JP2008042179A - Light-emitting element, light-emitting device, and method of fabricating the light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子の発光材料に関する。エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子に関する。また、発光素子を有する発光装置および電子機器に関する。 The present invention relates to a light-emitting material of a light-emitting element using electroluminescence. The present invention relates to a light-emitting element using electroluminescence. In addition, the present invention relates to a light-emitting device and an electronic device each having a light-emitting element.
近年、エレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence)を利用した発光素子(以下、「EL素子」ともいう)の研究開発が活発に行われている。発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の物質を挟んでなるものであり、両電極間に電圧を印加することによって発光性の物質からの発光を得ている。 In recent years, research and development of light-emitting elements (hereinafter also referred to as “EL elements”) using electroluminescence have been actively conducted. The basic structure of the light-emitting element is that a light-emitting substance is sandwiched between a pair of electrodes, and light is emitted from the light-emitting substance by applying a voltage between both electrodes.
このような発光素子は、自発光型であることから液晶ディスプレイに比べて視野角が広く、視認性に優れているという点に加えて、応答速度が速く、薄型軽量化が可能であると言われている。 Such a light-emitting element is self-luminous and has a wider viewing angle and better visibility than a liquid crystal display. In addition, the light-emitting element has a high response speed and can be reduced in thickness and weight. It has been broken.
また、発光素子は、エレクトロルミネセンスを発現する発光性の物質として、有機化合物を用いた有機EL素子と、無機化合物を用いた無機EL素子が知られている。 As light-emitting elements, organic EL elements using organic compounds and inorganic EL elements using inorganic compounds are known as light-emitting substances that exhibit electroluminescence.
有機EL素子と無機EL素子は、発光材料のみでなく、その発光メカニズムも異なっている。 The organic EL element and the inorganic EL element differ not only in the light emitting material but also in the light emission mechanism.
無機EL素子は、その素子構成により分散型と薄膜型とに分類されている。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有し、後者は、発光材料の薄膜からなる発光層を有している点に違いはあるが、高電界で加速された電子を必要とする点では共通である。なお、得られる発光のメカニズムとしては、ドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光と、金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光とがある。 Inorganic EL elements are classified into a dispersion type and a thin film type according to the element configuration. The former has a light-emitting layer in which particles of a light-emitting material are dispersed in a binder, and the latter has a light-emitting layer made of a thin film of the light-emitting material. It is common in the point that requires. Note that the obtained light emission mechanism includes donor-acceptor recombination light emission using a donor level and an acceptor level, and localized light emission using inner-shell electron transition of a metal ion.
このうち薄膜型の無機EL素子は、図2に示すように一対の電極(第1の電極1501、第2の電極1505)間に絶縁膜(第1の絶縁膜1502、第2の絶縁膜1504)で挟まれた発光層1503を有する絶縁二重構造を有しており、両電極(第1の電極1501、第2の電極1505)にそれぞれの電源(第1の電源1506、第2の電源1507)から電圧を印加することにより発光が得られている。無機EL素子において電極間に形成する第1の絶縁膜1502及び第2の絶縁膜1504は重要な要素であると考えられている。例えば、無機EL素子の発光輝度を高めるために、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜により形成される容量比を適切に保つ工夫がされている(特許文献1参照)。
Among these, as shown in FIG. 2, the thin-film inorganic EL element has an insulating film (a first
また、無機EL素子の信頼性を向上させるために、誘電体膜として用いる第1の絶縁膜1502及び第2の絶縁膜1504の形成方法を工夫することが考えられている(特許文献2参照)。
しかしながら、電極間に挟まれる絶縁膜を改良しても、実用的な発光輝度を維持したまま、高い信頼性を得ることが困難であった。そこで本発明は、十分な輝度を有し、信頼性の高い発光素子及びそれを用いた発光装置を得ることを課題とする。 However, even if the insulating film sandwiched between the electrodes is improved, it has been difficult to obtain high reliability while maintaining practical light emission luminance. Therefore, an object of the present invention is to obtain a light-emitting element having sufficient luminance and high reliability and a light-emitting device using the light-emitting element.
本発明は、硫化亜鉛及びマンガンを含む発光層を有する発光素子であって、前記発光層は波長500nmから700nmの範囲内に発光スペクトルを有し、前記発光スペクトルは、波長580nmよりも短波長側の第1のピークと、波長580nmよりも長波長側の第2のピークを有する発光素子である。 The present invention is a light emitting device having a light emitting layer containing zinc sulfide and manganese, wherein the light emitting layer has an emission spectrum in a wavelength range of 500 nm to 700 nm, and the emission spectrum is shorter than a wavelength of 580 nm. And a second peak on the longer wavelength side than the wavelength of 580 nm.
また本発明は、硫化亜鉛及びマンガンを含む発光層を有し、前記発光層が波長500nmから700nmの範囲内に発光スペクトルを有し、前記発光スペクトルが、波長580nmよりも短波長側の第1のピークと、波長580nmよりも長波長側の第2のピークを有する発光素子と、前記発光素子の発光を制御する駆動回路を有することを特徴とする発光装置である。 The present invention also includes a light emitting layer containing zinc sulfide and manganese, the light emitting layer has an emission spectrum in a wavelength range of 500 nm to 700 nm, and the emission spectrum is a first wavelength shorter than a wavelength of 580 nm. And a driving circuit that controls light emission of the light-emitting element. The light-emitting device includes: a light-emitting element having a second peak at a wavelength longer than 580 nm;
また本発明は、波長500nmから700nmの範囲内に、発光スペクトルが一の発光ピークを有する硫化亜鉛及びマンガンを含む発光層を形成する工程と、前記一の発光ピークを有する発光スペクトルを、波長580nmよりも短波長側の第1のピークと、波長580nmよりも長波長側の第2のピークを有するように前記発光層を熱処理する工程とを有することを特徴とする発光素子の作製方法に関するものである。 The present invention also includes a step of forming a light emitting layer containing zinc sulfide and manganese having an emission spectrum having a single emission peak in a wavelength range of 500 nm to 700 nm, and the emission spectrum having the one emission peak is converted to a wavelength of 580 nm. And a step of heat-treating the light-emitting layer so as to have a first peak on the shorter wavelength side and a second peak on the longer wavelength side than the wavelength of 580 nm. It is.
本発明は、母体発光材料に添加する不純物元素の原子配置の対称性を、発光層を形成した後に異ならせることを要旨としている。本発明の作製方法においては、母体発光材料に不純物元素を含ませて発光層を形成した後、不純物元素の原子配置の対称性を異ならせるために、当該発光層にエネルギーを与え原子的な構造変化を誘起する処理を行うものである。 The gist of the present invention is that the symmetry of the atomic arrangement of the impurity element added to the base light emitting material is changed after the light emitting layer is formed. In the manufacturing method of the present invention, after forming the light emitting layer by including the impurity element in the base light emitting material, in order to change the symmetry of the atomic arrangement of the impurity element, energy is applied to the light emitting layer to form an atomic structure. A process for inducing changes is performed.
本発明によれば、発光輝度を高めた状態で、該輝度の経時変化を小さくした発光素子を得ることができる。特に、可視光域での発光特性を安定化させることができる。また、発光スペクトルを広げ、混色発光に変えることができるので、さまざまな用途に適用することができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a light-emitting element in which the luminance change with time is reduced while the emission luminance is increased. In particular, light emission characteristics in the visible light region can be stabilized. In addition, since the emission spectrum can be broadened and changed to mixed color emission, it can be applied to various applications.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that in the drawings described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.
本実施の形態を図1、図3、図4、図5、図10を用いて説明する。 This embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 3, 4, 5, and 10. FIG.
本実施の形態で示す発光素子は、図4に示すように基板100の上に、第1の電極101と第2の電極105を有し、第1の電極101と第2の電極105との間に、発光層103を有し、第1の電極101と発光層103との間に第1の誘電体層102を有し、発光層103と第2の電極105の間に第2の誘電体層104を有する構成とする。
The light-emitting element described in this embodiment includes a
なお、発光素子の構成は図4に示すものに限らず、第1の誘電体層102又は第2の誘電体層104のいずれか一方だけを有する構成としてもよい。なお、本実施の形態では、第1の電極101は陽極として機能し、第2の電極105は陰極として機能するものとして以下説明をする。
Note that the structure of the light-emitting element is not limited to that illustrated in FIG. 4, and the light-emitting element may have only one of the first
基板100は発光素子の支持体として用いられる。基板100としては、例えば、ガラス、石英などを用いることができる。なお、発光素子を作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでも用いることができる。
The
第1の電極101及び第2の電極105は、金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide(ITO))、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSOともいう)、酸化インジウム酸化亜鉛(Indium Zinc Oxide(IZOともいう))、酸化タングステンと酸化亜鉛を含む酸化インジウム等が挙げられる。
For the
これらの導電性金属酸化物膜はスパッタリング法、イオンプレーティング法などにより成膜される。例えば、酸化インジウム酸化亜鉛(IZO)は、酸化インジウムに対し1〜20wt%の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。また、酸化タングステンと酸化亜鉛を含む酸化インジウムは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5〜5wt%、酸化亜鉛を0.1〜1wt%含有したターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。この他、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、又は金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等用いることができる。 These conductive metal oxide films are formed by a sputtering method, an ion plating method, or the like. For example, indium zinc oxide (IZO) can be formed by sputtering using a target in which 1 to 20 wt% of zinc oxide is added to indium oxide. Indium oxide containing tungsten oxide and zinc oxide can be formed by sputtering using a target containing 0.5 to 5 wt% tungsten oxide and 0.1 to 1 wt% zinc oxide with respect to indium oxide. In addition, aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo), iron (Fe), cobalt ( Co), copper (Cu), palladium (Pd), or a nitride of a metal material (for example, titanium nitride) can be used.
なお、第1の電極101または第2の電極105を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、1nm〜50nm、好ましくは5nm〜20nm程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、CVD、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
Note that in the case where the
ただし、発光は、第1の電極101もしくは第2の電極105を通って外部に取り出されるため、第1の電極101および第2の電極105のうち、少なくとも一方は透光性を有する材料で形成されている必要がある。また、第2の電極105よりも第1の電極101の方が仕事関数が大きくなるように材料を選択することが好ましい。
Note that light emission is extracted to the outside through the
第1の電極101及び第2の電極105の両方が透光性を有する材料で形成される場合は、本実施の形態の発光素子を有する発光装置は、両面射出型発光装置となる。また第1の電極101または第2の電極105のいずれか一方が反射性を有する材料で形成される場合は、本実施の形態の発光素子を有する発光装置は、片面射出型発光装置(トップエミッション型発光装置あるいはボトムエミッション型発光装置)となる。
In the case where both the
本実施の形態では、第1の電極101として、スパッタ法により酸化珪素を含むインジウム錫酸化物膜を形成する。また第2の電極105としては、スパッタ法によりアルミニウム膜を形成する。
In this embodiment, as the
発光層103を構成する材料は、発光層の母体材料である硫化物などの無機材料と発光中心となる不純物元素を有している。
The material forming the light-emitting
母体材料として硫化亜鉛(ZnS)を用い、不純物元素としてマンガン(Mn)を用いた場合、母体材料であるZnSのZnの一部が発光中心であるMnと置換される。 When zinc sulfide (ZnS) is used as the base material and manganese (Mn) is used as the impurity element, part of Zn in the base material, ZnS, is replaced with Mn, which is the emission center.
本実施の形態では、Mnを0.5wt%含むZnSのターゲットを用い、スパッタガスをアルゴン(Ar)として、スパッタ法にてMnを含むZnS(以下「ZnS:Mn」ともいう)を500nmの厚さで形成する。 In this embodiment, a ZnS target containing 0.5 wt% of Mn is used, and sputtering gas is argon (Ar), and ZnS containing Mn by sputtering (hereinafter also referred to as “ZnS: Mn”) is 500 nm thick. It will be formed.
また、誘電体層102と誘電体層104を構成する材料は、窒化物や酸化物などの無機材料である。本実施の形態では、珪素(Si)をターゲットとし、窒素(N2)をスパッタガスとして、スパッタ法にて厚さ200nmの窒化珪素の誘電体層102及び104を形成する。
The material forming the
誘電体層104を形成後、加熱処理を行う。ここでZnS:Mn系のEL素子の輝度の加熱処理時間依存性について示す。ZnS:Mn成膜後の600℃の熱処理時間を5分、15分、30分、240分で条件振りし、窒素(N2)を流しながらELスペクトルを測定した。図1にELスペクトル熱処理時間依存性を示す。
After forming the
図1から加熱処理なし(加熱処理0分)では黄(Yellow)(588nm)のピークが一つみられるが、加熱処理を5min行うと黄(Yellow)の発光スペクトルのピークは緑(Green)と橙(Orange)の境界付近の二つの発光スペクトルのピークに分裂することがわかる。さらに熱処理を240分(4時間)行った試料でも同様に二つの発光スペクトルのピークが観測される。
From FIG. 1, one yellow (588 nm) peak is observed without heat treatment (
加熱処理によって発光スペクトルのピークが分裂する原因の一つとして、ZnS格子中に入るMn原子の原子配置の対称性が変わることが考えられる。 One possible cause of the splitting of the emission spectrum peak due to heat treatment is that the symmetry of the atomic arrangement of Mn atoms entering the ZnS lattice changes.
