JPH06112132A - 有機金属気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反応生成物粉塵による膜欠陥の発生を防止でき
る装置、およびドーピング元素が均一に十分にドーピン
グされた膜を良好に成膜できる装置を提供する。 【構成】水平方向に搬送される基板１の下面（成膜面）
に対して有機金属ガス供給ノズル２が、その軸と基板１
とのなす角度α₁ が０°＜α₁ ＜９０°となり、かつ、
ノズルの開口部２１の基板１に対向していない縁部が対
向している縁部を通る基板１に垂直な面よりも引っ込ん
でいるように配置された装置とする。ノズルに粉塵溜ま
り部２２を設けるとより好適である。また、ノズル軸と
基板とのなす角度がそれぞれ異なるノズルを複数個設
け、基板１の同一箇所に同時に複数種のガスを供給でき
る装置とすると均一なドーピング膜を得ることが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、有機金属気相成長装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に
おいて、成膜する基板上へのガス供給法としては、従
来、図３の要部説明図に示すように反応室５内の基板ホ
ルダー４上に水平に装着された基板１の成膜面にガスを
垂直に吹きつけて点線矢印のように流すバーティカル型
と、図４の要部説明図に示すように反応室５内の基板ホ
ルダー４に垂直に装着された基板１の成膜面に沿って点
線矢印のようにガスを流すバレル型とが多用されてき
た。しかしながら、これらの方法では均一な膜厚に成膜
することが難しく、また、基板上への塵埃の付着，有機
金属ガス反応生成物の粉塵の付着などにより膜欠陥が発
生し、それらの結果として、膜の大面積化が難しいとい
う問題があった。このような問題の改善策として、図５
の要部説明図に示すように、反応性ガスを満たした反応
室５内で基板１を水平方向に矢印Ａのように搬送しなが
ら、基板１の下面にガス供給ノズル２から有機金属ガス
を点線矢印のように垂直に吹きつけて成膜する方法が知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
反応性ガス雰囲気中で基板を水平方向に搬送しながら、
基板下面に有機金属ガスを垂直に吹きつける方法におい
ても、有機金属ガス反応生成物の粉塵による膜欠陥の問
題を十分に解決するには至っていない。これは、反応室
内側壁，上壁および基板ホルダーに堆積した反応生成物
が剥がれて生じた粉塵がガス供給ノズル内に落ち込み、
ノズルからのガス吹き出しにより舞い上がり、基板下面
（成膜面）に付着するためである。

【０００４】また、前述のように、基板下面に有機金属
ガスを垂直に吹きつける方法の場合、図６の要部説明図
に示すように、ガス供給ノズル２より吹き出したガスが
点線矢印のように基板１の下面で反射するため、成膜に
使われるガスの使用効率向上が難しくなる。すなわち、
反応がガス供給量に依存する段階においては、ガス流量
（流速）を増大させることにより成膜速度を速くするこ
とが図られるが、流速を速くすると基板で反射するガス
分量が増えるために、基板上で反応せず排気されるガス
分量が増え、期待するほど使用効率が向上しないことに
なる。

【０００５】前記のような反応生成物の粉塵の付着とガ
ス使用効率の問題を解決するには、バレル型に見られる
ように基板に対してガスの流れを水平にすればよいが、
図７の要部説明図に示すように、基板１を基板ホルダー
４およびマスク６で固定する場合には、ガスの流れと基
板表面との間に微妙な空間が生じ、成膜効率を低下させ
ることになる。

【０００６】また、第一の有機金属ガスを用いてＭＯＣ
ＶＤ法で成膜中に別の有機金属ガスを流して膜中にこの
別の金属をドーピングして、所要の機能性膜を成膜する
ことも行われているが、この場合、上述の基板を水平方
向に搬送しながら基板下面に有機金属ガスを垂直に吹き
つける方法では、図８の要部説明図に示すように、ガス
供給ノズル２で第一の有機金属ガスを吹き出させてこの
ガスと反応性ガスが基板１上で反応を起こした後で（母
体となる膜７がある程度成膜された後で）、ガス供給ノ
ズル２ａ，ノズル２ｂ・・・で次々と別の有機金属ガス
を吹き出して反応を起こさせてこれらの有機金属をドー
ピングさせることになるので、ドーピング元素が膜中に
均一に、また、十分に拡散されないという問題があっ
た。この問題は、ドーピングすべき元素が増え、２番目
以降のガス供給ノズルの位置が第一の有機金属ガスのノ
ズルから離れれば離れるほど深刻となる。これを解決す
る方法としては、第一の有機金属ガスとドーピングに用
いる有機金属ガスとを混合して、一つのノズルから吹き
出させることが最も有効であるが、混合することにより
有機金属ガス間で反応が起きる場合には、この手段は採
ることができない。

