CN1453883A - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
在半导体衬底上形成FET,在绝缘物的上端上形成具有曲率半径的弯曲表面,对应于该弯曲表面将部分第一电极暴露以便形成倾斜表面,腐蚀限定发光区的区域以便暴露第一电极。通过第一电极的倾斜表面反射从有机化学化合物层发射的光以便提高从确定方向上取出的光的总量。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有由场效应晶体管(以下称为FET)组成的电路的半导体器件及其制造方法。此外,在本发明的说明书中涉及的FET是指常规的元件,其中FET的基本原理以元件具体化,并包括利用氧化物作为绝缘膜的MIS FET、MOS FET和利用半导体薄膜的薄膜晶体管。本发明特别涉及一种电子装置,在该电子装置中装配作为其一部分的具有发光二极管的半导体器件。
此外,在本发明的说明书中涉及的半导体器件是指通常利用半导体特性以实现功能的器件,和电光器件、发光器件,半导体电路和电子设备都称为半导体器件。
而且,半导体器件包括:其中连接器安装在发光器件上,例如,FPC(柔性印刷电路)、或TAB带(自动粘结带)、或TCP(载体封装带)的所有模块,其中在TAB带、或TCP的尖端上提供印刷电路板的模块,或其中直接在发光二极管上利用COG(玻璃上芯片)封装IC(集成电路)的模块。
背景技术
近年来,具有EL元件作为自发光元件的发光器件已经被积极地进行研究,特别地,已经注意到利用有机材料作为EL材料的发光器件。这种发光器件称作EL显示器或发光二极管。应当注意,在本发明的说明书中涉及的发光器件是指图形显示器、发光器件或光源(包括照明器件)。
此外,EL元件包括含有有机化学化合物的层(以下称为EL层),其中获得在施加电场时产生的光(电致发光),以及阳极和阴极。而在有机化学化合物中的光发射包括当从单重激发态返回基态时产生的发射(荧光)和当从三重激发态返回基态时产生的发射(磷光),根据本发明通过淀积装置和淀积方法制造的发光器件可应用于采用任何一种发射的情况。
发光器件具有一种特征,其中因为它们是一种与液晶显示器不同的自发光器件,所以就不存在可视角的问题。那就是说,当在室外作为显示器使用时,发光器件就比液晶显示器更实用,并且已在各种结构中都提出了它的应用。
当构造EL元件使得在一对电极之间插入EL层时,EL层通常具有叠层结构。典型地,列举了一种“空穴传输层/发光层/电子传输层”的叠层结构。此结构的发光效率非常高并适合于几乎所有目前正在研究和开发的发光器件。
此外,由阴极、EL层和阳极形成的发光元件称作EL元件,并包括两种类型,那就是说,一种系统(简单的矩阵系统),其中在彼此垂直设置的两种条形电极之间形成EL层,和一种系统(有源矩阵系统),其中在连接到TFT并以矩阵结构排列的像素电极和相对电极之间形成EL层。然而,应当相信,在像素密度增加的情况下,其中给每个像素(或一个点)提供开关的有源矩阵系统是有利的。
而且,已经建立有源矩阵型发光器件,其中形成电连接到衬底上的TFT的电极作为阳极,在阳极上形成有机化合物层,在有机化合物层上形成的具有阴极的发光元件被提供,且从为透明电极的阳极朝向TFT取出在有机化合物层中产生的光。
因此,根据本发明,制造的有源矩阵型发光器件就具有这样结构(以下称为上表面输出结构)的发光元件,其中形成第一电极作为阳极,在阳极上形成含有有机化合物的层,在含有有机化合物的层上形成由用于光发射传输的第二电极组成的阴极。或者,制造的有源矩阵型发光器件具有这样结构的发光元件,其中形成第一电极作为阴极,在阴极上形成含有有机化合物的层,在含有有机化合物的层上形成由用于光发射传输的第二电极组成的阳极。
而且,在含有有机化合物的层中产生的所有光并不朝向观察者(用户)取出,而是例如横向地(平行于衬底表面的方向)发射光,结果,横向发射的光没有取出以至造成损失。因此,本发明的目的是提供一种发光器件及其制造方法,该发光器件构成为可以提高在一定方向上发出的光的数量。
而且,在具有有机化合物的发光元件中,考虑一条路径,沿该路径从电极注入的电子和空穴就转换为最终从元件取出的光子。仅一定比例的流过外围电路的电流才能对作为电子-空穴对的载流子复合起作用,作为复合的部分电子-空穴对被消耗用于产生发光的分子激子。产生的激子就以荧光量子效率规定的比例转换为光子,且在不同路径中去激活剩余部分就产生例如热释放和红外光发射。因此,当驱动这种发光元件产生发射时,就产生焦耳(Joule)热以至导致有机化合物层的分解和晶化,由此导致了发光元件的退化。
发明内容
因此,本发明的目的是有效地消除或降低在具有有机化合物层的发光元件中热的产生。
本发明包括利用半导体衬底形成TFT,形成第一电极,第一电极构成FET的电极(漏电极或源电极)并由叠置的金属层形成;形成覆盖第一电极的端部的绝缘物(称为堤坝(bank)、分隔物),此后以自对准方式用绝缘物作为掩模进行部分绝缘物的腐蚀并进行第一电极的中心部分的腐蚀以便减薄该区域并在端部形成台阶部分。这种腐蚀将第一电极的中心部分减薄为平坦表面,有绝缘物覆盖的第一电极的此端部在形状上就变得厚,那就是,凹形形状(凹陷)。并且在第一电极上形成含有有机化合物的层和第二电极以完成发光元件。
根据本发明,在第一电极的台阶部分上形成的倾斜表面反射或收集横向发射以提高在确定方向(穿过第二电极的方向)上取出光的数量。
因此,限定倾斜表面的部分优选由光反射金属,例如具有铝、银等为主要成分的材料制成,并且与含有有机化合物的层接触的中心部分优选由具有大的功函数的阳极材料或具有小的功函数的阴极材料制成。
而且,本发明采用散热优良的半导体衬底以便能够有效地消除或减少产生的热。此外,能够在本发明的半导体衬底上同时形成除了发光元件和连接到发光元件的FET之外的各种电路(具有CMOS电路例如反相器电路、NAND电路、AND电路、NOR电路、OR电路、移位寄存器电路、取样电路、D/A转换器电路、A/D转换器电路、缓冲器电路等的驱动电路,校正电路,例如CPU、SRAM、DRAM等的存储元件,由硅氧烷、薄膜二极管、电阻元件等的PIN连接组成的光电换能器)。此外,除了三维地集成这些电路之外还能够制造微小的部分(patter)。因此,能够减少不同电路和具有元件的驱动电路占用的面积,以致由于框架部分的面积制造得较小,所以整个尺寸就可以制造得更紧凑。
而且,在上述结构中,单一地制造FET的第一电极和漏电极以便减少掩模和步骤的总数量,可以增加一个光掩模以便由不同材料来制造第一电极。此外,为了提供数值孔径的增加,可以增加两个光掩模以便形成由叠置的金属层组成的通过绝缘膜连接到FET的漏电极(或源极)的第一电极。
在本申请的说明书中公开的本发明结构提供一种半导体器件,该半导体器件包括发光元件,该发光元件包括连接到在半导体衬底上提供的场效应晶体管的第一电极,覆盖第一电极的一个端部的绝缘物,含有有机化学化合物并与第一电极接触的层,以及与该层接触的第二电极,其中第一电极在它的一个端部上具有朝向第一电极的的中心的倾斜表面、并且该倾斜表面反射从含有有机化学化合物的层发射的光。
而且,本发明的进一步结构提供一种半导体器件,该半导体器件包括发光元件,该发光元件包括连接到在半导体衬底上提供的场效应晶体管的第一电极,覆盖第一电极的一个端部的绝缘物,含有有机化学化合物并与第一电极接触的层,以及与该层接触的第二电极,其中第一电极的中心为凹形形状以至具有比它的一个端部更小的薄膜厚度。
而且,本发明的再一种结构提供一种半导体器件,该半导体器件包括发光元件,该发光元件包括连接到在半导体衬底上提供的场效应晶体管的第一电极,覆盖第一电极的一个端部的绝缘物,含有有机化学化合物并与第一电极接触的层,以及与该层接触的第二电极,其中第一电极是多层结构和在第一电极的中心处叠置的数量大于在它的一个端部叠置的数量。
而且,当利用涂敷方法形成由高分子聚合物组成的有机化学化合物层时,本发明为了消除覆盖的失效,还设计一种在各个像素之间提供绝缘物结构(称作堤坝、隔离物、阻挡物等)。各个结构具有这样特征:其中绝缘物的上端部具有弯曲表面,该弯曲表面的曲率半径为0.2μm至3μm。此外,绝缘物的锥角满足35°至55°。
