si原子同士の結合およびSi原子とN原子との結合は、結合力の大きい共有結合である。水素化窒化シリコン層15a,16aを構成する水素化窒化シリコンも硬いセラミックであり、Si−Si結合、Si−N結合の他にSi−H結合を有し、窒化シリコンよりも緻密な構造を有する。すなわち、窒化シリコン層15,16,17および水素化窒化シリコン層15a,16aは、いずれも構造的に緻密であり、ガス透過性が低く、光学的には、1.7〜2.1の屈折率をもち、可視光に対してほぼ透明である。   Next, the function of each layer constituting the protective film 20 will be described. The silicon nitride constituting the silicon nitride layers 15, 16, and 17 is generally a hard ceramic represented by the chemical formula SiNx, and the bonds between Si atoms and the bonds between Si atoms and N atoms are covalent bonds having a high bonding force. . The silicon hydronitride that forms the hydrogenated silicon nitride layers 15a and 16a is also a hard ceramic, has Si-H bonds in addition to Si-Si bonds and Si-N bonds, and has a denser structure than silicon nitride. . That is, the silicon nitride layers 15, 16, and 17 and the hydrogenated silicon nitride layers 15a and 16a are all structurally dense, have low gas permeability, and optically have a refractive index of 1.7 to 2.1. It has a rate and is almost transparent to visible light.

水素化窒化シリコン層15a,16aは、Si−H基を多数含んでいるため、窒化シリコン層15,16の内部応力をそれぞれ緩和する作用がある。本実施の形態の有機EL素子1の保護膜20は、窒化シリコン層15と窒化シリコン層16との間に水素化窒化シリコン層15aを介在させ、窒化シリコン層16と窒化シリコン層17との間に水素化窒化シリコン層16aを介在させているので、保護膜20全体としては内部応力が緩和された状態となっている。また、保護膜20は、その全厚がほぼ0.6μmと比較的薄いにもかかわらず、保護膜20を構成する各層が緻密であり、ガス透過性が低いので、十分な防湿性をもっている。従って、有機EL素子1は、内部歪が低減しているとともに、大気中の水分や酸素の影響を受けないので、信頼性に優れている。   Since the hydrogenated silicon nitride layers 15a and 16a contain a large number of Si—H groups, the silicon hydrogen nitride layers 15a and 16a alleviate internal stress of the silicon nitride layers 15 and 16, respectively. The protective film 20 of the organic EL element 1 according to the present embodiment has a hydrogenated silicon nitride layer 15 a interposed between the silicon nitride layer 15 and the silicon nitride layer 16, and between the silicon nitride layer 16 and the silicon nitride layer 17. Since the silicon hydronitride layer 16a is interposed between the protective film 20 and the entire protective film 20, the internal stress is relaxed. In addition, the protective film 20 has a sufficient moisture-proof property because each layer constituting the protective film 20 is dense and has low gas permeability, although the total thickness is comparatively thin at approximately 0.6 μm. Therefore, the organic EL element 1 has excellent reliability because it has reduced internal strain and is not affected by moisture or oxygen in the atmosphere.

また、保護膜20を構成する各層の屈折率は、成膜条件或いは形成条件によって調整可能であり、窒化シリコン層15,16,17および水素化窒化シリコン層15a,16aともに1.7〜2.1の範囲を取り得る。一般に、Si−H基の数が多いほどSiNx結晶の屈折率は大きくなる。例えば、各層の屈折率を同じにすれば、各層の界面における反射がなくなるので、発光層からの光は、ほとんど損失なく外部に放射される。また、窒化シリコン層15,16,17と水素化窒化シリコン層15a,16aとの屈折率差を小さくすれば、各層の界面における反射も小さく、単層膜と同等となり、発光層からの光は、ほとんど損失なく外部に放射される。このように、保護膜20を透過する光放射(トップエミッション)を利用すると、発光光がアクティブマトリックス方式における電気回路に遮蔽されることがないので、光量損失なく表示することが可能となる。また、トップエミッションを利用する場合、透明基板11の代わりに不透明基板を使用することもできる。   Further, the refractive index of each layer constituting the protective film 20 can be adjusted by the film forming conditions or the forming conditions, and the silicon nitride layers 15, 16, 17 and the hydrogenated silicon nitride layers 15a, 16a are 1.7-2. A range of 1 can be taken. In general, the greater the number of Si—H groups, the greater the refractive index of the SiNx crystal. For example, if the refractive index of each layer is the same, reflection at the interface of each layer is eliminated, so that light from the light emitting layer is radiated to the outside with almost no loss. Further, if the refractive index difference between the silicon nitride layers 15, 16, 17 and the hydrogenated silicon nitride layers 15a, 16a is reduced, the reflection at the interface of each layer is also small, equivalent to a single layer film, and the light from the light emitting layer is Radiated to the outside with almost no loss. As described above, when the light emission (top emission) transmitted through the protective film 20 is used, the emitted light is not shielded by the electric circuit in the active matrix system, so that it is possible to display without any light loss. When top emission is used, an opaque substrate can be used instead of the transparent substrate 11.

