СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ УПРАВЛЕНИЯ МАТРИЧНОГО ЖК-ЭКРАНА (ЕГО ВАРИАНТЫ) Российский патент 1994 года по МПК G02F1/13 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах визуального отображения информации.

Известен способ изготовления матрицы нелинейных элементов со структурой металл-диэлектрик-металл (МДМ) для управления ЖК-экранами, заключающийся в формировании методом фотолитографии с использованием позитивного фоторезиста на изолирующей подложке прозрачных электродов элементов отображения из оксида индия-олова, методом взрывной фотолитографии танталовых электродов с периферийными контактными площадками, формировании электрохимическим окислением на танталовых электродах слоя диэлектрика с фотолитографией с использованием позитивного фоторезиста хромовых электродов МДМ-структур. Недостатками известного способа являются невозможность использования в качестве рабочей зоны всей площади подложки из-за наличия валика фоторезиста на краях подложки при нанесении фоторезиста, так как требуется увеличивать время засветки в 3-4 раза, чтобы проэкспонировать более толстый слой фоторезиста по краям подложки, а это приводит к уходу топологических размеров по полю, а также использование экспонирования с обратной стороны подложки, что приводит к повышению требований к прозрачности изолирующей подложки и сформированных на ней слоев в диапазоне экспонирующего излучения.

Наиболее близким по технической сущности к данному способу изготовления элементов управления матричного ЖК-экрана является выбранный в качестве прототипа способ изготовления, заключающийся в последовательном выполнении следующих операций: напыление слоя тантала (Та) на изолирующую подложку, нанесение слоя позитивного фоторезиста Shipley 1350). Фотолитография по рисунку танталовых электродов с периферийными контактными площадками, плазмохимическое травление слоя тантала по сформированному рисунку, анодирование, нанесение и фотолитографическая обработка хрома и оксида индия-олова для формирования верхних электродов МДМ-элементов и прозрачных электродов элементов отображения также путем использования позитивного фоторезиста.

Недостатком известного способа изготовления активной матрицы является невозможность получения требуемой зоны отображения указанным фотолитографическим способом из-за наличия утолщения фоторезиста по краям подложки, получающегося в результате нанесения фоторезиста методом центрифугирования, что уменьшает рабочую зону используемой подложки.

Целью изобретения является увеличение зоны отображения ЖК-экрана.

Указанная цель достигается тем, что:
1. В способе изготовления элементов управления матричного ЖК-экрана, заключающемся в том, что формируют на изолирующей подложке первые электроды нелинейных элементов со структурой "металл-диэлектрик-металл" из тантала, покрытых слоем диэлектрика, с периферийными контактными площадками, прозрачные электроды элементов отображения из прозрачного проводящего материала и вторые электроды нелинейных элементов путем нанесения слоя материала, слоя фоторезиста, экспонирования по требуемому рисунку, проявления и травления материалов через сформированную фоторезистивную маску, формирование фоторезистивной маски для травления прозрачных электродов элементов отображения и вторых электродов нелинейных элементов производят путем нанесения слоя позитивного фоторезиста, экспонирования при изготовлении электродов элементов отображения по негативному изображению электродов элементов отображения, а при изготовлении вторых электродов нелинейных элементов - по негативному изображению вторых электродов и обращения фоторезиста с последующим проявлением, затем проводят травление через сформированную маску.

2. В способе изготовления элементов управления матричного ЖК-экрана, заключающемся в том, что формируют на изолирующей подложке первые электроды нелинейных элементов со структурой "металл-диэлектрик-металл" из тантала, покрытых слоем диэлектрика, с периферийными площадками, прозрачные электроды элементов отображения из прозрачного проводящего материала и вторые электроды нелинейных элементов путем нанесения слоя материала, слоя фоторезиста, экспонирования по требуемому рисунку, проявления и травления материала через сформированную фоторезистивную маску, формирование фоторезистивной маски для травления прозрачных электродов элементов отображения и вторых электродов нелинейных элементов производят путем нанесения слоя негативного фоторезиста, экспонирования при изготовлении электродов элементов отображения по негативному изображению электродов элементов отображения, а при изготовлении вторых электродов нелинейных элементов - по негативному изображению вторых электродов с последующим проявлением, затем проводят травление через сформированную маску.

На фиг. 1 схематически изображена обрабатываемая изолирующая подложка со сформированной топологией и зона экспонирования установки экспонирования и совмещения; на фиг. 2 - 7 - разрезы фрагмента активной матрицы и схема технологического процесса.

