TWI290006B - A method for fabricating LTPS-OLED - Google Patents

Description

1290006 A7 B7 五、發明説明（I ) 【發明領域】 本發明係關於一種有機電激發光裝置之製法，尤指一 種適用於低溫多晶矽之有機電激發光裝置之製法。 【本發明之背景】 ί δίΐ顯示器是最重要的人機界面，隨著科技文明的進步， 人類對資訊顯示器的要求也相對的提昇。平面顯示器（FPD)因 為具有輕薄短小之優點，逐漸取代陰極射線管，漸漸成為顯示 器之主流。但是隨著資訊科技的蓬勃發展，伴隨更高的解析與 身訊顯示容量的需求，傳統非晶石夕薄膜電晶體驅動液晶顯示器 (a-Si TFT LCD)的效能已不敷需求，於是業界開始發展具 有更優異元件性能的低溫多晶矽主動驅動技術（LTps TFTs) ’以因應FPD市場之需求。而有機電激發光裝置因為具 有重量輕’高對比、應答速度高、耗電低及亮度高等優點，近 年來成為備受注目之新世代平面顯示器。然而，有機電激發光 元件由於其技術較新、發展相較於其他顯示器晚，量產技術尚 未完全成熟，故目前多只有實驗室之樣品，特別是低溫多晶矽 主動驅動有機電激發光裝置在商品化過程及大量生產過程，還 有許多障礙有待克服。 一般之低溫多晶矽薄膜電晶體主動驅動（LTPS-TFT)技 術也是利用薄膜沉積、黃光微影、蝕刻製程步驟製造薄膜電晶 體與圖素電極。然而特別的是，低溫多晶矽薄膜電晶體需要一 個使非晶石夕結晶化的技術，例如雷射回火製程（ excimer laser annealing)。低溫多晶矽薄膜電晶體通常是在雷射回火製程 1紙?長尺度適用中_家標17cns) A4規格（21Gx297 -------------裝---------訂--------^線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 1290006 A7 B7 五、發明説明（> ) (excimer laser annealing)之後，沿習對多晶矽進行離子植 佈，在元件適當的部位例如源極（source)、沒極（drain)、 輕摻雜汲極（lightly doped drain (LDD))及通道（channel) 等部位植入雜質，再送入高溫製程如爐管或快速熱回火（rapid thermal annealing)以將雜質活化，並使被佈植製程破壞後的 表面回復為多晶矽結構。 目前，針對離子佈植製程而言，為避免多晶矽原子因其規 則週期排列中所暴露出的通道，被離子長驅直入通過而直達底 層元件，造成缺陷使元件失效，以產生好的離子佈植效果。在 習知的技術有使多晶矽基板採用一5〜12傾角，以減少通道暴露 的機率之離子植佈；或是藉由在多晶矽表面先成長異層材料如 氧化物或非晶矽，利用其表面異層材料所產生的散射效果來減 離子植佈時在多晶石夕層内的通道效應，但是以上這些方法卻 相對的增加製程複雜性、降低製程效率。 再者，最適的量產製程不外乎就是盡量減少thermal budget的製程需求，以同時減少製程處理的時間。但是製造 低溫多晶矽薄膜電晶體主動驅動（LTPS-TFT)面板時，由於 離^入需在元件不同的部位進行，因此對—般CM〇S製程就 至夕《有6〜1〇道的離子植佈；而每一道的離子植佈後都需要一 汔費時'肖耗熱預算（thermal budget)的雜質活化之回火製 程，換言之對一般傳統之CMOS製程，也同時有6〜1〇道的雜質 ，化之回火製程。這對產能與製程效率是量產技術上的最大瓶 T< 、亟鴻要一個能合乎元件需求的高效率製程技術，以提 升產能。 度適用Α4 規格（應2597 公釐)------- ·裝---------訂--------^線— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各欄} 1290006 A7 B7 五、發明説明（々） '~一-一 發明人妥因於此，本於積極發明之精神，亟思一種可 決上述問題之「低溫多晶石夕有機電激發光裝置之製法」 研究實驗終至完成此項嘉惠世人之發明。 【本發明之概述】 本發明之-目的係在提供一種低溫多晶梦有機電激發 光裝置之製法，俾能減少製造低溫多晶硬有機電激發光裝 置之製私所需要之熱預算（thermal budget)，降低生產 成本，簡化製造步驟，|高量產有機電激發光裝置之效率 及良率。 本發明之又一目的係在提供一種低溫多晶矽有機電激 發光裝置之製法，俾能利用雷射回火製程來同時達成將非 晶矽轉化為結晶矽與雜質活化的加成功效，並利用預先離 子佈植在非晶矽裡的雜質，在雷射回活結晶化的過程中作 為晶種，降低結晶之活化能，促進結晶化的效率。 