CN1450841A - 发光设备、液晶显示设备及它们的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体设备的结构及其制造方法，该半导体设备即使在显示屏尺寸增加时也能实现低功耗。本发明形成一绝缘层，在绝缘层中形成隐埋互连(为Cu、Au、Ag、Ni、Cr、Pd、Rh、Sn、Pb或其合金)。进一步，在平面化绝缘层表面之后，在暴露部分中形成金属保护膜(Ti、TiN、Ta、TaN或类似物)。通过在发光设备或液晶显示设备的各种线(栅线、源线、电源线、公用线等等)的部分中使用隐埋互连，降低了线电阻。

Description

发光设备、液晶显示设备及它们的制造方法
                          发明背景
1.技术领域
本发明涉及一种具有配置了薄膜晶体管(以下称为TFT)电路的半导体器件及其制造方法。例如，本发明涉及一种装备了作为一部件的光电设备的电子装置，该光电设备可为液晶显示器或带有有机发光元件(OLED)的发光设备。
因此，本说明书中的半导体设备指的是一种总体上的设备，该设备能够有效利用半导体特性，也就是说，光电设备、半导体电路和电子装置都归入半导体设备中。
2.相关技术的描述
近来，关注的技术是通过使用形成于带有绝缘表面的衬底上的半导体膜(厚度：约几至几百nm)来构造薄膜晶体管(TFT)。薄膜晶体管广泛应用于电子设备中，如集成电路(ICs)和光电设备。特别是，用于图像显示设备的开关元件发展迅速。
常规地，认为液晶显示器是图像显示设备。有一种更多地使用有源矩阵型液晶显示器的倾向，因为与无源型液晶显示设备相比它能够获得更清晰的图像。在有源矩阵液晶显示设备中，通过驱动以矩阵形式排列的像素电极来在屏幕上形成显示图案。特定地，通过在所选像素电极和与该电极相对应的反电极之间施加电压，在位于像素电极和反电极之间的液晶层中进行光调制。该光调制作为显示图案由观察者识别。
同时，对于使用有机发光器件(OLED)的发光设备，TFT是实现有源矩阵驱动方案中必需的元件。所以，使用OLED的发光设备在每一像素中至少具有一个用作开关元件的TFT和一个向OLED提供电流的TFT。使用有机化合物作为发光材料的发光元件，特点为厚度小、重量轻、可靠性高、可由直流低压驱动，期盼将它们用于下一代的显示板中。特别是，认为以矩阵形式排列的发光元件的显示设备在宽视角方面很有优势，因此与常规的液晶显示设备相比它具有更高的可视性。
发光元件的发光机理如下。那就是，通过向插入有机化合物层的一对电极施加电压，在有机化合物层的发光中心，在阴极注入的电子和在阳极注入的空穴复合。分子激励物返回基态，放出能量致使发光。已知激发态是单态激发和三态激发。通过任一激发态都可产生电致发光。
对于由以矩阵形式排列的这样的发光元件形成的发光设备，可以使用无源矩阵驱动(简单矩阵型)方案和有源矩阵驱动(有源矩阵型)方案。但是，在像素密度增加的情况下，每一像素(或一点)中带有开关的有源矩阵型更好，因为它能够由低压驱动。
这样的有源矩阵型显示设备(典型的是，液晶和发光显示设备)的应用在增多。随着显示屏尺寸面积的增加，对于改善清晰度、断路率和可靠性的要求也增加了。同时，还要求产量增加和造价降低。
常规地，用铝作为TFT栅互连材料来制造TET时，会遇到如丘状或须状的突起，该突起是由于铝原子扩散到沟道区域中引起热处理或TFT不良处理或TFT特性降低形成的。为了解决这个问题，在使用抗热过程的金属材料的情况下，典型的是高熔点金属元素，会产生互连电阻增加的问题，或者随着显示屏面积尺寸的增加会引起功耗增加。
因此，本发明要解决的问题就是提供一种半导体设备的结构和用于制造该设备的方法，该设备即使在显示屏尺寸增加时，也能实现低功耗。
                          发明概述
为了解决这个问题，本发明形成一绝缘层，在绝缘层中形成隐埋互连(为Cu、Au、Ag、Ni、Cr、Pd、Rh、Sn、Pb或其合金)。接着，在平面化绝缘层表面后，在外露部分形成金属保护膜(Ti、TiN、Ta、TaN或类似物)。通过在发光设备和液晶显示设备的各种线路(栅极、源极、电源线、公用线等等)部分使用隐埋连接，可降低连线电阻。即使在显示屏面积尺寸增加的情况下，本发明也能够实现低功耗。
如图1A-1E所示，本说明书中披露的本发明的结构为一发光设备，在具有绝缘表面的第一层衬底和具有透光性的第二衬底间，包括：
一个像素区域，具有大量发光元件，该发光元件有第一电极、位于第一电极上并与第一电极接触的包含有机化合物的一层、位于包含有机化合物层上并与该层接触的第二电极；和
一个驱动电路，具有薄膜晶体管；
其中像素区域排列有隐埋互连制作的栅线、源线或电源线。
在该结构中，隐埋互连为电镀处理过的铜、银、金或其合金。隐埋互连还可位于比薄膜晶体管更低的层中。
在该结构中，包含有机化合物的层可以是白光发射材料，并与位于第二衬底上的彩色滤光片相结合。另外，包含有机化合物的层可以是用于单色光发射的材料，并与位于第二衬底上的色彩变换层或彩色层相结合。
