BE1007663A3

BE1007663A3 - Weergeefinrichting.

Info

Publication number: BE1007663A3
Application number: BE9301107A
Authority: BE
Inventors: Roosmalen Alfred J Van; Jan H W Kuntzel
Original assignee: Philips Electronics Nv
Priority date: 1993-10-19
Filing date: 1993-10-19
Publication date: 1995-09-05
Also published as: EP0649048A1; DE69423412T2; JPH07175419A; KR950012544A; EP0649048B1; TW268154B; DE69423412D1; KR100368849B1

Abstract

Voor het contacteren van een niet-lineair schakelelement (10) bijvoorbeeld voor het gebruik in een weergeefinrichting (1) wordt op een laag niet-lineair weerstandsmateriaal een metallische laag (14) aangebracht met behulp van een laagenergetische depositietechniek. Deze laag kan als contact fungeren maar ook als beschermingslaag tijdens het later aanbrengen van een contactmetallisatie (15).

Description

Weergeefmnchting.

De uitvinding betreft een weergeefinrichting met een electro-optisch medium tussen twee tegenover elkaar gelegen steunplaten, die aan de naar elkaar toegekeerde zijden respectievelijk voorzien zijn van een hoeveelheid kolomelectroden en rij-electroden terwijl tenminste een van de steunplaten voorzien is van een hoeveelheid beeldelectroden die via niet-lineaire schakelelementen met de rij- of kolomelectroden zijn verbonden, welke niet-lineaire schakelelementen elk een niet-lineair weerstandsmateriaal bevatten tussen een eerste en een tweede elektrisch geleidende laag.

Dergelijke weergeefinrichtingen worden bijvoorbeeld toegepast als weergeefpanelen in meetapparatuur, personal computers en televisie-ontvangers.

Daarnaast betreft de uitvinding een niet-lineair schakelelement, alsmede een werkwijze voor het vervaardigen van een niet-lineair schakelelement.

Deze niet-lineaire schakelelementen kunnen behalve in de genoemde weergeefinrichtingen bijvoorbeeld worden toegepast in schakelingen ten behoeve van druksensoren of lichtgevoelige panelen.

Een dergelijke weergeefinrichting is bekend uit de Europese octrooiaanvrage EP-A-0. 202. 092. De daar getoonde weergeefinrichting bevat een nietlineair weerstandselement met tussen een geleidende laag en een metaalelectrode een laag niet-lineair weerstandsmateriaal, bijvoorbeeld siliciumoxyde of siliciumnitride. De metaalelectrode maakt deel uit van de rij- of kolomelectroden.

Gebleken is dat de schakelelementen na verloop van tijd bij een spanning van 0 V (of een geringe spanning, veel kleiner dan de drempelspanning) een zekere lekstroom kunnen vertonen. De met de schakelelementen geassocieerde beeldelementen verliezen ten gevolge van een dergelijke lekstroom hun lading en de ingeschreven beeldinhoud blijft niet behouden. De effectieve levensduur van dit soort schakelelementen kan daardoor beperkt zijn tot 100 uur.

Een doel van de uitvinding is het bovenstaande probleem zo veel mogelijk te voorkomen.

Een weergeefinrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk dat de aan de zijde van het electro-optisch medium liggende electrisch geleidende laag metallisch is en van de niet-lineaire weerstandslaag is gescheiden door een metallische beschermingslaag.

De uitvinding berust op het inzicht dat de aanwezigheid van de beschermingslaag voorkomt dat bij het later neerslaan van een geleidende laag via bijvoorbeeld sputteren plaatsen aan het oppervlak van de laag niet-lineair weerstandsmateriaal zodanig worden beschadigd, dat later lekstromen optreden. De metallische beschermingslaag moet daartoe vrij zijn van "pinholes " en discontinuiteiten.

Dit kan bereikt worden met behulp van laag-energetische depositietechnieken, zoals bijvoorbeeld sputteren.

