JP2009080491A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】動作性能及び信頼性の高い半導体装置を提供する。
【解決手段】スイッチング用ＴＦＴ４８０２及び消去用ＴＦＴ４８０７のＬＤＤ領域は、ゲート電極に重ならないように形成されており、オフ電流値の低減に重点を置いた構造となっている。電流制御用ＴＦＴ４８０４のＬＤＤ領域は、その一部又は全部がゲート電極に重なるように形成されており、オン電流値の確保と、ホットキャリア注入の防止に重点を置いた構造となっている。各部に求められる機能に応じて、同一基板上に異なる構造のＴＦＴを、共通の工程にて形成することで、半導体装置の動作性能及び信頼性を向上する。
【選択図】図１４

Description

本願発明は半導体素子（半導体薄膜を用いた素子）を基板上に作り込んで形成された電子装置およびその電子装置を表示部として用いた電気器具に関する。特に、本発明は電子装置としてＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置に実施することが有効な技術である。
近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、ポリシリコン膜を用いたＴＦＴは、従来のアモルファスシリコン膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来、基板外の駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板（絶縁体）上に形成した駆動回路で行うことが可能となっている。
このようなアクティブマトリクス型表示装置は、同一基板上に様々な回路や素子を作り込むことで製造コストの低減、表示装置の小型化、歩留まりの上昇、スループットの低減など、様々な利点が得られるとして注目されている。
しかし、アクティブマトリクス型表示装置の基板上には様々な機能を有する回路や素子部が形成される。従って、回路又は素子をＴＦＴで形成するにあたって、それぞれの回路又は素子が必要とするＴＦＴの性能も異なってくる。例えば、タイミング信号を形成するシフトレジスタなどには動作速度の早いＴＦＴが求められ、電荷蓄積のためのスイッチング素子にはオフ電流値（ＴＦＴがオフ動作にある時に流れるドレイン電流値）の十分に低いＴＦＴが求められる。
このような場合、同一構造のＴＦＴだけでは全ての回路又は素子が求める性能を確保することが困難となり、アクティブマトリクス型表示装置の性能を向上させる上で大きな弊害となる。
本発明は同一の絶縁体上に画素部と駆動回路部とを有するアクティブマトリクス型の電子装置において、ＴＦＴで形成される回路又は素子が求める性能に応じて適切な構造のＴＦＴを用い、動作性能及び信頼性の高い電子装置を提供することを課題とする。
そして、電子装置（特にアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置）の画質を向上させることにより、それを表示部（表示用ディスプレイ）として用いた電子機器（電気器具）の品質を向上させることを課題とする。
上記問題点を解決するために本発明では、ＥＬ表示装置の各画素に含まれる素子が求める機能を鑑みて、最適な構造のＴＦＴを割り当てることを主旨としている。即ち、同一画素内に異なる構造のＴＦＴが存在することになる。
具体的には、オフ電流値を十分に低くさせることを最重要課題とする素子（スイッチング用素子など）は、動作速度よりもオフ電流値を低減させることに重点を置いたＴＦＴ構造が望ましい。また、大電流を流すことを最重要課題とする素子（電流制御用素子など）は、オフ電流値を低減させることよりも、大電流を流すこと及びそれと同時に顕著な問題となるホットキャリア注入による劣化を抑制することに重点を置いたＴＦＴ構造が望ましい。
本発明は、同一の絶縁体上で上記のようなＴＦＴの使い分けを行うことによって、ＥＬ表示装置の動作性能の向上と信頼性の向上とを可能とする。なお、本発明の思想は、画素部に限ったものではなく、画素部およびその画素部を駆動する駆動回路部を含めてＴＦＴ構造の最適化を図る点にも特徴がある。
本発明を用いることで、同一の絶縁体上に、素子の求める仕様に応じて適切な性能のＴＦＴを配置することが可能となり、ＥＬ表示装置の動作性能や信頼性を大幅に向上させることができる。
具体的には、動作速度を重視するＴＦＴ構造と低オフ電流値であることを重視するＴＦＴ構造とを同一の絶縁体上において、使い分けることができる。それによりＥＬ表示装置の画素に配置するスイッチング用ＴＦＴはオフ電流値を十分に低くさせることができ、電流制御用ＴＦＴはホットキャリア注入による劣化を防ぐと共にオフ電流値を十分に低くさせることができる。
また、そのようなＥＬ表示装置を表示ディスプレイとして用いることで、画像品質が良く、耐久性のある（信頼性の高い）応用製品（電気器具）を生産することが可能となる。
本発明の実施の形態について、図１、図２を用いて説明する。図１に示したのは本発明であるＥＬ表示装置の画素の断面図であり、図２（Ａ）はその上面図、図２（Ｂ）はその回路構成である。実際にはこのような画素がマトリクス状に複数配列されて画素部（画像表示部）が形成される。
なお、図１の断面図は図２（Ａ）に示した上面図においてＡ−Ａ’で切断した切断面を示している。ここでは図１及び図２で共通の符号を用いているので、適宜両図面を参照すると良い。また、図２の上面図では二つの画素を図示しているが、どちらも同じ構造である。
図１において、１１は基板、１２は下地膜（絶縁体）である。基板１１としてはガラス基板、ガラスセラミックス基板、石英基板、シリコン基板、セラミックス基板、金属基板若しくはプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）を用いることができる。
また、下地膜１２は特に可動イオンを含む基板や導電性を有する基板を用いる場合に有効であるが、石英基板には設けなくても構わない。下地膜１２としては、珪素（シリコン）を含む絶縁膜を設ければ良い。なお、本明細書において「珪素を含む絶縁膜」とは、具体的には酸化珪素膜、窒化珪素膜若しくは窒化酸化珪素膜（ＳｉＯｘＮｙで示される）など珪素、酸素若しくは窒素を所定の割合で含む絶縁膜を指す。
ここでは画素内に二つのＴＦＴを形成している。２０１はスイッチング素子として機能するＴＦＴ（以下、スイッチング用ＴＦＴという）、２０２はＥＬ素子へ流す電流量を制御するＴＦＴ（以下、電流制御用ＴＦＴという）であり、どちらもｎチャネル型ＴＦＴで形成されている。
スイッチング用ＴＦＴ２０１は、ソース領域１３、ドレイン領域１４、ＬＤＤ領域１５a〜１５d、高濃度不純物領域１６及びチャネル形成領域１７a、１７bを含む活性層、ゲート絶縁膜１８、ゲート電極１９a、ゲート電極１９b、第１層間絶縁膜２０、ソース配線２１並びにドレイン配線２２を有して形成される。なお、図２に示すようにゲート電極１９a、１９bは同一のゲート配線２１１を幹としたダブルゲート構造となっている。
活性層は結晶構造を含む半導体膜で形成される。即ち、単結晶半導体膜でも良いし、多結晶半導体膜や微結晶半導体膜でも良い。また、ゲート絶縁膜１８は珪素を含む絶縁膜で形成すれば良い。また、ゲート電極、ソース配線若しくはドレイン配線としてはあらゆる導電膜を用いることができる。
また、スイッチング用ＴＦＴ２０１には保持容量（ストレーシ゛キャハ゜シタ）２０３が接続されている（図２参照）。保持容量２０３は、ドレイン領域１４と電気的に接続された容量形成用半導体領域２３とゲート絶縁膜１８（保持容量２０３を形成する領域では容量形成用の誘電体として機能する）と容量形成用電極２４とで形成される。なお、接続配線２５は、容量形成用電極２４に固定電位（ここでは接地電位）を与えるための配線であり、ソース配線２１やドレイン配線２２と同時に形成され、電流供給線２１２に接続されている。
この時、スイッチング用ＴＦＴ２０１においては、ＬＤＤ領域１５a〜１５dは、ゲート絶縁膜１８を挟んでゲート電極１９a、ゲート電極１９bに重ならないように設ける。このような構造は一般的にＬＤＤ構造と呼ばれている。
スイッチング用ＴＦＴ２０１は、選択時にビデオ信号（画像情報を含む信号）
に対応する電荷を保持容量２０３へと蓄積する。そして非選択時は常にその電荷を保持しなければならないので、オフ電流値による電荷漏れは極力防がなければならない。そういった意味で、スイッチング用ＴＦＴ２０１はオフ電流値を低減することを最重要課題として設計しなければならない。
なお、チャネル形成領域とＬＤＤ領域との間にオフセット領域（チャネル形成領域と同一組成の半導体層でなり、ゲート電圧が印加されない領域）を設けることはオフ電流値を下げる上でさらに好ましい。また、二つ以上のゲート電極を有するマルチゲート構造の場合、チャネル形成領域の間に設けられた高濃度不純物領域がオフ電流値の低減に効果的である。なお、本実施例のようにマルチゲート構造とすることが望ましいが、シングルゲート構造とすることもできる。
次に、電流制御用ＴＦＴ２０２は、ソース領域３１、ドレイン領域３２、ＬＤＤ領域３３及びチャネル形成領域３４を含む活性層、ゲート絶縁膜１８、ゲート電極３５、第１層間絶縁膜２０、ソース配線３６並びにドレイン配線３７を有して形成される。なお、ゲート電極３５はシングルゲート構造となっているが、マルチゲート構造であっても良い。
