CN1787704A

CN1787704A - 通过利用镜子形成的靶溅射设备制造有机发光器件的方法

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Publication number: CN1787704A
Application number: CNA2005100922147A
Authority: CN
Inventors: 李奎成; 金汉基; 金度根; 许明洙; 郑锡宪
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung Display Co Ltd
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: KR100810629B1; US20060121816A1; JP2006164941A; KR20060064702A; CN1787704B; EP1670080A1

Abstract

本发明提供一种通过利用对面靶溅射设备制造有机发光器件的方法。该方法包括在基板上形成第一电极；在第一电极上形成有机薄膜；以及通过对面靶溅射设备在有机薄膜上形成第二电极。因此，以低的温度在有机发光器件上形成电极薄膜而没有由于等离子体导致的劣化，可以提高光发射效率和有机发光器件的电光特性。

Description

通过利用镜子形式的靶溅射设备制造有机发光器件的方法

技术领域

本发明涉及一种通过利用对面靶(facing target)溅射设备制造有机发光器件的方法，更特别地，涉及一种通过利用能在有机薄膜上形成电极或金属膜的对面靶溅射设备制造有机发光(organic light emitting)器件的方法。

背景技术

通常，有机发光器件具有优越的特性，例如自发射、宽视角，以及高反应率(response rate)。诸如有机发光二极管的有机发光器件包括形成在玻璃基板上的第一电极(阳极)和第二电极(阴极)以及空穴传输层(HTL)、光发射层，电子传输层(ETL)等。

当少量电压施加到阳极和阴极之间时，分别地从阳极和阴极产生空穴和电子。空穴和电子通过各自的空穴和电子传输层传输并在光发射层中结合。结果，在光发射层中产生高能量的激发子。当激发子从激发态跃迁到基态时，发射具有相当于激发态和基态之间能量差的能量的光。该光被用来显示图像。

有机发光器件分为底部发射型(bottom emitting type)有机发光器件和顶部发射型(top emitting type)有机发光器件。在底部发射型有机发光器件中，光穿过由透明的材料例如氧化铟锡(ITO)制成的透明阳极并从基板射出。阴极由金属例如铝制成。另一方面，在顶部发射型有机发光器件中，光穿过透明或半透明的阴极并从保护膜射出。

通常，通过利用DC/RF(直流/射频)溅射工艺在有机薄膜上形成电极。

在利用常规的DC/RF溅射工艺的情况下，高能粒子例如Ar离子与靶碰撞从而形成产生等离子体。高能粒子包括中性的Ar、负离子、正离子、以及热电子。当高能粒子沉积在有机薄膜上时，有机薄膜的温度增加，使得有机薄膜的性质可能改变。结果，流过两个电极之间的有机薄膜的漏电流增加。此外，在利用常规的DC/RF溅射工艺的情况下，高能粒子碰撞基板，因而发生影响有机发光器件的特性的现象。该现象包括在基板的表面上的再溅射(re-sputtering)、界面反应(interfacial reaction)、二次粒子产生等等。

另一方面，在底部和顶部发射型任一种中，当透明电极的温度为大约300℃或更高时，透明电极将晶化。为了维持透明电极的特殊特性，优选地透明电极具有非晶特性。然而，在利用常规的DC/RF溅射工艺的情况下，由于离子粒子具有高能量，薄膜温度增加超过300℃。结果，发生透明电极的晶化。为了防止透明电极的晶化，需要减小工艺速率或降低离子粒子的能量。然而，在利用常规的DC/RF溅射工艺的情况下，难于减小工艺速率或降低离子粒子的能量。

发明内容

本发明提供一种通过利用能在有机薄膜上形成电极或金属膜的对面靶溅射设备制造有机发光器件的方法。

本发明还提供一种制造有机发光器件的方法，其能防止由于等离子体的产生而使有机薄膜劣化，防止漏电流流过有机薄膜，以及防止有机光发射层的光发射效率的劣化。

根据本发明的一个方面，提供一种制造有机发光器件的方法，包括步骤：在基板上形成第一电极；在第一电极上形成有机薄膜；以及通过利用对面靶溅射设备在有机薄膜上形成第二电极。

在本发明的该方面中，第一电极可以通过利用对面靶溅射设备形成。此外，第一电极可以由非晶材料制成。此外，第一电极可以由从包括Al、Ag、Mg、Ca、Cu、Au、Pt、ITO、IZO、AZO、GZO、GTO和ATO的组中选择的一种制成。

