專利名稱：電致發(fā)光顯示器件、驅(qū)動方法和帶有該顯示器件的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過在基底上構(gòu)造半導(dǎo)體器件(即由半導(dǎo)體薄膜制成的器件)而形成的EL(電致發(fā)光)顯示器件，還涉及EL顯示器件用作顯示板(顯示部分)的電子設(shè)備(電子器件)。
背景技術(shù)：
近年來，在基底上形成TFT的技術(shù)有了很大發(fā)展，并在有源矩陣型顯示器方面的應(yīng)用也有進展。尤其是利用多晶硅膜的TFT電子場效應(yīng)遷移率比利用非晶硅膜的傳統(tǒng)的TFT高，并且可以高速工作。因此，可以通過與象素一起形成在同一基底上的驅(qū)動電路控制象素，雖然傳統(tǒng)的做法是通過形成在基底以外的驅(qū)動電路控制象素。
有源矩陣型顯示器引起廣泛注意的原因是它具有各種優(yōu)點，如通過在同一基底上構(gòu)造各種電路或元件而使制作成本降低，顯示器件的尺寸縮小，產(chǎn)量增加，運費減少。
傳統(tǒng)的有源矩陣型EL顯示器的象素具有如圖3所示的結(jié)構(gòu)。在圖3中，標(biāo)號301表示一個用作開關(guān)元件(以下稱作開關(guān)TFT)的TFT，302表示一個用作控制供應(yīng)給EL元件303的電流的元件(電流控制元件)的TFT(以下稱作電流控制TFT)，304表示一個電容器(儲存容量)。開關(guān)TFT 301與柵極線305和源極線306(數(shù)據(jù)線)相連。電流控制TFT 302的漏極與EL元件相連，源極與電流饋電線307相連。
當(dāng)選擇柵極線305時，柵極開關(guān)TFT 301打開，然后源極線306的數(shù)據(jù)信號被儲存到電容器304，并且電流控制TFT 302的柵極被打開。開關(guān)TFT 301的柵極關(guān)閉后，電流控制TFT 302的柵極由儲存在電容器304中的電荷保持打開。在此間隔中EL元件303發(fā)光。EL元件303的發(fā)光量根據(jù)電流量改變。
此時，供應(yīng)給EL元件303的電量受電流控制TFT 302的柵極電壓控制。如圖4所示。
圖4(A)是電流控制TFT的晶體管特性曲線。標(biāo)號401被稱作Id-Vg特性(或Id-Vg曲線)。此處，Id是漏電流，Vg是柵壓。從此曲線中可以得到對應(yīng)于任意柵壓的電流。
當(dāng)EL元件被驅(qū)動時利用Id-Vg特性曲線的虛線402所示的區(qū)域。虛線402的閉合區(qū)域的放大圖示于圖4(B)。
在圖4(B)中，斜線所示的區(qū)域被稱作亞閾值區(qū)域。實際上，它表示一個柵壓接近或小于閾值電壓(Vth)的區(qū)域。漏極電流根據(jù)此區(qū)域中柵壓的變化呈指數(shù)規(guī)律的變化。利用這種區(qū)域通過柵壓控制電流。
通過打開開關(guān)TFT 301輸入象素的數(shù)據(jù)信號首先被儲存到電容器304，數(shù)據(jù)信號直接作用電流控制TFT 302的柵極電壓。此時，關(guān)于柵壓的漏電流根據(jù)圖4(A)中的Id-Vg特性曲線一對一地確定。即給定電流流經(jīng)對應(yīng)于數(shù)據(jù)信號的EL元件303，EL元件303發(fā)射發(fā)光量對應(yīng)于電流量的光。
EL元件的發(fā)光量受數(shù)據(jù)信號的控制，如上所述，并因而進行灰度顯示。這就稱為模擬灰度法，在該方法中，通過改變信號的幅度來進行灰度顯示。
但是也有一個缺點，即模擬灰度顯示法在TFT的特性可變性上表現(xiàn)得非常力不從心。例如，假設(shè)開關(guān)TFT的Id-Vg特性不同于顯示相同灰度的鄰近象素的開關(guān)TFT的Id-Vg特性(即向著正或負側(cè)漂移)。
在此情形中，雖然依據(jù)于可變性的水平，但開關(guān)TFT的漏電流彼此不同，并因而可以把不同的柵壓施加給每個象素的電流控制TFT。換言之，不同的電流流經(jīng)每個EL元件，并因而發(fā)射不同的光量，并且不能實現(xiàn)相同灰度水平的顯示。
另外，即使把相同的柵壓提供給每個象素的電流控制TFT，如果電流控制TFT的Id-Vg特性有可變性，則不能輸出相同的漏電流。另外，從圖4(A)中清楚地看到，利用一個漏電流根據(jù)柵壓的變化呈指數(shù)變化的區(qū)域，并且因此將發(fā)生一種情況如果Id-Vg特性最輕微地移動，輸出的電流量將變得非常不同，即使施加相同的柵壓。如果這樣，相鄰象素在EL元件的發(fā)光量上將有很大的不同。
實際上，開關(guān)TFT和電流控制TFT的每個可變性協(xié)同工作，并且將被施以嚴(yán)格的條件。正如上述所述，模擬灰度法對TFT的特性可變性非常敏感，并已導(dǎo)致對實現(xiàn)傳統(tǒng)有源矩陣型EL顯示器件的多色顯示有障礙。

發(fā)明內(nèi)容
考慮了上述問題之后產(chǎn)生了本發(fā)明，因而本發(fā)明的目的在于提供一種能夠進行清晰的多灰度彩色顯示的有源矩陣型EL顯示器件。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種配置有這種有源矩陣型EL顯示器件的高性能的電子設(shè)備。
本申請人認為，要設(shè)計一種不影響TFT可變性的象素結(jié)構(gòu)，數(shù)字灰度法好于傳統(tǒng)的模擬灰度法，數(shù)字灰度法中電流控制TFT只用作供應(yīng)電流的開關(guān)元件，模擬灰度法中EL元件的發(fā)光量通過控制電流而控制。
由此，本申請人認為在有源矩陣型EL顯示器件中最理想的灰度顯示是一種分級灰度顯示法，具體地說，是一種基于時分法的灰度顯示法(以下稱為時分灰度或時分灰度顯示)。
實際上，時分灰度顯示按如下執(zhí)行。此處給出的描述是關(guān)于根據(jù)8位數(shù)字驅(qū)動法進行256級灰度的全色顯示的情形。
首先，一幀圖形被分成八個子幀。此處，數(shù)據(jù)輸入一個顯示區(qū)域的所有象素時的一個周期稱為一幀。標(biāo)準(zhǔn)EL顯示器件中的振蕩頻率是60Hz，換言之，每秒鐘形成60幀。當(dāng)每秒的幀數(shù)小于此數(shù)時視覺開始感覺到圖象閃爍。通過把一幀分割成多個幀而得到的分割的幀稱作子幀。
一個子幀被分成一個尋址周期(Ta)和一個持續(xù)周期(Ts)。尋址周期是在一個子幀內(nèi)把數(shù)據(jù)輸入所有象素所需的全部時間，持續(xù)周期(或發(fā)光周期)是EL元件發(fā)光的周期(圖10)。
此處，第一子幀稱作SF1，從第二到第八子幀的其余子幀分別叫做SF2-SF8。尋址周期(Ta)在SF1-SF8中是常數(shù)。另一方面，對應(yīng)于SF1-SF8的持續(xù)周期(Ts)分別稱作TS1-Ts8。
此時，持續(xù)周期被分布成TS1∶Ts2∶Ts3∶Ts4∶Ts5∶Ts6∶Ts7∶Ts8＝1∶1/2∶1/4∶1/8∶1/16∶1/32∶1/64∶1/128。但SF1-SF8出現(xiàn)的順序并不重要。可通過合并持續(xù)周期而執(zhí)行在256個灰度級中的理想灰度顯示。
首先，在電壓不施與(或不被選取)一個象素的EL元件的反電極的狀態(tài)下(應(yīng)注意反電極是不與TFT連接的電極；通常是陽極)，數(shù)據(jù)信號被輸入到每個象素，EL元件不發(fā)光。此周期被確定為尋址周期。當(dāng)數(shù)據(jù)被輸入到所有的象素并且尋址周期結(jié)束時，電壓被施加到反電極，使得EL元件發(fā)光。此周期被確定為持續(xù)周期。發(fā)光期間(即象素發(fā)亮)的周期是TS1-Ts8中的任意一個。假設(shè)在Ts8周期內(nèi)預(yù)定的象素發(fā)亮。
之后，再考慮尋址周期，數(shù)據(jù)信號被輸入到所有象素并再進入持續(xù)周期。此時，持續(xù)周期是Ts1-Ts7中的任意一個。假設(shè)在Ts7周期內(nèi)預(yù)定的象素發(fā)光。
之后，對剩余的六個子幀重復(fù)相同的操作，并通過以Ts6，Ts5，…Ts1的順序設(shè)置連續(xù)的持續(xù)周期使預(yù)定象素在每個子幀內(nèi)發(fā)亮。
當(dāng)出現(xiàn)八個子幀時即結(jié)束一幀。此時，象素的灰度通過增加持續(xù)周期控制。例如，當(dāng)選擇Ts1和Ts2時，假定總的光量是100％，則表現(xiàn)的亮度是75％，并當(dāng)選擇Ts3，Ts5和Ts8時，表現(xiàn)的亮度是16％。
以上描述了256級的灰度顯示，但可以執(zhí)行其他的灰度顯示。
當(dāng)執(zhí)行n(n是大于或等于2的整數(shù))位的灰度顯示(2n灰度顯示)時，一幀首先被分成n個子幀(SF1，SF2，SF3，…SF(n-1)，和SF(n))，同時與n位灰度對應(yīng)。一幀的分割數(shù)隨著灰度級的增大而增加，并且驅(qū)動電路必須在高頻下工作。
n個子幀每個被分成尋址周期(Ta)和持續(xù)周期(Ts)。換言之，通過選擇是否把電壓施加到對于所有EL元件的反電極來選擇地址和持續(xù)周期。
并且，對應(yīng)于n個子幀的每一個的持續(xù)周期被處理成TS1∶Ts2∶Ts3…Ts(n-1)∶Ts(n)＝20∶2-1∶2-2∶…2-(n-2)∶2-(n-1)(此處，對應(yīng)于的持續(xù)周期分別是TS1，Ts2，Ts3，…Ts(n-1)∶Ts(n))。
