显示设备的制造方法 【技术领域】
本发明涉及具有在每个象素中形成的有源元件(通常为晶体管)的显示设备的制造方法，更具体地，涉及有源矩阵显示设备的制造方法，其中由电致发光材料形成的发光元件与有源元件结合使用以形成象素。
背景技术
近年来，液晶显示设备和具有晶体管的电致发光显示设备，特别是集成在衬底上的薄膜晶体管或MOS(金属氧化物半导体)晶体管的发展一直在进行着。这些显示设备每个的特征在于采用薄膜形成技术在玻璃衬底上形成晶体管，和所获得的晶体管在以矩阵排列的象素中排列以作为用来显示图像的显示设备。
上述象素结构称为有源矩阵系统，因为在该结构中使用了类似晶体管的有源元件。图2示出了有源矩阵系统的电致发光显示设备的一种典型结构。在图2中，参考数字201表示衬底。薄膜晶体管202提供在衬底上，并与用作发光元件阳极的第一电极203相连。另外，在第一电极203上提供在对应于电极的位置处具有开口部分的绝缘膜204。提供发光体205和用作发光元件阴极的第二电极206以覆盖上述部件。在电致发光显示设备中，发光体205被制成通过电流注入发光，由此执行图像显示。
第一电极203和第二电极206通过分别表示为阳极和阴极从而彼此区别。采用具有对发光体205的高空穴注入特性地材料作为电极材料用于形成阳极，而采用具有高电子注入特性的材料作为电极材料用于形成阴极。例如，认为具有3eV或更小功函数的材料优选用作形成阴极的电极材料。通常使用AlLi合金，AgMg合金等。
此时，在第一电极203和绝缘膜204的形成中可采用一般工艺。然而，在使用有机化合物作为发光体205的情况中，使用蒸发法、涂敷法、喷涂(ink jet)法或印刷法作为薄膜淀积方法。进一步，采用蒸发法用于形成第二电极206，因为发光体205的热阻在100℃之下或更低。
本发明人发现，在研发过程中制造的具有图2结构的电致发光显示设备中识别出阈值电压和亚阈值特性中的异常。作为该异常原因的判断结果，已经发现，在采用电子束蒸发法时，在作为阴极的金属膜形成之前和之后发现了阈值电压(Vth)值之间的显著偏移。图3A和3B中的结果示出了在成为阴极的金属膜形成之前和之后，薄膜晶体管的漏电压-栅电压特性(此后称为ID-VG特性)。如图3A和3B所示，很明显，在阴极形成之后的阈值电压和阴极形成之前的阈值电压相比较，阈值电压移向负的一侧大约4V。而且，已经证实，表示开关特性斜率的亚阈值系数(S值)增加(变劣)。认为，其原因是在阴极形成中薄膜晶体管受到了某种损伤，从而导致阈值电压和S值明显改变。
【发明内容】
本发明已经考虑到上述问题，因此其目的是提供一种在衬底上形成所需薄膜的技术，在衬底上形成薄膜晶体管，而不引起晶体管的特性异常。
所考虑的作为薄膜晶体管特性异常的原因是由于辐射线引起的损伤所带来的影响，即，特性变劣是由于栅绝缘膜中的电荷或电平的产生。由于辐射线损伤引起的晶体管失效是公知的现象，通常分为三类：氧化膜中正电荷的产生；Si-SiO2界面的界面电平的产生；氧化膜中中性电子陷阱的产生，其由辐射线(伽马射线，中子，X-射线等)的辐射引起。由于辐射线损伤引起的晶体管失效的具体描述例如，’edit.Kenji Taniguchi et al.，“silicon thermal oxidation film andinterface thereof(硅热氧化膜及其界面)”，Realize KK.，pp.167-182(1991年7月31日)’。
而且，在电子束蒸发法中，认为由于电子束的辐射，从熔化金属中产生辐射线(典型的特征X射线)。本发明人得出结论，在薄膜晶体管中的栅绝缘膜等中，正电荷的产生和界面电平的形成是由于电子束蒸发产生的辐射线引起的，其导致阈值电压向负的一侧偏移，即产生特性异常。
