JPH08241047A - Ｔｆｔ−ｅｌ画素製造方法 - Google Patents

Ｔｆｔ−ｅｌ画素製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エレクトロルミネセンス媒体として有機材料
を用いた４端子能動マトリックスエレクトロルミネセン
スデバイスを作る方法を提供する。 【解決手段】 この方法では薄膜トランジスタは基板と
して低温度のシリカベースのガラスが用いられうるよう
な充分低い温度で多結晶シリコンから形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】関連する出願の相互参照 Ｔａｎｇ等によるアメリカ国特許出願０８／３５５７４
２「ＴＦＴ−ＥＬ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ Ｕｓ
ｉｎｇ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅ
ｓｃｅｎｔ Ｍｅｄｉａ」及びＴａｎｇ等によるアメリ
カ国特許出願０８／３５５７８６「Ａｎ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｈａｖｉｎ
ｇ ａｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎ
ｅｓｃｅｎｔ Ｌａｙｅｒ」は両方とも同時に出願さ
れ、その記述をここに引用する。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明はエレクトロルミネセ
ンス媒体として有機材料を用いる４端子能動マトリクス
薄膜トランジスタエレクトロルミネセンスデバイスを製
造する方法に係る。
【０００３】
【従来の技術】フラットパネル表示器（ＦＰＤ）技術の
急速な発展は高品質大領域、フルカラー、高解像度表示
器を可能にした。これらの表示器はラップトップコンピ
ュータやポケットＴＶのような電子製品での新たな応用
を可能にした。これらのＦＰＤ技術の中で液晶表示器
（ＬＣＤ）は市場での表示器の選択として出現した。そ
れはまた他のＦＰＤ技術が比較される技術標準を設定し
た。ＬＣＤパネルの例は以下を含む：（１）ワークステ
イション用の１４”，１６−カラーＬＣＤパネル（ＩＢ
Ｍと東芝、１９８９年）（Ｋ．Ｉｃｈｉｋａｗａ，Ｓ．
Ｓｕｚｕｋｉ，Ｈ．Ｍａｔｉｎｏ，Ｔ．Ａｏｋｉ，Ｔ．
Ｈｉｇｕｃｈｉ，Ｙ．Ｏａｎｏ等によるＳＩＤ Ｄｉｇ
ｅｓｔ，２２６（１９８９）を参照）、（２）６”フル
カラーＬＣＤ−ＴＶ（フィリップス、１９８７年）
（Ｍ．Ｊ．Ｐｏｗｅｌｌ，Ｊ．Ａ．Ｃｈａｐｍａｎ，
Ａ．Ｇ．Ｋｎａｐｐ，Ｉ．Ｄ．Ｆｒｅｎｃｈ，Ｊ．Ｒ．
Ｈｕｇｈｅｓ，Ａ．Ｄ．Ｐｅａｒｓｏｎ，Ｍ．Ａｌｌｉ
ｎｓｏｎ，Ｍ．Ｊ．Ｅｄｗａｒｄｓ，Ｒ．Ａ．Ｆｏｒ
ｄ，Ｍ．Ｃ．Ｈｅｍｍｉｎｇｓ，Ｏ．Ｆ．Ｈｉｌｌ，
Ｄ．Ｈ．Ｎｉｃｈｏｌｌｓ，Ｎ．Ｋ．Ｗｒｉｇｈｔ等に
よるＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，６３，１
９８７を参照）、（３）４”フルカラーＬＣＤ−ＴＶ
（モデルＬＱ４２４Ａ０１）（ｍｏｄｅｌ ＬＱ４２４
Ａ０１用のＳｈａｒｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｔｅ
ｃｈｎｉｃａｌ Ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅを参照）、
（４）１メガ画素カラーＴＦＴ−ＬＣＤ（ゼネラルエレ
クトリック）（Ｄ．Ｅ．Ｃａｓｔｌｅｂｅｒｒｙ，Ｇ．
Ｅ．ＰｏｓｓｉｎによるＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ，２３２
（１９８８）を参照）。特許及び出版物を含む全ての参
考文献は以下で完全に再現されるようにここに引用す
る。
【０００４】これらのＬＣＤパネル内の共通の特徴は能
動アドレッシング方式で薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の
使用であり、これは直接アドレッシング（Ｓ．Ｍｏｒｏ
ｚｕｍｉによるＡｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ，Ｐ．Ｗ．Ｈａｗｋｅｓ編集，Ｖｏｌ．７７，Ａｃａ
ｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ １９９０を参照）の制限を緩
和する。ＬＣＤ技術の成功は大領域ＴＦＴ（主にアモル
ファスシリコンＴＦＴ）の製造の急速な進歩によること
が大部分である。ＴＦＴスイッチング特性と電子光学Ｌ
ＣＤ表示要素との間のほとんど理想的な適合はまたキー
としての役割を果たす。
【０００５】ＴＦＴ−ＬＣＤパネルの主な欠点は明るい
バックライトが必要なことである。これはＴＦＴ−ＬＣ
Ｄの透過係数が、特にカラーパネルで小さいためであ
る。典型的には透過係数は約２ー３パーセントである
（Ｓ．ＭｏｒｏｚｕｍｉによるＡｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｐ．Ｗ．Ｈａｗｋｅｓ編集，Ｖｏｌ．
７７，ＡｃａｄｅｍｉｃＰｒｅｓｓ １９９０を参
照）。バックライト付きのＴＦＴ−ＬＣＤパネルに対す
る電力消費はかなりのものであり、バッテリー作動を必
要とする携帯型表示器の応用に対して逆行するように影
響する。
【０００６】バックライトの必要性はまたフラットパネ
ルの小型化を損なう。例えばパネルの深さはバックライ
トユニットを収納するために増加されなければならな
い。典型的な管状の冷陰極ランプを用いると、付加的な
深さは約３／４から１インチである。バックライトはま
たＦＰＤに余計な重さを加える。上記の制限に対する理
想的な解決はバックライトの必要を除去する低電力放射
表示器である。特に魅力的な候補は薄膜トランジスタエ
レクトロルミネセンス（ＴＦＴ−ＥＬ）表示器である。
ＴＦＴ−ＥＬ表示器ではそれぞれの画素は光を放射する
ようアドレスされ、補助のバックライトは必要でない。
ＴＦＴ−ＥＬ方式はＦｉｓｃｈｅｒにより１９７１年に
提案された（Ａ．Ｇ．ＦｉｓｃｈｅｒによるＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，８０
２（９７１）を参照）。Ｆｉｓｃｈｅｒの方式の粉末化
されたＺｎＳはＥＬ媒体として用いられている。
【０００７】１９７５年に成功したプロトタイプのＴＦ
Ｔ−ＥＬパネル（６”）はＺｎＳをＥＬ要素として、Ｃ
ｄＳｅをＴＦＴ材料として用いるＢｒｏｄｙ等により作
られたと報告された（Ｔ．Ｐ．Ｂｒｏｄｙ，Ｆ．Ｃ．Ｌ
ｕｏ，Ａ．Ｐ．Ｓｚｅｐｅｓｉ，Ｄ．Ｈ．Ｄａｖｉｅｓ
等によるＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅ
ｖｉｃｅｓ，２２，７３９（１９７５）を参照）。Ｚｎ
Ｓ−ＥＬが百ボルト以上の高駆動電圧を必要とするので
スイッチングＣｄＳｅ ＴＦＴ要素はそのような高電圧
振動を扱うよう設計されねばならない。それで高電圧Ｔ
ＦＴの信頼性は疑わしくなった。究極的にはＺｎＳに基
づくＴＦＴ−ＥＬはＴＦＴ−ＬＣＤとの競争に成功しな
かった。ＴＦＴ−ＥＬ技術を記載するアメリカ国特許は
以下の通りである：第３８０７０３７号、第３８８５１
９６号、第３９１３０９０号、第４００６３８３号、第
４０４２８５４号、第４５２３１８９号、第４６０２１
９２号。
【０００８】近年有機ＥＬ材料はデバイス化されてき
た。これらの材料はそれ自体をＴＦＴ−ＥＬデバイス内
の表示媒体に対する候補として示唆する（Ｃ．Ｗ．Ｔａ
ｎｇ，Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅによるＡｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７）及びＣ．
Ｗ．Ｔａｎｇ，Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ，Ｃ．Ｈ．Ｃ
ｈｅｎによるＪ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，６５，３６１
０（１９８９）を参照）。有機ＥＬ媒体は２つの重要な
利点を有する：それらはより高い効率を有する；それら
は低い電圧要求を有する。後者の特性は他の薄膜放射デ
バイスと異なる。ＥＬが有機材料であるＴＦＴ−ＥＬデ
バイスの開示は以下のようである：アメリカ国特許第
５，０７３，４４６号，第５，０４７，６８７号，第
５，０５９，８６１号；第５，２９４，８７０号，第
５，１５１，６２９号，第５，２７６，３８０号，第
５，０６１，５６９号，第４，７２０，４３２号，第
４，５３９，５０７号，第５，１５０，００６号，第
４，９５０，９５０号，第４，３５６，４２９号。
【０００９】ＴＦＴに対してそれを理想的にする有機Ｅ
Ｌ材料の特定の特性は以下のように要約される： １） 低電圧駆動。典型的には有機ＥＬセルは光出力レ
ベルとセルインピーダンスに依存して４から１０ボルト
の範囲の電圧を要する。約２０ｆＬの輝度を作るために
要求される電圧は約５ボルトである。この低電圧は高電
圧ＴＦＴに対する要求が除去される故にＴＦＴ−ＥＬパ
ネルに対して非常に魅力的である。更にまた有機ＥＬセ
ルはＤＣ又はＡＣにより駆動されうる。結果として駆動
回路はより複雑でなく、より高価でない。 ２） 高効率。有機ＥＬセルの蛍光効率はワット当たり
４ルーメンの高さである。２０ｆＬの輝度を作るために
ＥＬセルを駆動する電流密度は約１ｍＡ／ｃｍ2であ
る。１００％デューティの励起を仮定すると４００ｃｍ
2 のフルページパネルを駆動するために必要な電力は約
２．０ワットにすぎない。電力要求はフラットパネル表
示器の携帯性基準に確かに合致する。 ３） 低温度での製造。有機ＥＬデバイスは概略室温で
製造されうる。これは高温（＞３００度Ｃ）プロセスを
要求する無機放射デバイスに比べて顕著な利点である。
無機ＥＬデバイスを作るのに要求される高温プロセスは
