TWI327448B - Method of fabricating an organic electroluminescent device and system of dispaying images - Google Patents

Description

1327448 六、發明說明. 【發明所屬之技術領域】 木 本發明係有關於一種電激發光元件之製造方 特別有關於一種薄膜電晶體之製造方法。 【先前技術】 s 一般而言，薄膜電晶體主要包括非晶石夕薄嫉電B曰體 與多晶石夕薄膜電晶體。習知電激發光元件’員示器 (electroluminescent device display)之陣列基板 $ 以區分 為發光區與電路區’而陣列基板的製造方法主要包括· 形成薄膜電晶體（thin film transistor; TFT)、形成畫素電 極、以及形成有機發光二極體。其中’薄膜電晶體的製 程通常包括下列步驟：在基板之整個表面上形成緩衝 層、多晶矽層、閘極絕緣層、閘極、層間介電層。在薄 膜電晶體完成之後，接著形成晝素電極，且此畫素電極 與薄膜電晶體呈電性連接。之後，再於發光區上形成透 明陽極、有機發光層、以及反射式陰極，而完成電激發 光元件的製作。通常，多晶矽薄膜電晶體製程中包含一 準分子雷射退火（excimer laser anneal; ELA)步驟’以 將緩衝層上之非晶石夕層轉化為多晶石夕層，而形成多晶石夕 薄膜電晶體。 然而，由於準分子雷射退火（excimer laser anneal; ELA )步驟所製作出之薄膜電晶體（例如，用於驅動之 薄膜電晶體（driving TFT ))具有很大的電子移動率 0773-A31972DTWF 4 1327448 (mobility)變異性，因此會導致每一個子晝素之發光亮 度皆不一致，而產生顏色不均（Mura)的缺陷。 因此業界亟需一種可以解決上述問題的電激發光元 件。 【發明内容】 有鑑於上述問題，本發明幾個較佳實施例係藉由增 加保護膜（protection film)的方式，以改善薄膜電晶體 間電性差異過大的問題。而且，藉由增加保護膜的方式， 可以使用較小的通道長度（channel length)而提高開口 率〇 本發明一較佳實施例係提供一種有機電激發光元件 的製造方法，包括：提供—基板，該基板包括一第一元 件區域與-第二元件區域；形成—非晶⑪層於該基板上 方，形成保護膜於該第二元件區域内之部份該非晶石夕 層上方，對該非晶矽層進行一準分子雷射退火製程以 將該非晶梦層轉化為—多晶梦層；移除該保護膜；以及 圖案化該多晶矽層’以在該第一元件區域形成一第一圖 案化多晶梦層，及在該第二元件區域形成—第二圖案化 多晶石夕層’其中該第—圖案化多晶石夕層之晶粒尺寸大於 4第圖案化夕日日石夕層，藉此形成一有機電激發光元件。

本發明另一較佳實施例係提供一種有機電激發光元 件的製造方法’包括··提供—基板，該基板包括一第一 兀件區域與一第二元件區域；形成一第一、第二圖案化 〇773*A31972DTWF 5 1327448 非^層於1¾第―、第二元件區域上方 4 於該第二圖案化# ^成一保護膜 案化非晶二晶=上方; -、第二圖宰化二Γ:子雷射退火製程’以將該第 晶石夕層，其中'4:::轉化為一第一、第二圖案化多 第二圖案化多日郝 多晶㈣之晶粒尺寸大於該 本發明又二’二猎此形成一有機電激發光元件。 件的製造方* ^ ”政供種有機電激發光元 元件區域鱼一第：#提供一基板，該基板包括-第-第二元件區域上方兀：】域：形成一圖案化保護膜於該 化保蠖膜上方.： 矽層於該基板與該圖案 程，以將心曰U 準分子雷射退火製 多曰石夕：；Γ 化為一多晶石夕層；以及圖案化該 ίΓΙ在=該第一元Λ區域形成一第-圖案化多晶 声曰Α ι —兀件區域形成—第二圖案化多晶矽 層，其中該第一圖牵化y 圖宰化多…Γ 晶粒尺寸大於該第二 圖案化夕曰曰矽層’藉此形成一有機電激發光元件。 電曰本發明較佳實施例之方法可以改善薄膜 間電性差異過大的問題、提高開口率，並且不會 增加製程之複雜度。 【實施方式】 f 1 ®絲示-主動轉式有機電激發光元件中一 ^之等效電路圖。值得注意的是，在說明書内所指 的母-個“晝素，，包括一個開關薄膜電晶體“witchingthin

