JPH0736024A - Production of substrate - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、表示素子の構成部材が
形成される側のガラス基板の表面上にイオンバリア層を
成膜した基板の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a substrate in which an ion barrier layer is formed on the surface of a glass substrate on which constituent members of a display element are formed.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来一般に、液晶表示素子および薄膜E
L(エレクトロルミネッセンス)素子などの表示素子に
は、透光性基板としてガラス基板が用いられている。こ
れらの表示素子は、ガラス基板上に形成される構成部材
の中に、Si(シリコン)およびZnS(硫化亜鉛)な
どの半導体材料によって実現される構成部材を含んでい
る。このため、前記ガラス基板としてソーダガラスなど
のように、可動性のアルカリイオンを多く含むガラス材
料を用いると、表示素子の製造工程における熱処理など
の工程によってナトリウムイオンなどのアルカリイオン
がガラス基板から半導体材料に浸透・拡散し、前記表示
素子の表示特性が比較的短時間のうちに劣化してしまう
という問題が生じる。2. Description of the Related Art Generally, a liquid crystal display device and a thin film E have been conventionally used.
A glass substrate is used as a translucent substrate for a display element such as an L (electroluminescence) element. These display elements include constituent members formed of a semiconductor material such as Si (silicon) and ZnS (zinc sulfide) among constituent members formed on a glass substrate. Therefore, when a glass material containing a large amount of movable alkali ions, such as soda glass, is used as the glass substrate, alkali ions such as sodium ions are transferred from the glass substrate to the semiconductor by a process such as heat treatment in the manufacturing process of the display element. There is a problem that the display characteristics of the display element are deteriorated in a relatively short time because the material permeates and diffuses into the material.
【0003】このため、これらの表示素子にはアルカリ
イオンを含まないバリウムボロンシリケートやアルミノ
シリケートなどによって実現されるノンアルカリガラス
基板が用いられる。しかし、ノンアルカリガラスはソー
ダガラスに比較して非常に高価であるので、表示素子の
製造コストの増加を招いている。Therefore, for these display elements, a non-alkali glass substrate which is realized by barium boron silicate or aluminosilicate containing no alkali ions is used. However, since non-alkali glass is much more expensive than soda glass, it causes an increase in the manufacturing cost of the display device.
【0004】これに対応して、表示素子用ガラス基板と
して安価で平滑性に優れたソーダガラスを用いて前記ガ
ラス基板上に形成される構成部材への前記アルカリイオ
ンの浸透・拡散を防止するための技術として、特公昭5
7−28198、特開昭61−128225および特開
平2−56894などに開示されるように前記ガラス基
板の前記構成部材が形成される表面上にSiO2膜、S
i3N4 膜などによって実現されるイオンバリア層を形
成することが提案されている。イオンバリア層として
は、膜厚100〜200nmのSiO2 膜が広く用いら
れており、液晶表示素子用としては、安価な成膜法であ
るDIP法などのゾル−ゲル法が用いられている。Correspondingly, soda glass, which is inexpensive and has excellent smoothness, is used as the glass substrate for the display element to prevent the alkali ions from permeating and diffusing into the constituent members formed on the glass substrate. As a technology of
No. 7-28198, JP-A-61-128225 and JP-A-2-56894, a SiO 2 film, an S 2
It has been proposed to form an ion barrier layer realized by an i 3 N 4 film or the like. A SiO 2 film having a film thickness of 100 to 200 nm is widely used as an ion barrier layer, and a sol-gel method such as a DIP method which is an inexpensive film forming method is used for a liquid crystal display element.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、TFT(薄膜
トランジスタ)を用いた液晶表示素子および薄膜EL素
子などの製造工程においては、ソーダガラスの歪点〜5
05℃程度の熱処理が施される。この熱処理は、TFT
を用いた液晶表示素子の場合は、半導体薄膜を形成する
ために注入した不純物を電気的に活性化し、不純物注入
時に発生する欠陥を消滅させる目的で行われる。また薄
膜EL素子の場合は、蒸着したZnS:Mn膜の結晶性
を改善し、発光効率の向上と安定化を図る目的で行われ
る。また熱処理によって薄膜の構造が緻密化され、薄膜
と下地基板との密着性向上が図られる。However, in the manufacturing process of a liquid crystal display element and a thin film EL element using a TFT (thin film transistor), the strain point of soda glass to 5
A heat treatment of about 05 ° C. is performed. This heat treatment is
In the case of a liquid crystal display element using, the impurities implanted for forming the semiconductor thin film are electrically activated to eliminate defects generated at the time of implanting the impurities. Further, in the case of a thin film EL element, it is carried out for the purpose of improving the crystallinity of the vapor-deposited ZnS: Mn film and improving and stabilizing the luminous efficiency. Further, the structure of the thin film is densified by the heat treatment, and the adhesion between the thin film and the base substrate is improved.
【0006】図8は、SiO2膜、Al2O3膜およびS
i3N4 膜中へのアルカリイオンの熱拡散状況を示す特
性図である。図8(a)は、DIP法によって成膜した
SiO2 膜中へのアルカリイオンの熱拡散状況を示し、
同様に図8(b)はスパッタ法によって成膜したAl2
O3膜中へのアルカリイオンの熱拡散状況を示し、図8
(c)はスパッタ法によって成膜したSi3N4膜中への
アルカリイオンの熱拡散状況を示す。前記SiO2膜、
Al2O3膜およびSi3N4 膜はソーダガラス基板上に
それぞれ膜厚150nmに成膜されており、500℃、
2時間の熱処理後、膜表面から試料の膜厚方向のアルカ
リイオン組成をIMA(イオンマイクロプローブアナラ
イザ)によって測定した。FIG. 8 shows a SiO 2 film, an Al 2 O 3 film and an S film.
i is a characteristic diagram showing the thermal diffusion condition of alkali ions into 3 N 4 film. FIG. 8A shows a state of thermal diffusion of alkali ions into the SiO 2 film formed by the DIP method,
Similarly, FIG. 8B shows an Al 2 film formed by a sputtering method.
FIG. 8 shows the thermal diffusion of alkali ions into the O 3 film.
(C) shows the state of thermal diffusion of alkali ions into the Si 3 N 4 film formed by the sputtering method. The SiO 2 film,
The Al 2 O 3 film and the Si 3 N 4 film are formed on a soda glass substrate to a film thickness of 150 nm, respectively, at 500 ° C.
After the heat treatment for 2 hours, the alkali ion composition in the film thickness direction of the sample from the film surface was measured by IMA (ion microprobe analyzer).
【0007】この結果、図8(a)に示すように、DI
P法によって成膜されたSiO2 膜は、500℃、2時
間の熱処理後、ナトリウムイオンが表層近くまで検出さ
れ、図8(b)に示すように、スパッタ法によるAl2
O3膜ではアルカリイオンが膜厚方向のほぼ中間位置ま
で検出された。これに対して図8(c)に示すように、
スパッタ法によるSi3N4膜では、ナトリウムイオンは
Si3N4膜中にほとんど拡散せず、ソーダガラスとSi
3N4膜との界面付近にとどまっている。このようにアル
カリイオンの拡散防止効果は、スパッタ法Si3N4膜>
スパッタ法Al2O3 膜>DIP法SiO2膜の順に優
れ、DIP法SiO2膜のアルカリイオン拡散防止効果
は、TFT液晶表示素子および薄膜EL素子用イオンバ
リア層としては不十分であることが判明した。As a result, as shown in FIG.
SiO 2 film formed by the P method, 500 ° C., after 2 hours heat treatment, sodium ions are detected until the surface layer close, as shown in FIG. 8 (b), Al by sputtering 2
In the O 3 film, alkali ions were detected up to almost the middle position in the film thickness direction. On the other hand, as shown in FIG.
In the Si 3 N 4 film formed by the sputtering method, sodium ions hardly diffuse into the Si 3 N 4 film, and soda glass and Si
It remains near the interface with the 3 N 4 film. In this way, the diffusion preventing effect of alkali ions is obtained by the sputtering method Si 3 N 4 film>
Sputtering method Al 2 O 3 film> DIP method SiO 2 film are excellent in that order, and the alkali ion diffusion preventing effect of the DIP method SiO 2 film is insufficient as an ion barrier layer for TFT liquid crystal display elements and thin film EL elements. found.
