(57)【要約】【課題】有機ＥＬ素子を有するデバイスにおいて、有機ＥＬ層からの光取出し効率を劣化させることなく、水分バリア性および平坦化性が高い封止膜、およびその製造方法を提供する。【解決手段】基板の主面側から順に形成されたアノード電極１０３、有機ＥＬ層１０５およびカソード電極１０６と、当該発光層を覆うように基板上に設けられた封止膜とを有するデバイスにおいて、封止膜は平坦化膜であるバッファ膜１０８、１１０、１１２と、水分バリア性が高いバリア膜１０９、１１１とを交互に積層した積層膜を含み、平坦化膜およびバリア膜は酸窒化シリコン膜を含むものとする。また、デバイスの製造工程では、真空紫外光を用いた光ＣＶＤ法により酸窒化シリコンを含むバッファ膜１０８を形成し、この工程では真空紫外光の照射中にリモートプラズマによるラジカル照射を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に前記基板の主面側から順に形成された第１電極、有機発光層および第２電極と、前記発光層を覆うように前記基板上に設けられた封止膜とを有する光半導体装置であって、
前記封止膜は平坦化膜とバリア膜とを交互に積層した積層膜を含み、
前記平坦化膜および前記バリア膜は酸窒化シリコン膜を含むことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記第１電極の上面は前記平坦化膜と前記基板との間に形成された第１絶縁膜の開口部から露出しており、前記開口部上に形成された最下層の前記平坦化膜の底面は凹凸を有し、最下層の前記平坦化膜上面は平坦であることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記平坦化膜は炭素を含有する酸窒化シリコン膜を含み、
前記バリア膜は無機の酸窒化シリコン膜を含んでいることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記平坦化膜は、真空紫外光を用いた光ＣＶＤ法とリモートプラズマを用いたプラズマＣＶＤ法とを併用して形成されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記バリア膜は、真空紫外光を用いた光ＣＶＤ法とリモートプラズマを用いたプラズマＣＶＤ法とを併用して形成されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記平坦化膜は前記バリア膜よりもヤング率が低く、前記バリア膜は前記平坦化膜よりも膜密度が大きく水分バリア性が高いことを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記有機発光層および前記封止膜の間に、真空紫外光を吸収する第２絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項８】
前記第２絶縁膜は真空紫外光を９０％以上吸収する絶縁膜であることを特徴とする請求項７記載の光半導体装置。
【請求項９】
（ａ）基板上に第１電極を形成する工程と、
（ｂ）前記第１電極上に前記第１電極と電気的に接続された有機発光層を形成する工程と、
（ｃ）前記有機発光層上に前記有機発光層と電気的に接続された第２電極を形成する工程と、
（ｄ）前記有機発光層上に、真空紫外光を用いた光ＣＶＤ法により酸窒化シリコン膜を形成する工程と、
を有し、
前記（ｄ）工程では、前記真空紫外光の照射中にリモートプラズマによるラジカル照射を行うことを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記（ｄ）工程では、前記酸窒化シリコン膜を複数層積層し、前記有機発光層上に複数の前記酸窒化シリコン膜の一つを含む平坦化膜と、複数の前記酸窒化シリコン膜の一つを含むバリア膜とを前記有機発光層側から順に交互に積層することを特徴とする請求項９記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記（ｄ）工程では、前記平坦化膜は炭素を有する有機物を原料として形成し、前記バリア膜は無機物のみを原料として形成することを特徴とする請求項１０記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記平坦化膜は形成過程において流動性を示す膜であり、前記バリア膜は前記平坦化膜よりも膜密度が大きく水分バリア性が高い膜であることを特徴とする請求項１０記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記（ａ）工程の後であって前記（ｂ）工程の前に、前記基板上に第１絶縁膜を形成した後、前記第１絶縁膜を開口して前記第１電極の上面を露出する工程をさらに有することを特徴とする請求項９記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記（ｄ）工程では、窒素ラジカルまたは酸素ラジカルのうち少なくとも一方と有機シリコンガスとを前記酸窒化シリコン膜を形成する原料ガスとして用いることを特徴とする請求項９記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記（ｄ）工程では、酸素ラジカルまたは酸素ガスのうちいずれか一方と、高次シランガスおよび窒素ラジカルとを前記酸窒化シリコン膜を形成する原料ガスとして用いることを特徴とする請求項９記載の光半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記（ｄ）工程の前に、前記有機発光層上に真空紫外光を９０％以上吸収する第２絶縁膜を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項９記載の光半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体装置およびその製造方法に関し、特に、有機ＥＬ素子全般の封止膜およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（以下有機ＥＬ）素子は、消費電力が低く、自発光し、高速応答が可能であるなど数多くのメリットを有しており、フラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display：ＦＰＤ）または照明機器などへの応用に向けた開発が進められている。また、樹脂基板（樹脂フィルムを含む）などのフレキシブル基板を用いることでディスプレイ装置を曲げることが可能となり、軽く、割れないなどの新たな付加価値が創生されており、フレキシブル機器への応用も検討されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は水分または酸素に接すると発光効率の低下および寿命劣化が起こるため、製造過程から水分および酸素を排除した環境雰囲気中で封止膜形成を行う必要がある。一方、樹脂基板などのフレキシブル基板では、水分の吸収に伴う寸法変動を抑制する必要があり、そのために樹脂基板の表裏に封止膜を形成している。
【０００４】
有機ＥＬ素子の封止膜には、水分、酸素の拡散防止は勿論であるが、（１）低温成膜（有機ＥＬ劣化防止）、（２）低ダメージ（有機ＥＬ劣化防止）、（３）低応力、低ヤング率（剥れ防止）、（４）高透過率（輝度劣化防止）などが求められる。封止方式で注目されている方式としては、積層薄膜方式がある。積層薄膜方式は、目的が異なる複数の薄膜を５層〜１０層形成する方法である。一般的には、封止膜は水分または酸素などの拡散を抑制するために、膜密度が大きい薄膜が用いられる。具体的には、窒化シリコン膜およびアルミナ膜がその代表的な膜である。これらの膜は、膜が硬く（ヤング率が大きく）、膜応力も大きいため、厚い膜を用いると膜が剥がれたりクラックが発生する問題がある。このため、封止膜の応力を緩和する薄膜（バッファ膜）との積層構造の検討が進められている。バッファ膜に要求される特性は、下地の平坦化性能に優れていること、表面に付着した異物の影響を抑制するための埋め込み性能に優れていること、膜が軟らかい（ヤング率が小さい）こと、および膜応力が小さいことである。