此外，第二电极可以由非晶材料制成。此外，第二电极可以选自由Al、Ag、Mg、Ca、Cu、Au、Pt、ITO、IZO、AZO、GZO、GTO和ATO组成的组中的一种制成。

此外，面溅射设备可以包括两个彼此面对设置的平行靶，其中基板垂直于所述的两个靶设置，其中面溅射设备执行溅射工艺包括步骤：施加功率到所述靶上；在所述靶之间形成垂直于所述靶表面的方向的平行磁场；以及通过将等离子体产生气体注入到所述靶之间的空间来产生等离子体。

此外，溅射工艺可以在0.1～50毫托(mTorr)的压力下执行。此外，基板可以保持在20～200℃的温度。此外，功率可以在50～5kW的范围。

此外，施加功率的步骤包括步骤：施加50～500W的第一功率；以及施加500～5kW的第二功率。此外，施加到靶上的功率密度可以大约为0.001W/cm²。此外，所述两个靶可以由不同的材料制成。此外，第一和第二电极的厚度可以是在20～1,000nm的范围。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例性实施例，本发明上述的和其他的方面和优点将变得更明显，附图中：

图1是根据本发明用于制造有机发光器件的对面靶溅射设备的示意图；

图2是根据本发明制造有机发光器件的方法的流程图；

图3是根据本发明在制造有机发光器件的方法中的对面靶溅射工艺的流程图；

图4是根据本发明在制造有机发光器件的方法中在基板上形成电极的工艺的流程图；

图5是曲线图，示出在通过利用根据本发明的对面靶溅射工艺和常规的DC/RF溅射工艺形成的Al电极上执行XRD(X射线衍射)的结果；

图6是曲线图，示出在通过利用根据本发明的对面靶溅射工艺和常规的DC/RF溅射工艺形成的ITO薄膜上执行XRD的结果；

图7A是从通过利用常规的DC/RF溅射工艺形成的Al薄膜获得的扫描电子显微术(SEM)图像；

图7B是从通过利用根据本发明的对面靶溅射工艺形成的Al薄膜获得的SEM图像；

图8A是从通过利用常规的DC/RF溅射工艺形成的ITO透明薄膜获得的原子力显微术(AFM)图像；以及

图8B是根据本发明从ITO透明薄膜获得的AFM图像。

具体实施方式

现在，将参照附图对根据本发明的实施例作详细的描述。

在本发明的实施例中，对面靶溅射设备用于在有机薄膜上形成电极薄膜。在对面靶溅射设备中，彼此面对设置两个靶200和210。磁场B在靶200和210之间的空间产生，方向垂直于靶200和210的表面。将等离子体产生气体(在下文中，称为工艺气体)注入磁场B中以产生高密度等离子体。

参照图1，对面靶溅射设备包括：室100；用于将工艺气体(例如氩和氧的混合气体)供给到室100中的工艺气体供给装置130；以及用于产生室100的低压真空状态的泵120。两个靶200和210彼此面对设置在室100内。负电压源单独地连接到靶200和210。可替换地，单个负电压源可以并联连接到靶200和210。

磁场B均匀地形成在靶200和210之间，方向为从靶210到靶200。此外，在靶200和210之间的电压分布如下。一致的低的正电压产生在靶200和210之间的局部中心区域。电压从中心区域的正电压到靶200和210的负电压以预定的斜率减少。

平板磁体(flat magnet)220和230设置在靶200和210的后面以产生均匀的磁场。更特别地，平板磁体220和230相反的磁极彼此面对设置。这里，排列多个片状磁体(pellet magnets)以组成磁体220和230。可替换地，可以排列多个磁棒以组成磁体220和230。另外，为了控制磁场强度，电磁体可以用作磁体220和230。

在提供包括靶200和210的扫描溅射源情况下，溅射源扫描大尺寸基板110(其中形成有包括光发射层的有机薄膜)从而在基板110的表面上形成电极膜。为了防止靶200和210的靶材料偏离基板110，设置两个遮护罩(shield)240以环绕溅射源的相应靶200和210，使得可以将靶材料仅向基板110引导。因此，溅射源用作溅射枪，用于通过缝隙，即两个遮护罩240之间的开口，发射靶材料。缝隙的大小可以在预定的范围内调整。

