Brevet FR2572569A1 — publié le 19860502

Dispositif d'affichage à cristaux liquides ". La présente invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides comportant une unité d'affichage en cristaux liquides scellée entre une paire d'électrodes opposées et un transistor d'entraîne- ment en film mince pour commander la tension appliquée aux deux électrodes. Description de l'art antérieur: Un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon l'art antérieur se fabrique selon le pro- cédé représenté aux figures lA... 1I. Selon-la figure 1A, on réalise un film de silicium polycristallin 2 ayant une forme prédéterminée sur un support en quartz 1 par exemple par le procédé de vaporisation sous vide ou pro- cédé LPCVD. Puis, comme représenté à la figure lB, on oxyde de façon thermique la surface supérieure pour obte- nir un film 3 d'oxyde de silicium SiO2 à la surface du film de silicium polycristallin 2 et pour diminuer l'épais- seur du film de silicium polycristallin 2 en-dessous-d'une épaisseur prédéterminée. Puis, on réalise un film de sili- cium polycristallin 4 par-dessus toute la surface comme cela est représenté. Au cours de l'étape suivante, on enlève séquentiellement des parties prédéterminées du film de silicium polycristallin 4 et du film de silice 3 SiO2, par attaque chimique pour former un film 6 d'isolation de porte constitué par un film de silice SiO2 de forme prédéterminée ainsi qu'une électrode de porte 7 constituée d'un film de silicium polycristallin de forme prédéterminée comme cela est représenté à la figure 1C. Selon la figure lD, on forme un film PSG 8 par-dessus toute la surface de la structure qui a subi un traitement thermique à une température d'environ 1000 C pour faire diffuser les atomes de phosphore {P) contenus dans le film PSG 8 vers le film de silicium polycristallin 2 pour réaliser ainsi une région de source et une région de drain 10 et 11 de type n+, dans lesquel- les les atomes de phosphore P sont dopés suivant une forte concentration. Comme représenté à la figure 1E, une partie prédéterminée du film PSG est enlevée sélective- ment par attaque chimique pour réaliser des fenêtres 8a et 8b. Puis, on réalise les électrodes en aluminium 12 et 13 dans les fenêtres 8a et 8b. Comme représenté à la figure IF, on réalise un film 14 de Si3N4 qui constitue une couche d'isolation intérieure par-dessus toute la surface de la structure obtenue en utilisant le procédé au plasma CVD puis on procède à une attaque chimique pour réaliser une fenêtre l4a. Comme représenté à la figure 1G, on dépose un film IT0 par-dessus toute la surface de la structure à une température d'environ 3000C en procédant par pulvérisation; puis on l'enlève sélectivement par attaque chimique pour former un film IT0 qui constitue l'électrode transparente 16 ayant la forme prédéterminée. A la suite de cette opération, comme représenté à la - figure 1H, on réalise une couche de passivation consti- tuée par un film 17 de Si3N4 par-dessus toute la surface de cette structure. Comme représenté à la figure 1I, le cristal liquide 20 qui forme l'unité à cristaux liquides est scellé entre le film 17 de Si3N4 et une électrode opposée 18 réalisée sur une face d'une plaque de verre 19 fabriquée précédemment, ce qui termine le dispositif d'affichage à cristaux liquides. Dans le procédé de fabrication connu d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides, comme décrit ci-dessus, on forme un transistor en film mince (TFT) par un film d'isolation de porte 6, l'électrode de porte 7 et les régions de source 10 et de drain 11, ce transistor constituant le transistor d'entrainement. Au cours de la commutation du transistor d'entrainement, des tensions sont appliquées entre le film ITO 16 qui est l'électrode transparente et l'électrode opposée 18 pour régler le coefficient de transmission de la matière 20 constituant le cristal liquide, comme cela est connu. Le dispositif d'affichage à cristaux liquides selon l'art antérieur tel que représenté à la figure 1I présente les inconvénients suivants: Comme l'électrode transparente du côté du transistor d'entraînement appliquant la tension à la matière 20 du cristal liquide comporte le film ITO 16, il faut l'étape de réalisation du transistor en film mince TFT et l'étape de réalisation de l'électrode trans- parente pour fabriquer le dispositif