EP1038320A2 - Verfahren zur herstellung einer matrix aus dünnschichttransistoren mit speicherkapazitäten - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer matrix aus dünnschichttransistoren mit speicherkapazitäten

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EP1038320A2 EP98966240A EP98966240A EP1038320A2 EP 1038320 A2 EP1038320 A2 EP 1038320A2 EP 98966240 A EP98966240 A EP 98966240A EP 98966240 A EP98966240 A EP 98966240A EP 1038320 A2 EP1038320 A2 EP 1038320A2
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Definitions

  • the invention is based on a method for producing a matrix of thin-film transistors with storage capacities, in particular for liquid crystal screens according to the type of the independent claim.
  • the inventive method with the characterizing features of the independent claim has the advantage over the known methods that fewer coating and etching steps and steps for photoresist removal are necessary.
  • photostructurable materials are used for the passivation of the matrix and for the production of the pixel electrodes.
  • one coating step namely a PECVD method for SiN x and one sputtering of ITO
  • etching step namely dry etching of SiN x and wet etching from ITO
  • a photosensitive, transparent and highly insulating polymer can be used for the passivation and an electrically conductive polymer for the production of the pixel electrodes.
  • a mechanical rubbing treatment of the conductive polymer can also be used to orient the liquid crystal, so that the application of an additional orientation layer, for example a polymer, can be completely dispensed with.
  • an additional orientation layer for example a polymer
  • a-Si: H can be used as the semiconductor and SiN x as the gate insulator.
  • Figure 1 shows a cross section through a pixel of a liquid crystal screen in various stages of manufacture.
  • a first metallization layer 11 for example 200 nm MoTa
  • a layer sequence consisting of a gate insulator 12, for example 350 nm SiN x , an intrinsic semiconductor 13, for example 150 nm ia-Si, and a highly doped semiconductor 14, for example 50 nm n + -a-Si, and a cover metallization , for example 200 nm Mo, applied.
  • 1 b shows the structure after etching the cover metal layer 15 and the doped semiconductor layer 14 as a column line, drain / source contacts D, S and as a cover electrode of the storage capacitor C.
  • the semiconductor layer 13 and the gate dielectric 12 are shown in a single plasma etching step for separating the individual thin-film transistors of the pixels and for exposing the connection areas of the gate lines and storage capacitor lines.
  • a photosensitive, transparent and highly insulating polymer 16 was spun onto the structure, exposed, developed and annealed.
  • a so-called Photo-BCB can be used as the polymer.
  • the task of the polymer is to passivate and planarize the structure.
  • the top electrode of the storage capacitor C which here also represents the drain contact of the thin-film transistor, and the connection regions of the column and row lines are decoated again by the polymer in the exposure and development step.
  • a conductive, photosensitive, transparent polymer 17 is then spun on as a pixel electrode.
  • a polymer called Bayer PEDT / PSS can be used for this purpose. Exposing the areas between the pixel electrodes with UV light through a photo mask causes the conductive polymer to be converted into an insulation layer. The insulating regions of the polymer are shown in dotted lines in FIG. 1e). If a photosensitive conductive polymer is used, the areas between the pixel electrodes can also be removed by means of a developer step. The individual pixel electrodes are thus effectively electrically separated from one another. After one step of the polymer PEDT / PSS at approx.
  • the unexposed areas of the pixel electrodes have a sheet-related sheet resistance of 200 - 1000 ⁇ and a transparency of) 70% in the visible area, based on a dry film thickness of 900 nm.
  • the transmission can be increased by reducing the dry layer thickness.
  • the layer 17 can then be rubbed mechanically so that it can bring about an orientation of the liquid crystal. As a result, the application of an additional orientation layer can also be dispensed with.
  • the structuring of the gate dielectric 12 can - as shown - be carried out together with the structuring of the undoped semiconductor 13 or also with the passivation 16 as masking in an additional plasma etching process.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Matrix aus Dünnschichttransistoren mit Speicherkapazitäten, insbesondere für Flüssigkristallbildschirme, vorgeschlagen, bei dem zur Reduzierung der Zahl der Prozeßschritte für die Passivierung der Matrix und zur Herstellung der Bildpunktelektroden jeweils photostrukturierbare Materialien verwendet werden.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Matrix aus Dünnschicht- transistoren mit Speicherkapazitäten
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung einer Matrix aus Dünnschichttransistoren mit Speicherkapazitäten, insbesondere für Flüssigkristallbildschirme nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus der DE 43 10 640 Cl und aus der DE 43 39 721 AI sind jeweils Verfahren zur Herstellung einer Matrix aus Dünnschichttransistoren mit Speicherkapazitäten für Flüssigkristallbildschirme bekannt, bei denen der Fertigungsaufwand durch Reduzierung der Zahl der notwendigen photolithographischen Maskenschritte auf drei bzw. vier eingeschränkt wird. Als Halbleiter für die Dünnschichttransistoren wird bei den bekannten Verfahren a-Si:H eingesetzt. Eine Reduzierung des Fertigungsauf- wands für die Herstellung einer Dünnschichttransistor-Matrix durch Einsparung anderer Prozeßschritte, wie Ätzen, Beschichten und Reinigen, ist bei diesen Verfahren jedoch nicht vorgesehen. Vorteile der Erfindung
Das erfindungsge äße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat gegenüber den bekannten Verfahren den Vorteil, daß weniger Beschichtungs- und Ätzschritte sowie Schritte zur Photolackentfernung notwendig sind.
