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Die
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf großflächige Festkörper-Bildgebungseinrichtungen
und insbesondere auf Adressleitungskreuzungsstrukturen für großflächige Bildgebungseinrichtungen.
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Festkörper-Bildgebungseinrichtungen
können
für die
Erfassung einfallender Strahlung verwendet werden. Derartige Bildgebungseinrichtungen
umfassen typischerweise ein Array von Pixeln mit einer zugehörigen Matrix
aus Zeilen und Spalten von Adressleitungen für den elektrischen Zugang zu
jedem Pixel. Zu jedem Pixel gehören
ein lichtempfindlicher Sensor und ein Schalttransistor, wie beispielsweise
ein Dünnschichttransistor
(thin-film transistor, TFT), dessen Gate-Anschluss an eine Abtastleitung gekoppelt
ist und dessen Source-Anschluss (oder alternativ dessen Drain-Anschluss)
an eine Datenleitung gekoppelt ist. Diese Adressleitungen werden benutzt,
um das von den lichtempfindlichen Sensoren der jeweiligen Pixel
kommende Signal auszulesen.
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Die
verschiedenen Komponenten in einer Bildgebungseinrichtung sind derart
in Schichten auf einem Substrat ausgebildet, dass die Komponenten in
der fertigen Struktur in Sandwichbauweise angeordnet sind. Beispielsweise
sind die Abtastleitungen und die Datenleitungen derart in einer
Matrixstruktur angeordnet, dass die Datenleitungen die Abtastleitungen
an Kreuzungspunkten in jedem Pixel des Arrays überlagern. Defekte in dem Array,
wie beispielsweise Kurzschlüsse
zwischen Abtastleitungen und Datenleitungen, erscheinen im Allgemeinen
in Kreuzungsbereichen. Derartige Defekte können die Leistung der Bildgebungseinrichtung
ernsthaft herabsetzen, insbesondere bei Hochleistungsbild gebungseinrichtungen,
wie sie beispielsweise in der bildgebenden medizinischen Diagnostik
Verwendung finden.
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Typischerweise
ist das dielektrische Material des TFT-Gate-Anschlusses so über dem Array angeordnet, dass
es an Kreuzungspunkten zwischen den Abtastleitungen und den Adressleitungen
angeordnet ist. Derartige Einzelschicht-Dielektrika unterliegen
einer Degradierung, die zu einem leitenden Pfad zwischen den Abtastleitungen
und den Datenleitungen in dem Kreuzungsbereich führen kann und dabei die Adressleitungen
kurzschließt
und die Leistung des Arrays herabsetzt. Typischerweise ist zusätzliches
auf dem Array angeordnetes dielektrisches Material über den
gesamten Bereich der Abtastleitungen und der TFT-Kanalbereiche des
Arrays (beispielsweise durch Oxidation des leitenden Materials der
Abtastleitung und des Gate-Anschlusses ausgebildet) angeordnet;
diese Anordnung führt
aufgrund einer verminderten Kapazität in dem TFT-Kanal-Bereich
zu einer schlechteren TFT-Leistung (und somit zu erhöhtem Rauschen
in dem Array der Bildgebungseinrichtung).
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In
der Schrift
US 5,365,079 ist
eine Dünnschichttransistoreinrichtung
mit einer Vielzahl von Adressleitungen offenbart.
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Eine
Festkörper-Array–Einrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in Anspruch 1 offenbart. Weitere vorteilhafte Eigenschaften
sind in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 8 beschrieben.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
als neu angesehenen Eigenschaften der Erfindung sind im Besonderen
in den im Anhang aufgeführten
Ansprüchen
niedergelegt. Die Erfindung selbst kann jedoch sowohl in Bezug auf
ihre Struktur als auch auf ihre Funktionsweise, einschließlich weiterer
Aufgaben und Vorteile derselben, am besten durch Bezugnahme auf
die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden
Zeichnungen verstanden werden, in denen gleiche Zeichen gleiche
Teile in den Zeichnungen darstellen. Es zeigen:
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1(A) zeigt einen Abschnitt eines Arrays mit
einem Kreuzungsbereich gemäß der vorliegenden
Erfindung in Draufsicht.