d'affichage à cris- taux liquides tel que décrit ci-dessus. Pour cette rai- son, il faut non seulement l'étape de dépôt du film ITO 16 et l'étape de réalisation du schéma mais également l'étape de réalisation du film 14 Si3N4 comme couches d'isolation internes et l'étape de réalisation de l'ou- verture 14a. Après réalisation du transistor en film mince TFT, comme on applique le procédé de pulvérisation pour réaliser le film ITO 16 et le procédé de plasma CVD pour le film 17 de Si3N4, on risque d'endommager le transistor TFT au cours de ces opérations se traduisant 4. par une diminution de la mobilité effective Pteff ou une augmentation de la tension de seuil Vth. Les caractéris- tiques du transistor d'entraînement seront donc mauvaises. Le transistor en film mince TFT utili- sé dans le dispositif d'affichage à cristaux liquides ci- dessus est décrit dans les articles du 45ème Symposium de "the Japanese Society Applied Physics" de (1984), pages 407 et 408, n 14p-A4 jusqu'à 14p-A6. Ces articles décrivent un transistor au silicium polycristallin TFT dont les caractéristiques sont améliorées par-la réalisa- tion d'un film de silicium polycristallin extrêmement mince. On utilise un effet de croissance à la dimension des particules et la caractéristique de conduction du film de silicium polycristallin pour que celui-ci soit très mince, par oxydation thermique et on améliore les caractéristiques du transistor par un recuit d'hydrogéna- tion à une température de 400 C après réalisation du film de Si3N4 sur un transistor TFT à silicium polycris- tallin extrêmement mince, par le procédé du plasma CVD. La présente invention a pour but de créer un dispositif d'affichage à cristaux liquides ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur comme examiné ci-dessus. A cet effet, l'invention concerne un dispositif d'affichage à cristaux liquides caractérisé en ce que la région de drain du transistor d'entraînement en film mince et l'une des électrodes opposée reliée à ce drain sont réalisées dans le même film de silicium polycristallin. Le dispositif d'affichage à cristaux liquides selon l'invention a une structure plus simple que les dispositifs connus et son procédé de fabrication est également plus simple que les procédés de l'art anté- rieur. La présente invention sera décrite de façon plus détaillée à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: - les figures lA-lI sont des vues en coupe schématique montrant le procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon l'art antérieur. - les figures 2A... 2G sont des vues en coupe schématique montrant successivement les étapes du procédé de fabrication d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon un mode de réalisation de la pré- sente invention. - la figure 3 est une vue en plan du dispositif d'affichage à cristaux liquides représenté à la figure 2G. DESCRIPTION DE DIFFERENTS MODES DE REALISATION PREFERENTIELS Un mode de réalisation d'un dispositif d'affichage à cristaux liquides selon la présente inven- tion sera décrit ci-après à l'aide des figures 2A... 2G et de la figure 3. Les mêmes références numériques que celles utilisées aux figures 1A... 1I sont utilisées aux figures 2A... 2G et 3 pour désigner les mêmes éléments. Comme représenté à la figure 2A, on forme un film de silicium polycristallin 2 ayant une dimen- sion correspondant à un point-image (pixel) et une épais- o seur de 700 A sur un support de quartz 1 par exemple sui- vant le procédé LPCVD. Comme représenté à la figure 3, le film de silicium polycristallin 2 a une forme essentielle- ment rectangulaire et une encoche rectangulaire 2b est réalisée dans un coin du film 2 et s'étend perpendiculai- rement à un côté de celui-ci. Un transistor en film mince TFT est réalisé dans une partie rectangulaire peu épaisse 2a au voisinage de la partie à encoche 2b comme cela sera décrit ci-après. Comme représenté à la figure 2B, la structure est oxydée de façon thermique pour former un film 3 de silice SiO2 et donner au film 2 de silicium polycristallin une épaisseur inférieure à une épaisseur o de 200 A. Puis, on réalise une couche de silicium poly- cristallin 4 par-dessus la structure telle que représentée. Puis de façon analogue à l'étape représentée aux figures lB et 1D, on réalise un film d'isolation de porte 6 et une électrode de porte 7 comme cela est indiqué