【０００５】
一方、封止膜の製造方法としては、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、光ＣＶＤ法、スパッタ法、または蒸着法など、各種成膜方法が提案されている。その代表例としては、同じ手法を用いて封止膜とバッファ膜を連続して形成する真空紫外光を用いた光ＣＶＤ法が挙げられる。特許文献１（特開２００５−６３８５０号公報）には、光ＣＶＤ法を用いた封止膜の製造方法が記載されている。
【０００６】
特許文献１には、アノード電極、有機ＥＬ層、カソード電極を有する基板上に、真空紫外光ＣＶＤ膜を含む封止膜を形成した装置であって、基板上に形成した発光層（有機ＥＬ層）上に透明電極を具備し、発光層の上方に光を取り出すトップエミッション型の有機ＥＬディスプレイパネルが記載されている。特許文献１では、前記真空紫外光ＣＶＤ膜が酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、またはそれらの積層膜を含むことを特徴としており、前記封止膜をカソード電極上に直接形成する方法が記載されている。
【０００７】
ここでは、酸化シリコン膜を形成する原料ガスとして、メチル基、エチル基、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）または水素（Ｈ）などを含むものを用いており、例えば、ＴＥＯＳ（Tetra ethoxy silane）、ＨＭＤＳＯ（Hexa methyl disiloxane）、ＴＭＣＴＳ（Tetra methyl cyclotetrasiloxane）またはＯＭＣＴＳ（Octo methyl cyclotetrasiloxane）などを用いている。また、窒化シリコン膜を形成する原料ガスとして、メチル基、シリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）および水素（Ｈ）を含むものを用いており、例えば、ＢＴＢＡＳ（Bis（tertiary butyl amino)silane）を用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−６３８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の有機ＥＬディスプレイパネルでは、封止膜として酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層構造を用いているが、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とでは屈折率差が大きいため、これらの積層膜は積層膜を構成する膜同士の界面で起こる可視光の反射が大きい問題がある。すなわち、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜からなる封止膜をトップエミッション型の有機ＥＬディスプレイパネルに採用した場合、有機ＥＬ層で発光した可視光の取り出し効率が小さいため、ディスプレイの輝度（光取出し効率）が小さいという課題が発生する。
【００１０】
ここで、図８および図９に、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層構造の断面図を示し、また、図１０および図１１に、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層構造の反射率のシミュレーション結果を表わしたグラフを示す。図１０および図１１のグラフは、それぞれ図８および図９の積層構造の光の反射率の計算結果であり、横軸の波長の値に対する縦軸の反射率の値を示している。
【００１１】
図８および図９に示す積層構造の最下層は、それぞれ有機ＥＬ素子のカソード電極３０１、４０１であり、ここではいずれのカソード電極もその屈折率を１．７としている。また、図８および図９に示す積層構造の最上層はそれぞれ接着層（樹層）３０６、４０６であり、ここでも接着層の屈折率を１．７としている。
【００１２】
図８の積層構造は、カソード電極３０１上に、順に酸化シリコン膜３０２ａ、窒化シリコン膜３０２ｂ、酸化シリコン膜３０３ａ、窒化シリコン膜３０３ｂ、酸化シリコン膜３０４ａ、窒化シリコン膜３０４ｂ、酸化シリコン膜３０５ａおよび接着層３０６を積層したものである。また、図９の積層構造は、カソード電極４０１上に、順に窒化シリコン膜４０２ｂ、酸化シリコン膜４０２ａ、窒化シリコン膜４０３ｂ、酸化シリコン膜４０３ａ、窒化シリコン膜４０４ｂ、酸化シリコン膜４０４ａ、酸化シリコン４０５ｂおよび接着層４０６を積層したものである。図８に示す酸化シリコン膜３０２ａ〜３０５ａおよび図９に示す窒化シリコン膜４０２ａ〜４０４ａの屈折率は１．４５であり、図８に示す酸化シリコン膜３０２ｂ〜３０４ｂおよび図９に示す窒化シリコン膜４０２ｂ〜４０５ｂの屈折率は２．０である。ここでは、計算を簡素化するために各波長における屈折率を一定とし、また酸化シリコン膜および窒化シリコン膜による光の吸収は無いものとして計算している。
【００１３】
窒化シリコン膜３０２ｂ〜３０４ｂおよび４０２ｂ〜４０５ｂの膜厚は全て１００ｎｍであり、最下層の酸化シリコン膜３０２ａ、４０２ａの膜厚は１０００ｎｍであり、その他の酸化シリコン膜３０３ａ〜３０５ａ、４０３ａおよび４０４ａの膜厚は５００ｎｍである。
【００１４】
図８に示す積層構造では、カソード電極３０１および接着層３０６に接している膜はそれぞれ酸化シリコン膜３０２ａ、３０５ａであり、図９に示す積層構造ではカソード電極４０１および接着層４０６に接している膜はそれぞれ窒化シリコン膜４０２ｂ、４０５ｂである。
【００１５】
図１０および図１１から明らかなように、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の挿入位置を変えても、波長が５００ｎｍ〜７００ｎｍの光の反射率は５０％を超えていることが分かる。反射率が大きいほど光の透過性は低くなるため、有機ＥＬ上に図８および図９に示すような酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を含む封止膜を形成した場合、封止膜内の反射率が５０％を超えることになり、前記有機ＥＬを備えたディスプレイ装置の輝度は低下する。この反射率は図８および図９に示す各積層膜の膜厚、およびカソード電極３０１、４０１または接着層３０６、４０６の屈折率の違いで多少の変動はあるが、大きな違いは無い。つまり、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層構造では、各界面で発生する多重反射の影響が特に大きく、この封止膜内の多重反射によりディスプレイの輝度が大幅に低下することが分かる。
【００１６】
また、水分バリア性、すなわち水分の浸入を防ぐ能力の観点からは、一般的に膜密度が大きい無機膜の方が、水分バリア性が大きい。特許文献１では、封止膜の形成、特に窒化シリコン膜の形成の際に有機シリコンソースを適用しているが、有機シリコンソースを用いた光ＣＶＤ成膜では、膜中に炭素（Ｃ）が多量に含有された有機膜が形成されるため、成膜される窒化シリコン膜の膜密度が小さくなる。このため、水分バリア膜（バリア膜）を形成する観点からは、膜中に炭素を含まない無機系のバリア膜を用いる方が、膜中に炭素を含むバリア膜を用いるよりもデバイスの信頼性の面では有利となる。
【００１７】
さらに、有機ＥＬ上に真空紫外光による光ＣＶＤ法を用いて封止膜を形成した場合のもう１つの大きな課題として、フォトンエネルギーの大きい真空紫外光により有機ＥＬがダメージを負うことが挙げらる。図８および図９には示していないが、トップエミッション型有機ＥＬディスプレイでは、カソード電極３０１、４０１の直下に有機ＥＬが存在する。真空紫外光のフォトンエネルギーは約７ｅＶ以上もあり、カソード電極を僅かに透過しても有機ＥＬに大きなダメージを与える。
【００１８】