为了实现这一构造，本发明内容还包含制造发光设备的方法，包括：
第一步，在绝缘表面形成具有导电性的抗蚀刻层；
第二步，形成覆盖抗蚀刻层的第一绝缘膜；
第三步，蚀刻第一绝缘膜，开出一个通到抗蚀刻层的开口；
第四步，形成种晶层并进行电镀，形成覆盖开口的隐埋互连；
第五步，进行平面化；
第六步，形成含有铝的第二绝缘膜；
第七步，在第二绝缘膜上形成第三绝缘膜；
第八步，在第三绝缘膜上形成一个半导体层；
第九步，在半导体层上形成第四绝缘膜；
第十步，在第四绝缘膜上形成一个栅电极；
第十一步，形成连接到半导体层的线路和连接隐埋互连的连线；
第十二步，形成第一电极；和
第十三步，在第一电极上形成包含有机化合物的一层，在包含有机化合物的层上形成第二电极。
在有关制造方法的部分中，隐埋互连也可为电源线。
还有，在有关制造方法的部分中，隐埋互连为铜、银、金或其合金。
另外，如图12所示，另一发明部分为液晶显示设备，在具有绝缘表面的第一衬底和具有透光性的第二衬底之间，包括：
一个像素区域，具有第一电极、第二电极和夹在两电极间的液晶材料；和
一个驱动电路，具有薄膜晶体管；
其中像素区域排列有由隐埋互连制成的栅线或源线。
在这部分中，隐埋互连也可为铜、银、金或其合金。在这部分中，隐埋互连也可位于比薄膜晶体管更低的层中。
为了实现这一构造，本发明内容还包含制造液晶显示设备的方法，包括：
第一步，在绝缘表面上形成一个有导电性的抗蚀刻层；
第二步，形成覆盖抗蚀刻层的第一绝缘膜；
第三步，蚀刻第一绝缘膜，开出一个通到抗蚀刻层的开口；
第四步，形成种晶层，并进行电镀，形成覆盖开口的隐埋互连；
第五步，进行平面化；
第六步，形成含有铝的第二绝缘膜；
第七步，在第二绝缘膜上形成第三绝缘膜；
第八步，在第三绝缘膜上形成一个半导体层；
第九步，在半导体层上形成第四绝缘膜；
第十步，在第四绝缘膜上形成栅电极；
第十一步，形成连接到半导体层的源极线和连接在隐埋互连与栅线间的连线。
在有关制造方法的部分中，隐埋互连也可为栅线。在有关制造方法的部分中，隐埋互连也可为铜、银、金或其合金。
电镀还可用抗蚀刻层作种晶层。
由此，发光元件(EL元件)具有一层包含有机化合物的层、阳极和阴极，通过施加电场(以下描述为EL层)可获得电致发光。有机化合物中的电致发光包括由单态激发态返回到基态的发光(荧光)和由三态激发态返回到基态的发光(磷光)。本发明制造的发光设备适用于使用任一发光的情况。
包含有机化合物的层为叠层结构。典型地，所包含的叠层结构在阳极有空穴传输层/发光层/电子传输层。这种结构具有非常高的发光效率。当前所研究和开发的所有发光设备几乎都采用了这种结构。此外，该结构也可为按如下顺序的叠层：电极注入层/空穴传输层/电子传输层或空穴注入层/空穴传输层/发光层/发光层/电子传输层/电子注入层。发光层可掺杂荧光色素或类似物。所有这些层都可使用低分子材料形成或都可使用高分子材料形成。由此，在本说明书中，在阴极和阳极之间的所有层可共称为包含有机化合物的层(EL层)。因此，空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层都包含在EL层中。包含有机化合物的层(EL层)也可含有例如硅的无机材料。
同时，在本发明的发光设备中，对于屏幕显示的驱动方法没有限制，也就是说，点序列驱动法、线序列驱动法或面序列驱动法都可使用。典型地，可使用线顺序驱动法，还可适当地使用时分音频驱动方法或区域音频驱动方法。另外，输入到发光设备源线的视频信号可为模拟信号或数字信号。可适当地设计驱动电路或类似物以匹配视频信号。
                          简要附图说明
图1A至1E是剖面图，每一图示出了本发明(实施例)的一道工序；
图2A和2B中每一图示出了本发明(例1)发光元件的一个剖面；
图3为发光设备(例1)制造工艺流程中的顶视图；
图4为发光设备(例1)制造过程中的顶视图；
图5为发光设备(例1)制造过程中的顶视图；
图6为发光设备(例1)制造过程中的顶视图；
图7A至7C中每一图示出了发光元件(例1)的叠层结构；
图8A至8C使用白发射光进行全彩色显示情况中(例1)的典型图示；
图9示出了彩色层(例1)的透射率；
图10示出了色坐标(例1)；
图11A和11B为有源型显示设备(例1)的剖面图和顶视图；
图12示出了液晶显示设备(例2)的剖面图；
图13示出了液晶显示设备(例2)制造中的顶视图；
图14A至14C示出了电子装置的例子；
图15A和15B示出了电子装置的例子。
                          优选实施例的描述
现在说明本发明的实施例。
其中，图1A-1E所示为形成隐埋互连和TFT的例子。