Dies wird dadurch erreicht, daß für die Passivierung der Matrix und zur Herstellung der Bildpunktelektroden jeweils photostrukturierbare Materialien verwendet werden. Gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen als Passivierung SiNx und als Bildpunktelektroden in der Regel ITO eingesetzt werden, kann dadurch jeweils ein Beschichtungsschritt , nämlich ein PECVD-Verfahren für SiNx und ein Aufsputtern von ITO, jeweils ein Ätzschritt, nämlich Trockenätzen von SiNx und Naßätzen von ITO, und jeweils ein Schritt zum Abwaschen der Photolackmaskierung und die dazugehörigen Anlagen eingespart werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich.
So ist es besonders vorteilhaft, als photostrukturierbare Materialien Polymere zu verwenden. Hierbei kann für die Passivierung ein photoempfindlicher, transparenter und hochisolierender Polymer und zur Herstellung der Bildpunktelektroden ein elektrisch leitfähiger Polymer verwendet werden.
Durch eine mechanische Reibebehandlung des leitfähigen Polymers kann außerdem eine Orientierung des Flüssigkristalls vorgenommen werden, so daß das Aufbringen einer zusätzlichen Orientierungsschicht, beispielsweise eines Polymids, vollständig entfallen kann. Bei einem bevorzugten Herstellungsverfahren stellen sich die einzelnen Schritte wie folgt dar:
Aufbringen und Strukturieren einer ersten leitfähigen Schicht als Zeilen der Dünnschichttransistor-Matrix, als Gate-Kontakte der Transistoren und als Elektroden der Speicherkapazitäten,
- Aufbringen eines Gate-Isolators ;
Aufbringen eines Halbleiters,
Aufbringen eines P- oder N-dotierten Halbleiters als Drain- und Sorce-Kontakte der Transistoren,
Aufbringen und Strukturieren einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht für die Spalten der Dünnschichttransistor-Matrix, für die Drain- und Source-Kontakte und die Gegenelektroden der Speicherkapazitäten,
Strukturieren der dotierten Halbleiterschicht und der undotierten Halbleiterschicht,
- Aufbringen, Belichten und Entwickeln eines photoempfindlichen, transparenten und isolierenden Materials,
- Aufbringen und Belichten eines leitfähigen, photoempfindlichen, transparenten Materials.
Vorzugsweise können dabei als Halbleiter a-Si:H und als Gate- Isolator SiNx verwendet werden.
Durch die erhebliche Reduzierung der Zahl der Prozeßschritte lassen sich deutliche Kosteneinsparungen und gleichzeitig eine Erhöhung der Ausbeute erreichen. Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Bildpunkt eines Flüssigkristallbildschirms in verschiedenen Herstel- lungsstadien.
Im in Fig. 1 a) dargestellten Herstellungsstadium sind auf ein Glassubstrat 10 eine erste Metallisierungsschicht 11, beispielsweise 200 nm MoTa, aufgesputtert und als Zeilenleitung und als Speicherkondensatorleitung strukturiert worden. Anschließend wurde eine Schichtfolge aus einem Gate-Isolator 12, beispielsweise 350 nm SiNx, einem intrinsischen Halbleiter 13, beispielsweise 150 nm i-a-Si, und einem hochdotierten Halbleiter 14, beispielsweise 50 nm n+-a-Si, und einer Deckmetalli- sierung, beispielsweise 200 nm Mo, aufgebracht.
Fig. 1 b) zeigt die Struktur nach Ätzen der Deckmetallschicht 15 und der dotierten Halbleiterschicht 14 als Spaltenleitung, Drain/Source-Kontakte D, S und als Deckelektrode des Speicher- kondensators C.
Im Verfahrensstadium nach Fig. 1 c) sind die Halbleiterschicht 13 und das Gate-Dielektrikum 12 in einem einzigen Plasma-Ätz- schritt zur Separation der einzelnen Dünnschichttransistoren der Bildpunkte und zur Freilegung der Anschlußbereiche der Gateleitungen und Speicherkondensatorleitungen dargestellt.
