有機発光素子及びその製造方法
【課題】有機発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ＯＬＥＤを駆動する駆動トランジスタと、駆動トランジスタの動作を制御するスイッチングトランジスタとを備え、駆動トランジスタの活性層は、電流チャネルに平行な縦方向に成長した結晶構造を有し、スイッチングトランジスタの活性層は、電流チャネルに垂直な横方向に成長した結晶構造を有する有機発光素子である。
【解決手段】ＯＬＥＤを駆動する駆動トランジスタと、駆動トランジスタの動作を制御するスイッチングトランジスタとを備え、駆動トランジスタの活性層は、電流チャネルに平行な縦方向に成長した結晶構造を有し、スイッチングトランジスタの活性層は、電流チャネルに垂直な横方向に成長した結晶構造を有する有機発光素子である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子及びその製造方法に係り、さらに詳細には、互いに異なる移動度及び低いオフ電流漏れを有する複数のトランジスタを有する有機発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＭ（Ａｃｔｉｖｅ−Ｍａｔｒｉｘ）有機発光素子は、基本的にスイッチングトランジスタと駆動トランジスタとを備える。周知のように、スイッチングトランジスタは、低いオフ電流漏れ（ｏｆｆ−ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｅａｋａｇｅ）特性が要求され、駆動トランジスタは、高い移動度特性が要求される。
【０００３】
一般的に、スイッチングトランジスタおよび駆動トランジスタは、同一条件で製造された一つのシリコンフィルムから得られるため、前述のように相反する特性を有し難い。このような要求によって、高い移動度のシリコンを利用してスイッチングトランジスタと駆動トランジスタとを製造する過程において、スイッチングトランジスタの活性層にＬＤＤ（Ｌｏｗ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）またはオフセット構造を形成することによって、スイッチングトランジスタの移動度を落としつつ、オフ電流漏れを減少させる努力が行われてきた。
【０００４】
しかし、ＬＤＤまたはオフセット構造は、結果的に有機発光素子の製造過程中に別途の工程として行われる。したがって、このようなＬＤＤまたはオフセット構造なしに漏れ電流の抑制が可能であれば、経済的であり、このための新たな設計の研究が必要である。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ，９，ＮＯ．１，１９８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、低い漏れ電流のスイッチングトランジスタと高い移動度の駆動トランジスタとを有する良質の有機発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、ＯＬＥＤと、前記ＯＬＥＤを駆動する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタの動作を制御するスイッチングトランジスタと、を備え、前記駆動トランジスタの活性層は、電流チャネルに平行な縦方向に成長した結晶構造を有し、前記スイッチングトランジスタの活性層は、電流チャネルに垂直な横方向に成長した結晶構造を有することを特徴とする有機発光素子が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、ＯＬＥＤを駆動する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタを駆動するスイッチングトランジスタと、を備える有機発光素子の製造方法であって、基板に電気絶縁性の熱伝導層を形成する段階と、前記熱伝導層上に、前記スイッチングトランジスタの活性層を製造するためのものであって、電流チャネルに平行な縦方向に延長される第１シリコン島を形成する段階と、前記駆動トランジスタの活性層を製造するためのものであって、電流チャネルに垂直な横方向に延長される第２シリコン島を形成する段階と、前記第１シリコン島を結晶化して、前記電流チャネルに垂直な横方向に結晶が成長した前記スイッチングトランジスタの活性層を得る段階と、前記第２シリコン島を結晶化して、前記電流チャネルに平行な縦方向に結晶が成長した前記駆動トランジスタの活性層を得る段階と、前記スイッチングトランジスタおよび前記駆動トランジスタの活性層を利用して、前記スイッチングトランジスタおよび前記駆動トランジスタを製造する段階と、を含むことを特徴とする有機発光素子の製造方法が提供される。
【０００８】
前記本発明の実施形態によれば、前記熱伝導層は、前記駆動トランジスタおよび前記スイッチングトランジスタの活性層の下部に、アルミニウムセラミック、コバルトセラミック、およびＦｅセラミックのうちいずれか一つの物質から形成される。具体的な実施形態によれば、前記熱伝導層の前記アルミニウムセラミックは、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちいずれか一つであり、前記コバルトセラミックは、ＣｏＯおよびＣｏ３Ｎ４のうちいずれか一つであり、前記Ｆｅセラミックは、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、およびＦｅ２Ｎのうちいずれか一つである。
【０００９】
上記のような本発明の活性層を形成するためのシリコンの結晶化は、エキシマレーザーアニーリング（Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：ＥＬＡ）により行い、前記シリコンの結晶化時の前記エキシマレーザーのエネルギー密度は、４００ｍＪ／ｃｍ２以上であり、前記スイッチングトランジスタの活性層の横幅および前記駆動トランジスタの活性層の縦長さが４μｍ以上であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機発光素子を設計するに当たって、スイッチングトランジスタと駆動トランジスタとの要求条件を満たすことができる。すなわち、本発明によって、結晶成長方向をコントロールし、これを薄膜トランジスタの活性層に要求される方向に配置設計することによって、低移動度活性層とこれによる低漏れ電流特性を有するスイッチングトランジスタ、及び高移動度活性層とこれによる非常に速い応答性を有する駆動トランジスタを製造することができる。
【００１１】
このような本発明の製造方法は、有機発光素子として多結晶シリコン薄膜トランジスタの有機発光素子及びその製造方法に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付された図面を参照して、本発明による有機発光素子及びその製造方法について説明する。
【００１３】
図１は、本発明による有機発光素子及びその製造方法において利用するシリコン島の結晶化時の熱分布及びこれによる結晶化過程を説明する図面であり、図２は、シリコン島からの熱伝導経路と、これによる結晶核の生成及び成長とを説明する図面である。
【００１４】
図１及び図２に示されるとおり、シリコン島（Ｓｉ ｉｓｌａｎｄ、島状シリコン層）が高熱伝導性を有する物質、例えば、ＡｌＮ熱伝導層上に形成されている。熱伝導層は、石英、ガラス、またはプラスチックなどの基板上に形成される。
【００１５】
３０８ｎｍの波長を有するＸｅＣｌエキシマレーザーがシリコン島に照射されて、シリコン島が十分に加熱され、望ましくは、完全に溶融される。高温状態のシリコン島からの熱伝導は、直ちに生じ、このときに、その下部の熱伝導層による３次元的な熱伝導（熱流れ）が発生する。熱伝導層における熱伝達方向は、その下部の基板側よりも熱伝導層の横方向により速くかつ大きく起こる。図１において矢印は、これを説明する熱伝導経路を示す。図面において、暗いほど高い温度、明るいほど低い温度を示す。シリコン島の中心部は、他の部分に比べて温度が高く、その両側に向かうほど温度が低くなる。したがって、このような横方向熱的勾配（ｌａｔｅｒａｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ）によって、図２に示すような熱伝導経路が生成され、これによる結晶の成長が行われる。すなわち、熱伝導層による速い熱伝達によれば、シリコン島の両端部Ａから熱が速く消える。したがって、シリコン島の両端部Ａにまず結晶核が生成され、次第にシリコン島の中央部に向かって成長し、最終的にシリコン島の中央部に結晶境界Ｂが生じる。本発明によれば、シリコン島が事前にパターニング（プレパターニング）された状態であるので、アニーリング過程においてその両端部Ａから冷却が早く始まり、したがって、両端部Ａで結晶核が生成される。すなわち、本発明によれば、結晶核の生成位置が決定されるので、完全溶融条件でシリコン島を熱処理することが可能になる。このような完全溶融の可能性は、非常に広いプロセスウィンドウ、すなわち非常に広い温度範囲での熱処理を許容する。一方、プレパターニングされたシリコン島は、設計に基づいてその位置及びサイズを制御することができるので、基板の所望の位置に良質の多結晶シリコンを形成することができる。