本發明之又一目的係在提供一種低溫多晶碎有機電激 發光裝置之製法，俾能先於長成之非晶矽膜層做各部位的 離子佈植後’再以雷射回火製程來同時達成將非晶矽轉化 為結晶矽與雜質活化的加成功效，以防止離子佈植時的通 道效應’並使預先離子佈植在非晶矽裡的雜質，在雷射回 火結晶化的過程中作為晶種，降低結晶之活化能，促進結 晶化的效率。 本發明之又一目的係在提供一種低溫多晶矽有機電激 發光裝置之製法，以應用於源極及汲極位於閘極與基板之 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） '' Φ"裝---------訂--------Φ線— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各櫚) 1290006 五、發明説明（十） 間，或是閘極位於源極及汲極與基板之間的電晶體元件結 構中。 本發明低溫多晶矽有機電激發光裝置之製造方法，包 含以下之步騾：先提供一基板；於該基板形成一非晶矽 層；於該非晶矽層以黃光製程，離子摻雜形成複數個具源 極，汲極及閘極圖樣之電晶體元件圖樣；以激態雷射 (excimer laser)回火直接照射所有該複數個具源極，汲 極及閘極圖樣之非晶碎電晶體元件圖樣；於該基板表面形 成複數條與該閘極連接之第二導電線圖樣；於該閘極層與 部分第二導電線上形成一具圖樣之絕緣層，且於該基板上 同時形成一具圖樣之複數條第一導電線與具圖樣之第一電 極，其中該第一導電線與該第二導電線間夾置有該絕緣 層，該第一導線與該源極連結，該第一電極與該汲極連 結；於該第一電極上形成至少一有機電激發光層；以及於 該有機電激發光層上形成一第二電極層；其中該第一導電 線與該第二導電線相交錯，並於交錯處不直接連接導通。 由於本發明方法新穎，能提供產業上利用，且確有增 進功效，故依法申請發明專利。 【圖式簡單説明】 第1圖係本發明低溫多晶矽有機電激發光面板功能性元件 及圖素之剖視圖。 第2圖係本發明低溫多晶矽有機電激發光面板之示意圖。 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS) A4規格（210X297公董）

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!29〇〇〇6 A7 _______B7_ 五、發明説明（匕） 金（Ag-Mg)。本發明低溫多晶矽有機電激發光面板之第二 電極（anode)可為習用之電極材質，較佳為透明電極材 質，最佳為銦錫氧化物（ITO )或鋁鋅氧化物（AZ〇)。本 發明主動驅動式有機電激發光面板該源極與該汲極較佳為 相同之材質所製成，最佳為該源極與該汲極為低溫多晶 矽。本發明主動驅動式有機電激發光面板之有機發光介質 (medium )可為習用之有機發光介質，較佳為更包含有 一電子傳輸層，電子注入層，發光層，電洞傳輸層或電洞 注入層之有機發光介質，且該電子傳輸層，該電子注入 層，該發光層，該電洞傳輸層或該電洞注入層位於該第一 電極，與該第二電極之間。本發明主動驅動式有機電激發 光面板之該第二導電線與該第一導電線間，較佳具有至少 一介質保護（passivation)層。該介質保護（passivati()n) 層可為習用之保護（passivation)層材質，較佳為該介質 保護（passivation)層為聚亞醯胺層、壓克力系樹脂層、 氟系樹脂層、環氧系樹脂層或氧化矽層。本發明主動驅動 式有機電激發光面板之該閘極，該源極及該汲極之相對高 度配置可為習用之配置，較佳為該源極及該汲極位於該問 極與該基板之間（亦即top-gate之配置）。本發明低溫多 晶碎有機電激發光面板之源極與該閘極之間較佳為具有一 絕緣層，且該汲極與該閘極之間較佳為亦具有一絕緣層。 本發明低溫多晶矽有機電激發光基板之製造方法中，於基 板上形成非晶矽之步.驟可為習用之非晶矽形成步騾，較佳 為以化學氣相沈積法於該基板上形成非晶矽。本發明低溫 __ _ 9 本紙張尺度週用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇χ297公釐) ------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 裝 -----訂-------- 1290006 A7 B7 五、發明説明（7) '~ - 多晶梦有機電激發光面板之製造方法中，源極、没極、輕 摻雜没極（LDD)及通道（channel)圖樣之形成係以習用之 步驟形成，較佳為以黃光製程，離子掺雜，離子佈植之步 驟形成，更佳為經黃光製程，離子掺雜，離子佈植之步驟 後，以激態雷射（excimer laser)對該源極，該没極，該 輕#雜没極（LDD)及該通道進行回火及活化 ^a^Uvation)。