Brevet FR2593327A1 — publié le 19870724

Procédé de fabrication d'un transistor en couches minces utiLisant deux ou trois niveaux de masquage La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un transistor en couches minces utiLi- sant deux ou trois niveaux de masquage. D'une façon généraLe, eLLe permet La fabrica tion des composants semi-conducteurs en couches minces pouvant servir au muLtipLexage de teLs composants dispo sés sous forme matricieLLe, ainsi qu'à La réaLisation de dispositifs à transfert de charge (DTC en abrégé). PLus particuLièrement, eLLe permet La fabri cation de transistors en couches minces (TCM en abrégé) pouvant servir en opto-éLectronique à La réaLisation de La mémoire éLectronique des écrans pLats à cristaux Li quides. Cette mémoire éLectronique qui stocke Le signaL vidéo pendant toute La durée de L'image est réaLisée, sous forme de matrice active, de points mémoire consti tués chacun d'un TCM et d'un condensateur et répartis sur toute La surf ace de L ' é c r a n . Le c r i s t a L Liquide constituant te condensateur est excité pendant toute La durée d'une image. On connait déjà bon nombre de procédés de fa brication de TCM pour LesqueLs deux techniques sont es- sentieLLement utiLisées : La technique "griLLe dessus" où La griLLe est réaLi sée en dernier sur La structure semi-conductrice et La technique "gritLe dessous" où La griLLe est réaLisée en premier sur Le substrat. La p r e m i è r e technique, décrite par FA HUNTLEY et pubLiée dans "IBM TechnicaL DiscLosure BuLLetin" 21, n*9, février 1979, comprend deux niveaux de masquage : Le premier pour La photogravure des con tacts source-drain et Le deuxième pour La photogravure des Lignes conductrices et La-photogravure de La griLLe du transi stor. Pour chaque photogravure, on pLace un photomasque au-dessus de La st ructure empi Lée que L ' on a précédemment recouvert d'une couche de résine. On irra die à travers ce Photomasque pour poLymériser séLective- ment La couche de résine. Une phase de déveLoppement permet d'enLever Les zones irradiées de cette couche. La couche de résine protégée par Le photomasque subsiste à cette phase de déveLoppement et sert de masque à La gra vure des couches de La structure empiLée. MaLheureuse- ment, cette technique "griLLe dessus" n'offre pas Les meiLLeures caractéristiques pour La fabrication de com posants servant à La réaLisation de matrices a c t i v e s pour Les écrans pLats à cristaux Liquides. La seconde technique demande dans sa mise en oeuvre au moins quatre niveaux de masquage. Le premier pour La photogravure de La griLLe du TCM, Le second pour La photogravure de La couche semi-conductrice, Le troi sième pour La photogravure des contacts ohmiques et en fin Le quatrième pour La photogravure du drain et de La source du TCM. Une teLLe technique présente L'inconvénient de nécess"Iter de nombreux niveaux de masquage. La présente invention a justement pour objet un procédé de fabrication d'un TCM permettant de remé- d i e r à ces inconvénients. E L L e utiLise La technique "griLLe dessous" et permet de réduire Le nombre de ni veaux de masquages de 4 à 2 (ou 3 pour une variante du procédé seLon L'invention). G r à c e à L'invention, de meiLLeurs rendements de fabrication sont donc obtenus et La cadence de production des circuits est augmentée. Ce but est atteint, seLon L'invention, par un procédé de fabrication d'un transistor en couches minces qui comprend Les opérations suivantes : - dépôt sur un substrat isoLant d'une couche d'un pre mier matériau métaLtique et opaque à La Lumière, - première photogravure appLiquée à cette première cou che pour constituer La griLLe du futur transistor, - dépôt d'une première couche d'isolant sur te substrat et La grille du transistor, - dépôt d'une première couche de silicium amorphe hydro géné sur La première couc ' he d'isolant, - dépôt d'une seconde couche de silicium amorphe