以下、本実施の形態の有機EL素子の製造方法について説明する。先ず、厚さ0.5mmの透明基板11上に、ホール注入電極層12として厚さ150nmのITO膜を真空蒸着により形成し、ITO膜上にレジスト層をスピンコートにより塗布した後に、マスクを用いた露光、現像を行い、所定のパターンのITO膜によるホール注入電極層12を形成する。   Hereinafter, the manufacturing method of the organic EL element of this Embodiment is demonstrated. First, an ITO film having a thickness of 150 nm is formed as a hole injection electrode layer 12 on a transparent substrate 11 having a thickness of 0.5 mm by vacuum deposition, a resist layer is applied on the ITO film by spin coating, and then a mask is used. The hole injection electrode layer 12 is formed from an ITO film having a predetermined pattern.

ITO膜上に、抵抗加熱蒸着により、ホール輸送層として厚さ50nmのMTDATAを、発光層として厚さ60nmAlqを、電子輸送層として厚さ50nmのBeBqを順次形成し、有機物層13を成膜する。さらに、BeBqの上に、電子注入電極層14として厚さ0.2μmのAl−Li合金層を真空蒸着により形成する。ここまでの工程で作製された有機EL素子1を、以下、有機EL素子基板10と呼ぶ。有機EL素子基板10それ自体は、公知のものである。 On the ITO film, by resistance heating vapor deposition, an MTDATA having a thickness of 50nm as the hole transport layer, the thickness of 60NmAlq 3 as a light-emitting layer, the BeBq 2 thick 50nm are sequentially formed as an electron transport layer, an organic layer 13 formed Film. Further, an Al—Li alloy layer having a thickness of 0.2 μm is formed on the BeBq 2 as the electron injection electrode layer 14 by vacuum deposition. Hereinafter, the organic EL element 1 manufactured through the steps up to here is referred to as an organic EL element substrate 10. The organic EL element substrate 10 itself is a known one.

電子注入電極層14まで形成された有機EL素子基板10は、図2に示される表面波励起プラズマCVD装置100内に搬送されて保護膜が形成される。図2は、表面波励起プラズマCVD装置の概略構成を示す断面図である。表面波励起プラズマCVD装置(以下、SWP−CVD装置という)は、表面波を利用して大面積で高密度のプラズマを容易に発生させることができ、このプラズマは、表面波励起プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)と呼ばれる。   The organic EL element substrate 10 formed up to the electron injection electrode layer 14 is transferred into the surface wave excitation plasma CVD apparatus 100 shown in FIG. 2 to form a protective film. FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of the surface wave excitation plasma CVD apparatus. A surface wave excitation plasma CVD apparatus (hereinafter referred to as SWP-CVD apparatus) can easily generate a high-density plasma with a large area using surface waves, and this plasma is a surface wave excitation plasma (SWP: It is called “Surface Wave Plasma”.

図2において、SWP−CVD装置100は、チャンバー101、マイクロ波導波管102、スロットアンテナ103、誘電体板104、プロセスガス導入管105、材料ガス導入管106、真空排気管107および基板ホルダー108を備える。チャンバー101は、その内部空間に生成するプラズマPを利用して、基板ホルダー108に保持された基板の表面に成膜するための密閉容器である。基板ホルダー108は、図中矢印で示される上下方向の移動と回転が可能であり、必要に応じて、成膜対象である基板の加熱、冷却、電界印加などが可能に構成される。   2, the SWP-CVD apparatus 100 includes a chamber 101, a microwave waveguide 102, a slot antenna 103, a dielectric plate 104, a process gas introduction pipe 105, a material gas introduction pipe 106, a vacuum exhaust pipe 107, and a substrate holder 108. Prepare. The chamber 101 is a sealed container for forming a film on the surface of the substrate held by the substrate holder 108 using the plasma P generated in the internal space. The substrate holder 108 can move and rotate in the vertical direction indicated by arrows in the figure, and is configured to be able to heat, cool, apply an electric field, etc., as necessary, to the substrate that is the film formation target.