本發明主動驅動式有機電激發光面板之 製迨方法，較佳為更包含於每一具源極，汲極圖樣之元件 上形成一具圖樣之絕緣層；以及於每一絕緣層上形成具圖 樣之閘極層之步驟。 本案之低溫多晶矽有機電激發光元件顯示器較佳為具 有紅、綠及藍複數發光圖素（pixel)陣列之顯示面板，以 顯TF影像，本發明之有機電激發光元件顯示器當然也可以 因需要而為單色複數發光圖素（pixel)陣列之顯示面板。 本發明製造之低溫多晶矽有機電激發光顯示面板可應 用於任何影像、圖片、符號及文字顯示之用途或設備，較 佳為電視、電腦、印表機、螢幕、運輸載具（vehicle)之 顯示板、信號機器、通訊設備、電話、燈具、車燈、交談 式電子書、微顯示器（micr〇display)、釣魚（fishing)設 備之顯示、個人數位助理（pers〇nal digital assistant)、遊戲機（game)、飛機（airpiane)設備之 顯示及遊戲眼罩之顯示等。 為能讓貴審查委員能更瞭解本發明之技術内容，特 舉有機電激發光裝置之製法較佳具體實施例説明如下。 ____10_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 裝 訂i 1290006 A7 -----------B7___ 五、發明説明（3 ) 請參照本發明第1，2及3圖，第1圖為本發明之示意 圖。本發明低溫多晶矽有機電激發光裝置，係為一具有複 數個圖素顯不單元11〇之基板1〇〇。每一個圖素顯示單元 110具有一電晶體元件200與一顯示電極元件。該電晶體 疋件200為具有源極210，閘極230以及汲極220之薄膜電 晶體。該電晶體元件2〇〇於本較佳例中為以黃光製程，雜 質掺雜（CMOS製程所製造。其中該源極21〇以及該汲極 220為經低溫多晶矽製程，並經以以爪以雷射回火及活化 處理所形成。而該圖素之顯示電極元件，則為位於基板 100表面，且包含有至少二電極層31〇，320以及有機發 光介質層330。其中該電極層中，位於基板表面為陰極層 310，於陰極層之上為陽極層32〇。而有機發光介質層 330則夾置於該陰極層31〇與陽極層32〇之間。於本較佳 例中，該陰極層3 1 〇為鋁、鋁-鎂合金、銀、銀-銅合金 (Ag-Cu)或銀·鎂合金（Ag-Mg)，該陽極層32〇為透明鋼 錫氧化物（ιτο )電極或鋁鋅氧化物（AZ〇)。而該圖素之 顯示電極元件之陰極層31〇與該圖素之電晶體元件2〇〇之 没極220相連接，以於電流自源極2丨〇流通至汲極22〇 時，提供足夠之電流以驅動顯示電極元件之有機發光介質 層330發光。 於各圖素顯示單元110之間之面板，設置有複數條導 電線。該導電線，約略分成兩組導電線。第一組導電線為 源極導電線410，係為複數條平行之導電線，且於本較佳 例中為相互平行之直條形導電線。該每一第一組導電線係 ____ 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚)-------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 裝 -----訂--------線！ 1290006 A7 -------------- 五、發明説明（1 ) 與複數個圖素顯示單元丨1〇之電晶體元件2〇〇之源極21〇 相連接，以傳輸顯示信號；其中第一組導電線與該顯示單 元之陰極層3 10之材質相同。於本較佳例中，該第一組導 電線與陰極層3 10之材質均為鋁或鋁_鎂合金、銀-銅合金 或銀-鎂合金（Ag-Mg)。 而第二組導電線為閘極導線4 2 0。該閘極導線4 2 0為 複數條平行之導電線，且於本較佳例中為相互平行之直條 形導電線。該每一第二組導電線係與複數個圖素顯示單元 1 1 0之電晶體元件2 0 0之閘極2 3 0相連接，以傳輸信號。 本發明有機電激發光裝置之製法，係先於一基板1〇〇 上形成一非晶矽層，於本較佳例中係以化學氣相沉積法於 玻璃基板表面形成一非晶矽層。之後再以本發明之CMQS 製程於非晶矽基板上形成多晶矽薄膜電晶體元件2〇〇。 