WO2004075607A1

WO2004075607A1 - 有機ｅｌ素子及びその製造方法

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Publication number: WO2004075607A1
Application number: PCT/JP2003/001892
Authority: WO
Inventors: Masaya Nakayama
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-02
Also published as: JP4343850B2; US8011987B2; US20050162082A1; JPWO2004075607A1; EP1596637A1; US20070031588A1; EP1596637A4; US7129637B2

Abstract

画素電極に紫外線照射を行っても、ＴＦＴの特性の劣化の生じにくい有機ＥＬ素子を提供する。基板上にＴＦＴが形成されている。ＴＦＴは、ソース及びドレインとなる第１の領域及び第２の領域、第１の領域と第２の領域との間のチャネル領域、及びゲート電極を有する。薄膜トランジスタを覆うように、基板の上に層間絶縁膜が配置されている。層間絶縁膜の上に配置された画素電極が、層間絶縁膜に形成されたビアホール内を経由してＴＦＴの第１の領域に電気的に接続されている。被覆膜が、画素電極の縁を被覆し、内部の領域は露出させるとともに、層間絶縁膜の表面のうち、前記薄膜トランジスタのチャネル領域と重なる領域を覆い、紫外線を遮光する。画素電極の上に有機発光層と上部電極とが配置されている。

Description

有機 E L素子及びその製造方法技術分野

本発明は、有機 EL素子及びその製造方法に関し、特に薄膜トランジスタに接続された画素電極上に、有機発光材料層と上部電極とが積層された構造を有する有機 E L素子及びその製造方法に関する。

明背景技術

近年、有機エレクト口ルミネッセンス（有書機 EL) 素子を用いた表示装置は、陰極線管 (CRT) や液晶ディスプレイ（LCD) に代わる薄膜軽量表示装置として注目されている。特に、有機 EL素子を駆動するスイッチング素子として薄膜トランジスタを備えた有機 E L表示装置の研究開発が盛んに行われている。図 6に、特開 2001—133807号公報に開示されている有機 E L素子の断面図を示す。表面が酸化シリコン膜で覆われた透明基板 1の上に、トップゲート型の薄膜トランジスタ 10が形成されている。薄膜トランジスタ（TFT) 1 0は、ソース及ぴドレインとなる第 1の領域 R1及び第 2の領域 R2、第 1の領域 R 1と第 2の領域 R 2との間のチャネル領域 C、及びゲート電極 Gを含んで構成される。

TFT10の第 1の領域 R1の上に、中間接続部材 15が形成され、第 2の領域 R2に、信号線 16が接続されている。 TFT10、中間接続部材 15、及び信号線 16を覆うように、層間絶縁膜 20が形成されている。層間絶縁膜 20の上に、インジウムティンオキサイド（I TO) からなる透明画素電極 25が形成されている。

画素電極 25の外周と重なるように配置された被覆膜 26が、画素電極 25の縁を覆う。被覆膜 26の内側の画素電極 25の上に、有機発光層 30が形成されている。有機発光層 30の縁は、被覆膜 26の上に懸かっている。有機発光層 3 0及び層間絶縁膜 20の上に、上部電極 35が形成されている。被覆膜 26は、画素電極 2 5と上部電極 3 5とが短絡されてしまうことを防止する。

被覆膜 2 6として、感光性レジスト材料が使用される。感光性レジスト材料を使用することにより、レジスト材料塗布、露光、現像の 3工程で膜のパターニングを行うことができる。他の絶縁材料を用いる場合には、絶縁膜の成膜、レジストパターンを用いたエッチング、レジストパターンの除去といった余分な工程が必要になる。被覆膜 2 6に感光性レジストを用いることにより、製造工程の簡素化を図ることができる。

有機 E L素子の陽極に I T Oを用いた場合、有機発光層の成膜前に I T O膜の表面を強制酸化することにより、有機 E L素子の特性が向上することが知られている。強制酸化の方法として、酸素プラズマを用いた酸化、及びオゾン雰囲気中での紫外線照射の 2つの方法が有効である。

図 6に示した被覆膜 2 6に感光性レジスト材料を用いた場合、画素電極 2 5を酸素プラズマに晒すと、被覆膜 2 6がエッチングされてしまう。従って、画素電極 2 5の表面の強制酸化の方法として、オゾン雰囲気中で紫外線照射を行うことが好ましい。

ところが、画素電極 2 5に紫外線を照射すると、 T F T 1 0にも紫外線が照射されてしまう。紫外線により T F T 1 0がダメージを受け、その特性が劣化してしまう。発明の開示