提供曲率半径以便有利于台阶部分的覆盖质量,因此即使当此后形成的并含有有机化学化合物的层非常薄时也能够进行淀积。
而且,在各种结构中,第一电极包括直接朝向它的中心的倾斜表面,并且倾斜度(还称作锥角)为大于30°但小于70°。此外,必须适当地设置倾斜度、有机化学化合物层的材料和薄膜厚度或第二电极的材料和薄膜厚度以致防止由第一电极的倾斜表面反射的光在层之间分散并成为漫射光。
而且,在各个结构中,第二电极包括允许光透过的导电膜,例如,薄的金属膜、透明导电膜或它们的叠层膜。
而且,在各个结构中,第一电极为凹形形状并以绝缘物作为掩模以自对准形成。因此,在形成第一电极的形状中就不用增加掩模。此外,第一电极的台阶部分(倾斜部分的上端)基本上对应于绝缘物的侧面,考虑到覆盖台阶部分,期望第一电极的倾斜表面的倾斜度和绝缘物侧的倾斜度优选彼此相同。
而且,在各个结构中,第一电极为场效应晶体管的漏电极或源电极的一部分。通过制造漏电极或源电极的一部分为第一电极,就能够进行同时形成并由此能够减少掩模和步骤的数量。或者,可以在不同步骤中独立地形成第一电极和场效应晶体管的漏电极或源电极,在此情况中,第一电极可以由与场效应晶体管的漏电极或源电极不同的材料制造。
而且,在各个结构中,第一电极是阳极且第二电极是阴极。或者,第一电极是阴极而第二电极是阳极。
而且,在各个结构中,含有有机化学化合物的层由发射白光的材料制造,并与在密封剂上提供的滤色器结合,或者,含有有机化学化合物的层由发射单色光的材料制造,并与在密封剂上提供的彩色转换层或彩色层结合。
进一步地,根据本发明,通过使用利用淀积掩模的淀积方法就可以实现为阴极的电极(电极,光透过该电极)的薄膜电阻的降低,以便在形成第一电极的台阶部分之后在被设置在各个像素之间的绝缘物上形成布线(称作辅助布线或第三电极)。而且,本发明具有这样特征:其中利用辅助布线形成引出的布线以便与较低层中存在的其它布线连接。
而且,在各个结构中,场效应晶体管是MISFET、MOSFET或TFT。
而且,在各个结构中,在半导体衬底上提供CPU、存储元件、薄膜二极管、光电换能器或电阻元件。
而且,用于实现各个结构的本发明结构提供一种制造半导体器件的方法,该半导体器件具有发光元件,该发光元件包括阳极、含有有机化学化合物并与阳极接触的层、以及与含有有机化学化合物的层接触的阴极,该方法包括步骤:在半导体衬底上形成场效应晶体管;形成绝缘物,该绝缘物覆盖第一电极的一个端部,该第一电极是场效应晶体管的漏电极或源电极的一部分;进行以绝缘物作为掩模的腐蚀以便减薄第一电极的中心,使得沿第一电极的边缘暴露倾斜表面,第一电极包括叠置的金属层;形成含有有机化学化合物并与第一电极的中心和倾斜表面接触的层;在含有有机化学化合物的层上形成第二电极,其由允许光透过的金属薄膜制成。
而且,在与制造方法相关的结构中,第一电极包括叠置的光反射金属层和作为蚀刻停止物的金属层,对光反射金属层进行腐蚀,并使光反射金属材料暴露为倾斜表面。
而且,通过对第一电极进行腐蚀,作为蚀刻停止物的金属层的表面也可以略微被腐蚀。
而且,在与制造方法相关的结构中,第一电极是阳极并由具有比第二电极的功函数更高的功函数的金属层制成。
而且,在与制造方法相关的结构中,第一电极包括含有钛的第一金属层、含有氮化钛或氮化钨的第二金属层、含有铝的第三金属层和含有氮化钛的第四金属层的叠层。
此外,因为第一金属层与TFT的源区和漏区接触,所以它满足选择适合与硅氧烷欧姆接触的金属材料(典型地,钛),优选具有大的功函数的材料用于作为阳极的第二金属层,优选具有高的光反射系数的金属材料用于反射来自发光元件的光的第三金属层,并且优选用于避免第三金属层的小丘和晶须和避免第三金属层上的镜反射的金属材料(氮化钛,钛)作为第四金属层。
而且,第一电极不限于四层结构,但也不特别限制只要提供的电极包括由作为阳极的金属层和具有倾斜表面的金属层组成的至少两层,该倾斜表面反射来自发光元件的光。
而且,图12表明非常低的Ti含量的铝膜的反射系数和TiN膜(100nm)的反射系数。氮化钛是一种能够防止镜反射的材料。而且,但采用氮化钛作为阳极时,它使反射几乎没有,因此就不产生由于发光元件返回的光的干涉。因此,即使不提供任何圆形极化板,也能够制造面板结构。
例如,第一电极可以是由作为第一金属层的钛、作为第二金属层的氮化钛、作为第三金属层的含有铝的金属层、作为第四金属层的氮化钛、作为第五金属层的含有铝的金属层和作为第六金属层的氮化钛组成的六层结构。六层结构使第四金属层为阳极,并具有反射发光元件的光的第五金属层的倾斜表面,在阳极下面提供含有铝的金属层,以致在整个第一电极中实现降低电阻。
而且,在与制造方法相关的结构中,通过在臭氧气氛下进行紫外光幅照工艺(称作UV臭氧化),就可以提高作为阳极的金属层的功函数。图13示出功函数随UV臭氧化时间变化的测量结果。如图13所示,氮化钛具有4.7eV的功函数,利用UV臭氧化(6分钟)就可以将功函数提高为5.05eV。此外,对于氮化钽以相同方式就可以获得增加功函数的趋向。而且,在与制造方法相关的结构中,通过进行等离子体处理就可以提高作为阳极的金属层的功函数,该等离子体处理使用例如N2、O2、Ar、BCl和Cl2的一种或多种气体。
此外,在该环境中并使用由Riken Keiki公司制造的具有光电子光谱学的“光电子光谱学设备AC-2”来进行图13中所示的功函数的测量。
而且,在用绝缘物作为掩模进行腐蚀并采用等离子体蚀刻处理的情况下,其中减薄第一电极的中心,以至沿第一电极的边缘暴露倾斜表面,在减薄中心的同时根据腐蚀气体可以提高作为阳极的金属层的功函数。
而且,在与制造方法相关的结构中,覆盖第一电极的该端的绝缘物在它的上端部处具有曲率半径的弯曲表面且曲率半径为0.2μm至0.3μm。
而且,在与制造方法相关的结构中,场效应晶体管是MISFET、MOSFET或TFT。
此外,EL元件包括含有有机化学化合物的层(以下称为EL层),其中获得依据应用电场而产生的光发射(电致发光),阳极和阴极。有机化学化合物中的光发射包括当从单重激发态返回到基态时的发光(荧光),和当从三重激发态返回基态时的发光(磷光),根据本发明的通过制造设备和淀积方法制造的发光器件可应用于所采用的任何一种发射的情况。
当具有EL层的发光元件(EL元件)被构成为在一对电极之间插入EL层时,EL层通常具有叠层结构。典型地,列举了由Kodak Eastman公司的Tang提出的“空穴传输层/发光层/电子传输层”的叠层结构。这种结构的发光效率非常高并适合于目前正在研究和开发几乎所有的发光器件。
而且,空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层或者空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层/空穴注入层可以依此次序层叠在阳极上。可以在发光层上掺杂荧光色素等。而且,所有这些层可以由低分子材料或高分子聚合物材料形成。此外,在阴极和阳极之间提供的所有层通常称为EL层。因此,在EL层中包括所有的空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和空穴注入层。
而且,根据本发明的发光器件,并不特别限制屏幕显示器的驱动方法,但可采用例如逐点驱动方法、逐行驱动方法、逐面驱动方法等等。典型地,它满足采用的逐行驱动方法和适合采用的时间共享梯度驱动方法和面积梯度驱动方法。而且,输入到发光器件的源布线的图像信号可以是模拟信号或数字信号,并且它满足与图像信号一致而被适当设计的驱动电路。
附图说明
图1A和1B是示出第一实施例的图;
图2A和2B是示出实例1的图;
图3A在3C是示出实例1的图;
图4是示出第三实施例的图;
图5A至5C是示出第二实施例的图;
图6A和6B是示出实例2的图;
图7是示出实例2的图;
图8是包括发光器件的半导体器件的系统方框图;
图9A和9B是示出实例3的图;
图10A至10F是示出电子设备的实例图;
