TWI427784B - 畫素結構的製造方法及有機發光元件的製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種畫素結構的製造方法及有機發光元件的製造方法。
有機發光元件是一種自發光性之元件。一般來說，主動式有機發光元件包括多個畫素結構，畫素結構包括薄膜電晶體、與薄膜電晶體電性連接的陽極、發光層以及陰極。薄膜電晶體包括閘極、源極與汲極以及通道層。
上述之薄膜電晶體所使用的通道層材質大多為非晶矽(amorphous silicon,a-Si)。一般來說，為了減少通道層與源極、或通道層與汲極間的接觸電阻，通常會在通道層上形成歐姆接觸層。然而，由於非晶矽薄膜電晶體的載子遷移率(carrier mobility)較低且信賴性(reliability)不佳。因此，目前已經有發展出一種金屬氧化物半導體薄膜電晶體(metal oxide semiconductor thin film transistor)。
一般金屬氧化物半導體薄膜電晶體之源極與汲極之材質是使用鋁或者是鉬。然而，用來蝕刻鋁或者是鉬的蝕刻液(又可稱為鋁酸)對於金屬氧化物半導體薄膜電晶體之金屬氧化物半導體通道層的蝕刻選擇比不高。因而使得金屬氧化物半導體薄膜電晶體之源極與汲極的蝕刻程序非常難以控制。
此外，一般有機發光元件的製造程序是先形成薄膜電
晶體。之後，形成第一有機層以覆蓋薄膜電晶體，再形成第二有機層以作為有機發光元件的發光層的阻隔壁。由於此種方法需兩道有機層的製作程序，因而製造成本較高。
本發明提供一種畫素結構的製造方法，其可以解決傳統金屬氧化物半導體薄膜電晶體之源極與汲極的蝕刻程序非常難以控制的問題。
本發明提供一種有機發光元件的製造方法，其可以解決傳統金屬氧化物半導體薄膜電晶體之源極與汲極的蝕刻程序非常難以控制的問題，而且可以節省製造成本。
本發明提出一種畫素結構的製造方法。此方法包括在基板上形成閘極。形成介電層以覆蓋閘極與基板。在閘極上方的介電層上形成圖案化金屬氧化物半導體層與圖案化金屬蝕刻阻擋層。形成第一導電層以覆蓋圖案化金屬蝕刻阻擋層以及介電層。利用圖案化金屬蝕刻阻擋層作為蝕刻終止層，以圖案化第一導電層，而形成源極以及汲極。形成第二導電層以覆蓋源極、汲極以及介電層。利用圖案化金屬蝕刻阻擋層作為蝕刻終止層，以圖案化第二導電層，而形成第一電極層。之後，移除位於源極與汲極之間被暴露出來的圖案化金屬蝕刻阻擋層。
本發明提出一種有機發光元件的製造方法。此方法包括在基板上形成閘極。形成介電層以覆蓋閘極與基板。在閘極上方的介電層上形成圖案化金屬氧化物半導體層與圖
案化金屬蝕刻阻擋層。形成第一導電層以覆蓋圖案化金屬蝕刻阻擋層以及介電層。利用圖案化金屬蝕刻阻擋層作為蝕刻終止層，以圖案化第一導電層，而形成源極以及汲極。形成第二導電層以覆蓋源極、汲極以及介電層。利用圖案化金屬蝕刻阻擋層作為蝕刻終止層，以圖案化第二導電層，而形成第一電極層。移除位於源極與汲極之間被暴露出來的圖案化金屬蝕刻阻擋層。之後，在基板上形成有機材料層，其暴露出第一電極層。在暴露的第一電極層上形成發光層。在發光層上形成第二電極層。
基於上述，由於本發明使用圖案化金屬蝕刻阻擋層作為蝕刻第一導電層(定義源極以及汲極)時的蝕刻終止層，此圖案化金屬蝕刻阻擋層又可繼續作為蝕刻第二導電層(定義第一電極層)時的蝕刻終止層。因此，本發明之圖案化金屬蝕刻阻擋層可以在第一導電層以及第二導電層的蝕刻過程中避免金屬氧化物半導體層遭到過度蝕刻。此外，本發明所提出之有機發光元件只需要形成一層有機層，因此可以節省製造成本。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1至圖11是根據本發明一實施例之有機發光元件的製造流程示意圖。請參照圖1，首先提供基板100。在本實施例中，基板100具有薄膜電晶體區A、電容器區B、