Op de beschermingslaag kan dan een electrisch geleidende metallische laag worden aangebracht, die dikker kan zijn en van laagohmig materiaal om een goede contactering mogelijk te maken. Door de aanwezigheid van de beschermingslaag kan bij het aanbrengen van deze metallische geleidende laag een hogere sputterenergie of sputtersnelheid worden gebruikt dan voor de beschermingslaag.

Door het aanbrengen van de electrische geleidende laag met een hogere sputtersnelheid (bijvoorbeeld een factor 5-10 hoger) kan de vervaardiging sneller plaats vinden. Voor het beschermen van de onderliggend laag niet-lineair weerstandsmateriaal is het echter voldoende dat deze wordt gecontacteerd door middel van een metallische laag die met laag-energetische depositietechnieken is verkregen. Een verdere weergeefinrichting volgens de uitvinding heeft dan ook het kenmerk dat de aan de zijde van het electro-optisch medium liggende elektrisch geleidende laag door middel van een laag-energetische depositietechniek is aangebracht.

Indien de beschermingslaag uit hoogsmeltend materiaal zoals bijvoorbeeld molybdeen of een molybdeenlegering (bijv. Mo-Ta, Mo-Ti, Mo-Si, Mo-Cr, Mo-V, MoNb, Mo-W, Mo-Ta-Ti, Mo-Ta-Si, Mo-Ta-V, etc. ) bestaat, wordt voorkomen dat materiaal van deze beschermingslaag, bijvoorbeeld tijdens volgende processtappen in de laag niet-lineair weerstandsmateriaal diffundeert. De dikte van de beschermingslaag bedraagt bij voorkeur tenminste 10 nm om het optreden van discontinuiteiten en "pin- holes" in de beschermingslaag te voorkomen. De dikte is verder afhankelijk van de

sputterenergie, die wordt gebruikt tijdens het aanbrengen van de geleidende laag en wordt bij voorkeur kleiner dan 100 nm (en bij lagere sputterenergieën 80 nm) gekozen.

De beschermingslaag en een daarop neergeslagen laag van geleidend materiaal kunnen uit hetzelfde materiaal bestaan.

Indien de beschermingslaag uit hoogsmeltend materiaal bestaat, kunnen nu ook laagsmeltende materialen, zoals bijvoorbeeld aluminium, koper, zilver en nikkelchroom worden gebruikt voor de geleidende laag. Met name kunnen laagsmeltende goed geleidende metalen worden toegepast, die zonder toepassing van de beschermingslaag uit hoogsmeltend metaal tijdens latere processtappen bij hogere temperatuur in het nietlineair weerstandsmateriaal zouden diffunderen.

Een eerste werkwijze voor het vervaardigen op een substraat van een nietlineair schakelelement voorzien van een laag niet-lineair weerstandsmateriaal materiaal tussen een eerste en een tweede electrisch geleidende laag, heeft het kenmerk dat na het aanbrengen van een van de geleidende lagen 1) een laag van het niet-lineair weerstandsmateriaal op het substraat wordt gedeponeerd 2) op de laag niet-lineair weerstandsmateriaal een metallische beschermingslaag wordt aangebracht 3) het geheel wordt voorzien van een eerste masker 4) met behulp van het eerste masker de beschermingslaag en de laag niet-lineair weerstandsmateriaal in patroon worden gebracht 5) op het aldus verkregen geheel een laag electrisch geleidend materiaal wordt gedeponeerd met een depositie-energie gelijk aan of groter dan die gebruikt bij het deponeren van de metallische beschermingslaag,

waarna een tweede masker wordt aangebracht en 6) met behulp van het tweede masker de laag electrisch geleidend materiaal in patroon wordt gebracht.

In een tweede werkwijze worden de metallische beschermingslaag en de laag electrisch geleidend materiaal direct na elkaar op een laag gepatroneerd niet-lineair weerstandsmateriaal gedeponeerd en vervolgens gezamenlijk in patroon gebracht.