图11A和11B是示出电子设备的实例图;
图12是表示非常低的Ti含量的铝薄膜的反射系数和TiN膜(100nm)的反射系数的曲线;以及
图13是表示功函数随UV臭氧化时间变化的曲线。
具体实施方式
下面将描述本发明的实施例。
(第一实施例)
图1A是示出有源矩阵型发光器件(部分像素)的剖面图。这里,将简要解释发光元件,其中含有有机化合物的层由发射白光的聚合物材料组成。
在图1A中,在半导体衬底10上提供的FET(PMOSFET)是用于控制流到白光发射层20的电流的元件,参考数字13、14表示源区或漏区。
可以采用N型或P型单晶硅衬底(<100>衬底、<110>衬底、<111>衬底等)或高纯半导体衬底用于半导体衬底10。而且,例如,将具有直径为200mm至300mm的晶片(圆形)切割成矩形衬底,然后在其上形成FET。可选择地,可以进行多次图形化,其中在形成FET和发光元件之后将晶片分割成所需尺寸的部分。而且,可以采用GaAs衬底、InP衬底、用于GaN系统外延的GaN衬底、SiC衬底、蓝宝石衬底、ZnSe等为代表的化合物半导体衬底用于半导体衬底10。而且,可以利用晶片涂敷方法和SIMOX(注入氧的分离)方法来形成SOI(绝缘体上硅)衬底结构。
在半导体衬底10上形成场氧化膜11,并且在栅电极15下面提供栅绝缘膜12。尽管是一个例子,其中横向于栅电极15形成侧壁,但并不限制于此。通过采用选择氧化方法(还称作LOCOS方法)在开口上形成场氧化膜11用于分离各个元件以便进行半导体衬底的热氧化来形成氧化膜(衬垫氧化膜),利用CVD方法以便在氧化膜上淀积掩模氮化物膜,进行图形化,暴露只到达开口的硅表面以便进行热氧化来实现的。
而且,可以采用沟槽隔离来代替LOCOS方法,在沟槽隔离中的设计原则适合于至多0.25μm的精细工艺。沟槽隔离是进行元件隔离的一种方法,即在硅氧烷衬底上形成凹槽(沟槽)之后将绝缘材料例如氧化物膜等重填充到凹槽中。
而且,参考数字16a表示由氮化硅膜和氧氮化硅膜组成的层间绝缘膜,参考数字16b表示通过涂敷方法形成的由光敏或非光敏的有机材料组成的平坦化绝缘膜,或由无机材料组成的平坦绝缘膜(含有涂敷的氧化硅膜、PSG(添加磷的玻璃)、BPSG(添加硼和磷的玻璃)等),或它们的叠层膜。而且,尽管未示出,在单一像素上提供单一FET(NMOS或PMOS)或多个FET。在同一半导体衬底上形成NMOS和PMOS的情况下,就需要提供具有不同于衬底的导电性的导电性的区域(阱),其方法包括P阱系统,其中在N型衬底上形成P阱,在P阱上形成N沟道晶体管以及在N型衬底上形成P沟道晶体管;N阱系统,其中在P型衬底上形成N阱,在N阱上形成P沟道晶体管以及在P型衬底上形成N沟道晶体管;以及双阱系统,在N型或P型衬底上形成N阱和P阱,在N阱上形成P沟道晶体管以及在P阱上形成N沟道晶体管。而且,虽然示出具有一个沟道形成区的FET,但并不限制于此,并且FET可以具有多个沟道。
而且,参考数字18a至18d表示第一电极,即发光元件的阳极(或阴极),21表示第二电极,即发光元件的阴极(或阳极)。这里,依此次本层叠钛膜18a、氮化钛膜18b、含有铝作为主要成分的膜18c和氮化钛膜18d,并且膜18b与作为阳极的含有有机化合物的层20接触。而且,在同一叠层结构中形成电源线17。叠层结构包括含有铝作为主要成分的膜并且可以制成低电阻的布线,并同时形成源布线22等。
而且,为了提供发射白光,在待烘焙的整个表面上提供作为空穴注入层的聚(亚乙基二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸酯)水溶液(PEDOT/PSS)之后,在待烘焙的整个表面上提供掺有作为光发射中心色素(1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯(1,1,4,4-tetraphenyl-1,3-butadiene(TPB),4-二氰基二甲基-2-甲基-6-(p-二甲氨基-苯乙烯基)4H-胆色烷(DCM1)4-dicyanomethylene-2-methyl-6-(P-dimethylamino-styryl)-4H-bilane,尼罗(Nile)红,香豆素6等)的聚乙烯咔唑(PVK)溶液作为含有有机化合物的层20。此外,PEDOT/PSS采用水作为溶剂并不在有机溶剂中溶解。因此,当在其上提供PVK时,就不害怕再次被溶解。而且,因为PEDOT/PSS和PVK彼此的溶剂不同,优选采用不同的淀积室。而且,含有有机化合物的层20可以制造为单层,并且可以在空穴传输特性的聚乙烯咔唑(PVK)中分散电子传输特性的1,3,4-噁二唑衍生物(PBD)。而且,通过分散30wt%作为电子传输剂的PBD并分散适当数量的四种色素(TPD,香豆素6,DCM1,Nile红)就可以获得白光发射。
而且,通过适当地选择含有发射红光的有机化合物的薄膜、含有发射绿光的有机化合物的薄膜和含有发射蓝光的有机化合物的薄膜并使它们重叠来用于彩色混合就可以整体的获得白光发射。
而且,在采用淀积方法形成1nm至10nm膜厚的CaF2之后,采用溅射方法或淀积方法最终形成大约10nm膜厚的Al膜以便形成作为阴极的电极21。对于阴极,必须适当地选择膜厚和材料以使来自含有有机化合物的层20的光穿过。此外,在本申请的说明书中涉及的阴极被确定为不仅为由小的功函数的材料制造的单层而且是由具有小的功函数的材料制造的薄膜和导电膜组成的叠层膜。
当采用Al膜作为第二电极21时,与含有有机化合物的层20接触的材料可以是除了氧化物之外的一种材料,由此可以提高发光器件的可靠性。此外,可以采用透明导电膜(ITO(氧化铟氧化锡合金)、氧化铟氧化锌(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等)替代Al膜用于第二电极21。而且,可以由薄的金属层(典型地,合金例如MgAg、MgIn、AlLi等)来替代CaF2。
而且,第一电极的两个端部和其间的部分覆盖有绝缘物19(称作阻挡物或堤坝)。在本发明中,绝缘物19的剖面形状是重要的。用于形成绝缘物19的腐蚀工艺形成第一电极18的凹形形状。在绝缘物19的上端没有设置弯曲表面的情况下,在绝缘物19的上端会形成凸起,就会容易产生淀积失败。因此,根据本发明,在绝缘物19的上端上形成具有曲率半径的弯曲表面,对应于弯曲表面暴露第一电极18c、18d的一部分以便形成倾斜表面,并进行腐蚀工艺以至使第一电极18b被暴露于一个产生发光的区域。而且,可以进行用于平坦暴露的第一电极18b的表面的工艺(CMP工艺等)。而且,可以进行腐蚀工艺以便增加第一电极18b的膜厚并使第一电极18b的一部分为倾斜表面。此外,曲率半径优选为0.2μm至0.3μm。根据本发明,可以有利地制造用于有机化合物膜和金属膜的覆盖物。而且,绝缘物19侧面处的两个锥角和第一电极18c、18d的倾斜表面处的锥角满足45°±10°。
此外,不特别地限制用于进行第一电极的凹形形状腐蚀的工艺,干法腐蚀、或湿法腐蚀、或它们组合的腐蚀方法可以采用。通过采用例如ICP(感应耦合等离子体)腐蚀方法和适当地调整的腐蚀条件(提供到线圈型电极的电能、提供的衬底侧上的电极的电能、衬底侧上的电极温度等)就可以将薄膜腐蚀为所需的锥形。此外,可以适当地采用以Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4等为代表的氯化气体,或以CH4、SF6、NF3等为代表的含氟化合物气体,或O2。这里,在1.9Pa的压力下、在线圈型电极上形成450W的RF(13.56MHz)电功率,还在衬底(样品台)侧上形成100W的RF(13.56MHz)电功率,并且提供基本上为负的自偏电压。此外,在衬底侧上的电极尺寸为具有12.5cm×12.5cm的面积,线圈型电极(这里,提供有线圈的石英圆盘)的圆盘尺寸为具有直径25cm的面积。可以通过采用BCl3和Cl2作为腐蚀气体并使各个气体的流速比为60/20(sccm)来形成第一电极和绝缘物的形状。
而且,三层结构满足,例如,可依此次序层叠钛膜18a、氮化钛膜18b和含有铝作为主要成分的膜18c。
