JP5399298B2 - 有機電界発光表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機電界発光表示装置及びその製造方法に係り、金属触媒を利用した多結晶シリコン層を製造する方法を用いて、容量が増加されたキャパシタを具備する有機電界発光表示装置及びその製造方法に関する。
一般的に、多結晶シリコン層は、高い電界効果移動度と高速動作回路に適用が可能であってＣＭＯＳ回路構成が可能であるという長所があって薄膜トランジスタ用半導体層の用途で多く用いられている。このような多結晶シリコン層を利用した薄膜トランジスタは主に能動マトリックス液晶ディスプレイ装置（ＡＭＬＣＤ）の能動素子と有機電界発光素子（ＯＬＥＤ）のスイッチング素子及び駆動素子に用いられる。
前記非晶質シリコンを多結晶シリコンに結晶化する方法は、固相結晶化法（Solid Phase Crystallization）、エキシマレーザ結晶化法（Excimer Laser Crystallization）、金属誘導結晶化法（Metal Induced Crystallization）及び金属誘導側面結晶化法（Metal Induced Lateral Crystallization）等があるが、固相結晶化法は非晶質シリコン層を薄膜トランジスタが用いられるディスプレイ素子の基板を形成する物質であるガラスの変形温度である約７００℃以下の温度で数時間ないし数十時間にかけてアニーリングする方法であって、エキシマレーザ結晶化法はエキシマレーザを非晶質シリコン層に走査して非常に短時間の間局部的に高い温度で加熱して結晶化する方法であり、金属誘導結晶化法はニッケル、パラジウム、金、アルミニウム等の金属を非晶質シリコン層と接触させたり注入して前記金属により非晶質シリコン層が多結晶シリコン層に相変化が誘導される現象を利用する方法であって、金属誘導側面結晶化法は金属とシリコンが反応して生成されたシリサイドが側面に続けて伝播されながら順に非晶質シリコン層の結晶化を誘導する方法を利用する結晶化方法である。
しかし、前記の固相結晶化法は、工程時間があまり長いだけでなく高温で長時間熱処理することによって基板の変形が生じやすいという短所があって、エキシマレーザ結晶化法は高価のレーザ装置が必要であるだけでなく多結晶化された表面の突起（protrusion）が発生して半導体層とゲート絶縁膜の界面特性が悪いという短所がある。
現在、金属を利用して非晶質シリコン層を結晶化する方法は、固相結晶化（Solid Phase Crystallization）より低い温度で迅速な時間内に結晶化させることができる長所を有しているため多く研究されている。金属を利用した結晶化方法は、金属誘導結晶化（ＭＩＣ、Metal Induced Crystallization）方法と金属誘導側面結晶化（ＭＩＬＣ、Metal Induced Lateral Crystallization）方法、ＳＧＳ結晶化（Super Grain Silicon Crystallization）方法等がある。
一方、有機電界発光素子において、薄膜トランジスタを形成しながら用いられるゲート電極、ソース／ドレイン電極等を利用して下部電極を形成してキャパシタを形成しており、前記キャパシタの容量が大きい場合有機電界発光素子の作動がさらに有利である。
それゆえ前記キャパシタの容量を増大させる研究が要求される。
本発明は、有機電界発光表示装置及びその製造方法に係り、簡単な過程でキャパシタの表面積を増大させて容量が増加した有機電界発光表示装置及びその製造方法を提供しようとする。
本発明は、有機電界発光表示装置及びその製造方法に係り、薄膜トランジスタ領域及びキャパシタ領域を含む基板と；前記基板上に位置するバッファー層と；前記バッファー層上に位置し、前記薄膜トランジスタ領域に位置する金属触媒を利用して結晶化した半導体層パターンと；前記半導体層パターンを含む前記基板上に位置するゲート絶縁膜と；前記ゲート絶縁膜上に位置し、前記半導体層パターンの一定領域に対応される領域に位置するゲート電極及びキャパシタ領域に位置するキャパシタ下部電極と；前記ゲート電極及びキャパシタ下部電極を含む前記基板上に位置する層間絶縁膜と；前記層間絶縁膜上に位置し、前記半導体層パターンと一部が連結されるソース／ドレイン電極及び前記キャパシタ下部電極に対応されるキャパシタ上部電極と；前記層間絶縁膜上に位置し、前記ソース／ドレイン電極と電気的に連結される第１電極と；前記第１電極上に位置する発光層を含む有機膜層；及び前記有機膜層上に位置する第２電極を含み、前記キャパシタ領域に対応して位置する前記バッファー層の一定領域、前記ゲート絶縁膜の一定領域、前記層間絶縁膜の一定領域、前記キャパシタ下部電極、及び前記キャパシタ上部電極の表面には前記半導体層パターンを形成する結晶粒の結晶粒界及びシードの形状と一致する形状の突出部が形成されたことを特徴とする有機電界発光表示装置及びその製造方法を提供する。
