DE3636232A1 - Duennfilm-feldeffekttransistor und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Duennfilm-feldeffekttransistor und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Struktur und auf
ein Verfahren zum Herstellen von Dünnfilm-Feldeffekttransisto
ren, die in Matrix-adressierten Flüssigkristallanzeigen ver
wendet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die
Verwendung spezifischer Materialien in dem Herstellungsverfah
ren und dem Aufbau von Feldeffekttransistoren. Dabei bezieht
sich die Erfindung insbesondere auch auf die Lösung von Material
kompatibilitätsproblemen zwischen Aluminiumkontakten auf amor
phem Silizium und Indiumzinnoxid als ein transparentes Elektro
denmaterial.
Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung weist üblicherweise zwei
ebene Platten auf, die an ihren äußeren Rändern abgedichtet sind
und eine Menge an Flüssigkristallmaterial enthalten. Diese Flüs
sigkristallmaterialien fallen üblicherweise in zwei Kategorien:
zweifarbige Farbstoffe und ein Gast/Wirtsystem oder verdrill
te nematische Materialien. Die ebenen Platten besitzen im all
gemeinen transparentes Elektrodenmaterial, das auf ihren Innen
flächen in vorbestimmten Mustern angeordnet ist. Die eine Plat
te ist häufig vollständig durch eine einzelne transparente
"Masseebene-"Elektrode überdeckt. Die entgegengesetzte Platte
ist mit einer Anordnung (Array) aus transparenten Elektroden
versehen, die hier als Bildelement- oder Pixel-Elektroden be
zeichnet sind. Somit enthält eine übliche Zelle in einer Flüs
sigkristallanzeige Flüssigkristallmaterial, das zwischen einer
Pixel-Elektrode und einer Masse-Elektrode angeordnet ist, die
tatsächlich eine kondensatorähnliche Struktur bilden, die zwi
schen transparenten Vorder- und Rückplatten angeordnet ist.
Im allgemeinen ist jedoch Transparenz nur für eine der zwei
Platten und die darauf angeordneten Elektroden erforderlich.
Im Betrieb wird die Orientierung des Flüssigkristallmaterials
durch Spannungen beeinflußt, die an die Elektroden auf jeder
Seite des Flüssigkristallmaterials angelegt werden. Üblicher
weise bewirkt eine Spannung, die an die Pixel-Elektrode ange
legt wird, eine Änderung in den optischen Eigenschaften des
Flüssigkristallmaterials. Diese optische Änderung bewirkt die
Anzeige von Information auf dem Flüssigkristall-Anzeigeschirm.
Bei üblichen digitalen Überwachungsanzeigen und in neueren LCD-
Schirmen, die in gewissen Miniatur-Fernsehempfängern verwendet
werden, wird die sichtbare Wirkung üblicherweise durch Änderun
gen von reflektiertem Licht erzeugt. Die Verwendung von transpa
renten Vorder- und Rückplatten und transparenten Elektroden
gestattet jedoch auch, daß visuelle Effekte durch transmissive
Wirkungen erzeugt werden. Diese transmissiven Wirkungen können
durch getrennt gespeiste Lichtquellen für die Anzeige, wozu
Leuchtstofflampen gehören, verstärkt werden. LCD-Schirme können
auch verwendet werden, um Farbbilder durch die Einfügung von
Farbfiltermosaiken in Übereinstimmung mit der Pixel-Elektroden
anordnung zu erzeugen. Einige Strukturen können Polarisierungs
filter verwenden, um entweder die gewünschte visuelle Wirkung
zu verstärken oder für diese zu sorgen.
Es werden verschiedene elektrische Mechanismen verwendet, um
einzelne Pixel-Elemente in einer Flüssigkristallanzeige nachein
ander ein- und auszuschalten. Beispielsweise sind Metalloxid-
Varistorvorrichtungen für diesen Zweck verwendet worden. Die
Verwendung von Dünnfilm-Halbleiterschaltelementen ist jedoch
hier höchst interessant. Insbesondere weist das Schaltelement
gemäß der Erfindung einen Dünnfilm-Feldeffekttransistor auf, der
eine Schicht aus amorphem Silizium verwendet. Diese Vorrichtun
gen werden in LCD-Vorrichtungen bevorzugt wegen ihrer potentiell
kleinen Größe, des geringen Energieverbrauchs, der Schaltge
schwindigkeiten, der leichten Herstellung und der Kompatibili
tät mit üblichen LCD-Strukturen. Es hat sich jedoch herausge
stellt, daß Fertigungsverfahren für gewisse gewünschte Halblei
ter-Schaltelementstrukturen inkompatibel mit der Verwendung von
gewissen Materialien sind, die in den transparenten LCD-Elektro
den benutzt werden. Insbesondere wurde gefunden, daß es wün
schenswert ist, eine Aluminiumschicht als die Source- und Drain-
Elektroden des Feldeffekttransistors (FET) zu verwenden, der
unter Benutzung von amorphem Silikon gefertigt wird, da sich üb
liche Elektrodenmaterialien, wie beispielsweise Molybdän, nicht
so gut mit amorphem Silizium verbinden und es schwieriger wird,
Muster herzustellen. Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß gute
Source- und Drain-Kontakte mit intrinsikem Silizium auf höchst
zuverlässige Weise mit Aluminiummetallisierung erhalten werden.