【０００７】この発明は、上述の点に鑑みてなされたも
のであって、反応生成物の粉塵がガス供給ノズル内に落
ち込み、その粉塵がガスと共に吹き出して成膜中に基板
表面に付着して膜欠陥が発生するのを防止することので
きる有機金属気相成長装置を提供することを解決しよう
とする第一の課題とする。また、第一の有機金属ガスに
より成膜される膜中に別の有機金属ガスによるドーピン
グ元素を均一に十分にドーピングさせることのできる有
機金属気相成長装置を提供することを解決しようとする
第二の課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の第一の課題は、こ
の発明によれば、反応性ガスの満たされた反応室内で水
平方向に搬送される基板の下面にガス供給ノズルで有機
金属ガスを供給してこの基板の下面に機能性膜を成膜す
る有機金属気相成長装置において、ガス供給ノズルの軸
と基板の下面とのなす角度α₁ が０°＜α₁ ＜９０°で
あり、かつ、ガス供給ノズルのガス吹き出し口の基板に
対向していない縁部が基板に対向している縁部を通る基
板に垂直な面よりも引っ込んでいる構成の有機金属気相
成長装置とすることによって解決される。

【０００９】このとき、さらに、ガス供給ノズルのガス
吹き出し口の向きを基板の搬送方向と反対の方向とし、
装置の真空排気口を基板の搬送方向と反対側に設け、か
つ、基板搬送速度可変機構を設けた装置とすると、ガス
の使用効率，生産性の向上を図ることが可能となるので
好ましい。また、ガス供給ノズルまたはガス供給ノズル
へのガス配管ラインの途中に有機金属ガスの反応生成物
粉塵の溜まり部を設けるとより好適である。

【００１０】また、上記の第二の課題は、前記の第一の
課題を解決できる有機金属気相成長装置において、ガス
供給ノズルの軸と基板の下面とのなす角度α₁ がそれぞ
れ異なるガス供給ノズルを複数個設け基板の同一箇所に
同時に複数種のガスを供給することができる有機金属気
相成長装置とすることによって解決される。

【００１１】

【作用】水平方向に搬送される基板の成膜面である下面
とガス供給ノズルの軸とがなす角度α₁ を０°＜α₁ ＜
９０°とし、かつ、ガス供給ノズルのガス吹き出し口の
基板に対向していない縁部が基板に対向している縁部を
通る基板に垂直な面よりも引っ込んでいる構成としたこ
とにより、反応室側壁，上壁から剥離して落ちてくる反
応生成物の粉塵がノズル内に落ち込むことを防ぐことが
でき、反応生成物の粉塵による膜欠陥の発生を防ぐこと
が可能となる。特に基板が大型になるほど従来技術との
差が大きくなり有効である。α₁ が０に近ければ近いほ
ど効果的である。また、ガス供給ノズルのガス吹き出し
口の向きを基板の搬送方向と反対の方向とし、装置の真
空排気口を基板の搬送方向と反対側に設けると、ガスの
流れが基板面に平行な層流となり、ガス吹きつけ位置で
反応せずに残っていたガスが基板後方で反応して成膜に
寄与するのでガスの使用効率が良くなる。その際、基板
搬送速度が一定であると、基板搬送方向において基板後
方の膜厚が基板前方の膜厚より厚くなるが、この現象は
基板搬送速度を可変できる機構を付設し、ガス吹きつけ
位置での基板搬送速度を基板の前方より後方に向かって
適度に加速していくことによって避けることができ、こ
れは、さらに生産性とガスの使用効率を向上させること
になるので好ましい。

【００１２】上述のような装置としても、有機金属ガス
の反応生成物の粉塵がノズル内に落下してくるのを完全
に無くすことは難しく、極僅かであるにしろ粉塵がノズ
ル内に落下してきて、これがガスの流れにのって吹き出
されて膜欠陥を発生させる。このため、ノズル内または
ノズルへのガス配管ライン内にガスの流れる通路から外
れた粉塵溜まり部を設け、落下してきた粉塵をここに溜
めて、ガスの流れにのらないようにしてしまうとよい。
さらに、この場合、ガス流量，反応室内成膜圧力を適切
に選んで粉塵溜まり部下部を外部に開口可能とし、ノズ
ル内へ落下してくる粉塵を開口部より外部へ放出できる
ようにすると、粉塵溜まり部内清掃回数を減らすことが
でき、装置の稼働性がよくなるので望ましい。