本発明の目的は、画素電極に紫外線照射を行っても、 T F Tの特性の劣化の生じにくい有機 E L素子及びその製造方法を提供することである。

本発明の一観点によると、基板上に形成され、ソース及びドレインとなる第 1 の領域及び第 2の領域、該第 1の領域と第 2の領域との間のチャネル領域、及びゲート電極を有する薄膜トランジス夕と、前記薄膜トランジス夕を覆うように、前記基板の上に配置された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の上に配置され、該層間絶縁膜に形成されたビアホール内を経由して前記薄膜トランジスタの第 1の領域に電気的に接続された画素電極と、前記画素電極の縁を被覆し、内部の領域は被覆しない被覆膜と、前記層間絶縁膜の表面のうち、前記薄膜トランジスタのチャネル領域と重なる領域を覆い、紫外線を遮光する遮光膜と、前記画素電極の上に配置された有機発光材料を含む有機発光層と、前記有機発光層の上に配置された上部電極とを有する有機 E L素子が提供される。

本発明の他の観点によると、基板の主面上に、ソース及びドレインとなる第 1 の領域及び第 2の領域、該第 1の領域と第 2の領域との間のチャネル領域、及びゲ一ト電極を有する薄膜トランジスタを形成する工程と、前記薄膜トランジスタを覆うように、前記基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上に、前記薄膜トランジスタの第 1の領域に電気的に接続された画素電極を形成する工程と、前記画素電極の縁を覆い、内部の領域は露出させ、かつ前記層間絶縁膜の表面のうち前記薄膜トランジスタのチャネル領域と重なる領域を覆う被覆膜を形成する工程と、前記画素電極の表面を酸化性雰囲気に晒しながら、前記基板の主面側から該基板に紫外線を照射する工程と、前記画素電極の上に、有機発光材料を含む有機発光層を形成する工程と、前記有機発光層の上に、上部電極を形成する工程とを有する有機 E L素子の製造方法が提供される。

基板に紫外線を照射する際に、遮光膜が紫外線を遮光するため、 T F Tのチヤネル領域まで到達する紫外線の強度が弱まる。このため、 T F Tの特性の劣化を防止することができる。図面の簡単な説明，

図 1は、第 1の実施例による有機 E L素子の断面図である。

図 2は、第 1の実施例による有機 E L素子の平面図である。

図 3 A及び 3 Bは、第 1の実施例による有機 E L素子の製造方法を説明するための基板の断面図である。

図 4 Aは、第 1の実施例による有機 E L素子の T F Tの、紫外線照射前及び照射後の特性を示すグラフであり、図 4 Bは、従来の有機 E L素子の T F Tの、紫外線照射前及び照射後の特性を示すグラフである。

図 5は、第 1の実施例による有機 E L素子の断面図である。

図 6は、従来の有機 E L素子の断面図である。発明を実施するための最良の形態

図 1に、第 1の実施例による有機 EL素子の断面図を示し、図 2に 1画素の平面図を示す。

図 2に示すように、基板上に、行方向に延在する複数のゲート線 2及び列方向に延在する複数の信号線 16が配置されている。ゲート線 2と信号線 16とは、その交差箇所において絶縁膜により相互に絶縁されている。

ゲート線 2と信号線 16との交差箇所の各々に TFT 10が配置されている。 TFT10は、ソース及びドレインとなる第 1の領域 R1及び第 2の領域 R 2と、ゲート電極 Gとを含んで構成される。ゲート電極 Gは、対応するゲート線 2に接続されている。第 2の領域 R2は、対応する信号線 16に接続されている。相互に隣り合う 2本のゲート線 2及び相互に隣り合う 2本の信号線 16に囲まれた領域に、画素電極 25が配置されている。画素電極 25は、対応する TFT 10の第 1の領域 R 1に接続されている。被覆膜 26が、画素電極 25の外周に重なるように配置され、画素電極 25の縁、及び画素電極 25の外周よりも外側のある幅の領域を覆っている。さらに、被覆膜 26は、基板の法線方向に平行な視線で見た時、 TFT10と重なる領域を覆っている。画素電極 25の縁以外の内部の領域は、被覆膜 26で覆われていない。