首先，在具有绝缘表面的衬底100上形成抗蚀刻层102。抗蚀刻层102可使用薄膜或其叠层，该薄膜基于从Ni、Ti、W、WSix、Al、Mo、Ta、Cr或Mo中选出的一种元素，或者基于这种元素或这些元素的合金或合成材料。该抗蚀刻层102用作以后进行的电解电镀过程中的种晶层(电镀过程中的阴极)。接着，形成基于硅的绝缘膜101，覆盖抗蚀刻层102(图1A)。
然后，通过图案制作有选择地蚀刻绝缘膜101，由此形成通到抗蚀刻层102的开口(沟槽)。在形成第一阻挡层103后，进行电解电镀处理形成在开口(沟槽)中具有足够厚度的低电阻金属膜。电解电镀处理是在含有需要经过电镀过程而形成的金属离子的溶液中通直流电的方法，由此在阴极表面形成一金属膜。电镀金属可使用具有低电阻的材料，如铜、银、金、铬、铁、镍、铂或它们的合金。电解电镀过程中所形成金属膜的膜厚度，可由操作者通过控制电流密度和时间适当地设置。因为铜的电阻很低，在电解电镀可以形成低电阻的金属膜中示出了一个使用铜(Cu)的例子。电镀前，最好形成种晶层。同时，在基于氧化硅的绝缘膜中铜的扩散速率快，第一阻挡层103是铜的扩散阻挡层，也就是说，阻挡层金属最好使用具有300-500μΩcm或更低的特殊阻抗值的金属材料(WNx、TaNx、TiSixNy、WSixNy、TaSixNy或类似物)。同时，由于铜在基于氧化硅的绝缘膜上附着力不好，因此有必要形成具有良好附着力的第一阻挡层103。
然后，进行平面化处理，可为化学机械抛光处理(以下称为CMP处理)。由于这个，铜和第一阻挡层只残留在开口(沟槽)中。去除多余的部分，由此形成隐埋型互连(以下称为隐埋互连)104a，104b(图1B)。
为了增强铜暴露部分的抗氧化性，形成第二阻挡层106。由于在基于氧化硅的绝缘膜中铜的扩散速率快，第二阻挡层106用作铜的阻挡层，最好使用氮化硅或金属材料(TiN、NbN、WNx、TaNx、TiSixNy、WSixNy、TaSixNy或类似物)。同时，由于铜在基于氧化硅的绝缘膜上附着力不好，因此有必要形成具有良好附着力的第二阻挡层106。
接着，由AlNxOy压制成的层107形成为底层绝缘膜，用于防止杂质扩散到以后形成的TFT中。由AlNxOy压制成的层107可用射频溅射技术沉积形成，该方法使用AlN或Al作靶，并从以前的气体引入系统中引入氧、氮或情性气体。在由AlNxOy压制成的层中，氮含量的范围可为几atm％或更多，最好为2.5atm％-47.5atm％。氧可为47.5atm％或更少，最好为0.01-20atm％或更少。
然后，由例如氧化硅膜、氮化硅膜或氧氮化硅膜的绝缘膜叠层形成底层绝缘膜108。在此，尽管底层绝缘膜108使用了双层结构，但是它也可使用单层或双层或更多绝缘层的结构。基础绝缘膜第一层108a为氧氮化硅膜，通过使用SiH4、NH3和N2O反应气体的等离子体CVD处理沉积为10-200nm(最好为50-100nm)。此处形成的氧氮化硅膜(成分比为：Si＝32％，O＝27％，N＝24％和H＝17％)的膜厚度为50nm。底层绝缘膜的第二层108b为氧氮化硅膜，通过使用SiH4和N2O反应气体的等离子体CVD处理沉积为50-200nm(最好为100-150nm)。此处形成的氧氮化硅膜(成分比为：Si＝32％，O＝59％，N＝7％和H＝2％)的膜厚度为100nm(图1C)。
接着，在底层膜上形成半导体层。该半导体层通过图案制作为所需形状的结晶半导体膜形成，通过用已知的方法(溅射处理、LPCVD处理或等离子体CVD处理)形成无定形结构的半导体膜并进行已知的结晶处理(激光结晶处理、热结晶处理或使用例如镍的催化剂的热结晶处理)来获得该结晶半导体膜。半导体层的厚度为25-80nm(最好为30-60nm)。虽然材料不限，但是该结晶半导体膜的材料最好为硅或硅锗合金。
在由激光结晶处理制成结晶半导体膜的情况下，可以使用脉冲振荡型或连续振荡型准分子激光器、一个YAG激光器或一个YVO4激光器。在使用这种激光器的情况下，使用的方法最好是将激光振荡器发出的激光由光学系统聚焦为线型光照射到半导体膜上。结晶条件可由操作者适当选择。在使用准分子激光器的情况下，脉冲振荡频率为30Hz，激光能量密度为100-400mJ/cm2(典型的为200-300mJ/cm2)。同时，在使用YAG激光器的情况下，最好使用它的二次谐波，脉冲振荡频率为1-10kHz，激光能量密度为300-600mJ/cm2(典型的为350-500mJ/cm2)。聚焦为宽度100-1000μm，如400μm的线型激光照射到整个衬底上，在其上激光束的重叠率可为80-98％。
然后，半导体层的表面由含有氟化氢的蚀刻剂进行清洗，形成覆盖半导体层的栅绝缘膜109。栅绝缘膜109通过使用等离子体CVD处理或溅射处理，由含有硅的厚度为40-150nm的绝缘膜形成。此实施例通过等离子体CVD处理形成厚度为115nm的氧氮化硅膜(成分比为：Si＝32％，O＝59％，N＝7％和H＝2％)。自然地，栅绝缘膜不限于氧氮化硅膜，还可制为含有其它形式硅的单层或叠层绝缘膜。