Leider haben jedoch Versuche zur Herstellung einer LCD-Array
ein Materialkompatibilitätsproblem zwischen Aluminium und der
Indiumzinnoxid-Pixel-Elektrode aufgezeigt. Eine Verschlechterung
in den Indiumzinnoxid-Pixel-Elektroden entstand, wenn Aluminium,
Indiumzinnoxid und Ätzmittel, Decklackentwickler oder andere
wässrige Lösungen gleichzeitig in Berührung waren. Das Ergebnis
ist das Aussehen wie ein "Schweizer Käse" der Indiumzinnoxid-
Schicht. Demzufolge ist es wünschenswert, ein Verfahren zur Ver
fügung zu haben, das die Vorteile von Aluminium-Source-Drain-
Kontaktmaterial gestattet, während Materialkompatibilitätsprob
leme in einfacher Weise vermieden werden, wobei möglichst wenige
Maskierungsschritte zu verwenden sind. Die Anzahl der Maskie
rungsschritte sollte klein sein, denn im allgemeinen ist die
Betriebssicherheit der entstehenden Vorrichtung und die Prozeß
ausbeute desto kleiner je größer die Komplexität des Prozesses
bzw. Verfahrens ist.
Es gibt viel Literatur, in der Feldeffekttransistoren aus amor
phem Silizium beschrieben ist. Ein Teil der Literatur, die Alu
minium-Source-Drain-Feldeffektoren beschreibt, erörtert auch
Vorrichtungseigenschaften mit reinen Vermutungen für Anzeige
applikationen. Andere Literatur, die Anzeigeapplikationen be
schreibt, spezifiziert üblicherweise nicht das Source-Drain-
Material, sondern gibt Querschnitte an, die zeigen, daß ähnliche
Source-Drain-Indiumzinnoxid-Materialkompatibilitätsprobleme auf
getreten sind. Das Problem mit dem Verfahren, das bei diesen
Vorrichtungen und anderen auftrat, die untersucht worden sind,
besteht darin, daß sie nicht weniger als acht Maskierungsschrit
te erfordern und somit eine extrem reine Verfahrensumgebung be
nötigen, um eine hohe Produktionsausbeute für die LCD-Vorrichtun
gen zu erzielen. Wenn die Anzeigengröße und die Komplexität zu
nehmen, werden diese Ausbeuteprobleme noch signifikanter.
Zu den Artikeln in dieser Richtung gehören die folgenden:
"Application of Amorphous Silicon Field Effect Transistors
and Integrated Circuits" von AJ Snell et al., Applied Physics,
Band 26, Seiten 83-86 (1981);
"Amorphous Silicon - Silicon Nitride Thin Film Transistors" von
MJ Powell, Applied Physics Letters, Band 38, Nr. 10 (Mai 1981);
"Silicon TFT′s for Flat Panel Displays" von F. Morin und M.
LeContellec, Hewlett Packard Journal;
"Application of Amorphous Silicon Field Effect Transistors in
Adressable Liquid Cristal Display Panels", von GJ Snell et al.,
Applied Physics, Band 24, Seiten 357-362 (1981);
"A TFT-Addressed Liquid Color Display" von M. Sugatr et al.,
Proceedings of the Third International Display Research Confe
rence, SID und ITE, Paper Nr. 5.3 (Oktober 1983) und
"Amorphous-Silicon Thin-Film Metal-Oxide-Semiconductor Transis
tors" von H. Hagama und M. Matsumura, Applied Physics Letters,
Band 36, Nr. 9 (Mai 1980).
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen
von Dünnfilm-Feldeffekttransistoren zu schaffen. Weiterhin
sollen eine Struktur und ein Verfahren für die Dünnfilm-Feld
effekttransistorfertigung in Verbindung mit der Fertigung von
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen geschaffen werden. Weiter
hin soll eine aktive Matrix-LCD-Anzeige geschaffen werden, die
einen verbesserten Source-Drain-Metallisierungskontakt mit
darunter liegendem amorphem Siliziummaterial aufweist. Es sollen
weiterhin Materialien, Strukturen und Verfahren geschaffen wer
den, die chemische Kompatibilität, insbesondere in bezug auf
Ätzmittel, aufweisen, um die Verschlechterung in Pixel-Elektro
den in LCD-Vorrichtungen zu vermindern. Schließlich sollen ein
Verfahren und eine Struktur für die Fertigung von Dünnfilm-Feld
effekttransistoren und zugeordneten LCD-Vorrichtungen geschaf
fen werden, die eine erhöhte Fertigungsausbeute und betriebssi
cherere Komponenten und Anzeigen ermöglichen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ent
hält ein Verfahren zur Fertigung von Dünnfilm-Feldeffekttran
sistoren ein vielstufiges Verfahren, das Titan als ein Gate-
Elektrodenmaterial, Indiumzinnoxid als ein Pixel-Elektrodenma
terial und Aluminium als ein Mittel zum Verbinden von Source
und Drain-Elektroden mit einer amorphen Siliziumoberfläche ver
wendet. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Gate-Metal
lisierungsmusterschicht auf einem isolierenden Substrat ange
ordnet. Aus Gründen der Materialkompatibilität weist die Gate-
Schicht Titan auf. Ein Indiumzinnoxid-Pixel-Elektrodenmuster wird
dann auf dem Substrat angeordnet, worauf eine Schicht aus Sili
ziumnitrid, eine Schicht aus amorphem Silizium und eine Schicht
aus Aluminium folgen. Die Aluminiumschicht ist so gemustert, daß
eine Inselstruktur gebildet wird, die eventuell die Source- und
Drain-Abschnitte des FET aufweist. Es ist wichtig darauf hinzu
weisen, daß die Aluminiumschicht mit der Siliziumnitridschicht
über dem Indiumzinnoxid gemustert wird, wodurch die Pixel-Elek
trode vor dem oben erwähnten "Schweizer Käse"-Effekt geschützt
wird. Die Siliziumnitridschicht und die Schicht aus amorphem
Silizium werden dann ebenfalls gemustert, um Inseln zu bilden,
die das Source- und Drain-Muster des Aluminiums enthalten, wo
durch eine Struktur erzeugt wird, in der jede gebildete Insel
eine Schicht aus Siliziumnitrid, amorphem Silizium und Aluminium
enthält. Die Source- und Drain-Metallisierung wird dann über das
Substrat aufgebracht, und diese Schicht wird mit einem Muster
versehen, um Source- und Drain-Kontakte in elektrischer Verbin
dung mit dem Aluminium auszubilden, und gleichzeitig hat die
Musterbildung der Source- und Drain-Elektroden die Bildung der
Source (Daten)- und Drain-Leitungen zur Folge. Entweder die
Source- oder Drain-Leitungen werden so verbunden, daß sie in
elektrischem Kontakt mit den einzelnen Pixel-Elektroden sind,
wobei die andere dieser zwei FET-Elektroden mit den Datenlei
tungen verbunden wird. Die Gate-Elektroden werden mit den Gate-
Treiberleitungen verbunden.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an
hand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
Fig. 1 ist ein schematisches elektrisches Schaltbild und
zeigt den Zusammenhang, in dem die Dünnfilm-Feld
effekttransistoren verwendet werden.