根据本发明的第一种结构，该结构基于这些发现结果而制造，提供了一种制造显示设备的方法，该设备特征在于，采用电子束蒸发法在电连接薄膜晶体管的电极上形成薄膜的过程中，对电子的加速电压进行控制，以至当用于形成薄膜的蒸发材料受到电子束照射时，辐射线基本上不从蒸发材料中辐射出来。术语“辐射线基本上不辐射出来”指的是控制电子的加速电压，使得薄膜晶体管不会因从蒸发材料中辐射出的辐射线而损坏。
此外，制造显示设备的方法的特征在于，在第一电极上形成包含有机化合物的发光体中，该第一电极电连接衬底上的薄膜晶体管且电极表面是暴露的，以及用电子束蒸发法在发光体上形成第二电极的过程中，进行对电子的加速电压控制，以至当用于形成第二电极的蒸发材料受到电子束照射时，辐射线基本上不从蒸发材料中辐射出来。术语“辐射线基本上不辐射出来”指的是控制电子的加速电压，使得薄膜晶体管不会因从蒸发材料中辐射出的辐射线而损坏。
在电子束蒸发中，控制电子的加速电压，使得辐射线基本上不从蒸发材料中辐射出来。因此，可以抑制薄膜晶体管的辐射线损害，由此能够减少特性退化。
根据本发明的第二种结构，该结构基于这些发现结果而制造，提供了一种制造显示设备的方法，其中采用电子束蒸发法在衬底上形成薄膜晶体管，并在电极上形成薄膜的过程中，该电极电连接薄膜晶体管并且其表面是暴露的，进行控制使得当用于形成薄膜的蒸发材料受到电子束照射时，薄膜晶体管暴露于从蒸发材料中辐射出的辐射线的时间缩短，使得薄膜厚度为0.1微米或更小，因此避免薄膜晶体管损伤。
采用电子束蒸发法在连接薄膜晶体管的电极上形成薄膜时，膜厚度设定为0.1微米或更薄。即，薄膜晶体管暴露在辐射线的时间被缩短。因此，抑制了辐射线对薄膜晶体管的损伤，由此能够减少特性破坏。
【附图说明】
在附图中：
图1A和图1B分别为显示设备的象素结构的顶视图和剖面图；
图2为显示设备的象素结构的剖面图；
图3A和3B根据在电子束蒸发之前和之后的特性变化，每个示出了薄膜晶体管的ID-VG特性曲线；
图4示出了经过辐射线辐射的薄膜晶体管的S值与蒸发时间依赖关系曲线图；
图5为用于获得实施例2的图4中的数据的实验系统的说明图；及
图6A到6H为电子设备的实例图。
【具体实施方式】
下文，将参考附图详细描述本发明的实施例。顺便地，本发明可以以各种实施例来实现，本领域的技术人员可以容易理解，本发明的形式和细节可以进行多种改变而不背离本发明的宗旨和范围。因此，本发明并不是仅建立在在本发明的实施例中描述的内容的限制范围内。
实施例1
参考图1A和图1B将描述本发明的实施例。在图1A所示的象素结构中，参考数字101表示数据信号线；102表示栅信号线；103表示电源线；104表示用于开关的薄膜晶体管(称为开关TFT；此后应用相同的称法)；105表示用于保持电荷的电容；106表示用于驱动为发光元件提供电流的晶体管(称为驱动TFT；此后应用相同的称法)；107表示电连接驱动TFT的漏极的第一电极。第一电极107用作发光元件的阳极。这里，发光元件指其中在一对电极(阳极和阴极)之间提供发光体的元件。例如，在本实施例中提供电致发光元件作为发光元件。
图1B为对应于沿A-A’的剖面图。在图1B中，参考数字110表示衬底，该衬底可以由玻璃衬底，石英衬底，塑料衬底或其他透明衬底组成。通过已知的半导体工艺在衬底110上形成驱动TFT106。进一步，提供制作为网格形状图案的隔离层108，用以覆盖第一电极107的端部，形成该电极以连接驱动TFT106，以及至少驱动TFT和开关TFT。