カソード電極には可視光（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に対して８０％以上の透過率が求められる。トップエミッション型のＯＬＥＤ（Organic light Emitting Diode）ディスプレイにおいては、非常に薄い金属薄膜、例えばＡｌ−ＬｉまたはＡｇ−Ｍｇなどの合金が一般的に用いられる。カソード電極を透過する真空紫外光を抑制するには、カソード電極の膜厚を厚くすることが考えられるが、カソード電極を厚くすると可視光の透過率が大幅に低下する問題が生じる。
【００１９】
ここでは、カソード電極側からの光取出しを行うトップエミッション型のＯＬＥＤディスプレイを一例として説明したが、カソード電極とアノード電極を逆に配置し、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの酸化インジウム系やＡＺＯ（Aluminium doped Zinc Oxide）などの酸化亜鉛系のアノード電極から光放出を行う構造においても同様の問題が起こる。したがって、真空紫外光を用いた光ＣＶＤ膜で薄膜封止を行うには、有機ＥＬに光ダメージを与えることなく、可視光の透過率を大きくする技術が必要となる。
【００２０】
本発明の目的は、光半導体装置の封止膜の反射率を低減し、光取出し効率を向上させることにある。
【００２１】
また、本発明の他の目的は、光半導体装置の封止膜を形成する際の光ＣＶＤ法による有機ＥＬへの光ダメージを大幅に抑制することにある。
【００２２】
本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２４】
本願の１発明による光半導体装置は、
基板上に前記基板の主面側から順に形成された第１電極、有機発光層および第２電極と、前記発光層を覆うように前記基板上に設けられた封止膜とを有する光半導体装置であって、
前記封止膜は平坦化膜とバリア膜とを交互に積層した積層膜を含み、
前記平坦化膜および前記バリア膜は酸窒化シリコン膜を含むものである。
【００２５】
また、本願の１発明により光半導体装置の製造方法は、
（ａ）基板上に第１電極を形成する工程と、
（ｂ）前記第１電極上に前記第１電極と電気的に接続された有機発光層を形成する工程と、
（ｃ）前記有機発光層上に前記有機発光層と電気的に接続された第２電極を形成する工程と、
（ｄ）前記有機発光層上に、真空紫外光を用いた光ＣＶＤ法により酸窒化シリコン膜を形成する工程と、
を有し、
前記（ｄ）工程では、前記真空紫外光の照射中にリモートプラズマによるラジカル照射を行うものである。
【発明の効果】
【００２６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２７】
本発明によれば、光半導体装置の光取出し効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態である光半導体装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である光半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】図２に続く光半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図４】図３に続く光半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態である光半導体装置の製造工程で使用する成膜装置の模式図である。
【図６】本発明の一実施の形態および比較例のそれぞれのバリア膜およびバッファ膜の構成を説明する表である。
【図７】図４に続く光半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図８】比較例として示す積層構造の断面図である。
【図９】比較例として示す積層構造の断面図である。
【図１０】比較例として示す積層構造の波長に対する反射率を示したグラフである。
【図１１】比較例として示す積層構造の波長に対する反射率を示したグラフである。
【図１２】膜構成の違いによる反射率の変化を説明するグラフである。
【図１３】膜構成の違いによる反射率の変化を説明するグラフである。
【図１４】膜構成の違いによる反射率の変化を説明するグラフである。
【図１５】バッファ膜およびバリア膜の屈折率差と最大反射率の関係を示すグラフである。
【図１６】比較例として示す積層構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００３０】
以下に、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
【００３１】
図１に、本実施の形態の有機ＥＬ素子を含む光半導体装置の断面図を示す。本実施の形態の有機ＥＬ素子は、図１に示すようにガラス基板１０１を有し、ガラス基板１０１上には絶縁膜１０２を介してアノード電極１０３およびバンク部１０４が形成されている。ガラス基板１０１は例えば石英を含み、絶縁膜１０２は酸化シリコン膜からなる。バンク部１０４は感光性ポリイミドからなる絶縁膜であり、絶縁膜１０２の上面に接している。アノード電極１０３は例えば、アルミニウムおよび酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ：Indium-Tin-Oxide）を順に積層した積層膜からなる導電層であり、絶縁膜１０２の上面に接している。バンク部１０４はテーパー角がある開口部を有し、前記開口部の底部にはアノード電極１０３の上面が露出している。ただし、アノード電極１０３の側面はバンク部１０４により覆われている。なお、ここではガラス基板１０１の部材を例えば石英であるとして説明したが、ガラス基板１０１は樹脂基板であっても構わない。
【００３２】
ここでいうバンク部１０４とは、土手状に形成された絶縁膜であり、互いに平行な底面および上面を有し、それらの底面および上面に対して斜めのテーパー角を有する側壁を備えた台形の膜である。
【００３３】
アノード電極１０３上およびバンク部１０４上には、有機ＥＬ層１０５が形成されている。有機ＥＬ層１０５は前記開口部の底部でアノード電極１０３の上面に接し、前記開口部から露出するアノード電極１０３の上面、前記開口部のテーパー角を有する内壁およびバンク部１０４の上面の一部を覆うように形成されている。有機ＥＬ層１０５は、アノード電極１０３側から積層された正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層からなる積層膜により構成されている発光層であり、ここでは前記積層膜を一括して有機ＥＬ層１０５として説明する。
【００３４】
有機ＥＬ層１０５上およびバンク部１０４上には、有機ＥＬ層１０５を覆うようにカソード電極１０６および真空紫外光吸収層１０７がガラス基板１０１側から順に形成されている。カソード電極１０６は２０ｎｍ程度の膜厚を有するＡｇ−Ｍｇ合金からなる導電層である。真空紫外光吸収層１０７はカソード電極１０６を覆うように形成されており、また、平面視において有機ＥＬ層１０５と重なるように形成されている。すなわち、真空紫外光吸収層１０７は有機ＥＬ層１０５の直上に形成されている。また、真空紫外光吸収層１０７は酸窒化シリコン膜により形成されており、１５０ｎｍ程度の膜厚を有する。
【００３５】
真空紫外光吸収層１０７上には、バッファ膜１０８、バリア膜１０９、バッファ膜１１０、バリア膜１１１、バッファ膜１１２がガラス基板１０１側から順に積層されている。バッファ膜１０８、１１０、１１２、バリア膜１０９および１１１は封止膜を構成し、バリア膜は主に水分に対するバリア膜である。図１に示すように、有機ＥＬ層１０５上にはガラス基板１０１側から順にバッファ膜およびバリア膜が交互に複数層積層されている。バリア膜１０９および１１１はバッファ膜１０８、１１０および１１２よりも膜密度が大きいため、バッファ膜１０８、１１０および１１２よりも水分バリア性が高い。ここでは、バッファ膜およびバリア膜をまとめて封止膜と定義する。なお、本願に記載する封止膜とは、外部から有機ＥＬ層や樹脂基板に進入する水分や酸素を防ぐ膜を指す。