薄膜電晶體元件200係以本發明之CM〇s製程形成， 包含先重複利用濺鍍或蒸鍍，以及塗布光阻，光罩曝光， 顯;^及蝕刻等黃光製程圖樣（pattern )步騾形成閘極， 源極及汲極圖樣。之後再以黃光製程步騾，雜質摻雜或離 子佈植，形成輕摻雜汲極（LDD)圖樣。繼之以激態雷射 (eximer laser)—起回火處理所有已經形成之源極及汲極 圖樣，並同時達成將非晶矽轉化為結晶矽與雜質活化的加 成功效。如此則使預先離·子佈植在非晶矽裡的雜質，也能 在雷射回火結晶化的過程中作為晶種，降低結晶之活化 能，促進結晶化的效率。隨之沉積絕緣層材料，並以黃光 製程形成絕緣層圖樣。接著以黃光製程形成閘極與閘極導 ______12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公^------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各欄) 裝 -----訂--------φ^! 1290006 A7 ______B7___ 五、發明説明（γ) 線420(第二導電線）之圖樣。再沈積源極導電線41〇及陰 極層310材料，其中該源極導電線4 1〇及陰極層31〇材料 主成分可相同或不同，於本較佳例中，該源極導電線4 1 〇 及陰極層3 1 0材料相同。於本較佳例中該源極導電線4 1 〇 及陰極層3 1 0材料同時為館或銀，並以黃光製程形成源極 導電線4 1 0及陰極層3 1 〇之圖樣。其中該源極導電線4 1 〇 (第一導電線）與該多晶矽源極2 1 〇或汲極2 2 0連接，該 汲極2 2 0與該陰極畫素電極相連接。如此形成複數個具閘 極230，源極2 10，汲極220圖樣之電晶體元件於該基 板，並同時形成畫素電極之陰極層3 1 〇，以及該面板之源 極導電線4 10與閘極導線420於該基板。 之後於基板表面形成一黏著介面層350，並以黃光製 程形成一黏著介面層350圖樣，以於該預定之畫素電極位 置之外，保護電晶體元件2 0 0。隨之於該畫素電極陰極之 表面進行有機官能層之形成，例如於本實施例中以熱蒸鍍 方法形成電洞注入層，電洞傳輸層，有機發光介質層，電 子傳輸層以及電子注入層。並於完成有機官能層後，再以 賤鍍或蒸鍍之方式於該有機官能層最上層表面形成一陽極 電極層。該陽極電極層於本實施例中為銦錫氧化物透明電 極。最後沈積一保護層340(passivation layer)，以保護 整個有機電激發光元件。 本發明之有機電激發光裝置之製造方法，於形成薄膜 電晶體單元時，先於基板形成非晶矽薄膜，之後利用離子 佈植步騾形成源極，汲極圖樣後，再將之利用頂面雷射回 __ 13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐) - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 裝 ^1 ^1 ϋ n 攀 βΜ· MM MM· MM· a··· MM· 五、發明説明（丨丨） 射將所有之非晶矽源極，汲極圖樣轉換成多 曰曰梦源極及汲極。如此，可 的結，㈣非料本身混亂 纟防止離子佈植時的通道效應。另外，由於 及=非以層錄完各部位_子佈難，再對源極 多需要轉換之元件，一起進行雷射回火製程以 將非痛極，没極圖樣轉換成多晶梦源極及没極。因此 可以無須如傳誠溫多^CM0S基板製程—般，以離子 Ϊ入步驟完成每一不同之元件（例如源極或汲極）後，都 而要一獨互之雷射回火製程之複雜及無效率。 曰易K，利用本發明有機電激發光裝置之製法，於非 及極（例如以黃光製程及離子布植步驟）圖樣 ^僅需要以-道雷射回火製程將非晶特化為結晶 ^成多料源極’没極（例如以黃光製程及離子佈植 步驟：圖樣之形成’並同時達成雜質活化的加成功效。而 傳統《低溫多晶矽面板薄膜電晶體之製程，因為需在元件 不同的部位進仃離子植入，且每一道的離子佈植後都需要 道費時消耗熱預算（thermal budget)的雜質活化之 回火製程’同時需要有6〜10道的雜質活化之回火製程 (因為傳統之CMOS製程至少會需要有6〜1〇道的離子佈 植)乂大幅降低製程所需要之熱預算，並大幅提升產能以 、止、ΠΪ生產效率。另外，本發明之有機電激發光裝置之製 迻方法，係先於長成之非晶矽層做各部位的離子佈植後， =以雷射回火製程來同時達成將非晶㈣化為結晶梦與雜 質活化的加成功效’其可以防止離子佈植時的通遒效應， 1290006 A7 B7 五、發明説明（（V) 並使預先離子佈植在非晶矽裡的雜質，在雷射回火結晶化 的過程中作為晶種，達到降低結晶之活化能，促進結晶化 的效率。 