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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Farbfilterstruktur
und Anzeigen, die die Farbfilterstruktur beinhalten. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen
einer Farbfilterstruktur, das die Farbfilterstruktur im wesentlichen
planarisiert, um das Verhalten zu verbessern und die Ausbeute der
aus derselben hergestellten Geräte
zu erhöhen.
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Technischer
Hintergrund
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In den letzten Jahren gab es ein
wachsendes Interesse an Dünnfilmtransistoren
und Geräten,
die derartige Dünnfilmtransistoren
beinhalten, wie beispielsweise Speicher-Arrays, alle Typen von integrierten
Schaltungen und Ersatzmöglichkeiten
für mechanische
Schalter und Relais. Zum Beispiel können Reed-Relais unter einer
Ermüdung
leiden und MOS-Schalter zu viel Leckstrom aufweisen.
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Eine spezifische exemplarische Verwendung
des Dünnfilmtransistors
ist bei Flachbildschirmen, wie beispielsweise diese, die Flüssigkristalle,
eine Feldemission, ein Plasma, Elektrochromie oder Elektrolumineszenz
als Ersatz für
herkömmliche
Kathodenstrahlröhren
(CRT = cathode ray tubes) einsetzen. Die Flachbildschirme versprechen
ein leichteres Gewicht, eine geringere Größe und einen wesentlich niedrigeren
Leistungsverbrauch als CRTs. Als Folge der Funktionsweise derselben
leiden CRTs auch beinahe immer unter einer Verzerrung. Die CRT wirkt
durch ein Projizieren eines Elektronenstrahls auf einen phosphorbeschichteten Schirm.
Der Strahl bewirkt, daß der
Punkt, auf den derselbe fokussiert ist, mit einer Intensität glüht, die
proportional zu der Intensität
des Strahls ist. Die Anzeige wird durch den sich konstant bewegenden
Strahl erzeugt, der bewirkt, daß unterschiedliche
Punkte auf dem Schirm mit unterschiedlichen Intensitäten glühen. Weil
der Elektronenstrahl eine weitere Entfernung von der feststehenden
Quelle desselben zu dem Rand des Schirms zurücklegt, als derselbe dies zu
der Mitte tut, trifft der Strahl auf verschiedene Punkte auf dem
Schirm mit unterschiedlichen Winkeln auf, mit einer resultierenden
Variation bei einer Punktgröße und -form
(d. h. Verzerrung).
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Flachbildschirme sind von Natur aus
frei von einer derartigen Verzerrung, weil jeder Pixel photolithographisch
auf dem Substrat strukturiert ist, im Gegensatz dazu, dadurch definiert
zu sein, wo der CRT-Elektronenstrahl auf das Phosphor auf dem Schirm
auftrifft. Bei der Herstellung der Flachbildschirme werden die Schaltungselemente
im allgemeinen durch Photolithographie auf einem Substrat, wie beispielsweise
Glas, aufgebracht und strukturiert. Die Elemente werden in Stufen
aufgebracht und geätzt,
um ein Gerät
zu bauen, das eine Matrix von senkrechten Zeilen und Spalten von
Schaltungssteuerleitungen mit einem Pixelkontakt und einem Steuerelement
zwischen den Steuerleitungszeilen und – spalten aufweist. Der Pixelkontakt
weist ein Medium auf demselben auf, das eine Substanz ist, die entweder
glüht (emittierend)
oder die Übertragung
von Umgebungslicht moduliert (nicht emittierend), wenn eine Schwellenspannung über das
Mediumsteuerelement angelegt wird. Das Medium kann ein Flüssigkristall,
elektrolumineszente oder elektrochrome Materialien wie beispielsweise
Zinksulfid, ein Gasplasma aus beispielsweise Neon und Argon, ein
dichroitischer Farbstoff oder ein anderes derartiges geeignetes
Material oder Gerät
sein, das ansprechend auf das Anlegen einer Spannung an dasselbe
luminesziert oder optische Eigenschaften anderweitig ändert. Ansprechend
auf die ordnungsgemäße Spannung,
die an dasselbe angelegt wird, wird Licht erzeugt oder es treten
bei dem Medium andere optische Änderungen auf.
Das optisch aktive Medium an jedem Kontakt wird allgemein als ein
Bildelement oder „Pixel" bezeichnet.