本発明は、金属触媒を利用して非晶質シリコン層を結晶化して多結晶シリコン層で構成された半導体層を形成しながら、結晶化時シリコン層に残っていた残留金属がバッファー層上部に金属シリサイド状で集まっていて発生する突出部の影響で表面積が増大して容量が増大したキャパシタを具備する有機電界発光表示装置を提供することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、この技術分野で通常的である知識を有する者に本発明が十分に理解されるように提供することであって、さまざまな形態で変形されることができ、本発明の範囲が次に記述される実施形態に限られるのではない。
図１Ａないし図１Ｇは、本発明による有機電界発光表示装置に対する図面である。
図１Ａを参照すると、薄膜トランジスタ領域（ａ）及びキャパシタ領域（ｂ）を含む基板１００を準備して、前記基板１００上にバッファー層１１０を形成する。前記基板１００は、ガラスまたはプラスチック等で形成することができて、前記バッファー層１１０は化学的気相蒸着（Chemical Vapor Deposition）法または物理的気相蒸着（Physical Vapor Deposition）法を利用してシリコン酸化膜、シリコン窒化膜のような絶縁膜を利用して単層またはこれらの積層構造で形成する。この時前記バッファー層１１０は前記基板１００で発生する水分または不純物の拡散を防止したり、結晶化時の熱の伝達速度を調節することによって、非晶質シリコン層の結晶化が十分に行われることができるようにする役割をする。
そうしてから、図１Ｂを参照すると、前記バッファー層１１０上に非晶質シリコン層１２０ａを形成する。そうしてから前記非晶質シリコン層１２０ａを形成する。その後に前記非晶質シリコン層１２０ａ上に拡散層１２３と金属触媒層１２５を形成する。
この時前記非晶質シリコン層１２０ａは、化学的気相蒸着法（Chemical Vapor Deposition）または物理的気相蒸着法（Physical Vapor Deposition）を利用することができる。また、前記非晶質シリコン層１２０ａを形成する時、または、形成した後に脱水素処理して水素の濃度を低める工程を行なうことができる。そして、前記拡散層１２３は以後の工程で形成される金属触媒が熱処理工程を介して拡散することができるシリコン窒化膜で形成することが好ましくて、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の複層を用いることができる。前記拡散層１２３は化学的気相蒸着法または物理的気相蒸着法等のような方法で形成する。この時、前記拡散層１２３の厚さは１ないし２０００Åに形成する。前記拡散層１２３の厚さが１Å未満になる場合には前記拡散層１２３が拡散する金属触媒の量を阻止しにくく、２０００Åを超える場合には前記非晶質シリコン層１２０ａに拡散する金属触媒の量が少なくて多結晶シリコン層で結晶化しにくい。
また、前記拡散層１２３上に金属触媒を蒸着して金属触媒層１２５を形成する。この時、前記金属触媒はＮｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｔｒ、及びＣｄで構成される群から選択されるいずれか一つを用いることができるが、好ましくはニッケル（Ｎｉ）を利用する。この時、前記金属触媒層１２５は前記拡散層１２３上に１０１１ないし１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度で形成するが、前記金属触媒が１０１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度より少なく形成された場合には結晶化の核であるシードの量が少なくて前記非晶質シリコン層がＳＧＳ法による多結晶シリコン層で結晶化しにくく、前記金属触媒が１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の面密度より多く形成された場合には非晶質シリコン層に拡散する金属触媒の量が多くて多結晶シリコン層の結晶粒が小さくなって、また、残留する金属触媒の量が多くなるようになって前記多結晶シリコン層をパターニングして形成される半導体層の特性が低下するようになる。