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1(B) zeigt den Kreuzungsbereich in einer
Schnittansicht entlang Linie I-I von 1(A).
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2(A) zeigt einen Abschnitt eines Arrays nach
einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in Draufsicht.
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2(B) zeigt den Kreuzungsbereich in einer
Schnittansicht entlang Linie I-I von 2(A).
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Eine
Festkörper-Array-Einrichtung 100,
wie beispielsweise eine Strahlen-Bildgebungseinrichtung zur Erfassung
elektromagnetischer Strahlung, zum Beispiel Röntgenstrahlen oder dergleichen,
oder eine Flüssigkristallvorrichtungen
umfassende Anzeigevorrichtung umfasst eine Vielzahl von Pixeln 110 (wobei
ein repräsentativer
Abschnitt eines Pixels in 1(A) veranschaulicht
ist) sowie eine Vielzahl von ersten Adressleitungen 140 und
eine Vielzahl von zweiten Adressleitungen 150, welche an
die jeweiligen Pixel 110 gekoppelt sind, wie in 1(A) veranschaulicht. Die Erfindung wird
in Bezug auf eine Strahlen-Bildgebungseinrichtung und unter Verwendung
der einer derartigen Einrichtung zugehörigen Nomenklatur beispielhaft
beschrieben, ist jedoch nicht darauf beschränkt; die Erfindung kann auf ähnliche
Weise für
eine in Anzeigevorrichtungen benutzte Array-Struktur verwendet werden. In einer
typischen Bildgebungseinrichtung umfasst jedes Pixel 110 einen
entsprechenden lichtempfindlichen Sensor 120 und einen
Schalttransistor 130, wie beispielsweise einen Dünnschichttransistor
(thinfilm transistor, TFT) oder dergleichen. In der Bildgebungseinrichtung 100 werden
erste Adressleitungen 140 typischerweise als Abtastleitungen
bezeichnet, welche an einen Gate-Anschluss 132 des
TFT 130 gekoppelt sind; mit Hilfe von Signalen auf diesen
Leitungen wird bewirkt, dass der TFT leitend oder nichtleitend wird.
Zweite Adressleitungen 150 werden typischerweise als Datenleitungen
bezeichnet, welche an die entsprechenden Drain-Anschlüsse 134 des
TFT 130 gekoppelt sind; der Source-Anschluss des TFT 130 ist
an einen lichtempfindlichen Sensor 120 gekoppelt (in Bezug auf
die Verwendung für
den TFT 130 werden sowohl der Source-Anschluss als auch der Drain-Anschluss des
Transistors für
eine elektrische Kopplung verwendet, wobei die spezifische Nomenklatur
des Source- und Drain-Anschlusses austauschbar ist). Die Abtastleitungen 140 und
die Datenleitungen 150 sind in dem Array im Wesentlichen
derart in einer Matrixanordnung senkrecht zueinander angeordnet, dass
die Datenleitungen 150 die Abtastleitungen in einem Kreuzungsbereich 160 bei
jedem Pixel überlagern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst die Bildgebungseinrichtung 100 ferner
eine den Kreuzungsbereich ergänzende
dielektrische Schicht 170, welche zwischen der Abtastleitung 140 und
der Datenleitung 150 in einem Kreuzungsbereich 160 angeordnet
ist. Wie in 1(B) veranschaulicht,
welche den Kreuzungsbereich 160 in einer Querschnittsansicht
zeigt, ist die Abtastleitung 140 auf einem Substrat 105 angeordnet,
das Glas oder dergleichen umfasst. Die Abtastleitung 140 umfasst
typischerweise ein leitendes Material, wie beispielsweise Aluminium,
Titan, Molybdän
oder dergleichen, und hat eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,1 μm bis 1 μm.