ZnSの結晶構造にはせん亜鉛構造(立方晶)とウルツ鉱構造(六方晶)があり、一般にはせん亜鉛構造をとる。そしてイオン結合性が強く、ZnS格子中のZn原子はZn2+として、S原子はS2−としてイオン結合する。 The crystal structure of ZnS includes a zinc zinc structure (cubic crystal) and a wurtzite structure (hexagonal crystal), and generally has a zinc zinc structure. The ionic bond is strong, and Zn atoms in the ZnS lattice are ion-bonded as Zn 2+ and S atoms as S 2− .
Zn原子とMn原子の最外殻電子はともに4S2であり、ZnS中にMnを添加するとMn原子はZnS格子中のZnと置換しMn2+としてイオン性を持つ。 Both outermost electrons of Zn atoms and Mn atoms are 4S 2 , and when Mn is added to ZnS, the Mn atoms are substituted with Zn in the ZnS lattice and become ionic as Mn 2+ .
Mn原子のイオン化エネルギー(171kcal/mol)はZn原子のイオン化エネルギー(216kcal/mol)と比べて小さく、プラスイオンになりやすい。そのためS2−イオンとの結合力はMn2+の方がZn2+よりも大きくなる。更にMn原子の原子半径(0.117nm)はZn原子の原子半径(0.125nm)よりも小さいため正規の格子位置から変位することが可能である。 The ionization energy of Mn atoms (171 kcal / mol) is smaller than the ionization energy of Zn atoms (216 kcal / mol), and tends to be positive ions. Therefore, the binding force with S 2− ions is larger in Mn 2+ than in Zn 2+ . Furthermore, since the atomic radius of Mn atoms (0.117 nm) is smaller than the atomic radius of Zn atoms (0.125 nm), it can be displaced from the normal lattice position.
以上のことからZnS格子中のZn原子と置換したMn原子はエネルギー的に安定するためにZn原子から離れつつS原子に近づくように正規の格子位置から変位する。スパッタ成膜時には図3(A)のようにZnS格子中のMn原子は非平衡な対称的な格子位置にあるが、熱処理によってエネルギー的に安定な原子配置を取る結果、図3(B)のように対称性が悪くなり結晶格子が歪む。 From the above, the Mn atom substituted with the Zn atom in the ZnS lattice is displaced from the normal lattice position so as to approach the S atom while being separated from the Zn atom in order to stabilize in energy. At the time of sputtering film formation, as shown in FIG. 3A, the Mn atoms in the ZnS lattice are in non-equilibrium symmetrical lattice positions. Thus, the symmetry is deteriorated and the crystal lattice is distorted.
この結晶格子の歪みから生じるエネルギー(変形ポテンシャル)をMn原子が受けることで、Mn原子の原子軌道エネルギーの縮退が解け分裂する。 When Mn atoms receive energy (deformation potential) resulting from distortion of the crystal lattice, the degeneracy of atomic orbital energy of Mn atoms is dissolved and split.
その結果、図5に示すように、電子励起と緩和の経路が遷移A、遷移Bの二つになるため発光スペクトルのピークも二つに分裂すると考えられる。 As a result, as shown in FIG. 5, there are two paths of electronic excitation and relaxation, transition A and transition B, so the peak of the emission spectrum is considered to be split into two.
このように発光スペクトルのピークが二つになるということは、発光スペクトルのピークが分裂する前は黄(Yellow)の単色光であったのが、加熱処理後は緑(Green)と橙(Orange)の混色になったということである。本実施の形態により、単色光を容易に混色光にすることができる。このため白色光を容易に作り出すことができる。 The fact that the emission spectrum has two peaks in this manner means that yellow (Yellow) monochromatic light before the emission spectrum peak split, but green (Green) and orange (Orange) after heat treatment. ). According to the present embodiment, monochromatic light can be easily mixed color light. For this reason, white light can be easily produced.
また加熱処理を行わない発光層を含む発光素子と加熱処理を行った発光層を含む発光素子の輝度を比較した(表1参照)。その結果、加熱処理を行わない発光層を含む発光素子の輝度は800cd/m2であったのに対し、加熱処理を行った発光層を含む発光素子では1600cd/m2と、輝度が上昇した。 In addition, the luminance of a light-emitting element including a light-emitting layer that was not subjected to heat treatment and a light-emitting element including a light-emitting layer that was subjected to heat treatment were compared (see Table 1). As a result, the luminance of the light-emitting element including the light-emitting layer that was not subjected to heat treatment was 800 cd / m 2 , whereas the luminance of the light-emitting element including the light-emitting layer that was subjected to heat treatment increased to 1600 cd / m 2 . .
また図10は、加熱処理を行った発光層を含む発光素子の輝度劣化を示すものである。図10に示されるように、本発明の発光素子は、輝度劣化が非常に小さいことが分かる。 FIG. 10 shows luminance deterioration of a light-emitting element including a light-emitting layer subjected to heat treatment. As shown in FIG. 10, it can be seen that the luminance degradation of the light emitting element of the present invention is very small.
以上から、発光輝度を高めた状態で、該輝度の経時変化を小さくした発光素子を得ることができる。特に、可視光域での発光特性を安定化させることができる。また、発光スペクトルを広げ、混色発光に変えることができるので、さまざまな用途に適用することができる。これにより、信頼性が高く、コストの低い発光装置を作製することができる。 As described above, a light-emitting element in which a change in luminance with time is reduced can be obtained in a state where the luminance is increased. In particular, light emission characteristics in the visible light region can be stabilized. In addition, since the emission spectrum can be broadened and changed to mixed color emission, it can be applied to various applications. Accordingly, a light-emitting device with high reliability and low cost can be manufactured.
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の発光素子を有する発光装置について図6を用いて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a light-emitting device including the light-emitting element of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施の形態で示す発光装置は、トランジスタ等の駆動用の素子を発光素子と同一基板上に設けずに、発光素子を駆動させるパッシブマトリクス型の発光装置である。図6(A)には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置の斜視図を、図6(B)には、図6(A)において線X−Yの断面図の一部を示す。 The light-emitting device described in this embodiment is a passive matrix light-emitting device that drives a light-emitting element without providing a driving element such as a transistor over the same substrate as the light-emitting element. 6A is a perspective view of a passive matrix light-emitting device manufactured by applying the present invention, and FIG. 6B is a partial cross-sectional view taken along line XY in FIG. 6A. Indicates.
図6(A)及び図6(B)において、基板951上には、電極952と電極956との間には層955が設けられている。なお、層955は実施の形態1で示したZnSを母体材料とし、Mnを発光中心として発光材料を用いた発光層を含んでいる。
6A and 6B, a
電極952の端部は絶縁層953で覆われている。そして、絶縁層953上には隔壁層954が設けられている。隔壁層954の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層954の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接する辺)の方が上辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接しない辺)よりも短い。このように、隔壁層954を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。また、パッシブマトリクス型の発光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を設けることによって、低消費電力で駆動させることができる。また、図6(A)及び図6(B)のような形状の隔壁層954が設けられていることによって、自己整合的に層955、第2の電極956を形成することができる。
An end portion of the
本実施の形態では一つの発光素子の構成を示したが、それにとらわれることなく、誘電体層を電極上に形成することを行ったり、発光層を含む層をp型半導体とn型半導体の積層構造にしても良い。さらに有機EL素子の機能分離型の発光素子のように、発光層だけではなく発光層を含む層に接する層を設けることもできる。この発光層を含む層に接する層としては発光層の配向性を高めたり、キャリア注入層もしくはキャリア輸送層のような役割を果たす。 Although the structure of one light-emitting element is described in this embodiment mode, the dielectric layer is formed on the electrode without being bound by the structure, and the layer including the light-emitting layer is a stacked layer of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor. It may be structured. Furthermore, a layer in contact with the layer including the light emitting layer as well as the light emitting layer can be provided as in the function separation type light emitting element of the organic EL element. As a layer in contact with the layer including the light emitting layer, it functions as a carrier injection layer or a carrier transport layer, improving the orientation of the light emitting layer.
本実施の形態によれば、実施の形態1と同様に発光輝度を高めた状態で、該輝度の経時変化を小さくした発光素子を得ることができる。特に、可視光域での発光特性を安定化させることができる。また、発光スペクトルを広げ、混色発光に変えることができるので、さまざまな用途に適用することができる。 According to the present embodiment, it is possible to obtain a light emitting element in which the luminance change with time is reduced while the emission luminance is increased as in the first embodiment. In particular, light emission characteristics in the visible light region can be stabilized. In addition, since the emission spectrum can be broadened and changed to mixed color emission, it can be applied to various applications.
また本発明の発光装置は、混色光を容易に作り出すことができるので、白色光を得るのも容易である。また輝度の劣化が小さいので、信頼性の高い発光装置を得ることができる。 In addition, since the light emitting device of the present invention can easily generate mixed color light, it is easy to obtain white light. In addition, since luminance degradation is small, a highly reliable light-emitting device can be obtained.
(実施の形態3)
本実施の形態では、発光素子を有する発光装置およびその作製方法を、図7(A)〜図7(B)、図11(A)〜図11(D)、図12(A)〜図12(C)、図13(A)〜図13(B)、図14、図15(A)〜図15(B)を用いて、以下詳細に説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a light-emitting device having a light-emitting element and a manufacturing method thereof are described with reference to FIGS. 7A to 7B, FIGS. 11A to 11D, and FIGS. (C), FIG. 13 (A) to FIG. 13 (B), FIG. 14 and FIG. 15 (A) to FIG. 15 (B) will be described in detail below.
図7(A)及び図7(B)は本発明の発光装置の一様態を示した図面である。図7(A)は本発明の発光装置の上面図、図7(B)は断面図である。なお、図7(A)のA−Bは、FPC694及び薄膜トランジスタの配線が電気的に接続される領域(以下、外部端子接続領域702aと示す。)を示す。また、図7(A)のC−Dは、FPC694及び発光素子の第1の電極層が電気的に接続される領域(以下、外部端子接続領域702bと示す)を示す。
7A and 7B are diagrams illustrating one embodiment of a light-emitting device of the present invention. 7A is a top view of the light-emitting device of the present invention, and FIG. 7B is a cross-sectional view. 7A illustrates a region where the
図7(A)のA−Bの断面図が図7(B)となり、図7(A)のC−Dの断面図が図15(A)及び図15(B)となる。また図7(B)に示す発光装置の作製工程について、図11(A)〜図11(D)、図12(A)〜図12(C)、図13(A)〜図13(B)、図14を用いて説明する。 7A is a cross-sectional view taken along line AB in FIG. 7A, and FIGS. 15A and 15B are cross-sectional views taken along line CD in FIG. 7A. 7B, FIGS. 11A to 11D, FIGS. 12A to 12C, and FIGS. 13A to 13B are manufactured. This will be described with reference to FIG.
なお薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor(TFT))は、その主要な構成要素として、半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極層が挙げられ、半導体層に形成されるソース領域及びドレイン領域に接続する配線層がそれに付随する。構造的には基板側から半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極層を配設したトップゲート型と、基板側からゲート電極層、ゲート絶縁層及び半導体層を配設したボトムゲート型などが代表的に知られているが、本発明においてはそれらの構造のどのようなものを用いても良い。 Note that a thin film transistor (TFT) includes a semiconductor layer, a gate insulating layer, and a gate electrode layer as main components, and a wiring layer connected to a source region and a drain region formed in the semiconductor layer. Accompanying it. Structurally, the top gate type in which the semiconductor layer, the gate insulating layer and the gate electrode layer are arranged from the substrate side, and the bottom gate type in which the gate electrode layer, the gate insulating layer and the semiconductor layer are arranged from the substrate side are representative. In the present invention, any of those structures may be used.
基板600としてはガラス基板、石英基板やシリコン基板、金属基板(例えばステンレス基板)の表面に絶縁膜を形成したものを用いて良い。基板を通して発光素子が発する光を取り出す場合はガラス基板や石英基板など透光性を有する基板が望ましい。ガラス基板は800℃より高温になると変形してしまうため、発光層を加熱処理する温度がそれ以上の場合は石英基板やサファイヤ基板を用いる方が好ましい。
As the
また、発光素子が発する光を基板を通して取り出さず、後の工程で形成するTFT素子側に光を取り出す場合は透光性を有さない基板を用いることができ、具体的にはアルミナ、窒化珪素、炭化珪素等のセラミックス基板を挙げることができる。 In addition, when light emitted from the light emitting element is not extracted through the substrate and light is extracted to the TFT element side to be formed in a later step, a substrate that does not transmit light can be used. Specifically, alumina, silicon nitride And ceramic substrates such as silicon carbide.
また、剥離層を設けた基板上にTFT素子を有する発光素子を形成した後、該発光素子を基板から剥離して使用する場合は基板の光透過性については特に制約はなく、具体的にはガラス、石英、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、セラミックス基板等を挙げることができる。 In addition, when a light emitting element having a TFT element is formed on a substrate provided with a release layer and then the light emitting element is peeled from the substrate and used, there is no particular limitation on the light transmittance of the substrate. Examples thereof include glass, quartz, alumina, silicon nitride, silicon carbide, and a ceramic substrate.