図２に示すように、ゲート電極３５はスイッチング用ＴＦＴ２０１のドレイン領域１４とドレイン配線（接続配線とも言える）２２を介して電気的に接続されている。また、ソース配線３６は接続配線２５と一体化しており、同様にして電流供給線２１２に接続される。
この電流制御用ＴＦＴ２０２の特徴は、ドレイン領域３２とチャネル形成領域３４との間にＬＤＤ領域３３が設けられ、且つ、ＬＤＤ領域３３がゲート絶縁膜１８を挟んでゲート電極３５に重なっている領域と重なっていない領域とを有する点である。
電流制御用ＴＦＴ２０２は、ＥＬ素子２０４を発光させるための電流を供給すると同時に、その供給量を制御して階調表示を可能とする。そのため、大電流を流しても劣化しないようにホットキャリア注入による劣化対策を講じておく必要がある。また、黒色を表示する際は、電流制御用ＴＦＴ２０２をオフ状態にしておくが、その際、オフ電流値が高いときれいな黒色表示ができなくなり、コントラストの低下を招く。従って、オフ電流値も抑える必要がある。
ホットキャリア注入による劣化に関しては、ゲート電極に対してＬＤＤ領域が重なった構造が非常に効果的であることが知られている。しかしながら、ＬＤＤ領域全体をゲート電極に重ねてしまうとオフ電流値が増加してしまうため、本発明者らはゲート電極に重ならないＬＤＤ領域を設けるという新規な構造によって、ホットキャリア対策とオフ電流値対策とを同時に解決している。
この時、ゲート電極に重なったＬＤＤ領域の長さは０．１〜３μm（好ましくは０．３〜１．５μm）にすれば良い。長すぎては寄生容量を大きくしてしまい、短すぎてはホットキャリアを防止する効果が弱くなってしまう。また、ゲート電極に重ならないＬＤＤ領域の長さは１．０〜３．５μｍ（好ましくは１．５〜２．０μｍ）にすれば良い。長すぎると十分な電流を流せなくなり、短すぎるとオフ電流値を低減する効果が弱くなる。
また、上記構造においてゲート電極とＬＤＤ領域とが重なった領域では寄生容量が形成されてしまうため、ソース領域３１とチャネル形成領域３４との間には設けない方が好ましい。電流制御用ＴＦＴはキャリア（ここでは電子）の流れる方向が常に同一であるので、ドレイン領域側のみにＬＤＤ領域を設けておけば十分である。
以上のように、画素内には機能に応じて異なる二種類の構造のＴＦＴが配置されている。なお、ここで示した例では、スイッチング用ＴＦＴ２０１、電流制御用ＴＦＴ２０２共にｎチャネル型ＴＦＴで形成されている。ｎチャネル型ＴＦＴはＴＦＴサイズがｐチャネル型ＴＦＴよりも小さくできるので、ＥＬ素子の有効発光面積を大きくする上で非常に有利である。
ｐチャネル型ＴＦＴはホットキャリア注入が殆ど問題にならず、オフ電流値が低いといった利点があって、スイッチング用ＴＦＴとして用いる例や電流制御用ＴＦＴとして用いる例が既に報告されている。しかしながら本願発明では、ＬＤＤ領域の位置を異ならせた構造とすることでｎチャネル型ＴＦＴにおいてもホットキャリア注入の問題とオフ電流値の問題を解決し、全ての画素内のＴＦＴ全てをｎチャネル型ＴＦＴとしている点にも特徴がある。
また、４１はパッシベーション膜であり、窒化珪素膜若しくは窒化酸化珪素膜を用いる。４２はカラーフィルター、４３は蛍光体（蛍光色素層ともいう）である。どちらも同色の組み合わせで、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）若しくは青（Ｂ）の色素を含む。カラーフィルター４２は色純度を向上させるために設け、蛍光体４２は色変換を行うために設けられる。
なお、ＥＬ表示装置には大きく分けて四つのカラー化表示方式があり、ＲＧＢに対応した三種類のＥＬ素子を形成する方式、白色発光のＥＬ素子とカラーフィルターを組み合わせた方式、青色発光のＥＬ素子と蛍光体（蛍光性の色変換層：ＣＣＭ）とを組み合わせた方式、陰極（対向電極）に透明電極を使用してＲＧＢに対応したＥＬ素子を重ねる方式、がある。
図１の構造は青色発光のＥＬ素子と蛍光体とを組み合わせた方式を用いた場合の例である。ここではＥＬ素子２０４として青色発光の発光層を用いて紫外光を含む青色領域の波長をもつ光を形成し、その光によって蛍光体４３を励起して赤、緑若しくは青の光を発生させる。そしてカラーフィルター４２で色純度を上げて出力する。
但し、本願発明は発光方式に関わらず実施することが可能であり、上記四つの全ての方式を本願発明に用いることができる。
また、カラーフィルター４２、蛍光体４２を形成した後で、第２層間絶縁膜４３で平坦化を行う。第２層間絶縁膜４４としては、有機樹脂膜が好ましく、ポリイミド、アクリル樹脂もしくはＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）を用いると良い。
勿論、十分な平坦化が可能であれば、無機膜を用いても良い。
４５は透明導電膜でなる画素電極（ＥＬ素子の陽極）であり、第２層間絶縁膜４４及びパッシベーション膜４１にコンタクトホールを開けた後、電流制御用ＴＦＴ２０２のドレイン配線３７に接続されるように形成される。
画素電極４５の上には、順次ＥＬ層（有機材料が好ましい）４６、陰極４７、保護電極４８が形成される。ＥＬ層４６は単層又は積層構造で用いることができるが、積層構造で用いる場合が多い。ＥＬ層としては、発光層以外に電子輸送層や正孔輸送層を組み合わせて様々な積層構造が提案されているが、本発明はいずれの構造であっても良い。
また、陰極４７としては、仕事関数の小さいマグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）若しくはカルシウム（Ｃａ）を含む材料を用いる。好ましくはＭｇＡｇ電極を用いれば良い。また、保護電極４８は陰極４７を外部の湿気から保護膜するために設けられる電極であり、アルミニウム（Ａｌ）若しくは銀（Ａｇ）を含む材料が用いられる。
なお、ＥＬ層４６及び陰極４７は大気解放せずに連続形成することが望ましい。即ち、ＥＬ層や陰極がどのような積層構造であっても全て連続形成することが望ましい。これはＥＬ層として有機材料を用いる場合、水分に非常に弱いため、大気解放した時の吸湿を避けるためである。さらに、ＥＬ層４６及び陰極４７だけでなく、その上の保護電極４８まで連続形成するとさらに良い。
本発明のＥＬ表示装置は以上のような構造の画素からなる画素部を有し、画素内において機能に応じて構造の異なるＴＦＴが配置されている。これによりオフ電流値の十分に低いスイッチング用ＴＦＴと、ホットキャリア注入に強い電流制御用ＴＦＴとが同じ画素内に形成でき、高い信頼性を有し、良好な画像表示が可能なＥＬ表示装置が形成できる。
また、本発明はＥＬ表示装置の画素部に限らず、駆動回路部と画素部とを同一基板上に形成したアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の駆動回路部についても同様のことが言える。即ち、駆動回路部と画素部すべてにおいて、回路若しくは素子が求める機能に応じて異なる構造のＴＦＴを配置する点は本発明の主旨の一つである。
また、上記駆動回路部若しくは画素部以外に、その他の信号処理回路をも形成する場合にも本発明は実施しうる。その他の信号処理回路としては、信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、昇圧回路もしくは差動増幅回路が挙げられる。
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
本発明の実施例について図３〜図５を用いて説明する。ここでは、画素部とその周辺に設けられる駆動回路部のＴＦＴを同時に作製する方法について説明する。但し、説明を簡単にするために、駆動回路に関しては基本回路であるＣＭＯＳ回路を図示することとする。
まず、図３（Ａ）に示すように、ガラス基板３００上に下地膜３０１を３００ｎｍの厚さに形成する。本実施例では下地膜３０１として窒化酸化珪素膜を積層して用いる。この時、ガラス基板３００に接する方の窒素濃度を１０〜２５ｗｔ％としておくと良い。
次に下地膜３０１の上に５０ｎｍの厚さの非晶質珪素膜（図示せず）を公知の成膜法で形成する。なお、非晶質珪素膜に限定する必要はなく、非晶質構造を含む半導体膜（微結晶半導体膜を含む）であれば良い。さらに非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を含む化合物半導体膜でも良い。また、膜厚は２０〜１００ｎｍの厚さであれば良い。
そして、公知の技術により非晶質珪素膜を結晶化し、結晶質珪素膜（多結晶シリコン膜若しくはポリシリコン膜ともいう）３０２を形成する。公知の結晶化方法としては、電熱炉を使用した熱結晶化方法、レーザー光を用いたレーザーアニール結晶化法、赤外光を用いたランプアニール結晶化法がある。本実施例では、ＸｅＣｌガスを用いたエキシマレーザー光を用いて結晶化する。
なお、本実施例では線状に加工したパルス発振型のエキシマレーザー光を用いるが、矩形であっても良いし、連続発振型のアルゴンレーザー光や連続発振型のエキシマレーザー光を用いることもできる。
