CN100357992C - 显示器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

为了达到提高显示器件运行功能的稳定性和扩大电路设计中的设计裕度,在包括具有半导体元件和配备有连接到衬底上半导体元件的象素电极的多个象素的象素部分的显示器件中,半导体元件包括光敏有机树脂膜作为层间绝缘膜,提供在光敏有机树脂膜中的第一开口部分的内壁表面被第二绝缘氮化物膜覆盖,提供在无机绝缘膜中的第二开口部分被提供在第一开口部分的内侧上,半导体和布线通过第一开口部分和第二开口部分被连接,且象素电极被提供在有源层下侧的层上。

Description

显示器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体元件(典型地说是晶体管)及其制造方法,更具体地说是属于采用薄膜晶体管作为器件的显示器件的技术。亦即,本发明属于涉及以液晶显示器件、电致发光显示器件等为代表的显示器件的技术,涉及到以CMOS传感器等为代表的传感器技术,以及涉及到其中安装半导体集成电路的各种半导体器件的其它技术。
背景技术
近年来,已经进行了液晶显示器件和电致发光显示器件的开发,其中薄膜晶体管(TFT)被集成在玻璃衬底上。这些显示器件各自是一种半导体器件,其特征在于,用成膜技术将薄膜晶体管制作在玻璃衬底上,且液晶元件或电致发光(以下称为EL)元件被制作在由薄膜晶体管组成的各种电路上,以便提供作为显示器件的功能。
由薄膜晶体管组成的电路引起一定程度的不平整性。于是,当液晶元件或EL元件被制作在电路上时,通常用有机树脂膜等进行匀平处理。提供在显示器件显示部分中的各个象素中具有象素电极。象素电极经由提供在上述用来匀平的有机树脂膜中的接触孔,与薄膜晶体管连接。
但本申请人的研究发现下列一些事实。亦即,当树脂膜被用作层间绝缘膜,并用干法腐蚀技术形成接触孔时,完成的薄膜晶体管的阈值电压(Vth)大幅度变化。例如,图4A和4E所示的数据是对制作在SOI衬底上的薄膜晶体管阈值电压变化的检验结果。在这些图中,黑圆记号表示氮化硅膜(SiN)和丙烯酸膜的叠层被用作层间绝缘膜的情况。此外,图中的空心三角形表示氧氮化硅膜(SiNO)和氮氧化硅膜(SiON)的叠层被用作层间绝缘膜的情况。无论在哪种情况下,都使用干法腐蚀技术来形成接触孔。注意,“SiNO”和“SiON”根据前者包含的氮多于氧而后者包含的氧多于氮的意思而被分别使用。
图6A和图6B所示的数据是借助于用统计处理方法对阈值电压的变化进行评估而得到的曲线。横坐标表示沟道长度(载流子运动长度),而纵坐标表示Vth的变化。近年来,“四分差”已经成为统计处理所已知的。四分差是正态概率曲线中25%的数值与75%的数值之间的差值,并已经被指出为不受异常值影响的统计处理。本申请人基于四分差(也被称为25%分差)而定义16%的数值与84%的数值之间的差值为16%偏差,并将其数值绘制在纵坐标中作为“Vth的变化”。注意,16%偏差对应于正态概率分布中的±σ。于是,假设为±3σ各乘以因子的数值,被用于数据绘制。当丙烯酸膜被用作层间绝缘膜时,如从数据所见,n沟道TFT的变化约为4倍于而p沟道TFT的变化约为2倍于不采用丙烯酸膜的情况。于是,显然在采用丙烯酸膜的情况下变化大。本申请人估计,电荷在干法腐蚀中被等离子体损伤捕获于丙烯酸膜中,从而提供了改变阈值电压的原因。
发明内容
考虑到上述问题而提出了本发明,其第一问题是提供一种制造其阈值电压在显示器件制造过程中不分散的薄膜晶体管的技术,其中,有机树脂膜被用作层间绝缘膜,从而达到提高显示器件运行功能稳定性和扩大电路设计裕度的目的。而且,其第二问题是提供一种有利于减少工艺步骤数目的制造工艺,从而达到降低显示器件特别是发光器件的制造成本的目的。
本发明的特征在于用下列方法解决了第一问题。亦即,本发明的特征在于使用光敏有机树脂膜(最好是光敏丙烯酸膜,特别是正性光敏丙烯酸膜)作为有机树脂膜,在光敏有机树脂膜中形成第一开口,然后形成覆盖第一开口的绝缘氮化物膜,再用光抗蚀剂在绝缘氮化物膜处形成第二开口,以及电连接上电极与下电极,以有机树脂膜插入其间。
根据本发明,提供一种显示器件,包含象素部分,该象素部分具有多个象素,
其中每个象素提供有象素电极,
其中象素电极连接到衬底上的半导体元件,
其中,半导体元件包含:
有源层,
与有源层接触的栅绝缘膜、通过栅绝缘膜与有源层相对的栅电极,
提供在有源层上的第一绝缘氮化物膜,
提供在第一绝缘氮化物膜上的有机树脂膜,
提供在有机树脂膜上的第二绝缘氮化物膜,以及
提供在第二绝缘氮化物膜上的布线;
其中,形成在有机树脂膜中的第一开口部分的内壁表面,被第二绝缘氮化物膜覆盖;
其中在包括栅绝缘膜、第一绝缘氮化物膜、以及第一开口部分内的第二绝缘氮化物膜的叠层体中形成第二开口部分;
其中,有源层和布线通过第一开口部分和第二开口部分被连接;
其中,象素电极通过布线被电连接到半导体元件;以及
其中,衬底与象素电极之间的距离短于衬底与有源层之间的距离。
根据本发明,提供一种显示器件,包含象素部分,该象素部分多个象素,
其中每个象素提供有象素电极,
其中象素电极连接到衬底上半导体元件,
其中,半导体元件包含:
有源层,
与有源层接触的栅绝缘膜,
通过栅绝缘膜与有源层相对的栅电极,
提供在有源层上的包括氩的第一绝缘氮化物膜,
提供在第一绝缘氮化物膜上的第一有机树脂膜,
提供在有机树脂膜上的包括氩的第二绝缘氮化物膜,
提供在第二绝缘氮化物膜上的布线,
提供在布线上的第二有机树脂膜,
提供在第二有机树脂膜上的包括氩的第三绝缘氮化物膜以及
提供在第三绝缘氮化物膜上的加入有Li的金属膜;
其中,形成在光敏有机树脂膜中的第一开口部分的内壁表面,被第二绝缘氮化物膜覆盖;
在包括栅绝缘膜、第一绝缘氮化物膜、以及第一开口部分内的第二绝缘氮化物膜的叠层体中形成第二开口部分;
其中,有源层和布线通过第一开口部分和第二开口部分被连接;以及
其中,象素电极通过布线被电连接到半导体元件;以及
其中,衬底与象素电极之间的距离短于衬底与有源层之间的距离。
根据本发明,提供一种制造显示器件的方法,包含下列步骤:
在衬底上形成被基底膜覆盖的象素电极;
在基底膜上形成半导体膜;
在半导体膜上形成栅绝缘膜;
在栅绝缘膜上形成栅电极;
在半导体膜中形成杂质区;
在栅电极上形成第一绝缘氮化物膜;
在第一绝缘氮化物膜上形成有机树脂膜;
在杂质区上的有机树脂膜中形成第一开口部分;
形成第二绝缘氮化物膜以便覆盖第一开口部分;
借助于腐蚀第一开口部分底部表面处的第二绝缘氮化物膜、第一绝缘氮化物膜、以及栅绝缘膜,而形成第二开口部分;
在第二绝缘氮化物膜上形成布线,并通过第一开口部分和第二开口部分连接杂质区和布线,
其中,在形成第一开口部分的过程中,象素电极上的有机树脂膜被腐蚀;
在形成第二开口部分的过程中,借助于腐蚀第二绝缘氮化物膜、第一绝缘氮化物膜、栅绝缘膜、以及基底膜,象素电极被暴露,然后连接象素电极和布线。
下面参照图3A和3B来解释解决第一问题的方法(以下称为本发明的第一情况)。在图3A中,参考号101表示衬底,参考号102表示基底膜,参考号103表示源区,参考号104表示漏区,参考号105表示沟道形成区,且这些都由提供在上述膜102上的半导体膜构成。而且,参考号106表示栅绝缘膜,参考号107表示栅电极,而参考号108表示第一钝化膜。至此就示出了众所周知的薄膜晶体管的结构,而关于各个部分的材料,所有众所周知的材料都可以被采用。
接着,根据本发明第一情况的薄膜晶体管的第一特征在于,光敏型有机树脂膜,确切地说是正性光敏丙烯酸膜被用于是为无机绝缘膜的第一钝化膜108上作为层间绝缘膜109。光敏有机树脂膜109的膜厚度可以在1-4微米范围内选择(最好是1.5-3微米)。而且,其第二特征在于,第一开口部分(由直径φ1表示)110被提供在光敏有机树脂膜109中,且提供是为无机绝缘膜的第二钝化膜111来覆盖光敏有机树脂膜109的上表面和第一开口部分110的内壁表面。而且,其第三特征在于,第二钝化膜111包括第一开口部分110底部表面处的第二开口部分(由直径φ2表示)112,且这些开口部分也被形成在第一钝化膜108和栅绝缘膜106中,其直径与第二开口部分112的相同。亦即,此特征在于,提供在包括栅绝缘膜106、第一钝化膜108、以及第二钝化膜111的叠层中的第二开口部分,被提供在第一开口部分110的内侧上。而且,源电极113经由第一开口部分110和第二开口部分112,被连接到源区103,且漏区114被相似地连接到漏区104。