【0008】またスパッタ法によって成膜したSi3N4
膜およびAl2O3膜は、イオンバリア層として有効なア
ルカリイオン拡散防止効果を示しているが、ソーダガラ
スのガラス基板は、一般にフロート法を用いて大面積の
連続板状の板ガラスとして製造されるため、スパッタ法
による成膜は不適当である。大面積ガラス基板上への成
膜法としては、CVD法(気相成長法)が有効である
が、CVD法を用いてSi3N4膜を基板上に成膜するに
は、成膜時の基板温度を900℃以上の高温にしなけれ
ばならない。これに対してソーダガラスは歪点が約50
0℃と低いので、この方法を用いて成膜することができ
ない。Si 3 N 4 formed by the sputtering method
The film and the Al 2 O 3 film show an effective effect of preventing alkali ion diffusion as an ion barrier layer, but a glass substrate of soda glass is generally manufactured as a large-area continuous plate glass by using the float method. Therefore, the film formation by the sputtering method is inappropriate. Although a CVD method (vapor phase growth method) is effective as a film forming method on a large-area glass substrate, in order to form an Si 3 N 4 film on the substrate by using the CVD method, The substrate temperature must be 900 ° C. or higher. In contrast, soda glass has a strain point of about 50.
Since it is as low as 0 ° C., it is not possible to form a film using this method.
【0009】一方、Al2O3膜はスパッタ法以外に、J.
A.Aboaf:"Deposition AndProperties of Aluminum Oxid
e Obtained by Pyrolytic Deposition of anAluminum A
lkoxide",J.Electrochem.Soc.,114,(1967)948.に示され
るようにAlアルコキシドを用いた熱CVD法によって
成膜が可能である。しかし本例によると、成膜時の基板
温度が低いと膜厚分布に優れるが、膜中に未分解物が残
り膜質が悪い。逆に、成膜時の基板温度を高温にすると
質のよいAl2O3膜が得られるが、成膜時の基板温度が
500℃以上でなければならないうえ、膜厚分布が著し
く悪化する。またAlアルコキシドを用いて成膜したA
l2O3膜に関してはイオンバリア層としての検討がほと
んどなされていない。On the other hand, for the Al 2 O 3 film, other than the sputtering method, J.
A.Aboaf: "Deposition And Properties of Aluminum Oxid
e Obtained by Pyrolytic Deposition of anAluminum A
lkoxide ", J. Electrochem. Soc., 114, (1967) 948. The film can be formed by the thermal CVD method using an Al alkoxide. When the film thickness is low, the film thickness distribution is excellent, but undecomposed matter remains in the film and the film quality is poor.On the other hand, when the substrate temperature during film formation is high, a good quality Al 2 O 3 film can be obtained. At that time, the substrate temperature must be 500 ° C. or higher, and the film thickness distribution is significantly deteriorated.
The l 2 O 3 film has hardly been studied as an ion barrier layer.
【0010】本発明の目的は、安価で平滑性の高いソー
ダガラス基板を用いてアルカリイオン拡散のない透光性
基板を製造することができる基板の製造方法を提供する
ことである。An object of the present invention is to provide a method for producing a transparent substrate which is inexpensive and has high smoothness, and which is capable of producing a transparent substrate without alkali ion diffusion.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明は、ガラス基板の
少なくとも一方表面上に、原料としてアルミニウムアル
コキシドを用いた気相成長法によってAl2O3膜を成膜
する工程と、前記Al2O3膜を成膜したガラス基板を、
オゾンと酸素との混合ガス雰囲気中で熱処理を行う工程
とを含むことを特徴とする基板の製造方法である。According to the present invention, there is provided a step of forming an Al 2 O 3 film on at least one surface of a glass substrate by a vapor phase growth method using aluminum alkoxide as a raw material, and said Al 2 O 3 film. The glass substrate on which 3 films are formed,
And a step of performing a heat treatment in a mixed gas atmosphere of ozone and oxygen.
【0012】また本発明は、前記アルミニウムアルコキ
シドは、Al(i−OC3H7)3 に選ばれることを特徴
とする。The present invention is also characterized in that the aluminum alkoxide is selected from Al (i-OC 3 H 7 ) 3 .
【0013】また本発明は、前記Al2O3膜の成膜時の
基板温度を300〜450℃の範囲に選ぶことを特徴と
する。Further, the present invention is characterized in that the substrate temperature at the time of forming the Al 2 O 3 film is selected in the range of 300 to 450 ° C.
【0014】さらにまた本発明は、オゾンと酸素との混
合ガス雰囲気中で行う熱処理温度を400〜500℃の
範囲に選ぶことを特徴とする。Furthermore, the present invention is characterized in that the temperature of the heat treatment carried out in a mixed gas atmosphere of ozone and oxygen is selected in the range of 400 to 500 ° C.
【0015】また本発明は、前記Al2O3膜の膜厚を5
0〜500nmの範囲に選ぶことを特徴とする。In the present invention, the thickness of the Al 2 O 3 film is 5
It is characterized in that it is selected in the range of 0 to 500 nm.
【0016】[0016]
【作用】本発明に従えば、ガラス基板の少なくとも一方
表面上に原料としてアルミニウムアルコキシドを用いた
気相成長法によってAl2O3膜を成膜し、前記Al2O3
膜を成膜したガラス基板をオゾンと酸素との混合ガス雰
囲気中で熱処理するので、前記ガラス基板上に緻密でピ
ンホールのないAl2O3膜が形成される。前記Al2O3
膜は、アルカリイオン拡散防止性に優れているので、前
記ガラス基板として安価で平滑性の高いソーダガラスを
用いてもソーダガラス中のアルカリイオンが前記基板上
に形成される素子の構成部材中に拡散することを防止す
ることができる。これによって基板の製造コストを低減
することができるとともに、前記基板上に構成部材を形
成して成る素子の安定動作に対する信頼性を向上するこ
とができる。According to the invention, was formed an Al 2 O 3 film by a vapor deposition method using aluminum alkoxide as a raw material on at least one surface of the glass substrate, the Al 2 O 3
Since the glass substrate on which the film is formed is heat-treated in a mixed gas atmosphere of ozone and oxygen, a dense and pinhole-free Al 2 O 3 film is formed on the glass substrate. Al 2 O 3
Since the film is excellent in alkali ion diffusion preventive property, even if inexpensive and highly smooth soda glass is used as the glass substrate, alkali ions in the soda glass are contained in the constituent members of the element formed on the substrate. It is possible to prevent the diffusion. This makes it possible to reduce the manufacturing cost of the substrate and improve the reliability of stable operation of the element formed by forming the constituent members on the substrate.
【0017】また本発明に従えば、前記アルミニウムア
ルコキシドをAl(i−OC3H7)3 に選ぶのでガラス
基板上に成膜されるAl2O3の成膜速度が速く、生産性
よく成膜処理を行うことができる。Further, according to the present invention, since the aluminum alkoxide is selected as Al (i-OC 3 H 7 ) 3 , the film forming rate of Al 2 O 3 formed on the glass substrate is high and the productivity is high. Membrane treatment can be performed.
【0018】さらに本発明に従えば、前記Al2O3膜の
成膜時の基板温度を300〜450℃の範囲に選ぶの
で、成膜速度が速く膜厚が均一なAl2O3を成膜するこ
とができる。Further, according to the present invention, since the substrate temperature at the time of forming the Al 2 O 3 film is selected in the range of 300 to 450 ° C., Al 2 O 3 having a high film forming rate and a uniform film thickness is formed. Can be membrane.
【0019】さらにまた本発明に従えば、前記Al2O3
膜が形成された基板がオゾンと酸素との混合ガス雰囲気
中で400〜500℃の範囲内で熱処理を施されるの
で、緻密でピンホールが少ない膜質のよいAl2O3膜を
得ることができる。Further in accordance with the present invention, said Al 2 O 3
Since the substrate on which the film is formed is subjected to heat treatment in the range of 400 to 500 ° C. in a mixed gas atmosphere of ozone and oxygen, it is possible to obtain a dense Al 2 O 3 film with few pinholes and good film quality. it can.
【0020】また本発明に従えば、前記Al2O3膜は、
膜厚が50〜500nmの範囲で成膜されるので、Al
2O3膜を介して基板中のアルカリイオンが拡散すること
を防止することができ、前記基板上に形成される部材へ
のアルカリイオンの拡散を防止することができる。According to the invention, the Al 2 O 3 film is
Since the film is formed in the range of 50 to 500 nm, Al
It is possible to prevent the diffusion of alkali ions in the substrate through the 2 O 3 film, and it is possible to prevent the diffusion of alkali ions into the member formed on the substrate.
