FR2460039A1 - Semiconductor component mfr. on amorphous substrate - by depositing basic multilayer structure before photoetching etc. - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un procédé de réalisation de composants semiconducteurs et un composant obtenu par ce procédé. Elle trouve une application notamment dans la réalisation de transistors à couches minces (en abrégé T.C.M.) et de circuits utilisant des T.C.M. The present invention relates to a process for producing semiconductor components and a component obtained by this process. It finds an application in particular in the production of thin film transistors (abbreviated as T.C.M.) and of circuits using T.C.M.
Un T.C.M. est un transistor à effet de champ à grille isolée. I1 s'apparente au transistor MOS (Métal
Oxyde-Semiconducteur) avec cette différence qu'il est réalisé sur un substrat amorphe et non sur une plaquette de silicium monocristallin. En conséquence, les circuits à T.C.M.A TCM is an insulated gate field effect transistor. I1 is similar to the MOS transistor (Metal
Oxide-Semiconductor) with the difference that it is produced on an amorphous substrate and not on a monocrystalline silicon wafer. As a result, circuits at TCM
peuvent présenter de très grandes dimensions et ne sont plus limités par la taille du substrat cristallin.can have very large dimensions and are no longer limited by the size of the crystalline substrate.
En pratique, un T.C.M. est obtenu par dépôt sous vide de ses différents constituants sur un substrat de verre. Chaque couche (semiconducteur, isolant, métal) est disposée à travers un masque métallique (type pochoir ou "Stencil-mask") en contact intime avec le substrat. Pour avoir une bonne définition des motifs, les dépôts sont réalisés par évaporation sous vide. Les matériaux à évaporer sont disposés dans des creusets chauffés par effet Joule ou par bombardement électronique. Le masquage in-situ exclut les dépôts en atmosphère gazeuse (pulvérisation cathodique, dépôt chimique par voie gazeuse etc...) à cause des phénomènes de gaines qui rendent flous les bords des motifs.Dans les meilleurs cas, un échangeur de masques sous vide permet de réaliser l'ensemble du T.C.M. (ou du circuit à T.C.M.) en un seul cycle de pompage, ce qui évite la pollution de la couche semiconductrice et de l'interface isolant-semiconducteur. In practice, a T.C.M. is obtained by vacuum deposition of its various constituents on a glass substrate. Each layer (semiconductor, insulator, metal) is placed through a metal mask (type stencil or "Stencil-mask") in intimate contact with the substrate. To have a good definition of the patterns, the deposits are made by vacuum evaporation. The materials to be evaporated are placed in crucibles heated by the Joule effect or by electronic bombardment. In-situ masking excludes deposits in a gaseous atmosphere (sputtering, chemical deposition by gas, etc.) due to sheath phenomena which blur the edges of the patterns. In the best cases, a vacuum mask exchanger allows to carry out the whole TCM (or from the circuit to T.C.M.) in a single pumping cycle, which avoids pollution of the semiconductor layer and of the insulator-semiconductor interface.
A propos de cette technique et de ses applications, on pourra consulter l'article de A.G. FISCHER intitulé "Flat TV panels with polycristalline layers" publié dans la revue 11Microelectronics" vol 7, n04, 1976, pages 5 à 15. About this technique and its applications, one can consult the article by A.G. FISCHER entitled "Flat TV panels with polycrystalline layers" published in the review 11Microelectronics "vol 7, n04, 1976, pages 5 to 15.
Cette technique de fabrication de T.C.M., si elle a comme principal avantage une rapidité d'exécution des cir cuits, présente l'inconvénient de ne pouvoir convenir qu'à des circuits de dimensions et de définition modestes. En effet, un masque métallique de haute définition et de grandes dimensions extérieures comporte un grand nombre de très petites ouvertures possède des propriétés mécaniques médiocres, se dilate, se déforme. Comme plusieurs masques sont nécessaires et comme les motifs doivent se superposer avec une grande précision, une limitation apparaît rapidement. On estime que cette méthode permet de réaliser des circuits de dimension hors tout de l'ordre d'une dizaine de centimètres et ne possédant pas plus de quatre transistors par millimètre carré. Ces performances modestes limitent les applications du T.C.M. This technique of manufacturing of T.C.M., if it has as main advantage a speed of execution of the cir cuits, presents the disadvantage of being able to be suitable only for circuits of modest dimensions and definition. Indeed, a high definition metal mask with large external dimensions has a large number of very small openings has poor mechanical properties, expands, deforms. As several masks are necessary and as the patterns must overlap with great precision, a limitation quickly appears. It is estimated that this method makes it possible to produce circuits of overall dimension of the order of ten centimeters and having no more than four transistors per square millimeter. These modest performances limit the applications of the T.C.M.