而且,氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜、氮氧化铝膜,能够被用作第一钝化膜108和第二钝化膜111。而且,可以构成包括这些膜至少一部分的叠层膜。而且,直径φ1可以是2-10微米(最好是3-5微米),而直径φ2可以是1-5微米(最好是2-3微米)。但由于开口部分的直径的设计规则还由于光刻步骤的精度而改变,故直径不必局限于这一数值范围。亦即,总之可以满足关系φ1>φ2。
此处,图3B示出了虚线包围的区域115的放大图。图3B示出了第一开口部分110和第二开口部分112的部分。第一开口部分110在其内壁表面处形成有逐渐弯曲的表面,且具有连续改变的曲率半径。例如,当相继注意曲率半径R1、R2、R3时,各个曲率半径的关系成为R1<R2<R3,且其数值在3-30微米(典型为10-15微米)范围内。而且,在第一开口部分110的底部表面处,光敏有机树脂膜109和第一钝化膜108形成的角度(接触角θ)在30度<θ<65度(典型为40度<θ<50度)范围内。
在此情况下,在图3B中,参考号116表示的部分构成一种第一钝化膜108与第二钝化膜111彼此实现相互接触从而密封光敏有机树脂膜109的状态。在此情况下,相互接触区的长度,亦即使第一钝化膜108和第二钝化膜111彼此相互接触的区域,可以是0.3-3微米(最好是1-2微米),具体地说,第一开口部分110的半径可以比第二开口部分112的半径大0.3-3微米。
用于本发明第一情况的光敏有机树脂膜(此处是正性光敏丙烯酸膜)在制作薄膜晶体管过程中及其之后可以产生气体成分,因此,用具有优异的相互接触性能的无机绝缘膜(确切地说,具有高势垒性能的氮化硅膜或氧氮化硅膜是优选的)将光敏有机树脂膜密封起来,对于防止制作在薄膜晶体管上的液晶元件或EL元件的退化,是非常重要的。
而且看来,当图3B所示的接触角(θ)被减小时,第一开口部分110内壁表面的倾斜变小,因此,在图3A中,栅电极107上端部(角落)与第一开口部分110的内壁表面之间的距离被缩短,但第一钝化膜108、光敏有机树脂膜109、以及第二钝化膜111的3层绝缘膜实际上存在于栅电极107与布线113之间,因而不可能出现短路等问题。
接着,参照图4A、4B、4C、4D、4E来解释具有图3A和3B所示结构的薄膜晶体管的制造方法。首先来解释图4A。基底膜102被形成在衬底101上,并在其上形成腐蚀成小岛形的半导体膜。而且,形成栅绝缘膜106,并在其上形成栅电极107,且用栅电极107作为掩模,自对准地形成源区103和漏区104。此时,同时分隔出沟道形成区105。当形成源区103和漏区104时,用热处理方法激活源区103和漏区104,形成第一钝化膜108,然后用热处理方法进行氢处理。至此的制造方法可以用众所周知的技术来进行,并可以使用所有众所周知的材料作为构成薄膜晶体管的材料。接着,形成光敏有机树脂膜,在此情况下是正性光敏丙烯酸膜,作为层间绝缘膜109。
接着解释图4B。当形成光敏有机树脂膜109时,用光刻步骤进行曝光处理,光敏有机树脂膜109被腐蚀,从而形成第一开口部分110。此步骤是光敏有机树脂膜能够实现的技术,且腐蚀本身是利用显影液的湿法腐蚀,因此,达到了没有上述等离子体损伤问题的效果。在用显影液腐蚀之后,进行有机树脂膜109的褪色处理。可以借助于辐照比用来曝光整个图形的光更强的光,来进行褪色处理。而且,必需在曝光之后立即进行,亦即在固化处理之前进行褪色处理。因为在固化之后,光敏有机树脂膜109的搭桥已经完成,故无法借助于辐照光来进行褪色。
而且,第一开口部分110的剖面形状变成图3B所示,并包括非常缓慢的内壁表面。因此,稍后待要形成的电极的覆盖变得非常优异。而且,在腐蚀之后的固化步骤中,为了防止潮气或氧吸附或吸收到树脂中,最好在惰性气氛(氮气气氛、稀有气体气氛、或氢气气氛)中进行加热。此时,借助于从提高的温度到降低的温度形成惰性气体,吸附(或吸收)的潮气和氧的量最好被保持为等于或小于10ppm(最好等于或小于1ppm)。
接着解释图4C。当形成第一开口部分110时,形成第二钝化膜111来覆盖光敏有机树脂膜109的上表面和第一开口部分110的内侧表面。第二钝化膜111的材料可以与第一钝化膜108的材料相同。在形成第二钝化膜111的过程中,最好采用高频放电的溅射方法。作为其条件,可以使用硅靶,并用氮气作为溅射气体。虽然压力可以被适当地设定,但压力可以被设定为0.5-1.0Pa,放电功率可以被设定为2.5-3.5KW,而成膜温度可以在室温(25℃)到250℃的范围内。而且,当形成第二钝化膜111时,形成光抗蚀剂201。此光抗蚀剂201是用来形成第二钝化膜111的第二开口部分112的掩模。
接着解释图4D。当形成光抗蚀剂201时,借助于进行腐蚀处理,第二钝化膜111、第一钝化膜108、以及栅绝缘膜106被相继腐蚀,从而形成第二开口部分112。此时,虽然腐蚀处理可以是干法腐蚀处理或湿法腐蚀处力,但为了改善第二开口部分112的形状,最好是干法腐蚀处理。根据本发明,即使当此处进行干法腐蚀处理时,光敏有机树脂膜109也不被直接暴露于等离子体。本发明第一情况的特征之一在于,当用氮化硅膜之类的绝缘氮化物膜等保护提供在光敏有机树脂膜中的开口部分的内壁表面时,直径较小的开口部分以这种方式被提供在开口部分的底部表面。
而且,在用干法腐蚀处理形成第二开口部分112的过程中,栅绝缘膜106和第一钝化膜108被腐蚀,且借助于组合无机绝缘膜,能够提高腐蚀的效率。亦即,当氮化硅膜被用作第一钝化膜108和氮氧化硅膜被用作栅绝缘膜106时,在腐蚀第一钝化膜108的过程中,能够使栅绝缘膜106用作腐蚀停止层,并在腐蚀栅绝缘膜106的过程中,能够使源区(硅膜)103用作腐蚀停止层。
例如,考虑氮氧化硅膜被用于栅绝缘膜106和氮化硅膜被用于第一钝化膜108的情况。虽然能够用四氟化碳(CF4)气体、氦(He)气、以及氧(O2)来腐蚀用作第一钝化膜108的氮化硅膜,但这些气体也腐蚀硅膜。然而,用作矩阵栅绝缘膜106的氮氧化硅膜被用作腐蚀停止层,因此,用作源区103的硅膜不被清除。而且,能够用碳氢三氟化物(CHF3)气体腐蚀栅绝缘膜(此处是氮氧化硅膜)106,而且,硅膜很难被腐蚀,因此,能够使源区103用作腐蚀停止层。
接着解释图4E。当形成第二开口部分112时,在其上形成金属膜,并用腐蚀方法图形化,从而形成源电极113和漏电极114。为了形成这些电极,可以使用钛膜、氮化钛膜、钨膜(包括其合金)、铝膜(包括其合金)、或这些膜的叠层膜。
借助于进行上述的操作,能够提供具有图3A和3B所述结构的薄膜晶体管。以这种方式提供的薄膜晶体管包括光敏有机树脂膜以及也用作整平膜的光敏有机树脂膜。而且,光敏有机树脂膜被绝缘氮化物膜(典型为氮化硅膜或氧氮化硅膜)密封,因此,没有放气引起的问题。
此处将解释正性光敏丙烯酸膜作为光敏有机树脂膜109特别优选的理由。
首先,图5A所示的照片是对非光敏丙烯酸膜(膜厚度约为1.3微米)进行干法腐蚀处理情况下的剖面SEM(扫描电子显微镜)照片,而图5B是其示意图。当非光敏丙烯酸膜如在相关技术中那样经受干法腐蚀处理时,在图形的上部很难形成弯曲的表面,从而构成基本上不具有曲率半径(R)的上端部。而且,虽然在图形的下端部处锥角(接触角)约为63度,但在下端部处也没有观察到弯曲的表面。
接着,图7A所示的照片是对正性光敏丙烯酸膜(膜厚度约为2.0微米)进行曝光和显影处理以图形化的情况下的剖面SEM照片,而图7B是其示意图。在用显影液进行腐蚀处理之后,正性光敏丙烯酸膜具有非常平缓的弯曲表面,且曲率半径(R)连续地变化。而且,接触角具有约为32-33度的小的数值。亦即,此形状是图3B所示的形状,并可以认为是制造本发明薄膜晶体管和显示器件过程中非常有用的形状。当然,接触角的数值由于腐蚀条件或膜厚度而被改变,但如上所述可以满足30度<θ<65度。
接着,图8A所示的照片是对负性光敏丙烯酸膜(膜厚度约为1.4微米)进行曝光和显影处理以图形化的情况下的剖面SEM照片,而图8B是其示意图。在用显影液进行腐蚀处理之后,负性光敏丙烯酸膜被形成为具有S形状的平缓弯曲表面,并在图形的上端部处以一定的曲率半径(R)被弯曲。而且,接触角具有约为47度的数值。在此情况下,图8B参考号W所示的尾部(边沿)的长度有问题。确切地说,在需要精细加工的接触孔(开口部分)处,当尾部被延长时,存在着出现接触孔内下层处电极或布线不被暴露的问题,并存在着由于接触失效引起的断接问题。但当尾部的长度(W)等于或小于1微米(最好是长度小于接触孔的半径)时,这种断接的几率被降低。