【００３６】
バッファ膜１０８、１１０および１１２は封止膜を構成する複数の膜のそれぞれの上面および下面を平坦化する働きを有する。これは、バッファ膜１０８、１１０および１１２が製造工程において流動性を示すためであり、バンク部１０４の開口部によってバッファ膜１０８の下地に凹凸が形成されていても、バッファ膜１０８の上面は平坦な形状となる。つまり、封止膜中の最下層に形成されたバッファ膜１０８の底面は凸凹を有していても、その上面は平坦化される。また、バリア膜１０９、１１１よりもヤング率が低いバッファ膜１０８、１１０および１１２は、封止膜全体を低ヤング率化し、封止膜の剥がれの発生または封止膜のクラックの発生を防ぐ働きを有する平坦化膜である。
【００３７】
図１には示してはいないが、アノード電極１０３上およびカソード電極１０６上には、それぞれ外部と電気的に接続するためのコンタクトプラグおよび配線パッドが形成されており、それぞれ独立して電圧を印加できる構造になっている。なお、バリア膜１０９、１１１はいずれも１５０ｎｍ程度の膜厚を有し、バッファ膜１０８、１１０および１１２はいずれも１０００ｎｍ程度の膜厚を有する。
【００３８】
なお、本実施の形態の有機ＥＬ素子を構成するバッファ膜１０８、１１０、１１２、バリア膜１０９および１１１はいずれも酸窒化シリコン膜により形成されているが、比較のため、図１に示すバッファ膜１０８、１１０、１１２、バリア膜１０９および１１１が酸化シリコン膜および窒化シリコン膜などの部材で形成されている場合の有機ＥＬ素子についても後に説明する。
【００３９】
本実施の形態の光半導体装置の大きな特徴は、バッファ膜１０８、１１０および１１２が、真空紫外光による光ＣＶＤ法により形成された無機の酸窒化シリコン膜を含んでいることにある。以下に、本実施の形態の光半導体装置の効果について説明する。
【００４０】
発光層である有機ＥＬ層の上部のカソード電極および封止膜を透過して光を放出するトップエミッション型の有機ＥＬ素子では、有機ＥＬ層上に形成された前記封止膜は積層構造を有していることが考えられる。封止膜は素子の外部から水分などが素子内に浸入することを防ぐバリア性を有している必要があり、また、封止膜の積層構造を構成するそれぞれの膜同士の界面は、有機ＥＬ層から放出される光を効率良く取り出すために高い平坦性を有している必要がある。上部に有機ＥＬ層を備えたアノード電極と封止膜との間には、有機ＥＬ層の上面を露出する開口部を有するバンク部が形成されており、バンク部の上面には、前記開口部により大きい凹凸が形成されており、また、エッチング残渣などによりバンク部上に凹凸が形成されていることがある。したがって封止膜は、水分のバリア性を確保すると共に、前述した凹凸を覆うように埋め込んだ際、封止膜の積層構造を構成する膜同士の界面の平坦性を向上させる性質を有することが重要となる。
【００４１】
したがって、前記封止膜は、水分バリア性に優れた窒化シリコン膜と、形成時の流動性に優れ、形成後にその上面が平坦に形成されやすい酸化シリコン膜とを積層した構造とされることが考えられる。しかし、このように窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを積層して形成した封止膜を有する光半導体装置では、封止膜内での多重反射により、有機ＥＬ素子の輝度が低下する課題がある。
【００４２】
有機ＥＬ層から発光される可視光の多重反射を抑制するためには、入射側の層（カソード電極）の材料とそれに接する封止膜との屈折率差、出射側の層（接着層）の材料とそれに接する封止膜との屈折率差、および積層封止膜間の屈折率差を極力小さくすれば良い。なお、ここでいう入射側、および出射側とは、カソード電極の下部の有機ＥＬ層から上方へ向けて放出された光が、カソード電極側（入射側）から入射し、接着層側（出射側）へ出射されることを意味する。
【００４３】
ここで図１２〜図１４に、積層構造の反射率シミュレーション結果であるグラフを示す。これらのグラフは図８に示す積層構造の反射率の計算結果であり、それぞれのグラフの横軸は３００ｎｍ〜９００ｎｍの波長帯域を示し、縦軸は前記積層構造の内部を下層から上層に向けて光が透過した際の反射率を示している。図８は比較例である積層構造の断面図であり、この積層構造は、カソード電極３０１上に、順に酸化シリコン膜３０２ａ、窒化シリコン膜３０２ｂ、酸化シリコン膜３０３ａ、窒化シリコン膜３０３ｂ、酸化シリコン膜３０４ａ、窒化シリコン膜３０４ｂ、酸化シリコン膜３０５ａおよび接着層３０６を積層したものである。図８に示す積層構造の最下層のカソード電極３０１および最上層の接着層（樹脂）３０６のそれぞれの屈折率は共に１．７である。窒化シリコン膜３０２ｂ、３０３ｂおよび３０４ｂは水分などの浸入を防ぐバリア膜であり、酸化シリコン膜３０２ａ、３０３ａ、３０４ａおよび３０５ａは封止膜全体の平坦性を向上させ、またヤング率を低下させる働きを有するバッファ膜（平坦化膜）である。
【００４４】
すなわち、バッファ膜はバリア膜よりもヤング率が低く、製造工程中においては流動性を有するため、バッファ膜を形成する領域の下地に凹凸が形成されていたとしても、バッファ膜はその凹凸を埋め込んで形成され、また、形成されたバッファ膜の上面は平坦になる。
【００４５】
図１２〜図１４のグラフは、図８に示す窒化シリコン膜３０２ｂ、３０３ｂおよび３０４ｂの屈折率を１．７として計算したシミュレーション結果であり、横軸は波長を示し、縦軸は反射率を示している。また、酸化シリコン膜３０２ａ、３０３ａ、３０４ａおよび３０５ａの屈折率は、図１２では１．５、図１３では１．５５、図１４では１．６として計算した結果を示している。すなわち、図１２、図１３および図１４に示すグラフでは、順に封止膜を構成する酸化シリコン膜の屈折率を窒化シリコン膜、カソード電極および接着層の屈折率に近付けることで屈折率差を小さくしていった場合の積層構造の反射率の変化を知ることができる。つまり、図１２で計算した場合の積層構造を構成する酸化シリコン膜の屈折率よりも、図１４で計算した積層構造を構成する酸化シリコン膜の屈折率の方が、前述した窒化シリコン膜、カソード電極および接着層の屈折率である１．７に近い値となっている。なお、ここでは計算を簡素化するために各波長における屈折率を一定とし、薄膜による光吸収は無いものとして計算している。図１２〜図１４のグラフから、積層膜の屈折率差が小さくなると反射率が小さくなることが分かる。
【００４６】
また、図１５に、封止に用いる積層膜の屈折率差と前記積層膜の最大反射率の関係を示す。図１５は、横軸に示す積層膜を構成するバッファ膜およびバリア膜の屈折率差に対する縦軸の最大反射率の関係を示すグラフである。図１５から分かるように、屈折率差が大きくなると最大反射率は大きくなる。この反射率の数値は、光の入射側材料、および放出側材料の屈折率による変動による影響よりも、積層膜の屈折率の違いにより発生する多重反射の影響が特に大きく、これらの屈折率差を小さくすることで反射率を抑制できる。
【００４７】
例えば、封止膜を構成する酸化シリコン膜の屈折率を１．７程度にする手段としては、酸化シリコン膜に窒素を含有させて酸窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ膜）にする方法が一般的である。ただし、炭素を多量に含む有機ソースを原料ガスとした光ＣＶＤ法では、膜密度の大きな薄膜、すなわち水分に対してバリア性の大きい水分バリア膜（バリア膜）を得ることが困難である。したがって、積層封止膜の水分バリア膜には、信頼性の面から無機膜を用いることが望ましい。
【００４８】
