DE68909173T2

DE68909173T2 - Herstellungsprozess für einen Anzeigebildschirm mit einer Transistormatrix, versehen mit einer lichtundurchlässigen Maske.

Info

Publication number: DE68909173T2
Application number: DE89403041T
Authority: DE
Inventors: Hugues Lebrun; Bruno Vinouze
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Orange SA
Priority date: 1988-11-08
Filing date: 1989-11-06
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2009-11-07
Also published as: JPH02210839A; CA2002305A1; DE68909173D1; US5081004A; CA2002305C; FR2638880A1; FR2638880B1; EP0368733B1; EP0368733A1

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung hat ein Herstellungsverfahren eines Aktivmatrix-Bildschirms auf der Basis von Dünnschichttransistoren und Kondensatoren zum Gegenstand, bei dem die Transistoren mit einer optischen Maske versehen werden. Es findet vor allem Anwendung bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeige- Schaltkreisen.
Die Dünnschichttransistoren-Schaltkreise (T.C.M) werden hauptsächlich verwendet bei der Herstellung von Aktivmatrix- Bildschirmen. Bei diesem Bildschirmtyp speichert ein elektronischer Speicher, gebildet aus Speicherpunkten, die verteilt sind über die ganze Fläche des Bildschirms, die Videosignale während der gesamten Bilddauer. Der elektrooptische Wandler (z.B. ein Flüssigkristall) ist in Kontakt mit jedem Speicherpunkt und wird erregt während der gesamten Dauer eines Bildes, wohingegen, bei den Systemen ohne elektronischen Speicher, der Wandler nur während der Dauer einer Zeile erregt wird. Der optische Effekt und der zulässige Multiplexing-Grad sind folglich sehr viel größer.
Die TCMs erlauben, einen solchen elektronischen Speicher auf einem Glassubstrat herzustellen. Jeder Speicherpunkt befindet sich an der Kreuzung einer Zeile und einer Spalte und wird gebildet von zwei parallelgeschalteten Transistoren und einem Kondensator. Falls der Wandler ein Flüssigkristall ist, können die Belegungen des Kondensators gebildet werden durch die Elektroden der Flüssigkristallzelle selbst. Der Speicherpunkt reduziert sich folglich auf zwei TCMs und auf einen Kondensator, dessen eine Belegung gebildet wird durch die Elektrode, die auf der Wand der Zelle angeordnet ist, die die TCMs enthält, und dessen andere Belegung gebildet wird durch die Gegenelektrode, angeordnet auf der anderen Wand der Zelle.
Eine solche Struktur ist in Figur 1 dargestellt; der Teil A ist eine Draufsicht eines Punkts der Aktivmatrix, und der Teil B ist eine Schnittansicht gemäß der Linie b-b des Teils A.
In dem Teil A sieht man eine Leiterspalte 2 und eine Leiterzeile 4, die die Adressierungsspalten und -zeilen der Punkte der Aktivmatrix bilden, zwei TCM 6 und 7, parallelgeschaltet, und eine transparente Elektrode 8, die eine der Belegungen der Kondensatoren oder Elementaranzeigepunkte der Aktivmatrix bilden.
Jede Spalte 2 ist versehen mit einem Haken 10 und einem Finger 12. Die Kreuzungen der Zeile 4 mit der Spalte 2 und der Haken 10 definieren die Drains der TCMs, und die Kreuzungen der Zeile 4 mit dem Finger 12 definieren die Source der TCM. Der Teil der Zeile 4, der sich zwischen der Spalte 2 und dem Haken 10 befindet, bilden das Gate G der TCM.
Im Teil B sieht man einerseits eine untere, isolierende und transparente Wand 20, die die Spalte 2 trägt, den Finger 12 des Elementaranzeigepunkts und den Haken 10; diese leitenden Elemente 2, 10 und 12 sind bedeckt mit einer Schicht 22 aus hydriertem, amorphem Silizium, sodann einer Gate-Isolierschicht 24, die die Leiterzeilen 4 trägt. Dieser Aufbau ist bedeckt durch eine Ausgleichschicht 26, die Kontakt hat mit dem elektrooptischen Material 28 (Flüssigkristall).
