JP4688781B2

JP4688781B2 - 電界発光素子の製造方法

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Publication number: JP4688781B2
Application number: JP2006332181A
Authority: JP
Inventors: ソンモ・セオ
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: KR101227142B1; KR20070111232A; US20070267641A1; US7642547B2; CN101075634A; US20100093120A1; JP2007310348A; US8153468B2; CN100505297C

Description

本発明は、電界発光素子の製造方法に関する。

平板表示素子（ＦｌａｔＰａｎｅｌＤｉｓｐｌａｙＤｅｖｉｃｅ）の中で有機電界発光素子（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅ）は、有機化合物を電気的に励起させて発光させる自発光型表示装置である。有機電界発光素子は、ＬＣＤで用いられるバックライトを必要としないため、軽量薄型が可能であり、かつ、工程を単純化させることができる。また、低温製作が可能であり、応答速度が１ｍｓ以下であって高速の応答速度を有し、低い消費電力、広い視野角及び高いコントラストなどの特性を表す。

有機電界発光素子は、アノードとカソードとの間に有機発光層を含んでおり、アノードから供給された正孔とカソードから受けた電子とが有機発光層内で結合して、正孔−電子対である励起子を形成し、また励起子が基底準位に戻るときに発生するエネルギーにより発光する。

ここで、有機発光層から発生した光が放出される方向に応じて、背面発光型と前面発光型とに分けられ、画素駆動回路が内蔵された有機電界発光素子が背面発光型である場合は、画素駆動回路が基板を占める広い面積により、開口率に深刻な制約を受けることとなる。したがって、開口率の向上のために、前面発光型有機電界発光素子の概念が導入されるに至った。

図１は、従来の技術に係る電界発光素子の断面図である。図１に示すように、基板１００上にバッファ層１０５が位置し、バッファ層１０５上にゲート電極１１０が位置する。ゲート電極１１０上にゲート絶縁膜である第１絶縁膜１１５が位置し、ゲート電極１１０と一定領域が対応するように、第１絶縁膜１１５上に非晶質シリコン層１２０が位置する。

非晶質シリコン層１２０の一定領域上に、ソース領域及びドレイン領域を規定するオーム接触層１２５ａ、１２５ｂが位置する。前記オーム接触層１２５ａ、１２５ｂは、不純物イオンが注入された非晶質シリコンからなることができる。

オーム接触層１２５ａ、１２５ｂ上にソース電極１３０ａ／ドレイン電極１３０ｂが位置し、ソース電極１３０ａ／ドレイン電極１３０ｂを含む基板上に、ドレイン電極１３０ｂの一部を露出させるビアホール１４５を含む第２絶縁膜１４０が位置する。

第２絶縁膜１４０上にビアホール１４５を介してドレイン電極１３０ｂと電気的に接続する第１電極１５０が位置する。ここで、第１電極１５０は、アノード又はカソードであり得る。第１電極１５０がアノードである場合、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）、ＩＣＯ（ＩｎｄｉｕｍＣｅｒｉｕｍＯｘｉｄｅ）又はＺｎＯ（ＺｉｎｃＯｘｉｄｅ）のような透明導電膜で形成することができ、カソードである場合は、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）又はこれらの合金で形成することができる。

第１電極１５０を含む基板上に、第１電極１５０の一部を露出させる開口部１６５を含む第４絶縁膜１６０が位置する。開口部１６５内に有機発光層１７０が位置し、有機発光層１７０を含む基板上に第２電極１８０が位置する。

上記のような構造を有する有機電界発光素子を製造するために、少なくとも６つ以上のマスク工程を必要とする。すなわち、ゲート電極、非晶質シリコン層及びオーム接触層、ソース／ドレイン電極、ビアホール、第１電極及び開口部は、所定の物質からなる膜を積層した後に、マスクを利用してこれをエッチングすることによって形成される。