将多晶硅和非晶硅应用于半导体层，形成开关TFT104或驱动TFT106的沟道部分，这里对栅结构等没有特殊限制。可以应用单漏极，低浓度漏区等已知技术。图中所示的薄膜晶体管的结构为顶栅结构(特别是平面结构)。此外，可以采用底栅结构(特别是反转交错结构)作为另一种形式。此情况下，不同点只在于半导体层的排列和栅电极等被颠倒。理所当然，除了薄膜晶体管，也可以采用具有MOS结构的晶体管，该晶体管使用硅井由单晶硅片形成。
发光体111，作为阴极的第二电极112，以及钝化膜113提供在第一电极107和隔离层108之上。第一电极107，发光体111和第二电极112相互叠置的部分基本对应于发光元件。
可以使用已知结构用于发光体111的结构。排列在第一电极107和第二电极112之间的发光体包括发光层、空穴注入层、电子注入层、空穴传输层、电子传输层等，并可以采用上述叠置层的形式，或是采用形成上述层的材料的全部或部分相互混合的形式。特别的，发光体包括发光层、空穴注入层、电子注入层空穴传输层、电子传输层等。EL元件基本上具有按阳极/发光层/阴极的顺序构成的叠层结构，此外，也可以具有例如按阳极/空穴注入层/发光层/阴极，或是阳极/空穴注入层/发光层/电子传输层/阴极的顺序构成的叠层结构。
发光体111通常由有机化合物形成，但是由电荷注入传输物质形成，其包括有机化合物或无机化合物以及发光材料。发光体111包括一层选自低分子量有机化合物，中间分子量有机化合物和高分子量有机化合物构成组中的一种或多种，这些有机化合物与分子数有关，而且该层可以结合具有电子注入传输特性或空穴注入传输特性的无机化合物。注意，中间分子表示不具有升华特性的有机化合物及其分子数为20或更小，或是分子链长度为10微米或更小。
对于作为发光体111主体的发光材料，可以采用如三-8-羟基喹啉铝络合物和二(苯并羟基喹啉)铍络合物，苯基蒽衍生物，四芳基二元胺衍生物，联苯乙烯苯衍生物等金属络合物作为低分子量有机化合物。采用上述物质用作宿主物质，可采用香豆素衍生物，DCM，喹吖啶酮，红荧烯等。进一步，可以采用其他已知材料。作为聚合物有机化合物， 聚对位亚苯基亚乙烯基，聚对亚苯基，聚噻吩基，聚芴化合物。例如可以提供，聚(p-苯撑亚乙烯基)：PPV，聚(2，5-二烷氧基-1，4-苯撑亚乙烯基)：RO-PPV，聚[2-(2’-乙基己氧基)-5-甲氧基-1，4-苯撑亚乙烯基]：MEH-PPV，聚[2-(二烷氧基苯)-1，4-苯撑亚乙烯基]：ROPh-PPV，聚[p-苯撑]：PPP，聚(2，5-二烷氧基)-1，4-苯撑)：RO-PPP，聚((2，5-二己氧基-1，4-苯撑)，聚噻吩：PT，聚(3-烷基噻吩)：PAT，聚(3-己基噻吩)：PHT，聚(3-环己基噻吩)：PCHT，聚(3-环己基-4-甲基噻吩)：PCHMT，聚(3，4-双环己基噻吩)：PDCHT，聚[3-(4-辛基苯)-噻吩)：POPT，聚[3-(4-辛基苯)-2，2-并噻吩]：PTOPT，聚芴：PF，聚(9，9-二烷基芴)：PDAF，聚(9，9-二辛基芴)：PDOF等。
可以采用无机化合物材料作为电荷注入传输层，包括类金刚石的碳(DLC)，Si，Ge，以及上述物质的氧化物或氮化物，还可以适当掺杂P，B，N等。而且，无机化合物材料可以包括碱金属或碱土金属的氧化物，氮化物和氟化物，以及上述金属的化合物或合金，及至少Zn，Sn，V，Ru，Sm或In。
上述给出的材料都是示例。各个功能层例如空穴注入传输层，空穴传输层，电子注入传输层，电子传输层，发光层，电子阻挡层和空穴阻挡层被适当地叠置，因此能够形成发光体111。而且，混合层或混合结可以通过合并各个层来形成。电致发光包括发出的光从单重激发态(荧光)返回基态和从三重激发态(磷光)返回基态。根据本发明的电致发光元件可以采用这两种发光中的任意一种或所有两种。
