CN1400850A - 发光器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
传输水汽并容易吸收湿气是适合于层间绝缘膜的有机材料的特性,材料具有一个缺点即无论它是低分子还是高分子非常容易受到氧和湿气影响而退化。此外,采用碱金属或碱土金属用于发光元件的正电极或负电极,这些容易受到氧的氧化。因此湿气是造成发光元件的退化和造成黑点等缺陷的原因。提供一种发光器件,包括层间绝缘膜、发光元件和无机绝缘膜或碳膜,该层间绝缘膜包括高分子化合物并在绝缘表面上形成的TFT上形成,在层间绝缘膜上设置该发光元件,其中在一对电极之间形成包括有机化合物的发光层,该无机绝缘膜包含硅和氮作为它的主要成分,碳膜有SP3键合并包含氢并在该层间绝缘膜和该发光元件之间形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有在绝缘表面的衬底上包括膜晶体管(下面称为TFT)的电路和由发光层在一对电极之间形成的发光元件的发光器件。
背景技术
自从在透明衬底上形成TFT以来,因为由TFT可以获得高的迁移率,所以已经进行了不断改进的在有源矩阵型图像显示器上的应用和开发,该TFT利用结晶半导体膜(典型地,结晶硅膜),通过在相同的衬底上集成功能性电路就可以实现高清晰度的图像显示器。近年来,已经注意到一种技术,其中利用在具有绝缘表面的衬底上形成的半导体膜(具有厚度为大约几至几百nm)制造TFT。TFT已经广泛应用在电子器件例如IC和光电器件,具体地,已经加快了作为图像显示器单元的开关元件的开发。
希望利用这种图像显示器单元进行各种应用,具体地,已经注意到在便携设备上的应用。在其它设备中,当在传统的液晶显示器中采用时发光元件不需要背光。因此,发光元件具有巨大的优点,其中它可以制造得非常薄和非常轻。
发光元件是一种自发光型,其中发光层自身在电场作用下发光。所说发光机构由电极之间插入发光层以在其上提供电压构成,由此从负电极注入的电子和从正电极注入的空穴在发光层的发射中心结合形成受激分子,当受激分子返回常态时释放能量引起光发射。
对于具有发光元件的有源矩阵型发光器件,在衬底上形成TFT并在TFT上形成层间绝缘膜。此外,可以通过采用包含硅例如氧化硅和氮化硅的无机材料或者采用例如有机树脂材料例如聚酰亚胺、聚酰胺和丙烯酸树脂的有机材料形成这种层间绝缘膜。
发光器件是指一种器件,该器件包括正电极、负电极和由在电极之间插入并包括通过荧光或磷光获得光发射的材料的层构成的发光层。此外,此处所指并使用有机化合物作为光发射材料的发光元件也称为OLED(有机发光器件)。
在用层间绝缘膜平整衬底表面的情况下,适合利用旋转涂敷方法形成层间绝缘膜。在实施溅射中,采用具有上述硅作为主要成分的溶剂作为无机材料。通过采用具有硅作为主要成分的溶剂形成的层间绝缘膜拥有使氧或水不易侵入的特性,当在非常高的温度下进行烘焙时该特性展示了其自身的特性。此外,当膜增加厚度时,膜具有产生裂缝的缺点。
同时,当使氧渗入其中和使水渗入或吸收水时通过有机材料形成的层间绝缘膜具有一种优越的特性,它可以形成1μm以上的厚度并且可以在不受衬底上的不规则的影响下平面化它的表面。同样,形成时的烘焙温度为大约300℃,所以膜还可以形成包括有机树脂的衬底表面。
然而,适合层间绝缘膜的有机材料具有使水蒸气渗入其中和易吸收湿气的特性。另一方面,发光层,无论它是低分子或高分子,具有极易受氧和湿气的影响以至立即退化的缺点。此外,采用碱金属或碱土金属用于发光元件的正电极或负电极,这些容易受到氧的氧化。那就是,湿气成为发光元件退化和失效例如黑点等的原因。
通过等离子体CVD技术形成氧化硅、氮化硅等需要将衬底加热到300℃或更高,因此并不适合在无热阻的有机树脂膜上形成这种氧化硅、氮化硅等。
发明内容
本发明解决了上述问题,并直接防止了由于在层间绝缘膜中含有的湿气和氧引起的发光元件的退化。
为了解决上述问题,本发明提供一种发光器件,其中在绝缘表面上形成的TFT上形成包括有机材料的层间绝缘膜,一对电极之间的层间绝缘膜上设置由发光层形成的发光元件,在层间绝缘膜和发光元件之间形成具有硅和氮作为主要成分的无机绝缘膜。
需要将氮氧化硅膜和氮化硅膜应用为无机绝缘膜,硅含量比为高于25.0atomic%并小于35.0atomic%、氮含量比为高于35.0atomic%并小于65.0atomic%。氧化硅膜不能充分地阻止湿气,因此需要通过氮氧化硅膜和氮化硅膜的应用使绝缘膜致密。
需要将氮氧化硅膜和氮化硅膜应用为无机绝缘膜,硅含量比为高于25.0atomic%并小于40.0atomic%、氮含量比为高于35.0atomic%并小于60.0atomic%。
同样,可以将具有SP3键合并含有氢的碳膜应用为另一种绝缘膜材料。类金刚石碳(DLC)典型地具有防止氧、水蒸气等的气体阻挡特性并可以形成良好地粘结到包括有机材料的层间绝缘膜的绝缘膜。
此外,本发明提供一种制造发光器件的方法,该方法包括步骤:在膜晶体管上形成层间绝缘膜,采用溅射方法在层间绝缘膜上形成无机绝缘膜,该层间绝缘膜包括有机材料,该无机绝缘膜包含硅含量为大于25.0atomic%并小于35.0atomic%、氮含量为大于35.0atomic%并小于65.0atomic%;形成发光元件,该发光元件具有在无机绝缘膜上的一对电极之间的发光层。
本发明提供一种制造发光器件的方法,该方法包括步骤:在膜晶体管上形成层间绝缘膜,采用溅射方法在层间绝缘膜上形成无机绝缘膜,该层间绝缘膜包括有机材料,该无机绝缘膜包含硅含量为大于25.0atomic%并小于40.0atomic%、氮含量为大于35.0atomic%并小于60.0atomic%;在无机绝缘膜上形成发光元件,该发光元件具有一对电极之间的发光层。