Außerdem umfaßt der Bildschirm eine transparente Gegenelektrode 30, die von einer oberen, isolierenden und transparenten Schicht 32 getragen wird.
Im Rahmen einer Farbanzeige müssen kolorierte Filter 34, im allgemeinen drei (rot, blau und grün), vorgesehen werden, auf der Gegenelektrode 30 und in Kontakt mit dem Material 28.
Neben den Aktivmatrixen können weitere Schaltkreise mit TCMs hergestellt werden, zum Beispiel Schieberegister, ganz oder teilweise.
Dieser Bildschirm wird von hinten beleuchtet mittels fluoreszierenden Röhren, und die Anzeige wird auf der Unterseite betrachtet, wie in dem Teil B der Figur 1 dargestellt. Das Gatemetall, d.h. das, welches die Zeilen 4 bildet, gewährleistet einen Schutz der TCM 6 gegen das Licht hinter dem Bildschirm. Hingegen ist der "Bauch" des TCM dem Betrachtungs-Umgebungslicht ausgesetzt. Wenn dieses Licht intensiv ist, wird in der Schicht 24 aus amorphem Silizium ein Photostrom erzeugt, der den Kontrast des Bildschirms kleiner macht, denn das Verhältnis Ion/Ioff wird kleiner; Ion und Ioff stellen jeweils die Ströme dar, die von den Transistoren eines eingeschalteten Punkts und eines nichteingeschalteten Punkts geliefert werden.
Durch Verwendung einer dünnen Schicht aus amorphem Silizium (< 50 nm) wird dieser Photostrom gedämpft, bleibt aber ausreichend, um den Kontrast zu verringern. Auch muß eine optische Maske unter dem Transistor vorgesehen werden, um als Schirm für das Umgebungslicht zu dienen und so eine konstante Bildwidergabe zu gewährleisten.
Um eine absorbierende optische Maske unter den TCMs herzustellen, verwendet man im allgemeinen ein Metall, das man ätzt. Da die optische Maske leitend ist, ist eine Passivierungsschicht notwendig. Eine solche Struktur ist beschrieben in dem Artikel Japan Display 1983, S. 211, von Canon.
Diese Technik erfordert zwei Abscheidungen unter Vakuum, was verhältnismäßig lästig ist, sowie eine spezifische Maskierungsebene, um die Form und die Anordnung der optischen Maske unter den Transistoren zu definieren. Diese zusätzliche Maskierungsebene erfordert eine große Ausrichtungsgenauigkeit dieser Maske bezüglich des Sources- und Drainskontakts der Transistoren. Diese Technik ist folglich relativ komplex und schwierig.
Die Erfindung hat genau den Zweck, diese Nachteile zu vermeiden, indem sie eine optische Maskierung des "Bauchs" der Transistoren einer Aktivmatrix gewährleistet und dabei eine Selbstpositionierung dieser optischen Masken bezüglich der Sources und Drains der Transistoren gewährleistet.
Die Erfindung hat folglich ein Herstellungsverfahren eines Aktivmatrix-Bildschirms zum Gegenstand, der gebildet wird durch Punkte, von denen jeder aus einem Dünnschicht-Transistor und aus einem Kondensator besteht, und der leitendende Zeilen und Spalten enthält für die Adressierung der Punkte, umfassend:
a) Aufbringen einer Schicht eines ersten elektrisch isolierenden Materials, welches sichtbares Licht absorbiert und im Entwickler eines positiv photoempfindlichen Harzes löslich ist, auf ein elektrisch isolierendes Substrat,
b) Aufbringen einer Schicht dieses Harzes auf die absorbierende Schicht,
c) Belichten des Harzes über eine Negativmaske, die die Kanäle der herzustellenden Transistoren abdeckt,
d) Entfernen der belichteten Bereiche des Harzes und der darunterliegenden Bereiche der absorbierenden Schicht mit dem Entwickler,
e) Aufbringen einer Schicht eines ersten transparenten Leitermaterials auf den Aufbau,