在這種狀態(tài)下，在一個隨機幀中連續(xù)地選擇一個象素(嚴(yán)格地說是選擇每個象素的開關(guān)TFT)，并且給電流控制TFT的柵電極施加一個預(yù)定的柵壓。此時，被輸入激勵電流控制TFT的數(shù)據(jù)信號的象素的EL元件只在尋址周期結(jié)束后的分配給子幀的持續(xù)周期內(nèi)發(fā)光。即預(yù)定的象素發(fā)光。
在所有n個子幀內(nèi)重復(fù)此操作，并通過增大持續(xù)周期控制每個象素的灰度。因此，當(dāng)關(guān)注任意一個象素時，根據(jù)每個子幀內(nèi)象素發(fā)亮的時間長短(即持續(xù)周期的持續(xù)長短)控制象素的灰度。
如上所述，本發(fā)明最引人注目的特點在于分時灰度顯示用于有源矩陣型EL顯示器件。為了執(zhí)行這種時分灰度，必須把一幀分成多個子幀。換言之，這比以前更需要提高驅(qū)動電路在數(shù)據(jù)信號側(cè)和在柵極信號側(cè)的工作頻率。
但是，要使TFT能在常規(guī)的多晶硅膜(多晶硅)上以這樣高的速度工作是很困難的。工作頻率可通過把數(shù)據(jù)信號側(cè)的驅(qū)動電路分成多個電路而降低，但如果這樣，就不能實現(xiàn)令人滿意的結(jié)果。
因此，在本發(fā)明中利用一種具有特定的晶體結(jié)構(gòu)的硅膜，晶界的連續(xù)性高，晶體單向取向。該膜用作TFT的一個有源層，因而使得TFT顯示出極高的操作性和速度。即這也是本發(fā)明的一個特點，通過利用這種高工作速度的TFT進行有源矩陣型EL顯示器件的時分灰度顯示。下面對實驗所做的用于本發(fā)明中的硅膜的觀察結(jié)果進行描述。
用在本發(fā)明中的硅膜有一種晶體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中微觀的眾多針狀晶體或棒狀晶體(以下稱作棒晶)聚集在一起并形成線條。這從TEM(透射電子顯微鏡)的觀察中可以很容易地被確認。
另外，作為涉及到用于本發(fā)明中硅膜的光斑直徑大約1.35μm的電子束衍射圖象的詳細觀察結(jié)果，對應(yīng)于{110}平面的衍射光斑盡管有輕微地波動，但仍規(guī)律地出現(xiàn)，并且雖然晶軸有輕微的偏移，但可以確認定以{110}面為主取向面。
圖19(A)表示一個通過向用于本發(fā)明中的硅膜上透射光斑直徑大約為1.35μm的電子束而獲得的電子束衍射圖象。另一方面，圖19(B)表示通過在相同的條件下把電子束投影到傳統(tǒng)的多晶硅膜上而獲得的電子束衍射圖象。在每個圖中，圖片的中心是電子束投影的一個位置(電子束的投影點)。
對應(yīng)于{110}平面的衍射光斑在圖19(A)中表現(xiàn)得比較規(guī)則，而在圖19(B)中分布得十分不規(guī)則，并因而取向面明顯地不均勻。從這幅電子束衍射圖片中可以看出，用于本發(fā)明中的硅膜與傳統(tǒng)的多晶硅膜可以即刻區(qū)分開來。
在圖19(A)的電子束衍射圖象中，通過與{110}取向的單晶硅片的電子束衍射圖象相比，明顯地顯示出對應(yīng)于{110}平面的衍射斑。另外，雖然單晶硅片的衍射斑看做一個細點，但用于本發(fā)明中的硅膜的衍射斑有一個以電子束的投影點為中心的同心圓環(huán)的擴展。
這也是用于本發(fā)明中的硅膜的一個特點。因為{110}平面對每個晶粒都有一個單獨的取向面，所以只要涉及一個晶粒，就可以有望獲得如同單晶硅的衍射斑。但實際上，存在著多個晶粒的集合，并因而每個晶粒都有一個圍繞晶軸的輕微旋轉(zhuǎn)，雖然每個晶粒確定一個以{110}平面作為其取向面，對應(yīng)于晶粒的多個衍射光點呈現(xiàn)在該同心圓環(huán)。光點彼此有疊合，以致表現(xiàn)出一種擴展。
但因為每個單獨的晶粒形成一個連續(xù)性極好的晶界，如后續(xù)所述，所以繞晶軸的輕微旋轉(zhuǎn)不構(gòu)成毀壞結(jié)晶度的因素。因此，可以說用于本發(fā)明中的硅膜的電子束衍射圖象與{110}取向的單晶硅片的電子束衍射圖象沒有區(qū)別。
從前述內(nèi)容可以肯定，在本發(fā)明中用作TFT有源層的硅膜是表現(xiàn)出對應(yīng)于{110}取向的電子束衍射圖象的硅膜。
下面，將對用在本發(fā)明中的硅膜的晶界給予描述。雖然為了方便起見描述是針對“晶界”這一名稱，但可以認為是一個晶粒與另一個從那兒衍生(或分支出的)晶粒之間的界面。無論如何，在本說明書中采用包括上述界面含義的“晶界”名稱。
本申請人從對晶界的觀察中確認，在晶界的晶格中具有連續(xù)性，其中晶界由在HR-TEM(高分辨率透射電子顯微鏡)下的單個棒狀晶體的接觸構(gòu)成。這可以從觀察到的在晶界中晶格條紋彼此連續(xù)地連接這一事實中很容易地得到肯定。
晶界中晶格的連續(xù)性產(chǎn)生于晶界是一個稱作“平面邊界”這一事實。在說明書中平面邊界的定義是從“Planar Boundary”一詞演變而來，該詞出現(xiàn)在“Characterization of High-Efficiency Cast-Si Solar Cell Wafersby MBIC Measurement；Ryuichi Shimokawa and Yutaka Hayashi，JapaneseJournal of Applied Physics vol.27，No.5，pp.751-758，1988”。
根據(jù)上述內(nèi)容，平面邊界包括一個孿晶界，一個特定的層錯和一個特定的扭曲晶界。此平面邊界具有電惰性的特點。即雖然它是一個因平面邊界不用作陷阱去阻止載流子運動的晶界，但事實上可以認為它不存在。
尤其是，當(dāng)晶軸(垂直于晶面的軸)是<110>軸時，{211}孿晶界和{111}孿晶界通常被稱作∑3的相應(yīng)晶界?！浦凳且粋€用作表示相應(yīng)晶界連續(xù)性水平的指示器的參數(shù)，并且已知晶界連續(xù)性隨著∑值的下降而變優(yōu)。
通過TEM觀察本發(fā)明中所使用的硅膜的結(jié)果是幾乎所有的晶界都被證明為是∑3的相應(yīng)晶界。這從θ＝70.5°時兩晶粒之間形成的晶界變?yōu)椤?的相應(yīng)晶界這一事實中得以判定，其中θ是當(dāng)兩晶粒的平面取向為{110}時對應(yīng)于{111}平面的晶格條紋間形成的角度。
注意到，當(dāng)θ＝38.9°時晶界變成∑9的相應(yīng)晶界。并且還存在其他的晶界，如這種晶界。
晶體結(jié)構(gòu)(更精確地說，晶界的結(jié)構(gòu))表示兩個晶界不同的晶粒彼此以非常好的連續(xù)性連接。換言之，建立了一種晶格在晶界內(nèi)連續(xù)延伸的結(jié)構(gòu)，并且要從晶體的缺陷中產(chǎn)生一個陷阱能級非常困難。因此，具有上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜事實上認為沒有晶界。
通過TEM觀察確定，當(dāng)形成用于本發(fā)明中的硅膜時存在于晶粒中的缺陷(堆積缺陷等)通過以連續(xù)的步驟在700-1150℃下的加熱處理而幾乎完全消失。這從加熱前后缺陷的數(shù)量大大減少這一事實中顯得很明顯。
根據(jù)電子自旋共振分析(ESR分析)，缺陷數(shù)量的差別表現(xiàn)為自旋強度的差別。在當(dāng)前狀態(tài)下，用于本發(fā)明中的硅膜的自旋強度被證明至多為5×1017轉(zhuǎn)/cm3(最好至少3×1017轉(zhuǎn)/cm3)。但是，因為此測量值接近測量器件的檢測極限，所以希望實際的自旋強度更小。
本申請人1998年提出的044659號申請、1998年提出的152316號申請、1998年提出的152308號申請以及1998年提出的152305號申請分別給出了關(guān)于用于本發(fā)明中的硅膜更詳細的描述。
其中用于本發(fā)明的硅膜實驗上由一個有源層制成的TFT表現(xiàn)出等同于MOSFET的電學(xué)特性。從本發(fā)明人實驗上制成的TFT(其中的有源層厚度為30nm，柵極絕緣膜的厚度為100nm)上可獲得如下數(shù)據(jù)。
(1)作為開關(guān)性能指標(biāo)的亞閾值系數(shù)(on/off操作開關(guān)的快慢)，N溝道型TFT和P溝道型TFT的是60～100mV/decade(典型值60～85mV/decade)，該值很小。
(2)作為TFT操作速度指標(biāo)的電子場效應(yīng)遷移率(μFE)，N溝道型TFT的是200～650cm2/Vs(典型值是300～500cm2/Vs)，P溝道型TFT的是100～300cm2/Vs(150-200cm2/Vs)。這些值很大。
(3)作為TFT驅(qū)動電壓指標(biāo)的閾值電壓(Vth)，N溝道型TFT的是-0.5～1.5，P溝道型TFT的是-1.5～0.5。這些值小。
上述器件已被證實能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)越的開關(guān)性能和高速的操作性能。另外，在利用TFT制造的環(huán)形振蕩器中，最大可以得到大約1GHz的振蕩頻率。環(huán)形振蕩器的構(gòu)造如下。
級數(shù)九級TFT柵極絕緣膜的膜厚度30nm和50nm；TFT的柵級寬度(溝道長度)0.6μm另外，作為實際制作移位寄存器并確定操作頻率的結(jié)果，在移位寄存器中得到100MHz操作頻率的輸出脈沖，其中柵極絕緣膜的厚度是30nm，柵級寬度是0.6μm，電源電壓是5V，步驟數(shù)為50。
上述環(huán)形振蕩器和移位寄存器的好的數(shù)據(jù)表示，用在本發(fā)明中的硅膜由有源層制成的TFT等價于使用單晶硅的MOSFET，或具有超過MOSFET的操作性能。


