СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ МАТРИЦ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЭКРАНОВ Российский патент 1996 года по МПК H01L31/18 

Областью применения изобретения является изготовление оптоэлектронных устройств отображения информации, в частности, изготовление матриц тонкопленочных транзисторов жидкокристаллических экранов. Возможно применение изобретения для изготовления электронных устройств обработки информации и управления.

Известен способ изготовления тонкопленочных транзисторов на аморфном кремнии (Патент Великобритании N 2212661, кл. H 01 L 29/78 от 21.12.88), включающий формирование на изолирующей подложке электрода затвора, нанесение изолирующего слоя, формирование слоя из аморфного кремния, нанесение защитного изолирующего слоя, формирование маски в соответствии с рисунком электрода затвора, травление защитного изолирующего слоя до слоя из аморфного кремния, удаление маски, нанесение слоя легированного кремния, содержащего донорные или акцепторные примеси, формирование маски и локальное травление слоя легированного кремния и слоя из аморфного кремния, удаление маски, нанесение материала электродов, формирование рисунка электродов и локальное стравливание слоя легированного кремния с поверхности слоя из аморфного кремния под защитой электродов.

Недостатком данного способа является снижение выхода годных вследствие невоспроизводимости процесса травления слоя легированного кремния в области между электродами из-за экранирующего воздействия электродов. Данный эффект особенно сильно выражен, в частности, при использовании в качестве электродов широко применяемой в технологии пленки алюминия и жидкостном химическом травлении слоя легированного кремния. Другим недостатком данного способа является снижение выхода годных изделий и их надежности вследствие возможности подтрава затворного диэлектрика через дефекты в слое аморфного кремния при травлении защитного изолирующего слоя.

Недостатком данного способа является также ухудшение параметров транзистора из-за деградирующего влияния процесса осаждения защитного изолирующего слоя на пленку аморфного кремния.

Известен способ изготовления тонкопленочного транзистора (Заявка Японии 63-224259 от 19.09.88, кл. H 01 L 29/78, H 01 L 27/12), включающий формирование на изолирующей подложке затворного электрода, нанесение изолирующей пленки, нанесение слоя аморфного гидрогенизированного кремния, нанесение проводящего контактного слоя, формирование маски и локальное травление контактного слоя и слоя аморфного гидрогенизированного кремния, удаление маски, формирование истокового и стокового электродов, локальное стравливание контактного слоя над слоем аморфного гидрогенизированного кремния в области между электродами с использованием их в качестве маски.

Данный способ является наиболее близким к предлагаемому изобретению.

Недостатком данного способа является снижение выхода годных и надежности изделий вследствие невоспроизводимости процесса локального травления контактного слоя из-за экранирующего воздействия электродов, особенно при применении в качестве материала электродов алюминия и жидкостного химического травления контактного слоя. Данные недостатки имеют место также вследствие отсутствия возможности контроля окончания процесса травления контактного слоя, особенно при широко применяемом в настоящее время групповом жидкостном химическом травлении, так как травление проводится на незначительной площади размером до 100^oC150 мкм не различимой при визуальном контроле и недостаточной для автоматизированного контроля, например оптическими методами. Недотрав контактного слоя приводит к закорачиванию электродов истока и стока. Кроме того, при использовании в качестве контактного слоя легированного кремния, нашедшего широкое распространение в производстве матриц тонкопленочных транзисторов для жидкокристаллических экранов, возможно частичное или полное стравливание слоя аморфного кремния, что приведет к ухудшению электрофизических характеристик прибора или полной неработоспособности. Кроме того, данный способ требует высокой селективности травления контактного слоя по отношению к слою аморфного кремния.

Поставленной технической задачей данного изобретения является повышение выхода годных и надежности изделий, а также снижение разброса электрофизических характеристик транзисторов, в частности, по величине тока во включенном и выключенном состояниях.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе изготовления тонкопленочных транзисторов жидкокристаллических экранов, включающем формирование на прозрачной изолирующей подложке затворных электродов, нанесение изолирующей пленки, нанесения слоя аморфного гидрогенизированного кремния, нанесение контактного слоя легированного кремния, формирование рисунка по слою аморфного гидрогенизированного кремния и контактному слою легированного кремния, вскрытие окон в изолирующей пленке, создание электродов истока, стока и разводки, а также операции формирования прозрачных электродов, после нанесения слоя аморфного гидрогенизированного кремния формируют маску, локально травят слой аморфного гидрогенизированного кремния, удаляют маску, наносят контактный слой легированного кремния, формируют маску в виде островков в местах контактирования электродов со слоем аморфного гидрогенизированного кремния, локально травят контактный слой легированного кремния с контролем травления по оптическим характеристикам подложки с нанесенными на нее слоями, удаляют маску, вскрывают окна, формируют электроды истока, стока и разводку.

Контактный слой легированного кремния наносят толщиной 0,02 мкм, контроль травления осуществляют визуально, травление контактного слоя легированного кремния, имеющего поглощение света в видимой области спектра, завершают после удаления с прозрачной части подложки и 20% перетрава по времени.