Fig. 2 ist eine Seitenschnittansicht von einem Abschnitt
einer LCD-Pixelzelle, die die FET-Struktur gemäß
der Erfindung enthält.
Fig. 3A ist eine Draufsicht auf einen FET und einen Ab
schnitt einer Pixel-Elektrode gemäß der Erfindung.
Fig. 3B ist eine Seitenschnittansicht und zeigt deutli
cher die Ausrichtung der FET-Struktur mit Ab
schnitten, die in der Draufsicht gemäß Fig. 3A
gezeigt sind.
Fig. 4A-4J sind Seitenschnittansichten und zeigen aufeinander
folgende Schritte bzw. Stufen in der Fertigung der
FET-Struktur und LCD-Struktur gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt in schematischer Form eine Matrix-adressierte
Flüssigkristallanzeigeschaltung. Insbesondere ist dort eine
N×M Anordnung (Array) von Pixel-Elektroden 16 zusammen mit
zugehörigen FET-Schaltelementen 50 gezeigt. Die Gate-Elektroden
der Schaltelemente in Reihe i sind mit einer Gate-Treiberlei
tung G i verbunden. In ähnlicher Weise ist die Source-Elektrode
in jeder Spalte j mit einer Daten- oder Source-Leitung S j ver
bunden. In der gezeigten Figur reicht j von 1 bis M und i reicht
von 1 bis N. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß viele FET-
Strukturen symmetrisch sind in bezug auf die Source- und Drain-
Eigenschaften und daß in vielen Fällen die Source- und Drain-
Verbindungen umgekehrt sein können. Gemäß Fig. 1 ist jedoch je
de Pixel-Elektrode 16 mit der Drain-Elektrode ihres zugeordneten
Schalt-FET verbunden. Im Betrieb wird das Pixel-Element in der
i-ten Reihe und der j-ten Spalte dadurch eingeschaltet, daß
gleichzeitig entsprechende Signale an die Gate-Leitung G i und
die Datenleitung S j angelegt werden. Dadurch wird eine Spannung
an die Pixel-Elektroden 16 angelegt, die die Wirkung hat, die
optischen Eigenschaften der Flüssigkristallmaterialien zu verän
dern, die zwischen der Pixel-Elektrode 16 und der Messeebene- oder
Gegenelektrode (nicht sichtbar in Fig. 1) angeordnet sind. Die
Pixel-Elektroden 16 weisen ein transparentes leitfähiges Material
auf, wie beispielsweise Indiumzinnoxid. Jedoch ist die Verarbei
tung von amorphes Silizium enthaltenden Feldeffekttransistoren,
wie sie üblicherweise ausgeführt werden, unvereinbar mit der Ver
wendung gewisser Ätzmittel für Aluminium, das besonders nützlich
ist zum Verbessern des elektrischen Kontaktes mit dem amorphen
Silizium. Es wird deshalb deutlich, daß gewisse Materialkompo
nenten, die in amorphes Silizium enthaltenden FET-Strukturen
wünschenswert sind, Verarbeitungs- und Fertigungsschwierigkeiten
immer dann zur Folge haben, wo diese FET-Strukturen in Flüssig
kristallanzeigen verwendet werden, die Indiumzinnoxid als Pixel-
Elektrodenmaterial verwenden.
Fig. 2 zeigt einen Teil einer Flüssigkristallanzeigenvorrich
tung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Insbesondere
stellt Fig. 2 sowohl die obere als auch die untere Platte für
eine Flüssigkristallanzeige dar. Weiterhin ist die physikalische
Relation zwischen der FET-Struktur und einer Pixel-Elektrode
gezeigt. In Fig. 2 ist eine obere LCD-Platte 70 gezeigt, die
üblicherweise ein Material wie beispielsweise Glas enthält. Wei
terhin ist auf der unteren Oberfläche der Platte 70 ein dünner
Überzug 76 aus einem Material, wie beispielsweise Indiumzinnoxid,
angeordnet, der als eine transparente Gegenelektrode oder Masse
ebenen- Elektrode wirkt. Elektrische Potentialunterschiede, die
zwischen der Masseebenen- Elektrode 76 und der Pixel-Elektrode 16
auftreten, erzeugen optische Änderungen in dem Flüssigkristall
material 60, das zwischen diesen Elektroden angeordnet ist. Es
sind diese durch die Potentialdifferenz erzeugten optischen Wir
kungen, die die Anzeige von Information auf der LCD-Vorrichtung
bewirken. Der FET 50 und die Pixel-Elektrode 16 sind auf einem
isolierfähigen Überzug 12 auf der unteren LCD-Platte 10 angeordnet.