作为钝化膜113，可以采用氮化硅膜，氮化铝膜，类金刚石的碳膜和其他具有对湿气和氧气的高阻挡性质的绝缘膜。
由金属组分和包含碱金属和碱土金属中任一种或所有两种的组分组成的多组分合金或化合物用于第二电极112。Al，Au，Fe，V和Pd是这些金属组分的示例。碱金属或碱土金属的具体示例包括Li(锂)、Na(钠)、K(钾)、Rb(铷)、Cs(铯)、Mg(镁)、Ca(钙)、Sr(锶)和Ba(钡)。此外，可以使用Yb(镱)、Lu(镥)、Nd(钕)、Tm(铥)等。定义第二电极的组成对应于其中在金属组分中包含0.01到10％的金属功函数为3eV或更小的碱金属或碱土金属含量的合金或化合物。为了使第二电极用作阴极，第二电极的厚度可以适当设定。但是，第二电极可以通过电子束蒸发法形成，其厚度范围在大约0.01到1微米之内。
这里，在用电子束蒸发法形成第二电极112中，控制加速电压，使得包含金属成分的蒸发材料受到电子照射时，辐射线基本上不从材料中辐射出来。尽管依赖于材料的种类，辐射线不从蒸发材料中辐射出来的加速电压一般设为2kV或更小就已足够。
当然，由于膜淀积速度随加速电压的下降而降低，从而引起了生产率下降的问题。在使第二电极112用作阴极的目的之下，第二电极112的厚度为大约0.01到1微米之间已经足够。因此，低阻金属材料如Al可以通过电阻加热蒸发法或溅射法叠置在第二电极之上用于降低电阻。
如上所述，根据本实施例中的制造方法，在使用电子束蒸发法形成金属膜时，可以进行膜淀积而不受辐射线的影响。因此，可以抑制缺陷发生，例如由辐射线辐射引起的阈值电压异常和晶体管S值异常。
实施例2
可以看出，考虑薄膜晶体管由于辐射线的特性改变，存在一种趋势，即改变量的增加和晶体管暴露在辐射线中的时间成比例。图4作为一个示例，是电子束蒸发时间和薄膜晶体管S值(亚阈值系数)的改变量的曲线图。通过在伪方式下检验辐射线的照射时间和薄膜晶体管特性变化之间的关系获得数据。该数据显示了S值晶体管在阈值电压或更小(亚阈值特性)时的特性，该数据定义为漏极电流变化一位数所需要的栅电压值。S值的增加，即，亚阈值特性斜率的减小表示晶体管开关特性变劣。
如图5所示，实验系统具有一种结构，其中：在电子束蒸发设备中，铝箔503插入蒸发源502和衬底501之间，在衬底上形成薄膜晶体管；蒸发材料不直接飘浮并附着于衬底上。在这种情况下，正如在一般的蒸发中，电子束505从电子枪504中朝向蒸发源502发射。
图4示出了在固定的加速电压下用电子辐照蒸发材料的结果。这里示出了p沟道薄膜晶体管和n沟道薄膜晶体管两者的S值随着辐射时间(蒸发时间)的增加而增加的趋势。即，示出了开关特性的下降。
在图1A和1B所示的结构中，足以说明：通过电子束蒸发法形成的发光元件中的第二电极112用作阴极或阳极；薄层电阻为几百Ω/□或更小。在使用Al等用作金属材料的情况中，厚度设置为0.1微米或更小，优选为0.01到0.05微米即可。即，在本发明的第二种结构中，电子束蒸发的时间随着第二电极厚度的减少而缩短，因此可以抑制薄膜晶体管的受损。换句话说，可以进行控制，使得薄膜晶体管暴露在从蒸发材料中辐射出的辐射线下的时间缩短，由此避免薄膜晶体管受损。
当然，对于达到减少电阻的目的，可以通过对辐射线没有影响的膜淀积法，例如电阻加热蒸发法或溅射法，在第二电极上形成辅助电极，其厚度减少为0.1微米或更小。