现在，将参照图3描述对面靶溅射设备的操作。首先，通过利用泵120将室100的内部压强维持在大约10^-15托或更低(即基准压强(base pressure))。接着，通过利用上述的电源(S200)将功率供给到靶200和210。这里，供给的功率优选在50～5kW的范围。因此，在靶200和210之间产生均匀的磁场B(S210)。

接着，将工艺气体，即氩和氧的混合气体注入到室100内。由于工艺气体的注入，室100的内部压力增加。为了执行适当的工艺，通过利用泵优选地将室100的内部压力维持在0.1～50毫托(mTorr)的范围。此外，在室100内的功率密度优选地维持在0.001W/cm²或更高。

结果，产生等离子体(S230)。为了增加等离子体的产生效率，从溅射源(即，溅射枪)的后侧注入工艺气体以流向溅射源的缝隙(即，发射靶200和210的靶材料的出口)。

由于室100中的电场和磁场，洛伦兹力将施加在等离子体中的电子上，所以电子在靶200和210之间往返运动的同时，在垂直于磁体220和230之间产生的磁场的平面上旋转。因此，电子具有螺旋形轨迹。

相似地，其他的带电粒子包括离子在垂直于磁场的平面上旋转并在靶200和210之间往返运动。因此，高能带电粒子可以被限制在等离子体内。

通过在靶200上溅射正离子产生的带电粒子向对面靶210以高能加速。由于带电粒子在垂直于基板110的方向运动，所以带电粒子并不影响形成有有机薄膜的基板110。只有从靶200和210的靶材料产生的具有相对低能量的中性粒子扩散地射向基板110或基板110上的有机薄膜，从而在其上形成电极薄膜。

与常规的利用高能粒子的DC/RF溅射工艺不同，根据本发明，可以防止有机发光器件由于高能粒子的碰撞而变坏。此外，由于没有高能粒子的碰撞，因此不需要单独的基板冷却系统将基板110维持在室温。结果，可以最小化基板110的热劣化(thermal deterioration)，特别是基板110上的有机薄膜的热劣化。

参照图2，通过利用对面靶溅射设备制造有机发光器件的方法如下。在基板110上形成第一电极(S100)。接着，在第一电极上形成有机薄膜(S110)。接着，在有机薄膜上形成第二电极(S210)。

在步骤S210中，上述的对面靶溅射设备用来在有机薄膜上形成第二电极。此外，对面靶溅射设备可以用来形成第一电极。

为了减少在形成第二电极的步骤210期间对有机薄膜的损伤，可以调整工艺条件。参照图4，取决于形成在有机薄膜上的电极的存在或不存在而执行单个工序或两个工序。

更特别地，确定是否将在有机薄膜上形成电极(S300)。在电极将形成在有机薄膜上的情况下(S310)，执行第一功率施加步骤S311来为初始工艺提供第一功率。接着，执行溅射步骤S312来形成具有预定厚度的电极薄膜。接着，执行第二功率施加步骤S313来提供比第一功率高的第二功率。接着，执行另一个溅射步骤314。

根据本发明的方法，执行第一溅射工艺来形成电极薄膜同时有机薄膜被保护。在形成的电极薄膜具有预定厚度之后，执行第二溅射工艺来形成具有必要的厚度的电极。从而，可以提高工艺效率。

在第一功率施加步骤S311施加的第一功率优选在50～500W的范围内。在第二功率施加步骤S313施加的第二功率优选在500～5kW的范围内。虽然基板单独冷却系统并不是必要的组成部分，但是，基板的温度在形成期间优选地维持在20～200℃范围内。

根据通过该方法形成的电极是透明电极还是金属薄膜，利用相同或不同的靶材料。因此，可以形成各种类型的透明电极和金属薄膜。根据本发明，用于形成电极或薄膜的靶材料包括Al、Ag、Mg、Ca、Cu、Au、Pt、ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)、AZO(铝搀杂氧化锌)、GZO(氧化镓锌)、GTO(氧化镓锡)和ATO(氧化锑锡)。电极或薄膜的厚度在20～100nm的范围内。

图5示出在通过利用根据本发明的对面靶溅射工艺和常规的DC/RF溅射工艺形成的Al电极上执行XRD(X射线衍射)的结果。图6示出在通过利用根据本发明的对面靶溅射工艺和常规的DC/RF溅射工艺形成的ITO薄膜上执行XRD的结果。

