JP4896318B2 - 発光装置の作製方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の電極間に有機化合物を含む膜(以下、「有機化合物層」と記す)を設けた素子に電界を加えることで、蛍光又は燐光が得られる発光素子を用いた発光装置及びその作製方法に関する。尚、本発明における発光装置とは、発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは発光デバイスを指す。また、発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム(FPC: Flexible Printed Circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【0002】
【従来の技術】
薄型軽量、高速応答性、直流低電圧駆動などの特徴を有する有機化合物を発光体として用いた発光素子は、次世代のフラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。特に、発光素子をマトリクス状に配置した表示装置(発光装置)は、従来の液晶表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れる点に優位性があると考えられている。
【0003】
発光素子の発光機構は、一対の電極間に有機化合物層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が有機化合物層中の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。
【0004】
このような発光装置には、パッシブマトリクス駆動(単純マトリクス型)とアクティブマトリクス駆動(アクティブマトリクス型)といった駆動方法を用いることが可能である。しかし、画素密度が増えた場合には、画素(又は1ドット)毎にスイッチが設けられているアクティブマトリクス型の方が低電圧駆動できるので有利であると考えられている。
【0005】
アクティブマトリクス型の発光装置としては、絶縁表面上に薄膜トランジスタ(以下、TFTとよぶ)を形成した後、TFT上に層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜を介してTFTと電気的に接続された発光素子の第1の電極が形成される。
【0006】
さらに第1の電極上には、有機化合物層が形成され、有機化合物層には、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、ブロッキング層、電子輸送層及び電子注入層等が含まれる。なお、有機化合物層は単層で形成しても良いが、上述した複数の層を組み合わせて形成することもできる。そして、有機化合物層を形成した後で、第2の電極を形成することにより、発光素子が形成される。
【0007】
これらの電極が陽極となる場合には、陽極から有機化合物層へのホールの注入性を向上させるために仕事関数の大きい金属が電極材料として用いられる。なお、陽極材料として多く用いられるITOの仕事関数は、4.8eVであることが知られている。一方、これらの電極が陰極となる場合には、多くの有機材料が金属や無機半導体に比べて電子親和力が小さいため、陰極から有機化合物層への電子注入性を向上するために仕事関数の小さい金属やこれらを含む合金がそれぞれ用いられる。なお、仕事関数の小さい金属としては、代表的には元素周期律の1族もしくは2族に属する金属が好適である。
【0008】
また、これまでアクティブマトリクス型の発光装置において、基板上のTFTと電気的に接続された発光素子からの発光をその基板を透過して取り出す場合(例えば、特開平6−325869号公報、特開平7−153576号公報、特開平8−241047号公報)、各画素において発光を呈する領域が各画素に形成されたTFTや配線等を除いた領域に限定される。そのため、画素領域に占める発光領域の割合(開口率)が小さくなるという問題が生じる。
【0009】
これに対して、発光素子からの光を発光素子が形成された基板と反対側の面から取り出す場合(以下、上面出射構造と呼ぶ)には(例えば特開平7−111341号公報、特開平8−54836号公報、特開平10−189252号公報)、上記のような開口率の問題を防ぐことができる。
【0010】
しかしながら、上記構成のいずれの場合においても、TFTを覆う層間絶縁膜上にTFTと電気的な接続を有する第1の電極が形成されるためにその形成面は、凹凸を有する構造となる。この時、電極上に形成される発光素子の有機化合物層は、20〜200nmと薄いため層間絶縁膜上に電極が形成されることにより生じる段差部分において、その上部に形成される有機化合物層は成膜不良を生じる。この成膜不良個所は、発光素子を形成する第1の電極と有機化合物層上に形成される第2の電極との間でのショートの原因となる。そのため、第1の電極の端部を絶縁膜で覆う構造とする方法が採られる場合もある。
【0011】
さらに、第2の電極の形成において、特に第2の電極側から光を出射する構造とする場合には、透過率を極力低下させないためにその膜厚を薄く形成する必要が生じるが、この場合にも第1の電極による段差は第2の電極形成における成膜不良の原因となりうる。
【0012】
また、基板と反対の面から発光を取り出すために有機化合物層の上部に透明導電膜を形成する必要があるが、この膜を形成するためには高エネルギーを必要とするために有機化合物層に対するダメージが大きいという問題も生じる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、発光装置の作製において、電極を形成した際に電極形成面と電極との間に段差が生じない構造を形成することにより、電極上に形成される有機化合物層の成膜不良を防ぐことを目的とする。さらに有機化合物層に対して電極の端部から電界集中が起こらない構造を形成することにより、発光素子が劣化しにくく寿命の長い発光装置を提供する。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、第1の電極上に有機化合物層が形成された際に第1の電極の端部から電界集中が起こり、有機化合物層が劣化するおそれがあること、また、第1の電極の端部おける段差や、第1の電極の端部を絶縁膜で覆った場合に形成される凹凸により有機化合物層の形成において、成膜不良が生じるおそれがあることから、第1の電極の端部と接して形成され、かつ第1の電極その表面が同一平面となる絶縁層を形成することを考えた。
【0015】
そこで、本発明者は、第1の電極となる導電体の端部を覆うように絶縁膜を形成した後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法、いわゆる化学的・機械的ポリッシング法を用いて研磨し、同一平面を有する第1の電極及び平坦化絶縁層を形成することを考えた。
【0016】
CMP法は、被加工物の表面を基準にし、それにならって表面を化学的又は機械的に平坦化する手法である。一般的に定盤(Platen or Polishing Plate)の上に研磨布または研磨パッド(本明細書では、以下総称してパッド(Pad)と呼ぶ)を貼り付け、被加工物とパッドとの間にスラリーを供給しながら定盤と被加工物とを各々回転または揺動させて、被研磨物の表面を化学・機械の複合作用により被加工物の表面を研磨する方法である。
【0017】
上記構成によって、同一平面を有する第1の電極及び平坦化絶縁層を形成することができ、第1の電極上に形成される有機化合物層の電界集中に伴う劣化や、成膜不良を防ぐことができる。なお、本明細書中では、第1の電極となる導電性の膜がパターニングされている状態のことを導電体と呼ぶことにし、CMP法による研磨処理がなされた後のものを第1の電極と呼ぶことにする。さらに、導電体を覆うように形成された絶縁膜に対してCMP法による研磨処理がなされた後のものを平坦化絶縁層と呼ぶことにする。
【0018】
また、上記構成に加えて、発光素子の第1の電極側から基板方向へ有機化合物層において生じた発光を出射させる素子構造(以下、下面出射構造と呼ぶことにする)だけでなく、有機化合物層上に形成される第2の電極側から基板と反対の方向へ光を出射させる素子構造(以下、上面出射構造と呼ぶことにする)を形成することにより、開口率を問題することなく発光素子を形成することが可能となる。
【0019】
さらに上面出射構造を形成する場合においては、第2の電極を光透過性のある透明導電膜で形成する必要があるが、蒸着法により第2の電極を形成したり、予めバリア膜を形成したりしておくことで第2の電極形成時のスパッタダメージを防ぐことができる。
【0020】
また、本発明における素子は、フラットな構造を有しているため第2の電極形成時にその材料の透過率及び抵抗率等の性質上、膜厚を薄く形成する必要が生じても、成膜不良を生じることなく第2の電極を形成することができる。
【0021】
本明細書で開示する発明の作製方法に関する構成は、
基板上に薄膜トランジスタを形成し、
前記薄膜トランジスタを覆って絶縁層を形成し、
前記絶縁層を介して配線を形成し、
前記絶縁層上に前記配線により前記薄膜トランジスタと電気的に接続された導電体を形成し、
前記導電体を覆って、絶縁膜を形成し、
前記導電体及び前記絶縁膜をCMP法により研磨して第1の電極及び平坦化絶縁層を形成し、
前記第1の電極と接して有機化合物層を形成し、
前記有機化合物層と接して第2の電極を形成する発光装置の作製方法であって、
前記CMP法により形成された前記第1の電極及び前記平坦化絶縁膜が同一平面を形成することを特徴とする発光装置の作製方法である。
【0022】
また、本明細書で開示する発明の作製方法に関する他の構成は
基板上に薄膜トランジスタを形成し、
前記薄膜トランジスタを覆って絶縁層を形成し、
前記絶縁層を介して配線を形成し、
前記絶縁層上に前記配線により前記薄膜トランジスタと電気的に接続された導電体を形成し、
前記導電体を覆って絶縁膜を形成し、
前記導電体及び前記絶縁膜をCMP法により研磨して第1の電極及び平坦化絶縁層を形成し、
前記第1の電極と接して有機化合物層を形成し、
前記有機化合物層と接して第2の電極を形成する発光装置の作製方法であって、
前記有機化合物層は、前記第1の電極を完全に覆うように形成されることを特徴とする発光装置の作製方法である。
【0023】
また、本明細書で開示する発明の作製方法に関する他の構成は
基板上に薄膜トランジスタを形成し、
前記薄膜トランジスタを覆って絶縁層を形成し、
前記絶縁層を介して配線を形成し、
前記絶縁層上に前記配線により前記薄膜トランジスタと電気的に接続された導電体を形成し、
前記導電体を覆って絶縁膜を形成し、
前記導電体及び前記絶縁膜をCMP法により研磨して第1の電極及び平坦化絶縁層を形成し、
前記第1の電極と接して有機化合物層を形成し、
前記有機化合物層と接して第2の電極を形成する発光装置の作製方法であって、
前記有機化合物層は、前記第1の電極及び前記平坦化絶縁層と接して形成されることを特徴とする発光装置の作製方法である。
【0024】
上記各構成において、CMP法による研磨により形成された第1の電極及び平坦化絶縁層は、50〜500nmの膜厚を有することを特徴としている。
【0025】
さらに、本明細書で開示する発明に関する構成は、
第1の電極と、前記第1の電極の端部と接して形成された平坦化絶縁層と、有機化合物層と、第2の電極とからなる発光装置において、
前記第1の電極及び前記平坦化絶縁層の表面は同一平面であり、
前記有機化合物層は、前記第1の電極と接し、
前記第2の電極は、前記平坦化絶縁層及び前記有機化合物層と接していることを特徴とする発光装置である。
【0026】
また、本明細書で開示する発明に関する他の構成は、