しかしながら、工程に必要なマスクの数が多くなると、製造費用が上昇し、また工程時間が長くなるという問題があるため、これを減少すべき必要性がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、工程時間及び製造費用を減少させることができる電界発光素子の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成すべく、本発明に係る電界発光素子の製造方法は、基板を用意するステップと、前記基板上に第１マスクを利用してゲート電極を形成するステップと、前記ゲート電極を含む前記基板上に第１絶縁膜を形成するステップと、前記第１絶縁膜上に非晶質シリコン層及びオーム接触層を積層するステップと、第２マスクを利用して前記非晶質シリコン層及び前記オーム接触層をパターニングするステップと、前記オーム接触層を含む前記基板上に金属層を積層するステップと、第３マスクを用いて前記金属層及び前記オーム接触層の一部をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域を規定し、前記ドレイン領域と電気的に接続するドレイン電極と同時に、前記ドレイン電極から延びて画素領域上までカソードを形成することで、前記カソードを前記ドレイン電極として機能させるステップと、前記カソードを含む前記基板上に第２絶縁膜を積層するステップと、第４マスクを利用して前記第２絶縁膜をエッチングして、前記カソードの一部を露出させる開口部を形成するステップと、前記開口部内に発光層を形成するステップと、前記発光層を含む前記基板上にアノードを形成するステップとを含む。
また、基板を用意するステップと、前記基板上に、第１マスクを利用してゲート電極を形成するステップと、前記ゲート電極を含む前記基板上に第１絶縁膜を形成するステップと、前記第１絶縁膜上に、非晶質シリコン層、オーム接触層及び金属層を順次積層するステップと、第２マスクを利用して前記非晶質シリコン層、前記オーム接触層及び前記金属層を選択的にパターニングして、ソース領域及びドレイン領域を規定すると同時に、前記ソース領域と電気的に接続するソース電極、及び前記ドレイン領域と画素領域上とに電気的に接続するカソードを形成し、前記カソードをドレイン電極として機能させるステップと、前記カソードを含む基板上に第２絶縁膜を積層するステップと、第３マスクを利用して前記第２絶縁膜をエッチングして、前記カソードの一部を露出させる開口部を形成するステップと、前記開口部内に発光層を形成するステップと、前記発光層を含む前記基板上にアノードを形成するステップとを含む。

本発明によれば、電界発光素子の製造時に必要とされる工程時間を減少させることができ、マスクの数を減少させて、製造費用を減少させることができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。しかしながら、本発明は、ここで説明している実施の形態に限定されず、他の形態で具体化され得る。図面において、層が他の層又は基板「上」にあると言及される場合、それは、他の層又は基板上に直接形成されることができるか、又はそれらの間に第３の層が介在されることもできる。明細書全体にわたって同一の構成要素は、同一の参照番号を付してある。

図２は、本発明の実施の形態１に係る電界発光素子を示す断面図である。図２に示すように、基板２００上にバッファ層２０５が位置し、バッファ層２０５上にゲート電極２１０が位置する。ゲート電極２１０を含む基板上に第１絶縁膜２１５が位置し、ゲート電極２１０と一定領域が対応する第１絶縁膜２１５上に非晶質シリコン層２２０が位置する。

非晶質シリコン層２２０の一定領域上にソース領域及びドレイン領域を限定するオーム接触層２２５ａ、２２５ｂが位置する。オーム接触層２２５ａ、２２５ｂ上にオーム接触層２２５ａ、２２５ｂのうちのいずれか一方と電気的に接続するソース電極２３０ａ、及び他方と電気的に接続する第１電極２３０ｂが位置する。ここで、第１電極２３０ｂは、カソードであり得、第１電極２３０ｂは、ドレイン電極としての機能を同時に行う。