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Typischerweise
ist eine ergänzende
dielektrische Schicht 170 direkt auf der Abtastleitung 140 angeordnet,
wobei eine am Gate-Anschluss befindliche dielektrische Schicht 136 über der
dielektrischen Schicht 170 angeordnet ist; alternativ ist
die am Gate-Anschluss befindliche dielektrische Schicht 136 direkt
auf der Abtastleitung 140 angeordnet und die ergänzende dielektrische
Schicht 170 ist über
der am Gate-Anschluss befindlichen dielektrischen Schicht angeordnet
(abhängig
von der Array-Struktur und den Fertigungsverfahren kann die dielektrische Schicht 170 direkt
auf der Abtastleitung 140 angeordnet sein; alternativ können Abschnitte
des Halbleiter- (z. B. Silizium) oder Leitermaterials (z. B. dotiertes
Silizium) der TFT-Sandwichstruktur zwischen der Abtastleitung und
der dielektrischen Schicht 170 angeordnet sein). Die am
Gate-Anschluss befindliche dielektrische Schicht 136 erstreckt
sich über
den Kreuzungsbereich 160 und einen Kanalbereich 134 des TFT 130 (der
Kanalbereich umfasst die Fläche über der
Gate-Elektrode 132) und ist typischerweise so auf dem Array
angeordnet, dass sie die Abtastleitungen 140 von anderen
Array-Komponenten elektrisch isoliert. Die am Gate-Anschluss befindliche
dielektrische Schicht hat typischerweise eine Dicke in einem Bereich
von etwa 0,1 μm
bis 0,5 μm
und umfasst ein anorganisches dielektrisches Material, wie beispielsweise
Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid, kann aber alternativ
auch Polyimid oder ein ähnliches
Polymer umfassen. In dem Kreuzungsbereich 160 ist die Datenleitung 150 über der
am Gate-Anschluss befindlichen dielektrischen Schicht 136 angeordnet;
in manchen Anordnungen, wie beispielsweise in 1(A) veranschaulicht,
ist die Datenleitung 150 auf einer Halbleiterschicht 138 angeordnet, welche
typischerweise aus bei der Ausbildung des TFT 130 abgeschiedenem
amorphen Silizium gebildet ist. Die Dicke der Halbleiterschicht 138 liegt
typischerweise in einem Bereich von etwa 0,05 μm bis 0,5 μm. Zusätzliche Schichten (nicht zur
vorliegenden Erfindung gehörig)
aus leitendem, halbleitendem und dielektrischem Material (z. B. über dem
Silizium abgeschiedenes dotiertes Silizium vom n+-Typ) werden bei
der Ausbildung des Arrays der Bildgebungseinrichtung abgeschieden,
werden jedoch aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
gezeigt.
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Die
ergänzende
dielektrische Schicht 170 ist über der Abtastleitung 140 in
dem Kreuzungsbereich 160 angeordnet und umfasst ein elektrisch
isolierendes Material, wie beispielsweise ein anorganisches Dielektrikum,
zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen, oder
alternativ ein organisches Dielektrikum, zum Beispiel ein Polymermaterial,
wie beispielsweise Polyimid, oder Kombinationen davon. Anorganische
dielektrische Materialien, wie beispielsweise Siliziumoxid und Siliziumnitrid,
werden leicht in einem plasmagestützten CVD-Verfahren (PECVD,
Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) abgeschieden, das mit
den gegenwärtigen
Array-Herstellungsverfahren kompatibel ist (z. B. für TFTs,
Adressleitungen und lichtempfindliche Sensoren). Organische dielektrische
Materialien, wie beispielsweise Polyimid, werden ebenfalls leicht
in diesem Stadium des Herstellungsprozesses aufgeschleudert und
ausgehärtet,
da die Heiztemperaturen von etwa 300°C in dem Stadium des Array-Herstellungsprozesses,
in dem die ergänzende
dielektrische Schicht ausgebildet wird, keine nachteilige Auswirkung
auf das Array haben. Die Dicke der ergänzenden dielektrischen Schicht 170 liegt
bei den anorganischen dielektrischen Materialien in einem Bereich
von etwa 0,1 μm
bis 1 μm
und reicht bei organischen dielektrischen Materialien bis zu einer
Dicke von mehreren Mirometern.