hydro géné de type n + sur La première couche de silicium, - dépôt d'une couche de résine photosensible positive sur La seconde couche de silicium, - irradiation de La couche de résine à travers Le subs trat, La grille servant de masque à t'irradiation, - développement de La couche de résine, conduisant à L'élimination des zones irradiées de Ladite couche de résine, gravure des deux couches de silicium jusqu'à mise à nu de La première couche d'isolant, La résine restante servant de masque à Ladite gravure, étiminati.on de La couche de résine restante, dépôt d'une couche d'un second matériau conducteur sur La seconde couche de silicium, seconde photogravure appliquée à Lensemble seconde couche conductrice-seconde couche de silicium pour dé- Limiter La source et Le drain du transistor. Une variante du procédé de fabrication de TCM selon L'invention permet d'améliorer te fonctionnement de celui-ci en délimitant un écran à La Lumière. Cette variante du procédé de fabrication de TCM comprend après La seconde photogravure appliquée à L'ensemble seconde couche conductrice-seconde couche de silicium et L'élimination de La résine restante tes éta pes suivantes : - - dépôt d'une seconde couche disolant sur La seconde couche conductrice, - dépôt d'une couche d'un troisième matériau opaque à La Lumière sur La seconde couche d'isolant, - troisième photogravure appLiquée à L'ensembLe troi sième couche opaque-seconde couche isotante et premiè re couche de siLicium pour déLimiter un écran à La Lumière. Le procédé seLon L'invention s'appLique de préférence, mais non excLusivement à La réatisation de matrices actives pour des ceLLuLes d'affichages à cris taux Liquides. Dans ce cas, La première photogravure Laisse subsister des Lignes de connexions reLiées aux griLLes de commande des TCM et La seconde photogravure des connexions conductrices reLiées aux drains et aux sources desdits TCM. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention ressortiront mieux de La description qui va suivre, donnée à titre iLLustratif mais non Limitatif, en référence aux figures annexées 1 à 8, qui iLLustrent Les différentes étapes du procédé seLon L'invention (fi gures 1 à 4) et de son appLication aux matrices actives (figures 5 à 8). Sur ces figures on a représenté : - en figure 1, L'étape comprenant La première photogravure appLiquée à La première couche conductrice pour constituer La griLLe du TCM, - en figure 2, L'étape comprenant Le dép8t successif de La première couche dlisotant, de La premiè re couche de si Licium et de La seconde couche de siLi- cium, - en figure 3, L'étape comprenant La gravure des première et seconde couches de siLicium jusqu'à La mise à nu de La première couche d'isotant, - en figure 4, L'étape comprenant La seconde photogravure appLiquée à L'ensembLe seconde couche con- ductrice-seconde couche de siLicium pour déLimiter La source et Le drain du TCM, - en f igure 5, La structure à bus croisés, dite conventionneLte, décrite dans La demande française EN 82 15499 du 14 septembre 1982, - en figure 6, La structure à bus non croisés d é c r i t e dans L a PubLication de brevet f rançai s no 2 553 218, - en figure 7, un TCM obtenu par une variante du Procédé seLon L'invention, - La figure 8, une structure à matri ce réa L i- sée à partir de points mémoire obtenus par La variante du procédé seLon L'invention. Comme représenté sur La f igure 1 , La première étape métaLLique procédé consiste à recouvrir Le subs trat 2 d'une première couche métaLLique opaque 4 réaLi- sée de préférence en nickeL-chrome. Cette première cou che conductrice 4 présentant par exempLe une épaisseur de L'ordre de 50 nm est obtenue par dépôt, par exempLe par évaporation sous vide ou par putvérisation. On dépo se ensuite sur La première couche conductrice une couche de résine photosensibLe positive sensibLe à La Lumière ayant une Longueur d'onde de L'ordre de 500 nm. Cette