図 1に、図 2の一点鎖線 A 1— A 1における断面図を示す。主面上に酸化シリコン膜が形成された透明基板 1の酸化シリコン膜上に、 TFT10が形成されている。 TFT10は、基板 1の表面上に形成された多結晶シリコン膜 11、その上に形成された酸化シリコンからなるゲート絶縁膜 I、その上に形成された A 1 Nd合金からなるゲート電極 Gを含んで構成される。多結晶シリコン膜 11のうちゲート電極 Gの下方の領域にチャネル領域 Cが画定され、その両側にソ一ス及びドレインとなる n型の第 1の領域 R 1及び第の領域 R が画定されている。多結晶シリコン膜 11の厚さは 20〜100 nm、ゲート絶縁膜 Iの厚さは 10 0〜150 nm、ゲート電極 Gの厚さは 300〜400 nmである。

TFT10を覆うように、基板 1の上に、酸化シリコンまたは酸化シリコンと窒ィ匕シリコンとの積層からなる厚さ 300〜500 nmの絶縁膜 17が形成されている。 TFT10の第 1の領域 R 1及び第 2の領域 R2に対応する位置に、絶縁膜 17を貫通する開口が形成されている。絶縁膜 17の上に、モリブデン（M o) またはチタン（T i) /アルミニウム（A 1) /モリブデン（Mo) の積層からなる信号線 16が形成されている。信号線 16は、絶縁膜 17に形成された開口内を経由して TFT 10の第 2の領域 R 2に接続されている。

T F T 10の第 1の領域 R 1に対応する絶縁膜 17の表面上に、モリブデン（ Mo) またはチタン（T i) ノアルミニゥム（A l) Zモリブデン（Mo) の積層からなる中間接続部材 15が形成されている。中間接続部材 15は、絶縁膜 1 7に形成された開口内を経由して第 1の領域 R 1に接続されている。

信号線 16、中間接続部材 15を覆うように、絶縁膜 17の上に層間絶縁膜 2 0が形成されている。層間絶縁膜 20は感光性樹脂（例えばアクリル樹脂）で形成されており、その厚さは 3. O mである。なお、層間絶縁膜 20の表面は平坦化されている。

層間絶縁膜 20に、中間接続部材 15の上面を露出させる開口が形成されている。層間絶縁膜 20の表面上に IT〇からなる画素電極 25力形成されている。画素電極 25は、層間絶縁膜 20に形成された開口内を経由して中間接続部材 1 5に接続されている。これにより、画素電極 25は、中間接続部材 15を介して T F Τ 10の第 1の領域 R 1に電気的に接続される。

画素電極 25の外周に沿って配置された被覆膜 26が、画素電極 25の緣を覆うとともに、層間絶縁膜 20の表面のうち TFT10の上方の領域を覆う。被覆膜 26は、感光性レジスト材料、例えばノポラック系レジスト材料で形成される。画素電極 25の表面のうち被覆膜 26で覆われていない領域上に、有機発光層 30が形成されている。有機発光層 30は、例えば、画素電極 25側から順番に、正孔注入層 30 Α、正孔輸送層 30 Β、発光層 30 C、及び電子輸送層 30 D がこの順番に積層された 4層構造を有する。有機発光層 30の縁は、被覆膜 26 の上面の一部まで延在している。

有機発光層 30及び被覆膜 26を、上部電極 35が覆う。上部電極 35はアルミニゥムで形成され、その厚さは 100〜200 nmである。画素電極 25が陽極、上部電極 35が陰極になるように両者に電圧が印加される。被覆膜 26は、画素電極 25と上部電極 35との短絡を防止する。有機発光層 30に電流が注入され、発光が生ずる。この光は、基板 1を通って外部に放射される。

次に、図 3 A及び 3Bを参照して、上記第 1の実施例による有機 EL素子の製造方法について説明する。

図 3 Aに示すように、例えばコーニング# 1737等のガラス基板の表面上に、プラズマ励起化学気相成長（PECVD) により厚さ 5 Onmの窒化シリコン膜を堆積させることにより基板 1を作製する。さらに、窒化シリコン膜上に、酸化シリコン膜を P EC VDにより、約 150〜300 nmの厚さ堆積させる。その上に、アモルファスシリコン膜を P EC VDにより堆積させる。

窒素雰囲気中で、 450°Cの温度で 1時間の熱処理を行い、アモルファスシリコン膜中の水素を除去する。波長 308 nmのエキシマレーザを照射することにより、アモルファスシリコン膜を多結晶化する。照射するエキシマレ一ザのパルスエネルギ密度は、 300〜40 OmJZcm²である。レ一ザ照射により、多結晶シリコン膜 11が得られる。多結晶シリコン膜 11を反応性イオンエツチングにより部分的にエッチングし、 TFTが配置される部分に多結晶シリコン膜 1 1を残す。