【００１６】
このような本発明によれば、図３に示すような多結晶シリコンを得ることができる。図３は、本発明によって得られた多結晶シリコンのＳＥＭイメージである。図３において、結晶幅は、２．５μｍであり、多結晶シリコンの中間部に結晶境界が生じている。ここで、結晶の成長方向は、多結晶シリコンの狭い幅方向（図面で左右方向）に配向されており、したがって、幅方向に高い移動度を有し、幅方向に垂直な縦方向（図面で上下方向）の移動度は、幅方向に比べて低く現れる。本発明では、シリコン島を形成するに当たって、一方向に長く延びた矩形状（長方形）にシリコン島を形成して、長手方向に対して幅方向に結晶を成長させ、このような結晶成長方向の選択が可能な方法を有機発光素子のトランジスタの製造に利用する。
【００１７】
図４は、従来の一般的なＥＬＡによって得られた多結晶シリコンのＳＥＭイメージである。図４に示す従来方法によって得られた多結晶シリコンの粒径は、０．３μｍであって、図３に示す本発明によって得られた多結晶シリコンに比べて粒径が相対的に微小である。
【００１８】
前述した熱伝導層は、下部の基板及びシリコンよりも高い熱伝導性を有し、その材料としては、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）が選択されうる。ＡｌＮは、２６０Ｗ／ｍＫ以上の高い熱伝導度を有しつつも６．３ｅＶ程度のバンドギャップを有することによって、優れた電気的絶縁性を有する。また、物理的強度面でも高い硬度を有するだけでなく、光学的には高い透明性と共に化学的に良い安定性を有する。したがって、ＡｌＮは、本発明の多結晶シリコンフィルムの製造に望ましい物質として使われる。その他、前記熱伝導層を形成する高熱伝導性の物質としては、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどのアルミニウムセラミック、ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｎ４などのコバルトセラミック、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮなどのＦｅセラミック（鉄セラミック）が使われうる。
【００１９】
上記のように、結晶構造の方向性を有するシリコン島は、結晶方向に平行に高い移動度を有し、結晶方向に垂直な方向に相対的に低い移動度を有する。相対的に低い移動度を有する活性層によるトランジスタは、結果的に低い漏れ電流の特性を有する。
【００２０】
以下、上記のように選択的な結晶方向を有するスイッチングトランジスタ及び駆動トランジスタの活性層の製造方法を説明する。なお、説明の都合上、一層の活性層の製造方法について説明する。
【００２１】
まず、図５Ａに示すように、石英、ガラス、またはプラスチックからなる基板１１を準備する。
【００２２】
次に、図５Ｂに示すように、基板１１上に高熱伝導性物質によって熱伝導層１２を約２０００Å程度の厚さに形成する。このとき、物質の蒸着には反応性スパッタが利用され、ターゲット物質は、Ａｌ、反応ガスは、１０ｓｃｃｍの窒素が利用され、反応室の内部圧力は、１０ｍＴｏｒｒ程度であり、プラズマパワーは、約３００Ｗである。
【００２３】
次に、図５Ｃに示すように、熱伝導層１２上に非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層１３を約５００Åの厚さに形成する。このとき、蒸着には、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が利用され、望ましくは、ＰＶＤを利用する。ＰＶＤは、スパッタリングターゲットとしてＳｉを利用する。このとき、ガスは、５０ｓｃｃｍのＡｒ、気圧は、５ｍＴｏｒｒ程度に設定される。
【００２４】
次に、図５Ｄに示すように、ａ−Ｓｉ層１３を乾式エッチング法などによってパターニングしてシリコン島１３’を得る。このとき、シリコン島１３’の幅は、４μｍとし、長さは、４μｍ以上に決定し、このような非晶質シリコン島は、半導体素子、例えば、ＴＦＴの活性層として利用される。
【００２５】
次に、図５Ｅに示すように、エキシマレーザーによりシリコン島１３’をアニーリングする。このとき、レーザーは、例えば、３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーが利用され、エネルギーは、４００ｍＪ／ｃｍ２以上に設定する。このような熱処理により、図５Ｆに示すように、基板１１上の所望の位置に大きい粒径の結晶を有する薄膜トランジスタ用の活性層１３”が形成され、この活性層１３”は、幅方向への結晶成長方向を有して、図３に示すような結晶成長方向を有する。
【００２６】
上記のような過程を通じて得られた活性層を利用して薄膜トランジスタを製造する。このとき、スイッチングトランジスタおよび駆動トランジスタを有する有機発光素子を製造するためには、各単位画素に二つのシリコン島が形成されなければならない。
【００２７】
図６Ａは、２Ｔ−１Ｃ構造を有する本発明による有機発光素子の等価回路図であって、一つのサブピクセルまたは単位画素を示す。図６Ａを参照すれば、駆動トランジスタＴ１のソースに駆動電圧（ＶＤＤ）が印加され、ドレインには、有機発光ダイオード（以下、ＯＬＥＤと称する）のアノードが連結される。そして、駆動トランジスタＴ１のソースとゲートとにストレージキャパシタＣｓが並列接続され、ＯＬＥＤのカソードは、接地される。一方、駆動トランジスタＴ１のゲートにスイッチングトランジスタＴ２のドレインが接続され、ソースは、データラインに接続される。そして、スイッチングトランジスタＴ２のゲートは、走査ラインに接続される。図６Ｂは、シリコン結晶方向に対する駆動トランジスタＴ１及びスイッチングトランジスタＴ２の電流チャネル（矢印）の関係を示す図面である。図６Ｂに示すように、本発明による有機発光素子において、駆動トランジスタＴ１の電流チャネルが、活性層の結晶成長方向に平行に配置され、スイッチングトランジスタＴ２の電流チャネルに直交する方向に活性層の結晶方向が配置される。
【００２８】
以下、本発明の具体的な実施形態による有機発光素子及びその製造方法を説明する。
【００２９】
図７Ａは、本発明による有機発光素子の概略的なレイアウトであって、単位画素（またはサブピクセル）の構造を示す。
【００３０】
図７Ａを参照すれば、データラインＹｓとパワーラインＺｄとが平行に配置され、これに直交する方向に走査ラインＸｓが配置される。走査ラインＸｓとデータラインＹｓとの交差部分にスイッチングトランジスタＴ２が位置し、走査ラインＸｓとパワーラインＺｄとの交差部の近くには、駆動トランジスタＴ１が配置される。スイッチングトランジスタＴ２と駆動トランジスタＴ１との間には、ストレージキャパシタＣｓが配置される。ストレージキャパシタＣｓの一側の電極Ｃｓ−ｂは、パワーラインＺｄから延びる部分であり、もう一つの電極Ｃｓ−ａは、スイッチングトランジスタＴ２のドレインＴ２ｄと駆動トランジスタＴ１のゲートＴ１ｇとに配線層Ｓ１によって連結される。スイッチングトランジスタＴ２のゲートＴ２ｇは、走査ラインＸｓから延びる部分である。ここで、本発明の特徴によって、駆動トランジスタＴ１の活性層Ｔ１ｃは、電流チャネルに垂直な横方向に長く延び、シリコン結晶は、活性層Ｔ１ｃの電流チャネル（電流流動方向）に平行な縦方向に成長されている。さらに、スイッチングトランジスタＴ２の活性層Ｔ２ｃは、電流チャネルに平行な縦方向に長く延び、シリコン結晶は、電流チャネルに垂直な横方向に成長されている。なお、製造上の見地から、駆動トランジスタＴ１の活性層Ｔ１ｃの縦方向の長さ（縦長さ、図面で左右方向）及びスイッチングトランジスタＴ２の活性層Ｔ２ｃの横幅（図面で上下方向）は、４μｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