couche de résine peut être notamment déposée par centri fugation. Comme résine, on peut utitiser des résines à base de phénoLformaLdéhyde comme ceLLes vendues par La Société HUNT sous La référence HPR 204. La couche de résine est irradiée à travers un premier niveau de masquage (non représenté sur La figure 1) pLacé au-dessus de La structure empiLée. (Les fLèches portées sur La figure 1 indiquent Le sens de L'irradia tion) . Le déveLoppement de La couche de résine per met de ne garder de cette couche que La zone 5 protégée par Le niveau de masquage. L'uti Lisation d'une résine sensibLe dans Le visibLe permet de diminuer La durée de L'irradiation. On grave ensuite La première couche conduc trice 4 par voie humide, La résine restante 5 servant de masque à Ladite gravure étant éLiminée une fois L'opéra- tion de gravure terminée. Cette première photogravure appLiquée à cette première couche conductrice 4 consti tue La griLLe du futur transistor. Comme représenté sur La figure 2, on dépose ensuite sur Le substiat 2 et La griLLe 4 du transistor, une première couche d'isoLant 6, réatisée de préférence en oxyde de siLicium. Cette première couche d'isoLant présentant par exempte une épaisseur de 100 nm peut être obtenue à une température de dépôt de L'ordre de 300*C par La technique de dépôt chimique en phase vapeur, à basse pression ou non, ou bien par La technique de dé- charge Luminescente, dans un appareiL à radiofréquence, en utiLisant un méLange gazeux de SiH 4 et de 0 2' On dépose ensuite et de préférence dans Le même vide, sur La première couche d'isotant 6, une pre mière couche de siLicium amorphe hydrogéné 8 présentant avantageusement une épaisseur variant de 100 nm à 150 nm. De préférence, L'épaisseur de La couche de siti- cium est voisine de 120 nm et La température de dépôt de L'ordre de 300*C. Cette première couche de siticium peut être obtenue par ta technique de décharge Luminescente en utiLisant Le gaz SiH 4- Sur L'ensembLe de La structure, on dépose en suite et de préférence dans Le même vide, une seconde couche de siLicium amorphe 10 de type n hydrogéné ou non, présentant une épaisseur variant de 20 à 50 nm. Cette seconde couche de s!Licium 10, déposée par La même technique et dans Les mêmes conditions de dépôt que La première couche de siLicium, permet La réaLisation de contacts ohmiques pour La source et Le drain du TCM. Comme représenté sur La f i g u r e 3, L 1 é t a p e suivante du procédé consiste à déposer, par exempte par centrifugation, sur La seconde couche de siLicium amor phe hydrogéné 10 de type n + , une couche de résine photo- sensibLe positive, de mêmes caractéristiques que cettes de La résine précédemment uti Lisée pour La gravure de La griLLe du transistor. La couche de résine photosensibLe est ensuite irradiée à travers Le subst.rat 2, La griLte 4 servant de masque à L'irradiation (sur La f igure 3, Les f Lèches indiquent Le sens de L'irradiation). Le dévetoppement de La couche de résine per met de ne garder de cette couche que-La zone 11, située au droit de La gri LLe du transistor, Les zones irradiées étant éLiminées. On grave ensuite successivement La seconde 10 et La première 8 couches de siLicium jusqu'à mise à nu de La première couche d'isoLant 6, La résine restante 11 servant de masque à Ladite gravure. De façon avantageuse, Les première et seconde couches de si Licium (8 et 10) peuvent être attaquées chimiquement par des gravures partiettes et successives comme ceLtes décrites dans La demande de brevet français n* EN 85 16922 du 15 novembre 1985 et qui permettent d'obtenir sur Les fLancs des première et seconde couches de siLicium un certain nombre de marches., Comme représenté sur La figure 4, on recou vre, après L'éLimination de La résine restante 11 (figu re 3), L'ensembLe de La structure d'une seconde couche conductrice 12, présentant par exempte une épaisseur de 150 nm, et obtenue par