基板上に形成された薄膜トランジスタと、配線と、第1の電極と、前記第1の電極の端部と接して形成された平坦化絶縁層と、有機化合物層と、第2の電極とからなる発光装置において、
前記第1の電極は前記薄膜トランジスタと前記配線を介して電気的に接続され、
前記第1の電極及び前記平坦化絶縁層の表面は同一平面であり、
前記有機化合物層は、前記第1の電極と接し、
前記第2の電極は、前記平坦化絶縁層及び前記有機化合物層と接していることを特徴とする発光装置である。
【0027】
上記各構成において、前記第1の電極が陽極である場合には、前記薄膜トランジスタは、pチャネル型であり、また、前記第1の電極が陰極であった場合には、前記薄膜トランジスタは、nチャネル型で形成される。
【0028】
また、第1の電極が陽極である場合には、第1の電極を形成する材料としては仕事関数の大きい材料であることが望ましい。これは、電圧が印加された際に陽極から正孔(ホール)が有機化合物層に注入されるため、有機化合物層を形成する有機化合物よりもHOMO準位の高い材料であることが要求されるためである。なお、第1の電極はTFTと接続して形成されることから低抵抗な材料で形成されることが望ましい。これらの条件を満たす具体的な陽極材料としては、透明導電膜であるITO(indium tin oxide)やIZO(indium zinc oxide)の他、白金(Pt)、クロム(Cr)、タングステン(W)もしくはニッケル(Ni)などの材料を用いることができる。
【0029】
これに対して、第1の電極が陰極である場合には、仕事関数の小さな材料であることが望ましい。これは、多くの有機材料は金属や無機半導体に比べて電子親和力が小さいために電子注入のためには仕事関数の小さな電極が必要となるためである。また、第1の電極は基板上に形成されたTFTと接続して形成されることから低抵抗な材料を用いることが望ましい。
【0030】
低抵抗な材料としてはアルミニウム、チタンおよびタングステンなどの金属材料が適しているが、陰極材料として用いるためには仕事関数の小さいことが要求されるため、元素周期律の第1族または第2族に属する材料とこれらの低抵抗な材料とを積層したり、合金化させたものを用いるとよい。さらに、元素周期律の第1族または第2族に属する材料のフッ化物などの化合物を用いることも可能である。
【0031】
具体的には、マグネシウムに銀を添加した合金(Mg:Ag)や、アルミニウムにリチウムを添加した合金(Al:Li)、アルミニウムにリチウム、カルシウム及びマグネシウムを含んだ合金などがある。なお、リチウムを添加したアルミニウム合金は、最もアルミニウムの仕事関数を小さくすることができることが知られている。
【0032】
また、本発明においては、第1の電極形成後に第1の電極を完全に覆うように第1の電極上に上に絶縁材料からなる絶縁膜が形成される。そして、形成された絶縁膜及び第1の電極の一部をCMP法により研磨することにより、絶縁膜及び第1の電極が同一の平面上に形成されるような構造を形成する。
【0033】
また、本発明において、絶縁膜の材料として用いる絶縁材料としては、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化珪素などの珪素を含む絶縁材料の他、ポリイミド、ポリアミド、アクリル(感光性アクリルを含む)、BCB(ベンゾシクロブテン)といった有機樹脂膜を用いることもできる。
【0034】
これにより、第1の電極と絶縁膜における段差が無くなるため、後から有機化合物層、第2の電極を形成する際に生じる成膜不良の問題を解決することができる。
【0035】
さらに、上述したCMP法による処理を行うことで、第1の電極表面が平坦化されるために第1の電極上に形成される有機化合物層の膜厚を均一にすることができ、有機化合物層対して電界を均一に加えることができる。なお、電界が不均一に加わる場合には、有機化合物層における電流密度も不均一なものとなり、発光素子の輝度が低下するだけでなく、素子の劣化が早まるために素子寿命が低下するといった問題が生じるため、CMP法による処理は有機化合物層に対して均一な電界を加えるという面においても素子特性を向上するための効果を有している。
【0036】
また、第1の電極上に形成される有機化合物層とは陰極及び陽極から注入されたキャリアが再結合する場であり、発光層のみの単層で形成される場合もあるが、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、ブロッキング層、電子輸送層および電子注入層などの複数の層が積層されて形成される場合も本発明に含まれる。なお、本発明における有機化合物層の形成においてこれらの層を形成する際に用いる材料としては公知の材料を用いることができる。
【0037】
【発明の実施の形態】
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。本発明の発光装置は、図1(A)〜(C)で説明するCMP工程をその一部に含めた作製方法により作製される。また、本発明により作製される発光装置の素子構造について図2に示す。
【0038】
図1(A)において、基板101上に薄膜トランジスタ(TFT)102が形成されており、薄膜トランジスタ102には、絶縁層103を介して形成された配線104により電気的に接続された導電体105が形成されている。
【0039】
次に図1(B)に示すように導電体105を覆うように導電体105上には、絶縁材料からなる絶縁膜106が形成される。なお、ここで形成される絶縁膜106は導電体105及び配線104が形成される際の膜厚よりも厚くなるように形成する。具体的には、0.5〜5μmの膜厚となるように形成する。これにより、導電体105及び配線104は、絶縁膜106に完全に覆われる。
【0040】
次に図1(C)に示すようにCMP法により絶縁膜106及び導電体105が研磨される。なお、ここでCMPにより研磨を行う装置について図1(D)に示す。
【0041】
図1(D)に示す直径が80cmの円状の回転定盤121上には研磨布(パッドともいう)122が貼られている。研磨布122に用いられる材質としては、発泡ウレタン等を用いる。
【0042】
そして、回転定盤122の中心に配管123を通してスラリー124が供給され、回転定盤121の回転及び揺動により、回転定盤121上の研磨布122の全面にスラリー124が広がる。スラリー124は、粒子と液体及び化学薬品が混合されたコロイド溶液である。スラリー124としては、KOH等からなりpH9〜11のシリカ系スラリーや、pH3〜4のアルミナ(Al23)系スラリー、または酸化マンガン(MnO2、Mn23)系のスラリーを用いることができる。アルミナ系のスラリーは、酸化力のある薬剤を混入することにより用いることができる。その他、中性スラリー等を用いることも可能である。なお、ここでいう中性スラリーとは、シリカと水により形成されるものも含めるものとする。
【0043】
なお、ここで示したスラリーは、好ましい一例に過ぎずその他の公知のものを用いることができる。また、回転定盤121は、その中心を回転軸125として回転する。なお、回転定盤121の回転数は3〜10rpmとする。
【0044】
一方、直径が30cmの円状の金属製の研磨ヘッド126は、ガラス基板127を真空吸着する。ガラス基板127と研磨ヘッド126との間には、ウェハ吸着パッド128が設けられている。ウェハ吸着パッド128と研磨ヘッド126とには空孔があり、空孔を通して、ガラス基板127が研磨ヘッド126に吸着する。研磨ヘッド126の中心は、回転定盤121の中心と、回転定盤121の円周との間に位置する。研磨ヘッド126は研磨ヘッド126の中心を回転軸として10〜50rpmで回転させる。
【0045】
なお、200〜400gf/cm2の圧力をガラス基板127に印加して、ガラス基板127を回転定盤121上の研磨布122に押しつける。研磨ヘッド126の圧力を変えると、研磨される膜の研磨レートを調節することができる。
【0046】
研磨時間は1〜2分とする。こうして、絶縁膜106と導電体105をそれぞれ研磨することにより、絶縁層103表面からの膜厚が等しく同一平面を形成する第1の電極107および平坦化絶縁膜108を形成することができる。
【0047】
なお、ここで説明したCMP法に用いるスラリーやパッド等に関しては公知のものを用いることができ、また処理条件等の方法に関しても公知の方法を用いることができる。
【0048】
なお、ここでは、CMP法により研磨された導電体105のことを第1の電極107とよび、CMP法により研磨された絶縁膜106のことを平坦化絶縁層108と呼ぶことにする。なお、ここで形成された第1の電極107、及び平坦化絶縁層108は、50〜500nmの膜厚を有する。
【0049】
そして、第1の電極107上には、有機化合物層(図示せず)が形成される。なお、有機化合物層は、第1の電極を完全に覆うように形成される。さらに、有機化合物層上に第2の陰極(図示せず)が形成されることにより発光素子が完成する。
【0050】
そこで、上述した第1の電極上に有機化合物層及び第2の電極を形成して作製されるアクティブマトリクス型の発光装置について、以下の実施形態1〜3で詳細に説明する。
【0051】
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1として形成される発光装置の画素部の断面構造について図2(A)に示す。
【0052】
図2(A)において、基板201上に薄膜トランジスタ(TFT)が形成されている。なお、ここでは、発光素子216の第1の電極210と電気的に接続され、発光素子216に供給される電流を制御する機能を有する電流制御用TFT222と、電流制御用TFT222のゲート電極に印加されるビデオ信号を制御するためのスイッチング用TFT221を示している。
【0053】
基板201としては、透光性を有する基板としてガラス基板を用いるが、石英基板を用いても良い。また、各TFTの活性層は、少なくともチャネル形成領域202、ソース領域203、ドレイン領域204を備えている。
【0054】
また、各TFTの活性層は、ゲート絶縁膜205で覆われ、ゲート絶縁膜205を介してチャネル形成領域202と重なるゲート電極206が形成されている。また、ゲート電極206を覆う第1の絶縁層208が設けられ、その第1の絶縁層208上に各TFTのソース領域またはドレイン領域と電気的に接続する電極が設けられている。
【0055】
なお、本実施の形態1では、電流制御用TFT222がpチャネル型TFTで形成されており、電流制御用TFT222のドレイン領域204が第1の電極210と接続されており、第1の電極210は、発光素子216の陽極となるように形成される。なお、第1の電極210は、透光性を有する導電性の材料により形成される。
【0056】
なお、第1の電極210(陽極)上に有機化合物層212を形成し、有機化合物層212上に第2の電極(陰極)213を形成することにより発光素子216が形成される。
【0057】
本実施の形態1において、第1の電極210に陽極となる透明導電膜を用いることから有機化合物層212におけるキャリアの再結合により生じた光が、第1の電極210側から出射される構造となる。なお、第2の電極213は、遮光性の材料により形成されることが望ましい。
【0058】
なお、本実施の形態1においては、第1の電極210側から透過した光は基板201をも透過して外部に出射される。そのため、基板201に用いる材料としては、透光性の材料を用いる必要があり、具体的には、ガラス、石英、プラスチックといった材料を用いる。
【0059】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2として、発光装置の画素部の断面構造について図2(B)を用いて説明する。なお、電流制御用TFT222がnチャネル型で形成される点で実施の形態1と異なっているが、それ以外は同じであるので配線209形成後に作製される構造について説明する。