Der Überzug 12 weist üblicherweise ein Material wie beispiels
weise Siliziumdioxid auf. Die Platte 10 weist üblicherweise ein
Material wie beispielsweise Glas auf. Im allgemeinen können die
Platte 70, die Plattenelektroden 76, die Pixel-Elektrode 16, der
Überzug 12 und die Platte 10 alle transparentes Material aufwei
sen. Dies ist besonders nützlich bei Flüssigkristallanzeigen,
in denen eine Rückbeleuchtung verwendet wird, um das gewünschte
Bild zu formen. Nötig ist jedoch nur, daß entweder die obere
Platte 70 oder das untere Substrat 10 zusammen mit dem zugeordneten
Elektrodenüberzug transparent sind.
Wie vorstehend erwähnt ist, sind die Pixel-Elektroden 16 auf der
einen der LCD-Platten angeordnet. Es ist weiterhin notwendig,
jede Pixel-Elektrode mit ihrem zugehörigen Halbleiterschaltele
ment zu verbinden. Bei der hier beschriebenen Applikation weist
das Halbleiterschaltelement 50 einen Feldeffekttransistor auf
einer Basis von amorphem Silizium auf, der eine Gate-Elektrode
14 aufweist, die vorzugsweise Titan enthält. Über der Gate-Elek
trode 14 ist eine Isolierschicht 18 angeordnet, die üblicherweise
ein Material wie beispielsweise Siliziumnitrid aufweist. Über der
Isolierschicht 18 ist eine aktive Schicht aus amorphem Silizium
20 angeordnet. Im allgemeinen ist es wünschenswert, die Source
und Drain-Elektroden in einem direkten Kontakt mit dem aktiven
Siliziummaterial anzuordnen. Jedoch können Materialien, wie bei
spielsweise Molybdän, die in der Source- und Drain-Metallisie
rungsschicht verwendet werden, keinen guten elektrischen Kontakt
mit dem intrinsiken amorphen Silizium bilden. Deshalb ist es
wünschenswert, ein Zwischenkontaktmetall zu verwenden, um die
elektrische Verbindung mit dem amorphen Silizium zu erleichtern
und zu verbessern. Gemäß der vorliegenden Erfindung führt hierzu
die Verwendung von Aluminiumüberzügen 22 a und 22 b für die Source-
Elektroden 24 a bzw. 24 b. Zur gleichen Zeit werden die Drain-Elek
trode 24 b und die Source-Elektrode 24 a so gefertigt und angeord
net, daß sie einen elektrischen Kontakt mit der Pixel-Elektrode
16 in der gezeigten Weise bilden. Schließlich ist eine Schicht
aus einem Passivierungsmaterial 26, wie beispielsweise Silizium
nitrid, über dem unteren LCD-Substrat angeordnet.
Aus Fig. 2 ist weiterhin ersichtlich, daß die Gate-Elektrode 14
zusammen mit den zugeordneten Gate-Treiberleitungen mit der
Schicht 12 in Kontakt ist, wie dies auch für die Indiumzinnoxid-
Schicht 16 gilt. Wenn diese Schichten in etwa in dem gleichen
Schritt in dem Herstellungsverfahren abzuscheiden sind, müssen die
Materialien, die für diese Schichten ausgewählt sind, einen ge
wissen Grad an Kompatibilität aufweisen. Dies gilt insbesondere
in bezug auf die Ätzmittel, die beim Ausbilden von Mustern in
diesen Schichten verwendet werden. Demzufolge verwendet die
Struktur und das Verfahren gemäß der Erfindung Titan als ein
Gate-Elektrodenmaterial und Indiumzinnoxid als ein transparentes
Pixel-Elektrodenmaterial. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß
diese Kompatibilitätsprobleme nicht für die Masseebene- Elektrode 76
gelten, die auf dem oberen Substrat 70 angeordnet ist.
Fig. 3A ist eine Draufsicht und zeigt im Detail die physikali
sche Struktur eines Schaltelementes 50 und seine zugehörige
Pixel-Elektrode 16 in der Nähe des Schnittes der Gate-Treiber
leitung G i und der Daten-Treiberleitung S j . Der Vollständigkeit
halber sind entsprechende Strukturen in Fig. 3B im Schnitt dar
gestellt. Insbesondere zeigt Fig. 3A das Vorhandensein einer
isolierenden Insel, die hauptsächlich die Isolierschicht 18 und
die Schicht 20 aus amorphem Silizium aufweist. Diese Insel bil
det eine Isolation zwischen der Datenleitung S j und der Gate
Leitung G i . Es ist weiterhin ersichtlich, daß die Daten-Leitung
S j auch direkt als Source-Elektrode (oder die Drain-Elektrode
in einem umgekehrten Fall) für einen Dünnfilm-FET dienen kann.
Ferner wird deutlich, daß die Gate-Elektrode 14 vorzugsweise
als eine Verlängerung der Gate-Treiberleitung G i ausgebildet ist.
Die Gate-Treiberleitungen und die Gate-Elektroden werden vorzugs
weise in dem gleichen Fertigungsschritt hergestellt und weisen
das gleiche Material auf, und in diesem Ausführungsbeispiel
wird Titan verwendet, um die Kompatibilität mit der aus Indium
zinnoxid bestehenden Pixel-Elektrode 16 sicherzustellen.
Da die Gate-Elektrode in einem frühen Fertigungsschritt herge
stellt und auf dem darunter liegenden, isolierenden Substrat
angeordnet ist und da die Gate-Isolierschicht auch die Gate
und Source-Elektroden isoliert, werden die in den Fig. 2 und
3B gezeigten FET-Strukturen als invertierte FET′s beschrieben.
Dieser Begriff bezieht sich jedoch nur auf ihre physikalischen
und nicht auf ihre elektrischen Eigenschaften.