在利用常规的DC/RF溅射工艺的情况下，室的内部压强为5毫托；功率是DC 200W；靶的距离是10cm；工艺气体是Ar；并且在玻璃基板上形成的薄膜的厚度为1,000nm。另一方面，在利用根据本发明的对面靶溅射工艺的情况下，室的内部压强为5毫托；功率是DC 1kW；靶的距离是20cm；工艺气体是Ar；并且在玻璃基板上形成的薄膜的厚度为1,000nm。

在利用常规的DC/RF溅射工艺的情况下，Al和透明电极薄膜具有多晶结构，其中具有峰值。另一方面，在利用根据本发明的对面靶溅射工艺的情况下，Al和透明电极薄膜具有非晶结构，其中没有结晶峰(crystalline peak)。

利用两种工艺形成的薄膜结构之间的区别是由基板的局部温差引起的。在利用常规的DC/RF溅射工艺的情况下，由于具有高能量的粒子的碰撞导致基板的温度增加，所以比较大尺寸的颗粒构成多晶结构。

然而，在利用根据本发明的对面靶溅射工艺的情况下，可以防止具有高能量的粒子形成碰撞，所以基板的温度可以维持在室温。结果，可以获得具有非晶结构的薄膜。换句话说，在利用对面靶溅射工艺的情况下，具有高能量的粒子不能影响薄膜的形成。

图7A是从通过利用常规的DC/RF溅射工艺形成的Al薄膜获得的SEM(扫描电子显微术)图像。图7B是从通过利用根据本发明的对面靶溅射工艺形成的Al薄膜获得的SEM图像。

参照图7A和7B的SEM图像，可以直观地检验图5和6的XRD的结果。这里，电极薄膜形成在前部发射型有机发光器件的有机薄膜上。有机发光器件包括电子注入层(EIL)、电子传输层(ETL)、空穴阻挡层(HBL)、空穴传输层(HTL)、空穴注入层(HIL)、ITO层和玻璃基板。

如图5和6的XRD的结果中看到的，与通过利用常规的DC/RF溅射工艺形成的Al薄膜相比，根据本发明的对面靶溅射工艺的Al薄膜由微细粒子构造。在本发明中，由于基板的温度低，温度和能量不足以生长Al颗粒。

通过利用对面靶溅射工艺生长的Al粒子的大小比通过利用常规的DC/RF溅射工艺生长的Al颗粒的大小小十倍。因此，可以理解的是，由于可以防止高能粒子的碰撞，所以在利用对面靶溅射工艺形成Al薄膜的情况下，电极薄膜被形成而并没有由于等离子体而导致的劣化。

通常，在DC/RF溅射工艺期间难于没有由于等离子体导致的劣化而形成非晶薄膜。然而，在利用根据本发明的对面靶溅射工艺的情况下，可以看到基板总是维持在60℃或更低的温度，其可以用温度带(temperature tape)检测。结果，根据本发明的对面靶溅射工艺，可以在有机薄膜不受影响的温度下，在有机发光器件的有机薄膜上形成非晶金属薄膜。

图8A是从通过利用常规的DC/RF溅射工艺形成的ITO透明膜获得的AFM(原子力显微术)图像；以及图8B是根据本发明从ITO透明膜获得的AFM图像。在利用常规的DC/RF溅射工艺的情况下，室的内部压强为5毫托；功率是DC 300W；靶的距离为10cm；工艺气体为氩和氧的混合气体；并且在玻璃基板上形成的薄膜的厚度是1,000nm。另一方面，在利用根据本发明的对面靶溅射工艺的情况下，室的内部压强为5毫托；功率是DC 1kW；靶的距离为20cm；工艺气体为氩和氧的混合气体；并且在玻璃基板上形成的薄膜的厚度是1,000nm。

与图7A和7B的XRD的结果相似，可以从图8A和8B的AFM图像看出通过利用对面靶溅射工艺生长的ITO薄膜的表面没有通过利用常规的DC/RF溅射工艺生长的ITO薄膜的表面粗糙。更特别地，通过利用对面靶溅射工艺生长的ITO薄膜的RMS(均方根)表面粗糙度是2.3nm，而通过利用DC/RF溅射工艺生长的ITO薄膜的RMS表面粗糙度是7.8nm。