Par ailleurs, cette technique impose que les couches constituantes du transistor soient disposées sur un substrat à température ambiante, afin d'éviter la dilatation des masques. Or, le dépôt semiconducteur qui est en général polycristallin, nécessiterait l'emploi d'une température de substrat plus élevée (quelques centaines de degrés) afin d'améliorer-la cristallisation. Furthermore, this technique requires that the constituent layers of the transistor be placed on a substrate at room temperature, in order to avoid expansion of the masks. However, the semiconductor deposit which is generally polycrystalline, would require the use of a higher substrate temperature (a few hundred degrees) in order to improve the crystallization.
D'autres procédés de fabrication ont été mis au point, utilisant la photogravure partielle des couches. Ils ont l'inconvénient de polluer la couche semiconductrice dans sa partie active. On trouvera une description de ces procédés dans l'article de J.C. ERSKINE et A. CSERHATI intitulé "Cadmium selenide thin-film transistors" publié dans la revue "Journal of Vacuum Science Technology" vol. 15(6),
Nov/Dec 1978, pages 1823 à 1835.Other manufacturing methods have been developed, using partial photogravure of the layers. They have the disadvantage of polluting the semiconductor layer in its active part. A description of these processes can be found in the article by JC ERSKINE and A. CSERHATI entitled "Cadmium selenide thin-film transistors" published in the journal "Journal of Vacuum Science Technology" vol. 15 (6),
Nov / Dec 1978, pages 1823 to 1835.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de composants semiconducteurs et notamment de
T.C.M., qui évite tous ces inconvénients. Le procédé de l'invention utilise le principe de la photogravure tout en conservant un des avantages du procédé décrit plus haut, à savoir la réalisation de toutes les couches constituantes du
T.C.M. au cours d'un seul cycle de fabrication, ce qui évite la pollution des couches et des interfaces par des agents extérieurs. Mais, par rapport aux procédés connus, l'invention apporte les avantages suivants 1 - Le substrat peut être chauffé pendant le dépôt du semi
conducteur, ce qui conduit à une amélioration de la
cristallisation.The present invention relates to a method for manufacturing semiconductor components and in particular to
TCM, which avoids all these drawbacks. The method of the invention uses the principle of photoengraving while retaining one of the advantages of the method described above, namely the production of all the constituent layers of the
TCM during a single production cycle, which prevents pollution of the layers and interfaces by external agents. But, compared to known methods, the invention provides the following advantages 1 - The substrate can be heated during the deposition of the semi
conductor, which leads to an improvement in the
crystallization.
2 - La dimension du substrat peut être aussi grande que l'on
veut, dans la limite de l'homogénéité des dépôts.2 - The size of the substrate can be as large as
wants, within the limit of the homogeneity of the deposits.
3 - Les techniques de dépôt ne sont plus limitées à l'évapo
ration sous vide et l'on peut utiliser la pulvérisation
cathodique, le dépôt chimique par voie gazeuse, etc...3 - Deposit techniques are no longer limited to evapo
vacuum ration and spray can be used
cathodic, chemical deposition by gas, etc ...
4 - La définition des motifs est accrue par l'utilisation de
masques photographiques de grande précision, déjà utili
sés pour la réalisation des circuits intégrés.4 - The definition of the grounds is increased by the use of
high-precision photographic masks, already in use
for the production of integrated circuits.
5 - La complexité des circuits réalisés est plus grande et
atteint celle des circuits intégrés.5 - The complexity of the circuits carried out is greater and
reaches that of integrated circuits.
6 - Le processus de photogravure décrit plus bas réalise
l'auto-alignement de la grille sur le canal du T.C.M.,
ce qui supprime les capacités parasites grille-source et
grille-drain.6 - The photogravure process described below achieves
grid self-alignment on the TCM channel,
which removes the parasitic gate-source capacities and
grid-drain.