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Die Schaltungsanordnung für einen
Flachbildschirm ist im allgemeinen entworfen, derart, daß Daten im
allgemeinen an allen Spaltenleitungen je zu einer vorbestimmten
Spannung verschoben werden. Dann wird eine Zeile mit Energie versorgt,
um alle Transistoren in dieser Zeile einzuschalten (es wird eine
Zeile zu einer Zeit geschrieben). Diese Zeile wird dann ausgeschaltet
und die Daten für
die nächste
Zeile werden in alle Spaltenleitungen verschoben und dann wird die
zweite Zeile mit Energie versorgt und geschrieben. Dieser Prozeß wird wiederholt,
bis alle Zeilen angesprochen wurden. Alle Zeilen werden im allgemeinen
in einer Rahmenperiode geschrieben, typischerweise etwa 1/60 einer
Sekunde oder etwa 16,7 ms. Dann werden Spannungen, die die Daten
darstellen, selektiv bestimmten Spalten zugeführt, um zu bewirken, daß ausgewählte Pixel
aufleuchten oder optische Eigenschaften ändern, wenn die Zeile geschrieben
wird. Die Pixel können
durch ein Anlegen einer hohen Spannung oder eines hohen Stroms oder
eines längeren
Pulses einer Spannung oder eines Stroms zu einem Ändern einer
Intensität
gebracht werden. Unter Verwendung einer Flüssigkristallanzeige (LCD =
Liquid Crystal Display) mit einem gedrehten nematischen aktiven
Material ist die Anzeige im wesentlichen transparent, wenn dieselbe
nicht aktiviert ist, und wird lichtabsorbierend, wenn dieselbe aktiviert
ist, oder umgekehrt, abhängig
von einer Polarisatorausrichtung. Somit wird das Bild auf der Anzeige
durch ein sequentielles Aktivieren der Pixel Zeile für Zeile über die
Anzeige erzeugt. Die oben mit Bezug auf CRTs beschriebene geometrische
Verzerrung ist bei Flachbildschirmen kein Faktor, da ihre Pixelposition
photolithographisch bestimmt und fest ist.
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Eines der Hauptprobleme, das sich
mit Bezug auf das bekannte Verfahren zum Herstellen von Strukturen
für Aktivmatrixanzeigen
(z. B. diese, die Dünnfilmtransistoren
bei jedem Pixel einsetzen) ergeben, besteht darin, daß dieselben
im allgemeinen unter Produktionsausbeuteproblemen leiden, die denen
von integrierten Schaltungen ähnlich
sind. Das heißt,
die Ausbeute der hergestellten Geräte ist allgemein nicht 100% und
die Ausbeute (Prozentsatz von Geräten ohne Defekte) kann bei
einem schlimmsten Fall 0% sein. Anzeigen von hoher Güte tolerieren
sehr wenige defekte Transistoren oder andere Komponenten. Ferner
sind größer proportionierte
Anzeigen allgemein erwünschter
als kleiner proportionierte Anzeigen. Somit steht ein Hersteller
dem Dilemma gegenüber,
es zu bevorzugen, größer dimensionierte
und/oder höher
auflösende
Anzeigen herzustellen, aber das gesamte Produkt aussondern zu müssen, falls
mehr als einige Transistoren und daher falls mehr als einige Pixel
fehlerhaft sind. In anderen Worten, der Hersteller leidet unter
stark erhöhten Herstellungskosten
pro Einheit, was aus einer sich verringernden Ausbeute verwendbarer
Produkte resultiert.
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Die japanische Patentzusammenfassung
JP-A-03109507 (Itakura Mikiya), die die Basis von Anspruch 1 bildet,
offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Farbfilters, das Farbfilter
aufweist, die je zwischen Partitionsplatten gebildet sind, die auf
der Oberfläche
eines transparenten Substrats gebildet sind.
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Ein Problem, das bei einem Herstellen
eines jeglichen Typs einer Anzeige angetroffen wird, tritt bei einem
Herstellen von Farbanzeigen auf, die der Standardanzeigetyp für die meisten,
wenn nicht alle, Anzeigen hoher Güte werden. Die Farbfilterstruktur
ist auf der Anzeigenrückwand über der
schwarzen Matrix gebildet. Falls die schwarze Matrix nicht sehr
dünn ist,
dann bewirkt eine schrittweise Bedeckung des Filtermediums über der
schwarzen Matrix eine Ungleichmäßigkeit
bei der Oberfläche
der Farbfilterstruktur. Wenn die Rückwand gegen das ungleichmäßige Farbfilterstruktursubstrat
zusammengesetzt ist, können
die dazwischen benutzten Räume
fehlerhafte Anzeigen oder Anzeigen bewirken, die mit der Zeit ausfallen.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es ist ein verbessertes Verfahren
zum Herstellen einer Farbfilterstruktur gemäß Anspruch 1 bereitgestellt,
um Defekte bei den Geräten
zu reduzieren, die die Farbfilterstruktur beinhalten, z. B. Aktivmatrixanzeigen.
Ein Farbfiltersubstrat weist eine dickere schwarze Polyamidmatrix,
die auf demselben gebildet ist, und eine transparente Polyamidschicht
auf, die über
der schwarzen Matrix gebildet ist. Die transparente Schicht wird
durch die schwarze Matrix belichtet und entwickelt, um die nichtbelichteten
Abschnitte über
der schwarzen Matrix zu entfernen. Die resultierende Oberfläche ist
im wesentlichen planar und ermöglicht
die Bildung der verbleibenden Schichten, um eine im wesentlichen
planare Farbfilterstruktur zu bilden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Grundrißdarstellung
einer Aktivmatrixanzeige, die eine Farbfilterstruktur beinhalten
kann, die mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt
ist;
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2 ist
ein versetzter Querschnitt eines Transistors und eines Speicherkondensators
der Anzeige von 1;
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3 ist
ein zweiter Querschnitt des Transistors von 2;
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4 ist
ein Teildiagrammansicht der abgeschlossenen Anzeige;
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5 & 6 sind bekannte Farbfilterstrukturen;
und
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7A, 7B & 7C,
stellen ein Ausführungsbeispiel
des Verfahrens zum Herstellen einer planaren Farbfilterstruktur
der vorliegenden Erfindung dar.