再者，本發明之有機電激發光裝置之製造方法，將陰 極材料與低溫多晶矽面板的導電接線（BUS line)整合在 同一道製程，較之傳統之低溫多晶矽面板薄膜電晶體之製 私，可以減少在有機電激發光面板額外的一道陰極鍍膜製 程。並達降低電阻、電容延遲效應（RC delay )的效 果0 乡示上所陳’本發明無論就目的、手段及功效，在在均 顯示其迥異於習知技術之特徵，為「低溫多晶矽有機電激 發光裝置之製法」之一大突破，懇請貴審查委員明察， 早曰賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是， 上述諸多實施例僅係為了便於説明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 於上述實施例。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) 裝 -----訂--------

Claims (1)

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1 · 一種低溫多晶矽有機電激發光裝置之製法，包含以下 之步騾： 提供一基板； 於該基板形成一非晶硬層； 於該非晶矽層以黃光製程，離子摻雜形成複數個具源 極’没極及閘極圖樣之電晶體元件圖樣； 以激態雷射（excimer laser)回火直接照射所有該複 數個具源極，汲極及閘極圖樣之非晶矽電晶體元件圖 樣； 於該基板表面形成複數條與該閘極連接之第二導電線 圖樣； 於該閘極層與部分第二導電線上形成一具圖樣之絕緣 層，且於該基板上同時形成一具圖樣之複數條第一導電 線與具圖樣之第一電極，其中該第一導電線與該第二導 電線間夾置有該綠緣層，該第一導線與該源極連結，該 第一電極與該汲極連結； 於該第一電極上形成至少一有機電激發光層；以及 於該有機電激發光層上形成一第二電極層； 其中該第一導電線與該第二導電線相交錯，並於交錯 處不直接連接導通。 2·如申請專利範圍第1項所述之製法，其中形成該具源 極，汲極及閘極圖樣之電晶體元件圖樣形成後，更包 含以下之步騾： 16 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁各攔) .丨裝 -----訂-------"^線·

工29〇〇〇6 、於每一具有源極，汲極圖樣之元件上形成一具圖樣 <絕緣層；以及於每一絕緣層上形成具圖樣之閘極 •如申請專利範園第i項所述之製法，其中該非晶♦廣係 乂化學氣相沉積法或濺鍍法所形成。 4·如申請專利範圍第i項所述之製法，其中該有機電激發 光層係以熱蒸鍍法所形成。 5 ·如申請專利範園第丨項所述之製法，其中該第一電極與 謗第一導電線之主成分相同。 6·如申請專利範圍第丨項所述之製法，其中該第一電極為 鉻、鉬、鎢、銅、銀、銀_鎂合金、銀_銅合金、鋁或 錯-鎂合金（Al-Mg)。 7· $申請專利範圍第丨項所述之製法，其中該第一導線或 第二導線材質為鉻、鉬、鎢、銅、銀、銀-鎂合金、 银-鋼合金、鋁或鋁_鎂合金（A1_Mg)。 8 ·如申請專利範圍第丨項所述之製法，其中該第二電極為 透明電極。 9 ·如申請專利範圍第丨項所述之製法，其中該第二電極為 銦錫氧化物（I τ 0 )。 1 0 ·如申請專利範圍第1項所述之製法，其中該第二電極為 銘鋅氧化物（AZO )。 11·如申請專利範圍第1項所述之製法，其中於該第一電極 上形成至少一有機電激發光層前’係先於該部分第一 電極上形成具圖樣至少一黏著介面層。 ______ 17 I紙張尺度ϋϊ®家標準（CNS) A彳規格（210X297公釐) ------ ------------Li.— ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁备關) 訂-------線丨. 1290006 ns8 C8 D8 六、申請專利範圍 12. 如申請專利範圍第11項所述之製法，其中該黏著介面 層爲聚亞醯胺層、壓克力系樹脂層、氟系樹脂層、環氧 系樹脂層或氧化矽層。 13. 如申請專利範圍第1項所述之製法’其更包含於該第二 電極形成前，於該第一電極上形成一電子傳輸層，電子 注入層，電洞傳輸層或電洞注入層。 14. 如申請專利範圍第1項所述之製法，其中以離子摻雜形 成複數個具源極，汲極及閘極圖樣之電晶體元件係以離 子佈植方法完成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁各欄)