本发明具有一个特征,其中通过第一电极18c、18d的倾斜表面来反射从有机化合物层20发射的光以便提高在图1A中的箭头所示方向上取出的总光量。
而且,如图1B所示,为了在导电膜(阴极)21中获得低的电阻,可以在导电膜21上设置辅助电极23。辅助电极23满足通过淀积方法有选择地形成,其中采用淀积掩模。
而且,尽管未示出,为了提高发光器件的可靠性,优选在第二电极21上形成保护膜。保护膜是绝缘膜作为它的主要成分的薄膜或者具有碳作为它的主要成分的薄膜,该绝缘膜具有通过溅射方法(DC系统、RF系统)获得的氮化硅和氧氮化硅作为它的主要成分。通过利用硅靶并在含有氮和氩的气氛中形成而获得氮化硅膜。而且,可以采用氮化硅靶。而且,可以通过利用采用远程(remote)等离子体的淀积装置形成保护膜。而且,为了使发射的光穿过保护膜,优选保护膜的膜厚尽可能薄。
本发明具有一个特征,其中具有碳作为它的主要成分的薄膜是3至50nm膜厚的DLC(类金刚石碳)。DLC膜具有SP3偶合作为短程有序中碳之间的偶合而宏观是非晶结构。DLC膜具有70-95原子%的碳和5-30原子%的氢的成分,该薄膜非常坚硬并且绝缘特性优异。而且,这种DLC膜的特征在于对于水汽、氧气等的气体渗透性低。而且,已经公知,通过微硬度计测量,这种薄膜具有15-25GPa的硬度。
可以通过使用等离子体CVD方法(典型地,RF等离子体CVD方法、微波CVD方法、电子回旋共振(ECR)CVD方法等)、溅射方法等形成DLC膜。无论采用何种淀积方法,都能够形成具有良好粘接性的DLC膜。当在阴极上安装衬底时,进行DLC膜的淀积。可选择地,通过施加负偏压并在一定程度上采用离子轰击,就可以形成微小并且坚硬的膜。
采用氢气和碳氢化合物气体(例如,CH4、C2H2、C6H6等)作为淀积中采用的反应气体,由辉光放电引起电离,并且加速离子并使离子撞击其上提供负自偏电压的阴极,进行淀积。由此就能获得微小并且坚硬的DLC膜。此外,DLC膜是对可见光为透明的或半透明的绝缘膜。
在本申请的说明书中,对可见光透明指可见光的透射率为80-100%,对可见光半透明指可见光的透射率为50-80%。
而且,虽然在此作为一个例子已经描述了顶栅型TFT,但是本发明与TFT结构无关,并且本发明适用于例如底栅型(背面(rear ward)交错型)TFT和正向交错型TFT。
(第二实施例)
下面,将在图5A中给出对一种方法(以下称为滤色器方法)的解释,在该方法中,将发射白光的元件和滤色器组合在一起。
滤色器方法是一种系统,其中通过形成具有有机化学化合物的发光元件获得发射红光、绿光和蓝光,该有机化学化合物呈现为白光发射并使获得的白光发射穿过滤色器。
有获得发射白光的不同的方法,在此将解释由聚合物材料组成并可通过采用涂敷形成发光层的情况。在此情况下,通过调整溶液就能进行在制造发光层的聚合物材料上的色素的掺杂,并且与淀积方法比较更容易获得该层,淀积方法中进行用于掺杂多种色素的共同淀积。
具体地,在将被烘焙的整个表面上提供作为空穴注入层的聚(亚乙基二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸酯)水溶液(PEDOT/PSS)之后,在将被烘焙的整个表面上提供作为发光层的掺杂有发光中心色素(1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯(TPB),4-二氰基二甲基-2-甲基-6-(p-二甲氨基-苯乙烯基)4H-胆色烷(DCM1),尼罗(Nile)红,香豆素6等)的聚乙烯咔唑(PVK)溶液之后,在由具有大的功函数的金属(Pt、Cr、W、Ni、Zn、Sn、In)制造的阳极上形成阴极,通过叠置含有小的功函数的金属(Li、Mg、Cs)和透明导电膜(ITO(氧化铟氧化锡合金)、氧化铟氧化锌合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等)而形成该阴极。此外,PEDOT/PSS采用水作为溶剂而并不在有机溶剂中溶解。因此,当在其上提供PVK时,就不害怕再次被溶解。而且,因为PEDOT/PSS和PVK彼此的溶剂不同,优选不采用相同的淀积室。
而且,虽然已经显示了上述实例,其中叠置有机化学化合物层,但该有机化学化合物层也可制造为单层。例如,可以在空穴传输特性的聚乙烯咔唑(PVK)中分散电子传输特性的1,3,4-噁二唑衍生物(PBD)。而且,通过分散30wt%作为电子传输剂的PBD并分散适当数量的四种色素(TPD,香豆素6,DCM1,Nile红)就可以获得白光发射。
此外,在阳极和阴极之间形成有机化学化合物层,从阳极注入的空穴和从阴极注入的电子在有机化学化合物层中再聚合以便在有机化学化合物层上发射白光。
而且,通过适当地选择发射红光的有机化学化合物层、发射绿光的有机化学化合物层和发射蓝光的有机化学化合物层并且重叠它们用于彩色混合就可以整体的获得白光发射。
以上述方式形成的有机化学化合物层就能够提供作为整体的白光发射。
通过形成滤色器,来自发光元件的白光发射可被分开并获得红光发射、绿光发射和红光发射,该滤色器分别提供有在一个方向上吸收除了发射的红光之外发射的光的彩色层(R)、吸收除了发射的绿光之外发射的光的彩色层(G)、吸收除了发射的蓝光之外发射的光的彩色层(B),在该方向上有机化学化合物层产生白光发射。而且,在有源矩阵型的情况下,在衬底和滤色器之间形成TFT。
而且,对于彩色层(R、G、B)可以采用倾斜镶嵌排列、三角形镶嵌排列、RGBG四像素排列或RGBW四像素排列以及最简单的条纹图型。
利用由有机光敏材料制造的彩色抗蚀剂形成构成滤色器的彩色层,其中分散色素。此外,白光发射具有色度坐标(x,y)=(0.34,0.35)。通过发射的白光与滤色器结合就可以充分保证全色的颜色再现性。
此外,在此情况下,即使当由此获得的发光颜色彼此不同,因为由有机化学化合物层形成所有薄膜,其呈现为发射白光,就不必对发射的每一种彩色光单独涂敷有机化学化合物层。而且,不必特别需要防止镜反射的任何圆形极化板。
下面将参照图5B解释CCM方法(彩色转换介质),通过具有发射蓝光的有机化学化合物层的蓝色发光元件和荧光彩色转换层的组合来完成CCM方法。
CCD方法激活具有从蓝色发光元件发出的蓝色光的荧光的彩色转换层并在各彩色转换层中进行色彩转换。具体地,在彩色转换层上进行蓝光到红光(B→R)的转换,在彩色转换层上进行蓝光到绿光(B→G)的转换,在彩色转换层上进行蓝光到蓝光(B→B)的转换(此外,进行蓝光到蓝光(B→B)的转换不是必需的),由此获得发射的红光、蓝光和绿光。通过CCD方法,构造为在衬底和彩色转换层之间形成TFT以便形成有源矩阵型情况下的有机化学化合物层。
此外,在此情况下,不必单独地涂敷彩色转换层。而且,不特别需要任何防止镜面反射的圆形极化板。
而且,因为在利用CCD方法中存在一个问题,即由于荧光通过室外日光激活彩色转换层,以致会降低对比度,所以优选通过设置图5C中所示的滤色器来提高对比度。
而且,本实施例可以与第一实施例结合。
(第三实施例)
图4示出一个实例,其中在半导体衬底上形成基底绝缘膜并在该基底绝缘膜上形成一种FET类型的TFT。
可以采用N型或P型单晶硅衬底(<100>衬底、<110>衬底、<111>衬底等)、或高纯半导体衬底作为半导体衬底40。而且,例如,将直径为200mm-300mm的晶片(圆形)切割成矩形衬底,然后在其上形成FET。可选择地,可以进行多次图形化,其中在形成FET和发光元件之后将晶片分割成所需尺寸的部分。而且,可以采用以GaAs衬底、InP衬底、对于GaN系统外延的GaN衬底、SiC衬底、蓝宝石衬底、ZnSe等为代表的化学化合物半导体衬底作为半导体衬底40。而且,可以利用晶片涂敷方法和SIMOX(注入氧分离)方法来形成SOI(绝缘体上硅)衬底结构。该半导体衬底40用于分散发光元件产生的热。
首先,在半导体衬底40上形成基底绝缘膜41。