跨線區C以及接墊區D。在此，薄膜電晶體區A與電容器區B可構成一個畫素區域(一個畫素結構所在的區域)。本發明不限基板100上具有上述四種元件區域。根據其他實施例，基板100上可以包含薄膜電晶體區A、電容器區B、跨線區C以及接墊區D之任一、任二或任三個區域的組合。根據另一實施例，基板100還可包括上述四個區域以外的區域。
另外，基板100之材質可為玻璃、石英、有機聚合物、或是不透光/反射材料(例如：導電材料、金屬、晶圓、陶瓷、或其它可適用的材料)、或是其它可適用的材料。若使用導電材料或金屬時，則在基板100上覆蓋一層絕緣層(未繪示)，以避免短路問題。
接著，在基板100上形成閘極102a。根據本實施例，閘極102a是形成在薄膜電晶體區A中。在形成閘極102a的同時，更包括形成與閘極102a連接的掃描線(未繪示)，在電容器區B中形成電容下電極102b，在跨線區C中形成導電層102c，並且在接墊區D中形成接墊102d，其中接墊102d與掃描線電性連接。形成上述閘極102a、電容下電極102b、導電層102c以及接墊102d的方法例如是先沈積一層導電層，之後利用微影程序以及蝕刻程序圖案化此導電層來形成。此導電層之材質例如是金屬。
之後，形成介電層104以覆蓋閘極102a與基板100。在本實施例中，介電層104更覆蓋了電容下電極102b、下導電層102c以及接墊102d。介電層104的材質例如是氧
化矽、氮化矽、氮氧化矽、其它合適的材料。
接著，在閘極102a上方的介電層104上形成圖案化金屬氧化物半導體層106與圖案化金屬蝕刻阻擋層108。根據本實施例，形成圖案化金屬氧化物半導體層106以及圖案化金屬蝕刻阻擋層108的方法包括連續形成金屬氧化物半導體材料層(未繪示)以及金屬蝕刻阻擋材料層(未繪示)。之後，利用微影程序以及蝕刻程序以圖案化所述金屬氧化物半導體材料層以及所述金屬蝕刻阻擋材料層。如此，即可以形成具有相同圖案的圖案化金屬氧化物半導體層106以及圖案化金屬蝕刻阻擋層108。
在本實施例中，金屬氧化物半導體層106包括銦鎵鋅氧化物(Indium-Gallium-Zinc Oxide，IGZO)、銦鋅氧化物(Indium-Zinc Oxide，IZO)、鎵鋅氧化物(Gallium-Zinc Oxide，GZO)、鋅錫氧化物(Zinc-Tin Oxide，ZTO)，或氧化鋅(Zinc Oxide，ZnO)。
圖案化金屬蝕刻阻擋層108包括鋁酸蝕刻液阻擋層。所謂鋁酸蝕刻液阻擋層指的是可以阻擋於蝕刻金屬鋁時所使用的蝕刻液的膜層。一般來說，用來蝕刻金屬鋁的蝕刻液(又稱鋁酸蝕刻液)可包括磷酸、硝酸以及醋酸的混合物。而可用來阻擋鋁酸蝕刻液的材質即可作為圖案化金屬蝕刻阻擋層108的材料。因此圖案化金屬蝕刻阻擋層108可選自鈦、鎢、鉻及其合金所組成的族群。
接著，請參照圖2，形成第一導電層110以覆蓋圖案化金屬蝕刻阻擋層108以及介電層104。第一導電層110
的材質是選自鋁、鉬或其合金或是其疊層。
請參照圖3，在第一導電層110上形成光阻層112。根據本實施例，光阻層112在薄膜電晶體區A是覆蓋住預定形成源極與汲極的區域。光阻層112在電容器區B是覆蓋住預定形成電容上電極的區域。光阻層112在跨線區C是覆蓋住預定形成上導電層的區域。
請參照圖4，利用光阻層112作為蝕刻罩幕，對第一導電層110進行蝕刻程序，以在薄膜電晶體區A中形成源極114a以及汲極114b。在本實施例中，此蝕刻程序更包括定義出與源極114a連接的資料線(未繪示)。此蝕刻程序更同時在電容器區B中形成電容上電極114c，並且在跨線區C中形成上導電層114d。在此，對第一導電層110進行蝕刻程序所使用的蝕刻液例如是鋁酸蝕刻液，其包括磷酸、硝酸以及醋酸的混合物。特別是，在此蝕刻過程中，圖案化金屬蝕刻阻擋層108是作為蝕刻終止層，可提供足夠的蝕刻選擇比，以達到蝕刻阻擋的目的。換言之，此蝕刻程序會自動終止於圖案化金屬蝕刻阻擋層108，而使得圖案化金屬氧化物半導體層106不會受到此蝕刻程序的影響。