【0021】[0021]
【実施例】図1は、本発明の基板の製造方法に従って製
造された基板1を用いた薄膜EL素子7の構成を示す断
面図である。図1に示すように基板1は、ソーダライム
ガラスなどによって実現される透光性を有するガラス基
板1a上にAl2O3膜1bが成膜されて成る。前記Al
2O3膜1bは、以下のようにして前記ガラス基板1a表
面上に成膜される。恒温槽などによって約90〜130
℃に保温されたバブリング容器から、キャリアガスおよ
びバブリングガスとして、He,N2 およびArなどの
不活性ガスを用いて液体状のAl(i−OC3H7)3 が
蒸気になって前記ガラス基板1a表面上に供給される。
ガラス基板1aは、基板温度350℃に加熱されてお
り、ガラス基板1a上に供給されたAl(i−OC
3H7)3 はガラス基板1a表面で熱分解し、Al2O3膜
1bを生成する。このときのAl2O3膜1bの成膜速度
は約10nm/minであり、成膜時間15分間で膜厚
150nmのAl2O3膜1bが前記ガラス基板1a上に
成膜される。EXAMPLE FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a thin film EL element 7 using a substrate 1 manufactured according to the method of manufacturing a substrate of the present invention. As shown in FIG. 1, the substrate 1 is formed by forming an Al 2 O 3 film 1b on a translucent glass substrate 1a made of soda lime glass or the like. The Al
The 2 O 3 film 1b is formed on the surface of the glass substrate 1a as follows. About 90 to 130 depending on the thermostat
The liquid Al (i-OC 3 H 7 ) 3 is vaporized from a bubbling container kept at a temperature of ℃ by using an inert gas such as He, N 2 and Ar as a carrier gas and a bubbling gas. It is supplied on the surface of the substrate 1a.
The glass substrate 1a is heated to a substrate temperature of 350 ° C., and Al (i-OC) supplied on the glass substrate 1a.
3 H 7 ) 3 is thermally decomposed on the surface of the glass substrate 1a to form an Al 2 O 3 film 1b. The film forming rate of the Al 2 O 3 film 1b at this time is about 10 nm / min, and the Al 2 O 3 film 1b having a film thickness of 150 nm is formed on the glass substrate 1a in a film forming time of 15 minutes.
【0022】前述のようにAl2O3膜1bが成膜された
基板1は、480℃まで昇温され、気圧100Pa、1
〜15%のO3を含むO2ガス雰囲気中、30分間の熱処
理を施される。これによってAl2O3膜中の未分解物が
分解され、前記Al2O3膜1bの膜厚は120nmに減
少する。The substrate 1 on which the Al 2 O 3 film 1b is formed as described above is heated to 480 ° C., and the atmospheric pressure is 100 Pa, 1
Heat treatment is performed for 30 minutes in an O 2 gas atmosphere containing ˜15% O 3 . As a result, undecomposed substances in the Al 2 O 3 film are decomposed, and the film thickness of the Al 2 O 3 film 1b is reduced to 120 nm.
【0023】前記基板1上には、Al2O3膜1bに積層
してITO膜(インジウム錫酸化膜)が透明電極2とし
て図1の左右方向にストライプ状に形成される。さらに
前記ITO膜に積層して、たとえばスパッタ法などによ
ってSiO2,Si3N4 ,Ta2O5,SrTiO3 など
の絶縁性物質から成る下部絶縁層3が形成され、これに
積層してZnS:Mn発光層4が形成される。On the substrate 1, an ITO film (indium tin oxide film) is laminated as an Al 2 O 3 film 1b to form a transparent electrode 2 in a stripe shape in the left-right direction in FIG. Further laminated on the ITO film, for example SiO 2, Si 3 N 4, Ta 2 O 5, the lower insulating layer 3 made of an insulating material such as SrTiO 3 is formed by sputtering or the like, are laminated in this ZnS : Mn light emitting layer 4 is formed.
【0024】前記発光層4は、異なる熱処理を経て発光
層4を形成することによって、Al2O3膜1bのアルカ
リイオン拡散防止効果に変化が見られるかどうかを調べ
るため、電子ビーム蒸着法とCVD法とによって成膜し
た。電子ビーム蒸着法による発光層4は、基板温度を2
50〜300℃に保ち、0.5重量%のMnを添加した
ZnS:Mnペレットを蒸発源として電子ビーム加熱で
蒸発させる。これによってZnS:Mn蒸着膜を500
0〜7000Åの膜厚に形成し、さらに真空中で480
℃、2時間の熱処理を施して得られる。The light emitting layer 4 is formed by an electron beam evaporation method in order to investigate whether the effect of preventing diffusion of alkali ions of the Al 2 O 3 film 1b is changed by forming the light emitting layer 4 through different heat treatments. The film was formed by the CVD method. The light emitting layer 4 formed by the electron beam evaporation method has a substrate temperature of 2
The temperature is maintained at 50 to 300 ° C., and ZnS: Mn pellets to which 0.5% by weight of Mn is added are evaporated by electron beam heating using an evaporation source. As a result, a ZnS: Mn vapor deposition film is formed to 500
Formed to a film thickness of 0-7000Å and further 480 in vacuum
It can be obtained by heat treatment at ℃ for 2 hours.
【0025】またCVD法による発光層4は、基板温度
を480℃(450〜500℃)に保ち、800〜10
00℃に加熱したZnS粉末からの蒸気をH2 ガスで基
板上に搬送する。これと同時に、600〜700℃に加
熱した金属MnにHCl+H2混合ガスを作用させ、M
nCl2として基板上にMnを供給することによって、
基板上にZnS:Mn膜を形成して得られる。このよう
なCVD法によるZnS:Mn膜の成膜時間は2時間と
し、成膜後の熱処理は行わない。In the light emitting layer 4 formed by the CVD method, the substrate temperature is kept at 480 ° C. (450 to 500 ° C.), and 800 to 10
Vapor from ZnS powder heated to 00 ° C. is carried on the substrate by H 2 gas. At the same time, HCl + H 2 mixed gas is caused to act on the metal Mn heated to 600 to 700 ° C.
By supplying Mn on the substrate as nCl 2 ,
It is obtained by forming a ZnS: Mn film on a substrate. The time for forming the ZnS: Mn film by such a CVD method is set to 2 hours, and the heat treatment after the film formation is not performed.
【0026】前記発光層4に積層して前述の下部絶縁層
3と同様の上部絶縁層5が形成される。これに積層し
て、前記ITO膜によって形成された透明電極2に直交
する方向に、すなわち図1の紙面に対して垂直な方向
に、ストライプ状の背面電極6が形成される。前記背面
電極6は、Al蒸着膜などによって実現される。前述の
薄膜EL素子7は、前記透明電極2と前記背面電極6と
の間に交流電界を印加することによって前記電極が交差
する絵素の発光層4が発光する。An upper insulating layer 5 similar to the lower insulating layer 3 is formed by laminating on the light emitting layer 4. Stacked on this, a striped back electrode 6 is formed in a direction orthogonal to the transparent electrode 2 formed of the ITO film, that is, in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. The back electrode 6 is realized by an Al vapor deposition film or the like. In the thin film EL element 7 described above, when an AC electric field is applied between the transparent electrode 2 and the back electrode 6, the light emitting layer 4 of the picture element where the electrodes cross each other emits light.
【0027】前記Al2O3膜1bは、Alアルコキシド
としてAl(i−0C3H7)3 を用い、気相成長法によ
ってソーダライムガラス1a上に成膜される。前記Al
2O3膜1bを前記気相成長法によって成膜するための原
料としては、Alアルコキシドであれば何を用いてもよ
い。しかし、Al(i−0C3H7)3 は成膜速度が速
く、かつ均一な膜厚分布を与える基板温度の範囲がソー
ダガラス基板1aに適した温度範囲にあるので、Alア
ルコキシドとしてAl(i−0C3H7)3 を用いるのが
好ましい。The Al 2 O 3 film 1b is formed on the soda lime glass 1a by vapor phase growth using Al (i-0C 3 H 7 ) 3 as the Al alkoxide. The Al
As a raw material for forming the 2 O 3 film 1b by the vapor phase growth method, any Al alkoxide may be used. However, Al (i-0C 3 H 7) 3 has a high deposition rate, and substrate temperature of giving a uniform film thickness distribution because the temperature range suitable for a soda glass substrate 1a, as Al alkoxide Al ( i-0C 3 H 7) 3 is preferable to use.