dépôt, par exemp Le par évapora tion sous vide ou par puLvérisation. Les marches éven- tueLtes réaLisées précédemment sur Les fLancs des pre mière et seconde couches de siticium permettant d'amé- Liorer Le dépôt de cette seconde couche conductrice. Dans Le cas d'une utiLisation du TCM fabriqué par Le procédé seLon L'invention, dans des matrices ac tives pour Les écrans ptats à cristaux Liquides, La se conde couche conductrice 12 est réaLisée en oxyde d'étain et d'indium. On parachève Le procédé seLon L'invention par une seconde photogravure appLiquée à L'ensembLe seconde couche conductrice 12-seconde couche de siLicium 10 pour déLimiter La source et Le drain du TCM. Cette seconde photogravure consiste tout d'abord à déposer sur La seconde couche conductrice 12 une couche de résine photosensibLe positive de mêmes ca ractéristiques que cetLes des résines précédemment uti- Lisées. La couche de résine est irradiée à travers un second niveau de masquage (non représenté sur La figure 4) pLacé au-dessus de La structure empiLée. (Les fLèches portées sur La figure 4 indiquent te sens de L'irradia tion). Le déveLoppement de La couche de résine permet de ne garder de cette couche que La zone 13 protégée par Le masque. On grave ensuite La seconde couche conductrice 12 et La seconde couche de siLicium 10 jusqu'à La mise à nu de La première couche de si Licium 8. La résine re stante 13 servant de masque à Ladite gravure est éLimi- née une fois L'opération de gravure terminée. La posi tion du deuxième-masque n'est pas critique ; iL peut être pLacé dans Le sens horizontaL avec une certaine Latitude compatibLe néanmoins avec La réaLisation d'un positionnement correct des trois éLectrodes Les unes au- dessus des autres. Cette facuLté constitue une simpLifi- cation pour Le procédé objet de L'invention. Les TCM ainsi obtenus par Le procédé objet de L'invention permettent notamment La réaLisation de ma trices actives. Deux modes de mise en oeuvre de structure à matrices actives pour écrans pLats à cristaux Liquides peuvent être obtenus à partir de points mémoire consti tués chacun d'un TCM et d'un condensateur : La structure à bus croisés décrite en figure 5 et La structure à bus non croisés décrite en figure 6. Comme représentée sur La figure 5, La gritte 4 du TCM est constituée par La partie de La Ligne 20 qui est située entre L'appendice d'une des armatures du con densateur 21 et La coLonne 22. Le drain D et La source S sont respectivement constitués par cet appendice de L'une des armatures du condensateur 21 et La partie de La coLonne 22 située sur La Ligne 20. La p r e m i è r e photogravure du procédé seLon L'invention appLiquée à La couche de métaL 4 du TCM dé- Limite La griLLe du TCM et La Largeur de La Ligne 20. La deuxième photogravure du procédé seLon L'invention ap- pLiquée à L'ensembLe seconde couche conductrice 12-se- conde couche de siLicium 10 déLimite La source SI, te drain D du TCM et une des armatures du condensateur 21 et détermine La Longueur du canaL du TCM qui r e L i e Le drain à La source de ceLui-ci. Comme représentée sur La figure 6, La griLLe 4 du TCM est constituée par La partie de La Ligne 20 qui est située entre L'appendice d'une des armatures du con densateur 21 et Le bus source 23, paraLLèLe à La Ligne 20-. Le drain D et La source S sont respectivement cons titués par cet appendice de L'une des armatures du con densateur 21 et La partie du-bus source 23 située sur La Ligne 20. La première et La seconde photogravures du procédé seLon L'invention déterminent respectivement d'une part La griLLe du TCM et La Largeur de La Ligne 20 et d'autre part La source S, Le drain D du TCM et La Longueur du canaL du TCM qui reLie Le drain à La source de ceLui-ci. Une variante du procédé de fabrication, seLon L'invention, du TCM à gri-IlLe auto-aLignée par rapport à La source et au drain de ceLui-ci permet de supprimer Le transistor