DE69633471T2 - Gitter mit metallischen Abtastzeilen zur Steuerung von Halbleiter-Gitterzeilen - Google Patents

Gitter mit metallischen Abtastzeilen zur Steuerung von Halbleiter-Gitterzeilen Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schaltkreise, welche auf Substraten ausgebildet sind. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Feldanordnungen.
  • Lewis, A., and Wu, I-W., "Polysilicon TFTs for Active Matrix Liquid Crystal Displays," IEICE TRANSACTIONS, Vol. J76-C-II, Nr. 5, Mai 1993, Seiten 211–226, beschreibt die Herstellung von Dünnfilmtransistoren (thin film transistors: TFTs) aus polykristallinem Silizium (Polysilizium) und die Auslegung von Bildelementen einer Flüssigkristallanzeige-Aktivmatrix aus polykristallinem Silizium.
  • Wu, I-W., "High-definition displays and technology trends in TFT-LCDs," Journal of the SID, Vol. 2, Nr. 1, 1994, Seiten 1–14, beschreibt verschiedene Flüssigkristallanzeigen (liquid crystal displays: LCDs) mit einer Fokussierung auf AMLCDs mit TFTs.
  • EP 0,484,965 A2 beschreibt ein Aktivmatrix-Substrat, welches auf einem gegebenen Substrat einen Dünnfilmtransistor, eine Taktleitung, welche zu dem Gate des Dünnfilmtransistors verbunden ist, einen Datenbus, welcher mit der Source des Dünnfilmtransistors verbunden ist, und eine Bildelementelektrode einschließt, welche mit dem Datenbus über den Dünnfilmtransistor verbunden ist, wobei das Aktivmatrix-Substrat eine Struktur der Taktleitung umfasst, welche eine Oberfläche aufweist, die mit einem isolierenden Film beschichtet ist. Eine Halbleiterschicht, welche mit einem Gateisolationsfilm beschichtet ist, welcher den Dünnfilmtransistor aufbaut, und eine Gateelektrode, welche den Dünnfilmtransistor aufbaut, welche nacheinander in der aufgeführten Reihenfolge aufgebracht sind.
  • Die Erfindung betrifft Probleme, welche Schaltungsfelder, welche auf Substraten aufgebracht sind, betreffen.
  • Ein zweidimensionales (2D) Feld kann beispielsweise zwei Gruppen von leitenden Bahnen einschließen, welche sich in senkrechten Richtungen erstrecken, wie sie in 3 des oben aufgeführten Wu-Beitrages verdeutlicht sind. Jede Leitung, welche sich in die eine Richtung erstreckt, kann Signale für eine Spalte des Feldes bereitstellen. Jede Leitung, welche sich in der anderen Richtung erstreckt kann Signale für eine Zeile des Feldes bereitstellen.
  • Herkömmlicherweise schließt jede Zeilen-Spaltenposition in einem 2D-Feld eine Beschaltung ein, welche mitunter als eine "Zelle" bezeichnet wird, welche auf Signale von den Leitungen reagiert oder Signale für dieselben bereitstellt, für die Zeilen und Spaltenkombination der Zelle. Durch eine Gruppe von parallelen Leitungen, welche verdeutlichend als "Datenleitungen" bezeichnet werden, empfängt jede Zelle Signale oder stellt Signale bereit, welche deren Zustand festlegen oder anzeigen. Durch die andere Gruppe von parallelen Leitungen, verdeutlichend als "Taktleitungen" bezeichnet, empfängt jede Zelle entlang einer Taktleitung ein Signal, welches die Zelle in die Lage versetzt, Signale von der Datenleitung zu empfangen oder Signale zu der Datenleitung derselben bereitzustellen. Die Fläche jeder Zelle, welche durch Datenleitungen und durch Taktleitungen abgegrenzt ist, welche hier als "Zellgebiet" bezeichnet wird, kann als ein Wandler dienen, welcher Signale zu Quellen außerhalb des Feldes bereitstellt oder Signale von Quellen außerhalb des Feldes empfängt.
  • In herkömmlichen Feldern stellt jede Taktleitung ein periodisches Taktsignal bereit, welches eine Komponente in jeder Zelle, welche mit der Taktleitung verbunden ist, in die Lage versetzt, ein Signal von deren Datenleitung zu empfangen oder ein Signal für die Datenleitung bereitzustellen, während eines kurzen Zeitintervalls jedes Zyklus. Daher ist eine strenge Synchronisation der Taktsignale mit den Signalen auf den Datenleitungen kritisch für den erfolgreichen Betrieb des Feldes. Ebenso müssen die Taktsignale eine hohe Qualität der Übergänge über das Feld hinweg erhalten. Wenn eine Taktleitung einen hohen Widerstand aufweist, ist die Ausbreitungsverzögerung derselben lang, was Signalverformungen verursacht, welche eine genaue Signalsynchronisation verhindern und ein ungenaues Laden oder Extrahieren von Daten verursacht.
  • Einige herkömmliche Techniken begegnen dem Problem des Taktleitungswiderstandes durch die Verwendung von Taktleitungen aus Metall. Der Schaltkreis jeder Zelle schließt jedoch herkömmlicherweise einen Halbleiterkanal ein und die Leitfähigkeit des Kanals wird herkömmlicherweise durch die Taktsignale gesteuert, welche ebenso als "Gatesignale" in Analogie zu dem Gate eines Transistors bezeichnet werden. Daher erstreckt sich die Taktleitung aus Metall herkömmlicherweise über den Halbleiterkanal, wodurch ein Transistor mit Metallgate ausgebildet wird. Es ist jedoch wohlbekannt, dass ein Transistor mit Metallgate eine geringere Leistungsfähigkeit aufweist als ein Transistor mit einem Gate aus polykristallinem Silizium.
  • Gates aus Metall erzeugen ebenso Probleme bei dem Herstellungsprozess wie etwa bei Ionenimplantation und Hydrogenierung und Probleme mit der Auslegung wie etwa der Steuerung der Leitungsbreite für die Skalierung. Derartige Herstellungsprobleme sind besonders gravierend für TFTs aus Polysilizium: Die Hydrogenierung zur Passivierung von Defekten in einem Kanal aus Polysilizium beeinflusst das Polysilizium unterschiedlich wie das Metall. Ebenso erfordert die selbstjustierende Ionenimplantation eine geschrumpfte Metallleitung, was zu Problemen bei der Steuerung der Leitungsbreite führt insbesondere für Anzeigen mit hoher Dichte.
  • Einige herkömmliche Techniken verwenden Taktleitungen aus polykristallinem Silizium in TFT-Feldern aus polykristallinem Silizium, wodurch eine exzellente Unversehrtheit des Gateoxids in jedem TFT bereitgestellt wird, weil die Oxid/Halbleiternahtstelle zwischen dem Gate und Isolationsschichten aufgrund der Kompatibilität der Materialien stabil ist. Dies vermeidet Herstellungsprobleme, vergrößert jedoch den Widerstand der Taktleitungen, wodurch ausreichend große Feldgrößen ausgeschlossen werden oder ausreichend hohe Dichten für viele Anwendungen. Um den Widerstand von Taktleitungen aus polykristallinem Silizium zu reduzieren, ist vorgeschlagen worden einen Aluminiumnebenschluss bereitzustellen, weil der Widerstand von dotiertem Aluminium so gering wie 0,3 Ohm/Square oder weniger sein kann, während derjenige von polykristallinem Silizium 30–50 Ohm/Square beträgt. Die Hydrogenierung zur Passivierung der Kanaldefekte würde jedoch ebenso die Taktleitung mit Nebenschluss verschlechtem aufgrund von atomarer Mischung an der Nahtstelle zwischen Metall und polykristallinem Silizium und könnte die Kanaleigenschaften verschlechtem wie etwa durch die Verursachung eines größeren Lecks.