請參照圖5，接著將圖4之光阻層112移除，使得源極114a以及汲極114b、電容上電極114c以及導電層114d暴露出來。之後，請參照圖6，在接墊區D的介電層104中形成開口116，其暴露出接墊102d。類似地，在介電層104中形成開口116的方法例如是採用微影程序以及蝕刻
程序。
請參照圖7，接著形成第二導電層118以覆蓋源極114a、汲極114b以及介電層104。在本實施例中，第二導電層118更覆蓋電容上電極114c、導電層114d以及被暴露出的接墊102d。在此，第二導電層118包括透明導電層或是金屬層與透明導電層的疊層。所述之透明導電層包括透明金屬氧化物，例如是銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)或是鋁鋅氧化物(AZO)等，但不限於此。
之後，在第二導電層118上形成光阻層120。根據本實施例，光阻層120是覆蓋住預定形成第一電極層的區域。此外，光阻層120更覆蓋接墊區D中預定形成接墊接觸層的區域。
請參照圖8，利用光阻層120作為蝕刻罩幕，對第二導電層118進行蝕刻程序，以在形成第一電極層118a，並且同時在接墊區D中形成接墊接觸層118b。在本實施例中，蝕刻第二導電層118所使用的蝕刻液包括草酸。特別是，在此蝕刻過程中，再次使用圖案化金屬蝕刻阻擋層108作為蝕刻終止層。換言之，此蝕刻程序同樣會自動終止於圖案化金屬蝕刻阻擋層108，而使得圖案化金屬氧化物半導體層106不會受到此蝕刻程序的影響。一般來說，由於第二導電層118的材質(金屬氧化物透明導電層)與圖案化金屬氧化物半導體層106的材料組成/性質有相似之處，例如第二導電層118的材質使用銦錫氧化物，金屬氧化物半導體層106的材質使用銦鎵鋅氧化物，因此用來蝕刻第二
導電層118的蝕刻液容易對圖案化金屬氧化物半導體層106產生蝕刻作用。因而，本發明在圖案化金屬氧化物半導體層106上利用圖案化金屬蝕刻阻擋層108作為蝕刻終止層，可以保護圖案化金屬氧化物半導體層106不受到此蝕刻程序的影響。
之後，移除位於源極114a與汲極114b之間被暴露出來的圖案化金屬蝕刻阻擋層108，以使圖案化金屬氧化物半導體層106暴露出來。根據本實施例，移除金屬蝕刻阻擋層108所使用的蝕刻氣體包括三氯化硼(BCl3)與氯氣的混合物，或六氟化硫(SF6)、四氟化碳(CF4)與氧氣(O2)的混合物。在此移除步驟之後，有一小部分的金屬蝕刻阻擋層108a會殘留於源極114a與圖案化金屬氧化物半導體層106之間以及汲極114b與圖案化金屬氧化物半導體層106之間，如圖9所示。
此外，圖案化金屬蝕刻阻擋層108a可以直接接觸圖案化金屬氧化物半導體層106以及源極114a與汲極114b，達到電性連接的目的。若是使用介電材料層如氮化矽層作為鋁酸蝕刻液與草酸蝕刻液阻擋層，雖然可以達到阻擋鋁酸與草酸蝕刻的目的，但是將造成金屬氧化物半導體層106難以跟源極114a與汲極114b直接接觸電性連接，為了要移除介電材料層需要額外的清除步驟，增加製造成本，而且強制清除會對源極114a與汲極114b結構造成破壞，導致元件損壞。
請參照圖10，將圖9之光阻層120移除，使得第一電
極層118a以及接墊接觸層118b暴露出來。特別值得一提的是，第一電極層118a會與薄膜電晶體的汲極114b電性接觸，且第一電極層118a在每一個畫素區域中為獨立的電極圖案。此外，第一電極層118a是直接與介電層104接觸。
之後，如圖11所示，在基板100上形成有機材料層122，其暴露出第一電極層118a。在本實施例中，有機材料層122更覆蓋部分的第一電極層118a。形成有機材料層122的方法例如是先塗佈一層感光有機層(未繪示)，之後利用微影程序以圖案化此感光有機層。所形成的有機材料層122是暴露出每一個畫素區域中的第一電極層118a，並且覆蓋位於每一畫素區域周圍的第一電極層118a。