0773-A31972DTWF 6 1327448 film transistor)與驅動薄膜電晶體（driving thin film transistor ) 如第1圖所示，在一包括複數個晝素之晝素區域（未 顯示）内，一晝素100包含開關薄膜電晶體102、驅動薄 膜電晶體104、有機發光二極體106、資料線108、掃描 線110以及儲存電容112。有機發光二極體106更包含陽 極電極、電激發光層與陰極（未顯示）。值得注意的是， 開關薄膜電晶體102與驅動薄膜電晶體104係形成於同 鲁一晝素内。 第1實施例 第2a〜2f圖係繪示本發明一較佳實施例中有機電激 發光元件之製造方法的剖面圖。 如第2a圖所示，在包括第一元件區域（例如，開關 薄膜電晶體（switching thin film transistor )區域 I)與第 鲁 二元件區域（例如，驅動薄膜電晶體（driving thin film 廿ansistoi·)區域II)之基板200上依序形成一緩衝層202、 一非晶矽層204與一保護膜206。其中，保護膜206係形 成於第二元件區域Π内之部份非晶矽層204上方；且保 護膜206包括以矽為基材之材料，例如是氧化矽（Si〇x)、 氮化矽（SiNx)、氮氧化矽（Si0xNy)、或氧化矽與氮 化矽的疊層結構。 如第2b圖所示，對非晶矽層204進行一準分子雷射 退火製程208，以將該非晶矽層轉化為一多晶矽層

0773-A31972DTWF 7 1327448 2〇4a，204b );但是，在準分子雷射退火製程2〇8中， 因為保 206可以反射部分雷射能量的緣故，所 致部分多晶矽層204a與部分多晶矽層2〇仆具有不同結 晶效果。也就是說，由於未被保護膜2〇6覆蓋之部分多 晶矽層2_直接受到完整的準分子雷射能量照射的緣 故所以具有較大尺寸的晶粒（grain )，而其電子遷移 率大約為lOOcmW-s。另一方面，由於保護膜2〇6反射 部分雷射能量的緣故，因而下方之多晶矽層2〇4a的晶粒 尺寸較小，但是晶粒均一性（unif〇rmity)卻増加，而其 電子遷移率大約小於1 〇〇cm2/v_s。 一 如第2c圖所示’移除保護膜2〇6。接著，如第 圖所示，圖案化多晶矽層（2〇4a，204b)，而形成位於 開關薄膜電晶體區域I内之第一主動層204，b與位於驅動 薄膜電晶體區域Π内之第二主動層2〇4a。 如第2e圖所示，形成一閘極介電層21〇，以覆蓋第 一主動層204’b與第二主動層204a等圖案化多晶矽層以 及緩衝層202。 接著，如第2f圖所示，依序進行後續製程，以形成 閘極（212，214)、層間介電層216、導線218、覆蓋層 220、及透明電極（晝素電極）224，由於此部分並非本 發明重點，在此省略說明。最後，完成一有機電激發光 元件2000 ’包括開關薄膜電晶體與驅動薄膜電晶體。上 述開關薄膜電晶體包括閘極212、閘極介電層210與第一 主動層204’b;另外’上述驅動薄膜電晶體包括閘極214、