次に、図３（Ｂ）に示すように、結晶質珪素膜３０２上に酸化珪素膜でなる保護膜３０３を１３０ｎｍの厚さに形成する。この厚さは１００〜２００ｎｍ（好ましくは１３０〜１７０ｎｍ）の範囲で選べば良い。また、珪素を含む絶縁膜であれば他の膜でも良い。この保護膜３０３は不純物を添加する際に結晶質珪素膜が直接プラズマに曝されないようにするためと、微妙な濃度制御を可能にするために設ける。
そして、その上にレジストマスク３０４a〜３０４cを形成し、保護膜３０３を介してｎ型を付与する不純物元素（以下、ｎ型不純物元素という）を添加する。
なお、ｎ型不純物元素としては、代表的には１５族に属する元素、典型的にはリン又は砒素を用いることができる。なお、本実施例ではフォスフィン（ＰＨ3）
を質量分離しないでプラズマ励起したプラズマドーピング法を用い、リンを１×１０18atoms/cm3の濃度で添加する。勿論、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良い。
この工程により形成されるｎ型不純物領域３０５〜３０７には、ｎ型不純物元素が２×１０16〜５×１０19atoms/cm3（代表的には５×１０17〜５×１０18atoms/cm3）の濃度で含まれるようにドーズ量を調節する。なお、ｎ型不純物領域３０６は図１に示した容量形成用半導体領域２３に相当する。
次に、図３（Ｃ）に示すように、保護膜３０３を除去し、添加した１５族に属する元素の活性化を行う。活性化手段は公知の技術を用いれば良いが、本実施例ではエキシマレーザー光の照射により活性化する。勿論、パルス発振型でも連続発振型でも良いし、エキシマレーザー光に限定する必要はない。但し、添加された不純物元素の活性化が目的であるので、結晶質珪素膜が溶融しない程度のエネルギーで照射することが好ましい。なお、保護膜３０３をつけたままレーザー光を照射しても良い。
なお、このレーザー光による不純物元素の活性化に際して、ファーネスアニールまたはランプアニールによる活性化を併用しても構わない。ファーネスアニールによる活性化を行う場合は、基板の耐熱性を考慮して４５０〜５５０℃程度の熱処理を行えば良い。また、ファーネスアニールまたはランプアニールのみで活性化を行っても良い。
この工程によりｎ型不純物領域３０５〜３０７の端部、即ち、ｎ型不純物領域３０５〜３０７の周囲に存在するｎ型不純物元素を添加していない領域との境界部（接合部）が明確になる。このことは、後にＴＦＴが完成した時点において、ＬＤＤ領域とチャネル形成領域とが非常に良好な接合部を形成しうることを意味する。
次に、図３（Ｄ）に示すように、結晶質珪素膜の不要な部分を除去して、島状の半導体膜（以下、活性層という）３０８〜３１１を形成する。
次に、図３（Ｅ）に示すように、活性層３０８〜３１１を覆ってゲート絶縁膜３１２を形成する。ゲート絶縁膜３１２としては、１０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍの厚さの珪素を含む絶縁膜を用いれば良い。これは単層構造でも積層構造でも良い。本実施例では１１０ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜を用いる。
次に、２００〜４００ｎｍ厚の導電膜を形成し、パターニングしてゲート電極３１３〜３１７と容量形成用電極３１８を形成する。なお、本明細書ではゲート電極とゲート配線とを区別して説明する場合があるが、電極として機能する部分をゲート電極と呼んでいるだけであり、ゲート配線にゲート電極は含まれていると考えて良い。このことは容量形成用電極も同様であり、電極として機能していない部分は容量形成用配線と呼べば良い。
また、ゲート電極は単層の導電膜で形成しても良いが、必要に応じて二層、三層といった積層膜とすることが好ましい。ゲート電極の材料としては公知のあらゆる導電膜を用いることができる。
具体的には、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）もしくは導電性を有するシリコン（Ｓｉ）を含む薄膜、またはそれらを窒化した薄膜（代表的には窒化タンタル膜、窒化タングステン膜もしくは窒化チタン膜）、または上記元素を組み合わせた合金膜（代表的にはＭｏ−Ｗ合金もしくはＭｏ−Ｔａ合金）、または上記元素を含むシリサイド膜（代表的にはタングステンシリサイド膜もしくはチタンシリサイド膜）を用いることができる。勿論、これらを単層で用いても積層して用いても良い。
本実施例では、５０ｎｍ厚の窒化タンタル（ＴａＮ）膜と、３５０ｎｍ厚のＴａ膜とでなる積層膜を用いる。これはスパッタ法で形成すれば良い。また、スパッタガスとしてＸｅ、Ｎｅ等の不活性ガスを添加すると応力による膜はがれを防止することができる。
またこの時、ゲート電極３１４、３１７はそれぞれｎ型不純物領域３０５、３０７の一部とゲート絶縁膜３１２を挟んで重なるように形成する。この重なった部分が後にゲート電極に重なったＬＤＤ領域となる。なお、ゲート電極３１５、３１６は断面では二つに見えるが、実際は連続的に繋がった一つのパターンから形成されている。
また、ｎ型不純物領域３０６の上にはゲート絶縁膜３１２を挟んで容量形成用電極３１８が形成される。この時、ゲート絶縁膜３１２として設けられた絶縁膜は、ここで保持容量の誘電体として用いられ、ｎ型不純物領域（容量形成用半導体領域）３０６、ゲート絶縁膜３１２及び容量形成用電極３１８からなる保持容量が形成される。
次に、図４（Ａ）に示すように、ゲート電極３１３〜３１７及び容量形成用電極３１８をマスクとして自己整合的にｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加する。こうして形成される不純物領域３１９〜３２５にはｎ型不純物領域３０５〜３０７の１／２〜１／１０（代表的には１／３〜１／４）の濃度でリンが添加されるように調節する。具体的には、１×１０16〜５×１０18atoms/cm3（典型的には３×１０17〜３×１０18atoms/cm3）の濃度が好ましい。
次に、図４（Ｂ）に示すように、ゲート電極等を覆う形でレジストマスク３２６a〜３２６cを形成し、ｎ型不純物元素（本実施例ではリン）を添加して高濃度にリンを含む不純物領域３２７〜３３４を形成する。ここでもフォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行い、この領域のリンの濃度は１×１０20〜１×１０21atoms/cm3（代表的には２×１０20〜５×１０21atoms/cm3）となるように調節する。
この工程によってｎチャネル型ＴＦＴのソース領域若しくはドレイン領域が形成されるが、スイッチング用ＴＦＴは、図４（Ａ）の工程で形成したｎ型不純物領域３２２〜３２４の一部を残す。この残された領域が、図１におけるスイッチング用ＴＦＴのＬＤＤ領域１５a〜１５dに対応する。
次に、図４（Ｃ）に示すように、レジストマスク３２６a〜３２６cを除去し、新たにレジストマスク３２５を形成する。そして、ｐ型不純物元素（本実施例ではボロン）を添加し、高濃度にボロンを含む不純物領域３３６、３３７を形成する。ここではジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法により３×１０20〜３×１０21atoms/cm3（代表的には５×１０20〜１×１０21atoms/cm3ノ）濃度となるようにボロンを添加する。
なお、不純物領域３１９、３２０には既に１×１０20〜１×１０21atoms/cm3の濃度でリンが添加されているが、ここで添加されるボロンはその少なくとも３倍以上の濃度で添加される。そのため、予め形成されていたｎ型の不純物領域は完全にＰ型に反転し、Ｐ型の不純物領域として機能する。
次に、図４（Ｄ）に示すように、レジストマスク３３５を除去した後、第１層間絶縁膜３３８を形成する。第１層間絶縁膜３３８としては、珪素を含む絶縁膜を単層で用いるか、珪素を含む絶縁膜を組み合わせた積層膜を用いれば良い。また、膜厚は４００ｎｍ〜１．５μmとすれば良い。本実施例では、２００ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜の上に８００ｎｍ厚の酸化珪素膜を積層した構造とする。
その後、それぞれの濃度で添加されたｎ型またはｐ型不純物元素を活性化する。活性化手段としては、ファーネスアニール法、レーザーアニール法、またはランプアニール法で行うことができる。本実施例では電熱炉において窒素雰囲気中、５５０℃、４時間の熱処理を行う。
さらに、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水素化処理を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体膜の不対結合手を水素終端する工程である。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。
なお、水素化処理は第１層間絶縁膜３３８を形成する間に入れても良い。即ち、２００ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜を形成した後で上記のように水素化処理を行い、その後で残り８００ｎｍ厚の酸化珪素膜を形成しても構わない。