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Beste Ausführungsweisen
der Erfindung
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Die Farbfilterstruktur der vorliegenden
Erfindung kann bei jedem Typ einer Farbanzeige benutzt werden, aber
wird hierin als bei Aktivmatrix-Flüssigkristall-Anzeigen (AMLCDs
= active matrix liquid crystal displays) benutzt beschrieben, die
mit Dünnfilmtransistoren
(TFTs = thin film transistors) gebildet sind. Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung einer
AMLCD einer bekannten Erfindung in dem US-Patent US5737041 offenbart,
mit dem Titel „Improved
TFT, Method of Making and Matrix Displays Incorporating the TFT", eingereicht am
31. Juli 1995. Der bekannte TFT ist allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet.
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Die AMLCD 10 umfaßt in der
Darstellung einen Satz von optionalen äußeren Kurzschlußbügeln 12, 14, 16 und 18,
die genauer in dem US-Patent US5668032 beschrieben sind, mit dem
Titel „Active
Matrix ESD Protection and Testing Scheme", ebenfalls eingereicht am 31. Juli
1995. Die äußeren Kurzschlußbügel 12, 14, 16 und 18 werden
während
einem Verarbeiten durch ein Wegbrechen derselben entlang einer Ritzlinie 20 entfernt,
wie es genauer in dem obigen US-Patent
beschrieben ist.
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Die AMLCD 10 umfaßt ferner
in der Darstellung einen Satz von inneren Kurzschlußbügeln 22, 24, 26 und 28.
Die inneren Kurzschlußbügel 22, 24, 26 und 28 werden
auch während
einem Verarbeiten benutzt, wie es genauer in dem obigen US-Patent
beschrieben ist. Jedoch werden die inneren Kurzschlußbügel 22, 24, 26 und 28 lediglich
elektronisch von der AMLCD 10 entlang einer Linie 30 beispielsweise
durch einen Laser abgetrennt, bleiben aber ein physischer Teil der
AMLCD 10.
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Die AMLCD 10 wird auf ein
Substrat 32 aufgebracht, das allgemein aus einer Glastafel
gebildet ist, die entlang der Ritzlinie 20, wie oben beschrieben,
weggebrochen wird. Das Substrat 32 kann auch aus anderen Typen
von isolierenden Materialien gebildet sein, einschließlich einer
metallischen Tafel mit einer isolierenden Beschichtung für nichtlichtübertragende
Anwendungen. Die AMLCD 10 ist mit einer Mehrzahl von Zeilenleitungen 34 und
einer Mehrzahl von Spaltenleitungen 36 gebildet, die eine
große
Matrix bilden, von der nur ein kleiner Abschnitt dargestellt ist.
Die Zeilenleitungen 34 umfassen eine einer Mehrzahl von
Treiberkontaktanschlußflächen 38,
die mit jeder Leitung 34 verbunden sind, und die Spaltenleitungen 36 umfassen
auch eine einer Mehrzahl von Treiberkontaktanschlußflächen 40,
die mit jeder Leitung 36 verbunden sind.
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Die AMLCD 10 umfaßt eine
Mehrzahl von identischen Pixeln, die zwischen den Zeilenleitungen 34 und den
Spaltenleitungen 36 gebildet sind, daher wird lediglich
ein Pixel 42 detailliert beschrieben. Bei jedem Matrixüberkreuzungspunkt 44,
an dem sich eine Zeilenleitung 34 und eine Spaltenleitung 36 kreuzen,
ist ein TFT 46 gebildet, um beide Leitungen mit einem Pixelkontakt 48 zu
verbinden. Das aktive Flüssigkristallmedium
ist zumindest über
den Kontakt 48 gebildet, wobei Eigenschaften des Mediums
ansprechend auf die Rückwand- und
Datenspannung, die an das Pixel 42 angelegt werden, sich ändern. Das
Medium an dem Pixel 42 erscheint allgemein als ein Quadrat
oder Punkt in der gesamten Matrix der AMLCD 10. Die tatsächliche
Größe des Transistors 46 und
des Kontakts 48 sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet, sondern
sind lediglich zu einer Darstellung schematisch gezeigt.
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Es ist anzumerken, daß es keine
theoretische Begrenzung für
die Anzahl von Zeilenleitungen 34 und Spaltenleitungen 36, die
eingesetzt werden können,
oder für
die äußere Abmessung
einer AMLCD 10 gibt. Die Verarbeitungsausrüstung stellt
eine praktische Begrenzung für
die äußere Abmessung
bereit, die sich kontinuierlich verändert, wenn die Ausrüstung verbessert
wird.
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Das Problem, das bei einem Herstellen
von AMLCDs angetroffen wird, besteht darin, daß die Anzeige im allgemeinen
ausgesondert werden muß,
falls die AMLCD 10 fehlerhafte TFTs oder andere Schaltungselemente
enthält,
die bewirken, daß mehr
als einige Pixel funktionsunfähig
sind. Eine Technik zum Maskieren fehlerhafter Pixel 42 besteht
darin, einen zusätzlichen
(optionalen) Transistor 49 bei dem Pixel 42 einzusetzen, der
den Pixel 42 mit einer benachbarten Zeile R1 koppelt. Wenn
die Zeile R1 geschrieben wird, werden dann die Daten nicht nur an
das vorangehende Pixel 42' angelegt,
sondern auch durch den Transistor 49 auf das Pixel 42.