図７Ｂは、図７ＡのＶII−ＶII’線に沿った断面、すなわち、ストレージキャパシタＣｓおよび駆動トランジスタＴ１の断面を示す。図７Ｂを参照すれば、基板１１にＳｉＯ２及びＳｉＯＮなどの絶縁物質からなるバッファ層として、シリコン島の熱処理時にシリコンの結晶化を促進する絶縁性の高い熱伝導層１２が形成され、この上にストレージキャパシタＣｓと駆動トランジスタＴ１とが形成される。駆動トランジスタＴ１は、熱伝導層１２上に形成されるソースＴ１ｓ及びドレインＴ１ｄを有する多結晶シリコン層ｐ−Ｓｉと、その上のＳｉＯ２などによるゲート絶縁層１８及びゲートＴ１ｇを備える。駆動トランジスタＴ１上には、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘなどによるＩＬＤ層（Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒ）１４が形成されている。ＩＬＤ層１４には、多結晶シリコン層ｐ−Ｓｉのソース及びドレインに通じているビアホール１４ｓ，１４ｄが形成されており、この上に金属性ソース電極Ｔ１ｓｅ及びドレイン電極Ｔ１ｄｅが形成されている。
【００３２】
一方、ストレージキャパシタＣｓは、ゲートＴ１ｇと同一物質から同時に形成される下部電極Ｃｓ−ａと、上部電極Ｃｓ−ｂと、それらの間のＩＬＤ層１４とを備える。ストレージキャパシタＣｓ及び駆動トランジスタＴ１の上には、絶縁層１６が形成され、絶縁層１６に駆動トランジスタＴ１のドレイン電極Ｔ１ｄｅなどの電気的要素に対応するビアホール１６’が形成されている。ビアホール１６’の上側には、ＩＴＯなどの透明性導電物質からなるアノードが形成されており、その一側には、絶縁物質からなるバンクが形成されている。前記アノード及びバンクの上には、公知の正孔輸送層、発光層、電子輸送層などを含むＯＬＥＤが形成され、その上に金属性カソードが形成されており、カソード上には、カソードを保護するパッシベーション層１７が形成されている。前述の説明では、スイッチングトランジスタについては説明されていないが、スイッチングトランジスタは、駆動トランジスタと同時に製作され、スイッチングトランジスタのシリコン、ゲート絶縁層、ゲート、ＩＬＤ層、ソース電極、及びドレイン電極のそれぞれが駆動トランジスタの対応する要素と同一物質によって同時に形成される。
【００３３】
上述した構造の電界発光ディスプレイのレイアウトは、実現可能な本発明の具体的な一例であって、このようなレイアウト及びその修正は、本発明の技術的範囲を制限しない。
【００３４】
図８Ａないし図８Ｋは、本発明による有機発光素子の製造方法を示す工程図であって、各図面の上側は、単位画素全体のレイアウトを示し、下側の図面は、ストレージキャパシタと駆動トランジスタとが形成される部分の断面図であり、図８Ｃの下側の断面図は、上側の図面のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００３５】
まず、図８Ａに示すように、ガラスまたはプラスチック基板１１に、バッファ層として電気的絶縁性を有すると共に高熱伝導性を有する熱伝導層１２を蒸着する。高熱伝導性物質は、基板及びシリコンに比べて高い熱伝導度を有する物質として、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどのアルミニウムセラミック、ＣｏＮ、ＣａＯなどのコバルトセラミック、及びＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮなどのＦｅセラミックなどからなる群から選択されたいずれか一つの物質、望ましくは、ＡｌＮから形成する。高熱伝導性物質層の厚さは、約２０００Å程度であり、蒸着には、反応性スパッタが利用される。ターゲット物質として、Ａｌ、反応ガスは、１０ｓｃｃｍの窒素が利用され、反応室の内部圧力は、１０ｍＴｏｒｒ程度であり、プラズマパワーは、約３００Ｗである。
【００３６】
次に、図８Ｂに示すように、熱伝導層１２上に非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層１３を形成する。ａ−Ｓｉ層１３の蒸着は、ＣＶＤまたはスパッタリング法などにより行われる。このとき、非晶質シリコン層の厚さは、５００Å程度であり、望ましくは、ＰＶＤにより形成される。ＰＶＤは、スパッタリングターゲットとしてＳｉを利用する。この時のガスは、５０ｓｃｃｍのＡｒ、気圧は、５ｍＴｏｒｒ程度に設定される。
【００３７】
次に、図８Ｃに示すように、湿式または乾式エッチング法により非晶質シリコン層１３をパターニングして、スイッチングトランジスタＴ２及び駆動トランジスタＴ１の活性層を製造するための第１シリコン島及び第２シリコン島を形成する。このとき、本発明に特徴によって、スイッチングトランジスタＴ２の活性層Ｔ２ｃを製造するための第１シリコン島は、電流のチャネルに平行な縦方向に長く形成され、一方、駆動トランジスタＴ１の活性層Ｔ１ｃを製造するための第２シリコン島は、電流チャネルに垂直な横方向に長く形成される。
【００３８】
次に、図８Ｄに示すように、前記第１及び第２シリコン島をＥＬＡ（エキシマレーザーアニーリング）によってアニーリングして非晶質シリコンを多結晶シリコンに変換する。このとき、レーザーは、例えば、３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーが利用され、エネルギーは４００ｍＪ／ｃｍ２以上に設定する。このような熱処理によれば、図１及び図２を参照して説明した過程を通じて前記第１及び第２シリコン島が結晶化される。このような結晶化を通じて、スイッチングトランジスタＴ２の活性層Ｔ２ｃは、電流チャネルの幅方向（横方向）に結晶化され、したがって、多結晶シリコンの結晶成長方向に現れる移動度に比べて低い移動度を有する。そして、駆動トランジスタＴ１は、多結晶シリコンの結晶成長方向に沿って電流チャネルが配置されるので、高い移動度を有する。
【００３９】
次に、図８Ｅに示すように、基板１１上の積層構造物上にゲート絶縁層（ＳｉＯ２）及びゲート物質としてのＡｌＮｄ合金を順次に蒸着した後、マスクＰＲを利用してパターニングする。この過程で、スイッチングトランジスタ及び駆動トランジスタのゲートＴ２ｇ，Ｔ１ｇ及びストレージキャパシタの下部電極Ｃｓ−ａが得られる。ここで、スイッチングトランジスタＴ２のゲートＴ２ｇは、スキャンラインＸｓと共に形成され、スキャンラインＸｓの一部をなしている。このように、ゲートＴ１ｇ，Ｔ２ｇがパターニングされた後、ゲートＴ１ｇ，Ｔ２ｇに覆われていないシリコン島の露出部分に対して不純物を注入し、熱処理によってドーピング領域を活性化する。
【００４０】
次に、図８Ｆに示すように、基板１１の積層構造物上の全面にＳｉＯ２、ＳｉＮｘなどを蒸着して、ＩＬＤ層１４を得る。ＩＬＤ層１４は、二層以上の絶縁層を含みうる。
【００４１】
次に、図８Ｇに示すように、ＩＬＤ層１４で前記第１及び第２シリコン島のソース、ドレイン、及び位置の異なるトランジスタとキャパシタとの電気的連結のためのコンタクホール１４’を形成する。このとき、乾式エッチング法を利用するが望ましい。
【００４２】
次に、図８Ｈに示すように、ストレージキャパシタＣｓの上部電極Ｃｓ−ｂ、トランジスタのソース電極Ｔ２ｓｅ，Ｔ１ｓｅ、及びドレイン電極Ｔ２ｄｅ，Ｔ１ｄｅを形成する。この工程は、周知のＡｌＮｄなどの金属層の形成及び金属層のパターニングによって行われる。
【００４３】
次に、図８Ｉに示すように、基板１１の積層構造物上に絶縁層１６を形成した後、駆動トランジスタＴ１のドレイン電極Ｔ１ｄｅに通じているビアホール１６’を形成する。
【００４４】
次に、図８Ｊに示すように、絶縁層１６のビアホール１６’上にＩＴＯなどの透明導電性物質からアノードを形成する。ここでも、アノード物質の蒸着及びそのパターニング過程が実施される。
【００４５】
次に、図８Ｋに示すように、前記アノードが形成されていない絶縁層１６の一側に絶縁物質、例えば、プロトアクチニウム（Ｐａ）でバンクを形成した後、一般的な工程を通じて図７Ａ及び図７Ｂに示された形態の本発明の実施形態による有機発光ディスプレイを完成する。
【００４６】
前述した本発明の有機発光素子は、トップゲート薄膜トランジスタを適用するが、本発明の他の実施形態によれば、活性層の下部にゲートが位置するボトムゲート薄膜トランジスタを適用し、その構造及び製造方法は、容易に具現され、本発明の技術的範囲が制限されるものではない。
【００４７】