接著，於被有機材料層122暴露的第一電極層118a上形成發光層124。發光層124例如是有機發光材料，其在每一個畫素區域中可為紅色有機發光材料、綠色有機發光材料、藍色有機發光材料、或者是其他顏色有機發光材料(例如白、橘、紫等等)。發光層124可為小分子有機發光材料或是高分子有機發光材料。之後，在有機材料層122以及發光層124上形成第二電極層126。各畫素區域的第二電極層126可為共用電極。第二電極層126可採用金屬或者是金屬氧化物。一般來說，第一電極層118a是作為有機發光元件的陽極，而第二電極層126是作為有機發光元件的為陰極。
值得一提的是，上述第一電極層118a與第二電極層126可採用金屬或金屬氧化物等導電材質。倘若第一電極
層118a與第二電極層126兩者皆採用透明導電材質，那麼所形成的有機發光元件為雙面發光元件。倘若第一電極層118a與第二電極層126其中之一採用透明導電材質，那麼所形成的有機發光元件可稱為底部發光型或是頂部發光型發光元件。另外，在第一電極層118a與第二電極層126之間更可進一步設置電子傳輸層、電子注入層、電洞傳輸層、電洞注入層或是上述四種膜層的組合(未繪示)。由於上述的有機發光元件的詳細結構為該項技藝者所熟知，因此不再贅述。
綜上所述，由於本發明使用金屬蝕刻阻擋層作為蝕刻第一導電層(定義源極以及汲極)時的蝕刻終止層，此金屬蝕刻阻擋層又可繼續作為蝕刻第二導電層(定義第一電極層)時的蝕刻終止層。因此，本發明之金屬蝕刻阻擋層可以在第一導電層以及第二導電層的蝕刻過程中避免金屬氧化物半導體層遭到過度蝕刻。此外，本發明所提出之有機發光元件只需要形成一層有機層，換言之第一電極層是直接與介電層接觸。因此本發明之有機發光元件的製造方法相較於傳統有機發光元件的製造方法具有成本低的優點。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧基板
102a‧‧‧閘極
102b‧‧‧電容下電極
102c‧‧‧下導電層
102d‧‧‧接墊
104‧‧‧介電層
106‧‧‧圖案化金屬氧化物半導體層
108‧‧‧圖案化金屬蝕刻阻擋層
108a‧‧‧殘留的金屬蝕刻阻擋層
110‧‧‧第一導電層
112、120‧‧‧光阻層
114a‧‧‧源極
114b‧‧‧汲極
114c‧‧‧電容上電極
114d‧‧‧上導電層
116‧‧‧開口
118‧‧‧第二導電層
118a‧‧‧第一電極層
118b‧‧‧接墊接觸層
122‧‧‧有機材料層
124‧‧‧發光層
126‧‧‧第二電極層
A‧‧‧薄膜電晶體區
B‧‧‧電容器區
C‧‧‧跨線區
D‧‧‧接墊區
圖1至圖11是根據本發明一實施例之有機發光元件的製造流程示意圖。
100‧‧‧基板
102a‧‧‧閘極
102b‧‧‧電容下電極
102c‧‧‧下導電層
102d‧‧‧接墊
104‧‧‧介電層
106‧‧‧圖案化金屬氧化物半導體層
108a‧‧‧殘留的金屬蝕刻阻擋層
114a‧‧‧源極
114b‧‧‧汲極
114c‧‧‧電容上電極
114d‧‧‧上導電層
116‧‧‧開口
118a‧‧‧第一電極層
118b‧‧‧接墊接觸層
122‧‧‧有機材料層
124‧‧‧發光層
126‧‧‧第二電極層
A‧‧‧薄膜電晶體區
B‧‧‧電容器區
C‧‧‧跨線區
D‧‧‧接墊區
Claims (16)
- 一種畫素結構的製造方法，適用於一基板，包括：在該基板上形成一閘極；形成一介電層，覆蓋該閘極與該基板；在該閘極上方的該介電層上形成一圖案化金屬氧化物半導體層與一圖案化金屬蝕刻阻擋層，其中形成該圖案化金屬氧化物半導體層以及該圖案化金屬蝕刻阻擋層的方法包括：連續形成一金屬氧化物半導體材料層以及一金屬蝕刻阻擋材料層；以及圖案化該金屬氧化物半導體材料層以及該金屬蝕刻阻擋材料層，以形成具有相同圖案的該圖案化金屬氧化物半導體層以及該圖案化金屬蝕刻阻擋層；形成一第一導電層，其覆蓋該圖案化金屬蝕刻阻擋層以及該介電層；利用該圖案化金屬蝕刻阻擋層作為蝕刻終止層，以圖案化該第一導電層，而形成一源極以及一汲極；形成一第二導電層，其覆蓋該源極、該汲極以及該介電層；利用該圖案化金屬蝕刻阻擋層作為蝕刻終止層，以圖案化該第二導電層，而形成一第一電極層；以及移除位於該源極與該汲極之間且被暴露出來的該圖案化金屬蝕刻阻擋層。