Wenn die Zeile r. dann geschrieben wird, werden die Daten für den Pixel 42 durch
den Transistor 46 über
die Daten von dem vorangehenden Pixel geschrieben. Falls jedoch
der Transistor 46 fehlerhaft ist, zeigt sich das Pixel 42 nicht
als funktionsunfähig,
sondern hält
anstelle dessen die Daten aus der vorangehenden Zeile R1. Dies maskiert
die Tatsache, daß das
Pixel 42 nicht korrekt arbeitet.
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Wie es ferner in 4 beschrieben ist, kann das Pixel 42 auch
einen Speicherkondensator 50 umfassen, der mit der Zeile
R1 gekoppelt ist, der die Spannung, die während jedem Rahmen in dem Pixel 42 geschrieben
wird, aufrecht erhält
und stabilisiert.
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Der TFT 46 und die AMLCD 10 sind
gebildet, um die Ausbeute von aktiven Pixeln zu verbessern. Der TFT 46 wird
mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben. Der TFT 46 ist
mit einem Gate 52 gebildet, das zuerst als die Zeilenleitung 34 aufgebracht
wird. Der abgeschlossene TFT 46 ist in 2 und 3 dargestellt,
während
die verschiedenen Prozeßschritte
am besten in dem oben erwähnten
US-Patent dargestellt sind.
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Obwohl die verschiedenen Schichtdicken
nicht kritisch sind, sind bevorzugte Dicken und Materialien beschrieben,
um ein bevorzugtes Beispiel des TFT 46 und der AMLCD 10 zu
bilden.
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Das Gate 52 ist vorzugsweise
aus zwei Metallschichten gebildet, wobei eine erste Schicht aus
Aluminium, vorzugsweise eine Aluminium-/Kupfer-Legierung, aufgebracht
und strukturiert wird, um ein Leitungselement 54 zu bilden.
Um eine redundante Zeilenleitung 34 zu bilden, wird eine
zweite Gate-Schicht aus Tantal über
das Aluminiumelement 54 aufgebracht und strukturiert, um
ein Leitungselement 56 zu bilden, das das Element 54 bedeckt.
Das Element 56 weist ferner Finger 58 auf, die
die tatsächlichen
Gates für
die einzelnen TFTs 46 bilden. Das Leitungselement 54 ist
vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Aluminium
wird wegen der hohen Leitfähigkeit
desselben für
lange Leitungen benutzt, aber ist für kleine Anzeigen nicht kritisch
und kann aus kleinen Displays eliminiert werden, falls erwünscht. Das
Aluminium wird mit etwa 1.200 Angström aufgebracht, um eine Leitfähigkeit
bereitzustellen, aber um immer noch dünn genug zu sein, um Schrittbedeckungsprobleme über dem
Element 54 zu verhindern. Das Tantal-Element 56 oder
ein anderes anodisches feuerfestes Metall wird vorzugsweise mit
etwa 2.000 Angström
getrennt zu einer Redundanz aufgebracht. Die Finger 58,
die die Gates für
den TFT 46 bilden, erfordern die Aluminiumschicht nicht
und sind typischerweise lediglich aus Tantal gebildet.
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Dann wird eine erste Gate-Isolatorschicht 60 durch
ein Anodisieren des freiliegenden Tantalelements 56 gebildet,
das hartanodisiert ist, um die Isolatorschicht 60 aus Tantaloxid,
Ta2O2 zu bilden.
Eine Hartanodisierung kann durch ein Benutzen einer Lösung von
0,1 bis 4,0% Zitronensäure
in deionisiertem Wasser durchgeführt
werden. Eine Spannung von etwa sechzig (60) Volt kann benutzt werden,
die eine sehr präzise
und gleichmäßige Oxidschicht 60 mit
etwa fünfzehn
(15) Angström
pro Volt oder etwa einer Dicke von 900 Angström bildet. Die Anschlußflächen 38 und 40 können mit
Photoresist bedeckt werden, um eine Anodisierung der Anschlußflächen zu
verhindern, oder können
anodisiert und dann später
geätzt
werden.
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Alternativ kann der erste Gate-Isolator 60 durch
eine aufgebrachte dielektrische Schicht gebildet sein. Ein zweiter
oder redundanter Gate-Isolator 62, vorzugsweise Siliziumnitrid
Si3N4, wird dann
mit einer Dicke von etwa 3000 Angström aufgebracht. Zwei zusätzliche
Schichten werden sequentiell aufgebracht, eine Schicht aus amorphem
Silizium 64 und dann eine Schicht aus N+-dotiertem amorphem
Silizium 66. Die N+-Schicht 66 und die amorphe Siliziumschicht 64 werden
selektiv geätzt,
um diskrete Bereiche 70 über den Gate-Abschnitten 58 auf
der Nitritschicht 62 zu lassen. Die amorphe Siliziumschicht 64 wird
mit einer Dicke von etwa 1500 Angström aufgebracht und die N+-Schicht 66 wird
mit einer Dicke von etwa 300 Angström aufgebracht. Nach einem Strukturieren
bildet die verbleibende N+-Schicht ohmsche Kontaktabschnitte 68.