このような本願発明の理解を助けるために、いくつかのの模範的な実施形態が説明され、添付された図面に示されたが、このような実施形態は、単に広い発明を例示し、これを制限しないという点が理解されなければならない。そして、本発明は、図示されて説明された構造と配列とに限定されないという点が理解されなければならない。これは、多様な他の修正が当業者に可能であるためである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、有機発光素子関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による有機発光素子の製造方法において、シリコン島の結晶化時の熱分布及びこれによる結晶化過程を説明する図面である。
【図２】本発明によって形成された島からの熱伝導経路とこれによる結晶核の生成及び成長とを説明する図面である。
【図３】本発明によって得られた多結晶シリコンのＳＥＭイメージである。
【図４】従来方法によって得られた多結晶シリコンのＳＥＭイメージである。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によって、トランジスタの活性層として使われる多結晶シリコンフィルムを製造する過程を示す工程図である。
【図５Ｂ】図５Ａに後続する図である。
【図５Ｃ】図５Ｂに後続する図である。
【図５Ｄ】図５Ｃに後続する図である。
【図５Ｅ】図５Ｄに後続する図である。
【図５Ｆ】図５Ｅに後続する図である。
【図６Ａ】本発明による有機発光素子の概略的な等価回路図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す有機発光素子の駆動トランジスタおよびスイッチングトランジスタの活性層の結晶成長方向を説明する図面である。
【図７Ａ】本発明の具体的な実施形態による有機発光素子の単位画素の概略的レイアウトを示す図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＶII−ＶII’線に沿った断面図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による有機発光素子の製造方法の工程図である。
【図８Ｂ】図８Ａに後続する図である。
【図８Ｃ】図８Ｂに後続する図である。
【図８Ｄ】図８Ｃに後続する図である。
【図８Ｅ】図８Ｄに後続する図である。
【図８Ｆ】図８Ｅに後続する図である。
【図８Ｇ】図８Ｆに後続する図である。
【図８Ｈ】図８Ｇに後続する図である。
【図８Ｉ】図８Ｈに後続する図である。
【図８Ｊ】図８Ｉに後続する図である。
【図８Ｋ】図８Ｊに後続する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１ 基板、
１２ 熱伝導層、
１３ 非晶質シリコン層、
１３’ シリコン島、
１３” 薄膜トランジスタ用の活性層、
１４ ＩＬＤ層、
１４ｓ，１４ｄ ビアホール、
１４’ コンタクホール、
１６’ ビアホール、
１６ 絶縁層、
１７ パッシベーション層、
Ｃｓ ストレージキャパシタ、
ｐ−Ｓｉ 多結晶シリコン層、
Ｓ１ 配線層、
Ｔ１ 駆動トランジスタ、
Ｔ１ｃ，Ｔ２ｃ 活性層、
Ｔ１ｄ，Ｔ２ｄ ドレイン、
Ｔ１ｇ，Ｔ２ｇ ゲート、
Ｔ１ｓ ソース、
Ｔ１ｄｅ，Ｔ２ｄｅ ドレイン電極、
Ｔ１ｓｅ，Ｔ２ｓｅ ソース電極、
Ｔ２ スイッチングトランジスタ、
Ｘｓ 走査ライン、
Ｙｓ データライン、
Ｚｄ パワーライン、
Ｃｓ−ａ 下部電極、
Ｃｓ−ｂ 上部電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子及びその製造方法に係り、さらに詳細には、互いに異なる移動度及び低いオフ電流漏れを有する複数のトランジスタを有する有機発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＭ（Ａｃｔｉｖｅ−Ｍａｔｒｉｘ）有機発光素子は、基本的にスイッチングトランジスタと駆動トランジスタとを備える。周知のように、スイッチングトランジスタは、低いオフ電流漏れ（ｏｆｆ−ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｅａｋａｇｅ）特性が要求され、駆動トランジスタは、高い移動度特性が要求される。
【０００３】
一般的に、スイッチングトランジスタおよび駆動トランジスタは、同一条件で製造された一つのシリコンフィルムから得られるため、前述のように相反する特性を有し難い。このような要求によって、高い移動度のシリコンを利用してスイッチングトランジスタと駆動トランジスタとを製造する過程において、スイッチングトランジスタの活性層にＬＤＤ（Ｌｏｗ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）またはオフセット構造を形成することによって、スイッチングトランジスタの移動度を落としつつ、オフ電流漏れを減少させる努力が行われてきた。
【０００４】
しかし、ＬＤＤまたはオフセット構造は、結果的に有機発光素子の製造過程中に別途の工程として行われる。したがって、このようなＬＤＤまたはオフセット構造なしに漏れ電流の抑制が可能であれば、経済的であり、このための新たな設計の研究が必要である。
【非特許文献１】ＩＥＥＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥ ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ，９，ＮＯ．１，１９８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、低い漏れ電流のスイッチングトランジスタと高い移動度の駆動トランジスタとを有する良質の有機発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、ＯＬＥＤと、前記ＯＬＥＤを駆動する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタの動作を制御するスイッチングトランジスタと、を備え、前記駆動トランジスタの活性層は、電流チャネルに平行な縦方向に成長した結晶構造を有し、前記スイッチングトランジスタの活性層は、電流チャネルに垂直な横方向に成長した結晶構造を有することを特徴とする有機発光素子が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、ＯＬＥＤを駆動する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタを駆動するスイッチングトランジスタと、を備える有機発光素子の製造方法であって、基板に電気絶縁性の熱伝導層を形成する段階と、前記熱伝導層上に、前記スイッチングトランジスタの活性層を製造するためのものであって、電流チャネルに平行な縦方向に延長される第１シリコン島を形成する段階と、前記駆動トランジスタの活性層を製造するためのものであって、電流チャネルに垂直な横方向に延長される第２シリコン島を形成する段階と、前記第１シリコン島を結晶化して、前記電流チャネルに垂直な横方向に結晶が成長した前記スイッチングトランジスタの活性層を得る段階と、前記第２シリコン島を結晶化して、前記電流チャネルに平行な縦方向に結晶が成長した前記駆動トランジスタの活性層を得る段階と、前記スイッチングトランジスタおよび前記駆動トランジスタの活性層を利用して、前記スイッチングトランジスタおよび前記駆動トランジスタを製造する段階と、を含むことを特徴とする有機発光素子の製造方法が提供される。
【０００８】
前記本発明の実施形態によれば、前記熱伝導層は、前記駆動トランジスタおよび前記スイッチングトランジスタの活性層の下部に、アルミニウムセラミック、コバルトセラミック、およびＦｅセラミックのうちいずれか一つの物質から形成される。具体的な実施形態によれば、前記熱伝導層の前記アルミニウムセラミックは、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちいずれか一つであり、前記コバルトセラミックは、ＣｏＯおよびＣｏ３Ｎ４のうちいずれか一つであり、前記Ｆｅセラミックは、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、およびＦｅ２Ｎのうちいずれか一つである。
【０００９】