ＴＦＴとは両立しない。
【００１０】有機ＥＬパネルに対する最も簡単な駆動は
２組の直交する電極（行と列）間にサンドイッチされた
有機表示媒体を有することである。この２端子方式では
ＥＬ素子は表示器とスイッチング機能の両方を提供す
る。有機ＥＬ素子のダイオードのような非線形電流ー電
圧特性は原理的にはアドレッシングのこのモードで高い
度合いの多重化を許容する。しかしながら有機ＥＬに関
する２端子方式の有用性を制限する大きな要因が幾つか
ある： １） メモリの欠如。有機ＥＬの立ち上がり、立ち下が
り時間は非常に速く、マイクロ秒のオーダーであり、そ
れは真性（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）メモリを有さない。斯
くして直接アドレッシング方法を用いて、選択された列
のＥＬ素子はパネル内のスキャン列の数に比例する瞬間
の輝度を生ずるよう駆動されなければならない。パネル
の大きさに依存してこの瞬間の輝度は達成するのが困難
である。例えば１／６０秒のフレームレートで動作する
１０００スキャン列のパネルを考えてみる。列当たりの
許容されうる休止時間は１７μｓである。例えば２０Ｆ
ｌの時間平均された輝度を得るためには列休止時間中の
瞬間輝度は千倍高くなければならず、すなわち２０００
０Ｆｌであり、これは約１Ａ／ｃｍ2 の高電流密度と約
１５ー２０ボルトの電圧で有機ＥＬセルを動作すること
によってのみ得られる極端な輝度である。このような極
端な駆動条件の下でのセル動作の長期間の信頼性は疑わ
しい。 ２） 均一性。ＥＬ素子により要求される電流は行と列
のバスを介して供給される。瞬時の高電流故にこれらの
バスに沿ったＩＲ電位の降下はＥＬ駆動電圧と比較して
顕著ではない。ＥＬの輝度ー電圧特性は非線形である故
に、バスに沿った電位の変化は不均一な光出力を生ず
る。
【００１１】２００μｘ２００μの画素ピッチを有し、
０，５の動作／実効領域比の１０００行と１０００列を
有するパネルを考える。列電極が１０オーム／平方シー
ト（Ω／□）の抵抗のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）で
あると仮定すると全体のＩＴＯバスラインの抵抗は少な
くとも１００００オームである。８００μＡ（２Ａ／ｃ
ｍ2 ）の瞬間画素電流に対するこのバスラインに沿った
ＩＲ降下は８ボルト以上である。一定の電流源が駆動方
式内に設けられることなしにＩＴＯバスに沿ったそのよ
うな大きな電位降下はパネル内で許容できない不均一な
光放射を引き起こす。どのような場合でもバス内の抵抗
電力損失は無駄である。類似の解析は休止時間中に画素
の行全体へ運ばれた全電流、即ち１０００列のパネルに
対して０．８Ａを搬送する付加的な負荷を有する行電極
バスに対してなされうる。シート抵抗が約０．０２８オ
ーム／平方の１μｍ厚さのアルミニウムバスの棒を仮定
すると得られたＩＲ降下は約１１ボルトであり、これは
また許容され得ない。 ３） 電極パターン化。陽極ーインジウム錫酸化物の直
交電極の一つの組は従来技術のフォトリソグラフィの方
法でパターン化されうる。しかしながら電極の他の組の
パターン化は特に有機ＥＬに対して大きな困難が現れ
る。陽極は４ｅＶより小さい仕事関数を有する金属で作
られねばならず、好ましくは銀又はアルミニウムのよう
な他の金属と合金されたマグネシウムである（Ｔａｎｇ
等によるアメリカ国特許第４８８５４３２号を参照）。
有機層の上面に堆積されたマグネシウムに基づいた合金
の陽極はフォトレジストを含むどのような従来技術の手
段によっても容易にはパターン化され得ない。ＥＬセル
上に有機溶剤からフォトレジストを適用するプロセスは
マグネシウムに基づく合金層の下の溶解する有機層に有
害に影響する。これは基板から有機層の層間剥離を引き
起こす。
【００１２】他の困難は湿度に対する陽極の極度の敏感
さである。フォトレジストがＥＬセルの有機層を攪乱す
ることなくうまく適用され、展開されたとしても、酸性
溶液中のマグネシウムに基づく合金の陽極をエッチング
するプロセスは陽極を酸化し、黒い点を作りやすい。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は有機材料がＥ
Ｌ媒体として用いられる能動マトリックス４端子ＴＦＴ
−ＥＬデバイスを提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】そのデバイスは基板上に
配置された２つのＴＦＴと記憶コンデンサと光放射有機
ＥＬパッドとからなる。ＥＬパッドは第二のＴＦＴのド
レインに電気的に接続される。第一のＴＦＴは第二のＴ
ＦＴのゲート電極に電気的に接続され、これは次にコン
デンサに電気的に接続され、それにより励起信号に続い
て第二のＴＦＴが信号間でＥＬパッドに対して一定に近
い電流を供給することを可能にする。本発明のＴＦＴ−
ＥＬデバイスは典型的にはフラットパネル表示器内で形
成される画素であり、好ましくはＥＬ陽極が画素全てを
横切る連続した層である。