さらに、真空紫外光を用いる光ＣＶＤ法で酸窒化シリコン膜を形成する場合、有機シリコン系のガスと酸化源や窒化源となるガスを反応させる方法があるが、窒素原子（Ｎ）の原料ガスとなる、アンモニアガス（ＮＨ３）または窒素ガス（Ｎ２）などは、消光断面積が小さいため、光アシストによる分解効率が小さく、所望の組成の酸窒化シリコン膜を得ることが非常に困難である。つまり、真空紫外光を用いる光ＣＶＤ法で酸窒化シリコン膜を形成する場合、形成した酸窒化シリコン膜内には所望の量の窒素が導入されず、屈折率を１．７に近づけることは困難であるという問題がある。そこで、本実施の形態では、熱ＣＶＤ膜またはプラズマＣＶＤ膜などよりも低応力であり低ヤング率の光ＣＶＤ膜の利点を活かしつつ、優れた水分バリア性を得るために、リモートプラズマアシストによる酸窒化シリコン膜（バッファ膜およびバリア膜）の成膜を行っている。なお、プラズマアシストとは、プラズマで原料を前分解してラジカルの状態で原料を供給することで膜堆積を行う成膜方法であり、本実施の形態では原料ガスを用いた光ＣＶＤ法とプラズマアシストとを併用して前記酸窒化シリコン膜を形成している。また、ラジカルを分離して利用するために、被処理表面（基板）をプラズマ領域（プラズマゾーン）から離れた位置に配置することを、ここではリモートプラズマと呼ぶ。また、プラズマで原料を前分解してラジカルの状態で原料を供給することを、ここではラジカル照射と呼ぶ。
【００４９】
具体的には、バッファ膜の成膜は光ＣＶＤの原料ガスに炭素を含む有機シリコンソースを用い、窒化源としてリモートプラズマで形成した窒素ラジカル、もしくは窒素ラジカルと酸素ラジカルとを導入する。これにより光ＣＶＤ膜の利点を活かしたＳｉＯＮ（酸窒化シリコン）膜が形成できる。一方、バリア性が大きいＳｉＯＮ膜の形成には、光ＣＶＤの原料ガスに高次シランなどの炭素を含まない無機シリコンソースを用い、窒化源としてリモートプラズマで形成した窒素ラジカル、もしくは窒素ラジカルと酸素ラジカルとを導入する。これにより、水分バリア性が大きい無機ＳｉＯＮ膜を形成できる。つまり、図１に示すバッファ膜１０８、１１０および１１２は炭素を含む有機の酸窒化シリコン膜であり、バリア膜１０９および１１１は炭素を含まない無機の酸窒化シリコン膜である。炭素を含まない無機の酸窒化シリコン膜でバリア膜１０９および１１１を構成することにより、膜密度が高く、水分バリア性が高いバリア膜１０９および１１１を形成することができる。
【００５０】
バッファ膜１０８、１１０、１１２、バリア膜１０９および１１１は真空紫外光を用いた光ＣＶＤ法とリモートプラズマを用いたプラズマＣＶＤ法とを併用して形成された酸窒化シリコン膜により構成されている。リモートプラズマアシストを用いた光ＣＶＤ法による酸窒化シリコン膜の形成方法については、後に詳しく記述する。なお、消光断面積とは物質の光の吸収しやすさを示す尺度であり、消光断面積が大きい物質であるほど光を吸収しやすく、光ＣＶＤ法においては分解しやすくなる。
【００５１】
本実施の形態の光半導体装置では、膜応力およびヤング率が小さく埋め込み性に優れたバッファ膜と、水分バリア性が大きいバリア膜とを含む積層封止膜を形成するにあたり、バッファ膜とバリア膜の両者の屈折率差を極力小さくし、積層封止膜内での多重反射を抑制することができる。また、積層封止膜を構成する膜同士の屈折率差を小さくすることで、光半導体装置の光取出し効率が大幅に向上することができる。
【００５２】
ただし、有機ＥＬ層上にカソード電極を介して光ＣＶＤ法により封止膜を形成する場合、封止膜を形成する際に照射する真空紫外光がカソード電極を透過して有機ＥＬ層に達し、有機ＥＬ層がダメージを負うことで有機ＥＬ層が殆ど発光しなくなる問題がある。光ＣＶＤ法の成膜工程において使用される真空紫外光のフォトンエネルギーは約７ｅＶ以上あり、カソード電極を僅かに透過しても有機ＥＬに大きなダメージを与える。
【００５３】
カソード電極には可視光（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に対して８０％以上の透過率が求められる。トップエミッション型のＯＬＥＤディスプレイにおいては、非常に薄い金属薄膜、例えばＡｌ−Ｌｉ合金やＡｇ−Ｍｇ合金などが用いられることが考えられる。カソード電極を透過する真空紫外光を抑制する方法としては、カソード電極の膜厚を厚くする方法が考えられるが、カソード電極を厚くすると可視光の透過率が大幅に低下するため、完成した有機ＥＬ素子の輝度が低下する。
【００５４】
そこで、本実施の形態の光半導体装置では、図１に示すように、カソード電極１０６上に真空紫外光吸収層１０７を設けることにより、カソード電極１０６上に光ＣＶＤ法を用いて封止膜を形成した際に、光ＣＶＤ法による成膜工程で用いる真空紫外光を真空紫外光吸収層１０７により吸収し、有機ＥＬ層１０５が真空紫外光によりダメージを受けることを防いでいる。有機ＥＬ層１０５への真空紫外光の透過率が１０％以上になると有機ＥＬ層１０５の光劣化が顕著になるため、本実施の形態では真空紫外光吸収層１０７の部材に酸窒化シリコン膜を用いることで、有機ＥＬ層１０５に通過する真空紫外光の透過率を約１０％未満に抑えている。つまり、真空紫外光吸収層１０７は、真空紫外光を９０％以上吸収する絶縁膜により構成されている。これにより、カソード電極１０６の膜厚を厚くすることなく有機ＥＬ層１０５の光劣化を防ぐことを可能としている。
【００５５】
このように、本実施の形態では光ＣＶＤ膜の成膜工程における有機ＥＬ層への光ダメージを抑制するため、光ＣＶＤ成膜を行う前に、真空紫外光の吸収層を有機ＥＬ層上にプラズマＣＶＤ法を用いて形成している。前記光吸収層を形成することで、積層封止膜を形成する際の真空紫外光による有機ＥＬ層へ光ダメージを大幅に抑制することが可能としている。
【００５６】
以下に、図１〜図７を用いて本実施の形態の詳細を説明する。まず、図２に示すように、準備したガラス基板１０１上に、絶縁膜１０２を形成する。絶縁膜１０２は、ＴＥＯＳおよびＯ２（酸素）を原料ガスとするプラズマＣＶＤ法で形成し、例えば２００ｎｍの膜厚とする。続いて、アルミニウムと酸化インジウム・スズ（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）の積層膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いたドライエッチング法により前記積層膜を所定の形状に加工することでアノード電極１０３を形成する。
【００５７】
次に、図３に示すように、感光性のポリイミド膜をアノード電極１０３上および絶縁膜１０２上に形成した後、アノード電極１０３の上面の一部が露出する開口部を光加工により形成することで、前記ポリイミド膜からなるバンク部１０４を形成する。前記開口部は、テーパー角を有しており、開口部の底部の幅は、開口部の最上部の幅よりも狭い。このように、露出しているアノード電極１０３の上面から上方に向かって広がるように開口部を形成するのは、この後の工程においてアノード電極１０３上およびバンク部１０４の開口部上に形成する有機ＥＬ層１０５を不具合無く形成するためである。つまり、例えば開口部がガラス基板１０１の主面に対して垂直な内壁を有する場合、有機ＥＬ層１０５は開口部の内壁に沿って形成され、また開口部の底部および上部において直角に曲がるように形成されるため、均一な精度で発光層である有機ＥＬ層１０５を形成することが困難となる。したがって、バンク部１０４の開口部はテーパー角を有し、開口部の上部に緩やかな角度で有機ＥＬ層１０５を形成することを可能としている。
【００５８】
その後、マスク蒸着法を用い、バンク部１０４の前記開口部の底部に、アノード電極１０３と電気的に接続された有機ＥＬ層１０５を形成する。有機ＥＬ層１０５は、アノード電極１０３側から順に形成された正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層から構成されているが、ここではそれらの積層膜を一括して有機ＥＬ層１０５として説明する。本実施の形態では有機ＥＬ層１０５に蛍光発光の低分子材料を用いているが、本発明は有機ＥＬ層に関する発明ではないため、ここでは有機ＥＬ層１０５の材料に関する詳細な説明は省略する。
【００５９】