上記のような本発明の活性層を形成するためのシリコンの結晶化は、エキシマレーザーアニーリング（Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ：ＥＬＡ）により行い、前記シリコンの結晶化時の前記エキシマレーザーのエネルギー密度は、４００ｍＪ／ｃｍ２以上であり、前記スイッチングトランジスタの活性層の横幅および前記駆動トランジスタの活性層の縦長さが４μｍ以上であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機発光素子を設計するに当たって、スイッチングトランジスタと駆動トランジスタとの要求条件を満たすことができる。すなわち、本発明によって、結晶成長方向をコントロールし、これを薄膜トランジスタの活性層に要求される方向に配置設計することによって、低移動度活性層とこれによる低漏れ電流特性を有するスイッチングトランジスタ、及び高移動度活性層とこれによる非常に速い応答性を有する駆動トランジスタを製造することができる。
【００１１】
このような本発明の製造方法は、有機発光素子として多結晶シリコン薄膜トランジスタの有機発光素子及びその製造方法に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付された図面を参照して、本発明による有機発光素子及びその製造方法について説明する。
【００１３】
図１は、本発明による有機発光素子及びその製造方法において利用するシリコン島の結晶化時の熱分布及びこれによる結晶化過程を説明する図面であり、図２は、シリコン島からの熱伝導経路と、これによる結晶核の生成及び成長とを説明する図面である。
【００１４】
図１及び図２に示されるとおり、シリコン島（Ｓｉ ｉｓｌａｎｄ、島状シリコン層）が高熱伝導性を有する物質、例えば、ＡｌＮ熱伝導層上に形成されている。熱伝導層は、石英、ガラス、またはプラスチックなどの基板上に形成される。
【００１５】
３０８ｎｍの波長を有するＸｅＣｌエキシマレーザーがシリコン島に照射されて、シリコン島が十分に加熱され、望ましくは、完全に溶融される。高温状態のシリコン島からの熱伝導は、直ちに生じ、このときに、その下部の熱伝導層による３次元的な熱伝導（熱流れ）が発生する。熱伝導層における熱伝達方向は、その下部の基板側よりも熱伝導層の横方向により速くかつ大きく起こる。図１において矢印は、これを説明する熱伝導経路を示す。図面において、暗いほど高い温度、明るいほど低い温度を示す。シリコン島の中心部は、他の部分に比べて温度が高く、その両側に向かうほど温度が低くなる。したがって、このような横方向熱的勾配（ｌａｔｅｒａｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ）によって、図２に示すような熱伝導経路が生成され、これによる結晶の成長が行われる。すなわち、熱伝導層による速い熱伝達によれば、シリコン島の両端部Ａから熱が速く消える。したがって、シリコン島の両端部Ａにまず結晶核が生成され、次第にシリコン島の中央部に向かって成長し、最終的にシリコン島の中央部に結晶境界Ｂが生じる。本発明によれば、シリコン島が事前にパターニング（プレパターニング）された状態であるので、アニーリング過程においてその両端部Ａから冷却が早く始まり、したがって、両端部Ａで結晶核が生成される。すなわち、本発明によれば、結晶核の生成位置が決定されるので、完全溶融条件でシリコン島を熱処理することが可能になる。このような完全溶融の可能性は、非常に広いプロセスウィンドウ、すなわち非常に広い温度範囲での熱処理を許容する。一方、プレパターニングされたシリコン島は、設計に基づいてその位置及びサイズを制御することができるので、基板の所望の位置に良質の多結晶シリコンを形成することができる。
【００１６】
このような本発明によれば、図３に示すような多結晶シリコンを得ることができる。図３は、本発明によって得られた多結晶シリコンのＳＥＭイメージである。図３において、結晶幅は、２．５μｍであり、多結晶シリコンの中間部に結晶境界が生じている。ここで、結晶の成長方向は、多結晶シリコンの狭い幅方向（図面で左右方向）に配向されており、したがって、幅方向に高い移動度を有し、幅方向に垂直な縦方向（図面で上下方向）の移動度は、幅方向に比べて低く現れる。本発明では、シリコン島を形成するに当たって、一方向に長く延びた矩形状（長方形）にシリコン島を形成して、長手方向に対して幅方向に結晶を成長させ、このような結晶成長方向の選択が可能な方法を有機発光素子のトランジスタの製造に利用する。
【００１７】
図４は、従来の一般的なＥＬＡによって得られた多結晶シリコンのＳＥＭイメージである。図４に示す従来方法によって得られた多結晶シリコンの粒径は、０．３μｍであって、図３に示す本発明によって得られた多結晶シリコンに比べて粒径が相対的に微小である。
【００１８】
前述した熱伝導層は、下部の基板及びシリコンよりも高い熱伝導性を有し、その材料としては、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）が選択されうる。ＡｌＮは、２６０Ｗ／ｍＫ以上の高い熱伝導度を有しつつも６．３ｅＶ程度のバンドギャップを有することによって、優れた電気的絶縁性を有する。また、物理的強度面でも高い硬度を有するだけでなく、光学的には高い透明性と共に化学的に良い安定性を有する。したがって、ＡｌＮは、本発明の多結晶シリコンフィルムの製造に望ましい物質として使われる。その他、前記熱伝導層を形成する高熱伝導性の物質としては、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどのアルミニウムセラミック、ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｎ４などのコバルトセラミック、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮなどのＦｅセラミック（鉄セラミック）が使われうる。
【００１９】
上記のように、結晶構造の方向性を有するシリコン島は、結晶方向に平行に高い移動度を有し、結晶方向に垂直な方向に相対的に低い移動度を有する。相対的に低い移動度を有する活性層によるトランジスタは、結果的に低い漏れ電流の特性を有する。
【００２０】
以下、上記のように選択的な結晶方向を有するスイッチングトランジスタ及び駆動トランジスタの活性層の製造方法を説明する。なお、説明の都合上、一層の活性層の製造方法について説明する。
【００２１】
まず、図５Ａに示すように、石英、ガラス、またはプラスチックからなる基板１１を準備する。
【００２２】
次に、図５Ｂに示すように、基板１１上に高熱伝導性物質によって熱伝導層１２を約２０００Å程度の厚さに形成する。このとき、物質の蒸着には反応性スパッタが利用され、ターゲット物質は、Ａｌ、反応ガスは、１０ｓｃｃｍの窒素が利用され、反応室の内部圧力は、１０ｍＴｏｒｒ程度であり、プラズマパワーは、約３００Ｗである。
【００２３】
次に、図５Ｃに示すように、熱伝導層１２上に非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層１３を約５００Åの厚さに形成する。このとき、蒸着には、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が利用され、望ましくは、ＰＶＤを利用する。ＰＶＤは、スパッタリングターゲットとしてＳｉを利用する。このとき、ガスは、５０ｓｃｃｍのＡｒ、気圧は、５ｍＴｏｒｒ程度に設定される。
【００２４】
次に、図５Ｄに示すように、ａ−Ｓｉ層１３を乾式エッチング法などによってパターニングしてシリコン島１３’を得る。このとき、シリコン島１３’の幅は、４μｍとし、長さは、４μｍ以上に決定し、このような非晶質シリコン島は、半導体素子、例えば、ＴＦＴの活性層として利用される。
【００２５】
次に、図５Ｅに示すように、エキシマレーザーによりシリコン島１３’をアニーリングする。このとき、レーザーは、例えば、３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーが利用され、エネルギーは、４００ｍＪ／ｃｍ２以上に設定する。このような熱処理により、図５Ｆに示すように、基板１１上の所望の位置に大きい粒径の結晶を有する薄膜トランジスタ用の活性層１３”が形成され、この活性層１３”は、幅方向への結晶成長方向を有して、図３に示すような結晶成長方向を有する。
【００２６】
上記のような過程を通じて得られた活性層を利用して薄膜トランジスタを製造する。このとき、スイッチングトランジスタおよび駆動トランジスタを有する有機発光素子を製造するためには、各単位画素に二つのシリコン島が形成されなければならない。
【００２７】