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In
einem veranschaulichenden Beispiel, welches nicht Teil der Erfindung
ist, erstreckt sich die ergänzende
dielektrische Schicht 170 in ihren seitlichen Ausmaßen (oder
Grenzen) typischerweise über die
unmittelbare Kreuzungsfläche
(also die Fläche der Überlappung
von Abtastleitung 140 und Datenleitung 150) hinaus,
so dass die ergänzende
dielektrische Schicht eine mittig auf dem Kreuzungsbereich 160 angeordnete
Inselstruktur bildet, welche sich um etwa 3 μm (auf jeder Seite bzw. um insgesamt
6 μm Gesamtunterschied
in der Breite) über
das seitliche Ausmaß der
Abtastleitung 140 oder Datenleitung 150 hinaus
erstreckt, wie in 1(A) veranschaulicht
(in 1(A) und 2(A) ist
der Abschnitt der unter der Datenleitung 150 liegenden
ergänzenden
dielektrischen Schicht als Phantomzeichnung dargestellt). Die Inselstruktur
der ergänzenden
dielektrischen Schicht 170 erstreckt sich nicht in einen
Kanalbereich 134 des TFT 130; diese Struktur ermöglicht einen
verbesserten Betrieb des TFT und des Arrays, weil die Dicke des
Dielektrikums in dem Kanalbereich die Dicke der am Gate-Anschluss
befindlichen dielektrischen Schicht nicht überschreitet. Eine über die
Dicke der am Gate-Anschluss befindlichen dielektrischen Schicht
hinausgehende zusätzliche
Dicke des Dielektrikums bewirkt, dass die TFT-Größe erhöht werden muss, um ein akzeptables
Zeitverhalten des Pixels zu erreichen. Zu den Nachteilen von größeren TFTs
gehören
ein erhöhtes
Rauschen in dem Array und erforderliche Antriebsspannungen, die
höher sind
als die bei kleineren TFTs; beide Nachteile setzen die Leistung
des Arrays herab.
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Nach
einer vorteilhaften Eigenschaft umfasst die in dem Kreuzungsbereich
befindliche ergänzende dielektrische
Schicht 170 eine erste Ebene 172 und eine zweite
Ebene 174, wie in 2(3) veranschaulicht.
Bei dieser Anordnung umfasst die zweite Ebene 174 ein organisches
oder anorganisches dielektrisches Material, wie oben erläutert, um
zwischen den Abtastleitungen 140 und den Datenleitungen 150 den stabilen
zusätzlichen
Isolationsschutz in dem Kreuzungsbereich bereitzustellen. Die erste
Ebene 172 umfasst ein Material, welches als eine Ätzstopschicht für das die
zweite Ebene 174 umfassende dielektrische Material dient.
Die Ätzstopschicht
reduziert jegliches Ätzen
des Glassubstrats 105 während
der für die
Strukturierung der zweiten Ebene 174 der ergänzenden
dielektrischen Schicht erforderlichen Ätzarbeiten auf ein Minimum.
In diesem Dokument bezeichnet "Ätzstopschicht" oder dergleichen
ein Material, dessen Ätzrate
weniger als 20% der Ätzrate
des darüberliegenden
dielektrischen Materials in der zweiten Ebene 174 beträgt (wenn
zum Beispiel die in der Technik üblicherweise
oder typischerweise gebrauchten Ätzmittel
für das Ätzen des
dielektrischen Materials der zweiten Ebene 174 Verwendung
finden). Beispielsweise werden die in der zweiten Ebene 174 enthaltenen
anorganischen dielektrischen Materialien Siliziumoxid und Siliziumnitrid üblicherweise
mit einer Lösung
aus 10-prozentiger gepufferter HF geätzt; die Ätzstopschicht 172 umfasst
vorteilhafterweise ein Halbleitermaterial, wie beispielsweise amorphes
Silizium, dessen Ätzrate
(Nennwert null) unter der von Siliziumnitrid oder Siliziumoxid liegt,
die eine Ätzrate
von etwa 100 Å/min
in dem gleichen Ätzmittel
aufweisen. Die Ätzstopschicht 172 der ersten
Ebene umfasst alternativ ein leitendes Material, welches mit einem Ätzmittel
geätzt
werden kann, das zwar spezifisch für die Ätzstopschicht, aber nicht für das Barunterliegende
Material der Abtastleitung ist. Somit würde ein Ätzen der Ätzstopschicht nicht zu einem Ätzen des
Materials der Abtastleitung führen. Beispielsweise