【００１３】次に、上記の装置において、ガス供給ノズ
ルの軸と基板の下面とのなす角度α ₁ がそれぞれ異なる
ガス供給ノズルを複数個設け基板の同一箇所に同時に複
数種のガスを供給することができるような構成とする
と、膜中にドーピング元素を均一に含んだ機能性膜を良
好に成膜することができる。すなわち、このような装置
を用いると、一つのノズルから母体となる膜を成膜する
ガスを吹き出して基板上で反応させながら、その反応を
起こしているところへ他のノズルからドーピング元素を
反応生成するガスを吹き出させて反応させることがで
き、膜中にドーピング元素を均一に十分ドーピングする
ことが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例を、図面を参照しな
がら説明する。 実施例１ 図１は、この発明の第一の課題を解決するための一実施
例のＭＯＣＶＤ装置の要部説明図を示す。反応性ガスの
満たされた反応室内（図示はしてない）で、矢印Ａのよ
うに水平方向に搬送される基板１の下面に対して、ガス
吹き出し口である開口部２１が長方形のガス供給ノズル
２が、開口部２１を矢印Ａと反対方向に向け、開口部２
１の長方形の長手方向の一辺の縁部を基板１の下面に平
行とし、その軸と基板１の下面とのなす角度α₁ が４５
°となるように配置されている。そうして、開口部２１
は基板１の下面に対して、開口部２１の長方形の長手方
向の基板１に対向する一辺の縁部を通り基板１の下面に
垂直な架空の平面Ｘと開口部の形成する架空の平面Ｙと
がなす角β₁ が１５°となるよう傾いて開口している。
すなわち、開口部２１の長方形の長手方向の一辺の縁部
に対して開口部２１の他の縁部は基板１の下面よりの距
離に応じて面Ｘよりも引っ込んでいることになる。３は
ガス供給ノズル２に有機金属ガスを供給するガス配管で
あり、ガス供給ノズル２とガス配管３との連結部で点線
矢印で示すガスの流れより外れたガス供給ノズル２の下
の部分２２が反応生成物の粉塵の粉塵溜まり部を形成し
ている。また、この装置では、図示はしてないが、反応
室の排気口は基板の搬送方向とは逆の部位に設けられて
おり、さらに、基板の搬送速度の可変機構が付設されて
いて、必要に応じて搬送速度を変えることが可能であ
る。

【００１５】上述のような装置を用いて、発光層をＭＯ
ＣＶＤで形成してＥＬ素子を作製した。透明電極を形成
した大きさ２００ｍｍ×１５０ｍｍの基板を用い、反応
性ガス硫化水素Ｈ₂ Ｓを満たした反応室内で透明電極を
下面として基板を水平方向に搬送しながら、下面に有機
金属ガスＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛：Ｚｎ（ＣＨ₃ ）₂）
を吹きつけて発光層を成膜し、続いて、その上に電極を
形成してＥＬ素子とする。このようにして作製した１０
個のサンプルについて、成膜後の発光層面の粉塵付着に
よる膜欠陥の数、およびエージング工程での製品特性の
良否を調べた。なお、この場合は、基板の搬送は一定速
度で行った。

【００１６】その結果を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】比較例１ 比較のために、発光層の成膜に関して、有機金属ガスの
ガス供給ノズルを従来の図５に示したような基板に対し
て垂直なノズルに変えたこと以外は実施例１と同様にし
てＥＬ素子を作製し、この比較例１の１０個のサンプル
について同様に膜欠陥の数およびエージング工程での製
品特性の良否を調べた。その結果を表２に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】表１および表２より、実施例１においては
比較例１よりも膜欠陥が非常に少なくなっており、その
結果、エージング工程で特性不良となる製品が大幅に減
少して良品率が３０パーセントから７０パーセントと向
上していることが判る。この発明の効果は明がである。 実施例２ 図２は、この発明の第二の課題を解決するための一実施
例のＭＯＣＶＤ装置の要部縦断面図を示すもので、図１
に示した装置に、さらに、図１に示したガス供給ノズル
と同一構造で別の有機金属ガスを吹き出すガス供給ノズ
ル２ａが付加されている。図１に示した装置と同じ部位
には同一符号が付してある。ガス供給ノズル２ａの軸と
基板１のなす角度α₂ は３０°、開口部２１ａは開口部
２１ａの基板の下面に平行な長方形の長手方向の一辺の
縁部を通り基板１の下面に垂直な架空の平面Ｘ_a と開口
部の形成する架空の平面Ｙ_a とのなす角β₂ が３０°と
なるように傾いて開口しており、ガス供給ノズル２ａは
その吹き出すガスが基板上のガス供給ノズル２から吹き
出すガスが吹きつけられる場所と同じ場所に吹きつけら
れるように相対的に配置されている。