絶縁表面を有する基板600の上に下地膜として、スパッタリング法、PVD法(Physical Vapor Deposition)、減圧CVD法(LPCVD法)、またはプラズマCVD法等のCVD法(Chemical Vapor Deposition)などにより酸素を含む窒化珪素膜(SiNOともいう)を用いて下地膜601aを10〜200nm(好ましくは50〜100nm)形成し、窒素を含む酸化珪素膜(SiONともいう)を用いて下地膜601bを50〜200nm(好ましくは100〜150nm)積層する。
As a base film over the
本実施の形態では、プラズマCVD法を用いて下地膜601a、下地膜601bを形成する。
In this embodiment, the
下地膜としては、酸化珪素、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸素を含む窒化珪素などを用いることができ、単層でも2層、3層といった積層構造でもよい。なお本明細書中において窒素を含む酸化珪素とは酸素の組成比が窒素の組成比より大きい物質である。同様に、酸素を含む窒化珪素とは、窒素の組成比が酸素の組成比より大きい物質である。本実施の形態では、基板上にSiH4、NH3、N2O、N2及びH2を反応ガスとして酸素を含む窒化珪素膜を膜厚50nm形成し、SiH4及びN2Oを反応ガスとして窒素を含む酸化珪素膜を膜厚100nmで形成する。また酸素を含む窒化珪素膜の膜厚を140nm、積層する窒素を含む酸化珪素膜の膜厚を100nmとしてもよい。 As the base film, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxide containing nitrogen, silicon nitride containing oxygen, or the like can be used, and a single layer or a laminated structure of two layers or three layers may be used. Note that in this specification, silicon oxide containing nitrogen is a substance in which the composition ratio of oxygen is larger than the composition ratio of nitrogen. Similarly, silicon nitride containing oxygen is a substance in which the composition ratio of nitrogen is larger than the composition ratio of oxygen. In this embodiment mode, a silicon nitride film containing oxygen is formed on a substrate using SiH 4 , NH 3 , N 2 O, N 2, and H 2 as reaction gases to a thickness of 50 nm, and SiH 4 and N 2 O are used as reaction gases. A silicon oxide film containing nitrogen is formed with a thickness of 100 nm. The thickness of the silicon nitride film containing oxygen may be 140 nm, and the thickness of the silicon oxide film containing nitrogen to be stacked may be 100 nm.
次いで、第1の電極層802を形成する。第1の電極層802としては、発光素子が発する光を基板側に取り出す場合は透光性を有する導電性材料からなる透明導電膜を用いればよく、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide(ITO))や酸化インジウム酸化亜鉛(Indium Zinc Oxide(IZO))、酸化タングステンと酸化亜鉛を含む酸化インジウム、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いることができる。
Next, a
第1の電極層802は、蒸着法、スパッタ法などを用いて形成することができる。スパッタ法を用いる場合、ガスとして水分(水蒸気(H2O))、又はH2を含むガスを用いるとよい。本実施の形態では、第1の電極層802として、酸化珪素の添加された酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物のターゲットを用いて、水分(H2O)、又はH2を含むガスを用いてスパッタリング法によって、酸化珪素及び酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物膜を作製する。
The
本実施の形態では、酸化珪素は酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物に、10wt%添加する。第1の電極層802は、好ましくは総膜厚100nm〜800nmの範囲で用いればよく、本実施の形態では膜厚185nmとする。
In this embodiment, 10 wt% of silicon oxide is added to indium zinc oxide containing tungsten oxide. The
本実施の形態では、アルゴン(Ar)を50sccm、酸素(O2)を1.0sccm、H2Oガスを0.2sccmの流量のガスを用いて形成する。本発明で用いる水分(水蒸気(H2O))を含むガスは作製法、保管法などによって若干の水分を含むものというのではなく、主成分の一つとして積極的に水分が含まれているガスである。H2Oガスは0.5sccm以下が好ましい。本実施の形態で形成する酸化珪素及び酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物膜は加工性が良好であり、弱酸によるウエットエッチングで、残渣なくエッチング加工することができる。このような膜を表示装置の画素電極に用いると発光素子の光の取り出し効率も良好で、電極のエッチング不良などに起因する不良も抑えられた信頼性の高い表示装置を作製することができる。 In this embodiment, argon (Ar) is formed using a gas having a flow rate of 50 sccm, oxygen (O 2 ) is 1.0 sccm, and H 2 O gas is 0.2 sccm. The gas containing moisture (water vapor (H 2 O)) used in the present invention does not contain a slight amount of moisture depending on the production method, storage method, etc., but actively contains moisture as one of the main components. Gas. The H 2 O gas is preferably 0.5 sccm or less. The indium zinc oxide film containing silicon oxide and tungsten oxide formed in this embodiment mode has favorable workability and can be etched without residue by wet etching with a weak acid. When such a film is used for a pixel electrode of a display device, a light-emitting element can have high light extraction efficiency, and a highly reliable display device in which defects due to electrode etching defects or the like are suppressed can be manufactured.
また、光をTFT素子側にのみ取り出す場合は、第1の電極層802を耐熱性に優れた金属膜からなる複層もしくは単層の反射電極とすることができる。
In the case where light is extracted only to the TFT element side, the
膜厚20〜100nmの第1の導電膜と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜とを積層して第1の電極層802を形成してもよい。
The
導電膜はタンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ネオジウム(Nd)から選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。 The conductive film has an element selected from tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), copper (Cu), chromium (Cr), and neodymium (Nd), or the element as a main component. It may be formed of an alloy material or a compound material.
また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、AgPdCu合金を用いてもよい。 Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus, or an AgPdCu alloy may be used.
また、単層構造に限定されず、2層構造、3層構造としてもよい。 Moreover, it is not limited to a single layer structure, It is good also as a 2 layer structure and a 3 layer structure.
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、第1の電極層802を所望の形状に加工してもよい(図15(A)参照。)。
Next, a resist mask may be formed using a photolithography method, and the
ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することにより、所望のテーパー形状を有するようにエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Cl2、BCl3、SiCl4もしくはCCl4などを代表とする塩素系ガス、CF4、CF5、SF6もしくはNF3などを代表とするフッ素系ガス又はO2を適宜用いることができる。 ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, etching conditions (amount of power applied to coil-type electrode layer, amount of power applied to substrate-side electrode layer, substrate-side electrode temperature, etc.) By appropriately adjusting, etching can be performed to have a desired taper shape. As an etching gas, a chlorine-based gas typified by Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 or CCl 4 , a fluorine-based gas typified by CF 4 , CF 5 , SF 6 or NF 3, or O 2 is used. Can be used as appropriate.
次いで第1の誘電体層を形成後、発光層804を形成する。第1の誘電体層及び発光層804の形成方法については、実施の形態1及び実施の形態2の記載と同様である。
Next, after forming the first dielectric layer, the
発光層804を構成する材料は、発光層の母体材料である硫化物などの無機材料と発光中心となる不純物元素を有している。
The material forming the light-emitting
母体材料として硫化亜鉛(ZnS)を用い、不純物元素としてマンガン(Mn)を用いた場合、母体材料であるZnSのZnの一部が発光中心であるMnと置換される。 When zinc sulfide (ZnS) is used as the base material and manganese (Mn) is used as the impurity element, part of Zn in the base material, ZnS, is replaced with Mn, which is the emission center.
また、発光層804は発光中心となる不純物元素を含む母体材料層の単層である必要はなく、例えばキャリア輸送層として機能する層との積層構造であってもよい。具体的には、p型半導体層やn型半導体層と積層してもよい。
Further, the light-emitting
また、発光層804を所望の形状に微細加工する方法としては、フォトレジストでパターンを形成し、エッチングにより不要部分を除去する従来のフォトリソグラフィ法やリフトオフ法を用いることができる。
As a method for finely processing the light-emitting
このようにして第1の電極層802上に発光層804を積層したのち、第2の誘電体層を形成し、その後500℃〜800℃、例えば600℃で加熱する。これにより発光層804の発光スペクトルは、加熱しなければ黄(Yellow)(588nm)のピークが1つだけ見られる発光層であったのが、加熱処理を行ったため、波長580nmよりも短波長側の第1のピークと、波長580nmよりも長波長側の第2のピーク、すなわち緑(Green)と橙(Orange)の境界付近の2つのピークが見られる発光層となる。すなわち、熱処理後の発光スペクトルは、波長500nmから700nmの範囲内に分布し、波長580nmよりも短波長側の第1のピークと、波長580nmよりも長波長側の第2のピークを有している。なお発光層804を高い温度、例えば900℃以上に加熱すると、発光が見られなくなってしまう。これは硫化亜鉛が酸化されてしまうためであると考えられる。そのため加熱処理の温度は、例えば600℃、好ましくは500℃〜800℃であればよい。
After the
次いで、発光層上に隔壁として機能する絶縁層803を形成する。隔壁として機能する絶縁層803としては酸化珪素、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸素を含む窒化珪素、窒化アルミニウム(AlN)、酸素含有量が窒素含有量よりも多い窒素を含む酸化アルミニウム(AlON)、窒素含有量が酸素含有量よりも多い酸素を含む窒化アルミニウム(AlNO)または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素を含む炭素膜(CN)、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)、アルミナ膜、その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。
Next, an insulating
隔壁として機能する絶縁層803の形成方法として、ディップ、スプレー塗布、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター、CVD法、蒸着法等を採用することができる。液滴吐出法により隔壁として機能する絶縁層803を形成してもよい。液滴吐出法を用いた場合には材料液を節約することができる。また、液滴吐出法のようにパターンを転写、または描写できる方法、例えば印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンを形成する方法)なども用いることができる。
As a method for forming the insulating
次に、図7(B)及び図11(A)に示すように、隔壁として機能する絶縁層803に開口部を形成する。隔壁として機能する絶縁層803は、画素部においてエッチングする。また、図7(B)、図15(A)及び図15(B)に示すように、第1の電極層802が接続端子と接続される外部端子接続領域702a及び702b等では広面積にエッチングする必要がある。
Next, as illustrated in FIGS. 7B and 11A, an opening is formed in the insulating
エッチングは平行平板RIE装置やICPエッチング装置を用いることができる。なおエッチング時間は、配線層や第1の電極がオーバーエッチングされる程度とするとよい。このようにオーバーエッチングされる程度とすると、基板内の膜厚バラツキと、エッチングレートのバラツキを低減することができる。このようにして外部端子接続領域702a及び702bには開口部がそれぞれ形成される。
For the etching, a parallel plate RIE apparatus or an ICP etching apparatus can be used. Note that the etching time is preferably set such that the wiring layer and the first electrode are over-etched. When the over-etching is performed as described above, it is possible to reduce the film thickness variation in the substrate and the etching rate variation. In this way, openings are formed in the external
本実施の形態では、外部端子接続領域702a及び702b、画素領域706に所定の開口部が設けられたマスクで、隔壁として機能する絶縁層803をエッチングする場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、接続領域の開口部は広面積であるため、エッチングする量が多い。このような広面積な開口部は、複数回エッチングしてもよい。また、その他の開口部と比較して、深い開口部を形成する場合、同様に複数回エッチングしてもよい。
In this embodiment mode, the case where the insulating
次いで、発光層804の上に第2の電極層805を形成する。第2の電極層805はのちに形成されるTFTのソース電極またはドレイン電極と接することになる。
Next, a
発光層804上の第2の電極層805(画素電極層ともいう)として用いる導電膜はタンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ネオジウム(Nd)から選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、AgPdCu合金を用いてもよい。
A conductive film used as the second electrode layer 805 (also referred to as a pixel electrode layer) over the light-emitting
また、第2の電極層805は単層構造に限定されず、2層構造、3層構造であってもよい。
The
第2の電極層805を反射性を有する導電膜で形成する場合は、発光素子が発する光は基板側に取り出される。また第2の電極層805を透明導電膜で形成する場合は、発光素子が発する光は、基板側及び封止基板側、すなわち両面に取り出される。
In the case where the
本実施の形態では、導電膜としてタングステン(W)を膜厚370nm形成する。次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、第2の電極層805を形成する(図11(A)参照)。
In this embodiment mode, tungsten (W) is formed to a thickness of 370 nm as the conductive film. Next, a resist mask is formed by photolithography, so that the
ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することにより、導電膜を所望のテーパー形状を有するようにエッチングすることにより、第2の電極層805を形成することができる。なお、エッチング用ガスとしては、Cl2、BCl3、SiCl4もしくはCCl4などを代表とする塩素系ガス、CF4、CF5、SF6もしくはNF3などを代表とするフッ素系ガス又はO2を適宜用いることができる。
ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, etching conditions (amount of power applied to coil-type electrode layer, amount of power applied to substrate-side electrode layer, substrate-side electrode temperature, etc.) By appropriately adjusting the thickness, the
次に第1の層間絶縁層806を形成する。第1の層間絶縁層806としては酸化珪素、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸素を含む窒化珪素、窒化アルミニウム(AlN)、酸素含有量が窒素含有量よりも多い窒素を含む酸化アルミニウム(AlON)、窒素含有量が酸素含有量よりも多い酸素を含む窒化アルミニウム(AlNO)または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素を含む炭素膜(CN)、PSG(リンガラス)、BPSG(リンボロンガラス)、アルミナ膜、その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。
Next, a first
第1の層間絶縁層806の作製方法として、ディップ、スプレー塗布、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター、CVD法、蒸着法等を採用することができる。液滴吐出法により第1の層間絶縁層806を形成してもよい。液滴吐出法を用いた場合には材料液を節約することができる。また、液滴吐出法のようにパターンを転写、または描写できる方法、例えば印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンを形成する方法)なども用いることができる。
As a method for manufacturing the first
次に、図7(B)及び図11(B)に示すように、第1の層間絶縁層806に開口部を形成する。第1の層間絶縁層806は、接続領域(図示せず)、配線領域703、外部端子接続領域702a等では広面積にエッチングする必要がある。しかし、画素領域706においては開口面積が、接続領域等の開口面積と比較して非常に小さく、微細なものとなる。従って、画素領域706の開口部形成用のフォトリソグラフィ工程と、接続領域の開口部形成用のフォトリソグラフィ工程とを設けることにより、エッチング条件のマージンをより広げることができる。その結果、歩留まりを向上させることができる。またエッチング条件のマージンが広がることにより、画素領域706に形成されるコンタクトホールを高精度に形成することができる。
Next, as illustrated in FIGS. 7B and 11B, an opening is formed in the first
具体的には、接続領域、配線領域703、外部端子接続領域702a、周辺駆動回路領域704の一部に設けられた第1の層間絶縁層806に広面積な開口部を形成する。そのため、画素領域706、接続領域の一部、及び周辺駆動回路領域704の一部の絶縁層806を覆うようにマスクを形成する。エッチングは平行平板RIE装置やICPエッチング装置を用いることができる。なおエッチング時間は、第2の電極や隔壁として機能する絶縁層がオーバーエッチングされる程度とするとよい。このようにオーバーエッチングされる程度とすると、基板内の膜厚バラツキと、エッチングレートのバラツキを低減することができる。このようにして外部端子接続領域702aには開口部が形成される。
Specifically, a wide-area opening is formed in the first
次いで、第1の層間絶縁層806上に半導体膜を形成する。半導体膜は25〜200nm(好ましくは30〜150nm)の厚さで手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜すればよい。半導体膜を形成する材料は、シランやゲルマンに代表される半導体材料ガスを用いて気相成長法やスパッタリング法で作製される非晶質半導体(以下「アモルファス半導体:AS」ともいう)、該非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させた多結晶半導体、或いはセミアモルファス(微結晶若しくはマイクロクリスタルとも呼ばれる。以下「SAS」ともいう)半導体などを用いることができる。
Next, a semiconductor film is formed over the first
SASは、非晶質と結晶構造(単結晶、多結晶を含む)の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいる。 SAS is a semiconductor having an intermediate structure between amorphous and crystalline structures (including single crystal and polycrystal) and having a third state that is stable in terms of free energy and has a short-range order and a lattice. It includes a crystalline region with strain.