parasite situé de L'autre côté de'La coLonne 22 ou du bus source 23 seLon La structure des bus choi s i e . Comme représenté sur La figure 7, cette va riante du procédé consiste à déposer une seconde couche d'isoLant 14 après La photogravure de La seconde couche conductrice 1 2 et de La seconde couche de si Li ci um 10 et après L 'éLimination de La résine restante 13 uti Lisée pour cette photogravure. La seconde couche d'isoLant 14 est réaLisée de préférence en oxyde de siLicium et pré sente par exempLe une épaisseur de L'ordre de 200 à 300 nm. ELLe est obtenue par La même technique que ceLLe utiLisée précédemment par Le dépôt de La première couche d'isoLant. On dépose sur L'ensembLe de La structure une troisième couche 16 opaque à La Lumière pouvant être constituée par La résine utiLisée pour Le masquage et que L'on coLore en noir. Enfin, on parachève La variante du procédé seLon L'invention par une troisième photogravure appLi- quée à L'ensembLe troisième couche opaque 16-seconde couche d'isoLant 14 et première couche de siLicium 8 pour déLimiter un écran à La Lumière 24 constitué des couches 16 et 14. Comme représenté sur La figure 8, La forme de L'écran 24, sembLabLe à ceLLe du troisième niveau de masquage de La troisième photogravure est représentée en pointiLLés. Cet écran 24 supprime Le transistor parasite situé de L'autre côté de La coLonne 22 ou du bus source 23 seLon La structure des bus choisie. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un transistor en couches minces utitisant deux ou trois niveaux de mas- quage, caractérisé en ce q.ul i L comprend Les opérations suivantes : - dépôt sur un substrat is oLant (2) d'une couche d'un premier matériau métaLLique et opaque à La Lumiè re (4), - première photogravure appLiquée à cette première cou che pour constituer La griLLe du futur transistor, - dépôt d'une première couche d'isoLant (6) sur Le subs trat (2) et La première couche conductrice (4), - dépôt d'une première couche de siLicium amorphe hydro géné (8) sur La première couche cllisoLant (6), - dépôt d'une seconde couche de siLicium amorphe hydro géné de type n + (10) sur La première couche de siLi- cium -(8), - dépôt d'une couche de résine photosensibLe positive sur La seconde couche de siLicium (10), - irradiation de La couche de résine à travers Le subs trat, La griLLe servant de masque à L'irradiation, - déveLoppement de La couche de résine, conduisant à L'éLimination des zones irradiées de Ladite couche de résine, - gravure des première et seconde couches de siLicium (8 et 10) jusqu'à mise à nu de La première couche d'iso- tant (6), La résine restante (11) servant de masque à Ladite gravure, - éLimination de La résine restante (11), - dépôt d'une couche d'un second matériau conducteur (12) et - seconde photogravure appLiquée à L'ensembLe seconde couche conductrice (12)-seconde couche de siticium (10) pour déLimiter La source et Le draïn du transis tor. 2. Procédé seton La revendication 1, caracté risé en ce qu'it comprend après ta seconde photogravure appLiquée à L'ensembte seconde couche conductrice (12)-seconde couche de si Licium (10) et L' éLimination de La résine restante (13) Les étap #s suivantes : - dépôt d'une seconde couche d'isoLant (14) sur La se conde couche conductrice (12), - dépôt d'une couche d'un troisième matériau opaque à La Lumière (16) sur La seconde couche d'isoLant (14), - troisième photogravure appLiquée à L'ensembLe troi sième couche opaque (16)-seconde couche isoLante (14) et première couche de siLicium (8) pour déLimiter un écran (24) à La Lumière. 3. Procédé seLon L'une queLconque des reven dications 1 et 2, caractérisé en ce que Le second maté riau conducteur (12) est de L'oxyde d'étain et d'indium. 4. Procédé seton L'une queLconque des reven dications 1 à 3, caractérisé en ce que te troisième ma tériau opaque à La Lumière (16) est une résine photosen- sibLe que L'on co-Lore.