前記のように、バッファー層１１０、非晶質シリコン層１２０ａ、拡散層１２３及び金属触媒層１２５が形成された前記基板１００を熱処理１５０して前記金属触媒層１２５の金属触媒のうち一部を前記非晶質シリコン層１２０ａの表面に移動させる。すなわち、前記熱処理により前記拡散層１２３を通過して拡散する金属触媒のうち微量の金属触媒だけが前記非晶質シリコン層１２０ａの表面に拡散するようになって、大部分の金属触媒は前記非晶質シリコン層１２０ａに到達することもできなかったり前記拡散層１２３を通過できなくなる。
したがって、前記拡散層１２３の拡散阻止能力により前記非晶質シリコン層１２０ａの表面に到達する金属触媒の量が決定されるが、前記拡散層１２３の拡散阻止能力は前記拡散層１２３の厚さと密接な関係がある。すなわち、前記拡散層１２３の厚さが厚くなるほど拡散する量は少なくなるようになって結晶粒の大きさが大きくなるようになって、厚さが薄くなるほど拡散する量は多くなるようになって結晶粒の大きさは小さくなるようになる。
この時、前記熱処理工程は２００ないし９００℃、好ましくは３５０ないし５００℃の温度範囲で数秒ないし数時間の間行なって前記金属触媒を拡散させるようになるが、前記温度と時間で行なう場合に過度な熱処理工程による基板の変形等を防止することができ、製造費用及び収率の面でも好ましい。前記熱処理１５０工程は炉（furnace）工程、ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）工程、ＵＶ工程またはレーザ（Laser）工程のうちいずれか一つの工程を利用することができる。
前記のように非晶質シリコン層１２０ａを結晶化して多結晶シリコン層で形成した後、前記拡散層１２３及び金属触媒層１２５除去する。
図１Ｃを参照すると、多結晶シリコン層で結晶化した非晶質シリコン層１２０ａをパターニングして半導体層パターン１２０を形成する。この時前記半導体層はドライエッチングしてパターニングするようにする。
前記のようにドライエッチングにより半導体層をパターニングする場合、エッチングされた部分のバッファー層表面には前記金属触媒により結晶化された多結晶シリコン層の金属シリサイドが集まっている結晶粒境界（grain boundary）及びシード（seed）領域が十分に除去されなくて突出部（Ａ）の形態で残っているようになる。
それゆえ前記バッファー層１１０上に残存する突出部（Ａ）は非晶質シリコン層が多結晶シリコン層で結晶されながら形成される結晶粒界の形状と同一に形成されて、前記多結晶シリコン層で構成された半導体層パターン１２０の結晶粒大きさが大きければバッファー層上に突出部が少なくなって、結晶粒大きさが小さければ突出部が増加する。
図２は、金属触媒で結晶化された多結晶シリコン層が除去された後バッファー層の表面を撮影した写真である。
図２を参照すると、バッファー層上に０ないし６４０Å以下の突出部を確認することができ、突出部の段差はシリコン層の結晶化条件、厚さ等によって差がある。
図１Ｄを参照して、前記のように半導体層パターン１２０を形成した基板１００上に基板全面にかけてゲート絶縁膜１３０を形成する。
そうしてから、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム−ネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）のようなアルミニウム合金の単一層や、クロム（Ｃｒ）またはモリブデン（Ｍｏ）合金上にアルミニウム合金が積層された多重層をゲート電極用金属層（図示せず）を形成して、フォトエッチング工程で前記ゲート電極用金属層をエッチングして薄膜トランジスタ領域（ａ）上に前記半導体層パターン１２０に対応されるゲート電極１４０及び前記キャパシタ領域（ｂ）上にキャパシタ下部電極１４５を形成する。そして、前記ゲート絶縁膜１３０はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはこれらの二重層であることができ、下部バッファー層の突出部（Ａ）によりゲート絶縁膜１３０及びキャパシタ下部電極１４５にも突出部（Ａ）が同一形態で形成される。
それゆえキャパシタ下部電極１４５は突出部が形成されることによって、表面積が増大され、表面積増大で以後キャパシタ形成時容量を増大させることができるものである。