ここで、主に成膜時に取り込まれる不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分に由来する不純物は1×1020cm−3以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は5×1019cm−3以下、好ましくは1×1019cm−3以下となるようにすることが好ましい。また、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好なSASが得られる。また半導体膜としてフッ素系ガスより形成されるSAS層に水素系ガスより形成されるSAS層を積層してもよい。 Here, as an impurity element mainly taken in at the time of film formation, impurities derived from atmospheric components such as oxygen, nitrogen, and carbon are preferably 1 × 10 20 cm −3 or less, and in particular, the oxygen concentration is 5 × 10 5. It is preferable to be 19 cm −3 or less, preferably 1 × 10 19 cm −3 or less. Further, by adding a rare gas element such as helium, argon, krypton, or neon to further promote lattice distortion, stability is improved and a favorable SAS can be obtained. In addition, a SAS layer formed of a hydrogen-based gas may be stacked on a SAS layer formed of a fluorine-based gas as a semiconductor film.
セミアモルファス半導体として、例えばセミアモルファスシリコンが挙げられる。セミアモルファスシリコンは、少なくとも膜中の一部の領域には、0.5〜20nmの結晶領域を観測することができ、珪素を主成分とする場合にはラマンスペクトルが520cm−1よりも低波数側にシフトしている。X線回折では珪素結晶格子に由来するとされる(111)、(220)の回折ピークが観測される。未結合手(ダングリングボンド)を終端化させるために水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。 An example of the semi-amorphous semiconductor is semi-amorphous silicon. In semi-amorphous silicon, a crystal region of 0.5 to 20 nm can be observed at least in a part of the film, and when silicon is a main component, the Raman spectrum has a lower wave number than 520 cm −1. Shift to the side. In X-ray diffraction, diffraction peaks of (111) and (220) that are derived from the silicon crystal lattice are observed. In order to terminate dangling bonds (dangling bonds), hydrogen or halogen is contained at least 1 atomic% or more.
セミアモルファスシリコンは、珪素を含む気体をグロー放電分解(プラズマCVD)して形成する。珪素を含む気体としては、SiH4、その他にもSi2H6、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4などを用いることが可能である。またF2、GeF4を混合させても良い。この珪素を含む気体をH2、又は、H2とHe、Ar、Kr、Neから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈しても良い。希釈率は2〜1000倍の範囲、圧力は0.1Pa〜133Paの範囲、電源周波数は1MHz〜120MHz、好ましくは13MHz〜60MHzである。基板加熱温度は300℃以下が好ましく、100〜200℃の基板加熱温度でも形成可能である。 Semi-amorphous silicon is formed by glow discharge decomposition (plasma CVD) of a gas containing silicon. As a gas containing silicon, SiH 4 , Si 2 H 6 , SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , SiF 4, or the like can be used. Further, F 2 and GeF 4 may be mixed. The gas containing silicon may be diluted with H 2 , or H 2 and one or more kinds of rare gas elements selected from He, Ar, Kr, and Ne. The dilution rate is in the range of 2 to 1000 times, the pressure is in the range of 0.1 Pa to 133 Pa, and the power supply frequency is 1 MHz to 120 MHz, preferably 13 MHz to 60 MHz. The substrate heating temperature is preferably 300 ° C. or lower, and can be formed even at a substrate heating temperature of 100 to 200 ° C.
半導体膜は、非晶質半導体膜を、レーザ結晶化し、結晶性半導体膜とするものを用いるのが好ましい。 It is preferable to use a semiconductor film obtained by crystallizing an amorphous semiconductor film by laser crystallization.
レーザ結晶化では、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第2高調波〜第4高調波のレーザ光を照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、代表的には、Nd:YVO4レーザ(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力数W以上のレーザ光を得る。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、半導体膜に照射する。このときのエネルギー密度は0.001〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、走査速度を0.5〜2000cm/sec程度(好ましくは10〜200cm/sec)とし、照射する。 In laser crystallization, a solid-state laser capable of continuous oscillation is used, and a crystal having a large grain size can be obtained by irradiating laser light of the second to fourth harmonics of the fundamental wave. For example, typically, it is desirable to use the second harmonic (532 nm) or the third harmonic (355 nm) of an Nd: YVO 4 laser (fundamental wave 1064 nm). Specifically, laser light emitted from a continuous wave YVO 4 laser is converted into a harmonic by a non-linear optical element to obtain laser light having an output number of W or more. Then, it is preferably formed into a rectangular or elliptical laser beam on the irradiation surface by an optical system and irradiated onto the semiconductor film. At this time, the energy density of about 0.001~100MW / cm 2 (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2) is required. Then, irradiation is performed at a scanning speed of about 0.5 to 2000 cm / sec (preferably 10 to 200 cm / sec).
レーザのビーム形状は、線状とすると好ましい。その結果、スループットを向上させることができる。またさらにレーザは、半導体膜に対して入射角θ(0<θ<90度)を持たせて照射させるとよい。レーザの干渉を防止することができるからである。 The laser beam shape is preferably linear. As a result, throughput can be improved. Further, the laser may be irradiated with an incident angle θ (0 <θ <90 degrees) with respect to the semiconductor film. This is because laser interference can be prevented.
このようなレーザと、半導体膜とを相対的に走査することにより、レーザ照射を行うことができる。またレーザ照射において、ビームを精度よく重ね合わせたり、レーザ照射開始位置やレーザ照射終了位置を制御するため、マーカーを形成することもできる。マーカーは非晶質半導体膜と同時に、基板上へ形成すればよい。 Laser irradiation can be performed by relatively scanning such a laser and the semiconductor film. In laser irradiation, a marker can be formed in order to superimpose beams with high accuracy and to control the laser irradiation start position and laser irradiation end position. The marker may be formed on the substrate simultaneously with the amorphous semiconductor film.
なおレーザは、連続発振またはパルス発振の気体レーザ、固体レーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザなどを用いることができる。気体レーザとして、エキシマレーザ、Arレーザ、Krレーザ、He−Cdレーザなどがあり、固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、Y2O3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザなどが挙げられる。 As the laser, a continuous wave or pulsed gas laser, solid state laser, copper vapor laser, gold vapor laser, or the like can be used. Examples of the gas laser include an excimer laser, an Ar laser, a Kr laser, and a He—Cd laser, and the solid laser includes a YAG laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, a Y 2 O 3 laser, a glass laser, and a ruby laser. Alexandrite laser, Ti: sapphire laser, and the like.
また、パルス発振のレーザ光の発振周波数を0.5MHz以上とし、通常用いられている数十Hz〜数百Hzの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いてレーザ結晶化を行っても良い。パルス発振でレーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数十ナノ秒〜数百ナノ秒と言われている。よって上記周波数帯を用いることで、半導体膜がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射できる。したがって、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。具体的には、含まれる結晶粒の走査方向における幅が10〜30μm、走査方向に対して垂直な方向における幅が1〜5μm程度の結晶粒の集合を形成することができる。該走査方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成することで、少なくとも薄膜トランジスタのチャネル方向には結晶粒界のほとんど存在しない半導体膜の形成が可能となる。 Further, the laser crystallization may be performed using a frequency band significantly higher than a frequency band of several tens to several hundreds Hz that is usually used with an oscillation frequency of pulsed laser light of 0.5 MHz or more. It is said that the time from irradiating a semiconductor film with laser light by pulse oscillation until the semiconductor film is completely solidified is several tens of nanoseconds to several hundred nanoseconds. Therefore, by using the above frequency band, it is possible to irradiate the next pulse of laser light from when the semiconductor film is melted by the laser light to solidification. Accordingly, since the solid-liquid interface can be continuously moved in the semiconductor film, a semiconductor film having crystal grains continuously grown in the scanning direction is formed. Specifically, a set of crystal grains having a width of 10 to 30 μm in the scanning direction of the included crystal grains and a width of about 1 to 5 μm in a direction perpendicular to the scanning direction can be formed. By forming single crystal grains extending long along the scanning direction, a semiconductor film having almost no crystal grain boundary at least in the channel direction of the thin film transistor can be formed.
また、希ガスや窒素などの不活性ガス雰囲気中でレーザ光を照射するようにしても良い。これにより、レーザ光の照射により半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる薄膜トランジスタのしきい値のばらつきを抑えることができる。 Further, laser light may be irradiated in an inert gas atmosphere such as a rare gas or nitrogen. Thus, the surface roughness of the semiconductor can be suppressed by laser light irradiation, and variations in threshold values of thin film transistors caused by variations in interface state density can be suppressed.
次にマスクを用いて結晶性半導体膜602を所望の形状に加工する。本実施の形態では結晶性半導体膜602上に形成された酸化膜を除去した後、新たに酸化膜を形成する。そして、フォトマスクを作製し、フォトリソグラフィ法を用いたエッチング処理により、半導体層603、半導体層604、半導体層605、及び半導体層606を形成する。
Next, the
エッチング処理は、プラズマエッチング(ドライエッチング)又はウエットエッチングのどちらを採用しても良いが、大面積基板を処理するにはプラズマエッチングが適している。エッチングガスとしては、CF4、NF3、Cl2、BCl3、などのフッ素系又は塩素系のガスを用い、HeやArなどの不活性ガスを適宜加えても良い。また、大気圧放電のエッチング加工を適用すれば、局所的な放電加工も可能であり、基板の全面にマスク層を形成する必要はない。 The etching process may be either plasma etching (dry etching) or wet etching, but plasma etching is suitable for processing a large area substrate. As an etching gas, a fluorine-based or chlorine-based gas such as CF 4 , NF 3 , Cl 2 , or BCl 3 may be used, and an inert gas such as He or Ar may be appropriately added. Further, if an atmospheric pressure discharge etching process is applied, a local electric discharge process is also possible, and it is not necessary to form a mask layer on the entire surface of the substrate.
本発明において、配線層若しくは電極層を形成する導電層や、所定のパターンを形成するためのマスク層などを、液滴吐出法のような選択的にパターンを形成できる方法により形成してもよい。液滴吐出(噴出)法(その方式によっては、インクジェット法とも呼ばれる。)は、特定の目的に調合された組成物の液滴を選択的に吐出(噴出)して所定のパターン(導電層や絶縁層など)を形成することができる。この際、被形成領域にぬれ性や密着性を制御する処理を行ってもよい。また、パターンを転写、または描写できる方法、例えば印刷法(スクリーン印刷やオフセット印刷などパターンを形成する方法)なども用いることができる。 In the present invention, a conductive layer for forming a wiring layer or an electrode layer, a mask layer for forming a predetermined pattern, or the like may be formed by a method capable of selectively forming a pattern such as a droplet discharge method. . A droplet discharge (ejection) method (also called an ink-jet method depending on the method) is a method in which a droplet of a composition prepared for a specific purpose is selectively ejected (ejection) to form a predetermined pattern (such as a conductive layer or a conductive layer). An insulating layer or the like can be formed. At this time, a process for controlling wettability and adhesion may be performed on the formation region. In addition, a method capable of transferring or drawing a pattern, for example, a printing method (a method of forming a pattern such as screen printing or offset printing) can be used.