作为无机绝缘膜,可以利用溅射方法形成具有SP3键合并含有氢的碳膜。
在组成本发明中,可以应用包括有机材料、热固型或光固化型例如丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰亚胺酰胺和芳族聚酰胺等的有机树脂材料的层间绝缘膜。
形成无机绝缘膜的方法包括气湘淀积方法例如溅射方法、反应溅射方法、离子束溅射方法、ECR(电子谐振回旋加速器)溅射方法、离子气湘淀积方法等。因为这些淀积方法在所有情况中,将原子或分子物理地粘结到衬底,这些原子或分子几乎不与在其层下并包括有机材料的层间绝缘膜反应,并不必害怕层的化学退化。同样,淀积方法的一种特性,在于即使在室温至300℃、优选在150-250℃的范围内也可以形成致密的膜。淀积方法提供了防止氧和湿气渗透的特性。
在利用溅射淀积的情况下,就能形成无机绝缘膜,该无机绝缘膜有利于衬底温度在150℃-250℃下的光传输并包含硅和氮作为它的主要成分。这种无机绝缘膜的提供可以使正电极、负电极和发光材料屏蔽来自由有机材料制造的层间绝缘膜的氧和湿气并能防止退化。
此外,通过采用具有硅作为主要成分的靶和氩气、氮气、氧气、氧化硅、氢气作为在溅射淀积中的溅射气体形成包含硅和氮作为主要成分的无机绝缘膜。包含硅和氮作为它的主要成分之一的膜的氮和氧的成分比随根据淀积期间气体流速的变化而变化。在本发明的说明书中,膜描述为氮化硅膜,其中在成分比中除了硅主要成分的主要部分是氮。同样,其中包含除了硅、氧和氮作为主要成分的膜描述为氮氧化硅膜。
因为在上述工艺中衬底不必加热超过300℃,所以该工艺可以应用到在有机树脂衬底上形成TFT的情况。
附图说明
图1显示氮化硅膜和氮氧化硅膜的透射率的图,利用溅射方法淀积制造膜;
图2A-2C是说明本发明的在发光元件中采用半导体器件的制造的方法;
图3A-3C是说明本发明的在发光元件中采用半导体器件的制造的方法;
图4A-4D是说明本发明的在发光元件中采用半导体器件的制造的方法;
图5A-5D是说明本发明的在发光元件中采用半导体器件的制造的方法;
图6A-6B是说明采用本发明的EL显示器件;
图7是说明象素部分的结构图;
图8A是说明象素部分的结构图,图8B是电路图;
图9是说明象素部分的结构图;
图10A-10E是说明本发明的在发光元件中采用半导体器件的制造的方法;
图11A-11B是说明测量条件,在该条件下测量利用溅射方法淀积的氮化硅膜的阻挡湿气的效果;
图12是说明利用溅射方法淀积的氮化硅膜的阻挡湿气的效果图;
图13A-13B是说明利用溅射方法淀积的氮化硅膜的阻挡Li的效果图。
具体实施方式
[实施方式1]
本发明通过一种工艺完成发光器件,其中在绝缘衬底的表面上形成TFT,在TFT上形成包括有机材料的层间绝缘膜。采用溅射方法形成无机绝缘膜例如氮化硅膜和氮氧化硅膜或邻接该绝缘膜的碳膜。实施方式1显示一个例子,即采用氮化硅膜或氮氧化硅膜作为无机绝缘膜。
利用涂敷方法形成包括有机材料的层间绝缘膜。应用于包括有机材料的层间绝缘膜的是热固型或光固型的有机树脂材料例如丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰胺和芳族聚酰胺等。此外,适合的具有小于3.8的低介电常数的低介电膜是添加了氟的二氧化硅膜、有机SOG(玻璃上旋转)、HSQ(无机氢化硅氧烷)、HOSP(有机硅氧烷聚合物)、多孔SOG等。
为了通过溅射方法形成无机绝缘膜,采用硅或氮化硅或氮氧化硅作为包括硅的靶。将在下面说明检查形成氮化硅膜和氮氧化硅膜方法的结果。
利用溅射方法,在玻璃衬底上淀积厚度为100nm的氮化硅膜和氮氧化硅膜,并相对于透射率进行测量。图1中的数字(1)和(2)表示透光特性的测量结果。图1还显示厚度为100nm并由等离子体CVD技术形成的的氮氧化硅膜的透光特性(3)和玻璃的透光特性(4)。图1显示氮氧化硅膜具有可见光范围之上的良好的透光性。为了提高透光性,在淀积期间将氧添加到膜中是有效的。
然而,使膜中氧的含量和透光性彼此相关是困难的。表1显示用等离子体CVD技术和溅射方法淀积的氮氧化硅膜和氮化硅膜的成分的比较结果。
[表1]
SiON | SiN | |||||
膜形成方法 | CVD | 溅射 | CVD | 溅射 | ||
温度 | (Tsub,℃) | 325 | 153 | 325 | 153 | |
成分比(通过RBS) | (atomic%) | H | 23 | 17.2 | 20 | 1.5 |
N | 33 | 42.2 | 47.7 | 59.5 | ||
O | 15 | 10 | 0* | 7 | ||
Si | 29 | 30.6 | 32.3 | 32 |
(*)小于检测下限(O:4atomic%,N:5atomic%)
通过采用硅靶、淀积气体和流速为N2∶H2∶N2O=31∶5∶4sccm形成表1中的氮氧化硅膜。还有,淀积气体N2O的压力为0.4Pa,RF电源的淀积功率为3kW并具有半径为12英寸的环行靶。当淀积气体的流速为4sccm时,通过具有用流动氧气替代N2O或改变各个淀积气体的流速比可以改变获得的膜的特性。
另一方面,通过采用硅靶、淀积气体和流速为N2∶Ar=20∶20Sccm形成表1中的氮化硅膜。以及,淀积气体压力为0.4Pa,RF电源的淀积功率为0.8kW并具有半径为6英寸的环行靶。
在表1中,即使当膜的成分比不同时,能够获得相同的透射率。同时,因为在阻挡氧和湿气的特性方面氮化硅膜优于氧化硅膜,在某些情况下,在包括硅和氮作为它的主要成分的膜中需要高成分比的氮。
可以确信在包含硅和氮作为它的主要成分的膜中的氧含量控制透射率特性和阻挡氧和湿气的特性。因此,采用溅射方法在有机树脂膜上淀积膜,该膜包含硅和氮作为它的主要成分,并且确定该膜中的成分比符合元件的结构。然而,从表1中已经确定硅的成分为25.0atomic%至35.0atomic%并且氮的成分为35.0atomic%至65.0atomic%是合适的。