ソース電極２３０ａ及び第１電極２３０ｂを含む基板上に、第１電極２３０ｂの一部を露出させる開口部２６５を含む第２絶縁膜２６０が位置する。開口部２６５内に発光層２７０が位置し、発光層２７０を含む基板上に位置する第２電極２８０が位置する。ここで、第２電極２８０は、アノードであり得る。

以下では、図３Ａ〜図３Ｆを参照して、上記のような構造を有する本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の製造方法を説明する。

図３Ａ〜図３Ｆは、本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の製造方法を説明するための工程別断面図である。

図３Ａに示すように、ガラス、プラスチック又は金属からなる基板３００上にバッファ層３０５を形成する。バッファ層３０５は、基板３００から流出するアルカリイオンなどのような不純物から後続工程で形成される薄膜トランジスタを保護するために形成するものであって、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）、シリコン窒化物（ＳｉＮ_ｘ）などを使用して選択的に形成する。

次に、バッファ層３０５上にゲート電極を形成するために、第１金属層３１０ａを積層する。第１金属層３１０ａは、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌａｌｌｏｙ）、モリブデン（Ｍｏ）、モリブデン合金（Ｍｏａｌｌｏｙ）からなる群から選択される１つで形成することが好ましく、モリブデン−タングステン合金で形成することがさらに好ましい。第１金属層３１０ａをパターニングするために、第１金属層３１０ａ上にフォトレジスト３１１ａを塗布する。

図３Ｂに示すように、第１マスク３１２を利用してフォトレジストの一定領域を露光する。その後、露光されたフォトレジストを現像して、第１金属層３１０ａの一定領域に対応するフォトマスク３１１を形成する。

図３Ｃに示すように、上述したフォトマスクを利用して第１金属層３１０ａをエッチングして、ゲート電極３１０を形成する。その後、エッチングに用いられたフォトマスクは、アッシング又はストリップして除去する。以下では、上述したマスクの工程に対する説明を省略する。

図３Ｄに示すように、ゲート電極３１０を含む基板上にゲート絶縁膜である第１絶縁膜３１５を積層する。第１絶縁膜３１５は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜又はこれらの二重層で形成できる。

第１絶縁膜３１５上に非晶質シリコン層３２０及びオーム接触層３２５を順次積層する。オーム接触層３２５は、ｐ型不純物イオンが注入された非晶質シリコン層であり得る。ｐ型不純物は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群から選択できる。

本発明の実施の形態１では、ｐ型不純物が注入された非晶質シリコン層を使用したが、これとは異なり、ｎ型不純物イオンが注入された非晶質シリコン層を使用することもできる。ｎ型不純物イオンは、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及びビズマス（Ｂｉ）からなる群から選択できる。その後に、第２マスク（図示せず）を利用してｍ非晶質シリコン層３２０及びオーム接触層３２５をパターニングする。

図３Ｅに示すように、パターニングされたオーム接触層３２５を含む基板上に第２金属層を積層する。第２金属層は、配線抵抗及び仕事関数の低いマグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）又はこれらの合金などが用いられることができる。次に、第３マスク（図示せず）を利用して、オーム接触層の一部及び第２金属層をパターニングして、ソース領域３２５ａ及びドレイン領域３２５ｂを規定すると同時に、それぞれソース領域３２５ａ及びドレイン領域３２５ｂと電気的に接続するソース電極３３０ａ及び第１電極３３０ｂを形成する。このとき、オーム接触層の一部を選択的にエッチングするために、ハーフトーンマスク工程が用いられることができる。

ここで、第１電極３３０ｂは、ドレイン電極としての機能を同時に行う。すなわち、第１電極３３０ｂは、ドレイン領域３２５ｂと電気的に接続すると同時に、単位画素領域内に形成される。単位画素内に形成された第１電極３３０ｂが互いに離隔されて位置する。また、第１電極３３０ｂは、抵抗及び仕事関数の低い金属を使用して形成したため、第１電極３３０ｂは、カソードであり得る。