【００１５】本発明のＴＦＴ−有機ＥＬデバイスは以下
に示すような他段階プロセスで形成される：第一の薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ１）は基板の上面上に配置され
る。ＴＦＴ１はソース電極とドレイン電極とゲート誘電
体とゲート電極とからなり；ゲート電極はゲートバスの
部分からなる。ＴＦＴ１のソース電極は電気的にソース
バスと接続される。
【００１６】第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ２）はま
た基板の上面上に配置され、ＴＦＴ２はまたソース電極
とドレイン電極とゲート誘電体とゲート電極とからな
る。ＴＦＴ２のゲート電極は第一の薄膜トランジスタの
ドレイン電極と電気的に接続される。記憶コンデンサは
また基板の上面上に配置される。動作中にこのコンデン
サはＴＦＴ１を介して励起信号ソースから充電され、休
止時間中にＴＦＴ２のゲート電極に一定に近い電位を供
給するために放電する。
【００１７】陽極層はＴＦＴ２のドレイン電極に電気的
に接続される。基板を通して光が放射される典型的な応
用では表示器はインジウム錫酸化物のような透明な材料
である。誘電パシベーション層は少なくともＴＦＴ１の
ソース上に、好ましくはデバイスの表面全体上に堆積さ
れる。誘電パシベーション層は表示アノード上に開口を
設けるためにエッチングされる。
【００１８】有機エレクトロルミネセンス層はアノード
層の上面上に直接配置される。続いてカソード層は有機
エレクトロルミネセンス層の上面上に直接堆積される。
好ましい実施例では本発明のＴＦＴ−ＥＬデバイスは低
温（即ち６００度Ｃ以下）結晶化及びアニーリング段
階、水素パシベーション、及び従来技術のパターン技術
と結合されて低圧及びプラズマ増強化学蒸着を用いる方
法により作られる。
【００１９】薄膜トランジスタは好ましくは以下の多段
階プロセスにより同時に形成される：多結晶シリコンア
イランド内にパターン化されたシリコンを堆積し；二酸
化シリコンゲート電極を化学蒸着し；イオンインプラン
トの後でソース、ドレイン、ゲート電極はエッチ薄膜ト
ランジスタ上に形成されるよう自己整列されたゲート電
極を形成するためにパターン化される他の多結晶シリコ
ン層を堆積する。
【００２０】多結晶シリコン及び二酸化シリコンからな
る薄膜トランジスタを有する画素の構成はデバイス性
能、安定性、再現性、他のＴＦＴ上でのプロセス効率の
向上をもたらす。比較するとＣｄＳｅ及びアモルファス
シリコンからなるＴＦＴは低易動度と閾値ドリフトの影
響を被る。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は能動マトリックス４端子Ｔ
ＦＴ−ＥＬデバイスの概略図を示す。各画素の素子は２
つのＴＦＴと記憶コンデンサとＥＬ素子とを含む。４端
子方式の主な特徴はＥＬ励起信号からのアドレッシング
信号を分離する能力である。ＥＬ素子は論理ＴＦＴ（Ｔ
１）を介して選択され、ＥＬ素子に対する励起電力は電
力ＴＦＴ（Ｔ２）により制御される。記憶コンデンサは
それがいったん選択されたアドレスされたＥＬ素子に励
起電力を留めることを可能にする。斯くして回路はＥＬ
素子がアドレッシングに対して割り当てられた時間を無
視して１００％に近いデュティサイクルで動作すること
を許容する。
【００２２】本発明のエレクトロルミネセンスデバイス
の構造は図２、３に示される。このデバイスの基板は絶
縁及び好ましくは水晶又は低温度ガラスのような透明材
料である。本明細書で用いられる透明という用語は表示
デバイスで実際的な使用に対して充分な光を透過する部
品を意味する。例えば所望の周波数範囲で５０％以上の
光を透過する部品は透明と考えられる。低温度ガラスと
いう用語は約６００度Ｃ以上の温度で融解又は歪むガラ
スをいう。
【００２３】図２に示されるＴＦＴ−ＥＬデバイスでは
ＴＦＴ１はソースバス（列電極）をデータラインとして
及びゲートバス（行電極）をデータラインとして有する
論理トランジスタである。ＴＦＴ２はＥＬ素子と直列の
ＥＬ電力トランジスタである。記憶コンデンサはＴＦＴ
１と直列である。ＥＬ素子の陽極はＴＦＴ２のドレイン
に接続される。
【００２４】図２のＴＦＴ−ＥＬの構成は図３から９の
断面図に示される。図３から８に示される断面図は図２
の線Ａ−Ａ’に沿ったものである。図９に示される断面
図は図２の線Ｂ−Ｂ’に沿ったものである。第一のプロ
セス段階でポリシリコン層は透明で絶縁性の基板にわた
り堆積され、ポリシリコン層はフォトリソグラフィによ
りアイランドにパターン化される（図４を参照）。基板
は水晶のような結晶材料であるが、好ましくは低温度ガ
ラスのようなより高価でない材料である。ガラス基板が
用いられるときにはＴＦＴ−ＥＬの製造全体がガラスの
溶融又は歪みを回避し、能動領域内にドーパントの外側
拡散（ｏｕｔ−ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）を回避するために