Указанное выполнение способа изготовления тонкопленочных транзисторов в жидкокристаллических экранах позволяет снизить разброс электрофизических характеристик транзисторов, в частности, по величине тока во включенном и выключенном состояниях, что ведет к повышению выхода годных и надежности изделий.

В изобретении впервые используется данная совокупность операций и их последовательность, включая формирование после нанесения слоя аморфного гидрогенизированного кремния маски, локальное травление слоя аморфного гидрогенезированного кремния, удаление маски, нанесение контактного слоя легированного кремния, формирование маски в виде островков в областях расположения контактов слоя аморфного гидрогенизированного кремния и электродов, локальное травление контактного слоя легированного кремния до удаления с незащищенных маской поверхностей с контролем травления по оптическим характеристикам подложки с нанесенными на нее слоями и удаление маски, что позволяет получить новый технический результат.

Необходимость перетрава пленки легированного кремния обусловлена, в частности, наличием неравномерности толщины пленки, а также возможностью наличия недотравленных участков сразу после удаления непрозрачной пленки невидимых невооруженным глазом. Двадцатипроцентная по времени травления величина перетрава пленки обусловлена тем, что разброс толщины пленки, как правило, не превышает двадцати процентов.

Поставленная техническая задача достигается, в частности, тем, что указанная совокупность и последовательность операций делает возможным контроль процесса стравливания контактной пленки легированного кремния и включает такой контроль. Возможность контроля обусловлена тем, что пленки кремния, как известно, имеют поглощение света в видимой и ИК-областях спектра, а также тем, что контактный слой легированного кремния располагается своей частью на прозрачных областях подложки. Контроль травления позволяет исключить как недотрав контактного слоя легированного кремния и закорачивание электродов истока и стока, так и перетрав, при котором происходит утонение активного слоя аморфного гидрогенизированного кремния, что приводит к неконтролируемому изменению параметров тонкопленочного транзистора, вплоть до обрыва канала. Контроль может осуществляться как аппаратными средствами, так и визуально невооруженным глазом, (в видимой области спектра). Визуальный контроль отличается тем, что часть контактного слоя легированного кремния расположенная на прозрачных областях подложки составляет более 80^oC90% от всей площади подложки, так как большую часть подложки занимают области расположения световых ключей, что принципиально важно для жидкокристаллических экранов.

Контроль аппаратными средствами целесообразно сочетать с индивидуальной обработкой подложек на автоматизированном оборудовании.

Исключение неконтролируемого перетрава слоя аморфного гидрогенизированного кремния при травлении контактного слоя легированного кремния снижает требования к селективности травления зависящей, в частности, от срока хранения травителя и количества обработанных пластин. Снижаются также требования к воспроизводимости толщины легированного кремния и воспроизводимости скорости его травления.

Снятие этих проблем обеспечивает, в свою очередь, повышение выхода годных изделий и их надежность, уменьшение разброса характеристик транзисторов, повышает технико-экономические характеристики изделия.

Предлагаемое изобретение включает в себя известные операции, однако в предлагаемой новой совокупности и последовательности достигается новый эффект, обеспечивающий решение поставленной задачи.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 7 представлены основные этапы изготовления тонкопленочного транзистора по предлагаемому способу в виде схематического изображения части разреза изготавливаемых структур.

На фиг. 1 представлен разрез структуры после формирования на прозрачной изолирующей подложке 1 затворного электрода 2.

На фиг. 2 представлен разрез структуры после нанесения изолирующей пленки 3 и слоя аморфного гидогенизированного кремния 4.

На фиг. 3 представлен разрез структуры после формирования маски 5.

На фиг. 4 представлен разрез структуры после травления слоя аморфного гидрогенизированного кремния и удаления маски.

На фиг. 5 представлен разрез структуры после нанесения контактного слоя легированного кремния 6.

На фиг. 6 представлен разрез структуры после формирования маски в виде островков в областях расположения контактов слоя аморфного гидрогенизированного кремния и электродов, локального травления контактного слоя легированного кремния и удаления маски с образованием островков из легированного кремния 7.

На фиг. 7 представлен разрез структуры после формирования электродов 8.

Пример изготовления тонкопленочных транзисторов в составе матрицы для жидкокристаллических экранов, включая прозрачные проводящие электроды.

На подложку из стекла по ТУ6-43-0205133, прошедшую операции резки и обработки поверхности наносили пленку SiO₂ толщиной 0,15 мкм методом осаждения в плазме ВЧ-разряда из смеси на основе моносилана и закиси азота при температуре 280^oC. ВЧ магнетронным распылением мишени из In₂O₃ наносили пленку In₂O₃ с поверхностным сопротивлением 30 Ом/□,, формировали маску фоторезиста ФП 051Т под травление электрода дополнительной емкости, травили пленку In₂O₃ в травителе HCl:H₂O, удаляли маску в диметилформамиде. Проводили гидродинамическую обработку подложек в воде на установке кистьевой мойки, отмывали подложки в диметилформамиде, наносили пленку SiO₂ толщиной 0,5 мкм методом осаждения в ВЧ плазме из смеси на основе моносилана и закиси азота. С использованием техники фотолитографического маскирования вскрывали окна в пленке SiO₂ до In₂O₃ электрода. Травление осуществляли в травителе HF:H₂O:CH₃COOH: NH₄F= 20: 300: 300: 200 объемных частей, снимали маску и проводили отмывку пластин в диметилформамиде.

