JP2011100091A - 有機電界発光表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化物半導体を活性層とする薄膜トランジスタを備える有機電界発光表示装置の製造方法を提供する。
【解決手段】
基板上のゲート電極及び下部電極を含む上部に第１絶縁層を形成し、第１絶縁層上に酸化物半導体で活性層を形成し、第１絶縁層上に酸化物半導体で上部電極を形成する段階と、活性層及び上部電極を含む上部に第２絶縁層を形成し、第２絶縁層上に活性層と連結されるソース電極及びドレイン電極を形成し、ソース電極及びドレイン電極を含む上部に有機物で第３絶縁層を形成し、第３絶縁層をパターニングしてソース電極又はドレイン電極を露出させ、水素（Ｈ）を含む洗浄液で洗浄する段階と、第３絶縁層上にアノード電極を形成し、アノード電極を含む上部に画素定義膜を形成した後、発光領域のアノード電極を露出させ、露出したアノード電極上に有機発光層を形成し、有機発光層上にカソード電極を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は有機電界発光表示装置の製造方法に関し、より詳しくは、酸化物半導体（ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を活性層とする薄膜トランジスタ及びＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造のキャパシタを含む有機電界発光表示装置の製造方法に関する。

一般に、薄膜トランジスタはチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を提供する活性層と、ゲート絶縁層によりチャネル領域の活性層と絶縁されるように配置されるゲート電極からなる。

このようになされた薄膜トランジスタの活性層は大体非晶質シリコン（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ）やポリシリコン（ｐｏｌｙ−ｓｉｌｉｃｏｎ）のような半導体で形成されるが、活性層が非晶質シリコンで形成されれば、移動度が低いため、高速で動作される駆動回路の実現が難しく、ポリシリコンで形成されれば、移動度は高いが、閾値電圧が不均一であり、別途の補償回路が付加されなければならないという問題がある。

また、低温ポリシリコン（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ；ＬＴＰＳ）を用いた従来の薄膜トランジスタの製造方法はレーザ熱処理などのような高価の工程が含まれ、特性の制御が難しいため、大面積の基板に適用し難いという問題がある。

このような問題を解決するために、最近は酸化物半導体を活性層として用いる研究が進められている。

下記の特許文献１には酸化亜鉛（Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ；ＺｎＯ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする酸化物半導体を活性層として用いた薄膜トランジスタが開示されている。

酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする酸化物半導体は非晶質形態であり、安定した材料として評価されており、このような酸化物半導体を活性層として利用すれば、既存の低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）工程で薄膜トランジスタを製造でき、３００℃以下の低温でも工程が可能となる。

特開２００４−２７３６１４号公報

しかし、酸化物半導体を活性層として利用すれば、薄膜トランジスタのゲート電極とソース及びドレイン電極を形成する過程でキャパシタの下部電極と上部電極を形成しなければならないため、キャパシタをＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）構造でのみ実現でき、厚い絶縁層（無機物）を誘電体として利用しなければならないため、単位面積当たりに高い静電容量を実現し難い。従って、一定レベルの静電容量を確保するためにはキャパシタの面積を増加させなければならない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、酸化物半導体を活性層とする薄膜トランジスタを備える有機電界発光表示装置の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、キャパシタの単位面積当たりの静電容量を増加させることができる有機電界発光表示装置の製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ＭＯＳ構造のキャパシタを備える有機電界発光表示装置の製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の一側面による有機電界発光表示装置の製造方法は、基板上にゲート電極及び下部電極を形成する段階と、前記ゲート電極及び下部電極を含む上部に第１絶縁層を形成する段階と、前記第１絶縁層上に酸化物半導体層を形成する段階と、前記酸化物半導体層をパターニングして前記ゲート電極上部の前記第１絶縁層上に活性層を形成し、前記下部電極上部の前記第１絶縁層上に上部電極を形成する段階と、前記活性層及び前記上部電極を含む上部に第２絶縁層を形成する段階と、前記第２絶縁層上に前記活性層と連結されるソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、前記ソース電極及びドレイン電極を含む上部に有機物で第３絶縁層を形成する段階と、前記第３絶縁層をパターニングして前記ソース電極又はドレイン電極を露出させる段階と、水素（Ｈ）を含む洗浄液で洗浄する段階と、前記第３絶縁層上に前記ソース電極又はドレイン電極と連結されるアノード電極を形成する段階と、前記アノード電極を含む上部に画素定義膜を形成した後、発光領域の前記アノード電極を露出させる段階と、露出した前記アノード電極上に有機発光層を形成する段階と、前記有機発光層上にカソード電極を形成する段階とを含む。