図６Ａは、２Ｔ−１Ｃ構造を有する本発明による有機発光素子の等価回路図であって、一つのサブピクセルまたは単位画素を示す。図６Ａを参照すれば、駆動トランジスタＴ１のソースに駆動電圧（ＶＤＤ）が印加され、ドレインには、有機発光ダイオード（以下、ＯＬＥＤと称する）のアノードが連結される。そして、駆動トランジスタＴ１のソースとゲートとにストレージキャパシタＣｓが並列接続され、ＯＬＥＤのカソードは、接地される。一方、駆動トランジスタＴ１のゲートにスイッチングトランジスタＴ２のドレインが接続され、ソースは、データラインに接続される。そして、スイッチングトランジスタＴ２のゲートは、走査ラインに接続される。図６Ｂは、シリコン結晶方向に対する駆動トランジスタＴ１及びスイッチングトランジスタＴ２の電流チャネル（矢印）の関係を示す図面である。図６Ｂに示すように、本発明による有機発光素子において、駆動トランジスタＴ１の電流チャネルが、活性層の結晶成長方向に平行に配置され、スイッチングトランジスタＴ２の電流チャネルに直交する方向に活性層の結晶方向が配置される。
【００２８】
以下、本発明の具体的な実施形態による有機発光素子及びその製造方法を説明する。
【００２９】
図７Ａは、本発明による有機発光素子の概略的なレイアウトであって、単位画素（またはサブピクセル）の構造を示す。
【００３０】
図７Ａを参照すれば、データラインＹｓとパワーラインＺｄとが平行に配置され、これに直交する方向に走査ラインＸｓが配置される。走査ラインＸｓとデータラインＹｓとの交差部分にスイッチングトランジスタＴ２が位置し、走査ラインＸｓとパワーラインＺｄとの交差部の近くには、駆動トランジスタＴ１が配置される。スイッチングトランジスタＴ２と駆動トランジスタＴ１との間には、ストレージキャパシタＣｓが配置される。ストレージキャパシタＣｓの一側の電極Ｃｓ−ｂは、パワーラインＺｄから延びる部分であり、もう一つの電極Ｃｓ−ａは、スイッチングトランジスタＴ２のドレインＴ２ｄと駆動トランジスタＴ１のゲートＴ１ｇとに配線層Ｓ１によって連結される。スイッチングトランジスタＴ２のゲートＴ２ｇは、走査ラインＸｓから延びる部分である。ここで、本発明の特徴によって、駆動トランジスタＴ１の活性層Ｔ１ｃは、電流チャネルに垂直な横方向に長く延び、シリコン結晶は、活性層Ｔ１ｃの電流チャネル（電流流動方向）に平行な縦方向に成長されている。さらに、スイッチングトランジスタＴ２の活性層Ｔ２ｃは、電流チャネルに平行な縦方向に長く延び、シリコン結晶は、電流チャネルに垂直な横方向に成長されている。なお、製造上の見地から、駆動トランジスタＴ１の活性層Ｔ１ｃの縦方向の長さ（縦長さ、図面で左右方向）及びスイッチングトランジスタＴ２の活性層Ｔ２ｃの横幅（図面で上下方向）は、４μｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
図７Ｂは、図７ＡのＶII−ＶII’線に沿った断面、すなわち、ストレージキャパシタＣｓおよび駆動トランジスタＴ１の断面を示す。図７Ｂを参照すれば、基板１１にＳｉＯ２及びＳｉＯＮなどの絶縁物質からなるバッファ層として、シリコン島の熱処理時にシリコンの結晶化を促進する絶縁性の高い熱伝導層１２が形成され、この上にストレージキャパシタＣｓと駆動トランジスタＴ１とが形成される。駆動トランジスタＴ１は、熱伝導層１２上に形成されるソースＴ１ｓ及びドレインＴ１ｄを有する多結晶シリコン層ｐ−Ｓｉと、その上のＳｉＯ２などによるゲート絶縁層１８及びゲートＴ１ｇを備える。駆動トランジスタＴ１上には、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘなどによるＩＬＤ層（Ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌａｙｅｒ）１４が形成されている。ＩＬＤ層１４には、多結晶シリコン層ｐ−Ｓｉのソース及びドレインに通じているビアホール１４ｓ，１４ｄが形成されており、この上に金属性ソース電極Ｔ１ｓｅ及びドレイン電極Ｔ１ｄｅが形成されている。
【００３２】
一方、ストレージキャパシタＣｓは、ゲートＴ１ｇと同一物質から同時に形成される下部電極Ｃｓ−ａと、上部電極Ｃｓ−ｂと、それらの間のＩＬＤ層１４とを備える。ストレージキャパシタＣｓ及び駆動トランジスタＴ１の上には、絶縁層１６が形成され、絶縁層１６に駆動トランジスタＴ１のドレイン電極Ｔ１ｄｅなどの電気的要素に対応するビアホール１６’が形成されている。ビアホール１６’の上側には、ＩＴＯなどの透明性導電物質からなるアノードが形成されており、その一側には、絶縁物質からなるバンクが形成されている。前記アノード及びバンクの上には、公知の正孔輸送層、発光層、電子輸送層などを含むＯＬＥＤが形成され、その上に金属性カソードが形成されており、カソード上には、カソードを保護するパッシベーション層１７が形成されている。前述の説明では、スイッチングトランジスタについては説明されていないが、スイッチングトランジスタは、駆動トランジスタと同時に製作され、スイッチングトランジスタのシリコン、ゲート絶縁層、ゲート、ＩＬＤ層、ソース電極、及びドレイン電極のそれぞれが駆動トランジスタの対応する要素と同一物質によって同時に形成される。
【００３３】
上述した構造の電界発光ディスプレイのレイアウトは、実現可能な本発明の具体的な一例であって、このようなレイアウト及びその修正は、本発明の技術的範囲を制限しない。
【００３４】
図８Ａないし図８Ｋは、本発明による有機発光素子の製造方法を示す工程図であって、各図面の上側は、単位画素全体のレイアウトを示し、下側の図面は、ストレージキャパシタと駆動トランジスタとが形成される部分の断面図であり、図８Ｃの下側の断面図は、上側の図面のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【００３５】
まず、図８Ａに示すように、ガラスまたはプラスチック基板１１に、バッファ層として電気的絶縁性を有すると共に高熱伝導性を有する熱伝導層１２を蒸着する。高熱伝導性物質は、基板及びシリコンに比べて高い熱伝導度を有する物質として、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどのアルミニウムセラミック、ＣｏＮ、ＣａＯなどのコバルトセラミック、及びＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ２ＮなどのＦｅセラミックなどからなる群から選択されたいずれか一つの物質、望ましくは、ＡｌＮから形成する。高熱伝導性物質層の厚さは、約２０００Å程度であり、蒸着には、反応性スパッタが利用される。ターゲット物質として、Ａｌ、反応ガスは、１０ｓｃｃｍの窒素が利用され、反応室の内部圧力は、１０ｍＴｏｒｒ程度であり、プラズマパワーは、約３００Ｗである。
【００３６】
次に、図８Ｂに示すように、熱伝導層１２上に非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層１３を形成する。ａ−Ｓｉ層１３の蒸着は、ＣＶＤまたはスパッタリング法などにより行われる。このとき、非晶質シリコン層の厚さは、５００Å程度であり、望ましくは、ＰＶＤにより形成される。ＰＶＤは、スパッタリングターゲットとしてＳｉを利用する。この時のガスは、５０ｓｃｃｍのＡｒ、気圧は、５ｍＴｏｒｒ程度に設定される。
【００３７】
次に、図８Ｃに示すように、湿式または乾式エッチング法により非晶質シリコン層１３をパターニングして、スイッチングトランジスタＴ２及び駆動トランジスタＴ１の活性層を製造するための第１シリコン島及び第２シリコン島を形成する。このとき、本発明に特徴によって、スイッチングトランジスタＴ２の活性層Ｔ２ｃを製造するための第１シリコン島は、電流のチャネルに平行な縦方向に長く形成され、一方、駆動トランジスタＴ１の活性層Ｔ１ｃを製造するための第２シリコン島は、電流チャネルに垂直な横方向に長く形成される。
【００３８】
次に、図８Ｄに示すように、前記第１及び第２シリコン島をＥＬＡ（エキシマレーザーアニーリング）によってアニーリングして非晶質シリコンを多結晶シリコンに変換する。このとき、レーザーは、例えば、３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザーが利用され、エネルギーは４００ｍＪ／ｃｍ２以上に設定する。このような熱処理によれば、図１及び図２を参照して説明した過程を通じて前記第１及び第２シリコン島が結晶化される。このような結晶化を通じて、スイッチングトランジスタＴ２の活性層Ｔ２ｃは、電流チャネルの幅方向（横方向）に結晶化され、したがって、多結晶シリコンの結晶成長方向に現れる移動度に比べて低い移動度を有する。そして、駆動トランジスタＴ１は、多結晶シリコンの結晶成長方向に沿って電流チャネルが配置されるので、高い移動度を有する。
【００３９】