多結晶シリコン膜 11を覆うように、 PECVDにより厚さ 100〜 150η mの酸化シリコン膜を形成する。この酸化シリコン膜の上に、厚さ 300〜40 0 nmの A 1 N d合金膜をスパッタリングにより形成する。

A 1 Nd合金膜の表面をレジストパターンで覆い、 A 1 Nd合金膜をゥエツトエッチングする。レジストパターンを残したまま、 A 1 Nd合金膜の下の酸化シリコン膜を、 CHF₃を用いてドライエッチングする。さらに、レジストパタ一ンを残したまま、 A 1 Nd合金膜を横方向にエッチングし、 A l Nd合金膜を縮小化する。これにより、酸化シリコンからなるゲート絶縁膜 I及び A 1 Nd合金からなるゲート電極 Gが形成される。 A 1 Nd合金膜のサイドエッチング後、レジストパターンを除去する。

プラズマド一ピング装置を用い、 1〜 5 %の P H ₃希釈ガス中において P +ィオンのドーピングを行う。その際、第 1回目のドーピングを、加速エネルギ 10 keV、ドーズ量 5X 10¹⁴〜1 X 10¹⁵ c m— ²の条件で行い、第 2回目のド一ピングを、加速エネルギ 70 keV、ドーズ量5 10¹²〜5 10¹³。111ー ²の条件で行う。これにより、低濃度ドレイン構造（LDD構造）の nチャネル T FTが形成される。

TFT10を覆うように、基板 1の上に、厚さ 50 nmの酸化シリコン層と厚さ 350 nmの窒化シリコン層との積層からなる絶縁膜 17を PECVDにより形成する。絶縁膜 17の所要箇所に開口を形成する。厚さ 3 Onmのチタン層と厚さ 300 nmのアルミニウム層と厚さ 50 nmのモリブデン層とが積層された膜を堆積させてパ夕一ニングすることにより、中間接続部材 15及び信号線 16 を形成する。中間接続部材 15及び信号線 16を覆うように、感光性樹脂（例えばアクリル樹脂）力、らなる層間絶縁膜 20を、スピンコート法により形成する。層間絶縁膜 20に、中間接続部材 15の上面を露出させる開口を形成する。

I TO膜をスパッタリングにより堆積させ、パターニングすることにより、画素電極 25を形成する。画素電極 25は、層間絶縁膜 20に形成した開口内を経由して中間接続部材 15に接続される。

図 3Bに示すように、感光性レジスト材料を塗布して、露光、現像を行うことにより、被覆膜 26を形成する。基板 1の法線に平行な視線で見た時、被覆膜 2 6は、画素電極 25の外周と重なるとともに、 TFT10と重なる。

基板をオゾン雰囲気中に配置し、画素電極 25の形成されている面に、低圧水銀ランプを用いて紫外線を照射する。照射される紫外線の主な波長は 254nm である。基板表面における紫外線強度は、約 6. 7mWZcm²であり、照射時間は 20分である。

図 1に示したように、画素電極 25の上に、シャドーマスクを用いた真空蒸着により、正孔注入層 30 A、正孔輸送層 30 B、発光層 30C、及び電子輸送層 30Dからなる有機発光層 30を形成する。さらに、真空蒸着によりアルミニゥムからなる上部電極 35を形成する。

有機発光層 30を堆積する前に、 I TOからなる画素電極 25の表面を、ォゾン雰囲気に晒して紫外線照射を行うことにより、有機発光層 30の特性を向上させることができる。なお、画素電極 25を、インジウムを含む透明導電性材料で形成する場合にも、同様の効果が期待される。

上記第 1の実施例では、図 3 Bに示した紫外線照射時に、被覆膜 26が紫外線を遮光するため、 T FT 10に到達する紫外線の強度が弱まる。このため、紫外線照射による TFT10の特性劣化を防止することができる。なお、被覆膜 26 が、少なくとも TFT 10のチャネル領域 Cと重なるように配置すれば、 TFT 10の特性劣化を防止することができる。

図 4Aに、 TFT10のゲート電圧とソースドレイン間電流との関係を示す。横軸はゲート電圧を単位「V」で表し、縦軸はソースドレイン間電流を単位「A 」で表す。図中の黒丸は紫外線照射前の特性を示し、白丸は紫外線照射後の特性を示す。比較のために、図 4Bに、被覆膜 26で遮光しないで紫外線照射を行つた場合の T FTの特性を示す。図中の黒丸は紫外線照射前の特性を示し、白丸は紫外線照射後の特性を示す。