チャンバー101の上部には、石英、アルミナまたはジルコニアなどで作製された誘電体板104が設けられている。誘電体板104の上面に接して、マイクロ波導波管102が載置されている。誘電体板104と接するマイクロ波導波管102の底板には、長矩形の開口であるスロットアンテナ103が複数個設けられている。   A dielectric plate 104 made of quartz, alumina, zirconia or the like is provided on the upper portion of the chamber 101. A microwave waveguide 102 is placed in contact with the upper surface of the dielectric plate 104. A plurality of slot antennas 103 having long rectangular openings are provided on the bottom plate of the microwave waveguide 102 in contact with the dielectric plate 104.

プロセスガス導入管105からチャンバー101へ導入されるプロセスガスは、Nガス、Oガス、Hガス、NOガス、NOガス、NHガス等の反応性活性種の原料となるガスおよびArガス、Heガス、Neガス、Krガス、Xeガス等の希ガスである。材料ガス導入管106からチャンバー101へ導入される材料ガスは、SiHガス、Siガス等のシリコン薄膜或いはシリコン化合物薄膜の成分であるSi元素を含むガスである。 The process gas introduced into the chamber 101 from the process gas introduction pipe 105 is a gas that is a raw material for reactive active species such as N 2 gas, O 2 gas, H 2 gas, NO 2 gas, NO gas, NH 3 gas, and the like. A rare gas such as Ar gas, He gas, Ne gas, Kr gas, or Xe gas. The material gas introduced into the chamber 101 from the material gas introduction pipe 106 is a gas containing Si element which is a component of a silicon thin film or a silicon compound thin film such as SiH 4 gas or Si 2 H 6 gas.

チャンバー101の底板には、不図示の真空排気ポンプに接続される真空排気管107が配設されている。プロセスガス導入管105、材料ガス導入管106を通してそれぞれ所定のガスを所定流量でチャンバー101内に導入しながら排気を行うことによって、チャンバー101内を所定圧力に保持することができる。   A vacuum exhaust pipe 107 connected to a vacuum exhaust pump (not shown) is disposed on the bottom plate of the chamber 101. By exhausting while introducing a predetermined gas into the chamber 101 at a predetermined flow rate through the process gas introduction pipe 105 and the material gas introduction pipe 106, the inside of the chamber 101 can be maintained at a predetermined pressure.

上記のように構成されたSWP−CVD装置100では、不図示のマイクロ波発生源から周波数2.45GHzのマイクロ波をマイクロ波導波管102内に伝搬させ、スロットアンテナ103を通して誘電体板104へ放射させる。マイクロ波は表面波SWとなって、この表面波エネルギーによりチャンバー101内のプロセスガスが電離、解離されてプラズマPが生成する。表面波SWは、誘電体板104の内面全域に拡がるので、プラズマPもチャンバー101内でそれに対応した領域に拡がる。このプラズマPを利用して、有機EL素子基板10上に保護膜20の成膜を行う。   In the SWP-CVD apparatus 100 configured as described above, a microwave having a frequency of 2.45 GHz is propagated into a microwave waveguide 102 from a microwave generation source (not shown), and is radiated to the dielectric plate 104 through the slot antenna 103. Let The microwave becomes the surface wave SW, and the process gas in the chamber 101 is ionized and dissociated by the surface wave energy, and the plasma P is generated. Since the surface wave SW spreads over the entire inner surface of the dielectric plate 104, the plasma P also spreads in the corresponding region in the chamber 101. Using this plasma P, a protective film 20 is formed on the organic EL element substrate 10.

