專利名稱：適用于有機(jī)發(fā)光二極管顯示器的多晶硅薄膜象素電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
平板顯示器現(xiàn)以成為顯示工業(yè)中非常重要的部分，有機(jī)發(fā)光二極管便是其中最有前景的一個(gè)。在2002年，OLED顯示器所占有的市場達(dá)到了11.2億美元。預(yù)測，OLED顯示器的收入將以每年65％的速度增長。到2008年，將達(dá)到23億美元。本項(xiàng)發(fā)明涉及顯示器制造技術(shù)，進(jìn)一步講為有機(jī)發(fā)光二極管顯示器的制備技術(shù)，特別是可形成微諧振腔的有機(jī)發(fā)光二極管顯示器多晶硅薄膜陽極技術(shù)和由該種多晶硅薄膜的象素電極和多晶硅薄膜晶體管所形成的有源選址基板技術(shù)。采用本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)簡化流程，高良品率低成本技術(shù)，制備高性能的平板顯示器。
背景技術(shù)：
有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的新型顯示技術(shù)。其性能上具有很多優(yōu)勢(shì)，如自發(fā)光、快速相應(yīng)、驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗低、顏色鮮艷、視角寬等。被人們確認(rèn)為繼第一代CRT，第二代LCD之后的第三代顯示器的主流技術(shù)。通常OLED的結(jié)構(gòu)主要包括透明導(dǎo)電電極(ITO)為陽極、有機(jī)空穴傳遞層、發(fā)光層、電子傳導(dǎo)層、金屬薄膜陰極等。專利US Patent5,550,066；US Patent6,262,441；US Patent6,501,217；Patent6,597,110等進(jìn)行了相應(yīng)技術(shù)的研究工作。為改善OLED的色純度，提高發(fā)光效率，人們提出了OLED微諧振腔技術(shù)?，F(xiàn)在制備OLED諧振腔，通常采用低吸收的半透半反金屬薄膜做陽極，高反射率的金屬薄膜做陰極，使部分光在微腔中來回反射，形成諧振。是否有新的材料可以滿足諧振腔陽極的要求那？研究中我們發(fā)現(xiàn)，采用金屬誘導(dǎo)晶化(MIC)或橫向晶化(MILC)的多晶硅薄膜，對(duì)可見光的吸收率較低，調(diào)整薄膜厚度可以調(diào)控透射率和反射率，P型的MIC/MILC多晶硅具有較好的電導(dǎo)特性和作為陽極較理想的功函數(shù)。這些特性使得該種P型摻雜的多晶硅具備了制備微諧振腔陽極的條件。采用該種多晶硅電極，進(jìn)行了紅、綠、藍(lán)OLED器件的制備，獲得了很好的結(jié)果。證明了采用多晶硅電極的微諧振腔結(jié)構(gòu)的OLED，可實(shí)現(xiàn)高發(fā)光效率全彩色顯示。
另一方面，要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的圖像顯示，在OLED顯示器中，最佳的方法是采用薄膜晶體管(TFT)有源矩陣驅(qū)動(dòng)。在研究中我們發(fā)現(xiàn)，多晶硅TFT的有源層的優(yōu)化厚度40-50納米，與OLED多晶硅象素電極的優(yōu)化厚度相同。這樣，我們制備OLED象素電極和TFT有源島可在同一制備過程中完成。因此，可省去傳統(tǒng)流程中的氧化銦錫薄膜的沉積過程，電極光刻和接觸孔的光刻過程，使得OLED TFT有源選址基板的制備過程大大的簡化，這樣既可以節(jié)約制造時(shí)間，提高良品率，又能有效地降低制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的內(nèi)容是研制一種新型的，性能更優(yōu)良的，生產(chǎn)成本更低廉的，用于OLED顯示器的多晶硅象素電極和多晶硅TFT尋址基板技術(shù)。
本發(fā)明主要是關(guān)于1)如何以MIC/MILC多晶硅為原材料制備OLED像素陽極2)如何將此像素陽極與薄膜晶體管相集成。