  • Es ist ein Ziel der Erfindung eine elegante Lösung für das Problem der Taktleitungen bereitzustellen, eine Lösung, welche ebenso die Herstellungsprobleme vermeidet.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Feld bereitgestellt und eine Anzeige, welche ein Feld beinhaltet wie es in den beiliegenden Ansprüchen niedergelegt ist.
  • Die Erfindung beruht auf der Entdeckung einer Technik, welche die Vorteile von Taktleitungen aus Metall erhält und ebenso die Vorteile einer Gateleitung aus polykristallinem Silizium. Die Technik stellt eine Taktleitung aus Metall bereit und eine Halbleiterleitung, welche mit der Taktleitung verbunden ist. Die Halbleiterleitung überquert einen Kanal und ist leitfähig, so dass Signale auf der Taktleitung die Leitfähigkeit des Kanals steuern.
  • Die Technik kann in einem Feld implementiert werden, welches ein Substrat und Feldschaltungen einschließt, welche auf eine Oberfläche des Substrats ausgebildet sind. Die Feldschaltung schließt M Taktleitungen, welche sich ungefähr in einer ersten Richtung erstrecken und N Datenleitungen ein, welche sich ungefähr in einer zweiten Richtung erstrecken, welche unterschiedlich von der ersten ist. Für jeden Wert von m von 1 bis M und für jeden Wert n von 1 bis N schließt die Feldschaltung ein Kreuzungsgebiet ein, in welchem die m-te Taktleitung und die n-te Datenleitung sich kreuzen.
  • Zellenbeschaltung für mindestens eines der Kreuzungsgebiete schließt eine Komponente ein, welche einen Datenanschluss aufweist, zum Empfang von Signalen von der n-ten Datenleitung oder zur Bereitstellung von Signalen für dieselbe. Die Zellschaltung schließt ebenso eine Verbindungsschaltung ein, für die elektrische Verbindung des Datenanschlusses an die n-te Datenleitung unter Kontrolle der m-ten Taktleitung und die m-te Taktleitung schließt ein Metall ein.
  • Die Verbindungsschaltung schließt eine erste Halbleiterleitung ein, welche zwischen der n-ten Datenleitung und dem Datenanschluss verbunden ist und eine zweite Halbleiterleitung ein, welche mit der m-ten Taktleitung verbunden ist. Die zweite Halbleiterleitung kreuzt die erste Halbleiterleitung an einem Kanal in der ersten Halbleiterleitung. Die zweite Halbleiterleitung ist leitfähig, so dass Signal von der m-ten Taktleitung die Leitfähigkeit des Kanals steuern.
  • Eine Zellenkomponente kann beispielsweise ein kapazitives Element einschließen, welches durch eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, und eine isolierenden Schicht zwischen den Elektroden gebildet wird. Die erste Elektrode ist Teil der (m + 1)-ten Takt leitung. Die zweite Elektrode befindet sich zwischen der (m + 1)-ten Taktleitung und dem Substrat. Die erste Elektrode erstreckt sich zwischen dem Kreuzungsgebiet, in welchem die n-te und die (n + 1)-te Datenleitung die (m + 1)-te Taktleitung kreuzen. Die zweite Elektrode und die erste Elektrode können dieselbe Breite aufweisen, wobei deren Kanten eingerichtet sind.
  • Die Technik könnte in einer Schaltung aus polykristallinem Silizium oder a-Silizium auf irgendeinem geeigneten Substrat ausgebildet sein. Beispielsweise könnte die Dünnfilmschaltung auf einem isolierenden Substrat ausgebildet sein. Die Taktleitungen und die Datenleitungen könnten aus Aluminium sein. Die ersten und zweiten Halbleiterleitungen könnten jeweils Polysilizium einschließen, getrennt voneinander durch eine isolierende Schicht wie etwa Siliziumdioxid.
  • Eine Zellenkomponente könnte ebenso eine Zellenelektrode in einem Gebiet einschließen, welches durch die m-te und (m + 1)-te Taktleitung und durch die n-te und (n + 1)-te Datenleitung begrenzt ist. Die Zellenelektrode kann lichtdurchlässig sein und das Feld kann Teil einer Anzeige sein, in welcher die Erfindung implementiert ist. Die Anzeige kann eine periphere Beschaltung um die Begrenzung des Feldes herum einschließen, jedoch auf demselben Substrat. Die periphere Beschaltung kann ebenso eine Taktschaltung einschließen, welche mit den Taktleitungen verbunden ist und eine Datenschaltung, welche mit den Datenleitungen verbunden ist.
  • Ein Kanal in der ersten Halbleiterleitung kann sich innerhalb der Kanten der n-ten Datenleitung befinden und im Wesentlichen die ganze erste Halbleiterleitung kann sich zwischen der n-ten Datenleitung und dem Substrat befinden. Im Wesentlichen die gesamte zweite Halbleiterleitung kann sich ebenso zwischen den Kanten der n-ten Datenleitung befinden, verbunden mit der m-ten Datenleitung in dem Kreuzungsgebiet.
  • Um den Leckstrom zu reduzieren kann die erste Halbleiterleitung einen zweiten Kanal einschließen, welcher durch die zweite Halbleiterleitung gekreuzt wird.
  • Um die Leitfähigkeit der Taktleitung zu verbessern kann der Querschnitt der Taktleitung im Wesentlichen gleichförmig über das Feld sein.
  • Die vorstehend beschriebene Technik ist vorteilhaft, weil sie eine Metalltaktleitung bereitstellt, welche einen sehr geringen Widerstand aufweisen kann und daher eine sehr geringe Signalverzögerung und eine geringe Signalverformung. Weil die Taktleitung nicht modifiziert werden muss, um ein Gate auszubilden, kann sie eine gerade, gleichförmige, durchgehende Metallleitung sein, mit keinem Knick oder einer anderen Modifikation, welche die Leitfähigkeit reduzieren würde.
  • Die Technik ist ebenso vorteilhaft, weil sie einen Kanal bereitstellt, welcher durch eine Halbleiterleitung gesteuert wird anstelle von einer Metallleitung. Weil die Taktleitung von der dem Kanalgebiet beabstandet ist, werden Hydrogenierung und andere Prozesse, welche mit der Herstellung des TFT aus Polysilizium verbunden sind, wie etwa Ionenimplantation um eine selbstjustierende Source und Drain auszubilden, keine Wechselwirkung zwischen dem Metall von der Taktleitung und dem Kanal verursachen, so dass die Technik in einem TFT-Feld aus Polysilizium verwendet werden kann.
  • Die Technik ist ebenso vorteilhaft, weil sie eine sehr wirkungsvolle Verwendung des Zellgebietes erlaubt. Wie vorstehend beschrieben kann jede Zellenbeschaltung einen oder mehrere Kanäle zwischen den Kanten der Datenleitung der Zelle einschließen mit einer Halbleitergateleitung, welche zu der Taktleitung der Zelle in dem Gebiet verbindet, in welchem die Taktleitung sich mit der Datenleitung kreuzt. Im Ergebnis besetzen die Kanäle und die Gateleitung der Zellgebiet nicht.