本発明の有機電界発光表示装置は、酸化物半導体を活性層とする薄膜トランジスタ及びＭＯＳ構造のキャパシタを含む。キャパシタの上部電極を酸化物半導体層で形成し、洗浄過程で有機膜に沈水された水素が酸化物半導体層に広がって電極としての伝導性を有するようにすることで、工程を変更又は追加せず、ＭＯＳ構造のキャパシタを実現できるという効果を奏する。また、ＭＯＳ構造のキャパシタは誘電体として比較的に薄いゲート絶縁層を用いるため、単位面積当たりの静電容量が高く、電圧に応じた静電容量の変化が発生しない。

本発明の実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明する断面図である。 同実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明する断面図である。 同実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明する断面図である。 同実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明する断面図である。 同実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明する断面図である。 同実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明する断面図である。 同実施形態に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明する断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１〜図７は、本発明に係る有機電界発光表示装置の製造方法を説明する断面図である。

図１を参照すれば、透明なガラスやプラスチックからなる絶縁基板１０上にバッファ層１２を形成する。バッファ層１２上に金属層を形成した後、パターニングして薄膜トランジスタのゲート電極１４ａ及びキャパシタの下部電極１４ｂを形成する。そして、ゲート電極１４ａ及び下部電極１４ｂを含むバッファ層１２上に第１絶縁層１６を形成する。金属層はタングステン（Ｗ）、チタニウム（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）及びニオビウム（Ｎｂ）などの金属や前記金属の合金で形成し、薄膜トランジスタのゲート絶縁層及びキャパシタの誘電体として利用される第１絶縁層１６はシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）やシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）で形成する。

図２を参照すれば、第１絶縁層１６上に酸化物半導体層を形成した後、パターニングしてゲート電極１４ａ上部の絶縁層１６上には活性層１８ａを形成し、下部電極１４ａ上部の絶縁層１６上には上部電極１８ｂを形成する。酸化物半導体層は酸化亜鉛（ＺｎＯ）で形成したり、酸化亜鉛（ＺｎＯ）にインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ハフニウム（Ｈｆ）、錫（Ｓｎ）などがドーピングされた例を挙げて、ＩｎＺｎＯ（ＩＺＯ）、ＧａＩｎＺｎＯ（ＧＩＺＯ）、ＨｆＩｎＺｎＯなどで形成する。

図３を参照すれば、活性層１８ａ及び上部電極１８ｂを含む第１絶縁層１６上に第２絶縁層２０を形成し、活性層１８ａの一部領域（ソース領域及びドレイン領域）が露出するようにコンタクトホール２０ａを形成する。第２絶縁層２０はシリコン酸化物、シリコン窒化物又はガリウム酸化物で形成できる。

図４を参照すれば、コンタクトホール２０ａが埋め込まれるように第２絶縁層２０上に金属層を形成した後、パターニングしてソース領域及びドレイン領域の活性層１８ａと連結されるソース電極２２ａ及びドレイン電極２２ｂを形成する。金属層はタングステン（Ｗ）、チタニウム（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）及びニオビウム（Ｎｂ）などの金属や前記金属の合金で形成する。

ソース電極２２ａ及びドレイン電極２２ｂを形成するために金属層をパターニングする過程で第２絶縁層２０をエッチング停止層（ｅｔｃｈ ｓｔｏｐ ｌａｙｅｒ）として用いる。パターニング過程は乾式エッチングを含むが、チャネル領域の活性層１８ａ上に第２絶縁層２０が形成されているので、活性層１８ａのダメージによる電気的特性の変化が防止され得る。

図５を参照すれば、ソース電極２２ａ及びドレイン電極２２ｂを含む第２絶縁層２０上に第３絶縁層２４を形成し、第３絶縁層２４上に表面平坦化のためにアクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）及びポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄ）のような有機物で第４絶縁層２６を形成する。そして、第４絶縁層２６及び第３絶縁層２４をパターニングしてソース電極２２ａ又はドレイン電極２２ｂが露出するようにビアホール２６ａを形成する。このとき、第３絶縁層２４は工程条件に応じて省略できる。

前記のように、第３絶縁層２４及び第４絶縁層２６にビアホール２６ａを形成した後、水素（Ｈ）を含む洗浄液で洗浄してエッチング副産物及び汚染物質を除去する。このとき、有機物からなる第４絶縁層２６に水素（Ｈ）が効果的に浸透するようにするために洗浄液として水（Ｈ_２Ｏ）を用いることが好ましい。