図１Ｅを参照すると、前記のようにゲート電極１４０及びキャパシタ下部電極１４５が形成された基板１００全面にかけて層間絶縁膜１５０を形成する。そうしてから、ソース／ドレイン電極用金属層（図示せず）を全面にかけて形成した後パターニングして、前記薄膜トランジスタ領域（ａ）に位置して前記半導体層１２０と一部が連結されるソース／ドレイン電極１６０ａ、１６０ｂ及び前記キャパシタ領域（ｂ）に位置して前記キャパシタ下部電極１４５に対応されるキャパシタ上部電極１６３を形成する。
この時、前記層間絶縁膜１５０はシリコン窒化膜、シリコン酸化膜またはこれらの多重層であることもある。そして、前記ソース／ドレイン電極１６０ａ、１６０ｂ及びキャパシタ上部電極１６３はモリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−ネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン合金（Ｍｏ alloy）、アルミニウム合金（Ａｌ alloy）、及び銅合金（Ｃｕ alloy）の中から選択されるいずれか一つで形成されることができる。
そうしてから、図１Ｆを参照すると、基板全面にかけて保護膜１７０を形成した後、前記保護膜１７０上に前記薄膜トランジスタ領域（ａ）のソース／ドレイン電極１６０ａ、１６０ｂと連結する第１電極１８０を形成する。
前記第１電極１８０は、アノードまたはカソードで形成することができる。前記第１電極１８０がアノードである場合、前記アノードはＩＴＯ、ＩＺＯまたはＩＴＺＯのうちからいずれか一つで構成された透明導電膜で形成することができ、カソードである場合前記カソードはＭｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｂａまたはこれらの合金を用いて形成することができる。
図１Ｇを参照すると、前記第１電極１８０上部に前記第１電極１８０の表面一部を露出させる開口部を有する画素定義膜１８５を形成して、前記露出した第１電極１８０上に発光層を含む有機膜層１９０を形成する。前記有機膜層１９０には正孔注入層、正孔輸送層、正孔抑制層、電子抑制層、電子注入層及び電子輸送層で構成される群から選択される一つまたは複数の層をさらに含むことができる。続いて、前記有機膜層１９０上に第２電極１９５を形成する。これで本発明の一実施形態による有機電界発光表示装置を完成する。
本発明ではＳＧＳ法により結晶化した多結晶シリコン層を例に挙げて説明したが、前記非晶質シリコン層を結晶化する方法において、金属触媒を利用して結晶化するＭＩＬＣ及びＭＩＣの方法の使用も可能である。
Claims (15)
- 薄膜トランジスタ領域及びキャパシタ領域を含む基板を形成して、
前記基板上に位置するバッファー層を形成して、
前記バッファー層上に非晶質シリコン層を形成して、
前記非晶質シリコン層上に拡散層を形成して、
前記拡散層上に金属触媒層を形成して、
前記基板を熱処理して多結晶シリコン層で結晶化して、
前記金属触媒層および拡散層を除去して、
前記金属触媒層および拡散層を除去する前に結晶化した前記多結晶シリコン層を直接パターニングして前記薄膜トランジスタ領域上に位置する半導体層パターンを形成して、
前記半導体層パターンを含む前記基板上にゲート絶縁膜を形成して、
前記ゲート絶縁膜上に位置し、前記半導体層パターンの一定領域に対応される領域に位置するゲート電極及びキャパシタ領域に位置するキャパシタ下部電極を形成して、
前記ゲート電極及びキャパシタ下部電極を含む前記基板上に位置する層間絶縁膜を形成して、
前記層間絶縁膜上に位置し、前記半導体層パターンと一部が連結されるソース／ドレイン電極及び前記下部電極に対応するキャパシタ上部電極を形成して、
前記層間絶縁膜上に位置し、前記半導体層のソース／ドレイン領域と電気的に連結される第１電極を形成して、
前記第１電極上に位置する発光層を含む有機膜層を形成して、
前記有機膜層上に位置する第２電極を形成することを特徴とする請求項に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。 - 前記バッファー層は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜で形成することを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
- 前記ゲート電極と前記下部電極は、同じ物質で形成することを特徴とする請求項１または２記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