进行淀积厚度为大约100nm的氮氧化硅膜。采用硅作为靶,淀积气体和流速为N2∶H2∶N2O=31∶5∶4sccm。还有,淀积气体压力为0.4Pa,RF电源的淀积功率为3kW并且具有半径为12英寸的环行靶。
通过在层间绝缘膜上形成主要包括硅和氮和具有良好光透射率(例如,氮氧化硅、氮化硅)的膜,它就使正电极、负电极和发光材料能屏蔽来自包括有机材料的层间绝缘膜的氧和湿气并防止退化。
[实施方式2]
实施方式2显示采用氮化硅膜作为无机绝缘膜,通过与实施方式1不同的条件形成该氮化硅膜。
根据与实施方式1相同工艺,在绝缘衬底的表面上形成TFT,在该TFT上形成包括有机材料的层间绝缘膜,然后在其上形成氮化硅膜。
通过溅射方法形成氮化硅。采用硅作为靶,淀积气体和流速为N2∶Ar=20∶0sccm。这表明,为了保持衬底的恒定温度,加热后的Ar在衬底20的表面上以20sccm流动。还有,淀积气体压力为0.8Pa,RF电源的淀积功率为3kW并且具有半径为12英寸的环行靶。
表2显示氮化硅膜的成分比。根据表2,优选硅的含量为25.0atomic%至40.0atomic%并且氮的含量为35.0atomic%至60.0atomic%。
[表2]
SiN | |||
成分比(通过RBS) | (atomic%) | H | 0.6 |
N | 55.9 | ||
O | 6* | ||
Si | 37.3 | ||
Ar | 0.2 |
(*)接近检测下限
下面将给出氮化硅膜的效果的解释。
采用图11A和11B中所示的密封样品测量氮化硅膜的气体阻挡特性。在测量中,利用制造的样品A(图11A),其中利用密封剂密封密封箱和聚碳酸脂膜(下面称为PC),和样品B(图11B),其中利用密封剂密封密封箱和具有其上淀积的氮化硅膜的PC膜。此外,样品A和样品B内部设立CaO干燥剂。当在大气压力和室温的条件下保存时,测量样品的重量的变化。该结果显示在图12中。
发现当采用具有其上淀积有氮化硅膜的PC的样品B(图11B)的重量经受小的改变时,仅采用PC的样品A(图11A)的重量随着时间而增加,这揭示了氮化硅膜阻挡穿透PC的水汽的散布或由PC吸收的湿气。基于这种知识,通过在层间绝缘膜上形成本发明的氮化硅膜,该层间绝缘膜包括有机材料并在TFT之上形成,可以抑制穿透有机材料的水汽或由有机树脂吸收的湿气扩散进入通过氮化硅膜形成的发光层。在氮氧化硅膜中也发现相同的效果,其中硅的含量为25.0atomic%至35.0atomic%并且氮的含量为35.0atomic%至65.0atomic%。
此外,氮化硅膜能有效地阻挡移动离子例如Li等。图13A和13B显示TFT的MOS-CV特性的测量结果。图13A显示元件的MOS-CV特性,其中在乙酸锂溶液中浸入元件,以具有在氮化硅膜表面上形成的包括Li的膜之后淀积Al膜,利用热氧化方法在硅上通过形成氧化硅膜并利用溅射方法在其上形成氮化硅膜而形成该元件。
同时,图13B显示出元件的MOS-CV特性,其中利用热氧化方法在硅上形成氧化硅膜之后,通过将其浸入乙酸锂溶液中在氧化硅膜上形成包括Li的膜,然后淀积Al膜。
在MOS-CV特性的测量中,进行+BT测试,其中在TFT上同时提供1.7MV的电压并加热到150℃保持大约1小时,并进行-BT测试,其中在TFT上同时提供-1.7MV的电压并加热到150℃。从图13B看出由于在-BT测试的初始阶段该特性由电压电容曲线转向正电压、并在+BT测试的初始阶段该特性由电压电容曲线转向负电压的实际情况,在BT测试中氧化硅膜中的Li在硅表面和Al之间移动。同时,从图13A看出即由于+BT测试时电压电容曲线基本上不从初始阶段的电压电容曲线产生改变,在硅表面和Al之间Li并不移动,并且氮化硅膜阻止了氧化硅膜中的Li的移动。由于此原因,本发明中的具有在TFT上的有机材料上形成的氮化硅膜的EL元件可以抑制Li等移动离子的扩散和朝TFT移动,该氮化硅用于EL元件的负电极材料,并可以抑制由于TFT的阈值电压的变化引起的TFT特性的不稳定性。在氮氧化硅膜中发现相同的效果,其中硅的含量为大于25.0atomic%并小于35.0atomic%并且氮的含量为大于35.0atomic%并小于65.0atomic%。
[实施方式3]
实施方式3显示一个例子,即在绝缘衬底的表面上形成的TFT之上形成层间绝缘膜、然后通过溅射方法与层间绝缘膜接触形成碳膜。
典型地将DLC膜应用于碳膜。DLC膜具有SP3键合作为就短距离顺序而言作为碳之间的键,而但就宏观方面而言为非晶结构。DLC膜具有这种成分,即碳的含量为95-70atomic%和氢的含量为5-30atomic%,并因此具有非常坚固而良好的绝缘。这种DLC膜特征在于低的对于水汽和氧的气体透射率,并因此提高了阻挡氧和水汽的特性。在此情况下,形成具有5-500nm厚度的DLC膜。同样,现已公知该膜在利用微硬度计测量下具有15-25Gpa的硬度。
此外,即使不用加热衬底,也可以形成具有良好粘结性的DLC膜,在衬底中形成有包括有机材料的层间绝缘膜和TFT。利用溅射方法,利用一定程度的离子轰击可以形成致密而坚固的膜。
根据在实施方式1-3中描述的方法,在此方法中通过形成层间绝缘膜或在包括有机材料的层间绝缘膜上形成碳膜,就能够防止氧和湿气从层间绝缘膜的侧面进入发光元件、防止发光元件的退化。同样,就能够防止移动离子往TFT扩散并能够抑制TFT的阈值电压的变化。综上所述,就能够抑制黑点的产生和发光器件中的亮度的退化并提高在发光器件中采用的TFT的可靠性。
在下面的实施例中,例子说明在TFT工艺中采用的层叠结构,其中丙烯酸用于包括有机材料的层间绝缘膜,氮氧化硅膜和氮化硅膜用于无机绝缘膜。