接着,图9A所示的照片是对正性光敏聚酰亚胺膜(膜厚度约为1.5微米)进行曝光和显影处理的情况下的剖面SEM照片,而图8B是其示意图。虽然正性光敏聚酰亚胺膜在用显影液腐蚀处理之后具有或多或少的尾部(由长度W表示)和弯曲的上端部,但其曲率半径(R)小。
当观察上述剖面形状时,可以进行下列分析。当在形成接触孔(开口部分)之后形成用来构成电极或布线的金属膜时,采用溅射方法、气相淀积方法、或CVD方法。当用来构成薄膜的材料的分子粘附到待要形成的表面时,分子在表面上运动以便寻找适当的位置,且已知分子易于聚集到具有锐角形状的部分,如在接触孔的上端部(构成突出部分的形状)。在气相淀积方法中,这一倾向特别明显。因此,当开口部分的剖面形状如图5A所示时,材料的分子聚集在开口部分的边沿上,因此,仅仅在此部分局部增加膜厚度,从而形成屋檐形状的突出部分。此突出部分引起断接(台阶断开)等失效,因而是不可取的。因此,考虑到覆盖性,可以认为图5A所示的非光敏丙烯酸膜和图9A所示的正性光敏聚酰亚胺膜是不利的材料。
而且,关于如图8A和图9A在接触孔下端部形成有尾部的形状,尾部根据情况覆盖着接触孔的底部表面,存在着出现接触失效的问题,因此,考虑到接触情况,可以认为这种材料是不利的。当然,当尾部长度等于或小于1微米(最好是长度小于接触孔的半径)时,不存在问题。
从上述观点出发,在实施本发明的过程中,构成图7A所示形状的正性光敏丙烯酸膜可以被认为是最优选的。亦即,当正性光敏丙烯酸膜被使用时,在接触孔的上端部处提供了非常平缓的弯曲表面,因此,在覆盖性方面不存在问题,而且,在接触孔的下端部处,接触孔的底部表面被满足30度<θ<65度的接触角稳固地分割而不形成尾部,因此,也不存在接触失效的问题。根据上述理由,在实施本发明的过程中,本申请人认为正性光敏丙烯酸膜是作为包含有机树脂的层间绝缘膜的最优选材料。
如上所述,在用有机树脂膜作为层间绝缘膜来制造薄膜晶体管的过程中,光敏有机树脂膜被用作层间绝缘膜,而且,借助于构成图3B所示的接触结构,能够制造薄膜晶体管而阈值电压不分散,并能够达到提高不仅薄膜晶体管而且采用此薄膜晶体管的显示器件的运行功能稳定性以及扩大电路设计裕度的目的。
下面参照图1A、1B、1C、1D来进行解释。图1A、1B、1C、1D示出了用实施本发明第一情况的优选制造工艺制造的发光器件(具体地说是EL显示器件)。
在图1A、1B、1C、1D中,图1A是发光器件(但直至形成象素电极)的象素的俯视图,图1B是其电路图,而图1C和1D是分别沿图1A中A-A’线和图1A中B-B’线的剖面图。
如图1A和1B所示,发光器件的显示部分配备有多个象素,它被栅线951、数据线952、以及电源线(提供恒定电压或恒定电流的布线)953环绕,呈矩阵排列,且各个象素配备有用作开关元件的TFT(以下称为开关TFT)954、用作提供电流或电压使EL元件发光的装置的TFT(以下称为驱动TFT)955、电容器部分956、以及EL元件957。借助于在象素电极958的上侧提供EL层,能够形成EL元件957,虽然未在此用图说明。
而且,虽然在本实施方案中,多栅结构的n沟道TFT被用作开关TFT 954,且p沟道TFT被用作驱动TFT 955,但发光器件的象素结构不必局限于此,而是能够以所有众所周知的构造来实现。
图1C的剖面图示出了n沟道TFT 954和电容器部分956。参考号900表示衬底,且能够采用玻璃衬底、陶瓷衬底、石英衬底、硅衬底、或塑料衬底(包括塑料膜)。而且,参考号901表示作为第一基底膜的氧氮化硅膜,而参考号902表示作为第二基底膜的氮氧化硅膜。当然,这些膜不必局限于这些材料。而且,第一基底膜901和第二基底膜902可以被形成在提供给薄膜晶体管的有源层下侧的层处,因而不必提供在象素电极下侧的层。第一基底膜或第二基底膜可以形成在象素电极上侧上的层处,且象素部分的上侧可以通过包括基底膜被暴露。
借助于对导电氧化物膜进行图形化而形成的象素电极958,先前被形成在第二基底膜902上。这是最重要的特征。借助于在制作薄膜晶体管之前先行提供象素电极958(亦即提供在有源层下侧的层中),在抛光整平象素电极过程中不存在影响薄膜晶体管的损伤问题,当象素电极如在通常情况下那样被提供在薄膜晶体管上侧的层中时,这是有问题的,因此,能够达到提高薄膜晶体管运行功能稳定性的目的。而且,由于在象素电极下侧层中仅仅存在基底膜1和基底膜2,故能够在更平坦的状态下进行抛光。而且,虽然对可见光透明的导电氧化物膜(典型为ITO膜)被用作象素电极958,但象素电极958不必局限于此,而是可以采用其它的导电氧化物膜。而且,其特征在于氮氧化硅膜903被提供在象素电极958上作为第三基底膜,且最好采用材料与稍后待要形成的栅绝缘膜相同的或对有源层具有高选择比的绝缘膜。在这种意义上,氧化硅膜可以被用来代替第三基底膜903。
如上所述,用第一基底膜901、第二基底膜902、以及第三基底膜903的叠层来构成基底膜,且象素电极958被提供成被构成叠层的基底膜覆盖的状态(埋置状态)。
而且,n沟道TFT 954的有源层被提供在氧化硅膜903上,有源层包括源区904、漏区905、LDD区906a-906d、以及沟道形成区907a和907b,且二个沟道形成区和4个LDD区被提供在源区904与漏区905之间。此时,虽然可以用众所周知的技术来形成构成有源层的半导体膜,但最好在不对先前形成的导电氧化物膜有不利影响的温度范围内形成半导体膜。典型地说,最好采用激光晶化技术或使用镍的晶化技术的低温工艺。
而且,n沟道TFT 954的有源层被栅绝缘膜908覆盖,并在其上提供栅电极909a和909b以及栅电极910a和910b。虽然根据本发明的第二情况,氮氧化硅膜被用于栅绝缘膜908,但当采用上述具有高介电常数的氮化铝膜的绝缘氮化物膜时,此绝缘氮化物膜由于能够减小元件所占据的面积而能够提高集成度。
而且,采用氮化钽膜作为栅电极909a和910a,并采用钨膜作为栅电极909b和910b。提供了彼此具有高选择比的金属膜,因此,借助于选择腐蚀条件,能够构成图1B所示的结构。关于腐蚀条件,可以参照本申请人的JP-A-2001-313397。
而且,提供氮化硅膜或氧氮化硅膜作为覆盖栅电极的第一钝化膜911,并在其上提供光敏有机树脂膜912(根据本发明第二情况,采用正性光敏丙烯酸膜)。而且,光敏有机树脂膜911配备有第二钝化膜913来覆盖第一开口部分(参见图1C),且第二开口部分(参见图1C)被提供在第一开口部分的底部表面中。根据本发明的第二情况,氮化硅膜或氧氮化硅膜被用作第二钝化膜913。当然,也可以采用氮化铝膜或氧氮化铝膜的其它绝缘氮化物膜。
而且,数据线952经由第一开口部分被连接到源区904,而连接引线915经由第二开口部分被连接到漏区905。连接引线915是连接到驱动TFT 954的栅的引线。由其它金属膜或这些金属的合金膜插入一个其主要成分是铝或铜的低阻金属的引线的结构,可以被用作数据线952和连接引线915。
而且,参考号916表示与电源线953连接的驱动TFT 955的源区。借助于实施本发明的第一情况,结合第一开口部分和第二开口部分制作成涉及到连接的接触部分。而且,电源线953经由第一钝化膜911和第二钝化膜913与驱动TFT 955相对的栅线917,并构成存储电容器956a。而且,栅线917经由栅绝缘膜908与半导体膜918相对,并构成存储电容器956b。由于电源线953被连接到半导体膜919,故借助于从中馈以电荷,半导体膜918用作电极。电容器部分956由并联连接存储电容器956a和956b的结构构成,因此,由非常小的面积提供了大的电容。确切地说,作为介质的介电常数高的氮化硅膜被用于存储电容器956a,因此能够确保大的电容。而且,存储电容器956a的介质由第一钝化膜911和第二钝化膜913的叠层结构构成,因此,产生针孔的几率非常小,从而能够形成高度可靠的电容器。
当实施本发明的第一情况时,与现有技术相比,由于形成第二开口部分,故增加了用于光刻步骤的掩模的数目,但如本实施方案所示,借助于相反地利用掩模数目的增加,能够以新的方式形成存储容量。这也是本发明第一情况的一个重要特征。此特征补偿了掩模增加的缺点,结果,对工业开发有重要的贡献。例如,为了达到高精细图象的显示,必需借助于减小存储电容器相对于显示部分中各个象素的面积所占据的面积来增加数值孔径,且为此目的,存储电容器的增加是非常重要的。