При формировании тонкопленочных транзисторов наносили пленку хрома толщиной 0,15 мкм методом магнетронного распыления мишени в аргоне при температуре 250^oC, формировали маску ФП 051Т с рисунком затворных шин и разводки к ним, травили хром в травителе на основе CeSO₄ и H₂SO₄, удаляли маску и проводили химобработку в диметилформамиде.

Далее цикл формирования тонкопленочных транзисторов прерывали и формировали прозрачные проводящие электроды ЖК-ячейки, для чего на подложку наносили пленку In₂O₃ c поверхностным сопротивлением 30 Ом/□ и, используя технику фотолитографического маскирования, формировали рисунок элементов изображения, травление In₂O₃ осуществляли в смеси HCl:H₂O.

Далее продолжали цикл формирования транзисторов. Наносили пленку SiO₂ затворного диэлектрика толщиной 0,2 мкм в плазме ВЧ-разряда из смеси на основе моносилана и закиси азота, а затем в том же реакторе наносили пленку аморфного гидрогенизированного кремния толщиной 0,15 мкм из смеси на основе моносилана. Формировали маску фоторезиста ФП 051Т, травили пленку аморфного гидрогенизированного кремния до SiO₂ во фторсодержащей плазме на установке с диодной системой, удалили фоторезист в кислородсодержащей плазме, проводили гидромеханическую отмывку пластин и обработку в диметилформамиде. Проводили обработку подложки в травителе HF: H₂O=1:50 объемных частей в течение 20 секунд с целью удаления естественного окисла с поверхности аморфного гидрогенизированного кремния. Наносили контактный слой кремния легированного фосфором толщиной 200 А на установке с диодной системой возбуждения ВЧ-плазмы из смеси на основе моносилана и фосфина, формировали маску резиста в виде островков в местах последующего контактирования аморфного гидрогенизированного кремния и Al-электродов, травили слой легированного кремния в травителе HF: HNO₃:CH₃COOH:H₂O=1:40:10:50 объемных частей с визуальным контролем стравливания контактного слоя легированного кремния, имеющего светло-желтый цвет. Травление осуществляли в течение 30 секунд до удаления светло-желтой пленки легированного кремния после чего осуществляли перетрав в течение 6 секунд, промывали пластины в деионизованной воде, снимали маску в диметилформамиде, проводили гидромеханическую отмывку пластин и обработку в диметилформамиде. Формировали маску ФП 051Т под вскрытие окон к хромовым проводникам, травили SiO₂ до хрома, удаляли маску в диметилформамиде, проводили химобработку в диметилформамиде, обработку пластин в травителе HF:H₂O=1:50 объемных частей в течение 30 сек после чего резистивным испарением напыляют пленку Al толщиной 1 мкм. Формировали фоторезистивную маску под травлением электродов истока и стока и разводки, травили пленку в травителе H₃PO₄: CH₃COOH: H₂O, удаляли маску, отмывали пластины в диметилформамиде, проводили контроль параметров структур.

Использование: изобретение относится к оптоэлектронике. Сущность: на прозрачной подложке формируют затворные электроды, затворный диэлектрик и слой аморфного гидрогенизированного кремния. По рисунку структуры наносят контактный слой легированного кремния. По маске в виде островков фоторезиста формируют области контактов к слою аморфного гидрогенизированного кремния и электроды истока и стока. Затем проводят травление контактного слоя до удаления незащищенных маской поверхностей с контролем травления по оптическим характеристикам подложки с нанесенными на нее слоями. После удаления маски проводят вскрытие окон с затворным электродом, формирование электродов истока и стока и разводки. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ изготовления тонкопленочных транзисторов матриц жидкокристаллических экранов, включающий формирование на прозрачной изолирующей подложке затворных электродов, нанесение изолирующей пленки, нанесение слоя аморфного гидрогенизированного кремния, нанесение контактного слоя легированного кремния, формирование рисунка по слою аморфного гидрогенизированного кремния и контактному слою легированного кремния, вскрытие окон в изолирующей пленке, формирование электродов истока, стока и разводки, а также операции формирования прозрачных электродов, отличающийся тем, что после нанесения слоя аморфного гидрогенизированного кремния формируют маску, локально травят слой аморфного гидрогенизированного кремния, удаляют маску, наносят контактный слой легированного кремния, формируют маску в виде островков в местах контактирования электродов истока и стока со слоем аморфного гидрогенизированного кремния, локально травят контактный слой легированного кремния с контролем травления по оптическим характеристикам подложки с нанесенными на нее слоями, удаляют маску в виде островков, после чего вскрывают окна, формируют электроды истока, стока и разводку. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактный слой легированного кремния наносят толщиной 0,02 мкм, контроль травления осуществляют визуально, травление контактного слоя легированного кремния завершают после удаления с части прозрачной подложки и 20% перетрава по времени.