实施例
[实施例1]
将利用下面的实施例进行详细的解释。这里,一个例子,其中形成用于发光器件的TFT衬底。
在图2中,玻璃衬底或石英衬底用作衬底401。采用玻璃衬底的情况下,在衬底表面上形成包括绝缘膜的衬底膜402以至防止杂质从衬底扩散。
随后,利用公知的方法例如等离子体CVD技术和溅射方法形成具有25-80nm(优选,30-60nm)厚度和非晶结构的半导体层403,实施结晶化步骤由非晶半导体层制造结晶的半导体层。
可以应用激光退火方法和热退火方法(从固态生长晶体的方法)或快速热退火方法(RTA方法)作为晶化方法。采用激光退火方法的情况下,当半导体层具有很厚的膜时,由于在激光辐照时热电容增加因此增大了衬底的损坏。因此优选薄的膜。
同样,催化剂可以用作晶化半导体层的方法。镍(Ni)作为催化剂元素的例子是有效的。
此时,借助衬底的旋转用旋转器涂敷水溶液的旋涂方法形成包含催化剂元素的层。然后采用炉式退火炉在550-600℃、氮气氛下实施1-8小时的热退火。在上述步骤中,就可以获得包括结晶硅膜的结晶半导体层。
同样,用于去除催化剂元素的方法包括利用由磷(P)产生的吸气作用的方法。此时,将P添加掺杂到一个区域中,其中Ni将被分离出来。为了顺利地实施有P的吸气,优选P为1.5×1020atomic/cm3或更多的P。除磷(P)之外,还可以利用由氩(Ar)产生的吸气作用的方法。例如,将1×1020atomic/cm3或更多的氩(Ar)添加到一个区域,其中催化剂元素将被分离出来。添加氩(Ar)的方法包括除了通过掺杂加速渗透之外的一种方法,其中采用氩(Ar)作为溅射气体利用硅的溅射淀积形成该区域。添加有氩(Ar)的该区域可以包含磷(P)。在该区域形成之后,其中Ni将被分离出来,可以采用热退火用于该区域的催化剂元素的吸气,其中Ni将被分离。
然后,采用光刻技术在结晶半导体层上形成抗蚀图形,采用干法腐蚀以岛形方式分割结晶半导体层以至形成岛形半导体层404,如图2B中所示。为了控制在岛形半导体层404上的TFT的阈值电压(Vth),可以将浓度为大约1×1016-5×1017atomic/cm3的p-型杂质元素添加到岛形半导体层的整个表面。
利用等离子体CVD技术或溅射方法,采用含有硅的绝缘膜形成厚度为40-150nm的栅绝缘膜405。当在本实施例中采用等离子体CVD技术和溅射方法时,在淀积之前通过在H2环境中处理半导体层的表面可以获得良好的特性。
然后,形成在栅绝缘膜上的用于形成栅电极的氮化钛膜406和钨膜407,如图2C中所示。在本实施例中,形成具有30nm厚度的氮化钛,并形成具有300-400nm厚度的钨。利用溅射方法形成氮化钛膜,其中使用Ta靶用Ar和N2进行溅射。在形成钨膜时,利用溅射方法用钨靶形成钨膜。
随后,采用抗蚀剂形成掩膜501,该掩膜经受用于形成栅电极的第一腐蚀步骤。将参照图3A-3C说明该步骤。当对腐蚀方法没有限制时,优选采用ICP(感应键合等离子体)腐蚀方法,其中通过将CF4和Cl2相互混合成腐蚀气体、并将500W的RF(13.56MHZ)功率提供到线圈型电极、在0.5-2Pa优选为1Pa下产生等离子体。将100W的RF(13.56MHZ)功率提供到衬底面(样品级)以施加相当大的负自偏置电压。在此情况下,CF4和Cl2相互混合,钨膜502和氮化钛膜503将遭受相同程度的腐蚀。
在上述腐蚀条件下,抗蚀剂制造成适合的掩膜结构,因此氮化钛膜503和钨膜502的端部由于提供到衬底侧面的偏压影响成为15-45°角。为了实施在栅绝缘膜上没有残留物的腐蚀,优选以大约10-20%的速率增加腐蚀时间。(图3A)
然后进行第二腐蚀步骤。按上述相同的方式,采用ICP腐蚀方法,其中通过将CF4、Cl2和O2相互混合成腐蚀气体并将500W的RF(13.56MHZ)功率提供到线圈型电极在1Pa下产生等离子体。将50W的RF(13.56MHZ)功率提供到衬底侧面(样品级)以至提供与第一腐蚀步骤中的相比施加了一个低的自偏压电压。在这些条件下,对钨膜进行各向异性腐蚀并同时进一步对没有氮化钛膜504覆盖的区域505腐蚀大约20-50nm以至提供一个薄的区域。此后,对构成第一导电层的氮化钛膜进行比上述腐蚀中低的速度腐蚀,然后形成导电层,如图3C所示。
在本实施例中,当列举氮化钛和钨作为栅电极的材料时,可以采用其它导电材料获得图3B中所示的结构。例如,可以采用不同腐蚀速度的选自Ta、Mo、wN、结晶硅、Ti、Nb或4A-6A族的两种金属或合金。
然后采用第一杂质掺杂方法掺杂P,如图3C所示。可以用离子掺杂方法或离子注入方法进行掺杂。在本实施例中,栅绝缘膜具有90nm的厚度,并且在离子掺杂方法中的条件包括80kV的加速电压和剂量为1.5×1015atomic/cm3。因此以自对准方式形成第一杂质区506和第二杂质区507。将大约2.0×1018atomic/cm3的P添加到第一杂质区506。将大约1.7×1020atomic/cm3的P添加到第二杂质区507。(图4B)
因此形成的第一杂质区506是能够提高可靠性的LDD区。因为根据栅绝缘膜的厚度和在源-漏方向的第一杂质区的长度将减弱驱动TFT的电场,以及具有降低在半导体层中的载流子的电子温度的最佳值,所以应该检测浓度以符合该TFT。
随后,形成抗蚀剂掩膜覆盖形成n-沟道型TFT的岛型半导体层的整个表面,如图4C中所示。当形成500nm厚度的抗蚀剂时,靠近元件在添加杂质之上数量比添加到第一杂质区的数量要小。在本实施例中,形成具有1000nm厚度的抗蚀剂。