而且,在图1D中,参考号920表示连接到漏线921的驱动TFT 955的漏区。而且,漏区921经由提供在象素电极958上的第一开口部分922和第二开口部分923,被连接到象素电极958。此时,当形成第二开口部分923时,借助于腐蚀第二钝化膜913、第一钝化膜911、以及栅绝缘膜908,并相继也腐蚀氧化硅膜903,而形成第二开口部分923。亦即,在腐蚀氧化硅膜903的过程中,必需防止源区904、漏区905、以及漏区920被腐蚀。为此目的,如上所述选择材料与栅绝缘膜908材料相同的氮氧化硅膜903。
图2A和2B示出了具有上述象素结构的发光器件中的EL元件的实际制作例子。而且,与图1A、1B、1C、1D相同的图2A和2B的部分,用与图1A、1B、1C、1D相同的参考号来表示。图2A相当于图1D所示区段,示出了在象素电极958上制作EL元件957的状态。而且,当构成图2A的结构时,象素电极958相当于EL元件957的阳极。而且,在本说明书中,EL元件指的是在阴极与阳极之间配备有EL层的借助于施加电压或将电流注入到EL层而发光的元件。
制作在衬底上象素电极958端部的薄膜晶体管,被光敏有机树脂膜961覆盖。由于当EL层被提供在象素电极958端部处时,台阶引起的阳极与阴极之间短路的问题,或存在着电场集中引起EL层退化的问题,故用绝缘膜(第一光敏有机树脂膜912)保护象素电极958的端部是很重要的。而且,光敏有机树脂膜961被提供成网格状,对各个象素镶边,或以行为单位或以列为单位提供成条形。具有本发明结构的发光器件预先被制作成具有象素电极958,因此,具有保护象素电极端部的功能。
而且,根据具有图2A和2B所示结构的发光器件,与用作层间绝缘膜(根据本发明第二情况的正性光敏丙烯酸膜)的光敏有机树脂膜(第一光敏有机树脂膜)912相同的材料,被用作光敏有机树脂膜(第二光敏有机树脂膜)961,因此,能够使生产设施尽量少。而且,虽然未示出,但可以使用图8A和8B所示的构成S形剖面的负性光敏丙烯酸膜。当然,在此情况下,最好将开口部分上端部和下端部处的曲率半径设定为3-30微米(典型为10-15微米)。而且,在此情况下,当不使参考号W表示的尾部长度尽可能小时,数值孔径被减小,这是不可取的。而且,能够采用众所周知的抗蚀剂材料(包括发色团(chromofore)的高分子材料)。
而且,光敏有机树脂膜961的表面被作为第三钝化膜962的绝缘氮化物膜覆盖,从而能够限制从光敏有机树脂膜961放气。而且,对第三钝化膜962进行腐蚀,以便在象素电极958上提供开口部分,并使EL层963和象素电极958在开口部分处彼此接触。虽然EL层963通常由发光层、电荷注入层、以及电荷输运层的叠层薄膜构成,但可以采用能够发光的所有的结构和材料。例如,也可以采用构成包括硅的有机材料的SAlq(三苯硅烷结构取代3个Alq3配位基(ligard)之一)作为电子输运层或空穴阻挡层。
当然,不一定要用有机薄膜来构成EL层963,也可以用有机薄膜和无机薄膜的叠层结构,或聚合物薄膜或低分子薄膜来构成。而且,虽然利用高分子薄膜或利用低分子薄膜的成膜方法不同,但可以用众所周知的方法来形成膜。
而且,在EL层963上提供阴极964,并最后进一步在其上提供绝缘氮化物膜作为第四钝化膜965。虽然阴极964可以采用包括周期表I族或II族元素的金属薄膜,但从电荷注入性能等考虑,最好是采用加入有0.2-1.5%重量比(最好是0.5-1.0%重量比)的锂的铝金属膜。而且,虽然存在着锂由于扩散而对TFT的运行有害的问题,但根据本实施方案,由于EL层963被第一钝化膜911、第二钝化膜913、以及第三钝化膜962完全保护,因此,不必在意锂的扩散。
此处,图17A和17B示出了一些数据,表明了用高频放电溅射方法形成的氮化硅膜对锂的阻挡作用。图17A示出了由高频放电溅射方法形成的氮化硅膜(表示为RF-SP-SiN)构成介质的MOS结构的C-V特性。而且,参考号“Li-浸渍”表示包括锂的溶液被甩涂在氮化硅膜上,并表示此膜被有意地用锂沾污以便测试。用高频放电溅射方法形成的氮化硅膜,利用半径为12英寸的圆形硅靶,在气流速率比为N2∶Ar=20∶20(sccm),成膜气压为0.8Pa,成膜功率为高频3kW,以及衬底温度为200℃的条件下形成。图20和表1示出了用SIMS测得的用高频放电溅射方法形成的氮化硅膜的组分。
(表1)
     H     C     O     Ar
浓度(原子/cm3)      5×1020     4×1019     2×1021     3×1020
而且,图17B示出了由等离子体CVD方法形成的氮化硅膜(表示为CVD-SiN)构成介质的MOS结构的C-V特性,用于比较。用等离子体CVD方法形成的氮化硅膜,在气流速率为SiH4∶NH3∶N2∶H2=30∶240∶300∶60(sccm),压力为159Pa,频率为13.56MHz,功率为0.35W/cm2,以及衬底温度为325℃的条件下形成。而且,图17B的数据采用了加入有锂的铝合金膜作为金属电极。对这些膜(用高频放电溅射方法形成的氮化硅膜,用等离子体CVD方法形成的氮化硅膜)进行正常的BT测试(具体地说,除了施加1.7MV的电压之外,还在±150℃下进行1小时热处理),结果,如图17A所示,与用高频放电溅射方法形成的氮化硅膜的C-V特性中很难观察到变化的事实相比,在用等离子体CVD方法形成的氮化硅膜的C-V特性中观察到了明显的变化,从而证实了锂沾污。此数据表明用高频放电溅射方法形成的氮化硅膜对锂的扩散具有非常有效的阻挡作用。
而且,利用绝缘氮化物膜作为第二钝化膜913或第三钝化膜962,有望得到热发散作用。例如,当氧化硅膜的热导率被设定为1时,对于氮化硅膜,提供了约为5的非常高的热导率,而对于氮化铝膜,提供了约为35-130的非常高的热导率,因此,当EL元件被加热时,热被有效地发散,从而能够限制EL层963由于自身发热而退化。
而且,第三钝化膜962和第四钝化膜965可以使用与用于第一钝化膜911或第二钝化膜913的绝缘氮化物膜相同的材料。
在图2A所示结构的情况下,构成下发射类型,其中从EL元件发射的光透过象素电极958从衬底901一侧发射。在下发射类型的情况下,由于本发明配备有这样一种结构,其中象素电极被提供在薄膜晶体管有源层的下侧,故与常规情况那样象素电极被提供在薄膜晶体管上侧上的层中的情况相比,从EL层发射的光透过其中发射的层的数目少(光仅仅透过象素电极、基底膜1、基底膜2、以及玻璃衬底),因此,从透光性考虑,此结构是有利的。
接着,图2B示出了具有反射性能的金属膜971代替象素电极958的例子,功函数大的用作阳极的铂(Pt)或金(Au)的金属膜,被用作具有反射性能的金属膜971。而且,由于这些金属昂贵,故可以构成层叠在铝膜、钨膜、或硅膜的适当导电膜上的象素电极,至少其暴露的最上层表面具有铂或金。确切地说,当采用硅膜时,最好可以与薄膜晶体管有源层同时形成硅膜。参考号972表示EL层,且相似于图2A的情况,可以采用能够发光的所有的结构和材料。而且,参考号973表示具有薄膜厚度(最好为10-50nm)的金属膜,且包括周期表I族或II族元素的金属膜被用作阴极。而且,提供导电氧化物膜(典型为ITO膜)974来层叠金属膜973,并在其上提供第四钝化膜975。在图2B所示结构的情况下,从EL元件发射的光被象素电极971反射,并透过金属膜973和导电氧化物膜974而从衬底发射。
虽然图2A示出了从EL元件发射的光,透过象素电极958而从衬底901发射的情况(下发射类型),且图2B示出了从EL元件发射的光被象素电极971反射,并透过金属膜973和导电氧化物膜974而发射的情况(上发射类型),但也有EL元件发射的光从上侧和下侧二者发射的结构。在此情况下,具有透光性能的导电氧化物膜(典型为ITO膜)可以代替图2B的具有反射性能的金属膜971来形成象素电极。图19示出了具体结构的例子。在图19中,参考号981表示由ITO膜等的导电氧化物膜形成的象素电极,参考号982表示EL层,而参考号983表示具有薄膜厚度(最好是10-50nm)的金属膜。作为金属膜983,包括周期表I族或II族元素的金属膜被用作阴极。而且,导电氧化物膜(典型为ITO膜)被提供来层叠金属膜983,并在其上提供第四钝化膜985。
而且,参照图21A和21B来解释解决第二问题的方法(以下称为本发明的第二情况)如下。本发明的第二情况是一种发光器件(具体地说是EL显示器件),用实施本发明第一情况的优选制造工艺来制造,且是本发明的一种情况,其特征在于,借助于整体减少层叠层的数目而简化了制造工艺,并降低了制造成本。