【0028】図2は、一般的なCVD法による成膜速度
と基板温度との関係を示すアレニウスプロットである。
一般にSi(OC2H5)4、Al(i−0C3H7)3およ
びTi(i−0C3H7)4 などのアルコキシドは、熱分
解によってそれぞれ酸化膜を生成することができる。C
VD法による成膜速度については、温度が最も重要なパ
ラメータであり、成膜速度と基板温度との関係は図2に
示される。図2は縦軸に成膜速度を表し、横軸に基板の
絶対温度の逆数を表す。図2に示すように低温領域で
は、基板表面における反応そのものが成膜の律速過程と
なり、基板温度の上昇に伴って成膜速度が速くなる。さ
らに高温になると、成膜速度はさらに速くなるが、温度
依存性は小さくなる。この領域では基板表面で生成され
た反応生成物の外方への拡散、あるいは原料ガスの供給
が律速過程となり、膜厚の不均一が著しくなる。さらに
高温になると、気相中での反応によって気相中に固体の
核が生成され、成膜速度は遅くなる。前記気相中で生成
された核が基板表面に堆積すると、膜厚の不均一がさら
に顕著になる。このため均一な膜厚分布でなおかつ生産
性のよい成膜速度を得るために、成膜時の基板温度を反
応律速領域内の上限付近に選ぶ。FIG. 2 is an Arrhenius plot showing the relationship between the film formation rate by the general CVD method and the substrate temperature.
Generally Si (OC 2 H 5) 4 , Al (i-0C 3 H 7) 3 and Ti (i-0C 3 H 7 ) 4 alkoxides such can generate a respective oxide film by thermal decomposition. C
The temperature is the most important parameter for the film formation rate by the VD method, and the relationship between the film formation rate and the substrate temperature is shown in FIG. In FIG. 2, the vertical axis represents the film formation rate, and the horizontal axis represents the reciprocal of the absolute temperature of the substrate. As shown in FIG. 2, in the low temperature region, the reaction itself on the substrate surface becomes the rate-determining process of film formation, and the film formation rate increases as the substrate temperature rises. When the temperature becomes higher, the film formation rate becomes faster, but the temperature dependence becomes smaller. In this region, the diffusion of the reaction product generated on the substrate surface to the outside or the supply of the raw material gas becomes a rate-determining process, and the nonuniformity of the film thickness becomes remarkable. When the temperature becomes higher, solid nuclei are generated in the gas phase due to the reaction in the gas phase, and the film formation rate becomes slow. When the nuclei generated in the vapor phase are deposited on the substrate surface, the nonuniformity of the film thickness becomes more remarkable. Therefore, in order to obtain a film forming rate with a uniform film thickness distribution and good productivity, the substrate temperature during film forming is selected near the upper limit within the reaction rate-determining region.
【0029】図3は、Alアルコキシドの熱分解による
Al2O3膜の成膜速度と基板温度との関係を示すアレニ
ウスプロットである。図3において、縦軸は成膜速度の
対数値を表し、横軸は基板の絶対温度の逆数を表す。A
lアルコキシドとしてAl(OC2H5)3とAl(i−
OC3H7)3とを用いた。Alアルコキシドの熱分解に
よってAl2O3膜を成膜する場合、図3に示すように基
板温度450℃では、Al(OC2H5)3 による成膜速
度は、約60Å/minである。これに対してAl(i
−OC3H7)3 による成膜速度は約800Å/minで
ある。また基板温度400℃では、Al(OC2H5)3
による成膜速度は約15Å/minである。これに対し
てAl(i−OC3H7)3 による成膜速度は約500Å
/minである。このようにAl(i−OC3H7)3 は
Al(OC2H5)3 と比較して成膜速度が非常に速いこ
とがわかる。FIG. 3 is an Arrhenius plot showing the relationship between the deposition rate of the Al 2 O 3 film by the thermal decomposition of Al alkoxide and the substrate temperature. In FIG. 3, the vertical axis represents the logarithmic value of the film formation rate, and the horizontal axis represents the reciprocal of the absolute temperature of the substrate. A
Al (OC 2 H 5 ) 3 and Al (i-
OC 3 H 7 ) 3 was used. When an Al 2 O 3 film is formed by thermal decomposition of Al alkoxide, as shown in FIG. 3, at a substrate temperature of 450 ° C., the film formation rate of Al (OC 2 H 5 ) 3 is about 60 Å / min. On the other hand, Al (i
Deposition rate by -OC 3 H 7) 3 is about 800 Å / min. At a substrate temperature of 400 ° C, Al (OC 2 H 5 ) 3
The film-forming speed according to is about 15Å / min. On the other hand, the deposition rate of Al (i-OC 3 H 7 ) 3 is about 500Å
/ Min. As described above, it can be seen that Al (i-OC 3 H 7 ) 3 has a very high film formation rate as compared with Al (OC 2 H 5 ) 3 .
【0030】さらに図3に示すようにAlアルコキシド
の熱分解によってAl2O3膜1bを成膜する場合、Al
(i−OC3H7)3 を用いると、反応律速領域が基板温
度300〜400℃の範囲にあり、ソーダライムガラス
を用いたガラス基板1aの歪点が約500℃であること
からソーダライムガラス基板1a上にAl2O3膜1bを
成膜する場合に適している。前述のようにAlアルコキ
シドをAl(i−OC3H7)3 に選んだ場合には、成膜
時の基板1aの温度は300〜450℃の範囲が適当で
あり、さらに好ましくは成膜が反応律速領域で行われ、
なおかつ基板温度があまり低温でない350〜400℃
の範囲がよい。このときのAl2O3膜1bの成膜速度は
10〜40nm/minであり、Al2O3膜1bは10
0〜300nmの膜厚に成膜される。Further, as shown in FIG. 3, when the Al 2 O 3 film 1b is formed by thermal decomposition of Al alkoxide, Al
When (i-OC 3 H 7 ) 3 is used, the reaction rate-determining region is in the substrate temperature range of 300 to 400 ° C., and the strain point of the glass substrate 1 a using soda lime glass is about 500 ° C. It is suitable for forming the Al 2 O 3 film 1b on the glass substrate 1a. When Al alkoxide is selected as Al (i-OC 3 H 7 ) 3 as described above, the temperature of the substrate 1a during film formation is appropriately in the range of 300 to 450 ° C., and more preferably film formation is performed. It is performed in the reaction rate-determining region,
Moreover, the substrate temperature is not too low, 350 to 400 ° C.
The range is good. The deposition rate of the Al 2 O 3 film 1b at this time is 10 to 40 nm / min, and the deposition rate of the Al 2 O 3 film 1b is 10 nm.
The film is formed to a film thickness of 0 to 300 nm.
【0031】図4はCVD法によって基板温度350℃
で成膜されたAl2O3膜の赤外線吸収スペクトルを示す
図であり、図5はCVD法によって基板温度400℃で
成膜されたAl2O3膜の赤外線吸収スペクトルを示す図
であり、図6はCVD法によって基板温度450℃で成
膜されたAl2O3膜の赤外線吸収スペクトルを示す図で
ある。赤外線吸収スペクトルは、試料に赤外光を照射
し、試料からの透過光強度の波長依存性を測定すること
によって得られる。この赤外線吸収スペクトルから、試
料内の特定の結合によって特定の波長の光が吸収される
ことに基づいて、前記特定の結合を有する物質を定量す
ることができる。FIG. 4 shows a substrate temperature of 350 ° C. by the CVD method.
In a diagram showing the infrared absorption spectrum of the formed the Al 2 O 3 film, FIG. 5 is a diagram showing the infrared absorption spectrum of the formed the Al 2 O 3 film at a substrate temperature of 400 ° C. by CVD, FIG. 6 is a diagram showing an infrared absorption spectrum of an Al 2 O 3 film formed at a substrate temperature of 450 ° C. by the CVD method. The infrared absorption spectrum is obtained by irradiating a sample with infrared light and measuring the wavelength dependence of the intensity of transmitted light from the sample. From this infrared absorption spectrum, the substance having the specific bond can be quantified based on the absorption of the light of the specific wavelength by the specific bond in the sample.
【0032】図4、図5および図6はともに横軸が照射
光の波数(cm-1)を表し、縦軸が透過光の透過率を表
している。Al2O3膜1b中の残存未分解物に含まれる
OH基に起因したスペクトル吸収領域は、波数3400
〜500cm-1の範囲を吸収の中心としており、図中の
長波長側にある大きな吸収領域は、Al−Oの結合に起
因するものである。4, 5 and 6, the horizontal axis represents the wave number (cm -1 ) of the irradiation light and the vertical axis represents the transmittance of the transmitted light. The spectral absorption region due to the OH groups contained in the residual undecomposed material in the Al 2 O 3 film 1b has a wave number of 3400.
The absorption center is in the range of up to 500 cm −1 , and the large absorption region on the long wavelength side in the figure is due to the Al—O bond.