采用等离子体CVD方法来形成用SiH4、NH3和N2O作为反应气体来淀积10-200nm(优选,50-100nm)的氧氮化硅膜作为基底绝缘膜41的第一层。这里,形成50nm膜厚的氧氮化硅膜(成分比为:Si=32%,O=27%,N=24%,H=17%)。随后,采用等离子体CVD方法来形成用SiH4和N2O作为反应气体来淀积50-200nm(优选,100-150nm)的氧氮化硅膜作为基底绝缘膜41的第二层。这里,形成100nm膜厚的氧氮化硅膜(成分比为:Si=32%,O=59%,N=7%,H=2%)。虽然在本实例中采用两层结构作为基底绝缘膜41,但可以采用一种叠置单层或两层绝缘膜的结构。
随后,在绝缘膜上形成半导体层。通过利用公知的方法(溅射方法、LPCVD方法、等离子体CVD方法等)淀积具有非晶结构的半导体膜来形成构成TFT的有源层的半导体层,此后将晶体半导体膜图形化为所需的结构,通过公知的晶化工艺(利用催化剂例如镍等的激光晶化方法、热晶化方法等)获得该晶体半导体膜。半导体层形成具有25-80nm(优选30-60nm)的厚度。晶体半导体膜并不限制所用的材料但优选由硅、硅-锗合金等形成。
而且,在利用激光晶化方法形成晶体半导体膜的情况下,就能够采用脉冲振荡型或连续发射型准分子激光、YAG激光和YVO4激光。
在采用这种激光的情况下,优选采用一种方法,其中通过光学系统线性地收集从激光振荡器发射的激光束以便辐照到半导体膜上。虽然晶化条件由操作者选择,当采用准分子激光时,他们可以采用30Hz的脉冲振荡频率和100-400mJ/cm2(典型地,200-300mJ/cm2)的激光能量密度。当采用YAG激光时,他们优选采用其的二次谐波的1-10kHz的脉冲振荡频率和300-400mJ/cm2(典型地,350-500mJ/cm2)的激光能量密度。可以将线性地收集的具有100-1000μm例如400μm宽度的激光束辐照在整个衬底上,线性激光束的重叠率为80-98%。
随后,用含有氢氟酸的腐蚀剂清洁半导体层的表面以便形成覆盖半导体层的栅绝缘膜。利用等离子体CVD方法或溅射方法形成40-150nm厚度并含有硅的栅绝缘膜。在本实例中,采用等离子体CVD方法来形成由115nm厚度的氧氮化硅膜组成的膜(成分比为:Si=32%,O=59%,N=7%,H=2%)。当然,栅绝缘膜并不限制于氧氮化硅膜,可以采用单层或叠层结构的含有硅的其它绝缘膜。
随后,在清洁栅绝缘膜的表面之后,形成栅电极45。随后,用栅电极作为掩模腐蚀栅绝缘膜以形成栅绝缘膜42。
随后,适当地添加给半导体赋予p型的杂质元素(B等),添加硼以便形成源区43和漏区44。在添加之后,进行热处理,强光辐照或激光束辐照以激活杂质元素。而且,同时能够用激活来修复等离子体对栅绝缘膜42的损伤和等离子体对栅绝缘膜42和半导体层之间的界面的损伤。
在随后的工艺中,PCVD方法被用来形成由氮化硅膜和氧氮化硅膜制造的层间绝缘膜46a和层间绝缘膜46b,利用由通过涂敷方法形成的光敏或非光敏的有机材料(聚酰亚胺,丙烯酸,聚酰胺,聚酰亚胺酰胺,抗蚀剂,或苯并环丁烯)组成的平坦的绝缘膜,或由无机材料组成的平坦绝缘膜(含有涂敷的氧化硅膜、PSG(添加磷的玻璃)、BPSG(添加硼和磷的玻璃)等),或它们的叠层膜。随后,在氢化作用之后,形成到达源区或漏区的接触孔。随后,形成源电极(布线)52、绝缘物49、电源线47和第一电极(漏电极)48a-48d以至以与第一实施例中所述的相同方式形成TFT(P沟道型TFT)。
随后的工艺与第一实施例中的工艺相同,并且满足形成根据第一实施例的含有有机化学化合物的层50和由导电膜制造的第二电极51。
而且,本实施例可以任意地与第一实施例或第二实施例结合。
将参照下面的实例更详细地描述以上述方式构成的本发明。
(实例)
[实例1]
在本实例中,将参照图2和3利用实例简要地描述形成根据本发明的发光元件的步骤。
首先,采用公知的技术在半导体基板30上形成MOSFET。利用公知的技术,通过场氧化膜31进行元件隔离,并进行掺杂工艺以形成漏区32或源区3。
而且,利用PCVD方法形成由氮化硅膜和氧氮化硅膜组成的层间绝缘膜33,并利用由通过涂敷方法形成的光敏或非光敏的有机材料(聚酰亚胺,丙烯酸,聚酰胺,聚酰亚胺酰胺,抗蚀剂,或苯并环丁烯)组成的平坦的绝缘膜,或由无机材料组成的平坦的绝缘膜(含有涂敷的氧化硅膜、PSG(添加磷的玻璃)、BPSG(添加硼和磷的玻璃)等),或它们的叠层膜形成层间绝缘膜35。
在氢化作用之后,形成到达源区或漏区的接触孔。随后,形成源电极(布线)和第一电极(漏电极)以完成TFT(p沟道型TFT)。
在上述工艺中,形成MOSFET(这里,仅示出漏区32)层间绝缘膜33、35和第一电极36a-36d(图3A)。
在本实例中,采用100nm-1μm范围的膜,该膜含有选自Ti、TiN、TiSixNy、Al、Ag、Ni、W、WSix、WNx、WSixTy、Ta、TaNx、TaSixNy、NbN、MoN、Cr、Pt、Zn、Sn、In或Mo的一种元素作为它的主要成分,或含有所述元素作为它的主要成分的合金材料,或化学化合物材料或这些膜的叠层用于第一电极36a-36d。
特别地,第一电极36a优选由能够与硅欧姆接触的典型为钛的材料制造直至膜厚为10-100nm的范围。而且,在薄膜情况下第一电极36b优选由具有大的功函数的材料(TiN、TaN、MoN、Pt、Cr、W、Ni、Zn、Sn)的材料制造并满足膜厚为10-500nm的范围。而且,第一电极36c由反射光的典型为含有Al或Ag作为它的主要成分的金属材料制造并满足100-600nm的膜厚范围。此外,第一电极36b还作为防止第一电极36c和第一电极36a的合金化的阻挡层。而且,第一电极36d优选由典型为金属氮化物(TiN、WN等)的材料制造并满足20-100nm的膜厚范围,用于防止氧化、防止腐蚀、或防止第一电极36c的小丘。此外,也可以省略第一电极36d。
而且,第一电极36a-36d可以与其它布线例如源极布线34、电源线等同时形成。
随后,形成绝缘物(称作堤坝、隔离物、阻挡层等)以覆盖第一电极的端部(与漏区32接触的部分)(图3B)。虽然可以采用无机材料(氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等)、光敏或非光敏的有机材料(聚酰亚胺,丙烯酸,聚酰胺,聚酰亚胺酰胺,抗蚀剂,或苯并环丁烯)、或这些材料的叠层等来制造绝缘物,但是在本实例中采用光敏有机树脂。例如,当采用正型光敏丙烯酸作为绝缘物的材料时,优选只在绝缘物的上端部形成具有曲率半径的弯曲表面。而且,绝缘物可以采用通过光敏幅照在腐蚀剂中不溶解的负型材料和通过光在腐蚀剂中溶解的正型材料。
随后,如图3C中所示,在进行绝缘物的腐蚀。同时部分去除第一电极36c、36d进行腐蚀是必要的,以致在第一电极36c的暴露表面上形成倾斜表面并平坦第一电极36b的暴露表面。在腐蚀中,干法腐蚀或湿法腐蚀能够进行一次或多次,选择高选择比的条件用于第一电极36b和第一电极36c。并且优选,绝缘物的上端最终具有0.2μm-3μm的曲率半径。而且,最后,朝向第一电极的中心的倾斜表面的角度(倾角,锥角)为超过30°但小于70°以便反射从此后形成的含有有机化学化合物的层发射的光。
随后,利用淀积方法或涂敷方法形成含有有机化学化合物的层38。例如,当采用淀积方法时,在淀积室中进行淀积,其中直到真空度等于或低于5×10-3乇(0.665Pa)、优选达到10-4-10-6Pa进行蒸发。在淀积期间,通过电阻加热预先汽化有机化学化合物并在淀积时向遮挡板的开口向衬底散射有机化学化合物。汽化的有机化学化合物向上散射以至通过在金属掩模上的孔淀积在衬底上。通过淀积获得的叠层形成含有有机化学化合物的层以至在发光元件中整体呈现白色。
例如,通过连续叠置部分掺杂有发射红光的色素的Alq3、Alq3、p-EtTAZ和TPD(芳族二胺)就可以获得白色。