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構的製造方 法，其中該圖案化金屬蝕刻阻擋層包括一鋁酸蝕刻液與草酸蝕刻液阻擋層。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構的製造方法，其中該圖案化金屬蝕刻阻擋層係選自鈦、鎢、鉻及其合金所組成的族群。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構的製造方法，其中該圖案化金屬氧化物半導體層包括銦鎵鋅氧化物(Indium-Gallium-Zinc Oxide，IGZO)、銦鋅氧化物(Indium-Zinc Oxide，IZO)、鎵鋅氧化物(Gallium-Zinc Oxide，GZO)、鋅錫氧化物(Zinc-Tin Oxide，ZTO)，或氧化鋅(Zinc Oxide，ZnO)。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構的製造方法，其中該第二導電層包括一透明導電層或是一金屬層與一透明導電層的疊層。
- 如申請專利範圍第5項所述之畫素結構的製造方法，其中該透明導電層包括一透明金屬氧化物。
- 如申請專利範圍第6項所述之畫素結構的製造方法，其中該透明金屬氧化物包括銦錫氧化物。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構的製造方法，更包括：在該基板上形成一有機材料層，其暴露出該第一電極層；在暴露的該第一電極層上形成一發光層；以及在該發光層上形成一第二電極層。
- 如申請專利範圍第8項所述之畫素結構的製造方法，其中該第一電極層直接與該介電層接觸。
- 如申請專利範圍第9項所述之畫素結構的製造方法，其中該有機材料層覆蓋部分的該第一電極層。
- 如申請專利範圍第8項所述之畫素結構的製造方法，其中該第一電極層包括陽極，該第二電極層包括陰極。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構的製造方法，其中圖案化該第一導電層所使用的一蝕刻液包括一鋁酸蝕刻液。
- 如申請專利範圍第12項所述之畫素結構的製造方法，其中該鋁酸蝕刻液包括磷酸、硝酸以及醋酸的混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構的製造方法，其中圖案化該第二導電層所使用的一蝕刻液包括草酸。
- 如申請專利範圍第1項所述之畫素結構的製造方法，其中移除位於該源極與該汲極之間且被暴露出來的該圖案化金屬蝕刻阻擋層所使用的一蝕刻氣體包括氯化硼與氯氣的混合物。
- 一種有機發光元件的製造方法，適用於一基板，包括：在該基板上形成一閘極；形成一介電層，覆蓋該閘極與該基板；在該閘極上方的該介電層上形成一圖案化金屬氧化物半導體層與一圖案化金屬蝕刻阻擋層，其中形成該圖案化金屬氧化物半導體層以及該圖案化金屬蝕刻阻擋層的方 法包括：連續形成一金屬氧化物半導體材料層以及一金屬蝕刻阻擋材料層；以及圖案化該金屬氧化物半導體材料層以及該金屬蝕刻阻擋材料層，以形成具有相同圖案的該圖案化金屬氧化物半導體層以及該圖案化金屬蝕刻阻擋層；形成一第一導電層，其覆蓋該金屬蝕刻阻擋層以及該介電層；利用該金屬蝕刻阻擋層作為蝕刻終止層，以圖案化該第一導電層，以形成一源極以及一汲極；形成一第二導電層，其覆蓋該源極、該汲極以及該介電層；利用該金屬蝕刻阻擋層作為蝕刻終止層，以圖案化該第二導電層，以形成一第一電極層；移除位於該源極與該汲極之間且被暴露出來的該金屬蝕刻阻擋層；在該基板上形成一有機材料層，其暴露出該第一電極層；在暴露的該第一電極層上形成一發光層；以及在該發光層上形成一第二電極層。
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