Eine Reanodisierung kann durchgeführt werden, bevor die nächste Metallschicht
aufgebracht wird, um mögliche
Kurzschlüsse
zu verhindern, besonders an einem jeglichen Punkt, an dem das Drain-
oder Source-Metall das Gate-Metall überlagert. Die Reanodisierung
wird mit einer Spannung durchgeführt,
die zumindest das zweifache der Maximalspannung beträgt, die
normalerweise zwischen der Source- und der Gate-Leitung vorhanden
ist. Die Reanodisierung bildet ein neues Oxid in der Tantal- oder darunterliegenden
Aluminiumschicht, um zu verhindern, daß ein später aufgebrachtes Metall durch
ein Feinstloch, das das Gate-Metall freilegte, zu dem Gate kurzschließt.
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Dann wird eine Source-Drain- (S-D-)
Schicht 72 aufgebracht, die bei großen Anzeigen vorzugsweise aus
einer Mehrzahl von Metallschichten gebildet ist. Bei kleinen Anzeigen
kann die Schicht 72 eine einzige Metallschicht sein, wie
beispielsweise Aluminium oder Molybdän. Eine bevorzugte Großgerät-Mehrschicht 72 wird durch
ein Aufbringen einer ersten Barriereschicht aus Molybdän mit einer
Dicke in der Größenordnung
von 500 Angström
gebildet. Dann wird eine zweite Leitfähigkeitverbesserungsschicht
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer Dicke von
etwa 5000 Angström
aufgebracht. Dann wird eine dritte Barriereschicht aus Molybdän oder einer
Molybdänlegierung
mit einer Dicke von etwa 300 Angström aufgebracht. Alternativ ist
es lediglich erforderlich, daß die
ersten zwei Schichten aufgebracht werden.
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Die S-D-Schicht 72 wird
dann strukturiert, um einen Source-Abschnitt 74, einen Drain-Abschnitt 76 und
einen oberen Kondensatorkontaktabschnitt 78 zu bilden.
Dann wird eine Transistorkanalregion 80 zwischen dem Source-
und dem Drain-Abschnitt 74 und 76 durch ein Entfernen
der N+-dotierten
Schicht zwischen den Kontaktabschnitten 68 gebildet; die
unter den S-D-Metallabschnitten 74 und 76 bleiben.
An diesem Punkt ist der Transistor 46 elektrisch funktionsfähig.
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Der Speicherkondensator 50 ist
nun auch elektrisch funktionsfähig
und ist durch den Kontaktabschnitt 78 und die darunterliegenden
Abschnitte der Nitritschicht 62, der Oxidschicht 60 und
des Gates 52 gebildet. Sowohl der Transistor 46 als
auch der Kondensator 50 können nun elektrisch getestet
werden, wenn erwünscht.
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Dann wird eine erste Passivierungsschicht 82 aufgebracht,
die vorzugsweise aus Si3N4 mit
einer Dicke von etwa 7.000 Angström gebildet ist. Diese dielektrische
Schicht könnte
auch aus aufgebrachtem SiO2, Aufschleuderglas
(SOG = spin on glass) oder anderen organischen dielektrischen Materialien
gebildet sein. Die Schicht 82 ist strukturiert, um eine
Drain-Kontaktöffnung 84 und
eine Kondensatorkontaktöffnung 86 zu
bilden. Wenn eine redundante Spaltenleitung gebildet werden soll,
werden Durchkontaktierungen 80 ( 3) gebildet, um Kontakte zu der darunterliegenden
Spaltenleitung 36 bereitzustellen.
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Dann wird eine Pixel-ITO-Schicht 90 aufgebracht
und strukturiert, um den Drain-Kontakt an der Öffnung 84, den Kondensatorkontakt
an der Öffnung 86,
die redundante Spaltenenleitung durch ein Kontaktieren durch die
Durchkontaktierungen 88 (wo anwendbar) und die Pixel 48 zu
bilden. Das Pixel 48 ist nicht maßstabsgetreu gezeigt und der
Schnitt ist versetzt, um sowohl den Transistor 46 als auch
die Kondensatorstruktur 50 zu umfassen, die voneinander
versetzt sind. Der Schnitt stellt die elektrische Trennung zwischen
der Säulen-ITO
und der Pixel-ITO 48 (siehe 1)
nicht vollständig
dar. Der zusätzliche
Transistor 9 ( 1) ist nicht dargestellt,
aber ist auf die gleiche Weise wie die Transistorstruktur 46 gebildet.
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Die TFT-Struktur wird dann durch
ein Bilden einer abschließenden
Passivierungsschicht 92 abgeschlossen. Die Passivierungsschicht 92 wird
mit einer Dicke von etwa 2.000 – 3.000
Angström
auf die gleiche Weise wie die Schicht 82 gebildet. Die
Schicht 92 könnte
auch an dem Farbfiltersubstrat gebildet sein oder kann an beiden
gebildet sein.
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Die Source-Leitung 74 ist
mit dem Drain 76 ineinandergreifend angeordnet. Das Drain 76 weist
vorzugsweise zumindest einen Finger auf und die Source-Leitung 74 umfaßt vorzugsweise
ein Paar von Fingern. Ein Schlitz oder eine Öffnung wird durch die Source-Leitung 74 benachbart
zu den Fingern geätzt.