0773-A31972DTWT 1327448 閉極介電層210與第二主動層2〇4a。其中，第一主動層 2〇4，b包括通道區204’。、輕摻雜没極（iigMy 論） 204 d、源/>及極204 e，第二主動層2〇4a包括通道區綱c 與源/汲極204d。 第2實施例 第3a〜3f圖係繪示本發明另一較佳實施例中有機電 激發光元件之製造方法的剖面圖。 如第3a圖所示’在包括開關薄膜電晶體（switching thin film transistor)區域 I 與驅動薄膜電晶體（driving thin film transistor)區域II之基板300上依序形成一緩衝層 302與一非晶矽層304。 如第3b圖所示，將非晶矽層304圖案化，以形成位 於開關薄膜電晶體區域I之圖案化非晶矽層304b以及位 於驅動薄膜電晶體區域II之圖案化非晶矽層304a。 如第3c圖所示，形成一覆蓋圖案化非晶矽層304a 以及部分緩衝層302表面之保護膜306。上述保護膜306 包括以>5夕為基材之材料，例如是氧化石夕（siOx )、氮化 矽（SiNx)、氮氧化矽（siOxNy)、或氧化矽與氮化矽 的疊層結構。 如第3d圖所示，進行一準分子雷射退火製程308， 以將圖案化非晶矽層304a與304b轉化為多晶矽層304c 與304d。其中，位於開關薄膜電晶體區域I内之多晶矽 層304d作為後續形成之開關薄膜電晶體的第一主動層， 0773-A31972DTWF 9 2於驅動薄膜電晶體區内之多晶矽層304c則作為 後續形成之驅動薄膜電晶體的第二主動層。但是，在準 分子雷射退火製程遍中，因為保護膜遍可以反射部 分雷射能量的緣故，所以導致多晶 304e與多晶石夕層 3〇^1具有不同結晶效果。換句話說，由於未被保護膜_ 覆蓋之多晶矽層304b直接受到完整的準分子雷射能量照 射的緣故，所以具有較大尺寸的日3日粒（grain)，而其電 子遷移率大約為100cm2/V_s。另一方面’由於保護膜3〇6 f射部分雷射能量的緣故，因而下方之多晶矽層鳥的 日曰粒尺寸較小，但是晶粒均一性（仙if〇rmity)卻增加， 而其電子遷移率大約小於1〇〇cm2/v_s。 如第3e圖所示’形成一閘極介電層3〇9，以覆蓋第 一主動層與第二主動層等圖案化多晶矽層以及緩衝層 302。 接者，如第3f圖所示，依序進行後續製程，以形成 閘極（310，312)、層間介電層314、導線316 '覆蓋層 318、及透明電極（晝素電極）322，由於此部分並非本 發明重點，在此省略說明。最後，完成一有機電激發光 元件3000，包括開關薄膜電晶體與驅動薄膜電晶體。上 述開關薄膜電晶體包括閘極31 〇、閘極介電層309與第一 主動層’另外，上述驅動薄膜電晶體包括閘極312、閘極 "電層309與第二主動層。其中，第一主動層包括通道 區 304 a、輕摻雜没極（lightly doped drain) 304，b、源/ 沒極304’c;第二主動層包括通道區3〇4，d與源/汲極