根据图2A和2B所示的结构,由于在形成薄膜晶体管之前先行提供了象素电极,故不必提供整平膜(在图2A和2B中是光敏有机树脂膜961),此整平膜在常规情况下当象素电极被提供在薄膜晶体管上侧层中时是必需的。图21A和21B示出了不提供光敏有机树脂膜961时的结构。图21A示出了不提供图2A的光敏有机树脂膜961的情况,且图21A示出了不提供图2B的光敏有机树脂膜961的情况。在图21A中,参考号991表示是为第三钝化膜的绝缘氮化物膜,参考号992表示阴极,参考号993表示是为第四钝化膜的绝缘氮化物膜。图21A与图2A不同之处仅仅在于不提供光敏有机树脂膜。在图21B中,参考号994表示是为第三钝化膜的绝缘氮化物膜,参考号995表示具有薄膜厚度(最好是10-50nm)的金属膜,参考号996表示导电氧化物膜(典型为ITO膜),而参考号997表示是为第四钝化膜的绝缘氮化物膜。图21B与图2B不同之处仅仅在于不提供光敏有机树脂膜。当如上述情况那样不提供光敏有机树脂膜961时,能够减少一个掩模(用来形成光敏有机树脂膜961的掩模)。达到了能够减少步骤数目并能够解决本发明第二问题的优点。当然,还达到了图2A和2B所示结构中的上述效果,亦即借此可以在象素电极被抛光整平时没有影响薄膜晶体管的损伤问题的效果以及借此能够在更平坦的状态下进行抛光的效果。
附图说明
图1A、1B、1C、1D示出了发光器件的象素构造;
图2A和2B示出了发光器件的剖面结构;
图3A和3B示出了薄膜晶体管的结构;
图4A、4B、4C、4D、4E示出了薄膜晶体管的制造步骤;
图5A和5B是SEM照片和示意图,示出了有机树脂膜的剖面结构;
图6A和6B示出了阈值电压的分散;
图7A和7B是SEM照片和示意图,示出了有机树脂膜的剖面结构;
图8A和8B是SEM照片和示意图,示出了有机树脂膜的剖面结构;
图9A和9B是SEM照片和示意图,示出了有机树脂膜的剖面结构;
图10A和10B示出了薄膜晶体管的结构;
图11示出了薄膜晶体管的结构;
图12A、12B、12C、12D示出了液晶显示器件的象素结构;
图13A和13B示出了液晶显示器件的剖面结构;
图14A、14B、14C、14D示出了发光器件的外形构造;
图15示出了发光器件的外形构造;
图16A、16B、16C、16D、16E、16F、16G、16H示出了电子装置的具体例子;
图17A和17B示出了用来形成氮化硅膜介质的MOS结构的C-V特性;
图18A、18B、18C、18D示出了薄膜晶体管和存储电容器的制造步骤;
图19示出了发光器件的剖面结构;
图20示出了氮化硅膜的SIMS测量数据;
图21A和21B示出了发光器件的剖面结构;而
图22示出了液晶显示器件的剖面结构。
具体实施方式
(实施方案1)
根据本实施方案,将解释使图3A和3B中形成第一开口部分110的位置不同于参照图10A和10B的例子。而且,图10A和10B示出了形成第二开口部分时的剖面结构。而且,图3A和3B所用的参考号被认为是必需的。
在图10A中,参考号801表示直径为φ1的第一开口部分,而参考号802表示直径为φ2的第二开口部分。图10A的特征在于,第一开口801被提供成从源区103端部突出。由于借助于用第一钝化膜108构成腐蚀停止层而停止进行腐蚀,故光敏有机树脂膜109能够被形成在本实施方案所示的位置处。而且,此结构能够被相似地构成在不仅与源区或漏区接触的部分,而且被构成在与栅电极107接触的部分。
而且,在图10B中,参考号803表示直径为φ3的第一开口部分,而参考号804表示直径为φ2的第二开口部分。图10B的特征在于,第一开口803被提供成从源区103侧端部突出。在此情况下,也由于用第一钝化膜108构成腐蚀停止层而停止光敏有机树脂膜109腐蚀的进行。而且,接触结构能够被相似地构成在不仅与源区或漏区接触的部分,而且被构成在与栅电极107接触的部分。
如上所述,由于存在着用作层间绝缘膜的光敏有机树脂膜下方的能够构成腐蚀停止层的无机绝缘膜,故即使第一开口部分的直径被增大,也没有问题,考虑到能够扩大形成接触孔过程中的设计裕度,这是非常有用的。
(实施方案2)
根据本实施方案,示出了采用底栅型薄膜晶体管(具体地说是反排列型TFT)作为实施本发明第一情况或本发明第二情况时的薄膜晶体管的例子,亦即采用反排列型TFT作为实施图1A和1B所示发光器件时的开关TFT和驱动TFT的例子。
下面参照图11来解释此实施方案。在图11A中,参考号301表示衬底,参考号302表示栅电极,参考号303表示栅绝缘膜,参考号304表示源区,参考号305表示漏区,参考号306a和306b表示LDD区,参考号307表示沟道形成区,且这些都由提供来覆盖栅电极302的栅绝缘膜上的半导体膜构成。而且,参考号308和309表示无机绝缘膜,且根据本实施方案,参考号308表示氧化硅膜,而参考号309表示氮化硅膜。氮化硅膜309用作第一钝化膜,而氧化硅膜308用作构成下层的半导体层与包含氮化硅的第一钝化膜309之间的缓冲层。至此,示出了众所周知的薄膜晶体管的结构,且所有众所周知的材料能够被用于其各个部分的材料。
接着,在第一钝化膜309上,提供光敏有机树脂膜,具体地说是正性光敏丙烯酸膜作为层间绝缘膜310,且此光敏有机树脂膜310配备有第一开口部分(由直径φ1表示)311。而且,提供包含无机绝缘膜的第二钝化膜312来覆盖光敏有机树脂膜310的上表面和第一开口部分311的内壁表面,且第二钝化膜312在第一开口部分311的底部表面处配备有第二开口部分(由直径φ2表示)313。而且,参考号314表示源电极,而参考号315表示漏电极。
同样在本实施方案中,与图3A和3B的薄膜晶体管相似,氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜、或氮氧化铝膜,能够被用作第一钝化膜309和第二钝化膜312。而且,能够构成包括至少部分这些膜的叠层膜。而且,直径φ1可以是2-10微米(最好是3-5微米),直径φ2可以是1-5微米(最好是2-3微米),并可以满足关系φ1>φ2。而且,虽然由于在本发明的概述中给出了其详细解释而在此处略去了第一开口部分311剖面形状的解释,但内壁表面最好构成平滑的弯曲表面并具有连续变化的曲率半径。具体地说,当注意相继3点的曲率半径R1、R2、R3时,曲率半径之间的关系最好成为R1<R2<R3,且其数值最好是3-30微米(典型为10-15微米)。而且,在第一开口部分311的底部处,光敏有机树脂膜310和第一钝化膜309形成的角度(接触角θ)最好在30度<θ<65度(典型为40度<θ<50度)的范围内。
如上所述,在实施本发明第一情况或本发明第二情况时,不必将薄膜晶体管的结构限制为仅仅顶栅型或仅仅底栅型,本发明可以应用于薄膜晶体管的所有结构。而且,本发明不局限于薄膜晶体管,而是可应用于借助于在硅晶片上形成阱而制造的MOS结构的晶体管。
(实施方案3)
根据本实施方案,将解释一个例子,其中本发明的第一情况或本发明的第二情况被应用于液晶显示器件。在图12A、12B、12C、12D中,图12A是液晶显示器件象素的俯视图(但直至形成象素电极时),图12B是其电路图,而图12C和12D是沿图12A中A-A’线和B-B’线的剖面图。
如图12A和12B所示,液晶显示器件的显示部分包括多个矩阵排列的被栅线851和数据线852环绕的象素,且各个象素配备有用作开关元件的TFT(以下称为开关TFT)、电容器部分854、以及液晶元件855。而且,虽然在图2A中未示出液晶元件855,但可以借助于在象素电极857上提供液晶层而形成液晶元件855。虽然在图12B所示的电路图中,电容器部分854和液晶元件855二者被连接到恒定电位线856,但二者不一定要保持在相同的电位,而是其中之一可以被保持在公共电位,而另一可以被保持在地电位。而且,虽然根据本实施方案,具有多栅结构的n沟道TFT被用作开关TFT 853,但也可以采用p沟道TFT。而且,开关TFT的布局可以由实施本发明的人员适当地设定。
开关TFT 853和电容器部分854被示于图12C的剖面图中。参考号800表示衬底,且可以采用玻璃衬底、陶瓷衬底、石英衬底、硅衬底、或塑料衬底(包括塑料膜)。而且,参考号801表示氧氮化硅膜,而参考号802表示氮氧化硅膜,它们被层叠用作基底膜。当然,这些膜不必局限于这些材料。
借助于对氧化物导电膜进行图形化而形成的象素电极857,先行被形成在氮氧化硅膜802上。亦即,借助于在制作薄膜晶体管之前提供象素电极857,能够减少整个电路层叠层的数目。而且,虽然对可见光透明的氧化物导电膜(典型为ITO膜)被用作象素电极857,但此膜不局限于此,而是可以采用其它的氧化物导电膜。而且,在象素电极857上提供氮氧化硅膜803。最好与本发明第二情况相似地采用材料与稍后形成的栅绝缘膜相同的或对有源层具有高选择比的绝缘膜。