次に、図５（Ａ）に示すように、第１層間絶縁膜３３８に対してコンタクトホールを形成し、ソース配線３３９〜３４２、ドレイン配線３４３〜３４５および接続配線３４６を形成する。なお、本実施例ではこれらの配線を、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ｔｉを含むアルミニウム膜を３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続形成した３層構造の積層膜とする。勿論、他の導電膜を用いても良い。
次に、５０〜５００ｎｍ（代表的には２００〜３００ｎｍ）の厚さでパッシベーション膜３４７を形成する。本実施例ではパッシベーション膜３４７として３００ｎｍ厚の窒化酸化珪素膜を用いる。これは窒化珪素膜で代用しても良い。
この時、窒化酸化珪素膜の形成に先立ってＨ2、ＮＨ3等水素を含むガスを用いてプラズマ処理を行うことは有効である。この前処理により励起された水素が第１層間絶縁膜３３８に供給され、熱処理を行うことで、パッシベーション膜３４７の膜質が改善される。それと同時に、第１層間絶縁膜３３８に添加された水素が下層側に拡散するため、効果的に活性層を水素化することができる。
次に、図５（Ｂ）に示すように、カラーフィルター３４８と蛍光体３４９を形成する。これらの材料は公知のものを用いれば良い。また、これらは別々にパターニングして形成しても良いし、連続的に形成して一括でパターニングして形成しても良い。それぞれの膜厚は０．５〜５μm（典型的には１〜２μm）の範囲で選択する。特に、蛍光体３４９は用いる材料によって最適な膜厚が異なる。即ち、薄すぎると色変換効率が悪くなり、厚すぎると段差が大きくなる上に光の透過光量が落ちてしまう。従って、両特性の兼ね合いで最適な膜厚を決定しなければならない。
なお、本実施例ではＥＬ層から発生した光を色変換するカラー化方式を例にとって説明しているが、ＲＧＢに対応するＥＬ層を個別に作製する方式を採用する場合は、カラーフィルターや蛍光体を省略することもできる。
次に、有機樹脂からなる第２層間絶縁膜３５０を形成する。有機樹脂としてはポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂もしくはＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）
を使用することができる。特に、第２層間絶縁膜は平坦化の意味合いが強いので、平坦性に優れたアクリル樹脂が好ましい。本実施例ではカラーフィルター３４８及び蛍光体３４９の段差を平坦化しうる膜厚でアクリル樹脂を形成する。
次に、第２層間絶縁膜３５０、パッシベーション膜３４７にドレイン配線３４５に達するコンタクトホールを形成し、画素電極３５１を形成する。本実施例では酸化インジウムと酸化スズとの化合物からなる導電膜（ＩＴＯ膜）を１１０ｎｍの厚さに形成し、パターニングを行って画素電極とする。この画素電極がＥＬ素子の陽極となる。
次に、図５（Ｃ）に示すように、ＥＬ層３５２、陰極（ＭｇＡｇ電極）３５３、保護電極３５４を大気解放しないで連続形成する。但し、ＥＬ層３５２としては公知の材料を用いることができる。公知の材料としては、有機材料が知られており、駆動電圧を考慮すると有機材料を用いるのが好ましい。本実施例では正孔注入層、正孔輸送層、発光層及び電子注入層でなる４層構造をＥＬ層とする。また、本実施例ではＥＬ素子の陰極としてＭｇＡｇ電極を用いるが、公知の他の材料であっても良い。
また、保護電極３５４はＭｇＡｇ電極３５３の劣化を防ぐために設けられ、アルミニウム膜（アルミニウムを含む導電膜）が好適である。勿論、他の材料でも良い。また、ＥＬ層３５２、ＭｇＡｇ電極３５３は水分に弱いので、保護電極３５４までを大気解放しないで連続的に形成し、外気からＥＬ層を保護することが望ましい。
なお、ＥＬ層３５２の膜厚は８００〜２００ｎｍ（典型的には１００〜１２０ｎｍ）、ＭｇＡｇ電極の厚さは１８０〜３００ｎｍ（典型的には２００〜２５０ｎｍ）とすれば良い。
こうして図５（Ｃ）に示すような構造のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置が完成する。なお、実際には、図５（Ｃ）まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性の高い保護フィルム（ラミネートフィルム等）でパッケージすることが好ましい。その際、保護フィルム内を不活性雰囲気にすることでＥＬ層の信頼性が向上する。
また、パッケージング処理により気密性を高めたら、基板上に形成された素子又は回路から引き回された端子と外部信号端子とを接続するためのコネクター（フレキシブルプリントサーキット：ＦＰＣ）を取り付けて製品として完成する。
このような状態のＥＬ表示装置を本明細書中ではＥＬモジュールという。
ところで、本実施例のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置は、駆動回路部及び画素部に最適な構造のＴＦＴを配置することにより、非常に高い信頼性を示し、動作特性も向上しうる。
まず、ホットキャリア注入を低減させる構造を有するＴＦＴを、駆動回路を形成するＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ２０５として用いる。なお、ここでいう駆動回路としては、シフトレジスタ、バッファ、レベルシフタ、サンプリング回路（サンプル及びホールド回路）などが含まれる。デジタル駆動を行う場合には、Ｄ／Ａコンバータもしくはラッチも含まれうる。
本実施例の場合、図５（Ｃ）に示すように、ｎチャネル型２０５の活性層は、ソース領域３５５、ドレイン領域３５６、ＬＤＤ領域３５７及びチャネル形成領域３５８を含み、ＬＤＤ領域３５７はゲート絶縁膜３１２を挟んでゲート電極３１４に重なっている。
ドレイン領域側のみにＬＤＤ領域を形成しているのは、動作速度を落とさないための配慮である。また、このｎチャネル型ＴＦＴ２０５はオフ電流値をあまり気にする必要はなく、それよりも動作速度を重視した方が良い。従って、ＬＤＤ領域３５７は完全にゲート電極に重ねてしまい、極力抵抗成分を少なくすることが望ましい。即ち、いわゆるオフセットはなくした方がよい。
また、ＣＭＯＳ回路のｐチャネル型ＴＦＴ２０６は、ホットキャリア注入による劣化が殆ど気にならないので、特にＬＤＤ領域を設けなくても良い。従って、活性層はソース領域３５９、ドレイン領域３６０およびチャネル形成領域３６１を含む。勿論、ｎチャネル型ＴＦＴ２０５と同様にＬＤＤ領域を設け、ホットキャリア対策を講じることも可能である。
なお、駆動回路の中でもサンプリング回路は他の回路と比べて少し特殊であり、チャネル形成領域を双方向に大電流が流れる。即ち、ソース領域とドレイン領域の役割が入れ替わるのである。さらに、オフ電流値を極力低く抑える必要があり、そういった意味でスイッチング用ＴＦＴと電流制御用ＴＦＴの中間程度の機能を有するＴＦＴを配置することが望ましい。
従って、サンプリング回路を形成するｎチャネル型ＴＦＴは、図８に示すような構造のＴＦＴを配置することが望ましい。図８に示すように、ＬＤＤ領域７１a、７１bの一部がゲート絶縁膜７２を挟んでゲート電極７３に重なる。この効果は電流制御用ＴＦＴ２０２の説明で述べた通りであり、サンプリング回路の場合はチャネル形成領域７４を挟む形で設ける点が異なる。
また、図１に示したような構造の画素を形成して画素部を形成している。画素内に形成されるスイッチング用ＴＦＴ及び電流制御用ＴＦＴの構造については、図１で既に説明したのでここでの説明は省略する。
本実施例では、アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の画素部を図１とは異なる構造とした場合について説明する。
まずスイッチング用ＴＦＴの構造を図１と異ならせた例を図６（Ａ）に示す。
但し、図６（Ａ）に示した電流制御用ＴＦＴ２０２、保持容量２０３及びＥＬ素子２０４は実施例１と全く同じ構造であるので説明は省略する。また、スイッチング用ＴＦＴについても必要箇所のみに新たな符号をつけ、他の部分は図１の説明をそのまま用いることとする。
図１に示したスイッチング用ＴＦＴ２０１と図６（Ａ）に示したスイッチング用ＴＦＴ２０７とは、ＬＤＤ領域の形成位置が異なる。図１のＬＤＤ領域１５a〜１５dはゲート電極１９a、１９bに重ならないように形成されているが、本実施例では一部がゲート電極に重なるように形成する。
即ち、図６（Ａ）に示すように、スイッチング用ＴＦＴ２０７のＬＤＤ領域５０a〜５０dの一部は、ゲート絶縁膜を挟んでゲート電極５１a、５１bに重なっている。換言すれば、ＬＤＤ領域５０a〜５０dはゲート絶縁膜を挟んでゲート電極５１a、５１bに重なる領域を有する。
これによりオフ電流値を低減できるだけで少なくし、ホットキャリア注入による劣化も防ぐことができる。但し、ゲート電極とＬＤＤ領域との間に寄生容量を形成してしまうので、図１の構造に比べて若干動作速度が落ちる場合がある。しかしながら、その点を踏まえて設計すれば信頼性の高いスイッチング用ＴＦＴを形成することが可能である。
次に、電流制御用ＴＦＴの構造を図１と異ならせた例を図６（Ｂ）に示す。但し、図６（Ｂ）に示したスイッチング用ＴＦＴ２０１、保持容量２０３及びＥＬ素子２０４は実施例１と全く同じ構造であるので説明は省略する。また、電流制御用ＴＦＴについても必要箇所のみに新たな符号をつけ、他の部分は図１の説明をそのまま用いることとする。