【0060】
第1の絶縁層208上に電流制御用TFT222のソース領域またはドレイン領域と配線209により電気的に接続された第1の電極231が設けられている。なお、本実施の形態2においては、第1の電極231は陰極となるように形成されている。
【0061】
そして、第1の電極231上に有機化合物層233が形成されるが、その後、第2の電極235を形成する際に有機化合物層233へのダメージを防止するためにバリア層234をスパッタリング法により形成する。なお、バリア層234を形成する材料としては、銅フタロシアニン(Cu−Pc)、金または白金といった材料を用いることができる。
【0062】
さらにバリア層234の上には透明性導電膜からなり、発光素子の陽極となる第2の電極235が形成される
【0063】
以上にようにして、第1の電極231、有機化合物層233、バリア層234、及び第2の電極235からなる発光素子を形成することができる。
【0064】
本実施の形態2においては、第2の電極235に陽極となる透明導電膜を用いることから有機化合物層233におけるキャリアの再結合により生じた光が、第2の電極235側から出射される上面出射構造となる。なお、本実施の形態においては、第1の電極231遮光性の材料に形成することが望ましい。
【0065】
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3として、発光装置の画素部の断面構造について図2(C)を用いて説明する。なお、電流制御用TFT222がpチャネル型で形成される点においても実施の形態1と同一であるため、配線209形成後に作製される構造について説明する。
【0066】
第1の絶縁層208上に電流制御用TFT222のソース領域またはドレイン領域と配線209により電気的に接続された第1の電極241が設けられている。なお、本実施の形態3においては、第1の電極241は陽極となるように形成されている。そこで、第1の電極241は、陽極として機能する仕事関数の大きい材料を用いる。さらに遮光性を有し、かつ反射率の高い導電性材料を用いて形成する。
【0067】
また、第1の電極241上に有機化合物層243が形成され、その上に第2の電極244からなる発光素子を形成することができる。なお、本実施の形態では、第2の電極244が光透過性を有するように形成する必要があることから、第2の電極244が光(可視光)を透過する程度の膜厚で形成することが好ましい。
【0068】
本実施の形態3においては、第2の電極244が光透過性を有することから有機化合物層243で生じた光が、第2の電極244側から出射される上面出射構造となる。
【0069】
なお、実施の形態1〜3により形成される発光装置において、発光素子の有機化合物層には、以下に示すような有機化合物を用いることができる。
【0070】
有機化合物層は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層、発光層等を単層もしくは積層とすることにより形成される。なお、これらの層は、それぞれ正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、正孔阻止層材料、発光材料からなる。以下に好適な材料をそれぞれ列挙する。ただし、本発明の発光素子に用いる材料は、これらに限定されない。
【0071】
正孔注入材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン(以下、「H2Pc」と記す)、銅フタロシアニン(以下、「CuPc」と記す)などがある。導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸(以下、「PSS」と記す)をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン(以下、「PEDOT」と記す)や、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール(以下、「PVK」と記す)などが挙げられる。また、絶縁体の高分子化合物も陽極の平坦化の点で有効であり、ポリイミド(以下、「PI」と記す)がよく用いられる。さらに、無機化合物も用いられ、金や白金などの金属薄膜の他、酸化アルミニウム(以下、「アルミナ」と記す)の超薄膜などがある。
【0072】
正孔輸送材料として最も広く用いられているのは、芳香族アミン系(すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの)の化合物である。広く用いられている材料として、先に述べたTPDの他、その誘導体である4,4'−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(以下、「α−NPD」と記す)や、4,4',4''−トリス(N,N−ジフェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(以下、「TDATA」と記す)、4,4',4''−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニル−アミノ]−トリフェニルアミン(以下、「MTDATA」と記す)などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。
【0073】
電子輸送材料としては、金属錯体がよく用いられ、先に述べたAlq3、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(以下、「Almq3」と記す)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(以下、「BeBq2」と記す)などのキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、混合配位子錯体であるビス(2−メチル−8−キノリノラト)−(4−ヒドロキシ−ビフェニリル)−アルミニウム(以下、「BAlq」と記す)などがある。また、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾオキサゾラト]亜鉛(以下、「Zn(BOX)2」と記す)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾチアゾラト]亜鉛(以下、「Zn(BTZ)2」と記す)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体もある。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(以下、「PBD」と記す)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(以下、「OXD−7」と記す)などのオキサジアゾール誘導体、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(以下、「TAZ」と記す)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(以下、「p−EtTAZ」と記す)などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン(以下、「BPhen」と記す)・バソキュプロイン(以下、「BCP」と記す)などのフェナントロリン誘導体が電子輸送性を有する。
【0074】
電子注入材料としては、上で述べた電子輸送材料を用いることができる。その他に、フッ化リチウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、酸化リチウムなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の、超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート(以下、「Li(acac)」と記す)や8−キノリノラト−リチウム(以下、「Liq」と記す)などのアルカリ金属錯体も有効である。
【0075】
正孔阻止材料としては、上で述べたBAlq、OXD−7、TAZ、p−EtTAZ、BPhen、BCPなどが、励起エネルギーレベルが高いため有効である。
【0076】
発光材料としては、先に述べたAlq3、Almq3、BeBq2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。また、三重項発光材料も可能であり、白金ないしはイリジウムを中心金属とする錯体が主体である。三重項発光材料としては、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(以下、「Ir(ppy)3と記す)、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン−白金(以下、「PtOEP」と記す)などが知られている。
【0077】
なお、実施の形態1〜3により形成される発光装置としてトップゲート型のTFTを例として説明したが、特に限定されず、トップゲート型のTFTに代えて、ボトムゲート型TFTや順スタガ型TFTやその他のTFT構造に適用することも可能である。
【0078】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【0079】
(実施例1)
本実施例では、実施の形態1、実施の形態2、及び実施の形態3で説明した素子構造を有する発光装置について詳細に説明する。
【0080】
図3(A)は、実施の形態1に示す発光装置の素子構造を示すものである。すなわち、図2(A)で示すように電流制御用TFT222と電気的に接続された第1の電極210が図3(A)に示す陽極301であり、陽極301上に有機化合物層302が形成され、有機化合物層302上に陰極308が形成されており、有機化合物層302において生じた光は、陽極301を透過して外部に出射される下方出射型の素子構造である。
【0081】
なお、陽極301を形成する材料としては、ITOやIZO等の透光性を有し、かつ仕事関数の大きな導電膜を用いて形成する。本実施例において陽極301は、ITOを用いて110nmの膜厚で形成する。
【0082】
次に、陽極301上に有機化合物層302が形成され、有機化合物層302は、正孔注入層303、正孔輸送層304、発光層305、正孔阻止層306及び電子輸送層307との積層構造からなる。なお、本実施例における有機化合物層302には、低分子系の有機化合物を用いて形成する場合について説明するが、高分子系の有機化合物を単層もしくは積層させて形成することも可能である。
【0083】
本実施例において、正孔注入層303にはCu−Pcを用い、20nmの膜厚で形成し、正孔輸送層304には、m−MTDATAを用い、20nmの膜厚で形成し、発光層305には、CBPとIr(ppy)3を用い、20nmの膜厚で形成し、正孔阻止層306にはBCPを用い、10nmの膜厚で形成し、電子輸送層307にはAlq3を用い、40nmの膜厚で形成する。
【0084】
次に陰極308を形成する。なお、図3(A)に示す構造では、遮光性を有し、反射率が高く、かつ仕事関数の小さい材料を用いることが望ましいことから、陰極材料としてMg:Ag合金を用い、120nmの膜厚で形成する。なお、陰極材料として、元素周期律の1族または2族に属する元素とAl、Ti、Wなどの導電性材料と積層して用いることもできる。さらに両者により形成される合金を用いることも可能である。以上により、実施の形態1で示した下方出射型の発光素子を得ることができる。