In weer een andere werkwijze wordt alleen een metallische beschermingslaag door middel van laag-energetische depositietechnieken aangebracht.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening, waarin
Figuur 1 een dwarsdoorsnede toont van een deel van een weergeefinrichting volgens de uitvinding,
Figuur 2 een bovenaanzicht toont van een niet-lineair schakelelement volgens de uitvinding, terwijl
Figuur 3 een dwarsdoorsnede toont langs de lijn ni-ni in Figuur 2 en
Figuur 4 een niet-lineair schakelelement volgens de uitvinding toont tijdens opeenvolgende vervaardigingsstappen.

De figuren zijn schematisch en niet op schaal getekend ; overeenkomstige elementen zijn in de regel met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.

Figuur 1 toont gedeeltelijk in dwarsdoorsnede een weergeefmrichting 1 volgens de uitvinding, bijvoorbeeld een vloeibaar kristal weergeefinrichting. Op de steunplaat 2 zijn beeldelectroden 7 van bijvoorbeeld indium-tin oxyde (ITO) gerealiseerd. Deze beeldelectroden 7 definiëren beeldelementen, die via een niet-lineair schakelelement 10, zoals bijvoorbeeld een MIM (metaal-isolator-metaal), worden aangestuurd. De schakelelementen 10 zijn hiertoe geschakeld tussen de beeldelectroden 7 en kolomelectroden 5, die samen met een stelsel van rijelectroden 6 de beeldelementen aansturen. De rijelectroden 6 bevinden zich op een andere, tegenover de steunplaat 2 gelegen steunplaat 3 en zijn zodanig gestructureerd, dat zij samen met de beeldelectroden 7 en het tussenliggend electro-optisch medium (in dit geval vloeibaar kristalmateriaal 4) de genoemde beeldelementen definiëren.

Het niet-lineaire schakelelement 10 bevat een geleidende laag 12 van bijvoorbeeld chroom. Tussen deze eerste geleidende laag 12 en een tweede geleidende laag 13 bevindt zich een laag niet-lineair weerstandsmateriaal 11. Deze laag kan worden gevormd door middel van (P) CVD ( (plasma) chemical vapour deposition) of sputteren en kan bestaan uit siliciumoxyde, siliciumnitride, siliciumoxynitride, siliciumcarbide, germaniumoxyde, germaniumnitride of germaniumcarbide. De genoemde materialen hoeven niet stochiometrisch van samenstelling te zijn en zijn bij voorkeur met waterstof gedoteerd. In dit voorbeeld wordt amorf niet-stochiometrisch met waterstof gedoteerd siliciumnitride (of-Si. Ny : B gebruikt.

Volgens de uitvinding bevat de geleidende laag 13 aan de zijde van het amorf siliciumnitride een dunne beschermingslaag 14 van molybdeen met een dikte van ca 50 nm. Deze laag heeft een zodanige dikte (tussen 10 en 100 nm en bij voorkeur tussen 20 en 80 nm), dat tijdens het aanbrengen van een volgende geleidende laag 15 practisch geen beschadigingen van het onderliggende niet-lineair weerstandsmateriaal op kan treden ; de dikte van de beschermingslaag 14 is voldoende om een gesloten laag te verkrijgen, die het onderliggend niet-lineair weerstandsmateriaal geheel bedekt.

De beschermingslaag 14 is bedekt met een verdere geleidende laag 15 die in dit voorbeeld deel uitmaakt van een kolomelectrode en ten behoeve van een goede geleiding in de kolomelectrode zonodig uit een ander materiaal, bijvoorbeeld aluminium kan bestaan.

Bij het gebruik van hetzelfde materiaal (molybdeen) voor de beide deellagen zijn door het verschil in de gewenste eigenschappen (afdichtend versus goed geleidend) de condities tijdens het aanbrengen door middel van bijv. sputteren verschillend. De beide deellagen hebben dan een verschillende structuur hetgeen goed zichtbaar is met behulp van Transmission Electron Microscopy.

De Figuren 2 en 3 tonen een realisatie van een schakelelement op een glasplaat 2. Het schakelelement 10 (de MIM) bevindt zich ter plaatse van de kruising van de geleiders 12, van bijvoorbeeld chroom en de dubbellaag 13, 14 uit molybdeen voorzover zich ter plaatse van de kruising niet-lineair weerstandsmateriaal 11 bevindt (aangegeven door gestippelde gebieden).