図１に示した電流制御用ＴＦＴ２０２と図６（Ｂ）に示した電流制御用ＴＦＴ２０８とは、ＬＤＤ領域の形成位置が異なる。図１のＬＤＤ領域３３はゲート電極３５に一部が重なるように形成されているが、本実施例では完全にゲート電極に重なるように形成する。
即ち、図６（Ｂ）に示すように、電流制御用ＴＦＴ２０８のＬＤＤ領域５２は、ゲート絶縁膜を介して完全にゲート電極５３に重なる。換言すれば、ＬＤＤ領域５２はゲート電極５３に重ならない領域を有していない。
ビデオ（画像）信号の最低電圧が電流制御用ＴＦＴのゲート電圧に印加されたとき、十分にオフ電流値が低くなければＥＬ素子が発光してしまい、コントラストの低下を招く。図１の構造はそのときのオフ電流値を下げるために、ゲート電極に重ならないＬＤＤ領域を設けている。
しかしながら、ゲート電極に重ならないＬＤＤ領域は抵抗成分として働くため、動作速度やオン電流値をある程度落とすことになってしまう。従って、本実施例のように設けない構造としてしまえば、そういった抵抗成分を排除できるので、より大きな電流を流しやすくなる。但し、前述のように、ビデオ（画像）信号の最低電圧が電流制御用ＴＦＴのゲート電圧に印加されたとき、十分にオフ電流値が低いＴＦＴを用いることが前提である。
なお、図６（Ａ）のスイッチング用ＴＦＴ２０７と図６（Ｂ）の電流制御用ＴＦＴを組み合わせて用いることも可能である。また、作製工程は実施例１を参考にすれば良い。
本実施例では、画素の構成を図２（Ｂ）に示した構成と異なるものとした例を図７に示す。
本実施例では、図２（Ｂ）に示した二つの画素を、接地電位を与えるための電流供給線２１２について対称となるように配置する。即ち、図７に示すように、電流供給線２１３を隣接する二つの画素間で共通化することで、必要とする配線の本数を低減する。なお、画素内に配置されるＴＦＴ構造等はそのままで良い。
このような構成とすれば、より高精細な画素部を作製することが可能となり、画像の品質が向上する。なお、本実施例の構成は実施例１の作製工程に従って容易に実現可能であり、ＴＦＴ構造に関しては実施例２と組み合わせても良い。
本実施例では、図１と異なる構造の画素部を形成する場合について図９を用いて説明する。なお、第２層間絶縁膜４４を形成する工程までは実施例１に従えば良い。また、第２層間絶縁膜４４で覆われたスイッチング用ＴＦＴ２０１、電流制御用ＴＦＴ２０２及び保持容量２０３は図１と同じ構造であるので、説明は省略する。
本実施例の場合、第２層間絶縁膜４４に対してコンタクトホールを形成したら、画素電極６０、陰極６１及びＥＬ層６２を形成する。これらは、それぞれの材料を大気解放しないで連続形成し、一括でエッチングしてパターン形成を行えば良い。
本実施例では画素電極６０として、１５０ｎｍ厚のアルミニウム合金膜（１wt%のチタンを含有したアルミニウム膜）を設ける。なお、画素電極の材料としては金属材料であれば如何なる材料でも良いが、反射率の高い材料であることが好ましい。
また、陰極６１として２３０ｎｍ厚のＭｇＡｇ電極を用い、ＥＬ層６２の膜厚は１２０ｎｍとする。なお、ＥＬ層６２の形成に関しては、実施例１で説明した材料を用いれば良い。
次に、珪素を含む絶縁膜を２００〜５００ｎｍ（典型的には２５０〜３００ｎｍ）の厚さに形成し、パターニングによって開口部を有する保護膜６３を形成する。そして、その上に透明導電膜（本実施例ではＩＴＯ膜）からなる陽極６４を１１０ｎｍの厚さに形成する。透明導電膜としては、他にも酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化スズ、酸化インジウムもしくは酸化亜鉛を用いることができる。また、それらにガリウムを添加したものを用いても良い。
さらに、陽極６４上に蛍光体６５及びカラーフィルター６６を形成して、図９に示すような画素部が完成する。
本実施例の構造とした場合、生成された赤、緑若しくは青の光はＴＦＴが形成された基板とは反対側に出射される。そのため、画素内のほぼ全域、即ちＴＦＴが形成された領域をも発光領域として用いることができる。その結果、画素の有効発光面積が大幅に向上し、画像の明るさやコントラストが向上する。
なお、本実施例の構成は、実施例２、３のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
実施例１では、結晶質珪素膜３０２の形成手段としてレーザー結晶化を用いているが、本実施例では異なる結晶化手段を用いる場合について説明する。
本実施例では、非晶質珪素膜を形成した後、特開平７−１３０６５２号公報に記載された技術を用いて結晶化を行う。同公報には、結晶化を促進（助長）する触媒元素としてニッケルを用い、結晶性の高い結晶質珪素膜を得る技術が開示されている。
また、結晶化工程が終了した後で、結晶化に用いた触媒元素を除去する工程を行っても良い。その場合、特開平１０−２７０３６３号若しくは特開平８−３３０６０２号に記載された技術により触媒元素をゲッタリングすれば良い。
また、本出願人による特願平１１−０７６９６７号の明細書に記載された技術を用いてＴＦＴを形成しても良い。特願平１１−０７６９６７号の明細書では、図１とは異なる保持容量が説明されているが、ＴＦＴを形成する部分までを参照すれば良い。
以上のように、本発明は実施例１及び図１で説明したように、素子の求める機能に応じて適切な構造のＴＦＴを配置することを主旨としており、その作製方法に限定されるものではない。即ち、実施例１に示した作製工程は一実施例であって、図１若しくは実施例１の図５（Ｃ）の構造が実現できるのであれば、他の作製工程を用いても問題ではない。
なお、図１若しくは図５（Ｃ）の構造に実施例２〜４のいずれかの構成を組み合わせた場合についても、そのような構造を作製するにあたって本実施例に示したような作製工程を組み合わせることは可能である。
実施例１において、図４（Ａ）の工程と図４（Ｂ）の工程との間に、ゲート絶縁膜３１２をエッチングする工程を加えても良い。即ち、図４（Ａ）に示すようにｎ型不純物元素を添加した後、ゲート電極３１３〜３１７および容量形成用電極３１８をマスクとして自己整合的にゲート絶縁膜３１２をエッチングする。このエッチングは活性層が露呈するまで行う。
本実施例では、実施例１用いたゲート絶縁膜が窒化酸化珪素膜であるため、エッチングガスとしてＣＨＦ3ガスを用いたドライエッチングを行う。勿論、他のエッチング条件はこれに限定されるものではない。
そして、露呈した活性層に対して図４（Ｂ）に示すようにｎ型不純物元素の添加工程を行う。この工程ではゲート絶縁膜を通さずに直接リンを活性層へ添加することになるため、非常に短時間で処理を行うことができる。また、添加時の加速電圧も低くて済むので、活性層へのダメージも低減しうる。
後は、実施例１の工程に従ってＥＬ表示装置を完成させれば良い。なお、本実施例の構成は実施例１〜５のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。
本実施例では、実施例１と異なる構造の画素を形成したアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置について説明する。
図１０（Ａ）は本実施例のＥＬ表示装置であるが、ＴＦＴ構造は実施例１（図５（Ｃ）参照）と同様である。本実施例では画素電極１００１、陰極１００２、ＥＬ層１００３および陽極１００４を形成し、陰極１００２、ＥＬ層１００３および陽極１００４でＥＬ素子１０００を形成する。このとき、画素電極１００１は公知の如何なる導電膜を用いても良い。また、本実施例では陰極１００２としてＭｇＡｇ膜を用い、陽極１００４として酸化亜鉛に酸化ガリウムを添加した透明導電膜を用いる。なお、ＥＬ層１００３は公知の材料を組み合わせて形成すれば良い。
本実施例では、画素電極１００１のコンタクト部（画素電極１００１と電流制御用ＴＦＴ２０２とが接続された部分）に形成された凹部（窪み）が絶縁物１００５で埋め込まれ、さらに画素電極１００１の端部が絶縁物１００６で覆われている点に特徴がある。
絶縁物１００５は上記凹部を埋め込むことで段差によるＥＬ層の被覆不良を防止している。第２層間絶縁膜３５０に形成されたコンタクトホールが深い（段差が高い）とＥＬ層の被覆不良が生じて陰極１００２と陽極１００４が短絡する恐れがある。そのため、本実施例では凹部を絶縁物１００５で埋め込むことによりＥＬ層の被覆不良を防ぐことを特徴としている。
また、同様に画素電極１００１の端部は画素電極１００１の膜厚分の段差が生じているため、絶縁物１００５と同様の理由により絶縁物１００６を形成する。
これにより画素電極１００１の端部において陰極１００２と陽極１００４の短絡を確実に防ぐことができる。また、画素電極１００１の端部は電界集中を起こしてＥＬ層１００３の劣化が進行しやすいため、絶縁物１００６を設けることでＥＬ層１００３に電界集中しないようにする目的もある。
また、図１０（Ｂ）は電流制御用ＴＦＴの活性層にＬＤＤ領域を形成しない構造とした場合の例である。ＥＬ素子にかかる電圧が１０Ｖ以下、好ましくは５Ｖ以下となった場合、ホットキャリアによる劣化は殆ど問題とならないため、このような構造とすることが可能である。即ち、図１０（Ｂ）の構造では、電流制御用ＴＦＴの活性層がソース領域１０１０、ドレイン領域１０１１およびチャネル形成領域１０１２からなる。