而且,在利用旋涂的涂敷方法形成含有有机化学化合物的层的情况下,优选在涂敷之后通过真空加热进行烘焙。例如,应当满足,在将被烘焙的整个表面上提供作为空穴注入层的聚(亚乙基二氧基噻吩)/聚(苯乙烯磺酸酯)水溶液(PEDOT/PSS)之后,在被烘焙的整个表面上提供作为发光层的掺有发光中心色素(1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯(TPB),4-二氰基二甲基-2-甲基-6-(p-二甲氨基-苯乙烯基)4H-胆色烷(DCM1),尼罗(Nile)红,香豆素6等)的聚乙烯咔唑(PVK)溶液。
而且,虽然已经示出一个实例,其中有机化学化合物包括叠层,但有机化学化合物可以制造为单层。例如,可以在空穴传输特性的聚乙烯咔唑(PVK)中分散电子传输特性的1,3,4-噁二唑衍生物(PBD)。而且,通过分散30wt%作为电子传输剂的PBD并分散适当数量的四种色素(TPD,香豆素6,DCM1,Nile红)就可以获得白光发射。而且,可以叠置由聚合物材料制造的层和由低分子材料制造的层来提供有机化学化合物。而且,有机化学化合物层可以包含无机材料,例如硅氧烷。
随后,在含有小的功函数的金属的薄膜(通过共同淀积例如MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、GaN等的合金、或属于周期表中的第一族或第二族的元素和铝形成的膜)上淀积并叠置薄的导电膜(这里,铝膜)(图2B)。铝膜具有阻挡水汽和氧的高性能并优选作为提高发光器件的可靠性的导电膜39。此外,图2B示出沿图2(A)中的点划线A-A`的剖面图。在本实例中,叠层膜足够薄以至允许发射的光穿过并作为阴极。而且,可以采用透明导电膜(ITO(氧化铟氧化锡合金)、氧化铟氧化锌(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等)来代替薄的导电膜。而且,为了在阴极中获得低的电阻,可以在导电膜39上提供辅助电极。而且,应当满足,在形成阴极时,采用在淀积中电阻加热以便利用淀积掩模选择性地形成阴极。
由此获得的发光元件显示在由图2B中的箭头表示的方向上发射白光,并反射第一电极36c的倾斜表面上的横向光以增加箭头表示的方向上发射的光的数量。此外,图2A中虚线表示区域,其中形成用于分离元件的场氧化膜或栅极布线。
在上述工艺中,在已经完成直到第二电极(导电膜39)的形成之后,为了密封在衬底30上形成的发光元件,通过密封剂粘结密封衬底(透明衬底)。此外,为了保证密封衬底和发光元件之间的间隔,可以提供由树脂膜制造的隔离物。并且在密封剂之中的空间中填充惰性气体例如氮气等。此外,优选采用环氧基的树脂作为密封剂。而且,密封剂是一种期望的使尽可能少量的水汽和氧渗透的材料。此外,可以在空间中容置有效地吸收氧和水的物质(干燥剂)。
通过按上述方式在空间中密封发光元件,就能够使发光元件完全地与外界隔离并防止例如水汽和氧的物质从外界进入,水汽和氧会促使有机化学化合物层的退化。因此,就能够获得高可靠的发光元件。
[实例2]
下面将参照图6和7解释一个实例,其中形成辅助电极。
图6A是示出像素的顶视图,并且图6B是沿点划线A-A`的剖面图。
关于绝缘物67的形成工艺与实例1中的工艺相同,因此在此省略用于形成绝缘物67的工艺。图2B中的绝缘物37对应于图6B中的绝缘物67。
根据实例1,在具有绝缘表面的衬底上形成场氧化膜,漏区62,层间绝缘膜63、65,第一电极66a-66d和绝缘物67。
随后,选择地形成含有有机化学化合物的层68。在本实例中,利用其中采用淀积掩模的淀积方法或喷墨方法选择性地形成含有有机化学化合物的层68。
随后,利用其中采用淀积掩模的淀积方法在绝缘物67上选择性地形成辅助电极60。辅助电极60满足被设置为具有从0.2μm-0.5μm范围的膜厚。在本实例中,图6A中示出作为在Y方向上排列的辅助电极60,但并特别不限制于这种排列,而也可以是例如图7中所示的排列在X方向上的辅助电极70。此外,沿图7中所示的点划线A-A`的剖面图与图2B中示出的相同。
随后,以与实例1中的相同方式,在含有小的功函数的金属的薄膜(通过共同淀积例如MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、GaN等的合金、或属于周期表中的第一族或第二族的元素和铝形成的膜)上淀积并叠置薄的导电膜(这里,铝膜)69。在本实例中,叠层膜足够薄以至允许发射的光穿过并作为阴极。而且,可以采用透明导电膜(ITO(氧化铟氧化锡合金)、氧化铟氧化锌(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等)来代替薄的导电膜。而且,在本实例中,为了在阴极中获得低的电阻,在绝缘物67上以与薄的导电膜69接触的方式提供辅助电极60。
由此获得的发光元件显示由图6B中的箭头表示的方向上发射白光,并反射第一电极66c的倾斜表面上的横向光以增加箭头表示的方向上发射的光的数量。
而且,因为在本实例中形成辅助电极60、70来实现阴极中的低阻,所以本实例可以应用于具有大尺寸的像素部分的器件。
而且,在本实例中,在形成含有有机化学化合物的层68之后,形成辅助电极60,但并不特别限制于这种形成次序,可以在形成辅助电极60之后形成含有有机化学化合物的层。
而且,本实例可以任意地与第一至第三实施例和实例1中的任何一个结合。
[实例3]
将参照图9A和9B来解释本实例,图9A和9B是示出有源矩阵型的整个发光器件的外观图。此外,在图9A是示出发光器件的顶视图,并且图9B是沿图9A中的线A-A`的剖面图。参考数字901表示由虚线代表的源信号导体驱动电路,902表示像素部分,以及903表示栅信号导体驱动电路。而且,参考数字904表示密封的衬底,905表示密封剂,密封剂905包围的内部限定空间907。而且,参考数字930a、930b表示利用COG(玻璃上芯片)方法、布线焊接方法或TAB(自动焊接带)方法在半导体衬底910上安装的IC芯片。
虽然图9A示出提供有存储器、CPU、D/A转换器等的IC芯片的安装,但本发明采用半导体衬底作为衬底,因此就能够在同一衬底上形成复杂的集成电路(存储器、CPU、D/A转换器等)。图8是以便携式信息终端例如PDA形式的半导体器件的系统方框图,其中在半导体衬底上制造各种电路。
图8中示出的安装在半导体器件上的电路,包括由稳定电源和高速、高精度的运算放大器组成的电源电路、控制器、存储器、校正电路等。此外,可以在同一衬底上制造CPU,在CPU中处理的信息作为图像信号从图像信号处理电路输出到控制器的数据信号。控制器用于将图像信号和时钟转换为数据信号侧驱动电路和栅极信号侧驱动电路的各自的时序规范。
因此,控制器用于将图像信号分成对应于显示器中的相应的像素的数据并将从外面输入的水平同步信号和垂直同步信号转换为用于驱动电路的起动信号和用于内部电源电路的ac转换的时序控制信号。
对于便携式信息终端例如PDA需要用可充电类型的电池作为电源而不需要连接到AC插座而在室外和长时间在火车上应用。而且,对于这种电子器件同时还需要制造为便于携带为主的重量轻、体积小。随着容量的提高,将增加为电子器件重量的主要部分的电池的重量。因此,为了降低这种电子器件的能量消耗,就需要在软件方面采取措施,例如打开背光的时间控制,和待机模式的设置。
例如,当没有输入信号输入到CPU时,待机模式就开始同步中止部分操作。在像素部分,就会抑制EL元件的发光强度,或停止图像本身的显示。可选择地,采取措施以致在各个像素中制造存储元件并可以切换到显示静止图像的模式。在此方式下,就能够降低电子器件的功耗。
而且,为了显示静止图像,通过暂停CPU、VRAM等等的图像信号处理电路的功能就能够获得功耗的降低。
此外,参考数字908表示用于将信号输入到源信号线驱动电路901和栅极信号线驱动电路903的传输的布线,通过该布线从外围输入端的FPC(柔性印刷电路)接收视频信号和时钟信号。此外,虽然只示出FPC,但印刷电路板(PWB)也可以被安装到FPC。在本申请的说明书中,发光器件不仅包括发光器件自身而且包括其中在其上安装FPC或PWB的情况下的发光器件。
随后,将参照图9B解释剖面结构。驱动电路和像素部分形成在半导体衬底910上,这里示出作为驱动电路的源信号导体驱动电路901和像素部分902。