0773-A31972DTWF 10 1327448 3044 ° 第3實施例 第4a〜4g圖係繪示本發明又一較佳實施例中有機電 激發光元件之製造方法的剖面圖。 如第4a圖所示，在包括開關薄膜電晶體（switching thin film transistor)區域 I 與驅動薄膜電晶體（driving thin film transistor )區域II之基板400上形成一圖案化保護 • 膜402。上述圖案化保護膜位於驅動薄膜電晶體區域II 内。上述圖案化保護膜402之材料包括氧化矽（SiOx)、 氮化矽（SiNx)、氮氧化矽（SiOxNy)、或其疊層結構。 如第4b圖所示，形成一緩衝層404於圖案化保護膜 402與基板400上方。接著，形成一非晶矽層406於緩衝 層404上方，如第4c圖所示。 如第4d圖所示，對非晶矽層406進行一準分子雷射 退火製程408，以將非晶矽層406轉化為一多晶矽層 • ( 406a，406b)。 如第4e圖所示，將多晶矽層（406a，406b )圖案化， 而形成圖案化多晶矽層406’a與406b。其中，位於開關 薄膜電晶體區域I内之多晶矽層406’a作為後續形成之開 關薄膜電晶體的第一主動層，而位於驅動薄膜電晶體區 域II内之多晶矽層406b則作為後續形成之驅動薄膜電晶 體的第二主動層。但是，在準分子雷射退火製程408中， 因為圖案化保護膜402可以反射部分雷射能量的緣故， 0773-A31972DTWF 11 1327448 所以導致圖案化多晶矽層406，a與406b具有不同結晶效 果。換句話說，由於圖案化多晶矽層4〇6，a直接受到準分 子雷射能量照射的緣故，所以具有較大尺寸的晶Z (grain)，而其電子遷移率大約為1〇〇cm2/V s。另一方 面，由於圖案化保護膜402吸收部分雷射能量的緣故， 因而上方之圖案化多晶矽層406’a的晶粒尺寸較小，但是 晶粒均一性（uniformity)卻增加，而其電子遷移率大約 小於 100cm2/V-s。 如第4f圖所示，形成一閘極介電層41〇，以覆蓋第 一主動層與第二主動層等圖案化多晶矽層以及緩衝層 402。 接著，如第4g圖所示’依序進行後續製程，以形成 閘極（412，414)、層間介電層416、導線418、覆蓋層 420、及透明電極（畫素電極）424 ’由於此部分並非本 發明重點’在此省略說明。最後，完成一有機電激發光 元件4000，包括開關薄膜電晶體與驅動薄膜電晶體。上 述開關涛膜電晶體包括閘極412、閘極介電層41〇與第一 主動層；另外’上述驅動薄膜電晶體包括閘極414、閘極 介電層410與第二主動層。其中，第一主動層包括通道 區 406’d、輕摻雜没極（lightly doped drain) 406，b、源/ 没極406’c，第二主動層包括通道區4〇6c與源/彡及極4〇6d。 第4實施例 第5a〜5g圖係繪示本發明又一較佳實施例中有機電 0773-A31972DTWF 12 1327448 激發光元件之製造方法的剖面圖。 如第5a圖所示，在包括開關薄膜電晶體（switching thin film transistor )區域 I 與驅動薄膜電晶體（driving thin film transistor )區域II之基板500上形成一圖案化保護 膜502。上述圖案化保護膜位於驅動薄膜電晶體區域II 内。上述圖案化保護膜5 02包括任何金屬材料。 如第5b圖所示，形成一缓衝層504於圖案化保護膜 502與基板500上方。接著，形成一非晶矽層506於緩衝 層504上方，如第5c圖所示。 如第5d圖所示，對非晶矽層506進行一準分子雷射 退火製程508，以將非晶矽層506轉化為一多晶矽層 ( 506a，506b)。 如第5e圖所示，將多晶石夕層（506a，506b)圖案化， 而形成圖案化多晶矽層506’a與506b。其中，位於開關 薄膜電晶體區域I内之多晶矽層506’a作為後續形成之開 關薄膜電晶體的第一主動層，而位於驅動薄膜電晶體區 域II内之多晶矽層506b則作為後續形成之驅動薄膜電晶 體的第二主動層。但是，在準分子雷射退火製程508中， 因為圖案化保護膜502散熱較其他部分快的緣故，所以 導致圖案化多晶矽層506’a與506b具有不同結晶效果。 換句話說，由於圖案化多晶矽層506’a直接受到完整的準 分子雷射能量照射的緣故，所以具有較大尺寸的晶粒 (grain )，而其電子遷移率大約為100cm2/V-s。另一方 面，圖案化保護膜502上方之圖案化多晶矽層506’a的晶 0773-A31972DTWF 13 1327448 粒尺寸較小，但是晶粒均—性（unif〇rmity)卻增加，而 其電子遷移率大約小於100cm2/V_s。 如第5f圖所示，形成—閘極介電層51〇，以覆蓋第 一主動層與第二主動層等圖案化多晶矽層以及緩衝層 502。 接著，如第5g圖所示，依序進行後續製程，以形成 閘極（512，514)、層間介電層516、導線518、覆蓋層 520、及透明電極（晝素電極）524，由於此部分並非本 發明重點，在此省略說明。最後，完成一有機電激發光 疋件5000，包括開關薄膜電晶體與驅動薄膜電晶體。上 述開關薄膜電晶體包括閘極512、閘極介電層51〇與第一 主動層；另外，上述驅動薄膜電晶體包括閘極514、閘極 介電層510與第二主動層。其中，第一主動層包括通道 區 506 d、輕掺雜汲極（lightly d〇ped drain) 5〇6，b、源/ 汲極506’c;第二主動層包括通道區5〇6c與源/汲極5〇6d。 /第6圖係!會示本發明一較佳實施财用於顯示影像 之系統。在此，此系統為可以是顯示面板62〇、平面面 板元件640或電子元件600。上述有機電激發光元件可 以裝配於顯示面板而作成有機電激發光二極體面板。如 第6圖所不，顯不面板620包含有機電激發光元件61〇, 例如第2f 3f與4g A別所示之有機電激發光元件 2_、3_與4_。在其它實施例中，平面面板元件 640可由顯示面板620與控制器63〇所構成。在1它實施 例中’顯示面板620纟可以構成眾多電子元件的一部份 0773-A31972DTWF 14 1327448 (例如，在此為電子元件600)。一般而言，電子元件600 可以包含平面面板元件640，而平面面板元件640具有顯 示面板620、控制器630與輸入元件650。而且，輸入元 件650係與平面面板元件640耦接，且提供輪入訊號（例 如，影像訊號）至顯示面板620以產生影像。電子元件600 可以是行動電話、數位相機、個人數位助理（personal digital assistant; PDA)、筆記型電腦、桌上型電腦、電視、 車上顯示器或可攜式DVD播放機。 • 綜上所述，本發明幾個較佳實施例藉由一準分子雷 射退火（excimer laser anneal; ELA)步驟，在缓衝層上 或下、或在閘極絕緣層上增加額外的保護膜或金屬膜， 造成用於開關之薄膜電晶體（switching TFT )與用於驅 動之薄膜電晶體（driving ΊΤΤ )具有不同的結晶效果。 結果’具有上述不同的結晶效果之薄膜電晶體的主動矩 陣型有機電激發光元件則會有較均勻之驅動電流，而避 免產生顏色不均（Mura)的缺陷。 【圖式簡單說明】 第1圖係繪示一主動矩陣式有機電激發光元件中一 個畫素之等效電路圖。 第2a〜2f圖係繪示本發明一較佳實施例中有機電激 發光元件之製造方法的剖面圖。 第3a〜3f圖係繪示本發明另一較佳實施例中有機電 激發光元件之製造方法的剖面圖。 0773-A31972DTWF 15 1327448 第4a〜4g圖係繪示本發明又一較佳實施例中有機電 激發光元件之製造方法的剖面圖。 第5a〜5g圖係繪示本發明又一較佳實施例中有機電 激發光元件之製造方法的剖面圖。 第6圖係繪示本發明一較佳實施例中用於顯示影像 之系統。 【主要元件符號說明】 I〜開關薄膜電晶體區域； II〜驅動薄膜電晶體區域， 100〜畫素； 102〜開關薄膜電晶體； 104〜驅動薄膜電晶體； 106〜有機發光二極體； 108〜資料線； 110〜掃描線； 112〜儲存電容； 200〜基板； 202〜緩衝層； 204〜非晶石夕層； 204a〜多晶石夕層； 204b〜多晶石夕層； 204c〜通道區； 204d〜源/汲極； 204’b〜第一主動層； 204’c〜通道區； 204’d〜輕掺雜汲極； 204’e〜源/汲極； 206〜保護膜； 208〜準分子雷射退火製程 9 210〜閘極介電層； 212〜閘極； 214〜閘極； 216〜層間介電層； 218〜導線； 220〜保護層； 224〜透明電極； 300〜基板； 0773-A31972DTWF 16 1327448 302〜 缓衝層； 304a， -圖案化非晶矽層； 304c〜多晶發層； 304，a 〜通道區； 3045c 〜源/汲極； 304?e 〜源/汲極； 308〜 準分子雷射退火製程 309〜 閘極介電層； 312〜 閘極； 316〜 導線； 322〜 透明電極； 402〜 圖案化保護膜； 406〜非晶石夕層； 406c° -通道區； 406’b〜輕摻雜汲極； 406’d〜通道區； 406d〜源/汲極；