圖1A和1B表示EL顯示器件的結(jié)構(gòu)。
圖2表示EL顯示器件的截面結(jié)構(gòu)。
圖3表示傳統(tǒng)EL顯示器件的象素部分的結(jié)構(gòu)。
圖4A和4B是解釋模擬灰度法中使用的TFT的特性示圖。
圖5A-5E表示EL顯示器件的制作步驟。
圖6A-6D表示EL顯示器件的制作步驟。
圖7A-7D表示EL顯示器件的制作步驟。
圖8A-8C表示EL顯示器件的制作步驟。
圖9是EL顯示器件象素部分的放大示圖。
圖10是解釋時分灰度法的操作模式的示圖。
圖11表示EL模塊的外部形狀。
圖12A和12B表示EL模塊的外部形狀。
圖13A-13C表示連接結(jié)構(gòu)的制作步驟。
圖14表示EL顯示器件象素部分的結(jié)構(gòu)。
圖15表示EL顯示器件的截面結(jié)構(gòu)。
圖16表示EL顯示器件象素部分的上表面結(jié)構(gòu)。
圖17表示EL顯示器件象素部分的上表面結(jié)構(gòu)。
圖18A-18E表示電子設(shè)備的一個具體實例。
圖19A和圖19B是代替插圖的照片，表示多晶硅膜的電子束衍射圖象。
圖20A和20B是代替插圖的照片，表示本發(fā)明EL顯示器件的顯示圖象的實例。
具體實施例方式
首先，本發(fā)明有源矩陣型EL顯示器件的電路結(jié)構(gòu)示于圖1(A)中。在圖1(A)所示的有源矩陣型EL顯示器件中，象素部分101，數(shù)據(jù)信號側(cè)驅(qū)動電路102，和設(shè)置在象素部分周圍的柵極信號側(cè)驅(qū)動電路103通過形成在基底上的TFT形成。或者，數(shù)據(jù)側(cè)信號驅(qū)動電路和柵極側(cè)信號驅(qū)動電路可以以一對電路的形式將象素部分夾在其間設(shè)置。
數(shù)據(jù)信號側(cè)驅(qū)動電路102基本包括一個移位寄存器102a，一個鎖存器(A)102b，和一個鎖存器(B)102c。時鐘脈沖(CK)和起始脈沖(SP)輸入到移位寄存器102a，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號輸入到鎖存器(A)102b，鎖存信號輸入給鎖存器(B)102c。
在本發(fā)明中，輸入給象素部分101的數(shù)據(jù)信號是一個數(shù)字信號，并且雖然是在液晶顯示器件中實施，但并不執(zhí)行電壓灰度顯示。因此，具有信息“0”或“1”的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號直接輸入給象素部分101。
多個象素104布置成類似矩陣的象素部分101。象素104的放大圖示于圖1(B)。在圖1(B)中，標(biāo)號105表示一個開關(guān)TFT。此開關(guān)與用于輸入柵極信號的柵極線106相連，并還與輸入數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)線107(也稱作源極線)相連。
標(biāo)號108表示電流控制TFT。柵極與開關(guān)TFT105的漏極相連。電流控制TFT 108的漏極與EL元件109相連，其源極與饋電線110相連。EL元件109由一個與電流控制TFT 108相連的陽極(象素電極)和一個面對該陽極的陰極(反電極)組成，EL層位于陽極和陰極之間。陰極與給出的電源線111相連。
當(dāng)開關(guān)TFT 105處于非選定態(tài)(斷開狀態(tài))時，設(shè)置一個電容器112以維持電流控制TFT 108的柵壓。電容器112與開關(guān)105的漏極以及饋電線110相連。
輸入給上述象素部分的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號由時分灰度數(shù)據(jù)信號發(fā)生電路113產(chǎn)生。電路113把包括模擬信號或數(shù)字信號的視頻信號(包含圖象信息)轉(zhuǎn)變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號，以進行時分灰度顯示并產(chǎn)生為進行時分灰度顯示所需的時間脈沖等。
典型地，時分灰度數(shù)據(jù)信號發(fā)生電路113包括一個把一幀分成n個對應(yīng)于n位灰度的子幀的器件(n是不小于2的整數(shù))，一個用于在n個子幀中選擇尋址周期和持續(xù)周期的器件，和一個把持續(xù)周期設(shè)置成Ts1∶Ts2∶Ts3∶……Ts(n-1)∶Ts(n)＝20∶2-1∶2-2∶……2-(n-2)∶2-(n-1)的器件。
時分灰度數(shù)據(jù)信號發(fā)生電路113可以設(shè)置在本發(fā)明EL顯示器件的外部。如果這樣，產(chǎn)生在那個位置的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號被輸入到本發(fā)明的EL顯示器件。在這種情況下，具有本發(fā)明的EL顯示器件作為顯示板的電子設(shè)備將包括EL顯示器件和作為不同組份的本發(fā)明的時分灰度數(shù)據(jù)信號發(fā)生電路。
另外，時分灰度數(shù)據(jù)信號發(fā)生電路113可以以IC片的形式設(shè)置在本發(fā)明EL顯示器件上。如果這樣，產(chǎn)生于IC片的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號輸入到本發(fā)明的EL顯示器件。在這種情況下，具有本發(fā)明的EL顯示器件作為顯示板的電子設(shè)備將包括本發(fā)明的EL顯示器件，在該顯示器件上設(shè)置一個作為一個組成部分的包含時分灰度數(shù)據(jù)信號發(fā)生電路的IC片。
最后，時分灰度數(shù)據(jù)信號發(fā)生電路113可以由設(shè)置在與象素部分104相同的TFT、數(shù)據(jù)信號側(cè)驅(qū)動電路102和柵極信號側(cè)驅(qū)動電路構(gòu)成。如果這樣，當(dāng)包括圖象信息的視頻信號輸入到EL顯示器件中時所有的信號都可以處理。在這種情況下，最好通過TFT構(gòu)建時分灰度數(shù)據(jù)信號發(fā)生電路，其中如上所述，用在本發(fā)明中的硅膜被制成一個有源層。另外，在這種情況下，具有本發(fā)明的EL顯示器件作為顯示板的電子設(shè)備這樣構(gòu)成時分灰度數(shù)據(jù)信號發(fā)生電路構(gòu)建在EL顯示器件本身當(dāng)中。因而，電子設(shè)備可以制得更密集。
接下來參見圖2所示的本發(fā)明有源矩陣型EL顯示器件的截面結(jié)構(gòu)圖。
在圖2中，標(biāo)號11是一個基底，12是一個作為基礎(chǔ)的絕緣膜(以下該膜稱作基膜)。對于基底11，可以用透光型基底，典型的有玻璃基底、石英基底，玻璃陶瓷基底或晶體玻璃基底。但他們必須在制造過程中耐最高的處理溫度。
基膜12對用于具有可移動離子或有導(dǎo)電性的基底尤其有效，但不需要設(shè)置在石英基底上。包含硅的絕緣膜可用作基膜12。應(yīng)注意，在本說明書中“包含硅的絕緣膜”表示以預(yù)定的比例(SiOxNyx和y為任一整數(shù))加入了氧或氮的絕緣膜，如氧化硅膜，氮化硅膜或氮化硅氧化膜。標(biāo)號201是一個開關(guān)TFT，202是電路控制TFT。這兩個TFT都由n溝道型TFT構(gòu)成。因為n溝道型TFT的場效應(yīng)電子遷移率大于p溝道型TFT的場效應(yīng)電子遷移率，n溝道型TFT可以以較高的操作速度工作，并使得很大的電流很容易地通過。關(guān)于通過相同量的電流時所需的TFT的大小，n溝道型TFT的較小。因此，希望用n溝道型TFT作為電流控制TFT，因為圖象顯示板的有效發(fā)光面積加寬。
但在本發(fā)明中，不需要將開關(guān)TFT和電流控制TFT限制為n溝道型TFT。對于上述兩種TFT也可以用p溝道型TFT。
開關(guān)TFT由一個有源層制成，包括一個源極區(qū)13，一個漏極區(qū)14，LDD區(qū)15a-15d，絕緣區(qū)16，溝道成形區(qū)17a，17b，柵極絕緣膜18，柵電極19a，19b，第一層間絕緣膜20，源極線21和漏極線22。柵極絕緣膜18或第一層間絕緣膜20對于基底上的所有TFT共用，或可以根據(jù)電路或元件而改變。
在圖2所示的開關(guān)TFT201中，柵電極19a，19b電連接，換言之，建立所謂的雙柵極結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，不僅可以建立雙柵結(jié)構(gòu)，還可以建立所謂的多柵結(jié)構(gòu)，如三柵極結(jié)構(gòu)。多柵結(jié)構(gòu)表示一種包括有源層的結(jié)構(gòu)，有兩個溝道形成區(qū)或多個串聯(lián)連接的溝道形成區(qū)。
多柵結(jié)構(gòu)對減小OFF態(tài)電流非常有效，并且如果開關(guān)TFT的OFF態(tài)電流減的足夠小，可以減小對圖1(B)所示電容器112電容的需求。也就是因為電容器112的占有面積可以減小，所以多柵結(jié)構(gòu)也可以有效地加寬EL元件109的有效發(fā)光面積。
在開關(guān)TFT 201中，LDD區(qū)15a-15d設(shè)置成不與柵電極19a和19b疊合，柵極絕緣膜18夾在其間。由此建立的結(jié)構(gòu)對于減小OFF態(tài)電流非常有效。LDD區(qū)的長度(寬度)為0.5-3.5μm，代表性的值為2.0-2.5μm.