【００２１】上述のような装置を用い、適当な元素をド
ーピングされた膜を発光層とするＥＬ素子を作製する。
反応性ガスとしてのＨ₂ Ｓの満たされた反応室内で、実
施例１と同様な基板を透明電極を下面として水平方向に
搬送しながら、ガス供給ノズル２からＤＭＺｎを，ガス
供給ノズル２ａからＢＣＰＭ（ビスメチルシクロペンタ
ジエニルマンガン：Ｍｎ（ＣＨ₃ Ｃ₅ Ｈ₄ ）₂ ）を同時
に同じ場所に吹きつけて反応させ、Ｍｎのドーピングさ
れたＺｎＳ膜を成膜した。この場合、基板搬送方向前部
から後部へ向かっての膜厚をより均一となるようにする
ために、基板の搬送速度を基板後部がガス吹き出し位置
に近づくにつれて速くなるように変化させながら成膜を
行った。続いて、その上に電極を形成してＥＬ素子とし
た。

【００２２】比較例２ 比較のために、発光層の成膜に関して、成膜用の有機金
属ガスのガス供給ノズル２およびドーピング用の有機金
属ガスのガス供給ノズル２ａを従来の図８に示したよう
な基板に対して垂直なノズルに変え、かつ、基板の搬送
速度を一定としたこと以外は実施例２と同様にしてＥＬ
素子を作製した。

【００２３】これら実施例２および比較例２の素子につ
いて、発光層の膜厚方向のドーピング元素の均一性と拡
散性を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で調べた。その結果
を図９の線図に示す。図９において、横軸は発光層断面
の基板側から膜表面に向かっての位置を示し、縦軸はＳ
ＥＭで調べたドーピング元素の強度を示す。図９に見ら
れるように、実施例２は比較例２よりもドーピング元素
が多量に均一に分布している。このことより、この発明
の装置を用いて、反応性ガスの満たされた反応室内で、
ガス供給ノズル２から第一の有機金属ガスを吹き出して
反応させ成膜を行いながら同時に同じ場所に第二のガス
供給ノズル２ａから別の第二の有機金属ガスを吹き出し
て反応させて生成したドーピング元素を膜中にドーピン
グすることにより、ドーピング元素が均一に十分な量で
ドーピングされた膜を得ることが可能となることは明ら
かである。

【００２４】また、これらの素子の輝度─電圧特性を調
べた。その結果を図１０の線図に示す。図１０に見られ
るように、実施例２の素子は比較例２の素子に比して輝
度が平均で２０ｃｄ／ｍ² 向上している。これはドーピ
ング元素が発光層の膜内に均一に多量にドーピングされ
たことによるものであり、この発明の効果は明らかであ
る。