Es mag zwar den Anschein haben, daß die in den Fig. 1,2 und
3 gezeigte Struktur auf einfache Weise aufgebaut werden kann,
es muß dabei aber berücksichtigt werden, daß es bei der Ferti
gung der gezeigten Struktur signifikante Material- und Material-
Ätzmittel-Kompatibilitätsprobleme gibt. Das Verfahren gemäß der
Erfindung verwendet Materialien und Schritte, die diese Kompati
bilitätsprobleme überwinden und zur gleichen Zeit ein Herstel
lungsverfahren zur Folge haben, das eine minimale Anzahl von
Maskierungsoperationen verwendet. Die Verwendung einer großen
Anzahl von Maskierungsoperationen muß im allgemeinen vermieden
werden wegen der Probleme bezüglich der Betriebssicherheit der
Vorrichtung und der Ausbeute. Dementsprechend stellen Fig.
4A bis 4J verschiedene Schritte bei der Fertigung der in den
Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung dar. Insbesondere ist das
in diesen Figuren dargestellte Verfahren auf die Herstellung von
Dünnfilm-FET-Schaltelementvorrichtungen auf der Basis von amor
phem Silizium gerichtet, die mit der Verwendung von Indiumzinn
oxid als ein transparentes Elektrodenmaterial kompatibel sind.
In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird ein isolierendes Sub
strat, wie beispielsweise Glas, gereinigt, um die Oberfläche auf
Verarbeitungsqualität zu bringen. Dann wird der Isolierüberzug
12, wie beispielsweise eine Schicht aus Siliziumoxid, auf der
einen Seite des Substrates 10 ausgebildet, um eine stabile Ober
fläche für die weitere Verarbeitung herzustellen. Die Schicht 12
kann jedoch fakultativ entfernt werden.
Der Isolierüberzug 12 weist üblicherweise eine Schicht von zer
stäubtem Siliziumoxid auf, das in einer Dicke von etwa 1200 Angström
abgeschieden ist.
Titan wird dann abgeschieden, mit einem Muster versehen und Plas
ma-geätzt, um die Gates der FET′s und die Gate-Treiberleitungen
auszubilden. Die Abscheidung der Gate-Treiberleitungen auf dem
Isolierüberzug 12 wird im allgemeinen durch übliche Maskierungs-
und Musterungstechniken ausgeführt. Beispielsweise kann eine
Titanschicht durch Elektronenstrahlverdampfung bis zu einer Dic
ke von etwa 800 Angström abgeschieden werden. Diese Schicht wird
mit einem Abdecklack überzogen und dem gewünschten Maskierungs
muster ausgesetzt. Das Substrat wird dann Plasma-geätzt, um die
Gate-Muster auszubilden. In einem bevorzugten Ausführungsbei
spiel der Erfindung wird an dieser Stelle ein Sauerstoffpolieren
des Abdecklackes ausgeführt, wodurch ein doppelter Zweck erreicht
wird, nämlich das Reinigen des Abdecklackes als auch das Aus
setzen des Gate-Metalls in eine Sauerstoffumgebung, die das Gate-
Metall zäh macht vor dem Plasma-Ätzen während der Inselbildung.
Fig. 4B stellt den nächsten Schritt in dem erfindungsgemäßen
Verfahren dar. Bei diesem Schritt wird das aus Indiumzinnoxid
bestehende Pixel-Elektrodenmaterial 16 durch Sprühen abgeschie
den und naß geätzt. Der in Fig. 4B gezeigte Verfahrensschritt
stellt deshalb den zweiten Maskierungsschritt dar, der gemäß der
Erfindung verwendet wird. Die Ausbildung der Pixel-Elektroden
wird nach der Ausbildung des Gate-Metallisierungsmusters ausge
führt, um das Aussetzen gegenüber den Ätzmitteln zu vermeiden,
die zum Herstellen des Musters des Gate-Materials verwendet wer
den. Das Material der Pixel-Elektrode 16 wird vorzugsweise durch
Zerstäuben von Indiumzinnoxid bis zu einer Dicke von etwa 900
Angström abgeschieden.
Fig. 4C stellt den nächsten Schritt in dem erfindungsgemäßen
Verfahren dar, der die Abscheidung der Isolierschicht 18 be
inhaltet. Diese Schicht weist vorzugsweise Siliziumnitrid auf,
das vorzugsweise durch Plasma-verstärkte chemische Dampfabschei
dung bis zu einer Dicke von etwa 1500 Angström ausgebildet wird.
Als nächstes wird eine Schicht aus amorphem Silizium in ähnli
cher Weise bis zu einer Dicke von etwa 2000 Angström abgeschie
den. Bezüglich einer allgemeinen Beschreibung der vorgenannten
chemischen Dampfabscheidung wird auf "Plasma-promoted Deposition
of Thin Inorganic Films" von M. Rand in J. Vac. Sci. Tech.,
Band 16, Seite 420 (1979) verwiesen. Auch wenn es weniger wün
schenswert ist, so ist es auch möglich, die aus amorphem Sili
zium bestehende Schicht durch Zerstäuben und anschließendes
Hydrieren herzustellen. Ein wichtiger Aspekt des erfindungsge
mäßen Verfahrens besteht darin, daß die nächste Schicht aus
Aluminium relativ unmittelbar nach der Abscheidung von amorphem
Silizium abgeschieden wird, um einen sicheren Kontakt zu errei
chen. Dies ist sehr wünschenswert wegen der Oxidation und Ver
unreinigung der Siliziumoberfläche, die anderenfalls auftreten
könnten. Bezüglich der Unmittelbarkeit bzw. Unverzüglichkeit der
Abscheidung von Aluminium wird darauf hingewiesen, daß diese Ab
scheidung vor irgendeiner anderen Oberflächenbehandlung erfolgt.