次に、図８Ｅに示すように、基板１１上の積層構造物上にゲート絶縁層（ＳｉＯ２）及びゲート物質としてのＡｌＮｄ合金を順次に蒸着した後、マスクＰＲを利用してパターニングする。この過程で、スイッチングトランジスタ及び駆動トランジスタのゲートＴ２ｇ，Ｔ１ｇ及びストレージキャパシタの下部電極Ｃｓ−ａが得られる。ここで、スイッチングトランジスタＴ２のゲートＴ２ｇは、スキャンラインＸｓと共に形成され、スキャンラインＸｓの一部をなしている。このように、ゲートＴ１ｇ，Ｔ２ｇがパターニングされた後、ゲートＴ１ｇ，Ｔ２ｇに覆われていないシリコン島の露出部分に対して不純物を注入し、熱処理によってドーピング領域を活性化する。
【００４０】
次に、図８Ｆに示すように、基板１１の積層構造物上の全面にＳｉＯ２、ＳｉＮｘなどを蒸着して、ＩＬＤ層１４を得る。ＩＬＤ層１４は、二層以上の絶縁層を含みうる。
【００４１】
次に、図８Ｇに示すように、ＩＬＤ層１４で前記第１及び第２シリコン島のソース、ドレイン、及び位置の異なるトランジスタとキャパシタとの電気的連結のためのコンタクホール１４’を形成する。このとき、乾式エッチング法を利用するが望ましい。
【００４２】
次に、図８Ｈに示すように、ストレージキャパシタＣｓの上部電極Ｃｓ−ｂ、トランジスタのソース電極Ｔ２ｓｅ，Ｔ１ｓｅ、及びドレイン電極Ｔ２ｄｅ，Ｔ１ｄｅを形成する。この工程は、周知のＡｌＮｄなどの金属層の形成及び金属層のパターニングによって行われる。
【００４３】
次に、図８Ｉに示すように、基板１１の積層構造物上に絶縁層１６を形成した後、駆動トランジスタＴ１のドレイン電極Ｔ１ｄｅに通じているビアホール１６’を形成する。
【００４４】
次に、図８Ｊに示すように、絶縁層１６のビアホール１６’上にＩＴＯなどの透明導電性物質からアノードを形成する。ここでも、アノード物質の蒸着及びそのパターニング過程が実施される。
【００４５】
次に、図８Ｋに示すように、前記アノードが形成されていない絶縁層１６の一側に絶縁物質、例えば、プロトアクチニウム（Ｐａ）でバンクを形成した後、一般的な工程を通じて図７Ａ及び図７Ｂに示された形態の本発明の実施形態による有機発光ディスプレイを完成する。
【００４６】
前述した本発明の有機発光素子は、トップゲート薄膜トランジスタを適用するが、本発明の他の実施形態によれば、活性層の下部にゲートが位置するボトムゲート薄膜トランジスタを適用し、その構造及び製造方法は、容易に具現され、本発明の技術的範囲が制限されるものではない。
【００４７】
このような本願発明の理解を助けるために、いくつかのの模範的な実施形態が説明され、添付された図面に示されたが、このような実施形態は、単に広い発明を例示し、これを制限しないという点が理解されなければならない。そして、本発明は、図示されて説明された構造と配列とに限定されないという点が理解されなければならない。これは、多様な他の修正が当業者に可能であるためである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、有機発光素子関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による有機発光素子の製造方法において、シリコン島の結晶化時の熱分布及びこれによる結晶化過程を説明する図面である。
【図２】本発明によって形成された島からの熱伝導経路とこれによる結晶核の生成及び成長とを説明する図面である。
【図３】本発明によって得られた多結晶シリコンのＳＥＭイメージである。
【図４】従来方法によって得られた多結晶シリコンのＳＥＭイメージである。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によって、トランジスタの活性層として使われる多結晶シリコンフィルムを製造する過程を示す工程図である。
【図５Ｂ】図５Ａに後続する図である。
【図５Ｃ】図５Ｂに後続する図である。
【図５Ｄ】図５Ｃに後続する図である。
【図５Ｅ】図５Ｄに後続する図である。
【図５Ｆ】図５Ｅに後続する図である。
【図６Ａ】本発明による有機発光素子の概略的な等価回路図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す有機発光素子の駆動トランジスタおよびスイッチングトランジスタの活性層の結晶成長方向を説明する図面である。
【図７Ａ】本発明の具体的な実施形態による有機発光素子の単位画素の概略的レイアウトを示す図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＶII−ＶII’線に沿った断面図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態による有機発光素子の製造方法の工程図である。
【図８Ｂ】図８Ａに後続する図である。
【図８Ｃ】図８Ｂに後続する図である。
【図８Ｄ】図８Ｃに後続する図である。
【図８Ｅ】図８Ｄに後続する図である。
【図８Ｆ】図８Ｅに後続する図である。
【図８Ｇ】図８Ｆに後続する図である。
【図８Ｈ】図８Ｇに後続する図である。
【図８Ｉ】図８Ｈに後続する図である。
【図８Ｊ】図８Ｉに後続する図である。
【図８Ｋ】図８Ｊに後続する図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１ 基板、
１２ 熱伝導層、
１３ 非晶質シリコン層、
１３’ シリコン島、
１３” 薄膜トランジスタ用の活性層、
１４ ＩＬＤ層、
１４ｓ，１４ｄ ビアホール、
１４’ コンタクホール、
１６’ ビアホール、
１６ 絶縁層、
１７ パッシベーション層、
Ｃｓ ストレージキャパシタ、
ｐ−Ｓｉ 多結晶シリコン層、
Ｓ１ 配線層、
Ｔ１ 駆動トランジスタ、
Ｔ１ｃ，Ｔ２ｃ 活性層、
Ｔ１ｄ，Ｔ２ｄ ドレイン、
Ｔ１ｇ，Ｔ２ｇ ゲート、
Ｔ１ｓ ソース、
Ｔ１ｄｅ，Ｔ２ｄｅ ドレイン電極、
Ｔ１ｓｅ，Ｔ２ｓｅ ソース電極、
Ｔ２ スイッチングトランジスタ、
Ｘｓ 走査ライン、
Ｙｓ データライン、
Ｚｄ パワーライン、
Ｃｓ−ａ 下部電極、
Ｃｓ−ｂ 上部電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機発光ダイオードと、
前記有機発光ダイオードを駆動する駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタの動作を制御するスイッチングトランジスタと、を備え、
前記駆動トランジスタの活性層は、電流チャネルに平行な縦方向に成長した結晶構造を有し、
前記スイッチングトランジスタの活性層は、電流チャネルに垂直な横方向に成長した結晶構造を有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記駆動トランジスタおよび前記スイッチングトランジスタの活性層の下部に、アルミニウムセラミック、コバルトセラミック、および鉄セラミックのうちいずれか一つの物質から電気絶縁性の熱伝導層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記アルミニウムセラミックは、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記コバルトセラミックは、ＣｏＯおよびＣｏ３Ｎ４のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記鉄セラミックは、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、およびＦｅ２Ｎのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記スイッチングトランジスタの活性層の横幅および前記駆動トランジスタの活性層の縦長さが４μｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項７】
有機発光ダイオードを駆動する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタを駆動するスイッチングトランジスタと、を備える有機発光素子の製造方法であって、
基板に電気絶縁性の熱伝導層を形成する段階と、
前記熱伝導層上に、前記スイッチングトランジスタの活性層を製造するためのものであって、電流チャネルに平行な縦方向に延長される第１シリコン島を形成する段階と、
前記駆動トランジスタの活性層を製造するためのものであって、電流チャネルに垂直な横方向に延長される第２シリコン島を形成する段階と、
前記第１シリコン島を結晶化して、前記電流チャネルに垂直な横方向に結晶が成長した前記スイッチングトランジスタの活性層を得る段階と、
前記第２シリコン島を結晶化して、前記電流チャネルに平行な縦方向に結晶が成長した前記駆動トランジスタの活性層を得る段階と、