然后,在岛型半导体层上形成高浓度的p-型杂质区,该杂质区限定源区和漏区,形成p-沟道TFT。这里,作为栅电极掩膜添加提供p-型的杂质元素以自对准方式形成高浓度的p-型杂质区。通过离子掺杂方法利用乙硼烷(B2H6)形成以上形成的杂质区。此外,制造具有硼浓度为3×1020-3×1021atomic/cm3的不与栅绝缘膜重叠的高浓度的p-型杂质区。同样,因为通过栅绝缘膜和第一栅电极将杂质元素添加到与第一栅电极重叠的杂质区,形成杂质区,基本上作为具有浓度为1.5×1019atomic/cm3或更高的低浓度p-型杂质区。
在前述的工艺中,将P添加到高浓度的p-型杂质区和低浓度p-型杂质区以致高浓度的p-型杂质区包含浓度为1×1020-1×1021atomic/cm3的P并且低浓度p-型杂质区包含浓度为1×1016-1×1019atomic/cm3的P,而没有任何问题,因为本工艺中掺杂的硼(B)的浓度形成为P浓度的1.5-3倍以具有作为p-沟道TFT的源区和漏区功能的区。
图5示出TFT的剖面图,其中形成LDD区601。在图5A-5D中,出于简化的原因示出相同结构的n-沟道TFT和p-沟道TFT。此后,采用溅射方法或等离子体CVD技术在栅绝缘膜上形成栅电极和第一层间绝缘膜602,如图5B中所示。可以由氧化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜或包括它们组合的叠层膜形成第一层间绝缘膜602。这里,采用等离子体CVD形成厚度为500nm的氮氧化硅膜。
此后,实施步骤,其中激活以合适浓度添加和赋予的n-型或p-型导电类型的杂质元素。本实施例中当在550℃下进行4小时热处理时,在此情况下即衬底没有热阻,激光退火方法或RTA方法是适合的。
随着激活步骤,在300-450℃下、在包含氢的环境中进行1-12小时热处理以3-100%的速度氢化岛型半导体层。作为用于氢化的其它方法,可以实施等离子氢化(使用通过等离子激活的氢)。
当结束激活和氢化的步骤时,形成具有平均厚度为1.0-2.0μm的包括有机材料的第二层间绝缘膜603,如图5C中所示。可以采用聚酰亚胺、丙烯酸、聚酰胺、聚酰胺酰胺、BCB(苯并环丁烯)作为有机材料。
在本方式中可以通过从有机材料形成的第二层间绝缘膜603顺利地平面化表面。同样,因为有机材料603是常规的低介电常数,所以它能够降低寄生电容。因为有机材料是吸湿的并因此不适合作保护膜,在本实施例中,优选与作为第一层间绝缘膜602形成的氧化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜等组合的材料。
此后,淀积氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜利用溅射方法淀积形成第三层间绝缘膜604。在本实施例中,在第三层间绝缘膜上形成厚度为大约100nm的氮化硅膜。采用硅靶和淀积气体及流速为N2∶H2∶N2O=31∶5∶4sccm。同样,淀积气体压力为0.4Pa、RF电源为3kW的淀积功率和利用半径为12英寸的环行靶。
当淀积气体和它的流速为N2O=4时,在此情况下优选通过增加N2O流速使膜中氧的成分比增大提高透射率,即相对于由湿气或氧引起的退化淀积条件的范围非常宽。同样,在该实施例中当由氮氧化硅膜形成第三层间绝缘膜时,在此情况下优选采用氮化硅膜替代氮氧化硅膜,此处采用易受由湿气或氧引起的退化影响较大的材料作为发光材料。此时淀积条件为采用硅靶、淀积气体和它的流速为N2和20sccm。同样,淀积气体压力为0.8Pa、RF电源为3kW的淀积功率和利用半径为12英寸的环行靶。
此后,形成通向在各个岛型半导体层中形成的源区或漏区的接触孔。利用干法腐蚀形成接触孔。在此情况下,用包括CF4、O2的腐蚀气体对第三层间绝缘膜604进行腐蚀,然后采用CF4、O2、He的混合气体作为腐蚀气体,对包括有机材料的第二层间绝缘膜603首先进行腐蚀。随后,用包括CF4、O2的腐蚀气体对第一层间绝缘膜602进行腐蚀,然后对栅绝缘膜进行腐蚀。
然后,采用溅射方法或真空淀积方法形成导电金属膜,形成抗蚀剂图形,利用腐蚀形成源布线和漏布线605。在本实施例中,通过形成Ti膜、在其上形成氮化钛膜、形成Al、并进一步形成钛膜或钨膜提供具有总厚度500nm的4层结构。
此后在整个表面上形成透明的导电膜606,利用构图处理或腐蚀处理形成象素电极。在包括有机材料的第二层间绝缘膜上形成象素电极提供部分重叠象素TFT的漏布线以至产生电连接。
可以利用溅射方法、真空淀积方法等形成氧化铟(In2O3)、氧化铟氧化锡合金(In2O3-SnO2;ITO)等作为透明的导电膜606的材料。用盐酸基溶液实施该材料的腐蚀处理。当形成ITO时,当通过具有流动的氢气或水作为溅射气体在室温下将不会使衬底结晶时,可以用盐酸基溶液实施腐蚀处理。在此情况下,在随后步骤中通过在160-300℃下实施1小时或更长的衬底热处理晶化ITO就可以提高透射率。
在上述步骤中完成用于形成发光器件的TFT衬底。
[实施例2]
下面将参照图10A-10E解释本实施例中的制造在塑料衬底上的TFT的步骤。
首先,制备包括有机材料的塑料衬底201。在本实施例中,采用包括聚酰亚胺的衬底201。包括聚酰亚胺的衬底在大约399℃是抗热的、不透明但呈棕色。然后在衬底201上形成衬底绝缘膜202。衬底绝缘膜并不特别限制为淀积方法提供的绝缘膜,只要是在温度范围内采用不使塑料衬底变形的方法,优选温度范围不超过300℃,此处采用溅射方法。用溅射方法,在大气压下实现淀积,其中溅射气体不包含氢,所以膜中氢含量为5atomic%或更小。
然后形成并利用激光照射非晶半导体膜制造结晶半导体膜。非晶半导体膜并不特别限制为淀积方法,只要在温度范围内其中不使塑料衬底变形的工艺温度,优选温度范围不超过300℃,此处采用溅射方法。随后,以所需的结构构图结晶半导体膜形成半导体层203。
然后形成栅绝缘膜覆盖半导体层203。利用溅射方法(图10A)淀积栅绝缘膜。此时,通过利用氩、氧、氢和N2O作为溅射气体溅射硅靶实施淀积。
