JP2003114626A

JP2003114626A - 発光装置及びその作製方法

Info

Publication number: JP2003114626A
Application number: JP2002175119A
Authority: JP
Inventors: Toru Takayama; 徹高山; Hirokazu Yamagata; 裕和山形; Akihiko Takara; 昭彦高良; Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2003-04-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】層間絶縁膜として適した有機樹脂材料は、水蒸
気を透過し、水分を吸収しやすいという特性を持ってい
る。一方、有機化合物層は、低分子系、高分子系によら
ず、酸素や水分に極めて弱く、すぐ劣化してしまうとい
う欠点を有している。さらに発光素子の陽極もしくは陰
極に、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属が用いら
れ、これらは酸素により酸化しやすい。すなわち水分は
発光素子の劣化の要因となり、ダークスポット等の不良
の原因となる。【解決手段】絶縁表面上に形成されたＴＦＴ上に、有
機樹脂材料から成る層間絶縁膜が形成され、当該層間絶
縁膜上に、一対の電極間に有機化合物から成る発光層が
形成された発光素子が設けられ、前記層間絶縁膜と前記
発光素子との間に、珪素と窒素とを主成分とする無機絶
縁膜、或いはＳＰ³結合を有し水素を含有する炭素膜が
形成された発光装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は絶縁表面を有する基
板上に、薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）で構
成された回路と、一対の電極間に発光層が形成された発
光素子を有する発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＦＴは透明基板上に形成することがで
きるので、アクティブマトリクス型画像表示装置への応
用開発が積極的に進められてきた。結晶質半導体膜（代
表的には結晶質珪素膜）を利用したＴＦＴは高移動度が
得られるので、同一基板上に機能回路を集積させて高精
細な画像表示を実現することが可能とされている。近
年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜
（厚さ数〜数百nm程度）を用いてＴＦＴを構成する技術
が注目されている。ＴＦＴはＩＣや電気光学装置のよう
な電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のス
イッチング素子として開発が急がれている。

【０００３】このような画像表示装置を利用したアプリ
ケーションは様々なものが期待されているが、特に携帯
機器への利用が注目されている。なかでも、発光素子
は、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバ
ックライトも必要ない。したがって、発光素子は極めて
薄型軽量に作製できる大きな利点がある。

【０００４】発光素子は、電界を加えることにより前記
発光層そのものが光を放出する自発光型の素子である。
その発光機構は、電極間に発光層を挟んで電圧を印加す
ることにより、陰極から注入された電子および陽極から
注入された正孔が発光層中の発光中心で再結合して分子
励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際に
エネルギーを放出して発光すると言われている。

【０００５】発光素子を有するアクティブマトリクス型
の発光装置は、基板上にＴＦＴが形成され、ＴＦＴ上に
は、層間絶縁膜が形成される。なお、層間絶縁膜は、酸
化珪素や窒化珪素といった珪素を含む無機材料、もしく
はポリイミド、ポリアミド及びアクリルといった有機樹
脂材料等の有機材料を用いて形成することができる。

【０００６】発光装置とは、陽極、陰極及びそれらの間
に蛍光又は燐光などによる発光が得られる材料から成る
層を挟んだ構造を有する発光素子を設けた装置のことを
指していう。なお、ここでいう発光素子は、発光が得ら
れる材料に有機化合物を用いたものはＯＬＥＤ(Organic
Light Emitting Device)ともよばれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】層間絶縁膜により基板
表面を平坦化する場合、スピン塗布法による層間絶縁膜
の形成が適している。スピン塗布をする場合、無機材料
としては、珪素を主成分とする溶剤が用いられている。
前記珪素を主成分とする溶剤を用いて形成された層間絶
縁膜は、酸素あるいは水を透過させないという特性を持
つが、前記特性は充分高い温度において焼成したとき現
れる。また、膜厚を厚くするとクラックが発生する等の
欠点を持つ。

【０００８】一方、有機材料により形成された層間絶縁
膜の特徴としては、酸素を透過し、水を透過もしくは吸
収するものの、１μm以上の厚さで形成でき、下地の凹
凸に影響されずに表面を平坦化できるという利点があ
る。また、形成時の焼成温度は３００℃程度であり、有
機樹脂からなる基板表面上にも形成できる。

【０００９】しかしながら、上記層間絶縁膜として適し
た有機材料は、水蒸気を透過し、水分を吸収しやすいと
いう特性を持っている。一方、発光層は、低分子系、高
分子系によらず、酸素や水分に極めて弱く、すぐ劣化し
てしまうという欠点を有している。さらに発光素子の陽
極もしくは陰極には、アルカリ金属もしくはアルカリ土
類金属が用いられており、これらは酸素により酸化しや
すい。すなわち水分は発光素子の劣化の要因となり、ダ
ークスポット等の不良の原因となる。

【００１０】プラズマＣＶＤ法で形成する酸化珪素、酸
化窒化珪素等は基板温度を３００℃以上の基板加熱温度
が必要であり、耐熱性のない有機樹脂膜の上に形成する
には適していない。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決するためのも
のであり、層間絶縁膜中に含まれる水分や酸素により発
光素子の劣化を防ぐことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、絶縁表面上に形成されたＴＦＴ上に、有
機材料から成る層間絶縁膜が形成されており、当該層間
絶縁膜上に、一対の電極間に発光層が形成された発光素
子が設けられ、前記層間絶縁膜と前記発光素子との間
に、珪素と窒素とを主成分とする無機絶縁膜が形成され
た発光装置を提供する。

【００１３】無機絶縁膜としては、窒化酸化珪素膜、窒
化珪素膜が適用され、珪素の含有比率が２５.０atomic
％以上３５.０atomic％以下であり、窒素の含有比率が
３５.０atomic％以上６５.０atomic％以下であることが
望ましい。酸化珪素膜では水分などのブロッキング性が
十分でなく、窒化酸化珪素膜又は窒化珪素膜を適用して
緻密化する必要がある。

【００１４】無機絶縁膜としては、窒化酸化珪素膜また
は窒化珪素膜が適用され、珪素の含有比率が２５.０ato
mic％以上４０.０atomic％以下であり、窒素の含有比率
が３５.０atomic％以上６０.０atomic％以下であること
が望ましい。

【００１５】また、他の絶縁膜材料として、ＳＰ³結合
を有し水素を含有する炭素膜を適用することもできる。
代表的にはダイヤモンドライクカーボン（Diamond Like
Carbon；ＤＬＣ）であり、酸素、水蒸気などのガスバ
リア性があり、さらに有機材料から成る層間絶縁膜と密
着性良く形成することができる。

【００１６】さらに、本発明の構成は、薄膜トランジス
タ上に有機材料から成る層間絶縁膜を形成し、層間絶縁
膜上にスパッタリング法により珪素の含有比率が２５.
０atomic％以上３５.０atomic％以下であり、窒素の含
有比率が３５.０atomic％以上６５.０atomic％以下であ
る無機絶縁膜を形成し、無機絶縁膜上に、一対の電極間
に発光層を有する発光素子を形成する発光装置の作製方
法を提供する。

【００１７】本発明の構成は、薄膜トランジスタ上に有
機材料から成る層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜上にス
パッタリング法により珪素の含有比率が２５.０atomic
％以上４０.０atomic％以下であり、窒素の含有比率が
３５.０atomic％以上６０.０atomic％以下である無機絶
縁膜を形成し、無機絶縁膜上に、一対の電極間に発光層
を有する発光素子を形成する発光装置の作製方法を提供
する。