A cette fin, le procédé de l'invention comprend deux phases - A) dans une première phase
- on introduit le substrat dans une enceinte à dépôts,
- on effectue sur la totalité de ce substrat, et sans
remise en contact avec l'atmopshère extérieure, un
dépôt uniforme de quatre couches primaires successi
ves : une première couche de matériau isolant de pro
tection, une seconde couche de matériau semiconduc
teur, une troisième couche de matériau isolant,
d'épaisseur plus faible que la première couche, et
enfin une quatrième couche d'un métal, - B) et, dans une seconde phase
- on retire de l'enceinte à dépôts le substrat recou
vert de ces quatre couches,
- on soumet les trois dernières couches à des opéra
tions de photogravure et de dépôts annexes, opéra
tions appropriées à la structure du composant à
obtenir. To this end, the method of the invention comprises two phases - A) in a first phase
the substrate is introduced into a deposit enclosure,
- It is carried out on the whole of this substrate, and without
re-contact with the external atmosphere, a
uniform deposition of four successive primary layers
ves: a first layer of pro insulating material
tection, a second layer of semiconductor material
a third layer of insulating material,
thinner than the first layer, and
finally a fourth layer of a metal, - B) and, in a second phase
- the coated substrate is removed from the deposit vessel
green of these four layers,
- the last three layers are subjected to opera
photoengraving and depots, opera
appropriate to the structure of the component to
get.
De toute façon, les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 représente une coupe schématique du substrat obtenu après la première phase,
- la figure 2 représente une coupe schématique de la structure obtenue à divers stades de la deuxième phase.In any case, the characteristics and advantages of the present invention will appear better after the description which follows, of embodiments given by way of explanation and in no way limiting. This description refers to attached drawings in which
FIG. 1 represents a schematic section of the substrate obtained after the first phase,
- Figure 2 shows a schematic section of the structure obtained at various stages of the second phase.
La description qui suit se réfère à titre purement explicatif à la réalisation de T.C.M., mais il va de soi que l'invention est plus générale et s'applique à tout composant ou groupe de composants faisant intervenir des couches d'isolant, de semiconducteur et de métal déposées sur un substrat amorphe. The following description refers purely to the realization of TCM, but it goes without saying that the invention is more general and applies to any component or group of components involving layers of insulator, semiconductor and of metal deposited on an amorphous substrate.
La figure 1 représente en coupe schématique (ni les proportions, ni les dimensions ne sont respectées) un substrat 1 sur lequel sont déposées : une couche épaisse 2 de matériau isolant, une couche 3 de semiconducteur, une couche mince 4 d'isolant et enfin une couche métallique 5. Figure 1 shows in schematic section (neither the proportions nor the dimensions are respected) a substrate 1 on which are deposited: a thick layer 2 of insulating material, a layer 3 of semiconductor, a thin layer 4 of insulation and finally a metal layer 5.
Les conditions opératoires relatives à cette première phase peuvent être les suivantes
Le substrat 1 sur lequel on veut réaliser le circuit à T.C.M. est d'abord introduit dans une enceinte à dépôts. Quatre dépôts successifs sont réalisés, sans remise en contact avec l'atmosphère extérieure 1 - Dépit de la couche épaisse isolante 2.The operating conditions relating to this first phase may be as follows
The substrate 1 on which the TCM circuit is to be produced is first introduced into a deposit enclosure. Four successive deposits are made, without contacting the outside atmosphere 1 - Deposition of the thick insulating layer 2.
Pour protéger le circuit des impuretés pouvant être contenues dans le substrat, on dépose tout d'abord, après dégazage, une couche isolante épaisse 2. Cette couche servira de barrière pour les ions alcalins qui pourraient diffuser dans le semiconducteur et le détériorer. On peut utiliser par exemple, une couche d'alumine déposée par évaporation de saphir au canon à électrons.To protect the circuit from impurities which may be contained in the substrate, first deposit, after degassing, a thick insulating layer 2. This layer will act as a barrier for the alkaline ions which could diffuse into the semiconductor and damage it. One can use for example, a layer of alumina deposited by evaporation of sapphire with the electron gun.