然后形成栅电极205(图10B)。栅电极205可以由选自Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr和Nd中的元素或包含它的主要成分元素的合金材料、或化合物材料形成。同样,可以采用典型为多晶硅膜的半导体膜,其中掺杂如磷等的杂质元素。同样,可以采用AgPdCu合金。
然后以自对准方式用栅电极作为掩膜对栅绝缘膜进行腐蚀形成栅绝缘膜206,在部分暴露半导体层之后,赋予n-型导电类型的掺杂元素,此处掺杂磷形成杂质区207(图10C)。此时,在p-型TFT上形成抗蚀剂并在添加赋予p-型导电类型的杂质元素之后将其剥除。
随后,以自对准方式用栅电极作为掩膜对栅绝缘膜进行腐蚀形成栅绝缘膜,在部分暴露半导体层之后,赋予p-型导电类型的掺杂元素,此处掺杂硼形成杂质区208(图10D)。此时,在n-型TFT上形成抗蚀剂并在添加赋予p-型导电类型的杂质元素之后将其剥除。
在本实施例中当对栅绝缘膜进行腐蚀之后实施掺杂时,在形成栅电极之后可以通过栅绝缘膜实施掺杂。在此情况下,杂质元素穿过栅绝缘膜并以自对准方式用栅电极作为掩膜被掺杂。
然后与实施例1中相同的方式形成包括丙烯酸的层间绝缘膜210a和包含硅作为它的主要成分的层间绝缘膜210b。此时,衬底温度不超过300℃,因此衬底不变形。
随后,形成通向源区和漏区的接触孔,然后形成电连接到源区的源布线211和电连接到漏区的象素电极212。
随后,为了提高TFT的特性进行氢化处理。对于所述氢化,在氢气氛中进行热处理(300℃,1小时)或在低温下进行等离子体氢化。
在上述制造步骤中,在包括有机材料的塑料衬底不变形的温度范围内完成在发光器件中采用的塑料衬底上形成的上栅型(top-gate type)TFT,其中,优选加工温度等于或低于300℃(图10E)。
[实施例3]
本实施例中将解释使用实施例1的半导体器件制造EL(电致发光)显示器件的实例。注意,图6A是采用本发明的EL显示器件的顶视图,图6B是它的剖面图。
图6A中,参考数字4001表示衬底,4002表示象素部分,4003表示源侧驱动电路,4004表示栅侧驱动电路。驱动电路经过布线4005通过FPC(柔性印刷电路)4006连接到外围设备。
此时,提供第一密封材料4101、覆盖材料4102、填充材料4103和第二密封材料4104以致包围象素部分4002、源侧驱动电路4003和栅侧驱动电路4004。
图6B中示出沿A-A`线切割的图6A的剖面图。在衬底4001上,形成包括在源侧驱动电路4003(在此示出的n-沟道TFT和p-沟道TFT)的驱动器TFT4201和包括在象素部分4002(在此示出的用于控制流向发光元件的电流的TFT)的电流控制TFT4202。
在本实施例中,采用由公知方法制造的p-沟道TFT和n-沟道TFT用于驱动TFT4201,采用由公知方法制造的p-沟道TFT用于电流控制TFT4202。此外,提供象素部分4002,使存储电容(图中未示出)连接电流控制TFT4202的栅电极。
在驱动器TFT4201和象素TFT4202上形成为本发明特征的,由树脂材料制造的层间绝缘膜(平面化膜)4301a和由硅和氮作为主要成分组成的层间绝缘膜4301b,并在其上形成电连接到象素TFT4202的漏区的象素电极(阳极)4302。象素电极4302由具有高功函数的透明导电膜形成。作为透明导电膜,可以使用氧化铟和氧化锡化合物或氧化铟和氧化锌化合物。同样可以采用镓掺杂透明导电膜。
然后,在象素电吸4302上形成绝缘膜4303,并在象素电极4302上形成开口部分。在象素电极4302上的开口部分处形成EL(电致发光)层4304。采用公知的EL材料用作发光层4304。可以采用低分子型(基于单体)和高分子型(基于聚合物)两种材料作为EL材料。可以采用有机材料和无机材料的组合材料作为发光层。
可以采用公知的蒸发或喷涂技术形成发光层4304。发光层可以具有通过空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层和电子注入层自由组合的叠层结构或单层结构。
在发光层4304上,形成由导电膜制造的阴极4305,该导电膜具有元素周期表中的族1或族2的元素(典型地,包括铝、铜或银作为主要成分的导电膜,或它们和其它导电膜的叠层膜)。优选尽可能去除在阴极4305和发光层4304之间界面处的任何湿气或氧。因此需要采用在真空下连续淀积阴极4305和发光层4304的方法、在氮气氛或在惰性气体气氛下淀积发光层4304的方法,由此在不暴露在氧和湿气下形成阴极4305。在本实施例中通过采用多室方法(串工具方法)膜淀积设备就能够形成上述膜的淀积。
然后,将阴极4305电连接到由参考数字4306表示的区中的布线4005。用于将预定电压施加到阴极4305的布线4005通过各向异性导电材料4307电连接到FPC4006。
如上所述,由象素电极(阳极)4302、发光层4303和阴极4305形成发光元件。用第一覆盖材料4101和覆盖材料4102密封发光元件,该覆盖材料4102通过第一密封材料4101与衬底4001重叠,发光元件由填充材料4103密封。
可以采用材料例如玻璃板、金属板(典型地,不锈钢板)、陶瓷板和塑料材料(包括塑料膜)作为覆盖材料4102。可以采用作为塑料材料的FRP(玻璃纤维增强塑料)板、PVF(聚氟乙烯)膜、Mylar(聚酯)膜、聚酯膜和丙烯酸纤维膜。优选采用薄片结构,其中铝箔夹在PVF膜或Mylar膜之间。
注意,当从发光元件发射的光的发射方向指向覆盖材料侧面时,覆盖材料必须是透明的。在此情况下,可以采用透明材料例如玻璃板、塑料板、聚酯膜或丙烯酸纤维膜。