なお、本実施例の構成は実施例１〜６のいずれの構成とも自由に組み合わせて実施することが可能である。
本発明のＥＬ表示装置を駆動は、画像信号としてアナログ信号を用いたアナログ駆動を行うこともできるし、デジタル信号を用いたデジタル駆動を行うこともできる。
アナログ駆動を行う場合、スイッチング用ＴＦＴのソース配線にはアナログ信号が送られ、その階調情報を含んだアナログ信号が電流制御用ＴＦＴのゲート電圧となる。そして、電流制御用ＴＦＴでＥＬ素子に流れる電流を制御し、ＥＬ素子の発光強度を制御して階調表示を行う。
一方、デジタル駆動を行う場合、アナログ的な階調表示とは異なり、時分割駆動と呼ばれる階調表示を行う。即ち、発光時間の長さを調節することで、視覚的に色階調が変化しているように見せる。
ＥＬ素子は液晶素子に比べて非常に応答速度が速いため、高速で駆動することが可能である。そのため、１フレームを複数のサブフレームに分割して階調表示を行う時分割駆動に適した素子であると言える。
このように、本発明は素子構造に関する技術であるので、駆動方法は如何なるものであっても構わない。
実施例１ではＥＬ層として有機ＥＬ材料を用いることが好ましいとしたが、本発明は無機ＥＬ材料を用いても実施できる。但し、現在の無機ＥＬ材料は非常に駆動電圧が高いため、アナログ駆動を行う場合には、そのような駆動電圧に耐えうる耐圧特性を有するＴＦＴを用いなければならない。
または、将来的にさらに駆動電圧の低い無機ＥＬ材料が開発されれば、本発明に適用することは可能である。
また、本実施例の構成は、実施例１〜７のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
本発明のＥＬ表示装置の外観図を説明する。なお、図１１（Ａ）は本発明のＥＬ表示装置の上面図であり、図１１（Ｂ）はその断面図である。
図１１（Ａ）において、４００１は基板、４００２は画素部、４００３はソース側駆動回路、４００４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。
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。
また、図１１（Ｂ）は図１１（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ＴＦＴ４２０２が形成されている。
本実施例では、駆動ＴＦＴ４２０１には図５（Ｃ）のｎチャネル型ＴＦＴ２０５とｐチャネル型ＴＦＴ２０６と同じ構造のＴＦＴが用いられ、電流制御用ＴＦＴ４２０２には図１のｎチャネル型ＴＦＴ２０２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ＴＦＴ４２０２のゲートに接続された保持容量（図示せず）が設けられる。
駆動ＴＦＴ４２０１及び画素ＴＦＴ４２０２の上には樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）４３０１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（陰極）４３０２が形成される。画素電極４３０２としては仕事関数の小さい導電膜が用いられる。金属膜としては、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）を用いることができる。
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４３０２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。ＥＬ層４３０４は公知の有機ＥＬ材料または無機ＥＬ材料を用いることができる。また、有機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。
ＥＬ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、ＥＬ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。
ＥＬ層４３０４の上には透明導電膜からなる陽極４３０５が形成される。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、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛もしくはそれらにガリウムを添加した化合物を含む導電膜を用いることができる。
また、陽極４３０５とＥＬ層４３０４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、ＥＬ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陽極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。
そして陽極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は陽極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ＦＰＣ４００６に電気的に接続される。
以上のようにして、画素電極（陰極）４３０２、ＥＬ層４３０４及び陽極４３０５からなるＥＬ素子が形成される。このＥＬ素子は、第１シール材４１０１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４１０３により封入されている。
カバー材４１０２としては、ガラス材またはプラスチック材（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（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−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、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）を設けておくとＥＬ素子の劣化を抑制できる。
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陽極４３０５上に樹脂膜を設けることも有効である。
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。
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、ＥＬ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１１（Ｂ）の断面構造を有するＥＬ表示装置となる。なお、本実施例のＥＬ表示装置は実施例１〜９のいずれの構成を組み合わせて作製しても構わない。
本実施例では、本発明のＥＬ表示装置の画素構造の例を図１２（Ａ）〜（Ｃ）
に示す。なお、本実施例において、４６０１はスイッチング用ＴＦＴ４６０２のソース配線、４６０３はスイッチング用ＴＦＴ４６０２のゲート配線、４６０４は電流制御用ＴＦＴ、４６０５はコンデンサ、４６０６、４６０８は電流供給線、４６０７はＥＬ素子とする。
図１２（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線４６０６を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線４６０６を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
また、図１２（Ｂ）は、電流供給線４６０８をゲート配線４６０３と平行に設けた場合の例である。なお、図１２（Ｂ）では電流供給線４６０８とゲート配線４６０３とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線４６０８とゲート配線４６０３とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
また、図１２（Ｃ）は、図１２（Ｂ）の構造と同様に電流供給線４６０８をゲート配線４６０３と平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線４６０８を中心に線対称となるように形成する点に特徴がある。また、電流供給線４６０８をゲート配線４６０３のいずれか一方と重なるように設けることも有効である。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
なお、本実施例の構成は実施例１〜１０のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
本実施例では、本発明のＥＬ表示装置の画素構造の例を図１３（Ａ）、（Ｂ）
に示す。なお、本実施例において、４７０１はスイッチング用ＴＦＴ４７０２のソース配線、４７０３はスイッチング用ＴＦＴ４７０２のゲート配線、４７０４は電流制御用ＴＦＴ、４７０５はコンデンサ（省略することも可能）、４７０６は電流供給線、、４７０７は電源制御用ＴＦＴ、４７０８は電源制御用ゲート配線、４７０９はＥＬ素子とする。電源制御用ＴＦＴ４７０７の動作については特願平１１−３４１２７２号を参照すると良い。