低プロセス温度で実施される。斯くしてガラス基板に対
して全ての製造段階は１０００゜Ｃ以下、好ましくは６
００゜Ｃ以下でなされなければならない。
【００２５】次に絶縁ゲート材料４２がポリシリコンア
イランド上及び絶縁基板の表面にわたり堆積される。絶
縁材料は好ましくはプラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）
又は低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）のような化学蒸着（ＣＶ
Ｄ）により堆積される二酸化シリコンである。好ましく
はゲート酸化物絶縁層は約１０００オングストロームの
厚さである。
【００２６】次の段階でシリコン４４の層はゲート絶縁
層上に堆積され、イオンインプラント後にソースとドレ
イン領域はポリシリコン領域内に形成されるようにポリ
シリコンアイランド上にフォトリソグラフィすることに
よりパターン化される。ゲート電極材料は好ましくはア
モルファスシリコンから形成されたポリシリコンであ
る。イオンインプラントは好ましくは砒素であるＮ型ド
ーパントで導電化される。ポリシリコンゲート電極はま
たコンデンサーの底部電極として供される（図９を参
照）。 本発明の好ましい実施例では薄膜トランジスタ
は二重（ｄｏｕｂｌｅ）ゲート構造を用いていない。斯
くして製造はより複雑でなく、より高価でない。 ゲー
トバス４６は絶縁層上で適用され、パターン化される。
ゲートバスは好ましくは珪素化タングステン（ＷＳ
ｉ2 ）のような金属珪素化物である。
【００２７】次の段階では好ましくは二酸化シリコンで
ある絶縁層はデバイスの表面全体にわたり適用される。
接触孔５４、５６は第二の絶縁層内で切削され（図５を
参照）、電極材料は薄膜トランジスタと接点を形成する
よう適用される（図６、７を参照）。ＴＦＴ２のソース
領域に付けられた電極材料６２はコンデンサの上面電極
をまた形成する（図９を参照）。ソースバス及び接地バ
スはまた第二の絶縁層上に形成される（図２を参照）。
透明電極材料７２はＴＦＴ２のドレイン領域と接触し、
好ましくはＩＴＯであり、これは有機エレクトロルミネ
センス材料に対して陽極として設けられる。
【００２８】次の段階では好ましくは二酸化シリコンで
ある絶縁材料のパシベーション層７４はデバイスの表面
上に堆積される。パシベーション層はテーパ化された端
７６を離れたＩＴＯからエッチングされ、これは続いて
適用される有機エレクトロルミネセンス層の接着を改善
するよう供される。テーパ付端は信頼しうるデバイスを
製造するために必要である。何故ならば本発明は典型的
には１５０から２００ｎｍの厚さの比較的薄い有機ＥＬ
層を用いているからである。パシベーション層は典型的
には約０．５から約１ミクロン厚である。斯くしてパシ
ベーション層の端が陽極層に関して垂直又は鋭角を形成
する場合には欠陥が有機ＥＬ層内の不連続により発生し
やすい。欠陥を防止するためにパシベーション層はテー
パ付端を有さねばならない。好ましくはパシベーション
層は陽極層に関して１０度から３０度の角度でテーパを
付けられる。
【００２９】有機エレクトロルミネセンス層８２はパシ
ベーション層上及びＥＬ陽極層上に堆積される。本発明
の有機ＥＬでの材料は、その開示は参考として引用され
る（ＳｃｏｚｚａｆａｖａのＥＰＡ ３４９，２６５
（１９９０）；Ｔａｎｇのアメリカ特許第４，３５６，
４２９号；ＶａｎＳｌｙｋｅ等のアメリカ特許第４，５
３９，５０７号；ＶａｎＳｌｙｋｅ等のアメリカ特許第
４，７２０，４３２；Ｔａｎｇ等のアメリカ特許第４，
７６９，２９２号；Ｔａｎｇ等のアメリカ特許第４，８
８５，２１１号；Ｐｅｒｒｙ等のアメリカ特許第４，９
５０，９５０；Ｌｉｔｔｍａｎ等のアメリカ特許第５，
０５９，８６１号；ＶａｎＳｌｙｋｅのアメリカ特許第
５，０４７，６８７号；Ｓｃｏｚｚａｆａｖａ等のアメ
リカ特許第５，０７３，４４６号；ＶａｎＳｌｙｋｅ等
のアメリカ特許第５，０５９，８６２号；ＶａｎＳｌｙ
ｋｅ等のアメリカ特許第５，０６１，６１７号；Ｖａｎ
Ｓｌｙｋｅのアメリカ特許第５，１５１，６２９号；Ｔ
ａｎｇ等のアメリカ特許第５，２９４，８６９号；Ｔａ
ｎｇ等のアメリカ特許第５，２９４，８７０号）のよう
な従来技術の有機ＥＬデバイスの形をも取りうる。ＥＬ
層は陽極と接触する有機ホール注入及び移動帯と、有機
ホール注入及び移動帯と接合を形成する電子注入及び移
動帯とからなる。ホール注入及び移動帯は単一の材料又
は複数の材料から形成されえ、陽極及び、ホール注入層
と電子注入及び移動帯の間に介装される連続的なホール
移動層と接触するホール注入層からなる。同様に電子注
入及び移動帯は単一材料又は複数の材料から形成され
え、陽極及び、電子注入層とホール注入及び移動帯の間
に介装される連続的な電子移動層と接触する電子注入層
からなる。ホールと電子の再結合とルミネセンスは電子
注入及び移動帯とホール注入及び移動帯の接合に隣接す
る電子注入及び移動帯内で発生する。有機ＥＬ層を形成
する化合物は典型的には蒸着により堆積されるが、他の