【００１８】無機絶縁膜としては、スパッタリング法に
より、ＳＰ³結合を有し水素を含有する炭素膜を形成し
ても良い。

【００１９】上記発明の構成において、有機材料から成
る層間絶縁膜としては熱硬化型又は光硬化型の有機樹脂
材料が適用され、アクリル、ポリイミド、ポリアミド、
ポリイミドアミド、アラミドなどを適用することができ
る。

【００２０】無機絶縁膜を形成する方法は、スパッタリ
ング法、反応性スパッタリング法、イオンビームスパッ
タリング法、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッ
タリング法、イオン化蒸着法等の気相成膜法を用いて形
成する。これらの成膜方法は、いずれも物理的に原子又
は分子を基板上に被着させる方法なので、下地の有機材
料からなる層間絶縁膜と殆ど反応せず、化学的に変質さ
せてしまう恐れがない。また、室温〜３００℃、好まし
くは１５０〜２５０℃の温度範囲であっても緻密な膜を
形成できるという特徴がある。そして、酸素や水分の透
過を阻止する特性を有している。

【００２１】スパッタリングを用いた成膜の場合、１５
０℃〜２５０℃の基板温度において、光透過率の良好な
珪素及び窒素を主成分とする無機絶縁膜を形成できる。
この無機絶縁膜を設けることにより陽極、陰極及び発光
材料は、有機材料を用いた層間絶縁膜からの酸素や水分
から遮蔽され、劣化を防止することができる。

【００２２】なお、前記珪素及び窒素を主成分とする無
機絶縁膜は、スパッタリングによる成膜において、シリ
コンを主成分とするターゲットを用い、スパッタガスと
して、アルゴン、窒素、酸素、窒素酸化物水素を使用し
て形成する。前記珪素及び窒素を主成分のひとつとする
膜は、成膜時のガス流量により、窒素と、酸素との組成
比が変わる。本明細書中では、前記組成比において、珪
素以外の主成分として窒素が殆どである膜を、窒化珪素
膜と記す。また、前記組成比において、珪素以外の主成
分として酸素、窒素含まれる膜を、酸化窒化珪素膜と記
す。

【００２３】以上の工程では、基板を３００℃以上に加
熱することがないため、有機樹脂基板上にＴＦＴを形成
する場合にも同様に適用することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】『実施の形態１』本発明は、絶縁
基板の表面にＴＦＴを形成し、その上に有機材料からな
る層間絶縁膜を形成し、その膜に接してスパッタリング
法により、窒化珪素膜及び酸化窒化珪素膜などの無機絶
縁膜、若しくは炭素膜を形成する工程を経て発光装置を
完成するものである。『実施の形態１』に、無機絶縁膜
に酸化窒化珪素膜又は窒化珪素膜を用いた例を示す。

【００２５】有機材料からなる層間絶縁膜は塗布法によ
り形成する。有機材料からなる層間絶縁膜には、熱硬化
型又は光硬化型の有機樹脂材料が適用され、アクリル、
ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アラミド
などを適用する。その他に、誘電率が３．８よりも小さ
い低誘電率膜として、フッ素添加の酸化珪素膜や、有機
ＳＯＧ（Spin on Glass）、ＨＳＱ（無機水素化シロキ
酸）、ＨＯＳＰ（有機シロキ酸系ポリマー）、多孔質Ｓ
ＯＧなどを適用することもできる。

【００２６】その上に形成する無機絶縁膜はスパッタリ
ング法による形成条件として、珪素を主成分とするター
ゲットとして珪素もしくは窒化珪素、若しくは酸化窒化
珪素からなるターゲットを用いる。以下は、窒化珪素膜
及び酸化窒化珪素膜の形成方法を検討した結果について
以下に示す。

【００２７】スパッタリング法により、前記窒化珪素膜
及び酸化窒化珪素膜をそれぞれガラス基板上に１００nm
の膜厚で成膜し、透過率を測定した。この透過率特性結
果を図１にそれぞれ番号（１）、（２）に示す。図１に
は、プラズマＣＶＤ法による膜厚１００nmの酸化窒化珪
素膜の透過率特性（３）、及びガラスの透過率特性
（４）も示してある。図１によれば酸化窒化珪素膜の方
が、可視光範囲にわたって光の透過率が良い。透過率を
向上するためには成膜時に膜中に酸素を添加することが
有効である。

【００２８】但し、膜中酸素量と透過率とを相関づける
ことは難しかった。表１にはプラズマＣＶＤ法と、スパ
ッタリング法とのそれぞれの方法で酸化窒化珪素膜及び
窒化珪素膜を成膜し、組成を比較した結果を示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１の酸化窒化珪素膜は、ターゲットに珪
素を用い、成膜ガス及び流量を、Ｎ ₂：Ｈ₂：Ｎ₂Ｏ＝３
１：５：４sccmとした。また、成膜ガス圧力は０．４P
a、成膜電力はRF電源で、半径１２inchの円型ターゲッ
トを用いて３kWとした。前記成膜ガス及び流量について
Ｎ₂Ｏ＝４sccmとしたが、Ｎ₂Ｏの代わりに酸素を流す、
あるいは各成膜ガスの流量比を変えることにより膜質を
変えることができる。一方、表１の窒化珪素膜は、ター
ゲットに珪素を用い、成膜ガス及び流量を、Ｎ₂：Ａｒ
＝２０：２０sccmとした。また、成膜ガス圧力は０．４
Pa、成膜電力はRF電源で、半径６inchの円型ターゲット
を用いて０．８kWとした。表１より、組成比が異なって
いても、同じ透過率が得られている。一方、窒化珪素膜
の酸素や水分をブロッキングする特性は、酸化珪素膜よ
り優れることから、前記珪素及び窒素を主成分の一つと
する絶縁膜において窒化の組成比が多いことが望ましい
場合もある。

【００３１】上記の珪素及び窒素を主成分のひとつとす
る膜中の酸素含有量が、透過率特性と酸素や水分をブロ
ッキングする特性とを左右すると思われる。そこで、有
機樹脂膜上に珪素及び窒素を主成分とする膜をスパッタ
リング法で成膜することとし、膜中の組成比を素子の構
造に合わせて決めるものである。但し、表１より珪素の
組成については、２５.０atomic％〜３５atomic％であ
り、窒素の組成については、３５．０atomic％〜６５．
０atomic％が適していることが確認された。

【００３２】上記酸化窒化珪素膜の成膜は、膜厚におい
て１００nm程度で形成している。ターゲットは珪素を用
い、成膜ガス及び流量は、Ｎ₂：Ｈ₂：Ｎ₂Ｏ＝３１：
５：４sccmとした。また、成膜ガス圧力は０．４Pa、成
膜電力はRF電源で、半径１２inchの円型ターゲットを用
いて３kWとした。

【００３３】光透過率の良好な珪素及び窒素を主成分と
する膜（酸化窒化珪素膜又は窒化珪素膜）を層間絶縁膜
上に形成することにより、陽極、陰極及び発光材料は、
有機材料を用いた層間絶縁膜からの酸素や水分から遮蔽
され、劣化を防止することができる。

【００３４】『実施の形態２』実施の形態１と異なった
成膜条件で成膜した窒化珪素膜を無機絶縁膜に用いた例
を示す。

【００３５】実施の形態１と同様の工程により、絶縁基
板の表面にＴＦＴを形成し、その上に有機材料からなる
層間絶縁膜を形成した後、窒化珪素膜を形成する。

【００３６】窒化珪素膜はスパッタリング法によって成
膜し、このときの成膜条件は、ターゲットには珪素を
用い、成膜ガス及び流量は、Ｎ₂：Ａｒ＝２０：０sccm
とした。このとき、基板の温度を一定にする為、加熱し
たＡｒを２０ｓｃｃｍ基板表面に流している。また、成
膜ガス圧力は０．８Pa、成膜電力はＲＦ電源で、半径１
２ｉｎｃｈの円型ターゲットを用いて３kWとする。