前記スイッチングトランジスタおよび前記駆動トランジスタの活性層を利用して、前記スイッチングトランジスタおよび前記駆動トランジスタを製造する段階と、を含むことを特徴とする有機発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記熱伝導層は、アルミニウムセラミック、コバルトセラミック、および鉄セラミックのうちいずれか一つの物質から形成することを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記アルミニウムセラミックは、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記コバルトセラミックは、ＣｏＯおよびＣｏ３Ｎ４のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記鉄セラミックは、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、およびＦｅ２Ｎのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１および第２シリコン島の結晶化は、エキシマレーザーアニーリングにより行うことを特徴とする請求項７ないし請求項１１のうちいずれか一項に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１および第２シリコン島の結晶化時の前記エキシマレーザーのエネルギー密度は、４００ｍＪ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１２に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記スイッチングトランジスタの活性層の横幅および前記駆動トランジスタの活性層の縦長さが４μｍ以上であることを特徴とする請求項１２に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記スイッチングトランジスタの活性層の横幅および前記駆動トランジスタの活性層の縦長さが４μｍ以上であることを特徴とする請求項７ないし請求項１１のうちいずれか一項に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１】
有機発光ダイオードと、
前記有機発光ダイオードを駆動する駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタの動作を制御するスイッチングトランジスタと、を備え、
前記駆動トランジスタの活性層は、電流チャネルに平行な縦方向に成長した結晶構造を有し、
前記スイッチングトランジスタの活性層は、電流チャネルに垂直な横方向に成長した結晶構造を有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記駆動トランジスタおよび前記スイッチングトランジスタの活性層の下部に、アルミニウムセラミック、コバルトセラミック、および鉄セラミックのうちいずれか一つの物質から電気絶縁性の熱伝導層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記アルミニウムセラミックは、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記コバルトセラミックは、ＣｏＯおよびＣｏ３Ｎ４のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記鉄セラミックは、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、およびＦｅ２Ｎのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記スイッチングトランジスタの活性層の横幅および前記駆動トランジスタの活性層の縦長さが４μｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項７】
有機発光ダイオードを駆動する駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタを駆動するスイッチングトランジスタと、を備える有機発光素子の製造方法であって、
基板に電気絶縁性の熱伝導層を形成する段階と、
前記熱伝導層上に、前記スイッチングトランジスタの活性層を製造するためのものであって、電流チャネルに平行な縦方向に延長される第１シリコン島を形成する段階と、
前記駆動トランジスタの活性層を製造するためのものであって、電流チャネルに垂直な横方向に延長される第２シリコン島を形成する段階と、
前記第１シリコン島を結晶化して、前記電流チャネルに垂直な横方向に結晶が成長した前記スイッチングトランジスタの活性層を得る段階と、
前記第２シリコン島を結晶化して、前記電流チャネルに平行な縦方向に結晶が成長した前記駆動トランジスタの活性層を得る段階と、
前記スイッチングトランジスタおよび前記駆動トランジスタの活性層を利用して、前記スイッチングトランジスタおよび前記駆動トランジスタを製造する段階と、を含むことを特徴とする有機発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記熱伝導層は、アルミニウムセラミック、コバルトセラミック、および鉄セラミックのうちいずれか一つの物質から形成することを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記アルミニウムセラミックは、Ａｌ２Ｏ３およびＡｌＮのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記コバルトセラミックは、ＣｏＯおよびＣｏ３Ｎ４のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記鉄セラミックは、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、およびＦｅ２Ｎのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項８に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１および第２シリコン島の結晶化は、エキシマレーザーアニーリングにより行うことを特徴とする請求項７ないし請求項１１のうちいずれか一項に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１および第２シリコン島の結晶化時の前記エキシマレーザーのエネルギー密度は、４００ｍＪ／ｃｍ２以上であることを特徴とする請求項１２に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記スイッチングトランジスタの活性層の横幅および前記駆動トランジスタの活性層の縦長さが４μｍ以上であることを特徴とする請求項１２に記載の有機発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記スイッチングトランジスタの活性層の横幅および前記駆動トランジスタの活性層の縦長さが４μｍ以上であることを特徴とする請求項７ないし請求項１１のうちいずれか一項に記載の有機発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図６Ａ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図８Ｈ】
【図８Ｉ】
【図８Ｊ】
【図８Ｋ】
【図３】
【図４】
【図６Ｂ】
【図２】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図５Ｅ】
【図５Ｆ】
【図６Ａ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図８Ｅ】
【図８Ｆ】
【図８Ｇ】
【図８Ｈ】
【図８Ｉ】
【図８Ｊ】
【図８Ｋ】
【図３】
【図４】
【図６Ｂ】
【公開番号】特開２００７−２２１１２０（Ｐ２００７−２２１１２０Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３３２１（Ｐ２００７−２３３２１）
【出願日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【Ｆターム（参考）】
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