本發(fā)明所述的用于OLED顯示器的多晶硅象素電極的制備方法經(jīng)過下述步驟1)選擇玻璃作為襯底。在上面沉積一層阻擋層，阻擋層以上是一層非晶硅層。其上再附著一層保護(hù)層，保護(hù)層上開有誘導(dǎo)孔。
2)在上述樣品表面覆蓋一層微量的誘導(dǎo)金屬或含有誘導(dǎo)金屬的物質(zhì)。
3)將附著微量誘導(dǎo)金屬的樣品，進(jìn)行退火，完成晶化過程。在這個(gè)過程中，誘導(dǎo)孔區(qū)域?yàn)榻饘僬T導(dǎo)晶化區(qū)(MIC)，保護(hù)層覆蓋處的非晶硅沿平行于表面的方向晶化，即橫向晶化(MILC)。
4)晶化之后，將多晶硅上方的保護(hù)層去除。然后對(duì)薄膜多晶硅進(jìn)行離子注入，活化后即形成多晶硅象素電極。
5)將未摻雜的多晶硅薄膜材料，加工成多晶硅TFT的有源島圖形和OLED陽極象素電極圖形。
6)沉積柵絕緣層，形成柵電極圖形。離子注入并活化，使多晶硅TFT的源漏區(qū)域和象素電極具有較好的導(dǎo)電性。
7)沉積電極絕緣層，開誘導(dǎo)孔，形成金屬引出電極。
8)形成有機(jī)絕緣層，開OLED陽極窗口。
所述的玻璃襯底，為但不限于康寧1737F，鷹2000等。厚度0.3-3.0毫米。
所述的阻擋層，為但不限于氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，采用PECVD、LPCVD、濺射等方法沉積。厚度為30-900納米。
所述的非晶硅采用但不限于PECVD、LPCVD、濺射等方法形成，厚度為10-300納米。
所述的保護(hù)層為低溫氧化硅(LTO)層，采用但不限于PECVD、LPCVD、濺射等方法形成，厚度為30-3000納米。
所述的誘導(dǎo)口圖形采用但不限于光刻的方法結(jié)合濕法腐蝕方法形成。
所述的微量金屬為但不限于金屬鎳，含量為所催化非晶硅中硅量的0.1％-0.01％。采用但不限于濺射、蒸發(fā)、離子注入、溶液浸泡或旋涂等方法形成。
所述的退火過程是在氮?dú)庀峦瓿傻?，溫度?20-620℃，時(shí)間1-4小時(shí)。
所述的去掉多晶硅薄膜上的保護(hù)層，是指但不限于用LTO的腐蝕液(稀釋氫氟酸、BOE)腐蝕掉該保護(hù)層。
所述的注入離子為但不限于硼離子，注入劑量4-8×1015/平方厘米，活化溫度為420-620℃。
所述的多晶硅TFT有源島和OLED陽極象素電極是連在一起的。
所述的柵絕緣層為但不限于LTO，采用PECVD、LPCVD或?yàn)R射方法沉積。厚度20-500納米。
所述的柵電極為但不限于多晶硅、金屬。厚度100-3000納米，采用光刻方法形成電極圖形。
此處所述的注入離子為但不限于硼離子，注入劑量4-8×1015/平方厘米，活化溫度為420-620℃。
所述的電極絕緣層為但不限于LTO、氮化硅。采用PECVD、LPCVD或?yàn)R射方法形成，厚度100-3000納米。
所述的接觸孔為金屬引出電極與多晶硅源漏以及柵電極之間的接觸孔，通過光刻方法形成。
所述的金屬電極為不限于鋁硅合金，采用濺射或蒸發(fā)方法沉積，厚度為100-3000納米。
所述的金屬引出電極是通過光刻的方法形成的。
所述的有機(jī)絕緣層可通過但不限于旋涂、印刷等方法形成與樣品表面。多晶硅陽極窗口上的各種絕緣層，通過刻蝕、腐蝕的方法去除。


圖1從非晶硅開始制備多晶硅薄膜過程的截面示意2從非晶硅開始制備多晶硅薄膜過程的俯視3在樣品表面沉積鎳的截面示意4MIC/MILC多晶硅的平面示意5在MIC/MILC多晶硅膜上摻雜的截面示意6用MIC/MILC多晶硅作為薄膜電極的OLED單元的截面示意7用MIC/MILC多晶硅薄膜制作像素電極的AMOLED的截面示意圖(在沉積有機(jī)功能層和陰極之前)圖8以MIC/MILC多晶硅為薄膜晶體管和電極的像素的平面示意圖(在沉積有機(jī)功能層和陰極之前)圖9以MIC/MILC多晶硅和以ITO為陽極的紅、綠、藍(lán)OLED光譜特性的比較。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明參照附圖詳述如下如圖1所示，制備多晶硅器件的襯底材料101是但不限為康寧1737F、鷹2000等制備平板顯示器的常用玻璃。