Beispielsweise ist es unerwünscht, die Abscheidung von Aluminium
für länger als etwa 2 Stunden zu verzögern, wenn die Substrat
oberfläche Luft ausgesetzt ist. Die Aufbewahrung des Substrates
in inerten Atmosphären würde diese Zeitperiode selbstverständlich
verlängern. Da es jedoch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist, einen guten Kontakt mit dem aus amorphem Silizium bestehen
den Material herzustellen, ist es im allgemeinen besser, die
Aluminiumschicht so bald wie möglich ohne anschließende Oberflä
chenbehandlung abzuscheiden. Die Abscheidung der Siliziumschicht
20 ist in Fig. 4D dargestellt, und die Elektronenstrahlver
dampfung der Aluminiumschicht 22 ist in Fig. 4E gezeigt. Das
Aluminium wird üblicherweise bis zu einer Dicke von etwa 500
Angström abgeschieden. Die Siliziumschicht wird vorzugsweise durch
Plasma-Abscheidung bis zu einer Dicke von etwa 2000 Angström
abgeschieden. Die daraus resultierende Struktur ist in Fig.
4E gezeigt.
Fig. 4F zeigt, daß der nächste Schritt in dem Verfahren die
Ausbildung des Musters der Aluminiumschicht 22 ist, so daß die
Aluminiumschicht zurückgeschnitten ist von der gewünschten Insel
struktur (in der nachfolgenden Verarbeitung vollständiger aus
gebildet), was insbesondere durch die Bezugszahlen 18 und 20
in Fig. 3A angedeutet ist. Das Vorhandensein der Aluminium
schicht 22 erfüllt die Kontaktbedingungen, und da sie geätzt
wird, während das Indiumzinnoxid von Gate-Nitrid überdeckt ist,
wird kein "Schweizer-Käse" Angriff der Pixel-Elektrodenschicht
16 beobachtet.
Fig. 4G stellt den nächsten Schritt in dem Verfahren dar, in
dem die Inselmuster aus amorphem Silizium und Siliziumnitrid
ausgebildet werden. Diese Operation stellt den vierten Maskie
rungsschritt dar. Die verwendete Maske kann die gleiche Maske
sein, die zur Ausbildung der Aluminium-Inseln verwendet wurde.
Um die gleiche Maske zu verwenden, wird eine doppelte Exposion
durchgeführt, bei der die Maske in der gleichen diagonalen Rich
tung zweimal vor- und zurückgeschoben wird, um eine größere
Aluminiumbeseitigung sicherzustellen. Im allgemeinen ist es je
doch vorzuziehen, eine getrennte Maske zur Musterausbildung der
Silizium- und Nitridabschnitte der Inselstruktur zu verwenden.
Der Zweck dieses Zurückschneidens oder Zurücksetztens der Alu
miniumschicht besteht darin, ein Unterschneiden zu verhindern,
das als eine Folge der unterschiedlichen Materialätzgeschwin
digkeiten für Aluminium und die anderen Inselbestandteile auftre
ten könnte. Das Plasma-Ätzmittel, das zum Beseitigen der Sili
ziumnitrid- und aus amorphem Silizium bestehenden Schichten ver
wendet wurde, greift die Indiumzinnoxidschicht nicht an.
Fig. 4H stellt den nächsten Schritt in dem erfindungsgemäßen
Verfahren dar, in dem eine Schicht aus Molybdän auf dem Substrat
abgeschieden wird. Beispielsweise kann eine 3000 Angström dicke
Molybdänschicht 24 auf diese Weise abgeschieden werden. Wie in
Fig. 4I gezeigt ist, wird diese Schicht dann mit einem Muster
versehen, wobei ein nasses Ätzen mit einer Mischung von Phosphor-,
Essig- und schwacher Salpetersäure ohne Angriff des Indiumzinn
oxidmaterials verwendet wird. Das vorgenannte Ätzmittel besei
tigt auch die kleine Aluminiummenge von dem Kanal zwischen den
Source- und Drain-Streifen. Die Source-Drain-Molybdän-Abschei
dung bildet ein Silizid um den Rand der Insel, was eine Gate
und Source-Drain-Leckage zur Folge hat. Dies wird jedoch elimi
niert durch Plasma-Ätzen der freiliegenden Siliziumoberfläche
(Rückkanalätzen), und die Vorrichtung wird dann mit einem Nie
dertemperaturnitrid versehen zum Schützen und Passivieren der
freiliegenden Siliziumoberfläche. Diesbezüglich wird auf Fig.
4J verwiesen.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß der
Dünnfilm-FET und die Flüssigkristallanzeigenvorrichtung
und das Verfahren gemäß der Erfindung das Problem des Elektro
denkontaktes mit dem amorphen Silizium vermeiden, während gleich
zeitig die Materialverbindungskompatibilität für die vereinfach
te Fertigung der LCD-Vorrichtung beibehalten wird. Insbesondere
ist zu sehen, daß die wesentlichen Teile der LCD-Vorrichtung
in einem Verfahren gefertigt werden können, das nur fünf Mas
kierungsschritte verwendet. Es ist weiterhin deutlich geworden,
daß die Verfahrensschritte in einer bestimmten Reihenfolge mit
speziellen Materialien ausgeführt werden, um sicherzustellen,
daß eine Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung des Pixel-Elek
trodenmaterials nicht auftritt. Weiterhin ist hervorzuheben,
daß die Einrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung so
sind, daß sie mit einer großen Vielfalt von Flüssigkristallan
zeige-Systemen und mit einer großen Vielfalt von Flüssigkristall
materialien kompatibel sind. Es ist auch von großem Vorteil, daß
bei der Fertigung gemäß der Erfindung relativ übliche Verarbei
tungsmethoden für sehr große Verpackungsdichten (VLSI) verwendet
werden können, um eine sichere Fertigung mit hoher Ausbeute von
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen zu ermöglichen, die ein
hohes Auflösungsvermögen besitzen.