  • Die Technik ist insbesondere vorteilhaft für Felder, in welchen eine Zelle einen Speicherkondensator einschließt. Wie in den 4 und 5 des Artikels von Wu verdeutlicht ist, kann jede Zelle eines 2D-Feldes einen Kondensator einschließen, um eine Spannung innerhalb der Zelle für eine geeignete Speicherzeit aufrechterhalten. In einem LCD-Feld oder einem Flüssigkristalllichtventil (liquid crystal light valve: LCLV) Feld kann der Kondensator beispielsweise eine Spannung halten, welche die Ausrichtung des angrenzenden Flüssigkristallmaterials steuert. In einem Sensorfeld kann der Kondensator andererseits eine Spannung halten, welche eine Energiemenge anzeigt, welche durch einen Sensor für die Zelle erhalten wurde. In ähnlicher Weise kann in einem energieemittierenden Feld der Kondensator eine Spannung halten, welche eine Energiemenge anzeigt, welche durch einen Emitter für die Zelle ausgesandt werden soll.
  • Ein Vorteil besteht darin, dass die Technik die Herstellung eines Kondensators unter einer Taktleitung vereinfacht, wobei ein Teil der Taktleitung eine erste Elektrode ausbildet, und wobei eine zweite Elektrode in einer Halbleiterschicht zwischen der Taktleitung und dem Substrat ausgebildet ist. Herkömmlicherweise erfordert die Kondensatorherstellung einen zusätzlichen Maskenarbeitsgang, um das Elektrodengebiet des Kondensators für die Dotierung auszuwählen, während die Halbleiterkanäle von der Dotierung abgeschirmt werden. Dies erfordert jedoch eine Abwägung zwischen dem Niveau der Implantationsdotierung für den Kondensator, welche notwendig ist, um eine spannungsabhängige Kapazität zu vermeiden und dem Schaden für die Si/SiO2-Nahtstelle durch das Abstreifen des mit Implantat dotierten Fotolacks. Es kann möglich sein, einen zufriedenstellenden Kompromiss in einigen Fällen zu finden wie etwa, wenn die Halbleiterschicht zu dünn wird usw. Es ist ebenso notwendig, die zweite Elektrode über die Kanten der Taktleitung hinaus zu erstrecken, um Gebiete bereitzustellen, welche das zusätzliche Implantat empfangen, um eine gleichmäßigere kapazitive Eigenschaft entlang der Länge des Kondensators zu erreichen.
  • Die Technik erlaubt die Herstellung des Kondensators auf dieselbe Weise wie die Source/Draingebiete, ohne einen zusätzlichen Maskenarbeitsschritt und einen zusätzlichen Implantationsarbeitsschritt. Daher ist der Kondensator stark dotiert, wodurch sichergestellt wird, dass die Kapazität nicht von der Spannung abhängt. Ebenso braucht die zweite Elektrode nicht über die Kanten der Taktleitung hinauszureichen, sondern deren Kanten können mit den Kanten der Taktleitung eingerichtet sein. Weiterhin können die zweiten Elektroden von aneinandergrenzenden Zellen nur um einen minimalen Abstand voneinander getrennt sein, welcher notwendig ist für die Isolation ohne Kopplung, ungefähr 1 μm in einem Feld von Wafergröße und ungefähr 2 bis 3 μm in einem großflächigen Feld. Mit anderen Worten können die zweiten Elektroden sich so weit wie möglich in die Kreuzungsgebiete erstrecken, was das Kondensatorgebiet maximiert. Aufgrund seines maximierten Gebietes muss der Kondensator nicht irgendeinen Teil des Zellgebietes, welches von den Taktleitungen und den Datenleitungen begrenzt ist, besetzen.
  • Weil die zweiten Elektroden sehr dünne Halbleiterschichten sind und durch kleine Abstände voneinander getrennt sind kann eine Taktleitung aus Metall, welche über denselben ausgebildet ist, einen Querschnitt aufweisen, welcher nahezu gleichförmig über das Feld hinweg ist, mit derselben Breite und Dicke an allen Punkten entlang dessen Länge. Daher wird die Leitfähigkeit der Taktleitung ebenso maximiert.
  • Als Ergebnis der Maximierung des Kondensatorgebietes unter der Taktleitung, erlaubt die Technik ein größeres nutzbares Gebiet und eine größere Zelldichte, ohne dabei Zellgebiet zu opfern. Daher ist die Technik insbesondere vorteilhaft bei lichttransmittierenden, messenden oder emittierenden Anwendungen, wie etwa Anzeigen, Lichtventilen und Sensoren. Weiterhin erlaubt die Technik, wenn sie mit TFTs aus Polysilizium implementiert wird, die Integration von peripherer Beschaltung, welche sich um die äußere Begrenzung des Feldes herum auf dem gleichen Substrat befindet, und welche Treiber- und Messschaltung für die Taktleitungen und Datenleitungen bereitstellt.
  • Ein Feld gemäß der Erfindung wird nachfolgend beispielhaft beschrieben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen:
  • 1 ist ein schematisches Leiterdiagramm und zeigt die Zellschaltung nach dem Stand der Technik, in welcher eine Taktleitung aus Metall oder Polysilizium sich seitlich erstreckende Gateleitungen aufweist, welche die Kanäle einer Halbleiterleitung kreuzen.
  • 2 ist ein schematisches Leiterdiagramm und zeigt Zellschaltung nach dem Stand der Technik, in welcher eine Taktleitung aus Metall oder Polysilizium die Kanäle einer winkeligen Halbleiterleitung kreuzen.
  • 3 ist ein schematisches Leiterdiagramm und zeigt Zellschaltung mit einer Taktleitung aus Metall und einer Halbleiterleitung, um die Leitfähigkeit von Kanälen in einer Halbleiterleitung zu steuern.
  • 4 3 ist ein detaillierteres Leiterdiagramm und zeigt die Taktleitung aus Metall und die Halbleiterleitung in 3.
  • 5 ist eine schematischer Querschnitt entlang der Linie A-A in 4.
  • 6 ist ein schematisches Leiterdiagramm und zeigt Halbleiterschichten in der Beschaltung der Zelle.
  • 7 ist eine schematische Querschnitt entlang der Linie a-a in 6.
  • 8 ist eine schematische Querschnitt entlang der Linie b-b in 6.
  • 9 ist eine schematische Querschnitt entlang der Linie c-c in 6.
  • 10 ist eine schematische Querschnitt entlang der Linie d-d in 6.
  • 11 ist ein Ablaufdiagramm und zeigt die Arbeitsschritte bei der Herstellung der Zellbeschaltung in 6.
  • 12 ist ein Querschnitt einer Anzeige, welche ein Feld einschließt, welches gemäß 11 hergestellt wurde.
  • A. Konzeptueller Rahmen
  • Der folgende konzeptuelle Rahmen ist für das Verständnis für den breiten Umfang der Erfindung hilfreich, und die nachfolgend definierten Bezeichnungen weisen die aufgeführte Bedeutung in der gesamten Anmeldung einschließlich der Ansprüche auf.
  • "Beschaltung" oder ein "Schaltkreis" ist jede physische Anordnung von Materie, welche auf ein erstes Signal an einer Stelle oder Zeit reagieren kann durch Bereitstellung eines zweiten Signals an einer anderen Stelle oder Zeit, wobei das zweite Signal Information von dem ersten Signal einschließt. Beschaltung "überträgt" ein erstes Signal, wenn es das erste Signal bei einer ersten Stelle empfängt und, in Reaktion, das zweite Signal an der zweiten Stelle bereitstellt.
  • Die Bezeichnungen "Feld" und "Zelle" stehen miteinander in Beziehung: Ein "Feld" ist ein Herstellungsprodukt, welches eine Anordnung von "Zellen" einschließt. Ein "zweidimensionales Feld" oder "2D-Feld" schließt beispielsweise eine Anordnung von Zellen in zwei Dimensionen ein. Ein 2D-Feld von Beschaltung kann Zeilen und Spalten einschlie ßen, mit einer Leitung für jede Zeile und einer Leitung für jede Spalte. Leitungen in einer Richtung können "Datenleitungen" sein, durch welche eine Zelle Signale erhält oder bereitstellt, welche den Zustand derselben festlegen oder anzeigen. Leitungen in der anderen Richtung können "Taktleitungen" sein, durch welche eine Zelle ein Signal empfängt, welches sie in die Lage versetzt, Signale von ihrer Datenleitung zu empfangen oder Signale für dieselbe bereitzustellen.