従来技術によりまた堆積されうる。
【００３０】好ましい実施例ではホール注入層からなる
有機材料は以下のような一般的な式を有する：
【００３１】
【化１】
【００３２】ここで： ＱはＮ又はＣ−Ｒ Ｍは金属、金属酸化物、又は金属ハロゲン化物 Ｔ１、Ｔ２は水素を表すか又はアルキル又はハロゲンの
ような置換基を含む不飽和六員環を共に満たす。好まし
いアルキル部分は約１から６の炭素原子を含む一方でフ
ェニルは好ましいアリル部分を構成する。
【００３３】好ましい実施例ではホール移動層は芳香族
第三アミンである。芳香族第三アミンの好ましいサブク
ラスは以下の式を有するテトラアリルジアミンを含む：
【００３４】
【化２】
【００３５】ここでＡｒｅはアリレン群であり、ｎは１
から４の整数であり、Ａｒ、Ｒ7 ，Ｒ8 ，Ｒ9 はそれぞ
れ選択されたアリル群である。好ましい実施例ではルミ
ネセンス、電子注入及び移動帯は金属オキシノイド（ｏ
ｘｉｎｏｉｄ）化合物を含む。金属オキシノイド化合物
の好ましい例は以下の一般的な式を有する：
【００３６】
【化３】
【００３７】ここでＲ2 −Ｒ7 は置き換え可能性を表
す。他の好ましい実施例では金属オキシノイド化合物は
以下の式を有する：
【００３８】
【化４】
【００３９】ここでＲ2 −Ｒ7 は上記で定義されたもの
であり、Ｌ１−Ｌ５は集中的に１２又はより少ない炭素
原子を含み、それぞれ別々に１から１２の炭素原子の水
素又は炭水化物群を表し、Ｌ１，Ｌ２は共に、又はＬ
２，Ｌ３は共に連合されたベンゾ環を形成しうる。他の
好ましい実施例では金属オキシノイド化合物は以下の式
を有する：
【００４０】
【化５】
【００４１】ここでＲ2 −Ｒ6 は水素又は他の置き換え
可能性を表す。上記例は単にエレクトロルミネセンス層
内で用いられるある好ましい有機材料を表すのみであ
る。それらは本発明の視野を制限することを意図するも
のではなく、これは一般に有機エレクトロルミネセンス
層を指示するものである。上記例からわかるように有機
ＥＬ材料は有機リガンドを有する配位化合物を含む。本
発明のＴＦＴ−ＥＬデバイスはＺｎＳのような純粋な無
機材料を含まない。
【００４２】次のプロセス段階ではＥＬ陽極８４はデバ
イスの表面上に堆積される。ＥＬ陽極はどのような導電
性の材料でも良いが、好ましくは４ｅＶ以下の仕事関数
を有する材料で作られる（Ｔａｎｇ等のアメリカ国特許
第４８８５２１１号を参照）。低い仕事関数材料は陽極
に好ましい。何故ならばそれらは電子移動層内に容易に
電子を放出するからである。最も低い仕事関数の金属は
アルカリ金属であるが、しかしながらそれらの空気中で
の不安定性はそれらの使用をある条件下で実際的でなく
している。陽極材料は典型的には化学蒸着により堆積さ
れるが、他の適切堆積技術も適用可能である。ＥＬ陽極
に対して特に好ましい材料は１０：１（原子比で）マグ
ネシウム：銀合金であることが見いだされた。好ましく
は陽極は表示パネルの全表面にわたる連続層として適用
される。他の実施例ではＥＬ陽極は有機電子注入及び移
動帯に隣接した低い仕事関数の金属のより低い層からな
り、低い仕事関数の金属をオーバーレイし、低い仕事関
数の金属を酸素及び湿度から保護する保護層とからな
る。選択的にパシベーション層はＥＬ陽極層上に適用さ
れる。 典型的には陽極材料は透明であり、陰極材料は
不透明であり、それにより光は陽極材料を通して透過す
る。しかしながら代替実施例では光は陽極よりもむしろ
陰極を等して放射される。この場合には陰極は光透過性
であり、陽極は不透明である。光透過と技術的伝導性の
実際的なバランスは典型的には５−２５ｎｍの範囲の厚
さである。
【００４３】本発明による薄膜トランジスタを製造する
好ましい方法を以下に説明する。第一段階では２０００
±２０オングストローム厚さのアモルファスシリコン膜
は１０２３ｍＴｏｒｒのプロセス圧力で反応性ガスとし
てシランと共にＬＰＣＶＤシステムないで５５０度Ｃで
堆積される。この次にアモルファスシリコン膜を多結晶
膜に結晶化するために真空中で５５０度Ｃで７２時間低
温アニールする。それからポリシリコンアイランドはプ
ラズマ反応器内でＳＦ6 とフレオン１２の混合物と共に
エッチングにより形成される。ポリシリコンアイランド
上で能動層は１０００±２０オングストロームＰＥＣＶ
Ｄ ＳｉＯ2 ゲート誘電層を堆積される。ゲート誘電層
は３５０度Ｃで１８分間４５０ＫＨｚの周波数で２００
Ｗの電力レベルで０．８Ｔｏｒｒの圧力でプラズマ反応
器内で５／４のＮ2 Ｏ／ＳｉＨ4比で堆積される。
【００４４】次の段階ではアモルファスシリコン層はＰ
ＥＣＶＤゲート絶縁層上に堆積され、第一の段階に対す
る上記と同じ条件を用いて多結晶シリコンに変換され
る。フォトレジストは適用され、第二のポリシリコン層
は続くイオンインプラント段階に対する自己整列構造を
形成するようエッチングされる。第二のポリシリコン層
は好ましくは約３０００オングストローム厚さである。
【００４５】イオンインプラントはソース、ドレイン、
ゲート領域を同時にドープするために２Ｘ１０15／ｃｍ