【００３７】このときの、窒化珪素膜の組成比を表２に
示す。表２より珪素の組成については、２５.０atomic
％〜４０atomic％であり、窒素の組成については、３
５．０atomic％〜６０．０atomic％が適していることが
確認された。

【００３８】

【表２】

【００３９】以下に、窒化珪素膜の効果を説明する。図
１１に示す封止サンプルを用いて、前記窒化珪素膜のガ
スバリア特性を測定した。測定には、封止缶とポリカー
ボネート（以下、ＰＣと示す。）フィルムとを封止剤を
用いて封止したサンプルＡ（図１１（Ａ））と、封止缶
と窒化珪素膜を成膜したＰＣフィルムとを封止剤を用い
て封止したサンプルＢ（図１１（Ｂ））を用いた。な
お、サンプルＡ及びサンプルＢの内部には、乾燥剤であ
るＣａＯを設置している。これらを、大気圧、室温条件
で放置したときのサンプルの重量変化を測定した。この
結果を、図１２に示す。

【００４０】ＰＣのみを用いたサンプルＡ（図１１
（Ａ））は、時間と共に重量が増加しているが、窒化珪
素を成膜したＰＣを用いたサンプルＢ（図１１（Ｂ））
は、重量変化が少ないことから、ＰＣを透過した水蒸
気、またはＰＣに吸収された水分の拡散を窒化珪素膜が
ブロッキングしていることが分かる。このことから、Ｔ
ＦＴ上に形成された有機材料からなる層間膜上に本発明
の窒化珪素膜を形成することにより、有機材料を透過し
た水蒸気、または有機樹脂に吸収された水分が、窒化珪
素膜を介して形成された発光層へ拡散することを抑制す
ることができる。同様の効果は、珪素の含有比率が２
５.０atomic％以上３５.０atomic％以下であり、窒素の
含有比率が３５.０atomic％以上６５.０atomic％以下の
酸化窒化珪素膜にもみられる。

【００４１】さらに、窒化珪素膜はＬｉ等の可動イオン
のブロッキング効果も有する。図１３はＴＦＴのＭＯＳ
−ＣＶ特性を測定した結果である。図１３（Ａ）は、シ
リコン上に熱酸化法によって酸化珪素膜を形成し、その
上にスパッタ法によって窒化珪素膜を形成したのち、こ
の素子を酢酸リチウム溶液に浸して窒化珪素膜表面にＬ
ｉを有する膜を形成した後、Ａｌ膜を成膜した素子のＭ
ＯＳ−ＣＶ特性を示す。一方、（図１３Ｂ）は、シリコ
ン上に熱酸化法によって酸化珪素膜を形成したのち、酢
酸リチウム溶液に浸して酸化珪素膜表面にＬｉを有する
膜を形成した後、Ａｌ膜を成膜した素子のＭＯＳ−ＣＶ
特性を示す。

【００４２】ＭＯＳ−ＣＶ特性の測定は、評価対象とな
るＴＦＴに１．７ＭＶの電圧印加と１５０℃の加熱とを
同時に１時間加える＋ＢＴ試験と、−１．７ＭＶの電圧
印加と１５０℃の加熱とを同時に１時間加える−ＢＴ試
験を行った。図１３（Ｂ）では、−ＢＴ試験時には初期
時の電圧−容量曲線よりもプラスの電圧側に、＋ＢＴ試
験時には初期時の電圧−容量曲線よりもマイナスの電圧
側にシフトしていることから、酸化珪素膜中のＬｉがＢ
Ｔ試験によってシリコン表面とＡｌの間を移動している
ことが分かる。一方、図１３（Ａ）では、＋ＢＴ時試験
の電圧−容量曲線が、初期時の電圧−容量曲線とほぼ変
化していないことから、シリコン表面とＡｌの間をＬｉ
が移動していないことがわかり、窒化珪素膜がＬｉの酸
化珪素膜中の移動を妨げていることが分かる。このこと
から、ＴＦＴ上の有機材料上に本発明の窒化珪素膜を形
成したＥＬ素子は、ＥＬ素子の陰極材料に用いられるＬ
ｉ等の可動イオンがＴＦＴ側へ拡散及び移動することを
抑制することが可能で、ＴＦＴの閾値が変動しＴＦＴの
特性が不安定になることを抑制することが可能となる。
同様の効果は、珪素の含有比率が２５.０atomic％以上
３５.０atomic％以下であり、窒素の含有比率が３５.０
atomic％以上６５.０atomic％以下の酸化窒化珪素膜に
もみられる。

【００４３】『実施の形態３』ここでは、絶縁基板の表
面にＴＦＴを形成し、その上に有機材料からなる層間絶
縁膜を形成し、その膜に接してスパッタリング法によ
り、炭素膜を用いた例を示す。

【００４４】ここで用いる炭素膜は、その代表例として
ＤＬＣ膜が適用される。ＤＬＣ膜は短距離秩序的には炭
素間の結合として、ＳＰ³結合をもっているが、マクロ
的にはアモルファス状の構造となっている。ＤＬＣ膜の
組成は炭素が９５〜７０atomic％、水素が５〜３０atom
ic％であり、非常に硬く絶縁性に優れている。このよう
なＤＬＣ膜は、水蒸気や酸素などのガス透過率が低いと
いう特徴があるため、酸素や水蒸気に対するブロッキン
グ性を高めることができる。その場合のＤＬＣ膜の厚さ
は５〜５００nmで形成する。また、微少硬度計による測
定で、１５〜２５GPaの硬度を有することが知られてい
る。

【００４５】さらに、ＴＦＴと有機材料から成る層間絶
縁膜が形成された基板を加熱しなくても、密着性良くＤ
ＬＣ膜を形成することができる。スパッタリング法にお
いてもイオン衝撃をある程度利用して緻密で硬質な膜を
形成できる。

【００４６】『実施の形態１』から『実施の形態３』に
記載された方法により、有機材料から成る層間絶縁膜上
に、無機絶縁膜又は炭素膜を形成することにより、当該
層間絶縁膜側からの酸素、水分が発光素子側へ侵入する
ことを防ぐことができ、発光素子の劣化を防止すること
ができる。また、発光素子からの可動イオンがＴＦＴ側
へ拡散することも防ぐことができ、ＴＦＴの閾値の変動
を抑制することが可能となる。これらにより、発光装置
におけるダークスポットの発生や輝度の低下を抑えるこ
とが可能となり、また、発光装置に用いるＴＦＴの信頼
性を高めることができる。

【００４７】以下に示す実施例では、上記有機材料から
なる層間絶縁膜にアクリルを使用し、前記無機絶縁膜に
酸化窒化珪素膜又は窒化珪素膜を使用した積層構造をＴ
ＦＴプロセスに用いた例を示す。

【００４８】

【実施例】[実施例１]以下に示す実施例により詳細な説
明を行う。ここでは、発光装置に用いるＴＦＴ基板を形
成する一例を示す。

【００４９】図２（Ａ）において、基板４０１にはガラ
ス基板もしくは石英基板を用いる。ガラス基板を用いる
場合、基板表面に、基板からの不純物拡散を防ぐため
に、絶縁膜から成る下地膜４０２を形成する。