此外,源信号导体驱动电路901包括CMOS电路,其中n沟道型FET923和p沟道型FET924结合在一起。而且,可以由公知的CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路形成包括驱动电路的TFTs。而且,虽然实例提供于集成类型的驱动器,其中在衬底上形成驱动电路,但不必需要求驱动电路形成在衬底上,也可以形成在衬底之外。
而且,由多个像素形成像素部分902,像素包括开关FET911、电流控制FET912和电连接到FET漏极的第一电极(阳极)913。
而且,在第一电极(阳极)913的两个端部上形成绝缘物914,第一电极部分地包括沿绝缘物914的侧面的倾斜表面。与绝缘物914的形成一起同时形成第一电极的倾斜表面。倾斜表面反射从含有有机化学化合物的层915发出的光以便提高由图9中的箭头表示方向上的发光数量。
而且,在第一电极(阳极)913上选择性地形成含有有机化学化合物的层915。此外,在含有有机化学化合物的层915上形成第二电极(阴极)916。由此,形成由第一电极(阳极)913、含有有机化学化合物的层915和第二电极(阴极)916组成的发光元件918。这里,因为在本实例中发光元件918发射白光,提供由彩色层931和BM932组成的滤色器(这里,为了简化没有示出覆盖层)。
而且,在绝缘物914上形成构成实例2中示出的部分结构的第三电极(辅助电极)917以便实现降低第二电极的电阻。而且,第二电极(阴极)916还起到通过第三电极917和连接布线908电连接到FPC909为所有像素的公共布线的功能。
而且,为了密封在半导体衬底910上形成的发光元件918,采用密封剂905用于粘结密封衬底904。此外,为了确保密封衬底904和发光元件918之间的间隔,可以提供由树脂薄膜制造的隔离物。并且惰性气体例如氮气等填充到密封剂905内部的空间907。此外,优选采用环氧基树脂作为密封剂905。而且,密封剂905是所需的一种使尽可能少的水汽和氧渗透的材料。此外,在空间907内部可以包含有效吸收氧和水的物质。
而且,可以在本实例中采用除玻璃衬底和石英衬底之外的由FRP(玻璃纤维增强塑料)、PVF(聚氟乙烯)、聚酯薄膜(myler)、聚酯、丙烯酸等制成的塑料衬底,作为构成密封衬底904的材料。而且,在采用密封剂905粘结密封衬底904之后,可以用密封剂进行密封以致覆盖侧面(暴露的表面)。
通过上述方式在空间907中密封发光元件,就能够使发光元件与外界完全隔离并防止促使有机化学化合物层退化的物质例如水汽和氧从外侧进入。因此,就能够获得高可靠性的发光器件。
而且,本实例可以与第一至第三实施例、实例1和实例2中的任意一个自由地结合。
[实例4]
通过实施本发明,就完成所有电子设备,其包括具有发光元件的模块(有源矩阵型EL模块)。
这种电子设备包括摄像机、数字照相机、头戴式显示器(护目镜型显示器)、汽车导航、汽车音响、个人计算机、便携式信息终端(移动计算机、携带式电话或电子图书等)。图10A至10F、11A和11B示出这种电子设备的实例。
图10A示出一种个人计算机,其包括主体2001、图像输入单元2002、显示单元2003、键盘2004等等。然而,本发明采用半导体衬底(例如,具有300mm直径的晶片),以至显示屏尺寸小或中等。
图10B示出一种摄像机,其包括主体2101、显示单元2102、声音输入单元2103、控制开关2104、电池2105、图像接收器2106等等。
图10C示出一种移动计算机,其包括主体2201、摄像单元2202、图像接收单元2203、控制开关2204、显示单元2205等等。
图10D示出一种护目型显示器,其包括主体2301、显示单元2302、臂2203等等。
图10E示出一种利用记录程序的记录介质(以下称为记录介质)的播放器,包括主体2401、显示单元2402、扬声器单元2403、记录介质2404、控制开关2405等等。此外,利用DVD(数字通用磁盘)、CD等作为记录介质的播放器能够欣赏音乐、欣赏电影、玩游戏、和Internet(上互连网)。
图10F示出一种数字照像机,其包括主体2501、显示单元2502、目镜单元2503、控制开关2504、图像接收单元(未示出)等等。
图11A示出一种携带式电话,其包括主体2901、声音输出单元2902、声音输入单元2903、显示单元2904、控制开关2905、天线2906、图像输入单元(CCD、图像传感器等)2907。
图11B示出一种便携式图书(电子图书),其包括主体3001、显示单元3002、3003、记录介质3004、控制开关3005、天线3006等等。
如上所述,本发明提供一种非常广泛范围的应用并适用于所有领域中制造电子设备的方法。而且,还可以利用第一至第三实施例、实例1至3中的任意组合的结构来实现本实例中的电子设备。
根据本发明,通过倾斜表面反射从含有有机化学化合物的层发射的光当中在横向方向(平行于衬底表面的方向)上发射的光,倾斜表面形成在第一电极的台阶部分,由此可以提高从确定方向(穿过第二电极的方向)上发出的光的总量。就是说,就能够实现涉及发光中的较小损失例如漫射光的发光元件。
而且,根据本发明,当驱动发光元件时产生的热通过半导体衬底被消散,这样,可以实现高可靠性的发光元件。
而且,除了发光元件之外的各种电路可以集成在半导体衬底上以便获得半导体器件的高度小型化。
Claims (66)
1.一种半导体器件,包括:
场效应晶体管,被提供在半导体衬底上;
发光元件,包括连接到该场效应晶体管的第一电极,在该第一电极上的含有有机化合物的层和在该层上的第二电极;以及
绝缘膜,覆盖该第一电极的端部,
其中该第一电极具有朝向该第一电极的中心的倾斜表面,并且该倾斜表面反射从含有有机化学化合物的该层发射的光。
2.根据权利要求1的半导体器件,其中第二电极包括允许光透过的导电膜。
3.根据权利要求1的半导体器件,其中第一电极是凹形形状,并用绝缘物作为掩模以自对准形成。
4.根据权利要求1的半导体器件,其中第一电极是阳极,第二电极是阴极。
5.根据权利要求1的半导体器件,其中第一电极是阴极,第二电极是阳极。
6.根据权利要求1的半导体器件,其中第一电极是场效应晶体管的漏电极或源电极的一部分。
7.根据权利要求1的半导体器件,其中第一电极由与场效应晶体管的漏电极或源电极的材料不同的材料制造。
8.根据权利要求1的半导体器件,其中倾斜表面的倾斜角大于30°但小于70°。
9.根据权利要求1的半导体器件,其中覆盖第一电极的该端部的绝缘物在它的上端部处有具有曲率半径的弯曲表面并且曲率半径为0.2μm-0.3μm。
10.根据权利要求1的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射红光的材料、或发射绿光的材料或发射蓝光的材料制造。
11.根据权利要求1的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射白光的材料制造,并且与在密封剂上提供的滤色器结合。
12.根据权利要求1的任何一种的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射单色光材料制造并与密封剂上提供的彩色转换层或彩色层结合。
13.根据权利要求1的任何一种的半导体器件,其中场效应晶体管是MISFET、MOSFET或TFT。
14.根据权利要求1的半导体器件,其中在半导体衬底上提供CPU、存储元件、薄膜二极管、光电换能器或电阻元件。
15.根据权利要求1的半导体器件,其中半导体器件是选自由摄像机、数字照相机、护目镜型显示器、汽车导航、DVD播放器、电子游戏设备或便携式信息终端组成的组中的一种。
16.一种包括发光元件的半导体器件,它包括:
场效应晶体管,被提供在半导体衬底上;
发光元件,包括连接到该场效应晶体管的第一电极、在该第一电极上的含有有机化合物的层和在该层上的第二电极;以及
绝缘膜,覆盖该第一电极的端部,
其中该第一电极的中心为凹形形状以至比它的端部具有更薄的膜厚。
17.根据权利要求16的半导体器件,其中第二电极包括允许光透过的导电膜。