  • Ein "Kanal" ist ein Abschnitt einer Komponente, durch welche ein elektrischer Strom fließen kann. Ein Kanal ist "leitend", wenn der Kanal sich in einem Zustand befindet, in welchem Strom durch denselben fließen kann.
  • B. Bekannte Techniken
  • 1 und 2 zeigen die Leiterdiagramme von herkömmlichen Zellbeschaltungen. In 1 weist eine Taktleitung sich seitlich erstreckende Gateleitungen auf, welche die Kanäle einer Halbleiterleitung kreuzen. In 2 kreuzt eine Taktleitung die Kanäle in einer winkeligen Halbleiterleitung.
  • Die Beschaltung 10 in 1 ist verdeutlichend für ein Feld, welches M Taktleitungen und N Datenleitungen einschließt. Die m-te Taktleitung 12 und die n-te Datenleitung 14 kreuzen sich in dem Kreuzungsgebiet 16. Die Zellbeschaltung, welche mit der m-ten Taktleitung 12 und der n-ten Datenleitung 14 verbunden ist, schließt eine Halbleiterleitung 20 ein, mit der Verbindung 22 zu der n-ten Datenleitung 14.
  • Die Gateleitungen 24 und 26 erstrecken sich seitlich von der m-ten Taktleitung 12, wobei sie die Kanäle 30 und 32 in der Halbleiterleitung 20 kreuzen. Im Ergebnis steuert ein Gatesignal auf der m-ten Taktleitung 12 die Leitfähigkeit in den Kanälen 30 und 32, wodurch die Halbleiterleitung 20 in die Lage versetzt wird, Signale von der n-ten Datenleitung 14 an einem Datenanschluss einer Komponente in der Zellbeschaltung bereitzustellen, oder von dem Datenanschluss zu der n-ten Datenleitung 14.
  • Die Beschaltung 40 in der 2 ist verdeutlichend für ein ähnliches Feld wie in 1, wobei die m-te Taktleitung 42 und die n-te Datenleitung 44 sich in dem Kreuzungsgebiet 46 kreuzen. Eine Zellbeschaltung, welche mit der m-ten Taktleitung 42 und der n-ten Datenleitung 44 verbunden ist, schließt eine winkelige Halbleiterleitung 50 ein, mit einer Verbindung 52 zu der n-ten Datenleitung 44.
  • Wegen der winkeligen Form der Halbleiterleitung 50 kreuzt die m-te Taktleitung 42 die Kanäle 54 und 56. Im Ergebnis steuert ein Gatesignal auf der m-ten Taktleitung 42 die Leitfähigkeit in den Kanälen 54 und 56, wobei die Halbleiterleitung 50 in die Lage versetzt wird, Signale von der n-ten Datenleitung 44 an einem Datenanschluss einer Komponente in der Zellbeschaltung bereitzustellen, oder von dem Datenanschluss zu der n-ten Datenleitung 44.
  • C. Allgemeine Merkmale der Erfindung
  • Die 35 zeigen allgemeine Merkmale der Erfindung. Die 3 zeigt schematisch ein M × N Feld, in welchem Zellbeschaltung eine Halbleiterleitung einschließt, welche mit einer Taktleitung aus Metall verbunden ist, und welche eine weitere Halbleiterleitung bei einem Kanal zwischen Verbindungen zu einer Datenleitung und einem Datenanschluss kreuzt. 4 zeigt ein genaueres schematisches Leiterdiagramm eines Abschnitts des Feldes der 3. 5 zeigt einen Querschnitt der 4 entlang der Linie A-A.
  • Das Feld 70 in 3 schließt M Taktleitungen von der ersten Taktleitung 80 bis zur M-ten Taktleitung 82, und N Datenleitungen von der ersten Datenleitung 86 bis zur N-ten Datenleitung 88 ein. Zellbeschaltung, welche zu der m-ten Taktleitung 90 und der n-ten Datenleitung 92 verbunden ist, ist verdeutlichend genauer gezeigt in dem Zellgebiet, welches durch die m-te Taktleitung 90, die n-te Datenleitung 92, die (m + 1)-te Taktleitung 94 und die (n + 1)-te Datenleitung 96 begrenzt ist.
  • Gemäß 3 schließt die m-te Taktleitung 90 ein Metall ein, ist jedoch mit der leitenden Halbleiterleitung 100 verbunden, welche die Halbleiterleitung 102 bei dem Kanal 104 kreuzt. Die Halbleiterleitung 102 ist zwischen der n-ten Datenleitung 92 und einem Datenanschluss der Komponente 106 verbunden. Die Signale auf der m-ten Taktleitung 90 steuern die Leitfähigkeit des Kanals 104, weil die Halbleiterleitung 100 leitend ist.
  • 4 zeigt die m-te Taktleitung 90 und die Halbleiterleitungen 100 und 102 in größerem Detail. In dem verdeutlichten Detail befindet sich die m-te Taktleitung 90 über der Halb leiterleitung 100 und die Halbleiterleitung 100 befindet sich über dem Kanal 104 in der Halbleiterleitung 102.
  • 5 zeigt einen Querschnitt der 4 entlang der Linie A-A. Wie gezeigt weist ein Substrat 110 eine Oberfläche 112 auf, auf welcher die Beschaltung 114 ausgebildet ist. Die Beschaltung 114 kann eine oder mehrere Schichten unterhalb der Halbleiterleitung 102 aufweisen und kann ebenso eine oder mehrere Schichten zwischen der Halbleiterleitung 102 und der Halbleiterleitung 100 einschließen, wie etwa isolierende Schichten. Die leitfähige Halbleiterleitung 100 und die m-te Taktleitung 90 sind in direktem elektrischen Kontakt gezeigt durch eine Metall/Halbleiterschnittstelle, so dass die Halbleiterleitung 100 das Signal von der m-ten Taktleitung 90 zu dem Kanalgebiet 116 leitet, welches die Leitfähigkeit des Kanals 104 steuert. Die Beschaltung 114 kann ebenso eine oder mehrere Schichten oberhalb der n-ten Taktleitung 90 einschließen.
  • D. Implementierung
  • Die vorstehend beschriebenen, allgemeinen Merkmale können auf mehreren Wegen in verschiedene Felder implementiert werden. Eine nachfolgend beschriebene Implementierung bezieht sich auf TFTs aus Polysilizium und ist für ein AMLCD-Feld geeignet.
  • D.1. Zellbeschaltung
  • 610 verdeutlichen die Zellbeschaltung. 6 zeigt Leiterbahnen der ersten und zweiten Halbleiterschichten. 710 zeigen repräsentative Querschnitte der Zellbeschaltung aus 6 entlang der Linien a-a, b-b, c-c und d-d jeweils.
  • 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem M × N Feld, wobei die m-te Taktleitung 200, die (m + 1)-te Taktleitung 202, die n-te Datenleitung 204 und die (n + 1)-te Datenleitung 206 in gestrichelten Linien gezeigt werden. 6 zeigt ebenso einen Teil der Zellbeschaltung für die Zelle, welche mit der m-ten Taktleitung 200 und der n-ten Datenleitung 204 verbunden ist.