在清洗了栅绝缘膜109的表面之后，形成栅电极110或连接电极。形成栅电极110前，形成通到隐埋互连104a，104b的接触孔。这样，通过形成与隐埋互连104b相接触的栅电极110或与隐埋互连104a相接触的连接电极，实现电连接。
然后，以适当的量将一所提供的p型杂质元素(如B)，在此为硼，加入到半导体中，形成源区111和漏区112。加入后，进行加热处理、强光照射或激光照射以激活该杂质元素。激活的同时，可恢复对栅绝缘膜的等离子体损伤或在栅绝缘膜和半导体层之间界面上的等离子体损伤。特别是，在室温至300℃常压下，在主表面或背面照射YAG激光器的二次谐波来激活杂质元素，是非常有效的。YAG激光器不太需要维护，是较好的激活装置。
在接下来的工艺过程中，由有机或无机材料制成夹层绝缘膜113并在其上进行了氢化之后，在其中形成通到源区、漏区或连接电极的接触孔。接着，形成源电极(线)115和漏电极114，完成了一个具有隐埋互连的TFT(p-沟道TFT)(图1E)。尽管此处的例子所示为隐埋互连和漏电极114通过与栅极同时形成的连接电极连接到一起，但是漏极也可形成于通到隐埋互连的接触孔形成之后，不使用连接电极。
具有由上述过程获得的隐埋互连104a，104b的TFT可用于各种半导体设备，如图2A和2B中所示的发光设备的TFT(电流控制TFT)，或如图12中所示的液晶显示设备的像素TFT。
可见，尽管在此图示为隐埋互连104b连接到栅极，隐埋互连104a连接到漏极，但是可无限制地应用于各种互连，如源线、延伸线、电源线、电容线或类似线，由此获得阻抗的降低。
本发明也不限于图1E的TFT结构，如果需要，还可为在沟道区和漏区(或源区)之间具有LDD区的轻掺杂漏极(LDD)结构。这种结构中，将杂质元素以低浓度加入沟道区和由加入高浓度杂质元素形成的源区或漏区之间，构成一区域，该区域称为LDD区。而且，也可为称作GOLD(栅-漏重叠LDD)的结构，该结构中，LDD区与栅极经过栅绝缘膜相互重叠。
同时，尽管在此使用了p-沟道TFT说明，但是无需说，p-沟道TFT可通过使用n-型杂质元素(P、As等)代替p-型杂质元素来形成。
此外，尽管在此说明的是顶部栅(top-gate)TFT，但是本发明的应用无须顾及TFT的结构，如本发明可用于底部栅(bottom-gate)TFT或前交错(forwardstagger)的TFT。
通过下面的实施例将更加详细地说明配置如上的本发明。
                          实施例[例1]
此例所示为在图3至6中将发光设备电源线的主要部分制成隐埋互连。
首先，根据上述实施例，在具有绝缘表面的衬底上形成抗蚀刻层，并形成覆盖抗蚀刻层的基于硅的绝缘膜。有选择地蚀刻绝缘膜形成一个通到抗蚀刻层的开口(沟槽)。在形成第一阻挡层之后，进行电解电镀在开口(沟槽)中形成具有足够厚度的低阻抗金属膜。接着，进行如化学机械抛光(以下称为CMP)的平面化，只保留开口(沟槽)中的铜和第一阻挡层，去除多余的部分，由此形成隐埋式的互连。图3所示为这一工艺过程阶段的顶视图，其中沿着虚线x-x’的截面视图对应于图1C。在图3中，12为像素区域，13为源驱动电路，14、15所示为排列有栅驱动电路的区域。如图3所示，电源线16在其末端有一处于衬底边角的连接电极焊点，当进行电解电镀时从外部电源引入电流。因为此例是具有排列为矩阵形式的单色发光元件的例子，由此连接模式为电源线16在像素间公用，使它们电位相同。
由此，为了简化的缘故，电源线16只示出了8根。在像素数量为m×n(m行n列)的情况下，确切地给出电源线数量为m，或数量增加一两根备用线用于增强电解电镀中的均匀性。
然后，形成第二阻挡层，用于增强铜外露部分的抗氧化性。接着，在形成由AlNxOy构成的层作为底层绝缘膜后，通过例如氧化硅膜、氮化硅膜或氧氮化硅膜的绝缘膜叠层形成一底层绝缘膜。然后，将结晶半导体膜通过图形制作成想要的形状形成半导体层，接着形成一覆盖半导体层的栅绝缘膜。
在形成通到隐埋互连的接触孔后，在栅绝缘膜上形成栅线、终端电极和延伸电极。位于源驱动电路13和像素区12之间的延伸电极布局使得以后形成的源线与延伸线(连接到发光元件阴极或阳极的线)17不重叠。同时，大量端电极位于衬底的末端，它们中的一些连接电源线作为隐埋互连。这一过程阶段的顶视图如图4所示。
然后，将提供p-型导电的杂质元素(B或类似物)或提供n-型导电的杂质元素(P、As或类似物)适当加入半导体，形成源区和漏区。接着，为了激活加入的杂质，进行热处理、强光照射或激光照射。然后，在形成了夹层绝缘膜并进行了氢化后，形成通到源区、漏区、延伸电极、末端电极或隐埋互连的接触孔。
接着，形成源极(线)、漏极或连接电极，完成了各种的TFT。在完成上述工艺流程的阶段中，像素区12里，源区和电源线电连接，形成与漏区(此处未示出)接触的连接电极。同时，在驱动电路中，形成与源区接触的源极(线)和与漏区接触的漏极。另外，在末端区中，形成连接到某末端电极的源线和连接到另一末端电极的延伸线(连接到发光元件阴极或阳极的线)17。在驱动电路和像素区之间也形成延伸线(连接到发光元件阴极或阳极的线)17。这一工艺过程阶段的顶视图如图5所示。