【００５０】次に、２５〜８０nm（好ましくは３０〜６
０nm）の厚さで非晶質構造を有する半導体層４０３を、
プラズマＣＶＤ法やスパッタリング法などの公知の方法
で形成し、結晶化の工程を行い非晶質半導体層から結晶
質半導体層を作製する。

【００５１】結晶化の方法としてレーザーアニール法や
熱アニール法（固相成長法）、またはラピットサーマル
アニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。レー
ザーアニール法を用いる場合、前記半導体層の膜厚が厚
ければレーザー照射時の熱容量が増加して、基板に与え
るダメージも増加するため、膜厚は薄い方が好ましい。

【００５２】また、前記半導体層を結晶化させる方法と
して、触媒を利用しても良い。触媒元素の例としてはニ
ッケル（Ｎｉ）が有効である。

【００５３】このとき、水溶液をスピナーで基板を回転
させて塗布するスピンコート法で触媒元素を含有する層
を形成する。そして、ファーネスアニール炉を用い、窒
素雰囲気中において５５０〜６００℃で１〜８時間の熱
アニールを行う。以上の工程により結晶質珪素膜から成
る結晶質半導体層を得ることができる。

【００５４】また、この触媒元素を除去する手段とし
て、リン（Ｐ）によるゲッタリング作用を利用する手段
がある。このときは、Ｎｉを偏析させる領域にＰをドー
ピングで添加する。Ｐでゲッタリングを良好に行う為に
は１．５×１０²⁰atomic/cm³以上が好ましい。リン
（Ｐ）以外にも、アルゴン（Ａｒ）によるゲッタリング
作用を利用する手段を用いることが出来る。例えば、触
媒元素を偏析させようとする領域へ１×１０²⁰atomic/c
m³以上のアルゴン（Ａｒ）を添加する。前記アルゴン
（Ａｒ）を添加する手段としては、ドーピングによる加
速注入のほか、前記領域をアルゴン（Ａｒ）をスパッタ
ガスとして用い、シリコンをスパッタ成膜して形成する
方法が挙げられる。前記アルゴン（Ａｒ）を添加する領
域は、リン（Ｐ）が含まれていてもよい。前記Ｎｉを偏
析させる領域を形成した後、熱アニールすることで前記
Ｎｉを偏析させる領域へ前記触媒元素をゲッタリングで
きる。

【００５５】そして、結晶質半導体層上に、フォトリソ
グラフィーの技術を用いてレジストパターンを形成し、
ドライエッチングによって結晶質半導体層を島状に分割
し、図２（Ｂ）に示すように島状半導体層404を形成す
る。島状半導体層404に対しては、ＴＦＴのしきい値電
圧（Ｖth）を制御する目的でｐ型を付与する不純物元素
を１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷atomic/cm³程度の濃度で島状
半導体層の全面に添加しても良い。

【００５６】ゲート絶縁膜405はプラズマＣＶＤ法また
はスパッタリング法を用い、膜厚を４０〜１５０nmとし
てシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例としてプ
ラズマＣＶＤ法やスパッタリング法を用いるとき、成膜
前にＨ₂雰囲気で半導体層表面を処理すると、良好な特
性が得られる。

【００５７】そして、図２（Ｃ）に示す様に、ゲート絶
縁膜上にゲート電極を形成するための窒化タンタル膜４
０６とタングステン膜４０７とを形成する。本実施例で
は、窒化タンタルを３０nmの厚さに形成し、タングステ
ンを３００〜４００nmの厚さに形成する。窒化タンタル
膜はスパッタリング法で形成し、ＴａのターゲットをＡ
ｒ及びＮ₂でスパッタする。タングステン膜を形成する
場合は、タングステンをターゲットとしたスパッタリン
グ法で形成する。

【００５８】次にレジストによるマスク５０１を形成
し、ゲート電極を形成するための第１のエッチング処理
を行う。この処理を、図３を用いて示す。エッチング方
法に限定はないが、好適にはＩＣＰ（Inductively Coup
led Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用
い、エッチング用ガスにＣＦ₄とＣｌ₂を混合し、０．５
〜２Pa、好ましくは１Paの圧力でコイル型の電極に５０
０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成
して行う。基板側（試料ステージ）にも１００WのＲＦ
（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス
電圧を印加する。ＣＦ₄とＣｌ₂を混合した場合にはタン
グステン膜及び窒化タンタル膜とも同程度にエッチング
される。

【００５９】上記エッチング条件では、レジストによる
マスクの形状を適したものとすることにより、基板側に
印加するバイアス電圧の効果により窒化タンタル膜５０
３及びタングステン膜５０２の端部が１５〜４５°の角
度となるテーパー形状となる。ゲート絶縁膜上に残渣を
残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程
度の割合でエッチング時間を増加させると良い。（図３
（ａ））

【００６０】次に第２のエッチング処理を行う。同様に
ＩＣＰエッチング法を用い、エッチングガスにＣＦ₄と
Ｃｌ₂とＯ₂を混合して、１Paの圧力でコイル型の電極に
５００WのＲＦ電力(13.56MHz)を供給し、プラズマを生
成して行う。基板側（試料ステージ）には５０WのＲＦ
（13.56MHz）電力を投入し、第１のエッチング処理に比
べ低い自己バイアス電圧を印加する。このような条件に
よりタングステン膜を異方性エッチングすると同時に窒
化タンタル膜５０４で覆われない領域５０５はさらに２
０〜５０nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成さ
れる。この後、それより遅いエッチング速度で第１の導
電層である窒化タンタル膜を異方性エッチングすれば、
図３（Ｃ）で示される様な導電層が形成される。

【００６１】本実施例では、ゲート電極材料として、窒
化タンタルとタングステンを挙げたが、図３（Ｂ）のよ
うな形状が形成されれば他の導電性材料でもよい。例え
ば、Ｔａ、Ｍｏ、ＷＮ、結晶性シリコン、Ｔｉ、Ｎｂ、
あるいは４Ａ〜６Ａ族の中から、エッチレートの異なる
適当な二種類の金属又は合金を使用してもよい。

【００６２】そして、図３（Ｃ）で示される様に第一の
不純物添加方法でＰを添加する。ドーピングの方法はイ
オンドープ法若しくはイオン注入法で行えば良い。本実
施例においては、ゲート絶縁膜の膜厚が９０nmとし、イ
オンドープ法の条件は、加速電圧を８０kVとし、１．５
×１０¹⁵atomic/cm²のドーズ量とする。すると、第一の
不純物領域５０６及び第二の不純物領域507が自己整合
的に形成される。第一の不純物領域506には２．０×１
０¹⁸atomic/ｃｍ³程度のＰが添加される。第二の不純物
領域507には１．７×１０²⁰atomic/cm³程度のＰが添加
される。（図４ｂ）。

【００６３】このように形成された、第一の不純物領域
５０６はＬＤＤ領域であり、信頼性を向上させることが
できる。ゲート絶縁膜の厚さ、及び第一の不純物領域に
おけるソース-ドレイン方向の長さによって、ＴＦＴが
駆動する際の電界を緩和し、且つ半導体層のキャリアの
電子温度を下げる最適値があるので、濃度はそのＴＦＴ
に合わせて検討するべきである。

【００６４】次いで、図４（ｃ）のようにｎチャネル型
ＴＦＴを形成する島状半導体層は、レジストマスクを形
成し全面を被覆しておく。レジストは５００nmの厚さで
形成されていれば、不純物を添加する際、素子に到達す
る量は第一の不純物領域に添加する量に比べ小さい。本
実施例では、１０００nmの厚さで形成する。