【0085】
次に、実施の形態2に示した発光装置の素子構造を図3(B)に示す。すなわち、図2(B)で示すように電流制御用TFT222と電気的に接続された第1の電極231が図3(B)に示す陰極311であり、陰極311上に有機化合物層312が形成され、有機化合物層312上にバリア層318が形成され、その上に陽極319が形成されており、有機化合物層312において生じた光は、陽極319を透過して外部に出射される上方出射型の素子構造である。
【0086】
なお、この素子構造の場合には、有機化合物層312上に陽極319が形成されるが、陽極319は、透明導電膜であるITOをスパッタリング法により形成するため、スパッタリング時における有機化合物層303へのダメージを防止するためにバリア層306を設けている。なお、バリア層306は主に蒸着法により形成される材料を用いることにより形成される。
【0087】
なお、陰極311を形成する材料としては、遮光性を有し、反射率の高い材料で陰極を形成することが望ましいことから、陰極材料としてMg:Agを用い、120nmの膜厚で形成する。
【0088】
次に陰極311上に有機化合物層312が形成される。有機化合物層312を形成する材料は、図3(A)で示したのと同様であるが、積層する順序が逆になり、陰極311側から順に電子輸送層313、正孔阻止層314、発光層315、正孔輸送層316及び正孔注入層317が積層され、有機化合物層312が形成する。なお、ここでも図3(A)と同じ膜厚で形成することができる。
【0089】
次に、有機化合物層312上には、バリア層318を形成する。なお、バリア層318は有機化合物層312と陽極319との間に形成されることから、材料としては、金、銀、といった仕事関数の大きい材料の他、Cu−Pc等を用いることができる。なお、図3(B)に示す構造の場合には、有機化合物層312で生じた光をバリア層318及び陽極319を透過して外部に出射させることからバリア層318は光透過性を有する必要がある。そこで、本実施例では、Auを用い、光を透過する程度の透過率を有するように蒸着法により20nmの膜厚で形成する。但し、図3(B)に示す構成の場合には、正孔注入層317にCu−Pcを用いており、Cu−Pcはバリア層を形成する材料としても適しており、バリア層としての機能をも果たすことができるので必ずしも設ける必要はない。
【0090】
そして、バリア層318の上には、陽極319を形成する。なお、陽極319を形成する材料としてはITOやIZO等の透光性を有し、かつ仕事関数の大きな導電膜を用いて形成する。本実施例において陽極319は、ITOにより110nmの膜厚で形成する。以上により、実施の形態2で示した下方出射型の発光素子を得ることができる。
【0091】
次に、実施の形態3に示した発光装置の素子構造を図4に示す。すなわち、図2(C)で示すように電流制御用TFT222と電気的に接続された第1の電極241が図4に示す陽極401であり、陽極401上に有機化合物層402が形成され、有機化合物層402上に陰極408が形成されており、有機化合物層402において生じた光は、陰極408を透過して外部に出射される上方出射型の素子構造である。
【0092】
なお、陽極401を形成する材料としては、遮光性を有し、反射率が高く、かつ仕事関数の大きな材料を用いて形成する。本実施例において陽極401は、タングステン(W)を用いて110nmの膜厚で形成する。
【0093】
次に、陽極401上に形成される有機化合物層402が形成される。有機化合物層402は、図3(A)で示したのと同様の材料を用いて同様の膜厚で積層して形成する。
【0094】
次に、有機化合物層402上に陰極408を形成する。なお、図4に示す構造では、透光性を有し、仕事関数の小さい材料を用いることが望ましいことから、陰極材料として元素周期律の1族に属するセシウム(Cs)と導電率の高い銀(Ag)を用い、これらを積層し20nm程度の膜厚で形成する。なお、有機化合物層402で生じた光は、陰極408を透過して外部に出射させることから陰極は光透過性を有する必要がある。そこで、本実施例では、陰極408を形成する材料の膜厚による透過率を考慮した上で有機化合物層402と接してCsを形成し、さらにAgを形成した積層構造とすることにより陰極408を形成する。
【0095】
なお、極薄膜からなる陰極を形成した際の光の透過率に関する測定結果を図13に示す。図13において、陰極を形成する極薄膜の膜厚を変えて発光素子を形成し、その透過率を測定したものである。
【0096】
なお、ここでの発光素子は、陰極を2nmのセシウムのみで形成したもの、10nmの銀のみで形成したもの、また、2nmの膜厚で形成されたセシウム膜と積層される銀の膜厚を5nm、10nm、20nmと変化させて形成した場合である。
【0097】
これにより、最終的な膜厚の厚さが透過率を低下させている様子が分かる。また、これらの膜を第2の電極として用いるためには、透過率だけでなく膜抵抗も重要であり、抵抗が高い場合には、透過率が高くても電極材料として用いることができない。
【0098】
そこで、これらの膜についてシート抵抗を測定したところ、2nmのセシウムと10nmの膜厚の銀を積層した膜は、218Ω/□であり、2nmのセシウムと20nmの膜厚の銀を積層した膜は、13.4Ω/□であった。それ以外の膜は、測定することができなかった。
【0099】
なお、2nmのセシウムに対して銀の膜厚を10nm積層した場合と、20nm積層した場合の平均透過率は、前者が56%であるのに対して、後者は54%であった。なお、ここでいう平均透過率とは、300〜800nmの各波長における透過率を測定し、これらを平均した値である。
【0100】
以上の結果からも分かるように、本実施例で用いたセシウムと銀をそれぞれ2nm、20nmの膜厚で形成することにより透過率だけでなく膜抵抗も陰極として使用できる程度に低い電極を形成することができることから、本実施例は、2nmのセシウムと20nmの銀を積層することにより陰極408を形成し、実施の形態3で示した上方出射型の発光素子を得る。
【0101】
なお本実施例では、セシウムを単体で用い他場合について説明したが、セシウムのフッ化物などの化合物を用いることもできる。この場合もセシウムを用いた時と同様に数nmの膜厚で形成するとよい。
【0102】
(実施例2)
本実施例では、同一基板上に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のTFT(nチャネル型TFT及びpチャネル型TFT)を同時に作製し、さらに、画素部にはTFTと電気的に接続された発光素子を形成して、素子基板を作製する方法について図5〜図8を用いて説明する。なお、本実施例では、実施の形態1で示した素子構造を有する発光素子を形成する。
【0103】
まず、本実施例ではコーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板600を用いる。なお、基板600としては、透光性を有する基板であれば限定されず、石英基板を用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0104】
次いで、基板600上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜601を形成する。本実施例では下地膜601として2層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造を用いても良い。下地膜601の1層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜601aを10〜200nm(好ましくは50〜100nm)形成する。本実施例では、膜厚50nmの酸化窒化珪素膜601a(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)を形成した。
【0105】
次いで、下地膜601の2層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜301bを50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さに積層形成する。本実施例では、膜厚100nmの酸化窒化珪素膜601b(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を形成する。
【0106】
次いで、下地膜601上に半導体層602〜605を形成する。半導体層602〜605は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜した後、公知の結晶化処理(レーザー結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法等)を行って得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして形成する。この半導体層602〜605の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくは珪素(シリコン)またはシリコンゲルマニウム(SiXGe1-X(X=0.0001〜0.02))などで形成すると良い。
【0107】
本実施例では、プラズマCVD法を用い、55nmの非晶質珪素膜を成膜した後、ニッケルを含む溶液を非晶質珪素膜上に保持させる。この非晶質珪素膜に脱水素化(500℃、1時間)を行った後、熱結晶化(550℃、4時間)を行い、さらに結晶化を改善するためのレーザーアニール処理を行って結晶質珪素膜を形成する。そして、この結晶質珪素膜をフォトリソグラフィ−法によるパターニング処理によって、半導体層602〜605を形成する。
【0108】
また、半導体層602〜605を形成する前、もしくは、形成した後、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行ってもよい。
【0109】
また、レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合には、パルス発振型または連続発光型の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとしては、エキシマレーザー、Arレーザー、Krレーザーなどがあり、固体レーザーとしては、YAGレーザー、YVO4レーザー、YLFレーザー、YAlO3レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ti:サファイアレーザーなどを用いることができる。
【0110】
なお、これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜400mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。また、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数30〜300Hzとし、レーザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を50〜90%として行えばよい。
【0111】
次いで、半導体層602〜605を覆うゲート絶縁膜607を形成する。ゲート絶縁膜607はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により110nmの厚さで酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成する。勿論、ゲート絶縁膜607は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0112】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Ortho silicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【0113】