また、本実施例では電源制御用ＴＦＴ４７０７を電流制御用ＴＦＴ４７０４とＥＬ素子４７０８との間に設けているが、電源制御用ＴＦＴ４７０７とＥＬ素子４７０８との間に電流制御用ＴＦＴ４７０４が設けられた構造としても良い。また、電源制御用ＴＦＴ４７０７は電流制御用ＴＦＴ４７０４と同一構造とするか、同一の活性層で直列させて形成するのが好ましい。
また、図１３（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線４７０６を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線４７０６を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
また、図１３（Ｂ）は、ゲート配線４７０３と平行に電流供給線４７１０を設け、ソース配線４７０１と平行に電源制御用ゲート配線４７１１を設けた場合の例である。なお、図１３（Ｂ）では電流供給線４７１０とゲート配線４７０３とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線４７１０とゲート配線４７０３とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
なお、本実施例の構成は実施例１〜１０のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
本実施例では、本発明のＥＬ表示装置の画素構造の例を図１４（Ａ）、（Ｂ）
に示す。なお、本実施例において、４８０１はスイッチング用ＴＦＴ４８０２のソース配線、４８０３はスイッチング用ＴＦＴ４８０２のゲート配線、４８０４は電流制御用ＴＦＴ、４８０５はコンデンサ（省略することも可能）、４８０６は電流供給線、、４８０７は消去用ＴＦＴ、４８０８は消去用ゲート配線、４８０９はＥＬ素子とする。消去用ＴＦＴ４８０７の動作については特願平１１−３３８７８６号を参照すると良い。
消去用ＴＦＴ４８０７のドレインは電流制御用ＴＦＴ４８０４のゲートに接続され、電流制御用ＴＦＴ４８０４のゲート電圧を強制的に変化させることができるようになっている。なお、消去用ＴＦＴ４８０７はｎチャネル型ＴＦＴとしてもｐチャネル型ＴＦＴとしても良いが、オフ電流を小さくできるようにスイッチング用ＴＦＴ４８０２と同一構造とすることが好ましい。
また、図１４（Ａ）は、二つの画素間で電流供給線４８０６を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線４８０６を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
また、図１４（Ｂ）は、ゲート配線４８０３と平行に電流供給線４８１０を設け、ソース配線４８０１と平行に消去用ゲート配線４８１１を設けた場合の例である。なお、図１４（Ｂ）では電流供給線４８１０とゲート配線４８０３とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線４８１０とゲート配線４８０３とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
なお、本実施例の構成は実施例１〜１０のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
本発明のＥＬ表示装置は画素内にいくつのＴＦＴを設けた構造としても良い。
実施例１３、１４ではＴＦＴを三つ設けた例を示しているが、四つ乃至六つのＴＦＴを設けても構わない。本発明はＥＬ表示装置の画素構造に限定されずに実施することが可能である。
なお、本実施例の構成は実施例１〜１０のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
本発明を実施して形成したＥＬ表示装置は様々な電気器具の表示部として用いることができる。例えば、ＴＶ放送等を鑑賞するには対角２０〜６０インチの本発明のＥＬ表示装置を筐体に組み込んだディスプレイを用いるとよい。なお、ＥＬ表示装置を筐体に組み込んだディスプレイには、パソコン用ディスプレイ、ＴＶ放送受信用ディスプレイ、広告表示用ディスプレイ等の全ての情報表示用ディスプレイが含まれる。
また、その他の本発明の電気器具としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音楽再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、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）、画像再生装置（記録媒体に記録された画像を再生し、その画像を表示する表示部を備えた装置）が挙げられる。それら電気器具の具体例を図１５、図１６に示す。
図１５（Ａ）はＥＬ表示装置を筐体に組み込んだディスプレイであり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３を含む。本発明のＥＬ表示装置は表示部２００３に用いることができる。このようなディスプレイは自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。
図１５（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６を含む。本発明のＥＬ表示装置は表示部２１０２に用いることができる。
図１５（Ｃ）は頭部取り付け型のＥＬディスプレイの一部（右片側）であり、本体２２０１、信号ケーブル２２０２、頭部固定バンド２２０３、表示部２２０４、光学系２２０５、発光装置２２０６を含む。本発明はＥＬ表示装置２２０６に用いることができる。
図１５（Ｄ）は記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）
であり、本体２３０１、記録媒体（ＤＶＤ等）２３０２、操作スイッチ２３０３、表示部（ａ）２３０４、表示部（ｂ）２３０５を含む。表示部（ａ）は主として画像情報を表示し、表示部（ｂ）は主として文字情報を表示するが、本発明のＥＬ表示装置はこれら表示部（ａ）、（ｂ）に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
図１５（Ｅ）は携帯型（モバイル）コンピュータであり、本体２４０１、カメラ部２４０２、受像部２４０３、操作スイッチ２４０４、表示部２４０５を含む。本発明のＥＬ表示装置は表示部２４０５に用いることができる。
図１５（Ｆ）はパーソナルコンピュータであり、本体２５０１、筐体２５０２、表示部２５０３、キーボード２５０４を含む。本発明のＥＬ表示装置は表示部２５０３に用いることができる。
なお、将来的に発光輝度がさらに高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズや光ファイバー等で拡大投影してフロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
また、発光装置は発光している部分が電力を消費するため、発光部分が極力少なくなるように情報を表示することが望ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話や音楽再生装置のような文字情報を主とする表示部に発光装置を用いる場合には、非発光部分を背景として文字情報を発光部分で形成するように駆動することが望ましい。
ここで図１６（Ａ）は携帯電話であり、本体２６０１、音声出力部２６０２、音声入力部２６０３、表示部２６０４、操作スイッチ２６０５、アンテナ２６０６を含む。本発明のＥＬ表示装置は表示部２６０４に用いることができる。なお、表示部２６０４は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
また、図１６（Ｂ）は音楽再生装置、具体的にはカーオーディオであり、本体２７０１、表示部２７０２、操作スイッチ２７０３、２７０４を含む。本発明のＥＬ表示装置は表示部２７０２に用いることができる。また、本実施例では車載用のカーオーディオを示すが、携帯型や家庭用の音楽再生装置に用いても良い。
なお、表示部２７０４は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型の音楽再生装置において特に有効である。
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に用いることが可能である。また、本実施例の電気器具は実施例１〜１４に示したいずれの構成のＥＬ表示装置を用いても良い。