304〜非晶碎層； 304b〜圖案化非晶矽層； 304d〜多晶石夕層； 304’b〜輕掺雜汲極； 304’d〜通道區； 306〜保護膜； > 310〜閘極； 314〜層間介電層； 318〜保護層； 400〜基板； 4 04〜緩衝層； 406a〜多晶梦層； 406’a〜圖案化多晶矽層 406’c〜源/汲極； 406b〜圖案化多晶矽層； 408〜 準分子雷射退火製程 > 410〜 閘極介電層； 412〜 閘極； 414〜 閘極； 416〜 層間介電層； 418〜 導線； 420〜保護層； 424〜 透明電極； 500〜 基板； 502〜 圖案化保護膜； 504〜 緩衝層； 506〜非晶矽層； 506a。 -多晶梦層； 0773-A31972DTWF 17 1327448 506c〜通道區； 506’a、506b〜圖案化多晶 石夕層； 506’b〜輕掺雜汲極； 506?〇 〜源/汲極； 506’d〜通道區； 506b- 、圖案化多晶矽層； 506d〜源/汲極； 508〜準分子雷射退火製程 5 510〜閘極介電層； 512〜 閘極； 514〜閘極； 516〜 層間介電層； 518〜導線； 520〜 保護層； 524〜透明電極； 600〜電子元件； 610〜有機電激發光元件； 620〜顯示面板； 630〜控制器； 640〜平面面板元件； 650〜輸入元件， 2000〜有機電激發光元件； 4000〜有機電激發光元件。 3000 〜 省機電激發光元件 0773-A31972DTWF 18