被覆膜で T FTを遮光しない場合には、図 4 Bに示すように、紫外線照射により閾値が変動するとともに、オン電流が低下していることがわかる。これに対し、第 1の実施例のように、被覆膜 26で、 TFT10に入射する紫外線を遮光した場合には、閾値の変動やオン電流の低下は見られない。

TFT10の特性の劣化防止の十分な効果を得るために、被覆膜 26の紫外線透過率を 30%以下にすることが好ましい。例えば、紫外線光源として低圧水銀ランプを使用する場合には、波長 254 nmにおける被覆膜 26の透過率を 30 %以下にすることが好ましい。

上記第 1の実施例では、オゾン雰囲気中で紫外線照射を行ったが、オゾン以外の酸化性雰囲気中で紫外線照射を行ってもよい。

図 5に、第 2の実施例による有機 EL素子の断面図を示す。第 1の実施例では、図 1に示したように、画素電極 25の緑を覆う被覆膜 26を TFT10の上方の領域まで広げて、被覆膜 26の一部を遮光膜として利用した。第 2の実施例では、被覆膜 26は、画素電極 25の縁を覆うのみで、 TFT10の上方までは広がっていない。その代わりに、 T F T 10の上方の領域が、金属製、例えばアルミニゥムの遮光膜 36で覆われている。遮光膜 36は、例えばリフトオフ法等により形成することができる。，第 2の実施例では、第 1の実施例に比べて遮光膜 36の形成工程が新たに必要になるが、紫外線をより遮光しやすい金属で遮光膜 36を形成することにより、紫外線の透過率をより少なくすることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

Claims

請求の範囲

1 . 基板上に形成され、ソース及びドレインとなる第 1の領域及び第 2の領域、該第 1の領域と第 2の領域との間のチャネル領域、及びゲート電極を有する薄膜卜ランジス夕と、

前記薄膜トランジス夕を覆うように、前記基板の上に配置された層間絶縁膜と前記層間絶縁膜の上に配置され、該層間絶縁膜に形成されたビアホール内を経由して前記薄膜トランジスタの第 1の領域に電気的に接続された画素電極と、前記画素電極の縁を被覆し、内部の領域は被覆しない被覆膜と、

前記層間絶縁膜の表面のうち、前記薄膜トランジスタのチャネル領域と重なる領域を覆い、紫外線を遮光する遮光膜と、

前記画素電極の上に配置された有機発光材料を含む有機発光層と、

前記有機発光層の上に配置された上部電極と

を有する有機 E L素子。

2 . 前記被覆膜と前記遮光膜が同一材料からなる一つの層で構成されている請求項 1に記載の有機 E L素子。

3 . 前記被覆膜及び前記遮光膜が、感光性レジスト材料で形成されている請求項 2に記載の有機 E L素子。

4. 前記画素電極が、インジウムを含む透明導電性材料で形成されている請求項 1〜 3のいずれかに記載の有機 E L素子。

5 . 基板の主面上に、ソース及びドレインとなる第 1の領域及び第 2の領域、該第 1の領域と第 2の領域との間のチャネル領域、及びゲート電極を有する薄膜トランジス夕を形成する工程と、

前記薄膜トランジスタを覆うように、前記基板の上に層間絶縁膜を形成するェ程と、

前記層間絶縁膜の上に、前記薄膜トランジス夕の第 1の領域に電気的に接続された画素電極を形成する工程と、

前記画素電極の縁を覆い、内部の領域は露出させ、かつ前記層間絶縁膜の表面のうち前記薄膜トランジスタのチャネル領域と重なる領域を覆う被覆膜を形成する工程と、

前記画素電極の表面を酸化性雰囲気に晒しながら、前記基板の主面側から該基板に紫外線を照射する工程と、

前記画素電極の上に、有機発光材料を含む有機発光層を形成する工程と、前記有機発光層の上に、上部電極を形成する工程と

を有する有機 E L素子の製造方法。

6 . 前記被覆膜を通過する前記紫外線の透過率が 3 0 %以下である請求項 5に記載の有機 E L素子の製造方法。

7 . 前記被覆膜を形成する工程が、

前記層間絶縁膜の表面に感光性レジストを塗布してレジスト膜を形成する工程と、

前記レジスト膜を部分的に露光し、現像することによって、残されたレジスト膜からなる前記被覆膜を形成する工程と

を含む請求項 5または 6に記載の有機 E L素子の製造方法。

8 . 前記画素電極が、インジウムを含む透明導電性材料で形成されている請求項 5〜 7のいずれかに記載の有機 E L素子の製造方法。