【００６５】そして、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島
状半導体層にソース領域およびドレイン領域とする高濃
度ｐ型不純物領域を形成する。ここでは、ゲート電極マ
スクとしてｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整
合的に高濃度ｐ型不純物領域を形成する。ここで形成さ
れる不純物領域はジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いたイオンド
ープ法で形成する。そして、ゲート電極と重ならない高
濃度ｐ型不純物領域のボロン濃度は、３×１０²⁰〜３×
１０²¹atomic/cm³となるようにする。また、第一のゲー
ト電極と重なる不純物領域は、ゲート絶縁膜と第一のゲ
ート電極を介して不純物元素が添加されるので、実質的
に低濃度ｐ型不純物領域として形成され、少なくとも
１．５×１０¹⁹atomic/cm³以上の濃度とする。

【００６６】この高濃度ｐ型不純物領域および低濃度ｐ
型不純物領域には、前工程においてＰが添加されてい
て、高濃度ｐ型不純物領域には１×１０²⁰〜１×１０²¹
atomic/cm³の濃度で、低濃度ｐ型不純物領域には１×１
０¹⁶〜１×１０¹⁹atomic/cm³の濃度で含有しているが、
この工程で添加するボロン（Ｂ）の濃度をＰ濃度の１．
５〜３倍となるようにすることにより、ｐチャネル型Ｔ
ＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するた
めに何ら問題は生じなかった。

【００６７】前記ＬＤＤ領域６０１が形成されたＴＦＴ
の断面を図５（a）に示す。図５は簡略化の為、ｎチャ
ネル型ＴＦＴと、ｐチャネル型ＴＦＴとを同じ図で示し
ている。その後、図５（ｂ）に示すように、スパッタリ
ング法もしくはプラズマＣＶＤ法により、ゲート電極お
よびゲート絶縁膜上から第１の層間絶縁膜６０２を形成
する。第１の層間絶縁膜６０２は酸化珪素膜、酸化窒化
珪素膜、窒化珪素膜、またはこれらを組み合わせた積層
膜で形成すれば良い。ここではプラズマＣＶＤで酸化窒
化珪素膜を５００nm形成した。

【００６８】その後、適当な濃度で添加されたｎ型もし
くはｐ型を付与する不純物元素を活性化する工程を行
う。本実施例では５５０℃で４時間の熱処理を行った
が、基板に耐熱性が無い場合、レーザーアニール法、ま
たはＲＴＡ法を適用することができる。

【００６９】活性化の工程に続いて、雰囲気ガスを変化
させ、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜
４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層
を水素化する工程を行う。水素化の他の手段として、プ
ラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用い
る）を行っても良い。

【００７０】活性化および水素化の工程が終了したら、
図５（ｃ）のように、有機材料からなる第２の層間絶縁
膜６０３を１．０〜２．０μmの平均厚を有して形成す
る。有機材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリア
ミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテ
ン）等を使用することができる。

【００７１】このように、第２の層間絶縁膜６０３を有
機材料で形成することにより、表面を良好に平坦化させ
ることができる。また、有機材料６０３は一般に誘電率
が低いので、寄生容量を低減することができる。しか
し、吸湿性があり保護膜としては適さないので、本実施
例のように、第１の層間絶縁膜６０２として形成した酸
化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜などと組み合わ
せて用いると良い。

【００７２】その後、スパッタリング法により、酸化珪
素膜、窒化珪素膜もしくは酸化窒化珪素膜を成膜し、第
３の層間絶縁膜６０４を形成する。本実施例では、第３
の層間絶縁膜に窒化珪素膜を１００nm程度、形膜してい
る。ターゲットはシリコンを用い、成膜ガス及び流量
は、Ｎ₂：Ｈ₂：Ｎ₂Ｏ＝３１：５：４sccmとした。ま
た、成膜ガス圧力は０．４Pa、成膜電力はＲＦ電源で、
半径１２inchの円型ターゲットを用いて３kWとした。

【００７３】前記成膜ガス及び流量についてＮ₂Ｏ＝４s
ccmとしたが、水分もしくは酸素での劣化に対して成膜
条件の範囲が充分広い場合、Ｎ₂Ｏ流量を大きくするな
どで膜中の酸素の組成比を大きくし、透過率を上げるこ
とが好ましい。また、本実施例では前記第３の層間絶縁
膜を酸化窒化珪素膜で形成したが、発光材料に、水分も
しくは酸素で非常に劣化しやすいものを用いる場合に
は、酸化窒化珪素膜の代わりに窒化珪素膜を用いること
が好ましい。このときの成膜条件は、ターゲットにはシ
リコンを用い、成膜ガス及び流量は、Ｎ_２の流量を２０
sccmとする。また、成膜ガス圧力は０．８Pa、成膜電力
はＲＦ電源で、半径１２inchの円型ターゲットを用いて
３kWとする。

【００７４】その後、それぞれの島状半導体層に形成さ
れたソース領域またはドレイン領域に達するコンタクト
ホールを形成する。コンタクトホールの形成はドライエ
ッチング法により行う。この場合、エッチングガスをＣ
Ｆ₄、Ｏ₂として第３の層間絶縁膜６０４をエッチング
し、次いでエッチングガスにＣＦ₄、Ｏ₂、Ｈｅの混合ガ
スを用い有機材料から成る第２の層間絶縁膜６０３をま
ずエッチングする、その後、続いてエッチングガスをＣ
Ｆ₄、Ｏ₂として第１の層間絶縁膜602をエッチングした
後、ゲイト絶縁膜をエッチングする。

【００７５】そして、導電性の金属膜をスパッタリング
法や真空蒸着法で形成し、レジストマスクパターンを形
成しエッチングによって、ソース配線及びドレイン配線
６０５を形成する。本実施例では、Ｔｉ膜を形成し、そ
の上に窒化チタン膜を形成し、さらにＡｌを形成し、さ
らにＴｉ膜またはタングステン膜を形成して４層構造と
し、全体を５００nmとした。

【００７６】その後、透明導電膜６０６を全面に形成
し、パターニング処理およびエッチング処理により画素
電極を形成する。画素電極は、有機材料から成る第２の
層間絶縁膜上に形成され、画素ＴＦＴのドレイン配線と
重なる部分を設け電気的な接続を形成している。

【００７７】透明導電膜６０６の材料は、酸化インジウ
ム（Ｉｎ₂Ｏ₃）や酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ₂
Ｏ₃―ＳｎＯ₂；ＩＴＯ）などをスパッタリング法や真空
蒸着法などを用いて形成して用いることができる。この
ような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行
う。ＩＴＯを形成時、基板を室温としスパッタガスとし
て水素もしくは水を流すなどで結晶化させない場合に
は、エッチング処理をフッ酸など酸系の溶液で行うこと
ができる。この場合、後の工程で基板を１６０−３００
℃で一時間以上熱処理し、ＩＴＯを結晶化させ、透過率
を上げることができる。

【００７８】以上の工程により、発光装置を形成するた
めのＴＦＴ基板が完成する。

【００７９】[実施例２]本実施例では図１０を用いてプ
ラスチック基板上にＴＦＴを形成する作製工程について
以下に説明する。

【００８０】まず、有機物からなるプラスチック基板２
０１を用意する。本実施例では、ポリイミドからなる基
板２０１を用いる。このポリイミドからなる基板の耐熱
温度は約３９９℃であり、基板自体の色は透明ではな
く、褐色である。次いで、基板２０１上に下地絶縁膜２
０２を形成する。この下地絶縁膜はプロセス温度がプラ
スチック基板が変形しない温度範囲、好ましくは３００
℃を超えない温度範囲での成膜方法であれば特に限定さ
れず、ここではスパッタリング法を用いて形成した。こ
のスパッタリング法ではスパッタガスに水素を含まない
雰囲気において成膜するため、膜中水素量は５atomic％
以下である。