Die ineinandergreifende Anordnung liefert mehrere Vorteile. Erstens
kann die Kanalbreite maximiert sein, während die Drain-zu-Gate-Kapazität minimiert
ist. Ein weiterer Vorteil ist geliefert, da ein Kurzschluß in einem
der Source-Finger während
einem elektronischen Testen durch ein Abtrennen des kurzgeschlossenen
Fingers entfernt werden kann. Der Kurzschluß kann wirksam durch ein Durchschneiden
zu dem Schlitz an beiden Seiten des kurzgeschlossenen Fingers entfernt
werden.
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Obwohl die Drain-zu-Gate-Kapazität durch
das beschriebene ineinandergreifend angeordnete Beispiel minimiert
ist, kann ein höherer
Treiberstrom durch ein Bilden zusätzlicher Finger erhalten werden,
z. B. kann das Drain ein Paar von Fingern umfassen und die Source
drei zusammenpassende Finger umfassen.
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4 stellt
einen Abschnitt der abgeschlossenen AMLCD 10 und den Grund
für ein
Benutzen des Speicherkondensators 50 dar. Der Kondensator 50 stabilisiert
die Spannung über
das Flüssigkristallmaterial bei
einem Pixel 42 während
der Rahmenperiode, wenn die Pixelzeile, hier Zeile 3, nicht
angesprochen ist. Eine gegebene Pixelzeile wird lediglich einmal
während
einer Rahmenperiode angesprochen, wobei der Rahmen allgemein 1/60
einer Sekunde oder 16,7 Millisekunden beträgt. Bei einer 480-Zeilen-AMLCD
10 wird eine gegebene Zeile lediglich 1/480 der Rahmenperiode oder
etwa 34,7 Mikrosekunden angesprochen. Während der Rahmenzeit, wenn
die Pixelzeile nicht angesprochen ist, ist der TFT 46 aus.
Die Pixelspannung sollte jedoch über
dem Flüssigkristallmaterial
konstant bleiben. Das Flüssigkristallmaterial
weist eine Kapazität
CLC und einen endlichen Widerstand RLC auf. Der Transistor 46 kann ein
Leck zwischen dem Treiber und der Source und/oder durch den Flüssigkristallmaterialwiderstand
RLC aufweisen. Um den Spannungsabfall (Datenabnahme) über das
Flüssigkristallmaterial
zu minimieren, ist der Speicherkondensator 50 mit einer
Kapazität
CS parallel mit CLC parallel
gebildet. Das Pixel 42, das durch den Transistor 46 aus
Zeile 3 getrieben ist, ist durch den Kondensator 50 mit
der vorangehenden Zeile 2 gekoppelt. Dabei wird angenommen,
daß Zeile 2 gerade
vor Zeile 3 getrieben wird. Wenn der Transistor 46 für eine gegebene
Zeile einschaltet, lädt
der Transistor 46 CLC und CS, da die Gesamtkapazität gleich CLC +
CS ist. Die Leckströme von sowohl dem Transistor 46 und
dem Flüssigkristallmaterial
sind bei höheren
Betriebstemperaturen höher
(schlechter). Das Flüssigkristallmaterial ist
zwischen dem TFT-Substrat 32 und einer Farbfilter- oder
Einfarbenrückwand 94 enthalten.
Die Rück wand 94 wird
durch Abstandhalter von dem Substrat 32 getrennt, wie es
in den 5 und 6 dargestellt ist.
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Wie es in 4 diagrammatisch dargestellt ist, umfaßt die Rückwand 94 die
Farbfilterstruktur und umfaßt
eine ITO-Schicht 96 über der
Farbfilterstruktur. Eine bekannte Farbfilterstruktur 100 ist
in 5 dargestellt. Die
Rückwand 94 umfaßt ein Glassubstrat 102.
Eine schwarze Matrix 104 ist auf dem Substrat 102 gebildet. Die
AMLCD 10 wird normalerweise durch das Glassubstrat 102 betrachtet,
wie es durch einen Pfeil 106 angegeben ist.
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Ein benutztes schwarzes Matrixmaterial
ist ein Metall, wie beispielsweise Chrom. Bei Anzeigen des unteren
Leistungsbereichs (low end), wie beispielsweise Laptop-AMLCDs, ist
die schwarze Metallmatrix zufriedenstellend, da dieselbe als eine
dünne Schicht 104 in
der Größenordnung
von 800 bis 1000 Angström
aufgebracht und strukturiert werden kann. Die Farbfilter, ein Grünfilter 108,
ein Blaufilter 110 und ein Rotfilter 112 sind über der
schwarzen Matrix 104 gebildet. Da die schwarze Matrix 104 dünn ist,
ist die Farbfilterstruktur 100 ziemlich planar. Eine Passivierungsschicht 114 ist
auf den Farbfiltern 108, 110 und 112 gebildet.
Die Passivierungsschicht 114 kann auf die Farbfilter 108, 110 und 112 aufgeschleudert
werden, was die Schritte bei den Farbfiltern ausgleichen hilft und
auch Zwischenräume 116 ausfüllen hilft,
die zwischen den Farbfiltern 108, 110 und 112 gebildet
sind. Die Passivierungsschicht 114 ist aus einem im wesentlichen
transparenten Material gebildet, das aufgeschleudert, aufgebracht
oder auf eine herkömmliche
Weise offsetgedruckt werden kann. Die Passivierungsschicht 114 kann
zum Beispiel aus einem Oxid, einem Nitrit, einem Aufschleuderglas
oder einem Acryl gebildet sein.