f) Entfernen der Harzreste und des ersten Leitermaterials, welches das Harz bedeckt, um die Sources und Drains der Transistoren im ersten Leitermaterial zu bilden,
g) Aufbringen einer Schicht aus hydriertem, amorphem Silizium auf dem Aufbau,
h) Aufbringen eines zweiten elektrisch isolierenden Materials auf der Siliziumschicht,
i) Aufbringen einer Schicht eines zweiten Leitermaterials auf der Schicht des zweiten Isoliermaterials,
j) Photogravieren des Stapels, gebildet aus den Schichten des zweiten Leitermaterials, des zweiten Isoliermaterials und des Siliziums, um das Gate der Transistoren so zu bilden, daß die Siliziumschicht in Kontakt mit der Source und dem Drain der Transistoren ist, und
k) Passivieren des Aufbaus durch Aufbringen einer Schicht eines dritten elektrisch isolierenden Materials.
Das erfindungsgemäße Verfahren enthält keine einzige kritische Etappe und nur zwei Maskierungsebenen. Es ermöglicht die Unterdrückung des Photostroms der Dünnschichttransistoren, hervorgerufen durch die Umgebungsbeleuchtung des Bildschirms.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht außerdem, eine relativ dicke Schicht aus amorphem Silizium zu verwenden (> 200 nm), was ein besseres Material ergibt und eine weniger kritische Überwachung seiner Dicke.
Außerdem ist der Kanal der Transistoren angeordnet auf einer Leiste aus elektrisch isolierendem und absorbierendem Material, das ebenfalls als Passivierungsmaterial dient. Dies ist besonders wichtig, wenn das isolierende Substrat aus Glas besteht. Es gibt dann nämlich kein Verunreinigungsrisiko des amorphen Siliziums durch die in dem Glas des Substrats enthaltenen Ionen. Somit kann ein billiges Glas verwendet werden, wie etwa ein natrium-kalziumartiges Glas, was foglich die Kosten des Bilsschirms reduziert.
Vorteilhafterweise ist das absorbierende Material ein polymerisierbares Harz, das die lichtundurchlässigen Färbemittel einschließt, wobei die Polymerisierung dieses Harzes insbesondere unmittelbar vor dem Aufbringen der hydrierten, amorphen Siliziumschicht erfolgt.
Die Erfindung hat ebenfalls einen Aktivmatrix- Bildschirm zum Gegenstand, der erzielt wird durch das vorher beschriebene Verfahren. Erfindungsgemäß wird diese Matrix gebildet auf einem elektrisch isolierenden Substrat und umfaßt Punkte, leitende Zeilen und Spalten zur Adressierung der Punkte, wobei jeder Punkt gebildet wird durch einen Kondensator und einen Dünnschichttransistor, umfassend im wesentlichen eine optische Maske aus einem das sichtbare Licht absorbierenden, elektrisch isolierenden Material, angebracht unter dem Kanal des Transistors und direkt auf dem Substrat, eine Source und einen Drain, selbstpositioniert bezüglich der optischen Maske und in direktem Kontakt mit dem Substrat, sowie ein Gate, die optischen Maske überragend und von dieser getrennt durch hydriertes, amorphes Silizium und ein elektrisch isolierendes Material, aufeinandergeschichtet, wobei das amorphe Silizium Kontakt hat mit der Source und dem Drain.
Die Herstellungstechnik der Sources und Drains in dem erfindungsgemäßen Verfahren, bekannt unter dem Namen "Lift-Off" oder Ablösung gewährleistet eine Selbstpositionierung der Sources und Drains der Transistoren bezüglich der optischen Masken dieser letzteren. Außerdem, wenn die Dicke des absorbierenden und des ersten leitenden Materials, in dem die Sources und Drains der Transistoren definiert sind, genau gewählt wird, erhält man unter dem hydrierten, amorphen Silizium eine ebene Struktur, d.h. eine stufenfreie Struktur. Nun, es ist bekannt, daß die Stufenübergänge Fehlerquellen sein können in den Transistoren und in der Umgebung von Adressierungszeilen und -spalten.