à la figure 2C. Selon la figure 2D, on forme un film 8 PSG par-dessus la surface et une région de source et une région de drain de type n+, 10 et 11 sont réalisées comme cela est représenté aux figures 2A 2D. Il est à remarquer comme indiqué à la figure 2C, que l'électrode de porte 7 et le film d'isolation de porte 6 coupent la partie rectangulaire 2a formée au coin du film de silicium polycristallin 2. Comme représenté à la figure 2E, on réalise une fenêtre 8a dans le film 8 PSG et dans cette fenêtre 8a on forme une électrode en aluminium 12 que l'on relie à la source 10. Selon la figure 2F, on forme un film de passivation constitué par le film 17 Si3N4 par-dessus la surface de la structure représentée à la figure 2E. Selon la figure 2G, on scelle la matière 20 des cristaux liquides dans le film 17 Si3N4 et on forme une électrode opposée 18 sur la plaque de verre 19 comme cela est repré- senté à la figure 1I terminant ainsi le dispositif d'affichage à cristaux liquides comme représenté à la figure 2G. La figure 3 est une vue en plan du dispositif d'affichage à cristaux liquides. La figure 2G est une vue en coupe selon le ligne A-A de la figure 3. Il est à remarquer qu'à la figure 3, le film 17 de Si3N4, la plaque de verre 19 et la matière 20 des cristaux liqui- des ne sont pas représentés. Dans le dispositif d'affichage à 7. cristaux liquides selon la figure 2C, le film 2 de sili- cium polycristallin de type n+ d'une épaisseur de 200 A qui constitue la région de drain ll sert également d'élec- trode transparente. Le film 2 de silicium polyeristallin très mince est essentiellement transparent à la lumière de pratiquement toutes les longueurs d'ondes à l'exception des courtes longueurs d'ondes (lumière bleue) qui serait absorbée. Selon l'invention, grâce -à la région de drain 11 et à l'électrode transparente formée du film de silicium polycristallin 2 de type n+, on obtient les avantages suivants. Dans l'invention, le film ITO 16 représenté à la figure C1G dans le procédé de l'art anté- rieur n'a pas à être réalisé comme électrode transparente. C'est pourquoi, le film Si3N4 représenté à la figure 1F n'est pas non plus nécessaire comme couche interne isolan- te dans le cadre de la présente invention. Pour cette rai- son, le dispositif d'affichage à cristaux liquides selon le mode de réalisation de l'invention présente une struc- ture plus simple que celui de l'art antérieur. En conse- quence, les étapes de réalisation d'une photorésistance pour former le film ITO 16 et pour réaliser la fenêtre 14a dans le film 14 Si3N4 sont supprimées. Cela simplifie les étapes de fabrication par comparaison à celles du procédé connu. De même puisque le film ITO 16 et le film 14 Si 3N4 ne sont pas nécessaires, on évite d'endommager le transis- tor en film mince TFT par pulvérisation ou par le plasma du procédé CVD; on obtient ainsi un transistor TFT ayant d'excellentes caractéristiques. En plus des avantages ci-dessus, comme il n'y a pas de film ITO, la résistance thermique est améliorée par rapport à celle du dispositif de l'art antérieur et le rapport entre la surface de la partie transparente a la lumière et celle d'un point-image (pixel) (coefficient d'ouverture) peut être augmenté par comparaison au coefficient correspondant du dispositif de l'art anté- rieur. La présente invention a été décrite ci-dessus pour un mode de réalisation sans que toutefois l'invention ne soit limitée à un tel mode de réalisation; différentes variantes et modifications peuvent êtrefaites dans le cadre de l'invention. Par exemple, on peut faire une implantation ionique d'ions, oxygène (0), azote (N) et carbone (C) dans une partie du film de silicium poly- cristallin 2 constituant l'électrode transparente; on peut également réaliser un certain nombre de fenêtres dans le film de silicium polyeristallin 2 pour perfection- ner la transparence à la-lumière si cela est nécessaire. On remarque également que l'épaisseur du film de silicium polycristallin 2 peut se choisir librement suivant les besoins. Toutefois pour obtenir un transistor en film mince TFT à mobilité effective élevée,&eff' l'épaisseur o doit être de préférence limitée à la plage de 20-1000 A. L'épaisseur de la couche de silicium polycristallin 2 peut être modifiée dans la partie de l'électrode transpa- rente et dans la partie du transistor TFT si cela