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Die Passivierungsschicht 114 weist
dann eine ITO-Schicht 118 auf, die auf dieselbe mit einer
Dicke von etwa 1.000 Angström
aufgebracht ist. Die ITO-Schicht 118 wird über der
gesamten AMLCD-Matrix aufgebracht und wird dann struktu riert, so
daß das
Substrat 32 und die Rückwand 94 mit
dem LCD-Material (nicht dargestellt) zusammen abgedichtet werden
können,
das zwischen der Dichtung, dem Substrat 32 und der Rückwand 94 enthalten
ist. Das Substrat 32 und die Rückwand 94 sind durch
eine Mehrzahl von Kunststoffsphärenabstandhaltern 120 getrennt,
die zwischen dem Substrat 32 und der Rückwand 94 komprimiert
sind. Die Sphären 120 können klar
oder schwarz beschichtet sein, wie erwünscht.
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Bei der Farbfilterstruktur 100 gibt
es eine Anzahl von Problemen und möglichen Problemen. Das Metall,
wie beispielsweise Chrom, das für
die schwarze Matrix 104 benutzt wird, weist ein hohes Reflexionsvermögen auf.
Bei einer hochauflösenden
AMLCD darf das Reflexionsvermögen
lediglich in der Größenordnung von
einem (1) Prozent oder weniger liegen. Jedes der Farbfilter 108, 110 und 112 ist
getrennt gebildet. Zum Beispiel kann das G-Farbfilter 108 zuerst
gebildet werden. Das Farbfiltermaterial, wie beispielsweise gefärbtes Polyamid,
kann abgeschleudert werden, dann wird dasselbe gebacken, ein Photoresist
wird aufgebracht, das Photoresist wird belichtet und entwickelt
oder geätzt.
Nachdem diese Schritte abgeschlossen sind, wird dann das G-Farbfilter 108 über einem
Drittel der AMLCD gebildet. Das B-Farbfilter 110 und das
R-Farbfilter 112 werden dann getrennt auf die gleiche Weise
wie das G-Farbfilter 108 gebildet. Falls zwei der Farbfilter über der schwarzen
Matrix 104 überlappen,
dann ist ein hoher Punkt zu sehen, der die Summe der zwei Farben
ist. Falls ein Rand der schwarzen Matrix 104 unbedeckt
gelassen wird, dann wäscht
die Anzeige aus, da das Licht nicht durch ein Farbfilter gedämpft wird.
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Um das Reflexionsvermögen zu reduzieren,
kann ein anderes schwarzes Matrixmaterial benutzt werden, doch das
Material muß mit
einer viel größeren Dicke
aufgebracht oder gebildet werden, wie es durch eine andere Farbfilterstruktur 160 in 6 dargestellt ist. Das schwarze
Matrixmaterial kann ein pigment- oder farbstoffbasiertes Polyamidmaterial
sein, wie beispielsweise Acryl. Die photopischen Reflexionsvermögensdaten an
mehreren unterschiedlichen schwarzen Matrixmaterialien, die benutzt
werden können,
sind in Tabelle I dargestellt (aufgenommen durch das Substrat 94,
ohne einen Polarisator, mit einem Einfallswinkel von 30 Grad).
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Tabelle
I
| schwarzes
Acryl | 0,64 |
| schwarzes
Metall | 0,81%
bis 2,0 |
| herkömmliches
schwarzes | Metall
5,2 |
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Auf den ersten Blick erscheint es,
daß ein
schwarzes Metall dem niedrigen Reflexionsvermögen einer Acrylbeschichtung
nahekommen kann. Das Metall liefert jedoch eine spiegelnde Reflexion.
Dies bedeutet, daß sich
der Polarisationszustand nicht ändert.
Das Acrylmaterial weist jedoch eine diffuse Reflexion auf. Dies
bedeutet, daß das
Licht depolarisiert wird. Wenn das Licht depolarisiert ist, gibt
es erneut einen Verlust von 50% durch den vorderen Polarisator,
wenn das reflektierte Licht aus der AMLCD auftaucht. Ein Berücksichtigen
des Polarisatorverlusts ergibt die Reflexionsvermögensdaten
in Tabelle II:
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Tabelle
II
| schwarzes
Acryl | 0,32 |
| schwarzes
Metall | 0,81%
bis 2,0% |
| herkömmliches
schwarzes | Metall
5,2% |
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Das schwarze Matrixmaterial aus schwarzem
Acryl ist sehr teuer, in der Größenordnung
von mehr als $ 1.500 pro Gallo ne. Falls dieses Material auf das
Substrat 102 aufgeschleudert wird, werden etwa neunzig (90)
% verschwendet. Daher wird es bevorzugt, das schwarze Matrixmaterial
aus schwarzem Acryl auf das Substrat 102 offsetzudrucken,
was praktisch alles verschwendete Material eliminiert. Der Vorteil
der schwarzen Metallmatrix ist, daß dieselbe sehr dünn ist.
Der Nachteil ist das hohe Reflexionsvermögen, und daß dasselbe auf das Substrat 102 gestäubt oder
gedampft und dann photolithographisch verarbeitet werden muß.