要減小OFF態(tài)電流，在溝道成形區(qū)和LDD區(qū)之間形成一個偏移區(qū)(即由成份與溝道成形區(qū)相同的半導(dǎo)體層形成的區(qū)域，該區(qū)不施加?xùn)艍?更為理想。在有兩個或多個柵電極的多柵結(jié)構(gòu)中，形成在溝道成形區(qū)之間的絕緣區(qū)16(即濃度相同并加入相同摻雜元素作為源區(qū)或漏極區(qū))對減小OFF態(tài)電流有效。
電流控制TFT 202由一個有源層制成，包括一個源區(qū)26，一個漏極區(qū)27，一個LDD區(qū)28，一個溝道形成區(qū)29，一個柵極絕緣膜18，一個柵電極30，第一層間絕緣膜20，一個源極線31和一個漏極線32。柵電極30可以以單柵極結(jié)構(gòu)代替多柵極結(jié)構(gòu)。
開關(guān)TFT的漏極連接到電流控制TFT的柵極，如圖1(B)所示。具體地說，控制電流TFT 202的柵電極30與開關(guān)TFT 201的漏極區(qū)14經(jīng)漏極線22(也稱作連接線)電連接。源極線31連接到圖1(B)的饋電線110。
電流控制TFT 202是一個控制供應(yīng)給EL元件的電流量的元件，從那兒可以流過較大量的電流。因此，溝道寬度(W)最好設(shè)計成大于開關(guān)TFT的溝道寬度。另外，溝道長度最好設(shè)計成過量的電流不能流過電流控制TFT 202。對每個象素的理想電流值是0.5-2μA(1-1.5μA最好)。
據(jù)前面所述，W1最好為0.1-5μm(代表值為1-3μm)，W2為0.5-30μm(代表值為2-10μm)，L1為0.2-18μm(代表值為2-15μm)，L2為0.1-50μm(代表值為1-20μm)，這里L(fēng)1是開關(guān)TFT的溝道長度(L1+L1a+L1b)，W1是該溝道的寬度，L2是電流控制TFT的溝道長度，W2是該溝道的寬度，如圖9所述。
圖2所示的EL顯示器件還有一個特點，即在電流控制TFT 202中，LDD形成在漏極區(qū)27和溝道成形區(qū)29之間，另外，LDD區(qū)28有一個與柵電極30重疊的區(qū)域和一個不與柵電極30重疊的區(qū)域，柵極絕緣膜18位于LDD區(qū)28和柵電極30之間。
電流控制TFT 202能通過較大的電流量以致EL元件203發(fā)光，還希望設(shè)想出一個關(guān)于熱載流子注入導(dǎo)致的劣化的對策。當(dāng)顯示黑色時電流控制TFT 202保持在截止?fàn)顟B(tài)。在這種情況下，如果截止態(tài)電流很高，則不能顯示出誘人的黑色，并且產(chǎn)生對比度的下降。因此，還需要抑制截止態(tài)電流。
關(guān)于熱載流子注入導(dǎo)致的劣化，已知LDD與柵電極疊合的結(jié)構(gòu)非常有效。但因為如果LDD區(qū)全部柵電極重合則截止態(tài)電流增大，所以本申請人通過提供一種新的結(jié)構(gòu)而同時解決了對熱載流子和截止態(tài)電流的對策的問題，新結(jié)構(gòu)中除了前述結(jié)構(gòu)外，不與柵電極重合的LDD區(qū)串聯(lián)設(shè)置。
此時，與柵電極疊合的LDD區(qū)的長度設(shè)計成0.1-3μm(最好是0.1-1.5μm)。如果長度過長，則寄生電容(不希望的電容)增大，而如果過短，則阻止熱載流子的效果減弱。不與柵電極疊合的LDD區(qū)的長度設(shè)計成1.0-3.5μm(最好是1.5-2.0μm)。如果該長度過長，則不能流過充足的電流，而如果長度過短，則減小截止態(tài)電流的效果減弱。
因為在上述結(jié)構(gòu)中寄生電容形成于柵電極和LDD區(qū)彼此疊合的區(qū)域中，所以希望在源極區(qū)26和溝道成形區(qū)29之間不出現(xiàn)寄生電容。所有需要的是只把LDD設(shè)置在漏極區(qū)一側(cè)，因為控制電流TFT中的載流子(此處為電子)流動方向總是相同。
從增加通過的電流量的角度看，增加電流控制TFT 202的有源層(尤其是溝道形成區(qū))膜厚也有效(50-100nm較好，60-80nm更好)。另一方面，從減小開關(guān)TFT 201中截止態(tài)電流的角度看，減小有源層(尤其是溝道形成區(qū))的膜厚也有效(20-50nm較好，25-40nm更好)。
以上描述了形成在象素中的TFT結(jié)構(gòu)。在此結(jié)構(gòu)中還同時形成一個驅(qū)動電路。身為一個形成驅(qū)動電路的基本單元的CMOS電路適于圖2。
在圖2中，把具有減小熱載流子注入但不把操作速度減到最小的結(jié)構(gòu)的TFT用作CMOS電路的n溝道型TFT 204。在此描述的驅(qū)動電路是數(shù)據(jù)信號側(cè)驅(qū)動電路102和柵極信號側(cè)驅(qū)動電路103，二者均示于圖1。當(dāng)然，也可以形成其他的邏輯電路(電平轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器，信號分配電路等)。
n溝道型TFT 204的有源層包括一個源極區(qū)35，一個漏極區(qū)36，一個LDD區(qū)37，和一個溝道成形區(qū)38。LDD區(qū)37與柵電極39疊合，柵極絕緣膜18夾插其間。
只在漏極區(qū)一側(cè)上形成LDD區(qū)的理由不是為了降低操作速度。不需要擔(dān)心n溝道型TFT 204中的截止態(tài)電流值。相反，應(yīng)在該電流值之上確定操作速度。因此，LDD區(qū)37最好完全位于柵電極上，由此盡可能地減小電阻成份。也即可以省去所謂的補償。
在CMOS電路的p溝道型TFT205中，不需要特別地提供LDD區(qū)，因為熱載流子注入導(dǎo)致的劣化可以忽略。因此，有源層包括一個源區(qū)40，一個漏極區(qū)41，一個溝道成形區(qū)42。柵極絕緣膜18和柵電極43設(shè)置在其上。當(dāng)然還可以設(shè)置LDD區(qū)和n溝道型TFT 204，以對熱載流子采取對策。
當(dāng)p溝道型TFT用作電路控制TFT 202時，可以有與p溝道型TFT205有相同的結(jié)構(gòu)。
n溝道型TFT 204和p溝道型TFT 205由第一層間絕緣膜20覆蓋并形成源極線44，45。兩源極線由漏極線46電連接。
標(biāo)號47表示第一鈍化膜。膜的厚度為10nm-1μm(最好是200-500nm)。包括硅的絕緣膜(尤其是碳化硅氧化膜或氮化硅更為理想)可用作其材料。鈍化膜47用于保護由堿金屬和水形成的TFT。最終設(shè)置在TFT之上的EL層包括堿金屬，如鈉。換言之，第一鈍化膜47還充當(dāng)一個保護層，堿金屬(可移動離子)由此不能夠進入TFT一側(cè)。
標(biāo)號48代表第二層間絕緣膜，該膜用作平整TFT形成的水平差別的平整膜。最好把有機樹脂膜如聚酰亞胺、聚酰胺、丙烯酸樹脂或BCB(苯并環(huán)丁烯)用作第二層間絕緣膜。這些膜的優(yōu)點在于可以很容易地形成平滑度良好的平面，并且介電常數(shù)低。最好通過第二層間絕緣膜全部吸收TFT導(dǎo)致的高度差異，因為EL層對高低不平度非常敏感。另外，最好形成一個低介電常數(shù)的材料層厚度，以便減小柵極線或數(shù)據(jù)線和EL元件的陽極之間形成的寄生電容。因此，膜厚在0.5-5μm較好(1.5-2.5μm更好)。
標(biāo)號49表示由透明導(dǎo)電膜制成的象素電極(EL元件的陽極)。在第二層間絕緣膜48和第一鈍化膜47上制成接孔(開口)后，電極經(jīng)開口連接到電路控制TFT 202的漏極線32。當(dāng)象素電極49和漏極區(qū)27布置成不直接接觸時，如圖2所示，EL層的堿金屬可以避免經(jīng)象素電極進入有源層。
厚度為0.3-1μm的第三層間絕緣膜50設(shè)置在電極49上。膜50由氧化硅膜、氮化硅氧化膜或有機樹脂膜制成。第三層間絕緣膜50上通過蝕刻設(shè)置有一個位于象素電極49上的開口，開口的邊緣被蝕刻成楔形。楔形的角度最好為10-60°(30-50°更好)。
EL層51形成在第三層間絕緣膜50上。EL層51用作單層結(jié)構(gòu)或復(fù)層結(jié)構(gòu)。復(fù)層結(jié)構(gòu)在照明效率方面更佳。通常，正空穴注入層/正空穴輸運層/冷發(fā)光層/電子輸運層以這種排列形成在象素電極上。另外，也可使用以正空穴輸運層/冷發(fā)光層/電子輸運層或以正空穴注入層/正空穴輸運層/冷發(fā)光層/電子輸運層/電子注入層順序排列的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，可使用任一已知結(jié)構(gòu)，以及可將冷發(fā)光著色材料等摻雜在EL層中。
例如，下列美國專利或出版物提出的材料可用作有機EL材料美國專利號4,356,429、4,539,507、4,720,432、4,769,292、4,885,211、4,950,950、5,059,861、5,047,687、5,073,446、5,059,862、5,061,617、5,151,629、5,294,869、5,294,870，和日本待公開專利號1998年189525、1996年241048、1996年78159、和“有機體結(jié)構(gòu)分子體系中的光化學(xué)過程”，437-450頁，“有機薄膜中的電致發(fā)光”，Tetsuo Tsutsui等。
EL顯示器件主要有四種彩色顯示方式形成對應(yīng)于R(紅色)、G(綠色)和B(藍色)的三種EL元件的方法、結(jié)合白色冷發(fā)光和彩色濾光器(著色層)的方法、結(jié)合藍色或藍-綠冷發(fā)光的EL元件和熒光體(熒光彩色轉(zhuǎn)換層CCM)的方法、和對陰極(負電極)采用透明電極時相應(yīng)于RGB堆積EL元件的方法。
圖2的結(jié)構(gòu)是一個采用了相應(yīng)于RGB形成三種EL元件的方法的實例。圖2中只表示了一個象素。實際上，相應(yīng)于紅色、綠色和藍色形成每個具有相同結(jié)構(gòu)的象素，并因此進行彩色顯示。
本發(fā)明可不考慮冷發(fā)光的方法進行，并可使用所有的四種方法。然而，因為熒光體的響應(yīng)速度低于EL，以及發(fā)生余輝的問題，最好不使用熒光體的方法。另外，可以說如有可能，不宜使用造成冷發(fā)光亮度減弱的彩色過濾器。
EL元件的陰極52放置在EL層51上。一種包括鎂(Mg)、鋰(Li)或函數(shù)小的鈣(Ca)的材料用作陰極52。最好使用MgAg(Mg和Ag以Mg∶Ag＝10∶1比例混和的材料)制成的電極。另外，還可使用MgAgAl電極、LiAl電極或LiFAl電極。
最好在EL層51形成后連續(xù)形成陰極52而不暴露于空氣中。原因在于陰極52和EL層51之間的界面極大地影響EL元件的發(fā)光效率。
在此特例中，由象素電極(陽極)形成的冷光元件、EL層和陰極被稱為EL元件。