然后，在像素区中，第一电极19布局为矩阵形式，连接到与漏区接触的连接电极。第一电极19制成发光元件的阳极或阴极。接着，形成覆盖第一电极19末端的绝缘体(称为堤、隔离墙或阻挡墙)。下一步，在像素区中，形成包含有机化合物的层10，在其上形成第二电极11，完成一发光元件。第二电极11制成发光元件的阴极或阳极。由此，在像素区和源驱动电路之间的区域中，第二电极11电连接到延伸线17。
然后，衬底和密封元件30(在此为透光衬底)由密封剂31结合在一起。这一过程阶段的顶视图如图6所示。下一步，为了避开外部的空气，在第二电极11上由氮化硅、氧氮化硅或DLC(类似金刚石)形成保护膜。最后，将用于连接外部电路的FPC(软性印刷电路)结合到末端电极。
通过上述过程，完成了一个有源矩阵发光设备。
由此，关于具有TFT的有源矩阵发光设备，可根据光线辐射的方向考虑两种构造。一种结构是发光元件的光线通过第二电极辐射到观察者的眼中。在这种情况下，观察者能够在第二电极一侧识别图像。另一种结构是发光元件的光线通过第一电极和衬底辐射到观察者的眼中。
如图2A中所示的结构为发光元件光线通过第二电极辐射到观察者眼中的情况，希望使用透光材料作为第二电极11(图2A中的电极119)。
例如，第一电极19(图2A中的电极117)作为阳极时，第一电极19的材料使用逸出功高的金属(Pt、Cr、W、Ni、Zn、Sn或In)。在末端区覆盖了绝缘体(称为堤、隔离墙或阻挡墙)116之后，在整个表面使用聚乙烯二羟噻吩/聚苯乙烯磺酸溶液(PEDOT/PSS)并烘焙。其后，在整个表面使用掺入发光中心色素作为发光层的聚乙烯基咔唑(PVK)溶液(1，1，4，4-四苯基-1，3-丁二烯buthadiene(TPB)、4-二氰基亚甲基2-甲基-6-(对二甲氨基-苯乙烯基)-4H-吡喃(DCM1)、尼罗红(Nilered)、香豆素6，或类似物)并烘焙后，由具有包含有逸出功低的金属(Li、Mg或Cs)的薄膜和层压在其上的透明传导膜(ITO(氧化铟氧化铁合金)、氧化铟氧化锌合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)或类似物)叠层的第二电极11形成阴极(在图2A中为电极119)。由此在图2A中，在绝缘体116上有辅助电极120，用于降低阴极中的阻抗。这样获得的发光元件为白光发射。由此，使用水作为溶剂的PEDOT/PSS在有机溶剂中不会溶解。因此，在其上使用PVK的情况下，不用害怕会再溶解。同时，因为PEDOT/PSS和PVK之间的溶剂不同，在沉积室中最好不要使用相同的一种。由此，尽管此处所示例子为在应用过程中形成包含有机化合物(图2A中的118)的层10，但是没有特殊的限制，也就是说，还可在沉积过程中形成。
同时，尽管如图7B所示，上述例子是具有有机化合物叠层的例子，但也可如图7A所示，有机化合物层为单层。例如，电子-传输1，3，4-呋二唑衍生物(PBD)可分散在空穴-传输聚乙烯基咔唑(PVK)中。同时，30wt％的PBD作为电子-传输剂散布，四种色素(TPB、香豆素6、DCM1、nilered)以适当量散布，以此获得白光发射。如图7C所示，有机化合物层还可通过聚合物材料层和低分子材料层的叠层得到。
由此，在阳极和阴极之间形成有机化合物膜。通过有机化合物膜中在阳极注入的空穴和在阴极注入的电子之间的复合，可在有机化合物膜中获得白光发射。
也可通过适当选择和重叠用于红光发射的有机化合物膜、用于绿光发射的有机化合物膜和用于蓝光发射的有机化合物膜，混合颜色，可获得整体上的白光发射。
通过使用白光发光元件进行全彩色显示的方法有很多。如图8A所示，一种方法是将获得的白发射光通过一彩色滤光片由此得到红、绿和蓝光(以下称为彩色滤光片方法)。
通过在有机化合物膜发射白光的方向上形成一具有吸收红色之外的部分的色彩层(R)、吸收绿色之外的部分的色彩层(G)和吸收蓝色之外的部分的色彩层(B)的彩色滤光片，分离由发光元件发出的白光，获得红光、绿光和蓝光。在有源矩阵型的情况下，结构上还可在衬底和彩色滤光片之间形成TFT。同时，在色彩层之间彩色滤光片具有遮光层。显示屏幕大时，遮光层最好含有干燥剂。
除了最简单形式的条纹图案之外，色彩层(R、G、B)还可使用斜镶嵌型排列、三角镶嵌型排列、RGBG四像素排列或RGBW四像素排列。
图9示出了使用白光源(D65)的每一色彩层中透射率和波长之间关系的例子。构成彩色滤光片的色彩层可通过使用散布有色素的有机感光材料的色彩防染材料形成。同时，图10在色度坐标上示出了白发射光结合彩色滤光片的情况下色彩再现的范围。注意白发射光(x，y)＝(0.34，0.35)的色度坐标。从图10可见，作为全色的色彩再现是完全有保障的。
由此，在这种情况下，因为通过有机化合物膜显示白发射光形成每一颜色，即使在可获得的光色彩中存在差异，也无须分别使用有机化合物膜得到发射光色彩。也可不用特需的防止镜面反射的圆偏振片。