ＥＬ表示装置の画素部の断面構造を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の上面構造を示す図。 アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の作製工程を示す図。 アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の作製工程を示す図。 アクティブマトリクス型ＥＬ表示装置の作製工程を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の断面構造を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の素子構成を示す図。 ＥＬ表示装置のサンプリング回路の素子構成を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の断面構造を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の断面構造を示す図。 ＥＬ表示装置の上面構造及び断面構造を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の回路構成を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の回路構成を示す図。 ＥＬ表示装置の画素部の回路構成を示す図。 電気器具の具体例を示す図。 電気器具の具体例を示す図。

Claims (9)

  1. 第１乃至第３のトランジスタ、画素電極、及び保持容量を有し、
    前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのゲートは、前記保持容量の一方の端子と電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記画素電極と電気的に接続され、他方は電流供給線と電気的に接続され、
    前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、他方は前記電流供給線と電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタは、２以上のゲート電極と、前記ゲート電極のいずれか一と重なる２以上のチャネル形成領域とを有し、
    前記保持容量は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続された半導体領域からなる第１の電極と、前記第１乃至第３のトランジスタのゲート電極と同一材量からなる第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極との間の絶縁層を有し、
    前記電流供給線は、接続配線と電気的に接続され、
    前記電流供給線と、前記接続配線とは、一繋がりの形状でパターニングされた導電層によって形成され、
    前記接続配線は、前記保持容量とその少なくとも一部が互いに重なることを特徴とする半導体装置。
  2. 第１乃至第３のトランジスタ、エレクトロルミネッセンス素子、及び保持容量を有し、
    前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのゲートは、前記保持容量の一方の端子と電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記エレクトロルミネッセンス素子の一方の端子と電気的に接続され、他方は電流供給線と電気的に接続され、
    前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、他方は前記電流供給線と電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタは、２以上のゲート電極と、前記ゲート電極のいずれか一と重なる２以上のチャネル形成領域とを有し、
    前記保持容量は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続された半導体領域からなる第１の電極と、前記第１乃至第３のトランジスタのゲート電極と同一材量からなる第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極との間の絶縁層を有し、
    前記電流供給線は、接続配線と電気的に接続され、
    前記電流供給線と、前記接続配線とは、一繋がりの形状でパターニングされた導電層によって形成され、
    前記接続配線は、前記保持容量とその少なくとも一部が互いに重なることを特徴とする半導体装置。
  3. 第１乃至第３のトランジスタ、画素電極、及び保持容量を有し、
    前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのゲートは、前記保持容量の一方の端子と電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記画素電極と電気的に接続され、他方は電流供給線と電気的に接続され、
    前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、他方は前記電流供給線と電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタ及び前記第３のトランジスタは、２以上のゲート電極と、前記ゲート電極のいずれか一と重なる２以上のチャネル形成領域とを有し、
    前記保持容量は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続された半導体領域からなる第１の電極と、前記第１乃至第３のトランジスタのゲート電極と同一材量からなる第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極との間の絶縁層を有し、
    前記電流供給線は、接続配線と電気的に接続され、
    前記電流供給線と、前記接続配線とは、一繋がりの形状でパターニングされた導電層によって形成され、
    前記接続配線は、前記保持容量とその少なくとも一部が互いに重なることを特徴とする半導体装置。
  4. 第１乃至第３のトランジスタ、エレクトロルミネッセンス素子、及び保持容量を有し、
    前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのゲートは、前記保持容量の一方の端子と電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記エレクトロルミネッセンス素子の一方の端子と電気的に接続され、他方は電流供給線と電気的に接続され、
    前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、他方は前記電流供給線と電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタ及び前記第３のトランジスタは、２以上のゲート電極と、前記ゲート電極のいずれか一と重なる２以上のチャネル形成領域とを有し、
    前記保持容量は、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続された半導体領域からなる第１の電極と、前記第１乃至第３のトランジスタのゲート電極と同一材量からなる第２の電極と、前記第１の電極及び前記第２の電極との間の絶縁層を有し、
    前記電流供給線は、接続配線と電気的に接続され、
    前記電流供給線と、前記接続配線とは、一繋がりの形状でパターニングされた導電層によって形成され、
    前記接続配線は、前記保持容量とその少なくとも一部が互いに重なることを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
    前記第１のトランジスタ及び前記第３のトランジスタは、前記第１のトランジスタ及び前記第３のトランジスタがそれぞれ有するゲート電極に重ならない領域に設けられた第１のＬＤＤ領域を有し、
    前記第２のトランジスタは、前記第２のトランジスタが有するゲート電極に一部又は全部が重なる第２のＬＤＤ領域を有することを特徴とする電子装置。
  6. 請求項５において、
    前記第１のＬＤＤ領域における不純物濃度よりも、前記第２のＬＤＤ領域における不純物濃度が高いことを特徴とする電子装置。
  7. 請求項５又は請求項６において、
    前記保持容量が有する前記半導体領域における不純物濃度は、前記第２のＬＤＤ領域における不純物濃度と同じであることを特徴とする電子装置。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載の電子装置を具備していることを特徴とする表示装置。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載の電子装置を表示部に有し、操作スイッチを具備していることを特徴とするビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ＥＬディスプレイ、ナビゲーションシステム、音楽再生装置、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯電話、携帯情報端末又は画像再生装置。
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