2 の線量で１２０ＫｅＶで砒素でドーピングすることに
より実施される。ドーパントの活性化は窒素雰囲気中で
６００゜Ｃで２時間実施される。次の段階では５０００
オングストローム厚さの二酸化シリコン層が従来技術の
低温法で堆積される。アルミニウム接点は物理的蒸着に
より形成され、４００度Ｃで１３分間形成ガス（１０％
Ｈ2 ，９０％Ｎ2 ）内で燒結される。
【００４６】最終的に薄膜トランジスタの水素パシベー
ションは電子サイクロトロン共鳴反応器（ＥＣＲ）内で
実施される。ＥＣＲ水素プラズマ露出はマイクロ波レベ
ル９００Ｗ、周波数３．５ＧＨｚで１．２ｘ１０-4Ｔｏ
ｒｒの圧力でおこなわれた。水素パシベーションは３０
０度Ｃの基板温度で１５分間なされる。この過程は低閾
値電圧と高効率キャリア移動度と優秀なオン／オフ比を
有する薄膜トランジスタでを生ずる。
【００４７】本発明の特性の例として以下のＴＦＴ−Ｅ
Ｌパネルに対する駆動要求を考える： 行の数 ＝ １０００ 列の数 ＝ １０００ 画素寸法 ＝ ２００μｍｘ２００μｍ ＥＬ充填係数 ＝ ５０％ フレーム時間 ＝ １７ｍｓ 行休止時間 ＝ １７μｓ 平均輝度 ＝ ２０ｆＬ ＥＬ画素電流 ＝ ０．８μＡ デュティサイクル ＝ １００％ ＥＬ電力源 ＝ １０ｖ ｒｍｓ これらの駆動要求はＴＦＴ及び記憶コンデンサに対する
以下の特性により適合される： ＴＦＴ１ ゲート電圧 ＝ １０Ｖ ソース電圧 ＝ １０Ｖ オン電流 ＝ ２μＡ オフ電流 ＝ １０-11 Ａ ＴＦＴ２ ゲート電圧 ＝ １０Ｖ ソース電圧 ＝ １０Ｖ オン電流 ＝ ２ｘＥＬ画素電流 ＝ １．６μＡ オフ電流 ＝ １ｎＡ 記憶コンデンサ 大きさ ＝ １ｐｆ ＴＦＴ１に対するオン電流要求はＴＦＴ２をオンするた
めに適切な電圧（１０Ｖ）に対して行休止時間（１７μ
ｓ）中に記憶コンデンサを充電するのに充分大きいこと
である。ＴＦＴ１に対するオフ電流要求はフレーム期間
（１７ｍｓ）中のコンデンサ（及びＴＦＴ２ゲート）上
の電圧降下が２％以下であるために充分小さいことであ
る。
【００４８】ＴＦＴ２に対するオン電流はＥＬ画素電流
の２倍であり、１．６μＡである。この２倍の係数は動
作と共に有機ＥＬ素子の徐々の劣化に対する補正のため
の適切な駆動電流を許容するためである。ＴＦＴ２のオ
フ電流はパネルのコントラストに影響する。１ｎＡのオ
フ電流は点灯されたＥＬ素子と点灯されないそれとの間
の５００倍以上のオン／オフコントラスト比を提供す
る。パネルの実際のコントラスト比はより低く環境照明
要因に依存する。
【００４９】４００ｃｍ2 のフルページパネルに対して
ＥＬ素子単独による電力要求は約４ワットである。 電力 ＝ ４００ｃｍ2 ｘ１０ｖｘ０．００１Ａ／ｃｍ
2 ＝ ４ワット この電力消費はＴＦＴによる電力消費を越える。ＴＦＴ
２はＥＬ素子と直列である故にＴＦＴ２を横切るどのよ
うなソース−ドレイン電圧降下もＴＦＴ２内の実質的な
電力損失を生ずる。５ボルトのソース−ドレイン電圧を
仮定すると、ＴＦＴ２での全電力損失は２ワットであ
る。ＴＦＴ１に対する電力消費は１０００ｘ１０００パ
ネルに対して１ワットより大きくないように推定され
る。行（ゲート）駆動に対して必要な電力は数十ミリワ
ットのオーダーであって無視可能であり、列（ソース）
駆動に対する電力は０．５ワットのオーダーである
（Ｓ．ＭｏｒｏｚｕｍｉのＡｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ、Ｐ．Ｗ．Ｈａｗｋｅｓ編集、Ｖｏｌ．７
７，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，１９９０を参
照）。斯くしてフルページＴＦＴ−ＥＬパネルに対する
全電力消費は約７ワットである。現実的には平均電力消
費はもっとより小さい。何故ならばＥＬスクリーンは平
均的には１００％使用されないからである。
【００５０】本発明のＴＦＴ−ＥＬパネルはＴＦＴ−Ｌ
ＣＤに対する電力要求に関して２つの重要な利点を有す
る。第一にＴＦＴ−ＥＬ電力要求は白黒又は同様なルミ
ネセンス効率を有するカラー材料で供される多色である
かに比較的独立である。対照的にＴＦＴ−ＬＣＤカラー
パネルは白黒に比べてはるかに高い電力を要求する。何
故ならば透過係数はカラーフィルター配列によるカラー
化されたパネル内で大幅に減少するからである。第二に
ＬＣＤバックライトはスクリーン利用係数に無関係に一
定でなければならないことである。これに対してＴＦＴ
−ＥＬ電力消費はこの利用係数に高度に依存する。
【００５１】平均電力消費は更に小さい。何故ならばＥ
Ｌスクリーンの１００％以下は典型的な応用ではどのよ
うな所定の時間でも放射するからである。本発明は好ま
しい実施例を特に参照して詳細に説明されているが種々
の変更及び改良は本発明の精神及び範囲内で有効であ
る。
【００５２】
【発明の効果】本発明のＴＦＴー有機ＥＬデバイスの実
際のパネル構成と駆動配置の幾つかの重要な利点は以下
の通りである： １） 有機ＥＬパッドと陽極の両方は連続した層である
故に画素解像度はＴＦＴの特性大きさと関連した表示Ｉ