18.根据权利要求16的半导体器件,其中第一电极是凹形形状并用绝缘物作为掩模以自对准形成。
19.根据权利要求16的半导体器件,其中第一电极是阳极,第二电极是阴极。
20.根据权利要求16的半导体器件,其中第一电极是阴极,第二电极是阳极。
21.根据权利要求16的半导体器件,其中第一电极是场效应晶体管的漏电极或源电极的一部分。
22.根据权利要求16的半导体器件,其中第一电极由与场效应晶体管的漏电极或源电极的材料不同的材料制造。
23.根据权利要求16的半导体器件,其中第一电极包括朝向它的中心的倾斜表面,倾斜角大于30°但小于70°。
24.根据权利要求16的半导体器件,其中覆盖第一电极的该端部的绝缘物在它的上端部处有具有曲率半径的弯曲表面并且曲率半径为0.2μm-0.3μm。
25.根据权利要求16的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射红光的材料、或发射绿光的材料,或发射蓝光的材料制造。
26.根据权利要求16的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射白光的材料制造,并且与在密封剂上提供的滤色器结合。
27.根据权利要求16的任何一种的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射单色光材料制造并与密封剂上提供的彩色转换层或彩色层结合。
28.根据权利要求16的任何一种的半导体器件,其中场效应晶体管是MISFET、MOSFET或TFT。
29.根据权利要求16的半导体器件,其中在半导体衬底上提供CPU、存储元件、薄膜二极管、光电换能器或电阻元件。
30.根据权利要求16的半导体器件,其中半导体器件是选自由摄像机、数字照相机、护目镜型显示器、汽车导航、DVD播放器、电子游戏设备或便携式信息终端组成的组中的一种。
31.一种包括发光元件的半导体器件,它包括:
场效应晶体管,被提供在半导体衬底上;
发光元件,包括连接到该场效应晶体管的第一电极、在该第一电极上的含有有机化合物的层和在该层上的第二电极;以及
绝缘膜,覆盖该第一电极的端部,
其中该第一电极具有多层,并且该第一电极的中心处的该多层的数量大于它的端部的数量。
32.根据权利要求31的半导体器件,其中第二电极包括允许光透过的导电膜。
33.根据权利要求31的半导体器件,其中第一电极是凹形形状并用绝缘物作为掩模以自对准形成。
34.根据权利要求31的半导体器件,其中第一电极是阳极,第二电极是阴极。
35.根据权利要求31的半导体器件,其中第一电极是阴极,第二电极是阳极。
36.根据权利要求31的半导体器件,其中第一电极是场效应晶体管的漏电极或源电极的一部分。
37.根据权利要求31的半导体器件,其中第一电极由与场效应晶体管的漏电极或源电极的材料不同的材料制造。
38.根据权利要求31的半导体器件,其中第一电极包括朝向它的中心的倾斜表面,倾斜角大于30°但小于70°。
39.根据权利要求31的半导体器件,其中覆盖第一电极的该端部的绝缘物在它的上端部处有具有曲率半径的弯曲表面并且曲率半径为0.2μm-0.3μm。
40.根据权利要求31的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射红光的材料、或发射绿光的材料或发射蓝光的材料制造。
41.根据权利要求31的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射白光的材料制造,并且与在密封剂上提供的滤色器结合。
42.根据权利要求31的任何一种的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射单色光材料制造并与密封剂上提供的彩色转换层或彩色层结合。
43.根据权利要求31的任何一种的半导体器件,其中场效应晶体管是MISFET,MOSFET或TFT。
44.根据权利要求31的半导体器件,其中在半导体衬底上提供CPU、存储元件、薄膜二极管、光电换能器或电阻元件。
45.根据权利要求31的半导体器件,其中半导体器件是选自由摄像机、数字照相机、护目镜型显示器、汽车导航、DVD播放器、电子游戏设备或便携式信息终端组成的组中的一种。
46.一种具有发光元件的半导体器件的制造方法,该发光元件包括阳极、在该阳极上的含有有机化合物的层和在该含有有机化合物的层上的阴极,该方法包括:
在半导体衬底上形成场效应晶体管;
形成覆盖第一电极的端部的绝缘膜,该第一电极包括叠层的金属层,其中该第一电极是该场效应晶体管的漏电极或源电极的一部分;
用该绝缘膜作为掩模来进行腐蚀以便减薄该第一电极的中心,由此沿该第一电极的边缘部分暴露该第一电极的倾斜表面;
在该第一电极的所述中心和所述倾斜表面上形成含有有机化合物的层;
在该含有有机化合物的层上形成包括允许光透过的金属薄膜的第二电极。
47.根据权利要求46的方法,其中第一电极包括叠置的反射光的金属层和作为腐蚀停止层的金属层,腐蚀反射光的金属层并使反射光的金属材料暴露于倾斜表面。
48.根据权利要求46的方法,其中第一电极是包括具有比第二电极的功函数更大的功函数的金属层的阳极。
49.根据权利要求46的任何一种的方法,其中第一电极包括含有钛的第一金属层、含有氮化钛或氮化钨的第二金属层、含有铝的第三金属层和含有氮化钛的第四金属层的叠层。
50.根据权利要求46的任何一种的方法,其中覆盖第一电极的端部的绝缘膜在它的上端部有具有曲率半径的弯曲表面并且曲率半径为0.2μm-0.3μm。
51.根据权利要求45的任何一种的方法,其中场效应晶体管是MISFET、MOSFET或TFT。
52.一种半导体器件,包括:
在半导体衬底上提供的场效应晶体管;
发光元件,包括连接到该场效应晶体管的第一电极、在该第一电极上的含有有机化合物的层和在该层上的第二电极;以及
覆盖该第一电极的端部的绝缘膜,
其中该第一电极具有凹陷,并且该凹陷的底部宽度小于该凹陷的顶部宽度。
53.根据权利要求52的半导体器件,其中第二电极包括允许光透过的导电膜。
54.根据权利要求52的半导体器件,其中第一电极为凹形形状,并用绝缘物作为掩模以自对准形成。
55.根据权利要求52的半导体器件,其中第一电极是阳极,第二电极是阴极。
56.根据权利要求52的半导体器件,其中第一电极是阴极,第二电极是阳极。
57.根据权利要求52的半导体器件,其中第一电极是场效应晶体管的漏电极或源电极的一部分。
58.根据权利要求52的半导体器件,其中第一电极由与场效应晶体管的漏电极或源电极的材料不同的材料制造。
59.根据权利要求52的半导体器件,其中第一电极包括朝向它的中心的倾斜表面,倾斜角大于30°但小于70°。
60.根据权利要求52的半导体器件,其中覆盖第一电极的该端部的绝缘物在它的上端部处有具有曲率半径的弯曲表面并且曲率半径为0.2μm-0.3μm。
61.根据权利要求52的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射红光的材料、或发射绿光的材料或发射蓝光的材料制造。
62.根据权利要求52的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射白光的材料制造,并且与在密封剂上提供的滤色器结合。
63.根据权利要求52的任何一种的半导体器件,其中含有有机化学化合物的层由发射单色光材料制造并与密封剂上提供的彩色转换层或彩色层结合。
64.根据权利要求52的任何一种的半导体器件,其中场效应晶体管是MISFET、MOSFET或TFT。
65.根据权利要求52的半导体器件,其中在半导体衬底上提供CPU、存储元件、薄膜二极管、光电换能器或电阻元件。
66.根据权利要求52的半导体器件,其中半导体器件是选自由摄像机、数字照相机、护目镜型显示器、汽车导航、DVD播放器、电子游戏设备或便携式信息终端组成的组中的一个。
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