以下、本実施の形態の有機EL素子1の保護膜20の製造工程を詳述する。
(1)窒化シリコン層15の形成
有機EL素子基板10を基板ホルダー108にセットして、チャンバー101内を0.01Pa程度の高真空に排気する。プロセスガス導入管105を通してHガス、Nガス、Arガスをそれぞれ所定の流量でチャンバー101内に導入し、材料ガス導入管106を通してSiHガスをHガスの85%の流量でチャンバー101内に導入し、チャンバー101内を圧力4Paに保持する。マイクロ波電力3.0kWにより生成したプラズマPにより2分間の成膜を行い、厚さ0.2μmの窒化シリコン層15を形成する。
Hereinafter, the manufacturing process of the protective film 20 of the organic EL element 1 of this Embodiment is explained in full detail.
(1) Formation of silicon nitride layer 15 The organic EL element substrate 10 is set on the substrate holder 108, and the inside of the chamber 101 is evacuated to a high vacuum of about 0.01 Pa. H 2 gas, N 2 gas, and Ar gas are respectively introduced into the chamber 101 through the process gas introduction pipe 105 at a predetermined flow rate, and SiH 4 gas is introduced into the chamber 101 through the material gas introduction pipe 106 at a flow rate of 85% of the H 2 gas. The pressure inside the chamber 101 is maintained at 4 Pa. Film formation is performed for 2 minutes with plasma P generated by microwave power of 3.0 kW to form a silicon nitride layer 15 having a thickness of 0.2 μm.

(2)水素化窒化シリコン層15aの形成
先ず、SiHガスをチャンバー101内に導入するのを中止し、マイクロ波電力も切断する。プロセスガス導入管105を通してHガスとHeガスを流量比100:5でチャンバー101内に導入し、チャンバー101内を圧力5Paに30秒間保持する。すなわち、プラズマPが生成していない状態で、窒化シリコン層15の表面にHガスとHeガスを供給する。窒化シリコン層15は、成膜中に最高90℃程度に加熱されているので、窒化シリコン層15の表面にH分子が付着し、最表面では水素化が生じ、厚さ0.02μmの水素化窒化シリコン層15aが形成される。Hガス、Heガスは、0℃の熱伝導率がそれぞれ16.82×10−2W・m−1・K−1、14.22×10−2W・m−1・K−1と気体の中では高く、両者の冷却効果により、窒化シリコン層15の表面温度は低下していく。基板ホルダー108が冷却されている場合は、特に不活性なHeガスが基板ホルダー108と有機EL素子基板10との間に介在して有機EL素子基板10を効率的に冷却する。
(2) Formation of hydrogenated silicon nitride layer 15a First, the introduction of SiH 4 gas into the chamber 101 is stopped, and the microwave power is also cut off. H 2 gas and He gas are introduced into the chamber 101 through the process gas introduction pipe 105 at a flow ratio of 100: 5, and the inside of the chamber 101 is held at a pressure of 5 Pa for 30 seconds. That is, H 2 gas and He gas are supplied to the surface of the silicon nitride layer 15 in a state where the plasma P is not generated. Since the silicon nitride layer 15 is heated to a maximum of about 90 ° C. during film formation, H 2 molecules adhere to the surface of the silicon nitride layer 15 and hydrogenation occurs on the outermost surface, resulting in a hydrogen having a thickness of 0.02 μm. A silicon oxynitride layer 15a is formed. H 2 gas and He gas have a thermal conductivity at 0 ° C. of 16.82 × 10 −2 W · m −1 · K −1 , 14.22 × 10 −2 W · m −1 · K −1 , respectively. It is high in gas, and the surface temperature of the silicon nitride layer 15 decreases due to the cooling effect of both. When the substrate holder 108 is cooled, an inert He gas is interposed between the substrate holder 108 and the organic EL element substrate 10 to efficiently cool the organic EL element substrate 10.