本実施の形態において、用いるマスクは、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料を用いる。また、ベンゾシクロブテン、パリレン、フッ化アリーレンエーテル、透過性を有するポリイミドなどの有機材料、シロキサン系ポリマー等の重合によってできた化合物材料、水溶性ホモポリマーと水溶性共重合体を含む組成物材料等を用いることもできる。或いは、感光剤を含む市販のレジスト材料を用いてもよく、例えば、代表的なポジ型レジストである、ノボラック樹脂と感光剤であるナフトキノンジアジド化合物、ネガ型レジストであるベース樹脂、ジフェニルシランジオール及び酸発生剤などを用いてもよい。液滴吐出法を用いる場合、いずれの材料を用いるとしても、その表面張力と粘度は、溶媒の濃度を調整することや、界面活性剤等を加えたりすることで適宜調整する。 In this embodiment mode, a resin material such as an epoxy resin, an acrylic resin, a phenol resin, a novolac resin, a melamine resin, or a urethane resin is used as a mask to be used. Also, benzocyclobutene, parylene, fluorinated arylene ether, organic materials such as permeable polyimide, compound materials made by polymerization of siloxane polymers, composition materials containing water-soluble homopolymers and water-soluble copolymers Etc. can also be used. Alternatively, a commercially available resist material containing a photosensitizer may be used. For example, a novolak resin that is a typical positive resist and a naphthoquinonediazide compound that is a photosensitizer, a base resin that is a negative resist, diphenylsilanediol, and An acid generator or the like may be used. In the case of using the droplet discharge method, regardless of which material is used, the surface tension and viscosity are adjusted as appropriate by adjusting the concentration of the solvent or adding a surfactant or the like.
半導体層603〜606上の酸化膜を除去し、半導体層603、半導体層604、半導体層605、及び半導体層606を覆うゲート絶縁層607を形成する。ゲート絶縁層607はプラズマCVD法またはスパッタ法などを用い、厚さを10〜150nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。
The oxide film over the semiconductor layers 603 to 606 is removed, and the
ゲート絶縁層607としては、窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸素を含む窒化珪素に代表される珪素の酸化物材料又は窒化物材料等の材料で形成すればよく、積層でも単層でもよい。また、絶縁層は窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化珪素膜の3層の積層、窒素を含む酸化珪素膜の単層、上記の材料を2層積層した層でも良い。好適には、緻密な膜質を有する窒化珪素膜を用いるとよい。さらに半導体層とゲート絶縁層の間に、膜厚1〜100nm、好ましくは1〜10nm、さらに好ましくは2〜5nmである膜厚の薄い酸化珪素膜を形成してもよい。薄い酸化珪素膜の形成方法としては、GRTA法、LRTA法等を用いて半導体領域表面を酸化し、熱酸化膜を形成することで、膜厚の薄い酸化珪素膜を形成することができる。なお、低い成膜温度でゲートリーク電流の少ない緻密な絶縁膜を形成するには、アルゴンなどの希ガス元素を反応ガスに含ませ、形成される絶縁膜中に混入させると良い。本実施の形態では、ゲート絶縁層607として窒素を含む酸化珪素膜を膜厚115nm形成する。
The
次いで、ゲート絶縁層607上にゲート電極層として用いる膜厚20〜100nmの第1の導電膜608と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜609とを積層して形成する(図11(B)参照)。第1の導電膜608及び第2の導電膜609は、スパッタリング法、蒸着法、CVD法等の手法により形成することができる。第1の導電膜608及び第2の導電膜609はタンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ネオジウム(Nd)から選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成すればよい。また、第1の導電膜608及び第2の導電膜609としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、AgPdCu合金を用いてもよい。また、2層構造に限定されず、例えば、第1の導電膜として膜厚50nmのタングステン膜、第2の導電膜として膜厚500nmのアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜、第3の導電膜として膜厚30nmの窒化チタン膜を順次積層した3層構造としてもよい。また、3層構造とする場合、第1の導電膜のタングステン膜に代えて窒化タングステン膜を用いてもよいし、第2の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜(Al−Ti)を用いてもよいし、第3の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、単層構造であってもよい。本実施の形態では、第1の導電膜608として窒化タンタルを膜厚30nm形成し、第2の導電膜609としてタングステン(W)を膜厚370nm形成する。
Next, a first
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク610a、マスク610b、マスク610d、マスク610e、及びマスク610fを形成し、第1の導電膜608及び第2の導電膜609を所望の形状に加工し、第1のゲート電極層621、第1のゲート電極層622、第1のゲート電極層624、第1のゲート電極層625、及び第1のゲート電極層626、並びに導電層611、導電層612、導電層614、導電層615、及び導電層616を形成する(図11(C)参照)。
Next, a resist
ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極層に印加される電力量、基板側の電極層に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することにより、第1のゲート電極層621、第1のゲート電極層622、第1のゲート電極層624、第1のゲート電極層625、及び第1のゲート電極層626、並びに導電層611、導電層612、導電層614、導電層615、及び導電層616を所望のテーパー形状を有するようにエッチングすることができる。また、テーパー形状は、マスク610a、マスク610b、マスク610d、マスク610e、及びマスク610fの形状によっても角度等を制御することができる。なお、エッチング用ガスとしては、Cl2、BCl3、SiCl4もしくはCCl4などを代表とする塩素系ガス、CF4、CF5、SF6もしくはNF3などを代表とするフッ素系ガス又はO2を適宜用いることができる。本実施の形態では、CF5、Cl2、O2からなるエッチング用ガスを用いて第2の導電膜609のエッチングを行い、連続してCF5、Cl2からなるエッチング用ガスを用いて第1の導電膜608をエッチングする。
ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, etching conditions (amount of power applied to coil-type electrode layer, amount of power applied to substrate-side electrode layer, substrate-side electrode temperature, etc.) Is adjusted as appropriate so that the first
次に、マスク610a、マスク610b、マスク610d、マスク610e、及びマスク610fを用いて、導電層611、導電層612、導電層614、導電層615、及び導電層616を所望の形状に加工する。このとき、導電層を形成する第2の導電膜609と、第1のゲート電極層を形成する第1の導電膜608との選択比の高いエッチング条件で、導電層をエッチングする。このエッチングによって、導電層611、導電層612、導電層614、導電層615、及び導電層616をエッチングし、第2のゲート電極層631、第2のゲート電極層632、第2のゲート電極層634、第2のゲート電極層635、及び第2のゲート電極層636を形成する。
Next, the
本実施の形態では、第2のゲート電極層もテーパー形状を有しているが、そのテーパー角度は、第1のゲート電極層621、第1のゲート電極層622、第1のゲート電極層624、第1のゲート電極層625、及び第1のゲート電極層626の有するテーパー角度より大きい。なおテーパー角度とは第1のゲート電極層、第2のゲート電極層それぞれの、導電層表面に対する側面の角度である。よって、テーパー角度を大きくし、90度の場合導電層は垂直な側面を有すようになる。本実施の形態では、第2のゲート電極層を形成するためのエッチング用ガスとしてCl2、SF6、O2を用いる。
In this embodiment mode, the second gate electrode layer also has a tapered shape, and the taper angles thereof are the first
本実施の形態では第1のゲート電極層、導電層、及び第2のゲート電極層をテーパー形状を有する様に形成するため、2層のゲート電極層両方がテーパー形状を有している。しかし、本発明はそれに限定されず、ゲート電極層の一層のみがテーパー形状を有し、他方は異方性エッチングによって垂直な側面を有していてもよい。本実施の形態のように、テーパー角度も積層するゲート電極層間で異なっていても良いし、同一でもよい。テーパー形状を有することによって、その上に積層する膜の被覆性が向上し、欠陥が軽減されるので信頼性が向上する。 In this embodiment, since the first gate electrode layer, the conductive layer, and the second gate electrode layer are formed to have a tapered shape, both of the two gate electrode layers have a tapered shape. However, the present invention is not limited thereto, and only one gate electrode layer may have a tapered shape, and the other may have a vertical side surface by anisotropic etching. As in this embodiment, the taper angle may be different between the stacked gate electrode layers, or may be the same. By having a tapered shape, the coverage of a film stacked thereon is improved and defects are reduced, so that reliability is improved.
以上の工程によって、周辺駆動回路領域704に第1のゲート電極層621及び第2のゲート電極層631からなるゲート電極層617、第1のゲート電極層622及び第2のゲート電極層632からなるゲート電極層618、画素領域706に第1のゲート電極層624及び第2のゲート電極層634からなるゲート電極層627、第1のゲート電極層625及び第2のゲート電極層635からなるゲート電極層628、第1のゲート電極層626及び第2のゲート電極層636からなるゲート電極層629を形成することができる(図11(D)参照)。本実施の形態では、ゲート電極層の形成をドライエッチングで行うがウエットエッチングでもよい。
Through the above steps, the peripheral
ゲート電極層を形成する際のエッチング工程によって、ゲート絶縁層607は多少エッチングされ、膜厚が減る(いわゆる膜減り)ことがある。
The
ゲート電極層を形成する際、ゲート電極層の幅を細くすることによって、高速動作が可能な薄膜トランジスタを形成することができる。ゲート電極層をチャネル方向の幅を細く形成する2つの方法を以下に示す。 When forming the gate electrode layer, a thin film transistor capable of high-speed operation can be formed by reducing the width of the gate electrode layer. Two methods for forming the gate electrode layer with a narrow width in the channel direction are described below.
第1の方法はゲート電極層のマスクを形成した後、マスクを幅方向にエッチング、アッシング等により細らせ、さらに幅の細いマスクを形成する。あらかじめ幅細い形状に形成されたマスクを用いることによって、ゲート電極層も幅細い形状に形成することができる。 In the first method, after a mask for the gate electrode layer is formed, the mask is narrowed in the width direction by etching, ashing, or the like to form a mask with a narrower width. By using a mask formed in advance in a narrow shape, the gate electrode layer can also be formed in a narrow shape.
次に、第2の方法は通常のマスクを形成し、そのマスクを用いてゲート電極層を形成する。次に得られたゲート電極層を幅方向にさらにサイドエッチングして細らせる。よって最終的に幅の細いゲート電極層を形成することができる。以上の工程を経ることによって、後にチャネル長の短い薄膜トランジスタを形成することが可能であり、高速度動作が可能な薄膜トランジスタを作製することが可能である。 Next, in the second method, a normal mask is formed, and a gate electrode layer is formed using the mask. Next, the obtained gate electrode layer is further thinned by side etching in the width direction. Therefore, a narrow gate electrode layer can be finally formed. Through the above steps, a thin film transistor with a short channel length can be formed later, and a thin film transistor capable of high-speed operation can be manufactured.
次に、マスク610a、マスク610b、マスク610d、マスク610e、及びマスク610fを除去し、ゲート電極層617、ゲート電極層618、ゲート電極層627、ゲート電極層628、ゲート電極層629をマスクとして、n型を付与する不純物元素651を添加し、第1のn型不純物領域640a、第1のn型不純物領域640b、第1のn型不純物領域641a、第1のn型不純物領域641b、第1のn型不純物領域642a、第1のn型不純物領域642b、第1のn型不純物領域642c、第1のn型不純物領域643a、第1のn型不純物領域643bを形成する(図12(A)参照)。
Next, the
本実施の形態では、不純物元素を含むドーピングガスとしてホスフィン(PH3)(ドーピングガスはPH3を水素(H2)で希釈しており、ガス中のPH3の比率は5%)を用い、ガス流量80sccm、ビーム電流54μA/cm、加速電圧50kV、添加するドーズ量7.0×1013ions/cm2でドーピングを行う。ここでは、第1のn型不純物領域640a、第1のn型不純物領域640b、第1のn型不純物領域641a、第1のn型不純物領域641b、第1のn型不純物領域642a、第1のn型不純物領域642b、第1のn型不純物領域642c、第1のn型不純物領域643a、第1のn型不純物領域643bに、n型を付与する不純物元素が1×1017〜5×1018/cm3程度の濃度で含まれるように添加する。本実施の形態では、n型を付与する不純物元素としてリン(P)を用いる。
In this embodiment, phosphine (PH 3 ) (doping gas is PH 3 diluted with hydrogen (H 2 ), and the ratio of PH 3 in the gas is 5%) is used as a doping gas containing an impurity element. Doping is performed at a gas flow rate of 80 sccm, a beam current of 54 μA / cm, an acceleration voltage of 50 kV, and an added dose of 7.0 × 10 13 ions / cm 2 . Here, the first n-
本実施の形態では、不純物領域がゲート絶縁層を介してゲート電極層と重なる領域をLov領域とし、不純物領域がゲート絶縁層を介してゲート電極層と重ならない領域をLoff領域とする。図12では、不純物領域においてハッチングと白地で示されているが、これは、白地部分に不純物元素が添加されていないということを示すのではなく、この領域の不純物元素の濃度分布がマスクやドーピング条件を反映していることを直感的に理解できるようにしたためである。なお、このことは本明細書の他の図面においても同様である。 In this embodiment mode, a region where the impurity region overlaps with the gate electrode layer through the gate insulating layer is a Lov region, and a region where the impurity region does not overlap with the gate electrode layer through the gate insulating layer is a Loff region. In FIG. 12, hatching and white background are shown in the impurity region, but this does not indicate that the impurity element is not added to the white background portion, but the concentration distribution of the impurity element in this region is mask or doping. This is because it is possible to intuitively understand that the conditions are reflected. This also applies to other drawings in this specification.