参考图8B，现在解释将具有蓝光发射有机化合物膜的蓝光发射元件与荧光色彩变换层相结合来实现的CCM(色彩变换媒质)方法。
在CCM方法中，由蓝光发射元件发出的蓝光激励荧光颜色变换层，通过每一色彩变换层实现色彩变换。特别是，通过色彩变换层进行蓝色到红色的变换(B→R)、通过色彩变换层进行蓝色到绿色的变换(B→G)和通过色彩变换层进行蓝色到蓝色的变换(B→B)(注意可忽略蓝色到蓝色的变换)，于是获得红、绿、蓝色的光发射。还是在CCM方法中，对于有源矩阵型，结构上在衬底和色彩变换层之间形成TFT。
由此，在这种情况下，也无须通过单独使用形成有机化合物膜。也可不需用于防止镜面反射的圆偏振片。
同时，使用CCM方法时，由于其荧光特性，色彩变换层可由外部光激励，可能会导致对比度降低的问题。因此最好如图8C所示，通过附着一彩色滤光片或类似物提高对比度。
在图11A和11B中，全面说明有源矩阵发光设备的外观。图11A示出了发光设备的顶视图，图11B是图11A中沿A-A’的截面图。虚线所示901为源信号线驱动电路，902为像素区域，903为栅信号线驱动电路。还有，904为密封衬底，905为密封剂。由密封剂905包围的内部区域定义为空间907。
908是传输信号的线路，该信号要输入到源信号线驱动电路901和栅信号线驱动电路903，908从作为外部输入终端的FPC(软性印刷线路)909接收视频信号或锁定信号。尽管仅示出了FPC，但是FPC可附加印刷线路板(PWB)。在本说明书中，发光设备除了包括发光设备主体之外，还大体包括FPC或PWB附着于其上的情形。
参考图11B，现在说明截面结构。尽管在形成的衬底910上带有驱动电路和像素区域，但在此所示的源信号线驱动电路901和像素区域902为驱动电路。
源信号线驱动电路901由一n-沟道TFT923和一p-沟道TFT924组合的CMOS电路形成。可由已知的CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路形成构成驱动电路的TFT。尽管此实施例所示为形成于衬底上具有驱动电路的集成驱动型，但这不是必需的，也就是说，可以在外部而不是在衬底上形成。
像素区域902由大量像素形成，每一像素包含开关TFT911、电流控制TFT912和电学连接到其漏区的第一电极(阳极)913。电流控制TFT有与隐埋互连930电连接的源极。
同时，在第一电极(阳极)913的两端都形成绝缘层914，在第一电极(阳极)913上形成包含有机化合物的层915。接着，在包含有机化合物的层915上形成第二电极(阴极)916。这样形成一发光元件918，包含第一电极(阳极)912、包含有机化合物的层915和第二电极(阴极)916。因为在此以发光元件918发射白光为例，所以提供一由色彩层931和BM932(外覆盖层，为了简化的缘故在此未示出)形成的彩色滤光片。
第二电极(阴极)916也用作所有像素公用的内互连，通过连线908电连接到FPC909。此外，在绝缘层914上形成第三电极(辅助电极)，这样在第二电极中实现阻抗降低。
密封衬底904由密封剂905结合，用于密封形成在衬底910上的发光元件918。还可使用树脂膜垫片来保护密封衬底904和发光元件918之间的空间。在密封剂905的内部空间907中填充例如氮的惰性气体。密封剂905最好使用环氧树脂。密封剂905最好为水分或氧气透过性差的材料。进一步，在空间907中还可包含具有吸收氧气或水分作用的物质。
在此实施例中，除了玻璃和石英衬底之外，构成密封衬底904的材料还可使用FRP(玻璃纤维加强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯薄膜、聚酯或丙烯醛基塑料衬底材料。使用密封剂905结合了密封衬底904之后，还可用密封剂在一定程度上进一步密封覆盖住侧表面(暴露表面)。
如上所述通过密封在空间907中的发光元件，发光元件可完全与外界屏蔽。这样可以防止例如可加速有机化合物层变质的氧气或水分等物质从外部侵入。因此，能够获得可靠的发光设备。
另一方面，如图2B所示，发光元件的发射光经第一电极和衬底照射到观察者眼中这一结构的情况下，第一电极19(图2A中的电极117)最好使用透光材料。
例如，第一电极(图2B中的电极117)为阳极的情况下，第一电极19的材料使用透明导电膜(ITO(氧化铟氧化铁合金)、氧化铟氧化锌合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)或类似物)。在末端覆盖绝缘体(称为堤、分离墙或阻挡墙)116之后，形成包含有机化合物的层118，在其上可形成金属膜(如MgAg、MgIn、AlLi、CaF2或CaN的合金，或者由属于周期表1或2组的元素和铝共同沉积形成的膜)的第二电极11(图2B中的电极119)作为阴极。形成阴极的时候，由于汽化而使用电阻加热法。可通过蒸汽罩的使用来选择形成。