Een niet-lineair schakelelement 10 in Figuur 1 kan als volgt worden vervaardigd. Uitgegaan wordt van een steunplaat of substraat 1, bijvoorbeeld van glas of kwarts, waarop bijvoorbeeld door middel van sputteren een laag 17 van indium-tin oxyde (ITO) is neergeslagen, die op zijn beurt weer is bedekt met een dunne chroomlaag 18 van ca 35 nm., die eveneens door sputteren is aangebracht. Het geheel wordt vervolgens bedekt met een laag foto-resist 19, waarover een masker 20 wordt aangebracht (Figuur 4a).

Met behulp van het masker 20 wordt de foto-resistlaag 19 patroonmatig belicht en ontwikkeld, zodat delen 19 van de foto-resist achterblijven (Figuur 4b). De genoemde delen fungeren als masker tijdens het daaropvolgend etsen van de chroomlaag
18 en de ITO-laag 17. Dit etsen geschiedt in bijvoorbeeld een aangezuurde oplossing van ceriumzout respectievelijk een zoutzuur-ijzerchloride oplossing.

Hiermee is de inrichting van Figuur 4c verkregen (gedefinieerde gebieden, bestaande uit dubbellagen 17, 18 van ITO en chroom).

Het geheel wordt vervolgens, bijvoorbeeld door middel van (P) CVD bedekt met een laag 21 van amorf siliciumnitride dat met waterstof gedoteerd is (of een ander niet-lineair weerstandsmateriaal) en waarover een dunne laag 22, in dit voorbeeld van molybdeen wordt neergeslagen. De aanbrengcondities (temperatuur, druk, sputterparameters zoals vermogen en spanning) zijn hierbij zodanig dat een dichte laag ontstaat, die het onderliggend amorf siliciumnitride beschermt tegen aantasting van het oppervlak tijdens aanbrengen van een volgende geleidende laag. Deze laag 22 kan zeer dun zijn en heeft in dit voorbeeld een dikte van 50 nm. Bij een laagdikte kleiner dan 10 nm. kunnen discontinuïteiten in de laag optreden, terwijl bij een laagdikte boven 100 nm. de genoemde aantasting op kan treden. Bij voorkeur ligt de laagdikte in het gebied van 20-80 nm.

Het geheel wordt vervolgens weer bedekt met een laag foto-resist 23, waarover een masker 24 wordt aangebracht (Figuur 4d).

Met behulp van het masker 24 wordt de foto-resistlaag 23 weer patroonmatig belicht en ontwikkeld, zodat delen 23 van de foto-resist achterblijven (Figuur 4e). De genoemde delen fungeren als masker tijdens het daaropvolgend etsen van de molybdeenlaag 22 en de laag 21 van amorf siliciumnitride. Dit etsen geschiedt in bijvoorbeeld een fluorhoudend hoogfrequentplasma, gevolg door een etsstap ter verwijdering van het chroom op de ITO-laag ter plaatse van de beeldelectroden.

Hiermee is de inrichting van Figuur 4f verkregen
Vervolgens wordt een laag 25 van goed geleidend materiaal, bij voorkeur van metaal en in dit voorbeeld molybdeen ter dikte van ca. 250 nm. neergeslagen.

Nadat op soortgelijke wijze al hierboven beschreven weer gepatroneerde delen 26 van foto-resist zijn aangebracht (figuur 4f), wordt met dit foto-resist als masker de (molybdeen) laag 25 geëtst in bijvoorbeeld een bad op basis van fosforzuur. Hiermee is de inrichting van Figuur 4h verkregen, met een amorf siliciumnitride laag tussen een geleidende laag (ondercontact) van (in dit voorbeeld) een dubbellaag van ITO en chroom en een geleidende laag (bovencontact) bestaande uit een laag 25 van molybdeen.