此外,采用紫外固化树脂或热固树脂形成填充膜。可以采用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸、聚酰亚胺、环氧树脂、硅树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)和EVA(乙烯-乙酯乙烯)作为填充材料。如果在填充材料4103的内侧上或在能够吸收氧的材料的内侧上形成干燥剂(优选地,氧化钡),因此就能够抑制发光元件的退化。
此外,在填充材料4103中可以包含侧壁。此时,通过利用氧化钡形成侧壁,因此侧壁本身具有吸湿特性。此外,在提供侧壁的情况下,在阴极4305上设置树脂膜作为缓解侧壁的压力的缓冲层是有效的。
此外,布线4005通过各向异性导电膜4307电连接到FPC4006。布线4005将象素部分4002、源侧驱动电路4003和栅侧驱动电路4004的信号传输到FPC4006并通过FPC4006电连接到外围设备。
同样,在本实施例中,提供第二密封材料4104覆盖第一密封材料4101的暴露部分和FPC4006的部分以至获得该结构,其中从外侧完全密闭该发光元件。在此方法中,EL显示器件有图6B中所示的剖面结构。
图7中示出显示部分的更加详细的剖面结构,这里,上表面结构示出在图8A中并且图8B中示出电路图。图7、8A和8B采用相同的参考符号。因此,图7和8可以相互参考。
在图7中,通过采用图4中所示的n-沟道TFT形成在衬底4401上设置的开关TFT4402。因此,结构的解释可以参照n-沟道TFT的说明。此外,参考数字4403表示的布线是电连接到开关TFT4402的栅电极4404a和4404b的栅极布线。
注意,尽管在本实施例中采用其中形成两个沟道形成区的双栅结构,同样可以采用其中形成一个沟道形成区的单一栅结构和其中形成三个沟道形成区的三个栅结构。
此外,开关TFT4402的漏布线4405电连接到电流控制TFT4406的栅电极4407。注意通过采用图4中所示的p-沟道TFT301形成电流控制TFT4406。因此结构的解释可以参照p-沟道TFT301的说明。同样应注意,尽管在本实施例中采用单一栅结构,同样可以采用双栅结构和三个栅结构。
在开关TFT4402上和在电流控制TFT4406上形成第一钝化膜4408,并在第一钝化膜4408上形成由树脂制造的平面化膜4409a。由于TFT通过采用平面化膜4409,因此平面化步骤就非常重要。随后形成的发光层非常薄,因此步骤的原因会引起不规则的光发射。因此优选在形成象素电极之前实施平面化。以至能够形成具有尽可能平的表面的发光层。由硅和氮作为主要成分组成层间绝缘膜4409b,该层间绝缘膜4409b是本发明的特征,形成在由树脂材料制造的平面化膜4409a之上。
因此,参考数字4410表示由透明导电膜制造的象素电极(发光元件阳极),并且象素电极电连接到电流控制TFT4406的漏布线。可以采用氧化铟和氧化锡的化合物、氧化铟和氧化锌的化合物、氧化锌、氧化锡和氧化铟作为透明导电膜。此外,同样可以采用添加镓的上述膜作为透明导电膜。
在象素电极4410上形成发光层4411。注意,尽管图7中仅示出一个象素,在本实施例中发光层分割并相应于R(红)、G(绿)和B(蓝)颜色。此外,在本实施例中通过蒸发方法可以形成低分子量的有机EL材料。特别地,可以形成叠层结构,其中形成20nm厚的铜酞菁(CuPc)膜作为空穴注入层、在CuPc膜上可以形成70nm厚的三-8-铝喹啉醇化络合物(Alq3)膜作为发光层。可以通过将荧光色素例如喹吖啶酮、紫苏烯(perillin)和DCM1添加到Alq3控制发射光的颜色。
注意,上述实例是能够用作发光层的EL材料的一个例子,发光层并不限制于这些材料。同样可以采用发光层、电荷传输层和电荷注入层自由组合(用于发光和用于进行光发射的载流子的传输的层)的发光层。例如,在本实施例中显示一个采用低分子量的有机EL材料作为发光层的例子,但也可以使用高分子量的有机EL材料,可以采用无机材料例如碳化硅作为电荷传输层和电荷注入层。可以采用公知的材料用作这些有机EL材料和无机材料。
随后在发光层4411上形成由导电膜制造的阴极4412。采用铝和锂的合金膜作为本实施例中的导电膜。当然,还可以采用公知的MgAg膜(镁和银的合金膜)。还可以采用由元素周期表的族1或族2中一个的元素制作的导电膜、或添加有上述一种元素的导电膜作为阴极材料。
在形成阴极4412的点上完成发光元件4413。注意,发光元件4413此处是指由象素电极(阳极)4410制造的电容、发光层4411和阴极4412。
利用图8A解释在本实施例中的象素的上表面结构。开关TFT4402的源区连接到源布线4415,开关TFT4402的漏区连接到漏布线4405。此外,漏布线4405电连接到电流控制TFT4406的栅电极4407。电流控制TFT4406的源区电连接到电源线4416,电流控制TFT4406的漏区电连接到漏布线4417。因此,漏布线4417电连接到由虚线所示的象素电极(阳极)4418。
由参考数字4419表示的区域处形成存储电容。在电连接到电源线4416的半导体膜4420、在作为栅绝缘膜的同一层上形成的绝缘膜(图中未示出)和栅电极4407之间形成存储电容4419。因此,还能够利用由栅电极4407、与第一层间绝缘膜相同的层(图中未示出)和电源线4416形成的电容作为存储电容器。
[实施例4]
在本实施例中解释不同于实施例3的具有象素结构的EL显示器。采用图9进行解释。注意,可以参照实施例3对图8中所示的参考数字表示的相同部分解释。
在图9中,采用图4中所示的n-沟道TFT302的相同结构的TFT作为电流控制TFT4501。当然电流控制TFT4501的栅电极4502电连接到开关TFT4402的漏布线4405。此外,电流控制TFT4501的漏布线4503电连接到象素电极4504。