Claims (21)
1. Dünnfilm-Feldeffekttransistorstruktur für eine eine aktive
Matrix aufweisende Flüssigkristallanzeige,
gekennzeichnet durch
ein Substrat (10) mit einem Isolierüberzug (12) darauf
eine Gate-Elektrode (14), die Titan enthält und auf dem isolierenden Substratüberzug (12) angeordnet ist, eine Gate-Isolierschicht (18), die über der Gate-Elektro de (14) angeordnet ist,
eine amorphes Silizium enthaltende Schicht (20), die über der Gate-Isolationsschicht (18) angeordnet ist, wobei die Siliziumschicht (20) und die Gate-Isolationsschicht (18) eine Inselkonfiguration aufweisen,
eine Aluminiumschicht (22), die über der Insel angeordnet ist, wobei in der Aluminiumschicht (22) ein Isolierspalt ausgebildet ist, der so über der Gate-Elektrode (14) ange ordnet ist, daß eine Feldeffekttransistor-Source-Leitungs metallisierung, die in Kontakt mit der Aluminiumschicht auf der einen Seite des Isolierspalts angeordnet ist,
und eine Drain-Leitungsmetallisierung in Kontakt mit der Aluminiumschicht auf der anderen Seite des Isolierspaltes gebildet ist, und
eine Schicht (16) aus Indiumzinnoxid, die auf dem Isolier überzug (12) so angeordnet ist, daß eine Pixel-Elektrode gebildet ist, wobei die Pixel-Elektrode in elektrischem Kontakt mit der Source- oder Drain-Leitungsmetallisie rung (24) ist.
ein Substrat (10) mit einem Isolierüberzug (12) darauf
eine Gate-Elektrode (14), die Titan enthält und auf dem isolierenden Substratüberzug (12) angeordnet ist, eine Gate-Isolierschicht (18), die über der Gate-Elektro de (14) angeordnet ist,
eine amorphes Silizium enthaltende Schicht (20), die über der Gate-Isolationsschicht (18) angeordnet ist, wobei die Siliziumschicht (20) und die Gate-Isolationsschicht (18) eine Inselkonfiguration aufweisen,
eine Aluminiumschicht (22), die über der Insel angeordnet ist, wobei in der Aluminiumschicht (22) ein Isolierspalt ausgebildet ist, der so über der Gate-Elektrode (14) ange ordnet ist, daß eine Feldeffekttransistor-Source-Leitungs metallisierung, die in Kontakt mit der Aluminiumschicht auf der einen Seite des Isolierspalts angeordnet ist,
und eine Drain-Leitungsmetallisierung in Kontakt mit der Aluminiumschicht auf der anderen Seite des Isolierspaltes gebildet ist, und
eine Schicht (16) aus Indiumzinnoxid, die auf dem Isolier überzug (12) so angeordnet ist, daß eine Pixel-Elektrode gebildet ist, wobei die Pixel-Elektrode in elektrischem Kontakt mit der Source- oder Drain-Leitungsmetallisie rung (24) ist.
2. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Source- und Drain-Leitungsmetallisierung (24)
Molybdän aufweist.
3. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der isolierende Substratüberzug (12) Siliziumdioxid
aufweist.
4. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aluminiumschicht (22) von den Rändern der Insel
zurückgesetzt ist.
5. Verfahren zum Herstellen von Dünnfilm-Feldeffekttransis
toren in aktiven Matrix-Flüssigkristall
anzeigevorrichtungen,
gekennzeichnet durch:
Anordnen eines Gate-Metallisierungsschichtmusters auf einem isolierenden Substrat, wobei das Gate-Metall Titan enthält und das Muster Gate-Elektroden aufweist,
Anordnen eines Pixel-Elektrodenmusters auf dem Substrat, wobei das Pixel-Elektrodenmaterial Indiumzinnoxid auf weist,
Anordnen einer Isolierschutzschicht ----- über dem Sub strat mit dem Gate-Metallmuster und dem Pixel-Elektroden muster,
Anordnen einer Siliziumschicht über der Isolierschutzschicht,
Anordnen einer Aluminiumschicht über dem Silizium,
Ausbilden eines Musters in der Aluminiumschicht zum Bil den von Inseln aus Aluminium in Kontakt mit der Siliziumschicht, wobei die Inseln über ---------------- den Gate-Elektroden angeordnet werden,
Ausbilden von Mustern in den Isolierschutz- und Silizium schichten zum Bilden von Inseln im wesentlichen in glei cher Ausdehnung mit den Aluminium-Inseln, wobei jede ge bildete Insel eine Schutzschicht, eine Silizium- und eine Aluminiumschicht aufweist,
Anordnen einer Source- und Drain-Metallisierungsschicht über dem Substrat, und
Ausbilden von Mustern in der Source- und Drain-Metalli sierungsschicht und der Aluminiumschicht, um Feldeffekt transistorvorrichtungen auszubilden.