次いで、図5(A)に示すように、ゲート絶縁膜607上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜608と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜609とを積層形成する。本実施例では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜608と、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜609を積層形成する。TaN膜は、Taのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタ法により形成する。また、W膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成する。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。
【0114】
いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、W膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のW(純度99.9999%)のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20μΩcmを実現することができる。
【0115】
なお、本実施例では、第1の導電膜608をTaN、第2の導電膜609をWとしたが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、Ag、Pd、Cuからなる合金を用いてもよい。
【0116】
また、第1の導電膜608をタンタル(Ta)膜で形成し、第2の導電膜609をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜608を窒化チタン(TiN)膜で形成し、第2の導電膜609をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜608を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜609をAl膜とする組み合わせ、第1の導電膜608を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜609をCu膜とする組み合わせ、第1の導電膜608をW、Mo、もしくはWとMoからなる膜で形成し、第2の導電膜609をAlとSi、AlとTi、AlとSc、もしくはAlとNdとからなる膜で形成し、さらに第3の導電膜(図示せず)をTi、TiN、もしくはTiとTiNからなる膜で形成する組み合わせとしてもよい。
【0117】
次に、図5(B)に示すよう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610〜613を形成し、電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行う。本実施例では第1のエッチング条件として、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。ここでは、松下電器産業(株)製のICPを用いたドライエッチング装置(Model E645−□ICP)を用いる。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
【0118】
この第1のエッチング条件によりW膜をエッチングして第1の導電層の端部をテーパー形状とする。第1のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は200.39nm/min、TaNに対するエッチング速度は80.32nm/minであり、TaNに対するWの選択比は約2.5である。また、この第1のエッチング条件によって、Wのテーパー角は、約26°となる。
【0119】
この後、図5(B)に示すようにレジストからなるマスク610〜613を除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約15秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。
【0120】
第2のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は58.97nm/min、TaNに対するエッチング速度は66.43nm/minである。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【0121】
上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15〜45°とすればよい。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層615〜618(第1の導電層615a〜618aと第2の導電層615b〜618b)を形成する。620はゲート絶縁膜であり、第1の形状の導電層615〜618で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0122】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行い、半導体層にn型を付与する不純物元素を添加する(図5(B))。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとして行う。本実施例ではドーズ量を1.5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を80keVとして行う。
【0123】
n型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合、導電層615〜618がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に高濃度不純物領域621〜624が形成される。高濃度不純物領域621〜624には1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。
【0124】
次いで、図5(C)に示すようにレジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング処理を行う。第2のエッチング処理では第3及び第4のエッチング条件で行う。ここでは、第3のエッチング条件として、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約60秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第3のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。
【0125】
第3のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は58.97nm/min、TaNに対するエッチング速度は66.43nm/minである。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【0126】
この後、図5(C)に示すようにレジストからなるマスク610〜613を除去せずに第4のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を20/20/20(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して、約20秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
【0127】
第4のエッチング処理でのTaNに対するエッチング速度は14.83nm/minである。従って、W膜が選択的にエッチングされる。この第4のエッチング処理により第2の導電層626〜629(第1の導電層626a〜629aと第2の導電層626b〜629b)を形成する。
【0128】
次いで、図6(A)に示すように第2のドーピング処理を行う。ドーピングは第2の導電層626b〜629bを不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層におけるテーパー部下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。本実施例では、不純物元素としてP(リン)を用い、ドーズ量1.5×1014、電流密度0.5μA、加速電圧90keVにてプラズマドーピングを行う。
【0129】
こうして、第1の導電層と重なる低濃度不純物領域631a〜634a、第1の導電層と重ならない低濃度不純物領域631b〜634bを自己整合的に形成する。なお、この低濃度不純物領域631〜634へ添加されるリン(P)の濃度は、1×1017〜5×1018atoms/cm3である。また、高濃度不純物領域621〜624にも不純物元素が添加され、高濃度不純物領域635〜638を形成する。
【0130】
次いで、図6(B)に示すようにレジスト(639、640)からなるマスクを形成して第3のドーピング処理を行う。この第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に前記一導電型(n型)とは逆の導電型(p型)を付与する不純物元素が添加された不純物領域641、642を形成する。第1の導電層627a、および第2の導電層627bを不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。
【0131】
本実施例では、不純物領域641、642はジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で形成する。第1のドーピング処理及び第2のドーピング処理によって、不純物領域641、642にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもp型を付与する不純物元素の濃度が2×1020〜2×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【0132】
次いで、レジストからなるマスク639、640を除去して図6(C)に示すように第1の層間絶縁膜643を形成する。本実施例では、第1の層間絶縁膜643として、珪素及び窒素を含む第1の絶縁膜643aと珪素及び酸素を含む第2の絶縁膜643bとの積層膜を形成する。
【0133】
まず、珪素を含む第1の絶縁膜643aとしては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、第1の絶縁膜643aは上述した膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0134】
次いで、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜550℃で行えばよく、本実施例では550℃、4時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。