【００２５】上述の実施例１においては、ガス供給ノズ
ル２の軸と基板１とのなす角度α₁を４５°，開口部２
１の長方形の長手方向の基板１に平行に対向する一辺の
縁部を通り基板１の下面に垂直な架空の平面Ｘと開口部
の形成する架空の平面Ｙとがなす角β₁ を１５°とした
が、これに限定されるものではなく、０°＜α₁ ＜９０
°，０°＜β₁ の範囲内で同様に有効である。また、実
施例２のα₂ ，β₂ は０°＜α₁ ＜α₂ ＜９０°，０°
＜β₂ の範囲内で同様に有効である。さらに、ドーピン
グ元素が１種類でなくｎ種類の場合には、ドーピング元
素用のガス供給ノズルをｎ本とし、０°＜α_n ＜α_n-1
＜・・・＜α₂ ＜α₁ ＜９０°，０°＜β_1,β_2,・・
・，β_n-1 ，β_n とすればよい。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、水平方向に搬送され
る基板の下面にガス供給ノズルで有機金属ガスを供給し
てこの基板の下面に機能性膜を成膜する有機金属気相成
長装置において、ガス供給ノズルの軸と基板の下面との
なす角度α₁ が０°＜α₁ ＜９０°であり、かつ、ガス
供給ノズルのガス吹き出し口の基板に対向していない縁
部が基板に対向している縁部を通る基板に垂直な面より
も引っ込んでいる装置とする。このような装置を用いる
ことにより、ガス反応生成物の粉塵による膜欠陥の少な
い良好な膜を成膜することが可能となる。このとき、ガ
ス供給ノズルのガス吹き出し口の向きを基板の搬送方向
と反対の方向とし、装置の真空排気口を基板の搬送方向
と反対側に設けた構成とするとガスの使用効率が向上す
る効果が得られて好適である。また、基板搬送速度可変
機構を設けると膜厚をより均一に成膜することができて
好適である。さらにまた、ガス供給ノズルまたはガス供
給ノズルへのガス配管ラインの途中に有機金属ガスの反
応生成物粉塵の溜まり部を設けることにより、膜欠陥の
発生をより少なくすることができて好適である。

【００２７】また、上述の装置において、さらに、ガス
供給ノズルの軸と基板の下面とのなす角度α₁ が異なる
ガス供給ノズルを複数個設け基板の同一箇所に同時に複
数種のガスを供給することができる構成とすると、一種
あるいは多種類のドーピング元素が均一に十分にドーピ
ングされた膜を成膜することが可能となる。このような
装置を用いることにより、例えば、特性良好で輝度の高
いＥＬ素子を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一の課題を解決するための装置の
一実施例の要部説明図

【図２】この発明の第二の課題を解決するための装置の
一実施例の要部説明図

【図３】従来のバーティカル型の装置の一例の要部説明
図

【図４】従来のバレル型の装置の一例の要部説明図

【図５】従来の基板水平搬送型の装置の要部説明図

【図６】図５の装置における基板でのガスの反射を示す
要部説明図

【図７】図５の装置における基板の基板ホルダーへの取
り付け状態を示す要部説明図

【図８】図５の装置においてドーピング元素をドーピン
グするためにさらにガス供給ノズルを付設した一例を示
す要部説明図

【図９】膜断面のＳＥＭによるドーピング元素の分布状
態を示す線図

【図１０】ＥＬ素子サンプルの輝度─電圧特性を示す線
図

【符号の説明】

１ 基板 ２ ガス供給ノズル ２_a ガス供給ノズル ３ ガス配管 ４ 基板ホルダー ５ 反応室 ６ マスク ７ 膜 ２１ 開口部 ２１_a 開口部 ２２ 粉塵溜まり部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応性ガスの満たされた反応室内で水平方
   向に搬送される基板の下面にガス供給ノズルで有機金属
   ガスを供給してこの基板の下面に機能性膜を成膜する有
   機金属気相成長装置において、ガス供給ノズルの軸と基
   板の下面とのなす角度α₁ が０°＜α₁ ＜９０°であ
   り、かつ、ガス供給ノズルのガス吹き出し口の基板に対
   向していない縁部が基板に対向している縁部を通る基板
   に垂直な面よりも引っ込んでいることを特徴とする有機
   金属気相成長装置。
2. 【請求項２】ガス供給ノズルのガス吹き出し口の向きを
   基板の搬送方向と反対の方向とし、反応室の真空排気口
   を基板の搬送方向と反対側に設けたことを特徴とする請
   求項１記載の有機金属気相成長装置。
3. 【請求項３】基板搬送速度可変機構を設けたことを特徴
   とする請求項２記載の有機金属気相成長装置。
4. 【請求項４】ガス供給ノズルまたはガス供給ノズルへの
   ガス配管ラインの途中に有機金属ガスの反応生成物粉塵
   の溜まり部を設けたことを特徴とする請求項１ないし３
   のうちのいずれかに記載の有機金属気相成長装置。
5. 【請求項５】ガス供給ノズルの軸と基板の下面とのなす
   角度α₁ がそれぞれ異なるガス供給ノズルを複数個設け
   基板の同一箇所に同時に複数種のガスを供給することが
   できることを特徴とする請求項１ないし４のうちのいず
   れかに記載の有機金属気相成長装置。