次に、図４に示すように、バンク部１０４上および有機ＥＬ層１０５上にマスク蒸着法を用いて厚さ２０ｎｍのＡｇ−Ｍｇ合金膜からなるカソード電極１０６を形成した後、カソード電極１０６上にプラズマＣＶＤ法により酸窒化シリコン膜からなる真空紫外光吸収層１０７を形成する。本実施の形態では、真空紫外光吸収層１０７の形成に、モノシラン（ＳｉＨ４）、窒素、酸素を原料ガスとする誘導結合型のＩＣＰ−ＣＶＤ（Inductively Coupled Plasma-CVD）法を用いたが、有機ＥＬ層１０５に熱ダメージ（約１００℃以下）またはプラズマダメージなどを与えなければ、その他の方法であって、例えば容量結合型のＣＣＰ−ＣＶＤ（Capacitively Coupled Plasma-CVD）法、もしくはスパッタ法または蒸着法などで形成しても問題無い。本実施の形態では、真空紫外光吸収層１０７となる酸窒化シリコン膜の、波長が６３２．８ｎｍの光に対する屈折率を１．７とし、その膜厚を１５０ｎｍとしている。なお、波長６３２．８ｎｍの光はＨｅ−Ｎｅのガスレーザー装置を用いて発生させた可視光である。
【００６０】
次に、図５に示す成膜装置を用いて真空紫外光吸収層１０７上に積層構造を有する封止膜を形成することにより、図７に示す構造を形成する。ここでは、有機ＥＬ層１０５上にカソード電極１０６および真空紫外光吸収層１０７を介してバッファ膜およびバリア膜を有機ＥＬ層１０５側から順に交互複数層に積層する。つまり、図７に示すように、真空紫外光吸収層１０７上に膜厚１０００ｎｍのバッファ膜１０８、膜厚１５０ｎｍのバリア膜１０９、膜厚１０００ｎｍのバッファ膜１１０、膜厚１５０ｎｍのバリア膜１１１および膜厚１０００ｎｍのバッファ膜１１２を順に形成することで、これらのバッファ膜１０８、１１０、１１２、バリア膜１０９および１１１からなる前記封止膜が形成される。
【００６１】
バッファ膜１０８が形成される下地には真空紫外光吸収層１０７が形成されているが、前記下地の表面はバンク部１０４が有する開口部により凹凸形状を有している。前記封止膜は有機ＥＬ素子の発する光の経路となるため、前記封止膜内での光の拡散および反射を抑える必要があり、ガラス基板１０１の主面に対して平行で平坦な上面を有することが望ましい。ここでは、成膜時に流動性を示すバッファ膜１０８を形成することにより、前記下地の凹凸形状を埋め込んだ際、バッファ膜１０８の上面は平坦な形状とすることができるため、その上部に形成するバッファ膜およびバリア膜の上面および底面をガラス基板１０１の主面に平行で平坦な形状にすることができる。
【００６２】
また、前記開口部による凹凸形状の他に、バッファ膜１０８の形成前にガラス基板１０１上に形成されたエッチング残渣または塵埃などの異物もバッファ膜１０８により埋め込むことができるため、バッファ膜１０８の下地に形成された凹凸が封止膜を構成する膜同士の界面を歪めることにより有機ＥＬ素子の輝度が低下することを防ぐことができる。
【００６３】
また、このような異物が存在している下地にバッファ膜よりも埋め込み性が低いバリア膜を直接形成した場合、前記異物の直下の下地表面および前記異物の側面などにはバリア膜が形成されない隙間が発生することが考えられる。バリア膜は水分の浸入を防ぐための水分バリア膜であるため、バリア膜が部分的に形成されていないような隙間が発生した場合、有機ＥＬ素子の水分に対する耐性が劣化し、光半導体装置の信頼性が低下する。これに対し、上述したようにバリア膜１０９を形成する前に流動性を有するバッファ膜１０８を形成することにより、下地表面に異物が形成されている場合でも前記異物を包み込むようにバッファ膜１０８を形成することができるため、バッファ膜１０８上に形成するバリア膜１０９に隙間が生じて有機ＥＬ素子の水分バリア性が低下することを防ぐことができる。
【００６４】
ここで、本実施の形態の前記封止膜の形成に用いた成膜装置の模式図を図５に示す。図５に示す成膜装置は、真空排気機構５０８と圧力制御機構を有する反応室５０１、合成石英窓５０３、真空紫外光ランプユニット５０４、リモートプラズマ導入口５０５ａ、５０５ｂ、ガス導入口５０６ａ、５０６ｂおよび温度制御付サセプタ５０７により構成されている。リモートプラズマ導入口５０５ａ、５０５ｂからは装置外部で発生させた各種ラジカル、例えば、窒素ラジカル（Ｎ＊）、酸素ラジカル（Ｏ＊）、アルゴンラジカル（Ａｒ＊）などが導入される。本実施の形態では、真空紫外光ランプユニット５０４にＸｅ２エキシマランプ（波長＝１７２ｎｍ）を用いて成膜を行う。なお、図５に示すように、成膜工程において成膜を行う対象である基板（ガラス基板）５０２は温度制御付サセプタ５０７の上部に配置される。また、図５に示す成膜装置の各構成は、コントローラ５０９により制御される。すなわち、コントローラ５０９は、上記各種ラジカルの流量（流入量）、真空紫外光ランプユニット５０４への電圧の印加および温度制御付サセプタ５０７の温度などを制御する役割を有する装置である。
【００６５】
また、図６に本実施の形態で検討した封止膜の膜構成を説明する表を示す。図中の括弧内には、成膜に用いた原料ガスを示している。ここでは、有機シリコンソースとしてＯＭＣＴＳ（Octo methyl cyclotetrasiloxane）およびＢＴＢＡＳ（Bis（tertiary butyl amino）silane）を例示し、無機シリコンソースとしてＳｉ２Ｈ６（ジシラン）を例示しているが、これらは好適例の１つであり、封止膜の成膜に用いる原料ガスはこれらの原料ガスに限定するものではない。ＯＭＣＴＳと同様の効果を得るガスとしては、例えばＴＥＯＳ（Tetra ethoxy silane）、ＨＭＤＳＯ（Hexa methyl disiloxane）などがあり、ＢＴＢＡＳと同等の効果を得るガスとしては、ＨＭＤＳ（Hexa methyl disilazane）、ＨＭＣＴＳＮ（Hexa methyl cyclotrisilazane）などを用いることも可能である。
【００６６】
ここでは、封止膜を構成するバッファ膜およびバリア膜の膜構成の組み合わせとして、図６の表の膜構成Ａ〜Ｄのそれぞれの組み合わせを一例として示す。
【００６７】
図６に示す膜構成Ａは、バッファ膜に酸化シリコン膜、バリア膜に窒化シリコン膜をそれぞれ用いた構成であり、同様の膜構成を形成することが特許文献１にも記載されている。膜構成Ａにおいてバッファ膜を構成する酸化シリコン膜は、ＯＭＣＴＳを用いた光ＣＶＤ法により形成され、バリア膜を構成する窒化シリコン膜は、ＢＴＢＡＳを用いた光ＣＶＤ法により形成されるものである。
【００６８】
また、図６に示す膜構成Ｂは、バッファ膜に酸化シリコン膜、バリア膜に酸窒化シリコン膜を用いた構成である。膜構成Ｂにおいてバッファ膜を構成する酸化シリコン膜はＯＭＣＴＳを用いた光ＣＶＤ法により形成され、バリア膜を構成する酸窒化シリコン膜はＳｉ２Ｈ６、Ｏ＊およびＮ＊を用いたプラズマアシスト光ＣＶＤ法により形成されるものである。なお、先のＯ＊およびＮ＊は、それぞれ酸素のラジカルおよび窒素のラジカルを表している。
【００６９】
また、図６に示す膜構成Ｃおよび膜構成Ｄは、いずれもバッファ膜およびバリア膜に酸窒化シリコン膜を用いている。バリア膜は、膜構成Ｃも膜構成Ｄも共にＳｉ２Ｈ６、Ｏ＊およびＮ＊を用いたプラズマアシスト光ＣＶＤ法を用いている点は同様だが、バッファ膜の形成ガスが異なっている。膜構成Ｃでは、ＯＭＣＴＳおよびＮ＊を用い、膜構成ＤではＢＴＢＡＳおよびＯ＊を用いて酸窒化シリコン膜を形成している。膜構成ＣおよびＤにおいてバッファ膜の形成に用いられる原料であるＯＭＣＴＳおよびＢＴＢＡＳはそれぞれメチル基およびブチル基を有しており、いずれも炭素を含む有機材料であるのに対し、バリア膜の形成に用いられる原料であるＳｉ２Ｈ６（高次シラン）ガスは炭素（Ｃ）を含まない無機材料である。
【００７０】
以下に、図６に示したＡ〜Ｄの４組の膜構成を図１のバッファ膜およびバリア膜に適用した場合の製造方法を説明し、それぞれの膜構成で形成した封止膜の反射率および光取出し効率（輝度）を比較した結果を示す。
【００７１】