(3)窒化シリコン層16の形成
チャンバー101内を0.01Pa程度の高真空に排気した後に、上述した窒化シリコン層15と同じ成膜条件で、水素化窒化シリコン層15aの上に厚さ0.2μmの窒化シリコン層16を形成する。
(4)水素化窒化シリコン層16aの形成
上述した水素化窒化シリコン層15aと同じ形成条件で、窒化シリコン層16の上に厚さ0.02μmの水素化窒化シリコン層16aを形成する。
(5)窒化シリコン層17の形成
チャンバー101内を0.01Pa程度の高真空に排気した後に、上述した窒化シリコン層15,16と同じ成膜条件で、水素化窒化シリコン層16aの上に厚さ0.2μmの窒化シリコン層17を形成する。
(3) Formation of silicon nitride layer 16 After the chamber 101 is evacuated to a high vacuum of about 0.01 Pa, a thickness of 0 is formed on the silicon hydronitride layer 15a under the same film formation conditions as the silicon nitride layer 15 described above. A silicon nitride layer 16 having a thickness of 2 μm is formed.
(4) Formation of Hydrogenated Silicon Nitride Layer 16a A silicon hydrogenated nitride layer 16a having a thickness of 0.02 μm is formed on the silicon nitride layer 16 under the same formation conditions as the silicon hydrogenated nitride layer 15a described above.
(5) Formation of silicon nitride layer 17 After the chamber 101 is evacuated to a high vacuum of about 0.01 Pa, the silicon nitride layer 17 is formed on the hydrogenated silicon nitride layer 16a under the same film formation conditions as the silicon nitride layers 15 and 16 described above. A silicon nitride layer 17 having a thickness of 0.2 μm is formed.

上記の窒化シリコン層15,16,17の成膜条件では、通常、SiNx結晶中にSi−H結合が存在し、Si−H基の数が多いほど、結晶粒径は小さくなり、緻密な構造となってガス透過性が低くなる。窒化シリコン層15,16の最表面にそれぞれ水素化窒化シリコン層15a,16aを形成すると、いわゆるダングリングボンドがH原子で被覆されるので、水素化窒化シリコン層15a,16aは、材質的には窒化シリコン層15,16よりもガス透過性が低くなる。また、水素化窒化シリコン層15a,16aの形成は、窒化シリコン層15,16中のSiNx結晶の成長を抑制するので、窒化シリコン層15,16は、水素化窒化シリコン層を形成しない場合と比べてガス透過性が低い。   Under the film formation conditions of the silicon nitride layers 15, 16, and 17, Si—H bonds are usually present in the SiNx crystal, and the larger the number of Si—H groups, the smaller the crystal grain size and the denser the structure. Thus, the gas permeability is lowered. When the hydrogenated silicon nitride layers 15a and 16a are formed on the outermost surfaces of the silicon nitride layers 15 and 16, respectively, so-called dangling bonds are covered with H atoms, so that the silicon hydrogenated nitride layers 15a and 16a are made of materials. Gas permeability is lower than that of the silicon nitride layers 15 and 16. Further, since the formation of the silicon hydronitride layers 15a and 16a suppresses the growth of SiNx crystals in the silicon nitride layers 15 and 16, the silicon nitride layers 15 and 16 are compared with the case where the silicon hydronitride layer is not formed. Gas permeability is low.

本実施の形態では、窒化シリコン層15,16,17の成膜時のチャンバー101内の圧力が4Paと比較的高いので、各種分子の平均自由行程が短くステップカバレージに優れている。この効果により、有機EL素子基板10の表面に厚さ0.6μmの保護膜20を形成すれば、側面(図1の端面A)の保護膜20の厚さは0.3μm程度となる。保護膜20は、厚さ0.3μm程度の薄い部分でも、上述したように緻密な層から構成されるので、防湿性は十分である。このように、保護膜20は、有機物層13および電子注入電極層14を完全に被覆し、防湿性が十分に発揮される。   In the present embodiment, since the pressure in the chamber 101 at the time of forming the silicon nitride layers 15, 16, and 17 is relatively high at 4 Pa, the mean free path of various molecules is short and the step coverage is excellent. Due to this effect, when a protective film 20 having a thickness of 0.6 μm is formed on the surface of the organic EL element substrate 10, the thickness of the protective film 20 on the side surface (end surface A in FIG. 1) is about 0.3 μm. Since the protective film 20 is composed of a dense layer as described above even in a thin portion having a thickness of about 0.3 μm, the moisture resistance is sufficient. Thus, the protective film 20 completely covers the organic material layer 13 and the electron injection electrode layer 14 and sufficiently exhibits moisture resistance.