Weitere Eigenschaften und Vorzüge der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die beispielhaft und keinesfalls einschränkend ist, mit Bezug auf die beigefügten Figuren 2 bis 4, nachdem die Figur 1 schon beschrieben worden ist.
- Die Figur 2 stellt Schnitte der verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, angewandt bei der Herstellung eines Flüssigkristall-Bildschirms,
- die Figur 3 stellt als Draufsicht die Vorderseite eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bildschirms dar.
- die Figur 4 stellt als Draufsicht die Vorderseite eines mittels der vorhergehenden Technik hergestellten Bildschirms dar.
Um die die erfindungsgemäße Herstellung betreffende Beschreibung, mit Bezug auf die Figur 2, zu vereinfachen, bezieht sich diese ausschließlich auf die Herstellung eines Dünnschicht-Transitors eines Punkts einer Aktivmatrix dieses Bildschirms.
Der erste Herstellungsschritt eines Transistors in Dünnschicht, optisch maskiert, besteht, wie dargestellt in dem Teil A der Figur 2, auf ein Glassubstrat 100 des natriumkalziumartigen Typs mit der Schleuder eine Polyimidschicht 102 aufzubringen, die die Farbstoffe der Familie der Anthrachione, der Stickstoffe und der Phtalocyanine einschließt, um diese Polyimidschicht lichtundurchlässig zu machen, dann diese bei 150º während 30 Minuten vorzupolymerisieren. Das Polyimid ist insbesondere das durch BREWER SIENCE, P.O. Box GG ROLLA, M065401, USA in den Handel gebrachte.
Man bringt anschließend eine Schicht 102 aus schwarzem Polyimid auf, eine Schicht aus positivem, photosensiblem Harz (z.B. des Typs 1235H von SHIPLEY), das man bei 100º während 30 Minuten trocknet. Dieses Harz wird dann durch eine Negativmaske 105 belichtet, die die Maskierung des auszuführenden Transistorkanals gewährleistet, wobei diese Belichtung durch ultraviolette Bestrahlung erfolgt. Anschließend entwickelt man das belichtete Harz; diese Entwicklung hat den Zweck, das belichtete Harz zu beseitigen und das nicht durch das belichtete Harz geschützte Polyimid aufzulösen. Die erzielte Struktur ist die im Teil B dargestellte. Somit hat man den zukünftigen Transistorkanal abgegrenzt. Der verwendete Entwickler ist z.B. MF 312 von SHIPLEY.
Mit der noch immer vorhandenen Harzmaske 104 bringt man mittels Verdampfung eine transparente, leitende Schicht 106 auf, z.B. aus Zinn- und Indiumoxid (ITO) und eventuell eine Metallschicht, z.B. aus Chrom, um in der Folge das Niveau 1 der ebenen Struktur (Figur D) zu erhalten. Zu diesem Zweck muß die Gesamtdicke der Schichten 106 und 108 gleich der Dicke der Polyimidschicht 102 sein. Zum Beispiel kann die Schicht 102 eine Dicke von 1000 nm, die Schicht 106 eine Dicke von 700 nm und die Schicht 108 eine Dicke von 300 nm haben.
Die Abscheidungen der Schichten 106 und 108 erfolgen auf der Gesamtheit der Struktur, d.h. ebenso auf den belichteten Teilen des Substrats 100 wie auf dem verbleibenden bzw. restlichen Harz 104.
Man löst dann das Harz in Stripper von BREWER SCIENCE auf, dabei die auf dem Harz abgeschiedenen Metalle 106 und 108 beseitigend. Man erhält somit die Sources- und Drains-Kontakte S bzw. D des Dünnschichttransistors, und der Kanal des Transistors wird freigelegt, wie dargestellt im Teil D der Figur 2. Man führt dann ein Tempern durch, eventuell unter Vakuum, bis auf eine Temperatur von ungefähr 400ºC, um die Gesamtheit des verbleibenden schwarzen Polyimids 102 zu polymerisieren, ohne größeren Verlust der Absorbierungsfähigkeit dieses Materials.