【0135】
なお、本実施例では、上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触媒として使用したニッケルが高濃度のリンを含む不純物領域(635、637、638)にゲッタリングされ、主にチャネル形成領域となる半導体層中のニッケル濃度が低減される。このようにして作製したチャネル形成領域を有するTFTはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を達成することができる。
【0136】
また、第1の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するために層間絶縁膜(シリコンを主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【0137】
その他、活性化処理を行った後でドーピング処理を行い、第1の層間絶縁膜を形成させても良い。
【0138】
さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、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。本実施例では水素を約100%含む窒素雰囲気中で410℃、1時間の熱処理を行った。この工程は第1の層間絶縁膜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。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。
【0139】
また、活性化処理としてレーザーアニール法を用いる場合には、上記水素化を行った後、エキシマレーザーやYAGレーザー等のレーザー光を照射することが望ましい。
【0140】
次いで、第1の絶縁膜643a上に第2の絶縁膜643bとして、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを1〜2μmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚1.2μmの酸化珪素膜を形成する。勿論、第2の絶縁膜643bは上述した膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0141】
以上により、第1の絶縁膜643aと第2の絶縁膜643bからなる第1の層間絶縁膜643を形成することができる。
【0142】
次いで、各不純物領域635、636、637、638に達するコンタクトホールを形成するためのパターニングを行う。
【0143】
なお、第1の絶縁膜643a及び第2の絶縁膜643bはいずれもプラズマCVD法により形成された珪素を含む絶縁膜であることから、コンタクトホールの形成には、ドライエッチング法、またはウエットエッチング法を用いることができるが、本実施例では、第1の絶縁膜にウエットエッチング法を用い、第2の絶縁膜にドライエッチング法を用いることによりエッチングを行う。
【0144】
はじめに、第2の絶縁膜643bのエッチングを行う。ここでは、フッ化水素アンモニウム(NH4HF2)を7.13%とフッ化アンモニウム(NH4F)を15.4%含む混合溶液(ステラケミファ社製、商品名LAL500)をエッチャントとし、20℃においてウエットエッチングを行う。
【0145】
次に第1の絶縁膜643bのエッチングを行う。この時、エッチングガス用にCHF3を用い、ガスの流量比を35(sccm)とし、7.3Paの圧力で電極に800WのRF電力を投入することによりドライエッチングを行う。
【0146】
そして、各高濃度不純物領域635、636、637、638とそれぞれ電気的に接続する配線645〜652を形成する。本実施例では、Alを用い、500nmの膜厚に成膜した後、これをパターニングして形成するが、Ti、TiN、Al:Si等からなる単層膜の他、Ti、TiN、Al:Si、及びTiを順次積層して形成される積層膜を用いることもできる。
【0147】
さらに、配線652と接するように陰極となる導電体653を形成する。なお、ここでは、陰極材料として、Mg:Agを用い、110nmの膜厚に成膜した後、パターニングすることにより形成する。
【0148】
次に絶縁膜654を導電体653上に1μmの厚さに形成する(図7(B))。なお、本実施例においては、絶縁膜を形成する材料として酸化珪素からなる膜を用いているが、場合によっては、窒化珪素および酸化窒化珪素といった珪素を含む絶縁膜の他、ポリイミド、ポリアミド、アクリル(感光性アクリルを含む)、BCB(ベンゾシクロブテン)といった有機樹脂膜を用いることもできる。
【0149】
次に、絶縁体654および導電体653をCMP法により研磨する。なお、ここでは、スラリーとして、アンモニア水溶液中にシリカを分散させることにより形成されたものを用いる。なお、その他のCMP法による処理については、図1により説明しているので省略する。これにより、図7(C)に示すように陰極655および平坦化絶縁膜656が形成され、これらによる平面が形成される。
【0150】
次に、図8(A)に示すように陰極655上に有機化合物層657を蒸着法により形成する。なお、ここで形成される有機化合物層657を形成する材料としては、実施の形態に示したものを組み合わせて用いることができる。
【0151】
次に、図8(B)に示すように有機化合物層657及び平坦化絶縁層656を覆って、陽極658を形成する。なお、ここでは、陽材料としてITOを用いて形成する。なお、仕事関数の大きい透明性の導電膜であれば、公知の他の材料を用いて陽極658を形成することもできる。
【0152】
こうして図8(B)に示すように、電流制御用TFT704に電気的に接続された陰極655と、陰極655と隣の画素が有する陰極(図示せず)との隙間に形成された平坦化絶縁層656と、陰極655上に形成された有機化合物層657と、有機化合物層657及び平坦化絶縁層656上に形成された陽極658からなる発光素子659を有する素子基板を形成することができる。
【0153】
なお、本実施例における発光装置の作製工程においては、回路の構成および工程の関係上、ゲート電極を形成している材料を用いてソース信号線を形成し、ソース、ドレイン電極を形成している配線材料を用いてゲート信号線を形成しているが、それぞれ異なる材料を用いることは可能である。
【0154】
また、nチャネル型TFT701及びpチャネル型TFT702を有する駆動回路705と、スイッチング用TFT703、電流制御用TFT704とを有する画素部706を同一基板上に形成することができる。
【0155】
駆動回路705のnチャネル型TFT701はチャネル形成領域501、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層626aと重なる低濃度不純物領域631(GOLD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域635を有している。pチャネル型TFT702にはチャネル形成領域502、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域641および642を有している。
【0156】
画素部706のスイッチング用TFT703にはチャネル形成領域503、ゲート電極を形成する第1の導電層628aと重なる低濃度不純物領域633a(LDD領域)、第1の導電層628aと重ならない低濃度不純物領域633b(LDD領域)及びソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域637を有している。
【0157】
画素部706の電流制御用TFT704にはチャネル形成領域504、ゲート電極を形成する第1の導電層629aと重なる低濃度不純物領域634a(LDD領域)、第1の導電層628aと重ならない低濃度不純物領域634b(LDD領域)及びソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域638を有している。
【0158】
なお、本実施例において、TFTの駆動電圧は、1.2〜10Vであり、好ましくは、2.5〜5.5Vである。
【0159】
また、画素部の表示が動作しているとき(動画表示の場合)には、発光素子が発光している画素により背景の表示を行い、発光素子が非発光となる画素により文字表示を行えばよいが、画素部の動画表示がある一定期間以上静止している場合(本明細書中では、スタンバイ時と呼ぶ)には、電力を節約するために表示方法が切り替わる(反転する)ようにしておくと良い。具体的には、発光素子が発光している画素により文字を表示し(文字表示ともいう)、発光素子が非発光となる画素により背景を表示(背景表示ともいう)するようにする。
【0160】
ここで、本実施例において説明した発光装置の画素部の詳細な上面構造を図10(A)に示し、回路図を図10(B)に示す。図10(A)及び図10(B)は共通の符号を用いるので互いに参照すればよい。
【0161】
図11において、基板上に設けられたスイッチング用TFT1000は図8のスイッチング用(nチャネル型)TFT703を用いて形成される。従って、構造の説明はスイッチング用(nチャネル型)TFT703の説明を参照すれば良い。また、1002で示される配線は、スイッチング用TFT1000のゲート電極1001(1001a、1001b)を電気的に接続するゲート配線である。
【0162】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【0163】
また、スイッチング用TFT1000のソースはソース配線1103に接続され、ドレインはドレイン配線1004に接続される。また、ドレイン配線1004は電流制御用TFT1005のゲート電極1006に電気的に接続される。なお、電流制御用TFT1005は図8の電流制御用(nチャネル型)TFT704を用いて形成される。従って、構造の説明は電流制御用(nチャネル型)TFT704の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0164】
また、電流制御用TFT1005のソースは電流供給線1007に電気的に接続され、ドレインはドレイン配線1008に電気的に接続される。また、ドレイン配線1008は点線で示される陰極1009に電気的に接続される。
【0165】
また、1010で示される配線は、消去用TFT1011のゲート電極1012と電気的に接続するゲート配線である。なお、消去用TFT1011のソースは、電流供給線1007に電気的に接続され、ドレインはドレイン配線1004に電気的に接続される。
【0166】
なお、消去用TFT1011は図8の電流制御用(nチャネル型)TFT704と同様にして形成される。従って、構造の説明は電流制御用(nチャネル型)TFT704の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0167】
また、1013で示される領域には保持容量(コンデンサ)が形成される。コンデンサ1013は、電流供給線1007と電気的に接続された半導体膜1014、ゲート絶縁膜と同一層の絶縁膜(図示せず)及びゲート電極1106との間で形成される。また、ゲート電極1006、第1層間絶縁膜と同一の層(図示せず)及び電流供給線1007で形成される容量も保持容量として用いることが可能である。
【0168】
なお、図10(B)の回路図で示す発光素子1015は、陰極1009と、陰極1009上に形成される有機化合物層(図示せず)と有機化合物層上に形成される陽極(図示せず)からなる。本発明において、陰極1009は、電流制御用TFT1005のソース領域またはドレイン領域と接続している。
