石川県工業試験場

触媒CVD法によるフレキシブル有機ELディスプレイ用耐湿性SiN_x膜の形成

■電子情報部　部家彰　米澤保人　南川俊治
■機械金属部　高野昌宏
■（株）石川製作所　仁木敏一　室井進　南茂平
■（株）クラレ　猪狩徳夫
■北陸先端科学技術大学院大学　和泉亮　増田淳　梅本宏信　松村英樹

研究の背景
自発光素子である有機ELは、次世代ディスプレイの材料として期待され、屈曲可能な電子ペーパーとしても注目を集めている。しかし、有機ELは水蒸気や酸素、あるいは100℃以上では容易に劣化することから、100℃以下の低温で形成できるガスバリア性の良好な保護膜が求められている。

研究内容
1800℃の高温に加熱したW線を触媒にした触媒CVD法を用い、材料ガス(SiH4，NH3)に水素ガス(H2)を添加し、Si基板及びポリカーボネートフィルム(PC)上に、SiNx保護膜の低温形成を行い、その特性を調べた。
基板温度80℃でH2を添加しないでSiNx膜を形成すると、形成委速度が速く、屈折率の小さく、直ぐに劣化するSiNx膜になる。しかし、図１に示すように、H2を添加することにより、H2量の増加とともに膜の形成速度は減少し、屈折率はSi3N4の屈折率である2に近づく。16BHFでのエッチレートは100nm/min程度まで小さくなる。大気放置の加速試験であるプレッシャークッカー試験(2気圧、120℃、100%RH)で1日放置しても劣化しないSiNx膜になる。このことから、H2を添加することにより、SiNx膜は低温でも緻密な膜になっている。さらに02mmの厚さのPC上にSiNx膜を120nm形成した。SiNx膜を形成したPCには歪みは見られず、PCを劣化させる温度以下でSiNx膜が形成できている。次にSiNx膜付きPCをカップ法により水蒸気透過率の測定を行った。その結果、カップ法の測定限界である0.3g/m2day以下という結果を得た。

（図１　水素流量に対するSi基板上のSiNx膜の形成速度及び屈折率）

研究成果
　 触媒CVD法を用いて100℃以下で形成したSiNx膜について特性を調べ、以下の結果を得た。
(1) PC上に80℃でSiNx膜を形成した試料では、水蒸気透過率が0.3g/m2day以下であった。
(2) SiNx膜質は基板温度が低くなると劣化するが、基板温度80℃でも材料ガス中にH2を加えると改善する。
(3) H2の添加効果は、活性水素原子による局所的に表面が加熱され、マイグレーションを促進していると考えている。それに加えて、活性水素原子によりシリコンの弱い結合箇所をエッチングしていることも膜質の改善に繋がっている。

論文投稿
　 Japanese Journal of Applied Physics Vol. 44, No. 4A, 2005. p.1923-1927.