Die Herstellung des Transistors geht weiter, wie im Teil E der Figur 2 dargestellt, durch Aufbringen einer Schicht 110 aus hydriertem, amorphem Silizium, einer Schicht 112 aus Siliziumnitrid und schließlich einer Schicht 114 aus Aluminium auf der gesamten Struktur.
Die Schichten 110 und 112 werden erzielt durch Plasmaunterstützte chemische Dampfphasenabscheidung (PECVD), wobei das Aluminium aufgebracht wird mittels Verdampfung oder Sputtern. Man führt anschließend auf bekannte Weise eine Photogravierung des Stapels der Schichten 114, 112, 110 und 108 durch, um das Gate des Transistors zu definieren.
Der letzte Schritt des Verfahrens besteht darin den Aufbau der Struktur zu stabilisieren durch Aufbringen einer Schicht 116 aus Siliziumnitrid.
Das mit Bezug auf Figur 2 beschriebene Verfahren ist kompatibel mit dem Herstellungsverfahren eines Aktivmatrix- Bildschirms, beschrieben in der Dokumentation EP-A-0-103-523 und in dem Dokument FR-A-2 571 893.
Bei der Herstellung eines vollständigen Bildschirms dient die Negativmaske 105, die zur Maskierung des Kanals der Transistoren dient, auch dazu, eine der Belegungen der Kondensatoren zu maskieren, sowie die Leiterspalten des herzustellenden Bildschirms. Diese Belegungen 8 und diese Spalten 2 (Figuren 1, 3) werden dann gleichzeitig mit den Sources- und Drainskontakten der Transistoren gebildet mittels der "Lift-Off"- Technik. Außerdem werden die Adressierungszeilen 4 des Bildschirms simultan mit dem Gate des Transistors gebildet, in der Leiterschicht 114.
Dazu hat man eine Draufsicht der Vorderseite eines Teils eines mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Bildschirms in Figur 3 dargestellt. Man sieht in dieser Figur 3 die Adressierungsspalten 2, die transparenten Elektroden 8 in ITO, die Haken 10, verbunden mit den Spalten 2, und die Finger 12 der Anzeigepunkte, verbunden mit den Elektroden 8.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, alle Zonen, die die Elektroden 8 und die Spalten 2 umgeben, versehen jeweils mit ihren Haken 10 und ihren Fingern 12, mit schwarzem Polyimid 102 zu bedecken. Es ist dann möglich, auf der Gegenelektrode 30 (Figur 1) eine optische Maske aufzubringen, symbolisiert durch eine strichpunktierte Linie in der Figur 3, etwas breiter als die Spalten 2, und dies ohne kritische Ausrichtung der Gegenelektrode 30 bezüglich der Aktivmatrix, so daß nur die elementaren Anzeigepunkte 8 das Licht durchlassen.
Das Öffnungsverhältnis des Bildschirms, entsprechend dem Prozentsatz der Lichtdurchlässigkeit, ist das Verhältnis der für die Anzeige wirklich genutzten Fläche zur Gesamtfläche des Bildschirms. Die genutzte Fläche 121 ist auf Grund der Erfindung gleich der Oberfläche der Elektrode 8. In diesem Fall ist das Öffnungsverhältnis 71%.
Im herkömmlichen Fall, dargestellt in Figur 1, gibt es kein schwarzes Polyimid um die elementaren Anzeigepunkte herum. Auch ist es erforderlich, auf der Gegenelektrode 30 eine optische Maske 120a vorzusehen, breiter als die Spalten 2, symbolisiert, wie dargestellt in Figur 4, durch eine strichpunktierte Linie, die sogar mit einer Dicke in der Größenordnung von 10 Mikron die Elektroden 8 bedeckt, und folglich die elementaren Anzeigepunkte, auf Grund der Ausrichtungstoleranzen zwischen der Gegenelektrode und der Aktivmatrix. Diese Abdeckung verkleinert dann die Nutzfläche 123 des Elementarenanzeigepunkts. Das Öffnungsverhältnis des Bildschirms beträgt in diesem Fall 63 %.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Anzeigeschirms mit Aktivmatrix, gebildet aus Punkten, die je aus einem Dünnschichttransistor (6) und einem Kondensator (8) bestehen, und umfassend Leitungszeilen (4) und -spalten (2) um die Punkte zu adressieren, umfassend:

a) Aufbringen einer Schicht (102) eines ersten elektrisch isolierenden Materials, welches sichtbares Licht absorbiert und im Entwickler eines positiv photoempfindlichen Harz löslich ist, auf ein elektrisch isolierendes Substrat (100),

b) Aufbringen einer Schicht (104) dieses Harzes auf die absorbierende Schicht,

c) Belichten des Harzes über eine Negativinaske (105), die die Kanäle der herzustellenden Transistoren abdeckt,

d) Entfernen der belichteten Bereiche des Harzes und der darunterliegenden Bereiche der absorbierenden Schicht mit dem Entwickler,

e) Aufbringen einer Schicht eines ersten transparenten Leitungsmaterials (106) auf das Bauteil,

f) Entfernen der Harzreste und des ersten Leitungsmaterials, welches das Harz bedeckt, um die Sources (S) und Drains (D) der Transistoren (6) im ersten Leitungsmaterial zu bilden,

g) Auftragen einer Schicht (110) aus hydrierten, amorphen Silizium auf das Bauteil,

h) Auftragen einer Schicht eines zweiten, elektrisch isolierenden Materials (112) auf die Siliziumschicht,

i) Auftragen einer Schicht eines zweiten Leitungsmaterials (114) auf die Schicht des zweiten Isoliermaterials,

j) Photogravieren des Stapels von Schichten (114, 112, 110) des zweiten Leitungsmaterials, des zweiten Isoliermaterials und des Siliziums, um das Gate (G) der Transistoren so zu bilden, daß die Siliziumschicht (110) in Kontakt mit dem Source (S) und dem Drain (D) der Transistoren ist, und

k) Passivieren des Bauteils durch Auftragen einer Schicht eines dritten elektrisch isolierenden Materials (116).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das absorbierende Material (104) ein polymerisierbares, Opakfarbstoffe enthaltendes Harz ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil zwischen den Schritten f und g getempert wird, um das Harz zu polymerisieren.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das polymerisierbare Harz ein Polyimid ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den Schritten e und f eine Schicht eines dritten leitenden Materials (108) aufgetragen wird, deren Dicke so bemessen ist, daß die Dicken des ersten und dritten Leitungsmaterials (106, 108) zusammen gleich der Dicke des Absorptionsmaterials (104) sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Negativmaske (105) auch dazu dient, eine der Platten (8) der herzustellenden Kondensatoren sowie der herzustellenden Spalten (2) zu maskieren, und daß diese Platten und Spalten während des Schritts f ausgebildet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Zeilen (4) während des Schritts j hergestellt werden.

8. Anzeigeschirm mit Aktivmatrix, gebildet auf einem elektrisch isolierenden Substrat (100) und Punkte sowie Leitungszeilen (4) und -Spalten (6) zum Adressieren der Punkte umfassend, wobei jeder Punkt aus einem Kondensator (8) und einem Dünnschichttransistor (6) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß er eine optische Maske (102) aus einem elektrisch isolierenden Material umfaßt, die das sichtbare Licht absorbiert und unter dem Transistorkanal und direkt auf dem Substrat gelegen ist, ein Source (S) und Drain (D), die sich bezüglich der optischen Maske und in direktem Kontakt mit dem Substrat selbstanordnen, sowie ein Gate (114), welches über der optischen Maske liegt und von ihr getrennt ist durch eine Schicht von amorphem, hydrogenisiertem Silizium (110) und einem elektrisch isolierenden Material (112), welche übereinander gelegt sind, wobei das amorphe Silizium in Kontakt mit der Source und dem Drain ist.