保護膜20の成膜時には、必然的に有機物層13が加熱されるが、本実施の形態では、厚さ0.6μmの保護膜を連続で形成せず、途中で水素化窒化シリコン層15a,16aの形成工程を入れるので、有機EL素子基板10は、90℃以上の高温に曝されることがない。また、水素化窒化シリコン層15a,16aの形成工程では、有機EL素子基板10は、HガスとHeガスにより冷却されるので、有機物層13が加熱により劣化することもない。この効果は、特に、有機物層13として耐熱性の低い低分子の有機物を用いたときに顕著となる。 When the protective film 20 is formed, the organic material layer 13 is inevitably heated, but in this embodiment, the protective film having a thickness of 0.6 μm is not continuously formed, and the silicon hydronitride layer 15a, Since the forming process 16a is included, the organic EL element substrate 10 is not exposed to a high temperature of 90 ° C. or higher. Further, in the formation process of the silicon hydronitride layers 15a and 16a, the organic EL element substrate 10 is cooled by H 2 gas and He gas, so that the organic layer 13 is not deteriorated by heating. This effect is particularly prominent when a low molecular weight organic material having low heat resistance is used as the organic material layer 13.

上述したように、本実施の形態の製造方法では、同一のSWP−CVD装置100を用い、プロセス条件を変えるだけで防湿性に優れた多層構造の保護膜20を製造することができる。保護膜20の製造中は、有機EL素子基板10を大気に曝すことがないので、保護膜20は、水分や酸素の吸着がない清浄な膜となる。   As described above, in the manufacturing method of the present embodiment, the same SWP-CVD apparatus 100 can be used to manufacture the multi-layered protective film 20 having excellent moisture resistance simply by changing the process conditions. Since the organic EL element substrate 10 is not exposed to the atmosphere during the production of the protective film 20, the protective film 20 is a clean film that does not adsorb moisture or oxygen.

上記の方法で作製された有機EL素子1について、60℃−90%RH、500時間の条件下で環境試験を行った後に、ホール注入電極層12にプラス端子、電子注入電極層14にマイナス端子を接続し、直流電圧を印加した。その結果、有機物層13中の発光層に非発光部分(ダークスポット)は認められず、環境試験前と比べて輝度の低下も生じなかった。また、電子注入電極層14についても、酸化或いは錆の発生がなく、保護膜20の防湿性は十分に高い。   The organic EL device 1 manufactured by the above method was subjected to an environmental test under conditions of 60 ° C.-90% RH and 500 hours, and then the positive terminal was used for the hole injection electrode layer 12 and the negative terminal was used for the electron injection electrode layer 14. And a DC voltage was applied. As a result, no non-light emitting portion (dark spot) was observed in the light emitting layer in the organic material layer 13, and the luminance was not lowered as compared with that before the environmental test. Further, the electron injecting electrode layer 14 is not oxidized or rusted, and the moisture resistance of the protective film 20 is sufficiently high.

本実施の形態では、保護膜20の成膜装置として、SWP−CVD装置について説明したが、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマまたは誘導結合プラズマ(ICP)を用いるCVD装置を使用することもできる。SWP−CVD装置、ECR−CVD装置およびICP−CVD装置は、いずれも電子密度が1012cm−3程度の高密度プラズマが得られ、イオンエネルギーが10〜20eV程度と小さい。従って、他のプラズマCVD装置に比べて、材料ガスの分解や反応性ガスとの化学反応等が効率良く行われ、基板に対するイオン衝撃によるダメージや加熱が非常に小さいという利点がある。 In this embodiment, the SWP-CVD apparatus has been described as the film forming apparatus for the protective film 20, but a CVD apparatus using electron cyclotron resonance (ECR) plasma or inductively coupled plasma (ICP) can also be used. The SWP-CVD apparatus, the ECR-CVD apparatus, and the ICP-CVD apparatus can obtain high-density plasma with an electron density of about 10 12 cm −3 and have an ion energy as small as about 10 to 20 eV. Therefore, compared with other plasma CVD apparatuses, there is an advantage that decomposition of the material gas, chemical reaction with the reactive gas, and the like are performed efficiently, and damage and heating due to ion bombardment on the substrate are very small.

以下、本実施の形態の変形例を説明する。本実施の形態では、有機EL素子1の保護膜20は、窒化シリコン層15,水素化窒化シリコン層15a,窒化シリコン層16,水素化窒化シリコン層16a,窒化シリコン層17の5層から構成されているが、窒化シリコン層と水素化窒化シリコン層とが積層されていれば、2層以上の何層から成る保護膜でもよい。また、保護膜中の最外層は、窒化シリコン層、水素化窒化シリコン層のいずれでもよい。   Hereinafter, modifications of the present embodiment will be described. In the present embodiment, the protective film 20 of the organic EL element 1 is composed of five layers including a silicon nitride layer 15, a hydrogenated silicon nitride layer 15 a, a silicon nitride layer 16, a hydrogenated silicon nitride layer 16 a, and a silicon nitride layer 17. However, as long as the silicon nitride layer and the hydrogenated silicon nitride layer are stacked, the protective film may be formed of two or more layers. The outermost layer in the protective film may be either a silicon nitride layer or a hydrogenated silicon nitride layer.