如上所述，根据本实施例的制造方法，在用电子束蒸发法形成金属膜中，可以进行膜淀积而不受辐射线的影响。结果，可以抑制缺陷的发生，例如由辐射线照射引起的阈值电压异常和晶体管S值异常。
实施例3
如实施例1和2所示的显示设备每个举例说明了电致发光显示设备。然而，本发明可以应用于在衬底上形成晶体管并通过电子束蒸发法形成预定薄膜的所有制造工艺。例如，本发明可以应用于制造液晶显示设备，场发射显示设备和其他利用电子束蒸发法的显示设备的工艺。
实施例4
在显示部分中采用本发明的显示设备的电子设备的示例包括摄像机，数字照相机，目镜型显示器(头戴显示器)，导航系统，音频系统(汽车音响，音响部件等)，笔记本型个人计算机，游戏机，便携式信息终端(移动计算机，移动电话，移动型游戏机，电子书籍等)和装配有记录介质的图像再现设备(具体地，装配有能够再现记录介质，例如数字化视频光盘(DVD)并显示图像的显示器的设备)。电子设备的具体示例如图6A到6H所示。
图6A示出了电视机，其包括框架2001，支架2002，显示部分2003，扬声器部分2004，视频输入终端2005等。本发明可以应用于显示部分2003。注意也包括所有用于显示信息的电视机，例如个人计算机监视器，用于接收TV广播的显示设备，以及用于广告的显示设备。
图6B示出了数字照相机，其包括主体2101，显示部分2102，图像接收部分2103，操作键2104，外部连接端2105，快门2106等。本发明可以应用于显示部分2102。
图6C示出了笔记本型个人计算机，其包括主体2201，框架2202，显示部分2203，键盘2204，外部连接端2205，指向鼠标2206等。本发明可以应用于显示部分2203。
图6D示出了移动计算机，其包括主体2301，显示部分2302，开关2303，操作键2304，红外端口2305等。本发明可以应用于显示部分2302。
图6E示出了提供有记录介质的便携式图像再现设备(具体的，DVD再现设备)，其包括主体2401，框架2402，显示部分A2403，显示部分B2404，记录介质(例如DVD)读入部分2405，操作键2406，扬声器部分2407等。本发明可以应用于显示部分A2403和显示部分B2404，其中显示部分A2403主要显示图像信息，显示部分B2404主要显示字符信息。注意提供有记录介质的图像再现设备包括家用游戏机等。
图6F示出了目镜型显示器(头戴显示器)，其包括主体2501，显示部分2502，臂部分2503等。本发明可以应用于显示部分2502。
图6G示出了摄像机，其包括主体2601，显示部分2602，框架2603，外部连接端2604，遥控接收部分2605，图像接收部分2606，电池2607，音频输入部分2608，操作键2609等。本发明可以应用于显示部分2602。
图6H示出了移动电话，其包括主体2701，框架2702，显示部分2703，音频输入部分2704，音频输出部分2705，操作键2706，外部连接端2707，天线2708等。本发明可以应用于显示部分2703。注意，通过在黑色背景上显示白色字符，可以抑制移动电话的功率损耗。
通过应用本发明所获得的显示设备可以用于各种电子设备的显示部分中。注意具有实施例1至3中任一结构的显示设备可以用于本实施例的电子设备。
根据本发明，特别是在用电子束蒸发法形成金属膜中，消除了用例如伽马射线，中子或X射线的辐射线照射产生的形成在衬底上的晶体管的缺陷，可以避免由辐射线的照射引起的伴随着氧化膜中正电荷的产生、Si-SiO2界面的界面电平的产生和氧化膜中的中子-电子陷阱的产生而一起产生的失效。结果，可以通过避免发生阈值电压异常及S-值异常而获得具有高可靠性的显示设备。