RU1762690C

RU1762690C - Способ изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов для управления жидкокристаллическим индикатором

Info

Publication number: RU1762690C
Authority: RU
Inventors: Н.П. Абаньшин; В.А. Высоцкий; Н.Г. Кузьмин; В.В. Митрохин; В.П. Севостьянов; А.Г. Смирнов; А.Б. Усенок
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Волга"
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1994-08-30

Abstract

Использование: изобретение относится к электронной технике и предназначено для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем. Сущность: способ включает следующие операции. На прозрачную диэлектрическую подложку наносят слой прозрачного токопроводящего материала и формируют элементы изображения. Формируют электроды затворов управляющих шин, подзатворного диэлектрика и активных областей. Их формируют путем последовательного нанесения вентильного металла, диэлектрического и полупроводникового слоев и их совместного травления. Затем на боковых поверхностях электродов затворов и проводящих шин анодированием формируют слой диэлектрика. Для этого подложку погружают в электролит и подводят потенциал к управляющим шинам и электродам затворов. Наносят токопроводящий слой и формируют электроды истока, стока и информационные шины. Способ позволяет изготовить матрицы транзисторов с повышенным пробивным напряжением между шинами разных уровней металлизации. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к созданию знакосинтезирующей электроники и может быть использовано в автоматике и вычислительной технике в устройствах визуального отображения информации, в частности в жидкокристаллических (ЖК) экранах для контрольно-измерительной аппаратуры, портативных мини ЭВМ, телевизорах и т.д.

Известен способ изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов (ТПТ) для управления жидкокристаллическим индикатором (ЖКИ), заключающийся в формировании на прозрачной диэлектрической подложке металлических электродов затворов и управляющих шин последовательном осаждении слоев подзатворного диэлектрика, активного и пассивирующего слоев, фотолитографии с применением засветки фоторезиста с обратной стороны подложки, травлении пассивирующего слоя в открытых местах, осаждении слоев легированного полупроводникового материала и токопроводящего материала, удалении участков фоторезиста над электродами затворов и управляющими шинами, формировании элементов отображения, формировании электродов стока, истока и информационных шин.

Наиболее близким по технической сущности является способ изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов. Данный способ включает в себя следующие операции: нанесение на прозрачную диэлектрическую подложку слоя прозрачного токопроводящего материала, формирование элементов отображения, нанесение металлической пленки, формирование электродов затворов и управляющих шин, нанесение диэлектрического и полупроводникового слоев, формирование подзатворного диэлектрика и активных областей путем совместного травления полупроводникового и диэлектрического слоев, нанесение токопроводящего слоя, формирование электродов стока, истока и информационных шин.

Недостатком известного способа является сложность процесса изготовления за счет того, что для формирования электродов затворов и управляющих шин, активных слоев, элементов отображения, электродов стока, истока и информационных шин необходимо проведение не менее четырех операций фотолитографии, что принципиально усложняет и значительно удорожает процесс изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов и ЖК индикаторов в целом.

Цель изобретения - упрощение процесса изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов для управления ЖКИ. Для этого в способе изготовления матрицы тонкопленочных транзисторов для управления жидкокристаллическим индикатором, включающем нанесение на прозрачную диэлектрическую подложку слоя прозрачного токопроводящего материала, формирование элементов отображения, формирование электродов затворов и управляющих шин, подзатворного диэлектрика и активных областей, нанесение токопроводящего слоя, формирование электродов стока, истока и информационных шин, формирование электродов затворов и управляющих шин, подзатворного диэлектрика и активных областей проводят путем последовательного нанесения вентильного металла, диэлектрического и полупроводникового слоев и их совместного травления, а после формирования электродов затворов и управляющих шин на их боковых поверхностях формируют анодированием слой диэлектрика путем погружения подложки в электролит и подвода потенциала к управляющим шинам и электродам, затворов. Кроме того, в качестве токопроводящего слоя наносят слой прозрачного токопроводящего материала, а формирование элементов отображения проводят одновременно с формированием электродов стока, истока и информационных шин.