次に半導体層603、半導体層605の一部、半導体層606を覆うマスク653a、マスク653b、マスク653c、及びマスク653dを形成する。マスク653a、マスク653b、マスク653c、マスク653d、第2のゲート電極層632をマスクとしてn型を付与する不純物元素652を添加し、第2のn型不純物領域644a、第2のn型不純物領域644b、第3のn型不純物領域645a、第3のn型不純物領域645b、第2のn型不純物領域647a、第2のn型不純物領域647b、第2のn型不純物領域647c、第3のn型不純物領域648a、第3のn型不純物領域648b、第3のn型不純物領域648c、第3のn型不純物領域648dが形成される。
Next, a
本実施の形態では、不純物元素を含むドーピングガスとしてPH3(ドーピングガスはPH3を水素(H2)で希釈しており、ガス中のPH3の比率は5%)を用い、ガス流量80sccm、ビーム電流540μA/cm、加速電圧70kV、添加するドーズ量5.0×1015ions/cm2でドーピングを行う。ここでは、第2のn型不純物領域644a、第2のn型不純物領域644bにn型を付与する不純物元素が5×1019〜5×1020/cm3程度の濃度で含まれるように添加する。第3のn型不純物領域645a、第3のn型不純物領域645bは、第3のn型不純物領域648a、第3のn型不純物領域648b、第3のn型不純物領域648c、第3のn型不純物領域648dと同程度、もしくは少し高めの濃度でn型を付与する不純物元素を含むように形成される。また、半導体層604にチャネル形成領域646、半導体層605にチャネル形成領域649a及びチャネル形成領域649bが形成される。
In this embodiment, PH 3 (doping gas is PH 3 diluted with hydrogen (H 2 ) and the ratio of PH 3 in the gas is 5%) is used as a doping gas containing an impurity element, and the gas flow rate is 80 sccm. Doping is performed with a beam current of 540 μA / cm, an acceleration voltage of 70 kV, and a dose of 5.0 × 10 15 ions / cm 2 to be added. Here, the second n-
第2のn型不純物領域644a、第2のn型不純物領域644b、第2のn型不純物領域647a、第2のn型不純物領域647b、第2のn型不純物領域647cは高濃度n型不純物領域であり、ソース領域またはドレインとして機能する。一方、第3のn型不純物領域645a、第3のn型不純物領域645b、第3のn型不純物領域648a、第3のn型不純物領域648b、第3のn型不純物領域648c、第3のn型不純物領域648dは低濃度不純物領域であり、LDD(LightlyDoped Drain)領域となる。
The second n-
第3のn型不純物領域645a、第3のn型不純物領域645bは、ゲート絶縁層607を介して、第1のゲート電極層622に覆われているのでLov領域であり、ドレイン近傍の電界を緩和し、ホットキャリアによるオン電流の劣化を抑制することが可能である。この結果、高速動作が可能な薄膜トランジスタを形成することができる。一方、第3のn型不純物領域648a、第3のn型不純物領域648b、第3のn型不純物領域648c、第3のn型不純物領域648dはゲート電極層627、ゲート電極層628に覆われていないのでLoff領域であり、ドレイン近傍の電界を緩和してホットキャリア注入による劣化を防ぐとともに、オフ電流を低減する効果がある。この結果、信頼性の高く、低消費電力の半導体装置を作製することが可能である。
The third n-
次に、マスク653a、マスク653b、マスク653c及びマスク653dを除去し、半導体層604、半導体層605を覆うマスク655a、マスク655bを形成する。マスク655a、マスク655b、ゲート電極層617及びゲート電極層629をマスクとしてp型を付与する不純物元素654を添加し、第1のp型不純物領域660a、第1のp型不純物領域660b、第1のp型不純物領域663a、第1のp型不純物領域663b、第2のp型不純物領域661a、第2のp型不純物領域661b、第2のp型不純物領域664a、第2のp型不純物領域664bが形成される。
Next, the
本実施の形態では、不純物元素としてボロン(B)を用いるため、不純物元素を含むドーピングガスとしてジボラン(B2H6)(ドーピングガスはB2H6を水素(H2)で希釈しており、ガス中のB2H6の比率は15%)を用い、ガス流量70sccm、ビーム電流180μA/cm、加速電圧80kV、添加するドーズ量2.0×1015ions/cm2でドーピングを行う。ここでは、第1のp型不純物領域660a、第1のp型不純物領域660b、第1のp型不純物領域663a、第1のp型不純物領域663b、第2のp型不純物領域661a、第2のp型不純物領域661b、第2のp型不純物領域664a、第2のp型不純物領域664bにp型を付与する不純物元素が1×1020〜5×1021/cm3程度の濃度で含まれるように添加する。
In this embodiment, since boron (B) is used as the impurity element, diborane (B 2 H 6 ) (doping gas is obtained by diluting B 2 H 6 with hydrogen (H 2 ) as a doping gas containing the impurity element. The ratio of B 2 H 6 in the gas is 15%), and doping is performed at a gas flow rate of 70 sccm, a beam current of 180 μA / cm, an acceleration voltage of 80 kV, and a dose of 2.0 × 10 15 ions / cm 2 to be added. Here, the first p-
本実施の形態では、第2のp型不純物領域661a、第2のp型不純物領域661b、第2のp型不純物領域664a、第2のp型不純物領域664bは、ゲート電極層617及びゲート電極層629の形状を反映し、自己整合的に第1のp型不純物領域660a、第1のp型不純物領域660b、第1のp型不純物領域663a、第1のp型不純物領域663bより低濃度となるように形成する。また、半導体層603にチャネル形成領域662、半導体層606にチャネル形成領域665が形成される。
In this embodiment, the second p-
第1のp型不純物領域660a、第1のp型不純物領域660b、第1のp型不純物領域663a、第1のp型不純物領域663bは高濃度n型不純物領域であり、ソース領域またはドレインとして機能する。一方、第2のp型不純物領域661a、第2のp型不純物領域661b、第2のp型不純物領域664a、第2のp型不純物領域664bは低濃度不純物領域であり、LDD(Lightly Doped Drain)領域となる。第2のp型不純物領域661a、第2のp型不純物領域661b、第2のp型不純物領域664a、第2のp型不純物領域664bは、ゲート絶縁層607を介して、第1のゲート電極層621、第1のゲート電極層626に覆われているのでLov領域であり、ドレイン近傍の電界を緩和し、ホットキャリアによるオン電流の劣化を抑制することが可能である。
The first p-
マスク655a、マスク655bをO2アッシングやレジスト剥離液により除去し、酸化膜も除去する。その後、ゲート電極層の側面を覆うように、絶縁膜、いわゆるサイドウォールを形成してもよい。サイドウォールは、プラズマCVD法や減圧CVD(LPCVD)法を用いて、珪素を有する絶縁膜により形成することができる。
The
不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、又はレーザ光の照射を行ってもよい。活性化と同時にゲート絶縁層へのプラズマダメージやゲート絶縁層と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。 In order to activate the impurity element, heat treatment, intense light irradiation, or laser light irradiation may be performed. Simultaneously with activation, plasma damage to the gate insulating layer and plasma damage to the interface between the gate insulating layer and the semiconductor layer can be recovered.
次いで、ゲート電極層とゲート絶縁層とを覆う層間絶縁層を形成する。本実施の形態では、絶縁膜667と絶縁膜668との積層構造とする(図13(A)参照)。絶縁膜667として酸素を含む窒化珪素膜を膜厚100nm形成し、絶縁膜668として窒素を含む酸化珪素膜を膜厚900nm形成し、積層構造とする。また、ゲート電極層、ゲート絶縁層を覆って、窒素を含む酸化珪素膜を膜厚30nm形成し、酸素を含む窒化珪素膜を膜厚140nm形成し、窒素を含む酸化珪素膜を膜厚800nm形成し、3層の積層構造としてもよい。
Next, an interlayer insulating layer is formed to cover the gate electrode layer and the gate insulating layer. In this embodiment, a stacked structure of the insulating
本実施の形態では、絶縁膜667及び絶縁膜668を下地膜と同様にプラズマCVD法を用いて連続的に形成する。絶縁膜667と絶縁膜668は上記材料に限定されるものでなく、スパッタ法、またはプラズマCVDを用いた窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸化珪素膜でもよく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または3層以上の積層構造として用いても良い。
In this embodiment mode, the insulating
絶縁膜667、絶縁膜668としては他に窒化アルミニウム(AlN)、酸素含有量が窒素含有量よりも多い窒素を含む酸化アルミニウム(AlON)、窒素含有量が酸素含有量よりも多い酸素を含む窒化アルミニウム(AlNO)または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素を含む炭素膜(CN)その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。
In addition, as the insulating
また、シロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Si−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素(アリール基))が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、有機絶縁性材料を用いてもよく、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、レジスト又はベンゾシクロブテン、ポリシラザンを用いることができる。平坦性のよい塗布法によってされる塗布膜を用いてもよい。 A siloxane resin may also be used. Note that a siloxane resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon (aryl group)) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Moreover, an organic insulating material may be used, and as the organic material, polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist, benzocyclobutene, or polysilazane can be used. A coating film formed by a coating method with good flatness may be used.
さらに、窒素雰囲気中で、300〜550℃で1〜12時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行う。好ましくは、400〜500℃で行う。この工程は層間絶縁層である絶縁膜667に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。本実施の形態では、410℃で1時間加熱処理を行う。
Further, a heat treatment is performed at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours in a nitrogen atmosphere to perform a step of hydrogenating the semiconductor layer. Preferably, it carries out at 400-500 degreeC. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the insulating
次いで、レジストからなるマスクを用いて絶縁膜667、絶縁膜668、ゲート絶縁層607に半導体層に達するコンタクトホール(開口部)と、絶縁膜667、絶縁膜668、ゲート絶縁層607、第1の層間絶縁層806に第2の電極層805に達するコンタクトホール(開口部)を形成する。エッチングは、用いる材料の選択比によって、一回で行っても複数回行っても良い。本実施の形態では、窒素を含む酸化珪素膜である絶縁膜668と、酸素を含む窒化珪素膜である絶縁膜667、ゲート絶縁層607及び第1の層間絶縁層806と選択比が取れる条件で、第1のエッチングを行い、絶縁膜668を除去する。
Next, a contact hole (opening) reaching the semiconductor layer to the insulating
次に第2のエッチングによって、絶縁膜667及びゲート絶縁層607を除去し、ソース領域またはドレイン領域である第1のp型不純物領域660a、第1のp型不純物領域660b、第1のp型不純物領域663a、第1のp型不純物領域663b、第2のn型不純物領域644a、第2のn型不純物領域644b、第2のn型不純物領域647a、第2のn型不純物領域647bに達する開口部を形成する。
Next, the insulating
また、第2のエッチングによって、絶縁膜667及び第1の層間絶縁層806を除去し、電極層805に達する開口部を形成する。
Further, the insulating
本実施の形態では、第1のエッチングをウエットエッチングによって行い、第2のエッチングをドライエッチングによって行う。ウエットエッチングのエッチャントは、フッ化水素アンモニウム及びフッ化アンモニウムを含む混合溶液のようなフッ酸系の溶液を用いるとよい。エッチング用ガスとしては、Cl2、BCl3、SiCl4もしくはCCl4などを代表とする塩素系ガス、CF4、SF6もしくはNF3などを代表とするフッ素系ガス又はO2を適宜用いることができる。また用いるエッチング用ガスに不活性気体を添加してもよい。添加する不活性元素としては、He、Ne、Ar、Kr、Xeから選ばれた一種または複数種の元素を用いることができる。 In this embodiment mode, the first etching is performed by wet etching, and the second etching is performed by dry etching. As an etchant for wet etching, a hydrofluoric acid-based solution such as a mixed solution containing ammonium hydrogen fluoride and ammonium fluoride may be used. As an etching gas, a chlorine-based gas typified by Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 or CCl 4 , a fluorine-based gas typified by CF 4 , SF 6 or NF 3, or O 2 is appropriately used. it can. Further, an inert gas may be added to the etching gas used. As the inert element to be added, one or more elements selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe can be used.
開口部を覆うように導電膜を形成し、導電膜をエッチングして各ソース領域またはドレイン領域の一部とそれぞれ電気的に接続するソース電極層またはドレイン電極層である電極層669a、ソース電極層またはドレイン電極層である電極層669b、ソース電極層またはドレイン電極層である電極層670a、ソース電極層またはドレイン電極層である電極層670b、ソース電極層またはドレイン電極層である電極層671a、ソース電極層またはドレイン電極層である電極層671b、ソース電極層またはドレイン電極層である電極層672a、ソース電極層またはドレイン電極層である電極層672bを形成する。また、ソース電極層またはドレイン電極層である電極層672bは第2の電極とも電気的に接続する。
A conductive film is formed so as to cover the opening, and the conductive film is etched to be electrically connected to a part of each source region or drain region. An
ソース電極層またはドレイン電極層は、PVD法、CVD法、蒸着法等により導電膜を成膜した後、所望の形状にエッチングして形成することができる。また、液滴吐出法、印刷法、電解メッキ法等により、所定の場所に選択的に導電層を形成することができる。更にはリフロー法、ダマシン法を用いても良い。ソース電極層またはドレイン電極層の材料は、Ag、Au、Cu、Ni、Pt、Pd、Ir、Rh、W、Al、Ta、Mo、Cd、Zn、Fe、Ti、Zr、Ba等の金属、及びSi、Ge、又はその合金、若しくはその窒化物を用いて形成する。また、これらの積層構造としても良い。 The source electrode layer or the drain electrode layer can be formed by forming a conductive film by a PVD method, a CVD method, an evaporation method, or the like and then etching the conductive film into a desired shape. Further, the conductive layer can be selectively formed at a predetermined place by a droplet discharge method, a printing method, an electrolytic plating method, or the like. Furthermore, a reflow method or a damascene method may be used. The material of the source electrode layer or the drain electrode layer is Ag, Au, Cu, Ni, Pt, Pd, Ir, Rh, W, Al, Ta, Mo, Cd, Zn, Fe, Ti, Zr, Ba or other metals, And Si, Ge, an alloy thereof, or a nitride thereof. Moreover, it is good also as these laminated structures.