有必要形成每個象素包含EL層51和陰極52的層間體。然而，EL層51對于水很脆弱，且不能使用通常的光刻法技術(shù)。因此，最好使用物理掩膜材料，如金屬掩膜，并根據(jù)汽相方法選擇形成，例如真空沉積法、濺射法或等離子體CVD法。
也有可能使用噴墨法、絲網(wǎng)印刷法等等，作為形成EL層的選擇方法。然而，這些方法在本技術(shù)的目前狀態(tài)中不能連續(xù)形成陰極，可以說除噴墨法等的上述方法是最佳的。
標(biāo)號53是保護電極。它保護陰極52以不接觸外部水等，同時連接每個象素的陰極52。為保護電極53，最好使用包含鋁(Al)、銅(Cu)或銀(Ag)的低阻抗材料。保護電極53可期望有冷卻效應(yīng)以降低對EL層的加熱。它同樣對保護電極的連續(xù)起作用而在EL層51和陰極52形成后沒有暴露在空氣中。
標(biāo)號54是第二鈍化膜，膜厚度最好為10nm-1μm(最好為200-500nm)。沉積第二鈍化膜54的主要目的是為了不使EL層51接觸水。它同樣具有冷卻效應(yīng)。然而，如上所述，EL層抗熱較微弱，膜形成應(yīng)在較低溫度中進行(最好從室溫到120℃的范圍)。因此，可以說理想的膜形成方法是等離子體CVD法、濺射法、真空沉積法、離子電鍍法或涂敷溶液法(旋轉(zhuǎn)涂敷法)。
不用說，圖2中所示的所有TFT具有硅膜，其在本發(fā)明中用作有源層。
本發(fā)明的一個目的是形成TFT，通過使用硅膜以顯示高操作速度，其中硅膜具有獨特的晶體結(jié)構(gòu)其中作為TFT有源層的晶粒邊界的連續(xù)性較高且晶體朝向均勻，并因此有源矩陣型EL顯示器件與驅(qū)動電路成一體進行操作時間分隔灰度顯示。因此，本發(fā)明不限于圖2的EL顯示器件的結(jié)構(gòu)，其中該結(jié)構(gòu)正是一個最佳實施例。
使用本發(fā)明中采用的硅膜的TFT可表示高操作速度，并因此由如熱載流子注入而易于導(dǎo)致品質(zhì)降低。因此，如圖2所示，根據(jù)象素中的功能可非常有效地形成具有不同結(jié)構(gòu)的TFT(在OFF狀態(tài)用足夠低的電流切換TFT并在熱載流子注入中電流控制TFT較強)，以制造高可靠性的EL顯示器件并進行極好的圖象顯示(即，可顯示高操作特性)。
實施例1將參考圖5至8描述本發(fā)明的一個實施例。此處描述同時制造象素部分TFT和沿象素部分的驅(qū)動電路的方法。關(guān)于驅(qū)動電路，為簡要描述，圖中表示作為基本單元的CMOS電路。
首先，在圖5(A)中表示基膜(未示出)放置在表面的基片501在其中被制備。在本實施例中，一個厚度為200nm的氮化硅膜和另一個厚度為100nm的氮化硅膜被層壓并在晶化玻璃中用作基膜。此時，與晶化玻璃基片接觸的膜的氮濃度最好保持在10-25wt％。當(dāng)然，有可能在石英基片上直接形成元件而不需要任何基膜。
此后，通過熟知的膜形成方法，厚度為45nm的非晶質(zhì)的硅膜502形成在基片501上。對于非晶質(zhì)的硅膜不需要限制。另外，在本實施例中可使用具有非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體膜(包括微晶半導(dǎo)體膜)。此處還可使用具有非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的合成半導(dǎo)體膜，如非晶質(zhì)硅鍺膜。
關(guān)于由此及圖5(C)的步驟，可以完全采用本申請人提交的日本待公開專利出版物1998年之247735號。該出版物公開了關(guān)于晶化一個半導(dǎo)體膜的方法，其中采用了一種元素，如Ni作為催化劑。
首先，形成具有開口503a和503b的保護膜504。本實施例中采用150nm厚的氧化硅膜。包含鎳(Ni)的層片505通過旋轉(zhuǎn)法形成在保護膜504上。關(guān)于含Ni保護層的形成，可參考上述出版物。
此后，如圖5(B)所示，在惰性氣體中進行570℃加熱14小時的過程，且非晶體硅膜502被晶化。此時，晶化處理實際上與基片相似，從與Ni接觸的區(qū)域506a和506b(以后特指Ni添加區(qū)域)開始。結(jié)果是，形成具有晶體結(jié)構(gòu)的多晶硅膜507，其中聚集條形晶體并形成線形。在此階段已知對應(yīng)于如圖19(A)所示的{110}方向的衍射點用電子束衍射照相可觀察到。
此后，如圖5(C)所示，屬于15族的元素(最好為磷)添加在Ni添加區(qū)506a和506b中，同時用保護膜504作為掩膜。因此形成磷以高濃度添加的區(qū)域508a和508b(此后特指磷添加區(qū)域)。
此后，如圖5(C)所示，在惰性氣體中進行600℃加熱12小時的過程。多晶硅膜507中的Ni通過此加熱法被去除，并且?guī)缀跛卸甲罱K被磷添加區(qū)域508a和508b如箭頭所示俘獲。這認為是通過磷使得金屬元素(本實施例中為Ni)的吸雜作用引起的現(xiàn)象。
通過此過程，根據(jù)SIMS(二次離子質(zhì)譜分析)測量值，殘余在多晶硅膜509中的Ni濃度減少到至少2×1017atoms/cm3。雖然Ni在半導(dǎo)體用于降低壽命，但當(dāng)降低到此范圍時，對于TFT特性沒有負面影響。另外，因為在本技術(shù)的現(xiàn)狀中此濃度為SIMS分析的測量極限，將可看到在實際中甚至有更低的濃度(小于2×1017atoms/cm3)。
可因此通過催化劑晶化得到多晶硅膜509并降至催化劑不阻塞TFT的操作的水平。此后，使用多晶硅膜509的有源層510-513只通過構(gòu)圖過程形成。此時，采用上述多晶硅膜形成在下述構(gòu)圖中使掩膜對準(zhǔn)的標(biāo)記。(圖5(D))此后，如圖5(E)所示，通過等離子體CVD法形成50nm厚的氧化硅膜，然后在氧化氣體中進行950℃加熱1小時的過程，并進行熱氧化過程。氧化氣體可為氧氣氣體或其他摻雜鹵素的氧氣氣體。
在此熱氧化過程中，在有源層和氮氧化硅膜之間的界面中進行氧化處理，厚度為大約15nm的多晶硅膜被氧化，以形成厚度大約為30nm的氧化硅膜。即，形成厚度為80nm的柵極絕緣膜514，其中30nm厚的氧化硅膜和50nm厚的氮氧化硅膜層迭在一起。有源層510-513的膜厚度通過熱氧化過程制成30nm厚。
此后，如圖6(A)所示，形成抗蝕劑掩膜515，摻雜通過柵極絕緣膜514的媒介得到p型的雜質(zhì)元素(以后特指p型雜質(zhì)元素)。作為p型雜質(zhì)元素，可采用代表性為屬于13族的元素，典型的為硼或鎵。此法(稱為溝道摻雜過程)為控制TFT閾值電壓的過程。
在此實施例中，通過離子摻雜法加入硼，其中離子摻雜法為不進行乙硼烷(B2H6)質(zhì)量分離的等離子體激發(fā)。當(dāng)然，可采用進行質(zhì)量分離的離子植入法。根據(jù)此過程，形成包括濃度為1×1015-1×1018atoms/cm3(代表性的值為5×1016-5×1017atoms/cm3)的硼雜質(zhì)區(qū)域516-518。
此后，如圖6(B)所示形成抗蝕劑掩膜519a和519b，摻雜通過柵極絕緣膜514的媒介得到n型的雜質(zhì)元素(以后特指n型雜質(zhì)元素)。作為n型雜質(zhì)元素，可采用代表性為屬于15族的元素，典型的為磷或砷。在本實施例中，采用不進行磷化氫(PH3)質(zhì)量分離的等離子體激發(fā)的等離子體摻雜法。磷以1×1018atoms/cm3濃度加入。當(dāng)然，可采用進行質(zhì)量分離的離子植入法。
調(diào)整劑量使得n型雜質(zhì)元素包含在由此過程以2×1016-5×1019atoms/cm3濃度(代表性的值為5×1017-5×1018atoms/cm3)形成的n型雜質(zhì)區(qū)域520、521。
此后，如圖6(C)所示，對摻雜的n型雜質(zhì)元素和摻雜的p型雜質(zhì)元素進行激活處理。不需要限制激活方法，但是，因為放置柵極絕緣膜514，最好采用電熱煅燒的煅燒退火處理。另外，最好在盡可能高的溫度下進行熱處理，因為有可能對圖6(A)過程中溝道形成區(qū)域部分的有源層和柵極絕緣膜之間的界面造成破壞。
因為具有高熱阻的晶化玻璃用于本實施例，通過800℃1小時煅燒退火處理進行激活處理。在氧化氣體中保持處理氣體可進行熱氧化，或在惰性氣體中進行加熱處理。然而，激活過程不是不可少的。
此過程明確了n型雜質(zhì)區(qū)域520、521的邊緣，即n型雜質(zhì)區(qū)域520、521和沿n型雜質(zhì)區(qū)域520、521的區(qū)域(由圖6(A)過程形成的p型雜質(zhì)區(qū)域)之間的邊界(接頭)，此處沒有加入n型雜質(zhì)元素。當(dāng)TFT隨后完成時，這意味著LDD區(qū)域和溝道形成區(qū)域可形成一個極好的接頭。
此后，形成200-400nm厚的導(dǎo)電膜，并進行構(gòu)圖，以便形成柵電極522-525。柵電極可由單層的導(dǎo)電膜制成，然而，必要時最好使用如兩層或三層膜的層迭膜。已知的導(dǎo)電膜可用作柵電極材料。
具體地，可選擇具有導(dǎo)電性的鉭(Ta)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鎢(W)、鉻(Cr)和硅(Si)組成的族的元素制成膜；前述的元素的氮化物膜(有代表性的膜為氮化鉭膜、氮化鎢膜、氮化鈦膜)；前述元素結(jié)合的合金膜(有代表性的膜為Mo-W合金或Mo-Ta合金)；或前述的元素的硅化物膜(有代表性的膜為硅化鎢膜或硅化鈦膜)。當(dāng)然，它們可為單層結(jié)構(gòu)或?qū)拥Y(jié)構(gòu)。
在本實施例中，采用由50nm厚的氮化鎢(WN)膜和350nm厚的鎢(W)膜制成的層迭膜。這可通過濺射法形成。通過加入惰性氣體，如Xe或Ne，作為濺射氣體，可阻止膜由于應(yīng)力作用而脫落。
此時，形成柵電極523、525以分別迭置在n型雜質(zhì)區(qū)域520、521上，并將柵極絕緣膜514夾在中間。迭置部分隨后制成與柵電極重迭的LDD區(qū)域。根據(jù)圖中的截面，可看到柵電極524a和524b分離，它們相互電連接。
此后，采用柵電極522-525作為掩膜，自動調(diào)節(jié)加入n型雜質(zhì)元素(本實施例中為磷)，如圖7(A)所示。此時，進行調(diào)節(jié)以便磷以n型雜質(zhì)區(qū)域520、521濃度的1/2-1/10濃度值(代表值為1/3-1/4)加入到由此形成的雜質(zhì)區(qū)域526-532。濃度值最好為1×1016-5×1018atoms/cm3(典型值為3×1017-3×1018atoms/cm3)。
此后，如圖7(B)所示，形成抗蝕劑掩膜533a-533d以覆蓋柵電極，然后加入n型雜質(zhì)元素(本實施例中為磷)，并形成包括磷高濃度區(qū)的雜質(zhì)區(qū)域534-540。此處還應(yīng)用采用磷化氫(PH3)的離子摻雜法，并進行調(diào)節(jié)以便在這些區(qū)域磷濃度為1×1020-1×1021atoms/cm3(代表值為2×1020-5×1020atoms/cm3)。