Tussen de laag 25 en de laag 21 van amorf siliciumnitride bevindt zich volgens de uitvinding een dunne laag 22 van molybdeen. Doordat de laag 22 het onderliggend amorf siliciumnitride tegen nadelige invloeden van het sputteren met hogere energie beschermt kan de laag 25 met een hogere energie, d. w. z met hogere sputtersnelheden

worden aangebracht. De sputtersnelheid kan bijvoorbeeld met een factor 5-10 worden verhoogd om de snelheid van vervaardiging te verhogen. Het is echter niet strikt noodzakelijk om de energie te verhogen, aangezien bij het aanbrengen van een dikkere laag 22 met lage depositie-energie het amorf silicium beschermd blijft, terwijl, afhankelijk van de toepassing, met de laag 22 als electrische contactlaag kan worden volstaan.

De laag 22 van molybdeen kan ook worden aangebracht nadat siliciumnitride 21 is neergeslagen (Figuur 4d') en in patroon is gebracht (Figuur 4e', 4f). Op de gedefinieerde gebieden 21 worden dan eerst de dunne molybdeenlaag 22 en daarna de laag 25 neergeslagen, waarbij voor de beide deellagen verschillende depositiecondities (sputterparameters) kunnen worden gekozen. De aldus ontstane dubbellaag wordt dan weer langs fotolithografische wijze in patroon gebracht.

Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot de hier getoonde voorbeelden, maar zijn binnen het kader van de uitvinding diverse variaties mogelijk. Zo kan de kolomelectrode 15 zieh naast de beeldelectrode 7 bevinden waarbij de beschermingslaag 14 zich op het niet-lineair weerstandsmateriaal bevindt en zich tot onder de kolomelectrode uitstrekt. Ook kunnen voor de aan het amorf siliciumnitride grenzende beschermingslaag andere (bij voorkeur) hoogsmeltende materialen worden gekozen zoals bijvoorbeeld wolfraam, tantal, titaan en legeringen daarvan. Ook in de samenstelling van het niet-lineair weerstandsmateriaal zijn, zoals vermeld, variaties mogelijk, evenals in de fabricagemethoden en de daarbij gebruikte etsmiddelen en procesparameters.

Claims

Conclusies : 1. Weergeefmrichting met een electro-optisch medium tussen twee tegenover elkaar gelegen steunplaten, die aan de naar elkaar toegekeerde zijden respectievelijk voorzien zijn van een hoeveelheid kolomelectroden en rij-electroden terwijl tenminste een van de steunplaten voorzien is van een hoeveelheid beeldelectroden die via nietlineaire schakelelementen met de rij- of kolomelectroden zijn verbonden, welke nietlineaire schakelelementen elk een niet-lineair weerstandsmateriaal bevatten tussen een eerste en een tweede electrisch geleidende laag, met het kenmerk dat de aan de zijde van het electro-optisch medium liggende electrisch geleidende laag metallisch is en van de niet-lineaire weerstandslaag is gescheiden door een metallische beschermingslaag.
2. Weergeefmrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de metallische beschermingslaag molybdeen of een molybdeenlegering bevat.

3. Weergeefinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de metallische beschermingslaag een dikte tussen 10 nm en 100 nm bezit.

4. Weergeefmrichting met een electro-optisch medium tussen twee tegenover elkaar gelegen steunplaten, die aan de naar elkaar toegekeerde zijden respectievelijk voorzien zijn van een hoeveelheid kolomelectroden en rij-electroden terwijl tenminste een van de steunplaten voorzien is van een hoeveelheid beeldelectroden die via nietlineaire schakelelementen met de rij- of kolomelectroden zijn verbonden, welke nietlineaire schakelelementen elk een niet-lineair weerstandsmateriaal bevatten tussen een eerste en een tweede elektrisch geleidende laag, met het kenmerk dat de aan de zijde van het electro-optisch medium elektrisch liggende geleidende laag door middel van een laag-energetische depositietechniek is aangebracht.

5. Niet-lineair schakelelement met een niet-lineair weerstandsmateriaal tussen een eerste en een tweede electrisch geleidende laag, met het kenmerk dat een van de beide elektrisch geleidende lagen metallisch is en van de niet-lineaire weerstandslaag is gescheiden door een metallische beschermingslaag.