図３Ｆに示すように、ソース電極３３０ａ及び第１電極３３０ｂを含む基板上に画素限定膜である第２絶縁膜３６０を形成する。第２絶縁膜３６０は、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）、ポリアクリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌ）及びベンゾシクロブテン（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）系樹脂などからなる有機膜であり得る。また、第２絶縁膜３６０は、シリコン窒化物又はシリコン酸化物からなる無機膜であり得る。

その後、第４マスク（図示せず）を利用して第２絶縁膜３６０をエッチングして、第１電極３３０ｂの一部を露出させる開口部３６５を形成する。開口部３６５内に有機発光層３７０を形成する。図示していないが、カソードである第１電極３３０ｂと有機発光層３７０との間には、電子注入層、電子輸送層が介在されることができ、有機発光層３７０上には、正孔輸送層及び正孔注入層が位置できる。

有機発光層３７０を含む基板上に第２電極３８０を形成する。ここで、第２電極３８０は、アノードであり得る。したがって、第２電極３８０は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＣＯ又はＺｎＯのような透明導電膜を使用して形成することができる。

上述したように、本発明の実施の形態１に係る電界発光素子のソース電極（又はドレイン電極）及び第１電極は、同じ物質を使用して同時に形成され、第１電極は、ドレイン電極（又はソース電極）としての機能を同時に行う。したがって、第１電極用金属層の積層及び第１電極のパターニング工程が減少し得る。

また、本発明の実施の形態１に係る電界発光素子は、従来のソース電極／ドレイン電極と第１電極とを絶縁させるために形成した絶縁膜の積層工程、及びドレイン電極（又はソース電極）と第１電極を電気的に接続させるためのビアホールの形成工程とを必要としない。

したがって、本発明の実施の形態１によれば、電界発光素子の製造時に必要とする工程時間を減少させることができ、従来と比較して、２個のマスクを減少させることができる。

図４Ａ、図４Ｂは、本発明の実施の形態２に係る電界発光素子を説明するための工程別断面図である。本発明の実施の形態２に係る電界発光素子は、下記で説明する工程を除いては、本発明の実施の形態１に係る電界発光素子と同じ方法により製造される。

図４Ａに示すように、バッファ層４０５、ゲート電極４１０、第１絶縁膜４１５が積層された基板４００上に、非晶質シリコン層４２０、オーム接触層４２５及び金属層４３０を順次積層する。

図４Ｂに示すように、ハーフトーンマスク工程を行って、非晶質シリコン層、オーム接触層及び金属層を選択的にエッチングして、ソース領域４２５ａ及びドレイン領域４２５ｂを規定すると同時に、ソース領域４２５ａ上に位置するソース電極４３０ａ及びドレイン領域４２５ｂ上に位置する第１電極４３０ｂを形成する。

ここで、第１電極４３０ｂは、ドレイン電極としての機能を同時に行い、第１電極４３０ｂは、カソードであり得る。

上述した通り、本発明の実施の形態２では、非晶質シリコン層、オーム接触層及び金属層を同時にエッチングして、ソース領域及びドレイン領域を規定すると同時に、ソース電極と第１電極を形成する。したがって、本発明の実施の形態２に係る電界発光素子は、３個のマスクを利用して製造され得る。

従来の技術に係る電界発光素子の断面図である。本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の断面図である。本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。本発明の実施の形態１に係る電界発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。本発明の実施の形態２に係る電界発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。本発明の実施の形態２に係る電界発光素子の製造方法を説明するための工程断面図である。