通過此過程形成n溝道型TFT的源極區(qū)域或漏極區(qū)域，并且開關(guān)TFT移開圖7(A)過程形成的n型雜質(zhì)區(qū)域529-531的一部分。余下的區(qū)域?qū)?yīng)于圖2開關(guān)TFT的LDD區(qū)域15a-15d。
此后，如圖7(C)所示，抗蝕劑掩膜533a-533d被去除，并形成新的抗蝕劑掩膜541。然后加入P型雜質(zhì)元素(本實施例中為硼)，并形成包含高濃度硼的雜質(zhì)區(qū)域542、543。此處，根據(jù)采用乙硼烷(B2H6)的離子摻雜法，加入硼以得到3×1020-3×1021atoms/cm3(代表值為5×1020-1×1021atoms/cm3)。
磷已以1×1020-1×1021atoms/cm3濃度加入到雜質(zhì)區(qū)542、543中。此處以至少三倍于磷的濃度加入硼。因此，預(yù)先形成的n型雜質(zhì)區(qū)域完全轉(zhuǎn)變?yōu)閜型雜質(zhì)區(qū)域。
此后，如圖7(D)所示，抗蝕劑掩膜541被去除，并形成第一層間絕緣膜544。作為第一層間絕緣膜544，采用包含硅的絕緣膜的以單層結(jié)構(gòu)或堆棧結(jié)構(gòu)形式作為結(jié)合。膜厚度最好為400nm-1.5μm。在本實施例中，構(gòu)造了800nm厚的氧化硅膜層積在200nm厚的氮化硅膜上的結(jié)構(gòu)。
此后，以各濃度加入的n型或p型雜質(zhì)元素被激活。煅燒退火法是理想的激活法。在本實施例中，在氮氣體中電熱煅燒以550℃進行4小時熱處理。
在包含氫氣3-100％的氣體中進一步以300-450℃進行1-12小時熱處理以氫化處理。此過程是通過熱激發(fā)氫以氫端接半導(dǎo)體膜的未配對鍵。作為氫化處理另一種方法，可進行等離子體氫化(采用通過等離子體激活氫)。
在第一層間絕緣膜544的形成期間，可進行氫化處理。詳細地說，形成200nm厚的氮氧化硅膜，并如上所述進行氫化處理，然后形成其余的800nm厚氧化硅膜。
此后，如圖8(A)所示，在第一層間絕緣膜544制造接觸孔，并形成源極導(dǎo)線545-548和漏極導(dǎo)線549-551。在本實施例中，形成帶有三層結(jié)構(gòu)的層間膜電極，其中在三層結(jié)構(gòu)中根據(jù)濺射法連續(xù)形成100nm厚的Ti膜、300nm厚的包含Ti的鋁膜和150nm厚的Ti膜。當(dāng)然，可采用其他導(dǎo)電膜。
此后，形成厚度為50-500nm(代表值為200-300nm)的第一鈍化膜552。在本實施例中，300nm厚的氮氧化硅膜用作第一鈍化膜552。它可由氮化硅膜取代。
此時，在氮氧化硅膜形成之前，通過采用包括氫的氣體如H2或NH3可有效進行等離子體處理。由此過程激發(fā)的氫加入到第一層間絕緣膜544上，并通過熱處理，改進了第一鈍化膜552的膜質(zhì)量。此時，因為加入到第一層間絕緣膜544的氫擴散到較低濃度側(cè)，有源層可被有效氫化。
此后，如圖8(B)所示，形成由有機樹脂制成的第二層間絕緣膜553。聚酰亞胺、聚丙烯纖維或BCB(苯并環(huán)丁烯)可用于有機樹脂。特別地，因為第二層間絕緣膜553要求拉平由TFT形成的高度差，聚丙烯膜在光滑度方面是極理想的。在本實施例中，形成2.5μm厚的聚丙烯膜。
此后，形成由第二層間絕緣膜553、第一鈍化膜552和象素電極554(陽極)制成的到達漏極導(dǎo)線551的接觸孔。在本實施例中，形成110nm厚的氧化銦/錫(ITO)膜，并通過構(gòu)圖制成象素電極?？刹捎猛该鲗?dǎo)電膜，其中2-20％的氧化鋅(ZnO)與氧化銦混和。該象素電極起EL元件陽極的作用。
此后，形成500nm厚包含硅的絕緣膜(本實施例中為氧化硅)，然后在對應(yīng)于象素電極554的位置形成開口，并形成第三層間絕緣膜555。當(dāng)開口形成時，有可能通過采用濕蝕刻法容易形成錐形側(cè)壁。如果開口的側(cè)壁沒有足夠平滑的坡度，由高度差造成的EL層劣化將導(dǎo)致嚴(yán)重的問題。
此后，通過真空沉積法連續(xù)形成EL層556和陰極(MgAg電極)557而不暴露在空氣中。EL層556的膜厚度最好為80-200nm(典型值為100-200nm)，陰極的膜厚度為180-300nm(典型值為200-250nm)。
在此過程中，EL層和陰極順序形成一個對應(yīng)于紅色的象素、一個對應(yīng)于綠色的象素和一個對應(yīng)于藍色的象素。然而，因為EL層對溶液的耐性較差，它們必須對每種色彩獨立地形成而不采用光刻技術(shù)。因此，通過采用金屬掩膜，除了理想的象素外最好隱蔽象素，并且對于理想的象素選擇形成EL層。
詳細地說，首先選擇掩膜以隱蔽除了對應(yīng)于紅色的所有象素，并且由掩膜選擇形成紅色冷光的EL層和陰極。此后，選擇掩膜以隱蔽除了對應(yīng)于綠色的所有象素，并且由掩膜選擇形成綠色冷光的EL層和陰極。此后，如上所述，選擇掩膜以隱蔽除了對應(yīng)于藍色的所有象素，并且由掩膜選擇形成藍色冷光的EL層和陰極。在此情況中，不同的掩膜用于不同的色彩。另外，相同的掩膜可用于它們。最好進行處理而不破壞真空直到對所有的象素形成EL層和陰極。
一種已知的材料可用于EL層556?？紤]到驅(qū)動電壓，最好為有機材料。例如，可形成包括正空穴注入層、正空穴輸運層、冷光層和電子注入層的四層結(jié)構(gòu)的EL層。在本實施例中MgAg電極用作EL元素陰極。已知的其他材料可替換它。
作為保護電極558，使用大部分由鋁組成的導(dǎo)電膜。根據(jù)真空沉積法，通過使用不同于當(dāng)形成EL層和陰極時的掩膜的膜，可形成保護電極558。在形成EL層和陰極之后，最好連續(xù)形成保護電極558而不使其暴露在空氣中。
在最后階段，把由氮化硅膜制成的第二鈍化膜559做成300nm厚。實際上，保護電極558例如用于避免EL層進水。另外，EL元件的可靠性還可以通過形成第二鈍化膜559進一步提高。
結(jié)構(gòu)如圖8(C)所示的有源矩陣型EL顯示器件制作完成。實際上，要想在如圖(C)所示的制作完成時不暴露在空氣中，該器件最好用高度不透氣的保護膜(疊層膜、紫外線固化樹脂膜)包裝(密封)。在該情況下，EL層的可靠性(壽命)通過使惰性氣體在外殼材料的內(nèi)側(cè)或通過把吸濕材料(如氧化鋇)放入其中來提高。
通過包裝提高空氣密閉性之后，連接一個用于連接從元件的終端延伸或形成在基底上的電路與外部信號終端的連結(jié)器(柔性印刷電路FPC)，并結(jié)束制作。在本說明書中，EL顯示器件被稱作EL模塊，由此可以完全市場化。
現(xiàn)在參見圖11對本實施例中有源矩陣型EL顯示器件的結(jié)構(gòu)進行描述。本實施例的有源矩陣型EL顯示器件由均形成在玻璃基底601上的象素部分602、柵極信號側(cè)驅(qū)動電路603和數(shù)據(jù)信號側(cè)驅(qū)動電路604組成。象素部分的開關(guān)TFT 605是n溝道型TFT，并被設(shè)置在連接到柵極信號側(cè)驅(qū)動電路603的柵極線606與連接到數(shù)據(jù)信號側(cè)驅(qū)動電路604的源極線607的交叉處。開關(guān)TFT 605的漏極連接到電路控制TFT 608的柵極。
電路控制TFT 608的源極連接到饋電線609，電路控制TFT 608的漏極連接到EL元件610。把預(yù)定的電壓施加到EL元件610的陰極。
作為外部伸出-輸出端的FPC 611配置有輸入線612、613，用于把信號傳遞給驅(qū)動電路，還配置有一條連接到饋電線609的輸入線614。
下面將參加圖12(A)和12(B)對包括外殼材料的EL模塊進行描述。需要時還采用在圖11中所使用的標(biāo)號。
在基底1200上形成一個象素部分1201，一個數(shù)據(jù)信號側(cè)驅(qū)動電路1202和一個數(shù)據(jù)信號側(cè)驅(qū)動電路1203。從每個驅(qū)動電路引出的各條輸電線經(jīng)輸入線612-614和FPC 611連接到外部設(shè)備。
此時，設(shè)置外殼材料1204以至少封閉象素部分，最好是象素部分和驅(qū)動電路。外殼材料1204做成具有一個凹面的形狀，凹面的內(nèi)尺寸大于EL元件的外尺寸，或做成一張紙的形狀。外殼材料1204通過粘附層1205固定到基底1200，以便形成與基底1200一致的封閉空間。此時，EL元件處于完全封閉在閉合空間的狀態(tài)并與外界空氣完全隔絕?？梢栽O(shè)置多種外殼材料1204。
外殼材料1204的質(zhì)地最好是絕緣材料，如玻璃或聚酯。例如，有非晶玻璃(硅酸硼玻璃、石英等)、晶體玻璃、陶瓷玻璃、有機玻璃(丙烯酸酯，苯乙烯樹脂，聚碳酸酯，環(huán)氧樹脂等)或硅樹脂。另外，也可以用石英陶瓷。如果粘附層1205是絕緣層，則還可以采用金屬材料，如不銹鋼合金。
至于粘附層1205的質(zhì)地，可以使用環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等。另外，熱凝樹脂或光固樹脂可以用作粘附層。但需要它們是最大限度地不透氧或水的材料。
外殼材料和基底1200之間的空隙1206中最好填充不活潑氣體(氬、氖、氦或氮)。但并不局限于這些其它。惰性液體(例如以全氟烴烷為主的液體碳氟化合物)。如1996年的日本待定專利申請78519中描述的液體可以用作惰性液體。
在空隙1206中設(shè)置干燥劑也是有效的。1997年的日本待定專利申請148066中描述的干燥劑可以用作干燥劑。典型的是氧化鋇作為干燥劑。
如圖12(B)所示，象素部分具有多個象素，每個象素有單獨隔離的EL元件。它們所有都有一個作為公共電極的保護電極1207。在本實施例中，給出如下描述最好連續(xù)地形成EL層、陰極(MgAg電極)和不暴露于空氣的保護電極?；蛘?，如果EL層和陰極利用相同的掩膜形成，并且只通過另一掩膜形成保護電極，則可以實現(xiàn)圖12(B)所示的結(jié)構(gòu)。
此時，EL層和陰極可以只設(shè)置在象素部分，不需要設(shè)置在驅(qū)動電路上。當(dāng)然，即使設(shè)置在驅(qū)動電路上也不會出現(xiàn)問題。但考慮到包含在EL層中的堿金屬，它們不應(yīng)設(shè)置在驅(qū)動電路上。
保護電極1207經(jīng)連接線1209連接到標(biāo)號1208所示區(qū)域中的輸入線1210，其中連接線1209由與象素電極相同的材料制成。輸入線1210是一條把預(yù)定電壓(地電勢，在本實施例中是0V)提供給保護電極1207的饋電線，并經(jīng)導(dǎo)電糊狀材料1211介質(zhì)連接到FPC 611。
下面參見圖13對實現(xiàn)區(qū)域1208中的接觸結(jié)構(gòu)的制作步驟進行描述。
首先，根據(jù)本實施例的過程得到圖8(A)的狀態(tài)。此時，除去基底(圖12(B)中標(biāo)號1208所示的區(qū)域)邊緣的第一層間絕緣膜544和柵極絕緣膜514，并在其上形成輸入線1210。當(dāng)然，同時形成源極線和圖8(A)中的漏極線(圖13(A))。