est nécessaire. De même on peut prévoir un support transparent isolant tel qu'un support en verre en place du support en quartz 1. Lorsqu'on utilise un support en verre, comme le verre a généralement une température de fusion basse, on ne diminue pas l'épaisseur du film de silicium polyeristallin 2 par oxydation thermique et on obtient directement le film de silicium polyeristallin 2 à l'épaisseur voulue, de préférence en utilisant le pro- cédé de dépôt à la vapeur LPCVD permettant de réaliser un film à des températures basses. De la même manière, la région de source 10 et la région de drain 11 sont réali- sées de préférence par implantation ionique au lieu d'uti- liser le procédé réalisant le film 8 PSG. R E V E N D I C A T I ONS 1 ) Dispositif d'affichage à cristaux liquides comportant un élément d'affichage formé d'une matière à cristaux liquides (20) scellée entre une paire d'électrodes opposées et un transistor d'entraînement réalisé en film mince (7, 6) pour commander la tension appliquée entre les électrodes opposées, disposi- tif caractérisé en ce que la région de drain (11) du transistor d'entraînement en film mince (7, 6) et l'une des électrodes opposée reliée à ce drain sont réalisées dans le même film de silicium polycristal- lin (2). 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film de silicium polycristal- lin (2) est réalisé sur un support isolant transparent (1). 3 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support isolant transparent (1) est un support en quartz. 4 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support isolant transparent (1) est un support en verre. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, caractérisé en ce que l'impureté dopée dans la région de drain (11) du transis- tor d'entraînement en film mince (7, 6) est de meme conductivité (n+) que l'impureté dopée dans l'une des électrodes opposées. 6 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, caractérisé en ce que le film de silicium polycristallin (2) est un film de sili- cium polycristallin du type n dans lequel l'impureté de type n est dopée sous une forte concentration. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, caractérisé en ce qu'une partie du film de silicium polycristallin (2) constituant l'une des électrodes contient au moins l'un des éléments du groupe formé par l'oxygène, l'azote et le carbone. 8 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de fenêtres (Sa) réalisées dans la partie du film de silicium polycristallin (2) constituant l'une des électrodes opposées. 9 ) Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 1, 2, 3, 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du film de silicium polyeristallin (2) est o 0 dans une plage comprise entre 20 A et 1000 A. ) Dispositif d'affichage à cristaux liquides composé d'une première et d'une seconde électrode plane, opposée, d'une matière à cristaux liquides (20) scellée entre la première et la seconde électrode, un transistor d'entraînement en film mince (TFT) pour appli- quer une tension entre la première et la seconde électrode, ce transistor ayant une source et un drain, dispositif caractérisé en ce que le drain ou la source (10, 11) font corps avec une seule couche de silicium polycristallin (2) qui constitue également la première électrode. 11 ) Dispositif selon la revendication , caractérisé en ce que le film polycristallin (2) est fixé à un support isolant (1), translucide. 12 ) Procédé pour réaliser un dispositif d'affichage à cristaux liquides, caractérisé en ce qu'on réalise une couche formée d'un film de silicium polycris- tallin (2) sur un support isolant (1), plan translucide, on réalise un film de silicium (6) sur le film de silicium polycristallin (2), on réalise une électrode de porte (7) pour un transistor en film mince sur le support isolant plan (6), on réalise une électrode de source (10) pour le transistor en film mince sur le support isolant plan, on forme une couche conductrice de silicium polycristallin sur le support isolant plan, qui constitue l'électrode de ll drain (11) du transistor en film mince et une première électrode plane, on réalise une seconde électrode plane sur un plaque transparente (19) et on réalise le scellement de la plaque transparente (19) sur le support isolant plan pour emprisonner la matière des cristaux liquides (20).