而且,开关TFT 853的有源层被提供在氮氧化硅膜803上,且有源层包括源区804、漏区805、LDD区806a-806d、以及沟道形成区807a和807b,且二个沟道形成区和4个形成的LDD区被提供在源区804与漏区805之间。
而且,开关TFT 853的有源层被栅绝缘膜808覆盖,并在其上提供栅电极809a和809b以及栅电极810a和810b。而且,氮化钽膜被用作栅电极809a和810a,而钨膜被用作栅电极809b和810b。这些金属膜彼此具有高的选择比,因此,借助于选择腐蚀条件,能够构成图12B所示的结构。关于腐蚀条件,可以参考本申请人的JP-A-2001-313397。
而且,提供氮化硅膜或氧氮化硅膜作为第一钝化膜811来覆盖栅电极,并在其上提供光敏有机树脂膜812(根据本实施方案,采用正性光敏丙烯酸膜)。而且,光敏有机树脂膜812配备有第二钝化膜813来覆盖第一开口部分(见图3B),并在第一开口部分的底部表面处提供第二开口部分(见图3B)。根据本实施方案,氮化硅膜或氧氮化硅膜被用作第二钝化膜813。当然,也可以采用氮化铝膜或氧氮化铝膜的其它绝缘氮化物膜。
而且,数据线852经由第一开口部分被连接到源区804,而漏线815经由第二开口部分被连接到漏区805。漏线815被用作电极,在电容器部分构成存储电容器,并被电连接到象素电极857。而且,虽然根据本实施方案,对可见光透明的氧化物导电膜(典型为ITO膜)被用作象素电极857,本发明不局限于此。而且,数据线852和漏线815可以采用其它金属膜或这些金属的合金膜插入其主要成分是低阻铝或铜金属引线的结构。
漏线815经由第一钝化膜811和第二钝化膜813和与栅电极同时形成的电容器布线816(亦即形成在与栅电极相同的表面上)相对并构成存储电容器854a。而且,电容器布线816经由栅绝缘膜808与半导体膜817相对,并构成存储电容器854b。半导体膜817被电连接到漏区805,因此,借助于以这种方式将恒定电压施加到电容器布线816而用作电极,电容器部分854由与存储电容器854a和854b并联连接的结构构成,因此,用非常小的面积提供了大的电容。而且,确切地说,由于具有大的介电常数的氮化硅膜被用作介质,故存储电容器854a能够确保大电容。
图13A和13B示出了直至具有上述象素结构的液晶显示器件的液晶元件的实际制作的例子。图13A对应于图12C所示的区段,示出了在象素电极857上制作液晶元件855的状态。包含有机树脂的间隔821被提供在漏线815上,并在其上提供定向膜822。形成间隔821和定向膜822的顺序可以倒转。而且,在另一个衬底(反衬底)823上提供包含金属膜的光阻挡膜824、包含导电氧化物膜的反电极825、以及定向膜826,并用密封元件(未示出)将定向膜822和定向膜826彼此面对粘贴到一起。而且,从提供在密封元件中的液晶注入口将液晶827注入,并密封液晶注入口,从而完成液晶显示器件。而且,液晶单元的普通单元集成步骤可以被应用于形成间隔821之后的各个步骤,因此,其详细描述从略。
而且,虽然作为定向膜822的摩擦处理,可以进行普通的摩擦处理或采用不摩擦的工艺,当类金刚石碳(DLC)膜被用作图12C中的第三基底膜803时,在象素电极857上形成第二开口部分的过程中,仅仅DLC膜能够选择性地保留,因此,能够采用借助于对DLC膜进行激光辐照而获得定向性质的技术。
当构成图13A所示的结构时,光被入射在反衬底823一侧上,被液晶827调制,并从衬底801侧发射。此时,透射光透过用于层间绝缘膜的光敏有机树脂膜812,因此,必需借助于充分地执行褪色处理来使光敏有机树脂膜812足够透明。
而且,当构成图13A所示的结构时,此结构对于其中间隔821的高度无须增加到超过所需的高度是有用的。亦即,虽然当采用正常的TN液晶时,单元间隙约为4微米,而在此情况下,间隔的高度也必需约为4微米,当构成本实施方案的结构时,利用借助于将间隔高度加入从薄膜晶体管推得的高度(约为1.5-2微米)所构成的高度,来构成单元间隙。因此,间隔821的高度本身约为2.0-2.5微米足够,这是用涂敷方法能够形成足够均匀的膜厚度的范围。而且,如从图12A和12B以及13A显见,即使当透过显示区(被象素电极857占据的区域)的光被散射到薄膜晶体管侧时,漏线815也被提供来覆盖光敏有机树脂膜812的壁表面,因此,获得了用作光阻挡膜以散射来自水平方向的光的优点。而且,光透过象素显示部分以通过绝缘膜发射的距离被缩短,因此能够限制界面散射引起的光损失。
接着,图13B示出了利用包含具有反射性质的金属膜的漏线831代替象素电极857的例子,且铝膜(包括铝合金膜)或其表面上至少具有银薄膜的导电膜,能够被用作具有反射性质的金属膜。与图13A相同的其它部分的解释从略。当构成图13B所示结构时,光被入射在反衬底823一侧上,被液晶827调制,并再次从反衬底823一侧发射。在此情况下,也获得了与图13A情况相似的效果。
而且,如图22所示,借助于形成厚的光敏有机树脂膜,能够构成也用作间隔的结构。在图22中,参考号841表示形成来也作为间隔的光敏有机树脂膜。在图22所示结构的情况下,不必提供图13A和13B所示的间隔821,因此,能够减少一个掩模(用来形成间隔的掩模),而且,能够省略形成间隔的步骤。而且,由于图22示出了借助于形成图13A中的厚的光敏有机树脂膜也用作间隔的结构,而不是用相似的结构构成光敏有机树脂膜和间隔,因此,用相同的参考号表示与图13A相同的各个部分。
(实施方案4)
在本实施方案中,用图14A-14D来描述图1A-1D所示整个发光器件的结构。图14A是借助于用密封材料密封其中制作薄膜晶体管的元件衬底而产生的发光器件的平面图。图14B是沿图14A中B-B’线的剖面图。图14C是沿图14A中A-A’线的剖面图。
象素部分(显示部分)402、提供来环绕象素部分402的数据线驱动电路403、栅线驱动电路404a和404b、以及保护电路405,位于衬底401上,并提供密封材料406来环绕它们。象素部分402的结构最好参见图1A-D及其描述。玻璃材料、金属材料(典型为不锈材料)、陶瓷材料、或塑料材料(包括塑料膜),可以被用作密封材料406。如图1A-D所示,也可以仅仅用绝缘膜来进行密封。此外,根据光从EL元件的发射方向,必需采用透明材料。
可以提供密封材料406来局部重叠数据线驱动电路403、栅线驱动电路404a和404b、以及保护电路405。用密封材料406来提供密封材料407,致使由衬底401、密封材料406、以及密封材料407产生封闭的空间408。吸湿剂(氧化钡、氧化钙等)409被预先提供在密封材料407的凹陷部分,致使具有吸收潮气和氧等以保持上述封闭空间408内部气氛清洁的功能,从而抑制EL层的退化。凹陷部分被具有精细网格形状的覆盖材料410覆盖。覆盖材料410使空气和潮气能够通过,但吸湿剂409不能够通过。注意,最好用诸如氮气或氩气的惰性气体充满封闭空间408,也可以用树脂或惰性流体来充满。
而且,在衬底401上提供输入端子部分411,用来将信号传输到数据线驱动电路403和栅线驱动电路404a和404b。诸如视频信号之类的数据信号,通过FPC(柔性印刷电路)412被传送到输入端子部分411。如图14B所示,相对于输入端子部分411的剖面,其结构为氧化物导电膜414被层叠在与栅线或数据线一起形成的布线413上的输入布线,通过导体416被分布其中的树脂417,与提供在FPC 412侧的布线415电连接。注意,对其用金或银进行镀敷的球形聚合物,最好被用于导体416。
同样,图14C中被虚线环绕的区域418的放大图被示于图14D。最好借助于组合薄膜晶体管419和电容器420来组成保护电路405,为此可以采用任何已知的结构。本发明的特点是能够形成电容器而不增加光刻步骤数目,同时改善接触孔。在本实施方案中,利用此特点来形成电容器420。注意,若参照图1A-D及其描述,就能够理解薄膜晶体管419和电容器420的结构,因此不再赘述。
在本实施方案中,保护电路405被提供在输入端子411与数据线驱动电路403之间。当诸如不希望有的脉冲信号之类的静电信号被输入到其间时,保护电路将脉冲信号释放到外部。此时,瞬时被输入的高电压信号能够首先被电容器420减弱,而其它的高电压能够通过薄膜晶体管和薄膜二极管组成的电路被释放到外部。当然,保护电路可以被提供在其它位置,例如象素部分402与数据线驱动电路403之间的位置,或象素部分402与栅线驱动电路404a和404b之间的位置。