在本实施例中,象素电极4504,包括导电膜,作为发光元件的阴极。特别地,采用铝和锂的合金膜。然而,还可以采用由元素周期表的族1或族2中的一个元素做成的导电膜、和添加有上述一种元素的导电膜。
在象素电极4504上形成发光层4505。注意,尽管图9仅示出了一个象素,在本实施例中通过蒸发方法或一种应用方法(优选旋转涂敷)形成相应于G颜色(绿色)的发光层。特别地,采用叠层结构,其中形成20nm厚的氟化锂(LiF)膜作为电子注入层,并在LiF膜上形成70nm厚的PPV(聚对苯亚乙烯)膜作为发光层。
其次,在发光层4505上由透明导电膜形成阳极4506。在本实施例中采用包括氧化铟和氧化锡的化合物、或氧化铟和氧化锌的化合物的导电膜作为透明导电膜。
在阳极4506形成处完成发光元件4507。注意,在此所指的发光元件4507代表由象素电极(阴极)4504形成的电容、发光层4505和阳极4506。
对于提供到发光元件的高电压等于或高于10V的情况,由于在电流控制TFT4501中的热载流子效应出现退化。在此情况下采用本发明的n-沟道TFT结构作为电流控制TFT4501是有效的。
此外,本实施例的电流控制TFT4501在栅电极4502和LDD区4509之间形成一个称作栅电容的寄生电容。通过控制栅电容,就能够制造具有与图8A和8B中所示的存储电容4418相同的功能。具体地,通过数字驱动方法操作EL显示器的情况的存储电容的电容值可以比利用模拟驱动方法操作的较小,因此存储电容可以由栅电容替代。
注意,其中提供到发光元件的电压为10V或更小,优选小于或等于5V,几乎不产生由于上述热载流子效应的退化,因此同样可以在图9中采用的具有其中没有LDD区4509的结构的n-沟道TFT。
在包括有机材料的层间绝缘膜上形成无机绝缘膜或碳膜因而能够防止从层间绝缘膜侧面的氧和湿气进入发光元件的侧面和防止发光元件的退化。同样,还能够防止来自发光元件的移动离子扩散到TFT,因此能够抑制TFT的阈值电压的变化。这些就能够抑制发光元件中黑点的产生和荧光的退化并提高TFT的可靠性。在有机树脂衬底上就能够形成没有黑点和无退化的发光元件。
Claims (16)
1.一种发光器件,包括:
在绝缘表面之上形成的膜晶体管;
在膜晶体管之上形成的包括有机材料的层间绝缘膜;
在层间绝缘膜之上形成的并具有在一对电极之间的发光层的发光元件;
在层间绝缘膜和发光元件之间形成的无机绝缘膜,该无机绝缘膜包括作为主要成分的硅和氮,
其特征在于,无机绝缘膜包含含量为至少25.0atomic%并且最多35.0atomic%的硅和含量为至少35.0atomic%并且最多65.0atomic%的氮。
2.根据权利要求1所述的器件,其特征在于,该发光器件包括EL显示器件。
3.根据权利要求1所述的器件,其特征在于,在电子设备中采用该发光器件,该电子设备选自个人计算机、摄象机、移动型信息终端、数字照相机、数字图像碟片播放器和投影仪组成的组。
4.一种发光器件,包括:
在绝缘表面之上形成的膜晶体管;
在膜晶体管之上形成的包括有机材料的层间绝缘膜;
在层间绝缘膜之上形成的并具有在一对电极之间的发光层的发光元件;
在层间绝缘膜和发光元件之间形成的无机绝缘膜,该无机绝缘膜包括作为主要成分的硅和氮,
其特征在于,层间绝缘膜和发光元件之间形成具有SP3键合并包含氢的碳膜。
5.根据权利要求4所述的器件,其特征在于,碳膜包括类金刚石碳。
6.根据权利要求4所述的器件,其特征在于,发光器件包括EL显示器件。
7.根据权利要求4所述的器件,其特征在于,在电子设备中采用该发光器件,该电子设备选自个人计算机、摄象机、移动型信息终端、数字照相机、数字图像碟片播放器和投影仪组成的组。
8.一种制造发光器件的方法,包括:
形成层间绝缘膜,该层间绝缘膜在膜晶体管之上,包括有机材料;
通过溅射方法在该层间绝缘膜上形成无机绝缘膜,该无机绝缘膜包括含量为至少25.0atomic%并且最多35.0atomic%的硅和含量为至少35.0atomic%并且最多65.0atomic%的氮,以及
在无机绝缘膜上形成发光元件,该发光元件具有一对电极之间的发光层。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,利用涂敷方法形成包括有机材料的该层间绝缘膜。
10.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,该发光器件包括EL显示器件。
11.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,在电子设备中采用该发光器件,该电子设备选自个人计算机、摄象机、移动型信息终端、数字照相机、数字图像碟片播放器和投影仪组成的组。
12.一种制造发光器件的方法,包括:
在膜晶体管之上形成包括有机材料的层间绝缘膜;
利用溅射方法在该层间绝缘膜上形成碳膜,该碳膜具有SP3键合并包含氢;
在碳膜上形成发光元件,其中一对电极之间形成发光层。
13.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,利用涂敷方法形成包括有机材料的该层间绝缘膜。
14.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,该碳膜包括类金刚石碳。
15.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,该发光器件包括EL显示器件。
16.根据权利要求12所述的方法,其特征在于,在电子设备中采用该发光器件,该电子设备选自个人计算机、摄象机、移动型信息终端、数字照相机、数字图像碟片播放器和投影仪组成的组。
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