Claims (1)

1327448 七、申請專利範圍： 1. 一種有機電激發光元件的製造方法，包括： 提供一基板，該基板包括一含有複數個晝素之晝素區 域，其中每一畫素内包括一第一元件區域與一第二元件區 域； 形成一圖案化保護膜於該第二元件區域上方； 形成一非晶矽層於該基板與該圖案化保護膜上方； 對該非晶矽層進行一準分子雷射退火製程以將該非 • 晶矽層轉化為一多晶矽層；以及 圖案化該多晶矽層，以在該第一元件區域形成一第一 圖案化多晶矽層，及在該第二元件區域形成一第二圖案化 多晶矽層，其中該第一圖案化多晶矽層之晶粒尺寸大於該 第二圖案化多晶矽層，藉此形成一有機電激發光元件。 2. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件的 製造方法，其中該圖案化保護膜係包括金屬材料。 3. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件的 • 製造方法，其中在該準分子雷射退火製程中，該圖案化保 護膜有較高的熱傳係數。 4. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件的 製造方法，更包括： 在該圖案化該多晶矽層之步驟後，形成一閘極介電 層，以覆蓋該圖案化多晶矽層與該基板。 5. 如申請專利範圍第1項所述之有機電激發光元件的 製造方法，其中該第一、第二圖案化多晶矽層分別為一位 0773-A31972DTW7 19

—兀科"區 於該第一元件區域内之一第一 域内之一第二主動層。 m利範圍第丨項所述之有機 第一元件區域内形成-開關薄膜電晶體 7二 域内形成一驅動薄膜電晶體元件。 製造範圍第6項所述之有機電激發光元件的 機發光二極體係與該驅 一有機發光二極體，其中該有 動薄膜電晶體元件形成電性連接。 8. —種影像顯示系統，包括： 一有機電激發光元件，包括： 上方具有4素區之-基板，其中該畫素區包括複數 個次晝素，且每一個次晝素包括： 一開關區以及一驅動區； 一開關薄膜電晶體，置於該開關區；以及 一驅動薄膜電晶體，置於該驅動區，且至少包括一閘 極、位於該閘極下方之—多晶傾、與位於該多晶石夕層下 方之-圖案化保護膜’其中該圖案化保護膜係為一金屬層 且介於該多晶石夕層與該基板之間。 9.如申請專利範圍第8項所述之影像顯示系統，更包 括一顯示面板，其中該有機電激發光元件形成該顯示面板 的一部份。 10.如申請專利範圍第9項所述之影像顯示系統，更包 括一電子元件，其中該電子元件包括： 0773-A31972DTWF 20 1327448 該顯不面板，以及 一耦接至該顯示面板之輸入單元，且該輸入單元用以 提供一輸入訊號至該顯示面板，因而該顯示面板顯示影像。 11.如申請專利範圍第10項所述之影像顯示系統，其 中該電子元件係為一行動電話、數位相機、個人數位助理、 筆記型電腦、桌上型電腦、電視、車上顯示器或可攜式數 位多功能光碟播放機。

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