Активная матрица включает в себя изолирующую подложку 1, слой диэлектрика 2, нанесенный на подложку и выполняющий функцию стоп-слоя, танталовые электроды 3 с верхним пассивирующим диэлектриком 4 и боковым тонким анодным оксидом тантала 5, прозрачные проводящие электроды 6 элементов отображения ЖК-экрана, которые через МДМ-элементы 7 со структурой Та-Та₂О₅-Cr последовательно соединены с танталовыми электродами 3.

Заявляемый способ изготовления активной матрицы включает в себя следующие основные этапы технологических операций по п. 1;
а) формирование на изолирующей подложке подслоя из оксида тантала (Al₂O₃, SiO₂, Si₃N₄ и т.д.);
б) Напыление пленки тантала;
в) Нанесение слоя позитивного фоторезиста;
г) Экспонирование по рисунку управляющих шин с контактными площадками, проявление и сушка сфоpмированной фоторезистивной маски;
д) Плазмохимическое травление танталовой пленки по сформированному рисунку;
е) Формирование пленки оксида тантала на управляющих шинах методом электрохимического окисления танталовых шин;
ж) Напыление пленки хрома;
з) Нанесение слоя позитивного фоторезиста, экспонирование по негативному рисунку вторых электродов МДМ элементов;
и) Проведение операции обращения фоторезиста, проявление и сушка сформированной маски;
к) Травление пленки хрома через сформированную маску;
л) Напыление пленки оксида индия-олова;
м) Нанесение слоя позитивного фоторезиста, экспонирование по негативному рисунку прозрачных электродов элементов отображения;
н) Проведение операции обращения фоторезиста, проявление и сушка сформированной маски;
о) Травление пленки оксида индия-олова через сформированную фоторезистивную маску.

Заявляемый способ изготовления активной матрицы по п. 2 отличается от описанных этапов изготовления по п. 1 тем, что для формирования маски для травления слоев хрома и оксида индия-олова используется негативный фоторезист и, следовательно, не требуется проведение операции обращения фоторезиста.

Как видно из перечисленных этапов изготовления, для формирования элементов матрицы (кроме танталовых электродов с периферийными контактными площадками) используются негативные фотошаблоны и, следовательно, рабочую зону такого фотошаблона можно сделать равной зоне отображения ЖК-экрана, поскольку все слои активной матрицы, кроме первого, содержат топологические элементы только в зоне отображения ЖК-экрана. В случае же использования позитивного фоторезиста - необходимо производить засветку зоны матрицы, включающей и периферийные контактные площадки. Таким образом, если принять за диаметр зоны отображения ЖК-экрана величину D₁, а за диаметр зоны, включающий всю площадь ЖК-экрана D₂, то диагональ ЖК-экрана изготовленного предлагаемым способом, будет отличаться на величину D=D₂-D₁ от возможной диагонали ЖК-экрана, изготовленного по известному способу изготовления.

П р и м е р. На основании предложенного способа изготовления были изготовлены активные матрицы МДМ-элементов для управления ЖК экранами информационной емкостью 640х400 с зоной отображения 96х128 мм. Технологический процесс включал в себя следующие основные операции;
а) Формирование на изолирующей подложке размером 150х150 мм подслоя из оксида тантала толщиной 50-100 нм путем напыления;
б) Напыление пленки тантала 300 нм;
в) Нанесение и сушка слоя позитивного фоторезиста ФП 4-04;
г) Экспонирование слоя позитивного фоторезиста по рисунку управляющих шин с контактными площадками, проявление и сушка сформированной фоторезистивной маски;
операции а)-г) изображены на фиг. 2;
д) Плазмохимическое травление танталовой пленки по сформированному рисунку в среде CF₄/О₂;
е) Формирование пленки оксида тантала на управляющих шинах методом электрохимического окисления танталовых шин в 0,1%-ном водном растворе лимонной кислоты;
операции д)-е) изображены на фиг. 3.

ж) Напыление пленки хрома 100 нм;
в) Нанесение и сушка слоя позитивного фоторезиста ФП 4-04, экспонирование и совмещение по негативному рисунку вторых электродов МДМ элементов;
и) Задубливание проэкспонированного слоя фоторезиста при температуре 100^оС 30 мин, засветка проэкспонированного и задубленного слоя фоторезиста 2 мин 30 с, проявление слоя фоторезиста в 0,3%-ном растворе КОН;
операции ж) - и) изображены на фиг. 4.

к) Травление пленки хрома через сформированную маску в цериевом травителе (см. фиг. 5);
л) Напыление пленки оксида индия-олова 1000 Ом/кВ;
м) Нанесение слоя позитивного фоторезиста ФП 4-04, экспонирование и совмещение по негативному рисунку прозрачных электродов элементов отображения;
н) Задубливание проэкспонированного слоя фоторезиста при температуре 100^оС 30 мин, засветка проэкспонированного и задубленного слоя фоторезиста 2 мин 30 с, проявление слоя фоторезиста в 0,3%-ном растворе КОН;
операции л) - н) изображены на фиг. 6;
о) Травление пленки оксида индия-олова через сформированную фоторезистивную маску (см. фиг. 7).