為阻擋玻璃襯底中的雜質(zhì)在制備的熱過程中向有源層中擴(kuò)散，在玻璃襯底上沉積50-3000納米的阻擋層102，該阻擋層為但不限于低溫氧化硅(LTO)，氮化硅或氮氧化硅低溫氧化硅，采用但不限于PECVD、LTCVD或?yàn)R射等方法。在阻擋層102上，采用PECVD、LPCVD或?yàn)R射的方法制備多晶硅材料的前驅(qū)物非晶硅薄膜103，其厚度為10-300納米。其上采用PEVCD、LPCVD或?yàn)R射的方法沉積一層保護(hù)層104，其厚度為30-300納米。保護(hù)層上的誘導(dǎo)口采用光刻的方法形成。
圖2所示的是圖1所示樣品的俯視圖。誘導(dǎo)口可根據(jù)結(jié)晶需要形成各種形狀的圖形，如規(guī)則排列的方孔、圓孔或長條孔等。
圖3所示的是，在保護(hù)層104的上面，采用但不限于濺射、蒸發(fā)、離子注入、溶液的浸泡或旋涂等方法，沉積微量鎳105。其含量為所催化非晶硅中硅的0.1％-0.01％。一層能夠誘導(dǎo)非晶硅晶化的誘導(dǎo)源。
圖4所示的是，將以上樣品放入退火爐中在420-620℃的環(huán)境下加熱數(shù)小時(shí)后樣品的俯視圖。誘導(dǎo)口下方非晶硅變成MIC多晶硅106，而在保護(hù)層覆蓋的地方非晶硅沿平行于表面的方向MILC多晶硅107。
圖5所示的是，首先去除附著在多晶硅表面的保護(hù)層104，然后在MIC和MILC多晶硅中，注入或離子淋入P型雜質(zhì)硼108，摻雜劑量4-8×1015/平方厘米，從而降低了多晶硅的電阻。被注入的雜質(zhì)要在420-620℃的環(huán)境下活化，或者采用激光誘導(dǎo)加熱技術(shù)使之活化，形成摻雜多晶硅電極薄膜109。
圖6所示的是有源矩陣的有機(jī)發(fā)光顯示(AMOLED)單元的截面圖，它包括底部多晶硅電極109。110有機(jī)功能層一般包括以下幾個(gè)層，從下向上依次是孔注射層(HIL)/孔運(yùn)輸層(HTL)/發(fā)射層(EML)/電子傳輸層(ETL)。111反射電極一般是單層金屬(例如鋁)或者雙分子層(例如LiF/Al)或者三分子層(LiF/Al/Ag)結(jié)構(gòu)。
圖7所示的是AMOLED的一個(gè)像素的截面圖(尚未沉積110有機(jī)功能層和111反射陰極)，使用的多晶硅TFT 113和多晶硅像素電極109。多晶硅TFT有源層113b和像素電極是同一層多晶硅，因此不需要濺射ITO膜，不需要像素的掩模圖和電極的接觸孔掩模，有源層和像素電極層聯(lián)系非常緊密。114低溫氮化硅或LTO層。113a為TFT的金屬電極。
圖8所示的是AMOLED的一個(gè)像素的平面圖(尚未沉積110有機(jī)功能層和111反射陰極)，115掃描線和保持電容。TFT的漏極延伸形成像素電極，因此可以得到大的占空比。
圖9所示的是以MIC/MILC多晶硅和以IT0為陽極的紅、綠、藍(lán)OLED光譜特性的比較。以多晶硅為陽極的OLED的光譜寬度比以ITO為陽極的OLED的光譜相比，寬度變窄。
具體實(shí)施制備方法是1)1.1毫米的康寧1737F玻璃101上，采用PECVD的方法，沉積200納米氮化硅100納米LTO做為阻擋層102。之后，在550℃下，LPCVD沉積50納米的非晶硅層103。在非晶硅層上面LPCVD沉積150納米的LTO層做阻擋層104，并通過光刻的方法，形成誘導(dǎo)口。
2)在上述樣品上，采用鎳硅混合靶，氬氧混合氣體濺射微量鎳105附著在樣品表面，鎳含量為非晶硅中硅的～0.05％。
3)將上面的樣品放在590℃的環(huán)境中進(jìn)行3小時(shí)退火處理。形成MIC106/MILC107多晶硅薄膜。
4)晶化之后，保護(hù)層完成其使命，將其去除。然后在晶化區(qū)域注入4×1015/平方厘米的硼108作為摻雜劑。之后，在550℃退火1小時(shí)。該過程就可以完成多晶硅電極材料109的制備。