【0033】図4において実際のAl2O3膜の吸収スペ
クトルを実線P1で示し、Alアルコキシドの未分解物
が膜中に含まれない場合の吸収スペクトルを破線P2で
示す。またスペクトルが吸収された部分を斜線を付して
示す。図4に実線P1で示されるように基板温度350
℃で成膜したAl2O3膜では、波数3400cm-1を中
心とする領域に比較的大きなスペクトル吸収が見られ、
かなりのAlアルコキシドの未分解物がAl2O3膜中に
残存していることがわかる。In FIG. 4, the solid line P1 shows the actual absorption spectrum of the Al 2 O 3 film, and the broken line P2 shows the absorption spectrum when undecomposed products of Al alkoxide are not contained in the film. In addition, the portion where the spectrum is absorbed is shown by hatching. As shown by the solid line P1 in FIG.
The Al 2 O 3 film formed at ℃ showed a relatively large spectral absorption in the region centered on the wave number of 3400 cm −1 ,
It can be seen that a considerable amount of undecomposed Al alkoxide remains in the Al 2 O 3 film.
【0034】さらに図5においても図4と同様、実線Q
1は実際のAl2O3膜の吸収スペクトルを示し、破線Q
2はAlアルコキシドの未分解物が膜中に含まれない場
合の吸収スペクトルを示す。図5において実線Q1で示
されるように、基板温度400℃で成膜したAl2O3膜
でも波数3400cm-1を中心とする領域にスペクトル
の吸収が見られる。しかしこの場合、図4に示される吸
収と比較して図5では吸収の割合が小さくなっているこ
とがわかる。Further, in FIG. 5, the solid line Q is the same as in FIG.
1 shows the absorption spectrum of an actual Al 2 O 3 film, and the broken line Q
2 shows the absorption spectrum when the undecomposed product of Al alkoxide is not contained in the film. As shown by the solid line Q1 in FIG. 5, the absorption of the spectrum is observed in the region centered on the wave number of 3400 cm −1 even in the Al 2 O 3 film formed at the substrate temperature of 400 ° C. However, in this case, it can be seen that the percentage of absorption is smaller in FIG. 5 compared to the absorption shown in FIG.
【0035】さらに図6において実線Rで示すように基
板温度450℃で成膜されたAl2O3 膜では、波数3
400cm-1を中心とする領域にスペクトルの吸収は見
られない。このように成膜時の基板温度が低い場合には
Al2O3膜中にAlアルコキシドの未分解物が多く残存
し、すなわち膜質が悪く、成膜時の基板温度が高いほど
Al2O3膜中のAlアルコキシドの未分解物が少なく、
すなわち膜質がよいということがわかる。Further, as shown by the solid line R in FIG. 6, in the Al 2 O 3 film formed at the substrate temperature of 450 ° C., the wave number is 3
No spectral absorption is seen in the region centered at 400 cm -1 . Thus, when the substrate temperature during film formation is low, a large amount of undecomposed Al alkoxide remains in the Al 2 O 3 film, that is, the film quality is poor, and the higher the substrate temperature during film formation, the higher the Al 2 O 3 content. There are few undecomposed substances of Al alkoxide in the film,
That is, it is understood that the film quality is good.
【0036】これに対して、成膜時の基板温度が高くな
り、450℃以上の拡散律速領域になると、図2および
図3に示すアレニウスプロットからもわかるように、基
板表面での拡散反応が盛んになり、一旦基板表面に成膜
された成膜粒子が気相中に拡散してしまい、成膜速度が
Alアルコキシドの基板面での反応速度より遅くなる。
また成膜粒子が一旦基板表面上からある程度以上の距離
に離れてしまうと、再び基板面上に供給されなくなる枯
渇分布が生じ始め、均一な膜厚分布が得られなくなる。
このため、Al2O3膜の成膜は反応律速領域で行い、そ
の後の熱処理によって膜中の残存未分解物を分解、酸化
する方法によって均一で膜質のよいAl2O3膜を得るこ
とができると考えられる。On the other hand, when the substrate temperature during film formation becomes higher and the diffusion rate-controlled region is 450 ° C. or higher, as can be seen from the Arrhenius plots shown in FIGS. 2 and 3, the diffusion reaction on the substrate surface is The film becomes vigorous and the film-forming particles once formed on the surface of the substrate diffuse into the gas phase, and the film-forming rate becomes slower than the reaction rate of the Al alkoxide on the substrate surface.
Further, once the film-forming particles are separated from the surface of the substrate by a certain distance or more, a depletion distribution in which the particles are not supplied to the surface of the substrate starts to occur again, and a uniform film thickness distribution cannot be obtained.
Therefore, the Al 2 O 3 film is formed in the reaction rate-determining region, and the subsequent heat treatment can decompose and oxidize the remaining undecomposed material in the film to obtain a uniform and good-quality Al 2 O 3 film. It is thought to be possible.
【0037】ガラス基板1a上にAl2O3膜1bが形成
された基板1は、基板温度450〜500℃に昇温さ
れ、10〜1.01×105Pa、1〜15%のO3 を
含むO2ガス雰囲気中で10〜60分間熱処理を施され
る。Al2O3膜1b中の未分解物は、Al2O3膜1bが
成膜されたときの基板温度以上の高温で熱分解され、A
l2O3膜1b中からイソプロピルアルコール、H2Oな
どになって放散され、O2雰囲気中で酸化される。これ
によってAl2O3膜1bの膜厚は85〜90%に減少
し、赤外線吸収スペクトルにおけるOH基の吸収が消滅
する。The substrate 1 having the Al 2 O 3 film 1b formed on the glass substrate 1a is heated to a substrate temperature of 450 to 500 ° C., 10 to 1.01 × 10 5 Pa, and 1 to 15% of O 3. The heat treatment is performed for 10 to 60 minutes in an O 2 gas atmosphere containing. Undegraded product in the Al 2 O 3 film 1b is thermally decomposed at a temperature higher than the substrate temperature when the Al 2 O 3 film 1b is deposited, A
Isopropyl alcohol, H 2 O, etc. are diffused from the l 2 O 3 film 1b and diffused, and are oxidized in an O 2 atmosphere. As a result, the thickness of the Al 2 O 3 film 1b is reduced to 85 to 90%, and the absorption of OH groups in the infrared absorption spectrum disappears.
【0038】基板温度350〜400℃で成膜されたA
l2O3膜1bは、基板温度450℃以上で30分間の熱
処理を行えば、Al2O3膜1b中に残存する未分解物に
起因した赤外線吸収スペクトルにおけるOH基の吸収が
消滅することが確認されている。さらにこれによってA
l2O3膜1b中の未分解物に起因したリーク電流がなく
なり、Al2O3膜1bの絶縁特性が良好となる。またさ
らに、熱処理時にO3を添加することによって、O2 雰
囲気中で熱処理を行った場合より、リーク電流が低減さ
れ、絶縁特性がさらに改善されることから、O3 の効果
が確認される。これらの結果から残存未分解物が分解さ
れたことが確認される。A formed at a substrate temperature of 350 to 400 ° C.
If the l 2 O 3 film 1b is heat-treated at a substrate temperature of 450 ° C. or higher for 30 minutes, the absorption of OH groups in the infrared absorption spectrum due to undecomposed substances remaining in the Al 2 O 3 film 1b disappears. Has been confirmed. In addition, A
The leak current due to the undecomposed material in the l 2 O 3 film 1b is eliminated, and the insulating properties of the Al 2 O 3 film 1b are improved. Furthermore, by adding O 3 during the heat treatment, the leakage current is reduced and the insulating characteristics are further improved, as compared with the case where the heat treatment is performed in an O 2 atmosphere, so that the effect of O 3 is confirmed. From these results, it is confirmed that the residual undecomposed matter was decomposed.
【0039】このように基板温度350〜400℃で成
膜されたAl2O3膜1bは450℃以上の熱処理によっ
てAl2O3膜1b中に残存する未分解物が分解・除去さ
れ、緻密でピンホールのないAl2O3膜1bが得られ
る。ソーダライムガラスは温度変化による収縮率が大き
く、ソーダライムガラスの歪点がほぼ500℃であるこ
とから当該熱処理の基板温度の上限は500℃に選ぶ。
前記Al2O3膜1bが300〜450℃の基板温度で成
膜されるときは、450〜500℃の温度範囲で熱処理
を施すことが必要である。As described above, the Al 2 O 3 film 1b formed at the substrate temperature of 350 to 400 ° C. is decomposed and removed by the heat treatment at 450 ° C. or higher, and the undecomposed matter remaining in the Al 2 O 3 film 1b is decomposed and removed. Thus, an Al 2 O 3 film 1b having no pinhole is obtained. Since soda lime glass has a large shrinkage ratio due to temperature change and the strain point of soda lime glass is approximately 500 ° C., the upper limit of the substrate temperature for the heat treatment is selected to be 500 ° C.