【００８１】次いで、非晶質半導体膜を形成し、レーザ
ー照射により結晶化させて結晶質半導体膜を形成する。
非晶質半導体膜はプロセス温度がプラスチック基板が変
形しない温度範囲、好ましくは３００℃を超えない温度
範囲での成膜方法であれば特に限定されず、ここではス
パッタリング法を用いて形成した。次いで、結晶質半導
体膜を所望の形状にパターニングして半導体層２０３を
形成する。

【００８２】次いで、半導体層２０３を覆うゲート絶縁
膜２０４を形成する。ゲート絶縁膜はスパッタリング法
を用いて成膜する（図１０（Ａ））。このときシリコン
ターゲットをアルゴンと、酸素と、水素と、Ｎ₂Ｏと、
をスパッタガスとして用いてスパッタすることにより成
膜する。

【００８３】次いで、ゲート電極２０５を形成する。
（図１０（Ｂ））ゲート電極２０５としては、Ｔａ、
Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた
元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは
化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元
素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜
を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよ
い。

【００８４】次いで、ゲート電極をマスクとしてゲート
絶縁膜を自己整合的にエッチングしてゲート絶縁膜２０
６を形成するとともに、半導体層の一部を露呈させてか
ら半導体層の一部にｎ型を付与する不純物元素、ここで
はリンをドーピングして不純物領域２０７を形成する
（図１０（Ｃ））。このときｐチャネル型ＴＦＴにはレ
ジストを形成しておき、前記ｐ型を付与する不純物添加
後に剥離する。

【００８５】次いで、ゲート電極をマスクとしてゲート
絶縁膜を自己整合的にエッチングしてゲート絶縁膜を形
成するとともに、半導体層の一部を露呈させてから半導
体層の一部にｐ型を付与する不純物元素、ここではボロ
ンをドーピングして不純物領域２０８を形成する（図１
０（Ｄ））。このときｎチャネル型ＴＦＴにはレジスト
を形成しておき、前記ｐ型を付与する不純物添加後に剥
離する。

【００８６】本実施例ではゲート絶縁膜のエッチングを
行った後にドーピングを行ったが、ゲート電極を形成し
た後、ゲート絶縁膜を通過させてドーピングを行っても
よい。この場合、不純物元素はゲート絶縁膜を通過し、
ゲート電極をマスクとして自己整合的にドーピングされ
る。

【００８７】次いで、実施例１と同様、アクリルからな
る層間絶縁膜２１０a、珪素を主成分とする層間絶縁膜
２１０ｂを形成する。このとき、基板温度は３００℃を
超えることは無く、基板が変形することはない。

【００８８】次いで、ソース領域またはドレイン領域に
達するコンタクトホールを形成した後、ソース領域に電
気的に接続するソース配線２１１、ドレイン領域に電気
的に接続する画素電極２１２を形成する。

【００８９】次いで、ＴＦＴ特性を向上させるために水
素化処理を行う。この水素化としては、水素雰囲気中で
の熱処理（３００℃、１時間）、あるいは低温でプラズ
マ水素化を行う。

【００９０】以上の作製工程により、有機物からなるプ
ラスチック基板が変形しない温度範囲、好ましくは３０
０℃以下のプロセス温度において、発光装置に用いられ
る、プラスチック基板上に形成されたトップゲート型の
ＴＦＴが完成する（図１０（Ｅ））。

【００９１】[実施例３]本実施例では、実施例１の半導
体装置を用いてＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装
置を作製した例について説明する。なお、図６（Ａ）は
本発明のＥＬ表示装置の上面図であり、図６（Ｂ）はそ
の断面図である。

【００９２】図６（Ａ）において、４００１は基板、４
００２は画素部、４００３はソース側駆動回路、４００
４はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配
線４００５を経てＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキ
ット）４００６に至り、外部機器へと接続される。

【００９３】このとき、画素部４００２、ソース側駆動
回路４００３及びゲート側駆動回路４００４を囲むよう
にして第１シール材４１０１、カバー材４１０２、充填
材４１０３及び第２シール材４１０４が設けられてい
る。

【００９４】また、図６（Ｂ）は図６（Ａ）をＡ−Ａ’
で切断した断面図に相当し、基板４００１の上にソース
側駆動回路４００３に含まれる駆動ＴＦＴ（但し、ここ
ではｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを図示し
ている。）４２０１及び画素部４００２に含まれる電流
制御用ＴＦＴ（発光素子への電流を制御するＴＦＴ）４
２０２が形成されている。

【００９５】本実施例では、駆動ＴＦＴ４２０１には図
４のｐチャネル型ＴＦＴまたはｎチャネル型ＴＦＴと同
じ構造のＴＦＴが用いられ、電流制御用ＴＦＴ４２０２
には図４のｐチャネル型ＴＦＴと同じ構造のＴＦＴが用
いられる。また、画素部４００２には電流制御用ＴＦＴ
４２０２のゲートに接続された保持容量（図示せず）が
設けられる。

【００９６】駆動ＴＦＴ４２０１及び画素ＴＦＴ４２０
２の上には樹脂材料からなる層間絶縁膜（平坦化膜）４
３０１a及び、本発明の特徴である珪素及び窒素を主成
分とする層間絶縁膜４３０１ｂが形成され、その上に画
素ＴＦＴ４２０２のドレインと電気的に接続する画素電
極（陽極）４３０２が形成される。画素電極４３０２と
しては仕事関数の大きい透明導電膜が用いられる。透明
導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合
物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、
酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。
また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用い
ても良い。

【００９７】そして、画素電極４３０２の上には絶縁膜
４３０３が形成され、絶縁膜４３０３は画素電極４３０
２の上に開口部が形成されている。この開口部におい
て、画素電極４３０２の上にはＥＬ（エレクトロルミネ
ッセンス）層４３０４が形成される。発光層４３０４は
公知のＥＬ材料を用いる。ＥＬ材料には低分子系（モノ
マー系）材料と高分子系（ポリマー系）材料があるがど
ちらを用いても良い。また、発光層は有機物と無機物の
複合材料を用いてもよい。

【００９８】発光層４３０４の形成方法は公知の蒸着技
術もしくは塗布法技術を用いれば良い。また、発光層の
構造は正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層ま
たは電子注入層を自由に組み合わせて積層構造または単
層構造とすれば良い。

【００９９】発光層４３０４の上には周期表の１族また
は２族に属する元素を含む導電膜（代表的にはアルミニ
ウム、銅もしくは銀に、アルカリ金属元素もしくはアル
カリ土類金属元素を含ませた導電膜）からなる陰極４３
０５が形成される。また、陰極４３０５と発光層４３０
４の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくこと
が望ましい。従って、真空中で両者を連続成膜するか、
発光層４３０４を窒素または希ガス雰囲気で形成し、酸
素や水分に触れさせないまま陰極４３０５を形成すると
いった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバ
ー方式（クラスターツール方式）の成膜装置を用いるこ
とで上述のような成膜を可能とする。

【０１００】そして陰極４３０５は４３０６で示される
領域において配線４００５に電気的に接続される。配線
４００５は陰極４３０５に所定の電圧を与えるための配
線であり、異方導電性フィルム４３０７を介してＦＰＣ
４００６に電気的に接続される。