如上所述,根据本实施方案,当执行本发明时,指出了一个例子,其中提供在输入端子部分中的用于静电措施等保护电路的电容器被同时形成。借助于与实施方案1和2的任何结构进行组合,能够执行本实施方案。
(实施方案5)
本实施方案示出了发光器件具有不同于实施方案4的构造的例子。图15被用于解释。图15是对应于图14C的剖面图,象素部分402、数据线驱动电路403、以及保护电路405,被提供在衬底401上,而输入端子部分411被提供在这些电路的延长线上。与图1A、1B、1C、1D所示的发光器件相似,象素部分402、数据线驱动电路403、以及保护电路405用保护膜421密封EL元件,并构造得非常薄。
而且,根据本实施方案,利用TCP(带载体封装件)422来确保到外部驱动电路的电连接。用TAB(带自动键合)处配备有IC芯片422a-422d的结构来构成TCP 422并沿IC芯片422a-422d的排列方向将TCP 422粘附在衬底401上。因此,能够使发光器件的厚度非常薄,且利用显示部分的发光器件,能够提供便携性优异的电子装置。而且,当柔性衬底(典型为塑料膜)被用作衬底时,提供了柔性发光器件,因此,能够实现可粘贴在弯曲表面上的柔性电器。
而且,本实施方案所示的结构能够与图1A、1B、1C、1D、2A、2B以及实施方案1-4中任何一个所示的结构自由组合。
(实施方案6)
根据本实施方案,参照图18A、18B、18C、18D来解释用不同于图4A、4B、4C、4D的工艺制作薄膜晶体管和连接到薄膜晶体管的存储电容器的例子。首先解释图18A。基底膜202被形成在衬底201上,并在其上形成腐蚀成小岛形的半导体膜。而且,形成栅绝缘膜207,形成栅电极208和电容器电极209,并用栅电极208作为掩模,自对准地形成源区203和漏区204。此时,同时分割沟道形成区205和用作存储电容器一个电极的半导体区206。当形成源区203和漏区204时,用热处理方法激活源区203和漏区204,形成第一钝化膜210,然后用热处理方法进行氢化处理。至此的制造方法可以用众所周知的工艺进行,且所有众所周知的材料能够被用作构成薄膜晶体管的材料。
接着,在第一钝化膜210上形成保护膜211。其膜厚度可以选择为30-70nm(最好是45-55nm)。氧化硅膜或氮氧化硅膜被用作保护膜211。而且,在保护膜211上形成配备有第一开口部分212的光敏有机树脂膜213(此处是正性光敏丙烯酸膜)。光敏有机树脂膜213是光敏的,因此能够借助于将膜直接曝光,并能够借助于对其进行显影而被腐蚀来进行图形化。当然,在用腐蚀溶液进行腐蚀之后,进行光敏有机树脂膜213的褪色处理和固化处理。而且,关于褪色处理和固化处理,可以参考图4A、4B、4C、4D、4E的解释。
接着解释图18B。当形成第一开口部分212时,用光敏有机树脂膜213作为掩模,暴露的保护膜211被腐蚀。此时,第一钝化膜210用作腐蚀停止层。接着,形成第二钝化膜214来覆盖光敏有机树脂膜213的上表面和第一开口部分212的内壁表面。第二钝化膜214可以用与第一钝化膜210相同的材料构成。如图4A、4B、4C、4D、4E的解释所述那样,最好用高频放电溅射方法来形成第二钝化膜210。在此情况下,其条件可以参考图4A、4B、4C、4D、4E的解释。而且,当形成第二钝化膜214时,形成光抗蚀剂215。光抗蚀剂215是一种掩模,用来在第二钝化膜214中形成第二开口部分。
接着解释图18C。当形成光抗蚀剂215时,借助于进行腐蚀处理,第二钝化膜214、第一钝化膜210、以及栅绝缘膜207被相继腐蚀,从而形成第二开口部分216。此时,虽然可以用干法腐蚀处理或湿法腐蚀处理来进行腐蚀处理,但为了改善第二开口部分216的形状,最好用干法腐蚀处理。根据本发明,在形成第二开口部分216的过程中,即使当进行干法腐蚀处理时,光敏有机树脂膜213也不被直接暴露于等离子体。
接着解释图18D。当形成第二开口部分216时,在其上形成金属膜,并用腐蚀方法进行图形化,从而形成源电极217和漏电极218。为了形成这些电极,可以采用钛膜、氮化钛膜、钨膜(包括其合金)、铝膜(包括其合金)、或这些膜的叠层膜。而且,漏电极218被延长以重叠电容器电极209。当构成这种结构时,第一存储电容器219a由半导体区206、栅绝缘膜207、以及电容器电极209构成,而第二存储电容器219b由电容器电极209、第一钝化膜210、第二钝化膜214、以及漏电极218构成。因此,由于第一存储电容器219a和第二存储电容器219b可以平行提供,故能够以小的面积确保大的电容。由于第二存储电容器219b的介质由叠层结构的二个层构成,故产生针孔的可能性小,从而能够构成高度可靠的存储电容器。
如上所述,能够提供具有图18D所示结构的薄膜晶体管和连接到此薄膜晶体管的存储电容器。而且,虽然根据本实施方案已经给出了本发明应用于简单结构的薄膜晶体管的解释,但本实施方案也可以应用于所有众所周知结构的薄膜晶体管,并能够与实施方案1-5中任何一个的结构自由地组合。
(实施方案7)
将本发明的显示器件用于显示部分的电子装置的例子是:摄象机;数码相机;风镜式显示器(头戴式显示器);导航系统;放声装置(汽车音响,音响部件等);膝上计算机;游戏机;便携式信息终端(移动计算机,蜂窝电话,便携式游戏机,电子记事本等);以及包括记录媒质的放像装置(具体地说是能够处理诸如数字万能碟盘(DVD)之类的记录媒质中的数据并具有能够显示此数据的图象的显示器件的装置)。这些电子装置的具体例子被示于图16A-16H中。
图16A示出了一种电视机,它包含机箱2001、支持底座2002、显示单元2003、扬声器单元2004、视频输入端子2005等。本发明被应用于显示单元2003。术语电视机包括了用来显示信息的各种电视机,例如个人计算机、电视接收机、以及广告的显示装置。
图16B示出了一种数码相机,它包含主体2101、显示单元2102、图象接收单元2103、操作键2104、外部连接端口2105、快门2106等。本发明被应用于显示单元2102。
图16C示出了一种膝上计算机,它包含主体2201、机箱2202、显示单元2203、键盘2204、外部连接端口2205、鼠标2206等。本发明被应用于显示单元2203。
图16D示出了一种移动计算机,它包含主体2301、显示单元2302、开关2303、操作键2304、红外端口2305等。本发明被应用于显示单元2302。
图16E示出了一种配备有记录媒质(具体地说是DVD碟机)的便携式图像再现装置。此装置包含主体2401、机箱2402、显示单元A2403、显示单元B2404、记录媒质(例如DVD)读出单元2405、操作键2406、扬声器单元2407等。显示单元A2403主要显示图象信息,而显示单元B2404主要显示文本信息。本发明被应用于显示单元A2403和B2404。术语配备有记录媒质的放像装置包括家用游戏机。
图16F示出了一种护目镜型显示器(头戴式显示器),它包含主体2501、显示单元2502、以及镜臂单元2503。本发明被应用于显示单元2502。
图16G示出了一种摄象机,它包含主体2601、显示单元2602、机箱2603、外部连接端口2604、遥控接收单元2605、图象接收单元2606、电池2607、声音输入单元2608、操作键2609、目镜部分2610等。本发明被应用于显示单元2602。
图16H示出了一种蜂窝电话,它包含主体2701、机箱2702、显示单元2703、声音输入单元2704、声音输出单元2705、操作键2706、外部连接端口2707、天线2708等。本发明被应用于显示单元2703。若显示单元2703在黑色背景上显示白色字符,则能够降低蜂窝电话的功耗。
如上所述,利用本发明得到的显示器件可以被用作各种电子装置的显示单元。由于在本发明中能够提高显示器件的性能稳定性,并扩大电路设计中的设计裕度,故能够提供低成本的显示器件,从而能够降低电子装置零件的成本。而且,本实施方案的电子装置可以采用实施方案1-6所示的任何一种显示器件结构。
根据本发明的第一情况,利用在电路设计中具有高设计裕度的工艺,能够制造显示器件而不分散薄膜晶体管的阈值电压,并能够达到提高显示器件运行功能稳定性的效果。而且,能够用小的面积形成大的电容而不特别增加同时制造薄膜晶体管的光刻步骤,能够达到提高显示器件的显示质量的效果。而且,根据本发明的第二情况,提供了在降低工艺步骤数目方面优选的制造工艺,并能够达到降低显示器件确切地说是发光器件的制造成本的效果。