此例可与实施例自由组合。[例2]
在图12和13中，此处示出的例子为液晶显示设备的栅线的主要部分由隐埋互连制成。
首先，根据上述实施例，在具有绝缘表面的衬底上形成抗蚀刻层，并形成一覆盖抗蚀刻层的基于硅的绝缘膜。选择地蚀刻绝缘膜以形成通到抗蚀刻层的开口(沟槽)。在形成第一阻挡层后，进行电解电镀，在开口(沟槽)中形成具有足够厚度的低阻抗金属膜。接着，进行如化学机械抛光(以下称为CMP)的平面化，去除多余的部分，在开口(沟槽)中只保留铜和第一阻挡层，由此形成隐埋式的互连。
然后，形成第二阻挡层增强铜外露部分的抗氧化性。下一步，形成由AlNxOy压制成的层作为绝缘膜之后，由氧化硅膜、氮化硅膜或氧氮化硅膜层形成基础绝缘膜。然后，将结晶半导体膜通过图形制作刻上想要的图案形成半导体层，接着形成覆盖半导体层的栅绝缘膜。
在形成通到隐埋互连的接触孔之后，在栅绝缘膜上形成栅电极和末端电极。由此，栅电极连接到隐埋互连，在栅线中实现阻抗降低。在衬底末端也有大量的末端电极。
然后，适当地添加提供p-型导电的杂质元素(B或类似物)或提供n-型导电的杂质元素(P、As或类似物)到半导体中，形成源和漏区。接着，为了激活添加的杂质，进行热处理、强光照射或激光照射。然后，在形成内部层绝缘膜并进行了氢化之后，形成通到源区、漏区和末端电极的接触孔。
接着，形成源极(线)55或漏极，完成各种的TFT。在完成上述过程的阶段中，像素区域52中，漏区与各自的漏极电学连接，源区与源极(线)电连接。同时，在驱动电路中，形成与源区接触的源极(线)和与漏区接触的漏极。还有，在末端区域中，形成的是接触到某末端电极的源线。然后，在像素区域中，以矩阵的形式排列像素电极59，接触到与漏区相接触的连接电极。图13中示出了这一过程阶段的顶视图。在图13中，52为像素区域，53为源驱动电路，54示出了布局了栅驱动电路的区域。如图13所示，在栅线56末端有接近衬底末端的连接电极焊点，用来在进行电解电镀时从外部电源引入电流。由此，在此例中，提供的连接电极焊点与栅线56的数量一致。同时，通过连接图案使所有栅线处于相同电位，进行电镀处理，然后将它们切割成单独的栅线，这样形成栅线。
然后，形成定向膜62a之后，进行打磨处理。然后，衬底和反向衬底60由密封剂(未示出)结合在一起，在衬底之间填充液晶材料63，接着密封。反向衬底60已带有透明导电膜制成的反向电极61和经打磨处理的定向膜62b。最后，连接外部电路的FPC(软性印刷电路)结合到末端电极。进一步，还带有偏振板和彩色滤光片。
通过上述的过程，完成一有源矩阵液晶显示设备。
由此，关于具有TFT的有源矩阵液晶显示设备，可考虑三种构造(透明型、反射型和半透明型)。尽管有具有由透明导电膜制成的像素电极来提供背光的透射型，具有由反射金属膜制成的像素电极来反射外部光的反射型，和具有一部分由透明膜制成另一部分由反射金属膜制成的像素电极、适于产生转换的半透明型，但是本发明能够适用于任一结构。
此例可与实施例自由组合。[例3]
通过本发明形成的驱动电路和像素区域能够做成各种模块(有源矩阵液晶模块、有源矩阵EC模块)。即，本发明能够做成嵌入显示部分中的电子装置。
这样的电子装置包括摄像机、数码照相机、头戴显示器(目镜型显示器)、汽车导航器、投影仪、汽车立体声装置、个人计算机和个人数字助理(移动计算机、蜂窝电话或电子书本)。在图14A至14C和15A、15B中示出了它们的例子。
图14A是个人计算机，包括主体2001、图像输入部分2002、显示部分2003、键盘2004等。
图14B是移动电脑，包括主体2201、摄像机部分2202、图像接收部分2203、操作开关2204和显示部分2205。
图14C是使用记录媒体记录节目(以下称为记录媒体)的唱机，包括主体2401、显示部分2402、扬声器部分2403、记录媒体2404和操作开关2405。由此，作为记录媒介，该唱机使用DVD(数字化视频光盘)、CD或类似物，可以听音乐、看电影或上因特网。
图15A是便携式书本(电子书本)，包括主体3001，显示部分3002、3003，存储媒体3004、操作开关3005和天线3006。
图15B是显示器，包括主体3101、支撑底座3102和显示部分3103。本发明可以制成对角线长度为10-50英寸的显示部分3103。
如上所述，本发明具有非常宽的应用范围，可制成各种领域中的电子设备。此例的电子装置还可通过使用实施例和例1和2任意组合的结构来实现。
根据本发明，在如有源矩阵发光显示设备或液晶显示设备的半导体设备中，即使像素区域面积增加、屏幕尺寸增大，也可实现良好的显示。由于像素区域中的线电阻大幅降低，本发明能够应用于对角线长度为40或50英寸的大显示屏中。

Claims (25)

1.一种发光设备包括：
衬底，具有一个绝缘表面；
具有透光性的第二衬底；
像素区域，具有大量发光元件，该发光元件具有第一电极、位于第一电极上并与其相接触的包含有机化合物的层、和位于包含有机化合物的层上并与其相接触的第二电极；和