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Das schwarze Matrixmaterial aus schwarzem
Acryl wird aufgebracht, aber da dasselbe eine viel kleinere Absorptionskonstante
aufweist, muß dasselbe
in einer viel dickeren Schicht in der Größenordnung von 1,2 Mikrometern
aufgebracht werden. Das schwarze Acryl wird belichtet und wegentwickelt,
um eine schwarze Matrix 132 zu bilden. Die schwarze Matrix 132 wird
dann gebacken, so daß dieselbe
nicht mit den Farbfilterschichten wegentwickelt wird. Die G-, B-
und R-Farbfilter 108, 110 und 112 werden
dann auf eine ähnliche
Weise getrennt gebildet, um die Farbfilterstruktur 130 zu
bilden.
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Da die schwarze Matrix 132 viel
dicker ist, sind die resultierenden Farbfilter 108, 110 und 112 wegen der
durch die dicke schwarze Matrix 132 bewirkte Schrittabdeckung
viel unebener. Die Passivierungsschicht 114 und die ITO-Schicht 118 werden
wieder gebildet. Wie zuvor beschrieben, sind die Farbfilter 108, 110 und 112 sowie
die Schichten 114 und 118 Idealerweise glatt und
im wesentlichen planar. Bei der erhöhten Dicke der schwarzen Matrix 132 ist
dies jedoch klar nicht das Ergebnis.
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Wenn das Substrat 32 nun
an das Substrat 102 angelegt und zu demselben abgedichtet
wird, sind die Abstandhaltersphären 120 nicht
gleichmäßig beabstandet.
Wie es dargestellt ist, befindet sich die Sphäre 120 links in der 6 an einer Spitze oder einem
hohen Punkt 134, während
die Sphäre 120 rechts
sich in einem Tal oder an einem niedrigen Punkt
136 befindet.
Dies bewirkt eine Anzahl von Problemen, da die Sphären 120 an
den hohen Punkten 134 mehr zusammengedrückt werden als die Sphären 120 an
den niedrigen Punkten 136. Es ist in der Tat möglich, daß die Sphären 120 an
den niedrigen Punkten 136 überhaupt nicht zusammengedrückt oder
befestigt werden und sich sowohl vertikal als auch lateral bewegen
können,
was eine Verschlechterung und einen Ausfall der AMLCDs 10 bewirken
kann.
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Die schwarze Matrix 104, 132 kann
in der Größenordnung
von fünfundzwanzig
(25) Prozent der Matrixfläche
an der niedrigen Seite und soviel wie etwa fünfzig (50) Prozent der Matrixfläche an der
hohen Seite sein. Es ist daher erwünscht, die Farbfilterstruktur
zu planarisieren, um die Probleme zu vermeiden, die möglicherweise
durch die unebenen ungleichmäßigen Schichten
bewirkt werden.
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Nun wird auf 7A Bezug genommen, die ein Verfahren
zum Herstellen einer Farbfilterstruktur darstellt, die ein Ausführungsbeispiel
140 der vorliegenden Erfindung darstellt. Die schwarze Acrylmatrix 132 wird wieder
gebildet, wieder mit einer Dicke in der Größenordnung von 1,2 Mikrometern.
Jedoch ist die nächste
gebildete Schicht eine klare Polyamidmaterialschicht 142 des
gleichen oder ähnlichen
Typs wie das Material der schwarzen Matrix 132 und das
Farbfiltermaterial. Die Schicht 142 wird nicht von oben
belichtet, wie es herkömmlich
ist, sondern durch das Substrat 102, wie es durch einen
Pfeil 144 angegeben ist. Durch ein Belichten der Schicht 142 durch
das Substrat 102, wirkt die schwarze Matrix 132 als
eine selbstausrichtende Maske. Der nichtbelichtete Abschnitt der
Schicht 142, die jeden Abschnitt der schwarzen Matrix 132 überlagert,
wird dann wegentwickelt, wie es in 7B dargestellt
ist.
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Die resultierende klare Schicht 142 ist
in 7B dargestellt. Die
Schicht 142 planarisiert die schwarze Matrix 132 wesentlich,
wobei eine planare Oberfläche 146 gebildet
ist. Dies ermöglicht
es den Farbfiltern 108, 110 und 112 und
den Schichten 114 und 118, dann als eine im wesentlichen
planare Oberflächenschicht
auf die planare Oberfläche 146 aufgebracht
zu werden, die nun durch die schwarze Matrix 132 und die
klare Schicht 142 gebildet ist, wie es in 7C dargestellt ist. Die Schicht 142 ist
vorzugsweise ausgewählt,
um von einer Dicke zu sein, die etwa gleich der oder etwas größer als
die Dicke der schwarzen Matrix 132 ist. Die Abstandhaltersphären 120 werden
dann im wesentlichen gleichmäßig zusammengedrückt, um
eine abgeschlossene AMLCD 150 zu bilden. Die Farbfilterstruktur 140 der
vorliegenden Erfindung kann natürlich
bei einem jeglichen Typ einer Farbmatrix benutzt werden und ist
nicht auf die AMLCD 150 begrenzt, die hierin zu Darstellungszwecken
beschrieben ist.
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Viele Modifikationen und Variationen
der vorliegenden Erfindung sind angesichts der obigen Lehren möglich. Daher
wird darauf hingewiesen, daß die
Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche anderweitig
praktiziert werden kann, als es spezifisch beschrieben ist.