6. Niet-lineair schakelelement volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de metallische beschermingslaag molybdeen of een molybdeenlegering bevat.

7. Niet-lineair schakelelement volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de metallische beschermingslaag een dikte tussen 10 nm en 100 nm bezit.

8. Niet-lineair schakelelement met een niet-lineair weerstandsmateriaal tussen een eerste en een tweede elektrische geleidende laag, met het kenmerk dat een van de <Desc/Clms Page number 9> beide electrische geleidende lagen door middel van een laag-energetische depositietechniek is aangebracht.

9. Werkwijze voor het vervaardigen op een substraat van een niet-lineair schakelelement voorzien van een laag niet-lineair weerstandsmateriaal materiaal tussen een eerste en een tweede electrische geleidende laag, met het kenmerk dat na het aanbrengen van de eerste van de electrisch geleidende lagen op het substraat 1) een laag van het niet-lineair weerstandsmateriaal op het substraat en op de eerste geleidende laag wordt gedeponeerd 2) op de laag niet-lineair weerstandsmateriaal een metallische beschermingslaag wordt aangebracht 3) het geheel wordt voorzien van een eerste masker 4) met behulp van het eerste masker de metallische beschermingslaag en de laag niet-lineair weerstandsmateriaal in patroon worden gebracht 5)

op het aldus verkregen geheel een tweede laag electrisch geleidend materiaal wordt gedeponeerd met een depositie-energie gelijk aan of groter dan die gebruikt bij het deponeren van de metallische beschermingslaag, waarna een tweede masker wordt aangebracht en 6) met behulp van het tweede masker de tweede laag electrisch geleidend materiaal in patroon wordt gebracht.

10. Werkwijze voor het vervaardigen op een substraat van een niet-lineair schakelelement voorzien van een laag niet-lineair weerstandsmateriaal tussen een eerste en een tweede electrisch geleidende laag, met het kenmerk dat na het aanbrengen van de eerste van de electrisch geleidende lagen op het substraat 1) een laag van het niet-lineair weerstandsmateriaal materiaal op het substraat en op de eerste geleidende laag wordt aangebracht 2) het geheel wordt voorzien van een eerste masker 3) met behulp van het eerste masker de laag niet-lineair weerstandsmateriaal in patroon wordt gebracht 4) op het aldus verkregen geheel een metallische beschermingslaag en daarop een tweede laag electrisch geleidend materiaal worden gedeponeerd,

waarbij voor het deponeren van de tweede laag electrisch geleidend materiaal een depositie- energie wordt gebruikt gelijk aan of groter dan die gebruikt bij het deponeren van de metallische beschermingslaag, waarna <Desc/Clms Page number 10> 5) het geheel wordt voorzien van een tweede masker en 6) met behulp van het tweede masker de dubbellaag bestaande uit de metallische beschermingslaag en de tweede laag electrisch geleidend materiaal in patroon wordt gebracht.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk dat de depositie door middel van sputteren plaatsvindt en de sputtersnelheid ten behoeve van de tweede laag electrisch geleidend materiaal een factor 5-10 hoger ligt dan die voor de metallische beschermingslaag.

12. Werkwijze volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk dat voor de metallische beschermingslaag en voor de tweede laag electrisch geleidend materiaal hetzelfde materiaal wordt gebruikt.

13. Werkwijze voor het vervaardigen op een substraat van een niet-lineair schakelelement voorzien van een laag niet-lineair weerstandsmateriaal materiaal tussen een eerste en een tweede electrisch geleidende laag, met het kenmerk dat na het aanbrengen van de eerste van de electrisch geleidende lagen op het substraat 1) een laag van het niet-lineair weerstandsmateriaal op het substraat en op de eerste geleidende laag wordt gedeponeerd 2) op de laag niet-lineair weerstandsmateriaal een tweede metallische electrische geleidende laag door middel van laag-energetische depositietechnieken wordt aangebracht.
3) het geheel wordt voorzien van een eerste masker 4) met behulp van het eerste masker de tweede metallisch electrisch geleidende laag en de laag niet-lineair weerstandsmateriaal in patroon worden gebracht.