JP2004238645A - 窒化シリコン膜、素子用の保護膜、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 - Google Patents
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Abstract
【課題】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。
【解決手段】ＲＦマグネトロン型スパッタ装置において、Ｓｉ３Ｎ４により形成されたターゲット１０１を用い、９９．９％以上のＮ２を含むスパッタガスによりターゲット１０１をスパッタし、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形成する。窒化シリコン膜の４０℃９０％ＲＨでの水蒸気透過率は、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・日以下となる。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。
【選択図】 図１
【解決手段】ＲＦマグネトロン型スパッタ装置において、Ｓｉ３Ｎ４により形成されたターゲット１０１を用い、９９．９％以上のＮ２を含むスパッタガスによりターゲット１０１をスパッタし、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形成する。窒化シリコン膜の４０℃９０％ＲＨでの水蒸気透過率は、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・日以下となる。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。
【選択図】 図１
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、Ｓｉ３Ｎ４をターゲットとして用い、Ｎ２ 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Ｓｉ３Ｎ４からなるターゲットを、Ｎ２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、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・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、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・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、Ｓｉ３Ｎ４をターゲットとして用い、Ｎ２ 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、Ｓｉ３Ｎ４をターゲットとして用い、Ｎ２ 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、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・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Ｓｉ３Ｎ４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Ｎ２ 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。Ｎ２ガスの純度は、例えば９９．９９％である。チャンバ内に導入するＮ２ ガスの流量は、例えば毎分２０ｃｃとする。
【００３４】
この場合、Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２ガスでＳｉ３Ｎ４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、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・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Ｓｉ３Ｎ４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Ｎ２ 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。Ｎ２ガスの純度は、例えば９９．９９％である。チャンバ内に導入するＮ２ ガスの流量は、例えば毎分２０ｃｃとする。
【００４１】
この場合にも、Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２ガスでＳｉ３Ｎ４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Ｓｉ３Ｎ４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Ｎ２ 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。Ｎ２ガスの純度は、例えば９９．９９％である。チャンバ内に導入するＮ２ ガスの流量は、例えば毎分２０ｃｃとする。
【００４７】
この場合にも、Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２ガスを含む。
【００４８】
この状態で、イオン源１０２から供給されるＮ２ガスでＳｉ３Ｎ４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ＪＩＳ Ｋ７１２６−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／ｍ２ ・日に近い０．０１８ｇ／ｍ２ ・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／ｍ２ ・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／ｍ２ 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
３ ＴＦＴ
４ 層間絶縁膜
５ａ，５ｂ，５ｃ 配線層
７ 平坦化層
８ ＴＦＴ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
【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、Ｓｉ３Ｎ４をターゲットとして用い、Ｎ２ 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Ｓｉ３Ｎ４からなるターゲットを、Ｎ２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、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・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、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・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、Ｓｉ３Ｎ４をターゲットとして用い、Ｎ２ 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、Ｓｉ３Ｎ４をターゲットとして用い、Ｎ２ 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、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・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Ｓｉ３Ｎ４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Ｎ２ 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。Ｎ２ガスの純度は、例えば９９．９９％である。チャンバ内に導入するＮ２ ガスの流量は、例えば毎分２０ｃｃとする。
【００３４】
この場合、Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２ガスでＳｉ３Ｎ４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、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・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Ｓｉ３Ｎ４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Ｎ２ 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。Ｎ２ガスの純度は、例えば９９．９９％である。チャンバ内に導入するＮ２ ガスの流量は、例えば毎分２０ｃｃとする。
【００４１】
この場合にも、Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２ガスでＳｉ３Ｎ４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Ｓｉ３Ｎ４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Ｎ２ 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。Ｎ２ガスの純度は、例えば９９．９９％である。チャンバ内に導入するＮ２ ガスの流量は、例えば毎分２０ｃｃとする。
【００４７】
この場合にも、Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２ガスを含む。
【００４８】
この状態で、イオン源１０２から供給されるＮ２ガスでＳｉ３Ｎ４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】
（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】
（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ＪＩＳ Ｋ７１２６−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／ｍ２ ・日に近い０．０１８ｇ／ｍ２ ・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／ｍ２ ・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／ｍ２ 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】
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
３ ＴＦＴ
４ 層間絶縁膜
５ａ，５ｂ，５ｃ 配線層
７ 平坦化層
８ ＴＦＴ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
Claims (11)
- Ｓｉ３Ｎ４をターゲットとして用い、Ｎ２ を９９．９％以上含むスパッタガスにより前記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ことを特徴とする窒化シリコン膜の製造方法。
- ＪＩＳ Ｋ７１２９−Ｂで規定された測定方法を用い、厚さ１０００Åとして４０℃９０％ＲＨで測定された前記窒化シリコン膜の水蒸気透過率が０．０２ｇ／ｍ２・日以下であることを特徴とする請求項１記載の窒化シリコン膜の製造方法。
- 波長５００ｎｍの光について厚さ１０００Å当りの前記窒化シリコン膜の透過率が８５％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の窒化シリコン膜の製造方法。
- 前記スパッタの際に磁場を印加することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化シリコン膜の製造方法。
- 前記スパッタの際に１対の前記ターゲットを対向するように配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化シリコン膜の製造方法。
- ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・日以下であることを特徴とする窒化シリコン膜。
- 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窒化シリコン膜。
- 素子用の保護膜の製造方法であって、
Ｓｉ３Ｎ４をターゲットとして用い、Ｎ２ を９９．９％以上含むスパッタガスにより前記ターゲットをスパッタすることにより前記素子の表面に前記保護膜として窒化シリコン膜を形成することを特徴とする素子用の保護膜の製造方法。 - 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、
Ｓｉ３Ｎ４をターゲットとして用い、Ｎ２ を９９．９％以上含むスパッタガスにより前記ターゲットをスパッタすることにより前記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ことを特徴とするエレクトロルミネッセンス装置の製造方法。 - 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、
前記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、
前記保護膜は、ＪＩＳ Ｋ７１２９−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／ｍ２・日以下である窒化シリコン膜からなることを特徴とするエレクトロルミネッセンス装置。 - 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、
前記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、
前記保護膜は、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ことを特徴とするエレクトロルミネッセンス装置。
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