以上説明したように、窒化シリコン層と水素化窒化シリコン層とから成る複数層として保護膜20を成膜しており、保護膜20は、防湿性が高く、内部応力が緩和されているので、本実施の形態の有機EL素子1は、デバイスとしての耐湿性、信頼性が向上する。また、保護膜20は、透明性が高く、トップエミッションにも十分対応できる。また、保護膜20の成膜時には、水素化窒化シリコン層15a,16aの形成工程を入れるので、有機EL素子基板10は、高温に曝されることがなく、有機物層13が加熱により劣化することもない。本発明は、その特徴を損なわない限り、以上説明した実施の形態に何ら限定されない。   As described above, the protective film 20 is formed as a plurality of layers composed of a silicon nitride layer and a silicon hydronitride layer, and the protective film 20 is highly moisture-proof and has reduced internal stress. The organic EL element 1 of the present embodiment has improved moisture resistance and reliability as a device. Further, the protective film 20 is highly transparent and can sufficiently cope with top emission. Moreover, since the formation process of the silicon hydronitride layers 15a and 16a is included when forming the protective film 20, the organic EL element substrate 10 is not exposed to high temperature, and the organic layer 13 is deteriorated by heating. Nor. The present invention is not limited to the embodiments described above as long as the characteristics are not impaired.

本発明の実施の形態に係る有機EL素子の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the organic EL element concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る有機EL素子の製造方法に用いられる表面波励起プラズマCVD装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the surface wave excitation plasma CVD apparatus used for the manufacturing method of the organic EL element which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:有機EL素子(有機エレクトロルミネッセンス素子)
10:有機EL素子基板
11:透明基板
12:ホール注入電極層(陽極)
13:有機物層
14:電子注入電極層(陰極)
15,16,17:窒化シリコン層
15a,16a:水素化窒化シリコン層
20:保護膜
100:SWP−CVD装置(表面波励起プラズマCVD装置)
A:端面
1: Organic EL device (organic electroluminescence device)
10: Organic EL element substrate 11: Transparent substrate 12: Hole injection electrode layer (anode)
13: Organic layer 14: Electron injection electrode layer (cathode)
15, 16, 17: Silicon nitride layer 15a, 16a: Hydrogenated silicon nitride layer 20: Protective film 100: SWP-CVD apparatus (surface wave excitation plasma CVD apparatus)
A: End face

Claims (2)

基板上にホール注入電極層を形成する工程と、Forming a hole injection electrode layer on the substrate;
前記ホール注入電極層上に有機物層を形成する工程と、  Forming an organic layer on the hole injection electrode layer;
前記有機物層上に電子注入電極層を形成する工程と、  Forming an electron injection electrode layer on the organic layer;
前記電子注入電極層と有機物層の露出面に、少なくとも窒化シリコン層と水素化窒化シリコン層とを順に2層積層して保護膜を形成する工程とを有し、  Forming a protective film by laminating at least two silicon nitride layers and one hydrogenated silicon nitride layer in order on the exposed surfaces of the electron injection electrode layer and the organic material layer;
前記保護膜は、高密度プラズマを用いる成膜法により形成され、  The protective film is formed by a film forming method using high-density plasma,
前記水素化窒化シリコン層は、前記高密度プラズマの形成を中止した状態で、前記窒化シリコン層の表面にH  The hydrogenated silicon nitride layer is formed on the surface of the silicon nitride layer with the formation of the high density plasma stopped. 2 ガスを作用させることにより形成されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。A method for producing an organic electroluminescence element, wherein the organic electroluminescence element is formed by applying a gas.
請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
前記高密度プラズマ成膜法は、表面波励起プラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズマまたは誘導結合プラズマを用いる成膜法であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
In the manufacturing method of the organic electroluminescent element of Claim 1,
The method of manufacturing an organic electroluminescence element, wherein the high-density plasma film forming method is a film forming method using surface wave excitation plasma, electron cyclotron resonance plasma, or inductively coupled plasma.
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