2 - DéPôt du film semiconducteur 3.2 - Deposit of the semiconductor film 3.
Pour cette opération, on porte le substrat à une température aussi haute que possible (en général un peu au-dessous de 5000C si le substrat est en verre). Dans l'exemple décrit ici, le semiconducteur est du Séléniure de Cadmium -CdSedéposé par évaporation sous vide. La température du substrat est maintenue à 40O0C pendant le dépôt.For this operation, the substrate is brought to a temperature as high as possible (in general a little below 5000C if the substrate is made of glass). In the example described here, the semiconductor is Cadmium Selenide -CdSedeposited by vacuum evaporation. The temperature of the substrate is maintained at 40 ° C. during the deposition.
3 - DéPôt de la couche mince isolante 4.3 - Deposit of the insulating thin layer 4.
L'isolant de grille est ensuite disposé. De ses qualités diélectriques dépend le pouvoir de modulation de la grille.The gate insulator is then placed. On its dielectric qualities depends the power of modulation of the grid.
Son épaisseur déterminera la tension de claquage du transistor. Dans l'exemple décrit ici, on utilise une couche mince d'alumine préparée comme en 1). Its thickness will determine the breakdown voltage of the transistor. In the example described here, a thin layer of alumina prepared as in 1) is used.
4 - Dépôt du métal de grille 5.4 - Deposit of the gate metal 5.
On peut utiliser le molybdène évaporé au canon à électrons.You can use molybdenum evaporated with an electron gun.
A ce stade, les dépôts peuvent subir un traitement thermique approprié : recuit sous vide ou en atmosphère spéciale. At this stage, the deposits can undergo an appropriate heat treatment: annealing under vacuum or in a special atmosphere.
Après retrait de l'enceinte à dépôts, le substrat, sur lequel on vient de déposer les quatre couches primaires est ensuite soumis aux opérations de photogravure et de dépôts annexes propres à la deuxième phase. After removal from the deposition chamber, the substrate, on which the four primary layers have just been deposited, is then subjected to the photogravure and ancillary deposition operations specific to the second phase.
La photogravure consiste à utiliser une résine photosensible, sensibilisée à la lumière ultra-violette, à travers un masque photographique reproduisant le dessin désiré. Après développement et durcissement de la résine, les parties découvertes sont éliminées par gravure chimique. Photoengraving consists in using a photosensitive resin, sensitized to ultraviolet light, through a photographic mask reproducing the desired design. After development and hardening of the resin, the exposed parts are removed by chemical etching.
Après gravure, la couche protectrice de résine peut être facilement enlevée par dissolution dans un solvant approprié.After etching, the protective resin layer can be easily removed by dissolving in a suitable solvent.
Cette technique est couramment utilisée dans la fabrication des circuits intégrés et des transistors, mais ici, les étapes du processus de fabrication sont différentes et originales. Elles sont illustrées sur la figure 2, qui montre huit coupes a, b, c, d, e, f, g, h, correspondant aux huit phases suivantes a) Photogravure de la couche métallique 5 et de la couche
isolante 4 à l'aide d'un premier masque. Cette première
photogravure réalise des fenêtres 6 et 7 sur le semicon
ducteur et délimite les grilles 8 des T.C.M. Dans
l'exemple décrit ici, le molybdène et l'alumine non pro
tégés par la résine sont attaqués sélectivement par im
mersion dans dessolutions acides.This technique is commonly used in the manufacture of integrated circuits and transistors, but here, the stages of the manufacturing process are different and original. They are illustrated in FIG. 2, which shows eight sections a, b, c, d, e, f, g, h, corresponding to the following eight phases a) Photoengraving of the metal layer 5 and of the layer
insulating 4 using a first mask. This first
photogravure creates windows 6 and 7 on the semicon
conductor and defines the grids 8 of the TCM
the example described here, molybdenum and non-pro alumina
resin-coated are selectively attacked by im
mersion in acidic solutions.
b) Dépôt d'un métal diffusant 10 et diffusion de celui-ci
par recuit. Cette diffusion rend conductrices les par
ties 11 et 12 du semiconducteur 3 dégagées en a) ; le
métal diffusant peut être de l'aluminium ou du chrome,
et diffuser vers 4000C.b) Depositing a diffusing metal 10 and diffusing it
by annealing. This diffusion makes them conductive by
parts 11 and 12 of the semiconductor 3 released in a); the
diffusing metal can be aluminum or chromium,
and broadcast to 4000C.