驱动电路，具有薄膜晶体管；
其中像素区域排列有隐埋互连制成的栅线、源线或电源线。
2.如权利要求1所述的发光设备，其中隐埋互连包括选自铜、银、金和其合金中的至少一种材料。
3.如权利要求1所述的发光设备，其特征在于隐埋互连位于薄膜晶体管下面的层中。
4.如权利要求1所述的发光设备，其特征在于包含有机化合物的层为用于白光发射的材料，并且与位于第二衬底上的彩色滤光片结合。
5.如权利要求1所述的发光设备，其特征在于包含有机化合物的层为用于单色光发射的材料，并且与位于第二衬底上的颜色变换层或颜色层结合。
6.如权利要求1所述的发光设备，其特征在于该发光设备组合到选自摄像机、数码照相机、头戴显示器、汽车导航器、投影仪、汽车立体声装置、个人计算机、个人数字助手的电子装置中。
7.一种液晶显示设备包括：
第一衬底，具有一个绝缘表面；
具有透光性的第二衬底；
像素区域，具有第一电极、第二电极和夹在第一与第二电极之间的液晶材料；和
驱动电路，具有薄膜晶体管；
其中像素区域排列有由隐埋互连制成的栅线或源线。
8.如权利要求7所述的液晶显示设备，其特征在于隐埋互连包括选自铜、银、金和其合金的至少一种材料。
9.如权利要求7所述的液晶显示设备，其特征在于隐埋互连位于薄膜晶体管下面的层中。
10.如权利要求7所述的液晶显示设备，其特征在于该液晶显示设备组合到从摄像机、数码照相机、头戴显示器、汽车导航器、投影仪、汽车立体声装置、个人计算机、个人数字助手构成的组中选择的电子装置中。
11.一种显示设备包括：
衬底，具有一个绝缘表面；
第一绝缘膜，形成于衬底上；
栅线，隐埋在第一绝缘膜中；
第二绝缘膜，形成于第一绝缘膜上；和
薄膜晶体管，形成于第二绝缘膜上，
其中栅线电连接到薄膜晶体管的栅电极上。
12.如权利要求11所述的显示设备，其特征在于栅线包括选自铜、银、金和其合金的至少一种材料。
13.如权利要求11所述的显示设备，其特征在于该显示设备组合到从摄像机、数码照相机、头戴显示器、汽车导航器、投影仪、汽车立体声装置、个人计算机、个人数字助手构成的组中选择的电子装置中。
14.一种显示设备包括：
衬底，具有一个绝缘表面；
第一绝缘膜，形成于衬底上；
源线，埋在第一绝缘膜中；
第二绝缘膜，形成于第一绝缘膜上；和
薄膜晶体管，形成于第二绝缘膜上，
其中源线电连接到薄膜晶体管的源区。
15.如权利要求14所述的显示设备，其特征在于源线包括选自铜、银、金和其合金的至少一种材料。
16.如权利要求14所述的显示设备，其特征在于该显示设备组合到从摄像机、数码照相机、头戴显示器、汽车导航器、投影仪、汽车立体声装置、个人计算机、个人数字助手构成的组中选择的电子装置中。
17.一种显示设备包括：
衬底，具有一个绝缘表面；
第一绝缘膜，形成于衬底上；
电源线，隐埋在第一绝缘膜中；
第二绝缘膜，形成于第一绝缘膜上；和
薄膜晶体管，形成于第二绝缘膜上。
18.如权利要求17所述的显示设备，其特征在于电源线包括选自铜、银、金和其合金的至少一种材料。
19.如权利要求17所述的显示设备，其特征在于该显示设备组合到从摄像机、数码照相机、头戴显示器、汽车导航器、投影仪、汽车立体声装置、个人计算机、个人数字助手构成的组中选择的电子装置中。
20.一种制造发光设备的方法包括：
在绝缘表面上形成具有导电性的抗蚀刻层；
形成覆盖抗蚀刻层的第一绝缘膜；
蚀刻第一绝缘膜，开出一个通到抗蚀刻层的开口；
形成种晶层并进行电镀，形成覆盖该开口的隐埋互连；
平面化隐埋互连的表面；
形成含有铝的第二绝缘膜；
在第二绝缘膜上形成第三绝缘膜；
在第三绝缘膜上形成半导体层；
在半导体层上形成第四绝缘膜；
在第四绝缘膜上形成栅电极；
形成连接到半导体层的线和连接隐埋互连的连线；
形成第一电极；和
在第一电极上形成包含有机化合物的层并在包含有机化合物的层上形成第二电极。
21.如权利要求20所述的制造发光设备的方法，其特征在于隐埋互连为电源线。
22.如权利要求20所述的制造发光设备的方法，其特征在于隐埋互连包括选自铜、银、金和其合金的至少一种材料。
23.一种制造液晶显示设备的方法，包括：
在绝缘表面上形成具有导电性的抗蚀刻层；
形成覆盖抗蚀刻层的第一绝缘膜；
蚀刻第一绝缘膜，开出一个通到抗蚀刻层的开口；
形成种晶层并进行电镀，形成覆盖开口的隐埋互连；
平面化隐埋互连的表面；
形成含有铝的第二绝缘膜；
在第二绝缘膜上形成第三绝缘膜；
在第三绝缘膜上形成一个半导体层；
在半导体层上形成第四绝缘膜；
在第四绝缘膜上形成栅电极；和
形成连接到半导体层的源线和连接隐埋互连与栅线之间的线。
24.如权利要求23所述的制造液晶显示设备的方法，其特征在于隐埋互连为栅线。
25.如权利要求23所述的制造液晶显示设备的方法，其特征在于隐埋互连包括选自铜、银、金和其合金的至少一种材料。
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