  • Die Beschaltung der Zelle schließt ein erstes Halbleitermuster 210 ein, mit einer Leitung, welche sich von dem ersten Verbindungspunkt 212 zu dem zweiten Verbindungspunkt 214 erstreckt und wobei sich eine andere Leitung von dem zweiten Verbindungspunkt 214 zu der Kondensatorelektrode 216 erstreckt. Der erste Verbindungspunkt 212 ist im Wesentlichen vollständig innerhalb der Kanten der n-ten Datenleitung 204, mit welcher dieser elektrisch verbunden ist. Die Kanten der Kondensatorelektrode 216 sind mit den Kanten der (m + 1)-ten Taktleitung 202 ausgerichtet und bilden hierdurch das kapazitive Element aus.
  • Die Zellbeschaltung schließt ebenso ein zweites Halbleitermuster 220 ein, eine Leitung, welche das erste Halbleitermuster 210 bei den Kanälen 222 und 224 kreuzt. Das zweite Halbleitermuster 220 erstreckt sich von dem Ende 226, an welchem es elektrisch mit der m-ten Taktleitung 200 verbunden ist.
  • Das Leiterdiadramm der 6 ist so ausgelegt, dass es die folgenden Abmessungen aufweist, wenn es mit TFTs aus Polysilizium auf einem isolierenden Substrat implementiert wird: jede Zelle ist 30 μm × 30 μm, wobei die Taktleitung 6 μm und die Datenleitung 5 μm belegt. Die Leitungen in dem ersten Halbleitermuster 210 sind 2 μm breit, und das zweite Halbleitermuster 220 ist 2,5 μm breit. Im Allgemeinen weisen die schmalsten Merkmale 2 μm und die schmalsten Zwischenräume 3 μm auf, wobei 1 μm Überlappung und ein Öffnungsverhältnis von 49,7% besteht.
  • Die Zellbeschaltung der 6 ist derart ausgelegt, dass das kapazitive Element, welches durch die (m + 1)-te Taktleitung 202 und die Kondensatorelektrode 216 ausgebildet wird, eine ausreichende Kapazität aufweist, so dass gespeicherte Spannungen nicht erheblich beeinflusst werden durch eine kapazitive Kopplung mit Spannungsfluktuationen der Datenleitung. Es wird eine Dunkelmatrix verwendet, um die Bildqualität durch Abblocken von Streubeleuchtung zu verbessern wie bei den Kanten mit minimaler Opferung von Öffnung.
  • 7 zeigt das Substrat 240, welches Quarz sein kann, mit der Oberfläche 242 an welcher die Beschaltung 244 ausgebildet ist. Die Beschaltung 244 schließt eine Isolationsschicht 250 auf der Oberfläche 242 ein, auf welcher die Kondensatorelektroden 252 und 254 für die Zellbeschaltung ausgebildet sind, welche mit der (m – 1)-ten Taktleitung und der n-ten und (n – 1)-ten Datenleitung jeweils verbunden sind. Die Kondensatorelektroden 252 und 254 schließen jeweils stark n-dotiertes Polysilizium ein, gekennzeichnet durch "n +", mit der Ausnahme, dass ein kleiner Bereich der Elektrode 252, welcher sich unter dem zweiten Halbleitermuster 220 befindet, undotiertes, intrinsisches Polysilizium ist, welches durch "i" gekennzeichnet ist. Wenn das Gebiet, in welchem das zweite Halbleitermuster 220 die Kondensatorelektrode 252 überlappt, klein ist, wie in der 6 gezeigt, weist dieses kleine undotierte Gebiet eine unerhebliche Wirkung auf die Kapazität auf.
  • Die Beschaltung 244 schließt ebenso eine isolierende Schicht 256 zwischen den Kondensatorelektroden 252 und 254 und ein zweites Halbleitermuster 220 ein, wie in 6 gezeigt. Das zweite Halbleitermuster 220 schließt ebenso stark n-dotierte Polysilizium ein und ist elektrisch mit der m-ten Taktleitung 200 verbunden, welche Aluminium einschließt und welche als ein Hybrid TiW/AlCu-Stapel implementiert werden kann. Wegen der geringen Überlappung mit dem zweiten Halbleitermuster 220 und wegen einer flachen Senke zwischen den Kondensatorelektroden 252 und 254, weist die m-te Kontaktleitung geringfügige Änderungen in dem Querschnitt auf, im Allgemeinen verbleibt jedoch deren Querschnitt im Wesentlichen gleichförmig über das Feld.
  • Die Beschaltung 244 schließt weiterhin die isolierende Schicht 260 ein, welche die m-te Taktleitung 200 von der n-ten Datenleitung 204 trennt, welche ebenso als ein Hybrid TiW/AlCu-Stapel implementiert werden kann. Über der n-ten Datenleitung 204 befindet sich eine Passivierungsschicht 262 aus Polyimid.
  • 8 zeigt einen unterschiedlichen Querschnitt der Beschaltung 244 mit vielen ähnlichen Merkmalen wie in 7; es wird jedoch der Kanal 224 in dem ersten Halbleitermuster 210 gezeigt. Wie gezeigt stellt das zweite Halbleitermuster 220 Signale von der m-ten Taktleitung 200 zu dem Kanalgebiet 270 bereit, welche die Leitfähigkeit des Kanals 224 steuern.
  • 9 zeigt einen Querschnitt durch den ersten Verbindungspunkt 212. Wie gezeigt bildet die n-te Datenleitung 204 einen Metall/Halbleiterkontakt mit dem ersten Halbleitermuster 210 durch eine Öffnung in den isolierenden Schichten 256 und 260. Die Linien 280 und 282 der Dunkelmatrix sind auf der Passivierungsschicht 262 über den Kanten der n-ten Datenleitung 204 ausgebildet und die Indiumzinnoxid (ITO) Pixelelektroden 290 und 292 überlappen die Dunkelmatrixlinien 280 und 282 geringfügig.
  • 10 zeigt einen Querschnitt durch den zweiten Verbindungspunkt 214. Ein Metallmuster 300 bildet einen Metall/Halbleiterkontakt mit dem ersten Halbleitermuster 210 durch eine Öffnung in den isolierenden Schichten 256 und 260. Das Metallmuster 300 kann aus derselben Metallschicht ausgebildet werden wie die n-te Datenleitung 204. Das leitende Dunkelmatrixmuster 302 kann aus demselben Material ausgebildet werden wie die Dunkelmatrixlinien 280 und 282 in 9. Die ITO-Pixelelektrode 290 bildet schließlich eine elektrische Verbindung mit dem zweiten Verbindungspunkt 214 durch das Metallmuster 300 und das Dunkelmatrixmuster 302. Wenngleich das Metallmuster 300 Streubeleuchtung an den Kanten der isolierenden Schichten 256 und 260 abblockt und die Struktur glättet, stellt das Dunkelmatrixmuster 302 eine Prozesskompatibilität zwischen der ITO-Pixelelektrode 290 und dem Metallmuster 300 bereit.