c) Elimination du métal en excès par attaque chimique, la
quelle doit être sélective, puisqu'elle doit laisser in
tact le métal de grille 5.c) Removal of excess metal by chemical attack, the
which must be selective, since it must leave in
touch the gate metal 5.
d) A l'aide d'un deuxième masque, photogravure de la couche
semiconductrice afin de créer des fenêtres 14 et 15 qui
isolent les composants sur le substrat. Dans l'exemple
pris, le séléniure de cadmium peut être éliminé par une
solution de brome-méthanol.d) Using a second mask, photoetching of the layer
semiconductor to create windows 14 and 15 which
isolate the components on the substrate. In the example
taken, cadmium selenide can be removed by
bromine-methanol solution.
e) Dépôt d'un isolant épais 16, différent des isolants 1 et
4. I1 peut s'agir de SiO2 par exemple.e) Depositing a thick insulator 16, different from insulators 1 and
4. I1 can be SiO2 for example.
f) A l'aidé d'un troisième masque et d'une attaque chimique
sélective, ouverture de fenêtres 18, 19 et 20 dans
l'isolant épais, pour pouvoir venir prendre des contacts
sur la grille 8, la source 11 et le drain 12 de chaque
transistor.f) Using a third mask and a chemical attack
selective, opening of windows 18, 19 and 20 in
thick insulation, to be able to make contacts
on grid 8, source 11 and drain 12 of each
transistor.
g) Dépôt d'une couche 21 de métal de contacts. Ce métal
peut être l'aluminium par exemple.g) Deposition of a layer 21 of contact metal. This metal
can be aluminum for example.
h) A l'aide d'un quatrième masque, photogravure des
contacts. On obtient alors le contact 23 de la grille,
24 de la source et 25 du drain.h) Using a fourth mask, photoengraving of
contacts. We then obtain contact 23 of the grid,
24 from the source and 25 from the drain.
Le procédé de fabrication qui vient d'être décrit, par les avantages qu'il procure, étend le champ d'application du T.C.M. La possibilité de réaliser des circuits de grandes dimensions (la limite est imposée par l'homogénéité des dépôts et la capacité de l'aligneur de masque, mais on péut d'ores et déjà envisager la réalisation de circuits de plusieurs décimètres carrés) permet de concevoir des circuits de commande d'écrans plats, directement sur le support de l'écran, ce qui résout les problèmes de connectique. The manufacturing process which has just been described, by the advantages which it provides, extends the scope of the T.C.M. The possibility of making circuits of large dimensions (the limit is imposed by the homogeneity of the deposits and the capacity of the mask aligner, but we can already consider making circuits of several square decimetres) allows design flat screen control circuits, directly on the screen support, which solves connection problems.
La haute résolution de la photogravure autorise la réalisation -de circuits complexes (registre à décalage, mémoires, circuits de multiplexage, etc...) et rend possible la réalisation de circuits associés aux matrices de visualisation ou aux têtes de télécopie (lecture/restitution). The high resolution of photoengraving allows the creation of complex circuits (shift register, memories, multiplexing circuits, etc.) and makes it possible to produce circuits associated with display matrices or facsimile heads (reading / restitution ).
Claims (6)
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Cited By (1)
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DE3431155A1 (en) * | 1983-08-26 | 1985-03-14 | Sharp K.K., Osaka | THIN FILM TRANSISTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Citations (2)
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FR1440576A (en) * | 1964-07-23 | 1966-05-27 | Rca Corp | Semiconductor device |
DE2140333A1 (en) * | 1971-08-11 | 1973-02-15 | Winkhaus Fa August | TURN & TILT FITTING FOR WINDOWS AND DOORS OR THE LIKE |
-
1979
- 1979-06-22 FR FR7916083A patent/FR2460039A1/en active Granted
Patent Citations (2)
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DE3431155A1 (en) * | 1983-08-26 | 1985-03-14 | Sharp K.K., Osaka | THIN FILM TRANSISTOR AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
Also Published As
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