【０１０１】以上のようにして、画素電極（陽極）４３
０２、発光層４３０４及び陰極４３０５からなる発光素
子が形成される。この発光素子は、第１シール材４１０
１及び第１シール材４１０１によって基板４００１に貼
り合わされたカバー材４１０２で囲まれ、充填材４１０
３により封入されている。

【０１０２】カバー材４１０２としては、ガラス材、金
属材（代表的にはステンレス材）、セラミックス材、プ
ラスチック材（プラスチックフィルムも含む）を用いる
ことができる。プラスチック材としては、ＦＲＰ（Fibe
rglass Reinforced Plastics）板、ＰＶＦ（ポリビニル
フルオライド）フィルム、マイラーフィルム、ポリエス
テルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いること
ができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルム
やマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用いること
もできる。

【０１０３】但し、発光素子からの光の放射方向がカバ
ー材側に向かう場合にはカバー材は透明でなければなら
ない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリ
エステルフィルムまたはアクリルフィルムのような透明
物質を用いる。

【０１０４】また、充填材４１０３としては紫外線硬化
樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポ
リビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキ
シ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラ
ル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用い
ることができる。この充填材４１０３の内部に吸湿性物
質（好ましくは酸化バリウム）もしくは酸素を吸着しう
る物質を設けておくと発光素子の劣化を抑制できる。

【０１０５】また、充填材４１０３の中にスペーサを含
有させてもよい。このとき、スペーサを酸化バリウムで
形成すればスペーサ自体に吸湿性をもたせることが可能
である。また、スペーサを設けた場合、スペーサからの
圧力を緩和するバッファ層として陰極４３０５上に樹脂
膜を設けることも有効である。

【０１０６】また、配線４００５は異方導電性フィルム
４３０７を介してＦＰＣ４００６に電気的に接続され
る。配線４００５は画素部４００２、ソース側駆動回路
４００３及びゲート側駆動回路４００４に送られる信号
をＦＰＣ４００６に伝え、ＦＰＣ４００６により外部機
器と電気的に接続される。

【０１０７】また、本実施例では第１シール材４１０１
の露呈部及びＦＰＣ４００６の一部を覆うように第２シ
ール材４１０４を設け、発光素子を徹底的に外気から遮
断する構造となっている。こうして図６（Ｂ）の断面構
造を有するＥＬ表示装置となる。

【０１０８】ここで画素部のさらに詳細な断面構造を図
７に、上面構造を図８（Ａ）に、回路図を図８（Ｂ）に
示す。図７、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）では共通の符号
を用いるので互いに参照すれば良い。

【０１０９】図７において、基板４４０１上に設けられ
たスイッチング用ＴＦＴ４４０２は図４のｎチャネル型
ＴＦＴを用いて形成される。従って、構造の説明はｎチ
ャネル型ＴＦＴの説明を参照すれば良い。また、４４０
３で示される配線は、スイッチング用ＴＦＴ４４０２の
ゲート電極４４０４ａ、４４０４ｂを電気的に接続する
ゲート配線である。

【０１１０】なお、本実施例ではチャネル形成領域が二
つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル
形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは
三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。

【０１１１】また、スイッチング用ＴＦＴ４４０２のド
レイン配線４４０５は電流制御用ＴＦＴ４４０６のゲー
ト電極４４０７に電気的に接続されている。なお、電流
制御用ＴＦＴ４４０６は図４のｐチャネル型ＴＦＴ３０
１を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネ
ル型ＴＦＴ３０１の説明を参照すれば良い。なお、本実
施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲー
ト構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。

【０１１２】スイッチング用ＴＦＴ４４０２及び電流制
御用ＴＦＴ４４０６の上には第１パッシベーション膜４
４０８が設けられ、その上に樹脂からなる平坦化膜４４
０９ａが形成される。平坦化膜４４０９を用いてＴＦＴ
による段差を平坦化することは非常に重要である。後に
形成される発光層は非常に薄いため、段差が存在するこ
とによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光
層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形
成する前に平坦化しておくことが望ましい。そして、樹
脂からなる平坦化膜４４０９ａの上に、本発明の特徴で
ある珪素及び窒素を主成分とする層間絶縁膜４４０９ｂ
が形成されている。

【０１１３】また、４４１０は透明導電膜からなる画素
電極（発光素子の陽極）であり、電流制御用ＴＦＴ４４
０６のドレイン配線に電気的に接続される。透明導電膜
としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化
インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズ
または酸化インジウムを用いることができる。また、前
記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良
い。

【０１１４】画素電極４４１０の上には発光層４４１１
が形成される。なお、図７では一画素しか図示していな
いが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各
色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例
では蒸着法により低分子系有機ＥＬ材料を形成してい
る。具体的には、正孔注入層として２０nm厚の銅フタロ
シアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として
７０nm厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体
（Ａｌｑ₃）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ₃に
キナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光
色素を添加することで発光色を制御することができる。

【０１１５】但し、以上の例は発光層として用いること
のできるＥＬ材料の一例であって、これに限定する必要
はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層
を自由に組み合わせて発光層（発光及びそのためのキャ
リアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。例
えば、本実施例では低分子系有機ＥＬ材料を発光層に用
いる例を示したが、高分子系有機ＥＬ材料を用いても良
い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の
無機材料を用いることも可能である。これらの有機ＥＬ
材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。

【０１１６】次に、発光層４４１１の上には導電膜から
なる陰極４４１２が設けられる。本実施例の場合、導電
膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。
勿論、公知のＭｇＡｇ膜（マグネシウムと銀との合金
膜）を用いても良い。陰極材料としては、周期表の１族
もしくは２族に属する元素からなる導電膜もしくはそれ
らの元素を添加した導電膜を用いれば良い。

【０１１７】この陰極４４１２まで形成された時点で発
光素子４４１３が完成する。なお、ここでいう発光素子
４４１３は、画素電極（陽極）４４１０、発光層４４１
１及び陰極４４１２で形成されたコンデンサを指す。

【０１１８】次に、本実施例における画素の上面構造を
図８（Ａ）を用いて説明する。スイッチング用ＴＦＴ４
４０２のソースはソース配線４４１５に接続され、ドレ
インはドレイン配線４４０５に接続される。また、ドレ
イン配線４４０５は電流制御用ＴＦＴ４４０６のゲート
電極４４０７に電気的に接続される。また、電流制御用
ＴＦＴ４４０６のソースは電流供給線４４１６に電気的
に接続され、ドレインはドレイン配線４４１７に電気的
に接続される。また、ドレイン配線４４１７は点線で示
される画素電極（陽極）４４１８に電気的に接続され
る。

【０１１９】このとき、４４１９で示される領域には保
持容量が形成される。保持容量４４１９は、電流供給線
４４１６と電気的に接続された半導体膜４４２０、ゲー
ト絶縁膜と同一層の絶縁膜（図示せず）及びゲート電極
４４０７との間で形成される。また、ゲート電極４４０
７、第１層間絶縁膜と同一の層（図示せず）及び電流供
給線４４１６で形成される容量も保持容量として用いる
ことが可能である。

【０１２０】[実施例４]本実施例では、実施例３とは異
なる画素構造を有したＥＬ表示装置について説明する。
説明には図９を用いる。なお、図８と同一の符号が付し
てある部分については実施例３の説明を参照すれば良
い。

【０１２１】図９では電流制御用ＴＦＴ４５０１として
図４のｎチャネル型ＴＦＴ３０２と同一構造のＴＦＴを
用いる。勿論、電流制御用ＴＦＴ４５０１のゲート電極
４５０２はスイッチング用ＴＦＴ４４０２のドレイン配
線４４０５に電気的に接続されている。また、電流制御
用ＴＦＴ４５０１のドレイン配線４５０３は画素電極４
５０４に電気的に接続されている。