之后，當(dāng)在圖(B)中蝕刻第二層間絕緣膜553和第一鈍化膜552時，除去標(biāo)號1301所示的區(qū)域并形成一個開口1302。然后形成輸電線1209以覆蓋開口1302。當(dāng)然連接線1209與圖8(B)中的象素電極554同時形成(圖13(B))。
在此狀態(tài)下，在象素部分中執(zhí)行EL元件(第三層間絕緣膜、EL層和陰極)的形成過程。此時，把第三層絕緣膜和EL元件設(shè)計成通過利用一個掩膜等不形成在圖13所示的區(qū)域中。然后形成陰極557，并通過利用另一個掩膜形成保護電極558。結(jié)果是保護電極558和輸入線1210經(jīng)連接線1209而電連結(jié)。然后設(shè)置第二鈍化膜559并得到圖13(C)所示的狀態(tài)。
通過上述步驟實現(xiàn)圖12(B)的標(biāo)號1208所示區(qū)域的接觸結(jié)構(gòu)。輸入線1210經(jīng)外殼材料1204和基底1200之間的空隙(注意此空隙被填充黏合劑。即需要黏合劑1205的厚度能充分地平整輸入線的高度差)連接到FPC 611。在此描述輸入線1210。其它的輸入線612-614也可以以同樣的方式在外殼材料1204以下連接到FPC 611。
實施例2此實施例在圖14中示出了與圖1(B)結(jié)構(gòu)不同的象素結(jié)構(gòu)。
在此實施例中，示于圖1(B)中的兩個象素布置成關(guān)于饋電線110對稱以供以地電勢。即饋電線110制成對兩個相鄰的象素共用，如圖14所示，并由此減少所需的電線數(shù)。不需要改變設(shè)置在象素中的TFT結(jié)構(gòu)。
這種配置使得制造更均勻細小的象素部分并提高圖象的質(zhì)量成為可能。
另外，饋電線110的公共結(jié)構(gòu)使得擴展饋電線110的寬度但不降低圖象的亮度成為可能，因為饋電線110的線寬裕度增大。因此，可以減小饋電線110電壓降的影響，并且從饋電線110提高的電壓可以避免因象素位置引起的變化。
根據(jù)實施例的制作布置很容易實現(xiàn)本實施例的結(jié)構(gòu)。
實施例3在本實施例中，參見圖15對具有不同于圖1結(jié)構(gòu)的象素部分的形成給予描述?？梢宰裱鐚嵤├?中的相同步驟執(zhí)行，直到用于形成第二層間絕緣膜48。由第二層間絕緣膜48覆蓋的開關(guān)TFT 201和電路控制TFT 202均有與圖1相同的結(jié)構(gòu)，因此在此省去描述。
在此實施例中，在第二層間絕緣膜48和第一鈍化膜47中制作接孔并再形成象素電極61。在本實施例中設(shè)置200nm厚的鋁合金膜(包含1％重量的鈦的鋁膜)作為象素電極61。在是金屬的條件下可以用任何金屬作為象素電極。最好該金屬有高反射性。
由硅氧化膜制成的第三層間絕緣膜62在其上形成300nm厚。然后形成230nm的MgAg電極作為陰極63。并且如同EL層64，以從下往上的順序形成20nm厚的電子輸運層、40nm厚的發(fā)光層和30nm厚的正空穴輸運層。需要形成EL層64，以使得其圖案稍大于陰極63。這使得避免陰極63與稍后形成的陽極65短路成為可能。
此時，通過利用真空淀積機械的多腔法(也稱作簇工具法)不暴露于空氣地連續(xù)形成陰極63和EL層64。更具體地說，首先在所有的象素上通過第一掩膜形成陰極63，然后通過第二掩膜形成發(fā)紅光的EL層。在精確控制并移動第二掩膜的同時相繼形成發(fā)綠光的EL層和發(fā)藍光的EL層。
當(dāng)把響應(yīng)于RGB的象素布置成一條帶狀時第二掩膜以與上述相同的方式簡單地移動。但為了實現(xiàn)所謂的三角布局的象素結(jié)構(gòu)，可以單獨地用第三掩膜做發(fā)綠光的EL層以及用第四掩膜做發(fā)藍光的EL層。
以這種方式形成EL層64之后，在其上形成110nm厚的陽極。陽極65由透明導(dǎo)電膜(在本實施例中，是一種在ITO中包含10wt％的氧化鋅的薄膜)制成。由此形成EL元件206，并用實施例1中示出的材料形成第二鈍化膜66。最終完成一個如圖15所示的象素的構(gòu)造。
在本實施例的結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生于每個象素中的藍光照射在其上形成有TFT的基底的反面。因此，幾乎象素中所有的區(qū)域，即形成TFT的區(qū)域可以用作一個有效的發(fā)光區(qū)。其結(jié)果是象素的有效發(fā)光面積大大增大，并且圖象的亮度或?qū)Ρ榷?亮和暗之比)提高。
本實施例的結(jié)構(gòu)可以自由地與實施例1和2中的任何一個結(jié)構(gòu)結(jié)合。
實施例4在本實施例中，對實施例1中制造的有源矩陣型EL顯示器件的象素結(jié)構(gòu)的實例給予描述。圖16用于描述。在圖16中，圖1或2中的標(biāo)號適用于與圖1或2對應(yīng)的部分。
在圖16中，標(biāo)號201表示開關(guān)TFT。它包括一個源極區(qū)13，一個漏極區(qū)14和一個柵極線(也稱作柵電極)106。標(biāo)號202表示電流控制TFT。它包括一個源極區(qū)26，一個漏極區(qū)27和一個柵電極30?？刂齐娏鱐FT 202和象素電極49經(jīng)過漏極線32電連接。點線51和52表示形成EL層51和陰極52的位置。EL元件203由象素電極49、EL層51和陰極52構(gòu)成。
此時，開關(guān)TFT 201的漏極線22通過電接觸器1601與電流控制TFT202的柵電極30電連接。柵電極30在與電流控制TFT 202的源極線31重疊的部分中形成一個電容存儲器112。源極線31與饋電線110連接。
本實施例中圖16的結(jié)構(gòu)絕非限制本發(fā)明，它只是一個優(yōu)選實例。本發(fā)明的執(zhí)行者可以恰當(dāng)?shù)嘏袛嘣谀膬盒纬砷_關(guān)TFT、電流控制TFT和電容存儲器。本實施例可以通過自由地組合本實施例和實施例1至3的結(jié)構(gòu)而實施。
實施例5在本實施例中，對有源矩陣型EL顯示器件的象素結(jié)構(gòu)不同于實施例的情況給予描述。具體地說，在圖17中示出了柵極線材料由不同于圖16中所示象素結(jié)構(gòu)制成的實例。圖17與圖16的不同之處僅在于柵極線的結(jié)構(gòu)。因此在此省去詳細的描述。
在圖17中，標(biāo)號71a和71b分別是由氮化鎢膜制成的柵電極和鎢膜的層間膜，如同在實施例中的柵電極。如圖17所示，它們可以設(shè)計成單獨分開的圖案或電連接的圖案。形成時它們處于電勢浮動狀態(tài)。
至于柵電極71a和71b可以由另一種導(dǎo)電膜制成，如氮化鈦膜和鈦膜形成的層間膜，或鉬和鎢的合金膜。但理想的情況是該導(dǎo)電膜是一種可加工性優(yōu)良的膜，以便于形成一個寬度小于3μm的細線。另外，還希望該膜不包含能擴散柵極絕緣膜并進入有源層的元素。
另一方面，對于柵極線72，用一種電阻小于柵電極71a和71b的導(dǎo)電膜制成。有代表性的膜是一種大部分由鋁組成的合金膜或一種大部分由銅組成的合金膜。柵極線72不需要有特別好的可加工性。另外，柵極線72不與有源層重疊，并因而不會導(dǎo)致任何麻煩，即使它包含很容易擴散絕緣膜的鋁或銅也是如此。
當(dāng)制作本實施例的結(jié)構(gòu)時，實施例1的圖7(D)過程中，在第一層間絕緣膜544的形成之前執(zhí)行激活步驟。這種情況下，在處于柵電極71a和71b被曝光的狀態(tài)中進行熱處理。但如果熱處理在完全的惰性環(huán)境中進行，柵電極71a和71b將不被氧化，最好在含氧濃度等于或小于1ppm的惰性環(huán)境中進行。因此，不用擔(dān)心電阻會因氧化而增大，或因用絕緣膜(氧化鎂)覆蓋而變得難于除去。
激活步驟之后，形成主要由鋁或銅組成的導(dǎo)電膜。此時在柵電極71a和71b與柵極線72接觸的地方確保良好的歐姆接觸，因而可以把預(yù)定的柵極電壓施加到柵電極71a和71b。
當(dāng)圖象顯示區(qū)域變大時本實施例的結(jié)構(gòu)尤其有效。原因描述如下。
因為本實施例的EL顯示器件通過把一幀分成多個子幀來進行驅(qū)動，所以施加到驅(qū)動電路上用于驅(qū)動象素部分的負載較大。為了減小此負載，希望盡可能地減小象素部分的負載(輸電線電阻、寄生電容或TFT的寫入電容)。
關(guān)于TFT寫入電容，不會發(fā)生嚴(yán)重的問題，因為可以通過用于本發(fā)明中的硅膜實現(xiàn)具有極高操作性能的TFT。關(guān)于加入到數(shù)據(jù)線或柵極線的寄生電容，大部分形成在輸電線和形成于輸電線上的EL元件的陰極(或保護電極)之間。但寄生電容幾乎可以完全忽略，因為形成了與第二層間絕緣膜一樣厚的1.5-2.5μm的低介電常數(shù)的有機樹脂膜。
由此看來，把本發(fā)明用到象素部分有較大面積的EL顯示器件時的最大障礙是數(shù)據(jù)線和柵極線的線電阻。當(dāng)然，可以通過把數(shù)據(jù)信號側(cè)的驅(qū)動電路分成多個部分進行平行處理，或設(shè)置數(shù)據(jù)信號側(cè)驅(qū)動電路和柵極信號側(cè)驅(qū)動電路，象素部分夾插其間，并從兩側(cè)發(fā)送信號，由此實際降低驅(qū)動電路的工作頻率。但如果這樣，仍會發(fā)生驅(qū)動電路占用面積增大的另一個問題。
因此，當(dāng)執(zhí)行本發(fā)明時，通過本實施例的結(jié)構(gòu)盡可能地減小柵極線電阻非常有效。本實施例中的象素結(jié)構(gòu)絕非限制本發(fā)明，它只是一個優(yōu)選實例。本實施例可以通過自由地組合本實施例和實施例1至3的結(jié)構(gòu)而實施。
實施例6在實施例1的圖2所示結(jié)構(gòu)中，使用設(shè)置在有源層和基底11之間的高冷卻材料作為基膜12很有效。尤其是電路控制TFT有一個易于發(fā)熱并由于較長時間地通過較大的電流而使自身發(fā)熱產(chǎn)生劣化的問題。根據(jù)本實施例，基膜有一個冷效應(yīng)，避免了TFT在這種情況下經(jīng)受熱劣化。
作為一種有冷卻效應(yīng)的透光材料，存在一種至少包含一種選自B(硼)、C(碳)和N(氮)的元素和至少一種選自包括AL(鋁)、Si(硅)和P(磷)的元素。
例如，可以使用以氮化鋁(AlxNy)為代表的鋁的氮化物，以碳化硅(SixCy)為代表的硅的碳化物，以氮化硅(SixNy)為代表的硅的氮化物，以氮化硼(BxNy)為代表的硼的氮化物，以磷化硼(BxPy)為代表的硼的磷化物。以氧化鋁(AlxOy)為代表的鋁的氧化物透光型優(yōu)越，并有20Wm-1K-1的熱導(dǎo)率。因此是一種理想的材料。在上述的透光材料中，x和y是任意整數(shù)。
其他元素可以結(jié)合到上述化合物中。例如，還可以把氮加入到氧化鋁中并利用由AlNxOy表示的氮氧化鋁。這種材料不僅具有冷卻效果，而且還有防止水或堿金屬入侵的效果。在氮氧化鋁中，x和y是任意整數(shù)。