  • D.2. Herstellung
  • 11 zeigt die Arbeitsschritte bei der Herstellung der vorstehend beschriebenen Zellbeschaltung.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 330 beginnt mit der Vorbereitung einer Oberfläche auf einem Quarzsubstrat. Der Arbeitsschritt im Kasten 330 kann jedwelche notwendige Reinigung einschließen.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 332 lagert daraufhin eine erste Schicht von Niedertemperaturoxid (low temperature oxide: LTO) auf, welches SiO2 sein kann, welches unter chemischer Dampfablagerung im Plasma abgeschieden werden kann. Die erste LTO-Schicht kann bis zu einer Dicke von 0,7 μm abgeschieden und dann thermisch behandelt werden.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 334 scheidet eine Schicht aus a-Silizium zu einer Dicke von 0,1 μm ab und führt darauffolgend eine Selbstionenimplantation von Silizium durch, um die Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Der Arbeitsschritt im Kasten 334 führt ebenso Kristallisation und Wärmebehandlung bei 600°C durch. Als Ergebnis wird das a-Silizium zum Polysilizium. Der Arbeitsschritt im Kasten 334 führt Lithografie durch, um ein Muster von Markierungsmaterial zu erzeugen, welches die Teile des Polysiliziums abdeckt, welche das erste Halbleitermuster 210 bilden. Nachfolgend ätzt der Arbeitsschritt im Kasten 334, um Gebiete zu entfernen, welche durch das Muster des Maskenmaterials nicht abgedeckt sind, wodurch das erste Halbleitermuster 210 zurückbleibt.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 336 scheidet eine zweite Schicht von LTO zu einer Dicke von 0,085 μm ab. Der Arbeitsschritt im Kasten 336 führt ebenso eine Oxidation bei 950°C unter 150 Atmosphären durch und behandelt die zweite LTO-Schicht thermisch.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 340 scheidet eine Schicht aus Polysilizium zu einer Dicke von 0,35 μm ab. Der Arbeitsschritt im Kasten 340 führt Lithografie durch, um ein Muster aus Maskenmaterial herzustellen, welches die Teile des Polysiliziums bedeckt, welche das zweite Halbleitermuster 220 ausbilden oder ein anderes ähnliches Muster, welches das erste Halbleitermuster an einem oder an zwei Kanälen kreuzt. Daraufhin ätzt der Arbeitsschritt im Kasten 340, um Gebiete zu entfernen, welche durch das Muster von Maskenmaterial nicht bedeckt sind, wodurch das zweite Halbleitermuster 220 zurückgelassen wird. Daraufhin entfernt der Arbeitsschritt im Kasten 340 das Maskenmaterial.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 342 führt Lithografie durch, um ein Muster aus Maskenmaterial herzustellen, welches die Zellbeschaltung nicht bedeckt, jedoch beispielsweise die Gebiete bedecken kann, in welchen periphere Beschaltung auf dem Substrat ausgebildet werden soll. Der Arbeitsschritt im Kasten 342 implantiert daraufhin eine hohe Konzentration eines Dotierungsmaterials vom n-Typ, wodurch das zweite Halbleitermuster 220 leitfähig gemacht wird und die leitenden Anschlüsse in dem ersten Halbleitermuster 210 ausgebildet werden. Daraufhin entfernt der Arbeitsschritt im Kasten 342 das Maskenmaterial durch ein geeignetes Plasmaätzen für das Deckmaterial.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 344 führt auf ähnliche Weise Lithografie durch, um ein Muster von Maskenmaterial herzustellen, welches die periphere Beschaltung nicht bedeckt, sondern die Zellschaltung bedeckt. Der Arbeitsschritt im Kasten 344 implantiert daraufhin eine hohe Konzentration eines Dotierungsmaterials vom p-Typ, um leitfähige Gebiete in der peripheren Beschaltung auszubilden. Daraufhin entfernt der Arbeitsschritt im Kasten 344 das Maskenmaterial. Der Arbeitsschritt im Kasten 344 kann ebenso eine Wärmebehandlung zur Kristallisation bei 600°C durchführen.
  • Die Arbeitsschritte in den Kästen 342 und 344 können jede beliebige Anzahl von Implantationsprozessen verwenden, eingeschlossen Nichtmassenselektionsprozesse wie etwa Ionenschauer, Plasmaextraktion, Ioneneimer (ion bucket) und so fort, weil dieselben hohe Konzentrationen von Dotierungsmitteln implantieren.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 346 scheidet eine Schicht aus Metall zu einer Dicke von 0,1–0,2 μm ab, um eine Taktleitungsschicht zu erzeugen. Die Taktleitungsschicht kann beispielsweise ein hybrider Vielfachschichtstapel von TiW/AlCu mit drei oder vier Schichten von 0,01 μm von TiW, getrennt durch drei oder vier Schichten von 0,05 μm AlCu sein. Die hybriden Filme können gesputtert oder verdampft werden unter Verwendung von zwei Legierungszielen, welche zwischen den Zielen abwechseln. Diese Dicken vermeiden die Hillock-Ausbildung in den AlCu-Schichten während des Prozesses und stellen sogar eine dünne Metallbarriere bereit, um die Vermischung zwischen den AlCu-Schichten, oder zwischen einer AlCu-Schicht und anderen Schichten zu verweiden, wodurch Hillock-Ausbildung, Filmblasen, Abschälen, oder Spitzen in eine Schicht aus Polysilizium beispielsweise vermieden werden. Die Filme können alle bei etwa der gleichen Rate nassgeätzt werden, um ein hohes Maß an Dimensionskontrolle zu erreichen. Das Verhältnis von nassem TiW-Ätzmittel und nassem AlCu-Ätzmittel kann ungefähr 50 : 1 betragen; im Gegensatz zu den standardmäßigen Al-Ätzmittel weist dieses gemischte Ätzmittel eine viel geringere Viskosität auf, und ist weniger bewegt während des Ätzens, wodurch Blasenbildung vermieden wird.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 346 führt daraufhin Lithografie durch, um ein Muster von Maskenmateral herzustellen, welches den Teil der Taktleitungsschicht bedeckt, welcher die Taktleitungen ausbildet. Daraufhin ätzt der Arbeitsschritt im Kasten 346, um Gebiete zu entfernen, welche nicht durch das Muster von Maskenmaterial abgedeckt sind, wodurch die Taktleitungen zurückbleiben. Daraufhin entfernt der Arbeitsschritt im Kasten 346 das Maskenmaterial.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 350 scheidet eine dritte Schicht von LTO zu einer Dicke von 0,7 μm ab. Der Arbeitsschritt im Kasten 350 führt ebenso eine Hydrogenierung durch, um die Kanäle in dem ersten Halbleitermuster 210 zu passivieren und ebenso eine geeignete nasse Oxidätzung durch, um die beschädigte Schicht zu entfernen, welche das Ergebnis des Hydrogenierungsprozesses ist. Diese Hydrogenierung erzeugt keine Ver schlechterung der Kanäle in dem ersten Halbleitermuster 210, weil die im Kasten 346 ausgebildeten Taktleitungen sich nicht über den Kanälen in dem ersten Halbleitermuster 210 befinden.
  • Der Arbeitsschritt in dem Kasten 352 führt eine Lithografie durch, um ein Muster von Maskenmaterial herzustellen, welches die ersten und zweiten Verbindungspunkte 212 und 214 und irgendwelche anderen Gebiete nicht bedeckt, in welchen Metall in der Datenleitungsschicht die Schicht berührt, welche in dem Kasten 334 ausgebildet wird, jedoch alle anderen Gebiete bedeckt. Der Arbeitsschritt in dem Kasten 352 ätzt nachfolgend, um Öffnungen in der zweiten und dritten LTO-Schicht aus den Kästen 336 und 350 in den Gebieten auszubilden, welche nicht bedeckt sind. Nachfolgend entfernt der Arbeitsschritt im Kasten 352 das Maskenmaterial.
  • Der Arbeitsschritt in dem Kasten 354 scheidet eine Datenmetallschicht zu einer Dicke von 0,5 μm ab. Die Datenmetallschicht kann beispielsweise ein hybrider Vielfachschichtenstapel von TiW/AlCu wie vorstehend beschrieben sein. Der Arbeitsschritt im Kasten 354 führt nachfolgend Lithografie durch, um ein Muster aus Maskenmaterial herzustellen, welches diejenigen Teile der Datenleitungsschicht bedeckt, welche die Datenleitungen ausbilden und welche die Öffnungen zu dem zweiten Verbindungspunkt 214 abdecken. Nachfolgend ätzt der Arbeitsschritt in dem Kasten 354, um Gebiete zu entfernen, welche nicht durch das Muster aus Maskenmaterial bedeckt sind, wodurch die Datenleitungen zurückbleiben. Nachfolgend entfernt der Arbeitsschritt im Kasten 354 das Maskenmaterial.