図６を参照すれば、ビアホール２６ａが埋め込まれるように第４絶縁層２６上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）及びＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）のような透明な導電層を形成した後、パターニングしてソース電極２２ａ又はドレイン電極２２ｂと連結されるアノード電極２８を形成する。このとき、アノード電極２８は上部電極１８ｂと重なり、活性層１８ａとは重ならないように形成する。

図７を参照すれば、アノード電極２８を含む第４絶縁層２６上に画素定義膜３０を形成した後、パターニングして発光領域のアノード電極２８を露出させる。そして、露出したアノード電極２８上に有機発光層３２を形成し、有機発光層３２を含む画素定義膜３０上にカソード電極３４を形成する。

図６及び図７の製造過程を経る間に有機物からなる第４絶縁層２６に浸透した水素（Ｈ）は外部に広がるが、アノード電極２８の下部では外部に広がらず、下部の上部電極１８ｂ側に広がるため、酸化物半導体層の水素（Ｈ）濃度が増加する。水素（Ｈ）濃度が増加すれば、キャリア濃度が増加するため、酸化物半導体層は上部電極１８ｂとして用いられるだけの伝導性を有するようになる。従って、水素（Ｈ）の拡散を促進させるためには、図６及び図７の製造過程に熱処理が含まれることが好ましい。

本発明の有機電界発光表示装置は、外部から提供される信号がキャパシタに格納され、薄膜トランジスタによりアノード電極２８に信号が提供される。従って、アノード電極２８及びカソード電極３４に所定の電圧が印加されれば、アノード電極２８を介して注入される正孔とカソード電極３４を介して注入される電子が有機発光層３２で再結合するようになり、この過程で発生するエネルギー差により有機発光層３２から放出された光が外部に出射されることで、文字や画像を表示する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０ 絶縁基板
１２ バッファ層
１４ａ ゲート電極１４ａ
１４ｂ 下部電極１４ｂを
１６ 第１絶縁層１６

Claims (10)

1. 基板上にゲート電極及び下部電極を形成する段階と、
   前記ゲート電極及び下部電極を含む上部に第１絶縁層を形成する段階と、
   前記第１絶縁層上に酸化物半導体層を形成する段階と、
   前記酸化物半導体層をパターニングして前記ゲート電極上部の前記第１絶縁層上に活性層を形成し、前記下部電極上部の前記第１絶縁層上に上部電極を形成する段階と、
   前記活性層及び前記上部電極を含む上部に第２絶縁層を形成する段階と、
   前記第２絶縁層上に前記活性層と連結されるソース電極及びドレイン電極を形成する段階と、
   前記ソース電極及びドレイン電極を含む上部に有機物で第３絶縁層を形成する段階と、
   前記第３絶縁層をパターニングして前記ソース電極又はドレイン電極を露出させる段階と、
   水素（Ｈ）を含む洗浄液で洗浄する段階と、
   前記第３絶縁層上に前記ソース電極又はドレイン電極と連結されるアノード電極を形成する段階と、
   前記アノード電極を含む上部に画素定義膜を形成した後、発光領域の前記アノード電極を露出させる段階と、
   露出した前記アノード電極上に有機発光層を形成する段階と、
   前記有機発光層上にカソード電極を形成する段階と
   を含む、有機電界発光表示装置の製造方法。
2. 前記ゲート電極及び前記下部電極を金属で形成することを特徴とする、請求項１に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
3. 前記第１絶縁層をシリコン酸化物（ＳｉＯ）又はシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）で形成することを特徴とする、請求項１または２に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
4. 前記酸化物半導体層を酸化亜鉛（ＺｎＯ）で形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
5. 前記酸化物半導体層にガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）及び錫（Ｓｎ）のうちの少なくとも１つのイオンがドーピングされたことを特徴とする、請求項４に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
6. 前記ソース電極及びドレイン電極を形成するためのエッチング過程で前記第２絶縁層をエッチング停止層として用いることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
7. 前記有機物は、アクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）又はポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄ）を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
8. 前記水素を含む洗浄液として水（Ｈ_２Ｏ）を用いることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
9. 前記アノード電極は前記上部電極と重なるように形成することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
10. 前記画素定義膜を形成した後、熱処理する段階を更に含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の有機電界発光表示装置の製造方法。
    

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