На фиг. 1 и 2 изображен фрагмент матрицы токнопленочных транзисторов, поперечный разрез; на фиг. 3 - эквивалентная схема элемента отображения ЖКИ.

На фиг. 1-3 введены следующие обозначения: 1 - прозрачная диэлектрическая подложка; 2 - элементы отображения (токопроводящий материал); 3 - вентильный металл; 4 - диэлектрический слой; 5 - активный полупроводниковый слой; 6 - вскрытые боковые поверхности электродов затворов; 7 - электроды стока; 8 - электроды истока; 9 - информационные шины; 10 - тонкопленочный транзистор; 11 - управляющие шины.

Матрицы ТПТ для управления ЖКИ включают в себя набор идентичных ТПТ 10, сформированных на прозрачной диэлектрической подложке 1. Затворы ТПТ в каждой строке объединены управляющими шинами 11, истоки 8 ТПТ в каждом столбце соединены между собой информационными шинами 9. Сток 7 каждого транзистора соединен с управляемым им элементом отображения 2. Каждый транзистор представляет собой многослойную тонкопленочную структуру и состоит из электрода затвора 3, пленки подзатворного диэлектрика 4, активного полупроводникового слоя 5, электродов стока 7 и истока 8. Активный полупроводниковый слой 5 расположен над электродом затвора 3 и управляющей шиной 11, а электроды стока 7 и истока 8 частично перекрывают электрод затвора 3 и находятся в электрическом контакте с полупроводниковым слоем 5.

Матрица ТПТ функционирует следующим образом.

На управляющие шины 11 матрицы последовательно подаются управляющие импульсы напряжения. В каждый момент времени управляющее напряжение подается на шину только одной строки. Все элементы отображения 2 через емкости ЖК ячеек электрически соединены с общим электродом, находящимся на второй подложке ЖКИ, на который подан нулевой уровень напряжения.

Таким образом, все ТПТ выбранной строки, работающие как МДП-транзисторы с индуцированным каналом, оказываются открытыми.

Одновременно с адресацией строки сразу на все информационные шины 9 подаются информационные импульсы напряжения, полярность которых зависит от того, в какое состояние необходимо перевести данную точку данной строки (должна она быть темной или светлой на экране ЖКИ). В зависимости от полярности приложенного напряжения происходит заряд или разряд емкости элементарной ЖК ячейки, под действием которых происходит изменение состояния ЖК вещества в данной точке строки. В следующий момент времени управляющий импульс напряжения снимается с выбранной строки и подается на следующую управляющую шину 11. Все транзисторы 10 запираются и элементы отображения 2 хранят информацию в виде заряда в течение кадра до прихода следующего информационного импульса.

П р и м е р 1. Технологический процесс изготовления матрицы ТПТ для управления ЖКИ (п. 1 способа), представленный на фиг. 1, включает в себя следующие операции:
нанесение на всю поверхность предварительно очищенной диэлектрической подложки 1 слоя прозрачного токопроводящего материала 2;
фотолитография и формирование элементов отображения 2 (фиг.1,а);
последовательное формирование на всей поверхности подложки слоя вентильного металла 3 диэлектрического 4 и полупроводникового 5 слоев;
фотолитография по рисунку электродов и управляющих шин;
последовательное травление полупроводникового 5, диэлектрического 4 слоев, слоя вентильного металла 3 и удаление фоторезиста (фиг.1,б);
электрохимическое окисление вскрытых боковых поверхностей 6 электродов затворов и управляющих шин (фиг.1,в);
напыление на всю поверхность пленки токопроводящего материала;
фотолитография и формирование электродов стока 7, истока 8 и управляющих шин.

Таким образом, для изготовления матрицы ТПТ для управления ЖКИ по данному способу необходимо три операции фотолитографии против минимум четырех в известном способе.