【0169】
発光素子1015の陽極には対向電位が与えられている。また電流供給線Vは電源電位が与えられている。そして対向電位と電源電位の電位差は、電源電位が陰極に与えられたときに発光素子が発光する程度の電位差に常に保たれている。電源電位と対向電位は、本発明の発光装置に、外付けのIC等により設けられた電源によって与えられる。なお対向電位を与える電源を、本明細書では特に対向電源1016と呼ぶ。
【0170】
(実施例3)
本実施例では、発光装置の画素部の構造について実施例1で示したのとは異なる構造を有する場合について図9を用いて説明する。
【0171】
図9(A)は、駆動回路と画素部を有する発光装置において、画素907がマトリクス状に形成されている画素部の様子を示す上面図である。
【0172】
なお、画素907間の隙間には、駆動回路と電気的に接続されたソース線905及び電流供給線906が形成されている。なお、本実施例においては、ソース線905と電流供給線906との間には導電性材料により形成された補助電極908が形成されている。
【0173】
図9(A)に示す各画素907には、第1の電極909が形成されており、本実施例では、発光素子の陽極となる遮光性の導電膜により形成されている。具体的には、陽極からのホールの注入性を向上させるためには、仕事関数の大きい材料であることが望ましく、第1の電極909を形成する材料として白金(Pt)、クロム(Cr)、タングステン(W)もしくはニッケル(Ni)などの金属材料を用いることができる。
【0174】
図9(B)は、図9(A)の上面図をP−P’で切断した際の断面図を示すが、図9(A)まで形成されたものを発光装置として完成させた状態を示すものである。各画素907に形成される第1の電極909上には、有機化合物層910が形成されている。なお、ここで形成される有機化合物層910は、第1の電極909を完全に覆うように形成されている。
【0175】
次に、有機化合物層910上には、第2の電極911が形成される。なお、本実施例では、発光素子の陰極となる透光性の導電膜により形成されている。具体的には、陰極からの電子の注入性を向上させるために仕事関数の小さい材料であることが望ましく、アルカリ金属やアルカリ土類金属に属する材料を単体で用いたり、その他の材料と積層したり、その他の材料とで形成される合金を用いることができる。なお、本実施例において、第2の電極911は、アルカリ金属であるセシウム(Cs)と導電性を有するアルミニウムもしくは銀を積層することにより形成することができる。
【0176】
なお、本実施例において、第2の電極911は発光素子において生じた光を透過させる電極であることから、透光性を有する必要がある。そのため、有機化合物層910と接して形成されるセシウム膜を2nmの膜厚で形成し、その上に積層されるアルミニウム膜又は銀膜は、20nmの膜厚で形成する。
【0177】
このように極薄膜からなる第2の電極911を形成することにより、光の透過性を有する電極を形成することができる。
【0178】
なお、ここで形成される第2の電極911は、第1の電極909と同時に形成された補助電極908と接して形成されることから、第2の電極の膜抵抗を下げることができる。
【0179】
以上により、第2の電極の透過率を確保するために第2の電極を極薄膜で形成した場合にも、その膜抵抗を抑えることができるので、駆動電圧を抑えることができる。
【0180】
なお、本実施例の構成は、実施の形態1又は2で示したその他の素子構造の場合においても自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0181】
(実施例4)
本実施例では、本発明のアクティブマトリクス型発光装置の外観図について図11を用いて説明する。なお、図11(A)は、発光装置を示す上面図、図11(B)は図11(A)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された1101はソース信号線駆動回路、1102は画素部、1103はゲート信号線駆動回路である。また、1104はカバー材、1105はシール剤であり、シール剤1105で囲まれた内側は、空間になっている。
【0182】
なお、1108はソース信号線駆動回路1101及びゲート信号線駆動回路1103に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)1109からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
【0183】
次に、断面構造について図11(B)を用いて説明する。基板1110上には駆動回路及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路としてソース信号線駆動回路1101と画素部1102が示されている。
【0184】
なお、ソース信号線駆動回路1101はnチャネル型TFT1113とpチャネル型TFT1114とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路を形成するTFTは、公知のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。
【0185】
また、画素部1102は電流制御用TFT1111とそのドレインに電気的に接続された陽極1112を含む複数の画素により形成される。
【0186】
また、陽極1112の両端には絶縁層1113が形成され、陽極1112上には有機化合物層1114が形成される。さらに、有機化合物層1114上には陰極1117が形成される。これにより、陽極1112、有機化合物層1114、及び陰極1117からなる発光素子1118が形成される。
【0187】
陰極1117は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線1108を経由してFPC1109に電気的に接続されている。
【0188】
また、基板1110上に形成された発光素子1118を封止するためにシール剤1105によりカバー材1104を貼り合わせる。なお、カバー材1104と発光素子1018との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。そして、シール剤1105の内側の空間1107には窒素等の不活性気体が充填されている。なお、シール剤1105としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール剤1105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。さらに、空間1107の内部に吸湿効果をもつ物質や酸素を吸着し、酸化を防止する効果をもつ物質を含有させても良い。
【0189】
また、本実施例ではカバー材1104を構成す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、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。また、シール剤1105を用いてカバー材1104を接着した後、さらに側面(露呈面)を覆うようにシール剤で封止することも可能である。
【0190】
以上のようにして発光素子を空間1107に封入することにより、発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素といった有機化合物層の劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。
【0191】
なお、本実施例の構成は、実施例1〜実施例3のいずれの構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0192】
(実施例5)
実施例1〜実施例4において、トップゲート型TFTを有するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、本発明はTFT構造に限定されるものではないので、図12に示すようにボトムゲート型TFT(代表的には逆スタガ型TFT)を用いて実施しても構わない。また、逆スタガ型TFTは如何なる手段で形成されたものでも良い。
【0193】
なお、図12(A)は、ボトムゲート型TFTを用いた発光装置の上面図である。ただし、封止基板による封止は、まだ行われていない。ソース側駆動回路1201、ゲート側駆動回路1202及び画素部1203が形成されている。また、図12(A)において、x−x’で発光装置を切ったときの画素部1203における領域a1204の断面図を図12(B)に示す。
【0194】
図12(B)では、画素部1203に形成されるTFTのうち電流制御用TFTについてのみ示している。1211は基板であり、1212は下地となる絶縁膜(以下、下地膜という)である。基板1211としては透光性基板、代表的にはガラス基板、石英基板、ガラスセラミックス基板、又は結晶化ガラス基板を用いることができる。但し、作製プロセス中の最高処理温度に耐えるものでなくてはならない。
【0195】
また、下地膜1212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1212としては、珪素(シリコン)を含む絶縁膜を用いれば良い。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:x、yは任意の整数、で示される)など珪素に対して酸素若しくは窒素を所定の割合で含ませた絶縁膜を指す。
【0196】
1213は電流制御用TFTであり、nチャネル型TFTで形成されている。なお、本実施例において、発光素子1222の陰極1223は電流制御用TFT1213と接続されているためnチャネル型TFTで形成されるのが望ましいがこれに限られることはなくpチャネル型TFTで形成しても良い。
【0197】
電流制御用TFT1213は、ソース領域1214、ドレイン領域1215及びチャネル形成領域1216を含む活性層と、ゲート絶縁膜1217と、ゲート電極1218と、層間絶縁膜1219と、ソース配線1220並びにドレイン配線1221を有して形成される。
【0198】
また、スイッチング用TFTのドレイン領域は電流制御用TFT1213のゲート電極1218に接続されている。図示してはいないが、具体的には電流制御用TFT1213のゲート電極1218はスイッチング用TFT(図示せず)のドレイン領域とドレイン配線を介して電気的に接続されている。なお、ゲート電極1218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。また、電流制御用TFT1213のソース配線1220は電流供給線(図示せず)に接続される。
【0199】
電流制御用TFT1213は発光素子1222に注入される電流量を制御するための素子であり、比較的多くの電流が流れる。そのため、チャネル幅(W)はスイッチング用TFTのチャネル幅よりも大きく設計することが好ましい。また、電流制御用TFT1213に過剰な電流が流れないように、チャネル長(L)は長めに設計することが好ましい。望ましくは一画素あたり0.5〜2μA(好ましくは1〜1.5μA)となるようにする。
【0200】
また、電流制御用TFT1213の活性層(特にチャネル形成領域)の膜厚を厚くする(好ましくは50〜100nm、さらに好ましくは60〜80nm)ことによって、TFTの劣化を抑えてもよい。
【0201】
そして、電流制御用TFT1213の形成後、層間絶縁膜1219が形成され、電流制御用TFT1213と電気的に接続された陰極1223が形成される。なお、本実施例においては、電流制御用TFT1213と陰極1223を電気的に接続する配線及び陽極1223は同じ材料で同時に形成される。また、陰極1223を形成する材料としては、仕事関数の小さい導電性材料を用いることが好ましい。なお、本実施例では、陰極1223にはMg:Agを用いて形成する。