Anordnen eines Gate-Metallisierungsschichtmusters auf einem isolierenden Substrat, wobei das Gate-Metall Titan enthält und das Muster Gate-Elektroden aufweist,
Anordnen eines Pixel-Elektrodenmusters auf dem Substrat, wobei das Pixel-Elektrodenmaterial Indiumzinnoxid auf weist,
Anordnen einer Isolierschutzschicht ----- über dem Sub strat mit dem Gate-Metallmuster und dem Pixel-Elektroden muster,
Anordnen einer Siliziumschicht über der Isolierschutzschicht,
Anordnen einer Aluminiumschicht über dem Silizium,
Ausbilden eines Musters in der Aluminiumschicht zum Bil den von Inseln aus Aluminium in Kontakt mit der Siliziumschicht, wobei die Inseln über ---------------- den Gate-Elektroden angeordnet werden,
Ausbilden von Mustern in den Isolierschutz- und Silizium schichten zum Bilden von Inseln im wesentlichen in glei cher Ausdehnung mit den Aluminium-Inseln, wobei jede ge bildete Insel eine Schutzschicht, eine Silizium- und eine Aluminiumschicht aufweist,
Anordnen einer Source- und Drain-Metallisierungsschicht über dem Substrat, und
Ausbilden von Mustern in der Source- und Drain-Metalli sierungsschicht und der Aluminiumschicht, um Feldeffekt transistorvorrichtungen auszubilden.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gate-Metallisierungsschichtmuster durch Dampf
abscheiden und plasma-Ätzen angeordnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Pixel-Elektrodenmuster durch Sprühabscheiden und
nasses Ätzen angeordnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolierschutzschicht durch Plasma-verstärkte
chemische Dampfabscheidung von Siliziumnitrid angeordnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß amorphes Silizium durch Plasma-verstärkte chemi
sche Dampfabscheidung angeordnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aluminiumschicht durch Elektronenstrahlverdampfung
angeordnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Source- und Drain-Metallisierungsschicht durch
Sprühen angeordnet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausbilden des Source- und Drain-Metallisierungs
schichtmusters das Ätzen in einer Lösung aus Phosphor
säure, Essigsäure und schwacher Salpetersäure aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Passivierungsschicht über dem ------------------
Substrat angeordnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Passivierungsschicht durch Plasma-verstärkte
chemische Dampfabscheidung von Siliziumnitrid ausge
bildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Silizium- und Isolierschutzschichtmusterbildung Inseln
erzeugt, auf denen die Aluminiumschicht von den Insel
rändern zurückgesetzt ist.
16. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolierschutzschicht Siliziumnitrid aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Silizium amorphes Silizium aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Passivierungsschicht Siliziumnitrid aufweist.
19. Flüssigkristallanzeige mit einer aktiven Matrix,
gekennzeichnet durch :
zwei ebene Substrate (10, 70), von denen wenigstens eines transparent ist,
eine Menge aus Flüssigkristallmaterial (70), die zwischen den Substraten angeordnet und enthalten ist,
eine Anordnung (array) aus Indiumzinnoxid-Pixel-Elektro den (16), die auf dem wenigstens einen Substrat angeord net sind,
wenigstens eine erdebenen Elektrode (76), die auf dem anderen der Substrate so angeordnet ist, daß das Flüssig kristallmaterial (60) zwischen den Pixel-Elektroden und den erdebenen Elektroden angeordnet ist,
einen Satz elektrisch leitfähiger Daten-Leitungen,
einen Satz elektrisch leitfähiger Gate-Leitungen,
eine Anordnung (array) von Halbleiter-Schaltelementen (50), die den Pixel-Elektroden zugeordnet sind, wobei jedes Schaltelement eine Gate-Elektrode (14), die Titan aufweist und elektrisch mit den Gate-Leitungen verbunden ist, und eine Schicht (20) aus --- Silizium aufweist,
die über der Gate-Isolationsschicht (18) und einer Alu miniumschicht (22) angeordnet ist, die über der aus Silizium bestehenden Schicht in jedem Schaltelement angeordnet ist, wobei in der Aluminiumschicht (22) ein Isolierspalt enthalten ist, der über der Gate-Elektrode so angeordnet ist, daß ein Feldeffekttransistor mit Source und Drain gebildet ist, wobei die Gate-Elektroden des Schaltelements mit jeweils einer der Gate-Leitungen verbunden und die Source- und Drain-Elektroden mit einer der Daten-Leitungen oder Pixel-Elektroden durch die Alu miniumschicht verbunden sind.
zwei ebene Substrate (10, 70), von denen wenigstens eines transparent ist,
eine Menge aus Flüssigkristallmaterial (70), die zwischen den Substraten angeordnet und enthalten ist,
eine Anordnung (array) aus Indiumzinnoxid-Pixel-Elektro den (16), die auf dem wenigstens einen Substrat angeord net sind,
wenigstens eine erdebenen Elektrode (76), die auf dem anderen der Substrate so angeordnet ist, daß das Flüssig kristallmaterial (60) zwischen den Pixel-Elektroden und den erdebenen Elektroden angeordnet ist,
einen Satz elektrisch leitfähiger Daten-Leitungen,
einen Satz elektrisch leitfähiger Gate-Leitungen,
eine Anordnung (array) von Halbleiter-Schaltelementen (50), die den Pixel-Elektroden zugeordnet sind, wobei jedes Schaltelement eine Gate-Elektrode (14), die Titan aufweist und elektrisch mit den Gate-Leitungen verbunden ist, und eine Schicht (20) aus --- Silizium aufweist,
die über der Gate-Isolationsschicht (18) und einer Alu miniumschicht (22) angeordnet ist, die über der aus Silizium bestehenden Schicht in jedem Schaltelement angeordnet ist, wobei in der Aluminiumschicht (22) ein Isolierspalt enthalten ist, der über der Gate-Elektrode so angeordnet ist, daß ein Feldeffekttransistor mit Source und Drain gebildet ist, wobei die Gate-Elektroden des Schaltelements mit jeweils einer der Gate-Leitungen verbunden und die Source- und Drain-Elektroden mit einer der Daten-Leitungen oder Pixel-Elektroden durch die Alu miniumschicht verbunden sind.
20. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Source- und Daten-Leitungen Molybdän aufweisen.
21. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Siliziumschicht amorphes Silizium aufweist.
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JPS6270817A (ja) | 1987-04-01 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: SIEB, R., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 6947 |
|
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