符号の説明

２００基板、２０５バッファ層、２１０ゲート電極、２１５第１絶縁膜、２２０非晶質シリコン層、２２５ａオーム接触層、２３０ａソース電極、２３０ｂ第１電極（カソード）、２６０第２絶縁膜、２６５開口部、２７０発光層、２８０第２電極（アノード）、３００基板、３０５バッファ層、３１０ゲート電極、３１０ａ第１金属層、３１１フォトマスク、３１１ａフォトレジスト、３１２第１マスク、３１５第１絶縁膜、３２０非晶質シリコン層、３２５オーム接触層、３２５ａドレイン領域、３２５ｂドレイン領域、３３０ａソース電極、３３０ｂ第１電極（カソード）、３６０第２絶縁膜、３６５開口部、３７０有機発光層、３８０第２電極（アノード）、４００基板、４０５バッファ層、４１０ゲート電極、４１５第１絶縁膜、４２０非晶質シリコン層、４２５オーム接触層、４２５ａソース領域、４２５ｂドレイン領域、４３０金属層、４３０ａソース電極、４３０ｂ第１電極（カソード）。

Claims

基板を用意するステップと、
前記基板上に第１マスクを利用してゲート電極を形成するステップと、
前記ゲート電極を含む前記基板上に第１絶縁膜を形成するステップと、
前記第１絶縁膜上に非晶質シリコン層及びオーム接触層を積層するステップと、
第２マスクを利用して前記非晶質シリコン層及び前記オーム接触層をパターニングするステップと、
前記オーム接触層を含む前記基板上に金属層を積層するステップと、
第３マスクを用いて前記金属層及び前記オーム接触層の一部をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域を規定し、前記ドレイン領域と電気的に接続するドレイン電極と同時に、前記ドレイン電極から延びて画素領域上までカソードを形成することで、前記カソードを前記ドレイン電極として機能させるステップと、
前記カソードを含む前記基板上に第２絶縁膜を積層するステップと、
第４マスクを利用して前記第２絶縁膜をエッチングして、前記カソードの一部を露出させる開口部を形成するステップと、
前記開口部内に発光層を形成するステップと、
前記発光層を含む前記基板上にアノードを形成するステップと
を含む電界発光素子の製造方法。
前記カソードを形成するステップは、ハーフトーンマスク工程により行われる請求項１に記載の電界発光素子の製造方法。
前記ソース電極及び前記カソードは、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、カルシウム（Ｃａ）又はこれらの合金からなる群から選択された少なくとも１つで形成される請求項１に記載の電界発光素子の製造方法。
前記アノードは、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＣＯ及びＺｎＯからなる群から選択された少なくとも１つで形成される請求項１に記載の電界発光素子の製造方法。
前記カソードと前記発光層との間に、電荷注入層又は電荷輸送層のうちの少なくとも１つをさらに形成する請求項１に記載の電界発光素子の製造方法。
前記アノードと前記発光層との間に、正孔注入層又は正孔輸送層のうちの少なくとも１つをさらに形成する請求項１に記載の電界発光素子の製造方法。
前記発光層は、有機物で形成される請求項１に記載の電界発光素子の製造方法。
前記オーム接触層は、不純物イオンが注入されたシリコンで形成される請求項１に記載の電界発光素子の製造方法。
基板を用意するステップと、
前記基板上に、第１マスクを利用してゲート電極を形成するステップと、
前記ゲート電極を含む前記基板上に第１絶縁膜を形成するステップと、
前記第１絶縁膜上に、非晶質シリコン層、オーム接触層及び金属層を順次積層するステップと、
第２マスクを利用して前記非晶質シリコン層、前記オーム接触層及び前記金属層を選択的にパターニングして、ソース領域及びドレイン領域を規定すると同時に、前記ソース領域と電気的に接続するソース電極、及び前記ドレイン領域と画素領域上とに電気的に接続するカソードを形成し、前記カソードをドレイン電極として機能させるステップと、
前記カソードを含む基板上に第２絶縁膜を積層するステップと、
第３マスクを利用して前記第２絶縁膜をエッチングして、前記カソードの一部を露出させる開口部を形成するステップと、
前記開口部内に発光層を形成するステップと、
前記発光層を含む前記基板上にアノードを形成するステップと
を含む電界発光素子の製造方法。