When the Al 2 O 3 film 1b is formed at a substrate temperature of 300 to 450 ° C., it is necessary to perform heat treatment in the temperature range of 450 to 500 ° C.
【0040】図7は、成膜方法が異なるAl2O3膜1b
のアルカリイオン拡散防止効果を示す図である。図7に
示すグラフは、ソーダガラス基板1a上にスパッタ法お
よび本実施例のCVD法を用いてAl2O3膜1bを膜厚
150nmに成膜し、前記試料を500℃、2時間の熱
処理後、IMA(イオンマイクロプローブアナライザ)
を用いて試料の膜厚方向のアルカリイオン組成を測定し
た。FIG. 7 shows an Al 2 O 3 film 1b having a different film forming method.
It is a figure which shows the alkali ion diffusion prevention effect of. In the graph shown in FIG. 7, an Al 2 O 3 film 1b having a film thickness of 150 nm is formed on the soda glass substrate 1a by the sputtering method and the CVD method of the present embodiment, and the sample is heat-treated at 500 ° C. for 2 hours. After that, IMA (ion micro probe analyzer)
Was used to measure the alkali ion composition in the film thickness direction of the sample.
【0041】前記スパッタ法によるAl2O3膜は、ター
ゲットとしてメタルターゲットAl99.999を使用
し、混合比Ar/O2=1/1で混合したAr+O2混合
ガス雰囲気中で気圧5×10-3Torr、基板温度20
0℃、加速電圧2.5KV、電流450mAの条件下で
反応性スパッタ法によって成膜した。The Al 2 O 3 film formed by the sputtering method uses a metal target Al99.999 as a target and has an atmospheric pressure of 5 × 10 − in a mixed gas atmosphere of Ar + O 2 mixed with Ar / O 2 = 1/1. 3 Torr, substrate temperature 20
A film was formed by a reactive sputtering method under the conditions of 0 ° C., an acceleration voltage of 2.5 KV, and a current of 450 mA.
【0042】また前記CVD法によるAl2O3膜の成膜
は、AlアルコキシドとしてAl(i−OC3H7)3 を
用い、基板温度350℃、成膜速度10nm/min、
成膜時間18分間で基板上に一旦Al2O3膜を膜厚18
0nmに成膜し、さらに480℃(前処理を行っていな
い基板に対しては450℃)、30分間の熱処理を施し
て行った。このときAl2O3膜の膜厚は、150nm±
10nmであった。The Al 2 O 3 film is formed by the CVD method using Al (i-OC 3 H 7 ) 3 as the Al alkoxide, the substrate temperature is 350 ° C., the film forming speed is 10 nm / min,
An Al 2 O 3 film was once formed on the substrate with a film formation time of 18 minutes to a film thickness of 18 minutes.
The film was formed to a thickness of 0 nm and further heat-treated at 480 ° C. (450 ° C. for a substrate not subjected to pretreatment) for 30 minutes. At this time, the thickness of the Al 2 O 3 film is 150 nm ±
It was 10 nm.
【0043】IMAは、試料にCsやOなどの一次イオ
ンのビームを照射し、試料から放出される二次イオンを
磁場偏向形質量分析計に導いて質量分析することによっ
て元素分析を行う。IMAによれば、前記一次イオンの
照射によって試料がエッチングされるので、特定元素濃
度の時間変化を測定することは試料の厚み方向への前記
特定元素の濃度変化を測定することに等しい。The IMA performs elemental analysis by irradiating a sample with a beam of primary ions such as Cs and O, and guiding the secondary ions emitted from the sample to a magnetic field deflection type mass spectrometer for mass analysis. According to IMA, the sample is etched by the irradiation of the primary ions, so measuring the change over time in the concentration of the specific element is equivalent to measuring the change over the concentration of the specific element in the thickness direction of the sample.
【0044】このようにしてCVD法によって成膜され
たAl2O3膜1bは、ソーダガラスとの界面から膜厚方
向に約25nmの位置にナトリウムイオンが検出されて
いる。図7に示すように、CVD法によって成膜された
Al2O3膜はスパッタ法によって成膜されたAl2O3膜
に比べてナトリウムイオンの拡散防止効果に優れ、スパ
ッタ法によるAl2O3膜の約半分の膜厚でイオンバリア
層としての効果を発揮することができる。このため、前
述のCVD法によるAl2O3膜1bの膜厚は50nm以
上であればイオンバリア層として十分なアルカリイオン
拡散防止性が得られる。さらに製造コストの面を考慮し
て、前記Al2O3膜の膜厚は50〜500nmの範囲が
適当である。In the Al 2 O 3 film 1b thus formed by the CVD method, sodium ions are detected at a position of about 25 nm in the film thickness direction from the interface with the soda glass. As shown in FIG. 7, excellent diffusion preventing effect of sodium ions than Al 2 O 3 film formed by the formed the Al 2 O 3 film is a sputtering method by CVD, Al 2 O by sputtering The effect as an ion barrier layer can be exhibited with a film thickness of about half that of the three films. Therefore, if the thickness of the Al 2 O 3 film 1b formed by the above-described CVD method is 50 nm or more, a sufficient alkali ion diffusion preventing property as an ion barrier layer can be obtained. Further, in consideration of the manufacturing cost, the film thickness of the Al 2 O 3 film is preferably in the range of 50 to 500 nm.
【0045】また、ナトリウムイオン以外のSi+イオ
ン、Ca+イオンは、イオンの分子量が大きいため、こ
れらのイオンに関してはイオンバリア層としてのAl2
O3膜がある程度緻密な分子構造であればよく、スパッ
タ法によるAl2O3膜とCVD法によるAl2O3膜とを
比較しても図4に示すようにAl2O3膜の膜厚方向のイ
オン分布に大きな差は見られない。したがってこれらの
イオンに関しては、スパッタ法によるAl2O3膜でも十
分なイオン拡散防止効果が得られる。Since Si + ions and Ca + ions other than sodium ions have large molecular weights, Al 2 as an ion barrier layer is used for these ions.
O 3 film may be a dense molecular structure somewhat, the Al 2 O 3 film of film as shown in the Al 2 O 3 film and 4 also compares the the Al 2 O 3 film by CVD method by sputtering There is no significant difference in the ion distribution in the thickness direction. Therefore, for these ions, a sufficient ion diffusion preventing effect can be obtained even with an Al 2 O 3 film formed by sputtering.
【0046】[0046]
【表1】 [Table 1]
【0047】表1に本発明に従って製造された基板1を
用いる薄膜EL素子7とその他の薄膜EL素子とのエー
ジングの比較結果を示す。表1において、の薄膜EL
素子は、イオンバリア層を成膜しないソーダライムガラ
スを基板として用いる。の薄膜EL素子は、ソーダラ
イムガラス基板上にイオンバリア層としてDIP法によ
るSiO2 膜を成膜した基板を用いる。の薄膜EL素
子は、ソーダライムガラス基板上にイオンバリア層とし
て本発明のCVD法によるAl2O3膜を成膜した基板1
を用いる。の薄膜EL素子は、ソーダライムガラス基
板上にイオンバリア層としてスパッタ法によるSi3N4
膜を成膜した基板を用いる。の薄膜EL素子は、アル
カリイオンを含まないノンアルカリガラス(日本電気硝
子株式会社製OA−2)を基板として用いる。これらの
薄膜EL素子をそれぞれエージングし、比較した。Table 1 shows the aging comparison results of the thin film EL element 7 using the substrate 1 manufactured according to the present invention and other thin film EL elements. In Table 1, the thin film EL of
The device uses soda lime glass as a substrate on which the ion barrier layer is not formed. The thin film EL device of (1) uses a substrate in which a SiO 2 film formed by the DIP method is formed as an ion barrier layer on a soda lime glass substrate. The thin film EL device of No. 1 is a substrate 1 in which an Al 2 O 3 film is formed by a CVD method of the present invention as an ion barrier layer on a soda lime glass substrate.
To use. The thin film EL device of is a Si 3 N 4 film formed by sputtering as an ion barrier layer on a soda lime glass substrate.
A substrate on which a film is formed is used. In the thin film EL device of No. 3, non-alkali glass containing no alkali ions (OA-2 manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) is used as a substrate. Each of these thin film EL devices was aged and compared.