ＴＯパッドによりのみ決定され、ＥＬセルの有機化合物
又は陽極と独立である。 ２） 陽極は連続であり、全ての画素に共通である。そ
れは画素の解像力に対してパターン化を必要としない。
故に２端子方式での陽極をパターン化する困難は除去さ
れた。 ３） スキャン行の数はアドレス及び励起信号が分離さ
れるのでフレーム周期内の短い行休止時間によりもはや
制限されない。各スキャン行は１００％デューティ係数
の近くで動作される。高解像度はスキャン行の多数が均
一な強度を維持する間に表示パネル内で用いられ得る。 ４） 有機ＥＬ素子の信頼性は増強される。何故ならば
それは１００％デュティ係数で低電流密度（１ｍＡ／ｃ
ｍ2 ）及び電圧（５Ｖ）で動作するからである。 ５） ＥＬ素子を駆動するために必要とされる共通陽極
と低電流密度を用いる故にバスに沿ったＩＲ電位低下は
顕著ではない。故にパネルの均一性はパネルの大きさに
より顕著に影響されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】能動マトリックス４端子ＴＦＴ−ＥＬデバイス
の概略図を示す。
【図２】本発明の４端子ＴＦＴ−ＥＬデバイスの平面図
である。
【図３】図２の線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。
【図４】イオンインプラントに対する自己整列ＴＦＴ構
造を形成するプロセスを示す線Ａ−Ａ’に沿った断面図
である。
【図５】薄膜トランジスタのソースとドレイン領域に対
するパシベーション酸化層の堆積と接触切断を開口する
プロセス段階を示す線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。
【図６】アルミニウム電極の堆積を示す線Ａ−Ａ’に沿
った断面図である。
【図７】表示陽極と表示陽極の表面から部分的にエッチ
ングされたパシベーション層との堆積を示す線Ａ−Ａ’
に沿った断面図である。
【図８】エレクトロルミネセンスと陽極の堆積の段階を
示す線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。
【図９】図２の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。
【符号の説明】
Ｔ1 ，Ｔ2 薄膜トランジスタ ＣS コンデンサー ＥＬ エレクトロルミネセンス層 ４２ ゲート材料 ４４ シリコン層 ４６ ゲートバス ５２ 絶縁層 ５４、５６ 接触孔 ６２、７２ 電極材料 ７４ パシベーション層 ７６ テーパ付端 ８２ ＥＬ層 ８４ ＥＬ陰極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ａ） 上面及び底面を有する絶縁基板を用
    意し、該基板の上面上にシリコンの層を堆積し、第一及
    び第二の多結晶シリコンアイランドを形成するために該
    層をパターン化し； ｂ） 該基板の上面上及び該第一及び第二の多結晶アイ
    ランド上に第一の誘電層を堆積し； ｃ） 該第一の多結晶シリコンアイランド上に材料の第
    一の細片を配置し、該第二の多結晶シリコンアイランド
    上に材料の第二の細片を配置し； ｄ） コンデンサの底部電極に対して層を堆積し； ｅ） ソース及びドレイン領域とドープされたゲート電
    極とを形成するために該多結晶シリコンアイランド及び
    該材料の細片内にイオンインプラントし；斯くして第一
    及び第二の薄膜トランジスタを形成し； ｆ） 該第一の誘電層と該材料の細片とコンデンサの該
    底部層とを覆うように第二の誘電層を堆積し； ｇ） ソースとドレイン接触孔を形成するように該第一
    及び第二の誘電層を介してエッチングし、該ソースとド
    レイン接触孔内に導電性金属を堆積し； ｈ） 該コンデンサの上部電極を形成する導電性層を堆
    積し； ｉ） 該第二の誘電層上に配置され、該第二の薄膜トラ
    ンジスタの該ドレインに電気的に接続される表示陽極を
    堆積し； ｊ） 段階ｉからえられる物の表面上に第三の誘電層を
    堆積し； ｋ） 該表示陽極層を露出するために該第三の誘電層を
    介して孔をエッチングし； ｌ） 該表示陽極上に有機エレクトロルミネセンス層を
    堆積し、該有機層上に陰極層を堆積する各段階からなる
    ＴＦＴ−ＥＬ画素を製造する方法。
  2. 【請求項２】 該第一の薄膜トランジスタのソース領域
    に電気的に接続されたソースバスを堆積し、該コンデン
    サに電気的に接続される接地バスを堆積する各段階を付
    加的に含む請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 材料の該第一の細片はシリコンと珪化金
    属からなる群から選択され、材料の該第二の細片はシリ
    コンである請求項１記載の方法。
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