【０１２２】本実施例では、導電膜からなる画素電極４
５０４が発光素子の陰極として機能する。具体的には、
アルミニウムとリチウムとの合金膜を用いるが、周期表
の１族もしくは２族に属する元素からなる導電膜もしく
はそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。

【０１２３】画素電極４５０４の上には発光層４５０５
が形成される。なお、図９では一画素しか図示していな
いが、本実施例ではＧ（緑）に対応した発光層を蒸着法
及び塗布法（好ましくはスピンコーティング法）により
形成している。具体的には、電子注入層として２０nm厚
のフッ化リチウム（ＬｉＦ）膜を設け、その上に発光層
として７０nm厚のＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレ
ン）膜を設けた積層構造としている。

【０１２４】次に、発光層４５０５の上には透明導電膜
からなる陽極４５０６が設けられる。本実施例の場合、
透明導電膜として酸化インジウムと酸化スズとの化合物
もしくは酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物からなる
導電膜を用いる。

【０１２５】この陽極４５０６まで形成された時点で発
光素子４５０７が完成する。なお、ここでいう発光素子
４５０７は、画素電極（陰極）４５０４、発光層４５０
５及び陽極４５０６で形成されたコンデンサを指す。

【０１２６】発光素子に加える電圧が１０Ｖ以上といっ
た高電圧の場合には、電流制御用ＴＦＴ４５０１におい
てホットキャリア効果による劣化が顕在化してくる。こ
のような場合に、電流制御用ＴＦＴ４５０１として本発
明の構造のｎチャネル型ＴＦＴを用いることは有効であ
る。

【０１２７】また、本実施例の電流制御用ＴＦＴ４５０
１はゲート電極４５０２とＬＤＤ領域４５０９との間に
ゲート容量と呼ばれる寄生容量を形成する。このゲート
容量を調節することで図８（Ａ）、（Ｂ）に示した保持
容量４４１８と同等の機能を持たせることも可能であ
る。特に、ＥＬ表示装置をデジタル駆動方式で動作させ
る場合においては、保持容量のキャパシタンスがアナロ
グ駆動方式で動作させる場合よりも小さくて済むため、
ゲート容量で保持容量を代用しうる。

【０１２８】なお、発光素子に加える電圧が１０V以
下、好ましくは５V以下となった場合、上記ホットキャ
リア効果による劣化はさほど問題とならなくなるため、
図９においてＬＤＤ領域４５０９を省略した構造のｎチ
ャネル型ＴＦＴを用いても良い。

【０１２９】

【発明の効果】こうして有機材料から成る層間絶縁膜上
に、無機絶縁膜又は炭素膜を形成することにより、当該
層間絶縁膜側からの酸素、水分が発光素子側へ侵入する
ことを防ぐことができ、発光素子の劣化を防止すること
ができる。また、発光素子からの可動イオンがＴＦＴ側
へ拡散することも防ぐことができ、ＴＦＴの閾値の変動
を抑制することが可能となる。これらにより、発光装置
におけるダークスポットの発生や輝度の低下を抑えるこ
とが可能となり、また、ＴＦＴの信頼性を高めることが
できる。有機樹脂基板に、上記ダークスポットが少な
く、且つ劣化の少ない、発光装置を作成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スパッタリング法で成膜された窒化珪素膜と
窒化珪素膜との透過率を示す図。

【図２】本発明における発光素子に用いられる半導体
装置の作製方法を説明する図。

【図３】本発明における発光素子に用いられる半導体
装置の作製方法を説明する図。

【図４】本発明における発光素子に用いられる半導体
装置の作製方法を説明する図。

【図５】本発明における発光素子に用いられる半導体
装置の作製方法を説明する図。

【図６】本発明を用いたＥＬ表示装置を説明する図。

【図７】画素部の構造を説明する図。

【図８】画素部の構造を説明する図（Ａ）。及び回路
図（Ｂ）。

【図９】画素部の構造を説明する図。

【図１０】本発明における発光素子に用いられる半導
体装置の作製方法を説明する図。

【図１１】スパッタリング法で成膜された窒化珪素膜
の吸湿ブロッキング効果の測定条件を説明する図。

【図１２】スパッタリング法で成膜された窒化珪素膜
の吸湿ブロッキング効果を説明する図。

【図１３】スパッタリング法で成膜された窒化珪素膜
のＬｉブロッキング効果を説明する図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 33/10 Ｈ０５Ｂ 33/14 Ａ 33/14 33/22 Ｚ 33/22 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６１９Ａ (72)発明者山崎舜平神奈川県厚木市長谷398番地株式会社半導体エネルギー研究所内Ｆターム(参考） 3K007 AB08 AB11 AB12 AB13 FA01 5C094 AA15 BA03 BA27 CA19 EA04 EA07 FB15 5F058 BA04 BA05 BC08 BC20 BF15 BF30 BJ04 5F110 AA30 BB01 BB02 BB04 CC02 DD01 DD02 DD03 DD11 EE01 EE02 EE04 EE06 EE09 EE14 EE23 EE28 EE44 FF02 FF03 FF04 FF28 FF30 GG02 GG13 GG25 GG31 GG34 GG43 GG45 HJ01 HJ04 HJ12 HJ13 HJ23 HL03 HL04 HL12 HL23 HM15 NN03 NN04 NN22 NN23 NN24 NN27 NN28 NN33 NN34 NN35 NN72 PP01 PP02 PP03 PP13 PP34 QQ11 QQ24 QQ25 QQ28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面上に設けられた薄膜トランジスタ
と、前記薄膜トランジスタ上に設けられた有機材料から
成る層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられ一対の
電極間に発光層を有する発光素子と、前記層間絶縁膜と
前記発光素子との間に珪素及び窒素を主成分とする無機
絶縁膜とを有し、前記無機絶縁膜は、珪素の含有比率が
２５.０atomic％以上３５.０atomic％以下であり、窒素
の含有比率が３５.０atomic％以上６５.０atomic％以下
であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】絶縁表面上に設けられた薄膜トランジスタ
と、前記薄膜トランジスタ上に設けられた有機材料から
成る層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられ一対の
電極間に発光層を有する発光素子と、前記層間絶縁膜と
前記発光素子との間に珪素及び窒素を主成分とする無機
絶縁膜とを有し、前記層間絶縁膜と前記発光素子との間
にＳＰ³結合を有し水素を含有する炭素膜が形成されて
いることを特徴とする発光装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２において、前記発光
装置は、パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、携帯
型情報端末、デジタルカメラ、デジタルビデオディスク
プレーヤー、プロジェクターに用いられていることを特
徴とする発光装置。
【請求項４】薄膜トランジスタ上に有機材料からなる層
間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜上にスパッタリング
法により珪素の含有比率が２５.０atomic％以上３５.０
atomic％以下であり、窒素の含有比率が３５.０atomic
％以上６５.０atomic％以下である無機絶縁膜を形成
し、前記無機絶縁膜上に、一対の電極間に発光層を有す
る発光素子を形成することを特徴とする発光装置の作製
方法。
【請求項５】薄膜トランジスタ上に有機材料から成る層
間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜上にスパッタリング
法によりＳＰ³結合を有し水素を含有する炭素膜を形成
し、前記炭素膜上に、一対の電極間に発光層が形成され
た発光素子を形成することを特徴とする発光装置の作製
方法。
【請求項６】請求項４又は請求項５において、前記有機
材料からなる層間絶縁膜は塗布法で形成することを特徴
とする発光装置の作製方法。