Claims (41)

1.一种显示器件,包含象素部分,该象素部分具有多个象素,
其中每个象素提供有象素电极,
其中象素电极连接到衬底上的半导体元件,
其中,半导体元件包含:
有源层,
与有源层接触的栅绝缘膜、通过栅绝缘膜与有源层相对的栅电极,
提供在有源层上的第一绝缘氮化物膜,
提供在第一绝缘氮化物膜上的有机树脂膜,
提供在有机树脂膜上的第二绝缘氮化物膜,以及
提供在第二绝缘氮化物膜上的布线;
其中,形成在有机树脂膜中的第一开口部分的内壁表面,被第二绝缘氮化物膜覆盖;
其中在包括栅绝缘膜、第一绝缘氮化物膜、以及第一开口部分内的第二绝缘氮化物膜的叠层体中形成第二开口部分;
其中,有源层和布线通过第一开口部分和第二开口部分被连接;
其中,象素电极通过布线被电连接到半导体元件;以及
其中,衬底与象素电极之间的距离短于衬底与有源层之间的距离。
2.根据权利要求1的显示器件,其中,所述第一开口部分的底部表面包括使第一绝缘氮化物膜和第二绝缘氮化物膜彼此在0.3-3微米接触的区域。
3.根据权利要求1的显示器件,其中有机树脂模是丙烯酸膜。
4.一种显示器件,包含象素部分,该象素部分具有多个象素,
其中每个象素提供有象素电极,
其中象素电极连接到衬底上半导体元件,
其中,半导体元件包含:
有源层,
与有源层接触的栅绝缘膜,
通过栅绝缘膜与有源层相对的栅电极,
提供在有源层上的包括氩的第一绝缘氮化物膜,
提供在第一绝缘氮化物膜上的第一有机树脂膜,
提供在第一有机树脂膜上的包括氩的第二绝缘氮化物膜,
提供在第二绝缘氮化物膜上的布线,
提供在布线上的第二有机树脂膜,
提供在第二有机树脂膜上的包括氩的第三绝缘氮化物膜以及
提供在第三绝缘氮化物膜上的加入有Li的金属膜;
其中,形成在第一有机树脂膜中的第一开口部分的内壁表面,被第二绝缘氮化物膜覆盖;
在包括栅绝缘膜、第一绝缘氮化物膜、以及第一开口部分内的第二绝缘氮化物膜的叠层体中形成第二开口部分;
其中,有源层和布线通过第一开口部分和第二开口部分被连接;以及
其中,象素电极通过布线被电连接到半导体元件;以及
其中,衬底与象素电极之间的距离短于衬底与有源层之间的距离。
5.根据权利要求1的显示器件,其中所述有机树脂膜是光敏有机树脂膜。
6.根据权利要求2的显示器件,其中所述有机树脂膜是光敏有机树脂膜。
7.根据权利要求3的显示器件,其中所述丙烯酸膜是正性光敏丙烯酸膜。
8.根据权利要求4的显示器件,其中所述第一和第二有机树脂膜是正性光敏有机树脂膜。
9.根据权利要求1的显示器件,其中第一绝缘氮化物膜和第二绝缘氮化物膜中的每一个包含从氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜和氮氧化铝膜中选出的至少一种膜。
10.根据权利要求2的显示器件,其中第一绝缘氮化物膜和第二绝缘氮化物膜中的每一个包含从氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜和氮氧化铝膜中选出的至少一种膜。
11.根据权利要求3的显示器件,其中第一绝缘氮化物膜和第二绝缘氮化物膜中的每一个包含从氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜和氮氧化铝膜中选出的至少一种膜。
12.根据权利要求4的显示器件,其中第一绝缘氮化物膜和第二绝缘氮化物膜中的每一个包含从氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜和氮氧化铝膜中选出的至少一种膜。
13.根据权利要求1的显示器件,其中第一开口部分上端部处的曲率半径为3-30微米。
14.根据权利要求2的显示器件,其中第一开口部分上端部处的曲率半径为3-30微米。
15.根据权利要求3的显示器件,其中第一开口部分上端部处的曲率半径为3-30微米。
16.根据权利要求4的显示器件,其中第一开口部分上端部处的曲率半径为3-30微米。
17.根据权利要求1的显示器件,其中第一开口部分上端部处的曲率半径在3-30微米范围内连续变化。
18.根据权利要求2的显示器件,其中第一开口部分上端部处的曲率半径在3-30微米范围内连续变化。
19.根据权利要求3的显示器件,其中第一开口部分上端部处的曲率半径在3-30微米范围内连续变化。
20.根据权利要求4的显示器件,其中第一开口部分上端部处的曲率半径在3-30微米范围内连续变化。
21.根据权利要求1的显示器件,其中第一开口部分下端部处的接触角θ满足30度<θ<65度。
22.根据权利要求2的显示器件,其中第一开口部分下端部处的接触角θ满足30度<θ<65度。
23.根据权利要求3的显示器件,其中第一开口部分下端部处的接触角θ满足30度<θ<65度。
24.根据权利要求4的显示器件,其中第一开口部分下端部处的接触角θ满足30度<θ<65度。
25.一种具有根据权利要求1的显示器件的电子装置,其中所述电子装置选自由电视机、数码相机、膝上计算机、移动计算机、便携式图像再现装置、护目镜型显示器、以及摄象机组成的组。
26.一种具有根据权利要求2的显示器件的电子装置,其中所述电子装置选自由电视机、数码相机、膝上计算机、移动计算机、便携式图像再现装置、护目镜型显示器、以及摄象机组成的组。
27.一种具有根据权利要求3的显示器件的电子装置,其中所述电子装置选自由电视机、数码相机、膝上计算机、移动计算机、便携式图像再现装置、护目镜型显示器、以及摄象机组成的组。
28.一种具有根据权利要求4的显示器件的电子装置,其中所述电子装置选自由电视机、数码相机、膝上计算机、移动计算机、便携式图像再现装置、护目镜型显示器、以及摄象机组成的组。
29.根据权利要求1或4的显示器件,
其中绝缘膜的第一部分形成在象素电极上;以及
其中有源层形成在绝缘膜的第二部分上。
30.一种制造显示器件的方法,包含下列步骤:
在衬底上形成被基底膜覆盖的象素电极;
在基底膜上形成半导体膜;
在半导体膜上形成栅绝缘膜;
在栅绝缘膜上形成栅电极;
在半导体膜中形成杂质区;
在栅电极上形成第一绝缘氮化物膜;
在第一绝缘氮化物膜上形成有机树脂膜;
在杂质区上的有机树脂膜中形成第一开口部分;
形成第二绝缘氮化物膜以便覆盖第一开口部分;
借助于腐蚀第一开口部分底部表面处的第二绝缘氮化物膜、第一绝缘氮化物膜、以及栅绝缘膜,而形成第二开口部分;
在第二绝缘氮化物膜上形成布线,并通过第一开口部分和第二开口部分连接杂质区和布线,
其中,在形成第一开口部分的过程中,象素电极上的有机树脂膜被腐蚀;
在形成第二开口部分的过程中,借助于腐蚀第二绝缘氮化物膜、第一绝缘氮化物膜、栅绝缘膜、以及基底膜,象素电极被暴露,然后连接象素电极和布线。
31.根据权利要求30的制造显示器件的方法,其中该有机树脂膜包含丙烯酸膜。
32.根据权利要求30的制造显示器件的方法,其中所述有机树脂膜是光敏有机树脂膜。
33.根据权利要求31的制造显示器件的方法,其中所述丙烯酸膜是正性光敏丙烯酸膜。
34.根据权利要求30的制造显示器件的方法,其中所述第一绝缘氮化物膜和第二绝缘氮化物膜中的每一个包含从氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜和氮氧化铝膜中选出的至少一种膜。
35.根据权利要求31的制造显示器件的方法,其中所述第一绝缘氮化物膜和第二绝缘氮化物膜中的每一个包含从氮化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜和氮氧化铝膜中选出的至少一种膜。
36.根据权利要求30的制造显示器件的方法,其中第一开口部分上端部处的曲率半径为3-30微米。
37.根据权利要求31的制造显示器件的方法,其中第一开口部分上端部处的曲率半径为3-30微米。
38.根据权利要求30的制造显示器件的方法,其中第一开口部分上端部处的曲率半径在3-30微米范围内连续变化。
39.根据权利要求31的制造显示器件的方法,其中第一开口部分上端部处的曲率半径在3-30微米范围内连续变化。
40.根据权利要求30的制造显示器件的方法,其中第一开口部分下端部处的接触角θ被设定为30度<θ<65度。
41.根据权利要求31的制造显示器件的方法,其中第一开口部分下端部处的接触角θ被设定为30度<θ<65度。
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