  • Die Datenleitungsschicht über dem zweiten Verbindungspunkt 214 blockiert ein Lichtleck aufgrund von schlechter Kontrolle des Flüssigkristalls als ein Ergebnis der Tiefe der Topologie. Dieses Blockieren des Lichtlecks erhöht das Kontrastverhältnis außerordentlich.
  • Der Arbeitschritt in dem Kasten 356 scheidet eine Passivierungsschicht aus Polyimid zu einer Dicke von 1,5 μm ab. Der Arbeitsschritt im Kasten 356 führt Lithografie durch, um ein Muster aus Maskenmaterial herzustellen, welches den zweiten Verbindungspunkt 214 und irgendwelche anderen Gebiete, in welchen Metall in der Datenleitungsschicht für einen Kontakt belichtet werden sollte, nicht bedeckt. Der Arbeitsschritt in dem Kasten 356 ätzt nachfolgend, um Öffnungen in der Passivierungsschicht auszubilden in denjenigen Gebieten, welche nicht bedeckt sind. Nachfolgend entfernt der Arbeitsschritt im Kasten 356 das Maskenmaterial.
  • Die Passivierungsschicht wirkt ebenso dahingehend, um die Oberfläche einzuebnen, und ein aufgeschleudertes Glas könnte verwendet werden anstelle des Polyimids. Die Einebnung ist wegen der Tiefe der Topologie wichtig.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 360 scheidet eine Dunkelmatrixschicht aus TiW zu einer Dicke von 0,1 μm ab. TiW ist als Dunkelmatrixmaterial vorteilhaft, weil es als ein gemeinsamer Ätzstopp mit Indiumzinnoxid (ITO) wirkt, und Aluminium eine hohe optische Dichte sogar in einer dünnen Schicht aufweist, und es vorteilhafterweise angewandt wird über der Beschaltung, anstelle auf einer Abdeckschicht. Der Arbeitsschritt im Kasten 360 führt Lithografie durch, um ein Muster aus Maskenmaterial herzustellen, welche das Dunkelmatrixmaterial nur in denjenigen Gebieten bedeckt, in welchen Lichtabschirmung notwendig ist, wie etwa entlang der Kanten jeder Datenleitung und um den zweiten Verbindungspunkt 214. Der Arbeitsschritt im Kasten 360 ätzt nachfolgend, um diejenigen Gebiete zu entfernen, welche nicht bedeckt sind. Nachfolgend entfernt der Arbeitsschritt im Kasten 360 das Maskenmaterial.
  • Der Arbeitsschritt im Kasten 362 scheidet ITO zu einer Dicke von 0,055 μm ab. Der Arbeitsschritt im Kasten 362 führt Lithografie aus, um ein Muster aus Maskenmaterial herzustellen, welches die ITO-Schicht in den lichttransmittierenden Zellgebieten bedeckt. Der Arbeitsschritt in Kasten 362 ätzt darauffolgend, um die Gebiete zu entfernen, welche nicht bedeckt sind. Nachfolgend entfernt der Arbeitsschritt in Kasten 362 das Maskenmaterial und führt eine Wärmebehandlung der ITO-Schicht bei 280°C durch.
  • D.3. Anzeigen
  • 12 zeigt Merkmale einer Anzeige, welche die Beschaltung einschließt, welche wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde.
  • Die Anzeige 400 in 12 schließt ein Feldsubstrat 402 ein und ein Decksubstrat 404. Das Feldsubstrat 402 besteht aus Quarz, das Decksubstrat 404 kann jedoch Quarz oder Glas sein.
  • Die Beschaltung 410, welche auf der Oberfläche 412 des Feldsubstrats 402 ausgebildet ist, schließt die Feldbeschaltung 414 und periphere Beschaltung 416 ein. Die periphere Beschaltung 416 befindet sich außerhalb der Begrenzung der Feldbeschaltung 414 und kann Treiber einschließen, welche zu den Enden der Taktleitungen und der Datenleitungen verbunden sind. Wie vorstehend beschrieben kann die Feldbeschaltung 414 TFTs aus n-dotiertem Polysilizium aufweisen, während die periphere Beschaltung 416 TFTs aus p-dotiertem Polysilizium aufweisen kann.
  • Die ITO-Schicht 420 ist auf einer Oberfläche des Decksubstrats 404 ausgebildet und steht der Oberfläche 412 des Feldsubstrats 402 gegenüber, getrennt durch die Abstandselemente 422 und 424 an der Begrenzung der Feldbeschaltung 414. Wenn die Anzeige 400 eine Projektionseinrichtung ist, sollte sie klein genug sein, so dass keine anderen Abstandselemente innerhalb der Grenzen der Feldbeschaltung 414 notwendig sind, weil die Abstandselemente Bildprobleme in einer Projektionsanzeige erzeugen können. Die Notwendigkeit für Abstandselemente kann durch die Verwendung von dickeren Substraten und durch den Zusammenbau bei niedrigeren Temperaturen vermindert werden.
  • Die Anzeigeeinrichtung 400 schließt ebenso Flüssigkristallmaterial 430 in einem Hohlraum ein, welcher durch die ITO-Schicht 420, die Feldbeschaltung 414 und die Abstandselemente 422 und 424 festgelegt ist. Das Flüssigkristallmaterial 430 kann ein 90° verdrehter, nematischer Flüssigkristall sein.
  • Die Anzeige 400 könnte beispielsweise eine wafergroße Projektionsanzeige mit einer Diagonale von ungefähr 38 mm sein. Die Anzeige 400 könnte alternativerweise eine direkt sichtbare Anzeige mit großer Fläche sein.
  • D.4. Ergebnisse
  • Die vorstehend beschriebenen Techniken wurden simuliert und verglichen mit dem Stand der Technik. Die Simulationsergebnisse haben ein außerordentlich reduziertes Übersprechen und eine verbesserte Bildqualität gezeigt, teilweise aufgrund einer viel größeren Speicherkapazität und teilweise aufgrund kleinerer Gatekapazität und parasitärer Kapazität in den TFTs.
  • Ein 30 × 30 Probefeld von Zellen ohne Flüssigkristallzusammenbau wurde hergestellt, getestet und als voll funktionsfähig befunden.
  • 1280 × 1024 Felder wurden erfolgreich hergestellt sowohl in Wafergröße als auch mit großer Fläche. Die wafergroßen Felder benutzen die herkömmliche 2 μm CMOS-Technologie, während die großflächigen Felder die herkömmliche 3 μm CMOS-Technologie verwenden.
  • Die derzeitigen Ergebnisse zeigen an, dass wafergroße und großflächige Felder voll funktionsfähig sein werden, wenn sie zusammengebaut sind, und dass die Beschaltung auf die 1 μm oder kleinere CMOS-Technologie skalierbar ist.
  • D.5. Abwandlungen
  • Die vorstehend beschriebene Implementierung stellt eine Dünnfilmbeschaltung auf einem isolierenden Substrat breit. Die Erfindung könnte mit anderen Typen von Beschaltung auf anderen Typen von Substraten implementiert werden.
  • Die vorstehend beschriebene Implementierung stellt eine Beschaltung mit einer spezifischen geometrischen und elektrischen Charakteristik bereit, die Erfindung könnte jedoch mit unterschiedlichen Geometrien und unterschiedlichen Beschaltungen implementiert werden.
  • Die vorstehend beschriebene Implementierung schließt Schichten von spezifizierter Dicke ein, welche aus spezifizierten Materialien durch spezifizierte Prozesse hergestellt werden, es könnten jedoch andere Dicken hergestellt und andere Materialien und Prozesse verwendet werden, wie etwa dünnere Halbleiter und Gateoxidschichten, um die Leistungsfähigkeit des TFT zu verbessern, oder die Speicherkapazität zu vergrößern.