本実施の形態では、チタン(Ti)膜を膜厚60nm形成し、窒化チタン膜を膜厚40nm形成し、アルミニウム膜を膜厚700nm形成し、チタン(Ti)膜を膜厚200nm形成して積層構造とし、所望な形状に加工する。 In this embodiment, a titanium (Ti) film is formed to a thickness of 60 nm, a titanium nitride film is formed to a thickness of 40 nm, an aluminum film is formed to a thickness of 700 nm, and a titanium (Ti) film is formed to a thickness of 200 nm. A structure is formed and processed into a desired shape.
以上の工程で、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor(TFT))が形成される。周辺駆動回路領域704に、pチャネル型薄膜トランジスタ673、nチャネル型薄膜トランジスタ674を、画素領域706に、マルチチャネル型のnチャネル型薄膜トランジスタ675、pチャネル型薄膜トランジスタ676を有するアクティブマトリクス基板を作製することができる(図13(B)参照)。
Through the above process, a thin film transistor (TFT) is formed. An active matrix substrate having a p-channel
本実施の形態に限定されず、薄膜トランジスタは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でも、二つ形成されるダブ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。また、周辺駆動回路領域の薄膜トランジスタも、シングルゲート構造、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。 Without being limited to this embodiment mode, the thin film transistor may have a single gate structure in which one channel formation region is formed, a double gate structure in which two channel formation regions are formed, or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed. The thin film transistor in the peripheral driver circuit region may have a single gate structure, a double gate structure, or a triple gate structure.
なお、本実施の形態で示した薄膜トランジスタの作製方法に限らず、トップゲート型(プレーナー型)、ボトムゲート型(逆スタガ型)、あるいはチャネル形成領域の上下にゲート絶縁膜を介して配置された2つのゲート電極層を有する、デュアルゲート型やその他の構造においても適用できる。 Note that not only the method for manufacturing the thin film transistor described in this embodiment mode, but a top gate type (planar type), a bottom gate type (reverse stagger type), or a channel formation region is provided above and below the gate insulating film. The present invention can also be applied to a dual gate type or other structure having two gate electrode layers.
次いで、画素領域706と周辺駆動回路領域704を覆う保護膜819を形成する。本実施の形態では保護膜819は単層構造であっても積層構造であってもよい。例えば、膜厚100nmの窒化酸化珪素膜と膜厚900nmの酸化窒化絶縁膜の積層構造でもよい。また、3層の積層構造としてもよい。
Next, a
本実施の形態では、保護膜819を下地膜と同様にプラズマCVD法を用いて連続的に形成する。保護膜819は上記材料に限定されるものでなく、スパッタ法、またはプラズマCVDを用いた窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、酸化珪素膜でもよく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または3層以上の積層構造として用いても良い。
In this embodiment mode, the
保護膜819としては他に窒化アルミニウム(AlN)、酸素含有量が窒素含有量よりも多い窒素を含む酸化アルミニウム(AlON)、窒素含有量が酸素含有量よりも多い酸素を含む窒化アルミニウム(AlNO)または酸化アルミニウム、ダイアモンドライクカーボン(DLC)、窒素を含む炭素膜(CN)その他の無機絶縁性材料を含む物質から選ばれた材料で形成することができる。
As the
また、シロキサン樹脂を用いてもよい。なお、シロキサン樹脂とは、Si−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。また、有機絶縁性材料を用いてもよく、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、レジスト又はベンゾシクロブテン、ポリシラザンを用いることができる。平坦性のよい塗布法によってされる塗布膜を用いてもよい。 A siloxane resin may also be used. Note that a siloxane resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent. Moreover, an organic insulating material may be used, and as the organic material, polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist, benzocyclobutene, or polysilazane can be used. A coating film formed by a coating method with good flatness may be used.
次いで、外部端子接続領域702bに所定の開口部が設けられたレジストからなるマスクで、保護膜819をエッチングする(図14参照)。
Next, the
その後、シール材692により封止基板695と貼り合わせる。空間693には、充填材が充填されている。充填材としては、不活性気体(窒素やアルゴン等)を用いてもよいし、シール材で充填してもよい。
After that, the sealing
なお、シール材692にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板695に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、マイラー(登録商標)、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
Note that an epoxy-based resin is preferably used for the
以上の工程により、本発明の発光素子を有する発光装置を製造することができる。 Through the above steps, a light-emitting device having the light-emitting element of the present invention can be manufactured.
なお、発光素子の厚み方向において、第1の電極層802もしくは第2の電極層805と重なるようにTFTを配置することもできる(図15(B)参照)。このように配置することにより、素子の面積を小さくすることができる。
Note that a TFT can be provided so as to overlap with the
本発明の発光装置は、薄膜トランジスタ(TFT)と無機EL素子とを有しているためアクティブマトリクス型の発光装置に応用することができる。 Since the light-emitting device of the present invention includes a thin film transistor (TFT) and an inorganic EL element, it can be applied to an active matrix light-emitting device.
また、薄膜トランジスタに用いられているアモルファスシリコンやポリシリコンなどからの水素脱離による欠陥増加が生じないため、TFTの特性が損なわれることなくアクティブマトリックス方式の無機ELディスプレイを作製できる。 In addition, since an increase in defects due to hydrogen desorption from amorphous silicon or polysilicon used for a thin film transistor does not occur, an active matrix inorganic EL display can be manufactured without impairing TFT characteristics.
また、アルミニウムなど融点の低い材料や、耐熱性が低い有機材料であっても、無機ELディスプレイのTFTに使用することができる。つまり、使用できる材料の選択肢が広がる。 Even a material having a low melting point such as aluminum or an organic material having low heat resistance can be used for a TFT of an inorganic EL display. In other words, the choice of materials that can be used is expanded.
本実施の形態によれば、実施の形態1と同様に発光輝度を高めた状態で、該輝度の経時変化を小さくした発光素子を得ることができる。特に、可視光域での発光特性を安定化させることができる。また、発光スペクトルを広げ、混色発光に変えることができるので、さまざまな用途に適用することができる。また、混色の発光を容易に得ることができ、これにより白色の発光を作り出すことができる。また輝度劣化が小さいので、信頼性の高い発光装置を得ることが可能である。 According to the present embodiment, it is possible to obtain a light emitting element in which the luminance change with time is reduced while the emission luminance is increased as in the first embodiment. In particular, light emission characteristics in the visible light region can be stabilized. In addition, since the emission spectrum can be broadened and changed to mixed color emission, it can be applied to various applications. Moreover, light emission of mixed colors can be easily obtained, so that white light emission can be produced. In addition, since luminance degradation is small, a highly reliable light-emitting device can be obtained.
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。 Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments as appropriate.
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment mode, a light-emitting device having a light-emitting element manufactured by applying the present invention will be described.
本実施の形態では、発光装置の一態様として表示装置について、図16(A)〜図16(B)、図17、図18、図19、図20(A)〜図20(B)を参照して説明する。図17は表示装置の主要部を示す構成図である。 In this embodiment, the display device is described as one embodiment of the light-emitting device with reference to FIGS. 16A to 16B, FIGS. 17, 18, 19, and 20 </ b> A to 20 </ b> B. To explain. FIG. 17 is a block diagram showing the main part of the display device.
基板410には、第1の電極416と、その電極と交差する方向に伸びる第2の電極418が設けられている。少なくとも、第1の電極416と第2の電極418との交差部には、実施の形態1〜実施の形態3で説明したものと同様な方法で作製された発光層が設けられ、発光素子を形成している。図17の表示装置は、第1の電極416と第2の電極418を複数本配置して、画素となる発光素子をマトリクス状に配列させ、表示部414を形成している。この表示部414は、第1の電極416と第2の電極418の電位を制御して個々の発光素子の発光及び非発光を制御して、動画及び静止画を表示することができる。
The
この表示装置は、基板410の一方向に延設される第1の電極416と、それと交差する第2の電極418のそれぞれに映像を表示する信号を印加して発光素子の発光及び非発光を選択する。すなわち、画素の駆動は、もっぱら外部回路から与えられる信号で行う単純マトリクス型の表示装置である。このような表示装置は、構成が簡単であるので、大面積化をしても容易に作製をすることができる。
In this display device, a signal for displaying an image is applied to each of the
第1の電極416と第2の電極418を、どちらも透明導電膜を用いて形成した場合は、本実施の形態の発光装置は両面射出型発光装置とすることができる。また、第1の電極416または第2の電極418のいずれか一方を反射性導電膜を用いて形成した場合は、本実施の形態の発光装置を片面射出型発光装置(トップエミッション型発光装置あるいはボトムエミッション型発光装置)とすることができる。
In the case where both the
このような透明導電膜としては、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide(ITO))、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSOともいう)、酸化インジウム酸化亜鉛(Indium Zinc Oxide(IZOともいう))、酸化タングステンと酸化亜鉛を含む酸化インジウムを用いることが可能である。また反射性導電膜としては、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、又は金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等を用いることが可能である。 As such a transparent conductive film, indium tin oxide (Indium Tin Oxide (ITO)), indium tin oxide containing silicon oxide (also referred to as ITSO), indium zinc oxide (also referred to as Indium Zinc Oxide (also referred to as IZO)). Indium oxide containing tungsten oxide and zinc oxide can be used. As the reflective conductive film, aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), nickel (Ni), tungsten (W), chromium (Cr), molybdenum (Mo), iron ( Fe), cobalt (Co), copper (Cu), palladium (Pd), a nitride of a metal material (for example, titanium nitride), or the like can be used.
なお、対向基板412は必要に応じて設ければ良く、表示部414の位置に合わせて設けることで保護部材とすることもできる。これは、板状の硬材としなくても、樹脂フィルム若しくは樹脂材料を塗布して代用することもできる。第1の電極416及び第2の電極418は基板410の端部に引き出され、外部回路と接続する端子を形成している。すなわち第1の電極416及び第2の電極418は基板410の端部で第1と第2のフレキシブル配線基板420、422とコンタクトを形成する。外部回路としては、映像信号を制御するコントローラ回路の他、電源回路、チューナ回路などが含まれる。
Note that the
図18は図17における表示部414の構成を示す部分拡大図を示す。基板510に形成された第1の電極516の側端部は隔壁層524が形成されている。そして、少なくとも第1の電極516の露出面上には発光層(EL層ともいう)526が形成されている。第2の電極518は、EL層526上に設けられている。第2の電極518は第1の電極516と交差するので、隔壁層524上に延設されている。隔壁層524は、第1の電極516と第2の電極518の間で短絡が起こらないように絶縁材料で形成されている。隔壁層524が第1の電極516の端部を覆う部位では、段差が急峻とならないように隔壁層524の側端部に勾配を持たせ、所謂テーパー形状としている。隔壁層524をこのような形状とすることで、第1の電極516の被覆性が向上し、ひび割れや断裂などの不良を無くすことができる。
FIG. 18 is a partially enlarged view showing the configuration of the
図19は図17における表示部414の平面図であり、基板1110上に第1の電極1116、第2の電極1118、隔壁層1124、EL層1126の配置を示している。補助電極1128は第2の電極1118を酸化インジウムスズ、酸化亜鉛などの透明導電膜で形成する場合に、抵抗損失を低減するために設けると好ましいものである。この場合、補助電極1128はチタン、タングステン、クロム、タンタルなどの高融点金属、若しくは高融点金属とアルミニウム、銀などの低抵抗金属とを組み合わせて形成すると良い。
FIG. 19 is a plan view of the
図19において、E−F線及びG−H線に沿った断面図を図20(A)及び図20(B)に示す。図20(A)は図17における第1の電極416が配列する断面図であり、図20(B)は図17における第2の電極418が配列する断面図を示す。基板1210上の第1の電極1216と第2の電極1218の交差部にはEL層1226が形成され、その部位に発光素子が形成される。図20(B)で示すように、補助電極1228は隔壁層1224上にあって、第2の電極1218と接触するように設けている。補助電極1228を隔壁層1224上に設けることにより、第1の電極1216と第2の電極1218の交差部に形成される発光素子を遮光することがないので、発光した光を有効に利用することができる。また、補助電極1228が第1の電極1216と短絡してしまうことを防ぐことができる。
19, cross-sectional views taken along lines EF and GH are shown in FIGS. 20A and 20B. 20A is a cross-sectional view in which the
図16(A)及び図16(B)では、図20(A)及び図20(B)に示す発光装置の対向基板1212に、色変換層1230を配設した一例を示している。色変換層1230は、EL層1226で発光した光を波長変換して発光色を異ならせるためのものである。この場合、EL層1226で発光する光は、エネルギーの高い青色若しくは紫外光であることが好ましい。色変換層1230として、赤色、緑色、青色に変換するものを配列させれば、RGBカラー表示を行う表示装置とすることができる。また、色変換層1230を着色層(カラーフィルタ)に置き換えることもできる。その場合は、EL層1226は白色発光するように構成すれば良い。充填材1232は基板1210と対向基板1212を固定するものであり適宜設ければ良い。
16A and 16B illustrate an example in which a
本発明の発光装置は、混色の発光を容易に得ることができ、これにより白色の発光を作り出すことができる。また輝度劣化が小さいので、信頼性の高い発光装置を得ることが可能である。 The light emitting device of the present invention can easily obtain light emission of mixed colors, and thereby can produce white light emission. In addition, since luminance degradation is small, a highly reliable light-emitting device can be obtained.
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。 Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments as appropriate.