П р и м е р 2. Технологический процесс изготовления матрицы ТПТ для управления ЖКИ (по п.2 способа), показан на фиг.2 и включает в себя следующие операции:
последовательное формирование на всей поверхности предварительно очищенной диэлектрической подложки 1 слоя вентильного металла 3, диэлектрического 4 и полупроводникового 5 слоев;
фотолитография по рисунку электродов затворов и управляющих шин;
последовательное травление полупроводникового 5, диэлектрического 4 слоев, слоя вентильного металла 3 и удаление фоторезиста (фиг.2а);
электрохимическое окисление вскрытых боковых поверхностей 6 электродов затворов и управляющих шин (фиг.2,б);
нанесение на всю поверхность слоя прозрачного токопроводящего материала 2;
фотолитография и формирование элементов отображения 2, электродов стока 7, истока 8 и информационных шин 9.

Таким образом, для изготовления матрицы ТПТ по п.2 формулы необходимо всего две операции фотолитографии против четырех в известном способе.

Исследования показали, что способ изготовления матрицы ТПТ по п.1, формулы изобретения является более предпочтительным для ЖКИ большой информационной емкости (с числом строк более 300). Это связано с тем, что минимальное удельное сопротивление стабильно воспроизводимых прозрачных токопроводящих слоев на сегодня составляет 10 Ом/ . При увеличении размера матрицы ТПТ постоянная времени заряда RC-цепочки (где R - сопротивление информационной шины, С - суммарная емкость ЖК-ячеек, управляемых данной информационной шиной) возрастает настолько, что "дальние" от контактной площадки ЖК-ячейки не успевают заряжаться и разряжаться, что приводит к снижению контраста и угла обзора ЖКИ. Способ изготовления матрицы ТПТ по п.2 формулы эффективен при числе сборок ЖКИ не более 300.

Преимущества предлагаемого способа изготовления матрицы ТПТ для управления ЖКИ состоят в следующем:
способ позволяет упростить процесс изготовления матрицы ТПТ за счет уменьшения числа фотолитографических операций;
способ позволяет формировать на вскрытых боковых поверхностях электродов затворов и управляющих шин диэлектрический слой толще, чем слой подзатворного диэлектрика, что приводит к увеличению пробивного напряжения между затвором и истоком, затвором и стоком при сохранении всех остальных характеристик ТПТ на прежних значениях. Увеличивается также пробивное напряжение между шинами разных уровней металлизации - информационными и управляющими. Известный способ не позволяет значительно увеличить толщину слоя диэлектрика (свыше 0,3 мкм), т.к. наряду с ростом толщины диэлектрика на боковых поверхностях электродов затворов и управляющих шин, диэлектрик такой же толщины осаждается сверху электрода затвора, где он служит подзатворным. Увеличение толщины последнего свыше 0,3 мкм наряду с ростом пробивного напряжения между истоком и затворами, стоками и затворами ТПТ, ведет к увеличению порогового напряжения до 7-10 В, снижению полевой подвижности носителей в канале до 0,05-0,1 см²/В ˙с;
способ позволяет повысить процент выхода годных на 8-10% по п.1 формулы и на 14-16% по п.2 формулы изобретения по сравнению с известным способом (прототипом) за счет уменьшения числа фотолитографических операций и связанным с этим уменьшением вероятности рассовмещения слоев матрицы ТПТ относительно друг друга.

Claims

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЦЫ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМ ИНДИКАТОРОМ, включающий нанесение на прозрачную диэлектрическую подложку слоя прозрачного токопроводящего материала, формирование элементов отображения, формирование электродов затворов и управляющих шин, подзатворного диэлектрика и активных областей, нанесение токопроводящего слоя, формирование электродов стока, истока и информационных шин, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологического процесса, формирование электродов затворов и управляющих шин, подзатворного диэлектрика и активных областей проводят путем последовательного нанесения вентильного металла, диэлектрического и полупроводникового слоев и их совместного травления, а после формирования электродов затворов и управляющих шин на их боковых поверхностях формируют анодированием слой диэлектрика путем погружения подложки в электролит и подвода потенциала к управляющим шинам и электродам затворов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве токопроводящего слоя наносят слой прозрачного токопроводящего материала, а формирование элементов отображения проводят одновременно с формированием электродов стока, истока и информационных шин.