5)在有源尋址矩陣中，選擇未注入的本征MIC/MILC多晶硅薄膜，光刻出多晶硅TFT的有源島113b和多晶硅象素電極圖形。LPCVD方法沉積100納米的LTO柵絕緣層，之后沉積280納米的多晶硅電極層，并光刻成柵電極。采用離子注入的方法，40KeV的能量，4×1015/平方厘米的劑量注入硼，在550℃活化1小時(shí)，形成具有良好性能的MIC/MILC-TFT 113和具有良好光學(xué)特性和電學(xué)特性的P型MIC/MILC多晶硅薄膜象素電極109。
6)LPCVD的方法，沉積500納米的LTO作為電極絕緣層。光刻加工出接觸孔，濺射500納米的鋁硅合金，光刻加工成金屬引出電極113a。之后在含氫氮?dú)庵?20℃退火，完成合金化過程。
7)之后采用干法刻蝕和濕法腐蝕結(jié)合的方法，去掉多晶硅電極上的LTO絕緣層，打開多晶硅象素電極窗口。到此，多晶硅TFT和多晶硅象素電極的有源尋址基板制備完成。
權(quán)利要求
1.OLED顯示器的基板，其中包括由多晶硅象素電極(OLED的陽極)和與其相連多晶硅選址TFT的所形成象素的矩陣。
2.權(quán)利要求1中所述的多晶硅象素電極可見光范圍平均吸收率為5-20％，方塊電阻為0.2-1KΩ/方塊，厚度20-100納米。
3.權(quán)利要求1中所述的多晶硅半導(dǎo)體薄膜可選擇但不限于金屬誘導(dǎo)晶化多晶硅、金屬誘導(dǎo)橫向晶化多晶硅、有覆蓋層的金屬誘導(dǎo)晶化多晶硅以及激光晶化多晶硅等。
4.權(quán)利要求4中所述的多晶硅薄膜，為降低其電阻率，進(jìn)行離子注入或離子淋，植入的雜質(zhì)為但不限于硼。摻雜劑量為2×1015-8×1015/平方厘米。
5.權(quán)利要求5中所述的摻雜多晶硅薄膜，采用但不限于激光、閃燈快速活化和爐管的加熱活化，活化溫度450-620℃。
6.權(quán)利要求1中所述的多晶硅TFT，所采用的有源層多晶硅材料，與象素電極的多晶硅材料為同種材料。驅(qū)動(dòng)管的源漏電極之一與象素電極相連，另一極與金屬電極相連。
7.權(quán)利要求6中所述的TFT的有源層與象素電極為同一光刻過程形成，象素與驅(qū)動(dòng)TFT的有源島直接相連接。
8.權(quán)利要求7中所述的TFT的柵絕緣層和電極絕緣層，同時(shí)覆蓋在多晶硅象素電極上。
9.權(quán)利要求8中所述的TFT的柵絕緣層為但不限于LTO、低溫氮化硅或氮氧化硅，厚度為50-3000納米。
10.權(quán)利要求1中所述的象素矩陣上面，采用但不限于印刷有機(jī)絕緣層，其作用之一是使金屬電極與其上面的功能層絕緣，另一方面作為象素窗口掩埋。
11.權(quán)利要求1中所述的在象素窗口掩埋的保護(hù)下，去掉多晶硅象素上的LTO絕緣層，形成與有機(jī)層相連接的多晶硅電極表面。
12.權(quán)利要求11中所述的象素矩陣，以多晶硅象素電極為陽極，形成OLED器件，蒸度高反射率金屬為陰極，形成OLED諧振結(jié)構(gòu)。
13.權(quán)利要求11中所述的象素矩陣，在設(shè)定位置分別形成紅色OLED、綠色OLED和藍(lán)色OLED子象素，使權(quán)利要求1中所述的OLED顯示器具有全彩色顯示功能。
14.在多晶硅電極(陽極)和金屬陰極之間施加電壓，控制OLED發(fā)光強(qiáng)度。
全文摘要
本項(xiàng)發(fā)明包括兩個(gè)方面，其一，由于MIC/MILC多晶硅薄膜具有較高電導(dǎo)和在可見光區(qū)間低吸收的特點(diǎn)，可將該種多晶硅材料作為有機(jī)發(fā)光二極管顯示器的電極材料，所形成的OLED具有微諧振腔效果。其二，將該種電極材料與金屬誘導(dǎo)晶化的多晶硅薄膜晶體管相集成，顯示電極與薄膜晶體管的有源層為同一層材料。使用該技術(shù)取代通常的氧化銦錫電極可使得基板得制備過程簡單，可省去氧化銦錫薄膜得沉積過程，電極光刻和接觸孔的光刻過程。這樣可以有效的降低制造成本。
文檔編號(hào)H01L27/32GK1964063SQ20061013987
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者郭海成, 王文, 孟志國, 孫家鑫, 朱秀玲 申請(qǐng)人:香港科技大學(xué)