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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schaltkreise, welche auf
Substraten ausgebildet sind. Insbesondere bezieht sich die vorliegende
Erfindung auf Feldanordnungen.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung betrifft Probleme, welche Schaltungsfelder, welche auf
Substraten aufgebracht sind, betreffen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung eine elegante Lösung für das Problem der Taktleitungen
bereitzustellen, eine Lösung,
welche ebenso die Herstellungsprobleme vermeidet.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Feld bereitgestellt und eine Anzeige, welche ein Feld beinhaltet wie
es in den beiliegenden Ansprüchen
niedergelegt ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Um
den Leckstrom zu reduzieren kann die erste Halbleiterleitung einen
zweiten Kanal einschließen,
welcher durch die zweite Halbleiterleitung gekreuzt wird.
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Um
die Leitfähigkeit
der Taktleitung zu verbessern kann der Querschnitt der Taktleitung
im Wesentlichen gleichförmig über das
Feld sein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ein
Feld gemäß der Erfindung
wird nachfolgend beispielhaft beschrieben mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen:
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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.
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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.
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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.
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4 3 ist ein detaillierteres Leiterdiagramm
und zeigt die Taktleitung aus Metall und die Halbleiterleitung in 3.
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5 ist eine schematischer
Querschnitt entlang der Linie A-A in 4.
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6 ist ein schematisches
Leiterdiagramm und zeigt Halbleiterschichten in der Beschaltung
der Zelle.
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7 ist eine schematische
Querschnitt entlang der Linie a-a in 6.
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8 ist eine schematische
Querschnitt entlang der Linie b-b in 6.
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9 ist eine schematische
Querschnitt entlang der Linie c-c in 6.
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10 ist eine schematische
Querschnitt entlang der Linie d-d in 6.
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11 ist ein Ablaufdiagramm
und zeigt die Arbeitsschritte bei der Herstellung der Zellbeschaltung
in 6.
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12 ist ein Querschnitt einer
Anzeige, welche ein Feld einschließt, welches gemäß 11 hergestellt wurde.
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A. Konzeptueller Rahmen
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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.
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"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.
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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.
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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.
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B. Bekannte Techniken
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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C. Allgemeine Merkmale
der Erfindung
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Die 3–5 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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D. Implementierung
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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.
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D.1. Zellbeschaltung
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6–10 verdeutlichen
die Zellbeschaltung. 6 zeigt
Leiterbahnen der ersten und zweiten Halbleiterschichten. 7–10 zeigen
repräsentative Querschnitte
der Zellbeschaltung aus 6 entlang der
Linien a-a, b-b, c-c und d-d jeweils.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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D.2. Herstellung
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11 zeigt die Arbeitsschritte
bei der Herstellung der vorstehend beschriebenen Zellbeschaltung.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 330 beginnt mit der Vorbereitung
einer Oberfläche
auf einem Quarzsubstrat. Der Arbeitsschritt im Kasten 330 kann
jedwelche notwendige Reinigung einschließen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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D.3. Anzeigen
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12 zeigt Merkmale einer
Anzeige, welche die Beschaltung einschließt, welche wie vorstehend beschrieben
hergestellt wurde.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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D.4. Ergebnisse
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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.
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Ein
30 × 30
Probefeld von Zellen ohne Flüssigkristallzusammenbau
wurde hergestellt, getestet und als voll funktionsfähig befunden.
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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.
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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.
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D.5. Abwandlungen
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
vorstehend beschriebene Implementierung bildet ein Feld mit Metalltaktleitungen
aus, welche Halbleitergateleitungen steuern. Die Erfindung könnte jedoch
mit anderen Techniken implementiert werden.
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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.
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E. Anwendungen
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Die
Erfindung könnte
auf viele Weisen angewandt werden einschließlich Felder für Anzeigen, Sensoren
und Lichtventile.
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F. Verschiedenes
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Die
Erfindung wurde im Zusammenhang mit Dünnfilmimplementierugen beschrieben,
die Erfindung kann jedoch mit anderen Einkristalltechniken implementiert
werden.