【0048】DIP法によってSiO2 膜を成膜した基
板は、「DIPコート」として市販されており、SiO
2 膜の膜厚が100nmに成膜されている。CVD法に
よってAl2O3膜を成膜した基板は、成膜時の基板温度
350℃、成膜速度10nm/min、成膜時間11分
間で一旦Al2O3膜を110nmに成膜した後、約15
%のO3を含むO2ガス雰囲気中で基板温度450℃、3
0分間の熱処理を行った。これによって膜厚約100n
mのAl2O3膜を得た。さらにスパッタ法によるSi3
N4膜はターゲットとしてシリコン99.999を用
い、N2 ガス雰囲気中、気圧5×10-3Torr、基板
温度250℃、加速電圧2.5KV、電流450mAの
条件下で膜厚100nmに成膜した。エージングは温度
55℃で薄膜EL素子の電極にf=500Hzの交流電
界を20時間、120時間および240時間継続印加し
て行う。その後ブレークポイント(微小絶縁破壊点)の
発生数を計数する。また薄膜EL素子は、6400絵素
に形成される。The substrate on which the SiO 2 film is formed by the DIP method is commercially available as "DIP coat".
The two films have a thickness of 100 nm. Substrate was formed an Al 2 O 3 film by the CVD method, the substrate temperature 350 ° C. at the time of film formation, is once deposited an Al 2 O 3 film to 110nm at a deposition rate of 10 nm / min, the film formation time 11 minutes , About 15
% O 3 in an O 2 gas atmosphere at a substrate temperature of 450 ° C., 3
Heat treatment was performed for 0 minutes. This gives a film thickness of about 100n
m Al 2 O 3 film was obtained. Furthermore, Si 3 by sputtering method
The N 4 film uses silicon 99.999 as a target and is formed to have a film thickness of 100 nm under the conditions of an atmospheric pressure of 5 × 10 −3 Torr, a substrate temperature of 250 ° C., an acceleration voltage of 2.5 KV, and a current of 450 mA in an N 2 gas atmosphere. did. Aging is performed by continuously applying an AC electric field of f = 500 Hz to the electrodes of the thin film EL element at a temperature of 55 ° C. for 20, 120 and 240 hours. After that, the number of break points (minute dielectric breakdown points) is counted. Further, the thin film EL element is formed in 6400 picture elements.
【0049】表1に示すように、の薄膜EL素子で
は、イオンバリア層を成膜しないため、他のEL素子と
比較してブレークポイントの発生が極度に多く、基板の
アルカリイオンの影響と見られるブレークポイントがエ
ージング時間に伴い透明電極の長手方向両端部に沿って
多数発生し、240時間後には電極の断線を生じた。
の薄膜EL素子では、DIP法によってSiO2 膜を基
板上に成膜しているため、イオンバリア層のないものに
比較してブレークポイントの発生をかなり低く抑えるこ
とができるが、エージング時間に伴ってブレークポイン
トが増加し、240時間後に電極の断線を生じた。As shown in Table 1, in the thin film EL element, since the ion barrier layer is not formed, the number of break points is extremely large as compared with other EL elements, which is considered to be the influence of the alkali ions of the substrate. Many break points occurred along the aging time along both ends of the transparent electrode in the longitudinal direction, and the electrode was broken after 240 hours.
In the thin-film EL element of, since the SiO 2 film is formed on the substrate by the DIP method, the occurrence of the break point can be suppressed to a considerably low level as compared with the case without the ion barrier layer, but with the aging time. The break point increased, and the electrode was broken after 240 hours.
【0050】また、Al2O3膜を成膜したの薄膜EL
素子と、Si3N4膜を成膜したの薄膜EL素子とはノ
ンアルカリガラスOA−2を基板として用いたの薄膜
EL素子と同程度にブレークポイントの発生数は少な
く、CVD法によるAl2O3膜およびスパッタ法による
Si3N4膜はともにイオンバリア層として十分なアルカ
リイオン拡散防止性を備えることが確認された。また、
発光層4を電子ビーム蒸着法で成膜した場合も、発光層
4をCVD法で成膜した場合と同様にCVD法によるA
l2O3膜は十分なアルカリイオン拡散防止性を示してい
ることが確認された。Further, a thin-film EL device having an Al 2 O 3 film is formed.
The element and the thin film EL element formed with the Si 3 N 4 film have the same small number of break points as the thin film EL element using the non-alkali glass OA-2 as a substrate, and Al 2 formed by the CVD method. It was confirmed that both the O 3 film and the Si 3 N 4 film formed by the sputtering method have sufficient alkali ion diffusion preventing properties as an ion barrier layer. Also,
Even when the light emitting layer 4 is formed by the electron beam vapor deposition method, A by the CVD method is used as in the case of forming the light emitting layer 4 by the CVD method.
It was confirmed that the l 2 O 3 film exhibited a sufficient alkali ion diffusion preventive property.
【0051】以上のように本実施例によれば、薄膜EL
素子7は、透光性を有するガラス基板1a上にイオンバ
リア層としてAl2O3膜1bが成膜され、前記Al2O3
膜1bに積層して薄膜EL素子7の構成部材が形成され
る。前記基板1は、ソーダライムガラスを用いたガラス
基板1a表面上に、Alアルコキシドの熱分解によるC
VD法を用いてAl2O3膜1bが成膜され、さらに基板
1はO3を含むO2混合ガス雰囲気中で熱処理を施され
る。このため、成膜されるAl2O3膜の膜質がよく、薄
膜EL素子7の製造工程における熱処理においても、ソ
ーダライムガラスからの構成部材へのアルカリイオンの
拡散を防止でき、基板1中のアルカリイオンの拡散に起
因する微小絶縁破壊点の発生を低減することができる。
また、安価なソーダライムガラスをガラス基板1aとし
て使用することができるので、薄膜EL素子7の製造コ
ストを低減することができる。As described above, according to this embodiment, the thin film EL
In the element 7, the Al 2 O 3 film 1b is formed as an ion barrier layer on the glass substrate 1a having translucency, and the Al 2 O 3 is formed.
The constituent members of the thin film EL element 7 are formed by laminating on the film 1b. The substrate 1 is a glass substrate 1a made of soda lime glass, and C
An Al 2 O 3 film 1b is formed using the VD method, and the substrate 1 is further heat-treated in an O 2 mixed gas atmosphere containing O 3 . Therefore, the quality of the formed Al 2 O 3 film is good, and even in the heat treatment in the manufacturing process of the thin film EL element 7, it is possible to prevent the diffusion of alkali ions from the soda lime glass to the constituent members, and It is possible to reduce the occurrence of minute dielectric breakdown points due to the diffusion of alkali ions.
Further, since inexpensive soda lime glass can be used as the glass substrate 1a, the manufacturing cost of the thin film EL element 7 can be reduced.
【0052】また前記AlアルコキシドはAl(i−O
C3H7)3 に選ばれるので、比較的低温でも他のAlア
ルコキシドを用いる場合よりも成膜速度が速く、生産性
よくAl2O3膜1bを成膜することができる。The Al alkoxide is Al (i-O
Since C 3 H 7 ) 3 is selected, the deposition rate is higher than that when other Al alkoxide is used even at a relatively low temperature, and the Al 2 O 3 film 1b can be deposited with high productivity.
【0053】さらに前記Al2O3膜1bの成膜時の基板
温度を300〜450℃に選ぶので、膜厚の均一性の高
いAl2O3膜1bを成膜することができる。Further, since the substrate temperature at the time of forming the Al 2 O 3 film 1b is selected to be 300 to 450 ° C., it is possible to form the Al 2 O 3 film 1b having high film thickness uniformity.
【0054】さらにO3を含むO2ガス雰囲気中で行う熱
処理を400〜500℃の範囲に選ぶので、歪点の低い
ソーダライムガラスの許容温度以下でAl2O3膜1b中
に残存する未分解物を分解し、膜質のよいAl2O3膜1
bを得ることができる。Further, since the heat treatment carried out in the atmosphere of O 2 gas containing O 3 is selected in the range of 400 to 500 ° C., the unheated remaining in the Al 2 O 3 film 1b below the allowable temperature of soda lime glass having a low strain point. Al 2 O 3 film with good film quality by decomposing decomposed products 1
b can be obtained.
【0055】さらにまた、Al2O3膜1bの膜厚を50
〜500nmに選ぶので、ソーダライムガラスから拡散
されるアルカリイオンがAl2O3膜1b表面から薄膜E
L素子7の構成部材中に拡散されることを防止すること
ができる。Furthermore, the film thickness of the Al 2 O 3 film 1b is set to 50.
~ 500 nm is selected, so that the alkali ions diffused from the soda lime glass are thin film E from the surface of the Al 2 O 3 film 1b.
It is possible to prevent diffusion into the constituent members of the L element 7.