- 前記半導体層は、ドライエッチングでパターニングすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
- 前記キャパシタ下部電極は、前記ゲート電極と同時にパターニングして形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
- 前記キャパシタ上部電極は、前記ソース／ドレイン電極と同時にパターニングして形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
- 薄膜トランジスタ領域及びキャパシタ領域を含む基板と；
前記基板上に位置するバッファー層と；
前記バッファー層上に位置し、前記薄膜トランジスタ領域に位置する金属触媒を利用して結晶化した半導体層パターンと；
前記半導体層パターンを含む前記基板上に位置するゲート絶縁膜と；
前記ゲート絶縁膜上に位置し、前記半導体層パターンの一定領域に対応される領域に位置するゲート電極及びキャパシタ領域に位置するキャパシタ下部電極と；
前記ゲート電極及びキャパシタ下部電極を含む前記基板上に位置する層間絶縁膜と；
前記層間絶縁膜上に位置し、前記半導体層パターンと一部が連結されるソース／ドレイン電極及び前記キャパシタ下部電極に対応されるキャパシタ上部電極と；
前記層間絶縁膜上に位置し、前記ソース／ドレイン電極と電気的に連結される第１電極と；
前記第１電極上に位置する発光層を含む有機膜層；及び
前記有機膜層上に位置する第２電極を含み、
前記キャパシタ領域に対応して位置する前記バッファー層の一定領域、前記ゲート絶縁膜の一定領域、前記層間絶縁膜の一定領域、前記キャパシタ下部電極、及び前記キャパシタ上部電極の表面には前記半導体層パターンを形成する結晶粒の結晶粒界及びシードの形状と一致する形状の突出部が形成され、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法により製造された、有機電界発光表示装置。 - 前記ゲート電極は、アルミニウム（Ａｌ）単一層、アルミニウム（Ａｌ）−合金単一層、クロム（Ｃｒ）合金−アルミニウム（Ａｌ）合金の多重層またはモリブデン（Ｍｏ）合金−アルミニウム（Ａｌ）合金の多重層のうちいずれか一つで構成されたことを特徴とする請求項７に記載の有機電界発光表示装置。
- 前記キャパシタ下部電極は、前記ゲート電極と同じ物質からなったことを特徴とする請求項７または８に記載の有機電界発光表示装置。
- 前記バッファー層の半導体下部領域を除いた領域に突出部が存在することを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の有機電界発光表示装置。
- 前記バッファー層は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜またはその積層構造で構成されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の有機電界発光表示装置。
- 前記突出部には金属シリサイドが集まっていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の有機電界発光表示装置。
- 前記キャパシタ上部電極は、前記ソース／ドレイン電極と同じ物質からなったことを特徴とする請求項７〜１２のいずれか一項に記載の有機電界発光表示装置。
- 前記キャパシタ上部電極は、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデンタングステン（ＭｏＷ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−ネオジム（Ａｌ−Ｎｄ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン合金（Ｍｏ ａｌｌｏｙ）、アルミニウム合金（Ａｌ ａｌｌｏｙ）、及び銅合金（Ｃｕ ａｌｌｏｙ）の中から選択されるいずれか一つであることを特徴とする請求項７〜１３のいずれか一項に記載の有機電界発光表示装置。
- 前記半導体層の結晶粒大きさが小さいほど前記バッファー層の突出部がさらに多いことを特徴とする請求項７〜１４のいずれか一項に記載の有機電界発光表示装置。
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