In Fig. 1 d) wurde auf die Struktur ein photoempfindlicher, transparenter und hochisolierender Polymer 16 aufgeschleudert , belichtet, entwickelt und getempert. Als Polymer kann beispielsweise ein sogenannter Photo-BCB eingesetzt werden. Die Aufgabe des Polymers besteht darin, die Struktur zu passivie- ren und zu planarisieren. Die Deckelektrode des Speicherkon- densators C, die hier gleichzeitig den Drain-Kontakt des Dünn- schichttransistors darstellt, und die Anschlußbereiche der Spalten- und der Zeilenleitungen werden bei dem Belichtungs- und Entwicklungsschritt vom Polymer wieder entschichtet .
Gemäß Fig. 1 e) wird anschließend ein leitfähiger, photoempfindlicher, transparenter Polymer 17 als Bildpunktelektrode aufgeschleudert. Hierzu ist beispielsweise ein Polymer der Bezeichnung PEDT/PSS der Firma Bayer AG einsetzbar. Eine Belichtung der Bereiche zwischen den Bildpunktelektroden mit UV-Licht durch eine Photo aske hindurch bewirkt eine Umwandlung des leitfähigen Polymers in eine Isolationsschicht . Die isolierenden Bereiche des Polymers sind in Fig. 1 e) gepunktet dargestellt. Falls ein photoempfindlicher leitfähiger Polymer verwendet wird, können die Bereiche zwischen den Bildpunktelektroden auch mittels eines Entwicklerschritts entfernt werden. Die einzelnen Bildpunktelektroden sind also wirkungsvoll elektrisch voneinander getrennt. Die unbelichteten Bereiche der Bildpunktelektroden besitzen nach einem Te perschritt des Polymers PEDT/PSS bei ca. 130 °C einen flächenbezogenen Schichtwiderstand von 200 - 1000 Ω und eine Transparenz von ) 70 % im sichtbaren Bereich, bezogen auf eine Trockenschicht- dicke von 900 nm. Durch eine Verringerung der Trockenschichtdicke ist eine Erhöhung der Transmission möglich. Die Schicht 17 kann anschließend mechanisch gerieben werden, so sie eine Orientierung des Flüssigkristalls bewirken kann. Hierdurch kann auch das Aufbringen einer zusätzlichen Orientierungs- schicht entfallen.
Die Strukturierung des Gate-Dielektrikums 12 kann - wie dargestellt - zusammen mit der Strukturierung des undotierten Halbleiters 13 oder auch mit der Passivierung 16 als Maskierung in einem zusätzlichen Plasmaätzprozeß durchgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Matrix aus Dünnschichttransistoren mit Speicherkapazitäten (C) , insbesondere für Flüssigkristallbildschirme, dadurch gekennzeichnet, daß für die Passivierung der Matrix und zur Herstellung der Bildpunktelektroden jeweils photostrukturierbare Materialien (16, 17) verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als photostrukturierbare Materialien (16, 17) Polymere verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Passivierung ein photoempfindlicher, transparenter und hochisolierender Polymer (16) und zur Herstellung der Bildpunktelektroden ein elektrisch leitfähiger Polymer (17) verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine mechanische Reibebehandlung des leitfähigen Polymers (17) eine Orientierung des Flüssigkristalls vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Schritte:
Aufbringen und Strukturieren einer ersten leitfähigen Schicht (10) als Zeilen der Dünnschichttransistor-Ma- trix, als Gate-Kontakte (G) der Transistoren und als Elektroden der Speicherkapazitäten (C) ,
Aufbringen eines Gate-Isolators (12),
Aufbringen eines Halbleiters (13),
Aufbringen eines P- oder N-dotierten Halbleiters (14) als Drain- und Source-Kontakte (D, S) der Transistoren,
Aufbringen und Strukturieren einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht (15) für die Spalten der Dünn- schichttransistor-Matrix, für die Drain- und Source- Kontakte (D, S) und die Gegenelektroden der Speicherkapazitäten (C) ,
Strukturieren der dotierten Halbleiterschicht (14) und der undotierten Halbleiterschicht (13) ,
Aufbringen, Belichten und Entwickeln eines photoempfindlichen, transparenten und isolierenden Materials (16),
Aufbringen und Belichten eines leitfähigen, photoempfindlichen, transparenten Materials (17) .
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleiter a-Si:H und als Gate-Isolator SiNx verwendet werden. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gate-Isolator (12) mit der photostrukturierbaren Passivierung (16) als Maske in einem separaten Schritt strukturiert wird.
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