図４を用いて説明した工程により真空紫外光吸収層１０７を形成した各試料（基板５０２）は図５に示すように、真空に維持された反応室５０１内の温度制御付サセプタ５０７上に搬送され、所定のシーケンスにより成膜が行われる。このとき、温度制御付サセプタ５０７により基板５０２は所望の温度に制御される。有機ＥＬ層は１００℃程度の熱で劣化し、発光しなくなる性質を持っているので、基板５０２は温度制御付サセプタ５０７により５０℃程度に保たれる。成膜工程においてリモートプラズマによるプラズマアシストが無い場合は、ガス導入口５０６ａ、５０６ｂから原料ガスを反応室５０１に導入し圧力調整を行った後に、真空紫外光ランプユニット５０４から真空紫外光を照射して成膜を開始する。一方、プラズマアシストを用いる方法では、ガス導入口５０６ａ、５０６ｂから原料ガスを反応室５０１に導入し圧力調整を行った後に、真空紫外光ランプユニット５０４から基板５０２に真空紫外光の照射を行うと同時にプラズマアシストを行うことで成膜が開始される。つまり、真空紫外光の照射中に、リモートプラズマを用いたプラズマ照射を行う。
【００７２】
膜構成Ａでは、ガス導入口５０６ａよりＯＭＣＴＳを導入し、真空紫外光ランプユニット５０４からＸｅ２ランプを照射して酸化シリコン膜から成るバッファ膜１０８を基板５０２上に形成する。続いて、ガス導入口５０６ｂよりＢＴＢＡＳを導入し、真空紫外光ランプユニット５０４からＸｅ２ランプを照射して窒化シリコン膜から成るバリア膜１０９を基板５０２上に形成する。同様の方法で、バッファ膜（酸化シリコン膜）１１０、バリア膜（窒化シリコン膜）１１１およびバッファ膜（酸化シリコン膜）１１２を順に基板５０２上に形成する。
【００７３】
膜構成Ｂでは、ガス導入口５０６ａよりＯＭＣＴＳを導入し、真空紫外光ランプユニット５０４からＸｅ２ランプを照射して酸化シリコン膜から成るバッファ膜１０８を基板５０２上に形成する。続いて、ガス導入口５０６ｂよりＳｉ２Ｈ６を、リモートプラズマ導入口５０５ａよりＮ＊を、リモートプラズマ導入口５０５ｂよりＯ＊を導入し、真空紫外光ランプユニット５０４からＸｅ２ランプを照射して酸窒化シリコン膜から成るバリア膜１０９を基板５０２上に形成する。同様の方法で、バッファ膜（酸化シリコン膜）１１０、バリア膜（酸窒化シリコン膜）１１１およびバッファ膜（酸化シリコン膜）１１２を順に基板５０２上に形成する。
【００７４】
膜構成Ｃでは、ガス導入口５０６ａよりＯＭＣＴＳを、リモートプラズマ導入口５０５ａよりＮ＊を導入し、真空紫外光ランプユニット５０４からＸｅ２ランプを照射して酸窒化シリコン膜から成るバッファ膜１０８を基板５０２上に形成する。続いて、ガス導入口５０６ｂよりＳｉ２Ｈ６を、リモートプラズマ導入口５０５ａよりＮ＊を、リモートプラズマ導入口５０５ｂよりＯ＊を導入し、真空紫外光ランプユニット５０４からＸｅ２ランプを照射して酸窒化シリコン膜から成るバリア膜１０９を基板５０２上に形成する。同様の方法で、バッファ膜（酸窒化シリコン膜）１１０、バリア膜（酸窒化シリコン膜）１１１およびバッファ膜（酸窒化シリコン膜）１１２を順に基板５０２上に形成する。なお、バッファ膜１０８、１１０および１１２を形成する際はリモートプラズマ導入口５０５ａよりＮ＊を導入すると共に、リモートプラズマ導入口５０５ｂよりＯ＊を導入しても良い。
【００７５】
膜構成Ｄでは、ガス導入口５０６ａよりＢＴＢＡＳを、リモートプラズマ導入口５０５ｂよりＯ＊を導入し、真空紫外光ランプユニット５０４からＸｅ２ランプを照射して酸窒化シリコン膜から成るバッファ膜１０８を基板５０２上に形成する。続いて、ガス導入口５０６ｂよりＳｉ２Ｈ６を、リモートプラズマ導入口５０５ａよりＮ＊を、リモートプラズマ導入口５０５ｂよりＯ＊を導入し、真空紫外光ランプユニット５０４からＸｅ２ランプを照射して酸窒化シリコン膜から成るバリア膜１０９を基板５０２上に形成する。同様の方法で、バッファ膜（酸窒化シリコン膜）１１０、バリア膜（酸窒化シリコン膜）１１１およびバッファ膜（酸窒化シリコン膜）１１２を順に基板５０２上に形成する。なお、バッファ膜１０８、１１０および１１２を形成する際はリモートプラズマ導入口５０５ａよりＮ＊を導入すると共に、リモートプラズマ導入口５０５ｂよりＯ＊を導入しても良い。
【００７６】
上記方法で形成する各層の、波長６３２．８ｎｍの光に対する屈折率は下記の通りである。膜構成Ａ、Ｂのバッファ膜（酸化シリコン膜）の屈折率は１．４４であり、膜構成Ａのバリア膜（窒化シリコン膜）の屈折率は１．９２である。一方、膜構成Ｃ、Ｄのバッファ膜（酸窒化シリコン膜）の屈折率は１．６５であり、膜構成Ｂ、ＣおよびＤのバリア膜（酸窒化シリコン膜）の屈折率は１．７である。
【００７７】
上記の結果から、本実施の形態の光半導体装置では、図１に示すバッファ膜とバリア膜の構成に、図６に示す膜構成Ａ、Ｂではなく、膜構成ＣまたはＤの構成を採用している。つまり、図６に示す膜構成ＣおよびＤが本実施の形態で用いられている膜構成であり、膜構成ＡおよびＢは比較例の膜構成である。したがって、本実施の形態の有機ＥＬ素子では、図１に示すバッファ膜１０８、１１０、１１２、バリア膜１０９および１１１はいずれもプラズマアシストを用いた光ＣＶＤ法により形成された酸窒化シリコン膜により形成されている。
【００７８】
本実施の形態における酸窒化シリコン膜の組成および屈折率（吸収係数）は、シリコン系原料ガスと酸素ラジカル（Ｏ＊）および窒素ラジカル（Ｎ＊）の流量比で調整できる。なお、本実施の形態では酸化源を酸素ラジカルとして供給した例を示したが、酸素は真空紫外光に対する分解効率が高い（消光断面積が大きい）ため、酸素ラジカルでなく酸素ガスで供給しても酸窒化シリコン膜の形成は可能である。すなわち、上記各ガス流量比の調整を行うことで、所望の組成や屈折率（吸収係数）を有する酸窒化シリコン膜を形成することが出来る。このように酸素ラジカルではなく酸素ガスを用いる方法は、例えば図６の膜構成Ｃ、Ｄのバリア膜の形成の際、および膜構成Ｄのバッファ膜の形成の際に適用できる。
【００７９】
この後、周知の技術により、図７に示すアノード電極１０３およびカソード電極１０６へ接続する配線（図示しない）をそれぞれ形成することにより、本実施の形態の有機ＥＬ素子の主要部が完成する。
【００８０】
以上に説明した方法により、図６に示す膜構成Ａ〜Ｄのそれぞれの構成のバッファ膜およびバリア膜を有する４種類の有機ＥＬ素子に、同一の条件で電流を注入した場合の輝度を比較した結果を以下に説明する。まず、図１に示すように真空紫外光吸収層１０７を形成する試料構造で比較した場合、最も高い輝度を示した試料は、膜構成Ｃと膜構成Ｄの試料であり、いずれもほぼ同等の輝度を示した。これに対し、比較例である膜構成Ｂは膜構成Ｃの２０％〜３０％、比較例である膜構成Ａは膜構成Ｃの８％〜１５％の輝度しか得られなかった。
【００８１】
さらに、上記試料を相対湿度９０％、８０℃の環境に一定時間放置し、初期の輝度に対する輝度の変動量を比較した。その結果、膜構成Ｃ、Ｄの輝度は殆ど変化しなかったのに対し、膜構成Ｂは９０％〜９５％、膜構成Ａは７０％〜８０％の輝度に減少した。以上に示したように、膜構成ＣまたはＤの封止膜を有する本実施の形態の光半導体装置によれば、有機ＥＬ素子の光取出し効率（輝度）を向上させることができ、また、水分に対する信頼性を向上させることが可能となる。
【００８２】
本実施の形態では、リモートプラズマアシストによる光ＣＶＤ法で水分バリア膜（バリア膜）を形成する一例を示したが、光取出し効率（屈折率制御）または水分バリア性（膜密度）の観点からは、他の成膜方法を用いても同様の効果が得られる。例えば、図１に示す流動性が大きいバッファ膜１０８の形成により下地、すなわちバッファ膜１０８の上面が平坦化されていれば、段差被覆性で光ＣＶＤ法よりも劣るプラズマＣＶＤ法でバリア膜１０９、１１１を用いても良い。ただし、本実施の形態で示したように、封止膜を構成するバッファ膜およびバリア膜を同じ装置で連続して成膜すれば、スループットを大幅に向上することができる。
【００８３】
また、本実施の形態では、リモートプラズマアシストによる光ＣＶＤ法で形成するバッファ膜１０８、１１０および１１２の屈折率を１．６５としたが、その他の特性を考慮した膜組成の設定が不可欠となる。具体的には、有機シリコンソースを用いた光ＣＶＤ法による成膜では、膜中の窒素の含有量を増加させると屈折率は増加するが、膜の流動性は劣化し、膜応力およびヤング率が増加する傾向を示す。すなわち、バッファ膜には、良好な平坦性、クラックの発生および膜剥がれを防止するための低応力、低ヤング率と同時に、積層封止膜内の多重反射の抑制といった、相反する性質が求められる。本発明者らは上記項目を考慮して検討し、波長６３２．８ｎｍの光に対するバリア膜とバッファ膜との屈折率差が０．２５以下の範囲であれば、膜のクラックまたは剥がれを発生させること無く、良好な光取出し効率（輝度）が得られることを確認した。