【0056】[0056]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガラス基
板の少なくとも一方表面上に、原料としてアルミニウム
アルコキシドを用いた気相成長法によってAl2O3膜を
成膜し、前記Al2O3膜を成膜したガラス基板をオゾン
と酸素との混合ガス雰囲気中で熱処理を行う。成膜の原
料としてアルミニウムアルコキシドを用いるので、成膜
時に比較的低い基板温度でAl2O3膜を成膜することが
できる。また成膜法として、気相成長法を用いるためA
l2O3膜が流動性中間生成物を経て成膜されるので、ス
テップカバレージに優れた成膜が可能となる。このため
ピンホールのないAl2O3膜を成膜することができる。
また、スパッタ法によって成膜する場合に比べてスパッ
タガスの膜中への取込みなどによる膜質の低下が発生し
ない。さらに気相成長法によって成膜されたガラス基板
をオゾンと酸素との混合ガスを雰囲気として熱処理を施
すので、Al2O3膜中の残存未分解物を分解、酸化する
ことができ、膜質のよい緻密で高密度のAl2O3膜を成
膜することができる。これによって、Al2O3膜におけ
る高いアルカリイオン拡散防止効果を得ることができ
る。したがって、安価で平滑性の高いソーダライムガラ
スを基板に使用することができ、基板の製造コストを低
減することができる。According to the present invention as described above, according to the present invention, on at least one surface of the glass substrate was deposited an Al 2 O 3 film by a vapor deposition method using aluminum alkoxide as a starting material, the Al 2 O The glass substrate on which the three films are formed is heat-treated in a mixed gas atmosphere of ozone and oxygen. Since aluminum alkoxide is used as a raw material for film formation, the Al 2 O 3 film can be formed at a relatively low substrate temperature during film formation. Further, since the vapor deposition method is used as the film forming method, A
Since the l 2 O 3 film is formed through the fluid intermediate product, it is possible to form a film with excellent step coverage. Therefore, an Al 2 O 3 film without pinholes can be formed.
Further, as compared with the case of forming a film by the sputtering method, the deterioration of the film quality due to the incorporation of the sputtering gas into the film does not occur. Furthermore, since the glass substrate formed by the vapor phase growth method is heat-treated in a mixed gas of ozone and oxygen as an atmosphere, residual undecomposed substances in the Al 2 O 3 film can be decomposed and oxidized, and the film quality can be improved. A good dense and high density Al 2 O 3 film can be formed. This makes it possible to obtain a high effect of preventing alkali ion diffusion in the Al 2 O 3 film. Therefore, inexpensive and highly smooth soda lime glass can be used for the substrate, and the manufacturing cost of the substrate can be reduced.
【0057】また本発明によれば、前記アルミニウムア
ルコキシドをAl(i−OC3H7)3に選ぶので、比較
的低温でもガラス基板上に成膜されるAl2O3 膜の成
膜速度が速く、生産性よく成膜処理を行うことができ
る。Further, according to the present invention, since the aluminum alkoxide is selected as Al (i-OC 3 H 7 ) 3 , the deposition rate of the Al 2 O 3 film formed on the glass substrate even at a relatively low temperature can be improved. The film forming process can be performed quickly and with good productivity.
【0058】さらに本発明によれば、前記Al2O3膜の
成膜時の基板温度を300〜450℃の範囲に選ぶの
で、成膜速度が速く、膜厚が均一なAl2O3膜を形成す
ることができる。Further, according to the present invention, since the substrate temperature at the time of forming the Al 2 O 3 film is selected in the range of 300 to 450 ° C., the film forming rate is high and the Al 2 O 3 film having a uniform film thickness is formed. Can be formed.
【0059】さらにまた本発明によれば、前記Al2O3
膜が形成された基板はオゾンと酸素との混合ガス雰囲気
中で400〜500℃の範囲内で熱処理を施されるの
で、Al2O3膜中に未分解物が残存せず、緻密でピンホ
ールが少なく、アルカリイオン拡散防止効果に優れたA
l2O3膜を得ることができる。Still further in accordance with the present invention, said Al 2 O 3
Since the substrate on which the film is formed is subjected to heat treatment within a range of 400 to 500 ° C. in a mixed gas atmosphere of ozone and oxygen, undecomposed matter does not remain in the Al 2 O 3 film, and the pin is dense. A with few holes and excellent effect of preventing alkali ion diffusion
An l 2 O 3 film can be obtained.
【0060】また本発明によれば、前記Al2O3膜は膜
厚50〜500nmの範囲に成膜されるので、基板から
のアルカリイオンがAl2O3膜を介して拡散することを
防止することができる。Further, according to the present invention, since the Al 2 O 3 film is formed in the thickness range of 50 to 500 nm, alkali ions from the substrate are prevented from diffusing through the Al 2 O 3 film. can do.
【図1】本発明の基板の製造方法に従って製造された基
板1を用いる薄膜EL素子7の構成を示す断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film EL element 7 using a substrate 1 manufactured according to a substrate manufacturing method of the present invention.
【図2】一般的なCVD法による成膜速度と基板温度と
の関係を示すアレニウスプロットである。FIG. 2 is an Arrhenius plot showing a relationship between a film formation rate by a general CVD method and a substrate temperature.
【図3】Alアルコキシドの熱分解によるAl2O3膜の
成膜速度と基板温度との関係を示すアレニウスプロット
である。FIG. 3 is an Arrhenius plot showing the relationship between the deposition rate of an Al 2 O 3 film by thermal decomposition of Al alkoxide and the substrate temperature.
【図4】CVD法によって基板温度350℃で成膜され
たAl2O3膜の赤外線吸収スペクトルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an infrared absorption spectrum of an Al 2 O 3 film formed at a substrate temperature of 350 ° C. by a CVD method.
【図5】CVD法によって基板温度400℃で成膜され
たAl2O3膜の赤外線吸収スペクトルを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an infrared absorption spectrum of an Al 2 O 3 film formed at a substrate temperature of 400 ° C. by a CVD method.
【図6】CVD法によって基板温度450℃で成膜され
たAl2O3膜の赤外線吸収スペクトルを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an infrared absorption spectrum of an Al 2 O 3 film formed at a substrate temperature of 450 ° C. by a CVD method.
【図7】成膜方法が異なるAl2O3膜1bのアルカリイ
オン拡散防止効果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an alkali ion diffusion preventing effect of an Al 2 O 3 film 1b having a different film forming method.
【図8】SiO2膜、Al2O3膜およびSi3N4 膜中へ
のアルカリイオンの熱拡散状況を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a state of thermal diffusion of alkali ions into a SiO 2 film, an Al 2 O 3 film and a Si 3 N 4 film.
1 基板 1a 透光性ガラス基板 1b Al2O3膜 2 透明電極 3 下部絶縁層 4 発光層 5 上部絶縁層 6 背面電極1 substrate 1a translucent glass substrate 1b Al 2 O 3 film 2 transparent electrode 3 lower insulating layer 4 light emitting layer 5 upper insulating layer 6 back electrode
Claims (5)
原料としてアルミニウムアルコキシドを用いた気相成長
法によってAl2O3膜を成膜する工程と、 前記Al2O3膜を成膜したガラス基板を、オゾンと酸素
との混合ガス雰囲気中で熱処理を行う工程とを含むこと
を特徴とする基板の製造方法。1. On at least one surface of a glass substrate,
A step of forming an Al 2 O 3 film by a vapor phase growth method using aluminum alkoxide as a raw material, and a glass substrate on which the Al 2 O 3 film is formed are heat-treated in a mixed gas atmosphere of ozone and oxygen. And a step of performing the method.
(i−OC3H7)3 に選ばれることを特徴とする請求項
1記載の基板の製造方法。2. The aluminum alkoxide is Al
(I-OC 3 H 7) the production method of the substrate according to claim 1, wherein the chosen 3.
00〜450℃の範囲に選ぶことを特徴とする請求項1
記載の基板の製造方法。3. The substrate temperature at the time of forming the Al 2 O 3 film is 3
2. The range of 00 to 450 [deg.] C. is selected.
A method for manufacturing the substrate described.
う熱処理温度を400〜500℃の範囲に選ぶことを特
徴とする請求項1記載の基板の製造方法。4. The method of manufacturing a substrate according to claim 1, wherein the heat treatment temperature performed in a mixed gas atmosphere of ozone and oxygen is selected in the range of 400 to 500 ° C.
mの範囲に選ぶことを特徴とする請求項1記載の基板の
製造方法。5. The thickness of the Al 2 O 3 film is 50 to 500 n.
2. The method for manufacturing a substrate according to claim 1, wherein the range is m.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5179413A JPH0736024A (en) | 1993-07-20 | 1993-07-20 | Production of substrate |
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JP5179413A JPH0736024A (en) | 1993-07-20 | 1993-07-20 | Production of substrate |
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Family Applications (1)
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JP (1) | JPH0736024A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1993
- 1993-07-20 JP JP5179413A patent/JPH0736024A/en active Pending
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