Операции ж, з, и, к могут быть выполнены после операции л, м, н, о.

При использовании негативного фоторезиста в примере конкретной реализации для формирования вторых электродов МДМ элементов и прозрачных электродов элементов отображения вместо операций:
з, м) Нанесение и сушка слоя позитивного фоторезиста ФП 4-04, экспонирование слоя позитивного фоторезиста на установке экспонирования и совмещения по негативному рисунку;
и, н) Задубливание проэкспонированного слоя фоторезиста при температуре 100^оС 30 мин, засветка проэкспонированного и задубленного фоторезиста на установке экспонирования 2 мин 30 с, проявление слоя фоторезиста в 0,3%-ном растворе КОН, промывка и сушка;
производятся следующие операции:
з, м) Нанесение и сушка негативного фоторезиста, экспонирование негативного фоторезиста;
и, н) Проявление, промывка и сушка негативного фоторезиста.

Преимущества предлагаемого способа изобретения:
использование всей рабочей зоны фотолитографического оборудования;
устранение трудностей, связанных с удалением фоторезиста с краев подложек;
воспроизводимость топологических элементов в предлагаемом способе изготовления активной матрицы, за счет использования оптимальных режимов засветки фоторезиста.

Сущность: способ изготовления элементов управления матричного ЖК-экрана, заключается в том, что формируют на изолирующей подложке первые электроды нелинейных элементов со структурой металл-диэлектрик-металл из тантала, покрытых слоем диэлектрика, с периферийными контактами площадки. В первом варианте изготовления формирование фоторезистивной маски для травления прозрачных электродов элементов отображения и вторых электродов нелинейных элементов производят путем нанесения слоя позитивного фоторезиста, экспонирования при изготовлении электродов элементов отображения по негативному изображению электродов элементов отображения. При изготовлении вторых электродов нелинейных элементов по негативному изображению вторых электродов и обращение фоторезиста с последующим проявлением, затем проводят травление через сформированную маску. Во втором варианте изготовления формирование фоторезистивной маски для травления прозрачных электродов элементов отображения и вторых электродов нелинейных элементов производят путем нанесения слоя негативного фоторезиста, экспонирования при изготовлении электродов элементов отображения по негативному изображению электродов элементов отображения. При изготовлении вторых электродов нелинейных элементов по негативному изображению вторых электродов с последующим проявлением, затем проводят травление через сформированную маску. 2 с.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ изготовления элементов управления матричного ЖК-экрана, заключающийся в том, что формируют на изолирующей подложке первые электроды нелинейных элементов со структурой металл - диэлектрик - металл из тантала, покрытые слоем диэлектрика, с периферийными контактными площадками, прозрачные электроды элементов отображения из прозрачного проводящего материала и вторые электроды нелинейных элементов путем нанесения слоя проводящего материала, слоя фоторезиста, экспонирования по требуемому рисунку, проявления и травления материалов через сформированную фоторезистивную маску, отличающийся тем, что, с целью увеличения зоны отображения экрана, формирование фоторезистивной маски для травления прозрачных электродов элементов отображения и вторых электродов нелинейных элементов производят путем нанесения слоя позитивного фоторезиста, экспонирования при изготовлении электродов элементов отображения по негативному изображению электродов элементов отображения, а при изготовлении вторых электродов нелинейных элементов - по негативному изображению вторых электродов и обращения фоторезиста с последующим проявлением, затем проводят травление через сформированную маску. 2. Способ изготовления элементов управления матричного ЖК-экрана, заключающийся в том, что формируют на изолирующей подложке первые электроды нелинейных элементов со структурой металл - диэлектрик - металл из тантала, покрытые слоем диэлектрика, с периферийными контактыми площадками, прозрачные электроды элементов отображения из прозрачного проводящего материала и вторые электроды нелинейных элементов путем нанесения слоя проводящего материала, слоя фоторезиста, экспонирования по требуемому рисунку, проявления и травления материалов через сформированную фоторезистивную маску, отличающийся тем, что, с целью увеличения зоны отображения экрана, формирование фоторезистивной маски для травления прозрачных электродов элементов отображения и вторых электродов нелинейных элементов производят путем нанесения слоя негативного фоторезиста, экспонирования при изготовлении электродов элементов отображения по негативному изображению электродов элементов отображения, а при изготовлении вторых электродов нелинейных элементов - по негативному изображению вторых электродов с последующим проявлением, затем проводят травление через сформированную маску.