(実施の形態5)
本実施の形態では、実施の形態1〜実施の形態3に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態1〜実施の形態3で示した発光素子を有する。よって、駆動電圧が低減され、輝度の高い発光素子を有するため、消費電極の低減された輝度の高い電子機器を提供することが可能である。
(Embodiment 5)
In this embodiment, electronic devices of the present invention including the light-emitting device described in any of
本発明の発光装置を用いて作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置)などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図8(A)〜図8(D)に示す。 As an electronic device manufactured using the light emitting device of the present invention, a video camera, a digital camera, a goggle type display, a navigation system, a sound reproducing device (car audio, audio component, etc.), a computer, a game device, a portable information terminal (mobile) Display device capable of playing back a recording medium such as a computer, a mobile phone, a portable game machine, or an electronic book) and a recording medium (specifically, a digital versatile disc (DVD)) and displaying the image And the like). Specific examples of these electronic devices are illustrated in FIGS.
図8(A)は本発明に係るテレビ装置であり、筐体9101、支持台9102、表示部9103、スピーカー部9104、ビデオ入力端子9105等を含む。このテレビ装置において、表示部9103は、実施の形態1〜実施の形態3で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。
FIG. 8A illustrates a television device according to the present invention, which includes a
本発明により形成された発光素子は、白色光を容易に得ることができ、また輝度劣化が小さいという特徴を有している。これにより本発明の表示装置は、コストが低く、信頼性が高いという利点がある。その発光素子で構成される表示部9103も同様の特徴を有するため、このテレビ装置についても、作製のコストが低く、高い信頼性を得ることができる。
The light-emitting element formed according to the present invention has characteristics that white light can be easily obtained and luminance deterioration is small. As a result, the display device of the present invention has the advantages of low cost and high reliability. Since the
図8(B)は本発明に係るコンピュータであり、本体9201、筐体9202、表示部9203、キーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス9206等を含む。このコンピュータにおいて、表示部9203は、実施の形態1〜実施の形態3で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。
FIG. 8B illustrates a computer according to the present invention, which includes a
本発明により形成された発光素子は、白色光を容易に得ることができ、また輝度劣化が小さいという特徴を有している。これにより本発明の表示装置は、コストが低く、信頼性が高いという利点がある。その発光素子で構成される表示部9203も同様の特徴を有するため、このコンピュータについても、作製のコストが低く、高い信頼性を得ることができる。
The light-emitting element formed according to the present invention has characteristics that white light can be easily obtained and luminance deterioration is small. As a result, the display device of the present invention has the advantages of low cost and high reliability. Since the
図8(C)は本発明に係る携帯電話であり、本体9401、筐体9402、表示部9403、音声入力部9404、音声出力部9405、操作キー9406、外部接続ポート9407、アンテナ9408等を含む。この携帯電話において、表示部9403は、実施の形態1〜実施の形態3で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。
FIG. 8C illustrates a mobile phone according to the present invention, which includes a
本発明により形成された発光素子は、白色光を容易に得ることができ、また輝度劣化が小さいという特徴を有している。これにより本発明の表示装置は、コストが低く、信頼性が高いという利点がある。その発光素子で構成される表示部9403も同様の特徴を有するため、この携帯電話についても、作製のコストが低く、高い信頼性を得ることができる。
The light-emitting element formed according to the present invention has characteristics that white light can be easily obtained and luminance deterioration is small. As a result, the display device of the present invention has the advantages of low cost and high reliability. Since the
図8(D)は本発明の係るカメラであり、本体9501、表示部9502、筐体9503、外部接続ポート9504、リモコン受信部9505、受像部9506、バッテリー9507、音声入力部9508、操作キー9509、接眼部9510等を含む。このカメラにおいて、表示部9502は、実施の形態1〜3で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。
FIG. 8D illustrates a camera according to the present invention, which includes a
本発明により形成された発光素子は、白色光を容易に得ることができ、また輝度劣化が小さいという特徴を有している。これにより本発明の表示装置は、コストが低く、信頼性が高いという利点がある。その発光素子で構成される表示部9502も同様の特徴を有するため、このカメラについても、作製のコストが低く、高い信頼性を得ることができる。
The light-emitting element formed according to the present invention has characteristics that white light can be easily obtained and luminance deterioration is small. As a result, the display device of the present invention has the advantages of low cost and high reliability. Since the
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明の発光装置を用いることにより、作製コストが小さく、輝度劣化が小さく、信頼性の高い表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。 As described above, the applicable range of the light-emitting device of the present invention is so wide that the light-emitting device can be applied to electronic devices in various fields. By using the light-emitting device of the present invention, an electronic device having a display portion with low manufacturing cost, low luminance deterioration, and high reliability can be provided.
また、本発明の発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明の発光素子を照明装置として用いる一態様を、図9を用いて説明する。 In addition, the light-emitting device of the present invention includes a light-emitting element with high emission efficiency, and can also be used as a lighting device. One mode in which the light-emitting element of the present invention is used as a lighting device is described with reference to FIGS.
図9は、本発明の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図9に示した液晶表示装置は、筐体501、液晶層502、バックライト503、筐体504を有し、液晶層502は、ドライバIC505と接続されている。また、バックライト503は、本発明の発光装置が用いられおり、端子506により、電流が供給されている。
FIG. 9 illustrates an example of a liquid crystal display device using the light-emitting device of the present invention as a backlight. The liquid crystal display device illustrated in FIG. 9 includes a
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、作製コストが低く、輝度劣化が小さく信頼性の高いバックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、本発明の発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。 By using the light-emitting device of the present invention as a backlight of a liquid crystal display device, a backlight with low manufacturing cost, low luminance deterioration, and high reliability can be obtained. Further, the light-emitting device of the present invention is a surface-emitting illumination device and can have a large area, so that the backlight can have a large area and a liquid crystal display device can have a large area. Further, since the light-emitting device of the present invention is thin and has low power consumption, the display device can be thinned and the power consumption can be reduced.
100 基板
101 電極
102 誘電体層
103 発光層
104 誘電体層
105 電極
410 基板
412 対向基板
414 表示部
416 電極
418 電極
420 フレキシブル配線基板
422 フレキシブル配線基板
501 筐体
502 液晶層
503 バックライト
504 筐体
505 ドライバIC
506 端子
510 基板
516 電極
518 電極
524 隔壁層
526 EL層
600 基板
601a 下地膜
601b 下地膜
602 結晶性半導体膜
603 半導体層
604 半導体層
605 半導体層
606 半導体層
607 ゲート絶縁層
608 導電膜
609 導電膜
610a マスク
610b マスク
610d マスク
610e マスク
610f マスク
611 導電層
612 導電層
614 導電層
615 導電層
616 導電層
617 ゲート電極層
618 ゲート電極層
621 ゲート電極層
622 ゲート電極層
624 ゲート電極層
625 ゲート電極層
626 ゲート電極層
627 ゲート電極層
628 ゲート電極層
629 ゲート電極層
631 ゲート電極層
632 ゲート電極層
634 ゲート電極層
635 ゲート電極層
636 ゲート電極層
640a 不純物領域
640b 不純物領域
641a 不純物領域
641b 不純物領域
642a 不純物領域
642b 不純物領域
642c 不純物領域
643a 不純物領域
643b 不純物領域
644a 不純物領域
644b 不純物領域
645a 不純物領域
645b 不純物領域
646 チャネル形成領域
647a 不純物領域
647b 不純物領域
647c 不純物領域
648a 不純物領域
648b 不純物領域
648c 不純物領域
648d 不純物領域
649a チャネル形成領域
649b チャネル形成領域
651 不純物元素
652 不純物元素
653a マスク
653b マスク
653c マスク
653d マスク
654 不純物元素
655a マスク
655b マスク
660a 不純物領域
660b 不純物領域
661a 不純物領域
661b 不純物領域
662 チャネル形成領域
663a 不純物領域
663b 不純物領域
664a 不純物領域
664b 不純物領域
665 チャネル形成領域
667 絶縁膜
668 絶縁膜
669a 電極層
669b 電極層
670a 電極層
670b 電極層
671a 電極層
671b 電極層
672a 電極層
672b 電極層
673 薄膜トランジスタ
674 薄膜トランジスタ
675 薄膜トランジスタ
676 薄膜トランジスタ
692 シール材
693 空間
694 FPC
695 封止基板
702a 外部端子接続領域
702b 外部端子接続領域
703 配線領域
704 周辺駆動回路領域
706 画素領域
802 電極層
803 絶縁層
804 発光層
805 電極層
806 層間絶縁層
819 保護膜
951 基板
952 電極
953 絶縁層
954 隔壁層
955 層
956 電極
1110 基板
1116 電極
1118 電極
1124 隔壁層
1126 EL層
1128 補助電極
1210 基板
1212 対向基板
1216 電極
1218 電極
1224 隔壁層
1226 EL層
1228 補助電極
1230 色変換層
1501 電極
1502 絶縁膜
1503 発光層
1504 絶縁膜
1505 電極
1506 電源
1507 電源
9101 筐体
9102 支持台
9103 表示部
9104 スピーカー部
9105 ビデオ入力端子
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングデバイス
9401 本体
9402 筐体
9403 表示部
9404 音声入力部
9405 音声出力部
9406 操作キー
9407 外部接続ポート
9408 アンテナ
9501 本体
9502 表示部
9503 筐体
9504 外部接続ポート
9505 リモコン受信部
9506 受像部
9507 バッテリー
9508 音声入力部
9509 操作キー
9510 接眼部
DESCRIPTION OF
506 Terminal 510 Substrate 516 Electrode 518 Electrode 524 Partition layer 526 EL layer 600 Substrate 601a Base film 601b Base film 602 Crystalline semiconductor film 603 Semiconductor layer 604 Semiconductor layer 605 Semiconductor layer 606 Semiconductor layer 607 Gate insulating layer 608 Conductive film 609 Conductive film 610a Mask 610b Mask 610d Mask 610e Mask 610f Mask 611 Conductive layer 612 Conductive layer 614 Conductive layer 615 Conductive layer 616 Conductive layer 617 Gate electrode layer 618 Gate electrode layer 621 Gate electrode layer 622 Gate electrode layer 624 Gate electrode layer 625 Gate electrode layer 626 Gate Electrode layer 627 Gate electrode layer 628 Gate electrode layer 629 Gate electrode layer 631 Gate electrode layer 632 Gate electrode layer 634 Gate electrode layer 635 Gate electrode layer 636 Gate electrode layer 640a Impurity region 640b Impurity region 641a Impurity region 641b Impurity region 642a Impurity region 642b Impurity region 642c Impurity region 643a Impurity region 643b Impurity region 644a Impurity region 644b Impurity region 645a Impurity region 646 Channel formation region 647a Impurity region 647b Impurity region 647c Impurity region 648b Impurity region 648c Impurity region 648d Impurity region 649a Channel formation region 649b Channel formation region 651 Impurity element 652 Impurity element 653a Mask 653b Mask 653c Mask 653d Mask 654 Impurity element 655a Mask 655b Mask 660a Impurity region 661b Impurity region 661b Impurity region 662 channel formation region 66 a impurity region 663b impurity region 664a impurity region 664b impurity region 665 channel formation region 667 insulating film 668 insulating film 669a electrode layer 669b electrode layer 670a electrode layer 670b electrode layer 671a electrode layer 671b electrode layer 672a electrode layer 672b electrode layer 673 thin film transistor 675 Thin film transistor 676 Thin film transistor 692 Sealing material 693 Space 694 FPC
695
Claims (3)
前記発光層は波長500nmから700nmの範囲内に発光スペクトルを有し、
前記発光スペクトルは、波長580nmよりも短波長側の第1のピークと、波長580nmよりも長波長側の第2のピークを有することを特徴とする発光素子。 A light emitting device having a light emitting layer containing zinc sulfide and manganese,
The light emitting layer has an emission spectrum in a wavelength range of 500 nm to 700 nm;
The light emission element, wherein the emission spectrum has a first peak on a shorter wavelength side than a wavelength of 580 nm and a second peak on a longer wavelength side than a wavelength of 580 nm.
前記発光層が波長500nmから700nmの範囲内に発光スペクトルを有し、
前記発光スペクトルが、波長580nmよりも短波長側の第1のピークと、波長580nmよりも長波長側の第2のピークを有する発光素子と、
前記発光素子の発光を制御する駆動回路を有することを特徴とする発光装置。 Having a light emitting layer containing zinc sulfide and manganese;
The light emitting layer has an emission spectrum in a wavelength range of 500 nm to 700 nm;
A light-emitting element having an emission spectrum having a first peak on a shorter wavelength side than a wavelength of 580 nm and a second peak on a longer wavelength side than a wavelength of 580 nm;
A light emitting device comprising a drive circuit for controlling light emission of the light emitting element.
前記一の発光ピークを有する発光スペクトルを、波長580nmよりも短波長側の第1のピークと、波長580nmよりも長波長側の第2のピークを有するように前記発光層を熱処理する工程とを有することを特徴とする発光素子の作製方法。
Forming a light emitting layer containing zinc sulfide and manganese having an emission spectrum having one emission peak within a wavelength range of 500 nm to 700 nm;
Heat-treating the light emitting layer so that the emission spectrum having the one emission peak has a first peak on the shorter wavelength side than the wavelength of 580 nm and a second peak on the longer wavelength side than the wavelength of 580 nm. A method for manufacturing a light-emitting element, comprising:
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JP2009259475A (en) * | 2008-04-14 | 2009-11-05 | Sony Corp | Display element, display device, and manufacturing method of display element |
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