【００８４】
次に、図１に示すような真空紫外光吸収層１０７を形成した試料と、図１６に示すような、真空紫外光吸収層を形成しない試料の比較を行った。図１６は比較例として示す光半導体装置の断面図であり、両者は共に封止膜の膜構成は同じく図６の膜構成Ａの構成を有しているが、図１６に示す比較例の有機ＥＬ素子にはカソード電極２０６の上部に紫外光吸収層が形成されていない点で本実施の形態の有機ＥＬ装置と異なる。つまり、紫外光吸収層が形成されていない点以外は、図１６に示す有機ＥＬ素子は図１に示す有機ＥＬ素子と同じ構造を有している。
【００８５】
図１に示す真空紫外光吸収層１０７を形成した試料は封止膜が図６に示す膜構成Ａであるため、膜構成Ｃ、Ｄに比べると輝度は小さいが発光するのに対し、真空紫外光吸収層１０７を形成しなかった図１６に示す試料は、殆ど発光しなかった。これは、封止膜形成工程の最初の工程であるバッファ膜２０８の形成過程で、光ＣＶＤ法で用いる真空紫外光がカソード電極２０６を通過して有機ＥＬ層２０５に光ダメージを与えるためである。これに対し、本実施の形態では、図１に示すように有機ＥＬ層１０５の直上に真空紫外光吸収層１０７を設けることにより、有機ＥＬ層に光ダメージを与えることなく光ＣＶＤ法により封止膜を形成することを可能としている。
【００８６】
本実施の形態では真空紫外光吸収層１０７の部材に酸窒化シリコン膜を用いた例を示したが、真空紫外光吸収層１０７の部材は酸窒化シリコン膜である必要性は無く、他の部材により構成されていても良い。本発明者らの検討によれば、有機ＥＬ層１０５に通過する真空紫外光の透過率が約１０％未満であれば、有機ＥＬ層の光劣化は殆ど見られなかった。なお、厳密には有機ＥＬ層上のカソード電極が真空紫外光の５％を吸収するため、有機ＥＬ層に通過する真空紫外光の５％以上になると、有機ＥＬ層が光ダメージを負い、光劣化を起こす。
【００８７】
したがって、真空紫外光を９０％以上吸収して有機ＥＬ層１０５に光ダメージを与えない絶縁膜ならば、酸窒化シリコン膜以外の膜種を用いることも可能である。例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムなどを用いても同様の効果が得られた。ただし、用いる膜種のそれぞれの光吸収係数を考慮して、必要な膜厚を設定する必要がある。
【００８８】
また、本実施の形態では、真空紫外光吸収層１０７の成膜を他のプラズマＣＶＤ装置で形成したが、図５に示した装置で形成することも可能である。例えば、ガス導入口５０６ａよりＳｉ２Ｈ６ガスを、リモートプラズマ導入口５０５ａよりＮ＊を、リモートプラズマ導入口５０５ｂよりＯ＊を導入し、真空紫外光ランプユニット５０４によるランプ照射を行わないで酸窒化シリコン膜を形成する方法である。光照射を行わないため成膜速度は低下するが、Ｓｉ２Ｈ６ガスはリモートプラズマから導入されるラジカルと反応するため、ガス流量比を調整することで酸窒化シリコン膜を形成できる。この場合、封止膜と同じ装置で一括して形成できるので、プロセス全体のスループットの向上、および装置投資コストの削減などの効果がある。
【００８９】
以上に述べたように、本実施の形態の有機ＥＬ素子では、図１に示すバッファ膜１０８、１１０、１１２、バリア膜１０９および１１１を図６に示す膜構成ＣまたはＤの構成で形成することで、バッファ膜とバリア膜、バッファ膜とカソード電極、およびバッファ膜と接着層のそれぞれの屈折率差を小さくすることで封止膜内での光の多重反射を抑制し、有機ＥＬ素子の光取出し効率（輝度）を向上させることを可能としている。
【００９０】
上述したように、バッファ膜およびバリア膜は、リモートプラズマアシストを伴う光ＣＶＤ法によって形成した酸窒化シリコン膜により構成することが可能であり、これにより、バッファ膜およびバリア膜の屈折率差を小さくすることができる。リモートプラズマアシストを用いない通常の光ＣＶＤ法では、アンモニアガスまたは窒素ガスのような消光断面積が小さい原料ガスを分解して窒素を取出し、その窒素を成膜する膜に導入することは困難であるが、図５に示すような成膜装置を用い、リモートプラズマアシストを用いて窒素ラジカルなどを供給することで所望の酸窒化シリコン膜を形成することができる。
【００９１】
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９２】
例えば、前記実施の形態では光ＣＶＤ法を用いて封止膜を形成するため、光ＣＶＤ法に用いる真空紫外光により有機ＥＬ層がダメージを負うことを防ぐ必要がある。前記実施の形態では、図１に示すように真空紫外光吸収層１０７を形成することにより、バッファ膜１０８、１１０、１１２、バリア膜１０９および１１１を形成する際に照射される真空紫外光により有機ＥＬ層１０５が劣化し、発光しなくなることを防ぐことができる。
【００９３】
なお、前記実施の形態では有機ＥＬ素子およびその封止膜を形成した光半導体装置を一例として示したが、前記封止膜を薄膜トランジスタを具備した有機ＥＬディスプレイに適用することも当然可能である。例えば、図１に示したガラス基板１０１と絶縁膜１０２の間に薄膜トランジスタからなるスイッチング素子を備え、前記スイッチング素子と有機ＥＬ素子と接続することで、有機ＥＬディスプレイを形成することができる。
【００９４】
また、樹脂フィルムや樹脂基板の表裏面に本発明の封止膜を形成することで、樹脂フィルムまたは樹脂基板などの吸湿による寸法変動を抑制できる他、前記発明による封止膜を形成した上記樹脂フィルムまたは樹脂基板などと有機ＥＬディスプレイとを組み合わせて、フレキシブル有機ＥＬディスプレイを形成することも出来る。この場合、図１に示す構造を形成した後、ガラス基板１０１を取り除き、続いて図１に示すバッファ膜およびバリア膜と同様の構造を有する封止膜により表面を覆われた樹脂基板をアノード電極１０２の下部に接着する。また、同様に、前記実施の形態の封止膜を有機ＥＬ照明へ適用することも当然可能である。特に、本実施の形態のように、封止膜を可視光が通過するデバイス構造では効果が大きくなる。
【００９５】
また、前記実施の形態では有機ＥＬ層の上部にカソード電極を配置し、有機ＥＬ層の下部にアノード電極を配置したが、逆に、有機ＥＬ層の上部にアノード電極を配置し、有機ＥＬ層の下部にカソード電極を配置しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の光半導体装置の製造方法は、可視光通過する封止膜を有する光半導体装置に幅広く利用されるものである。
【符号の説明】
【００９７】
１０１、２０１    ガラス基板
１０２、２０２    絶縁膜
１０３、２０３    アノード電極
１０４、２０４    バンク部
１０５、２０５    有機ＥＬ層
１０６、２０６    カソード電極
１０７    真空紫外光吸収層
１０８、１１０、１１２、２０８、２１０、２１２    バッファ膜
１０９、１１１、２０９、２１１    バリア膜
３０１、４０１    カソード電極
３０２ａ〜３０５ａ、４０２ｂ〜４０４ａ    酸化シリコン膜
３０２ｂ〜３０４ａ、４０２ａ〜４０５ａ    窒化シリコン膜
３０６、４０６    接着層
５０１    反応室
５０２    基板
５０３    合成石英窓
５０４    真空紫外光ランプユニット
５０５ａ、５０５ｂ    リモートプラズマ導入口
５０６ａ、５０６ｂ    ガス導入口
５０７    温度制御付サセプタ
５０８    真空排気機構１０
５０９    コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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