根据本发明的对面靶溅射设备，由于可以在有机发光器件的有机薄膜上形成电极薄膜而没有由于等离子体导致的劣化，所以可以提高光发射效率和有机发光器件的电光特性。此外，由于可以在多个用于形成电极薄膜的工艺中调整工艺条件，所以可以提高有机发光器件的电光特性和寿命。

此外，由于可以在有机薄膜上形成高质量的透明电极，所以可以制造具有优越性质的前部发射型有机发光器件。

在根据本发明的制造有机发光器件的方法中，由于在两个靶之间产生高密度等离子体来减少用于电极薄膜的沉积时间，所以可以提高工艺效率。此外，与常规的方法相比，可以减少生产成本。

此外，根据本发明，由于薄膜可以在低温下形成，所以可以容易地利用常规的热敏感基板(heat-vulnerable substrate)制造可弯曲的有机发光器件。

虽然本发明已经参照其示例性实施例作了特别地展示和描述，但是本领域技术人员理解，可以在不脱离附加权利要求所限定的本发明的精神和范围情况下，在形式上和细节上作出不同的改变。

本申请要求于2004年12月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2004-103224的利益，其全部公开在这里作为参考引入。

Claims

1、一种制造有机发光器件的方法，包括步骤：

在基板上形成第一电极；

在第一电极上形成有机薄膜；以及

在所述基板的温度维持在20-200℃时，通过利用溅射工艺在所述有机薄膜上形成第二电极。

2、根据权利要求1的方法，其中在所述基板的温度维持在20-200℃时，通过利用溅射工艺形成所述第一电极。

3、根据权利要求1的方法，其中所述第一和第二电极由非晶材料制成。

4、根据权利要求3的方法，其中所述第一和第二电极由从包括Al、Ag、Mg、Ca、Cu、Au、Pt、ITO、IZO、AZO、GZO、GTO和ATO的组中选择的一种制成。

5、根据权利要求1的方法，

其中两个平行靶彼此面对设置，

其中所述基板设置成垂直于所述两个靶；以及

其中进行所述溅射工艺通过如下步骤：

施加功率到所述靶；

在所述靶之间形成垂直于所述靶表面的方向的平行磁场；以及

通过将等离子体产生气体注入到所述靶之间的空间来产生等离子体。

6、根据权利要求5的方法，其中在0.1～50毫托的压强下执行所述溅射工艺。

7、根据权利要求5的方法，其中所述功率在50～5kW的范围。

8、根据权利要求7的方法，其中施加功率的步骤包括步骤：

施加50～500W的第一功率；以及

施加500～5kW的第二功率。

9、根据权利要求5的方法，其中施加到所述靶的功率密度是大约0.001W/cm²。

10、根据权利要求5的方法，其中所述两个靶由不同的材料制成。

11、根据权利要求5的方法，其中所述第一和第二电极的厚度在20～1000nm的范围内。

12、一种制造有机发光器件的方法，包括步骤：

在基板上形成第一电极；

在所述第一电极上形成有机薄膜；

施加功率到两个靶上，其中所述两个平行靶在有机薄膜上彼此面对设置；

在所述靶之间形成垂直于所述靶表面的方向的平行磁场；

通过将等离子体产生气体注入到所述靶之间的空间来产生等离子体；

在所述基板的温度维持在20-200℃时，通过利用溅射工艺形成第二电极，其中所述基板设置成垂直于所述两个靶。

13、根据权利要求12的方法，其中所述第二电极由非晶材料制成。

14、根据权利要求12的方法，其中所述第二电极由从包括Al、Ag、Mg、Ca、Cu、Au、Pt、ITO、IZO、AZO、GZO、GTO和ATO的组中选择的一种制成。

15、根据权利要求12的方法，其中在0.1～50毫托的压强下执行所述溅射工艺。

16、根据权利要求12的方法，其中所述功率在50～5kW的范围。

17、根据权利要求16的方法，其中施加功率的步骤包括步骤：

施加50～500W的第一功率；以及

施加500～5kW的第二功率。

18、根据权利要求12的方法，其中施加到所述靶的功率密度是大约0.001W/cm²。

19、根据权利要求12的方法，其中所述两个靶由不同的材料制成。

20、根据权利要求12的方法，其中所述第一和第二电极的厚度在20～1000nm的范围内。