  • Anstelle von polykristallinem Silizium könnten andere Halbleitermaterialien in den Halbleiterschichten verwendet werden einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf a-Silizium, SiGe, CdSe oder eine zusammengesetzte Schicht aus Polysilizium und SiGe. In ähnlicher Weise könnten verschiedene leitfähige Materialien verwendet werden in den Taktleitungen und Datenleitungen einschließlich, jedoch nicht begrenzt hierauf, ITO, MoTa, Cr, MoCr, Ta, Cu, Ti, TiN und organische leitfähige Materialien.
  • Die vorstehende Implementierung schließt Schichten in einer bestimmten Reihenfolge ein, die Reihenfolge der Schichten könnte jedoch abgeändert werden wie etwa durch die Herstellung von bodenweisen Gate-TFT-Strukturen.
  • Die vorstehende Implementierung bildet eine Halbleiterleitung aus, welche stark dotiert ist mit Ausnahme in Kanälen, in welchen dieselben eine Gateleitung kreuzen; es könnten jedoch andere Dotierungstechniken verwendet werden. Beispielsweise könnte die Dotierung vermindert werden, um Leckströme zu reduzieren.
  • Die vorstehend beschriebene Implementierung bildet ein Feld mit Metalltaktleitungen aus, welche Halbleitergateleitungen steuern. Die Erfindung könnte jedoch mit anderen Techniken implementiert werden.
  • Die vorstehend beschriebene Implementierung schließt eine Gateleitung ein, welche eine Halbleiterleitung an zwei Kanälen kreuzt. Die Erfindung könnte jedoch mit einem einzigen Kanal oder mit anderen Vielfachgatetechniken implementiert werden.
  • E. Anwendungen
  • Die Erfindung könnte auf viele Weisen angewandt werden einschließlich Felder für Anzeigen, Sensoren und Lichtventile.
  • F. Verschiedenes
  • Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit Dünnfilmimplementierugen beschrieben, die Erfindung kann jedoch mit anderen Einkristalltechniken implementiert werden.

Claims (10)

  1. Ein Feld umfassend: ein Substrat (240) mit einer Oberfläche (242) an welcher Beschaltung ausgebildet werden kann; und eine Feldbeschaltung, welche an der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, wobei die Feldbeschaltung umfasst: eine Gruppe von M Taktleitungen (200, 202), wobei M größer als 1 ist; jede Taktleitung erstreckt sich ungefähr in einer ersten Richtung über die Oberfläche des Substrats; die M Taktleitungen sind in der Reihenfolge von erster zu M-ter Taktleitung angeordnet; das Material der M Taktleitungen ist ein Metall; eine Gruppe von N Datenleitungen (204, 206), wobei N größer als 1 ist; jede Datenleitung erstreckt sich ungefähr in einer zweiten Richtung über die Oberfläche des Substrats; die zweite Richtung ist unterschiedlich von der ersten Richtung; die N Datenleitungen sind in der Reihenfolge von erster Datenleitung zu N-ter Datenleitung angeordnet; für jeden Wert von m von 1 bis M und für jeden Wert von n von 1 bis N, ein Kreuzungsgebiet, in welchem die m-te Taktleitung (200) und die n-te Datenleitung (204) sich kreuzen; für jedes Kreuzungsgebiet aus einer Gruppe von einem oder mehreren Kreuzungsgebieten, eine Zellbeschaltung, welche zu der m-ten Taktleitung und der n-ten Datenleitung verbunden ist; die Zellbeschaltung von jedem Kreuzungsgebiet in der Gruppe umfasst: eine Komponente (106), welche einen Datenanschluss aufweist zum Empfangen oder Abgeben von Signalen von und zu der n-ten Datenleitung; die Komponente umfasst ein kapazitives Element; das kapazitive Element umfasst: eine erste Elektrode: eine zweite Elektrode (216), welche sich zwischen der (m + 1)-ten Taktleitung (200) und dem Substrat (240) befindet; die zweite Elektrode ist mit dem Datenanschluss verbunden; und eine isolierende Schicht zwischen der ersten und der zweiten Elektrode; Verbindungsbeschaltung, welche einen Feldeffekttransistor umfasst zum elektrischen Verbinden des Datenanschlusses zu der n-ten Datenleitung unter Steuerung der m-ten Taktleitung; wobei die Verbindungsbeschaltung umfasst; eine erste Halbleiterleitung, welche zwischen der n-ten Datenleitung (204) und dem Datenanschluss verbunden ist; wobei die erste Halbleiterleitung in einem ersten Halbleitermuster (210) eingeschlossen ist; die erste Halbleiterleitung einen ersten Kanal (222) einschließt, wobei der erste Kanal nicht mit der m-ten Taktleitung überlappt; und eine zweite Halbleiterleitung (220), welche zu der m-ten Taktleitung verbunden ist und die erste Halbleiterleitung an dem ersten Kanal (222) kreuzt, wobei die zweite Halbleiterleitung leitfähig ist, so dass Signale auf der m-ten Taktleitung die Leitfähigkeit des ersten Kanals (222) steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode Teil der (m + 1)-ten Taktleitung ist; und die zweite Elektrode in dem ersten Halbleitermuster (210) eingeschlossen ist.
  2. Das Feld gemäß Anspruch 1, in welchem die ersten und zweiten Richtungen senkrecht sind.
  3. Das Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, in welchem das Feld ein zweidimensionales Feld ist.
  4. Das Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem das Substrat ein isolierendes Substrat ist.
  5. Das Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem die Feldbeschaltung eine Dünnfilmstruktur umfasst.
  6. Das Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, in welchem die ersten und zweiten Halbleiterleitungen bei dem Kanal durch eine isolierende Schicht voneinander getrennt sind; die isolierende Schicht ist ein Oxid.
  7. Das Feld gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das kapazitive Element weiterhin umfasst: die erste Elektrode erstreckt sich zwischen den Kreuzungsgebieten, in welchen die n-te und die (n + 1)-te Datenleitung die (m + 1)-te Taktleitung kreuzen.
  8. Das Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, in welchem die m-te und (m + 1)-te Taktleitung und die n-te und (n + 1)-te Datenleitung ein Zellgebiet begrenzen; die Komponente umfasst eine Zellelektrode in dem Zellgebiet; die Zellelektrode ist mit dem Datenanschluss verbunden.
  9. Das Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, in welchem die erste Halbleiterleitung (210) weiterhin einen zweiten Kanal (224) in Serie mit dem ersten Kanal einschließt, wobei der zweite Kanal nicht mit der m-ten Taktleitung überlappt, die zweite Halbleiterleitung (220) die erste Halbleiterleitung weiterhin an dem zweiten Kanal kreuzt, so dass die Signale auf der m-ten Taktleitung ebenso die Leiffähigkeit des zweiten Kanals steuert.
  10. Eine Anzeige umfassend: ein Feld gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Komponente weiterhin umfasst: die m-te und (m + 1)-te Taktleitung und die n-te und (n + 1)-te Datenleitung begrenzen ein Zellgebiet; die Komponenten umfassen eine lichtdurchlässige Zellelektrode in dem Zellgebiet; die Zellelektrode (290) ist zum Empfang von Signalen von dem Datenanschluss verbunden; ein Flüssigkristallmaterial, welches entlang der Zellelektrode angeordnet ist, so dass Signale in der m-ten Taktleitung die Lichtdurchlässigkeit des Flüssigkristallmaterials durch die Steuerung der Leiffähigkeit des ersten Kanals (222) steuert.
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