【0202】
陰極1223上には、陰極1223を完全に覆うように有機化合物層1226が形成され、その上には陽極1228が形成される。陽極1228の材料としては、透光性を有する透明導電膜を用いる。なお、本実施例では、ITOを110nmの膜厚で成膜し、陽極1228を形成する。なお、ここでは、図示しないが有機化合物層1226と陽極1228との間にバリア層を設けることもできる。なお、バリア層を形成する材料としては、実施例1に示したものを用いればよい。
【0203】
以上により、逆スタガ型のTFTを有する発光装置を形成することができる。なお、本実施例により作製した発光装置は、図12(B)の矢印の方向(上面)に光を出射させることができる。
【0204】
逆スタガ型TFTは工程数がトップゲート型TFTよりも少なくし易い構造であるため、本発明の課題である製造コストの低減には非常に有利である。
【0205】
なお、本実施例の構成は、逆スタガ型TFTを有し、発光素子の陽極側から光を出射させる上面出射型の発光装置について示したが、本実施例の逆スタガ型TFTに実施例1で開示した発光素子の陽極側から光を出射させる下面出射型や発光素子の陰極側から光を出射させる上面出射型の構成と組み合わせて実施することが可能である。
【0206】
(実施例6)
発光素子を用いた発光装置は自発光型であるため、液晶表示装置に比べ、明るい場所での視認性に優れ、視野角が広い。従って、様々な電気器具の表示部に用いることができる。
【0207】
本発明により作製した発光装置を用いた電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(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等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはデジタルビデオディスク(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。特に、斜め方向から画面を見る機会が多い携帯情報端末は、視野角の広さが重要視されるため、発光素子を有する発光装置を用いることが好ましい。それら電気器具の具体例を図14に示す。
【0208】
図14(A)は表示装置であり、筐体2001、支持台2002、表示部2003、スピーカー部2004、ビデオ入力端子2005等を含む。本発明により作製した発光装置は、表示部2003に用いることができる。発光素子を有する発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶表示装置よりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【0209】
図14(B)はデジタルスチルカメラであり、本体2101、表示部2102、受像部2103、操作キー2104、外部接続ポート2105、シャッター2106等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2102に用いることができる。
【0210】
図14(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体2201、筐体2202、表示部2203、キーボード2204、外部接続ポート2205、ポインティングマウス2206等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2203に用いることができる。
【0211】
図14(D)はモバイルコンピュータであり、本体2301、表示部2302、スイッチ2303、操作キー2304、赤外線ポート2305等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2302に用いることができる。
【0212】
図14(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体2401、筐体2402、表示部A2403、表示部B2404、記録媒体(DVD等)読み込み部2405、操作キー2406、スピーカー部2407等を含む。表示部A2403は主として画像情報を表示し、表示部B2404は主として文字情報を表示するが、本発明により作製した発光装置はこれら表示部A、B2403、2404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。
【0213】
図14(F)はゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体2501、表示部2502、アーム部2503を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2502に用いることができる。
【0214】
図14(G)はビデオカメラであり、本体2601、表示部2602、筐体2603、外部接続ポート2604、リモコン受信部2605、受像部2606、バッテリー2607、音声入力部2608、操作キー2609等を含む。本発明により作製した発光装置は表示部2602に用いることができる。
【0215】
ここで図14(H)は携帯電話であり、本体2701、筐体2702、表示部2703、音声入力部2704、音声出力部2705、操作キー2706、外部接続ポート2707、アンテナ2708等を含む。本発明により作製した発光装置は、表示部2703に用いることができる。なお、表示部2703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。
【0216】
なお、将来的に有機材料の発光輝度が高くなれば、出力した画像情報を含む光をレンズ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。
【0217】
また、上記電気器具はインターネットやCATV(ケーブルテレビ)などの電子通信回線を通じて配信された情報を表示することが多くなり、特に動画情報を表示する機会が増してきている。有機材料の応答速度は非常に高いため、発光装置は動画表示に好ましい。
【0218】
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好ましい。従って、携帯情報端末、特に携帯電話や音響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好ましい。
【0219】
以上の様に、本発明の作製方法を用いて作製された発光装置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〜実施例5を実施することにより作製された発光装置をその表示部に用いることができる。
【0220】
【発明の効果】
本発明を実施することにより、発光素子が有する第1の電極の端部を絶縁層で覆うことができるので、発光素子に電圧を印加した際に第1の電極の端部から有機化合物層へ電界集中が起こり、それに伴って生じる有機化合物層の劣化を防ぐことができる。また、本発明で形成される絶縁層は、第1の電極との段差が生じないように形成されるので、第1の電極上に形成される有機化合物層の成膜不良を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成を説明する図。
【図2】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図3】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図4】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図5】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図6】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図7】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図8】 本発明の発光装置の作製工程を説明する図。
【図9】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図10】 発光装置の画素部の上面図。
【図11】 本発明の発光装置の素子構造を説明する図。
【図12】 逆スタガ型TFTの構造を説明する図。
【図13】 発光素子の透過率についての測定結果を示す図。
【図14】 電気器具の一例を示す図。

Claims (4)

  1. 基板上に薄膜トランジスタを形成し、
    前記薄膜トランジスタを覆って絶縁層を形成し、
    前記絶縁層に前記トランジスタの一導電性を付与する不純物領域に達するコンタクトホールを形成し、
    前記コンタクトホールを介して前記不純物領域に電気的に接続された配線を前記絶縁層上に形成し、
    前記絶縁層上に前記配線と電気的に接続された導電体を形成し、
    前記導電体を覆って絶縁膜を形成し、
    前記導電体及び前記絶縁膜をCMP法により研磨して第1の電極及び平坦化絶縁層を形成し、
    前記第1の電極と接して有機化合物層を形成し、
    前記有機化合物層と接して第2の電極を形成する発光装置の作製方法であって、
    前記CMP法により形成された前記第1の電極及び前記平坦化絶縁層が同一平面を形成することを特徴とする発光装置の作製方法。
  2. 基板上に薄膜トランジスタを形成し、
    前記薄膜トランジスタを覆って絶縁層を形成し、
    前記絶縁層に前記トランジスタの一導電性を付与する不純物領域に達するコンタクトホールを形成し、
    前記コンタクトホールを介して前記不純物領域に電気的に接続された配線を前記絶縁層上に形成し、
    前記絶縁層上に前記配線と電気的に接続された導電体を形成し、
    前記導電体を覆って絶縁膜を形成し、
    前記導電体及び前記絶縁膜をCMP法により研磨して第1の電極及び平坦化絶縁層を形成し、
    前記第1の電極と接して有機化合物層を形成し、
    前記有機化合物層と接して第2の電極を形成する発光装置の作製方法であって、
    前記有機化合物層は、前記第1の電極を完全に覆うように形成されることを特徴とする発光装置の作製方法。
  3. 基板上に薄膜トランジスタを形成し、
    前記薄膜トランジスタを覆って絶縁層を形成し、
    前記絶縁層に前記トランジスタの一導電性を付与する不純物領域に達するコンタクトホールを形成し、
    前記コンタクトホールを介して前記不純物領域に電気的に接続された配線を前記絶縁層上に形成し、
    前記絶縁層上に前記配線と電気的に接続された導電体を形成し、
    前記導電体を覆って絶縁膜を形成し、
    前記導電体及び前記絶縁膜をCMP法により研磨して第1の電極及び平坦化絶縁層を形成し、
    前記第1の電極と接して有機化合物層を形成し、
    前記有機化合物層と接して第2の電極を形成する発光装置の作製方法であって、
    前記有機化合物層は、前記第1の電極及び前記平坦化絶縁層と接して形成されることを特徴とする発光装置の作製方法。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、前記CMP法による研磨により形成された前記第1の電極及び前記平坦化絶縁層は、50〜500nmの膜厚を有することを特徴とする発光装置の作製方法。
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