另外，可以用1987年的日本待審專利申請90260中描述的材料。具體地說，可以使用包含Si，Al，N，O和M的絕緣膜，其中M至少是一種稀有的難于還原的金屬氧化物，最好是至少一種選自包括Ce(鉻)、Yb(鐿)、Sm(釤)、Er(鉺)、Y(釔)、La(鑭)、Gd(釓)、Dy(鏑)和Nd(釹)的元素。這些材料不僅具有冷卻效果，而且還有防止水或堿金屬入侵的效果。
另外，可以使用一種至少包括金剛石薄膜或非晶碳膜(尤其是接近金剛石特性的膜，稱作類金剛石薄膜)。這些膜具有極高的導(dǎo)熱性，并且作為熱輻射層非常有效。但這些膜有灰色的顏色，并隨著膜厚的增加透射率減小，因此應(yīng)做得盡可能地薄。(最好5-100nm)。
可以把具有冷卻效果的材料薄膜用作單層膜，或者可使用這些薄膜和包含硅的絕緣膜疊加的層間膜。
本實施例的結(jié)構(gòu)可以與實施例1至5的任意一種結(jié)構(gòu)自由組合。
實施例7在實施例1中，最好把有機EL材料用作EL層。但本發(fā)明也可以通過利用無機EL材料進行。在這種情況下，因為當(dāng)前的無機EL材料有極高的驅(qū)動電壓，所以使用的TFT必須有能夠抵抗這種驅(qū)動電壓的耐壓特性。
如果將來發(fā)展了能有很低驅(qū)動電壓的無機EL材料，則這種材料也可以用到本發(fā)明中。
本實施例的結(jié)構(gòu)可以與實施例1至6的任意一種結(jié)構(gòu)自由組合。
實施例8通過執(zhí)行本發(fā)明形成的有源矩陣型EL顯示器件(EL模塊)因其自發(fā)光特性而在明亮地方的可視性優(yōu)于液晶顯示器。因此，本發(fā)明可以用作直接觀察型EL顯示器(表示一種配備有EL模塊的顯示器)的顯示部分。作為EL顯示器，有個人電腦監(jiān)視器，TV接收監(jiān)視器，廣告顯示監(jiān)視器等等。
本發(fā)明可以用作所有包括顯示器這一組成部分的電子設(shè)備、包括EL顯示器的顯示部分。
作為電子設(shè)備，有EL顯示器、攝像機、數(shù)字?jǐn)z像機、頭戴式顯示器、汽車導(dǎo)航器、個人電腦、個人數(shù)字助理(移動式計算機、便攜式電話、電子書籍等)和配置有記錄媒介的圖象再現(xiàn)器(尤其是能夠再現(xiàn)記錄媒質(zhì)并顯示圖象的器件，如密集盤(CD)，激光唱盤(LD)、或數(shù)字視盤(DVD))。電子設(shè)備的例子示于圖18。
圖18(A)表示一臺個人電腦，它包括一個主機2101，顯示板2102，機殼2002，顯示部分2003和鍵盤2004。本發(fā)明可用作顯示部分2003。
圖18(B)表示一種攝像機，它包括一個主體2101，一個顯示板2102，聲音輸入部分2103，操作開關(guān)2104，電池2105和圖象接收部分2106。本發(fā)明可以用作顯示板2102。
圖18(C)表示頭戴式EL顯示器的一部分(右側(cè))，它包括一個主體2301，信號電纜2302，頭固定帶2303，顯示監(jiān)視器2304，光學(xué)系統(tǒng)2305和顯示器件2306。本發(fā)明可用作顯示器件2306。
圖18(D)表示一種配置有記錄媒體的圖象再現(xiàn)器(尤其是DVD播放器)，包括一個主體2401，記錄媒介2402(CD，LD，DVD)等，操作開關(guān)2403，顯示板(a)2404和顯示板(b)2405。顯示板(a)主要顯示圖象信息，顯示板(b)主要顯示字符信息。本發(fā)明可用作顯示板(a)和(b)。本發(fā)明可用于CD播放器或游戲機，作為一個配備有記錄介質(zhì)的圖象再現(xiàn)器。
圖18(E)表示一個便攜式(移動式)計算機，它包括一個主體2501，攝像機2502，圖象接收部分2503，操作開關(guān)2504和顯示部分2505。本發(fā)明可用作顯示部分2505。
如果將來增強了EL材料的照明亮度，本發(fā)明也可用于前投或背投式投影儀。
本發(fā)明有很寬的應(yīng)用范圍，如上所述，可用于所有領(lǐng)域的電子設(shè)備。本實施例的電子設(shè)備可通過實施例1至7自由組合所得的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。
實施例9圖20(A)和20(B)的照片涉及本發(fā)明的EL顯示器件，具體地說，它們表示通過本發(fā)明的時分灰度法所顯示的圖象。圖20(A)的采用Alq3(三-8-喹啉醇-鋁混合物)作為發(fā)光層，它是一種低分子有機材料圖20(B)的使用PPV(聚對苯-撐亞乙烯)作為發(fā)光層，它是一種發(fā)光層。圖20(A)和圖20(B)的EL顯示器件的指標(biāo)列于下表。
表1

根據(jù)本發(fā)明，可以獲得能夠執(zhí)行清晰的多灰度顯示但不影響TFT的可變特性的有源矩陣型EL顯示器件。另外，通過形成一種帶有用于本發(fā)明的硅膜的有源層而制得具有極高的操作性能的TFT，并且可以由有源矩陣型EL顯示器件更有效地執(zhí)行時分灰度顯示。另外，通過實現(xiàn)這種灰度顯示除去電流控制TFT的可變特性導(dǎo)致的灰度不足，并可得到顏色再現(xiàn)性優(yōu)良的高清晰度圖象。
另外，形成在基底上的TFT自身也通過根據(jù)電路或元件所需的性能布置最佳結(jié)構(gòu)的TFT來實現(xiàn)具有高度可靠性的有源矩陣型EL顯示器件。
因此，可以通過把這種有源矩陣型EL顯示器件裝配成一個顯示部分(顯示板)來制造具有高度可靠性和高圖象質(zhì)量的性能優(yōu)良的電子設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種具有多個象素的EL顯示器件，每個象素包括串聯(lián)連接的至少兩個開關(guān)TFT；與所述開關(guān)TFT電連接的一個電流控制TFT；形成在所述開關(guān)TFT之上的一層絕緣膜；以及形成在所述電流控制TFT之上并與其電相連的一個EL元件，其中所述絕緣膜的一個邊緣與所述EL元件接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的EL顯示器件，其中每個象素還包括形成在所述開關(guān)TFT之上的第一夾層絕緣膜；以及形成在所述第一夾層絕緣膜之上的第二夾層絕緣膜，其中所述絕緣膜形成在所述第二絕緣膜之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的EL顯示器件，其中每個象素還包括形成在所述EL元件之上的一層鈍化膜。
4.一種具有多個象素的EL顯示器件，每個象素包括串聯(lián)連接的至少兩個開關(guān)TFT；與所述開關(guān)TFT電連接的一個電流控制TFT；形成在所述開關(guān)TFT之上的一層絕緣膜；以及形成在所述電流控制TFT之上并與其電相連的一個EL元件，其中所述EL元件包括第一電極、第二電極和置于這兩個電極之間的一層EL層，其中所述絕緣膜的一個邊緣與所述第一電極和所述EL層接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的EL顯示器件，其中每個象素還包括形成在所述開關(guān)TFT之上的第一夾層絕緣膜；以及形成在所述第一夾層絕緣膜之上的第二夾層絕緣膜，其中所述絕緣膜形成在所述第二絕緣膜之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的EL顯示器件，其中每個象素還包括形成在所述EL元件之上的一層鈍化膜。
7.一種電子裝置，包括具有多個象素的EL顯示器件，每個象素包括串聯(lián)連接的至少兩個開關(guān)TFT；與所述開關(guān)TFT電連接的一個電流控制TFT；形成在所述開關(guān)TFT之上的一層絕緣膜；以及形成在所述電流控制TFT之上并與其電相連的一個EL元件，其中所述絕緣膜的一個邊緣與所述EL元件接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的電子裝置，其中每個象素還包括形成在所述開關(guān)TFT之上的第一夾層絕緣膜；以及形成在所述第一夾層絕緣膜之上的第二夾層絕緣膜，其中所述絕緣膜形成在所述第二絕緣膜之上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的電子裝置，其中每個象素還包括形成在所述EL元件之上的一層鈍化膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子裝置，其特征在于所述電子裝置選自包括個人電腦、攝像機、頭戴式顯示器、圖象再現(xiàn)器和便攜式電腦的一組裝置。
11.一種電子裝置，包括具有多個象素的EL顯示器件，每個象素包括串聯(lián)連接的至少兩個開關(guān)TFT；與所述開關(guān)TFT電連接的一個電流控制TFT；形成在所述開關(guān)TFT之上的一層絕緣膜；以及形成在所述電流控制TFT之上并與其電相連的一個EL元件，其中所述EL元件包括第一電極、第二電極和置于這兩個電極之間的一層EL層，其中所述絕緣膜的一個邊緣與所述第一電極和所述EL層接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的電子裝置，其中每個象素還包括形成在所述開關(guān)TFT之上的第一夾層絕緣膜；以及形成在所述第一夾層絕緣膜之上的第二夾層絕緣膜，其中所述絕緣膜形成在所述第二絕緣膜之上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的電子裝置，其中每個象素還包括形成在所述EL元件之上的一層鈍化膜。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子裝置，其特征在于所述電子裝置選自包括個人電腦、攝像機、頭戴式顯示器、圖象再現(xiàn)器和便攜式電腦的一組裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠進行清晰的多級灰度彩色顯示的EL顯示器件和配置有EL顯示器件的電子設(shè)備，其中根據(jù)時分法執(zhí)行灰度顯示，在該方法中，設(shè)置在一個象素(104)中的發(fā)光或非發(fā)光的EL元件(109)受時間控制，并且可以避免電路控制TFT(108)的可變性的影響。當(dāng)采用此法時，數(shù)據(jù)信號側(cè)驅(qū)動電路(102)和柵極信號側(cè)驅(qū)動電路(103)與TFT形成在一起，而TFT是利用一種具有特有的晶體結(jié)構(gòu)的硅膜，顯示極高的工作速度。
文檔編號H01L29/06GK1606390SQ200410088070
公開日2005年4月13日 申請日期2000年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月21日
發(fā)明者山內(nèi)幸夫, 福永健司 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所