wird bei Ausgestaltungen, bei denen die Abtastleitungen 140 Titan,
Molybdän
oder Aluminium umfassen, als Ätzstopschicht 172 der
ersten Ebene wirkungsvoll Chrom verwendet. Die Dicke der Ätzstopschicht 172 der
ersten Ebene liegt typischerweise in einem Bereich von etwa 10 nm
bis etwa 200 nm; die Gesamtdicke der in dem Kreuzungsbereich befindlichen
ergänzenden
dielektrischen Schicht liegt in einem Bereich von 0,1 μm bis etwa
1 μm. Bei
einer weiteren alternativen Ausgestaltung erfolgt die Strukturierung
des die TFT-Gate-Anschlüsse und
Abtastleitungen 140 umfassenden leitenden Materials erst bei
der Abscheidung der ergänzenden
dielektrischen Schicht, damit es bei der Strukturierung des ergänzenden
Dielektrikums als Ätzstop
dienen kann; bei dieser Ausgestaltung (ohne Abbildung) liegt das
Material des Gate-Anschlusses oder der Abtastleitung unter der ergänzenden
dielektrischen Schicht.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung ist die in dem Kreuzungsbereich
befindliche ergänzende
dielektrische Schicht 170 in dem Kreuzungsbereich 160 und
weiter unterhalb der Strecke der Datenleitung 150 angeordnet,
wie in 2(A) veranschaulicht. Wie oben
angemerkt erstreckt sich die ergänzende
dielektrische Schicht 170 nicht in den Kanalbereich 134 des
TFT 130 hinein. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht
darin, dass bei einer Anordnung der ergänzenden dielektrischen Schicht
entlang der Strecke der Datenleitung das leitende Material der Datenleitung über ihre
Länge weniger
Stufen (Höhenänderungen,
während
die Leitung über
darunterliegende Komponenten geführt
wird) aufweist und somit bei der Herstellung des Arrays weniger
Defekte (oder Brüche)
in der Leitung auftreten, so dass die Struktur daher zu einer höheren Ausbeute
führt.
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Die
vorliegende Erfindung sieht somit eine stabile dielektrische Struktur
vor, welche zwischen ersten Adressleitungen 140 (Abtastleitungen)
und zweiten Adressleitungen 150 (Datenleitungen) in Kreuzungsbereichen 160 angeordnet
ist und die Wahrscheinlichkeit elektrischer Kurzschlüsse zwischen
den kreuzenden Adressleitungen verringert. Die Struktur ist ferner
so ausgebildet, dass sie die Eigenschaften des TFT nicht verschlechtert,
da sie sich nicht in den Kanalbereich des TFT hinein erstreckt. Die
Struktur der vorliegenden Erfindung ist somit gegenüber großflächigen dielektrischen
Strukturen von Vorteil, wie sie beispielsweise durch Oxidieren des oberen
Abschnitts des leitenden Materials der ersten Adressleitung zum
Bereitstellen der zusätzlichen
dielektrischen Struktur entstehen (zusätzlich zu der am Gate-Anschluss
befindlichen dielektrischen Schicht), weil ein derartiger großflächiger Oxidationsvorgang zwangsläufig eine
Oxidation des Abschnittes des Materials für die erste Adressleitung bewirkt,
der die Gate-Elektrode des TFT umfasst. Die Struktur der vorliegenden
Erfindung verringert ferner die Kapazität der Datenleitung, die zum
großen
Teil zu dem Rauschen in einer großflächigen Bildgebungseinrichtung
(z. B. etwa 100 cm2 oder darüber) beiträgt. Die Folge
einer solchen verminderten Kapazität ist die erhöhte Trennung
zwischen der Datenleitung und der Abtastleitung in Kreuzungsbereichen 160 (z.
B. die der Dicke der ergänzenden
dielektrischen Schicht 170 entsprechende erhöhte Trennung).
Beispielsweise ermöglichen
bei einer Bildgebungseinrichtung mit einer Pixelfläche von
etwa 40.000 μm2 im Kreuzungsbereich befindliche ergänzende dielektrische
Schichten 170 mit einer Dicke von etwa 1 μm ein Array
mit einer im Vergleich zu einer gleichwertigen Array-Struktur ohne
ergänzende
dielektrische Schichten eine um etwa 20% verringerte Kapazität zwischen
den Abtast- und Datenleitungen.